JP3546574B2

JP3546574B2 - 熱交換器

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Publication number: JP3546574B2
Application number: JP00094096A
Authority: JP
Inventors: 昌孝吉野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-01-08
Filing date: 1996-01-08
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2016-01-08
Also published as: JPH09189494A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体間での熱交換を行なわせる、主として空調分野に属する熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば気体間での熱交換を行なわせる熱交換器としては、特公昭４７ー１９９９０号公報や特公昭５４ー１０５４号公報及び特公昭５１ー２１３１号公報に開示されているようなものが広く採用されている。これらのいずれも伝熱性と通湿性とを有する仕切板（伝熱性のみを有するものであることもある）を間隔板を挟んで所定の間隔をおいて複数層に重ね合わせた基本構造を採っている。仕切板は方形の平板で、間隔板は投影平面が仕切板に一致する鋸波状又は正弦波状の波形を成形した波板となっており、間隔板を仕切板の間にその波形の成形方向を交互に９０度違えて挟着し、一次気流と二次気流を通す熱交換通路をこれらの各層間に交互に構成している。
【０００３】
上記構成の熱交換器では、各層ごとに交互に形成され相互に独立した二系統の熱交換通路にそれぞれ一次気流と二次気流を導通させることにより、一次気流と二次気流との間で気流のそれぞれの保有する温度と湿度とが同時かつ連続的に交換される。そして、特公昭５１―４２３３４号公報や特公昭６２―３５５９６号公報、さらには特開平６―１０９３９５号公報や特開平６―１２３５７９号公報に開示されているように、熱交換機能の主体となる仕切板に関する多くの工夫もなされ、高い熱交換効率が得られるところまで技術革新が進み、空調分野において大きな貢献を果すに至っている。
【０００４】
しかしながら、空調装置への小型化高性能化の要請は強く、その要請の基に更に熱交換器の熱交換効率を一段と高めることが課題となっており、仕切板や間隔板についての材質の改良や薄肉化など熱交換効率を向上させるための多くの工夫や試行が行なわれている。しかし、もともと上記したような熱交換器はその基本構造がシンプルで既に完成度もかなり高くなっていることから、仕切板の材質の改良や薄肉化の方向ではもはや上記した課題を達成することは殆ど無理である。
【０００５】
こうした中で、例えば特開昭６０―２８８８号公報に示されているような熱交換に関する有効面積を大きく拡大しようとする方向の技術が提唱されている。これは、図１４に示すように波板シート１０１を貼った平板状シート１０２を波板シート１０１を向い合わせにして重ねたものの、同方向の両端にスペーサを兼ねるシール剤１０３を挟み込んだ単位部材を多数積層したものである。これは伝熱面が波板を中核として構成され、従来の平板のみの伝熱面のものよりはるかに伝熱面積が広くなり、熱交換効率を高めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
波板による間隔板を廃し、波板の伝熱板の積層で構成した上記従来の熱交換器では、伝熱面積の拡大に伴う高性能化は期待できるものの、一層毎に両端をシールすることは微細な波形の波板シート１０１に対しては随分難しいことで、これまでの積層型の熱交換器のコルゲート加工等を含む製造技術を利用することはできず、生産性が低くコストが高騰するといった問題がある。
【０００７】
また、図１５に示すように波板シート１０１の山同士を対応させるものもあるが、山同士を全て正確に対応させることは、波ピッチの小さい波板シート１０１では甚だ難しく生産性も極めて低いうえ、波板シート１０１の波頂部において接着しているため、接着剤の染み込みによりできる熱交換（特に湿度交換）に機能しない部分の面積が広くなり、効率の低下を招いている。実際に空調装置に適用するこの種の熱交換器では、波形の高さ及びピッチはそれぞれ２．５ｍｍ程度や４〜６ｍｍ程度と極めて小さくなっている。
【０００８】
