JP4243721B2 - ドラム型熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、工場あるいはビルディングとか住居の室内空気を効果的に換気および浄化させるためのドラム型熱交換器に係り、より詳しくは,伝熱手段の態様を回転可能なドラム型で造られた熱交換器を提供することによって、熱交換器の全体的な体積を大幅に縮小できることから、取り扱いとか設置空間の側面で優れる点があり、さらにドラム型伝熱手段を採用することによって、熱交換器の可動サイクルを短縮できるとともに、十分な伝熱面積を確保できることから効率性の側面で熱交換器の全般的な性能を向上せしめうるドラム型熱交換器に関するものである。
一般に、工場あるいはビルディングとか住居の室内を換気させるための手段は、主として換風機等のごとく空気を直接排出したり、あるいは流入させたりするものがほとんどであるが、このような換気手段等は夏季あるいは冬季において室内の冷気あるいは熱気をそのまま外部へ排出させることによって、エネルギ-を放出させて熱効率の側面で非効率的な点があった。
最近に至っては、かかる短所を補完した伝熱式熱交換器等が多く提供されている。かかる伝熱式熱交換器等は、空気を流入する流れから熱および湿気を抽出して排出する流れに伝達させることによって、望ましき換気を行い、空気調和を保持する方式であり、排出空気と流入空気の対向する流れ等が熱交換器を通過するのに要する圧力を付与するための手段としてファンあるいは送風機を含む。
伝熱式熱交換器では、対向する空気の流れ間の熱伝達効率を高めるための伝熱手段の適用技術が何よりも重要であり、これに対して多くの研究と改善がなされている。
例えば、既存の熱交換器中で代表的な円板態様の伝熱手段を備えた熱交換器が提示（本出願人によって２００２年２月７日付けで出願され、登録された実用新案登録第２７４９４８号）されているが、かかる熱交換器は十分な伝熱面積を確保するために円板の大きさを大きくしなければならないことから、これに伴って熱交換器の全体的な面積および体積が大きくなって取扱いが不便であり、かつ設置空間も広く占める短所が発生したし、さらに熱交換器の稼動時に直径450mm以上の円板の場合には回転半径が長くなるため、回転せしめるのに多くの時間が費されて満足すべき熱効率が得られない短所が発生された。
従って、既存の設計上の制限がない上に、より改善されて効率の高い伝熱手段を含みつつ装置の面積および体積を減らして取扱いおよび設置が容易な熱交換器の改善に対する要求が漸次増加している趨勢にある。
韓国実用新案登録第２７４９４８号公報
そこで、本発明は上記種々の問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、熱交換器の伝熱手段をドラム型に構成して装置の全体的な大きさを最大限に縮小しつつコンパクトに構成できるようにすることによって、取扱いおよび設置が容易であるばかりか、設置空間も少なく占められうるようにする一方で、伝熱手段の設置空間対比熱交換効率を極大化せしめうるし、伝熱手段の交替とか点検等、全体的な保持および補修が容易にして再使用が可能であり、これによって熱交換器の寿命を延長を可能ならしめたドラム型熱交換器を提供することにある。
この発明のその他の目的は、回転半径が小さいドラム型を採用して熱交換器の全稼動サイクルタイムを短縮できるとともに、伝熱面積も十分確保できるため、熱効率を高めに保持できるようにされたドラム型熱交換器を提供することにある。
上記のような目的を達成するためになされたこの発明は、前面の外部空気吐出口および内部空気吸入口と両側面にそれぞれ外部空気吸入口および内部空気吐出口を有しており、内部は長手方向に配置される遮断板によって外部空気用チャンバーと内部空気用チャンバーとに区分けられて室内空気の出し入れを可能にする熱交換器本体と、
