JPS63140295A - 対向流熱交換器 - 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】 技術分野 本発明は、対向流熱交換器に係り、特に限られたスペー
ス内での効率が高く、熱交換要素の交換、清掃及び洗浄
が容易で、しかも軽量、コンパクトで安価であり、多く
の用途に対応し得る対向流熱交換器に関する。

従来技術 従来、対向流熱交換器としては、ガス−ガス用、ガスー
液用、液−成用のものが種々提案されているが、その多
くは熱交換要素にパイプを用いており、このパイプがそ
の両端において溶接等の手段でノズル等に固着されてい
るため、分解は極めて困難で、熱交換要素の清掃、洗浄
又は交換等の保守も容易ではなかった。

またパイプを用いない平板型のものも提案されているが
、従来製品においては、主要部品が客先仕様に合わせて
製作されていたため、熱交換要素等主要部の形状及び寸
法が多様化し、標準部品を常備することが困難であり、
また同様な理由から、材質もほとんどが金属に限定され
てしまうという欠点があった。また伝熱面の部分交換の
最小単位が大きかったので、熱交換要素の交換に要する
費用が高くつくという欠点があった。

目　　的 本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされ
たものであって、その目的とするところは、熱交換要素
は、７字形が連続した波形に形成され該波形の凹部に、
隣接する熱交換要素の波形の凸部が適宜な間隔で形成さ
れるようなピンチで重ね合わされるようにして組立分解
可能に積層し、また該熱交換要素の両端に整流器及びノ
ズルを設けることによって、流体の流路を任意に設定で
きるようにし、熱交換要素の限られたスペース内での効
率を向上させると共に、各熱交換要素の積層ピンチを変
えることによって流体の流量及び速度を制−御できるよ
うにすることである。また他の目的は、熱交換要素の交
換を１枚単位で行えるようにし、更にはその清掃及び洗
浄等を容易に行えるようにすることである。更に他の目
的は、軽量コンパクトで安価であり、しもか金属のみで
なく、合成樹脂、不織布等の布や紙などの使用も可能な
対向流熱交換器を提供することである。

構成 要するに本発明は、低温流体及び高温流体を分離してｍ
人又は吐出し得るように両つ：；１に設けられたノズル
と、該ノズルから導入され又は吐出される前記低温流体
及び高温流体の流れる方向を定めるべく前記ノズルに隣
接して両端に設けられた整流器と、該整流器の間に組立
分解可能に積層して設けられた熱交換要素とを備え、３
ｇ熱交換要素は、７字形が連続した波形に形成され該波
形の凹部に、隣接する熱交換要素の波形の凸部が適宜な
隙間が形成されるようなピッチで重ね合わされているこ
とを特徴とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。第１
図から第１３図において、本発明に係る対向流熱交換器
１は、ノズル２．３と、整流２３４．５と、熱交換要素
６とを備えている。

ノズル２．３は、低温流体ＣＦ及び高温流体１１Ｆを分
離して導入又は吐出し得るように対向流熱交換器１の両
端に設けられており、ノズル２は、低温流体ＣＦを導入
するためのノズル２Ａと、高温流体１１Ｆを吐出するた
めのノズル２Ｂとからなり、ノズル３は低温流体ＣＦを
吐出するためのノズル３Ａと高温流体ＨＦ；！ｃ導入す
るためのノズル３Ｂとからなっている。