さらに別の問題は、一方の流体の通路は直線状であるのに対して、他方の流体の通路は波形と直交し全域に凹凸が臨むものになってしまい、一次流体と二次流体との通路抵抗も大きく異るうえ一次流体と二次流体が全く異った流れ方をする。このことは、空調装置に適用する場合には、装置における一次流体と二次流体の各流体経路を熱交換器の通路に相互に関係付けて構成したり、送風機の能力を変えたりする必要が生じ、適用し辛い熱交換器となってしまう。
【０００９】
本発明は上記した従来の問題点を解決しようとしてなされたもので、その課題とするところは、第１には高性能にしてコンパクトで空調装置に対する適用性も良い生産性の高い熱交換器を得ることであり、第２には高性能にしてコンパクトでコストも抑制できる熱交換器を得ることであり、第３にはそうした熱交換器の構造の安定性と性能の向上を推進することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために請求項１の発明は、流体を隔て得る平板態の薄材の両面に伝熱性を持つ波形の二枚の伝熱板を、互いのその波形が交叉するように重ねた積層モジュールを階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの各積層モジュールの各伝熱板の両端の波形による開口端の薄材側は開放し、反薄材側は気密状態に閉塞部により閉塞し、この閉塞部により波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられ、それぞれ伝熱板で画成された直線状の一次流体通路と二次流体通路が交叉状に構成され、閉塞部をもたない積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられ、それぞれ伝熱板で画成された直線状の一次流体通路と、二次流体通路が交叉状に構成されるほか、隣接する階層の積層モジュールの閉塞部の間に連通し、その伝熱板の波形に直交する方向に通じる伝熱板だけで画成される一次流体通路と二次流体通路とが交叉状に構成する手段を採用する。
【００１１】
上記手段の採用により、波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の二系統の通路が交叉状に構成され、波形による開口端が開放している積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の二系統の通路と、隣接する階層の積層モジュールの閉塞された波形部分に連絡し、伝熱板だけで画成される内部が波状の二系統の通路とが交叉状に構成される。二系統の通路は積層構造全体としては流体の流れ方も、通路抵抗も同じになる。
【００１２】
そして、波形の半分が閉塞された階層の直線状の通路に流れる流体は、当該通路を画成している伝熱板を介して相隣接する階層の波状の通路を流れる流体と熱交換する。波形が開放されている階層の直線状の通路を流れる流体は当該通路を画成している伝熱板を介して同じ層で隣接する同系統の通路を流れる流体と熱交換する。
【００１３】
前記課題を達成するために請求項２の発明は、薄材の片面に伝熱性を持つ波形の伝熱板を重ねてなる二枚の熱交換要素を互いの波形が交叉するようにその薄材同士を背合わせに重ね薄材同士の合わせ部分により流体を隔て得る積層モジュールを階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの各積層モジュールのその各伝熱板の両端の波形による開口端の薄材側を開放し、反薄材側を気密状態に閉塞する手段を採用する。
【００１４】
上記手段の採用により、二枚の熱交換要素の背合わせにより積層モジュールが形成できるとともに、波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の二系統の通路が交叉状に構成され、波形による開口端が開放している積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の二系統の通路と、隣接する階層の積層モジュールの閉塞された波形部分に連絡し、伝熱板だけで画成される内部が波状の二系統の通路とが交叉状に構成される。二系統の通路は積層構造全体としては流体の流れ方も、通路抵抗も同じになる。
【００１５】
そして、波形の半分が閉塞された階層の直線状の通路に流れる流体は、当該通路を画成している伝熱板を介して相隣接する階層の波状の通路を流れる流体と熱交換する。波形が開放されている階層の直線状の通路を流れる流体は当該通路を画成している伝熱板を介して同じ層で隣接する同系統の通路を流れる流体と熱交換する。
【００１６】
前記課題を達成するために請求項３の発明は、薄材の両面に伝熱性を持つ波形の二枚の伝熱板を、互いのその波形が平行になるように重ねた積層モジュールを伝熱板の波形が一階層ごとに交叉する状態に階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの各積層モジュールのその各伝熱板の両端の波形による開口端の薄材側を開放し、反薄材側を気密状態に閉塞する手段を採用する。