前記熱交換器本体の内部で長手方向に沿って並列状態に両側チャンバー内にすべてにわたって配置され、両端部は複数のローラーによって支持されつつ回転可能であり、両側チャンバーを回転経由しつつ室内外の空気間の熱交換作用を行う伝熱ドラムと、
前記熱交換器本体の内部一側に位置されつつベルトを通して連結されている伝熱ドラムを回転せしめる駆動モータとを含んでなることを特徴とする。
さらに、前記伝熱ドラムを通過せしめる遮断板の貫通部位には、本体壁面との間に両側チャンバ-間の熱移動を阻める熱遮断用ブラシが設けられていることを特徴とする。
さらに、前記伝熱ドラムは、円周に沿って連続される両端部のローラーガイド面および長さ中間のプーリを有しつつ多孔網態様の円筒形からなるドラム本体と、該ドラム本体の全周面に沿って所定厚さで取付けられて空気との熱交換作用を行う伝熱媒体を含んで構成されることを特徴とする。
さらに、前記伝熱ドラムの伝熱媒体は、円筒形の伝熱ドラムを一度に囲繞する一つの一体型あるいは幾つかの部分に分割されて囲繞する分割型からなっていることを特徴とする。
さらに、前記伝熱媒体は、ポリエステル粒子、ガラス纎維、非鉄金属、発泡樹脂中のある一つであることを特徴とする。
さらに、前記伝熱ドラムの回転をガイドする複数のローラーは、熱交換器本体の前後板にそれぞれアイドル可能な構造で装着されるとともに、４つの格子形構造で配置されつつ円筒形ドラムの周囲４個所を支持可能になっていることを特徴とする。
本発明はドラム態様の伝熱手段を含む熱交換器を提供することにより、伝熱媒体の断面積を大きくして、十分な伝熱面積の確保はもとより、装置の全体的な幅および体積を縮小できることから、点検と交替等の取扱いが容易である長所と、設置空間を大きく占めない長所と、とりわけ十分な伝熱面積の確保と時間当りの回転数対比サイクルタイムを短縮できるため、優れた熱交換効率を顯示できる等、熱交換器の性能を全般的に向上せしめうる長所がある。
さらに、本発明はダクト連結方式を利用した別途の空気浄化手段と共に使用できるため、熱交換器を使用する側面において利便性が得られるきわめて優れた長所を有するものである。
以下、この発明に従う一実施例について添付図に沿って詳述する。
この発明のドラム型熱交換器は、ドラム態様の伝熱手段を含むことを特徴とする。
かかるドラム態様の伝熱手段は、所定の駆動手段によって回転しつつこれを通過する２つの空気の流れ間に顯熱および潜熱エネルギーを伝達する。
さらに、ドラム態様の伝熱手段は、熱交換器の本体内に配置されつつ２つの対向する空気の流れ間の相互の混合を遮断せしめうる遮断板とともに組合わされうる。
前記ドラム態様の伝熱手段は、空気の流通を可能にする十分な多孔性はもとより、空気の流れ内に乱流を流入して熱伝達のための表面積を提供するに十分な密度を有する伝熱媒体を含む。
たとえば、ポリエステル粒子、ガラス纎維、非鉄金属、発泡樹脂等を使用することができるし、好ましきは伝熱媒体の臭いを除去するために適当量の消臭剤を添加できるし、空気中の水気等によって伝熱媒体に残留するかび等の細菌類を除去するためにゼオライト成分を添加することができる。
この際、前記ポリエステル粒子、ガラス纎維、非鉄金属等の粒子型のものを伝熱媒体として利用時には、これらを収容しつつドラム態様の伝熱手段の表面に結合されうる収容体が提供され、また前記発泡樹脂のごとく成型の容易なものは一体型に成型して提供される。
図１は、この発明に従うドラム型熱交換器を示す分解斜視図であり、図２はこの発明に従うドラム型熱交換器を示す正断面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視断面図をそれぞれ示している。
図に示すように、熱交換をするための伝熱媒体(19d)は、多孔網態様の円筒形からなっているドラム本体(19c)の全外周部を囲繞する構造で設置されうるが、好ましくは、伝熱媒体(19d)を全周囲を一度に囲繞する一つの一体型とかあるいは全体周囲を複数の区域に分割した後、それぞれの分割された区域に１つずつ配属されうるいくつかの単位に分割される分割型で設置されうる。
