JPWO2013157056A1 - 熱交換素子 - Google Patents

Abstract

温湿度の変化により生じる仕切部材のたわみに起因する間隔保持部材との接合部の剥離を抑制でき、かつ通風抵抗の低い全熱交換素子を得ることを目的としている。本発明は、伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、を備えた単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、前記間隔保持部材は、前記間隔保持部材と前記仕切部材の接合部分の仕切部材からみて前記間隔保持部材と半対面に剥離抑制リブを設け、前記仕切部材を前記間隔保持部材と剥離抑制リブで挟み込んだことを特徴とする。

Description

本発明は、室外から室内への給気と、室内から室外への排気とを同時に行う空気調和装置において、流体間での熱や湿度の交換を行う積層構造の熱交換素子に関するものである。

近年、暖房及び冷房等の空調機器が発達かつ普及し、空気調和装置を用いた居住区域が拡大するにつれて、換気において温度及び湿度が回収できる空気調和装置用の全熱交換器に対する重要性も高まっている。こうした全熱交換器には熱交換する要素部品として熱交換素子が搭載されている。この熱交換素子は、使用時に屋外から屋内に吸込まれる新鮮な外気と屋内から屋外へ排気される汚れた空気とが混合することなく、顕熱と同時に潜熱も熱交換できるものであり、気体遮蔽性及び全熱交換率が高いことが求められている。さらに、換気を行うために気流を流通させる送風装置（ファン、ブロワなど）の消費電力を抑え、全熱交換器の運転音を低く抑えるために、各気流が流通する際の通風抵抗が低いことも求められている。

従来の熱交換素子では、気体の遮蔽性、伝熱性及び透湿性を有する仕切部材を断面が波形状の間隔保持部材で挟み、所定の間隔をおいて複数層に重ね合わせた構造が採用されていた。例えば、仕切部材は方形の平板で、間隔保持部材は三角形断面の波形を成形した波形板となっており、間隔保持部材を仕切部材の間にその波形の方向を一枚ごとに９０度反転させて交互に積層し、一次気流と二次気流を通す二方向の流体通路を各層間に一層おきに構成しているものがある（特許文献１）。この熱交換素子では間隔保持部材が波形であるため、この波形の板厚によって仕切部材の間に形成される通風路の有効面積が小さくなり、さらに、仕切部材と間隔保持部材の接触面積が大きく、熱交換可能な仕切部材の有効面積が小さくなるため全熱交換効率が低くなるという問題がある。また、間隔保持部材が紙等より形成されているため通風路の断面形状が崩れ易く通風抵抗が高くなるという問題があった。

このため近年では、熱交換素子の、間隔保持部材として波形板の代わりに樹脂成形品を使用し仕切部材と樹脂を一体成形する方法が用いられてきた。この構造により、熱交換素子形状の自由度が上がり、全熱交換効率の向上や通風抵抗の低減をしたものがある。（特許文献２）

しかし、間隔保持部材を仕切部材と一体成形する方法では、仕切部材と間隔保持部材の接合部の接着性が低いという問題がある。また、仕切部材は高湿度環境下で伸びて変形するため接合部にはその変形に耐えられるだけの接着力が必要である。

近年、全熱交換素子の空気漏れ量の低減と湿度交換効率の向上を主な目的として、より緻密かつ密度を高くして作成した仕切部材が開発された。これらは通気性（透気度）が低く、透湿性に優れ、全熱交換素子の仕切部材として非常に良好な性質を有するが、同時に伸縮量が大きく、また素材表面の凹凸や素材内部の空隙が少ないという特徴もある。そのため、こういった仕切部材を使った場合では、樹脂が仕切部材の内部の空隙に十分入り込むことが出来ず、接合部のアンカー効果が十分得られないため十分な接合強度を得ることができない。そのため仕切部材と樹脂を一体成形しても、加工直後は接合されているが使用時の温湿度変化により仕切部材が伸縮を繰り返すことにより、仕切部材と間隔保持部材の接合面は最終的に剥離してしまう。これにより、風路を閉塞するため通風抵抗が増加し、結果として全熱交換効率低くなるという問題がある。

