JPH01217193A - 流体熱交換装置並びに，夫々，その伝熱フイン加工方法．清掃再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は主として空気と空気又は、ガス体等両者共熱
伝達性の低い流体相互の熱交装置、置並びに伝熱フィン
の加工方法、清掃再生、改善再生方法等に関する。

この発明は、交互に隣列した夫々熱交換流体流路内にそ
の相互仕切隔壁を貫通して延在又は、夫々区画流路相当
部分を断続成形し貫通した熱伝導性材よりなる適宜配置
の翼列又は、せん断形成フィン付形成板群を熱交換フィ
ンとして配備し、仕切隔壁を気密又は、気密透水性構成
とし、交互流路を夫々向流又は併流とし流体の熱交換を
なさしめる構成とした。せん断成形フィンは、從来自動
車のラジエータ等において水空間の冷却空気流路の拡大
伝熱面としてコルゲートルーバーフィンとなしその前縁
効果による画期的伝熱性を実証し、又種々用途に前記類
似構成のコンパクト熱交換器として夛用されているが、
いづれも、良熱伝達液流路壁に付設した不良熱伝達気体
流路の拡大伝熱面となす構想のものであった。

この発明は、交互に隣列した適宜数熱交換流路間を貫通
した熱伝導性材よりなる板又は、バー状翼群の流路内部
分を夫々前縁効果を効率発揮しうる拡大伝熱面化せしめ
、その仕切貫通部分を熱伝導部分としたヒートバー構想
のものである。ヒートパイプ熱交換器に比し経済性、生
産性等比較にならない程実用的なものとすることができ
る。要すれば流体力学的高度技術の蓄積を活用した翼列
とし、流れ抵抗少く、前縁効果は勿論後縁及び全翼面に
沿った流線翼を翼列とし、せん断成形フィンに比し更に
高度のコンパクト流体熱交装置、置とすることができる
。

実際構造は後記具体例で詳述するが、伝熱フィン成形板
を適宜間隔りブ及びパッキンの行列を介して夛数積層接
着その他１体化又は、ボルト締付により熱交換要素部と
す。翼列による場合は、翼断面の長尺ストリップ又は、
夫々区画部分を断続成形した長尺翼形フィンを適宜迎角
及びピッチ配列とし、それと直交し、夫々当り面適合成
形又は、フレキシブルパッキンを介して夫々仕切ストリ
ップ（リブ）又は、紐状間押材を交互流路巾配置とし、
気密又は気密透水性仕切とし常層体を締付け又は、接着
等１体化し熱交装置、置要素を構成したものである。

伝熱フィン又は、中空管状の熱交換材を流れに対し、そ
の前縁及び後縁を流線加工した夫々適宜翼よりなる翼列
状態即ち、迎え角、翼列角、節弦比を相関せしめ所要状
態となした翼列、すきま翼列、吸込翼列、腹背面圧力平
衡翼列又は、夫々近似翼列とするか、又は、平板又は、
曲面板からせん断成形又は、切起し成形したフィンの流
れの流入及び、又は、流出面を近似流線形加工するか、
又は、端面をかど丸めした構成とし、夫々経済性に応じ
性能面を勘案、選択の巾を広げたものである。

すきま翼、吸込翼、腹背面圧力平衡翼はこの発明の目的
から翼の揚力を問題とせずその抗力係数即ち、流れ抵抗
を減じ、翼の前縁及び後縁を主とした流線及び、その境
界層を熱移動に実効あらしめるためにするものである。

切起しフィンの流入及び流出端面の近似流線化又は、か
ど丸めは具体的に後記説明するが、流れの抵抗及び流れ
形状に鋭敏にその効果を発揮するものであり、装置の経
済的選択上、重要な因子となる。より小形の小単位翼又
は、平板翼の複数を夫々見かけの迎え角及び位相を適宜
偏位配列なし、夫々の前縁及び、又は選線を包絡した断
続面を所要の翼面又は、その背面、腹面と近似のものと
なした複合翼の翼列を伝熱フィンとして構成した熱交装
置、置となす、小単位翼を同一形状とし、配列組合せに
より複合すきま翼、吸込翼又は、腹背面圧力平衡翼を構
成し、生産的構成とす。

