JPS60238689A - 熱交換器 - 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】 〔発明の技術分野〕 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、特に熱交換丁べ＠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
された熱交換器全提供しようどするものである。

〔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
広く使用芒わている。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ねる向流型熱
交換器、２つの流体が対向して流れる対向流型熱交換器
、２つの流体が直交して流れる直交流型熱交換器なとに
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次側流体の導入口そして導出口に
おける／ｌ冒紺がそれぞれＴｊ　、　ｔｌ　、　Ｔ２　
、　ｔ２　の時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度Ｔ２　、　ｔ２　
は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。テなゎち同流型熱交換器で
はＴ２〜ｔ２となり（１１式よりＴさくＴ１−ｔｌ）／
２であるからηり５０％となる。また対向流型熱交換器
ではＴ２りｔｌ、　ｔ２〜ｔ１となり＋１１式より４〜
１００％となる。次に山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一５０％
〈ηく１００％の間にある。

以上のことよりフレート・フィンＷＪ熱交換器としては
対同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ｆ１．．　ｙ、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
器は実在しないが流体の流れ方向’に一１’げて導入部
と導出部を一致（−ないようにすることｒ（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
して実公報５２−５６！；３１号公報に記載さＪまた熱
交換器がある。

その公告公報に記載された熱交換器は第１図（ＡＩＶＣ
丞アような波形断面のフィン（１）とプレートｆ２ｉ　
（２ｉにて構成てれた正方形あるいは長方形状のダンボ
ール状熱又換素子（３）全互い違いに積み重ね、端部（
４）を第１図（Ｂ）に示ア閉基板（５）Ｋ開けられた孔
（６）に嵌入し、隣接テる熱交換素子（３）間を密閉し
て形成したものである。この熱交換器では、２つの流体
はそわそれ熱交換素子（３）を通過した後熱交換素子＋
３１　＋３１間に形成はれた空間部（Ｓ）を経て閉塞板
（５）にあたり、直角に方向を変えて導出はれるように
なっていた。

ところで上記従来例での熱交換素子（３）の構成は第２
図に示すようにフィン（１）はその全体にわたり均等々
ピッチ（Ｐ）　ｋ有していたので、以下述べるような欠
点があった。捷ず従来の熱交換器の特性について述べる
と、第３図（Ｃ）は従来例の熱交換器を平面的に示した
もので、２つの流体（Ｍ）（ＮＩの流れを示している。

この第３図においては熱交換器の一方の流体（Ｍ）の導
出口側における流体の高度分布および流速分布を第３図
（Ａ）及び（Ｂ）に示し、また、その流体（Ｍ）の導入
口側における流速分布′ｆｒ第３図（Ｄ）ＶＣ示してい
る。

なお、ここで流体（Ｍ）は０℃の空気、流体（Ｎ）＆１
２０℃の空気の例である。

また第３図（Ｂ）；　（０）　Ｋおける流速は導入口又
は導出口全体の流速の平均値（Ｖ）で該当部分の流速（
Ｖ）’ｔこの第３図のテークから明らかなように、従来
の熱交換器においては実際に導出口における熱交換ａｈ
た気流の温度分布は均一でなく流速分布は熱交換器−ｒ
（３）の長でによる流路圧力損失にほぼ関連しているの
でほぼ均等な分布となり、このため高度交換効率のよい
所も悪い所も同等な流量が流れることにより、熱交換器
全体の総合的な効率は低力ど）た。しかもダンボール状
熱交換素子＋３１　（３＋　；Ｉ＃Ａ部（４）を閉塞板
（５）の孔（６１に嵌入して熱交換器を製作するため製
造の自動化が難しく、量産性に欠けるという問題があっ
た。

〔発明の概要〕

この発明はかかる従来の欠点に鑑みてな畑れたもので１
幅度交換効率のよい部分へより多くの流体が流れるよう
にするものである。

しかもそのような流量制御の特性含熱交換自体に保有芒
セるようにしたものである。

そのためにこの発明は、熱交換テベき２つの流体全仕切
るため所定の対向間隙をもって対向したプレートと、こ
のプレート間の前記間隙に設けられその間隙の中に前記
流体の流れを制御するための平行流路’にノに成したフ
ィンとを有し、上記プレート間の間隙を複数層形成し、
こわら各層の一層おきに一次流体と二次流体全一１ぞれ
対向する方向に導入して前記プレートラ介して一次流体
と二次流体との間で熱交換を行わせるとともに、前記フ
ィンの平行流路は、導入芒れた一次流体と二次流体に静
圧損失に基づく所定の流速分布を与えるためその流１路
断面積が変化して設けらねるようにしたものである。寸
たシらに別の発明では前記各層における一次流体と二次
流体の導入用側瑞部にプレートとプレートの間の間隙を
閉塞するとともに導入きれた一次気流、二次気流全それ
ぞれカイトするスペーサを設けた構成にしたものである
。

