JP4660955B2

JP4660955B2 - 熱交換素子

Info

Publication number: JP4660955B2
Application number: JP2001112478A
Authority: JP
Inventors: 陽一杉山; 秀元荒井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP2002310589A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全熱交換素子に係り、詳しくは、例えば、流体間での熱交換を行わせる空調分野に利用される積層構造の熱交換器等に適用することができ、潜熱交換効率の更なる向上を達成することができる熱交換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は従来の熱交換素子における仕切板と間隔板の接合部を拡大した断面図である。図７において、１０１は表面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）膜１０１ａが形成されたセルロース繊維からなる多孔質部材１０１ｂから構成される仕切板である。１０２はセルロース繊維からなる多孔質部材から構成される間隔板であり、１０３は仕切板１０１と間隔板１０２の両者を接合させるための接着剤である。この接着剤１０３には、ダンボール成形を行う時に一般的に使用されるデンプン糊や、酢酸ビニル系の糊などが使用されることが多い。
【０００３】
この従来の熱交換素子では、図７に示す矢印Ａ１の透湿経路の如く、接着剤１０３が形成されていない部分の仕切板１０１を透湿させることができるが、仕切板１０１と間隔板１０２の接着に、透湿性のない接着剤１０３を使用していたため、その接着剤１０３により間隔板１０２から仕切板１０１への透湿が妨げられてしまい、仕切板１０１の透湿有効面積がその接着剤１０３により減少するという問題があった。
【０００４】
なお、表面にＰＶＡ膜１０１ａが形成されたセルロース繊維からなる多孔質部材１０１ｂから構成される仕切板１０１とセルロース繊維からなる多孔質部材から構成される間隔板１０２を接着されるには、ＰＶＡ膜では接着させることができず、デンプン糊や酢酸ビニル系の糊などの透湿性のない接着剤１０３を使用しなければならなかった。
【０００５】
そこで、上記仕切板１０１の透湿有効面積を接着剤１０３により減少するという問題を解消する従来技術として、例えば、実開昭５６−９３６９４号公報で報告されたものが知られている。以下に、この従来技術について、具体的に図面を用いて説明する。図８は従来の熱交換素子における仕切板と間隔板の接合部を拡大した断面図である。図８において、図７と同一符号は同一又は相当部分を示す。仕切板１０１と間隔板１０２は、セルロース繊維と熱可塑性繊維からなる合成紙から構成される。
【０００６】
この従来の熱交換素子は、仕切板１０１と間隔板１０２の接着を、接着剤を用いずに、加熱加圧処理により、仕切板１０１と間隔板１０２中に含まれる熱可塑性繊維を溶着させて行うものである。このため、前述した接着剤１０３による仕切板１０１の透湿有効面積が減少してしまうという問題を解消することができ、仕切板１０１を介して行われる潜熱交換面積を向上させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した図７に示す従来の熱交換素子では、仕切板１０１と間隔板１０２の接着に、透湿性のない接着剤１０３を使用していたため、その接着剤１０３により間隔板１０２から仕切板１０１への透湿が妨げられてしまい、仕切板１０１の透湿有効面積が接着剤１０３により減少するという問題があった。
【０００８】
また、上記した実開昭５６−９３６９４号公報で報告された図８に示す従来の熱交換素子では、仕切板１０１と間隔板１０２の接着を、接着剤を用いずに、加熱加圧処理により、仕切板１０１と間隔板１０２中に含まれる熱可塑性繊維を溶着して行うことができるため、前述した接着剤による仕切板１０１の透湿有効面積が減少してしまうことを抑えることができる。しかしながら、近時、熱交換素子においては、更なる潜熱交換効率の向上が要求されてきているが、この従来の熱交換素子では、仕切板１０１と間隔板１０２自体の透湿性が劣っているため、更なる潜熱交換効率の向上の要求に対応できないことがあった。