夫々構成翼の前縁、後縁や境界層が極薄状態となり伝熱
機能を高め流れ抵抗の低い翼列を構成する。波板の波の
母線と並行に単位波ピッチ毎少くとも４数以上の切欠き
切起しフィンを成形及び、又は、そのせん断面を流線形
化又は、かど丸めし夫々構成した成形板を適宜間隔毎並
行積層し、伝熱フィンとして配備し熱交装置、置とした
。伝熱フィン板の基準流れを波行状とし、機能と生産性
の優れた伝熱フィン成形板となる。

この発明の機能及び構成上の特徴を活用し、一般民生用
居住室内換気及び、熱又は全熱回収両機能と共に平衡換
気方式となし、從来の換気扇又は、換気筒程度の１体小
形軽量装置として実現した。

交互に隣列した筒軸方向向流々路よりなる熱交換角筒状
集合体の流体流入及び流出端部の筒辺と並行な仕切壁を
介した積層スリット流路を交互に同一流体毎交叉分岐誘
導した二又マニホルドにより多岐集流し、角筒端面及び
、又は、側面に位置せしめ、夫々流体別流入及び、流出
口となし、夫々流体を熱交換流路向け筒軸流せしめる換
気送風機を筒端面口に直接取付し、全体装置を筒状構造
となし、夫々流路の吸排流相互流体の熱流及び物流（空
気流）の平衡移動をなさしめる構成とした。

この構成は、熱交換要素の内部構成を必ずしもこの発明
の熱交換要素構成に限定するものではない。

伝熱フィンは一般に薄板、薄肉、小寸法の単位片、翼、
又は、切欠き、切起しルーバ等無数集合体からなり、そ
の加工成形は、例えば前縁かど丸めの場合、０．０８ミ
リ内厚部に０．０４Ｒ付する等微細加工を要し、從来の
この種加工常識を越えた特別に創意を要する。上記した
翼素材は、長尺のリボン状として引板、ローラ圧延、縁
丸め、又は断続プレス成形等なしうるものであるが、そ
の近似のもの又は、平板、曲面板よりのせん断、切欠き
、切起し成形フィン等について次の如く、簡易な方法に
より夛量生産成形加工をなす。伝熱フィンの熱交換流路
内状態又は、類似状態の流入端及び流出端を主とした流
線形化研磨加工方法とし、加工外力によりフィンの骨格
線（厚さ振分け中心線）を偏移せしめることなく即ち、
個々の微小薄肉フィン形状を加工外力によりその中心線
形を変形せしめることなしに、端面かど丸め、及び、表
面を研磨のため、要すれば、熱交換稼動時の流線近似と
し、流連を適宜とした粉粒体（金剛砂、鉄粉、砂その他
硬質粉粒体）混在流体流動力を利用し研磨加工するか（
流れ方向を逆転なすも可）又は、相当小剛性柔軟技術ブ
ラッシ又は、バクによる局部表面研磨加工する構成とす 。流れに抗する夫々局部毎の抵抗程度に応じ、その部分
が自動的に研磨加工される自然の理により、この発明の
加工方法はこの発明装置に最適であり、加工後の装置ク
リーニングと、個々の加工程度を均整し、加工目的を達
する。

