このような従来の熱交換器104では、間隔板103が波形であるためにその板厚によって、伝熱板102にて形成される通風路の有効面積が小さくなり通風抵抗が大きくなるという課題があり、通風抵抗を低減することが要求されている。
また、熱交換器109の断面矩形板状の間隔リブ106は、射出成形により中実の合成樹脂で構成されるために重量が重く、材料コストが高いという課題があり、軽量化および材料コストの低減が要求されている。
また、熱交換器109の単位素子105は射出成形による合成樹脂にて形成されるため、中実の単位素子105は成形時間に多くの時間を要し、この単位素子105を多数積層して製造される熱交換器109は多大の時間を要するので量産性が低いという課題があり、成形サイクル短縮による量産性の向上が要求されている。
また、熱交換器109の単位素子105は射出成形による合成樹脂にて形成されるため、成形品取り出し後に反りや収縮が起こりやすく、合成樹脂が変形、収縮することにより、樹脂と一体成形した伝熱板108はたわみ、通風抵抗が高くなるという課題がある。この課題は樹脂に無機充填剤、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などを添加することにより、成形品取り出し後の反りや収縮を押さえることができるが、樹脂に無機充填剤を添加すると、溶融樹脂の流動性が低下して、射出成形する成形サイクルが遅くなり、量産性が低下するという課題と、無機充填剤を樹脂に添加することで材料コストが高くなるという課題があり、成形品取り出し後の変形を防止することによる量産性の向上および材料コストの低減が要求されている。
また、熱交換器113の単位素子110は、間隔リブ112を発泡剤が混入された合成樹脂を転写することより成形しているが、このような場合、発泡剤としては化学的発泡剤を用いた発泡成形法となり、発泡体は100〜150μm以上の大きな直径になるため、樹脂成形品の肉厚を薄くすると樹脂成形品の強度が低下するので、間隔リブ112の薄肉化は困難であるという課題があり、成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことが要求されている。また化学発泡剤を用いた合成樹脂の成形方法は成形サイクルが遅いため、量産性が低いという課題があり、成形サイクル短縮による量産性の向上が要求されている。
また、紙製の伝熱板114を熱プレスして得られる熱交換ブロック117は成形加工時に伝熱板114の破れを防ぐために、伝熱板114の厚みは熱交換器104、熱交換器109および熱交換器103の伝熱板より厚くする必要があり、伝熱面115の熱伝達は熱交換器104、熱交換器109および熱交換器103の伝熱面より悪くなり顕熱交換効率が低下するという課題があり、且つ伝熱面115では水蒸気の透過抵抗が大きくなり潜熱交換効率が低下するという課題があり、顕熱交換効率および潜熱交換効率を向上することが要求されている。
また、熱交換器118は顕熱交換効率および潜熱交換効率を向上するために伝熱板114の厚みを薄くすると、熱プレスなどの成形加工時に伝熱板114が破れ、気流の漏れが起こるという課題があり、気流の漏れを防止することが要求されている。
また、熱交換器104は、伝熱板102と波形の間隔板103の頂点部に接着剤を塗布したものとを貼り合わせた熱交換ブロック101から構成されているために、伝熱板102に対する間隔板103の接触面積が多く、伝熱板102は間隔板103に塗布した接着剤により水蒸気が透過できる有効面積が減少する。また接着剤の濃度が低いと間隔板103の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板102の有効面積が更に減少するために、潜熱交換効率が低下するという課題があり、潜熱交換効率を向上することが要求されている。
また、接着剤を用いて量産する熱交換器104および熱交換器118は、接着剤に溶剤系を用いると換気設備が必要になることと、作業者への安全面および環境面から、一般的に接着剤は水溶性を用いる。水溶性接着剤の濃度は、低いと間隔板103、116の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板102、114の有効面積が減少するために、潜熱交換効率が低下し、逆に濃度が高いと、接着剤の乾燥時間が早く接着不良を起こすなど、接着剤の濃度管理が難しく、量産時の工程不良が起こりやすく量産性が低いという課題があり、接着剤を用いないことによる量産性の向上が要求されている。
また、熱交換器120は難燃性を有する伝熱板119で構成されているために難燃効果があるが、熱交換器109は伝熱板108に難燃性を有する伝熱板119を用いても、合成樹脂からなる間隔リブ106が難燃処理されていないために、難燃効果は少ない。一般に合成樹脂の難燃化は、樹脂にハロゲン化物を添加することにより難燃性を付与することが多い。熱交換器109の間隔リブ106の合成樹脂にハロゲン化物を添加することにより難燃性を付与した場合、ハロゲン化物を含む合成樹脂は、燃焼の際にダイオキシンやハロゲン化水素などの有害な燃焼ガスを発生する課題があり、良好な難燃性が要求されている。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、軽量化することができ、また低コスト化することができ、また通風抵抗、顕熱交換効率、潜熱交換効率などの熱交換器の基本的性能を向上することができ、また気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができ、また成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができ、また良好な難燃性を有する熱交換器を提供することを目的としている。
本発明の熱交換器は上記目的を達成するために、伝熱性と透湿性または伝熱性のみを有する伝熱板と樹脂を一体成形することにより、伝熱面と気流の通風路を有する単位素子が形成され、この単位素子を複数積層して、一次気流Aと二次気流Bとが前記通風路に流通することにより、前記伝熱面を介して熱交換するようにした熱交換器において、前記樹脂を微細に発泡成形したものである。
この手段により軽量化することができ、また低コスト化することができ、また通風抵抗、顕熱交換効率、潜熱交換効率などの熱交換器の基本的性能を向上することができ、また量産性を向上することができ、また成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができ、また気流の漏れを防止することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、高圧流体のガスを物理発泡剤に用いることにより、樹脂を微細に発泡成形したものである。
この手段により成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、超臨界状態のガスを樹脂に混ぜ合わせることにより、前記樹脂を微細に発泡成形したものである。
この手段により量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、超臨界状態のガスを溶融樹脂に注入して射出成形することにより、樹脂を微細に発泡成形したものである。
この手段により量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、樹脂を微細に発砲した発泡体の直径を100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは50〜1μmにしたものである。
この手段により成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、ガスとして、不燃性ガスを用いたものである。
この手段により良好な難燃性を有することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、不燃性ガスとして、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのいずれかを用いたものである。
この手段により良好な難燃性を有することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、樹脂として、熱可塑性樹脂を用いたものである。
この手段により量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、樹脂に無機充填剤を添加したものである。
この手段により通風抵抗を低減することができ、また気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができ、また成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、無機充填剤として、ガラス繊維または炭素繊維を用いたものである。
