CN1607371A - 全热交换元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全热交换元件，本发明所要解决的技术问题是如果在流过分割部件的表里面的2个气流间进行潜热的移动，则由于在湿分的移动方向上不仅存在吸湿剂层，也存在阻燃剂层，所以即使吸湿剂层吸着湿分，通过其后阻燃剂层形成为湿分移动的抵抗，在其部分中的湿分的移动量会减少，结果分割部件的透湿性降低。解决技术问题的技术方案为，在分割部件(2)和间隔保持部件(3)中，赋予透湿性的透湿性赋予部分和赋予阻燃性的阻燃性赋予部分在1个部件中不重叠。例如，把分割部件(2)作为赋予透湿性的透湿性赋予部分，把间隔保持部件(3)作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分。

Description

全热交换元件
技术领域
本发明涉及应用于空调领域的，在二流体间的进行热交换的热交换装置上被使用的层叠结构的热交换元件中，特别是交换潜热和显热两方的全热交换元件。
背景技术
迄今为止，通常地在空调领域应用的层叠结构的全热交换元件，把平面形状的分割部件和剖面波形状的间隔保持部件层叠形成的基本结构部件以间隔保持部件的波方向正交或者与其接近的角度交差的方式层叠，粘接而形成。在通过该全热交换元件的间隔保持部件形成的层叠方向上邻接的通路上，通过流过各自不同状态的气流(通常地，温湿度状态的不同空气)把分割部件作为介质而在两流体间进行显热以及潜热的交换。
分割部件由于存在于2个气流间，作为用于显热以及潜热交换的介质存在，所以分割部件的传热性以及透湿性对作为全热交换元件的显热以及潜热交换功率有很大影响。此外，间隔保持部件保持分割部件的间隔，具有确保2个气流穿行通路的作用。
此外，在空调用的全热交换元件中，特别地在2个气流间需要减少二氧化碳(CO2)等气体的移动，因而除上述性能以外的其它的性能，分割部件和间隔保持部件都需要高的气体遮蔽性。
此外，根据确保作为产品的安全性的观点，全热交换元件本身也需要有高的阻燃性。这样的全热交换元件的分割部件以及间隔保持部件需要多种性能，因此使用多样的分割部件以及间隔保持部件。
为发现上述的功能，作为现有的全热交换元件，具有下述例子(例如，参照专利文献1)：在把制纸用纤维作为主体的浆中混合吸放湿性粉体和热熔着性物质并且抄造的基纸上，根据必要渗透处理阻燃剂之后，把在基纸的单面或者两面上设置吸放湿性的涂工层的全热交换体用纸成波状加工之后，纵横交替地层叠。
此外，具有下述的全热交换器(例如，参照专利文献2)：由在以纸浆为主要原料的纸上添加阻燃剂，添加吸湿剂而形成的平面状的透湿性的阻燃纸形成的衬垫片和由聚丙烯膜构成的非吸湿性的压波纹加工的波形片构成，通过衬垫片接合波形片，每一段相互地与波的方向正交。
此外，具有下述的热交换器(例如，参照专利文献3)：通过对于混合抄纸陶瓷纤维质基材和植物纤维质基材而得到的原纸渗透阻燃剂的波形状间隔板，多层地重合对于相同原纸渗透阻燃剂和吸湿剂的平板状分割板。
专利文献1：特开平10-212691号公报(第3页～第4页，图1)
专利文献2：特开2001-241867号公报(第2页，图1)
专利文献3：特开昭54-44255号公报(第1页，第2页，图)
该些现有的热交换元件的分割部件，其特征在于，全热交换体用纸，衬垫片以及分割板的任意一个，都以层状或者混合的形式必然重叠阻燃剂和吸湿剂。
但是，在如这些现有的重叠阻燃剂和吸湿剂的结构中，具有如下问题。
(1)在流过分割部件的表里面的2个气流间的潜热的移动，即，如果要进行湿分的移动，由于在现有的结构中，在湿分的移动方向上不仅吸湿剂层存在，阻燃剂层也存在，所以假使吸湿剂层吸着湿分，也通过其后阻燃剂层形成为湿分移动的抵抗，在其部分中的湿分的移动量会减少，结果分割部件的透湿性降低。
