JP3305559B2

JP3305559B2 - 熱交換エレメント

Info

Publication number: JP3305559B2
Application number: JP02461696A
Authority: JP
Inventors: 成生大畑; 透斉藤; 賢治小田島; 卓川西
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: JPH09196578A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば外気の給気
と室内空気の排気との間で熱交換させながら換気を行う
ことにより、空調機負荷を低減し省エネルギ効果を得る
ようにした熱交換ユニットに使用する熱交換エレメント
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、上記外気と室内空気とを混合さ
せずに熱交換を行うようにした従来の一般的な熱交換エ
レメントを示す斜視図、図６は、その一部拡大正面図、
図７は、図６のＢ−Ｂ線断面図である。

【０００３】これらの図に示すように、従来の一般的な
熱交換エレメント１は、主に全熱交換を目的とした透湿
性のある矩形平板状の熱交換板２の表面に、例えば難燃
紙やプラスチック等からなる波状のコルゲートフィン３
を張り合わせて、横断面三角形状の複数の流路４を有す
る段ボール状の熱交換素子５を形成する。そして、四隅
に、該隅部をシールするとともに、ユニット組み込み時
にレールに嵌合する金属製の形状保持用の支柱６を配置
した状態で、前記熱交換素子４を互いに９０度ずらしつ
つ多層に積層することによって構成されていた。

【０００４】この種の熱交換エレメント１は、例えば複
数の熱交換素子５を多層に積層した後、切断によって所
定の形状に形成され、また空気の混合を防止するため、
熱交換板２とコルゲートフィン３とを強固に接着する必
要があった。

【０００５】そして、熱交換ユニットの内部に前記熱交
換エレメント１を組み込み、一方の流路から熱交換ユニ
ットに流入した空気を室内側に供給し、他方の流路から
熱交換ユニットに流入した空気を室外に排出する際に、
室内側に流入する空気と室外に流出する空気とが、熱交
換エレメント１の内部の多層の流路４内を一層置き、即
ち交互にたすき状に流れ、ここで熱交換が行われるよう
になっている。

【０００６】ここに、例えば特開昭５５−９２８９１号
公報に示されるように、熱交換板の内部に複数の貫通穴
を設けるとともに、この各貫通穴内に伝熱管を装着し、
熱交換板を重ね合わせた時に上下に位置する伝熱管が互
いに連通して、この伝熱管の内部を熱源が通過するよう
にしたものが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の前者においては、コルゲートフィンにより形成さ
れた多数の三角形流路の流路断面積が小さく、圧力損失
が大きいばかりでなく、熱交換効率の劣るコルゲートフ
ィンと熱交換板との接着部が多くなって、熱交換板の有
効利用が図れない。更に、流路内壁が平滑であるため、
温度境界層が発達し易く、且つ流路形状に対して流速が
一般に遅いため流れが層流になって、熱交換効率が低下
してしまう。

【０００８】更に、形状を保持するための支柱やねじ等
が必要であるばかりでなく、所定の形状に切り出した
り、コルゲートフィンと熱交換板とを強固に接着する必
要があって、部品点数、製作工数の増大に繋がり、しか
も、製品としての品質にばらつきが生じ易いといった問
題があった。

【０００９】また、特開昭５５−９２８９１号公報に記
載の後者においては、各流路内に上下方向に連続して延
びる複数の伝熱管が存在することになるが、この伝熱管
は、熱源を流すためのものであって、流路内を交互に流
れて熱交換を行う流体自体を積極的に利用して該流路に
乱流を発生させるようにしたものではない。

【００１０】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、流路内を流れる流体を利用しつつ該流体に乱流を
発生させることによって、熱交換効率の向上を図り、し
かも、シール性能が高くて空気の混合を確実に防止した
ものを比較的簡易に組み立てて構成することができるよ
うにした熱交換エレメントを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換エレ
メントは、対向する両側縁に端材を設けた矩形平板状の
熱交換板を、同一向きで互いに９０度づつ回転させつつ
上下に積み合わせて、互いに隣接する熱交換板間に端材
の長さ方向に沿った複数の第１流路と第２流路を交互に
形成するとともに、前記第１流路内に該第１流路の上下
に位置する前記第２流路を互いに連通させる連結管を、
前記第２流路内に該第２流路の上下に位置する前記第１
流路を互いに連通させる連結管をそれぞれ配置したこと
を特徴とする。