【００１７】
上記手段の採用により、波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の同系統の通路が平行状に構成され、波形による開口端が開放している積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の他の系統の通路と、隣接する階層の積層モジュールの閉塞された波形部分に連絡し、伝熱板だけで画成される内部が波状の通路とが平行状に構成される。
【００１８】
そして、波形の半分が閉塞された階層の直線状の通路に流れる流体は、当該通路を画成している伝熱板を介して相隣接する階層の波状の通路を流れる流体と熱交換する。波形が開放されている階層の直線状の通路を流れる流体は当該通路を画成している伝熱板を介して同じ層で隣接する同系統の通路を流れる流体と熱交換する。
【００１９】
前記課題を達成するために請求項４の発明は、薄材の片面に伝熱性を持つ波形の伝熱板を重ねてなる二枚の熱交換要素を互いの波形が平行になるようにその薄材同士を背合わせに重ねた積層モジュールを、その伝熱板の波形が一階層ごとに交叉する状態に階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの各積層モジュールのその各伝熱板の両端の波形による開口端の薄材側を開放し、反薄材側を気密状態に閉塞する手段を採用する。
【００２０】
上記手段の採用により、二枚の熱交換要素の背合わせにより積層モジュールが形成できるとともに、波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の同系統の通路が平行状に構成され、波形による開口端が開放している積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられた直線状の他の系統の通路と、隣接する階層の積層モジュールの閉塞された波形部分に連絡し、伝熱板だけで画成される内部が波状の他の系統の通路とが平行状に構成される。
【００２１】
そして、波形の半分が閉塞された階層の直線状の通路に流れる流体は、当該通路を画成している伝熱板を介して相隣接する階層とにより形成される波状の通路を流れる流体と熱交換する。波形が開放されている階層の直線状の通路を流れる流体は当該通路を画成している伝熱板を介して同じ層で隣接する同系統の通路を流れる流体と熱交換する。
【００２２】
前記課題を達成するために請求項５の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかにかかる前記手段における各積層モジュールの薄材と伝熱板とを同一材料で構成する手段を採用する。
【００２３】
上記手段の採用により、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかにかかる前記機能とともに、各階層における薄材で隔てられた通路を流れる流体間でも熱交換が行なわれる。
【００２４】
前記課題を達成するために請求項６の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかにかかる前記手段における、各積層モジュールの薄材と伝熱板とを異る材料で構成する手段を採用する。
【００２５】
上記手段の採用により、請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかにかかる前記機能とともに、薄材を広範に選択でき、薄板による補強機能や製造し易さを推進することができる。
【００２６】
前記課題を達成するために請求項７の発明は、請求項１〜請求項６までのいずれかにかかる前記手段における積層モジュールを、各伝熱板の両端の波形の谷部分を予め封止したものと、各伝熱板の両端の波形をそのまま開放したものとの二種類とし、これらの二種類の積層モジュールを交互に階層状に積層する手段を採用する。
【００２７】
上記手段の採用により、請求項１〜請求項６までのいずれかにかかる前記機能とともに、二種類の積層モジュールを交互に階層状に積層するだけで製造することができる。
【００２８】
前記課題を達成するために請求項８の発明は、請求項１〜請求項６までのいずれかにかかる前記手段における積層モジュールを、各伝熱板の両端の波形の谷部分を予め封止したものと、各伝熱板の両端の波形をそのまま開放したものとの二種類とし、これらの二種類の積層モジュールを交互に階層状にその封止部分において接着する手段を採用する。
【００２９】
上記手段の採用により、請求項１〜請求項６までのいずれかにかかる前記機能とともに、接着箇所が減少し接着剤の染み込みによる熱交換阻害箇所を減少させることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
