JP3125449U - 対向流型熱交換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換仕切膜と仕切膜に固着される流路形成部材とから成る熱交換部材を積層した対向流型熱交換素子に於て、剛性を高め、静圧損失を低減し得る熱交換素子を提供する。
【解決手段】熱交換仕切膜７と仕切膜７に固着される流路形成部材８とから成る熱交換部材１を積層した積層体10を備える。また、積層体10の積層方向の一方面及び他方面には、積層方向から見て熱交換部材１と同形状の補強用基板12が設けられている。また、一方面側の基板12と他方面側の基板12とを、積層体10の各熱交換部材１を貫通状として、補強棒13にて連結した。
【選択図】図２

Description

本考案は、対向流型熱交換素子に係り、より詳しくは、空調機器や産業機器に組み込まれ、給気側と排気側の二つの気流の間で熱交換する対向流型熱交換素子に関する。

従来より、空調機器や産業機器に組み込まれ、給気側と排気側の二つの気流の間で熱交換する直交流型熱交換素子は多いが、対向流型熱交換素子は製造方法が容易ではないため少ない。直交流型熱交換素子は、図７に示すように、熱交換板41と熱交換板41に貼り合わされた波板状流路形成部材42とから成る熱交換部材40を、流路形成部材42の向きが交互に直交するように積層していたので、極めて強固であり、流路も確保され易い。その結果、直交流型熱交換素子の静圧損失は比較的低い。このような構成の直交流型熱交換素子は、例えば、特許文献１に記載されている。
一方、本出願人は、特願2005− 63648において、熱交換仕切膜と仕切膜に固着される流路形成部材とから成る熱交換部材を積層した対向流型熱交換素子を既に提案している。
特公昭50−2950号公報

本出願人の前記対向流型熱交換素子は、図８（ａ）に示すように、複数の流路形成部材47が独立して平行状に配設されていたため、仕切膜46と流路形成部材47とから成ると共に流路48，49の異なる複数種類の熱交換部材45ａ，45ｂを単に積層接着した場合には、形状の保持が容易でなかった。また、図８（ｂ）に示すように、外力Ｆが加わったり、あるいは気流の圧力によって仕切膜46が波打ったり、歪みや撓みを発生し、流路48，49も確保され難い（流路48，49が潰される）という問題点があった。その結果、従来の対向流型熱交換素子の静圧損失は大きかった。
そこで、本考案は、熱交換仕切膜と仕切膜に固着される流路形成部材とから成る熱交換部材を積層した対向流型熱交換素子に於て、剛性を高め、静圧損失を低減し得る熱交換素子を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本考案に係る対向流型熱交換素子は、熱交換仕切膜と該仕切膜に固着される流路形成部材とから成る熱交換部材を積層した積層体を備えた対向流型熱交換素子に於て、上記積層体の積層方向の一方面及び他方面には、積層方向から見て上記熱交換部材と同形状の補強用基板が設けられ、さらに、一方面側の該基板と他方面側の該基板とを、上記積層体の各上記熱交換部材を貫通状として、補強棒にて連結したものである。
または、熱交換仕切膜と該仕切膜に固着される流路形成部材とから成る熱交換部材を積層した積層体を備えた対向流型熱交換素子に於て、上記積層体の積層方向の一方面と他方面及び中間層には、積層方向から見て上記熱交換部材と同形状の補強用基板が設けられ、さらに、一方面側の該基板と他方面側の該基板と中間層の該基板とを、上記積層体の各上記熱交換部材を貫通状として、補強棒にて連結したものである。

また、上記補強棒が、上記積層体の上記流路形成部材を貫通状としている。
また、積層方向から見て、上記熱交換部材及び上記基板が六角形状であって、上記補強棒が、該熱交換部材及び該基板における頂点部位に、配設されている。
また、積層方向から見て、上記熱交換部材及び上記基板が平行な長辺を有する細長六角形状であって、上記補強棒が、該熱交換部材及び該基板における頂点部位及び上記長辺の部位に、配設されている。

