JP6126875B2

JP6126875B2 - 熱交換素子

Info

Publication number: JP6126875B2
Application number: JP2013046464A
Authority: JP
Inventors: 利和河原; 佐々木　太郎; 太郎佐々木; 井上　彰; 彰井上
Original assignee: 株式会社テクノフロンティア
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: JP2014173786A

Description

本発明は、熱交換素子に関する。

従来、外郭形状が六角形状の熱交換素子は、平板状段ボール部材から打ち抜かれた一体骨格形状の流路形成骨部材を、一段に複数枚備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の熱交換素子は、１枚の四角形流路形成骨部材と２枚の三角形流路形成骨部材の合計３枚に切断された流路形成骨部材を突合わせて六角形としている。

しかし、突合わせ部分から気体が漏れ、熱交換効率が低下するという欠点があった。そこで、図10に示すように、付合わせ部分の一部Ｙを融着することにより、気体が漏れることを防止していたが、手間がかかるという欠点があった。また、特許文献１記載の熱交換素子は、一段の流路形成骨部材が３枚であり、図10に示す熱交換素子は、一段に流路形成骨部材ａが３枚とへの字型外枠部材ｂが２枚であり、いずれも部品点数が多いという欠点があった。さらに、流路形成骨部材のリブ方向と流路が略全面的に平行であって、気体がスムーズに（特に層流状に）短い距離を流れるように構成されていたので、熱交換効率が頭打ちになっていた（所定値以上に向上しなかった）。

特開２００６−２９８２号公報

解決しようとする課題は、気体が漏れる点である。また、部品点数が多く、融着等の手間の掛る工程を経て、組立てる必要があった点である。また、熱交換効率が所定値以上に向上しない点である。

そこで、本発明に係る熱交換素子は、上壁部と下壁部と多数のリブ片とから成る平板状段ボール素材から打抜かれた一体状の流路形成骨部材を、仕切膜を介して複数枚積層して構成され、上記仕切膜を介して２種類の気体の熱交換を行う熱交換素子であって、上記流路形成骨部材の外郭形状を、四角形部と該四角形部の一対の対辺の各々に連設された三角形部から成る六角形状とし、上記流路形成骨部材のリブ方向を上記三角形部の二つの外辺のうちの一外辺と平行に配設した第１流路形成骨部材と、上記流路形成骨部材のリブ方向を上記三角形部の二つの外辺のうちの他外辺と平行に配設した第２流路形成骨部材とを、交互に積層し、上記流路形成骨部材が、上記一対の対辺に対応する縦骨部を有するとともに、上記四角形部に、上記縦骨部に垂直な横骨部と、斜骨部を有し、上記仕切膜に垂直な方向から見て、上記第１流路形成骨部材の上記縦骨部及び横骨部と、上記第２流路形成骨部材の上記縦骨部及び横骨部が、重なるとともに、上記第１流路形成骨部材の斜骨部と上記第２流路形成骨部材の斜骨部が交叉するように構成し、さらに、気体が流入する入口とされる入口形成外辺と横方向の成す角度をβとすると、上記斜骨部と横方向が成す傾斜角度θとの間に、β≦θ＜90°の関係が成り立つように設定したものである。

また、上記第１流路形成骨部材の三角形部に於て上記一外辺と平行な複数の第１仕切骨部を有するとともに、上記第２流路形成骨部材の三角形部に於て上記他外辺と平行な複数の第２仕切骨部を有するものである。

また、上壁部と下壁部と多数のリブ片とから成る平板状段ボール素材から打抜かれた一体状の流路形成骨部材を、仕切膜を介して複数枚積層して構成され、上記仕切膜を介して２種類の気体の熱交換を行う熱交換素子であって、上記流路形成骨部材の外郭形状を、四角形部と該四角形部の一対の対辺の各々に連設された三角形部から成る六角形状とし、上記流路形成骨部材のリブ方向を上記三角形部の二つの外辺のうちの一外辺と平行に配設した第１流路形成骨部材と、上記流路形成骨部材のリブ方向を上記三角形部の二つの外辺のうちの他外辺と平行に配設した第２流路形成骨部材とを、交互に積層し、さらに、上記四角形部の外辺に、気体が出入りしないようにする閉塞板を有し、上記上壁部と下壁部と多数のリブ片によって形成された通気孔に、低発泡接着剤が侵入状態として該通気孔を閉じつつ、上記閉塞板を上記流路形成骨部材に固化接着したものである。

