JP2007508521A - 熱交換ラミネート - Google Patents

Abstract

熱交換ラミネートは、開成構造を有する液体保持層で少なくとも部分的に覆われ、形成可能な支持層を有している。このような２層のラミネートを形成することによって、液体保持層の特別な配置のような所望の特性が、形成の前に、熱交換ラミネートに与えられることができる。次に、このラミネートは、熱交換器に組み込まれるように、知られた製造手順によって所望の形状に便利に形成されることができる。このラミネートは、気化点若しくは気化点近くで動作する第２の流体に液体を気化させることによって、第１の流体を冷却するのに使用されることができる。

Description

本発明は、熱交換器のためのラミネートに関する。より詳細には、本発明は、気化形式の熱交換器に使用されるための、液体保持層を有するラミネートに関する。本発明は、また、このようなラミネートで形成された熱交換器と、このような熱交換器を製造する方法とに関する。

液体の気化と組合わされた熱交換が望ましい場合が多くある。このような状況の１つが、乾燥した空気の加湿である。空気は、熱せられると、湿気をもたらそうとする性質が高まり、かくして、さらなる湿気が加えられない場合、空気の相対湿度は減じられる。寒冷期には、ビルに暖かい空気を供給する暖房装置は、相対湿度のこのような減少を補償するために、ある種の加湿を必要とし得る。一般に、５０％未満の相対湿度は、望ましくないと考えられている。湿度を上げる１つの方法は、空気処理ユニット内の多孔性の媒体に水を供給することである。この媒体を通過した暖かい空気は、更なる水分を吸収して、この水分をビル内に送ることができる。その際に、多孔性の媒体とこの媒体の支持体とからの熱交換も生じる。加湿装置が、独立して設けられても良いし、ヒーター、熱回収装置、ヒートポンプ、エアコン、並びに後述されているような露点冷却器と組合わされても良い。

液体の気化と組合わされた熱交換が望ましい他の状況は、気化形式の冷却器である。気化形式の熱交換の原則は、種々の伝統的な形態で何世紀にも渡って使用されてきた。一般に、熱交換プレートの一面に液体を供給して、この一面全体に渡ってガス、例えば空気を通過させることによって、この面からの液体の気化は、起こり得る。蒸気への液体の気化には、かなりの熱、即ち、気化の潜熱を加える必要がある。この熱は、熱交換プレートによって供給されることができ、その際、このプレートを冷却する役割を果たすであろう。以下では、水、空気、並びに水蒸気と協力する気化形式の冷却器が参照されているが、この原則が、一般に、他の熱交換媒体に同様に適用可能であることは理解されるであろう。

気化形式の熱交換器の特定の形態は、露点冷却器として知られている。露点冷却器は、発生された空気流の温度を、できるだけ露点温度近くに下げようとする。所定の絶対湿度がある空気に対しては、露点は、空気が１００％の相対湿度に達した温度であり、この温度で、空気は飽和状態になり、かくして、更なる湿気を吸収することができなくなる。熱は、所定量の液体を他の動作空気流中に気化させることによって、生成された空気流から除去される。このような処理は、理論上、非常に効果的であり、通常の冷凍サイクルの場合のように、コンプレッサーを必要としない。このようなサイクルを実現するために、多くの試みがなされたが、実際に考慮されたものは、露点をほとんどの温度範囲に近づけるのに大きな問題をもたらしている。以下では、露点冷却器という用語が、飽和点若しくは飽和点近くで動作する動作流体中に液体を気化させるように、熱伝達によって流体の初期の露点若しくはこの露点近くに流体を冷却する装置を参照するために使用されている。

露点冷却器の１つの知られた形態では、逆流で動作し、発生された空気流の一部を動作空気流として使用する。簡単に言うと、空気は、熱交換部材の第１の側面全体に渡って流れ、部材に対する熱交換によって冷却される。空気の一部は、熱交換部材の第２の側面全体に渡って後方に導かれる。熱交換部材の第２の側面には、水が与えられ、熱交換部材から水への熱伝達が、水を動作空気流中に気化させる。動作流体中に水を気化させるには、水の気化の潜熱に対応した実質的な熱を与える必要がある。このタイプの装置は、Gerchuniらによる米国特許第４９７６１１３Ａ号で知られている。Maisotsenkoらによる米国特許第６５８１４０２号で知られた他の装置は、流れが横切る構造の露点冷却器の他の配置を説明している。これら両方の開示内容は、本明細書の全体に参照によって組み込まれる。

このような冷却器の湿った第２の側面への液体の供給は、露点近くへの適切な冷却を実現するのに不可欠であると信じられている。知られた冷却器は、従来、多孔性の水吸収層で湿質側を完全に覆っている。第１の側面を出た空気が、第２の湿質側面を横切って戻ったときに露点であった場合、この空気は、既に飽和状態にあるので、最初は、更なる湿気を吸収することができない。この時だけ、更なる湿気が、対応した潜熱の伝達で吸収され得る。しかし、湿質側面に設けられた分厚い多孔性の層の存在によって、熱交換部材から空気への直接的な熱伝達は抑制される。このため、知られた冷却器は、周囲空気の湿球温度以下に、ほとんど下がらない。理論に縛られることを望まないながらも、出願人は、露点への成功した冷却が、徐々に増えて繰り返される交互の熱伝達によって、続いて潜熱伝達によって、このタイプの装置で唯一実現され得ると信じている。このような方法で、空気は、所定量の水を吸収する度に飽和線に戻り、更なる水が吸収され得る前に、直接的な熱伝達によって再び温められなければならない。