この手段により通風抵抗を低減することができ、また気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができ、また成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子は伝熱板表面の一方に遮蔽リブaと間隔リブaと気流の通風路aと通風路aの両端に流入口aおよび吐出口aをそれぞれ有し、前記伝熱板表面の他方に遮蔽リブbと間隔リブbと気流の通風路bと通風路bの両端に流入口bおよび吐出口bをそれぞれ有し、前記遮蔽リブaおよび前記間隔リブaと前記遮蔽リブbおよび前記間隔リブbとが前記伝熱板を間に挟むように樹脂にて一体成形して得られ、前記単位素子の一方面は、前記流入口aおよび前記吐出口a以外の前記伝熱板外縁に気流を遮蔽する遮蔽リブaを設け、この遮蔽リブaの内側に通風路aを形成するための複数本の間隔リブaを設けた構成とし、前記単位素子の他方面は、前記単位素子の一方面に設けた前記流入口aおよび前記吐出口a以外の前記伝熱板外縁に前記流入口bおよび前記吐出口bを設け、前記流入口bおよび前記吐出口b以外の前記伝熱板外縁に気流を遮蔽する遮蔽リブbを設け、この遮蔽リブbの内側に通風路bを形成するための複数本の間隔リブbを設けた構成とし、前記単位素子と、前記伝熱板と同素材の仕切板とを交互に積層したものである。
この手段により通風抵抗を低減することができ、また量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子と仕切板とを接着手段を用いて接着したものである。
この手段により気流の漏れを防止することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子の遮蔽リブおよび間隔リブまたは前記遮蔽リブと仕切板とを、接着手段を用いて接着したものである。
この手段により気流の漏れを防止することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、接着手段として、熱溶着を用いたものである。
この手段により量産性を向上することができ、潜熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、接着手段として、超音波溶着を用いたものである。
この手段により量産性を向上することができ、潜熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子cは遮蔽リブcと間隔リブcを有し、単位素子dは遮蔽リブdと間隔リブdを有し、前記単位素子cと前記単位素子dとを交互に積層した熱交換器において、隣合う前記単位素子cの前記遮蔽リブcと前記単位素子dの前記遮蔽リブdおよび前記単位素子cの前記間隔リブcと前記単位素子dの前記間隔リブdとが、互に重なり合うようにしたものである。
この手段により通風抵抗を低減することができ、また気流の漏れを防止することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、間隔リブを断続的に備えたものである。
この手段により顕熱交換効率や潜熱交換効率などの熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子に勘合手段を設けたものである。
この手段により気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、勘合手段として、単位素子の一方面の遮蔽リブおよび間隔リブまたは少なくとも片方に凸部を設け、前記単位素子の他方面の前記遮蔽リブおよび前記間隔リブまたは少なくとも片方に凹部を設け、前記単位素子を積層した時に、前記凸部と前記凹部が勘合するようにしたものである。
この手段により気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、勘合手段として、単位素子の一方面の遮蔽リブおよび間隔リブまたは少なくとも片方に凸部と凹部を設け、前記単位素子の他方面の前記遮蔽リブおよび前記間隔リブまたは少なくとも片方に凹部と凸部を設け、前記単位素子を積層した時に、前記凸部と前記凹部が勘合するようにしたものである。
この手段により気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、単位素子にカシメ手段を設けたものである。
この手段により気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができ、潜熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、カシメ手段として、単位素子の樹脂部に棒芯が通る貫通部を設け、前記単位素子と仕切板または前記単位素子のみを複数積層した状態で、前記貫通部に前記棒芯を通してカシメることにより、前記単位素子と前記仕切板または前記単位素子が固定化されたものである。
この手段により気流の漏れを防止することができ、また量産性を向上することができ、潜熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面を介して直交また斜交するように流通したものである。
この手段により通風抵抗を低減することができる熱交換器が得られる。
また他の手段は、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面を介して流入口および吐出口近傍では直交また斜交するように流通し、中央部では対向するように流通したものである。
この手段により顕熱交換効率や潜熱交換効率などの熱交換効率を向上することができる熱交換器が得られる。
本発明によれば軽量化することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また、低コスト化することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また、通風抵抗、顕熱交換効率、潜熱交換効率などの熱交換器の基本的性能を向上することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また、気流の漏れを防止することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また、量産性を向上することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また成形品の軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができるという効果のある熱交換器を提供できる。
また良好な難燃性を有することができるという効果のある熱交換器を提供できる。
本発明の請求項1記載の発明は、伝熱性と透湿性または伝熱性のみを有する伝熱板と樹脂を一体成形することにより、伝熱面と気流の通風路を有する単位素子が形成され、この単位素子を複数積層して、一次気流Aと二次気流Bとが前記通風路に流通することにより、前記伝熱面を介して熱交換するようにした熱交換器において、前記樹脂を微細に発泡成形したものであり、熱交換器を構成する単位素子の樹脂が微細に発泡成形されるため、中空部分ができるので、熱交換器を軽量化することができる。また伝熱板と樹脂を一体成形して得られた樹脂成形品の単位素子は、樹脂成形品の肉厚を薄くした場合において、内部の空隙を構成する発泡体の径が微細なため、樹脂成形品の肉厚に対する発泡体の径の比が小さくなり、樹脂成形品内部での最小肉厚を大きくなることができ、樹脂成形品の薄肉化が可能になり、軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる。また樹脂を発泡成形することと、前記薄肉化により使用樹脂量が減るため、樹脂成形品の単位素子で構成された熱交換器は材料コストを低減することができる。また発泡成形により単位素子の樹脂内部を発泡することで、射出圧力による内部ストレスが生じにくいことと、発泡した空隙が収縮を吸収する働きをして、樹脂成形品の成形後のひけが生じにくいことから、ガラス繊維や炭素繊維などの無機充填材を樹脂に充填しなくても樹脂成形品取り出し後の変形、反り、収縮が起こりにくいため、樹脂と伝熱板を一体で成形しても、成形後に樹脂成形品の単位素子が収縮することによる伝熱板のたわみが起こらないため、一次気流Aと二次気流Bは平坦な通風路を流通することができるので、通風抵抗を低減することができる。また無機充填材を樹脂に充填しなくても樹脂成形品の単位素子は寸法精度や強度が得られるため、材料コストを低減することができ、また樹脂成形品取り出し後の変形を防止することや溶融樹脂の流動性低下を防止することによって、樹脂成形性が向上するので量産性を向上することができる。また熱交換器は樹脂成形品の単位素子を複数積層した構成のため、樹脂が熱交換器の強度を保つ役割を担い、熱交換機能を発揮する伝熱面の厚みを非常に薄くすることができ、熱伝達が良くなり顕熱交換効率を向上することができ、且つ水蒸気の透過抵抗が小さくなり潜熱交換効率を向上することができるなど、熱交換器の基本的性能を向上することができる。また単位素子の樹脂が微細に発泡成形されるために表面に微細な凹凸ができ、樹脂と伝熱板を一体成形した際、伝熱板の表面に樹脂の微細な凹凸が絡みつき、伝熱板と樹脂との接着性が向上するために、単位素子における伝熱板の剥がれが起こらず、伝熱板と樹脂で構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路がそれぞれ混ざらないように遮蔽されるため、気流の漏れを防止することができる。