整流器４，５は、ノズル２，３から導入され又は吐出さ
れる低温流体ＣＦ及び高温流体肝の流れる方向を定める
べくノズル２．３に隣接して対向流　−熱交換器１の両
端に設けられており、第１図に示すように、複数の整流
板４ａ、５ａが積層されて形成され、各整流板４ａ、５
ａは一段ごとにその開口部４ｂ、５ｂが逆向きとなるよ
うに形成され、これによって低温流体ＣＦと高温流体Ｈ
Ｐとが一段おきの開口部４ａ、５ａ又は４ｂ、５ｂを分
離状態で互いに逆方向に流れることができるように構成
されている。第１図から第７図に示す第１実施例におい
ては、この整流器４の各整流板４ａ、５ａは、図示のよ
うに開口部４ａ、５ａ又は４ｂ、５ｂの反対側に立上り
部４ｃ、５．ｃが形成されて、該立上り部によって隣接
する整流板４ａ、５ａが互いに固定されて積層され、断
面コの字形の組立用開口部４ｄ、５ｄに長手方向に流体
が流れ得るように？Ｉ数の穴８ａが形成されたスペーサ
８が嵌め込まれ、該スペーサ８によって各熱交換要素６
のピッチＰ（第７図）が定められて積層されるように構
成され、スペーサ８は組立用開口部４ｄ、５ｄに夫々固
定されるようになっている。

熱交換要素６は、整流器４，５の間に組立分解可能に積
層して設けられており、各熱交換要素６は、７字形が速
読した波形に形成されており、該波形の凹部６ａに、隣
接する熱交換要素６の波形の凸部６ｂが適宜な隙間Ｃが
形成されろようなど・７チＰで重ね合わされている。即
ち第７図に示すように、各熱交換要素６のピッチＰを適
宜な大きさに設定することによってこれらの熱交換要素
６の間には、低温流体ＣＦ又は高温流体ＨＦが流れ得る
隙間Ｃが形成され、該隙間の大きさによって流体の圧力
が一定の場合には流速を制御することができるので、流
体の単位時間当りの流量をこのピンチＰの設定によって
制御することが可能である。

このピンチＰは、第３図及び第４図に示すスペーサ８の
厚さｔ及び整流器４．５の組立用開口部４’ｄ、５ｄの
上下方向の寸法によって定めることができる。熱交換要
素６の周囲には波形が形成されない平坦な縁部６ｃが四
周に形成されており、ｊ、Ｓ　８１部の長手方向両側面
には直角に一方向に折曲された立上り部６ｄが形成され
ている。

なお連続した■字形の波形は流体の流れる方向、即ち第
６図における熱交換要素６の長手方向に対して直角方向
に形成されている。

そして第４図に示すように整流器４．５に対してスペー
サ８を介して夫々の熱交換要素６を矢印Ａの如く積層し
、矢印Ｂの如くスペーサ８を組立用開口部４ｄ、５ｄに
差し込んで熱交換要素６を第３図に示すように積層して
形成し固定するが、この固定は溶接や接着等によること
なく単に整流器４，５及びスペーサ８によってこれらを
積層状態に固定しておけばよく、更に完成状態において
は第１図及び第２図に示すようなケーシング１０によっ
て熱交換要素６及びスペーサ８の部分を囲い、これらを
束ねる形で固定し、また該ケーシング１０は第２図に示
すように必要に応じて展開できるように構成されるもの
である。

またノズル２，３は第２図のように構成された対向流熱
交換器１の主要部に対してその両端に第１図に仮想線で
示すように取り付けられ、対向流熱交換器ｌが完成する
。

対向流熱交換器１に用いられる各部品の材質は、従来の
ように金属に限られるものではなく、例えば合成樹脂に
よってノズル２．３及び整流器４．５を形成することが
でき、また熱交換要素６は、合成樹脂はもとより不織布
等の布又は紙等を用いて一体成形又はプレス力ｌ工によ
り形成することも可能である。

次に、第１４図から第１６図に示す本発明の第２実施例
について説明する。この実施例においては、熱交換要素
１６と整流器１４とを一体的に、例えば合成樹脂で形成
し、該整流器１４の三角形の一辺を直角に下方に向けて
折曲して縁部１６Ｃにおける立上り部１６ｄと同様な立
上り部１４．　Ｃを形成し、三角形の他の一辺には開口
部１４ｂを形成する。そして第１４図に示す熱交換要素
１６に対して隣接して積層される他の熱交換要素１６（
第１５図）においては、第１４図に示す整流器１４と逆
の三角形の一辺に同様な立上り部１４Ｃを形成して三角
形の他の一辺に開口部１４ｂを形成し、これを第１６図
に示すように交互に重ね合わせて積層することによって
、整流器１４と熱交換要素１６とを一体とした対向流熱
交換器ｌを組み立てることが可能である。従ってこの場
合には整流器１４と熱交換要素１６とを別体とする必要
がなく、またスペーサ８は必要としない。従って熱交換
要素　１６のピッチＰ（第７図）は立上り部１４Ｃの高
さによって適宜調節すればよい。

