JPH1163860A - 対向流型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換部材を積重するための作業時間がかか
りコストが増大する。 【解決手段】 幅方向に波形状を有し両端にヘッダ部１
８、１９を区画する平坦部が形成された板状の熱交換部
材１５を多数積重するとともに、各熱交換部材１５間に
交互に給気および排気をそれぞれ対向する方向に流通さ
せるようにした対向流型熱交換器において、熱交換部材
１５の積重厚さ方向寸法を熱交換部材１５の幅方向寸法
より小に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば熱交換換
気装置や空気調和装置に用いられる対向流型熱交換器に
係り、特に小型化ならびに生産性の向上を達成するため
の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィスビルや集合住宅など居住
空間における冷暖房化が進み、空調に係るエネルギの消
費量が増大しているので、室内空気と室外空気との間で
熱交換を行う熱交換器を適用して、室内換気時に流出さ
れる熱を回収することにより、空調機器の省エネルギ化
が図られている。このため、適用される熱交換器は給気
と排気が熱交換器の内部で対向する方向に流れ、熱交換
効率の高い対向流型熱交換器が最適と考えられている。

【０００３】図１０は同出願人により出願された特願平
８−２３９３３０号に示されるこの種の従来の対向流型
熱交換器を用いた熱交換装置の概略構成を示す斜視図、
図１１は図１０における熱交換装置内の給気および排気
の流れを示す図、図１２は図１０に示す対向流型熱交換
器の構成を示す斜視図、図１３は図１２に示す熱交換部
材の構成を表、裏から視て示す斜視図である。

【０００４】図において、１は内部に後述の対向流型熱
交換器および両仕切板２、３により各区画室１ａ、１
ｂ、１ｃ、１ｄがそれぞれ形成された箱体、４は箱体の
外部、例えば室外から吸気を区画室１ａ内に導入する第
１のシロッコファン、５は室内から排気を区画室１ｃ内
に導入する第２のシロッコファン、６は区画室１ｂと室
外とを連通する排気口、７は区画室１ｄと室内とを連通
する吸気口である。

【０００５】８は図１２に示すように構成された対向流
型熱交換器で、図１３（ａ）に示すように波状を有し波
面方向に流路を形成する波形状部９ａと、この波形状部
９ａの両端部にそれぞれ形成され、後述のヘッダ部を構
成する三角状の平坦部９ｂ、９ｃとで構成され、図１３
（ｂ）に示すように裏面に板状の形状保持板１０が接合
された熱交換部材９を順次積重し、両平坦部９ｂ、９ｃ
の一方の辺間および他方の辺間を交互に封止部材１２で
封止してそれぞれヘッダ部１３、１４を構成するととも
に、波形状部９ａの両側全面を封止部材１５で封止する
ことにより構成されている。

【０００６】次に、上記のように構成される従来の熱交
換装置の動作について説明する。まず、第１のシロッコ
ファン４を動作させると、図１０および図１１中実線矢
印で示すように室外から吸気が区画室１ａ内に吸入さ
れ、この吸気はヘッダ部１４から各熱交換部材９の各波
形状部９ａ間に形成される流路の一段置きに流れ込み、
図１３中黒塗り矢印で示すように流路内を流通してヘッ
ダ部１３の一方の辺側から区画室１ｄ側に流出され、吸
気口７を介して室内に導入される。

【０００７】一方、第２のシロッコファンを動作させる
と、図１０および図１１中破線矢印で示すように室内か
ら排気が区画室１ｃ内に吸入され、この排気はヘッダ部
１３の他方の辺側から、各熱交換部材９の各波形状部９
ａ間に形成された流路の吸気の流路とは異なる一段置き
に流れ込み、図４中白抜き矢印で示すように流路内を流
通してヘッダ部１４の他方の辺側から区画室１ｂ側に流
出され、排気口６を介して室外に導出される。そして、
このようにして吸気および排気が各熱交換部材９内に形
成される流路内を、熱交換部材９を介して交互にそれぞ
れ対向する方向に流通することにより、熱交換が行われ
排気に含まれる熱は吸気側に回収され省エネルギが図ら
れる。