この問題の解決方法として、間隔保持部材のみを一体成形し、その後接着剤等で仕切部材を貼り付けたものが提案されている（特許文献３）。

また、間隔保持部材を成形する金型上に円筒状や三角形状等の凸部を設け、その凸部で仕切部材を抑えて間隔保持部材の中へ埋め込んだものが提案されている（特許文献４）。

特公昭４７−１９９９０号公報 特開２００３−２８７３８７号公報 特開２００７−１００９９７号公報 特開２００８−７００４６号公報

上記した、特許文献３に記載の間隔保持部材のみを一体成形し、その後接着剤等で仕切部材を貼り付けたものは、接着強度を高めようとすると、間隔保持部材と仕切部材の接着面積を大きくする必要がある。このため、間隔保持部材を太くする必要があり、風路閉塞が大きくなることで通風抵抗が高くなり、結果として全熱交換効率が低くなるという課題がある。

また、上記した特許文献４に記載の仕切部材を抑えて間隔保持部材の中へ埋め込むには、ある程度間隔保持部材に太さが必要である。このため、間隔保持部材を太くする必要があり、風路閉塞が大きくなることで通風抵抗が高くなり、結果として全熱交換効率が低くなるという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、緻密かつ高密度な高性能の仕切部材を使用し、細い間隔保持部材のリブ形状であっても、温湿度の変化により生じる仕切部材のたわみに起因する間隔保持部材との接合部の剥離を抑制することで通風抵抗が低く、全熱交換効率の高い熱交換素子を得ることを目的としている。

本発明は、伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、を備えた単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
前記間隔保持部材は、
前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、
前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、
前記第一遮蔽リブと接続され、前記第二遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、で構成され、
前記間隔保持部材と前記仕切部材の接合部分の仕切部材からみて前記間隔保持部材と半対面に剥離抑制リブを設け、前記仕切部材を前記間隔保持部材と剥離抑制リブで挟み込んだことを特徴とする。

本発明に係る熱交換素子は、仕切部材を樹脂で挟んだ構造であるため、緻密かつ高密度な高性能の仕切部材を使用し、細い間隔保持部材のリブ形状であっても、温湿度の変化により生じる仕切部材のたわみに起因する間隔保持部材との接合部の剥離を抑制することで通風抵抗が低く、全熱交換効率の高い熱交換素子を得ることが出来る。

本発明の実施の形態１に係る熱交換素子の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る単位構成部材の斜視図。 本発明の実施の形態１に係る図２のＣ部分の拡大図。 本発明の実施の形態１に係る剥離抑制リブの断面図。 本発明の実施の形態２に係る図２のＣ部分の拡大図。 本発明の実施の形態２に係る剥離抑制リブの製造工程の金型断面図。 本発明の実施の形態２に係る剥離抑制リブの断面図。 本発明の実施の形態２に係る熱交換素子の剥離抑制リブの配置間隔についての説明図。 本発明の実施の形態２に係る熱交換素子の剥離抑制リブと空気の流れの関係を示す図。

実施の形態１
本発明の実施の形態１について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る熱交換素子の斜視図であり、図２は本発明の実施の形態１に係る単位構成部材の斜視図である。

図１に示すように、熱交換素子１は表裏を通過する空気の熱交換を行う伝熱性と透湿性と遮蔽性を有する仕切部材３と、この仕切部材３を所定間隔に保持する間隔保持部材４と、仕切部材３のたわみを抑制するたわみ抑制リブ７とで形成された単位構成部材２を一枚ごとに９０度反転させて交互に積層したものであり、仕切部材３の表側を通過する一次気流Ａと仕切部材３の裏側を通過する二次気流Ｂとが仕切部材３を介して、熱と湿分を交換させるものである。