次に第１７図及び第１８図により本発明の第３実施例に
ついて説明する。この実施例においては、整流器２４と
熱交換要素２６の一部とを一体的に形成し、また整流器
２５と熱交換要素２６の他の一部２６とを一体的に形成
してこの部分は基本的には第２実施例と同様で中間部の
ないものを夫々製作し、熱交換要素２６の中間体２６ｅ
は例えば紙、不織布等の水分を透過させることができ、
かつ柔軟性に富んだ材質のものを使用してこれを両側の
、例えば合成樹脂製の整流器２４’、２５と一体の熱交
換要素２６に対して接着テープ２８を用いて接着し、第
１８図に示すような熱交換要素２６として完成させるよ
うに構成されている。このように構成することによって
中間体２６ｅに種々の性質を備えた材質を用いることが
でき、また熱交換要素２６の長さを適宜調節可能とし、
熱交換面積を自由に増減させることができるようにした
ものである。

作用 本発明は、上記のように構成されており、以下その作用
について説明する。第１実施例に係る対向流熱交換器ｌ
においては、第１図に示すように、その使用状態におい
ては例えば低温流体ＣＦが矢印Ｅの如く左方からノズル
２Ａに導入され、実線の矢印Ｆの如く整流器４の開口部
４ｂに唐人される。すると該低温流体ＣＩ’は整流器４
の整流板４ａの間から熱交換要素６の隙間Ｃをその長手
方向に通過して、他方の整流器５の図中向う側の開口部
５ｂから出て、ノズル３を経て矢印Ｇの如く外部に吐出
される。

これに対して高温流体１１Ｆは第１図におけるノズル３
Ｂから矢印Ｉ］の如く該ノズル内に専人され、一点鎖線
の矢印Ｉの如く整流器５の開口部５ｂから熱交換要素６
の低温流体ＣＩ’が通らない１つおきの隙間Ｃ内に導入
されて、該熱交換要素６の長手方向に沿って流れ、整流
器４内を図中向う側に出てその開口部４ｂからノズル２
Ｂ内に入り、矢印Ｊの如く該ノズル２Ｂから外部に吐出
される。

このようにして低温流体ＣＦと高温流体１１Ｆが熱交換
要素６の各隙間Ｃを互いに逆方向に流れる間に熱交換が
行われ、低温流体ＣＦはその温度が上昇し、高温流体１
１Ｆはその温度が下降して互いに逆方向に矢印Ｇ、Ｊの
如く吐出され、初期の目的を達成することになる。

この場合において、隙間Ｃの大きさは上記したように各
熱交換要素６の積層ピッチＰを大小変化させることによ
って自由に設定することができ、この結果圧力が一定の
場合にはピッチＰによって流体の速度を制御してその流
量を制御することができ、対向流熱交換器１の熱交換能
力を所望の値に設定することが可能である。

また各熱交換要素６は接着や溶接等により固着されてい
ないため、スペーサ８を横方向に引き抜くことによって
１枚ずつ該熱交換要素６を取り外すことができるので、
破損した場合における交換や清掃及び洗浄作業を容易に
行うことができ、保守が極めて容易である。また必要に
応して熱交換要素６及び整流器４．５並びにノズル２．
３を増設することによって積層される厚さを変えて対向
流熱交換器１の容量を増大させることも可能である。ま
た熱交換要素は合成樹脂や不織布、紙等によって製作す
ることも可能であり、例えば不織布や紙を使用した場合
には温度ばかりでなく湿度の交換をも行うことができる
ため、空調機器についてもこれを利用でき、暖房空気に
適度な湿度を与える等のことも可能となる。