本発明の熱交換素子によれば、部品点数が少なく（流路形成骨部材が１段に１枚のみ）、融着が不必要なので、容易に製造することができる。かつ、気体が（外部へ）漏れない。さらに、熱交換効率が、従来の対向流型熱交換素子よりも向上する。

平板状段ボール部材を示す斜視図である。六角形状を示す説明図であって、（Ａ）は切断状の六角形状の説明図を示し、（Ｂ）は一体の六角形状の説明図である。仕切膜を示す平面図である。第１流路形成骨部材を示す平面図である。第２流路形成骨部材を示す平面図である。第１流路形成骨部材と第２流路形成骨部材の積層状態を示す説明用平面図である。正面図である。要部拡大断面平面図である。説明図である。従来例を示す説明用平面図である。

以下、図示の実施の形態に基づいて本発明について詳説する。
この熱交換素子は、図１に示す上壁部１と下壁部２と多数のリブ片３とから成る平板状段ボール素材４から打抜かれた一体骨格形状の流路形成骨部材５（図４・図５参照）を、図３に示す仕切膜６を介して、図６・図７に示すように複数枚（複数段）積層して構成され、上記仕切膜６を介して２種類の気体の熱交換を行うものである。

流路形成骨部材５は、例えば、プラスチックから成る。仕切膜６は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリテトラフルオロエチレン等を素材とする多孔質シートの表面に親水性高分子の薄膜を塗布した透湿膜、又は、透湿性を有さないプラスチック等から成る。すなわち、本発明は、全熱交換を行う場合（全熱交換素子）、及び、顕熱交換のみを行う場合（顕熱交換素子）のいずれとすることもできる。

流路形成骨部材５の外郭形状を、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、四角形部７と四角形部７の一対の対辺８の各々に連設された三角形部９から成る六角形10状とする。
また、仕切膜６（図３参照）の外郭形状を、流路形成骨部材５の外郭形状と同一とする。流路形成骨部材５のリブ方向（図１・図４・図５の矢印Ｅ方向）を三角形部９の二つの外辺11のうちの一外辺12と平行に配設した第１流路形成骨部材５Ａと、流路形成骨部材５のリブ方向を三角形部９の二つの外辺11のうちの他外辺13と平行に配設した第２流路形成骨部材５Ｂとが、交互に積層される。矢印Ｘ方向に気体が流入し、矢印Ｚ方向に気体が流出する。

流路形成骨部材５が、一対の対辺８に対応する縦骨部14を有するとともに、四角形部７に、縦骨部14に垂直な横骨部15と、斜骨部16を有する。気体が流入する入口とされる入口形成外辺17と横方向の成す角度をβとすると、斜骨部16と横方向が成す傾斜角度θとの間に、β≦θ＜90°の関係が成り立つように設定する。なお、角度βが鋭角となるような横方向を基準として傾斜角度θを測るものとする（図４・図５参照）。β＞θの場合、熱交換効率を向上させる効果が得られにくい。

流路形成骨部材５の三角形部９にリブ方向の複数の仕切骨部18を有する。具体的には、
第１流路形成骨部材５Ａの三角形部９に於て一外辺12と平行な複数の第１仕切骨部18Ａを有するとともに、第２流路形成骨部材５Ｂの三角形部９に於て他外辺13と平行な複数の第２仕切骨部18Ｂを有する。

図６に示すように、仕切膜６に垂直な方向から見て、第１流路形成骨部材５Ａの縦骨部14Ａ及び横骨部15Ａと、第２流路形成骨部材５Ｂの縦骨部14Ｂ（図５参照）及び横骨部15Ｂが、重なるとともに、第１流路形成骨部材５Ａの斜骨部16Ａと第２流路形成骨部材５Ｂの斜骨部16Ｂが交叉するように構成される。

複数の通気孔21の各々からの気体が合流しつつ、急に流路の断面積が膨張して自由に渦を巻く扁平空間部25（図４・図５参照）が形成される。具体的には、第１流路形成骨部材５Ａと、第１流路形成骨部材５Ａの上下に隣接して配設される２枚の仕切膜６によって、第１扁平空間部25Ａが形成される。第２流路形成骨部材５Ｂと、第２流路形成骨部材５Ｂの上下に隣接して配設される２枚の仕切膜６によって、第２扁平空間部25Ｂが形成される。