また、効果的な冷却を実現するために、湿質側の材料面の水活性は高くなくてはならず、従って、容易に水分を放し得ると信じられている。水活性は、水を放す材料の傾向と水自体の傾向とのバランス(ratio)によって規定される。かくして、１の水活性を有した表面は、この表面を横切る空気流中への気化によって、表面の全ての水を容易に放す。一方、０の水活性を有する表面は、同じ状況のもとで、少しの水も放さない。以下では、水活性の参照が、水の代わりに使用される他の液体の同様の活性にも適用されるように意図されている。アルミニウムのような滑らかな金属面は、高い水活性を有し、かくして、容易に水を放す。しかし、残念なことに、このような金属面は、水を保持するのに良好ではなく、気化に対する水の効果的な緩衝を与えることができない。

この点で、露点冷却器は、定期的な注水の間に、湿質側に与えられた水を保持若しくは緩衝するのに効果的であることに注意すべきである。露点冷却器の湿質側が注水された場合、動作空気流中の過剰な水の存在によって、温度は、露点から湿球温度に上昇される。これは、過剰な水が、熱交換壁からの気化ではなく、空気流内の水滴の気化によって、動作空気流の断熱冷却を果たすためである。注水された水が、表面によって捕らえられ、過剰な水が排出されると、温度は、露点に再び戻ることができる。表面によって捕らえられた水は、露点冷却器が、次の注水までの所定の時間の間、動作し続けるのに十分でなければならない。かくして、理想的な液体保持層は、十分な量の液体を保持若しくは緩衝することができ、しかし、気化に対して液体を再び容易に放すべきである。

ドイツ特許第１０１８７３５号から知られた装置がある。この装置の内容は、本明細書の全体に参照によって組み込まれる。この装置では、ポルトランドセメント(Portland cement)の層が、熱交換器のフィンを覆うのに使用されている。このような層は、開成構造の結果として、優れた水の活性および水の緩衝の特徴を有することが判っているが、これにも関わらず、ある欠点を示している。ある欠点とは、比較的重いことと、特に、このような層が上に形成された支持層が、衝撃を受けるか折り曲げられた場合に、剥離および粉化(powdering)の影響を受けやすいことと、きれいな製造環境に適用されることが不便であることである。特に、セメントのコーテングは、形成された製品に適用されなければならず、これは、一度コーテングされると、熱交換器を形成している材料は、もはや形成されることができないためである。複雑な形状部に所望の厚さの層を適用することは、難しく、従来のセメントコーテングが、望ましくない厚さの変形例を示していることは判っている。

本発明に従えば、開成構造体を有する可撓性の液体保持層で少なくとも部分的に覆われた形成可能な支持層を有する改良の熱交換ラミネートが、与えられている。使用時に、熱交換媒体が、液体保持層の開成構造によって支持層と直接接触することができる。２つの層からなるこのようなラミネートを形成することによって、液体保持層の空間的配置のような所望の特性は、形成の前に、熱交換ラミネートに与えられることができる。次に、このラミネートは、通常、知られた製造手順によって所望の形状に形成されることができる。開成構造に液体保持層を与えることによって、熱交換器全体に渡って流れる流体媒体に熱と潜熱との両方を伝達するような熱交換の機能が、高められる。開成構造は、液体保持層を形成しているファイバー材のファイバー間にスペースを有することができる。このようなファイバー材は、開成構造を有する織物層若しくは不織物層で形成されることができる。特に、編み若しくは他の編み技術は、かなりの量の液体を緩衝するのに十分な高さを有する開成構造を形成するのに非常に効果的であることは判っている。

ファイバー材は、接着剤若しくは他の同様の方法によって支持層に装着されることができる。好ましくは、接着剤とファイバー材とは、ラミネートを所望の形状に形成する際に、剥離を起こさないようになっているべきである。ラミネートの波形状の形成の場合、例えば、ファイバー材の織物材料の組織を、意図された波形状に整合することが望ましい。さらに、接着剤が使用されているところで、接着剤は、支持層若しくは液体保持層の特性を向上するように選択されることができる。かくして、接着剤は、保水性又は熱伝導性、若しくはこれら両方を有するように選択されることができ、かくして、これら層のどちらか一方の部分を形成すると考えられることができる。接着剤は、ラミネート処理の前若しくは間に支持層の両側に与えられることができる。支持層の第１の側面に与えられた接着剤は、液体保持層を取着する役割を果たすことができる。一方、第２の側面に与えられた接着剤は、形成されたラミネートを、膜のような更なる熱交換部材、若しくは筒部を形成するようにラミネート自体に取着する役割を果たすことができる。好ましくは、支持層の第２の側面に与えられた接着剤は、少なくとも熱活性接着剤である。

