特許 7428420 熱交換素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】熱交換素子

(51)【国際特許分類】

   F28F 3/00 20060101AFI20240130BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20240130BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20240130BHJP

   F28F 21/06 20060101ALI20240130BHJP

   F28F 13/18 20060101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

F28F3/00 301Z

F28F3/08 301Z

F28D9/00

F28F21/06

F28F13/18 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022132610

(22)【出願日】2022-08-23

【審査請求日】2022-10-03

(73)【特許権者】

【識別番号】500076974

【氏名又は名称】株式会社テクノフロンティア

(74)【代理人】

【識別番号】100080746

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 武嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100217881

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 由美

(72)【発明者】

【氏名】河原 利和

【審査官】小川 悟史

(56)【参考文献】

【文献】中国実用新案第２１３８４１２８８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２０１４－１７３７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１７３７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４５００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１９０８１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８８２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１５７１３６０（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２８２０５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ ３／００

Ｆ２８Ｆ ３／０８

Ｆ２８Ｄ ９／００

Ｆ２８Ｆ ２１／０６

Ｆ２８Ｆ １３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一壁面部（１）と、他壁面部（２）と、該一壁面部（１）と他壁面部（２）とを連結する多数の平行なリブ片（３）を有するプラスチック段ボール素材（４）を打抜き形成した水用第１流路形成部材（５Ａ）と気体用第２流路形成部材（５Ｂ）の各々に、フィルム（６）を張設して成る第１熱交換部材（７Ａ）と第２熱交換部材（７Ｂ）とを、交互にかつ前後に複数枚積層して構成され、気体と水の熱交換を行う熱交換素子であって、
上記第１熱交換部材（７Ａ）は、窓部（８）が打抜き形成されるとともに正面視外形形状が矩形の第１流路形成部材（５Ａ）と、該第１流路形成部材（５Ａ）と外形形状が略同一であって上記第１流路形成部材（５Ａ）に張設された第１フィルム（６Ａ）と、から成り、
上記第２熱交換部材（７Ｂ）は、窓部（９）が打抜き形成されるとともに上記第１流路形成部材（５Ａ）と外形形状が略同一の第２流路形成部材（５Ｂ）と、該第２流路形成部材（５Ｂ）と外形形状が略同一であって上記第２流路形成部材（５Ｂ）に張設された第２フィルム（６Ｂ）と、から成り、
上記第１流路形成部材（５Ａ）と上記第１フィルム（６Ａ）と上記第２流路形成部材（５Ｂ）と上記第２フィルム（６Ｂ）とが、順次繰り返し重なるように、かつ、上記第１流路形成部材（５Ａ）のリブ方向（Ｒ₁ ）を上下方向として、上記第２流路形成部材（５Ｂ）のリブ方向（Ｒ₂ ）を左右方向として、上記第１熱交換部材（７Ａ）と第２熱交換部材（７Ｂ）とを交互に積層させ、
上記第１フィルム（６Ａ）及び上記第２フィルム（６Ｂ）が、親水性樹脂から成ることを特徴とする熱交換素子。

【請求項2】

上記第１流路形成部材（５Ａ）は、複数本の左右方向の細帯部（12）を残して上記窓部（８）が打抜き形成されている請求項１記載の熱交換素子。

【請求項3】

上記第１フィルム（６Ａ）及び上記第２フィルム（６Ｂ）の厚さ寸法（ｔ ₆ ）を、３μｍ以上 100μｍ以下に設定した請求項１又は２記載の熱交換素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷風機や空調機には、熱交換素子が内臓されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１０－１３２３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１記載の冷風機に用いられている熱交換素子は、熱交換素子がアルミニウム等から成り、持ち運ぶ際、重いという問題がある。そこで、本発明は、軽量で持ち運びに便利な熱交換素子を提供することを目的とする。

【0005】

また、熱交換素子がハニカム構造のアルミニウムから成る熱交換素子の場合、形状が複雑なので製造コストが高くなるとともに、防錆処理が必要なので、さらに高価になるという欠点があった。そこで、本発明は、容易に製造することができて安価な熱交換素子を提供することを目的とする。

【0006】

また、熱交換素子がハニカム構造のアルミニウムから成る熱交換素子の場合、熱交換が行われる（隣接する）気体の流路と水の流路との間に配設されるアルミニウムの厚さ寸法が約１mmもあり、熱交換率が低いという欠点があった。そこで、本発明は、熱交換率が高い熱交換素子を提供することを目的とする。

【0007】

また、アルミニウムから成る熱交換素子は、形状寸法を容易に変更することができないという問題もあった。そこで、本発明は、形状寸法を容易に変更することができる熱交換素子を提供することを目的とする。