又、蛇足ではあるが、加工進行程度に応じ、加工流の抵
抗が漸減するので加工流体圧の経時変移計測、加工時間
の適宜調節等により所要加工程度を察知し得る。

既設稼動後の流体熱交装置、置の流路伝熱壁面の清掃再
生又は、伝熱フィンの前縁かど丸めを主とした流線形化
による機能改善を目的とし、随時、該装置前後の流入及
び、流出流路を臨時再生目的流路と装置、、又は、該賊
置取外しし、前記した粒粉体混在流動力を利用した研磨
加工方法に準じ、要すれば、その熱交換流路各部均一に
流動力が行き渡る構成とし、即ち、流路を適宜複数按分
又は、部分的に順次開閉又は、按分弁による均一配分等
なし、目的部の清掃再生、又は、研磨加工の所要程度に
応じ、粉粒プラスト工程を調節し、順次後工程として清
掃流体クリーニングをなし、装置を復元し、清掃再生又
は、改善再生せしめる方法である。

具体例について図示説明する、從来般用のせん断したま
ゝの切欠き切起しフィンとこの発明による翼形フィン又
は、せん断かど丸めしたフィンとの流れ抵抗比較を、そ
れらと相似側の成立するレイノルズ数範囲内である日本
機械学会編機械工学便装記載実験例として第１図、第２
図に示す。第１図ａ図は実験した流水開きよ中の格子の
夫々断面形状、ｂ図はその配列状態と流れ方向μに対し
格子迎え角αを変化せしめた時の夫々格子の抵抗係数ζ
を第２図グラフに示した。格子厚ｂ＝１０奥行ｌ＝５０
、配列間隔ｓ＝１７とした例である。

從来のフィンはアに相当し、この発明の翼形フィンはカ
、前縁かど丸めしたフィンはイ、前、後縁共かど丸めし
たフィンはウ、に夫々相当する。アは迎え角α＝０の時
抵抗係数ζは最小１．１３でαの増大と共に増大し、前
縁をかど丸めしたイはαが約１５°の時ζ＝０．７でア
の最低値α＝０の時の約４０％減を示し、α０°３０°
の範囲を通じ從来フィン（ア）の約２５％減である。ウ
はイより更に低値である。翼形カの最小値抵抗係数は０
．１５でその時の迎え角約１７°、であり、從来形アの
最低値の約０．１３３程度である。エは流線形力と近似
の低い抵抗であるのに反し、オはαとζの相関に意外性
を示すが、之は翼列翼の場合、最大翼厚部が後縁寄りも
のが好性能を示すこと、同義的で興味がある。この発明
は上記実験結果及び、航空機、翼形、東北大学、高速力
学研、研究の翼列翼等を参考とし、その実寸が板厚０．
０７ミリ、板巾１．５ミリ等の如く上記参考資料との寸
法比１／５０〜１／１０００、取扱え数は逆にぼう大と
云う桁違いの世界に結実せしめた創意と云うことができ
る。流れ抵抗の低減について説明したが、伝熱フィンの
１義的目的である熱伝導性能については、前、後縁をか ど丸めし、前縁よどみ点の高熱伝達に続く流線形表面は
境界層の薄層化、流線剥離の未然により熱伝達を向上し
、又相当レイノズ数が高次の時は前縁丸みにより還移レ
イノルズ数を低減し乱流境界還移をやめる効果がある。

第３図は、夫々翼形の数例を示し、ａ図は平板翼、ｂ図
は薄肉翼、ｃ図は円弧翼、ｄ，ｅ図は夫々最大翼学部が
前縁寄り、後縁寄りの対称翼、ｆ，ｇ図は、夫々翼形ス
リット複合翼、切起しスリット板成形複合翼の１例を示
す。以下μを流れ方向、αを迎え角とす。第４図は熱交
換相互隣接流路間に貫通した切起しルーバフィン成形板
により構成したこの発明熱交装置、置の流れμに沿った
ＡＡ断面をａ図、その正面をｂ図に示した。隣接交互流
路巾一杯に仕切隔棧部を残し、切起し成形したルーバー
フィン１′を配列した成形板１の上下に交互隣接流路を
仕切形成する紐状棧及び、又はパッキン２を介して間隔
を保ち、要すれば夫々接着、所要積層しその上下を２と
類似材の２，３′を介して蓋板４，４′と接着又は、ボ
ルト遭め等で一体化し熱交換要素を頃成した例である。