本発明の特別な好ましい実施形態に従えば、適切なファイバー材は、ポリエステルファイバーとビスコースファイバーとの混合物で形成されることができる。代わりに、ポリアミドがコーテングされたポリエステル系ファイバーが使用されることもできる。露点冷却器の水の使用に対しては、これらファイバーは、優れた保水性と高い水活性との両方を有することが判っており、断続的な水の供給を可能にするように、水の十分な緩衝を保持することができる。好ましくは、これらファイバーは、１０ミクロンないし４０ミクロン、最も好ましくは約３０ミクロンの直径を有するべきである。

本発明の他の実施形態において、前記熱交換ラミネートは、支持層の覆われたエリア並びに覆われていないエリアを、更に若しくは代わりに有することができる。その形態は、液体保持層のバンド若しくはリブ、次に、覆われていない支持層のバンドの繰り返しのパターンである。覆われたエリアは、上述されたファイバー材で覆われても良いし、他の液体保持材料で覆われても良い。理想的には、水との使用に対して、このような材料は、水が必要に応じて容易に放されるように、高い水活性を有するべきである。好ましくは、水は、面の張力効果によって主に保持されるべきである。代わりに、加湿性と親水性との効果が弱い材料が、例えば、ポリウレタンのようなコーテング剤の形態で使用されることもできる。このようなコーテング剤は、ペイント、スプレー、プリント、トランスファー等を含んだ様々な異なる方法で支持層にもたらされることができる。もちろん、水以外の気化性媒体、若しくは空気以外のガスとの使用に対しては、他の材料が選択されることもできる。

本発明の好ましい実施形態において、前記支持層は、ソフトでアニール処理されたアルミニウムで形成されている。このアルミニウムは、３０ないし１５０ミクロンの厚さを有するフォイルの形態であり得る。より好ましくは、このフォイルは、５０ないし１００ミクロンの厚さを有し、理想的には約７０ミクロンの厚さを有する。このようなアルミニウムの主な効果の１つは、比較的安価で、形成が非常に容易であることである。また、このようなアルミニウムは、極めて軽量でありながら構造的に非常に丈夫である。銅が使用されることもできるが、幾らか重い。他の金属が、価格や重量を考慮し、かつ意図される使用のエリアに応じて、検討されることもできる。金属、例えばアルミニウムのような良好な熱伝導体の使用は、ラミネートが、ラミネートの面に熱を伝導する必要のある場合に、非常に重要である。これは、ラミネートが、第１の流体流を第２の流体流から分離させている膜の第１の側面に装着されるためのフィンに形成されている場合であり得る。このような場合においては、これらフィンは、熱交換器の第１の側面の表面積を効果的に広げる役割を果たしている。更なるフィンが、また、前記膜の第２の側面に与えられることができる。これら更なるフィンは、所望に応じて、本発明に従ったラミネートで形成されることができる。アルミニウムが支持層として使用された場合、接着の使用には、プライマーを必要とし得る。プライマーは、また、接着が困難な他の材料に必要とされ得る。

ラミネートの面の熱伝導が意図されていない、若しくは防止されている場合、支持層は、貧弱な熱伝導体で形成されることができる。これは、ラミネートが、第１の流体流を第２の流体流から分離させている膜として形成され、熱を第１の流体流から第２の流体流に伝達するように単に意図された場合であり得る。この場合、支持層は、成形可能なプラスチック材料で、熱成形、熱硬化、硬化、若しくは、永久又は半永久的な変形をもたらす他の方法によって成形されることができる。

好ましくは、上述したラミネートの全てに対しては、液体保持層は、支持層への良好な熱伝達を確実にするように比較的薄いはずである。理想的には、液体保持層の平均厚さは、５０ミクロン未満であるべきだと信じられている。この厚さは、好ましくは、２０ミクロン未満であり、より好ましくは、１０ミクロン未満である。液体保持層の厚さにおいて、層の覆われたエリアと、覆われていないエリア、即ち開成構造との配置を考慮した平均厚さが、参照されている。かくして、５０％のスペース比に対するカバーと４０ミクロンの厚さとを有する液体保持層は、２０ミクロンの平均厚さを有すると考えられる。液体保持材料が、ファイバーからなる開成構造をさらに有している場合、層の平均厚さは、これに比例して、２０ミクロン未満である。

本発明の更なる態様に従えば、このような熱交換ラミネートで形成された熱交換部材が、さらに与えられる。このような熱交換ラミネートは、一連の細長いフィンを形成するような波形形状であり得る。これらフィンは、表面積を増加させる部材として、熱交換膜に取着されても良いし、自身が、露点冷却器のような熱交換器内を通る流体流を規定するチャネル、若しくは膜を形成するのに使用されても良い。これらフィンが、表面積を増加させる部材として、熱交換幕に習作された場合、これらフィンには、複数のルーバがさらに設けられることができる。これらルーバの使用が、第１の面にのみ液体保持層が与えられた支持層の場合に、非常に効果的であることは判っている。

使用時に、前記ルーバは、第１の面から第２の面に、若しくはこの逆に、流体フローを案内するように機能することができる。第２の面は、液体保持層によって覆われていないので、支持層から流体への直接的な熱伝達が、高められる。流体が熱交換ラミネートの両側を横切って交互に流れるような場合、液体保持層を支持層の両面に配置することによって、開成構造の比と、水保持層の効果的な平均厚さとの決定の一部を果たすことができる。

