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JPH035511B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH035511B2
JPH035511B2 JP9410284A JP9410284A JPH035511B2 JP H035511 B2 JPH035511 B2 JP H035511B2 JP 9410284 A JP9410284 A JP 9410284A JP 9410284 A JP9410284 A JP 9410284A JP H035511 B2 JPH035511 B2 JP H035511B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
fluid
fins
exchanger according
plates
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP9410284A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60238689A (ja
Inventor
Kenzo Takahashi
Tadakatsu Kachi
Nobuo Kumazaki
Naoshi Yokoie
Hironobu Nakamura
Shingo Inoe
Shohei Eto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP9410284A priority Critical patent/JPS60238689A/ja
Publication of JPS60238689A publication Critical patent/JPS60238689A/ja
Publication of JPH035511B2 publication Critical patent/JPH035511B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00Fins
    • F28F2215/04Assemblies of fins having different features, e.g. with different fin densities

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は熱交換効率に優れたプレート・フイ
ン型の熱交換器に関し、特に熱交換すべき2つの
流体に対し、流速分布と温度分布を与えることに
より、極めて高性能化された熱交換器を提供しよ
うとするものである。
〔従来の技術〕
従来からプレート・フイン型の熱交換器は単位
体積あたりの伝熱面積が大きく、小型で高効率な
熱交換器として広く使用されている。このような
熱交換器はその流体の流し方によつて、2つの流
体が同方向に流れる向流型熱交換器、2つの流体
が対向して流れる対向流型熱交換器、2つの流体
が直交して流れる直交流型熱交換器などに大別さ
れ、これらの熱交換器の温度交換効率をηとする
と1次側流体および2次側流体の導入口そして導
入出口における温度がそれぞれT1,t1,T2,t2
時次式で表わすことができる。
η=T1−T2/T1−t1×100t2−t1/T1−t1×100(%)…
…(1) ここで熱交換器の導出口における温度T2,t2
流体の通過速度によつて変化するがきわめて低速
で流れる時は以下のようになる。すなわち向流型
熱交換器ではT2t2となり(1)式よりT2(T1
t1)/2であるからη50%となる。また対向流
型熱交換器ではT2t1,t2t1となり(1)式よりη
100%となる。次に直交流型熱交換器は向流型
と対向流型の中間に位置するため最大温度交換効
率は50%<η<100%の間にある。
以上のことよりプレート・フイン型熱交換器と
しては対向流型熱交換器が理想的ではあるが、実
際に使用する場合、熱交換すべき2つの流体の導
入部と導出部が同一面となるため、2つの流体の
流れを分離することができず、上記のような理想
的な対向流型熱交換器は実在しないが流体の流れ
方向をまげて導入部と導出部を一致しないように
することにより、対向流型熱交換器に近い熱交換
器が実現できる。この一例として実公報52−
56531号公報に記載された熱交換器がある。
その公告公報に記載された熱交換器は第1図A
に示すような波形断面のフイン1とプレート2,
2にて構成された正方形あるいは長方形状のダン
ボール状熱交換素子3を互い違いに積み重ね、端
部4を第1図Bに示す閉塞板5に開けられた孔6
に嵌入し、隣接する熱交換素子3間を密閉して形
成したものである。この熱交換器では、2つの流
体はそれぞれ熱交換素子3を通過した後熱交換素
子3,3間に形成された空間部Sを経て閉塞板5
にあたり、直角に方向を変えて導出されるように
なつていた。
ところで上記従来例での熱交換素子3の構成は
