JP2829167B2 - 熱交換素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空調換気扇などの熱交
換器に用いられる熱交換素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空調換気扇などに用いられる
熱交換器は、いわゆる段ボール方式と呼ばれる構成のも
のが一般的である。これは、図７及び図８に示すよう
に、矩形状をなす熱交換用の紙製のシート１と、例えば
塩化カルシウム等を含んだ特殊なクラフト紙から成る波
形の仕切板２とを交互に多数積層すると共に、その仕切
板２の向きを交互に９０度異ならせることにより直交し
た２つの流路３，３を形成し、それら２つの流路３，３
を通る空気流の間で熱交換を行うように構成されてい
る。

【０００３】しかしながら、斯様な構成のものにおいて
は、各シート１，１間の流路３の入口において仕切板２
が幅全体にわたって存しており、しかも仕切板２とシー
ト１との間に流路の狭い部分が多数形成されているた
め、流路抵抗が大きく、空気流の圧力損失が大きいとい
う問題点があった。

【０００４】これに対処するため、例えば図９及び図１
０に示すように、紙製のシート５の片面に複数本の合成
樹脂製の仕切片６を垂直状に設けて熱交換素子７を構成
し、この熱交換素子７を、仕切片６の向きを交互に９０
度異ならせて多数積層する構成のものが考えられてい
る。このものによれば、流路８が矩形状をなすため、上
述のものに比べて、空気流の圧力損失を小さくできる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
熱交換素子７を製造するには、紙（シート５）に対して
合成樹脂（仕切片６）を一体に成形するという、特殊な
成形を行うことが必要となるため、製造するための設備
及び成形型に多大な費用が必要となり、ひいてはコスト
が著しく高くなるという問題点がある。

【０００６】また、このような構成のものにおいては、
図１１に示すように、流路８における空気流の入口８ａ
側から出口８ｂ側へ向かうに従い温度境界層９が発達し
て厚くなり、この結果、空気流とシート５との間の対流
熱抵抗が大きく、熱交換効率の低下を来すという問題点
もある。なお、図１１において、矢印Ａは空気流の向き
と流量の大きさを示している。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、流路を流れる流体の圧力損失を小さ
くできると共に、製造が容易でコストの上昇を抑えるこ
とができ、加えて熱交換効率の向上も図り得る熱交換素
子を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換素子は、
合成樹脂を含んで成る熱交換用のシートの片面に、長尺
な複数本のスペーサ部材を所定間隔をおいてヒータによ
り熱接着して成るものであって、前記シートの片面に、
前記スペーサ部材の接着時に前記ヒータによりシートに
含まれた合成樹脂を溶融して、立った無数の細かい毛で
構成された凸状部を形成したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】

【作用】上記構成の熱交換素子によれば、シートの片面
に複数本のスペーサ部材を間欠的に設けて流路を形成す
る構成であるから、波形の仕切板を用いた従来のものに
比べて、流路を流れる流体の圧力損失を小さくできる。

【００１０】また、熱交換素子は、シートの片面に複数
本のスペーサ部材をヒータにより熱接着する構成である
から、紙に対して合成樹脂を成形するものとは違い、比
較的安価な設備で容易に製造することができる。

【００１１】さらに、シートの片面に形成された凸状部
は、流路を流れる流体に乱流を積極的に生じさせるよう
になり、これに伴い熱交換効率の向上を図ることができ
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図１ないし図
６を参照して説明する。まず、図１及び２には本発明に
よって形成した熱交換素子１１を示している。

【００１３】この熱交換素子１１は、矩形状をなす熱交
換用のシート１２の片面に、複数本、この場合６本の長
尺な円筒状をなすスペーサ部材１３を所定間隔をおいて
平行状態に配置し、これらを後述するヒータ２９により
間欠的に熱接着することによって固定している。なお、
図１及び２における１４はシート１２にスペーサ部材１
３を熱接着した接着部を示している。

【００１４】また、シート１２の片面には、スペーサ部
材１３に対して交差する方向に延び、かつ上記接着部１
４を連ねるようにして、立った無数の細かい毛で構成さ
れた凸状部１５を複数本形成している。

【００１５】ここで、上記シート１２は、合成樹脂、こ
の場合ポリプロピレンから成る繊維を６５〜７０％含ん
で構成された紙を用いている。なお、この紙は、近年、
障子紙としても使用されている普及材で、透湿性を有し
ている。これに対し、上記スペーサ部材１３としては、
大量に市販されているポリプロピレン製のストローを用
いている。