以下で熱交換素子１を構成する各要素についての詳細を説明する。

仕切部材３は、一次気流Ａと二次気流Ｂとの間で熱と湿度の交換がなされる際に、熱と湿分を透過させる媒体となるものである。一次気流Ａと二次気流Ｂが流れた場合、仕切部材３の両面に高温側（または多湿側）の気流中の熱（もしくは水蒸気）の温度差（もしくは水蒸気分圧差）を利用し、高温側(高湿側)から低温側（もしくは低湿側）へ仕切部材３を介して移行することで温度（湿度）の交換がなされる。また同時に仕切部材３は一次気流Ａと二次気流Ｂの混合を防止し、両気流間での二酸化炭素および臭い成分等の移行を抑制できることが必要である。これらを満足するためには、仕切部材３は緻密かつ高密度なもので密度が０．９５［ｇ／ｃｍ^２］以上で透気抵抗度（ＪＩＳ：Ｐ８６２８）が２００秒／１００ｃｃ以上で、かつ透湿性を有するものがよい。具体的には、仕切部材３の素材としては、和紙や無機添料を入れた防燃紙、その他特殊な加工を施した特殊加工紙、樹脂とパルプを混抄した紙などを原料とし、透湿性や難燃性等の機能性を付与するために薬剤処理をほどこした透湿膜や、透湿性を有するオキシエチレン基を含むポリウレタン系樹脂、オキシエチレン基を含むポリエステル系樹脂、末端あるいは側鎖にスルホン酸基、アミノ基、水酸基、カルボキシル基を含む樹脂等で形成された非水溶性の親水性高分子薄膜に多孔質シート（不織布や延伸ＰＴＦＥ膜など）を熱や接着剤等により接着したもの、また顕熱交換器の場合には伝熱性と気体遮蔽性のみを有するポリスチレン系のＡＢＳ、ＡＳ、ＰＳ、ポリオレフィン系のＰＰ、ＰＥなどの樹脂シート、樹脂フィルム等である。

また、仕切部材３は伝熱性、透湿性、気体遮蔽性を向上させるために、セルロース繊維（パルプ）を十分叩解して繊維をフィブリル化し、それを用いて抄紙した後スーパーカレンダー等でカレンダー加工（押しつぶし）を行う製造方法が用いられている。この製造方法で製造された仕切部材３は、厚さ２０〜６０μｍ程度、密度も０．９ｇ/ｃｍ³以上からほぼ１ｇ/ｃｍ³に近いものやさらに大きいものも登場しており、通常の紙（厚さ約１００〜１５０μｍ、密度約０．６〜０．８ｇ/ｃｍ³程度）と比べて、緻密かつ高密度な構造となっている。また気体遮蔽性の面でも、従来は多孔質の紙などに目止め材としてポリビニルアルコールを塗布して透気抵抗度を高めていたが、上述のような高密度化された仕切部材３であれば特段そのような加工をしなくとも、高密度で穴をセルロース繊維自体でふさがれているため、５，０００秒／１００ｃｃ程度が確保されている。

このような緻密な高密度化された仕切部材３を用いたときに問題になるのが間隔保持部材４との接合である。本実施の形態で取り上げるような仕切部材３に溶融樹脂を流し込んで接合する場合には、樹脂と仕切部材３の濡れ性等にも関係するが、微細な空隙へ樹脂が入り込むのはほぼ不可能であり、アンカー効果が十分に得られない。そのため仕切部材３と樹脂それぞれの表面がファンデルワールス力、水素結合や化学結合のみで接合されている状態であり、引きはがすと仕切部材３と樹脂の界面ではく離し、接合部の長期信頼性が十分得られない。

間隔保持部材４は、単位構成部材２を積層した際に通風路の高さを一定に保持する役割を有している。具体的には、間隔保持部材４は、熱交換素子１の外枠を構成し、熱交換素子１両端からの空気漏れを防止するため、気流が流れる方向に並行し、両端に設けられた遮蔽リブ５と、遮蔽リブ５と並行して所定間隔で複数本設けられ熱交換素子１を積層した際に積層方向の仕切部材３の間隔を保持し通風路を形成する間隔リブ６とによって構成されている。

図２に示すように遮蔽リブ５は、単位構成部材２の周縁部に形成され、仕切部材３の表面の両側にそれぞれ一次気流Ａが流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブ５ａと、仕切部材３の裏面の両側にそれぞれ二次気流Ｂが流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブ５ｂとから構成される。
間隔リブ６は、第二遮蔽リブ５ｂと接続され、前記第一遮蔽リブ５ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブ６ａと、第一遮蔽リブ５ａと接続され、第二遮蔽リブ５ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブ６ｂとで構成される。
なお、この遮蔽リブ５と間隔リブ６の高さは仕切部材３が湿気を含んで膨張しても風路が閉塞されない高さにする必要がある。

また、隣り合う間隔リブ６間に間隔リブ６と並行に所定間隔に複数本設けられ仕切部材３のたわみによる風路閉塞を抑制するたわみ抑制リブ７が構成されている。
具体的には、たわみ抑制リブ７は、第二遮蔽リブ５ｂと接続され、第一間隔リブ６ａの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一たわみ抑制リブ７ａと、第一遮蔽リブ５ａと接続され、第二間隔リブ６ｂの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二たわみ抑制リブ７ｂとで構成される。