また、本発明の請求項2記載の発明は、高圧流体のガスを物理発泡剤に用いることにより、樹脂を微細に発泡成形したものであり、ガス・インジェクション法や化学発泡剤による発泡法などの一般の発泡成形よりも、発泡体の直径は小さく数密度を高くすることができるため、樹脂成形品の肉厚を薄くした場合において、内部の空隙を構成する発泡体の径が従来よりも微細にでき、樹脂成形品の肉厚に対する発泡体の径の比が小さくなり、樹脂成形品内部での最小肉厚が大きくなるため、樹脂成形品の薄肉化が可能になり、樹脂成形品の単位素子は軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる。
また、本発明の請求項3記載の発明は、超臨界状態のガスを樹脂に混ぜ合わせることにより、前記樹脂を微細に発泡成形したものであり、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上して成形サイクルが短縮するので、樹脂成形品の単位素子は成形性が向上して量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項4記載の発明は、超臨界状態のガスを溶融樹脂に注入して射出成形することにより、樹脂を微細に発泡成形したものであり、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上するので、射出圧力と型締圧力を低減することができ、樹脂成形品の単位素子は成形性が向上して量産性を向上することができる。また溶融樹脂の流動性が向上するために、樹脂温度や金型温度を低くすることができ、金型内での冷却時間短縮による成形サイクルを短縮することができるので、樹脂成形品の単位素子は成形性が向上して更に量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項5記載の発明は、樹脂を微細に発砲した発泡体の直径を100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは50〜1μmにしたものであり、ガス・インジェクション法や化学発泡剤による発泡法などの一般の発泡成形の発泡体は、100〜150μm以上の大きな直径であり、樹脂成形品の肉厚を薄くすると樹脂成形品の強度が低下するので肉厚を薄くできないが、従来の発泡成形より発泡体の直径が小さいため、樹脂成形品の肉厚を薄くした場合において、内部の空隙を構成する発泡体の径が従来よりも微細にでき、樹脂成形品の肉厚に対する発泡体の径の比が小さくなり、樹脂成形品内部での最小肉厚が大きくなるため、樹脂成形品の薄肉化が可能になり、樹脂成形品の単位素子は軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる。
また、本発明の請求項6記載の発明は、ガスとして、不燃性ガスを用いたものであり、微細な発泡体が分散形成された樹脂成形品の単位素子は、発泡体内に不燃性ガスが封入されているために、樹脂成形品を着火した時、樹脂成形品の着火箇所において、樹脂が溶融して、発泡体に封入していた不燃性ガスが放出され、着火箇所の酸素供給を遮断する働きが起こり、樹脂成形品は着火されず、または着火しても直ぐに鎮火されるために、良好な難燃性を有することができる。また難燃剤に不燃性ガスを用いているために、樹脂成形品のリサイクル時や廃却時において燃焼される場合でも、ダイオキシンやハロゲン化水素などの有害物資を発生しないため、環境に配慮した良好な難燃性を有することができる。
また、本発明の請求項7記載の発明は、不燃性ガスとして、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのいずれかを用いたものであり、微細な発泡体が分散形成された樹脂成形品の単位素子は、発泡体内に窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不燃性ガスが封入されているために、樹脂成形品を着火した時、樹脂成形品の着火箇所において、樹脂が溶融して、発泡体に封入していた不燃性ガスが放出され、着火箇所の酸素供給を遮断する働きが起こり、樹脂成形品は着火されず、または着火しても直ぐに鎮火されるために、良好な難燃性を有することができる。また難燃剤に窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不燃性ガスを用いているために、樹脂成形品のリサイクル時や廃却時において燃焼される場合でも、ダイオキシンやハロゲン化水素などの有害物資を発生しないため、環境に配慮した良好な難燃性を有することができる。
また、本発明の請求項8記載の発明は、樹脂として、熱可塑性樹脂を用いたものであり、熱可塑性樹脂で構成された単位素子の表面を熱または超音波により溶融し、単位素子それぞれを積層接着することにより熱交換器を得ることができ、熱交換器の量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少するために量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項9記載の発明は、樹脂に無機充填剤を添加したものであり、射出成形などを用いて溶融樹脂を金型内で成形して樹脂成形品の単位素子を得る時、無機充填剤が樹脂成形品の熱収縮による変形、反り、収縮を防止するために、樹脂と伝熱板を一体で成形しても、成形後に樹脂成形品が収縮することによる伝熱板のたわみが起こらないため、一次気流Aと二次気流Bは平坦な通風路を流通することができるので、通風抵抗を低減することができる。また樹脂と伝熱板を一体成形した際、伝熱板の表面に成形無機充填剤が絡みつき、伝熱板と樹脂との接着性が向上するために、単位素子における伝熱板の剥がれが起こらず、伝熱板と樹脂で構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路がそれぞれ混ざらないように遮蔽されるため、気流の漏れを防止することができる。また樹脂に無機充填剤を添加すると、溶融樹脂の流動性が低下して、射出成形する成形サイクルが遅くなり量産性が低下するが、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上するので、無機充填剤を添加した場合においても成形性が向上するので、樹脂成形品の単位素子は量産性を向上することができる。また微細に発泡成形した樹脂に無機充填剤を添加することにより、樹脂成形品の単位素子は強度を更に向上することができるので、一定強度を保つ場合、発泡倍率を更に向上させて軽量化することや、樹脂成形品の薄肉化を図ることができる。
また、本発明の請求項10記載の発明は、無機充填剤として、ガラス繊維または炭素繊維を用いたものであり、射出成形などを用いて溶融樹脂を金型内で成形して樹脂成形品の単位素子を得る時、ガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤が樹脂成形品の熱収縮による変形、反り、収縮を防止するために、樹脂と伝熱板を一体で成形しても、成形後に樹脂成形品が収縮することによる伝熱板のたわみが起こらないため、一次気流Aと二次気流Bは平坦な通風路を流通することができるので、通風抵抗を低減することができる。また樹脂と伝熱板を一体成形した際、伝熱板の表面にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤が絡みつき、伝熱板と樹脂との接着性が向上するために、単位素子における伝熱板の剥がれが起こらず、伝熱板と樹脂で構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路がそれぞれ混ざらないように遮蔽されるため、気流の漏れを防止することができる。また樹脂にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加すると、溶融樹脂の流動性が低下して、射出成形する成形サイクルが遅くなり量産性が低下するが、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上するので、ガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加した場合においても成形性が向上するので、樹脂成形品の単位素子は量産性を向上することができる。また微細に発泡成形した樹脂にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加することにより、樹脂成形品の単位素子は強度を更に向上することができるので、一定強度を保つ場合、発泡倍率を更に向上させて軽量化することや、樹脂成形品の薄肉化を図ることができる。
