专利名称：热交换元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换元件，该热交换元件使例如空气等的第一流体和第二流体分别在以交叉的方式形成在层叠的板材之间的第一流路和第二流路中流通，在两股流体之间进行热交换。
背景技术：
在这样的热交换元件中，以往例如如专利文献1所公开的那样，一般设置有隔开两股流体之间的隔离部件和保持该隔离部件之间的间隔的间隔保持部件。在这样的类型的热交换元件中，将隔离部件作为介质在两股流体之间进行热交换。一般情况下，出于流体的热交换的目的，希望热交换元件的热交换量多。热交换元件有正交流动型和相对流动型两种类型。正交流动型，与相对流动型相比理论上的每单位体积的热交换量少，但是由于不需要在相对流动型中在结构上必须的集管(分割进行热交换的两股流体而向热交换元件流路引导的部分)，因此具有装入装置的实际体积小，并且元件自身的加工也容易等的优点。作为增加这样的正交流动型的热交换元件的热交换量的努力，以往，例如如专利文献2的以往例所公开的那样有如下的例子，S卩，通过将间隔保持部件形成为波纹翅片状而具有翅片的作用，从而增加热交换量。但是，为了提高性能，虽然例如如专利文献2那样可以改变翅片的折回而增加处于流路内的翅片的面积，但是在这种情况下，由于因翅片自身的体积而导致流路变狭，因此流体通过时的压力损失变大。因此，这样的基于翅片的热交换料的改善有限。相对于此，作为用于增加热交换量的其它方法，如专利文献3 5那样提出有如下的方案，即，通过替换翅片而设置突起等以改变流动，能够实现改善隔离部件表面的热传导率、增加热交换量。另外，如专利文献6 8所公开的那样提出有如下的方案，即，通过改变流路形状而增加每单位体积的传热面积，以此实现热交换量的增加。
日本特开平4-24492号公报日本实开平1-178471号公报日本实开平3-21670号公报日本专利第3805665号公报日本特开2008-232592号公报日本实开昭58-165476号公报日本专利第3546574号公报日本实开平5-52567号公报专利文献1
专利文献2
专利文献3
专利文献4
专利文献5
专利文献6
专利文献7
专利文献8
发明内容
发明要解决的课题
但是，关于隔离部件表面的热传导率的改善，特别是在换气用热交换元件中管路直径相对于流体的流量较小、形成为管路内的雷诺数比其它的热交换器低(大体100 1000左右)的层流状态的情况多，并且，在该区域中，通过改变流体的流动自身而改善热传导率的效果小。因此，翅片或突起特别是在低雷诺数的区域中，与传热量的改善相比压力损失增加的问题变大。由于压力损失的增加使得用于向热交换元件输送流体的动力装置的消耗能量增大，所以不理想。因此，其它的方法、即使每单位体积的传热面积增加的方法是理想的。但是，在该使传热面积增加的方法中，以往的方式存在如下的问题。图8是表示在流路中产生死水区域的状态的概略截面图。以往，在实现传热面积的增加而形成的流路的凹凸形状中，有时在凹部区域中产生死水区域(流动不沿着隔离部件表面而导致流动停滞)D0，有时即使表面上看起来使传热面积增加了，但实际上传热面积是相反地减少了。另一方面，近年来，在装入热交换元件的设备设计中，为了应对各种各样的技术课题，要求不限制热交换元件的外径尺寸而能够自由地决定。与此相对，如专利文献4、5所公开的装置那样，在将材料冲压加工成同一形状并将该材料层叠的方式中，在需要改变热交换元件的外形尺寸时，需要再次制作冲压模具，因此难以应对。另外，在如上述专利文献6 8所公开的那样实现了每单位体积的传热面积的增加的例子中，由于两股流体所通过的流路形状完全不同，因此等流量流动的情况下的压力损失大不相同。在这种情况下，对于换气用热交换器的热交换元件等那样的、进行温度不同的同种流体的热交换的元件，由于大致等流量地流动两股流体的情况较多，因此，在装入元件的设备设计时，例如有时必须分开设定两流路的流体用动力装置的规格等，繁杂性增加。 因此，进行热交换的两股流体的流路最好尽量使压力损失相同，另外最好为相同的形状或者相近的形状。