JP2000500560A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱交換器−好適には、送風機装置内の空気調和用に意図される−は、熱交換器パック（１０）を組込まれた波形プラスチックエレメント（１１）を有する。一方の空気流（Ｕ）は、個々のエレメントを相互離間して保持するストリップ（１６，１６Ａ）の間に形成された、縦方向の流動経路（１２）内を層状で且つ混乱なく通過する。他方の空気流（Ｉ）は、各エレメント（１１）の内部に形成された導通溝（１５）内を通過する。エレメントの壁（１３，１４）は薄く形成され、そしてこの壁厚（Ｔ）が薄ければ薄い程より高い効率が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 熱交換器 技術分野 本発明は、好適には、熱交換が排出空気と導入空気との間で行われる送風機装 置内の空気調和に使用される熱交換器に関する。 背景技術 上記形式の熱交換器では、導入および排出空気は、通常は、例えば米国特許第 Ａ−４，３７７，２０１号公報に記載されるように、ドラム内の長斜方形断面形 状の熱交換器セクションの各側方を対向方向へ通過されている。従って、このよ うに対向空気流が曲折流路内を強制的に流動されるので、結果的に比較的高い動 力消費が必要とされる。 動力消費を減少するため、欧州特許第Ａ−０，４６２，１９９号公報に係る熱 交換器が知られている。すなわちこの熱交換器のセクションは、互いに整列され た空間を設けることにより一方の空気流（通常は導入空気）が直線方向の流動を 有する。しかしながら、この直線流動は、その熱交換器セクションへの流入また は流出の度毎に渦流動を形成して混乱される。従って、この渦流動も、同じく大 きな動力消費、すなわち、貧弱な効率の原因をなしている。 上記形式の公知の熱交換器では、それぞれの熱交換器セクションがフレームで 包囲されている。このことは、利用可能な熱交換器表面のかなりの部分がフレー ムによって塞がれるため、熱回収効率を低下することを意味している。 本発明の基本となる原理は、ドイツ国特許第Ａ１，３１３７２９６号公報に示 されている。しかしながら、この公報には、本発明の特別の特徴−すなわち、本 発明の熱交換器によって与えられる、今までには達成されたことのない特性−は 開示されていない。 発明の開示 本発明の第一の目的は、動力消費が最少で従って高い効率を有すると共に、点 検および清掃が簡単な熱交換器を提供することにある。 このことは、本発明によって、すなわち、排出または導入の空気流が熱交換器 を通る混乱されない流動を有し、一方他方の空気流は交換器を少なくとも２回通 る横断流動方向を有することによって、達成される。 本発明に係る熱交換器の有利な実施例は、次のような、すなわち、一方の空気 流（例えば排出空気）は隣接するエレメントの間を通りそして他方の空気流（例 えば導入空気）はそれぞれのエレメントの内部に設けられた導通溝内を通るよう な、熱交換器エレメントを有する。 本発明に係る熱交換器の更に別の特徴は、添付される請求の範囲によって明ら かとなる。 公知の熱交換器は、通常、良好な熱伝導性を有する材料から製造されている（ 例えば、上述の公報参照）。従って、このような熱交換器は、高い材料および製 造コストを要するばかりでなく極めて重い重量を有する。本発明に係る熱交換器 によれば、高い効率の熱交換器が再生可能なプラスチック材料−これらは、小さ なエネルギで製造または再使用される−から製造されることができるので、前述 のような欠点も排除される。 本発明の熱交換器によれば、フレームを使用しないので、極めて高い回収率が 達成される。 本発明に係る熱交換器の別の利点は、交換器が、２重、３重または４重の横断 流動交換器の要求に容易に適応され得ることである。３つおよび４つのステップ を使用することにより、高い効率が達成されると共に改造時における既存の換気 接続部に対する交換器の接続適用も可能となる。熱交換器セクションは変更され ることができ、また全てのステップが同じサイズである必要はない。