【０００８】上記のように構成された対向流型熱交換器
において、単位時間当たりの体積流量が一定、一段の高
さが一定、管路形状（波形状）が一定であるとすると、
熱交換部の交換熱量は吸気および排気が対向して流れる
流路部の体積、すなわち、図１２において、熱交換部材
９の幅方向の寸法をＨ₁、熱交換部材９の積重方向の厚
さ寸法をＷ₁、熱交換部材９の長さ方向の寸法をＬ₁とす
ると、Ｈ₁×Ｗ₁×Ｌ₁に比例する。ただし、ここでヘッ
ダ部は対向流部に比べて熱交換率が悪いので熱交換を期
待しないことを前提とする。しかしながら、熱交換部材
９の長さ方向の寸法Ｌ₁、すなわち、流路長を長くする
と圧力損失が増大するため、交換熱量を増大させるには
寸法Ｈ₁または寸法Ｗ₁を大きくする必要があるが、上記
のように構成される熱交換装置を天井や壁内に埋め込む
ためには、寸法Ｈ₁を薄くするということが前提条件と
なるので、熱交換部材９の積重数を増大させて寸法Ｗ₁
を大きくし交換熱量の増大を図るのが一般的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の対向流型熱交換
器８は以上のように構成され、熱交換部材９の積重数を
増大させて寸法Ｗ₁を大きくし、熱交換部の体積を増大
させることにより交換熱量の増大が図られているが、熱
交換部材９は図１３に示すように構成されており、一枚
ずつ順次積重せざるをえない。したがって、例えば１台
の対向流型熱交換器８に対して２５０枚の熱交換部材９
を積重しなければならず、積重のための作業時間が非常
に多くかかるので生産性が悪くコストが増大するという
問題点があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、熱交換部材の積重数を増やすこ
となく熱交換量の増大を図り、コストの低減が可能な対
向流型熱交換器を提供することを目的とするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る対向流型熱交換器は、幅方向に波形状を有し両端にヘ
ッダ部を区画する平坦部が形成された板状の熱交換部材
を多数積重するとともに、各熱交換部材間に交互に給気
および排気をそれぞれ対向する方向に流通させるように
した対向流型熱交換器において、熱交換部材の積重厚さ
方向寸法を熱交換部材の幅方向寸法より小に設定したも
のである。

【００１２】又、この発明の請求項２に係る対向流型熱
交換器は、請求項１において、ヘッダ部を熱交換部材の
幅方向に複数形成し、ヘッダ部毎に流路を分割するよう
にしたものである。

【００１３】又、この発明の請求項３に係る対向流型熱
交換器は、請求項２において、ヘッダ部の数を下記式を
満足するように設定したものである。 ｎ＞Ｗ／Ｈ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 Ｈ：熱交換部材の積重厚さ方向寸法

【００１４】又、この発明の請求項４に係る対向流型熱
交換器は、請求項２において、ヘッダ部の数を下記式を
満足するように設定したものである。 ｎ＞Ｗ√（２α＋α²）／２ｄｃｏｓθ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 α：ヘッダ部の部材の伸び率 ｄ：熱交換部材の平坦部間の寸法 θ：ヘッダ角度

【００１５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１における
対向流型熱交換器の構成を示す斜視図、図２は図１に示
す熱交換部材の構成を表、裏から視て示す斜視図であ
る。図において、１５は図２（ａ）に示すように波状を
有し波面方向に流路を形成する波形状部１５ａと、この
波形状部１５ａの両端にそれぞれ形成される三角状の平
坦部１５ｂ、１５ｃとで構成され、図２（ｂ）に示すよ
うに裏面に板状の形状保持板１７が接合された熱交換部
材である。

【００１６】そして、これら各熱交換部材１５は所定の
枚数が順次積重され、図２（ａ）、（ｂ）において太線
で示す各平坦部１５ｂ、１５ｃの各縁部を封止部材２０
で封止することによりヘッダ部１８、１９が構成され
る。そして、これら各ヘッダ部１８、１９は一対ずつが
組み合わされ、図示はしないが波形状部１５ａに囲まれ
て形成される流路はこれら一対のヘッダ部１８、１９毎
に分割され、又、積重された各熱交換部材１５の幅方向
両端側面を封止部材２１で封止することにより対向流型
熱交換器２２が構成される。

【００１７】尚、上記のように構成される対向流型熱交
換器２２は、各熱交換部材１５の積重厚さ方向寸法Ｈ
を、各熱交換部材１５の幅方向寸法Ｗより小さく、且つ
熱交換装置に組み込まれ天井や壁内に埋め込むことが可
能な薄さに設定されている。