このラミネートの特定の効果に従えば、熱交換部材は、支持層の両面に開成構造の液体保持層を有する熱交換ラミネートを有することができる。このような熱交換部材は、気化タイプの熱交換器若しくは露点冷却器での使用に非常に融通が利く。開成構造のために、ラミネートの両側面は、水の供給とフロー方向とに応じて、湿質側面若しくは乾質側面の機能を果たすことができる。これは、例えば寒冷期に、露点冷却器を熱回収部材として使用することを可能にし、また、入ってくる空気流への加湿を可能にする。このような状況において、本発明に従ったラミネートの特定の効果は、このような熱回収部材の冷却側面での凝縮によって発生される水を保持並びに送る水保持層の特性にある。従来、このような水は、熱交換部材を詰まらせ、若しくは制限させ得る液滴として生成されるように意図されていた。本発明に従った液体保持層の存在は、錫フィルムが水を保持し、かくして熱伝達が最適にされ、一方、過剰な水が排出されることを確実にしている。回収された水は、次に、加湿処理のために、加熱側面に供給されることができる。

本発明の更なる態様に従えば、熱交換部材を製造する方法が、与えられている。この方法は、可撓性の液体保持層で少なくとも部分的に覆われ、形成可能な支持層を有する熱交換ラミネートを与えることと、このラミネートを熱交換部材に形成することとを有する。最初にラミネートを与え、次にこのラミネートを所望の形状に形成することによって、液体保持層の所望の構造を得ることが可能である。熱交換器が複雑な形状に形成されると、効果的並びに制御可能な方法で液体保持層を取着することは難しい。

このラミネートは、複数の細長いフィンで形成されることが好ましい。支持層が、例えばアルミニウムのような金属で形成された場合、これらフィンは、ロール成形機によって容易に成形されることができる。この成形処理は、フィン中若しくはフィンを貫通したルーバを形成する工程を有することができる。これらフィンは、様々な境界層を破断することによって熱伝達をさらに高めるのを助け、また、流れをプレートの一側から他側へと方向付ける役割を果たすことができる。凹み部、隆起部、溝部等を含む、流れを破断する他の手段が、形成されることもできる。これらフィン、ルーバ、並びに他の破断手段を効果的に形成し得るために、支持層と液体保持層とが、望ましくない剥離やラミネートの一体性に対する他の障害を防止するために、良好に一緒に接着されることが重要である。前記ルーバが、ラミネートを貫通して形成される場合、この形成は、支持層又は液体保持層、若しくはこれら両方を切欠することを有することもできる。

この方法の好ましい実施形態において、ラミネートは、熱を伝達するための膜の第１の面に取着されることができる。ラミネートがフィンに波形状に形成される場合、各フィンの基部は、好ましくは接着剤によって膜に取着されることができる。従来の熱交換器は、ソルダリング並びにブレージングの技術によって一般に形成されている。本発明の重要な開発に従えば、接着剤による膜へのフィンの結合は、迅速、安価、並びに軽量の組立てを可能にすることができる。特に、形成並びに結合の前に、ラミネート若しくは膜の一体部分として与えられることができる熱活性接着剤並びに圧力活性接着剤が、好ましい。

本発明の更なる好ましい実施形態に従えば、この方法は、更なるフィンを与えることと、これらフィンを熱伝達のために膜の第２の面に取着することとを更に有している。次に、筒状の構造体が、これの外面に設けられた細長いフィンと、これの内面に設けられた更なるフィンとで形成されることができ、逆の場合も同様に可能である。この筒状の構造体は、類似した２つの膜を一緒に位置し、これら膜を互いに平行したエッジに沿ってシールすることによって形成されることができる。代わって、１つの膜が、筒状の構造体を折り曲げ若しくは丸め、互いにシールされることができる。好ましくは、前記フィンは、一般に、筒状の構造体の軸に整合される。

本発明の実施形態は、添付図面を参照して一例として説明されるであろう。

図１において、個々の層を示した熱交換ラミネート１の一部分が示されている。このラミネート１は、第１の面が全体に渡って、液体保持層(liquid retaining layer)４によって覆われた支持層２を有している。第1の接着剤６が、この支持層と液体保持層との間に与えられている。また、第２の接着剤８が、支持層２の第２の面に与えられている。この実施形態において、第２の接着剤８は、任意に存在するものであって、この接着剤の機能は、より詳細に後述されるであろう。

前記支持層２は、約７０ミクロンの厚さを有しソフトでアニール処理されたアルミニウムで形成されることが好ましい。この材料は、軽量、容易に変形可能、かつ伝導性が良好であるために、非常に効果的であることが判っている。このアルミニウムには、接着剤６，８との適切な接着を確実にするようにプライマー（図示されず）が両面に与えられている。このプライマーは、ＰＶＣをベースにしたプライマーであることが好ましく、ラミネート１に望ましい外観を与えるように着色されることができる。また、例えば腐食に対する保護を与えるように更なるコーテングが、なされることができる。この実施形態ではアルミニウムが示されているが、銅、錫、亜鉛、他の合金、並びにこれらの組み合わせを含む同様の特性を有する他の金属が、使用されることもできる。代わりに、プラスチック、並びにカーボンファイバーとアラミドファイバー(aramide fiber)との複合材料が使用されることもできる。これら材料の選択は、当業者に明らかであり、熱交換器が作動するように意図されている特定の状況で決定される。