また低温流体ＣＦ、高温流体肝の対向流の状態、即ちそ
の流路について第８図から第１３図により説明すると、
第８図の流れの状態は第１図と同様であり、この他に第
９図に示すように、低温流体ＣＦがノズル２Ｂから導入
されて図中左方に一旦湾曲しその後ノズル３Ａから吐出
され、高温流体ＨＦがノズル３Ｂから導入されて一旦図
中右方に湾曲して後ノズル２Ａから吐出されるような流
れも可能であり、また第１０図に示すように、低温流体
ＣＦがノズル２Ａの側方から導入されてノズル３Ａの側
方に吐出されると共に高温流体１１Ｆがノズル３Ｂの側
方から導入されてノズル２Ｂの側方に吐出されるように
する流れも可能である。また第１１図に示すように、低
温流体ＣＦがノズル２人の側方から導入されてノズル３
Ｂの側方に吐出され、また高温流体１１Ｆがノズル３Ａ
の側方から導入されてノズル２Ｂの側方に吐出されるよ
うにすることもでき、また第１２図に示すように、低温
流体ＣＦがノズル２Ａの側方から導入されてノズル３Ａ
から吐出され、高温流体ＨＦがノズル３Ｂの側方から導
入されてノズル２Ｂから吐出されるようにすることもで
き、また第１３図に示すように、低温流体ＣＦがノズル
２Ｂから導入されて図中左方に一旦湾曲し、その後ノズ
ル３Ａから吐出され、高温流体１１ｔ？がノズル３Ｂの
側方から導入されて一旦図右方に湾曲して後ノズル２Ａ
から吐出されるようにすることも可能である。このよう
な種々の対向流を生ぜしめることによって対向流熱交換
器１においては極めて効率的な熱交換を行うことができ
る。

なお上記熱交換の作用は第２実施例及び第３実施例にお
いても同様であるのでその説明を省略する。なお第２実
施例においては整流器１４と熱交換要素１６とが一体成
形可能であるため対向流熱交換器ｌの製作が第１実施例
に比べて容易であり、その構造も簡易化されている。

また第３実施例においては整流器２４．２５と熱交換要
素２６の一部とが一体的に形成されていてその中間体２
６ｅは別体として構成され、これらが接着テープ２８に
よって接着されるような構造となっているため、中間体
２６ｅに−よ両、３；ｊ；の熱交換要素２６とは異なる
材質のシ〕の、例えば不織布や紙等を使用して、熱交換
のみでなく　；Ｈ，Ｈ度の交換も行わせるような対向流
熱交換器１も実現可能であり、また熱交換要素２６の全
体長さを長くしたり或いは短くしたりすることが可能で
あるため、対向流熱交換器１の容量の増減を自由に行う
ことができる。

本発明に係る対向流熱交換器１は、上記のように、熱交
換要素６，１６．２６がＶ字形が連続した波形に形成さ
れており、これらが適宜な間隔で積層される構造となっ
ているため、伝熱面の形状及び寸法の種類が少なくてす
み、例えば４種類程度の形状、寸法で略あらゆる用途に
適用できることになる。また熱交換要素６，１６．２６
の材質は非常に多くの種類のものが使用可能であり、ま
た形状及び寸法の種類が少ないことから標準化が容易で
、そのためより一層多種類の材質の使用が可能となる。

また熱交換要素６，１６．２６の部分的な交換が可能で
あるため、伝熱面の洗浄が容易に行え、また伝熱面の部
分交換が可能であるため、伝熱面に表面処理を行うこと
も可能である。

また各熱交換要素６，１６．２６の相互の隙間Ｃを決定
する積層ピッチＰを定めることによって各流体の流速を
希望の値に保つことができるため、熱的性能、圧力損失
等を所定の範囲内に設定することが可能である。