【００１８】次に、上記のように構成される実施の形態
１における対向流型熱交換器の動作について説明する。
まず、図１に示すように従来と同様に室外からファン
（図示せず）によって熱交換装置内に導入され複数に分
岐された吸気ａ₁、ｂ₁、ｃ₁、ｄ₁は、それぞれ各ヘッダ
部１８から両熱交換部材１５の各波形状部１５ａ間に形
成される流路の一段置きに流れ込み、各流路内を流通し
てヘッダ部１９から吸気ｅ₁、ｆ₁、ｇ₁、ｈ₁、ｉ₁に分
岐して流れ出し室内に導入される。

【００１９】一方、室内から異なるファン（図示せず）
によって熱交換装置内に導入され複数に分岐された排気
ａ₂、ｂ₂、ｃ₂、ｄ₂は、それぞれ各ヘッダ部１９から各
熱交換部材１５の各波形状部１５ａ間に形成された流路
の吸気側とは異なる一段置きに流れ込み、流路内を流通
してヘッダ部１８から排気ｅ₂、ｆ₂、ｇ₂、ｈ₂、ｉ₂に
分岐して流れ出し室外に導出される。そして、このよう
にして吸気ａ₁、ｂ₁、ｃ₁、ｄ₁および排気ａ₂、ｂ₂、ｃ
₂、ｄ₂が各熱交換部材１５間に形成される流路内を、各
熱交換部材１５を介して交互にそれぞれ対向する方向に
流通することにより、熱交換が行われ排気に含まれる熱
は吸気側に回収され省エネルギが図られる。

【００２０】このように上記実施の形態１によれば、各
熱交換部材１５の積重厚さ方向寸法Ｈを、各熱交換部材
１５の幅方向寸法Ｗより小さくし、熱交換装置に組み込
まれ天井や壁内に埋め込むことが可能な薄さとしている
ので、各熱交換部材１５の積重数を大幅に減少させて、
積重のための作業時間の短縮を図ることができるため、
生産性を向上させてコストの低減が可能になる。又、各
ヘッダ部１８、１９を各熱交換部材１５の幅方向に複数
配置し、各ヘッダ部１８、１９毎に流路を分割するよう
にしているので、ヘッダ部が小さくなりヘッダ部１８、
１９における圧力損失を小さくすることができるととも
に、体積も小さく構成でき装置全体としての小型化が可
能になる。又、熱交換部材１５の長さ方向の寸法Ｌおよ
びヘッダ部１８、１９の寸法を共通にしておき、寸法Ｗ
をヘッダ数単位で、Ｈ寸法を積重段数でそれぞれ変化さ
せることにより、機種切り替えをすることができるた
め、熱交換部材１５を成形するための金型およびローラ
等が一種類で多機種に対応可能となる。さらに又、多数
のヘッダ部１８、１９を備えた一枚の熱交換部材１５を
積重してエレメントを構成するのではなく、少数のヘッ
ダ部１８、１９を備えた熱交換部材１５を積重して小さ
な単位エレメントを作成し、これらをＷ方向に複数組み
合わせてエレメントを構成し、機種切り替えをすること
もできるため、ある決まった形状だけを大量に作成すれ
ば良く、エレメントを組み立てるための装置も大掛りに
ならず、量産効果によるコストの低減が可能になる。

【００２１】なお、上記実施の形態１における構成で
は、各ヘッダ部１８、１９をそれぞれ一対ずつ組み合わ
せて流路を分割するようにしているが、これに限定され
るものではなく、各ヘッダ部１８、１９を一個ずつ独立
させそれぞれに流路を分割するようにしても良く、上記
と同様の効果を得ることができる。

【００２２】実施の形態２．図３はシングルヘッダ型の
対向流型熱交換器の外径寸法を示す斜視図、図４は図３
におけるヘッダ部の寸法を示す図、図５は多ヘッダ型の
対向流型熱交換器の外径寸法を示す斜視図、図６は図５
におけるヘッダ部の断面寸法を示す図である。まず、図
３に示す従来のシングルヘッダ型の対向流型熱交換器８
の両ヘッダ部１３の全体積Ｖ₁を求める。図において、
熱交換部材９の長さ方向の寸法をＬ、熱交換部材９の幅
方向の寸法をＨ、熱交換部材９の積重方向の厚さ寸法を
Ｗ、ヘッダ角をθとすると、図４における寸法ｈ₁は下
記式１に示すようになるため、体積Ｖ₁は下記式２に示
すように表される。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】次に、図５に示す上記実施の形態１におけ
るような多ヘッダ型の対向流型熱交換器２２の両ヘッダ
部１８、１９の全体積Ｖ₂を求める。図において、熱交
換部材１５の長さ方向の寸法をＬ、熱交換部材１５の積
重方向の厚さ寸法をＨ、熱交換部材１５の幅方向の寸法
をＷ、（但し、Ｌ、Ｈ、Ｗはシングルヘッダの場合と同
寸法とする。）ヘッダ角をθ、ヘッダ部１８、１９の各
数をｎとすると、図６における寸法ｈ₂は下記式３に示
すようになるため、体積Ｖ₂は下記式４に示すように表
される。