ｂ図の如く夫々隣列した流路は交互に熱交換流体流μと
被熱交換流体流μ２が完全向流し、ルーバフィンの前縁
効果、流れの転向による混合を繰り返えし伝熱を増進し
、両流体熱を成形板の貫通部で熱伝導する。尚般用ルー
バの夫々流れの流入、流出部角度は柳等が普通であるが
、前述第１図、第２図説明の如く、ルーバ前縁、後縁を かど丸めし、流れの受渡し部として起迎え角を付し、流
れ抵抗及び、熱伝達に効果を発揮しうる。

第４図の熱交装置、置の前後流路として例えば、第５図
で後述する如く、同一流体毎多岐集流した二又マニホル
ドにより夫々流体流路と接続せしめる。

Ｃ図は翼列状態の夫々翼を伝熱フィンとして構成した場
合のａ図相当要部断面説明図である。翼列状態即ち、迎
え角α、翼列角β、節弦比ｔ／ｌの第１翼列に続いて、
実迎え角、節弦比を同一とし、翼列角を相当（この例で
は９０°）とした第２翼列、以下第３翼以下同趣旨とし
た夫々翼１０を夫々交互流体流路間に貫通し、前述ａ，
ｂ図の如く熱交換要素を構成した例である。流路間仕切
は、前述ａ，ｂ図に準じ、成形棧１１及び１１′の如く
翼貫通部成形部とパッキンにより気密とするか、又は、
棧を単純棒状とし、フレキシブルパッキンによる弾性を
利用し気密仕切すなすか、又は、翼の貫通部を適宜適応
成形し棧及び、パッキンと組合せ仕切する。この例は切
起しルーバ成形板を伝熱フィンとした前例に比し機能の
優れたものとすることができる。ｄ図の例は一定の波行
状積層棧仕切１７、１７′の適宜位相毎に翼１６を気密
間押接着又は、パッキ抑えなし、 Ｃ図類似の翼列伝熱フィンを構成した例の要部断面図で
ある。例えば底板１９及び、基準波行棧１８を基準とし
、順次、棧１７′及び翼列１６，１７を夫々積層接着し
、棧１７′及び、１７をフレキシブルのものとし、接着
剤と合わせ気密仕切を構造せしめ、生産的に熱交換要素
を構成する。

ｅ図は、波板の波の母線と並行に単位波ピッチ毎適宜数
の切欠き、切起しルーバ２１及び、２１′付成形板２０
又は、その夫々せん断端面を流線形化又は、かど丸めし
た成形板を前記類似の流路仕切積層構成した熱交換要素
例の説明図である。

上述した夫々例において仕切壁は使用目的に応じ気密程
度又は、気密透水性等随意とする。実際用途として発電
用ボイラ空気予熱器等大形から次記の例の如き家庭用バ
ランス換気熱回収装置等コンパクトさを追求したもの等
広範囲に貢献し得る。

