JPH08261537A - 環状熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造が容易な積層構造の環状熱交換器を得
る。 【構成】 多数の互いに平行な一次流体通路１０と、多
数の互いに平行な二次流体通路１１とが交差する６面体
に構成された積層構造の熱交換部材１２を、６個から１
２個をそれらの一次流体通路１０と二次流体通路１１の
各入口端の開口する面がそれぞれ内側になるように同一
円周上に等間隔に配置し、これらの熱交換部材１２同士
の間には熱交換部材１２の輪郭に連続する形状に形成し
た軽くて気密性を有する連結部材１３を充填して多角形
で環状をなす熱交換部７を構成し、この熱交換部７の内
周側には一次流体通路１０と二次流体通路１１の各入口
端の開口する面同士を隔て、回転軸に装着するための軸
取付孔８を中心部に備えた仕切板９を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一次流体と二次流体とを
環状に構成した積層構造の熱交換部に流通させる過程で
両流体間での熱交換を行なわせる環状熱交換器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】換気装置の中には例えば実公平１ー４１
０７４号公報に示されているように、箱体内に室内の空
気を室外へ排気するための第１の通風路と、室外の空気
を室内へ供給するための第２の通風路を設け、これら第
１と第２の通風路の一部をそれぞれ箱体内に組込まれた
熱交換器の二系統の流体通路により構成したものがあ
る。第１と第２の通風路は全経路にわたり離隔され相互
に独立していて、送風機により形成される排気流と給気
流とが混合することなく熱交換器において連続的に熱交
換されるものである。

【０００３】この種の換気装置の熱交換器は静止型で例
えば、特公昭４７ー１９９９０号公報や特公昭５４ー１
０５４号公報等に開示されているようなものが多く採用
されている。即ち、図８によって示すように、伝熱性を
持つ（通湿性も兼備するものもある）仕切板１０１とコ
ルゲート状をした間隔板１０２とを、間隔板１０２の方
向が一段おきに直交するように複数層に積み重ねられた
積層構造の６面体に構成され、一次流体通路１０３と二
次流体通路１０４が一段おきに配列している。この熱交
換器は、一次流体通路１０３に流れる一次流体と二次流
体通路１０４に流れる二次流体との間で顕熱（潜熱も含
むこともある）の交換を仕切板１０１を介して効率良く
行なわせることができる。

【０００４】この種の装置のコンパクト化には熱交換器
の小型化が不可欠で、そのための工夫が種々払われてい
る。例えば前述した熱交換性能の優れた積層構造の熱交
換器を環状に構成した環状熱交換器がある。これは、特
開昭５９ー１５７３８号公報や特開昭５９ー１５７４０
号公報に示され、図９によっても示すように、積層構造
の熱交換器２０１を環状体に構成したものである。この
ように熱交換器を環状体にすれば、６面体の熱交換器よ
りも薄くなり、しかも広い伝熱面積が得られる。こうし
た環状熱交換器の中には、図９に示したもののように回
転軸２０２により回転する回転型や、特開昭５９ー１５
７３９号公報に示されているような静止型がある。前者
は図９に示すように熱交換器２０１の表面の内側と外側
とに互いに逆ピッチのフィン２０３が取付けられ、回転
により送風機能が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような環状熱交
換器は、薄く構成できるものの、実際にはその製造は回
転型であっても静止型であっても至難である。即ち、一
次流体通路と二次流体通路を放射状に全周にわたり構成
するためには、一次流体通路も二次流体通路も放射状に
配列させなければならず、コルゲート状の間隔板の波間
隔を内周側と外周側とでは変えなければならない。こう
したことを合理的に実施できる技術は実際には確立され
てはいない。

【０００６】本発明は上記した従来の問題点を解消する
ためになされたもので、その課題とするところは、製造
が容易な積層構造の環状熱交換器を得ることであり、積
層構造の環状熱交換器のコストの低減を実現することで
ある。