【００２６】

【数３】

【００２７】

【数４】

【００２８】そして、両体積Ｖ₁、Ｖ₂を比較し、Ｖ₂の
方がＶ₁より小さくなる条件を求めると、下記式５に示
すように表される。

【００２９】

【数５】

【００３０】すなわち、各ヘッダ１８、１９のそれぞれ
の数ｎを、熱交換部材１５の幅方向の寸法Ｗを熱交換部
材１５の積重方向の厚さ寸法Ｈで除した値より大きな値
にすれば、多ヘッダ型の対向流型熱交換器の方が、シン
グルヘッダ型の対向流型熱交換器よりもヘッダ部の体積
が小になることが分かる。したがって、この実施の形態
２における対向流型熱交換器では、各ヘッダ１８、１９
のそれぞれの数ｎを、上記式５を満足するように設定し
てある。

【００３１】このように上記実施の形態２によれば、各
ヘッダ１８、１９のそれぞれの数ｎを上記式５を満足す
るように設定して、ヘッダ部の体積をシングルヘッダ型
のヘッダ部の体積より小にしているので、熱交換率の悪
いヘッダ部の数が多くなっても、熱交換率を低下させる
ことなく小型化を図ることができる。

【００３２】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３における対向流型熱交換器の構成を示す斜視図、図
８は図７における対向流型熱交換器の寸法詳細を示す
図、図９は図７においてＡで示すヘッダ部の開口部の寸
法詳細を示す図である。本実施の形態３における対向流
型熱交換器は、上記実施の形態１におけるものとほぼ同
様であるので、同一符号を付して説明を行うものとす
る。

【００３３】まず、図８に示すように熱交換部材１５の
幅方向寸法をＷ、ヘッダ部１９の数をｎ、ヘッダ角を
θ、開口部の高さ寸法（熱交換部材１５の平坦部１５ｂ
間の寸法）をｄとすると、平坦部１５ｂの開口部の幅方
向寸法ｌは下記式６に示すようになり、又、排気と吸気
間に圧力差が生じて垂直方向に力がかかり一方の平坦部
１５ｂが図９中破線で示すように伸びて、Ｓの位置まで
たわんだときの平坦部１５ｂの長さｌ′は、平坦部１５
ｂを形成する部材の伸び率をαとすると、下記式７に示
すようになるため、平坦部１５ｂのたわみＳは下記式８
に示すように表される。

【００３４】

【数６】

【００３５】

【数７】

【００３６】

【数８】

【００３７】今、仮に両平坦部１５ｂがそれぞれ伸びた
場合、お互い同士がくっつかない条件を求めると、下記
式９に示すように表される。

【００３８】

【数９】

【００３９】すなわち、この発明の実施の形態３におけ
る対向流型熱交換器では、各ヘッダ部１８、１９のそれ
ぞれの数ｎを、上記式９を満足するように設定してい
る。したがって、上記実施の形態３によれば、熱交換器
１５の各平坦部１５ｂ、１５ｃを形成する部材が伸びて
たわむことがあっても、ヘッダ部１８、１９における流
路が閉塞されることなく、良好な熱交換を継続させるこ
とができる。尚、上記各実施の形態では、波形状部１５
ａの形状をほぼ正波状のもので説明したが、これに限定
されるものではなく、例えば矩形状、台形状のものを適
用しても良く、又、ヘッダ部１８、１９は平坦であるも
のの例で説明したが、例えばリブ部材、エアガイド等凹
凸を有するものに適用しても良く、さらに又、ヘッダ部
１８、１９の形状は二等辺三角形であるものを例に説明
したが、例えば辺が曲線であったり、三角形の角部を落
とした角形、不等辺三角形のものを適用しても良いこと
は言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、幅方向に波形状を有し両端にヘッダ部を区画する
平坦部が形成された板状の熱交換部材を多数積重すると
ともに、各熱交換部材間に交互に給気および排気をそれ
ぞれ対向する方向に流通させるようにした対向流型熱交
換器において、熱交換部材の積重厚さ方向寸法を熱交換
部材の幅方向寸法より小に設定したので、熱交換部材の
積重数を増やすことなく熱交換量の増大を図り、コスト
の低減が可能な対向流型熱交換器を提供することができ
る。