第５図ａ図は熱交換要素流路をＤＤより見た内部正面図
、ｂ図はＢＢ断面図、ｃ図はＣＣ断面図、ｄ図はＥＥ断
面図、ｅ図はＦＦ断面図である。仕切壁２９，２９′を
介して隣列夫夫向流、μ１，μ２した熱交換角筒状熱交
換要素２５の遠々流体の流入及び、流出端部の筒辺と並
行仕切壁２９，２９′を介した積層スリット流路端２３
，２４，２３′，２４′を交互に同一流体流路毎即ち、
２３，２３′及び、ニ４，２４′の夫々を交差分岐し２
７，２７′及び３２，３３となして誘導した二又マニホ
ルド２６及び３１の夫々流入口３３，２８′及び、流出
口２８，３３を角筒端面（及び、又は、側面）に位置せ
しめ交互向流換気貫流送風機３０を筒端面口２７，２７
′に直接付設し、全体装置を筒状構成となした。この例
は貫流送風機３０を単１回転軸串形電置複数送風機とし
、夫々送風仕切壁３９を介して別個の貫流送風機の複数
串形配置とし、夫々流入流路２７及び２８′、流出流路
２８及びニ７′と連絡し隣列流路を互に向流となして熱
交換要素２５内をμ１及びμ２流せしめる。二又マニホ
ルド２６の隣列流路間の仕切壁４１の送風機嵌合部は夫
々送風機間内部仕切３９と対応し気密摺動回転部４２は モーターである。貫流送風機３０の多翼３０′は内部仕
切壁３９を貫通し延在せしめ、熱伝導材とすれば翼自身
が交番流伝達フィンとなり、高次の熱交換をなす。（上
述趣旨は同一発明者の特許出願昭５９−１５７５９５の
通り。）熱交換要素として前述第４図構成のものを角筒
２５に内蔵した場合その流路間仕切２，３，３′を急密
水分透過性のものとし、顯熱及び、潜所の全熱を回収す
る構成とする。一般家庭の居室換気及び全熱回収用途と
して、小形筒状コンパクト構成のものとし、平衡換気（
換気量相当給、非平衡）をなす合理性のある経済的な簡
便装置となした。又伝熱フイル及び、貫流送風機翼の流
線形化及びかど丸めは、騒音低減に効果のあることは当
然である。

ｆ図は排気送風機３７と給気送風機３６を夫々独立した
装置とした例のＣ図相当説明図である。二又マニホルド
３５に夫々送風機の流入、流缶路を隣列構造としたもの
である。