〔発明の実施例〕

以下この発明を図示の一実施例について説明する。

第４図はこの発明の一実施例における熱交換素子（３）
ヲ示すもので、上記従来例と同様に一定の間隙を有して
対向した一対のプレート（２−（２１と、このプレート
の間あってこのプレート間の上記間隙に複数の互いに平
行女流路（１ａ）　（以下単に平行流路と称する）音形
成した波形断面の板状フィン（Ｉ）とから構成芒れてお
り、第５図に示すように一段おきに左右方ＩＢｊ　Ｋす
らして籾数層に沖ね合きれその１つ置いｉりの各熱交換
素子（３１ｆ３１同志間で流体（Ｍｌ（ＮＩの通る空間
部（Ｓ）が各層に形成きれ、しかも重ね合せ方向にみる
と上記空間部（Ｓ）が一層おきに左右互い違いの配置と
なるように形成芒れている。

（４）は各熱交換素子（３）同志の重ね合せ部と反対側
の対向する端部ｆ４１　（４１間に挾み込んでプレート
＋２’ｌに接着されたスペーサで、各空間部（Ｓ）の左
右両側面を閉塞し空間部（ＳＪ内に導入された一次、二
次流体（Ｍ）（Ｎ）の流れを所定方向（実施例では前方
方向）に案内する作用全成す。

なお各空間部（Ｓ）の背面側は閉塞埒れている。

そして上記フィン（１１ば８ｇ４図に示すように一方か
ら他方へ連続的にピッチ（Ｐ）が次第に不妊くなるよう
に形成され９、そのピッチ（Ｐ）が小でい方が−次流体
（Ｍ）、二次流体（Ｎ）の導出口側、つ１り第５図で従
ってこの′＃：箔例線側父赫器Ｖ（対し２て第５図に７
１＜てように左Ｉｌｌ面に一羨流体（Ｍ）として例えは
０℃の冷たい宰外の空気を供給し、右１１１１面に二次
流体（′Ｎ）、ｌ−シて例えば２０℃の暖かい室内の空
気を供給すると、各スペー→Ｊ゛ｆ７１により一次流体
（Ｍ）、二次流イ４、（１ａ　＋：ｔ　７　）ＨｑＬ−
Ｈ８お＊　、　−ｐ：＋ｉ　ｓ−ｙイアｆｌ”ｌ　、ｐ
’　７−い−１Ｆ２１ｆ２見の間のみに導入さ某７．そ
のフィン（１）部分１間過して空間部（Ｓ）にキリ、＋
の空間部（８１でスベーーリ（７）により進行が妨けら
第１流れの方向がゆるやかＶＣ’　ｊ）第１方へ変えら
れ前面からそわ４それ導出で第１る。

の途中においてその両名を仕切るフＱ’ｌ　ト’ｔ２’
ｒを介して熱交換が行わわる。　′ この実施−の熱交換器は以上の構成′から明らかなよう
に、幅度交換効率の高Ｇ；所へより多く□の風讐螢流ｊ
ために熱交−素子を構成してい′るフィンのピッチ（Ｐ
Ｉ　’に変化さゼ平行流路（１８）の圧力損失を変化さ
せそれに応じた流体（Ｍ）（Ｎｌの速呵分布を゛作ｓ！
］ち、第６図（Ａ）及び（Ｂ）に、示すように一次流体
（Ｍ＋の導出口ＶＣおける高度分布と流速分布、第６図
（Ｄ）に示すように一次流体（Ｍ）の導入口における流
速分布のテークから明らかなように幅度交換効率の良い
個所（高度分布で高い値ヲ空しているところ）−より、
、多くの流量葡（流速分布でう−いｉｋｋ示しているよ
うに）与え１幅度交換効率の悪い個Ｍ＋　Ｆ（：は少な
い流弾ヲ与えることができる。

この結果第７図に実線て示すように？都塵交換勿率突非
常に良し、）熱交換−ヲ得ることができる。。

なお第７画室横軸に３吋る流量（風量）を１１・０のと
ころが標準風量を示している。従つ千こわから明らかな
ように流量が標準流量の半分（０５）から１．５４倍の
伝い範囲におい工高い偏度交換効率が得られている。