【0008】

また、熱交換素子にあっては、水を上から下に流す際、水が流れる速度が速いので、熱交換率が低いという欠点があった。そこで、本発明は、熱交換率が高い熱交換素子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る熱交換素子は、一壁面部と、他壁面部と、該一壁面部と他壁面部とを連結する多数の平行なリブ片を有するプラスチック段ボール素材を打抜き形成した水用第１流路形成部材と気体用第２流路形成部材の各々に、フィルムを張設して成る第１熱交換部材と第２熱交換部材とを、交互にかつ前後に複数枚積層して構成され、気体と水の熱交換を行う熱交換素子であって、上記第１熱交換部材は、窓部が打抜き形成されるとともに正面視外形形状が矩形の第１流路形成部材と、該第１流路形成部材と外形形状が略同一であって上記第１流路形成部材に張設された第１フィルムと、から成り、上記第２熱交換部材は、窓部が打抜き形成されるとともに上記第１流路形成部材と外形形状が略同一の第２流路形成部材と、該第２流路形成部材と外形形状が略同一であって上記第２流路形成部材に張設された第２フィルムと、から成り、上記第１流路形成部材と上記第１フィルムと上記第２流路形成部材と上記第２フィルムとが、順次繰り返し重なるように、かつ、上記第１流路形成部材のリブ方向を上下方向として、上記第２流路形成部材のリブ方向を左右方向として、上記第１熱交換部材と第２熱交換部材とを交互に積層させ、上記第１フィルム及び上記第２フィルムが、親水性樹脂から成るものである。

【0010】

また、上記第１流路形成部材は、複数本の左右方向の細帯部を残して上記窓部が打抜き形成されているものである。
また、上記第１フィルム及び上記第２フィルムの厚さ寸法を、３μｍ以上 100μｍ以下に設定したものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明の熱交換素子によれば、軽量で持ち運びに便利である。また、容易に製造することができて安価である。また、形状寸法を容易に変更することができる。また、熱交換効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明と関係が深い参考例を示す簡略斜視図である。

【図2】プラスチック段ボール素材を示す断面図である。

【図3】フィルムを示す正面図である。

【図4】第１熱交換部材を示す正面図である。

【図5】第２熱交換部材を示す正面図である。

【図6】第１流路形成部材を示す正面図である。

【図7】第２流路形成部材を示す正面図である。

【図8】熱交換素子を示す正面図である。

【図9】図８のＹ－Ｙ断面簡略拡大図である。

【図10】図９の要部拡大説明図である。

【図11】図９の要部拡大説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図示の実施の形態に基づいて本発明を詳説する。
図１は、本発明に係る熱交換素子と関係が深い参考例を示す。この熱交換素子は、気化式冷風機や空調機等に内蔵される。上から下へ水を流下させるとともに、冷風機，空調機等に内蔵されたファンによって（左右方向に）気体を流して、気体と水の熱交換を行うものである。気体は、例えば、空気である。プラスチック段ボール素材４（図２参照）とフィルム６（図３参照）とが、用いられる。

【0014】

図２に示すように、プラスチック段ボール素材４は、一壁面部１と、他壁面部２と、一壁面部１と他壁面部２とを連結する多数の平行なリブ片３を有する。このプラスチック段ボール素材４は、例えば、ポリプロピレンから成る。

【0015】

本発明に係る熱交換素子は、第１熱交換部材７Ａ（図４参照）と第２熱交換部材７Ｂ（図５参照）とを、交互に前後に複数枚積層して構成される。第１熱交換部材７Ａは、プラスチック段ボール素材４を打抜き形成した水用第１流路形成部材５Ａに、フィルム６（第１フィルム６Ａ）を張設して成る。第２熱交換部材７Ｂは、プラスチック段ボール素材４を打抜き形成した気体用第２流路形成部材５Ｂに、フィルム６（第２フィルム６Ｂ）を張設して成る。本発明に於て、「張設」とは、接着、貼着、その他、平面状に張った状態で一体化する他の手段を含むものとする。

【0016】

図６に示すように、第１流路形成部材５Ａは、窓部８が打抜き形成されるとともに正面視外形形状が矩形である。本発明に於て、「矩形」とは、正方形、長方形を含み、さらに、多少の切欠きや突部を有する略正方形、略長方形をも含むものとする。そして、第１流路形成部材５Ａは、複数本（好ましくは、２本以上５本以下）の左右方向の細帯部12を残して窓部８が打抜き形成されている。図３と図４に示すように、第１フィルム６Ａは、第１流路形成部材５Ａと外形形状が略同一である。