【００４１】又、この発明の請求項２によれば、請求項
１において、ヘッダ部を熱交換部材の幅方向に複数形成
し、ヘッダ部毎に流路を分割するようにしたので、コス
トの低減は勿論のこと小型化が可能な対向流型熱交換器
を提供することができる。

【００４２】又、この発明の請求項３によれば、請求項
２において、ヘッダ部の数ｎを ｎ＞Ｗ／Ｈ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 Ｈ：熱交換部材の積重厚さ方向寸法 と設定したので、熱交換率を低下させることなく小型化
を図ることが可能な対向流型熱交換器を提供することが
できる。

【００４３】又、この発明の請求項４によれば、請求項
２において、ヘッダ部の数ｎを ｎ＞Ｗ√（２α＋α²）／２ｄｃｏｓθ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 α：ヘッダ部の部材の伸び率 ｄ：熱交換部材の平坦部間の寸法 θ：ヘッダ角度 と設定したので、ヘッダ部における流路の閉塞を防止す
ることが可能な対向流型熱交換器を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における対向流型熱
交換器の構成を示す斜視図である。

【図２】 図１に示す熱交換部材の構成を示す斜視図で
ある。

【図３】 シングルヘッダ型の対向流型熱交換器の外径
寸法を示す図である。

【図４】 図３におけるヘッダ部の断面寸法を示す図で
ある。

【図５】 多ヘッダ型の対向流型熱交換器の外径寸法を
示す斜視図である。

【図６】 図５におけるヘッダ部の断面寸法を示す図で
ある。

【図７】 この発明の実施の形態３における対向流型熱
交換器の構成を示す斜視図である。

【図８】 図７における対向流型熱交換器の寸法詳細を
示す図である。

【図９】 図７においてＡで示すヘッダ部の開口部の寸
法詳細を示す図である。

【図１０】 従来の対向流型熱交換器を用いた熱交換装
置の概略構成を示す斜視図である。

【図１１】 図１０における熱交換装置内の給気および
排気の流れを示す図である。

【図１２】 図１０に示す対向流型熱交換器の構成を示
す斜視図である。

【図１３】 図１２に示す熱交換部材の構成を示す斜視
図である。

【符号の説明】

９，１５ 熱交換部材、１５ａ 波形状部、１５ｂ，１
５ｃ 平坦部、１７ 仕切部材、１３，１８，１９ ヘ
ッダ部、２０，２１ 封止部材、２２ 対向流型熱交換
器、ａ₁〜ｉ₁ 吸気、ａ₂〜ｉ₂ 排気。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 秀元 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 杉山 陽一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 幅方向に波形状を有し両端にヘッダ部を
   区画する平坦部が形成された板状の熱交換部材を多数積
   重するとともに、上記各熱交換部材間に交互に給気およ
   び排気をそれぞれ対向する方向に流通させるようにした
   対向流型熱交換器において、上記熱交換部材の積重厚さ
   方向寸法を上記熱交換部材の幅方向寸法より小に設定し
   たことを特徴とする対向流型熱交換器。
2. 【請求項２】 ヘッダ部は熱交換部材の幅方向に複数形
   成され上記ヘッダ部毎に流路が分割されていることを特
   徴とする請求項１記載の対向流型熱交換器。
3. 【請求項３】 ヘッダ部の数は下記式を満足するように
   設定されていることを特徴とする請求項２記載の対向流
   型熱交換器。 ｎ＞Ｗ／Ｈ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 Ｈ：熱交換部材の積重厚さ方向寸法
4. 【請求項４】 ヘッダ部の数は下記式を満足するように
   設定されていることを特徴とする請求項２記載の対向流
   型熱交換器。 ｎ＞Ｗ√（２α＋α²）／２ｄｃｏｓθ 但し、ｎ：ヘッダ部の数 Ｗ：熱交換部材の幅方向寸法 α：ヘッダ部の部材の伸び率 ｄ：熱交換部材の平坦部間の寸法 θ：ヘッダ角度