また、本発明の請求項11記載の発明は、単位素子は伝熱板表面の一方に遮蔽リブaと間隔リブaと気流の通風路aと通風路aの両端に流入口aおよび吐出口aをそれぞれ有し、前記伝熱板表面の他方に遮蔽リブbと間隔リブbと気流の通風路bと通風路bの両端に流入口bおよび吐出口bをそれぞれ有し、前記遮蔽リブaおよび前記間隔リブaと前記遮蔽リブbおよび前記間隔リブbとが前記伝熱板を間に挟むように樹脂にて一体成形して得られ、前記単位素子の一方面は、前記流入口aおよび前記吐出口a以外の前記伝熱板外縁に気流を遮蔽する遮蔽リブaを設け、この遮蔽リブaの内側に通風路aを形成するための複数本の間隔リブaを設けた構成とし、前記単位素子の他方面は、前記単位素子の一方面に設けた前記流入口aおよび前記吐出口a以外の前記伝熱板外縁に前記流入口bおよび前記吐出口bを設け、前記流入口bおよび前記吐出口b以外の前記伝熱板外縁に気流を遮蔽する遮蔽リブbを設け、この遮蔽リブbの内側に通風路bを形成するための複数本の間隔リブbを設けた構成とし、前記単位素子と、前記伝熱板と同素材の仕切板とを交互に積層したものであり、この熱交換器の間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために通風路の有効面積が大きくなり、熱交換効率を変えずに通風抵抗を低減することができる。また熱交換器は伝熱板の表裏に遮蔽リブと間隔リブを樹脂にて一体に成形した単位素子と、前記伝熱板と同素材の仕切板とを交互に積層した構成であり、単位素子は一回の成形で2段分成形できるために量産性を向上することができる。また樹脂を微細に発泡しているために、中実の成形品より樹脂温度や金型温度を低くすることができ、金型内での冷却時間短縮による成形サイクルを短縮することができ、樹脂の成形性が向上するので、樹脂成形品の単位素子は更に量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項12記載の発明は、単位素子と仕切板とを接着手段を用いて接着したものであり、単位素子と仕切板とが重なることにより構成される通風路は、接着手段により単位素子と仕切板が接着されることにより、一次気流Aと二次気流Bの通風路がそれぞれ独立するように遮蔽されるために、気流の漏れを防止することができる。
また、本発明の請求項13記載の発明は、単位素子の遮蔽リブおよび間隔リブまたは前記遮蔽リブと仕切板とを、接着手段を用いて接着したものであり、単位素子の遮蔽リブおよび間隔リブと仕切板とが重なることにより構成される通風路は、接着手段により単位素子の遮蔽リブおよび間隔リブまたは遮蔽リブと仕切板が接着されることにより、一次気流Aと二次気流Bの通風路がそれぞれ独立するように遮蔽されるために、気流の漏れを防止することができる。
また、本発明の請求項14記載の発明は、接着手段として、熱溶着を用いたものであり、樹脂で構成された単位素子の表面を熱により溶融し、単位素子と仕切板をそれぞれ接着することにより熱交換器を得ることができ、熱交換器の量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。また間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いないために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板の有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
また、本発明の請求項15記載の発明は、接着手段として、超音波溶着を用いたものであり、樹脂で構成された単位素子の表面を超音波により溶融し、単位素子と仕切板をそれぞれ接着することにより熱交換器を得ることができ、熱交換器の量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。また間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いないために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板の有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
また、本発明の請求項16記載の発明は、単位素子cは遮蔽リブcと間隔リブcを有し、単位素子dは遮蔽リブdと間隔リブdを有し、前記単位素子cと前記単位素子dとを交互に積層した熱交換器において、隣合う前記単位素子cの前記遮蔽リブcと前記単位素子dの前記遮蔽リブdおよび前記単位素子cの前記間隔リブcと前記単位素子dの前記間隔リブdとが、互に重なり合うようにしたものであり、この熱交換器の間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために通風路の有効面積が大きくなり、熱交換効率を変えずに通風抵抗を低減することができる。また単位素子は伝熱板の表裏の遮蔽リブと間隔リブとが伝熱板を間に挟むように樹脂にて一体成形するため、伝熱板と単位素子の遮蔽リブおよび間隔リブで構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路は独立するように遮蔽されるために、単位素子は気流の漏れを防止することができ、更に遮蔽性の高いそれぞれの単位素子を、遮蔽リブおよび間隔リブとが互に重なり合うように積層した熱交換器も気流の漏れを防止することができる。
また、本発明の請求項17記載の発明は、間隔リブを断続的に備えたものであり、一次気流Aと二次気流Bの通風路を構成する間隔リブを断続的にしたことにより、一次気流Aおよび二次気流Bは分岐と合流を繰り返しながら通風路を流通するため、境界層が破壊され、伝熱面における伝熱が促進されることにより、顕熱交換効率や潜熱交換効率などの熱交換効率を向上することができる。
また、本発明の請求項18記載の発明は、単位素子に勘合手段を設けたものであり、単位素子を積層する際、勘合手段が単位素子を互いに固定するために、単位素子のずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。また積層する単位素子の勘合が向上することにより、単位素子を多数積層する熱交換器の量産工程において、位置ずれが発生しにくいので量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項19記載の発明は、勘合手段として、単位素子の一方面の遮蔽リブおよび間隔リブまたは少なくとも片方に凸部を設け、前記単位素子の他方面の前記遮蔽リブおよび前記間隔リブまたは少なくとも片方に凹部を設け、前記単位素子を積層した時に、前記凸部と前記凹部が勘合するようにしたものであり、単位素子を積層する際、勘合手段が単位素子を互いに固定するために、単位素子のずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。また積層する単位素子の勘合が向上することにより、単位素子を多数積層する熱交換器の量産工程において、位置ずれが発生しにくいので量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項20記載の発明は、勘合手段として、単位素子の一方面の遮蔽リブおよび間隔リブまたは少なくとも片方に凸部と凹部を設け、前記単位素子の他方面の前記遮蔽リブおよび前記間隔リブまたは少なくとも片方に凹部と凸部を設け、前記単位素子を積層した時に、前記凸部と前記凹部が勘合するようにしたものであり、単位素子を積層する際、勘合手段が単位素子を互いに固定するために、単位素子のずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。また積層する単位素子の勘合が向上することにより、単位素子を多数積層する熱交換器の量産工程において、位置ずれが発生しにくいので量産性を向上することができる。