【0017】

図７に示すように、第２流路形成部材５Ｂは、窓部９が打抜き形成されるとともに第１流路形成部材５Ａ（図６参照）と外形形状が略同一である。そして、第２流路形成部材５Ｂは、上下方向の細帯部13を残して窓部９が打抜き形成されている。図３と図５に示すように、フィルム６Ｂは、第２流路形成部材５Ｂと外形形状が略同一である。

【0018】

細帯部12，13（図４・図５参照）の幅寸法ｗを、３mm～30mmに設定する。なお、この幅寸法ｗを、第１流路形成部材５Ａの一辺（短辺）の長さ寸法Ｌの３％以上10％以下に設定するのが望ましい。幅寸法ｗが長さ寸法Ｌの３％未満の場合、強度が不足する。幅寸法ｗが長さ寸法Ｌの10％を超える場合、熱交換率が低下する。

【0019】

図２に示すように、プラスチック段ボール素材４の一壁面部１と他壁面部２は、厚さ寸法ｔが同一である。一壁面部１と他壁面部２各々の厚さ寸法ｔを、0.05mm以上0.5 mm以下に設定する。厚さ寸法ｔが0.05mm未満の場合、強度と剛性が不足し、また、製造が困難である。厚さ寸法ｔが0.5 mmを超える場合、熱交換率が低くなる。

【0020】

図８は、熱交換素子の正面図を示す。図９は、図８のＹ－Ｙ断面簡略拡大図である。図９に示すように、熱交換素子は、第１流路形成部材５Ａと第１フィルム６Ａと第２流路形成部材５Ｂと第２フィルム６Ｂとが、順次繰り返し重なるように、第１熱交換部材７Ａと第２熱交換部材７Ｂとが、交互に積層される。さらに、熱交換素子は、第１熱交換部材７Ａと第２熱交換部材７Ｂとが、第１流路形成部材５Ａのリブ方向Ｒ₁ （図６参照）を上下方向として、第２流路形成部材５Ｂのリブ方向Ｒ₂ （図７参照）を左右方向として、交互に積層される。図９の矢印ｚは、水の流れを示す。

【0021】

図10・図11に示すように、フィルム６（第１フィルム６Ａ、第２フィルム６Ｂ）の水と接する面10（微小厚さ寸法を有するものとする）が、親水性を有する。具体的には、フィルム６が、水と接する側に、親水性を有する親水層11を有する。フィルム６は、ＰＥＴ、ＰＥ、アクリル等に吸水ポリマー等を積層したものが挙げられる。すなわち、親水層11は、例えば、吸水ポリマー、珪藻土、ゼオライト、シリカゲル等から成る。なお、親水層11は、各材料を塗工、塗布することにより形成することができる。

【0022】

フィルム６の厚さ寸法ｔ₆ を、３μｍ以上 100μｍ以下に設定する。厚さ寸法ｔ₆ が、３μｍ未満の場合、強度が不足する。厚さ寸法ｔ₆ が、 100μｍを超える場合、熱交換率が低くなる。

【0023】

次に、熱交換が行われる方法について説明する。水を第１熱交換部材７Ａの上から下へ流すとともに、気体を第２熱交換部材７Ｂの左右方向の一方から他方へ流す。図10に示すように、一対の（向き合った）親水層11が、水が流れる流路14を形成するので、水の流れが親水層11によって遅くなり、熱交換率が高くなる。また、図11に示すように、第１流路形成部材５Ａの細帯部12への入口部分によっても、水が抵抗を受け、水の流れが遅くなり、熱交換率が高くなる。

【0024】

次に、本発明に係る熱交換素子の実施の一形態について説明する。フィルム６（第１フィルム６Ａ、第２フィルム６Ｂ）が、親水性樹脂から成る。親水性樹脂としては、例えば、ナイロン６６、ナイロン６が挙げられる。その他の構成は、上記参考例と同様である。

【0025】

なお、図１に於て、フィルム６が透明なので、実際は、フィルム６の奥に多数の第１流路形成部材５Ａ、第２流路形成部材５Ｂ等が見えるが、大半を図示省略した。また、図２及び図９に於て、プラスチック段ボール素材４のリブ片３を、一壁面部１及び他壁面部２と垂直に描いているが、このリブ片３は、傾斜状であったり、弯曲状であることも望ましい。