(2)为此，为了进一步地确保高透湿性，可以考虑谋求增加吸湿剂的量的方法。但是，由于在那时，在分割部件的每基材单位面积的可以涂敷加工或者渗透的药剂总量是有限的，所以在向分割部件的相同部分涂敷加工吸湿剂和阻燃剂的现有结构中，如果吸湿剂的量增加，则阻燃剂的量减少，会使阻燃剂减少。相反的情况也同样地存在，结果存在吸湿性和阻燃性成为折衷的关系的问题。
(3)此外，由于向相同部分使用吸湿剂和阻燃剂，所以在药剂选定上有必要注意通过接触不容易发生反应。由此，也存在吸湿剂、阻燃剂的选定范围变窄的问题。选定范围变窄，也成为导致产品的成本高的因素，所以应尽可能地避免。
此外，如专利文献3所记载的，利用在分割部件中渗透吸湿性的阻燃剂的方法，可以同时赋予吸湿性和阻燃性的结构。但是，由于该吸湿性不及吸湿剂的吸湿性，所以达到使用吸湿剂单体以上的交换效率的提高是很难的。那样的药剂在种类限制上，与上述的技术问题(3)相同。
发明内容
本发明是为解决上述的技术问题而做成的元件，第1个目的是防止赋予湿透性的吸湿剂等的材料的效果被赋予阻燃性的阻燃剂等的材料阻碍，谋求透湿效果更加明显，结果使全热交换元件的热交换效率提高。
此外，第2个目的是使赋予透湿性的吸湿剂等的材料和赋予阻燃性的阻燃剂等的材料的赋予量不互相束缚而自由地设定，此外，通过可以与互相的反应性无关地选定，结果同时实现全热交换元件的热交换效率的提高与阻燃性。
本发明的全热交换元件，是在分割部件和间隔保持部件中，赋予透湿性的透湿性赋予部分和赋予阻燃性的阻燃性赋予部分在1个部件中不重叠的元件。
在分割部件和间隔保持部件中，由于赋予透湿性的透湿性赋予部分和赋予阻燃性的阻燃性赋予部分在1个部件中不重叠，所以没有通过重叠而使赋予透湿性的吸湿剂等的材料的效果被赋予阻燃性的阻燃剂等的材料阻碍，可以使透湿效果更加明显，结果可以提高透湿效果，可以同时实现全热交换元件的热交换效率的提高与阻燃性。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1涉及的全热交换元件1的立体图；
图2是表示图1的全热交换元件的单位结构部件的立体图；
图3是与图2的单位结构部件的通路垂直方向的剖面图；
图4是与本发明的实施例2涉及的全热交换元件的单位结构部件的通路垂直方向的剖面图；
具体实施方式
实施例1
根据附图详细地说明本发明的实施例1的全热交换元件的。
图1表示本发明的实施例1涉及的全热交换元件1，全热交换元件1由平板状的分割部件2，和剖面为锯齿状或者正弦波状等的波形状，并且以向分割部件2的平面的投影形状与分割部件一致的方式加工的间隔保持部件3交替层叠而构成。层叠方法以图2中表示的方式，制作以接触波状形的凸部的方式重叠1个分割部件2和1个间隔保持部件3并且通过粘接等固定的单位结构部件，以使该单位结构部件成为分割部件2和间隔保持部件3交替的方式，并且以间隔保持部件3的波形状的开口部的开口方向交替地成为大致90度的方式层叠(图1中是层叠6个单位结构部件的全热交换元件的例子)。因此，如图1所示，可以得到2种气流的通路4、5(用箭头表示)每隔一层地交替地交差的全热交换元件1。如果在该2种气流的通路4、5中通过送风机等使状态不同的两种气流通过，就可以把分割部件2作为介质，在两气流间进行显热、潜热的热交换。
图3是在图2的单位结构部件的通路4、5的气流方向上垂直地切断的剖面图。本全热交换元件1的分割部件2以及间隔保持部件3，为了确保透湿性、气体遮蔽性以及阻燃性，采用如下的结构。