【００１６】そして、斯様な構成の多数の熱交換素子１
１を、図３に示すように、スペーサ部材１３の向きを交
互に９０度異ならせて積層することにより、直交した２
つの流路１６，１６を有する直交流形の熱交換器を形成
することができる。

【００１７】次に、上記熱交換素子１１を製造するため
の装置及び方法について、図４及び図５を参照して述べ
る。

【００１８】基台１７は、基端部が固定部１８に軸１９
を介して回動可能に支持され、先端部が油圧シリンダ等
から成る昇降装置２０により上下動されるようになって
いる。この基台１７の上面には、上記スペーサ部材１３
をセットするためのＶ字状をなす６本の溝２１が所定間
隔をおいて形成されている。

【００１９】固定部１８の上方には、多数のスペーサ部
材１３を貯留するホッパ２２を設置していると共に、こ
のホッパ２２の下部にソレノイド２３及び案内通路２４
を備えた送り装置２５を設けており、この送り装置２５
により、ホッパ２２に貯留されたスペーサ部材１３を基
台１７側へ所定本数ずつ送るようになっている。

【００２０】また、熱交換用のシート１２は、ロール状
に巻回された状態で図４中基台１７の左側方に設置され
ており、シート１２の先端部を掴むチャック２６及びこ
のチャック２６を移動させるシリンダ２７から成る引出
し装置２８により一定量ずつ引き出されるようになって
いる。この場合、シート１２の引出し方向（矢印Ｂ方
向）と、基台１７における溝２１の延び方向（ひいては
スペーサ部材１３の延び方向）とを一致させている。

【００２１】基台１７の上方には、複数本の板状のヒー
タ２９が上下動可能に配設されている。この場合、ヒー
タ２９の長手方向は、溝２１の延び方向（スペーサ部材
１３の延び方向）とは直交している。また、図４中基台
１７の右側には、シート１２を所定寸法に切断するため
の切断装置３０が設けられている。

【００２２】而して、斯様な装置を用いて熱交換素子１
１を製造するには、まずシート１２を引出し装置２８に
より引き出して基台１７上に配置しておく。また、昇降
装置２０により基台１７の先端部を下げて基台１７を傾
斜させておき、この状態で送り装置２５によりスペーサ
部材１３を基台１７側へ送り出すと、各スペーサ部材１
３は、基台１７上を転がりながら各溝２１にセットされ
る。このようにスペーサ部材１３のセットが完了した
ら、昇降装置２０により基台１７の先端部を上昇させ
て、基台１７を水平状態に戻す。

【００２３】この状態で、１５０度〜２００度に加熱さ
れたヒータ２９を下降させてシート１２の上面側から数
秒間押し付ける。すると、シート１２に含まれたポリプ
ロピレンがその熱で溶融して各スペーサ部材１３がシー
ト１２の片面である下面に熱接着される。このとき、各
スペーサ部材１３とヒータ２９とは交差しているから、
スペーサ部材１３は各ヒータ２９との交点で、いわゆる
点付けされる（図１の接着部１４参照）。

【００２４】また、このとき、シート１２において、ス
ペーサ部材１３が接着された側の面には、ヒータ２９と
接触した部分に対応して、立った無数の細かい毛で構成
された毛羽立ち状の凸状部１５が形成される（図１参
照）。この毛羽立ち状の凸状部１５は、シート１２に含
まれたポリプロピレンがそのヒータ２９の熱で溶融して
膨潤することによって形成されるものである。

【００２５】この後、スペーサ部材１３が接着されたシ
ート１２を切断装置３０により所定の寸法に切断するこ
とにより、図２に示す熱交換素子１１を製造することが
できる。

【００２６】斯様な本実施例によれば、熱交換素子１１
はシート１２の片面に複数本のスペーサ部材１３を間欠
的に設けた構成であるから、波形の仕切板を用いた従来
のものに比べて、流路抵抗を小さくでき、よって流路１
６を流れる空気流の圧力損失を小さくすることができ
る。

【００２７】この場合、特にスペーサ部材１３にストロ
ーを用いているから、その内部１３ａも流路として作用
するようになり、圧力損失を一層小さくできる。しか
も、スペーサ部材１３は、波形の仕切板に比べて重量も
小さくできるから、熱交換素子１１、ひいては熱交換器
の軽量化も図ることができる。

【００２８】さらに、スペーサ部材１３が弾性を有して
いるから、熱交換素子１１を積み重ねた際にそのスペー
サ部材１３がシート１２に良好に密着するようになり、
スペーサ部材１３とシート１２との間での空気漏れを確
実に防止できる。