また、交換 器は完全に平らな面を有する。 好適な実施例 次に、本発明に係る熱交換器を、その好適実施例を示す添付図面を参照しなが ら更に詳細に説明する。ここで 図１および２は、２つの公知熱交換器の原理を示し、 図３は、本発明に係る熱交換器に対する熱交換器パックの一部分における原理 を示し、 図４は、図３に示す熱交換器に対する一対のエレメントの更に別の特徴を示し 、 図５は、本発明に係る２重横断流動交換器を示し、 図６は、本発明に係る３重横断流動交換器を示し、そして 図７は、本発明に係る４重横断流動交換器を示す。 図１−これは、商業的に利用できる熱交換器を示す−から分かるように、導入 および排出空気の双方−それぞれＩおよびＵで示す−は、熱交換器セクション１ ，２のそれぞれの側部上を曲折流動するよう強制通過されている。このことは、 前述したように、動力損失を増大する。 図２に示す別の公知熱交換器の実施例も、同じく、熱交換器ドラム３内に２つ の熱交換器セクション１，２を有する。この実施例では、一方の空気流Ｕは互い に整列された熱交換器セクション１，２内を直線的に通過するが、しかしながら この空気流も、その各熱交換器セクション１，２への流入および流出の際には渦 流動を形成されるので、エネルギ消費を増大する。 これらの問題は、本発明に係る熱交換器−その原理は、図３に示すように、一 方の空気流Ｕが熱交換器１０を通る混乱されない流動を有することにある−によ って排除される。図は、熱交換器ドラム（以降、更に詳述される）内に適用され 、そして多数の熱交換器エレメント１１（これが、積層、すなわち、パックされ て熱交換器セクションを形成する）を形成するよう意図される熱交換器パックの 一部分を示している。このセクションは、フレームを備えておらず、そして横断 流動の繰返し通路のために順次分割されることができる。従って、従来公知の熱 交換器における熱交換器セクションの間に存在される形式の隙間は存在しない。 流動経路１２が一対のエレメント１１の間に形成され、これを通り、図示例では 排出空気Ｕが流動する。熱交換器１１はそれぞれ薄い壁板１３，１４から形成さ れ、この壁板が、それらの間に別の空気流、図示例では導入空気Ｉのための導通 溝１５を形成する。 熱交換器エレメント１１は、好適には波形プラスチック形式の板からなり、そ の壁１３，１４は０．０５〜０．８０ｍｍの厚さＴを有する。プラスチック材が 薄ければ薄い程、良好な熱伝導が達成される。波形プラスチック内の導通溝１５ は、約２．０〜６．０ｍｍの深さＤｃと約３〜２５ｍｍ、好適には６ｍｍの幅Ｗ ｃとを有する。 使用プラスチック材は、好適にはポリポロピレンまたはポリカーボネート・プ ラスチックからなり、特に後者は、高い火災クラス（スウェーデン標準規格のＢ １）を有するので有利である。プラスチック熱交換器は、殆ど全ての性状の空気 −例えば、厨房および工業排出空気など−からの熱回収に適用可能である。プラ スチックは、機械的に安定であるので、噴射空気または高圧噴流による清掃に適 している。 波形プラスチック板、すなわち、エレメント１１は、耐久性の積層ストリップ １６を介して互いに結合され、そしてその横断面は、四角形でも良いが好適には 円形に構成される。ストリップ１６は、狭いが混乱されない直線の流動経路１２ の、深さＤｐと幅Ｗｐとを画定する。従って、幅Ｄｐは約２．０〜６．０ｍｍ、 好適には２．３〜２．５ｍｍである。ストリップ間の約１５ｃｍの間隔を介して 、約１５ｃｍの対応幅Ｗｐが流動経路１２用に形成される。 ストリップは、対向する対のエレメント１１の少なくとも１つの平らな面に固 定される。好適には、８つ目毎に対して４つ目毎（every fourth to every eigh th）のストリップ１６がエレメント１１の両対向面に固定され、一方中間のスト リップ１６Ａは、図４に示すように、一方のエレメント１１のみに固定される。 これにより、熱交換器エレメント１１の効率的な清掃が可能となるが、このこと は、熱交換器が、図４Ｂに示すように、解体することなく拡張されることができ るからである。 