| 【発明の名称】 |
熱交換素子 |
| 【発明者】 |
【氏名】松本 隆善
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| 【要約】 |
【課題】熱交換効率を向上して容積を減少し、組み込まれる機器の小形化を図ることのできる熱交換素子を提供することを目的とする。
【解決手段】プレート板１の表面に側壁２を設け、第１の気流入口３の断面積より大きい断面積を有した第１の気流出口４を設けた第１の空気流路５と、第１の空気流路５と交差するようにプレート板１の裏面に側壁６を設け、第２の気流入口７の断面積より大きい断面積を有した第２の気流出口８を設けた第２の空気流路９とを形成した素子単体１０を多数積層することにより熱交換効率が向上する熱交換素子が得られる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞれ大きく形成してなる熱交換素子。
【請求項２】 第１の空気流路および、第２の空気流路内に、気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブを設けた請求項１記載の熱交換素子。
【請求項３】 プレート板を非透湿性とした請求項１または２記載の熱交換素子。
【請求項４】 プレート板を透湿性とした請求項１または２記載の熱交換素子。
【請求項５】 第１の空気流路または第２の空気流路の出口側寄りの第１のリブ間に第２のリブを設けた請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換素子。
【請求項６】 第１の空気流路内に設けられる複数の第１のリブの間隔を第２の気流入口側に向かうにしたがい狭くなるように形成し、第２の空気流路内に設けられる複数の第１のリブの間隔を、第１の気流入口側に向かうにしたがい狭くなるように形成した請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換素子。
【請求項７】 第１の空気流路または、第２の空気流路の一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となるようにほぼ台形状に形成した請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換素子。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層構造を成すプレート・フイン型の熱交換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、プレート・フイン型の熱交換素子は単位体積当りの伝熱面積が広く比較的小形で高効率の熱交換素子として広く普及している。そして、さらに性能の向上および、小形化に対する要求が高まってきている。
【０００３】従来、この種の熱交換素子として図８に示されるものが知られていた。以下、その構成について図８を参照しながら説明する。
【０００４】図に示すように、紙などよりなる平板状のプレート板１０１の表面側となる片面に熱媒体が流通する平行流路１０２を形成するためのフイン状のリブ１０３を設け、裏面には同様なリブ１０４を、表面のリブ１０３に対し交差するように配置して平行流路１０５を設けた単位部材１０６を形成したのち、各単位部材１０６に形成される平行流路１０２と１０５が交互に形成されるように、別個に形成した平板状のプレート板（図示せず）を介在して積層し熱交換素子を構成していた。
【０００５】そして、第１の気流入口１０７より室内の熱分を含む空気を平行流路１０２内に送り第１の気流入口１０７と同断面積の第１の気流出口１０８より室外に排出し、一方、室外の新鮮な外気を第２の気流入口１０９より平行流路１０５内に吸気し、プレート板１０１を介して平行流路１０２内を通る空気の熱分を回収して第２の気流入口１０９と同断面積の第２の気流出口１１０より室内に放出して熱交換を行っていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の熱交換素子では、第１の気流入口１０７と第１の気流出口１０８の断面積が同じで、第２の気流入口１０９と第２の気流出口１１０の断面積が同じで流速が一定であるため、熱交換面での温度落差は第１の気流入口１０７と第２の気流入口１０９付近で大きく、第１の気流出口１０８と第２の気流出口１１０付近で小さくなることとなり、温度落差の大小は図８の一点鎖線で示す等高線のように変化する。
【０００７】また、熱交換は流体が同じ速度で通過すると温度落差が大きい程その効率は上り、逆に温度落差が小さくなると温度交換効率が低下することとなる。