第2図に示すようにフイン1はその全体にわたり
均等なピツチPを有していたので、以下述べるよ
うな欠点があつた。まず従来の熱交換器の特性に
ついて述べると、第3図Cは従来例の熱交換器を
平面的に示したもので、2つの流体M,Nの流れ
を示している。この第3図においては熱交換器の
一方の流体Mの導出口側における流体の温度分布
および流速分布を第3図A及びBに示し、また、
その流体Mの導入口側における流速分布を第3図
Dに示している。
なお、ここで流体Mは0℃の空気、流体Nは20
℃の空気の例である。
また第3図B,Cにおける流速は導入口又は導
入口全体の流速の平均値で該当部分の流速Vを
割つた値で表わしている。
この第3図のデータから明らかなように、従来
の熱交換器においては実際に導出口における熱交
換された気流の温度分布は均一でなく流速分布は
熱交換素子3の長さによる流路圧力損失にほぼ関
連しているのでほぼ均等な分布となり、このため
温度交換効率のよい所も悪い所も同等な流量が流
れることにより、熱交換器全体の総合的な効率は
低かつた。しかもダンボール状熱交換素子3,3
端部を閉塞板5の孔6に嵌入して熱交換器を製作
するための製造の自動化が難しく、量産性に欠け
るという問題があつた。
〔発明の概要〕
この発明はかかる従来の欠点に鑑みてなされた
もので、温度交換効率のよい部分へより多くの流
体が流れるようにするものである。
しかもそのような流量制御の特性を熱交換自体
に保有させるようにしたものである。
そのためにこの発明は、熱交換すべき2つの流
体を仕切るため所定の対向間隙をもつて対向した
プレートと、このプレート間の前記間隙に設けら
れその間隙の中に前記流体の流れを制御するため
の平行流路を形成したフインとを有し、上記プレ
ート間の間隙を複数層形成し、これら各層の一層
おきに一次流体と二次流体をそれぞれ対向する方
向に導入して前記プレートを介して一次流体と二
次流体との間で熱交換を行わせるとともに、前記
フインの平行流路は、導入された一次流体と二次
流体に静圧損失に基づく所定の流速分布を与える
ためその流路断面積が変化して設けられるように
したものである。またさらに別の発明では前記各
層における一次流体と二次流体の導入用側端部に
プレートとプレートの間の間隙を閉塞するととも
に導入された一次気流、二次気流をそれぞれガイ
ドするスペーサを設けた構成にしたものである。
〔発明の実施例〕
以下この発明を図示の一実施例について説明す
る。
第4図はこの発明の一実施例における熱交換素
子3を示すもので、上記従来例と同様に一定の間
隙を有して対向した一対のプレート2,2と,こ
のプレートの間あつてこのプレート間の上記間隙
に複数の互いに平行な流路1a(以下単に平行流
路と称する)を形成した波形断面の板状フイン1
とから構成されており、第5図に示すように一段
おきに左右方向にずらして複数層に重ね合されそ
の1つ置いた隣りの各熱交換素子3,3同志間で
流体M,Nの通る空間部Sが各層に形成され、し
かも重ね合せ方向にみると上記空間部Sが一層お
きに左右互い違いの配置となるように形成されて
いる。4は各熱交換素子3同志の重ね合せ部と反
対側の対向する端部4,4間に挟み込んでプレー
ト2に接着されたスペーサで、各空間部Sの左右
両側面を閉塞し空間部S内に導入された一次、二
次流体M,Nの流れを所定方向(実施例では前方
方向)に案内する作用を成す。
なお各空間部Sの背面側は閉塞されている。
そして上記フイン1は第4図に示すように一方
から他方へ連続的にピツチPが次第に小さくなる
ように形成され、そのピツチPが小さい方が一次
流体M、二次流体Nの導出口側、つまり第5図で
いえば前面側になるように設定されている。
従つてこの実施例の熱交換器に対して第5図に
示すように左側面に一次流体Mとして例えば0℃
の冷たい室外の空気を供給し、右側面に二次流体
Nとして例えば20℃の暖かい室内の空気を供給す
ると、各スペーサ7により一次流体M、二次流体
Nは各層の一層おき、即ちフイン1とプレート
2,2との間のみに導入され、そのフイン1部分
を通過して空間部Sに至り、その空間部Sでスペ
ーサ7により進行が妨げられ流れの方向がゆるや
かに前方へ変えられ前面からそれぞれ導出され
る。
そして一次流体Mと二次流体Nとは上記の流れ
の途中においてその両者を仕切るプレート2を介
して熱交換が行われる。
この実施例の熱交換器は以上の構成から明らか
なように、温度交換効率の高い所へより多くの風
量を流すために熱交換素子を構成しているフイン
のピツチPを変化させ平行流路1aの圧力損失を
変化させそれに応じた流体M,Nの速度分布を作
るようにしている。
即ち、第6図A及びBに示すように一次流体M
の導出口における温度分布と流速分布、第6図D
に示すように一次流体Mの導入口における流速分
布のデータから明らかなように温度交換効率の良
い個所(温度分布で高い値を示しているところ)
により多くの流量を(流速分布で高い値を示して