図６・図７に示すように、四角形部７の外辺19に、気体が出入りしないようにする閉塞板20を有する。具体的には、図８に示すように、上壁部１（図１参照）と下壁部２と多数のリブ片３によって形成された通気孔21に、低発泡接着剤22が侵入状態として通気孔21を閉じつつ、閉塞板20が流路形成骨部材５に固化接着される。

次に、気体が流れる状態を説明する。例えば、図９に示すように、積層されて仕切膜６を介して隣接した第１流路形成骨部材５Ａ（図４参照）の第１扁平空間部25Ａと第２流路形成骨部材５Ｂ（図５参照）の第２扁平空間部25Ｂで、気体がそれぞれ矢印Ｐ、矢印Ｑの方向に流れ、熱交換される。すなわち、第１扁平空間部25Ａ及び第２扁平空間部25Ｂで、気体が流れる距離と時間が長くなるように流れるので、熱交換効率が向上する。

なお、流路形成骨部材５及び仕切膜６に形成された閉塞板20取付用の凹部は、流路形成骨部材５及び仕切膜６の外郭形状を定めるにあたり、無視するものとする。
本発明は、設計変更可能であって、例えば、流路形成骨部材５の横骨部15、斜骨部16、
及び、仕切骨部18の本数は増減自在であって、また、流路形成骨部材５が取付用の凹部又は凸部を有するも良い。

以上のように、本発明は、上壁部１と下壁部２と多数のリブ片３とから成る平板状段ボール素材４から打抜かれた一体状の流路形成骨部材５を、仕切膜６を介して複数枚積層して構成され、仕切膜６を介して２種類の気体の熱交換を行う熱交換素子であって、流路形成骨部材５の外郭形状を、四角形部７と四角形部７の一対の対辺８の各々に連設された三角形部９から成る六角形10状とし、流路形成骨部材５のリブ方向を三角形部９の二つの外辺11のうちの一外辺12と平行に配設した第１流路形成骨部材５Ａと、流路形成骨部材５のリブ方向を三角形部９の二つの外辺11のうちの他外辺13と平行に配設した第２流路形成骨部材５Ｂとを、交互に積層したので、部品点数が少なく（流路形成骨部材５が１段に１枚のみ）、融着が不必要なので、容易に組立てることができる。さらに、内部を流れる気体が外部へ漏洩することがない。

また、流路形成骨部材５が、一対の対辺８に対応する縦骨部14を有するとともに、四角形部７に、縦骨部14に垂直な横骨部15と、斜骨部16を有するので、（従来の対向流型熱交換素子と比較して）四角形部７内を気体が流れる距離と時間が長くなり、熱交換効率が、従来の対向流型熱交換素子よりも向上する。

また、仕切膜６に垂直な方向から見て、第１流路形成骨部材５Ａの縦骨部14Ａ及び横骨部15Ａと、第２流路形成骨部材５Ｂの縦骨部14Ｂ及び横骨部15Ｂが、重なるとともに、第１流路形成骨部材５Ａの斜骨部16Ａと第２流路形成骨部材５Ｂの斜骨部16Ｂが交叉するように構成したので、熱交換効率が一層向上する。

また、気体が流入する入口とされる入口形成外辺17と横方向の成す角度をβとすると、
斜骨部16と横方向が成す傾斜角度θとの間に、β≦θ＜90°の関係が成り立つように設定したので、熱交換効率が一層向上する。

また、第１流路形成骨部材５Ａの三角形部９に於て一外辺12と平行な複数の第１仕切骨部18Ａを有するとともに、第２流路形成骨部材５Ｂの三角形部９に於て他外辺13と平行な複数の第２仕切骨部18Ｂを有するので、気体が三角形部９を均一状に（偏りなく）流れ、四角形部７へも均一状に流れ込むので、熱交換効率が向上する。

また、四角形部７の外辺19に、気体が出入りしないようにする閉塞板20を有するので、
四角形部７の外辺19に於て気体が出入りすることを防止することができる。また、１枚の閉塞板20にて複数段の流路形成骨部材５の通気孔21を塞ぐことができるので、容易に製作することができる。

また、上壁部１と下壁部２と多数のリブ片３によって形成された通気孔21に、低発泡接着剤22が侵入状態として通気孔21を閉じつつ、閉塞板20を流路形成骨部材５に固化接着したので、通気孔21の密封と閉塞板20の接着を兼ねることができる。また、複数枚の流路形成骨部材５を積層させた後に閉塞板20を固化接着させることができる。