発明の実施の形態１．
図１に示すこの実施の形態１の熱交換器は、通常よく知られている積層型の熱交換器における伝熱板の層間の間隔を保持する波形板を廃し、伝熱板自体を波形にしてその表面積の拡大を推進しようとする技術を評価し、この技術をさらに一層推進して得られたものである。
【００３１】
図１に示す六面体の熱交換器１は、図２と図３に示すような二種類の積層モジュール２，３を階層状に積層して得られる。二種類の積層モジュール２，３はいずれも、流体を隔て得る平板態の薄材としての副伝熱板４の両面に伝熱性を持ち波形に成形された二枚の主伝熱板５を、互いのその波形が直交するように重ねた構成であり、その違いは主伝熱板５の両端の波形の半分が閉塞された閉塞部６を有するか否かだけである。従って、各積層モジュール２，３の基体部分は共通であり、これまでのコルゲート加工を含む熱交換器の製造技術をそのまま使って製造することができる。各積層モジュール２，３の主伝熱板５は、平面形状が平行四辺形に坪量１００程度の伝熱材料で形成され、台形状や鋸歯状や三角波や正弦波状の波形が全面に成形されている。一方の積層モジュール２に備えられる閉塞部６は、主伝熱板５の波形の高さ及びピッチが大きいものでは、積層モジュール２，３を積層した状態で当該部のみに樹脂等を注入することにより形成することもできるが、空調用のものでは主伝熱板５の波形の高さ及びピッチがそれぞれ２．５ｍｍ内外や４〜６ｍｍと小さいため殆ど無理である。
【００３２】
そこでこの実施の形態１では、予め積層前の積層モジュール２に閉塞部６を形成している。即ち、副伝熱板４の片面に主伝熱板５を波形の峰部において接着し、この主伝熱板５の片面における波形の波方向の両端縁に沿う全ての谷部に、ホットメルト樹脂等の気密保持性のある樹脂を流し込み、波形の半分を閉塞する。この後、もう一枚の主伝熱板５を副伝熱板４の他の面に接着し、その片面における波形の波方向の両端縁に沿う全ての谷部に、ホットメルト樹脂等の気密保持性のある樹脂を流し込み、波形の半分を閉塞する。主伝熱板５自体は坪量１００程度であり、剛構造材でもないので単独には波形の形状も保持しにくく、ホットメルト樹脂等をその谷部に流し込み的確に谷部を閉塞することは難しいが、副伝熱板４に接着した状態の主伝熱板５は、その波形が副伝熱板４により固定され位置決めできるので、樹脂の流し込みによる閉塞部６の形成は比較的容易である。この意味で副伝熱板４は主伝熱板５の形状を保持する強度メンバーでもあり、熱交換機能を主伝熱板５に十分に依存できれば、熱交換器１の構造を安定化させる機能を主機能とする素材を選定することもできる。
【００３３】
この樹脂による閉塞部６は、気密を保持できれば良くそれほど幅を広くする必要はなく、ガンノズル等を使って連続的に形成することができる。このようにして予め閉塞部６を形成した積層モジュール２と、閉塞部６をもたない積層モジュール３を交互に階層状に複数積層して六面体の積層構造とすることにより図１に示す熱交換器１が得られる。積層モジュール２，３同士は閉塞部６を主要な接着部分として利用し、主伝熱板５の峰同士の当接箇所は、点接着にする方がよい。即ち、接着剤が含漬した部分は熱交換機能、特に湿度交換機能が阻害され、その面積が広いと全体の熱交換効率はかなり低下することになるので、接着面積はこのように少ない程よい。
【００３４】
この熱交換器１の特徴は、基本的には同形同大の積層モジュール２，３の単純な積層のみで一次流体イと二次流体ロとを流通させ得る相互に離隔した一次流体通路７と二次流体通路８とが階層ごとに隣接する階層にわたって構成されることであり、換言すれば一次流体通路７と二次流体通路８を確保するスペーサなしに、全て伝熱機能を果たしうる構成要素で構成されていることである。そして、半数は閉塞部６を持たない積層モジュール２であり、これはこれまでのコルゲート加工を含む熱交換器の製造技術をそのまま利用し活用して作ることができるので、生産性が高くコストも抑制できる。
【００３５】
閉塞部６により波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュール２の階層にはその階層の副伝熱板４により隔てられ、それぞれ主伝熱板５で画成された直線状の一次流体通路７と二次流体通路８が交叉状に構成される。閉塞部６をもたない積層モジュール３の階層にはその階層の副伝熱板４により隔てられ、それぞれ主伝熱板５で画成された直線状の一次流体通路７と、二次流体通路８が交叉状に構成されるほか、隣接する階層の積層モジュール２の閉塞部６の間に連通し、その主伝熱板５の波形に直交する方向に通じる主伝熱板５だけで画成される一次流体通路７と二次流体通路８とが交叉状に構成される。
【００３６】