前記液体保持層４は、ファイバー状の不織物材料で形成されている。液体保持面が参照されているが、この面が、実際は液体を保持並びに放出する面であることは明瞭に理解される。図１から見て判るように、この層は、前記支持層２が、ファイバー１０間のスペースを通して明瞭に見られ得るように、開成構造を有している。液体保持層を形成するための例示的な材料は、Lantor B.V. in The Netherlansから入手可能な、５０：５０のポリエステルとビスコールとからなる２０ｇ/ｍ^２のポリエステル/ビスコースである。他の例示的な材料は、Colbond N.V. in The NetherlansからColback（登録商標）として入手可能な、ポリアミドがコーテングされた３０ｇ/ｍ^２のポリエステルファイバーである。合成ファイバー並びにウールのような天然ファイバーを含む同様の特性を有する他の材料が、使用されることもできる。必要に応じて、液体保持層は、抗菌性若しくは他の防汚性を与えるようにコーテング若しくは処理されることができる。

図１並びに２において、前記第１の接着剤６は、ラミネート１のエリア全体を覆う薄膜として与えられている。上述されたようなアルミニウム並びにLantor社のファイバーの使用に関して、２つの成分からなるポリウレタン系接着剤の２ミクロンの層が、最良の結果を与えることは判っている。このような薄膜が存在しているとき、支持層への伝熱効果は、無視しても構わない。しかし、個々のファイバー１０のエリアにのみ第１の接着剤６を与えることも可能である。この場合、開成構造の部分を形成することが、また、考慮されることができ、従って、液体と熱との両方の交換媒体が、支持層２と直接接触することができる。これは、支持層２とのラミネートの前に、液体保持層４のファイバー１０を第１の接着剤６でコーテングすることによって得ることができる。

図２は、前記液体保持層４が、次の気化のための所定量の液体をどのように緩衝するのが効果的かをより詳細に示している。図２は、下面に第２の接着層８が与えられた支持層２を示している。液体保持層４の部分を形成している２つのファイバー１０は、第１の接着層６によって支持層の上面に接着されるように図示されている。図２には、また、液滴１２が示されている。この液滴１２は、ファイバー１０によって効果的に保持されており、かくして、ラミネート１が垂直位置に保持された場合でさえも液がたれることが防止される。様々なメカニズムが、液体を保持するためにファイバーの性質を改良するのに使用されることができる。水に対しては、保持機能は、主に、表面張力効果に基づくことが好ましく、これは、表面張力効果が、比較的高い水活性によりなされるからである。

図２において、前記開成構造の範囲が、また、見られ得る。前記ファイバー１０は、距離ｄだけ互いに離間しており、この場合、この距離ｄは、ファイバー１０によって保持された液滴１２の広がりにほぼ対応している。この液滴１２の広がりは、実用上、個々のファイバー１０の形状並びにディメンションと、ファイバー１０、接着剤６、並びに支持層２の表面の性質と、使用される液体１２と、熱交換器中を流れるガスの性質並びに状態とを含んだ様々な要因に依存するであろう。また、前記距離ｄの選択は、ラミネート１から望まれる特性に依存するであろう。水の活動性が最も重要である場合、間隔ｄは、液滴１２の広がりよりも大きく選択されることができる。緩衝能力を高めることが最も重要である場合、間隔ｄは、液滴の広がりよりも実質的に小さく選択されることができる。実際に、２つの成分からなるポリウレタン系接着剤でコーテングされたアルミニウム支持層上への水の使用に対しては、約１００ミクロンの間隔ｄ平均が、望ましい。かくして、前記液体保持層は、例えば比較的乾燥した環境に対しては比較的高い緩衝能力を与えることによって期待された状態に応じて適用されることができる。

図３は、垂直位置にあるラミネート１の他のタイプを示している。同様の部材には、上記と同じ参照符号が付されている。このラミネート１は、第１の面に接着剤６の複数の分離領域が与えられた支持層２を有している。接着剤８が、複数の分離領域の形態で支持層の第２の面に同様に与えられている。この実施形態において、これら接着剤６，８は、自身が、水分保持層を構成している。図２の場合のファイバー間隔と同様に、接着剤の分離領域は、互いに距離ｄほど互いに離間している。しかし、この場合、距離ｄは、小さな緩衝能力であるが高い水の活動性をもたらすように、液滴１２のディメンションよりも実質的に小さいことが見て判る。スプレー、トランスファー、並びにプリントを含んだ、接着性の液体保持層を形成する様々な異なる方法が、可能である。好ましい方法で、インクジェットプリント技術を使用している。明らかに、前記分離領域は、望ましい形状で与えられることができ、また、望ましいパターンで配置されることができる。所定の分離領域が参照されているが、所望の開成構造を与え、相互結合された領域が使用されることもできる。さらに、接着剤が説明されているが、支持層の面の他の構造若しくは突出部が、同様の保水機能を与えることができる。同様の効果は、支持層の表面処理、例えば、面の上層のところに液体保持部材を形成するようなエッチング等によって、得られる。