【０００８】従って、図８において、向って右側部分、すなわち第１の気流出口１０８および第２の気流出口１１０近傍の熱交換効率は低くなり、全体として熱交換効率が低くなり、全体として熱交換効率を確保しようとすると熱交換素子全体の大きさを大きくする必要があるという課題があった。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するもので、熱交換効率を向上して容積を減少し、組み込まれる機器の小形化を図ることのできる熱交換素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の熱交換素子においては、熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞれ大きく形成したものである。
【００１１】この本発明によれば、熱交換効率を向上して容積を減少し、組み込まれる機器の小形化を図ることのできる熱交換素子を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は、熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞれ大きく形成したものであり、第１の気流入口および第２の気流入口より入った空気は、その流速が第１の気流出口および第２の気流出口に向かうに従い広がり遅くなり、温度落差が小さくなって第１の気流出口および第２の気流出口付近の熱交換効率が向上することとなり、熱交換素子の容積を小さくすることができ組み込まれる機器の小形化を図ることができるという作用を有する。
【００１３】以下、本発明の実施の形態について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１４】（実施の形態１）図１および図２に示すように、平板状でプラスチックフイルム等の非透湿性材で形成されたプレート板１の表面の両側辺に樹脂等よりなる凸部状の側壁２を設け、第１の気流入口３と第１の気流出口４が形成された第１の空気流路５と、第１の空気流路５と交差するようにプレート板１の裏面の両側辺に凸部状の側壁６を設け、第２の気流入口７と第２の気流出口８が形成された第２の空気流路９とを設けた素子単体１０を形成し、素子単体１０を第１の気流入口３の断面積に対し、第１の気流出口４の断面積が大きくなるように第１の気流入口幅Ａ１に対し、第１の気流出口幅Ａ２を大きく形成し、第２の気流入口７の断面積に対し第２の気流出口８の断面積が大きくなるように第２の気流入口幅Ｂ１に対し第２の気流出口幅Ｂ２を大きく形成し、第１の空気流路５内に空気の流れ方向に沿う複数の第１のリブ１１を設け、第２の空気流路９内に空気の流れ方向に沿う複数の第１のリブ１２を設け、素子単体１０を別個に形成したプレート板１３を介在させ多数積層して熱交換素子を構成する。
【００１５】上記構成において、熱交換素子の第１の空気流路５を室内空気を排気する空気流路とし、第２の空気流路９を室外から新鮮な外気を吸気する空気流路として換気装置等に組み込み、換気装置を運転すると、室内の熱分を含む空気を第１の気流入口３より吸気し、第１の空気流路５内を通る間にプレート板１に接触させ、第１の気流出口４より室外に向けて排出するとともに、第２の気流入口７より新鮮な外気を吸気し、第２の空気流路９内を通る間にプレート板１を介して第１の空気流路５を通る空気からの熱分を回収し、室内に放散して熱交換を行うこととなる。
【００１６】そして、第１の気流入口３より第１の空気流路５内に吸気された空気は、第１の気流入口３より断面積を大きくした第１の気流出口４に向かい広がりながら第１の空気流路５内を通ることにより、第１の空気流路５を通る空気の流速は、第１の気流出口４に向かうに従って遅くなる。一方、第２の気流入口７より第２の空気流路９内に吸気された空気は、第２の空気入口７より断面積を大きく形成した第２の気流出口８に向かい広がりながら第２の空気流路９内を通ることにより、第２の空気流路９を通る空気の流速は、第２の気流出口８に向かうに従って遅くなる。このため気流出口に向かうにつれて温度落差が小さくなっても、その接触時間が長くなるので、第１の気流出口４および第２の気流出口８付近の熱交換効率が向上することとなる。
【００１７】また、第１の気流入口３より第１の空気流路５内に送られた空気は、第１の空気流路５内に設けた複数の第１のリブ１１によりほぼ均一に分配された状態で第１の気流出口４に向かうこととなり、一方、第２の気流入口７より第２の空気流路９内に送られた空気は、第２の空気流路９内に設けた複数の第１のリブ１２によりほぼ均一に分配された状態で第２の気流出口８に向かうこととなる。
【００１８】このように本発明の実施の形態１の熱交換素子によれば、プレート板１の表面の両側辺に側壁２を設け、第１の気流入口３と第１の気流入口３より断面積の大きい第１の気流出口４が形成される第１の空気流路５を形成し、プレート板１の裏面に第１の空気流路５と交差するように両側辺に側壁６を設け第２の気流入口７と第２の気流入口７より断面積の大きい第２の気流出口８が形成される第２の空気流路９を設けた素子単体１０をプレート板１３を介在して多数積層し形成したので、気流入口より入った空気は、その流速が気流出口に向かうに従って遅くなり温度落差が小さくなる気流出口付近の熱交換効率が向上し、熱交換素子の容積を小さくすることが可能となり、熱交換素子の組み込まれる機器の小形化を図ることができる。