首先，分割部件2由基材2a和在基材2a中附加的吸湿剂2b构成，基材2a是纤维素质(セルロ一スベ一ス)材料，例如，使用无孔质化纸浆纤维的材料(通过进行打浆的纸浆而抄纸的纸)或者不通过气体的微细孔基材，吸湿剂2b采用氯化锂、氯化钙等的碱金属盐，在基材2a上渗透或者涂敷加工该吸湿剂2b。间隔保持部件3同样地使用在纸浆纤维中使盐酸胍、氨基磺酸胍等的胍盐类的阻燃剂渗透的材料。通过粘接剂、例如醋酸乙烯系的粘接剂胶合这些分割部件2和间隔保持部件3，形成为如图3那样的单位结构部件。
分割部件2的基材2a由于其自身形成为湿分移动的抵抗，所以尽可能地把厚度优选为较薄。但是如果变薄，由于材料强度急剧地降低，加工变难，所以厚度就优选为大致25μm～150μm左右。此外，基材2a由于赋予气体遮蔽性，所以使用无孔膜材料。由于无孔材料不可能像多孔质材料那样地使水蒸气通过孔，所以湿分的移动被推测为首先在分割部件2的表面上以吸着水分、浸透、水分的扩散这样的形态透过分割部件2。从这样的原理中可知，在分割部件2的基材2a的材料中优选使用具有羟基等的亲水基的水分扩散性良好的亲水性材料。
间隔保持部件3的基材，使用一般的纸浆，在其抄纸的阶段中同时作用阻燃剂的胍盐类，即使用阻燃纸。阻燃等级为2级(JIS A1322，建筑用薄物材料的阻燃性试验方法)左右。除此以外，也可以使用在纸的单面或者两面上渗透或涂敷加工阻燃剂的材料。但是，在单面涂敷加工的情况下，加热涂敷加工面的相反面的情况下的效果变弱。如果考虑到其作用为形成、维持通路，厚度尽可能地优选较厚，并且强度较大。但是，在较厚的间隔保持部件3上粘接较薄的分割部件2而形成如图2那样的单位结构部件的情况下，由加工之后通过两部件2、3的吸湿的尺寸变化的差以及强度的差引起结构部件自身弯曲的现象。如果成为这样，由于在其后层叠而形成如图1那样的元件形状时候的加工性严重恶化，所以有必要考虑该因素决定厚度。本情况下为大致100μm。
这样构成的全热交换元件1中，由于在热交换时成为介质的分割部件2上，吸湿剂和阻燃剂等其他的药剂不重叠，所以(1)妨碍吸湿剂吸着的水分移动的成为抵抗的材料仅仅是分割部件2的基材2a，与现有品相比可以谋求使吸湿剂的效果更加明显，并且分割部件2自身透湿性的提高。(2)可以使吸湿剂的使用量不受阻燃剂的使用量影响地自由地决定。具有相比于现有技术增大吸湿剂的最大使用量等的效果。通过这些可以谋求达到最终的效果，使全热交换元件1的潜热交换功率提高，此外，因为可以使吸湿剂的效果明显，所以可以在维持与迄今相同的性能的条件下，而减少吸湿剂的使用量。在这种情况下，可以得到成本降低的效果。(3)进而，由于吸湿剂不与阻燃剂混合，可以使用由于两者的反应性而至今不能使用的药剂，所以具有药剂选择的范围扩大的效果。由此可以从扩大的范围选择、使用廉价并且有效果的药剂，导致降低成本。
为了证实这些效果，关于本结构的全热交换元件1，以及使用现有例的在多孔质材料中添加阻燃剂的阻燃性的基材上涂敷加工吸湿剂的分割部件和由作为一般的多孔质部件的纸构成的间隔保持部件的层叠型的全热交换元件二者，进行使元件的尺寸以及使气流流通的条件成为相同的情况的比较潜热以及焓交换功率的试验。其结果在表1中表示。
表1
全热交换元件的种类   潜热交换效率比     焓交换效率比
比较例的全热交换元件     1     1
本全热交换元件     1.2     1.18
由此，本发明的效果可以使全热交换元件1的潜热交换效率提高20％左右，同时使焓交换效率提高18％左右。考虑到根据条件等使比率变化，可以确定能够得到在构成本全热交换元件1的情况下，交换效率提高的效果。
此外，本全热交换元件1的阻燃性通过在间隔保持部件3中含有的阻燃剂被赋予。间隔保持部件3如从图2等中也可以知道的那样，由于具有与分割部件2相比较大的面积，所以与只在分割部件2中赋予阻燃剂的材料相比可以涂敷加工更多的阻燃剂。