【００１２】また、熱交換板の内部の該熱交換板の上面
側及び下面側に形成される流路内に配置される連結管に
それぞれ対応する位置に貫通孔を設け、任意の連結管の
一端を前記貫通孔に連通させた状態で固着し、この連結
管を固着した熱交換板を９０度づつ回転させつつ上下に
重ね合わせて構成したことを特徴とする。

【００１３】また、前記連結管を該連結管が配置される
流路の流れ方向と交差する方向に傾斜させたことを特徴
とする。

【００１４】上記のように構成した本発明によれば、熱
交換を行う一方の流体が一層置きの流路内を同時かつ同
方向に流れるが、この同じ向きの流路を連結管で連通さ
せることによって、この連結管における上下の圧力差を
利用して、上方（または下方）の流路内を流れる流体を
連結管を介して下方（または上方）の流路内に積極的に
導き、これによって、流路内を流れる流体に擾乱を与え
て乱流を発生させることができる。しかも、流路内に配
置した連結管によるカルマン渦によっても、乱流を発生
させることができる。

【００１５】ここに、連結管をこの連結管が配置される
流路の流れ方向と交差する方向に傾斜させることによっ
て、この連結管の上端及び下端を、該連結管で連通させ
る流路の上流側及び下流側に位置させて、ここでの圧力
差をより大きくすることができる。

【００１６】また、熱交換板の内部に貫通孔を設けると
ともに、この半数の貫通孔に連通する連結管を予め熱交
換板の上側に固着しておいた連結管付熱交換板を複数枚
用意し、これを９０度回転させつつ順次積層することに
よって、残りの半数の連通孔も下側の連結管付熱交換板
の連結管と連通する構造とする。このようにして、熱交
換エレメントを簡易に製作することができる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の実施
例について説明する。図１は、本発明の熱交換エレメン
トの一実施例を示す分解斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ
線断面図をそれぞれ示す。

【００１８】同図に示すように、本実施例における熱交
換エレメント１０には、矩形平板状の熱交換板１１が備
えられているとともに、この熱交換板１１の一方の面、
即ち図では表面側の互いに対向する両側縁には、その長
さ方向全長に亘って端材１２が設けられている。更に、
この両端材１２間の中央には、これと平行で、かつ同一
高さのリブ１３が配置されている。

【００１９】そして、前記熱交換板１１を、同一向きで
互いに９０度づつ回転させつつ上下方向に順次積層する
ことによって、互いに直交する第１流路１４ａと第２流
路１４ｂとを上下方向に沿って交互に有する熱交換エレ
メント１０が構成されるようになっている。

【００２０】ここに、この各流路１４ａ，１４ｂは、そ
の左右を端材１２とガイド１３によって、上下を互いに
隣接する熱交換板１１によってボックス状に仕切られて
おり、熱交換板１１を挟んで、この上下に第１流路１４
ａと第２流路１４ｂとが形成されている。このように、
横断面矩形状で、流路断面積が比較的大きな流路１４
ａ，１４ｂを形成することにより、熱交換エレメントと
しての圧力損失を低減させることができる。

【００２１】前記熱交換板１１の内部の上記のように９
０度づつ回転させて重ね合わせた時に互いに対応する位
置、即ち、熱交換板１１の中心を原点Ｏとして、この原
点Ｏを通り端材１２に垂直な線をＸ軸，これと平行な線
をＹ軸とした時、このＸ軸及びＹ軸に対してそれぞれ対
称な位置に、複数の貫通孔１５が設けられている。

【００２２】この実施例において、前記貫通孔１５は、
前記Ｘ軸とＹ軸との各象現（第１〜４象現）で、菱形の
各交点を占める位置に、即ち前記原点Ｏから等距離で、
前記Ｘ軸及びＹ軸に平行な４本の線に沿って、各４個の
貫通孔１５が前記線の交点をそれぞれ挟む位置に配置さ
れている。

【００２３】そして、前記熱交換板１１の表面側に位置
して、前記各貫通孔１５の内の、前記Ｘ軸に平行な直線
に沿って４個並ぶ貫通孔１５には、円筒状で前記端材１
２と同じ高さの連結管１６が、その中空部が前記貫通孔
１５に一致するように配置されて固着されている。