上記のごとき分割設置は、伝熱媒体(19d)を点検したり交替する側面で有利な点がある。
たとえば、伝熱媒体(19d)が発泡樹脂のごとく一体に成型されたものであるときには、交換および点検がさらに容易であるが、これとは異なり、図4でのように、伝熱媒体(19d)が粒子型の場合、収容体の外側を締めくくっている網部材(19e)を脱去するか、あるいは再装着する作業だけによって伝熱媒体(19d)を設置できるようになり、網部材(19e)の除去を通して点検と交替を容易にすることができる。この際、粒子型の伝熱媒体(19d)を収容された収容体の個別的な交換も可能となる。
かかる伝熱媒体(19d)を有する伝熱ドラム(19)は、四角の円筒構造をもつ熱交換器の本体(17)内に長手方向へ並列に配置され、熱交換器本体(17)の中心軸線に沿って長手方向へ横切る遮断板(14)によって２つの隔離された空間部が造成され、この際、両側に隔離された空間内に同時に経由されつつ熱交換作用が行われうるようになる。
このため、前記熱交換器本体(17)には、前面に両側へ向う外部空気吐出口(10)と内部空気吸入口(11)が形成されており、両側面にはそれぞれ外部空気吸入口(12)と内部空気吐出口(13)が形成されており、その内部には前面両側のそれぞれの吐出口および吸入口の中間を基準位置にして、本体の長手方向を横切る遮断板(14)が設けられて両側に２つの隔離された空間、つまり外部空気用チャンバー(15)と内部空気用チャンバー(16)が造成されている。
これによって、熱交換器本体(17)の内部には、外部空気と内部空気の対向する流れがなされつつ、それぞれのチャンバーを経由する伝熱ドラム(19)によってチャンバー内で熱交換作用が進行されうることになる。
たとえば、外部空気は側面外部空気吸入口(12)を通して外部空気用チャンバー(15)側に位置される伝熱媒体(19d)を通過して内部へ流入された後、前面外部空気吐出口(10)を通して室内側へ供給され、内部空気は前面内部空気吸入口(11)を通して内部空気用チャンバー(16)の内部へ流入された後、内部空気用チャンバー(15)側に位置される伝熱媒体(19d)を通過してその側面の内部空気吐出口(13)を通して外部へ抜け出されるようになり、この際の内外部空気はそれぞれのチャンバー内に滞留する中に両チャンバー間を出入りする伝熱ドラム(19)の伝熱媒体(19d)によって相互間の潜熱と顯熱とを交換することになる。つまり、内部の熱を外部へ消費することなく、外部からは新鮮な空気が流入されるようになり、外部へは内部熱の放出なしに臭いのみが抜出されることになる。
この際のそれぞれの吸入口と吐出口にはグリルとともに選択的に送風手段が直接設置されるか、あるいは外部の送風手段から延長されるダクトとかホース等が連結されて空気の流れを誘導できるようになる。
前記伝熱ドラム(19)によって両側チャンバー内で空気に対する熱交換作用が行われる中、チャンバー間の熱移動を遮断するための手段として遮断用ブラシ(22)が提供される。
前記遮断用ブラシ(22)は、両側チャンバーを塞いでいる遮断板(14)と伝熱ドラム(19)の内周面間の接触部位、さらに熱交換器本体(17)の上板および下板と伝熱ドラム(19)の外周面間の接触部位にそれぞれ設けられて外部空気用チャンバー(15)と内部空気用チャンバー(16)との間の熱の移動を完全に遮断することによって、熱の損失を最大限に減らして熱交換器の高い熱効率を保持せしめる役割を果す。
空気に対する熱交換作用を行うために伝熱ドラム(19)は、それぞれのチャンバー間で所定の速度で回転できる。