【０００７】

【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、多数の互いに平行な一次流体通路
と、多数の互いに平行な二次流体通路とが交差する６面
体に構成された積層構造の熱交換部材を、６個から１２
個をそれらの一次流体通路と二次流体通路の各入口端の
開口する面がそれぞれ内側になるように同一円周上に等
間隔に配置し、これらの熱交換部材同士の間には熱交換
部材の輪郭に連続する形状に形成した軽くて気密性を有
する連結部材を充填して多角形で環状をなす熱交換部を
構成し、この熱交換部の内周側には一次流体通路と二次
流体通路の各入口端の開口する面同士を隔て、回転軸に
装着するための軸取付部を中心部に備えた仕切板を設け
る手段を採用する。

【０００８】前記課題を達成するために請求項２の発明
は、請求項１にかかる手段における、仕切板をその外周
を熱交換部まで延出させた円盤に構成し、この仕切板の
外周側の円周上に等間隔に６個から１２個の角形の開口
部を設け、この各開口部に対してそれぞれ熱交換部材を
嵌合装着する手段を採用する。

【０００９】前記課題を達成するために請求項３の発明
は、多数の互いに平行な一次流体通路と、多数の互いに
平行な二次流体通路とが交差する６面体に構成された積
層構造の熱交換部材を、複数個それらの一次流体通路と
二次流体通路の各入口端の開口する面がそれぞれ内側に
なるように同一円周上に等間隔に配置し、これらの熱交
換部材同士の間には熱交換部材の輪郭に連続する形状に
形成した気密性を有する連結部材を充填して多角形で環
状をなす熱交換部を構成し、この熱交換部の内周側には
一次流体通路と二次流体通路の各入口端の開口する面同
士を隔てる仕切板を設ける手段を採用する。

【００１０】前記課題を達成するために請求項４の発明
は、請求項３にかかる手段における、仕切板をその外周
を熱交換部まで延出させた円盤に構成し、この仕切板の
外周側の円周上に等間隔に複数個の角形の開口部を設
け、この各開口部に対してそれぞれ熱交換部材を嵌合装
着する手段を採用する。

【００１１】

【作用】請求項１にかかる前記手段においては、６面体
に構成された６個から１２個の熱交換部材を、それらの
一次流体通路と二次流体通路の各入口端の開口する面が
それぞれ内側になるように同一円周上に等間隔に配置
し、これらの熱交換部材同士の間に熱交換部材の輪郭に
連続する形状に形成した軽くて気密性を有する連結部材
を充填し、熱交換部材相互を連結することにより、多角
形で環状をなす熱交換部が構成される。この熱交換部の
内周側に設けた仕切板の軸取付部に回転軸を装着すれ
ば、慣性モーメントの少ない回転型の環状熱交換器とな
る。

【００１２】請求項２にかかる前記手段においては、請
求項１にかかる作用とともに仕切板に設けた６個から１
２個の角形の開口部にそれぞれ６面体の熱交換部材を嵌
合装着することにより、多角形で環状をなす熱交換部が
構成できる。

【００１３】請求項３にかかる前記手段においては、６
面体に構成された複数個の熱交換部材を、それらの一次
流体通路と二次流体通路の各入口端の開口する面がそれ
ぞれ内側になるように同一円周上に等間隔に配置し、こ
れらの熱交換部材同士の間に熱交換部材の輪郭に連続す
る形状に形成した気密性を有する連結部材を充填し、熱
交換部材相互を連結することにより、多角形で環状をな
す熱交換部が構成される。この熱交換部の一次流体通路
の入口側と二次流体通路側の入口側とは仕切板により離
隔される、静止型の環状熱交換器となる。

【００１４】請求項４にかかる前記手段においては、請
求項３にかかる作用とともに仕切板に設けた複数個の角
形の開口部にそれぞれ６面体の熱交換部材を嵌合装着す
ることにより、多角形で環状をなす熱交換部が構成でき
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。 実施例１．図１と図２はこの実施例の環状熱交換器を適
用した送風装置を示したものである。図１の斜視図並び
に図２の縦断側面図により全体を示すようにこの送風装
置は、中空で奥行きの小さい扁平な角筒形の箱体１内に
モータ２により回転する環状熱交換器３が組込まれてい
る。箱体１にはその正面と背面の中央にそれぞれ吸込口
４が対向状に開設され、周側の一面には二つの吹出口５
が横並びに開設されている。各吸込口４と各吹出口５に
はダクトを接続するための接続口部材が取付けられてい
る。モータ２は一方の吸込口４の内側口縁に取付足によ
り吸込口４を開放維持できる中心部に取付けられ、その
回転軸６は吸込口４同士の中心を結ぶ線上において箱体
１内の中央付近にまで延出されている。