【００２４】これによって、前述のように、熱交換板１
１を９０度づつ回転させつつ重ね合わせた時、下方に位
置する熱交換板１１に固着した連結管１６の上端面と、
上方に位置する熱交換板１１の裏面とが、該連結管１６
の中空部と該熱交換板１１の前記Ｙ軸に平行な直線に沿
って４個並ぶ貫通孔１５とが互いに一致した状態で当接
するように構成されている。

【００２５】即ち、連結管１６が第１流路１４ａ（また
は第２流路１４ｂ、以下同じ）内に位置して上下に延
び、この連結管１６が、貫通孔１５を介してこの第１流
路１４ａの上下に位置する第２流路１４ｂ（または第１
流路１４ａ、以下同じ）に開口して、この第２流路１４
ｂが連結管１６及び貫通孔１５を介して互いに連通する
ようになっている。

【００２６】このように、第２流路１４ｂを連結管１６
で互いに連通させることによって、熱交換を行う一方の
流体が一層置きの該第２流路１４ｂ内を同時かつ同方向
に流れるが、この連結管１６における上下の圧力差を利
用して、上方（または下方）の第２流路１４ｂ内を流れ
る流体を連結管１６を介して下方（または上方）の第２
流路１４ｂ内に積極的に導き、これによって、第２流路
１４ｂ内を流れる流体に擾乱を与えて乱流を発生させる
ことができる。

【００２７】しかも、第１流路１４ａ内に位置する連結
管１６によって、カルマン渦が発生し、このカルマン渦
によっても、乱流を発生させることができる。ここに、
連結管１６の断面形状は、円形に限ることなく、三角
形、四角形等、任意に設定することができ、しかもこの
断面形状によってカルマン渦の発生状態が異なり、また
圧力損失も変わるので、カルマン渦の発生による熱伝達
率の向上と圧力損失の増大との関係を考慮して、任意の
形状を選択することができる。

【００２８】そして、熱交換ユニットの内部に前記熱交
換エレメント１０を組み込み、一方の流路から熱交換ユ
ニットに流入した空気を室内側に供給し、他方の流路か
ら熱交換ユニットに流入した空気を室外に排出する際
に、室内側に流入する空気と室外に流出する空気とを、
熱交換エレメント１０の内部の流路１４ａ，１４ｂ内を
交互にたすき状に流すことによって、ここで熱交換が行
われる。

【００２９】この時、前述のように、各流路１４ａ，１
４ｂ内を流れる空気は、乱流となり、乱流における熱伝
達率は、層流における熱伝達率に比べて大きいため、熱
交換効率が向上する。

【００３０】なお、上記実施例においては、熱交換板１
１の表面側に連結管１６を設けた例を示しているが、熱
交換板１１の裏面側に連結管１６を設けるようにするこ
ともできる。この場合、上記実施例とは異なり、前記Ｙ
軸に平行な直線に沿って４個並ぶ貫通孔１５側に連結管
１６を固着することにより、図１に示すものと同じ位置
に連結管１６が位置するようにすることができる。

【００３１】更に、端材１２の高さの半分の高さの半連
結管を使用し、前記Ｘ軸に平行な直線に沿って４個並ぶ
貫通孔に対しては、熱交換板１１の表面側に、前記Ｙ軸
に平行な直線に沿って４個並ぶ貫通孔側に対しては、熱
交換板１１の裏面側に、それぞれこの半連結管を固着す
るようにすることもできる。

【００３２】上記実施例は、連結管１６を上下方向にほ
ぼ垂直に配置した例を示しているが、図３に示すよう
に、連結管１６を、これが位置する第１流路１４ａの流
れ方向と交差する方向、即ち連結管１６が連通する第２
流路１４ｂの流れ方向に沿って傾斜させることができ
る。

【００３３】この場合、連結管１６の一端が第２流路１
４ｂの上流側に、他端が同じく下流側にそれぞれ位置す
るようになり、ここでの圧力差がより大きくなって、連
結管１６から吐出される流体の速度をより速くし、より
強い撹拌を発生させて、乱流の発生を促進させることが
できる。