一次流体通路７も二次流体通路８も直線状のものと内部が波形に面する二種類が構成されるが、熱交換器１全体としては一次流体通路７も二次流体通路８もその流体の流れ方も、通路抵抗も同じになる。従って、熱交換器１を装置に適用する場合に、一次流体イと二次流体ロを導通させるための各流体経路も、送風機等の能力も同等に構成することができ、空調装置等には極めて適用し易い。
【００３７】
閉塞部６を持つ積層モジュール２の階層に構成される直線状の一次流体通路７を流れる流体は、当該階層の積層モジュール２の副伝熱板４により隔てられた当該階層の直線状の二次流体通路８を流れる流体と副伝熱板４を介して連続的に熱交換する。これとともに、自体を画成している主伝熱板５を介して隣接する階層の積層モジュール３の波状の二次流体通路８を流れる流体とも連続的に熱交換する。閉塞部６を持たない積層モジュール３の階層に構成される直線状の一次流体通路７を流れる流体は、当該階層の積層モジュール３の副伝熱板４により隔てられた当該階層の直線状の二次流体通路８を流れる流体と副伝熱板４を介して連続的に熱交換する。これとともに、自体を画成している主伝熱板５を介して隣接する波状の一次流体通路７を流れる流体とも熱交換する。このようにこの熱交換器１は、熱交換に機能する伝熱面積が広く、コルゲート状の間隔板と平板の伝熱板の積層による従来の熱交換器に比べ１８０％を越える程度まで伝熱面積が増大し、高い熱交換性能が得られる。
【００３８】
また、直線状でない波状の一次流体通路７と二次流体通路８は、流通方向に対して交差する方向に隣接する主伝熱板５による波形が臨んでいるので、通過する流体が乱流化され、流体の伝熱面への接触回数が増加するので熱交換性能を向上させる方向に作用する。さらに、接着箇所が少なく、接着剤によって熱交換に機能しない部分が少なくなっていることも熱交換性能の向上に寄与している。構造的には熱交換に機能する主副の伝熱板のみで構成されるためコンパクトであり、材料もスペーサを要する従来のものに比べ大幅に削減することができる。
【００３９】
なお、閉塞部６については、ホットメルト樹脂の他にもシーラント類やモルトプレンやゴム等により形成することができる他、主伝熱板５が紙系統の場合には段ボール紙の容器体の成形にしばしば使われる反切り加工等により当該部をつぶす技術を利用して一体的に形成することも可能である。
【００４０】
発明の実施の形態２．
この実施の形態２は、上述した実施の形態１の熱交換器１の積層モジュール２，３の主伝熱板５と副伝熱板４をそれぞれ無孔質伝熱材で構成したものであり、顕熱専用の熱交換器である。これ以外の構成は実施の形態１のものと同じである。従って、実施の形態１にかかる図１，２，３をそのまま援用して説明するとともに、実施の形態１のものと同一部分の説明は省略する。
【００４１】
この熱交換器１は主伝熱板５と副伝熱板４が無孔質伝熱材であるアルミ板や薄鋼板等の金属やプラスチック板で構成されている。アルミ板による副伝熱板４は押出し成形によって容易に成形できる利点があり、プラスチック板による主伝熱板５は成形型によって成形できる利点がある。このような無孔質伝熱材による積層モジュール２，３は紙などより剛性があり、波形の保形性も良いため扱い易く、積層によっても波形の潰れなどが生じにくく、熱交換器１の構造的な安定性が増し品質の維持もし易くなる。これ以外の構成及び機能並びに利点は基本的に実施の形態１のものと同じであるのでそれらの説明は省略する。
【００４２】
発明の実施の形態３．
この実施の形態３は、上述した実施の形態１の熱交換器１の主伝熱板５と副伝熱板４とを伝熱性と通湿性をあわせ持つ繊維性多孔質材又は非繊維性多孔質材で構成したものであり、顕熱とともに潜熱も交換する全熱交換器１である。これ以外の構成は実施の形態１のものと同じである。従って、実施の形態１にかかる図１，２，３をそのまま援用して説明するとともに、実施の形態１のものと同一部分の説明は省略する。
【００４３】
この実施の形態３の熱交換器１は、繊維性多孔質材又は非繊維性多孔質材で主伝熱板５と副伝熱板４とが構成された図２，３に示すような積層モジュール２，３を図１に示すように積層したものである。繊維性多孔質材としては、和紙、瀘紙、洋紙等の紙類やカーボン繊維、ガラス繊維との混抄紙などが適用される。また非繊維性多孔質材としては素焼きのセラミック等が適用される。副伝熱板４は平板態であり、必ずしも薬液加工などは施す必要がないので、主伝熱板５とは異る材料で構成してもよく、コストや補強機能や製造し易さを考慮して広範に選択することができる。これ以外の構成は実施の形態１のものと同じであるのでその説明は省略する。
【００４４】