本考案は、次のような著大な効果を奏する。
本考案に係る対向流型熱交換素子は、補強棒及び基板により熱交換素子の剛性を高め、ゆがみを防ぐことができる。これにより、給気流路や排気流路における気流によって仕切膜に圧力が加わっても、仕切膜がピンと張った状態を維持できる。その結果、給気流路及び排気流路を常時確保でき、静圧損失の低いものとできる。
また、熱交換部材や基板の位置ずれや剥離を、効果的に防ぐことができる。
また、熱交換部材の積層段数を多くすることによって、補強棒の長さが長い場合でも、補強棒の変形を規制することができる。これにより、積層体の全ての熱交換部材の仕切膜がピンと張った状態を維持できる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本考案を詳説する。
図１〜図５に於て、本考案の第１実施形態に係る対向流型熱交換素子は、熱交換仕切膜７と仕切膜７に固着される流路形成部材８とから成る熱交換部材１を積層した積層体10を備えている。また、積層体10の積層方向の一方面及び他方面には、積層方向から見て六角形状の熱交換部材１と同形状の補強用基板12が設けられている。

熱交換部材１について詳しく述べると、仕切膜７は、図３に示すように、直角四角形部15と直角四角形部15の両端に連設される三角形部14，14とにより、六角形状に形成されている。仕切膜７は、厚さが10〜 100μm の紙類，プラスチックフィルム，金属箔等にて形成されている。
なお、仕切膜７の材料として、透湿性と気体遮蔽性を兼ね備えたものを用いると、全熱交換方式の対向流型熱交換素子が得られる。気体遮蔽性を備えるとは、排気側の気体と給気側の気体との熱交換を行う際、排気側の汚れた気体と給気側の清浄な気体が混ざらないということである。このような透湿性と気体遮蔽性を兼ね備えた仕切膜７としては、セロファン膜や、補強用の紙にセロファン膜をラミネートした複合材料等が用いられる。

また、流路形成部材８は、厚さが１〜10mmの厚紙や樹脂板、あるいは金属板から形成される。流路形成部材８は、２本の細長状のフレーム部材８ａ，８ｂと、細長状の補強部材８ｃと、を有している。フレーム部材８ａ，８ｂは仕切膜７の縁に沿って配設され、仕切膜７の長手方向の両端部で左右一方へ傾いて開口するように設けられている。フレーム部材８ａ，８ｂには、仕切膜７の各頂点部に対応する位置に、フレーム部材８ａ，８ｂを貫通する孔部17が形成されている。
フレーム部材８ａ，８ｂは、仕切膜７の直角四角形部15の外周一辺と三角形部14の外周一辺に連続状に固着（接着）され、かつ、互いに点対称位置に配設されている。また、補強部材８ｃは、仕切膜７に固着（接着）され、かつ、フレーム部材８ａ，８ｂの間に平行に配設されている。
こうして、フレーム部材８ａ，８ｂと補強部材８ｃとは、夫々分離独立して仕切膜７に固着され、フレーム部材８ａ，８ｂと補強部材８ｃとによって略（横倒）Ｚ字状の給気流路２（若しくは排気流路３）が形成されている。

上述のような構成の熱交換部材１は、第１熱交換部材１ａと、第２熱交換部材１ｂとの２種類からなっており、第１熱交換部材１ａと第２熱交換部材１ｂとを交互に積層することによって、積層体10が形成されている。第１熱交換部材１ａと第２熱交換部材１ｂとの違いは、次のとおりである。即ち、第１熱交換部材１ａの仕切膜７に固着されたフレーム部材８ａ，８ｂと補強部材８ｃが、第２熱交換部材１ｂとは線対称位置になるように配設されている。

なお、図４に於て、Ａは給気流路２を流れる空気（給気空気）の流れを示し、Ｂは排気流路３を流れる空気（排気空気）の流れを示しているが、第１熱交換部材１ａと第２熱交換部材１ｂとを交互に積層することにより、対向流部４と交差流部５，５が形成されている。即ち、対向流部４は、給気流路２を通過する空気（給気空気）と排気流路３を通過する空気（排気空気）とが相互に平行かつ反対向きに流れる領域であり、中央の直角四角形の領域である。また、交差流部５，５は、給気空気と排気空気とが熱交換部材１の積層方向から見て（平面視にて）交差して流れる領域であり、対向流部４両端の三角形の領域である。