【００１６】環状熱交換器３は図３及び図４に示すよう
に、外周部に多角形の環状の熱交換部７を有し、中心部
には軸取付孔８を有する仕切板９を備えている。熱交換
部７は、一面に入口端が、これに対向する面に出口端が
開口する多数の互いに平行な一次流体通路１０と、この
一次流体通路１０の入口端が開口する面に隣接する一面
に入口端が、この面に対向する面に出口端が開口する多
数の互いに平行な二次流体通路１１とが交差する方形の
６面で構成された積層構造で６面体の熱交換部材１２と
連結部材１３とにより構成されている。

【００１７】熱交換部材１２自体は、従来の技術の項で
説明したような構造である。即ち、図８によって示すよ
うな伝熱性を持つ（通湿性も兼備するものもある）仕切
板とコルゲート状をした間隔板とを間隔板の方向が一段
おきに直交するように複数層に積み重ねた構造で、仕切
板間に互いに平行な多数の一次流体通路１０と互いに平
行な多数の二次流体通路１１とが一段おきに配列してい
る。

【００１８】熱交換部７は、この熱交換部材１２を６個
から１２個（この実施例１では８個である）、それらの
各一次流体通路１０と二次流体通路１１の各入口端の開
口する面がそれぞれ内側になるように同一円周上に等間
隔に配置し、これらの熱交換部材１２同士の間に熱交換
部材１２の輪郭に連続する形状に形成した軽くて気密性
を有するスチロール等よりなる連結部材１３を充填し、
接着して各熱交換部材１２を相互に連結することにより
構成されている。従って、熱交換部７の平面形状は図４
に示すように１６角形となっている。熱交換部７の両側
には各熱交換部材１２の稜角部と各連結部材１３の稜角
部による多角形状の稜線が形成され、この稜線より外側
に一次流体通路１０と二次流体通路１１の各出口端が開
口し、稜線より内側に一次流体通路１０と二次流体通路
１１の各入口端が開口している。

【００１９】上記構成の熱交換部７は、熱交換部材１２
を連結部材１３で連結し、各稜角部にリング状の支持部
材をたが状に掛けて構成しても良いが、図５，図６に示
すように仕切板９を利用することにより簡単に構造的に
安定度の高いものを構成することができる。即ち、環状
熱交換器３の中心部を構成する仕切板９を、その外周を
熱交換部７まで延出させた円盤に構成し、この仕切板９
の外周側の円周上に等間隔に６個から１２個（この実施
例では８個）の角形の開口部１４を設け、この各開口部
１４に対してそれぞれ熱交換部材１２を嵌合装着するも
のである。各仕切板９の開口部１４の外周側と内周側の
口縁には保持片１５がそれぞれ４５度程度の角度で切り
起こされていて、嵌合された各熱交換部材１２の面の一
部が保持され位置決めされる。これにより各熱交換部材
１２の半径方向の拘束性が高くなり、回転型の環状熱交
換器３としての構造的安定度は高くなる。

【００２０】環状熱交換器３の熱交換部７の一次流体通
路１０は、熱交換部７の内径側の一方の周面から外径側
の一方の周面に向って斜状に並び、二次流体通路１１
は、熱交換部７の内径側の他方の周面から外径側の他方
の周面に向って斜状に並ぶことになる。熱交換部７の外
周側の二面の周面は、それらの境界部から半径方向に延
出する仕切板９の外周部により隔てられ、内周側の二面
の周面はそれらの境界部から内方へ延び出した仕切板９
の内周部により離隔される。また、熱交換部７の内周側
の周面と外周側の周面との境界部には、それぞれ保持リ
ング１６が装着される。