本发明就是鉴于上述课题而提出的，其目的是获得一种热交换元件，该热交换元件不使用成为流动的阻碍要因的翅片或突起等，能够不产生死水区域地使每单位体积的传热面积增加，并且热交换流体所流动的两个方向的流路为相同压力损失的同形状。另外，除此之外，其目的还在于获得一种能够容易进行外形尺寸的变更的热交换元件。用于解决课题的手段为了解决上述课题、实现本发明的目的，本发明的热交换元件，分别使第一流体和第二流体在以交叉的方式形成于层叠的板材之间的第一流路和第二流路中流通，在两流体之间进行热交换，其特征在于，第一流路是截面为矩形的波状流路，其隔开规定的间隔重叠第一波状板材和第二波状板材，并且流体的行进方向两侧部利用间隔保持部件进行密闭， 第一波状板材以朝向流体的行进方向在层叠方向振动的方式形成为波状；第二波状板材以与该第一波状板材大致相同的周期振动；第二流路是以使平板状板材紧贴重叠于第一波状板材与第二波状板材中的任一方的波形状的方式、形成于两板材之间的大致三角形截面的直行流路。发明的效果根据本发明的热交换元件，所使用的板材的大致所有面的两面流通着不同的流体，并且流路形状也为难以产生死水区域的形状，因此大致所有的面积为有效的传热面积， 其结果，每单位体积的传热面积增加，元件的热交换量增加。并且，在热交换量可与以往相同的情况下，由于能够相反地减小元件的体积，因此能够发挥有助于节省资源的效果。
图1是本发明的实施方式1的热交换元件的立体图。图2是用于说明向各层的单位构成部件的流路流通的流体的方向的立体图。图3是表示在波状流路的流路高度过高的情况下、死水区域变多的示例的模式图。图4是表示在波状板材的顶部折曲的情况下、死水区域变多的示例的模式图。图5是表示在波状板材的顶部以适度的曲率弯曲的情况下、死水区域消失的示例的模式图。图6是本发明的实施方式2的热交换元件的立体图。图7是本发明的实施方式3的热交换元件的立体图。图8是流动不沿着波状壁面的情况下的流动模式图。图9是用于比较的以往的热交换元件的立体图。符号的说明11第一波状板材12第二波状板材13平板状板材14间隔保持部件20单位构成部件24,24a,24b 隔离壁31波状流路(第一流路)32直行流路(第二流路)101、102、103 热交换元件A第一流体B第二流体D0、D1、D2 死水区域
具体实施例方式下面，根据附图对本发明的热交换元件的实施方式进行详细说明。另外，本实施方式并不限定本发明。实施方式1.图1是本发明的实施方式1的热交换元件的立体图。虽然为了使说明明确而使用图中记载的坐标轴辅助地说明方向，但是本发明并不局限于此。本实施方式的热交换元件 101，通过以90度为单位旋转形成有流路的多个单位构成部件20并层叠多个而构成。1个单位构成部件20，由形成为波状的两张波状板材(第一波状板材11以及第二波状板材12) 和1张平板状板材13构成。通过层叠多个这样由3张板材构成的单位构成部件20并进一步在层叠方向端部追加1张平板状板材13而形成热交换元件101。首先，着眼于图1中最上层的单位构成部件20进行说明。第一波状板材11以及第二波状板材12，为大致正方形，形成为以相同的周期振动的波形状，从一边朝向相对边(朝向Y轴方向)在其厚度方向(层叠方向Z轴方向)折弯成锯齿状截面、形成为大致波状。 这样形成的第一波状板材11以及第二波状板材12，在层叠方向(Z轴方向)离开规定的距离(流路高度)进行配置。第一波状板材11以及第二波状板材12的大小，被加工成向平面的投影形状与平板状板材13相一致的大小。在第一波状板材11与第二波状板材12之间，在流路的宽度方向两端部(X轴方向两端部)，出于保持两者之间的距离的目的，并且也是出于密闭两者之间的两端部的目的， 夹入有沿着波形状折弯成锯齿状的间隔保持部件14。间隔保持部件14气密地固定于第一波状板材11以及第二波状板材12，以防止流通的流体(在本例的情况下为空气)泄漏。这样，第一波状板材11以及第二波状板材12，通过间隔保持部件14跨越流路方向全长密闭作为流路的两侧部的部分，由此，在内部形成矩形截面的波状流路(第一流路)31。在第一波状板材11以及第二波状板材12的层叠方向的上下重叠有平板状板材 13(上侧的1张平板状板材13为上述追加的1张)。波状板材11、12的波形状的顶点(棱角线)与平板状板材13气密地固定，以防止流通的流体泄漏。