JPS60238685A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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JPS60238685A
JPS60238685A JP59094098A JP9409884A JPS60238685A JP S60238685 A JPS60238685 A JP S60238685A JP 59094098 A JP59094098 A JP 59094098A JP 9409884 A JP9409884 A JP 9409884A JP S60238685 A JPS60238685 A JP S60238685A
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JP
Japan
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heat exchanger
heat
heat exchange
fluids
fins
Prior art date
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Pending
Application number
JP59094098A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenzo Takahashi
健造 高橋
Shingo Inoue
信吾 井上
Tadakatsu Kachi
可知 忠勝
Naoshi Yokoie
尚士 横家
Hironobu Nakamura
裕信 中村
Nobuo Kumazaki
熊崎 伸夫
Shohei Eto
江藤 昌平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP59094098A priority Critical patent/JPS60238685A/ja
Publication of JPS60238685A publication Critical patent/JPS60238685A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0062Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements
    • F28D9/0068Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by spaced plates with inserted elements with means for changing flow direction of one heat exchange medium, e.g. using deflecting zones
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

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】 〔発明の技術分野J この発明は熱交換効率に優れたプレート・フィン型の熱
交換器に関し、特に熱交換すべき2つの流体に対し、流
速分布と温度分布を与えることにより、極めて高性能化
された熱交換器を提供するものである。
〔従来の技術〕
従来からプレート・フィン型の熱交換器は単位体積あた
りの伝熱面積が大きく、小型で高効率な熱交換器として
広く使用されている。このような熱交換器はその流体の
流し方によって、2つの流体が同方向に流ルる向流型熱
交換器、2つの流体が対向j7て流れる対向流型熱交換
器、2つの流体か直交して流れる直交流型熱交換器など
に大別され、これらの熱交換器の温度交換効率をηとす
ると、1次側流体および2次側流体の導入[]そして導
出口における温度をそれぞルi’l 、 t、1 、T
2 、 i、7の時2次式で表わすことができる。
ここで、熱交換器の導出口における温1tT2.t2け
流体の通過速度によって変化するが、きわめて低速で流
れる時は以下のようになる。ずなわち。
向θ;C1型熱交換器では’r7..t、2 となり、
(1)式より。
r2==(1”1−t+)/2 であるから η々50
% となる。
まだ、対向流型熱交換器では′1゛2≧t1.t2≧t
1となり、(1)式より η々100係 となる。次に
直交流型熱交換器は向流型と対向流型の中間に位置する
ため、最大温度交換効率は50%くη(100%の間0
こある。
以上のことより、プレート・フィン型熱交換器としては
対向流型熱交換器が理想的ではあるが。
実際に使用する場合、熱交換すべき2つの流体の導入部
と導出部が同一面となるため、2つの流体の流れを分離
することができず、上記のような理想的な対向流型熱交
換器は実在(7ないが、流体の流れ方向をまげて導入部