また、本発明の請求項21記載の発明は、単位素子にカシメ手段を設けたものであり、単位素子を複数積層した熱交換器において、カシメ手段が単位素子を固定化するために、単位素子のずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。また熱交換器の量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。また間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いず熱交換器を固定化して量産することができるために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板の有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
また、本発明の請求項22記載の発明は、カシメ手段として、単位素子の樹脂部に棒芯が通る貫通部を設け、前記単位素子と仕切板または前記単位素子のみを複数積層した状態で、前記貫通部に前記棒芯を通してカシメることにより、前記単位素子と前記仕切板または前記単位素子が固定化されるように構成したものであり、単位素子およ仕切板または単位素子のみを複数積層した熱交換器において、カシメ手段が単位素子を固定化するために、単位素子のずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。また熱交換器の量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。また間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いず熱交換器を固定化して量産することができるために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板の有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面の有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
また、本発明の請求項23記載の発明は、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面を介して直交また斜交するように流通したものであり、二種の気流が伝熱面を介して直交また斜交するような構造の熱交換器は、通風路を真直ぐにすることができるので通風抵抗を低減することができ、更に、この熱交換器の間隔リブは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上に配することができるので、伝熱板に対する間隔リブの面積比率を小さくすることができるために通風路の有効面積が大きくなり、熱交換効率を変えずに通風抵抗を低減することができる。
また、本発明の請求項24記載の発明は、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面を介して流入口および吐出口近傍では直交また斜交するように流通し、中央部では対向するように流通したものであり、このような二種の気流が流通する構造の熱交換器は、流入口および吐出口近傍では通風路Aを流通する一次気流Aと通風路Bを流通する二次気流Bが直交また斜交するように熱交換し、中央部では通風路Aを流通する一次気流Aと通風路Bを流通する二次気流Bが対向するように熱交換する構造のために、同等伝熱面積を有する直交または斜交する通風路のみで構成される熱交換器よりも熱交換効率を向上することができる。
(実施の形態1)
図1は熱交換器の概略斜視図、図2は単位素子の概略斜視図、図3は熱交換器の概略分解斜視図、図4は熱交換器の概略量産工程図である。
図1、図2および図3に示すように、熱交換器1aは単位素子2aと仕切板3aを交互に積層することにより構成され、単位素子2aと仕切板3aにより伝熱面4aと、伝熱面4aの表裏に気流の通風路5a、5bとが形成され、通風路5aを流通する一次気流Aおよび通風路5bを流通する二次気流Bは伝熱面4aを介して熱交換を行う。
仕切板3aおよび伝熱板6aは、平面形状が略方形をなし、厚さは0.2〜0.1mm、好ましくは0.1〜0.01mmの伝熱性と透湿性を有する和紙、防燃紙、または伝熱性と透湿性と気体遮蔽性を有する特殊加工紙などである。
図2の単位素子2aは、伝熱板6a表面の一方に伝熱面4a、通風路5a、遮蔽リブ7a、間隔リブ8a、気流の流入口9aおよび吐出口10aを備え、伝熱板6a表面の他方に伝熱面4a、通風路5b、遮蔽リブ7b、間隔リブ8b、気流の流入口9bおよび吐出口10bを備え、伝熱板6aの表裏の遮蔽リブ7aおよび間隔リブ8aと遮蔽リブ7bおよび間隔リブ8bとが伝熱板6aを間に挟むように、微細に発泡された樹脂にて一体成形して得られる。伝熱板6a表面の一方において、遮蔽リブ7aは伝熱板6aの向かい合う一組の両端に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成され、間隔リブ8aは遮蔽リブ7aと平行に例えば凸高さ2mm、幅1mmに所定間隔で複数本形成される。伝熱面4aと通風路5aは伝熱板6aと遮蔽リブ7aと間隔リブ8aにより形成され、気流の流入口9aおよび吐出口10aは通風路5aの両端に形成される。伝熱板6a表面の他方において、遮蔽リブ7bは遮蔽リブ7aと直交する伝熱板6aの両端に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成され、間隔リブ8bは遮蔽リブ7bと平行に例えば凸高さ2mm、幅1mmに所定間隔で複数本形成される。伝熱面4aと通風路5bは伝熱板6aと遮蔽リブ7bと間隔リブ8bにより形成され、気流の流入口9bおよび吐出口10bは通風路5bの両端に形成される。
遮蔽リブ7a、7bは熱交換器1aの通風路5aを流通する一次気流Aおよび通風路5bを流通する二次気流Bが熱交換器1aの端面から気流が漏れないように遮蔽する働きと、単位素子2aと仕切板3aを交互に積層した時に、伝熱面4aを一定の間隔に保持する働きがある。
なお遮蔽リブ7a、7bは熱交換器1aの伝熱面4aを一定容積内で広く取るために、略方形の対向する一対の外周縁部に備える構成としたが、成形加工や成形後の切断性などの量産性を配慮して適宜決定する。
間隔リブ8a、8bは単位素子2aと仕切板3aを交互に積層した時に、伝熱面4aを一定の間隔に保持する働きと、伝熱板6aと遮蔽リブ7a、7bと間隔リブ8a、8bとで通風路5a、5bを形成する働きがある。本実施の形態では、遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bの凸高さを2mmとしたので、伝熱面4aは2mm毎に積層される。
図4に熱交換器1aの製造工程を示す。切断工程11は伝熱板6aを所定の大きさに切断する。次の成形工程12は伝熱板6aを射出成形機に挿入して樹脂にて一体成形するインモールド工法で単位素子2aが得られる。この樹脂としては熱可塑性樹脂を適用し、樹脂の種類としてポリスチレン系のABS、AS、PS、またはポリオレフィン系のPP、PEなどが用いられる。成形工程12において、射出成形機の溶融樹脂に、物理発泡剤として高圧流体のガスを注入して、金型内で射出成形して得られた単位素子2aの樹脂は、ガス・インジェクション法や化学発泡剤による発泡法などの一般の発泡成形よりも、発泡体の直径が小さく、数密度が高く、微細に発泡成形される。また、超臨界流体を発生される超臨界流体発生装置でガスを超臨界状態にし、このガスを射出成形機の溶融樹脂に注入して、金型内で射出成形して得られた単位素子2aの樹脂は、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上し、樹脂の成形性が向上すると共に、微細に発泡成形することができる。ガスとしては、不燃性ガスを用い、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのいずれかを用いる。微細に発泡成形された単位素子2aの樹脂は、発砲した発泡体の直径を100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは50〜1μmにすることができ、発泡体の直径が100〜150μm以上のガス・インジェクション法や化学発泡剤による発泡法などの一般の発泡成形よりも、発泡体の直径が小さく、数密度が高く、微細に発泡成形される。また、微細に発泡成形した樹脂の表面は微細な凹凸ができ、樹脂と伝熱板6aを一体成形した際、伝熱板6aの表面に樹脂の微細な凹凸が絡みつき、伝熱板6aと樹脂との接着性が向上する。
次の切断工程11aは仕切3aを所定の大きさに切断する。