【００２１】環状熱交換器３の熱交換部７には各保持リ
ング１６から回転中心側へそれぞれ仕切板９にほぼ平行
に突き出すリング状の案内板１７が各保持リング１６に
それぞれかしめ付けあるいはネジ等の固着手段により取
付けられている。各保持リング１６の中心には吸込口４
に対応する開口部が形成され、案内板１７の装着により
熱交換部７の内周側の周面によってできている両側の凹
状部分がその中央部を除きそれぞれ閉蓋された状態にな
っている。

【００２２】この各案内板１７の内面には、放射状に配
列する複数の案内翼１８が取付けられている。この各案
内翼１８は、直線状または回転方向に湾曲した形状に形
成され、その案内板１７の開口部側端面は直面でこれに
対向する端面は熱交換部７の周面に当接する斜面に構成
されている。また、各案内翼１８の案内板１７の反対側
の端面は仕切板９にそれぞれ当接している。

【００２３】上記構成の環状熱交換器３の箱体１内への
組込みにより、箱体１内にはこの環状熱交換器３により
隔てられ、それぞれ箱体１に開けられた吸込口４に連通
する第１と第２の吸込み側の気室が環状熱交換器３の中
心側に隣接して形成される。また、環状熱交換器３の熱
交換部７の外周側には箱体１の内面と、熱交換部７の外
周側の二面の周面と、仕切板９の外周部とにより区画さ
れ、それぞれ別の吹出口５に連通する第１と第２の吹出
し側の気室が形成される。第１の吸込み側の気室は第１
の吹出し側の気室の内方に位置し、第２の吸込み側の気
室は第２の吹出し側の気室の内方に位置していて、それ
ぞれ熱交換部７の保持リング１６により隔てられてい
る。保持リング１６での離隔は、箱体１の内面への保持
リング１６の近接により行なわれ、仕切板９の外周部で
の離隔はその外周縁を両側から回転を許容して抱き込む
リング溝を箱体１の内部に形成することにより行なわれ
ている。

【００２４】即ち、箱体１内には箱体１と環状熱交換器
３とにより、一方の吸込口４から第１の吸込み側の気
室、熱交換部７の一次流体通路１０、第２の吹出し側の
気室を経てこれに通じる一方の吹出口５に至る一連の通
風路と、他方の吸込口４から第２の吸込み側の気室、熱
交換部７の二次流体通路１１、第１の吹出し側の気室を
経てこれに通じる他方の吹出口５に至る一連の通風路の
二系統の通風路が、相互に独立した状態に形成されてい
る。

【００２５】上記構成の送風装置において、モータ２を
運転させるとその回転軸６に軸取付孔８において固定さ
れた環状熱交換器３が箱体１内で回転する。環状熱交換
器３の回転により案内板１７と案内翼１８及び熱交換部
７とにより箱体１の一方の吸込口４から第１の吸込み側
の気室に空気が吸込まれ、他方の吸込口４から第２の吸
込み側の気室に空気が吸込まれ、二系統の通風路にそれ
ぞれその吸込口４から吹出口５へ向う二種類の空気の流
れが形成される。この気流の形成と同時に熱交換部７の
一次流体通路１０と二次流体通路１１を通過する間にお
いて二種類の空気の流れ同士間で効率の良い熱交換が行
なわれる。

【００２６】二種類の空気の流れは、二系統の通風路が
全経路にわたり離隔され、しかも第１の吸込み側の気室
と第１の吹出し側の気室と、第２の吸込み側の気室と第
２の吹出し側の気室とのそれぞれの間には案内板１７が
あり、これらを結ぶ延面距離は随分長くなっているので
混合することはない。各吸込口４から第１と第２の各吸
込み側の気室に吸込まれた空気は、それぞれ案内板１７
の開口部に至り、案内板１７と環状熱交換器３の仕切板
９との間へ向う。

【００２７】ここでは放射状にならぶ案内翼１８が回転
していて、開口部の回りにその直面に形成されている端
面が並んでいるので、案内板１７の開口部から案内板１
７と環状熱交換器３の仕切板９との間へ円滑に流れ込
む。仕切板９と各案内板１７の間には放射状に並ぶ複数
の案内翼１８が有って、環状熱交換器３とともに回転し
ているので、ここに流れ込んだ空気はそれぞれ半径方向
外方へ向う。この案内翼１８と案内板１７と仕切板９と
で囲まれた部分を通過する過程で各気流の圧力がターボ
ファンと同様の機能により十分に高められる。