【００３４】図４は、他の実施例を示すもので、この実
施例の上記実施例と異なる点は、前記貫通孔１５の穿設
位置を、前記と同様なＸ軸とＹ軸を設定した時、各象現
（第１〜第４象現）で、正方形の各交点を占める位置、
即ち、前記Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ平行で格子状に延び
る計８本の線の各交点とするとともに、前記熱交換板１
１の表面側に位置して、前記貫通孔１５の内の、Ｘ，Ｙ
軸に沿って交互に位置する貫通孔１５に、連結管１６
を、その中空部が前記貫通孔１５に一致するように配置
して固着した点にある。

【００３５】このように構成することによって、連結管
１６が流路１４ａ，１４ｂ内に２列の千鳥状に位置し
て、前記実施例と異なる熱伝達率及び圧力損失を有する
熱交換エレメント１０を得ることができる。

【００３６】なお、上記各実施例は、流路形状を確保す
るためのリブを備えた例を示しているが、連結管の数を
増やしたり、連結管を強固な材料で構成することによ
り、リブを廃止することもできる。そして、このように
リブを廃止することにより、部品点数の削減及び組立工
数の低減を図るとともに、伝熱面積を増大させることが
できる。更に、連結管を熱伝達率の高い材料で構成する
ことにより、連結管内を流れる流体と流路内を流れる流
体の間で熱交換を行うようにすることもできる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱交換を行う一方の流体が流れる一層置きの流路を連結
管で連通させることによって、この連結管における上下
の圧力差を利用して、上下の流路内を流れる流体を連結
管を介して相互に流通させることができる。これによっ
て、流路内を流れる流体に擾乱を与えて熱伝達率の高い
乱流を発生させて、熱交換効率を向上させることができ
る。しかも、流路内に配置した連結管によるカルマン渦
によっても、この乱流発生の効果が助長される。

【００３８】更に、連結管をこの連結管が配置される流
路の流れ方向と交差する方向に傾斜させることによっ
て、この連結管の上端及び下端を、該連結管で連通させ
る流路の上流側及び下流側に位置させて、ここでの圧力
差をより大きくして、乱流の発生を促進させ、熱交換効
率をより向上させることができる。

【００３９】また、流路断面積を大きくして、圧力損失
を低減させることができるばかりでなく、熱交換板の内
部に貫通孔を設けるとともに、この貫通孔に連通する連
結管を予め固着しておいた連結管付熱交換板を予め作製
しておき、これを９０度回転させつつ順次積層すること
によって、品質の均一な熱交換エレメントを簡易に組み
立てることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分解斜視図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】連結管の配置の変形例を示す図２相当図。

【図４】他の実施例を示す分解斜視図。

【図５】従来例を示す斜視図。

【図６】同じく、一部拡大正面図。

【図７】図６のＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

１０熱交換エレメント１１熱交換板１２端材１４ａ，１４ｂ流路１５貫通孔１６連結管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川西卓神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (56)参考文献特開昭63−127087（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−92891（ＪＰ，Ａ) 特開平４−273993（ＪＰ，Ａ) 実開平２−7479（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−163362（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−160174（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28D 9/00 F28F 3/08 301 F28F 3/10 F28D 1/03 F28F 3/00 311

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する両側縁に端材を設けた矩形平板
状の熱交換板を、同一向きで互いに９０度づつ回転させ
つつ上下に積み合わせて、互いに隣接する熱交換板間に
端材の長さ方向に沿った複数の第１流路と第２流路を交
互に形成するとともに、前記第１流路内に該第１流路の
上下に位置する前記第２流路を互いに連通させる連結管
を、前記第２流路内に該第２流路の上下に位置する前記
第１流路を互いに連通させる連結管をそれぞれ配置した
ことを特徴とする熱交換エレメント。
【請求項２】熱交換板の内部の該熱交換板の上面側及
び下面側に形成される流路内に配置される連結管にそれ
ぞれ対応する位置に貫通孔を設け、任意の連結管の一端
を前記貫通孔に連通させた状態で固着し、この連結管を
固着した熱交換板を９０度づつ回転させつつ上下に重ね
合わせて構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交
換エレメント。
【請求項３】前記連結管を該連結管が配置される流路
の流れ方向と交差する方向に傾斜させたことを特徴する
請求項１または２記載の熱交換エレメント。