次の接着工程13は単位素子2aの上面に仕切板3aを置き、更に上から圧力をかけながら接着手段を用いて単位素子2aと仕切板3aをプレス接着する。接着手段としては、加熱したヒーターブロックを用いた熱溶着、または超音波振動を用いた超音波接着などが挙げられる。単位素子2aは熱可塑性樹脂で構成されているために、加熱したヒーターブロックまたは超音波振動などを単位素子2aの樹脂表面に接触させると樹脂表面が溶融し、樹脂の表面温度が下がると上面に置かれた仕切板3aとプレス接着される。仕切板3aと接着させる単位素子2aの場所は、遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bまたは遮蔽リブ7a、7bであり、単位素子2aの遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bと仕切板3aとが重なることにより構成される通風路5a、5bは、接着手段により単位素子2aの遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bまたは遮蔽リブ7a、7bと仕切板3aが接着されることにより、一次気流Aと二次気流Bの通風路5a、5bがそれぞれ独立するように遮蔽されるために、気流の漏れを防止することができる。
次の積層工程14は単位素子2aと仕切板3aを接着手段により接着したものを一段ごとに積層することにより熱交換器1aを得る。単位素子2aと仕切板3aを接着手段により接着したものを一段ごとに積層する際、接着工程13で単位素子2aと仕切板3aを接着していない面の単位素子2aに、加熱したヒーターブロックを用いた熱溶着または超音波振動を用いた超音波接着などの接着手段を用いて樹脂表面を溶融させてから積層することにより、単位素子2aと仕切板3aのそれぞれが接着固定化された熱交換器1aが得られる。
上記構成により、熱交換器1aの通風路5aに一次気流Aおよび通風路5bに二次気流Bを通風すると、一次気流Aと二次気流Bはそれぞれが直交するように伝熱面4aを介して温度と湿度を熱交換する。
熱交換器1aを構成する単位素子2aの樹脂が微細に発泡成形されるため、中空部分ができるので、熱交換器1aを軽量化することができる。
また伝熱板6aと樹脂を一体成形して得られた樹脂成形品の単位素子2aは、樹脂成形品の肉厚を薄くした場合において、内部の空隙を構成する発泡体の径が微細なため、樹脂成形品の肉厚に対する発泡体の径の比が小さくなり、樹脂成形品内部での最小肉厚を大きくなることができ、樹脂成形品の薄肉化が可能になり、軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる。
また樹脂を発泡成形することと、前記薄肉化により使用樹脂量が減るため、樹脂成形品の単位素子2aで構成された熱交換器1aは材料コストを低減することができる。
また発泡成形により単位素子2aの樹脂内部を発泡することで、射出圧力による内部ストレスが生じにくいことと、発泡した空隙が収縮を吸収する働きをして、樹脂成形品の成形後のひけが生じにくいことから、ガラス繊維や炭素繊維などの無機充填材を樹脂に充填しなくても樹脂成形品取り出し後の変形、反り、収縮が起こりにくいため、樹脂と伝熱板6aを一体で成形しても、成形後に樹脂成形品の単位素子2aが収縮することによる伝熱板6aのたわみが起こらないため、一次気流Aと二次気流Bは平坦な通風路5a、5bを流通することができるので、通風抵抗を低減することができる。
また無機充填材を樹脂に充填しなくても樹脂成形品の単位素子2aは寸法精度や強度が得られるため、材料コストを低減することができ、また樹脂成形品取り出し後の変形を防止することや溶融樹脂の流動性低下を防止することによって、樹脂成形性が向上するので量産性を向上することができる。
また熱交換器1aは樹脂成形品の単位素子2aを複数積層した構成のため、樹脂が熱交換器1aの強度を保つ役割を担い、熱交換機能を発揮する伝熱面4aの厚みを非常に薄くすることができ、熱伝達が良くなり顕熱交換効率を向上することができ、且つ水蒸気の透過抵抗が小さくなり潜熱交換効率を向上することができるなど、熱交換器の基本的性能を向上することができる。
また単位素子2aの樹脂が微細に発泡成形されるために表面に微細な凹凸ができ、樹脂と伝熱板6aを一体成形した際、伝熱板6aの表面に樹脂の微細な凹凸が絡みつき、伝熱板6aと樹脂との接着性が向上するために、単位素子2aにおける伝熱板6aの剥がれが起こらず、伝熱板6aと樹脂で構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路5a、5bがそれぞれ混ざらないように遮蔽されるため、気流の漏れを防止することができる。
また成形工程12において、射出成形機の溶融樹脂に、物理発泡剤として高圧流体のガスを注入して、金型内で射出成形して得られた単位素子2aの樹脂は微細に発砲成形され、発泡体の直径は100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは50〜1μmにすることができ、ガス・インジェクション法や化学発泡剤による発泡法などの一般の発泡成形の発泡体は、100〜150μm以上の大きな直径であり、樹脂成形品の肉厚を薄くすると樹脂成形品の強度が低下するので肉厚を薄くできないが、従来の発泡成形より発泡体の直径が小さく、数密度が高く、微細に発泡成形することができるため、樹脂成形品の肉厚を薄くした場合において、内部の空隙を構成する発泡体の径が従来よりも微細にでき、樹脂成形品の肉厚に対する発泡体の径の比が小さくなり、樹脂成形品内部での最小肉厚が大きくなるため、樹脂成形品の薄肉化が可能になり、樹脂成形品の単位素子2aは軽量化と薄肉化を図りつつ強度を保つことができる。
また成形工程12において、超臨界流体を発生される超臨界流体発生装置でガスを超臨界状態にし、このガスを射出成形機の溶融樹脂に注入して、金型内で射出成形して得られた単位素子2aの樹脂は、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上して成形サイクルが短縮するので、成形性が向上して量産性を向上することができる。またガスを超臨界状態にすることにより、溶融樹脂の粘度が低下するため、溶融樹脂の流動性が向上するので、射出圧力と型締圧力を低減することができ、更に樹脂温度や金型温度を低くすることができ、金型内での冷却時間短縮による成形サイクルを短縮することができ、これらの作用で単位素子2aの成形性が向上するために、量産性を更に向上することができる。
またガスとして、窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンのいずれかの不燃性ガスを用いたことにより、微細な発泡体が分散形成された樹脂成形品の単位素子2aは、発泡体内に窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不燃性ガスが封入されているために、樹脂成形品を着火した時、樹脂成形品の着火箇所において、樹脂が溶融して、発泡体に封入していた不燃性ガスが放出され、着火箇所の酸素供給を遮断する働きが起こり、樹脂成形品は着火されず、または着火しても直ぐに鎮火されるために、良好な難燃性を有することができる。また難燃剤に窒素、二酸化炭素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどの不燃性ガスを用いているために、樹脂成形品のリサイクル時や廃却時において燃焼される場合でも、ダイオキシンやハロゲン化水素などの有害物資を発生しないため、環境に配慮した良好な難燃性を有することができる。
また溶融樹脂として、熱可塑性樹脂を用いたことにより、熱可塑性樹脂で構成された単位素子2aの表面を熱または超音波により溶融し、単位素子2aそれぞれを積層接着することにより熱交換器1aを得ることができ、熱交換器1aの量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少するために量産性を向上することができる。
また接着工程13において、単位素子2aの遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bまたは遮蔽リブ7a、7bと仕切板3aとを、加熱したヒーターブロックを用いた熱溶着または超音波振動を用いた超音波接着などの接着手段を用いて接着したために、単位素子2aの遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bと仕切板3aとが重なることにより構成される一次気流Aと二次気流Bの通風路5a、5bは、それぞれ独立するように遮蔽されるために、気流の漏れを防止することができる。