いるように)与え、温度交換効率の悪い個所には
少ない流量を与えることができる。
この結果第7図に実線で示すように温度交換効
率の非常に良い熱交換器を得ることができる。
なお第7図の横軸における流量(風量)は1.0
のところが標準風量を示している。従つてこれか
ら明らかなように流量が標準流量の半分(0.5)
から1.5倍の広い範囲において高い温度交換効率
が得られている。
また第6図A、第7図における一点鎖線のグラ
フは第1図〜第3図に示した従来例の特性を参考
的に示したものである。
第8図はこの発明の他の実施例を示すもので、
一次流体Mと二次流体Nの導出方向を互いに反対
方向に設定したものであり、このものにおいても
上記実施例と同様の効果が得られることが確かめ
られた。
また第9図Aは熱交換素子3の変形例を示すも
ので、フイン1のピツチPを連続的に変化させず
に2段階に設定したもので、中心線(CL)から
一方はピツチPを小さくしたものである。また第
9図Bは同じく熱交換素子3の変形例を示すもの
でフイン1は板状ではなく、互いに独立してプレ
ート2上に設けており、かつそのフイン1の相対
間隔Wは一端へ行くほど次第に小さくなつてい
る。
この第9図A,Bのように形成したものであつ
ても結局流体導入口の単位長さ(幅)あたりの平
行流路1aの流路断面積を変えることができるの
で、平行流路1aの静圧損失を変化させることが
でき、第4図に示した熱交換素子3と同等の効果
を得ることができる。
なおこの発明の熱交換器は以上説明したような
熱交換素子3によつて形成されるものに限定され
るものではなく、例えば第10図に示すように波
形断面、凹凸断面の板状フイン1と、プレート2
と、このプレート2に空間部Sを形成するための
フイン1と所定の間隔をおいて固着されたスペー
サ7との3部品により熱交換素子3を形成し、こ
のような熱交換素子3を重ね合せて熱交換器を形
成するようにしても良く、またフイン1をプレー
ト2を一体形成しても良いものである。
なお、プレート2の材料としては薄い金属板、
セラミツク板、プラスチツク板など種々のものが
考えられるが、空調分野で給気と排気の間で温度
と共に湿度の交換をも行なわせる場合には透湿性
を有する加工紙が好適である。フイン1の材料も
同様のものが考えられるが、空調用にはクラフト
紙を好適である。スペーサ7の材料も同様のもの
が考えられるが、空調用には厚紙またはプラスチ
ツク板が好適である。プレート2およびフイン1
の厚さは機械強度の許す範囲で薄い方が好ましく
0.05〜0.20mm程度が好適である。フイン1の高さ
(プレートの対向間隔に相当)およびピツチPは
大きすぎると空気流の整流効果が小さく、小さす
ぎると静圧損失が大きくなるので1〜10mmの範囲
が適する。実施例では高さを2.0mmあるいは2.7mm
とし、ピツチPを4.0mmとした。スペーサ7の厚
さは前記フイン1を2枚のプレート2ではさんだ
厚さに精度よくそろえる必要があり、しかも積層
する段数が実施例のような100段以上あるもので
はスペーサ7の厚さが精度よくそろつていないと
形状の整つた熱交換器に積層できなくなつてしま
うことに注意しなければならない。スペーサ7の
固定は市販の接着剤を用いて良い。
〔発明の効果〕
この発明は以上の説明から明らかなように、フ
インの間隔等を変えるという簡単な手段により流
体導入口のフインの平行流路の流路断面積を変化
させ、熱交換器自体にその熱交換効率の高い部分
により多くの流体を流す特性を保有させたもので
あるから、総合的な熱交換効率を飛躍的に高める
ことができるものである。
またフインとプレートとスペーサとを有した熱
交換素子の積み重ねにより形成するようにすれば
さらに量産性を高めることができるという効果も
あわせて達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例を示すもので、第1図Aは熱交
換器の分解斜視図、第1図Bはその閉塞板の斜視
図を示している。第2図は第1図の熱交換器にお
ける熱交換素子の縦断面図、第3図はその従来例
における流体の流れ方と特性を示すもので、第3
図AとBは一次流体Mの導出口における温度分布
と流速分布の図を示し、第3図Cは熱交換器の概
略平面図で、フインの上方のプレートを取り除い
て図示してある。第3図Dは一次流体Mの導入口
における流速分布を示した図、第4図はこの発明
の一実施例を示す熱交換素子の縦断面図、第5図
はその熱交換素子により形成したこの発明の熱交
換器の斜視図、第6図はこの発明の熱交換器にお
ける流体の流れ方と特性を示した図で、第6図
A,B,C,Dはそれぞれ第3図A,B,C,D
にそれぞれ対応して示している。第7図はこの発
明と従来例の各熱交換器の温度交換効率を示した
図、第8図はこの発明の他の実施例を示した熱交
換器の説明図、第9図A,Bはこの発明における
熱交換素子のそれぞれ別の変形例を示した縦断面
図、第10図は同じく熱交換素子の他の変形例を
示す縦断面図である。 なお各図中、1はフイン、1aは平行流路、2