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を解消するためになされたものであり、接着剤による仕切板の透湿有効面積の減少をなくすことができるとともに、仕切板と間隔板自体の透湿性を向上させることができ、潜熱交換効率の更なる向上を達成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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、間隔保持部材によって間隔が保持された仕切部材を隔てて２種の気流を流通させるとともに、この２種の気流の間で前記仕切部材を介して熱交換する熱交換素子において、仕切部材と間隔保持部材が、潜熱を通過させうる透湿剤を含有した、多孔質部材からなる基材と、基材の表面に設けられた空気遮蔽性を有する透湿膜とを有し、仕切部材の基材は、厚さ方向に密の層と疎の層を有し、間隔保持部材が仕切部材の疎の層側に接着して積層したものである。
【００１１】
また、仕切部材の透湿膜と間隔保持部材の透湿膜とは、ポリビニルアルコールまたはポリウレタンの接着剤により接着されるものである。
【００１２】
また、間隔保持部材に、樹脂繊維を混抄した素材または樹脂をバインダーとして混入した素材を用いたものである。
【００１３】
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１における熱交換素子を示す斜視図、図２は図１に示す熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材を示す斜視図、図３は図１に示す熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材の接合部を拡大した断面模式図、図４は図１に示す熱交換素子におけるコルゲート加工を行うシングルフェーサ装置を示す構成図である。本実施の形態では、図１に示すような積層構造の六面体で構成された空調用に適した熱交換素子１を例示して説明する。
【００１５】
熱交換素子１は、伝熱性と透湿性とを有する薄肉の仕切部材２により間隔保持部材３を挟み込み、所定の間隔をおいて、複数層に重ね合わせて接着した構成となっている。仕切部材２と間隔保持部材３は、それぞれ基材２ａ、３ａが多孔質部材からなり、その基材２ａ、３ａは、潜熱を通過させうる透湿剤が含有されている。多孔質部材には、例えば、セルロース繊維に樹脂繊維を混抄したり、樹脂等をバインダーとして混入したものが好適であるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリオレフィンなどの不織布や金属繊維、及びガラス繊維で構成してもよい。
【００１６】
潜熱を通過させうる透湿剤には、例えば、ＬｉＣｌ（塩化リチウム）、ＣａＣｌ２（塩化カルシウム）、ゼオライト、シリカゲルが挙げられる。仕切部材２と間隔保持部材３は、表面にそれぞれ空気遮蔽性を有する透湿膜２ｂ、３ｂを有している。透湿膜２ｂ、３ｂの構成部材には、熱可塑性重合体、例えば、ＰＶＡ(ポリビニルアルコール)が挙げられる。仕切部材２と間隔保持部材３は、この透湿膜２ｂ、３ｂにより接着されている。透湿膜２ｂ、３ｂにＰＶＡを用いる場合は、空気遮蔽性/透湿性/接着性を考慮すると、３〜５ミクロン程度の厚みで形成することが望ましい。
【００１７】
熱交換素子１を構成している仕切部材２は、正方形や菱形の平板として構成され、間隔保持部材３は、投影平面形状が仕切部材２に一致する鋸波状又は正弦波状の波形を成形した波板に形成されている。仕切部材２は、それに仕切られた２つの流体相互間において仕切部材２を介して空気漏れを生じることなく、全熱（顕熱、潜熱）を交換する。
【００１８】
この間隔保持部材３は、その波の目の方向を交互に９０度又はそれに近い角度を持たせて仕切部材２の間に挟着されている。流体通路４と流体通路５は、間隔保持部材３と仕切部材２から構成される各層間に一層おきに交互に略直交するように形成されている。流体通路４は、一次気流（イ）を通し、流体通路５は、二次気流（ロ）を通す。
【００１９】
熱交換素子１は、図２に示すように、一枚の仕切部材２の片面に間隔保持部材３が接着された熱交換器構成部材を積層接着することにより作成される。図３に示すように、多孔質部材からなる基材２ａ、３ａの表面には、空気遮蔽機能を有する透湿膜２ｂ、３ｂが薬液塗工により形成されている。熱交換器構成部材は、仕切部材２を構成する透湿膜２ｂ側の面に、流体通路４、５を構成する間隔保持部材３を、後述するコルゲート加工によって接着することにより連続的に作成される。