由此，在第一波状板材11以及第二波状板材12与平板状板材13之间，形成大致三角形截面的直行流路(第二流路)32。如以上那样，在单位构成部件20中，形成波状流路31和直行流路32，所述波状流路31的截面为矩形，相对于流体的行进方向，在层叠方向具有振幅；所述直行流路32相对于该波状流路31正交，截面不是以大致三角形蜿蜒而是从入口直行到出口。另外，这样构成的单位构成部件20，以波的方向相互交叉的方式以90度为单位旋转，同时层叠多个。在图1的示例中，在层叠方向(Z轴方向)层叠三个单位构成部件20。图2是用于说明向各层的单位构成部件20的流路流通的流体的方向的立体图。在图2中，由于图示繁杂，所以省略符号的记载，但是是与图1相同的结构。从图2的右侧在X 轴方向流通的第一流体A，如图中单点划线箭头所示，流通从下方开始的第1、3层的直行流路32和第2层的波状流路31。另一方面，从图2的左侧在Y轴方向流通的第二流体B，流通从下方开始的第1、3层的波状流路31和第2层的直行流路32。即，形成为进行热交换的第一流体A和第二流体B的任一方，都同时通过波状流路31以及直行流路32这两种不同种类的流路的结构。另外，第一流体A和第二流体B，以第一波状板材11、第二波状板材12 以及平板状板材13为热交换时的介质进行热交换。这样，进行热交换的流体所流动的两个方向的流路，都以波状流路31和直行流路32这两种类型形成，形成为相同的形状，因此，能够在两个方向产生大致相同的压力损失。图9是表示用于比较的以往的热交换元件的一例的立体图。图9的热交换元件 201，通过交替层叠平板状的隔离部件213和截面整形成波纹翅片形状的间隔保持部件(波纹翅片)211而构成。层叠方法为，如图9所示，以波形状的凸部接触的方式重叠1张隔离部件213和1张间隔保持部件211，并通过粘结等固定而制作单位构成部件220，然后以隔离部件213与间隔保持部件211交替的方式，并且以间隔保持部件211的波形状的开口部的开口方向交替地形成为大约90度的方式层叠该单位构成部件220(在图9的例子中，层叠6个单位构成部件220)。然后，形成为如下的热交换元件201，即，从图9的右侧在X轴方向流通的第一流体A，和从图9的左侧在Y轴方向流通的第二流体B，如图中单点划线箭头所示，每隔一层交替地交叉。若这样地使两种类型的流体通过，则能够将隔离部件213作为介质在两股流体之间进行热交换。本实施方式的第一波状板材11以及第二波状板材12成为热交换时的介质，相当于图9的以往例的隔离部件213。本实施方式的热交换元件的最大特征是，元件内的间隔保持部件以外的大致所有的壁面不是翅片那样的间接的传热面，而是成为在其两面流动着不同的被热交换流体的直接传热面，由于形成为这样的结构，所以材料不会浪费，能够较大地获得元件的每单位体积的传热面积。翅片通过将积蓄自身的热直接施加给传热面而进行传热，因此，有助于热交换的面积不是翅片的表面积的100%，而是使用根据翅片的形状、周围的状况决定的翅片效率，仅以根据翅片表面积X翅片效率获得的量施加影响。但是，在两面与不同的被热交换流体接触的直接传热面，其表面积能够100%有助于热交换。因此，可以说在使直接传热面尽量多的情况下材料没有浪费。材料没有浪费这一点，不但能够提供更低价的元件，而且由于没有浪费，所以提供相同的性能所需的平板量减少，因此每单位体积的空间体积(流体能够流动的体积)变大， 并且，与流体接触的面积也比使用翅片的情况下减少，因此，其结果是，从流体通过时的压力损失的方面来说也是有利的。另外，本实施方式的单位构成部件20，虽然形成为大致正方形的平板状，但是也可以形成为平行四边形或长方形的平板状。<实施例1>以如下方式制作图1所示的本实施方式的热交换元件101。在作为平板状板材13的厚度为ΙΟΟμπι左右的特殊加工纸(为了防止空气泄漏， 而实施了利用树脂等封闭纸的孔的加工等)上，作为第二波状板材12，重叠将带有折痕、加工成波状、同样的厚度为ΙΟΟμπι左右的特殊加工纸切断成一边为120mm的纸，并在经过波状加工的纸的折痕的顶部使用涂胶辊等涂布水系醋酸乙烯树脂乳胶粘结剂进行粘结。此时，设计夹具等，将波的高度形成为1. 7mm、将从波的顶部到顶部的长度形成为 11. 5mm。