そのため、図５に示すように、伝熱ドラム(19)のドラム本体(19c)は、両端部に円周方向に沿って連続されるそれぞれのローラーガイド面(19a)と長さの中間にプーリ(19b)を有しつつ熱交換器本体(17)の内部で同心円上に位置され、両側のローラーガイド面(19a)とプーリ(19b)との間には伝熱媒体(19d)が結合され、この際のそれぞれのローラーガイド面(19a)が熱交換器本体(17)の前板と後板でそれぞれアイドルが可能なるとともに,格子形構造で配置される４つずつのローラー(18)によって４個所の釣合いが取れるように支持されて,両側の８個所を支持される態様で回転可能な構造を備われる一方で、図６に示すように、前記プーリ(19b)はドラム本体(19c)の一側に位置される駆動モータ(21)の軸にあるプーリとベルト(20)とで連結されることによって、伝熱ドラム(19)は駆動モータ(21)の作動につれて回転されうるようになる。
この際の前記駆動モータ(21)は、熱交換器本体(17)上に固定される板状のブラケット(24)を利用して設けられ、ブラケット(24)の一側にはスロット(25)によって位置調整が可能なアイドラー(23)が設けられているため、必要によってベルト(20)の張力を調節できるようになる。
ここで、駆動モ-タの回転速度、つまり伝熱ドラムの回転速度は分当り2040rpm程度が好ましい。
前記伝熱ドラムの回転速度が低すぎると伝熱式熱交換器の全体の効率が劣るようになり、また回転速度が速すぎると空気の流れ間で交差あるいは混合が生じて換気量を減少させることになるが、この発明で提供する伝熱ドラムの場合、熱交換のための十分な伝熱面積が確保できるし、回転半径もまた大きくないため、既存の円板型伝熱マット(直径450mm以上の場合、分当り10rpm程度)等に比べてその回転速度を上記のごとく速めに保持しても熱効率の側面で優れる効果を保持することができる。
一方で、この発明におけるドラム型熱交換器は、外部へ抜出されるか内部へ吸いこまれる空気を浄化するための手段としてフィルター材を含む別途の空気浄化手段を含む。
たとえ、前記伝熱媒体も所定の粒子等に対してはそれ自体がフィルターの機能を行いうるし、とりわけ、自体の材質的な特性を通して優れるフィルターリング効果を具現することはできるが、上記でのような別途の空気浄化手段とともに組合せて使用することが好ましい。
とりわけ、外部空気が流入される外部空気吸入口(12)側に空気浄化手段、たとえば、フィルター材等を備えることによって、外部空気中の不純物を濾過してから、清浄な空気を室内へ供給したりあるいは伝熱媒体側へに送られる空気を浄化させることができる。
かかる空気浄化手段の採択は、ドラム型熱交換器の使用性をより効果的に高められうる。
この発明において提供するドラム型熱交換器は、主として窓等に固定式に設置して使えるし、とりわけ、ダクトとかホース等を外部へ延長して室内の便利な位置に移動させて有用に使用できるし、さらには天井等の空間に埋設する方式で多様に設置することもできる。
つぎに、上記この発明において提供されるドラム型熱交換器の熱交換作用について述べることにする。
内部の遮断板(14)によって区分けられた外部空気用チャンバー(15)および内部空気用チャンバー(16)と、その間を回転しつつ経由する伝熱ドラム(19)を備えた熱交換器本体(17)の内部では、２つの対向する空気の流れが伝熱ドラム(19)を通過するようになる。
つまり、外部空気は伝熱ドラム(19)の直径方向から流入されて軸線方向へその流れが誘導され、内部空気は伝熱ドラム(19)の軸線方向から流入されて直径方向へその流れが誘導されつつ伝熱媒体との熱交換作用が行われるようになる。
２つの対向する空気の流れは内部空気吸入口(11)と外部空気吸入口(12)側と連結される送風手段によって造成され、継続して回転する伝熱ドラム(19)を通過しつつ内部空気と外部空気との間の顯熱と潜熱の熱交換作用が行われるし、これによって外部に排出される空気は顯熱および潜熱を奪われた状態で外部へ完全に抜出され、内部へ流入される空気は伝熱ドラム(19)を通過しつつ内部空気の排出時に捕集された顯熱および潜熱を奪われた状態で室内へ流入される。
