JPS62255789A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、熱交換板上に波形の流路構成板を配設して成
る熱交換素子を複数積層して構成される熱交換器に関す
る。

（従来の技術） 従来、例えば空調換気扇に用いられる熱交換器は、熱交
換板上に波形の流路構成板を配設して成る複数の熱交換
素子を、その流路構成板の指向方向を交互に異ならせて
積層し、室外から室内へ吸入される空気（吸気）を通す
流路と室内から室外へ排出される空気（排気）を通す流
路とを交互に形成している。而して、空調換気扇にあっ
て吸気と排気とが上記熱交換器の各流路を通る過程で熱
交換板を介して熱交換されるようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記構成のものでは、熱交換板間の流路構
成板により仕切られた流路に入った夫々の空気は、出口
まで全て同じ流路をそのまま通過するものであり、しか
も流路内においてその中央部部分の空気と熱交換板近傍
部分の空気とが略そのままの状態で通過するものである
ため、出口側へ行くに従って熱交換板を介しての熱交換
性能が低くなり、従って全体としては熱交換性能が高い
ものとはいえなかった。そこで、上記従来構成のものに
おいて熱交換性能の向上を図るためには、熱交換素子を
大きくして熱交換面積を増大させることが考えられるが
、このようにすると、全体が大形化してしまうという不
具合がある。

従って本考案の目的は、大形化することなく熱交換性能
の向上を図り得る熱交換器を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するだめの手段） 本発明は、熱交換板上に波形の流路構成板を配設して成
る熱交換素子を複数積層して構成する熱交換器において
、熱交換素子の流路構成板を流路の延び方向で複数に分
けた単位流路構成板によって構成し、その単位流路構成
板を夫々離間させて配置したところに特徴ををする。

（作用） 上記構成のものの場合、熱交換板間の単位流路構成板に
より仕切られた流路に入った流体は、この単位流路構成
板の出口と次の単位流路構成板の入口との間で仕切りが
解かれるため、そこで一旦開放されて流れを崩しながら
近傍の流路から出た流体とも混合して次の単位流路構成
板により仕切られた流路に入り、そして、以下同様のこ
とを繰返して出口側へ流出される。従って、その流体は
途中で幾度も流れを乱しながら流れるので、熱交換板を
介しての熱交換が促進されるものである。

（実施例） 以下本発明の第１実施例につき第１図乃至第７図を参照
して説明する。

まず第５図は空調換気扇の概略構成を示しており、同図
において１は空調換気扇の外箱で、内部が仕切壁２によ
り左右に仕切られていて、そのうちの右側の前部に吸気
用ファン３を、後部に排気用ファン４を夫々配設し、又
、左側に熱交換器５を配設している。

而して上記熱交換器５は、矩形状の熱交換板６上に波形
の流路構成板７を配設して成る多数の熱交換素子８を、
その流路構成板７の指向方向を交互にこの場合９０度異
なるように積層していわゆる直交流形に構成したもので
、一次流体たる吸気を通す流路９と二次流体たる排気を
通す流路１０とを交互に形成している。ここで、熱交換
素子８につき第１図乃至第４図を参照して詳述する。こ
の場合、熱交換索子８は、吸気を通す流路９を形成する
ものと排気を通す流路１０を形成するものとは同−構成
のものであるので、ここでは吸気を通す流路９を形成す
るものを代表して述べる。即ち、熱交換板６上の流路構
成板７は、第１図に示すように両側部７ａ、７ａについ
ては吸気を通す流路９（便宜上破線矢印で示す）の延び
方向に連続したものであるが、この部分以外の部分では
、流路９の延び方向で複数例えば６個に分けた単位流路
構成板１１によって構成し、且つその単位流路構成板１
１を夫々離間させて配置している。この場合、第３図に
示すように単位流路構成板１１の流路９の延び方向の長
さ寸法をＬｌ、隣合う単位流路構成板１１．１１間の離
間部１２の長さ寸法をＬ２とし、そして、第４図に示す
ように単位流路構成板１１における波の１ピツチの幅寸
法をＷｌその波の高さ寸法をｈとし、更に波の１ピ・ソ
チを円として見た場合の等偏置径寸法をｄ［嬌（２ｖｈ
）　／　１ｗ＋２　　　（ｗ／２）’　４１１１　］　
としたときに、］Ｌ、／ｄ−４．９Ｌ２　／ｄ−２，７
の関係が成立するように設定している。