【００１９】また、第１の空気流路５および、第２の空気流路９内に気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブ１１および１２を設けたので、第１の気流入口３および第２の気流入口７より第１の空気流路５および第２の空気流路９内に送られた空気は、第１のリブ１１および１２によりほぼ均一に分配された状態で、第１の気流出口４および第２の気流出口８に向かい流れることとなり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００２０】また、プレート板１を非透湿性としたことにより、浴室等の湿気の多い場所に設置される機器に組み込んだときには、湿気は交換されることなく室外に排出され熱分のみを回収することができ湿気の多い場所で十分に機能を発揮することができる。
【００２１】なお、実施の形態１では、プレート板１の表面側に第１の空気流路５を形成し、裏面側に第２の空気流路９を形成する素子単体１０を用いたが、プレートの片面に第１の空気流路を形成した素子単体と、プレートの片面に第２の空気流路を形成した素子単体を積層して熱交換素子を形成しても良いことはいうまでもなく、要は気流入口の断面積に対し気流出口の断面積が大きく形成されるものは本願発明に関係することになる。
【００２２】（実施の形態２）図３に示すように、プレート板１Ａを紙等の透湿性材料で形成した構成とする。
【００２３】上記構成において、プレート板１Ａの表面側に形成される第１の空気流路５Ａと裏面側に形成される第２の空気流路９Ａとに流れる排気流と給気流との間で熱分に加え湿気も通して交換することとなる。
【００２４】このように本発明の実施の形態２の熱交換素子によれば、プレート板１Ａを紙等の透湿性材料で形成したので、温度の持つ熱エネルギーとなる顕熱と、湿分の持つ熱エネルギーとなる潜熱の両方を熱交換することができ、エネルギーの交換率を高めることができる。
【００２５】（実施の形態３）図４に示すように、第１の空気流路５Ｂの第１の気流出口４Ａ寄りの第１のリブ１１間に第２のリブ１４を設け、第２の空気流路９Ｂの第２の気流出口８Ａ寄りの第１のリブ１２間に第２のリブ１５を設け構成する。
【００２６】上記構成において、第２のリブ１４および１５が無い場合には、第１の気流入口３から第１の気流出口４Ａまでの間の道程および、第２の気流入口７から第２の気流出口８Ａまでの間の道程が長かったり流速が比較的速い場合は、第１の空気流路５Ｂおよび、第２の空気流路９Ｂを流れる空気の速度が遅くなると同時に、プレート板１よりはくりすることとなるが、第１の気流出口４Ａ寄りの第１のリブ１１間に設けられた第２のリブ１４、および第２の気流出口８Ａ寄りの第１のリブ１２間に設けられた第２のリブ１５により、第１の空気流路５Ｂおよび、第２の空気流路９Ｂの出口側に流れる速度が速くなり、プレート板１よりはくりすることが押えられることとなる。
【００２７】このように本発明の実施の形態３の熱交換素子によれば、第１の空気流路５Ｂおよび第２の空気流路９Ｂの第１の気流出口４Ａおよび第２の気流出口８Ａ側寄りの第１のリブ１１と１２間に、第２のリブ１４と１５を設けたので、第１の空気流路５Ｂおよび第２の空気流路９Ｂに流れる空気がプレート板１よりはくりするのが押えられ、熱交換効率を高めることができる。
【００２８】（実施の形態４）図５に示すように、第１の空気流路５Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１１Ａを第２の気流入口７Ａ側に向かうに従って狭くなるような間隔Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で形成し、第２の空気流路９Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１２Ａを第１の気流入口３Ａ側に向かうに従って狭くなるような間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４で形成する。
【００２９】そして、第１の空気流路５Ｃ内で一番長い流路は、幅の広い間隔Ｃ１で形成し、一番短い流路は、幅の狭い間隔Ｃ４で形成し、第２の空気流路９Ｃ内で一番長い流路は幅の広い間隔Ｄ１で形成し、一番短い流路は、幅の狭い間隔Ｄ４で形成する。
【００３０】上記構成において、第１のリブ１１Ａで区画された第１の空気流路５Ｃ内の一番短い流路は、幅の狭い間隔Ｃ４で形成されることにより圧力損失が大きくなり、一番長い流路は幅の広い間隔Ｃ１で形成されることにより圧力損失が小さくなり、第１の空気流路５Ｃ全体としてほぼ流速が一定となり一様な熱交換が行われる。