また−図（Ａ）・第１図“おける一点鎖線のり゛ラフは
第１図〜第３図に示した梯米例の特性を参考的に示した
ものである。

第８図はこの発明の隼の実施例全ボテもので。

−次流体（Ｍ＋とニー次流体（ＩＪ）の導出方向を互い
に反対方向に設定したものであり、このものにおし）て
も十記実施例と同様の効果が得られることが確かめら第
１だ。　。

件た第９図（Ａ）は熱交換素子（３）の変形例を示すも
ので、フィン（１）のピッチ（Ｐ）　’に連続的に変化
させずに２段階に設定したもので、中心線（ｃＬ、）か
ら一方をまピッチｆＰｌを小さくしたものである。また
第９図（Ｂ）は同じく熱交換素子（３）の変形例會示す
ものでフィン（１）は板状ではなく、互いに独立してプ
レー目２）上に設けており、かつそのフィン（１）の相
対間隔（Ｗ旧一端へ行くほど次第に小豆くなっている。

この第９図（Ａ）（Ｂ）のように形成したものであって
も結局流体導入口の単位長さく幅）あたりの平行流路（
１ａ）の流路断面積を変えることができるので、平行流
路（１ａ）の静圧損失を変化芒ぜることができ、第４図
に示した熱交換素子（３）と同等の効果を得ることがで
きる。

なおこの発明の熱交換器は以上説明したような熱交換素
子（３）によって形成されるものに限定芒れるも−ので
はなく１例えは、第１０６にボテように波形断面、凹凸
断面の板状フィン（１）と、フレート（２）と、このプ
レ＝、、Ｈ２１に空間部（Ｓｌ’に形成、′Ｔろための
）、イン＋１．１と所定の間隔全おい、て固着埒わたス
ペーサ（７）との３部品により熱交換素子（３）を形成
し、このよう・な熱交換素子（３）ヲ重ね合ゼて熱交換
益金形成するようにしても良く、またフィンｆｌ）（ｚ
フレート（２１と一体成形しても良いものである。

なお、プレー）　（２’ｌの林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偏度と、共に湿度
の交換ヶ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（１）の材料も同様のものが考えら
Ｊするが、空調用にはクラフト紙を好適である。スパー
１月７）の相打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。グレート（
２１およびフィンｉｌｌの厚さは機械強度の許す範囲で
薄い方が好ましく００５〜０２０順程度が好適でおる。

フィン＋１１の高感（プレートの対向間隔に相当）およ
びピッチ（Ｐ）は大＠丁きると空気流の整流効果が小さ
く、小をすきると静圧損失が大きくなるので１〜１０朋
の範１ノ１」が適する。実施例では高き全２０朋あるい
は２、７　ｍｍとし、ピッチ（Ｐｌ　ｋ　４．　Ｏｖｎ
ｍとした。スペーサ（７）の厚さは前記フィン（１）を
２枚のフレート（２）ではさんだ厚芒に精度よくそろえ
る必要があり、しかも積層する段数が実施例のような１
００段以上あるものではスペーサ（７）の厚芒が精度よ
くそろっていないと形状の整った熱交換器に積゛層でき
なくなってし捷うことに注意しなければならない。スペ
ーサ（７）の１朋定は市販の接着剤音用′０）て良い。

〔発明の効果〕

この発明は以上の説明から明らかなように、フィンの間
隔等を変えるという簡単な手段により流体導入口のフィ
ンの平行流路の流路断面積を変化芒セ、熱交換器自体に
その熱交換効率の高い部分により多くの流体を流す特性
を保有させたものであるから、ａ金的冷熱交換効率を飛
隋的に高めることができるものである。