このように、この発明は伝熱媒体の有する熱伝達効率および材質特性、さらには熱伝達にための大きい表面積によって前記伝熱ドラムは熱交換器の体積とか回転速度等、全体的な大きさなり運転方式等において構造が単純にして取扱いおよび設置が容易なドラム式熱交換器を提供することができる。したがって、顯熱および潜熱の捕集が可能であり、回転によって空気の流れの対向位置を可変せしめうる伝熱ドラムを利用して熱交換作用を行いつつ室内空気を外部空気と換気させることができるため、室内の熱損失を最大限に抑制しつつ効率的な室内空調効果を図ることができる。
この発明に従うドラム型熱交換器を示す分解斜視図である。 この発明に従うドラム型熱交換器を示す正断面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。 この発明における伝熱媒体の一実施例を示す断面図である。 この発明における伝熱ドラムの結合状態を示す斜視図である。 図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
符号の説明
１０−外部空気吐出口
１１−内部空気吸入口
１２−外部空気吸入口
１３−内部空気吐出口
１４−遮断板
１５−外部空気用チャンバー
１６−内部空気用チャンバー
１７−熱交換器本体
１８−ローラー
１９−伝熱ドラム
２０−ベルト
２１−駆動モータ
２２−遮断用ブラシ
２３−アイドラー
２４−ブラケット
２５−スロット

Claims (6)

  1. 前面の外部空気吐出口および内部空気吸入口と両側面にそれぞれ外部空気吸入口および内部空気吐出口を有しており、内部は長手方向に配置される遮断板によって外部空気用チャンバーと内部空気用チャンバーとに区分けられて室内空気の出入れを可能にする熱交換器本体と、前記熱交換器本体の内部で長手方向に沿って並列状態に両側チャンバー内にすべてにわたって配置され、両端部は複数のローラーによって支持されつつ回転可能であり、両側チャンバーを回転経由しつつ室内外の空気間の熱交換作用を行う伝熱ドラムと、前記熱交換器本体の内部一側に位置されつつベルトを通して連結されている伝熱ドラムを回転せしめる駆動モ-タとを含んでなることを特徴とするドラム型熱交換器。
  2. 前記伝熱ドラムを通過せしめる遮断板の貫通部位には、本体壁面との間に両側チャンバー間の熱移動を阻める熱遮断用ブラシが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のドラム型熱交換器。
  3. 前記伝熱ドラムは、円周に沿って連続される両端部のローラーガイド面および長さ中間のプーリを有しつつ多孔網態様の円筒形からなるドラム本体と、該ドラム本体の全周面に沿って所定厚さで取付けられて空気との熱交換作用を行う伝熱媒体を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載のドラム型熱交換器。
  4. 前記伝熱ドラムの伝熱媒体は、円筒形の伝熱ドラムを一度に囲繞する一つの一体型あるいは幾つかの部分に分割されて囲繞する分割型からなっていることを特徴とする請求項３に記載のドラム型熱交換器。
  5. 前記伝熱媒体は、ポリエステル粒子、ガラス纎維、非鉄金属、発泡樹脂中のある一つであることを特徴とする請求項３又は４に記載のドラム型熱交換器。
  6. 前記伝熱ドラムの回転をガイドする複数のローラーは、熱交換器本体の前後板にそれぞれアイドル可能な構造で装着される共に、４つの格子形構造で配置されつつ円筒形ドラムの周囲４個所を支持可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のドラム型熱交換器。
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