また積層工程14において、単位素子2aと仕切板3aを接着手段により接着したものを一段ごとに積層する際、接着工程13で単位素子2aと仕切板3aを接着していない面の単位素子2aに、加熱したヒーターブロックを用いた熱溶着または超音波振動を用いた超音波接着などの接着手段を用いて樹脂表面を溶融させてから積層することにより、単位素子2aと仕切板3aのそれぞれが接着固定化された熱交換器1aを得ることができ、熱交換器1aの量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。
また間隔リブ8a、8bは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上6aに配することができるので、伝熱板6aに対する間隔リブ8a、8bの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面4aの有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いないために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板6aの有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面4aの有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
また直交流型の熱交換器1aは通風路5a、5bを真直ぐにすることができるので通風抵抗を低減することができ、また間隔リブ8a、8bは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板6a上に配することができるので、伝熱板6aに対する間隔リブ8a、8bの面積比率を小さくすることができるために通風路5a、5bの有効面積が大きくできることが伴って、熱交換効率を変えずに通風抵抗を低減することができる。
また熱交換器1aは伝熱板6aの表裏に遮蔽リブ7a、7bと間隔リブ8a、8bを樹脂にて一体に成形した単位素子2aと、伝熱板6aと同素材の仕切板3aとを交互に積層した構成であり、単位素子2aは一回の成形で2段分成形できるために量産性を向上することができる。
なお、本実施の形態では、仕切板3aおよび伝熱板6aの材料として伝熱性と透湿性を有する紙材を用いて顕熱交換と潜熱交換ができる全熱交換型の熱交換器で説明したが、伝熱性と透湿性を有する伝熱板の材料として透湿性樹脂フィルム、透湿性樹脂フィルムに不織布を重合したものなどを用いても良く、また伝熱性だけを有する伝熱板の材料として非透湿樹脂フィルムを用いても良く、熱交換器の使用環境条件により適宜選択される。
また、単位素子2aは伝熱板6aの表裏に伝熱面4a、通風路5a、5b、遮蔽リブ7a、7b、間隔リブ8a、8b、流入口9a,9bおよび吐出口10a、10bを備え、伝熱板6aの表裏の遮蔽リブ7aおよび間隔リブ8aと遮蔽リブ7bおよび間隔リブ8bとが伝熱板6aを間に挟むように、微細に発泡された樹脂にて一体成形し、この単位素子2aと仕切板3aを交互に積層した略六面体の熱交換器1aを用いて説明したが、伝熱板を間に挟むように、微細に発泡された樹脂にて一体成形することにより、2つの気流がそれぞれ独立して流通できる通風路と伝熱面を備え、前記通風路に一次気流Aおよび二次気流Bを流通することにより、伝熱面を介して熱交換を行う構造であれば、その他の形状の熱交換器および成形工法を用いても同様の作用効果を得ることができる。
また、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面4aを介して直交するような構造の熱交換器で説明したが、一次気流Aと二次気流Bとが伝熱面4aを介して斜交するような構造の熱交換器を用いても同様の作用効果を得ることができる。
(実施の形態2)
実施の形態1と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
成形工程12において、ガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加した樹脂と伝熱板6aとを一体成形して単位素子2aを得る。無機充填剤の添加量は樹脂の重量に対して1〜50重量%、更に好ましくは10〜30重量%であり、樹脂に無機充填剤を添加すると、樹脂成形品の単位素子2aは強度と反りや収縮性の物性が向上することと、一体成形する伝熱板6aとの接着性が向上する。これは化学結合による接着性が向上するのではなく、無機充填剤と伝熱板6aとの繊維の絡まりが強くなった物理結合が向上するものである。
上記構成により、射出成形などを用いて溶融樹脂を金型内で成形して樹脂成形品の単位素子2aを得る時、ガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤が樹脂成形品の熱収縮による変形、反り、収縮を防止するために、樹脂と伝熱板6aを一体で成形しても、成形後に樹脂成形品が収縮することによる伝熱板6aのたわみが起こらないため、一次気流Aと二次気流Bは平坦な通風路5a、5bを流通することができるので、通風抵抗を低減することができる。
また樹脂と伝熱板6aを一体成形した際、伝熱板6aの表面にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤が絡みつき、伝熱板6aと樹脂との接着性が向上するために、単位素子2aにおける伝熱板6aの剥がれが起こらず、伝熱板6aと樹脂で構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路5a、5bがそれぞれ混ざらないように遮蔽されるため、気流の漏れを防止することができる。
また樹脂にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加すると、溶融樹脂の流動性が低下して、射出成形する成形サイクルが遅くなり量産性が低下するが、ガスを超臨界状態にすることにより、ガスは液体でもなく気体でもない状態になり、ものを溶かす溶剤的な性質を持ち、溶融樹脂の粘度を低下させるため、溶融樹脂の流動性が向上するので、ガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加した場合においても成形性が向上するので、樹脂成形品の単位素子2aは量産性を向上することができる。
また微細に発泡成形した樹脂にガラス繊維または炭素繊維の無機充填剤を添加することにより、樹脂成形品の単位素子2aは強度を更に向上することができるので、一定強度を保つ場合、発泡倍率を更に向上させて軽量化することや、樹脂成形品の薄肉化を図ることができる。
(実施の形態3)
図5は熱交換器の概略斜視図、図6は単位素子の概略斜視図、図7は熱交換器の概略分解斜視図である。
なお、実施の形態1あるいは2と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
図5の熱交換器1bは、図6に示した単位素子2bを、図7のように交互に90度ずらしながら複数枚積層接着して形成する。
単位素子2bは単位素子2aと同じ構成であり、遮蔽リブ7aは例えば凸高さ1mm、幅5mmに形成され、間隔リブ8aは遮蔽リブ7aと平行に例えば凸高さ1mm、幅1mmに所定間隔で複数本形成され、遮蔽リブ7bは例えば凸高さ1mm、幅5mmに形成され、間隔リブ8bは遮蔽リブ7bと平行に例えば凸高さ1mm、幅1mmに所定間隔で複数本形成される。
図7に示すように、それぞれの単位素子2bを交互に90度ずらしながら複数枚積層接着する熱交換器1bにおいて、隣合う単位素子2bの遮蔽リブ7aと遮蔽リブ7bおよび間隔リブ8aと間隔リブ8bとが、互に重なり合うようにしたものである。凸高さ1mmの遮蔽リブ7aおよび遮蔽リブ7bが互に重なり合い、また凸高さ1mmの間隔リブ8aおよび間隔リブ8bが互に重なり合うことで、通風路5a、5bの開口高さは2mmとなり、伝熱面4aは2mm毎に積層される。
上記構成により、間隔リブ8a、8bは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板6a上に配することができるので、伝熱板6aに対する間隔リブ8a、8bの面積比率を小さくすることができるために通風路5a、5bの有効面積が大きくなり、熱交換効率を変えずに通風抵抗を低減することができる。
また単位素子2bは伝熱板6aの表裏の遮蔽リブ7aおよび間隔リブ8aと遮蔽リブ7bおよび間隔リブ8bとが伝熱板6aを間に挟むように樹脂にて一体に成形するため、伝熱板6aと単位素子2bの遮蔽リブ7a、7bおよび間隔リブ8a、8bで構成された一次気流Aと二次気流Bの通風路5a、5bは独立するように遮蔽されるために、単位素子2bは気流の漏れを防止することができ、更に遮蔽性の高いそれぞれの単位素子2bを、遮蔽リブ7aと遮蔽リブ7bおよび間隔リブ8aと間隔リブ8bとが互に重なり合うように積層した熱交換器1bも気流の漏れを防止することができる。