驚くべきことに、図３の接着剤６，８若しくは図１並びに２のファイバー１０のような突出部の高さが、保持される水の量を決定するのに十分であることは判っている。液体保持層４の材料を形成するための編み技術を使用することによって、この編み方法が開成構造を減じることなく層の高さ若しくは厚さを増加させることを最適にした場合、緩衝能力の向上が、果たされ得る。

図４は、熱交換部材１４に形成され、かつ図１に従った熱交換ラミネート１の一部分を示している。この熱交換部材１４は、第１の上面に液体保持層４を有する一連のフィン１６を備えている。これらフィン１６の各々には、ラミネート１を貫通した細長いスロットの形態の複数のルーバ１８が設けられている（第１のフィンのルーバのみが図示されている）。これらルーバ１８は、グループをなして配置されている。第１のグループ２０は、流れを面の中に方向付ける役割を果たし、一方、第２のグループ２２は、流れを面から外に方向付けている。かくして、矢印Ａの方向へと熱交換部材１４に沿って流れる空気は、下方の第２の面へとラミネートを介して方向付けられるであろう。矢印Ｂの方向へと流れる空気は、第２のグループのルーバによって外方へと方向付けられるであろう。このようにして、空気は、第１の面、次に第２の面を横切って交互に流れる。第１の面で、空気は、気化による水分を液体保持層から受けることができ、第２の面で、空気は、空気の温度を上げるように直接的な熱エネルギーを受けることができる。

前記熱交換部材１４の面間の直接的な流れの機能に加え、前記ルーバ１８は、また、面に沿う空気の流れとして形成され得る境界層を破断(break up)する役割も果たしている。他の破断部材が、さらに与えられても良いし、ルーバ１８の代わりに与えられても良い。図２に示された実施形態に従った熱交換ラミネート１において、保水部材が、境界層を破断するようにさらにデザインされ得ることに注意すべきである。さらに、図４のフィン１６は、真っ直ぐであるが、湾曲若しくはジグザグ形状のフィンが形成されることもできる。これらフィンの形状は、フィンが方向を変える度に乱流が発生されるため、フィンに沿って流れるように形成される境界層を破断するのに効果的であると信じられている。正方形、台形、長方形、ベル形、正弦波形状を含む様々な断面形状が、また、フィンにとって可能である。正確な形状は、様々な要因に依存し、これら要因の一つは、曲げに抵抗するような液体保持層４の性質であり得る。

前記ルーバ１８に加えて、前記熱交換部材１４には、伝導性の複数のブリッジ２４が設けられている。これらブリッジ２４は、フィン１６のほぼ全高さに渡ってラミネート１を貫通した切欠形状である。これらブリッジは、熱交換部材１４に沿った空気流方向への望ましくない熱輸送を防止する役割を果たしている。

前記熱交換部材１４は、一般の波形形成(corrugation techniques)を使用して形成されることが好ましい。準備されたラミネート１の適切な幅のロールは、単一の経路でフィン１６、ルーバ１８、並びにヒートブリッジ２４を形成し得る１対の起伏ローラによって与えられることができる。これによって出来上がった製品は、更なる処理のために、適切なサイズの熱交換部材１４に切断されることができる。

図５は、図４の熱交換部材１４を使用した可能な構造体２５を示している。図５に従えば、熱交換部材１４は、膜２６の第１の面に取着されている。この膜２６には、第２の熱交換部材２８が膜の第２の面に設けられている。本発明において、この第２の熱交換部材には、熱交換部材１４に類似して成形されたフィン３０が設けられ、またルーバと伝導性のブリッジとが設けられることもできる。第２の熱交換部材２８は、液体保持層を有していないという点で第１の熱交換部材１４と異なっている。前記膜２６は、熱交換器での使用に意図された空気若しくは他の流体をほぼ通さず、第１の流体領域Ｘと第２の流体領域Ｙとを規定する役割を果たしている。構造上の理由のために、膜の好ましい材料は、約７０ミクロンゲージのソフトでアニール処理されたアルミニウムである。

上述されているように、熱交換部材１４を形成している熱交換ラミネート１は、これの第２の面に第２の接着剤８を有することができる。この第２の接着剤８は、ＰＶＣ/ポリアクリレートをベースにした接着剤のようなヒートシール接着剤であることが好ましい。前記膜２６にも、熱交換部材１４に面した面に同様の若しくは互換性のあるヒートシール接着剤が与えられている。従って、膜２６と部材１４との両方が、適切な熱並びに圧力で容易に一緒に結合されることができる。互いに対向した第２の熱交換部材２８と膜２６との面には、また、同様の熱シール接着剤が与えられることができ、同じような方法で一緒に結合されることができる。図５から見て判るように、熱交換部材１４，２６は、フィン１６，３０のトラフ部が、膜２６に接着されるように結合されている。さらに、これらフィン１６，３０は、膜２６を介して互いに直接整合されている。