【００２８】熱交換部７の一次流体通路１０と二次流体
通路１１に押し込まれたそれぞれの気流は、熱交換部７
の回転に伴う遠心力を受けて、熱交換しながら一次流体
通路１０内と二次流体通路１１内でさらに圧力が高めら
れて各出口端から、第２の吹出し側の気室と第１の吹出
し側の気室にそれぞれ吹出され、それぞれ個別の吹出口
５から外部へ吹出される。即ち、この送風装置ではター
ボファンを備え付けたものに匹敵するくらいの送風性能
が得られ、熱交換性能も高く、環状熱交換器３により全
体が薄形でコンパクトなものとなる。

【００２９】特に、この実施例の環状熱交換器３では、
既成の製造技術で大量生産ができる積層構造で高密度の
６面体の熱交換部材１２をそのまま利用して環状の熱交
換部７を構成しているので、コストが著しく低減するう
え、回転部分の重量も少なく起動も容易であり、強度設
計も容易である。連結部材１３と各熱交換部材１２とは
輪郭が連続していて回転に伴う空気との衝突が起きない
ので騒音の発生も少なくなる。

【００３０】実施例２．この実施例２は、静止型の環状
熱交換器３に関するものである。即ち、上述した実施例
１の環状熱交換器３を固定させ、図７に示すようにファ
ン１９により形成される空気流を一次流体通路１０と二
次流体通路１１とにそれぞれ流通させるものである。環
状熱交換器３自体の基本的構成は実施例１のものと殆ど
変らないので、実施例１と同一部分については同一の符
号を用い、それらの説明は省略する。

【００３１】この実施例２の環状熱交換器３は、図７に
示すように基本的構成は実施例１のものと同じである。
ただし、回転するものではないので連結部材１３は必ず
しも軽量なものにする必要はなく、成形や扱い易い材料
を広く利用することができる。また、回転するもので
は、例えば３個とか４個の熱交換部材１２で多角形を構
成しても回転バランスが悪く、実用には適さないことに
なるが、静止型ではこうしたことは考慮しなくてもよ
く、伝熱面積がなるべく広くなるような多角形にすれば
良く、３個や４個又はそれ以上の熱交換部材１２で多角
形の熱交換部７を構成することもできる。熱交換機能に
かかる作用は基本的に実施例１の環状熱交換器３と同じ
であるのでその説明は省略する。

【００３２】

【発明の効果】以上実施例による説明からも明らかなよ
うに、請求項１の発明によれば、６面体に構成された６
個から１２個の熱交換部材を、それらの一次流体通路と
二次流体通路の各入口端の開口する面がそれぞれ内側に
なるように同一円周上に等間隔に配置し、これらの熱交
換部材同士の間に熱交換部材の輪郭に連続する形状に形
成した軽くて気密性を有する連結部材を充填し、熱交換
部材相互を連結することにより、多角形で環状をなす熱
交換部が構成でき、慣性モーメントの少ない製造の容易
な回転型の環状熱交換器が得られる。そして、その熱交
換部材は特別なものでなく、空調装置に広く採用されて
いる既成のものを特別な加工なしに利用できるので、コ
ストもそれほどかからない。

【００３３】請求項２の発明によれば、請求項１にかか
る効果とともに仕切板に設けた６個から１２個の角形の
開口部にそれぞれ６面体の熱交換部材を嵌合装着するこ
とにより、多角形で環状をなす熱交換部が簡単に構成で
き、熱交換部材の安定度も向上する。