上記構成の熱交換器１において、図１に示すように各階層ごとに交互に形成された相互に独立した一次流体通路７と二次流体通路８にそれぞれ流体を一方の開口端から導通させることにより、流体間で流体の流動を中断することなくそれぞれの保有する温度と湿度とを同時かつ連続的に交換させることができる。この熱交換器１における全熱交換に機能する伝熱面積は主伝熱板５と副伝熱板４とによるため、顕熱についても、潜熱についてもすこぶる熱交換性能の高い熱交換器１となる。特に、階層ごとの主伝熱板５同士の接着が点接着になり、接着剤によりできる熱交換阻害箇所が最小限になるので、潜熱の交換において随分有利に働く。これ以外の機能は実施の形態１のものと同じであるのでその説明は省略する。
【００４５】
発明の実施の形態４．
この実施の形態４は、上述した実施の形態３の熱交換器１の主伝熱板５を透湿性があり透気性の小さい気体に関する選択透過性を備えた多孔質伝熱材で構成したものであり、実施の形態３のものと同様に顕熱とともに潜熱も交換する全熱交換器１である。副伝熱板４については、主伝熱板５と同一材料でも、異る材料でもよい。これ以外の構成は実施の形態３のものと同じである。従って、実施の形態３にかかる図１，２，３をそのまま援用して説明するとともに、実施の形態３のものと同一部分の説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態４の熱交換器１は、多孔質伝熱材で構成された図２，３に示すような積層モジュール２，３を図１に示すように積層したものである。多孔質伝熱材は、弱疎水性の多孔質材の片面に吸湿剤を含む親水性高分子化合物の水溶液をコーティングした緻密な吸湿性薄膜に多孔質材をラミネートした三層構造をしている。弱疎水性の多孔質材としては、適度に親水処理の施された紙類が用いられる。また、ラミネートする多孔質材としては和紙、瀘紙、洋紙等の紙類やカーボン繊維、ガラス繊維との混抄紙にロジン、にかわ等の天然サイズ剤、合成サイズ剤を用いて弱疎水化処理を施した紙類が適用される。多孔質伝熱材としては上記したものの他に、沸点の高い高価アルコールとこれに相溶性の良い樹脂を含浸又はコーティングした紙材を使うこともできる。これ以外の構成は実施の形態３のものと同じであるのでその説明は省略する。
【００４７】
この実施の形態４の熱交換器１の機能は実施の形態３のものと基本的には同じであるが、実施の形態３のものと異り、その主伝熱板５に透気性が殆どなく、しかも高い透湿性を持つため、流体同士が一次流体通路７と二次流体通路８内で混合することがなく、一次流体通路７の流体に含まれていた一酸化炭素や一酸化イオウなどの有害ガスが二次流体通路８の流体へ移行するようなことがなくなり、しかも潜熱に関する熱交換性能が一層向上することになる。
【００４８】
発明の実施の形態５．
この実施の形態５は、上述した実施の形態１，３，４の熱交換器１のそれぞれの主伝熱板５に図４，５に示すようにその表面積を拡大する構造を設けたものである。これ以外の構成は実施の形態１，３，４のものと同じである。この熱交換器１は、繊維性多孔質材又は非繊維性多孔質材で構成された図４に示すような微細構造９を付けた主伝熱板５と副伝熱板４により構成した積層モジュール２，３を図１に示すように積層したものである。微細構造９は、微細な波付け加工又は縮緬付け加工又は皺付け加工により形成されている。これにより、熱交換器１における熱交換（顕熱又は潜熱及び全熱についての）において機能する有効な表面積がさらに大幅に増えることになり、熱交換性能が一層高まることになる。これ以外の機能は実施の形態１又は実施の形態４のものと同じであるのでその説明は省略する。
【００４９】
発明の実施の形態６．
この実施の形態６の熱交換器１は、上述の各実施の形態により示した熱交換器の積層モジュール２，３とはその構成が異るものである。即ち、図６，７に示すようにこの熱交換器１の積層モジュール２，３は、二枚の熱交換要素１０の貼り合わせにより構成されている。熱交換要素１０は、上記各実施の形態で示した主伝熱板５を副伝熱板４の片面に重ねて波形の峰の部分で接合した構成である。この熱交換要素１０は、従来広く実施されてきたコルゲート加工の技術をそのまま適用して容易に作ることができる。
【００５０】
この熱交換要素１０二枚を主伝熱板５の波形が直交するようにして副伝熱板４同士を重ね、背合わせにすることにより積層モジュール２，３が構成される。閉塞部６を持つ積層モジュール２は、貼り合わせ前の熱交換要素１０の形態でホットメルト樹脂を波形の谷に充填して形成する。この状態での閉塞部６の形成は、実施の形態１で示した仕方よりはるかに容易かつスピーディに行なうことができる。即ち、主伝熱板５の波形は副伝熱板４で固定され形状が保持されているため、副伝熱板４側を下にして連続的に送りながらホットメルト樹脂等を充填して閉塞部６を形成することができる。
【００５１】