使用において、前記流体領域Ｘは、気化形式の熱交換器若しくは加湿装置の湿質側域(wet side)として機能することができ、一方、領域Ｙは、乾質側域(dry side)として機能する。ラミネート１のフィン１６は、液体保持層４の所定量の水を捕らえることができる。面を横切って流れる非飽和状態の空気は、ラミネート１から気化した水分を吸収することができる。その際、ラミネート１は、水分損失の気化の潜熱に対応した所定量の熱を失う。平衡状態を保つために、熱が、ラミネート１に与えられなければならない。アルミニウムからなる支持層２に対しては、この供給は、膜２６からラミネートの面へと熱が伝導されて生じる。この熱は、領域Ｙ内の乾性流体が冷却され、熱が第２の熱交換部材２８のフィン３０を通って膜２６へと伝導されることによって、供給されなければならない。フィン１１，３０のアライメントによって、膜２６を介した一方の部材から他方の部材への熱変換が改良されている。

図示された実施形態において、フィン１６の一側にのみ、液体保持層が与えられている。しかし、液体保持層を他面にもまた与えることが可能である。膜２６は、また、例えば、熱交換部材１４に面した第１の面に液体保持層を有する熱交換ラミネート１で形成されることできる。また、第２の熱交換部材２８を形成するために熱交換ラミネート１を使用し、このラミネートの両側に液体保持層を与えることも可能である。本発明の一態様に従った開成構造の好ましい結果として、ラミネートの液体保持側面は、熱交換器の湿質側面若しくは乾質側面として十分に機能することができる。両面に液体保持層が与えられたラミネートに対しては、更なる方法と接着層とが、他の面への結合を確実にするために必要とされ得る。

図示された実施形態において、前記フィン１６，３０は、熱交換器が逆流で動作し得るように、互いに平行に配置されている。露点冷却器(dew-point cooler)としての使用に対しては、膜には、領域Ｙ内の流体の幾らか若しくは全てを、膜を通って領域Ｘへと通すことを可能にするチャネルが設けられることができる。これらチャネルは、膜を貫通したオリフィスの形態であり得る。他の別の配置が、また、横切って流れる動作(cross flow operation)のために、互いに所定の角度をなした２セットのフィンによって可能である。露点冷却器としての横切って流れる動作に対しては、１つ以上のフィン２８間で膜を貫通したオリフィスを与え、これらオリフィスが、領域Ｘのフィン１４間のチャネルの幾らか若しくは全てのためにフィーダーとして機能することが可能であり得る。

図５に従った構造体２５は、多くの異なる方法で、露点冷却器のような熱交換器と一体的であることができる。複数の同様の構造体２５が、交互の流体領域Ｘ，Ｙを形成するように、互いに平行に配置されることができる。明らかに、これら構造体２５が組合わされた場合、２つ以上の領域は、各々が、異なる流体を受けるように規定されることができる。好ましい変形例において、構造体２５は、膜を丸め若しくは折り曲げ、互いにヒートシールすることによって筒状の構造体に形成することができる。従って、領域Ｙは筒状の構造体の内側に位置され、領域Ｘは外側に位置される。

図６は、露点冷却器の部材並びに熱回収部材の構造体にとって特に好ましいことが判っている可能な筒状の構造体３２を示している。この筒状の構造体３２は、上側の長手方向エッジ３４と下側の長手方向エッジ３６とのところで互いに結合された、膜２６を有する１対の構造体２５を備えている。これらエッジ３４，３６を結合するために、様々な方法が使用され得るが、上述されたようなアルミニウム膜２６における好ましい方法は、ヒートシールである。

前記構造体２５は、内側にある第２の熱交換部材２８と、外側にある液体保持層を有する熱交換部材１４とが背中合わせの関係で互いに効果的に接続されている。この配置の逆も可能であるが、液体保持層４を湿らすために筒状の構造体３２の内側に給水装置を必要とする。図６から見て判るように、各膜２６の外面には、小さなギャップによって互いに分離された複数の熱交換部材１４が与えられている。このギャップは、また、熱交換器の流れ方向への熱伝導を最小にするように、伝導性のブリッジとしての役割を果たしている。第２の熱交換器は、同様の方法で位置されている。

また、筒状の構造体３２の内部のための入口延長部３８（部分的に切欠されている）と出口延長部４０とが、図６に示されている。両延長部３８，４０は、熱交換部材のんくぃ、膜２６の部分により形成されている。ウェブ４０が、また、２つの構造体２５間に示されている。このウェブ４０は、構造的な安定性を改善する役割を果たし、流れがこのウェブを通って筒状の構造体３２中に流れるのを可能にするホールを有することができる。

露点冷却器としての使用において、１つ以上のこのような筒状の構造体３２は、前記入口延長部と連通した入口と、出口延長部と連通した出口とを有する適切なハウジング中に位置される。筒状の構造体３２中を通る流れＣは、入口のところに設けられたファンによって起こされ得るが、流れを生じさせる他の手段が使用されることもできる。例えば、流れを制限する機構(flow restriction)を前記出口に設け、筒状の構造体３２の入口延長部と出口延長部との間に接続部を設けることによって、流れＤの一部は、筒状の構造体３２の外側を通って逆流するように再循環されることができる。残りの流れＥは、所望のスペースを冷却するために出口に出る。次に、知られた水供給手段によって液体保持層４に供給される水のような液体は、筒状の構造体３２中の流れＣに必要な冷却を与える再循環フローＤ中に気化するであろう。そして、この再循環フローＤは、前記ハウジング中に設けられた更なる排出口を通って排出されることができる。