而して、斯様な構成の空調換気扇においては、第５図に
おいて吸気用ファン３及び排気用ファン４を夫々駆動さ
せると、吸気用ファン３の送風作用により室外空気が矢
印Ａで示すように熱交換器５の吸気用の流路９を通って
室内に吸入され、これと同時に排気用ファン４の送風作
用により矢印Ｂで示すように熱交換器５の排気用の流路
１０を通って室外へ排出されるもので、この折り、室外
から室内へ吸入される空気（吸気）と室内から室外へ排
出される空気（排気）とが熱交換器５において熱交換板
６を介して熱交換される。

ところで、一般に熱交換器における熱交換性能は、伝熱
ユニット数［＝（熱通過率Ｘ伝熱面積）／（流量×比熱
）コによって決り、伝熱ユニット数が大きいほど熱交換
性能が良い。いま、伝熱面積及び流量が一定の条件で熱
交換性能を高めようとするとき、熱通過率を良くするこ
とが必要となる。この熱通過率は熱伝達率で決まるため
、この熱伝達率を良くすることが熱交換性能を高めるこ
とにつながることになる。・モして、熱伝達率（単位肋
間、単位温度及び単位面菰当たりの伝熱量）は、温度境
界層（流路壁面近傍の流体内で高さ方向の温度勾配をも
つ層）の厚さδ及び流体の乱れＴｏ等によって決定され
るものであり、例えば、その厚さδが小であるほど、あ
るいは流体の乱れＴｕが大であるほど熱伝達率は大とな
る。

ここで、熱交換素子の流路構成板が熱交換板と同一の長
さ寸法であった従来のものの場合、流路構成板によって
形成される流路は、その流路の延び方向の総長さ寸法り
が等偏置径ｄに対し十分に大きい（数十倍）ため、この
流路を通る空気は、流路の入口部分では温度境界層の厚
さδが小であるが、出口側に行くに従ってその温度境界
層の厚さδが大となるため熱伝達率は次第に小となる。

これに対して、上記第１実施例においては、熱交換索子
８の流路構成板７を流路９の延び方向で複数に分けたｆ
ド位流路６１成仮１１によって構成し、その単位流路構
成板１１を夫々離間させて配置しているので、単位流路
構成板１１により形成された流路９に入った空気は、次
の単位流路構成板１１との間の離間部１２で仕切りか解
かれていることによりそこで一旦流れが乱れ、温度境界
層を崩しながら近傍の流路９から出た空気とも混合して
次の単位流路構成板１１により形成された流路９に入る
。そして、以下同様の行程を繰返して出口側へ流出して
いく。従って、流路９を流れる空気は、途中で幾度も流
れを乱しながら流れるので、入口側は勿論のこと出口側
においても熱交換板６を介しての熱交換が促進され、よ
って従来よりも平均熱伝達率が増加し、熱交換性能が向
上する。

その平均熱伝達率の増加量は、単位流路構成板１１の長
さ寸法（流路の長さ寸法）Ｌｌ、離間部１２の長さ寸法
Ｌ２、等偏置径ｄ及び流速によって異なり、ある等偏置
径ｄ及び流速に対して、最も効果的な単位流路構成板１
１の長さ寸法Ｌ１及び離間部１２の長さ寸法Ｌ２の組合
わせがある。

二こで、本発明者の実験結果を第６図及び第７図に示す
。これら第６図及び第７図において、「特性線イ」は従
来構成による場合、「特性線口」は本発明の第１実施例
によるものにおいてＬｌ−９［ｍｍ］　、Ｌ２　＝５　
［關］の場合、そして、「特性線ハ」は後述する本発明
の第２実施例によるものにおいてＬｌ−９［順］、Ｌ、
２−５［鰭］、隣合う単位流路構成板１１の位置ずれ寸
法ｘ−２［關］の場合を夫々示している。この場合、流
路の等偏置径ｄは１゜８７ｃｍｍ］、流路の総長さ寸法
（は５０［ｍｍ］に設定している。又、第７図において
、横軸は流路内の平均流速、縦軸は平均熱伝達率を示す
。この実験結果によれば、第７図にて明らかなように、
本発明の第１実施例における特性線口は従来における特
性線イに比して平均熱伝達率が高く、それは実用流速範
囲（約２ｍ／５ｃＣ）において１．２〜１．３倍高くな
るという結果が得られた。このことは、例えば熱交換器
の大きさ及び流路の等偏置径ｄを従来と同一とした場合
、温度交換率７７−　（Ｔｚ　　Ｔｏ　）　／　（Ｔｌ
　−Ｔ。）［但し、Ｔｌ　二室内温度、Ｔｚ　：流体吐
出温度、Ｔｏ　：室外温度］は約３％増加するという結
果が得られ、逆に従来と同じ温度交換率を得るには、流
路の総長さが約０．９倍、若しくは熱交換素子の枚数が
約０．８２倍で詩むという結果が得られた。