【００３１】また、第１のリブ１２で区画される第２の空気流路９Ｃの一番短い流路は、幅の狭い間隔Ｄ４で形成されることにより、圧力損失が大きくなり、一番長い流路は幅の広い間隔Ｄ１で形成されることにより圧力損失が小さくなり、第２の空気流路９Ｃ全体としてほぼ流速が一定となり一様な熱交換が行われる。
【００３２】このように本発明の実施の形態４の熱交換素子によれば、第１の空気流路５Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１１の間隔を第２の気流入口７Ａ側に向かうに従って狭くなるように形成し、第２の空気流路９Ｃ内に設けられる複数の第１のリブ１２の間隔を第１の気流入口３Ａ側に向かうに従い狭くなるように形成したので、短い流路は圧力損失が大きくなり、長い流路は圧力損失が小さくなることによって、第１の空気流路５Ｃおよび第２の空気流路９Ｃの流速の均一化が図られ、流路の圧力損失が異なることによる偏流が防止され、素子全体として一様な熱交換を行うことができ、熱交換効率を向上することができる。
【００３３】（実施の形態５）図６および図７に示すように、第１の空気流路５Ｄを、第１の気流入口３Ｂの幅Ｗ１に対し、幅Ｗ２と広く形成された第１の気流出口４Ｂを設け形成し、第２の空気流路９Ｄを、第２の気流入口７Ｂと第２の気流出口８Ｂの幅Ｗを同一幅に形成し、素子単体１０Ａをほぼ台形状に形成する。
【００３４】上記構成において、素子単体１０Ａを形成するプレート板１Ｂは台形状に形成したら良いので、図７に示すようにプレート板１Ｂの材料取りをちどり状に行うことができ、材料の無駄を無くすことができる。
【００３５】また、第２の空気流路９Ｄを幅Ｗの同幅で形成したが、第１の空気流路５Ｄ側を同幅に形成するように逆にしても良いものである。
【００３６】このように本発明の実施の形態５の熱交換素子によれば、第１の空気流路５Ｄまたは、第２の空気流路９Ｄの一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となるように素子単体１０Ａをほぼ台形状に形成したので、材料取りが良くなるとともに熱交換効率が向上し小形化が図れることとなる。
【００３７】
【発明の効果】以上の実施の形態から明らかなように、本発明によれば、熱交換される二つの空気を仕切るプレート板を所定間隔をおいて複数層に形成し、各プレート板の両側辺に設けられる側壁間に、第１の気流入口と第１の気流出口が形成される第１の空気流路と、第２の気流入口と第２の気流出口が形成される第２の空気流路とを各層間を交互にかつ交差するように形成し、前記第１の気流入口および前記第２の気流入口の断面積に対し、前記第１の気流出口および前記第２の気流出口の断面積をそれぞれ大きく形成したので、気流出口付近の熱交換効率が向上し、容積を小さくすることが可能となり組み込まれる機器の小形化を図ることができる熱交換素子を提供できる。
【００３８】また、第１の空気流路および第２の空気流路内に、気流の流れ方向に沿う複数の第１のリブを設けたので、気流がほぼ均一に分配されることとなり、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３９】また、プレート板を非透湿性としたので室外に湿気を排出したいとき等に十分な機能を発揮することができる。
【００４０】また、プレート板を透湿性としたので、顕熱と潜熱の両方を交換することができ、エネルギーの交換率を高めることができる。
【００４１】また、第１の空気流路および第２の空気流路の出口側寄りの第１のリブ間に第２のリブを設けたので、気流がプレート板よりはくりするのが押えられ熱交換効率を高めることができる。
【００４２】また、第１の空気流路内に設けられる複数の第１のリブの間隔を第２の気流入口側に向かうに従い狭くなるように形成し、第２の空気流路内に設けられる複数の第１のリブの間隔を、第１の気流入口側に向かうに従い狭くなるように形成したので、流路の圧力損失が異なることによる偏流が防止され、素子全体として一様な熱交換を行うことができ、熱交換効率を向上できる。
【００４３】また、第１の空気流路または第２の空気流路の一方を入口側と出口側の幅が同一の幅となるようにほぼ台形状に形成したので、材料取りが良くなるとともに熱交換効率が向上する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２４２
【氏名又は名称】松下精工株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１７日（１９９９．１２．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１７２（Ｐ２００１−１７４１７２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５９２７７ |
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