【0026】

本発明は、設計変更可能であって、例えば、水用第１流路形成部材５Ａと気体用第２流路形成部材５Ｂの厚みを相違させるも良い。例えば、水量が小さい場合、水用第１流路形成部材５Ａの厚みを大きくして水流を増すことができる。また、風量が小さい場合、気体用第２流路形成部材５Ｂの厚みを大きくして風量を増すことができる。また、第１流路形成部材５Ａの左右方向の細帯部12に加えて、または、左右方向の細帯部12に代えて、上下方向の細帯部を残して窓部８を打抜き形成するも良い。例えば、左右方向の２本の細帯部12，12の間を、上下方向の細帯部が連結する形状に各細帯部を残して、窓部９を打抜き形成するも良い。また、第２流路形成部材５Ｂの上下方向の細帯部13に加えて、または、上下方向の細帯部13に代えて、左右方向の細帯部を残して窓部９を打抜き形成するも良い。また、（図６・図７の正面図において、）細帯部12，13をジグザグ折れ線形状や波型等とするも好ましい。

【0027】

以上のように、本発明は、一壁面部１と、他壁面部２と、該一壁面部１と他壁面部２とを連結する多数の平行なリブ片３を有するプラスチック段ボール素材４を打抜き形成した水用第１流路形成部材５Ａと気体用第２流路形成部材５Ｂの各々に、フィルム６を張設して成る第１熱交換部材７Ａと第２熱交換部材７Ｂとを、交互にかつ前後に複数枚積層して構成され、気体と水の熱交換を行う熱交換素子であって、第１熱交換部材７Ａは、窓部８が打抜き形成されるとともに正面視外形形状が矩形の第１流路形成部材５Ａと、該第１流路形成部材５Ａと外形形状が略同一であって上記第１流路形成部材５Ａに張設された第１フィルム６Ａと、から成り、第２熱交換部材７Ｂは、窓部９が打抜き形成されるとともに上記第１流路形成部材５Ａと外形形状が略同一の第２流路形成部材５Ｂと、該第２流路形成部材５Ｂと外形形状が略同一であって上記第２流路形成部材５Ｂに張設された第２フィルム６Ｂと、から成り、上記第１流路形成部材５Ａと上記第１フィルム６Ａと上記第２流路形成部材５Ｂと上記第２フィルム６Ｂとが、順次繰り返し重なるように、かつ、上記第１流路形成部材５Ａのリブ方向Ｒ₁ を上下方向として、上記第２流路形成部材５Ｂのリブ方向Ｒ₂ を左右方向として、上記第１熱交換部材７Ａと第２熱交換部材７Ｂとを交互に積層させ、上記フィルム６の水と接する面10が、親水性を有するので、水の降下速度がゆっくりとなり、気体との熱交換率が高い。しかも、熱交換素子を軽く形成できるので、これを内蔵した気化式冷風機等の軽量化が図られて、持ち運びに便利である。また、疎水性があるプラスチック段ボール素材４を用いながらも、熱交換率が高い。さらに、熱交換素子を容易に製造することができて安価である。また、熱交換素子全体の形状寸法を容易に変更することができる。

【0028】

また、上記フィルム６が、水と接する側に、親水層11を有するので、水の流速が遅くなり、熱交換率が高くなる。

【0029】

また、上記フィルム６が、親水性樹脂から成るので、水の流速が遅くなり、熱交換率が高くなる。

【0030】

また、上記第１流路形成部材５Ａは、複数本の左右方向の細帯部12を残して上記窓部８が打抜き形成されているので、強度が優れる。また、熱交換率が高い。

【0031】

また、上記フィルム６の厚さ寸法ｔ₆ を、３μｍ以上 100μｍ以下に設定したので、熱交換率が高い。

【符号の説明】

【0032】

１ 一壁面部
２ 他壁面部
３ リブ片
４ プラスチック段ボール素材
５Ａ 第１流路形成部材
５Ｂ 第２流路形成部材
６Ａ 第１フィルム
６Ｂ 第２フィルム
７Ａ 第１熱交換部材
７Ｂ 第２熱交換部材
８ 窓部
９ 窓部
12 細帯部
Ｒ₁ リブ方向
Ｒ₂ リブ方向
ｔ₆ 厚さ寸法

【要約】

【課題】軽量で持ち運びに便利な熱交換素子を提供する。
【解決手段】一壁面部と、他壁面部と、一壁面部と他壁面部とを連結する多数の平行なリブ片３を有するプラスチック段ボール素材４を打抜き形成した水用第１流路形成部材と気体用第２流路形成部材の各々に、フィルム６を張設して成る第１熱交換部材７Ａと第２熱交換部材７Ｂとを、交互にかつ前後に複数枚積層して構成され、気体と水の熱交換を行う熱交換素子である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】