１上壁部
２下壁部
３リブ片
４平板状段ボール素材
５流路形成骨部材
５Ａ第１流路形成骨部材
５Ｂ第２流路形成骨部材
６仕切膜
７四角形部
８対辺
９三角形部
10 六角形
11 外辺
12 一外辺
13 他外辺
14 縦骨部
14Ａ縦骨部
14Ｂ縦骨部
15 横骨部
15Ａ横骨部
15Ｂ横骨部
16 斜骨部
16Ａ斜骨部
16Ｂ斜骨部
17 入口形成外辺
18Ａ第１仕切骨部
18Ｂ第２仕切骨部
19 外辺
20 閉塞板
21 通気孔
22 低発泡接着剤
β 角度
θ 傾斜角度

Claims

上壁部（１）と下壁部（２）と多数のリブ片（３）とから成る平板状段ボール素材（４）から打抜かれた一体状の流路形成骨部材（５）を、仕切膜（６）を介して複数枚積層して構成され、上記仕切膜（６）を介して２種類の気体の熱交換を行う熱交換素子であって、
上記流路形成骨部材（５）の外郭形状を、四角形部（７）と該四角形部（７）の一対の対辺（８）の各々に連設された三角形部（９）から成る六角形（10）状とし、
上記流路形成骨部材（５）のリブ方向を上記三角形部（９）の二つの外辺（11）のうち
の一外辺（12）と平行に配設した第１流路形成骨部材（５Ａ）と、上記流路形成骨部材（
５）のリブ方向を上記三角形部（９）の二つの外辺（11）のうちの他外辺（13）と平行に
配設した第２流路形成骨部材（５Ｂ）とを、交互に積層し、
上記流路形成骨部材（５）が、上記一対の対辺（８）に対応する縦骨部（14）を有する
とともに、上記四角形部（７）に、上記縦骨部（14）に垂直な横骨部（15）と、斜骨部（
16）を有し、
上記仕切膜（６）に垂直な方向から見て、上記第１流路形成骨部材（５Ａ）の上記縦骨部（14Ａ）及び横骨部（15Ａ）と、上記第２流路形成骨部材（５Ｂ）の上記縦骨部（14Ｂ
）及び横骨部（15Ｂ）が、重なるとともに、上記第１流路形成骨部材（５Ａ）の斜骨部（
16Ａ）と上記第２流路形成骨部材（５Ｂ）の斜骨部（16Ｂ）が交叉するように構成し、
さらに、気体が流入する入口とされる入口形成外辺（17）と横方向の成す角度を（β）とすると、上記斜骨部（16）と横方向が成す傾斜角度（θ）との間に、β≦θ＜90°の関係が成り立つように設定したことを特徴とする熱交換素子。
上記第１流路形成骨部材（５Ａ）の三角形部（９）に於て上記一外辺（12）と平行な複
数の第１仕切骨部（18Ａ）を有するとともに、上記第２流路形成骨部材（５Ｂ）の三角形
部（９）に於て上記他外辺（13）と平行な複数の第２仕切骨部（18Ｂ）を有する請求項１記載の熱交換素子。
上壁部（１）と下壁部（２）と多数のリブ片（３）とから成る平板状段ボール素材（４）から打抜かれた一体状の流路形成骨部材（５）を、仕切膜（６）を介して複数枚積層して構成され、上記仕切膜（６）を介して２種類の気体の熱交換を行う熱交換素子であって、
上記流路形成骨部材（５）の外郭形状を、四角形部（７）と該四角形部（７）の一対の対辺（８）の各々に連設された三角形部（９）から成る六角形（10）状とし、
上記流路形成骨部材（５）のリブ方向を上記三角形部（９）の二つの外辺（11）のうち
の一外辺（12）と平行に配設した第１流路形成骨部材（５Ａ）と、上記流路形成骨部材（
５）のリブ方向を上記三角形部（９）の二つの外辺（11）のうちの他外辺（13）と平行に
配設した第２流路形成骨部材（５Ｂ）とを、交互に積層し、
さらに、上記四角形部（７）の外辺（19）に、気体が出入りしないようにする閉塞板（20）を有し、上記上壁部（１）と下壁部（２）と多数のリブ片（３）によって形成された通気孔（21）に、低発泡接着剤（22）が侵入状態として該通気孔（21）を閉じつつ、上記閉塞板（20）を上記流路形成骨部材（５）に固化接着したことを特徴とする熱交換素子。