熱回収装置としての使用のために、わずかな調節がなされ得る。即ち、前記ハウジングには、更なる入口と、第２のファン、若しくはフローを生じさせる他の装置とが設けられることもできる。どのフローが加熱されるように意図されても、加湿目的のために、適切な液体保持層に水が与えられ得る。熱回収のために、また、本発明に従った液体保持層を有するラミネートを交換器の両側に与え、従って、凝縮が維持されて、逃がされ得ることが好ましい。

図示されていないが、形成された熱交換ラミネート自体は、フィンと不透過性の膜との両者に使用されることができる。かくして、図４に類似するが開口ルーバを有していない１対の熱交換部材は、筒状の構造体を形成するように、図６に示された方法で背中合わせに接続されることができる。

上記の例は本発明の好ましい実施形態を示しているが、様々な他の配置が、添付された請求項によって規定されているような本発明の精神並びに範囲に含まれていると考えられ得ることに注意すべきである。

本発明の一態様に従った熱交換ラミネートの一部分の斜視図である。 水の保持層を示した図１の熱交換ラミネートの詳細な断面図である。 本発明の他の態様に従った他の熱交換ラミネートの斜視図である。 本発明に従った熱交換部材の斜視図である。 図４に従った熱交換ラミネートを使用した構造体の斜視図である。 図４に従った複数の熱交換部材を有する筒状の構造体の斜視図である。

Claims (26)

1. 使用時に、熱交換媒体が、液体保持層の開成構造によって支持層と直接接触し得るように、開成構造を有する可撓性の液体保持層で少なくとも部分的に覆われ、形成可能な支持層を具備する熱交換ラミネート。
2. 前記液体保持層は、ファイバー材で形成され、前記開成構造は、ファイバー間にスペースを有している請求項１の熱交換ラミネート。
3. 前記ファイバー材は、接着剤によって前記支持層に接着されている請求項２の熱交換ラミネート。
4. 前記ファイバー材は、ポリエステルファイバーとビスコースファイバーとの混合物でできている請求項３の熱交換ラミネート。
5. 前記ファイバー材は、不織物若しくは編まれたファイバー層でできている請求項３の熱交換ラミネート。
6. 前記支持層は、アルミニウムで形成されている前記全ての請求項のいずれか１の熱交換ラミネート。
7. 前記液体保持層は、５０ミクロン未満の平均厚さを有している前記全ての請求項のいずれか１の熱交換ラミネート。
8. 請求項１ないし７のいずれか１に従って形成された熱変換ラミネートを具備する熱交換部材。
9. 前記熱交換ラミネートは、一連の細長いフィンを形成するように波形状に形成されている請求項８の熱交換部材。
10. 前記細長いフィンは、これらフィンの長手方向に波形状に成形されている請求項９の熱交換部材。
11. 前記フィンには、複数のルーバが設けられている請求項９又は１０の熱交換部材。
12. 前記液体保持層は、前記支持層の第１の側面にのみ実質的に設けられている請求項８ないし１１のいずれか１の熱交換部材。
13. 膜をさらに具備し、形成された熱交換ラミネートは、この膜に取着されている請求項８ないし１２のいずれか１の熱交換部材。
14. 前記形成された熱交換ラミネートは、接着剤によって前記膜に取着されている請求項１３の熱交換部材。
15. 前記接着剤は、前記支持層若しくは前記膜に与えられた熱活性の接着剤である請求項１４の熱交換部材。
16. 前記膜は、筒状の構造体に形成されている請求項１３ないし１５のいずれか１の熱交換部材。
17. 前記膜は、また、請求項１ないし７のいずれか１に従った熱交換ラミネートを有している請求項１３ないし１６のいずれか１の熱交換部材。
18. この熱交換ラミネートは、筒状の構造体に形成されている請求項８ないし１２のいずれか１の熱交換部材。
19. 請求項８ないし１８のいずれか１に従った熱交換部材を具備する露点冷却器。
20. 逆流で動作し、請求項１９に従った露点冷却器であって、発生された空気流が、熱交換部材の第１の側面全体に渡って流れ、この部材への熱伝達によって冷却され、前記発生された空気流の一部分が、熱交換部材の第２の側面全体に渡って後方に導かれ、また、熱交換部材の前記第２の側面には、水が与えられ、従って、熱交換部材から水への熱伝達が、水を前記空気流へと気化させる請求項１９の露点冷却器。
21. 開成構造を有する可撓性の液体保持層で少なくとも部分的に覆われた形成可能な支持層を有する熱交換ラミネートを与えることと、
    前記ラミネートを熱交換部材に形成することとを具備する、熱交換部材を製造する方法。
22. 前記ラミネートは、複数の細長いフィンに形成される請求項２１の方法。
23. 前記フィンにルーバを形成することをさらに具備する請求項２２の方法。
24. 膜への熱伝達のために、膜の第１の面に前記フィンを取着することをさらに具備する請求項２２又は２３の方法。
25. 膜への熱伝達のために、前記膜の第２の面に更なるフィンを取着することをさらに具備する請求項２４の方法。
26. 筒状の構造体の外面に設けられた前記細長いフィンと、筒状の構造体の内面に設けられた前記更なるフィンとで筒状の構造体を形成するように、前記膜を折り曲げることを更に具備する請求項２５の方法。

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