【００２０】
透湿膜２ｂ、３ｂは、例えば、上記素材をコーティング若しくはラミネート加工で片面に透湿性空気遮蔽膜を形成する有機材料を用いた樹脂フィルムをラミネート加工して形成してもよい。この透湿膜２ｂ、３ｂによれば、例えば、間隔保持部材３の素材に同系統の樹脂繊維を混抄したり、樹脂等をバインダーとして混入した素材を用いることにより、接着剤を用いることなく、熱融着によってコルゲート加工を行うことができる。これにより、より一層、高速で加工することができる。
【００２１】
ここで、コルゲート加工について、具体的に説明する。このコルゲート加工を行うシングルフェーサ装置は、図４に示すように、間隔保持部材３を成形する互いに噛み合って回転する歯車状の上下のコルゲーター１０、１１と、仕切部材２の素材である多孔質部材からなる基材２ａを、間隔保持部材３の素材９に回転しながら押付けるプレスロール１２並びに糊付ロール１３を中核として構成されている。
【００２２】
上下のコルゲーター１０、１１は、互いに噛み合って回転することにより、間隔保持部材３を成形する。プレスロール１２並びに糊付ロール１３は、透湿膜２ｂが形成された多孔質部材からなる基材２ａを、透湿膜２ｂと間隔保持部材３の素材９が接触するように、間隔保持部材３の素材９に回転させながら押付ける。間隔保持部材３の段形状を整えるために、上下のコルゲーター１０、１１とプレスロール１２は、間隔保持部材３の段形状を整え易い高い温度に維持されている。
【００２３】
糊付ロール１３は、下段コルゲーター１１により送り出される段付きの間隔保持部材３における段の峰部分に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＵ（ポリウレタン）などの接着剤を塗布する。仕切部材２の素材は、プレスロール１２側に透湿膜２ｂのない面を向けて送られ、透湿膜２ｂ側の面が間隔保持部材３の接着面と接触するようになっている。
【００２４】
以上より、一方の流路、例えば、冬場であれば、室内外を比較して絶対湿度が高い室内側から絶対湿度の低い室外側へ排気する流路の水分を、他方の流路、例えば、冬場であれば、室内外で絶対湿度が低い室外側から絶対湿度の高い室内側へ給気する流路へ湿度交換を、図３に示す矢印Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の経路をたどり交換することができる。
【００２５】
このように、本実施の形態では、仕切部材２と間隔保持部材３の基材２ａ、３ａを多孔質部材から構成し、その基材２ａ、３ａに、潜熱を通過させうる透湿剤を含有させ、仕切部材２と間隔保持部材３の表面にそれぞれ空気遮蔽性を有する透湿膜２ｂ、３ｂをそれぞれ形成し、その透湿膜２ｂ、３ｂにより仕切部材２と間隔保持部材３の両者を接着して熱交換素子１を構成している。
【００２６】
このため、仕切部材２の透湿膜２ｂと間隔保持部材３の透湿膜３ｂにより、仕切部材２と間隔保持部材３とを接着するように構成したので、透湿性のない接着剤を用いて仕切部材と間隔保持部材を接着した図７の従来例の場合よりも、間隔保持部材３から仕切部材２への透湿性を向上させることができる。
【００２７】
また、仕切部材２と間隔保持部材３の多孔質部材から構成されるそれぞれの基材２ａ、３ａに、潜熱を通過させうる透湿剤を含有させるように構成したため、従来の透湿剤を含有していない仕切部材と間隔保持部材をセルロース繊維と熱可塑性繊維から構成する図８の場合よりも、仕切部材２と間隔保持部材３自体の透湿性を向上させることができる。従って、接着剤による仕切板２の透湿有効面積の減少を生じないようにすることができるとともに、仕切板２と間隔板３自体の透湿性を向上させることができ、潜熱交換効率の更なる向上を達成することができる。
【００２８】
ここで、図５は図７、８の従来例と本実施の形態における透湿性、潜熱交換効率及び小型化率の比較結果を示す図である。図５に示す従来例１は、透湿性のない接着剤により仕切部材と間隔保持部材を接着した図７の熱交換素子の場合であり、図５に示す従来例２は、透湿剤を含有していない仕切部材と間隔保持部材を用いた図８の熱交換素子の場合である。
【００２９】