次に、図２に示すように、積層方向から見て六角形状の補強用基板12は、厚さが２〜20mmのプラスチック板や金属板あるいは木板から成る。基板12の各頂点部位Ｃには、孔部６が設けられている。
ここで、第１実施形態では、積層方向の一方面側の基板12と他方面側の基板12とが、積層体10の各熱交換部材１を貫通状として、補強棒13にて連結されている。より詳しく述べると、補強棒13は、アルミ，鉄，ステンレス等の金属、あるいは樹脂にて形成され、熱交換部材１及び基板12における頂点部位Ｃに配設されている。そして、各頂点部位Ｃにおいて、補強棒13の両端部が一方面側の基板12の孔部６と他方面側の基板12の孔部６に夫々嵌め込まれると共に、補強棒13が積層体10の流路形成部材８（フレーム部材８ａ，８ｂ）の孔部17に貫通状となっている。
また、補強棒13は、ねじ止め，接着剤による接着，融着等により基板12に固定されている。

次に、図５に於て、本考案の第２の実施の形態に係る対向流型熱交換素子を示す。熱交換部材１の積層段数が多い場合には、補強棒13の長さが非常に長くなり、補強棒13が撓みやすくなる。第２実施形態では、このような場合に使用される構造を例示している。
具体的には、第２実施形態では、積層体10の積層方向の一方面と他方面及び中間層に、積層方向から見て熱交換部材１と同形状の補強用基板12が設けられている。また、第２実施形態では、一方面側の基板12ａと他方面側の基板12ｂと中間層の基板12ｃとを、積層体10の各熱交換部材１を貫通状として、補強棒13にて連結する構成となっている。なお、熱交換部材１の積層段数が 100段を少し超えるような場合には、中間の50段目に基板12ｃを挟んで積層するのが好ましい。
その他の構造は、第１実施形態と同様である。

次に、図６に於て、本考案の第３の実施の形態に係る対向流型熱交換素子を示す。第３実施形態では、六角形状の熱交換部材１及び基板12が第１実施形態よりも細長い場合、即ち、平行な長辺11，11を有する細長六角形状である場合を例示している。
細長六角形状の場合、補強棒13を熱交換部材１及び基板12の頂点部位Ｃに配設するのみとすると、長辺11の中央部位では、熱交換部材１や基板12の位置ずれや剥離が生じやすい。
従って、第３実施形態では、補強棒13が、熱交換部材１及び基板12における頂点部位Ｃ及び長辺11の部位に、配設されている。即ち、長辺11の部位では、補強棒13が各熱交換部材１に貫通状として、補強棒13にて一方面側の基板12と他方面側の基板12とが連結されている。
その他の構造は、第１実施形態と同様である。

なお、本考案は上述の実施の形態に限定されず、本考案の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、本実施形態では、熱交換部材１は、相互に線対称となる第１熱交換部材１ａと第２熱交換部材１ｂとの２種類から成り、これらを交互に積層することにより、積層体10を形成していた。このような積層体10に代えて、略（横倒）Ｃ字状の流路を有する熱交換部材を、 180°反転させて交互に積層して積層体を構成するも好ましい。

以上のように、本考案に係る対向流型熱交換素子は、熱交換仕切膜７と仕切膜７に固着される流路形成部材８とから成る熱交換部材１を積層した積層体10を備えた対向流型熱交換素子に於て、積層体10の積層方向の一方面及び他方面には、積層方向から見て熱交換部材１と同形状の補強用基板12が設けられ、さらに、一方面側の基板12と他方面側の基板12とを、積層体10の各熱交換部材１を貫通状として、補強棒13にて連結したので、補強棒13及び基板12により熱交換素子の剛性を高め、ゆがみを防ぐことができる。これにより、給気流路２や排気流路３における気流によって仕切膜７に圧力が加わっても、仕切膜７がピンと張った状態を維持できる。その結果、給気流路２及び排気流路３を常時確保でき、静圧損失の低いものとできる。

また、熱交換仕切膜７と仕切膜７に固着される流路形成部材８とから成る熱交換部材１を積層した積層体10を備えた対向流型熱交換素子に於て、積層体10の積層方向の一方面と他方面及び中間層には、積層方向から見て熱交換部材１と同形状の補強用基板12が設けられ、さらに、一方面側の基板12（12ａ）と他方面側の基板12（12ｂ）と中間層の基板12（12ｃ）とを、積層体10の各熱交換部材１を貫通状として、補強棒13にて連結したので、補強棒13及び基板12により熱交換素子の剛性を高め、ゆがみを防ぐことができる。これにより、給気流路２や排気流路３における気流によって仕切膜７に圧力が加わっても、仕切膜７がピンと張った状態を維持できる。その結果、給気流路２及び排気流路３を常時確保でき、静圧損失の低いものとできる。
また、熱交換部材１の積層段数を多くすることによって、補強棒13の長さが長くなり、補強棒13単体では撓みやすい場合においても、中間層に設けられた基板12（12ｃ）にて、補強棒13の変形を規制することができる。これにより、積層体10の全ての熱交換部材１の仕切膜７がピンと張った状態を維持できる。