またフィンとプレートとスペーサとを有した熱交換素子
の積み重ねにより形成するようにＴｆｌはあわせて達成
できるものである、゛　。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すもので、第１図（Ａ）は熱交換器
の分解斜視図、第１図（Ｂｌはその閉塞板のが・Ｆ親図
を示している。第２図は第１図の熱交換器における熱交
換素子の縦断面図、第３図はその従来例における流体の
流れ方と特性を示すもので、第３図（Ａ）と（Ｂｌは一
次流体（Ｍ）の導出口における福１度分布と流速分布の
図を示し、第３図（Ｃ１は熱交換器の概略平面図で、フ
ィンの上方のプレートラ取り除いて図示し□である。第
３図（Ｄ）は−次流体（Ｍ）の導入口における流速分布
を示した・図、第４図はこの発明の一実施例を示す熱交
換素子の縦断面図、第５しｊはその熱交換素子により形
成したこの発明の熱交換器の斜視図、第６図はこの発明
の熱交換器における流体の流れ方と特性を示し別図で、
第６図（Ａ）（Ｂ）（Ｃり’（Ｅは七わぞれ門３図（Ａ
）（Ｂ）（Ｃ！　（Ｄ）Ｋそれぞれ対応して示している
。 卯、１図はこの発明と従来例の各熱交換器の高度交換効
率を示した図、第８図はこの発明の他の実施例を示した
熱交換器の説明図、第９図（Ａ）（Ｉ３）ばこの発明に
おける熱交換素子の−ｆ：ねそれ別の変形例５７トした
縦断面図、第１０図は同じく熱交換素子の他の変ｊ１そ
例ケ示す縦断面図である。 なお各図中、（１）はフィン、（１ａ）　は平行流路。 （２１はル−）、＋３１は熱交換素子、（７）はスペー
サ（：ｂｌ、制御体）、（８１は空間部、（Ｍ）は−次
流体、（Ｎ）は二次流体を・７ド丁ものである、 なお各しＩ中、同一符号は同一部分又は相当部分ゲ７Ｊ
くＴＪ”Ｔ、 代理人　大　岩　増　１４ト 第１図 （Ａ） （８） 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　熱交換テベき２つの流体を仕切るため所定の対
   向間隙全一って性向したプレートと、、このプレート間
   の上記間隙に設けられその間隙の中に前記流体の流′に
   １：、’（ｒ制御する。ための平行流路全形成、したフ
   ィンと金有し、上記プレート同志によって形成される間
   隙Ｋｌ数層形成し、これら各層に対して一層ず一つ交互
   に一次流体と二次流体を分配導入する制御体を設けると
   ともに、各層の一層おきに導入された一次流体と二次流
   体全上記プレーｉ介して熱交換芒セ、かつ前記フィンの
   平行流路（ま。 導入はれた一次流体と二次流体に酔圧損失に基づく所定
   の流速分布を与えるためその流路断面積が変化して設け
   られていること全特徴とテる熱交換器。　、 （２１制御体は各層のプ、レートとプレートとの間に個
   別に設けられかつそのプレートとプレートとの対向間隙
   に対応した大きさを有するスペーサであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 （３）各層は、流体の流れの上流側に設けられたフィン
   のある部分と、これより、下流側に設けられた。フィン
   のない空間部とを有し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）　−次流体と二次流体をそれぞれ互いに対向する
   方向に導入して熱交換はぜるこキ葡特徴とテる特許請求
   の範囲第１項に記載の熱交換器。 （５）−次流体と二次流体金それぞれ同一側面から導出
   芒ゼること全特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   熱交換器。 （６）−次流体と二次流体音それぞれ互い（／Ｃ対゛回
   テる方向に導入し、互いに反対方向に流れを変えさゼて
   導出すること全特徴とテる特許請求の範囲第１項に・記
   載の熱交換器。 （７）−次流体と二次流体を七Ｊ１ぞれ互いに対向する
   方向に導入し、互いに反対方向に流れ金変え芒ぜて導出
   することを特徴とする特許請求の範囲枦、１功に記載の
   熱交換器。 （８）フィンは断面が波形形状ヲ南する教状体であって
   、その波形のピッチを変化させることにより平行流路の
   流路断面ナラ変化させ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６（９）　フィンは互いに対
   向して平行に多数段けられ、このフィンとフィンの対向
   間隔を変化させて設けることにより、平行流路の流路断
   面積を変化さぞたこと全特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の熱交換器。 ０１　平行流路の流路断面積はその流路を流れる一次流
   体又は二次流体の導中方向側全より小でく設定したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 Ｕ　平行流路の流路断面積は一次流体又は二次流体の導
   入口の一端から他端側に回かつて段階的又は一定の比率
   で小さくなるように変化させたこと全特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の熱交換器。 ０ｚ　プレートは透湿性と気体遮蔽性とを有した多孔質
   材料を用い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。 α渇　−次流体と二次流体の何れか一方は新鮮な室外の
   空気であり、他方は排出すべき室内の空気であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 Ｉ　フィンの平行流路の長さは均一であること全特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の熱交換器。 れ′た熱交換素子を複数個設け、この熱交換素子が互い
   に重ね台場れて形成されたこと全特徴とする特許請求の
   範囲第２項に記載の熱交換器。