また−例として対向流熱交換器１の性能について説明す
ると、耐圧及び耐熱性については、金属の場合には最高
使用圧力がｊｏｏｏｍＡｑ、最高使用温度が６００°Ｃ
１合成樹脂の場合には、最高使用圧力が５ＱＱ　ｕ＋Ａ
ｑ、最高使用温度が１６０℃、また材質が紙、不織布の
場合には最高使用圧力が５００　ｍ５Ａｑ、最高使用温
度が１００°Ｃである。また総括伝熱係数は１５〜４０
ｋｃａ　１　／　ｍｈｒ”ｃである。

また対向流熱交換器１の適応性については、ガス−ガス
熱交換を主眼とし、ガス流路の組合せに多様性があり、
各種用途に対応でき、また伝熱面単位での分解が可能で
あることから広範囲のガスに対応できる。

用途としては、例えば鉄鋼関係については熱風炉、加熱
炉、乾燥炉等の熱回収装置、石油精製関係については加
熱炉の熱回収装置、官公庁関係については汚泥焼却、し
尿処理用熱回収装置、製紙関係については抄紙機エアー
システム用熱回収装置、建築関係については空気調和、
クリーンルーム、除湿装置、その他食品、金属、化学等
の分野に用いることが可能である。

効果 本発明は、上記のように熱交換要素は、７字形が連続し
た波形に形成され、該波形の凹部に隣接する熱交換要素
の波形の凸部が適宜な間隔が形成されるようなピッチで
重ね合わされるようにして組立分解可能に積層し、また
該熱交換要素の両端に整流器及びノズルを設けたので、
流体の流路を任意に設定でき、熱交換要素の限られたス
ペース内での効率を向上させることができると共に、各
熱交換要素の積層ピンチを変えることによって流体の流
量及び速度を制御できるという効果が得られる。また熱
交換要素の交換を１枚重位で行えるようにしたので、そ
の清掃及び洗浄等を容易に行うことができる効果がある
。更には軽量コンパクトで安価であり、しかも金属のみ
でなく合成、樹脂、不織布等の布や紙などの使用も可能
な対向流熱交換器を提供できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の第１実施例に係り、第１図
は対向流熱交換器の熱交換状態を示す部分破断斜視図、
第２図はノズルを取り外しケーシングを展開した状態を
示す対向流熱交換器の斜視図、第３図はノズル及びケー
シングを取り外した状態における対向流熱交換器の部分
斜視図、第４図は対向流熱交換器の組立状態を示す分解
斜視図、第５図は熱交換要素の正面図、第６図は積層状
態を示す熱交換要素の斜視図、第７図は積層状態におけ
る熱交換要素の要部拡大縦断面図、第８図、第９図、第
１０図、第１１図、第１２図及び第１３図は夫々対向流
熱交換器における流体の流路を示す説明図、第１４図か
ら第１６図は本発明の第２実施例に係り、第１４図及び
第１５図は熱交換要素の部分斜視図、第１６図は熱交換
要素の積層状態を示す長手方向から見た分解側面図、第
１７図及び第１８図は本発明の第３実施例に係り、第１
７図は組立状態を示す熱交換要素の分解斜視図、第１８
図は完成状態における熱交換要素の斜視図である。 １は対向流熱交換器、２．３はノズル、４，５．１４，
２４．２５は整流器、６，１６．２６は熱交換要素、Ｃ
Ｆは低温流体、肝は高温流体、Ｐはピッチである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低温流体及び高温流体を分離して導入又は吐出し得るよ
   うに両端に設けられたノズルと、該ノズルから導入され
   又は吐出される前記低温流体及び高温流体の流れる方向
   を定めるべく前記ノズルに隣接して両端に設けられた整
   流器と、該整流器の間に組立分解可能に積層して設けら
   れた熱交換要素とを備え、該熱交換要素は、Ｖ字形が連
   続した波形に形成され該波形の凹部に、隣接する熱交換
   要素の波形の凸部が適宜な隙間が形成されるようなピッ
   チで重ね合わされていることを特徴とする対向流熱交換
   器。