接着，将从厚度约为1. 2mm的厚纸按照第二波状板材12的波状的表面形状切下的间隔保持部件14，在第二波状板材12的端部重叠于其上，并利用毛刷涂布相同的水系醋酸乙烯树脂乳胶粘结剂，将间隔保持部件14与第二波状板材12的与波形状的行进方向平行的两个边相对应地进行粘结。然后，在将粘结剂涂布于间隔保持部件14的上侧端面后，作为第一波状板材11， 将与第二波状板材12相同的厚度为IOOym左右的特殊加工纸，与间隔保持部件的波状相对应地进行粘贴。以第一波状板材11与第二波状板材12的层叠方向的距离为1. 5mm左右的方式确定间隔保持部件14的高度(宽度)。准备多个这样制作的单位构成部件20，将各个单位构成部件20以90度为单位旋转、同时进行层叠，获得图1的热交换元件101。<比较例>另一方面，为了与本实施方式的热交换元件101进行比较，制作图9所示的以往的热交换元件201。此时，使间隔保持部件(波纹翅片)211的波形形状与上述实施例的第一波状板材11以及第二波状板材12的波形形状相同。即，将间隔保持部件211的波的高度设定为1. 7mm、将从波的顶部到顶部的长度设定为11. 5mm。< 比较 >在将上述实施例1、比较例分别层叠相同的层数时，比较直接传热面积的大小的结果如下表所示。在以往例中，直接传热面积仅为平板状的隔离部件213的面积，而对于实施例1的形状，平板状板材以及波状板材的面积为直接传热面积，因此在本实施方式的热交换元件101的情况下，每相同体积的直接传热面积变得非常大。[表1]
[007权利要求
1.一种热交换元件，分别使第一流体和第二流体在以交叉的方式形成于层叠的板材之间的第一流路和第二流路中流通，在两流体之间进行热交换，其特征在于，上述第一流路是矩形截面的波状流路，其隔开规定的间隔重叠第一波状板材和第二波状板材，并且流体的行进方向两侧部利用间隔保持部件进行密闭，所述第一波状板材以朝向流体的行进方向在层叠方向振动的方式形成为波状；所述第二波状板材形成为以与该第一波状板材大致相同的周期振动的波状；上述第二流路是以使平板状板材紧贴重叠于上述第一波状板材与上述第二波状板材中的任一方的波形状的方式、形成于两板材之间的大致三角形截面的直行流路。
2.如权利要求1所述的热交换元件，其特征在于，由一组的上述第一波状板材、上述第二波状板材以及上述平板状板材构成的单位构成部件，以90度为单位旋转、同时层叠多个。
3.如权利要求1所述的热交换元件，其特征在于，上述第一波状板材以及上述第二波状板材的波形状的高低差，比上述第一波状板材以及上述第二波状板材的层叠方向距离大。
4.如权利要求1所述的热交换元件，其特征在于，上述第一波状板材以及上述第二波状板材的波形状的顶点折回部的形状，形成为在流通上述第一流体以及上述第二流体时不形成死水区域的曲率的弯曲形状。
5.如权利要求1所述的热交换元件，其特征在于，在上述第一波状板材以及上述第二波状板材之间，将上述矩形截面的波状流路在流路宽度方向上分割成多个，并且在上述第一波状板材与上述第二波状板材之间，设置有相互支承的至少一个隔离壁。
6.如权利要求5所述的热交换元件，其特征在于，上述隔离壁设置有多个，规定的位置的上述隔离壁与其它的位置的上述隔离壁相比， 流路宽度方向厚度大。
全文摘要
本发明提供一种热交换元件(101)，其具有第一流路和与其直行的第二流路。第一流路是矩形截面的波状流路(31)，其隔开规定的间隔重叠第一波状板材(11)和第二波状板材(12)，并且流体的行进方向两侧部利用间隔保持部件(14)进行密闭，所述第一波状板材(11)以朝向流体的行进方向在层叠方向振动的方式形成为波状；所述第二波状板材(12)形成为与该第一波状板材(11)大致相同的波状；第二流路是以使平板状板材(13)紧贴重叠于第一波状板材(11)与第二波状板材(12)中的任一方的波形状的方式形成于两板材之间的大致三角形截面的直行流路(32)。
文档编号F28F3/08GK102414533SQ20098015898
公开日2012年4月11日 申请日期2009年4月28日 优先权日2009年4月28日
发明者今井孝典, 加贺邦彦, 土井全, 外川一, 筱崎健, 荒井秀元, 高田胜 申请人:三菱电机株式会社