このようにして構成した二種類の積層モジュール２，３を実施の形態１で示したように階層構造に積み重ねて熱交換器１が構成される。この熱交換器１は各階層において副伝熱板４が二重になっている点を除けば、上記各実施の形態で示した熱交換器１と同じ構造になる。副伝熱板４が二重である分、副伝熱板４部分での熱交換機能は低下するが、全体の構造的な安定性が得られるうえ、製造がし易く生産性も高いので実用性は高い。
【００５２】
二重構造による各階層の副伝熱板４における伝熱機能の低下も次のような工夫により容易に解消することができる。即ち、片側の熱交換要素１０の副伝熱板４は平板態とし、これに接合するもう一方の副伝熱板４については、部分的な帯状とするか図８に示すように荒い網状のものとする。この副伝熱板４は単独には伝熱板でなく薄材といえるもので、伝熱機能も必要ではなく、主伝熱板５の波形状を保持できれば十分である。こうした熱交換要素１０の接合により得られる積層モジュール２，３の積層によれば、各階層の二重構造は概ね解消し、実施の形態１で示した熱交換器１とほぼ同等な熱交換性能が得られる。これ以外の機能及び利点は各実施の形態で示したものと同じであるのでそれらについての説明は省略する。
【００５３】
発明の実施の形態７．
この実施の形態７の熱交換器１１は、図９，１０に示すような二種類の積層モジュール１２，１３を階層状に積層して得られる。二種類の積層モジュール１２，１３はいずれも、流体を隔て得る平板態の薄材としての副伝熱板４の両面に伝熱性を持ち波形に成形された二枚の主伝熱板５を、互いのその波形が平行となるように重ねた構成であり、その違いは主伝熱板５の両端の波形の半分が閉塞された閉塞部６を有するか否かだけである。従って、各積層モジュール１２，１３の基体部分は、これまでのコルゲート加工を含む熱交換器の製造技術を使って製造することができ、生産性も良い。この積層モジュール１２，１３を交互にその主伝熱板５の波形が直交するように積層することにより図１１に示すような熱交換器１１が得られる。
【００５４】
主伝熱板５の構成や副伝熱板４の構成並びに閉塞部６については、前述の各実施の形態で示したそれらにかかる構成をそれぞれ適宜に採用することができる。この熱交換器１１においても熱交換に機能する構成要素を基本として構成され、伝熱面積もコルゲート状の間隔板を挟んで積層したものに比べれば、随分広くなり熱交換性能は向上する。即ち、閉塞部６をもつ積層モジュール１２の階層にはその階層の副伝熱板４により隔てられた直線状の同系統の通路１４が平行状に構成され、閉塞部６を持たない積層モジュール１３の階層にはその階層の副伝熱板４により隔てられた直線状の他の系統の通路１５と、隣接する階層の積層モジュール１２の閉塞部６により両側が閉塞され、主伝熱板５だけで画成される内部が波状の通路１５とが平行状に構成される。
【００５５】
閉塞部６を持つ積層モジュール１２の階層の直線状の通路１４に流れる流体は、当該通路１４を画成している主伝熱板５を介して相隣接する階層の波状の通路１５を流れる流体と熱交換する。閉塞部６を持たない階層の直線状の通路１５を流れる流体は当該通路１５を画成している主伝熱板５を介して同じ層で隣接する同系統の通路１５を流れる流体と熱交換する。このように、この熱交換器１１は熱交換性能は比較的高く維持できるが、二系統の通路１４，１５の広さや流路抵抗に差ができ、空調装置には適用し難いものとなる。この点は、閉塞部６を片側の主伝熱板５に形成した積層モジュール１３だけを積層して構成すれば解消することはできるが、従来の熱交換器に関する既成の製造技術を利用して生産性が良くコストも低く効率のよい熱交換器１１を得ようとする課題の達成の観点からはあまり有効ではない。
【００５６】
ただし、図１２，１３に示すように実施の形態６で示した二枚の熱交換要素１０を背合わせにして積層モジュール１２を構成する手立てを採ればこの点を克服できる。即ち、閉塞部６のない半数の熱交換要素１０は、コルゲート加工を含む従来の製造技術をそのまま利用して作ることができ、閉塞部６を持つ熱交換要素１０の基体部分についても同様の仕方で作ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の熱交換器を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１の熱交換器の構成要素である積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図３】実施の形態１の熱交換器の構成要素である他の積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図４】実施の形態５の熱交換器の構成要素である積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図５】実施の形態５の熱交換器の構成要素である他の積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図６】実施の形態６の熱交換器の構成要素を示す拡大斜視図である。