と導出部を一致しないようにすることにより、対向流型
熱交換器に近い熱交換器が実現できる。この−例として
、実公昭52−56531号公報に記載された熱交換器
がある。
その公報に記載されたものによれば、第1図+A+に示
すように、プレート(11とフィン(2)で構成された
ダンボール状の熱交換素子(3)と、同様に構成された
ダンホール状熱交換素子(4)をそれらの開口した端縁
近くで交互に積層する。その時、熱交換素子+31 (
41同志が直接型なり合う部分(5a)を除く熱交換素
子(3] (41同志の間に間隙の生じる側(5b)に
は。
密閉と流体(Ml(N)の流れ方向をまげて2つの流体
の導入部(7) (9)と導出部i8) (IIを分離
すると言った目的で第1図(B)に示す閉塞板(6a)
が設けられ、それに開けられた孔(6b)に熱交換素子
+3+ +41の端部が嵌入してあった fllって1
例えば冷たい流体fM’lを導入部(7)から、′また
暖かい流体fN+を導入部(9)から。
それぞれ導入すると熱交換素子(31+41の両方で2
.互いに温度交換を行ない、それぞれ導出部+81(1
CIより導出さtll、その時により対向流型に近い熱
交換を付なうため7その熱交換効率もきわめて良好とな
るとさハ、ていた。しかし、この先行技術のものは。
前述のように、理想的な対向流型熱交換器ではなく、導
出部の熱交換された流体の温度分布は均一とはならず、
実際には第3図(A+に示すような温度分布となってい
るのに対し、一方、導出部の風速分布はダンボール状の
熱交換素子(3)まだは(4)のフィン部長さによって
生じる流路圧力損失にほぼ関連しているので、第4図(
A)に示すようにほぼ均一である。このことより、温度
交換効率の良い部分も悪い部分もほぼ均一の風量が流れ
ることにより。
熱交換器全体としての総合的な熱交換効率を高めること
ができなかった。
〔発明の概要〕
この発明は熱交換効率を高めることができる熱交換器を
提供することを目的とするものである。
そのために、この発明は、熱交換すべき2つの流体を仕
切るプレートと、その流体の流れを制御するために複数
の平行流路を形成するフィンとを備え、このフィンの表
裏いずわが一面又はその両面に上記プレートを設けて形
成される複数個の熱交換素子を複数段に積層して一段お
きに空間部が形成され、た熱交換器において、この熱交
換器の流体導入部から導出部に至る間のフィンの形成長
さを変化させて、平付流路の有効長さを変化させる− 
ことにより、熱交換効率の高い部分ζこ対する流体の供
給流量を多くするようにし、だものである。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例についてt発明する。
!11g2図はこの発明の熱交換器を)J<すものであ
る。
この発明で提案しているものとの比較の意味で。
従来例をモデルAとして第2図〜第4図中に+A)で示
し、この発明にて提案しているものの例としてのモデル
Bを第2図〜第4図中にそれぞれ(+31.モデルCを
同じく(C)として示した。
以下、このうちのモデルI3のものを例と1.てその構
成を説明する。
第2図〜第5図において、(1)と(2)は第1図に示
した従来例と同様のプレートとフィンで、フィン(2)
の上下両側にプレー)fllを固定することにより1つ
の熱交換素子(3)が形成される。なおフィン(2)の
片面のみにプレー) (11を固定したものを熱交換素
子としても良い。(4)も熱交換素子で、前記熱交換素
子(3)と同じ構成で、かつ同一寸法に形成されている
。そして製作にあたっては、熱交換素子(3)と熱交換
素子(4)を、それらの開口した端縁近くで交互に積層
する。その時、熱交換素子+31 +41同志に間隙の
生じる9111(sb)は密閉と流体の流れ方向をまげ
て2つの流体の導入部と導出部を分離するといつ/こ目
的で、スペーサ(6)をそれら熱交換素子(31(41
の間隙にはさみ込んで接着し、しかもそれら熱交換素子
+3) (Jの端縁は外形としては端面をそろえた状態
にしておく。しかし、その反対側の熱交換素子(31(
J同志を直接積層する01lI(5a)は熱交換素子(
3) (41のプレート(1)とフィン(2)長さを規
則的に変化させることにより、外形としては端面がフィ
ン(2)の波形と直交する1つの平面」著こそろわない
態様にする。すると児成状態では、第2図〜第5図図の
各(ロ)に示すように、平面形状が長方形の熱交換器(
HB)となる。
なお、 f71+9+は2つの流体fMl FN)のそ
れぞれ、4人部。
(81(In 7よ同じくその2つの流体fM)Hの導
出部を;−r:している。(12け熱交換素子(31(
3)間、(4)(4)間に形成された空間である。なお
、空(Lti flzの背面1tlllは塞が)1゜で
いる。
以上のオ(°・〜成であるから、上記熱交換器(川・′
、)に熱交換すべき2つの流体jMl fN+を矢印の