【００３４】請求項３の発明によれば、６面体に構成さ
れた複数個の熱交換部材を、それらの一次流体通路と二
次流体通路の各入口端の開口する面がそれぞれ内側にな
るように同一円周上に等間隔に配置し、これらの熱交換
部材同士の間に熱交換部材の輪郭に連続する形状に形成
した気密性を有する連結部材を充填し、熱交換部材相互
を連結することにより、多角形で環状をなす熱交換部が
構成でき、製造の容易な静止型の環状熱交換器が得られ
る。そして、その熱交換部材は特別なものでなく、空調
装置に広く採用されている既成のものを特別な加工なし
に利用できるので、コストもそれほどかからない。

【００３５】請求項４の発明によれば、請求項３にかか
る効果とともに仕切板に設けた複数個の角形の開口部に
それぞれ６面体の熱交換部材を嵌合装着することによ
り、多角形で環状をなす熱交換部が簡単に構成でき、熱
交換部材の安定度も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の送風装置を一部を破断し
て示す斜視図である。

【図２】実施例１の送風装置の縦断側面図である。

【図３】実施例１の環状熱交換器を単独で示す斜視図で
ある。

【図４】実施例１の環状熱交換器を単独で示す平面図で
ある。

【図５】実施例１の仕切板の構造を示す平面図である。

【図６】図５のＡーＡ線の拡大断面図である。

【図７】実施例２の環状熱交換器を示す縦断側面図であ
る。

【図８】従来の送風装置に使われている熱交換器の斜視
図である。

【図９】従来の熱交換換気装置を示す断面図である。

【符号の説明】 １ 箱体 ３ 環状熱交換器 ６ 回転軸 ７ 熱交換部 ８ 軸取付孔 ９ 仕切板 １０ 一次流体通路 １１ 二次流体通路 １２ 熱交換部材 １３ 連結部材 １４ 開口部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面に入口端が、これに対向する面に出
   口端が開口する多数の互いに平行な一次流体通路と、こ
   の一次流体通路の入口端が開口する上記面に隣接する一
   面に入口端が、この面に対向する面に出口端が開口する
   多数の互いに平行な二次流体通路とが交差する６面体に
   構成された積層構造の熱交換部材を、６個から１２個を
   それらの上記一次流体通路と上記二次流体通路の各入口
   端の開口する面がそれぞれ内側になるように同一円周上
   に等間隔に配置し、これらの熱交換部材同士の間には熱
   交換部材の輪郭に連続する形状に形成した軽くて気密性
   を有する連結部材を充填して多角形で環状をなす熱交換
   部を構成し、この熱交換部の内周側には上記一次流体通
   路と上記二次流体通路の各入口端の開口する面同士を隔
   て、回転軸に装着するための軸取付部を中心部に備えた
   仕切板を設けたことを特徴とする回転型の環状熱交換
   器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の環状熱交換器であっ
   て、仕切板をその外周を熱交換部まで延出させた円盤に
   構成し、この仕切板の外周側の円周上に等間隔に６個か
   ら１２個の角形の開口部を設け、この各開口部に対して
   それぞれ熱交換部材を嵌合装着したことを特徴とする回
   転型の環状熱交換器。
3. 【請求項３】 一面に入口端が、これに対向する面に出
   口端が開口する多数の互いに平行な一次流体通路と、こ
   の一次流体通路の入口端が開口する上記面に隣接する一
   面に入口端が、この面に対向する面に出口端が開口する
   多数の互いに平行な二次流体通路とが交差する６面体に
   構成された積層構造の熱交換部材を、複数個それらの上
   記一次流体通路と上記二次流体通路の各入口端の開口す
   る面がそれぞれ内側になるように同一円周上に等間隔に
   配置し、これらの熱交換部材同士の間には熱交換部材の
   輪郭に連続する形状に形成した気密性を有する連結部材
   を充填して多角形で環状をなす熱交換部を構成し、この
   熱交換部の内周側には上記一次流体通路と上記二次流体
   通路の各入口端の開口する面同士を隔てる仕切板を設け
   たことを特徴とする静止型の環状熱交換器。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の環状熱交換器であっ
   て、仕切板をその外周を熱交換部まで延出させた円盤に
   構成し、この仕切板の外周側の円周上に等間隔に複数個
   の角形の開口部を設け、この各開口部に対してそれぞれ
   熱交換部材を嵌合装着したことを特徴とする静止型の環
   状熱交換器。