(実施の形態4)
図8は熱交換器の概略斜視図、図9は単位素子の概略斜視図である。
なお、実施の形態1、2あるいは3と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
図8の熱交換器1cは、図9に示した単位素子2cと仕切板3aを交互に積層することにより形成する。
図9の単位素子2cは通風路5aを形成する間隔リブを断続的にした断続間隔リブ15aを備え、通風路5bを形成する間隔リブを断続的にした断続間隔リブ15bを備えたものである。
上記構成により、一次気流Aと二次気流Bが流通する通風路5a、5bを構成する間隔リブを断続的にした断続間隔リブ15a、15bを備えることにより、一次気流Aおよび二次気流Bは分岐と合流を繰り返しながら通風路5a、5bを流通するため、境界層が破壊され、伝熱面4aにおける伝熱が促進されることにより、顕熱交換効率や潜熱交換効率などの熱交換効率を向上することができる。
(実施の形態5)
図10は熱交換器の概略斜視図、図11は単位素子の概略斜視図である。
実施の形態1、2、3あるいは4と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
図10の熱交換器1dは、図11に示した単位素子2dと仕切板3aを交互に積層することにより形成する。
図11の単位素子2dは複数積層した時に、隣合う単位素子2dがお互いに勘合する勘合手段を設けた構成とする。勘合手段として、単位素子2dの一方面は、流入口9aおよび吐出口10a近傍の遮蔽リブ7aおよび間隔リブ8aの上面に凸部16を設け、単位素子2dの他方面は遮蔽リブ7bに凹部17を設けた構成とし、単位素子2dを複数積層した時に、隣合う単位素子2dの凸部16と凹部17が勘合するようにする。
上記構成により、単位素子2dを積層する際、勘合手段の凸部16と凹部17がそれぞれの単位素子2dを互いに固定するために、単位素子2dのずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。
また積層する単位素子2dの勘合が向上することにより、単位素子2dを多数積層する熱交換器1dの量産工程において、位置ずれが発生しにくいので量産性を向上することができる。
なお、本実施の形態では、勘合手段として、単位素子2dの一方面は、流入口9aおよび吐出口10a近傍の遮蔽リブ7aおよび間隔リブ8aの上面に凸部16を設け、単位素子2dの他方面は遮蔽リブ7bに凹部17を設けた構成とし、単位素子2dを複数積層した時に、隣合う単位素子2dの凸部16と凹部17が勘合するような構造で説明したが、単位素子に凹部と凸部を設け、積層した隣合う単位素子が互いに凹部と凸部を勘合させるような構造を用いても同様の作用効果を得ることができる。
(実施の形態6)
図12は熱交換器の概略斜視図、図13は単位素子の概略斜視図、図14はカシメ手段の概略斜視図である。
実施の形態1、2、3、4あるいは5と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
図12の熱交換器1eは、図13に示した単位素子2eと仕切板3aを交互に積層することにより形成する。
図13の単位素子2eはカシメ手段を設け、このカシメ手段は単位素子2eを複数積層した熱交換器1eを固定化する構成とする。カシメ手段として、単位素子2eの遮蔽リブ7aと遮蔽リブ7bとが交差する部分に貫通部18を設け、図14に示すように、単位素子2eと仕切板3aを複数積層した状態で、貫通部18に棒芯19を通し、棒芯の上下をカシメることにより、単位素子2eと仕切板3aが固定化されるように構成する。
上記構成により、単位素子2eおよ仕切板3aを複数積層した熱交換器1eにおいて、カシメ手段が単位素子2eを固定化するために、単位素子2eのずれに起因する密封性の低下が防止され、気流の漏れを防止することができる。
また熱交換器1eの量産工程において、濃度管理が難しい接着剤を用いることがなく、工程不良が減少することや、水溶系または溶剤系の接着剤を用いて接着する時よりも乾燥工程と乾燥時間が削減できることにより、量産性を向上することができる。
また間隔リブ8a、8bは、コルゲート加工を応用した熱交換器の波形状の間隔板より広い間隔で伝熱板上6aに配することができるので、伝熱板6aに対する間隔リブ8a、8bの面積比率を小さくすることができるために、水蒸気が透過できる伝熱面4aの有効面積が大きくなり、潜熱交換効率を向上することができ、更に接着剤を用いず熱交換器1eを固定化して量産することができるために、コルゲート加工を応用した熱交換器のように波形状の間隔板の凸状頂点部に塗布した接着剤が頂点部から染み出し、水蒸気が透過できる伝熱板6aの有効面積が減少することがなく、水蒸気が透過できる伝熱面4aの有効面積が更に大きくなり、潜熱交換効率を更に向上することができる。
(実施の形態7)
図15は熱交換器の概略斜視図、図16は単位素子の概略斜視図、図17は熱交換器の概略分解斜視図である。
実施の形態1、2、3、4、5あるいは6と同一部分は同一番号を符し、詳細な説明は省略する。
図15、図16および図17に示すように、熱交換器1fは単位素子2fと仕切板3bを交互に積層することにより構成され、単位素子2fと仕切板3bにより伝熱面4bと、伝熱面4bの表裏に気流の通風路5c、5dとが形成され、通風路5cを流通する一次気流Aおよび通風路5dを流通する二次気流Bは伝熱面4bを介して熱交換を行い、それぞれの通風路5c、5dの流入口9c、9dおよび吐出口10c、10d部分ではお互いが直交または斜交して流れ、中央部分ではお互いが対向する方向に流れる対向流型である。
仕切板3bおよび伝熱板6bは、平面形状が略六角形をなし、厚さは0.2〜0.1mm、好ましくは0.1〜0.01mmの伝熱性と透湿性を有する和紙、防燃紙、または伝熱性と透湿性と気体遮蔽性を有する特殊加工紙などである。
図16の単位素子2fは、伝熱板6b表面の一方に伝熱面4b、通風路5c、遮蔽リブ7c、遮蔽リブ7d、間隔リブ8c、気流の流入口9cおよび吐出口10cを備え、伝熱板6b表面の他方に伝熱面4b、通風路5d、遮蔽リブ7e、遮蔽リブ7f、間隔リブ8d、気流の流入口9dおよび吐出口10dを備え、伝熱板6bの表裏の遮蔽リブ7c、7dおよび間隔リブ8cと遮蔽リブ7e、7fおよび間隔リブ8dとが伝熱板6bを間に挟むように、微細に発泡された樹脂にて一体成形して得られる。伝熱板6b表面の一方において、間隔リブ8cは例えば凸高さ2mm、幅1mmに略S字状で略平行に複数本備え、間隔リブ8cにより略S字状の通風路5cおよび伝熱面4bが形成され、通風路5cの両端に気流の流入口9cおよび吐出口10cが形成される。遮蔽リブ7cは伝熱板6b表面の外周縁部のうち対向流となる通風路5c部分と略平行をなす一対の外周縁部に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成され、遮蔽リブ7dは伝熱板6b表面の外周縁部のうち遮蔽リブ7cと流入口9cと吐出口10c以外に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成される。伝熱板6b表面の他方において、間隔リブ8dは気流の流入口9dおよび吐出口10d近傍では間隔リブ8cと直交または斜交し、中央部では略平行に、例えば凸高さ2mm、幅1mmに略S字状で略平行に複数本備え、間隔リブ8dにより略S字状の通風路5dおよび伝熱面4bが形成され、通風路5dの両端に気流の流入口9dおよび吐出口10dが形成される。遮蔽リブ7eは伝熱板6b表面の外周縁部のうち対向流となる通風路5d部分と略平行をなす一対の外周縁部に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成され、遮蔽リブ7fは伝熱板6b表面の外周縁部のうち遮蔽リブ7eと流入口9dと吐出口10d以外に、例えば凸高さ2mm、幅5mmに形成される。
上記構成により、熱交換器1fは流入口9c、9dおよび吐出口10c、10d近傍では、通風路5cを流通する一次気流Aと通風路5dを流通する二次気流Bが直交また斜交するように熱交換し、中央部では通風路5cを流通する一次気流Aと通風路5dを流通する二次気流Bが対向するように熱交換する構造のために、同等伝熱面積を有する直交または斜交する通風路のみで構成される熱交換器よりも熱交換効率を向上することができる。
なお、本実施の形態では 伝熱板6bと樹脂を一体成形して得られた単位素子2fと仕切板3bとを交互に積層した略八面体の熱交換器1fを用いて説明したが、2つの気流がそれぞれ独立して通風路を流れ、流入口および吐出口近傍では直交または斜交するように流れ、中央部では対向するように流れ、伝熱面を介して熱交換が行える対向流型熱交換器であれば、その他の形状の熱交換器を用いても同様の作用効果を得ることができる。