ように流すと、各熱交換素子+3) +41においては
フィン(2)の長すが異なっており、第5図でいえば、
後方から前方の導出部(8)θθ側へ行くほど長く形成
されているだめ、そ力、によって流体CM)fN)にフ
ィン(2)部の静圧損失の分布による流速分布が2つの
流体の導入部(7)および(9)で与えられ、フィン(
2)部分を通っ/このちはそれぞれの流体FM)fN+
の流れ方向は空間a2の中でスペーサ(6)によって曲
げられ、2つの流体の導出部(8)および00から導出
される。その時の一方の導出部(8)における熱交換さ
れた流体IM+の温度分布は均一ではなく、第3図(B
)に示すような温度分布を示す。なお、この第3図の温
度分布は、熱交換前において一方の流体fMlが0℃、
他方の流体(N)が20℃の場合におけるものである。
また、同じく一方の導出部(8)の風速分布は熱交換素
子(31(41のフィン(2)部長さにほぼ関連して生
じるので、第4図03)に示すようになる。なお、第4
図に示すMl、速分布は、導出部(8)の各位置(A 
1〜篇9)で測定した風速の平均値で各位置の風速を割
算した無次元化した数値である。
以上の結果から、今回、この発明で提案したものは、温
度交換効率の良い部分に大量の風量が流れ、悪い部分に
は少量の風量しか流れないことによって、熱交換器(H
g)全体としての総合的な熱交換効率を大巾に上昇させ
ることが実験によっても確認できた。同様にして、熱交
換素子+31 f41同志を直接積層した側(5a)の
重ね方を変えたモデルCの原理図を示す第2図(C)、
導出部(8)の温度分布を示す第3図(C)、導入部(
7)および導出部(8)の風速分布を示した第4図fc
)から明らかなように、モデルCのものにおいても熱交
換効率の良い部分に大量の風量が流れ、悪い部分には少
量の風量が流れるといった点でモデルBと同じ効果が得
られるが。
温度分布、風速分布ともにモデルBのものと比べてわず
かに傾きが少ないため、熱交換器(HE)全体の総合的
な熱交換効率は下がるが、モデルAと比べると改善はみ
られる。第3図、第4図の測定結果から得られた熱交換
器(HE)の導出部(8)位置による熱交換効率を第6
図に示す。この第6図において、横軸の導出部位置は、
第4図に示した導出部(8)に相当し、 ’A l〜属
9は第4図中におけるA1〜墓9の位置とそれぞれ対応
している。
これらの結果から、熱交換器(HE)全体の総合的な熱
交換効率はモデルBが最もよく1次いでモデルCで、い
ずれも従来品に相当するモデルAを改善していることが
裏付けられた。
なお、プレートfilの材料としては薄い金属板。
セラミック板、プラスチック板など種々のものが考えら
れるが、空調分野で給気と排気の間で温度と共に湿度の
交換をも行なわせる場合には透湿性を有する加工紙が好
適である。フィン(2)の材料も同様のものが考えられ
るが、空調用にはクラフト紙が好適である。スペーサ1
1)の材料も同様のものが考えられるが、空調用には厚
紙またはプラスチック板が好適である。プレー ) f
ilおよびフィン(2)の厚さは機械強度の許す範囲で
薄い方が好ましく。
005へ・0.20+u+程度が好適である。フィン(
2)の高さくフレート間隔に相当)およびピッチは太き
すぎると空気流の整流効果が小さく、小さすぎると静圧
損失が大きくなるので、1〜10mmの範囲が〕Nする
1、実施例では高さを20朋あるいは2.7 mmとし
、ピッチを4.0 mmとした、スペーサaυの厚さは
前記フィン(2)を2枚のプレート(1)ではさんだ厚
厚さが精度よく、そろっていないと積層できなくなって
しまうことに注意しなければならない。スペーサfll
)の固定は市販の接着剤を用いる。
〔発明の効果1 以上、説明したように、この発明によれば、従来のもの
より対向流型に近い熱交換器において。
熱交換素子同志に間隙のある積層側の端面をそる布を生
じさせ、熱交換効率の市い部分を多くの流量を流す構成
にしだので、熱交換器全体の総合的な熱交換効率を飛躍
的に上昇させる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の熱交換器を示す要部分解斜視図。 第2図は熱交換器の積層形態説明図で、(A)が従来の
もの、 (B)(C)がこの発明によるものをボす1、
@3図は熱交換器における一方の流体(Mlの導出部に
おける温度分布説明図で、(A)が従来のもの、 FB
)(C)がこの発明のものを示す。第4図は熱交換器に
おけ導入部、下側の図は導出部のものである。第5図は
この発明の熱交換器を示す要部分解斜視図、第6図は従
来の熱交(IA器とこの発明の熱交換器の熱交換効率を
比較した図である、1 なお、各図中、(1)はフレート、(2)はフィン、(
3)(4)は熱交換素子、 f7H91は導入部、 +
8++IIは導出部。 (11)はスペーサ、(12は空間、 (HB)は熱交
換器、 jMINlは流体を示し、各図中、同一符号は