はプレート、3は熱交換素子、7はスペーサ(制
御体)、Sは空間部、Mは一次流体、Nは二次流
体を示すものである。なお各図中、同一符号は同
一部分又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱交換すべき2つの流体を仕切るため所定の
    対向間隙をもつて対向したプレートと、このプレ
    ート間の上記間隙に設けられその間隙の中に前記
    流体の流れを制御するための平行流路を形成した
    フインとを有し、上記プレート同志によつて形成
    される間隙を複数層形成し、これら各層に対して
    一層ずつ交互に一次流体と二次流体を分配導入す
    る制御体を設けるとともに、各層の一層おきに導
    入された一次流体と二次流体を上記プレートを介
    して熱交換させ、かつ前記フインの平行流路は、
    導入された一次流体と二次流体に静圧損失に基づ
    く所定の流速分布を与えるためその流路断面積が
    変化して設けられていることを特徴とする熱交換
    器。 2 制御体は各層のプレートとプレートとの間に
    個別に設けられかつそのプレートとプレートとの
    対向間隙に対応した大きさを有するスペーサであ
    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。 3 各層は、流体の流れの上流側に設けられたフ
    インのある部分と、これより、下流側に設けられ
    た、フインのない空間部とを有していることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載の熱交換
    器。 4 一次流体と二次流体をそれぞれ互いに対向す
    る方向に導入して熱交換させ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。 5 一次流体と二次流体をそれぞれ同一側面から
    導出させ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。 6 一次流体と二次流体をそれぞれ互いに対向す
    る方向に導入し、互いに反対方向に流れを変えさ
    せて導出す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。 7 一次流体と二次流体をそれぞれ互いに対向す
    る方向に導入し、互いに反対方向に流れを変えさ
    せて導出す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。 8 フインは断面が波形形状を有する板状体であ
    つて、その波形のピツチを変化させることにより
    平行流路の流路断面積を変化させたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の熱交換器。 9 フインは互いに対向して平行に多数設けら
    れ、このフインとフインの対向間隔を変化させて
    設けることにより、平行流路の流路断面積を変化
    させた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。 10 平行流路の流路断面積はその流路を流れる
    一次流体又は二次流体の導出方向側をより小さく
    設定した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。 11 平行流路の流路断面積は一次流体又は二次
    流体の導入口の一端から他端側に向かつて段階的
    又は一定の比率で小さくなるように変化させたこ
    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。 12 プレートは透湿性と気体遮蔽性とを有した
    多孔質材料を用いた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。 13 一次流体と二次流体の何れか一方は新鮮な
    室外の空気であり、他方は排出すべき室内の空気
    であ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。 14 フインの平行流路の長さは均一であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の熱交
    換器。 15 プレートとフインとスペーサとが一体化さ
    れた熱交換素子を複数個設け、この熱交換素子が
    互いに重ね合されて形成されたことを特徴とする
    特許請求の範囲第2項に記載の熱交換器。
JP9410284A 1984-05-11 1984-05-11 熱交換器 Granted JPS60238689A (ja)

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