また、補強棒13が、積層体10の流路形成部材８を貫通状としているので、熱交換部材１のうち剛性が高い流路形成部材８にて、熱交換素子を変形させようとする力を確実に受け止めることができる。また、補強棒13が給気流路２及び排気流路３上に位置して流れの邪魔になるようなことがない。

また、積層方向から見て、熱交換部材１及び基板12が六角形状であって、補強棒13が、熱交換部材１及び基板12における頂点部位Ｃに、配設されているので、熱交換部材１や基板12の位置ずれや剥離を、効果的に防ぐことができる。また、補強棒13が給気流路２及び排気流路３上に位置して流れの邪魔になるようなことがない。

また、積層方向から見て、熱交換部材１及び基板12が平行な長辺11，11を有する細長六角形状であって、補強棒13が、熱交換部材１及び基板12における頂点部位Ｃ及び長辺11の部位に、配設されているので、積層方向から見て細長六角形状の熱交換素子における、熱交換部材１や基板12の位置ずれや剥離を、効果的に防ぐことができる。また、補強棒13が給気流路２及び排気流路３上に位置して流れの邪魔になるようなことがない。

本考案の第１の実施の形態に係る対向流型熱交換素子を示す斜視図である。 分解斜視図である。 仕切膜の平面図である。 熱交換素子の断面平面図である。 本考案の第２の実施の形態に係る対向流型熱交換素子を示す分解斜視図である。 本考案の第３の実施の形態に係る対向流型熱交換素子を示す平面図である。 従来の直交流型熱交換素子を示す斜視図である。 本出願人が以前に提案した対向流型熱交換素子を示す説明用断面図であって、（ａ）は気体が流路を流れる前の状態を示す説明用断面図、（ｂ）は気体が流路を流れているときの状態を示す説明用断面図である。

符号の説明

１ 熱交換部材
７ 仕切膜
８ 流路形成部材
10 積層体
11 長辺
12 補強用基板
13 補強棒
Ｃ 頂点部位

Claims (5)

1. 熱交換仕切膜（７）と該仕切膜（７）に固着される流路形成部材（８）とから成る熱交換部材（１）を積層した積層体（10）を備えた対向流型熱交換素子に於て、
   上記積層体（10）の積層方向の一方面及び他方面には、積層方向から見て上記熱交換部材（１）と同形状の補強用基板（12）が設けられ、
   さらに、一方面側の該基板（12）と他方面側の該基板（12）とを、上記積層体（10）の各上記熱交換部材（１）を貫通状として、補強棒（13）にて連結したことを特徴とする対向流型熱交換素子。
2. 熱交換仕切膜（７）と該仕切膜（７）に固着される流路形成部材（８）とから成る熱交換部材（１）を積層した積層体（10）を備えた対向流型熱交換素子に於て、
   上記積層体（10）の積層方向の一方面と他方面及び中間層には、積層方向から見て上記熱交換部材（１）と同形状の補強用基板（12）が設けられ、
   さらに、一方面側の該基板（12）と他方面側の該基板（12）と中間層の該基板（12）とを、上記積層体（10）の各上記熱交換部材（１）を貫通状として、補強棒（13）にて連結したことを特徴とする対向流型熱交換素子。
3. 上記補強棒（13）が、上記積層体（10）の上記流路形成部材（８）を貫通状としている請求項１又は２記載の対向流型熱交換素子。
4. 積層方向から見て、上記熱交換部材（１）及び上記基板（12）が六角形状であって、上記補強棒（13）が、該熱交換部材（１）及び該基板（12）における頂点部位（Ｃ）に、配設されている請求項１，２又は３記載の対向流型熱交換素子。
5. 積層方向から見て、上記熱交換部材（１）及び上記基板（12）が平行な長辺 (11)(11) を有する細長六角形状であって、上記補強棒（13）が、該熱交換部材（１）及び該基板（12）における頂点部位（Ｃ）及び上記長辺（11）の部位に、配設されている請求項１，２又は３記載の対向流型熱交換素子。

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