同−又は相当部分を示すものである。 代JJJj人大岩増雄 第1図 (A) 第2図 第3図 −IF 第4図 第 6 図 Nc>l No2 No3 NO4NQ5N0.6 N
07 No、8 NQ9講出都拉量 第1頁の続き ■発明者中村 俗信 @発明者熊崎 伸夫・ @発明者江藤 晶子 。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 熱交換すべき2つの流体を仕切るプレートど、
    その流体の流れを制御するだめに複数の平行流路を形成
    するフィンとを備え、このフィンの表裏いずれか一面又
    はその両面に上記プレートを設けて形成される複数個の
    熱交換素子を複数段に積層して一段おきに空間部が形成
    された熱交換器において、との熱交換器の流体導入部か
    ら導出部に至る間のフィンの形成長さを変化させて、平
    行流路の有効長さを変化させることにより、熱交換効率
    の高い部分に対する流体の供給流量を多くするようにし
    てなる熱交換器。 (2) 熱交換素子は同一端側を積層側として1つおき
    に反対向きにして順次積層した構成を特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の熱交換器。 (3)熱交換すべき2つの流体の導入部は互いに反対側
    の+LllI i?iJに設けられていることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の熱交換器、(4)熱
    交換すべき2つの流体の導出部は同一側面に設けられて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の熱
    交換器。 (5) フィンの長さを規則的に変化させてフィン部に
    静圧損失の分布を形成させるととを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の熱交4整器。 (6)熱交換すべき2つの流体は室外の空気と室内の空
    気であることを特徴とする特許請求の庫巳囲第1項に記
    載の熱交換器。 (7) プレートの材料として透湿性と気体遮蔽性を兼
    ね備え/こ平板状部材を用い、温度(顕熱)と湿度(潜
    熱)を同時に交換させるようにしたことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項に記載の熱交換器。 (8)熱交換すべき2つの流体を仕切るプレートと、そ
    の流体の流れを制御するために複数の平行流路を形成す
    るフィンとを備え、このフィンの表裏いずれか一面又は
    その両面に上記プレートを設けるとともに、フィンの一
    端縁にスペーサを設けて形成される複数個の熱交換素子
    が、複数段にかつ上記スペーサ部分が交互に両側縁部に
    位置するよう重ね合わされて一段おきに空間部が形成さ
    れた熱交換器であって、前記流体の導入部から導出部に
    至る間のフィンの形成長さを変化させて、平行流路の有
    効長さを変化させることにより、熱交換効率の高い部分
    に対する流体の供給流量を多くするようにしてなる熱交
    換器。 (9)熱交換素子は同一端側を積層側として1つおきに
    反対向きにして順次積層した構成を特徴とする特許請求
    の範囲第8項に記載の熱交換器。 Oe 熱交換すべき2つの流体の導入部は互いにfIl
    l 熱交換すべき2つの流体の導出部は同一側(121
    フィンの長さを規則的に変化させてフィン部に静圧損失
    の分布を形成させることを特徴とする特許請求の範囲第
    8項に記載の熱交1婆器。 内の空気であることを特徴とする特許請求の範囲814
    8項に記載の熱交換器。 0荀 グレートの材料として透湿性と気体遮蔽性を兼ね
    備えた平板状部材を用い、温度(顕熱)と湿度(潜熱)
    を同時に交換させるようにしたことを特徴とする特許請
    求の範囲第8項に記載の熱交換器。
JP59094098A 1984-05-11 1984-05-11 熱交換器 Pending JPS60238685A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5674592A (en) * 1979-11-21 1981-06-20 Toshimi Kuma Opposing current type heat exchanger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5674592A (en) * 1979-11-21 1981-06-20 Toshimi Kuma Opposing current type heat exchanger

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