ストリップ１６，１６Ａは、接着、溶着またはその他適宜の方法で固定される ことができる。 操作中は、濾過されていない排出空気Ｕが、ストリップ１６，１６Ａで形成さ れた経路１２内を、波形プラスチック板−すなわち、エレメント１１−の外側に 沿って流動する。流動方向は垂直であり且つ空気は濾過されていないので−従っ て、氷結のリスクはないが−、この排出空気Ｕは熱交換器の後では冷却されてい る。 長く且つ薄いプラスチックエレメント１１を大きな熱交換器内で使用すること により、９０％以上の温度効率が達成される。操作時間を長くすればする程全体 の効率が向上されるが、このことは、除霜を必要としないからである。 従って、本発明に係る熱交換器エレメント１１を使用すると、１つまたはそれ 以上の熱交換器セクションを組付けることにより熱交換器１０を構成することが できる。これら幾つかの熱交換器セクションを本発明に従って使用すると、これ らは、その間に隙間を形成されることなく−公知の技術とは異なり−互いに結合 される。従来公知の熱交換器では、最大で２回の変換が行われる（図１および２ 参照）が、本発明に係る熱交換器１０では４回までの変換が許容される。 図５に、２重横断流動変換器の対向流動形式としての、本発明の第一全体実施 例を示す。導入空気Ｉは、多数（約１００）の熱交換器エレメント１１を組込ま れた熱交換器セクション１７内を通り連続的に流動される。排出空気Ｕは、入口 １８−これは、熱交換器セクション１７の全側部に沿って配置された第一接合チ ャンバ１９の入口部分に位置する−を通り、熱交換器セクション１７の内部へ案 内される。その後、排出空気Ｕは、熱交換器セクション１７の第一ステップ２０ −これは、この第一ステップ２０内に排出空気Ｕ用として分割されている−と第 二ステップ２１とを横断する。第二の接合チャンバ２２が熱交換器セクション１ ７の別の側部に沿って設けられていて、排出空気Ｕは、前記チャンバ内へ偏向さ れることにより、第二ステップ２１を介して再び熱交換器セクション１７を通過 しそして第一接合チャンバ１９内の出口部分を通り、その上で第一接合チャンバ １９内に設けられた出口２３を介して熱交換器１０から連続的に導出される。 熱交換器セクション１７の、２つのステップへの分割は、ストリップ１６Ａを 、排出空気の仕切りとして熱交換器エレメント１１の間に密封的に挿入すること によって達成される。ダンパ２４が、第一接合チャンバ１９に対面する端縁部へ 向け、そして第一接合チャンバ１９に対面する熱交換器エレメント１１の側部に 密封対接されるようにして、ストリップ１６Ａに連結されており、そしてこのダ ンパが、接合チャンバ1９を前記入口および出口の部分に分割している。ダンパ ２４は、（図５では）閉鎖位置にあって排出空気Ｕを熱交換器セクション１７内 で２回通過させているが、開成位置では排出空気Ｕを熱交換器セクション１７の 全体に通過させるようにする。排出空気仕切りとダンパ２４とは、熱交換器の“ ダンパ側”から挿着されるユニットに構成されている。 図６に、３重横断流動変換器の対向流動形式としての、本発明の第二全体実施 例を示す。この実施例では、熱交換器セクション１７は３つのステップ、すなわ ち、ステップｘ、ステップｙおよびステップｚに分割されている。この実施例に 係る熱交換器セクション１７の３つのステップは、第一排出空気仕切り２５と第 二排出空気仕切り２６−これらはいずれも、上述したように、ストリップ１６Ａ とダンパ２４から組込まれる−によって画定されている。この実施例は、また、 排出空気の出口に収集導通溝２７を設けられている。変換器は３つの変換作用、 すなわち １）両ダンパの閉鎖時における全変換ステップｘ、ｙ、ｚによる全変換、 ２）第一排出空気仕切り２５内のダンパのみの開成時における変換ステップｘ による変換、 ３）第二排出空気仕切り２６内のダンパのみの開成時における変換ステップｚ による変換、を有する。 このように、図６の実施例に係る３ステップの変換器は、図５に係る２ステッ プの変換器に対して、単に付加的な排出空気仕切りを付加すると共に出口を変更 することだけで達成される。 