【図７】実施の形態６の熱交換器の構成要素を示す拡大斜視図である。
【図８】実施の形態６の熱交換器の他の構成要素を示す拡大斜視図である。
【図９】実施の形態７の熱交換器の構成要素である積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図１０】実施の形態７の熱交換器の構成要素である積層モジュールを示す拡大斜視図である。
【図１１】実施の形態７の熱交換器を示す斜視図である。
【図１２】実施の形態７の熱交換器の構成要素を示す拡大斜視図である。
【図１３】実施の形態７の熱交換器の構成要素を示す拡大斜視図である。
【図１４】従来の熱交換器の構成を示す部分拡大斜視図である。
【図１５】従来の熱交換器の構成を示す部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
１熱交換器
２積層モジュール
３積層モジュール
４副伝熱板
５主伝熱板
６閉塞部
７一次流体通路
８二次流体通路
１０熱交換要素
１１熱交換器
１２積層モジュール
１３積層モジュール
１４通路
１５通路

Claims

流体を隔て得る平板態の薄材の両面に伝熱性を持つ波形の二枚の伝熱板を、互いのその波形が交叉するように重ねた積層モジュールを階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの上記各積層モジュールのその上記各伝熱板の両端の上記波形による開口端の上記薄材側は開放し、反薄材側は気密状態に閉塞部により閉塞し、この閉塞部により波形による開口端の半分が閉塞された積層モジュールの階層にはその階層の上記薄材により隔てられ、それぞれ上記伝熱板で画成された直線状の一次流体通路と二次流体通路が交叉状に構成され、閉塞部をもたない上記積層モジュールの階層にはその階層の薄材により隔てられ、それぞれ上記伝熱板で画成された直線状の一次流体通路と、二次流体通路が交叉状に構成されるほか、隣接する階層の上記積層モジュールの上記閉塞部の間に連通し、その伝熱板の波形に直交する方向に通じる上記伝熱板だけで画成される一次流体通路と二次流体通路とが交叉状に構成された熱交換器。
薄材の片面に伝熱性を持つ波形の伝熱板を重ねてなる二枚の熱交換要素を互いの波形が交叉するようにその薄材同士を背合わせに重ね薄材同士の合わせ部分により流体を隔て得る積層モジュールを階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの上記各積層モジュールのその上記各伝熱板の両端の上記波形による開口端の上記薄材側は開放し、反薄材側は気密状態に閉塞部により閉塞させた構成の熱交換器。
薄材の両面に伝熱性を持つ波形の二枚の伝熱板を、互いのその波形が平行になるように重ねた積層モジュールを伝熱板の波形が一階層ごとに交叉する状態に階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの上記各積層モジュールのその上記各伝熱板の両端の上記波形による開口端の上記薄材側は開放し、反薄材側は気密状態に閉塞部により閉塞した構成の熱交換器。
薄材の片面に伝熱性を持つ波形の伝熱板を重ねてなる二枚の熱交換要素を互いの波形が平行になるようにその薄材同士を背合わせに重ねた積層モジュールを、その伝熱板の波形が一階層ごとに交叉する状態に階層状に複数積層した六面体の積層構造における、一階層おきの上記各積層モジュールのその上記各伝熱板の両端の上記波形による開口端の上記薄材側は開放し、反薄材側は気密状態に閉塞部により閉塞した構成の熱交換器。
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかに記載の熱交換器であって、各積層モジュールの薄材と伝熱板とを同一材料で構成したことを特徴とする熱交換器。
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４のいずれかに記載の熱交換器であって、各積層モジュールの薄材と伝熱板とを異る材料で構成したことを特徴とする熱交換器。
請求項１〜請求項６までのいずれかに記載の熱交換器であって、各伝熱板の両端の波形の谷部分を予め封止した積層モジュールと、各伝熱板の両端の波形をそのまま開放した積層モジュールとを構成し、これらの二種の積層モジュールを交互に階層状に積層したことを特徴とする熱交換器。
請求項１〜請求項６までのいずれかに記載の熱交換器であって、各伝熱板の両端の波形の谷部分を予め封止した積層モジュールと、各伝熱板の両端の波形をそのまま開放した積層モジュールとを構成し、これらの二種の積層モジュールを交互に階層状にその上記封止部分において接着して積層したことを特徴とする熱交換器。