为了使本全热交换元件1的阻燃性的程度明显，关于在本全热交换元件1、只在分割部件中施加阻燃处理的全热交换元件以及在分割部件和间隔保持部件两方中施加阻燃处理的3个例子，在表2中表示作为美国规格之一的UL-723中规定的燃烧试验的结果。
表2
全热交换元件的种类 燃烧的扩散性 烟的产生量
现有例1(在分割部件·间隔保持部件中进行阻燃处理) 0 0
现有例2(只在分割部件中进行阻燃处理)     10     55
本全热交换元件(只在间隔保持部件中进行阻燃处理) 10 5
由此，本全热交换元件1成为具有这样的结果：相比于只在分割部件中进行阻燃处理的，阻燃性非常高，甚至接近于在分割部件和间隔保持部件两方中施加阻燃处理的阻燃性。因此，如果只在间隔保持部件3中施加阻燃处理，就可以在实用上得到充分的阻燃性。
根据以上，如果在层叠型全热交换元件中采用本结构，就可以谋求由于吸湿剂的作用的明显、最大使用可能量的增加等的潜热交换效率的提高，同时可以确保实用上充分的阻燃性。
上述的全热交换元件1中，为了确保气体遮蔽性，作为分割部件2的基材，使用无孔膜材料，但是也可以使用多孔质膜的材料。但是，在这种情况下，为了确保气体遮蔽性，有必要涂敷加工堵塞孔的止孔剂。在止孔剂中通过使用具有透湿性和障碍性的聚乙烯醇(PVA)等，可以尽可能地不阻碍吸湿剂的效果而止孔。由此，可以得到和上述全热交换元件1大致相同的效果。
此外，在分割部件2的基材中同样地使用多孔质的材料时，取代使用止孔剂，通过粘接具有与吸湿剂相匹敌那样的高吸湿性的高分子材料等的无孔膜，即，具有气体遮蔽性以及吸湿性的部件的使用也可以得到相同的效果。该情况下，为使基材的湿分移动的抵抗变小，例如如果选择像无纺织物那样的尽可能地薄并且空隙率高，透气性好的材料，就可以减小抵抗，使分割部件2整体的吸湿性更加提高。
如上所述，使分割部件2的基材保持气体遮蔽性，而间隔保持部件3的基材可以从无孔基材到多孔基材广泛地使用。
此外，本实施例的全热交换元件1，通过把分割部件2作为赋予透湿性的透湿性赋予部分，把间隔保持部件3作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分，可以使透湿性赋予部分和阻燃性赋予部分分离，可以得到在分割部件2中的透湿效果，在间隔保持部件3中的阻燃性，同时，赋予透湿性的吸湿剂等的材料的效果不被赋予阻燃性的阻燃剂等的材料阻碍。
此外，在本实施例的全热交换元件1中，通过把分割部件2作为无孔基材或者不通过气体的微细孔基材，在该基材中赋予吸湿剂，把间隔保持部件3的基材作为从无孔基材到多孔基材中选择的基材，通过在该基材中赋予阻燃剂，分割部件2可以确保透湿性和利用无孔基材或者不通过气体的微细孔基材，在两种气流间防止二氧化碳等的气体的移动，即，气体遮蔽性。
此外，在本实施例的全热交换元件1中，通过把分割部件2作为多孔基材，在该基材中赋予具有气体遮蔽性的止孔剂以及吸湿剂，或者在该基材中赋予气体遮蔽性以及吸湿性的部件，此外，把间隔保持部件3的基材作为从无孔基材到多孔基材中选择的基材，通过在该基材中赋予阻燃剂，分割部件2利用止孔剂或者气体遮蔽性材料可以确保气体遮蔽性，同时，利用多孔基材可以确保透湿性。特别地，在基材中赋予具有气体遮蔽性以及吸湿性的部件的情况下，可以确保气体遮蔽性，同时透湿性显著地提高。
实施例2
图4是表示本发明的实施例2的全热交换元件的图，是在与通过间隔保持部件形成的风路垂直的方向切断图2的单位结构部件的剖面图。
本全热交换元件1在分割部件2的和间隔保持部件3连接的部分的基材2a上涂敷加工阻燃剂2c(胍盐类的阻燃剂)，在除此以外的部分涂敷加工吸湿剂2b。在吸湿剂2b中使用把氯化锂、氯化钙等的碱金属盐作为主要成分的材料。此外，间隔保持部件3使用使盐酸胍、氨基磺酸胍等的胍盐类的阻燃剂渗透的阻燃纸。如果通过粘接剂(例如醋酸乙烯系的粘接剂)胶合该分割部件2和与实施例1相同的间隔保持部件3，就形成为图4的结构。