透湿面積においては、透湿性のない接着剤を用いた従来例１のものが1.00(基準値)とすると、透湿性/空気遮蔽性/接着性を有する透湿膜２ｂ、３ｂを用いた本実施の形態のものは、従来例１と比較して、透湿面積が1.96と従来例１よりも透湿面積を増加させることができることが判った。また、透湿剤を含有していない仕切部材と間隔保持部材を用いた従来例２では、透湿面積が1.49であったのに対し、透湿剤を含有している仕切部材２と間隔保持部材３を用いた本実施の形態のものは、透湿面積が1.96と従来例２よりも透湿面積を増加させることができることが判った。
【００３０】
潜熱交換効率においては、透湿性のない接着剤を用いた従来例１のものが60％であったのに対し、透湿性/空気遮蔽性/接着性を有する透湿膜２ｂ、３ｂを用いた本実施の形態のものは、従来例１と比較して、潜熱交換効率が71％と従来例１よりも潜熱交換効率を向上させることができることが判った。また、透湿剤を含有していない仕切部材と間隔保持部材を用いた従来例２では、潜熱交換効率が66.5％であったのに対し、透湿剤を含有している仕切部材２と間隔保持部材３を用いた本実施の形態のものでは、潜熱交換効率が71％と従来例２よりも潜熱交換効率を増加させることができることが判った。
【００３１】
小型化率（同一潜熱交換効率条件下）においては、透湿性のない接着剤を用いた従来例１のものが1.00(基準値)とすると、透湿性/空気遮蔽性/接着性を有する透湿膜２ｂ、３ｂを用いた本実施の形態のものは、従来例１と比較して、小型化率が0.5と従来例１よりも小型化できることが判った。また、透湿剤を含有していない仕切部材と間隔保持部材を用いた従来例２では、小型化率が0.65であったのに対し、透湿剤を含有している仕切部材２と間隔保持部材３を用いた本実施の形態のものは、小型化率が0.5と従来例２よりも小型化できることが判った。
【００３２】
実施の形態２．
図６は本発明に係る実施の形態２の熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材の接合部を拡大した断面模式図である。図６において、図３と同一符号は同一又は相当部分を示し、２ｃは仕切部材２の厚さ方向の下部側に形成された疎の層であり、２ｄは仕切部材２の厚さ方向の上側に形成されるとともに、疎の層２ｃ上に形成された密の層である。熱交換素子において、仕切部材２の構成以外は、実施の形態１と同様である。
【００３３】
仕切部材２と間隔保持部材３は、実施の形態１と同様に、例えば、加熱加圧することにより、仕切部材２と間隔保持部材３の透湿膜２ｂ、３ｂが溶着して接着される。この加熱加圧時に、間隔保持部材３は、仕切部材２の疎の層２ｃ内に食い込むように配置される。なお、実施の形態１では、仕切部材２に疎の層２ｃがなく、仕切部材２が密の層で構成されるため、加熱加圧を加えても、間隔保持部材３が密状態の仕切部材２に食い込まれることはほとんどない。
【００３４】
このように、本実施の形態では、仕切部材２を、厚さ方向で疎の層２ｃと密の層２ｄになるように配置したため、間隔保持部材３を加熱加圧時に仕切部材２の疎の層２ｃ内に食い込ませて配置することができる。このため、実施の形態１のような密状態の仕切部材の熱交換素子に比べて、接着後の接着部分における仕切部材２と間隔保持部材３のトータル厚さを小さくすることができるので、接着部分における透湿性を向上させることができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、実施の形態１と同様、仕切部材２と間隔保持部材３の基材２ａ、３ａを多孔質部材から構成し、その基材２ａ、３ａに、潜熱を通過させうる透湿剤を含有させ、仕切部材２と間隔保持部材３の表面にそれぞれ空気遮蔽性を有する透湿膜２ｂ、３ｂをそれぞれ形成し、その透湿膜２ｂ、３ｂにより仕切部材２と間隔保持部材３の両者を接着して熱交換素子１を構成している。
【００３６】
このため、実施の形態１と同様、仕切部材２の透湿膜２ｂと間隔保持部材３の透湿膜３ｂにより、仕切部材２と間隔保持部材３とを接着するように構成したので、透湿性のない接着剤を用いて仕切部材と間隔保持部材を接着した図７の従来例の場合よりも、間隔保持部材３から仕切部材２への透湿性を向上させることができる。
【００３７】
また、仕切部材２と間隔保持部材３の多孔質部材から構成されるそれぞれの基材２ａ、３ａに、潜熱を通過させうる透湿剤を含有させるように構成したため、実施の形態１と同様、従来の仕切部材と間隔保持部材をセルロース繊維と熱可塑性繊維から構成する図８の場合よりも、仕切部材２と間隔保持部材３自体の透湿性を向上させることができる。従って、接着剤による仕切板２の透湿有効面積の減少を生じないようにすることができるとともに、仕切板２と間隔板３自体の透湿性を向上させることができ、潜熱交換効率の更なる向上を達成することができる。