ところで、従来構成において、流路構成板により形成さ
れた流路を通る空気の乱れを生じさせるには、例えば流
路構成板に流路内へ突出するような突起を設けることが
考えられる。しかしながらこのようにすると、流路構成
板が複雑な構成になって製作が面倒であり、又、流路を
流れる空気の流動抵抗が増大するため、流速を上げるべ
くファンの出力を大きくしなければならないという不具
合がある。この点この第１実施例の場合、複数の単位流
路構成板１１を夫々離間させて配置すれば良いものであ
るから製作が容易で、又、隣合う単位流路構成板１１．
１１間に離間部１２を形成することによる流動抵抗の増
加は殆どなく、従来と同一のファンの出力で良い。

第８図乃至第１０図は本発明の第２実施例を示したもの
であり、この第２実施例は前述の第１実施例とは次の点
が異なる。即ち、熱交換素子８における単位流路構成板
１１を、第８図及び第１０図にて明らかなように流路９
の延び方向に隣合うものがその延び方向と直交する方向
に寸法Ｘだけ位置をずらして配置している。この第２実
施例によれば、人口側の単位流路構成板１１の流路９か
ら離間部１２に出た空気が次の単位流路構成板１１の流
路９へ入る際に、隣の流路９から出た空気とより接触し
易くなることから、前記第６図及び第７図に示した既述
の「特性線ノ入」から分るように、第１実施例よりも更
に平均熱伝達率を向上させることができる。

更に、第１１図及び第１２図は本発明の第３実施例を示
したものであり、この第２実施例は第１実施例とは次の
点が異なる。即ち、熱交換素子８における単位流路構成
板１３をこれの長さを一定にせず、しかも離間部１４の
位置が互い違いとなるようにしたものであり、このよう
にしても第１及び第２実施例と略同様な効果を得ること
ができる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示した各実施例に限定さ
れるものではなく、例えば熱交換器を使用する機器であ
れば空調換気扇以外にも適用できる等、要旨を逸脱しな
い範囲内で適宜変更して実施することができる。

［発明の効果コ 以上の記述にて明らかなように本発明は、熱交換板上に
波形の流路構成板を配設して成る熱交換素子をＩ散積層
して構成する熱交換器において、熱交換素子の流路構成
板を流路の延び方向で虚数に分けた単位流路構成板によ
って構成し、その単位流路構成板を夫々離間させて配置
したところに特徴を何し、これにより、大形化すること
なく、しかも流路を通る流体の流動抵抗を増加させるこ
となく熱交換性能の向上を図ることができるという優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の第１実施例を示し、第１図
は熱交換素子の平面図、第２図は第１図中矢印■方向か
ら見た熱交換素子の側面図、第３図は第１図中■−■線
に沿って示す熱交換素子の縦断面図、第４図は第１図中
矢印■方向から見た熱交換素子の拡大側面図、第５図は
空調換気扇の概略的斜視図、第６図は本発明の熱交換素
子の構成と従来の熱交換素子の構成の寸法関係を表わし
た図、第７図は平均熱伝達率の特性線図である。 そして、第８図乃至第１０図は本発明の第２実施例を示
し、第８図は第１図相当図、第９図は第２図相当図、第
１０図は第４図相当図であり、又、第１１図及び第１２
図は本発明の第３実施例を示し、第１１図は第１図相当
図、第１２図は第２図相当図である。 図面中、５は熱交換器、６は熱交換板、７は流路構成板
、８は熱交換素子、９は吸気を通す流路、１０は排気を
通す流路、１１は単位流路構成板、１２は離間部、１３
は単位流路構成板、１４は離間部を示す。 第１　図　　　　　　　　　第２図 第３図 第　４　図 第６図 ＋２３４５６７８９１゜ →平均ミ糺速（ｍ／ｓｅ、） 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱交換板上に波形の流路構成板を配設して成る複数
   の熱交換素子を積層し、一次流体を通す流路と二次流体
   を通す流路とを交互に形成するようにしたものにおいて
   、前記流路構成板を流路の延び方向で複数に分けた単位
   流路構成板によって構成し、その単位流路構成板を夫々
   離間させて配置したことを特徴とする熱交換器。 ２、単位流路構成板は、流路の延び方向に隣合うものが
   その延び方向と直交する方向に位置をずらして配置され
   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。