本全热交换元件1也与实施例1的全热交换元件1同样地，在实际进行湿分的移动的分割部件2上的不连接间隔保持部件3的部分中，不重叠吸湿剂2b和阻燃剂，为此可以得到与实施例1的全热交换元件1相同的潜热交换效率的提高等的效果。而且，由于阻燃剂的量以及涂敷加工面积多于在上述分割部件2的基材2a中没有涂敷加工的情况，所以可以得到较高的阻燃性。
在该结构的情况下，由于阻燃剂2c和吸湿剂2b在各自的涂敷加工部分的边缘上已经连接，所以有必要考虑到吸湿剂2b和阻燃剂2c的反应性等，特别地是对于需要高阻燃性的全热交换元件1，其它的实施例更为适合。
本实施例的全热交换元件1中，把分割部件2的与间隔保持部件3的接合部作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分，把接合部以外的作为赋予吸湿性的透湿性赋予部分，此外，通过间隔保持部件3作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分，可以在几乎不影响透湿性的接合部中赋予阻燃性，不损坏透湿性，增加阻燃性。
本发明的实施例1，2的全热交换元件1在结构上的主要特征为，在分割部件2以及间隔保持部件3中通过赋予吸湿剂等形成的吸湿性赋予部分以及通过赋予阻燃剂形成的阻燃性赋予部分，在分割部件2以及间隔保持部件3的各自的部件中以不重叠的方式构成，通过该结构可以防止吸湿性赋予部分和阻燃性赋予部分互相地干涉并且使吸湿性(透湿性)以及/或者阻燃性受到不好的影响。在符合本主旨的范围中，吸湿剂(吸湿性赋予材料)、阻燃剂(阻燃性赋予材料)等的选定以及两部件的向基材的赋予方法等，可以使用广泛公知的方法。
如上所述，本发明的全热交换元件可以有效地利用在空气调和机、换气装置等的空调领域中，在室内空气的换气等与室外空气的热交换时进行热回收的热交换装置上。

Claims (5)

1、一种全热交换元件，其中，互相地层叠分割部件和间隔保持部件，在上述分割部件间形成通过间隔保持部件保持间隔的通路，在该邻接通路中使两种气流通过，通过上述分割部件，在上述两种气流间热交换，其特征在于，在上述分割部件和上述间隔保持部件中，赋予透湿性的透湿性赋予部分和赋予阻燃性的阻燃性赋予部分在1个部件中不重叠。
2、如权利要求1所述的全热交换元件，其特征在于，把上述分割部件作为赋予透湿性的透湿性赋予部分，把上述间隔保持部件作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分。
3、如权利要求2所述的全热交换元件，其特征在于，上述分割部件的基材为无孔基材或者不通过气体的微细孔基材，在该基材中赋予吸湿剂，此外，上述间隔保持部件的基材为从无孔基材到多孔基材中选择的基材，在该基材中赋予阻燃剂。
4、如权利要求2所述的全热交换元件，其特征在于，上述分割部件的基材为多孔基材，在该基材中赋予具有气体遮蔽性的止孔剂以及吸湿剂，或者在该基材中赋予具有气体遮蔽性以及吸湿性的部件，此外，上述间隔保持部件的基材为从无孔基材到多孔基材中选择的基材，在该基材中赋予阻燃剂。
5、如权利要求1所述的全热交换元件，其特征在于，把上述分割部件的与上述间隔保持部件的接合部作为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分，把上述接合部以外作为赋予吸湿性的透湿性赋予部分，此外，上述间隔保持部件为赋予阻燃性的阻燃性赋予部分。
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