図７に、４重横断流動変換器の対向流動形式としての、本発明の第三全体実施 例を示す。この実施例における熱交換器セクション１７は、４つのステップ、す なわち、ステップａ、ステップｂ、ステップｃおよびステップｄに分割されてい る。ステップａおよびｂ並びにステップｃおよびｄは、それぞれ上記形式の排出 空気仕切り２５，２６によって分割されているが、別のステップｂおよびｃは、 空気壁２８−これが、前のダンパに代わって、接合チャンバを密封的に分離する −を備える排出空気仕切り３０によって互いに分割されている。空気壁を備える この排出空気仕切り３０は、その前記空気壁２８がダンパの反対側に対面するよ うに構成されている。この変換器は、２重の２ステップ変換器と見做すことがで きる。従って、図５に係る２ステップの変換器に、ダンパを備える付加的な排出 空気仕切りと空気壁を備える付加的な排出空気仕切りとを付加することにより、 図７に係る４ステップの変換器を形成することができる。従ってまた、４ステッ プの変換器は、ダンパの１つを開成し１つを閉鎖することにより、２ステップの 変換器として駆動されることができる。両ダンパを開成すると、変換は全く行わ れない。 本発明に係る熱交換器を幾つかの好適実施例について説明したが、これらとは 別の変形および変更が、添付・請求の範囲に規定される本発明の範囲を逸脱する こなく可能であることは、当業者には明らかである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年２月２日（１９９８．２．２） 【補正内容】 補正・請求の範囲 １．熱交換器エレメント（１１）のパック（１０）を有する熱交換器セクション （１７）からなる熱交換器−なおこれは、好適には、熱交換が排出空気および導 入空気（Ｕ，Ｉ）の間で行われるよう構成された送風機装置内の空気調和用に意 図されている−であって、 排出または導入空気（Ｕ，Ｉ）のいずれか一方は熱交換器を通る乱れのない層 流を有するように構成され、一方他方の空気流は熱交換器セクション（１７）内 を少なくとも２回通過するように構成されると共に１つの空気流は各隣接するエ レメント（１１）の間を通過するように構成され、前記エレメント（１１）は互 いに離反する面を有する２つの薄い壁板（１３，１４）からなり、 エレメントの内面は断面を通し互いに対向して導通溝（１５）を形成し、そし て エレメント（１１）は、その２つの隣接エレメント（１１）の対向する平らな 外面の間に配置されるストリップ（１６，１６Ａ）手段を介して一方の空気流の ための隙間状流動経路（１２）を形成し、一方他方の空気流は各エレメント（１ １）内の前記導通溝（１５）内を案内されるように構成されている熱交換器にお いて、 少なくとも１つのストリップ（１６，１６Ａ）は、エレメント（１１）の少な くとも１つの対向する外面に固定され、そして ストリップ（１６，１６Ａ）の中の、８つ目毎に対して４つ目毎のストリップ （１６）は、エレメント（１１）の対向する外側の双方に固定され、一方中間の ストリップ（１６Ａ）は１つのエレメント（１１）の外面に固定されるのみであ ることを特徴とする熱交換器。 ２．熱交換器セクション（１７）の一側部におけるストリップ（１６，１６Ａ） の端縁部は、熱交換器セクションの隣接する２つの接合チャンバ（１９，２２） の中の１つに位置する閉塞手段（２４，２８）に連結されて排出空気のための仕 切り（２５，２６）を形成することにより、空気流のために、熱交換器セクショ ン（１７）を少なくとも２つのステップ（２０，２１，ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ ，ｄ）に分割することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。 ３．熱交換器セクション（１７）が排出空気仕切りによって第一ステップ（２０ ）と第二ステップ（２１）とに分割され、ダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４ ，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されることを特徴とする請求項２ 記載の熱交換器。 ４．熱交換器セクション（１７）が２つの排出空気仕切り（２５，２６）によっ て３つのステップ（ｘ，ｙ，ｚ）に分割され、第一排出空気仕切り（２５）内の ダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４，２８）が第二接合チャンバ（２２）内に 配置されると共に第二排出空気仕切り（２６）内のダンパ（２４）形式の閉塞部 材（２４，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されることを特徴とする 請求項２記載の熱交換器。 ５．熱交換器セクション（１７）が３つの排出空気仕切り（２５，２６，３０） によって４つのステップ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に分割され、第一排出空気仕切り（ ２５）内のダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４，２８）が第一接合チャンバ（ １９）内に配置されまた第二排出空気仕切り（２６）内のダンパ（２４）形式の 閉塞部材（２４，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されまた更に第三 排出空気仕切り（３０）内の空気壁（２８）形式の閉塞部材（２４，２８）が第 二接合チャンバ（２２）内に配置され、そして第三排出空気仕切り（３０）は第 一排出空気仕切り（２５）と第二排出空気仕切り（２６）との間に配置されるこ とを特徴とする請求項２記載の熱交換器。 ６．板（１１）の壁厚（Ｔ）は約０．０５〜０．８０ｍｍであることを特徴とす る請求項１乃至５のいずれかに記載の熱交換器。 ７．導通溝（１５）は約２．０〜６．０ｍｍの深さ（Ｄｃ）と約３〜２５ｍｍ、 好適には６ｍｍの幅（Ｗｃ）を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれ かに記載の熱交換器。 ８．溝状の流動経路（１２）は約２．０〜６．０ｍｍ、好適には２．３〜２．５ ｍｍの深さ（Ｄｐ）を有し、この深さ（Ｄｐ）はストリップ（１６，１６Ａ）に よって画定され、そしてこのストリップの横断面は好適には円形であって、その 力により熱交換器パック（１０）が結合されることを特徴とする請求項１乃至７ のいずれかに記載の熱交換器。 ９．熱交換器セクション（１７）は、このセクション内に挿通されて熱交換器エ レメント（１１）の間に密封される排出空気仕切り（２５，２６，３０）を介し て、任意適宜のステップに分割されるよう構成されることを特徴とする請求項１ 乃至８のいずれかに記載の熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．熱交換器エレメント（１１）のパック（１０）を有する熱交換器セクション （１７）からなる熱交換器−なおこれは、好適には、熱交換が排出空気および導 入空気（Ｕ，Ｉ）の間で行われるよう構成された送風機装置内の空気調和用に意 図されている−であって、 排出または導入空気（Ｕ，Ｉ）のいずれか一方は熱交換器を通る乱れのない層 流を有するように構成され、一方他方の空気流は熱交換器セクション（１７）内 を少なくとも２回通過するように構成されると共に１つの空気流は各隣接するエ レメント（１１）の間を通過するように構成され、前記エレメント（１１）は互 いに離反する面を有する２つの薄い壁板（１３，１４）からなり、 エレメントの内面は断面を通し互いに対向して導通溝（１５）を形成し、そし て エレメント（１１）は、その２つの隣接エレメント（１１）の対向する平らな 外面の間に配置されるストリップ（１６，１６Ａ）手段を介して一方の空気流の ための隙間状流動経路（１２）を形成し、一方他方の空気流は各エレメント（１ １）内の前記導通溝（１５）内を案内されるように構成されている熱交換器にお いて、 少なくとも１つのストリップ（１６，１６Ａ）が、エレメント（１１）の少な くとも１つの対向する外面に固定されることを特徴とする熱交換器。 ２．ストリップ（１６，１６Ａ）の中の或るストリップ（１６）はエレメント（ １１）の対向する外側の双方に固定され、一方これら或るストリップ（１６）の 間に位置する複数のストリップ（１６Ａ）は１つのエレメント（１１）の外面に 固定されるのみであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。 ３．熱交換器セクション（１７）の一側部におけるストリップ（１６，１６Ａ） の端縁部は、熱交換器セクションの隣接する２つの接合チャンバ（１９，２２） の中の１つに位置する閉塞手段（２４，２８）に連結されて排出空気のための仕 切り（２５，２６）を形成することにより、空気流のために、熱交換器セクショ ン（１７）を少なくとも２つのステップ（２０，２１，ｘ，ｙ，ｚ，ａ，ｂ，ｃ ，ｄ）に分割することを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。 ４．熱交換器セクション（１７）が排出空気仕切りによって第一ステップ（２０ ）と第二ステップ（２１）とに分割され、ダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４ ，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されることを特徴とする請求項３ 記載の熱交換器。 ５．熱交換器セクション（１７）が２つの排出空気仕切り（２５，２６）によっ て３つのステップ（ｘ，ｙ，ｚ）に分割され、第一排出空気仕切り（２５）内の ダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４，２８）が第二接合チャンバ（２２）内に 配置されると共に第二排出空気仕切り（２６）内のダンパ（２４）形式の閉塞部 材（２４，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されることを特徴とする 請求項３記載の熱交換器。 ６．熱交換器セクション（１７）が３つの排出空気仕切り（２５，２６，３０） によって４つのステップ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に分割され、第一排出空気仕切り（ ２５）内のダンパ（２４）形式の閉塞部材（２４，２８）が第一接合チャンバ（ １９）内に配置されまた第二排出空気仕切り（２６）内のダンパ（２４）形式の 閉塞部材（２４，２８）が第一接合チャンバ（１９）内に配置されまた更に第三 排出空気仕切り（３０）内の空気壁（２８）形式の閉塞部材（２４，２８）が第 二接合チャンバ（２２）内に配置され、そして第三排出空気仕切り（３０）は第 一排出空気仕切り（２５）と第二排出空気仕切り（２６）との間に配置されるこ とを特徴とする請求項３記載の熱交換器。 ７．板（１１）の壁厚（Ｔ）は約０．０５〜０．８０ｍｍであることを特徴とす る請求項１乃至６のいずれかに記載の熱交換器。 ８．導通溝（１５）は約２．０〜６．０ｍｍの深さ（Ｄｃ）と約３〜２５ｍｍ、 好適には６ｍｍの幅（Ｗｃ）を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれ かに記載の熱交換器。 ９．溝状の流動経路（１２）は約２．０〜６．０ｍｍ、好適には２．３〜２．５ ｍｍの深さ（Ｄｐ）を有し、この深さ（Ｄｐ）はストリップ（１６，１６Ａ）に よって画定され、そしてこのストリップの横断面は好適には円形であって、その 力により熱交換器パック（１０）が結合されることを特徴とする請求項１乃至８ のいずれかに記載の熱交換器。 １０．熱交換器セクション（１７）は、このセクション内に挿通されて熱交換器 エレメント（１１）の間に密封される排出空気仕切り（２５，２６，３０）を介 して、任意適宜のステップに分割されるよう構成されることを特徴とする請求項 １乃至９のいずれかに記載の熱交換器。