【００２９】そして、熱交換素子１１は、シート１２の
片面に複数本のスペーサ部材１３をヒータ２９により熱
接着する構成であるから、紙に対して合成樹脂を一体に
成形するものとは違い、高価な成形機や成形型等が不要
であり、比較的安価な設備で容易に製造することができ
る。

【００３０】この場合、シート１２に含まれた合成樹脂
と、このシート１２に熱接着されるスペーサ部材１３と
を同種の材料であるポリプロピレンとしているから、シ
ート１２とスペーサ部材１３とを熱接着する場合の接着
性が良いという利点がある。また、スペーサ部材１３が
転動可能な断面円形をなすものであっても、これが弾性
を有しているから、シート１２に対する接着面積を多く
確保でき、より確実に接着できる利点がある。

【００３１】さらに、ロール状をなすシート１２の引出
し方向（矢印Ｂ方向）と、これに接着されるスペーサ部
材１３の延び方向とを同方向としているから、シート１
２の曲りぐせをスペーサ部材１３によって矯正すること
ができる利点がある。

【００３２】そして、シート１２の片面に毛羽立ち状の
凸状部１５を形成しているので、図６に示すように、流
路１６の入口１６ａ側から出口１６ｂ側へ空気が流れる
際に、その凸状部１５により空気流に乱流が生ずること
が促進されるようになる。これに伴い、流路１６内の温
度境界層３１にも乱れが生じて薄くなり、この結果、空
気流とシート１２との間の対流熱抵抗が小さくなって、
熱交換効率が向上するようになる。

【００３３】ところで、流路１６内を流れる空気流に乱
流を生じさせるためには、例えばシート１２の片面にワ
イヤー等の抵抗部材を設け、その抵抗部材によって空気
流に乱流を生じさせるようにすることが考えられる。と
ころが、そのような構成とするには、抵抗部材を別途設
ける必要があり、しかもその抵抗部材を容易には設けら
れないという問題がある。

【００３４】この点、本実施例においては、上記凸状部
１５は、ヒータ２９によりスペーサ部材１３をシート１
２に熱接着する際にそのヒータ２９を利用して形成する
ようにしているから、熱交換効率を向上させるための凸
状部１５を特別な部品や工程を追加することなく形成す
ることができるものである。

【００３５】なお、上記実施例では、スペーサ部材１３
としてストローを例示したが、スペーサ部材としては、
これに限られず、例えば断面が略円形の細い棒状をなす
竹材、いわゆる大量に市販されている竹串を用いるよう
にしても良い。このように竹串を用いるようにした場合
には、熱交換器を廃棄する際にその竹串が有毒ガスを発
生することがなく、可燃物として処理できる利点があ
る。

【００３６】その他、本発明は上記しかつ図面に示した
実施例のみに限られず、要旨を逸脱しない範囲内で適宜
変形して実施することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の記述から明らかなように、本発明
の熱交換素子によれば、合成樹脂を含んで成る熱交換用
のシートの片面に、長尺な複数本のスペーサ部材を所定
間隔をおいてヒータにより熱接着するものであるから、
流路を流れる流体の圧力損失を小さくでき、また、比較
的安価な設備で容易に製造することができ、ひいはコス
トの上昇を抑えることができる。

【００３８】しかも、シートの片面に、上記スペーサ部
材の接着時にその接着に用いるヒータを利用して凸状部
を形成し、その凸状部により空気流に乱流を積極的に生
じさせるようにしたので、特別な部品や工程を追加する
ことなく、熱交換効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す破断拡大斜視図

【図２】熱交換素子全体の斜視図

【図３】熱交換素子を積み重ねた状態の斜視図

【図４】製造方法を示す斜視図

【図５】同縦断側面図

【図６】流路内の温度境界層の状態を模式的に示した図

【図７】従来構成を示す図２相当図

【図８】図３相当図

【図９】異なる従来構成を示す図２相当図

【図１０】図３相当図

【図１１】図６相当図

【符号の説明】

１１は熱交換素子、１２はシート、１３はスペーサ部
材、１４は接着部、１５は凸状部、１６は流路、２９は
ヒータを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂を含んで成る熱交換用のシート
   の片面に、長尺な複数本のスペーサ部材を所定間隔をお
   いてヒータにより熱接着して成るものであって、前記シ
   ートの片面に、前記スペーサ部材の接着時に前記ヒータ
   によりシートに含まれた合成樹脂を溶融して、立った無
   数の細かい毛で構成された凸状部を形成したことを特徴
   とする熱交換素子。