上記夫々束は二又マニホルド端面の流体流入口及び流出
口を筒軸対称振分配置とした例であるが、ふづれか１方
を筒軸直角面として送風機取付面とし、他方をそれと直
交した筒側面に開口せしめる形式とすることも隋意であ
り、又、送風機形式についても貫流送風機の他、多翼、
遠心、斜流、軸流送風機を適宜適用し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図、ａ図は実験格子の夫々断面形状、ｂ図はその配
列状態、第２図は実験結果を示したグラフ、第３図は夫
々翼形例、ａ図平板翼、ｂ図薄肉翼、ｃ図円弧翼、ｄ図
前縁寄り肉厚対称翼、ｅ図後縁寄り肉厚対称翼、ｆ図翼
形複合スリット翼、ｇ図切起しスリット複合翼、第４図
ａ図はこの発明熱交装置、置のＡＡ断面図、ｂ図は正面
図、ｃ図は翼列状態伝熱フィンの説明図、ｄ図はｃ図と
異なる翼列配置伝熱フィンの要部説明図、ｅ図は切起し
ルーバ波形成形板積層伝熱フィンの要部説明図、第５図
ａ図は角筒状平衡換気熱交装置、置のＤＤより見た内部
正面図、ｂ図はＢＢ断面図、ｃ図はＣＣ断面図、ｄ図は
ＥＥ断面図、ｅ図はＦＦ断面図、ｆ図は排気及び給気送
風機を夫々独立設置したｃ図相当断面図を夫々示した。 μ…流れ方向、α…迎え角、ζ…抵抗係数、ｂ…格子の
厚さ、ｌ…格子奥行、ｓ…配列間隔、１…成形板、１′
…切起しルーバ、２…仕切棧、μ１，μ２…夫々向流す
る流体流れ方向、４，４′…蓋板、１０…貫通した翼、
１１，１１′…仕切成形棧、β…翼列角、ｔ…ピッチ、
ｌ…翼法、ｔ／ｌ…節弦比、１６…翼、１７，１７′…
棧、１８…基準波行棧、１９…底板、２０…ルーバ２１
付成形板、２３，２３′及び、２４，２４′…夫々隣列
した交互スリット流出端及び流入端、２５…角筒状熱交
換要素、２９，２９′…仕切、２６，３１…夫々貫流送
風機付及び他端二又マニホルド、２７，２８…翼流送風
機の流入及び流出口、２８′，２７′…上記と隣接した
貫流送風機の流入及び流出口、３０…串形貫流送風機、
３０′…貫流送風機の翼、３９…貫流送風機内部仕切、
４１…二又マニホルド２６の仕切、３２，３３…夫々流
入、流出口、３５…貫流送風機３６及び３７付二又マニ
ホルド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交互に隣列した夫々熱交換流体流路内に、その相互
   隔壁を貫通して延在又は、夫々区画流路相当部分を断続
   形成し貫通した熱伝導性材よりなる適宜配置の翼列又は
   、せん断形成フィン付形成板群を、熱交換フィンとして
   配備し、仕切隔壁を気密又は、気密透水性構成とし、交
   互流路を夫々向流又は、併流とし、流体の熱交換をなさ
   しめる構成とした流体熱交換装置。 ２、伝熱フィン又は、熱交換材を熱交換流体の流れに対
   し、その前縁及び、又は、後縁を流線形加工した夫々適
   宜翼列状態（迎え角、翼列角、節弦比を適宜とした翼列
   ）の翼列、すきま翼列、吸込翼列、腹背面圧力平衡翼列
   間又は、夫々近似翼列とするか又は、平板又は曲面板か
   らせん断形成又は、■起し形成したフィンの流れの流入
   及び、又は、流出端面を近似流線形加工するか、又は、
   かど丸めをした夫々構成の伝熱フィン又は熱交換材によ
   り構成した流体熱交換装置。 ３、より小形の小単位翼又は、平板翼の複数を夫々見か
   けの迎え角及び、位相を適宜偏位配列し夫々の前縁及び
   、又は後縁を包絡した断続面を所要の翼面又は、その背
   面、腹面と近似のものとなし複合翼の翼列を伝熱フィン
   として構成した流体熱交換装置。 ４、波板の波の母線と並行に単位波ピッチ毎適宜数の切
   欠き、■起しフィンを成形するか、又は、そのせん断端
   面を流線形化又は、かど丸めし、夫々構成した成形板を
   適宜間隔毎積層し伝熱フィンとして構成した流体熱交換
   装置。 ５、交互に隣列した筒軸方向向流々路よりなる熱交換角
   筒状集合体の流体流入及び、流出端部の筒辺と並行な仕
   切壁を介した積層スリット流路を交互に同一流体毎交叉
   分岐誘導した二又マニホルドにより多岐集流し、角筒端
   面及び、又は、側面に位置せしめ、夫々流体別流入及び
   流出口となし、夫々流体を熱交換流路向け筒軸流せしめ
   る換気送風機を筒端面口に直接取付し、全体装 置を筒状構造となし、夫々流路の吸排流相互流体の熱流
   及び物流の平衡移動をなさし める構成としたバランス換気流体熱交換装置。 ６、伝熱フィン又は、翼の熱交換流路内配置状態の流入
   端及び流出端を主とした流線形化研磨加工方法として、
   加工外力によりフィンの骨格線（厚さ振分け中心線）を
   変移せしめることなく、流体動圧力を利用し流体混材粉
   粒体による局部表面研磨加工するか、又は、相当小剛性
   柔軟技術ブラッシュ又は、バフによる局部表面研磨加工
   する構成とした伝熱フィンの加工方法。 ７、既設稼動流体熱交換装置の流路伝熱壁面清掃再生又
   は、伝熱フィンの前縁かど丸めを主とした流線形化のよ
   る機能改善を目的とし、随時、該装置の前後流入流出流
   路を臨時再生目的流路と装置、又は、該装置取外し、前
   第６項記載の粉粒体混在流動力ブラストによる適宜清掃
   又は、研磨をなし後工程として清掃流体クリーニングを
   順次施行する構成とした流体熱交換装置の清掃再生又は
   改善再生方法。