【００３８】
なお、上記実施の形態２では、間隔保持部材３を、実施の形態１と同様、透湿剤を含有し、多孔質部材からなる基材３ａと、透湿膜３ｂとから構成したが、間隔保持部材３の構成はこの構成に限らず、例えば前述した図７のセルロース繊維からなる多孔質部材からなる構成のものであってもよいし、図８の透湿剤を含有しないセルロース繊維と熱可塑繊維からなる構成のものであってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、仕切部材と間隔保持部材が、潜熱を通過させうる透湿剤を含有した、多孔質部材からなる基材と、基材の表面に設けられた空気遮蔽性を有する透湿膜とを有し、仕切部材の基材は、厚さ方向に密の層と疎の層を形成し、間隔保持部材が仕切部材の疎の層側に接着して熱交換素子を構成することにより、透湿性のない接着剤を用いて仕切部材と間隔保持部材を接着した従来例の場合よりも、間隔保持部材から仕切部材への透湿性を向上させることができる。また、仕切部材と間隔保持部材の多孔質部材から構成される基材に、潜熱を通過させうる透湿剤を含有させるように構成することにより、従来の仕切部材と間隔保持部材をセルロース繊維と熱可塑性繊維から構成する場合よりも、仕切部材と間隔保持部材自体の透湿性を向上させることができる。従って、接着剤による仕切板の透湿有効面積の減少をなくすことができるとともに、仕切板と間隔板自体の透湿性を向上させることができ、潜熱交換効率の更なる向上を達成することができる。
また、仕切部材を、厚さ方向に密の層と疎の層を有するように熱交換素子を構成することにより、間隔保持部材を加熱加圧時に仕切部材の疎の層内に食い込ませて配置することができるため、密状態の仕切部材の熱交換素子に比べて、接着後の接着部分における仕切部材と間隔保持部材のトータル厚さを小さくすることができる。このため、接着部分における透湿性を向上させることができる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１における熱交換素子を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材を示す斜視図である。
【図３】図１に示す熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材の接合部を拡大した断面模式図である。
【図４】図１に示す熱交換器におけるコルゲート加工を行うシングルフェーサ装置を示す構成図である。
【図５】図７、８の従来例と本実施の形態における透湿性、潜熱交換効率及び小型化率の比較結果を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２の熱交換素子における仕切部材と間隔保持部材の接合部を拡大した断面模式図である。
【図７】従来の熱交換素子における仕切板と間隔板の接合部を拡大した断面図である。
【図８】従来の実開昭５６−９３６９４号公報で報告された熱交換素子における仕切板と間隔板の接合部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
１熱交換素子、２仕切部材、２ａ、３ａ基材、２ｂ、３ｂ透湿膜、２ｃ疎の層、２ｄ密の層、３間隔保持部材、４、５流体通路。

Claims

間隔保持部材によって間隔が保持された仕切部材を隔てて２種の気流を流通させるとともに、この２種の気流の間で前記仕切部材を介して熱交換する熱交換素子において、
前記仕切部材および前記間隔保持部材は、潜熱を通過させうる透湿剤を含有した、多孔質部材からなる基材と、前記基材の表面に設けられた空気遮蔽性を有する透湿膜とを有し、
前記仕切部材の基材は、厚さ方向に密の層と疎の層を有し、
前記間隔保持部材が前記仕切部材の疎の層側に接着して積層した熱交換素子。
前記仕切部材の透湿膜と前記間隔保持部材の透湿膜とは、ポリビニルアルコールまたはポリウレタンの接着剤により接着されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換素子。
前記間隔保持部材に、樹脂繊維を混抄した素材または樹脂をバインダーとして混入した素材を用いたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換素子。