このたわみ抑制リブ７は間隔保持部材４よりも高さが低く幅も細く形成されており、これらの遮蔽リブ５、間隔リブ６、たわみ抑制リブ７は仕切部材３の表と裏の両面に表と裏で９０度ずらして形成されている。なお、たわみ抑制リブ７は極力通風の圧力損失を抑え、仕切部材３の伝熱面積や透湿面積を阻害しないように細く薄い形状にすることが望ましい。従ってたわみ抑制リブ７のリブ高さは低く、リブ幅は薄いことが望まれる。具体的には積層時に上下層のたわみ抑制リブ７と干渉(接触)しない様に、たわみ抑制リブ７のリブ高さは間隔リブ６のリブ高さの１/２未満が望ましい。また、たわみ抑制リブ７のリブ幅は伝熱面積、透湿面積の阻害要因となるため、成形にて可能な限り極力細いことが望まれる。

また、これは遮蔽リブ５、間隔リブ６、たわみ抑制リブ７の形状を彫った金型に、成形前に前記仕切部材３を入れて成形することにより得ることができる。これら以外にも例えば、積層時の位置あわせのための凹凸や穴、成形品を押し出すためのストリッパーを受けるための部分等が適宜設けられることもある。これらにより多数積層した際に仕切部材３の間隔を保持する役目をする。

単位構成部材２は、概ね方形（１次気流Ａと２次気流Ｂが直交する場合）もしくは平行四辺形状（一次気流Ａと二次気流Ｂが斜交する場合）を成し、仕切部材３の成形時の挿入位置ズレにより製造不良となること極力防ぐため、また空気漏れに対する信頼性を増すため、一般には遮蔽リブ５は間隔リブ６よりも幅が広く設計される。また特に間隔リブ６は仕切部材３上の占有面積が増加すると、仕切部材３の直接伝熱・透湿面積が失われることになるため、そのリブの幅は極力狭いことが望まれる。幅が狭いことにより、使用する樹脂量の削減にもなる。間隔保持部材４に用いる樹脂は、ポリプロピレン（ＰＰ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリル-スチレン（ＡＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、その他一般的な樹脂で希望の形状に成形可能なものであればよい。このようにリブを樹脂で成形することにより、間隔保持部材４の湿度による変形を抑え、安定な通風路を構成することができる。また、これら樹脂は難燃剤を添加して難燃化したり、無機分を添加して寸法安定性や強度の向上を図ることができる。また、目的によっては発泡剤（物理発泡剤・化学発泡剤）を添加して樹脂を発泡させ、樹脂量の削減などを図ることも可能である。

図３は本発明の実施の形態１に係る図２のＣ部分の拡大図である。
本発明は図３に示すように、仕切部材３の両面を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ８で両側から挟む構造となっている。
剥離抑制リブ８は仕切部材３を介して反対側から挟み込む第二たわみ抑制リブ７ｂとほぼ同等の形状を有している。また、この剥離抑制リブ８の一端部は第一たわみ抑制リブ７ａと接合し、他端部は第一遮蔽リブ５ａと接合している。
ただし、剥離抑制リブ８が大きすぎると、流路を流れる気流の妨げとなるため、極力薄いことが望ましい。但し薄すぎても仕切部材３の変形する力に勝てなくなるので、剥離抑制リブ８の高さは仕切部材３の厚さ以上でかつ１つの通風路高さの１５％以下、望ましくは１０％以下に抑える必要がある。また、剥離抑制リブ８と接触する気流の妨げにならないために、高さだけでなくその形状も気流に対して大きな抵抗を持たないようにすることが望ましい。
なお、第二たわみ抑制リブ７ｂ、剥離抑制リブ８は仕切部材３との間には十分なアンカー効果は有さないが、第二たわみ抑制リブ７ｂ、剥離抑制リブ８と仕切部材３の間はファンデルワールス力や、水素結合、化学結合によって接着されている。

図４は本発明の実施の形態１にかかる剥離抑制リブ８の断面図である。

上記した図３では、図４の（ａ）のパターンである断面方形状を用いて説明したが、通風路の空気の抵抗を考慮すると、を図４（ｂ）〜（ｄ）のように、剥離抑制リブ８と接触する気流の流れ方向の断面形状が山型形状、台形状、楕円形状など、気流の乱れが少ない形状にするのが良い。

上記の構成を採用することにより、仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ８で挟み込むことで、高湿度環境下で仕切部材３が伸びて変形しようとしても、接合面に垂直に作用する仕切部材３を引き剥がす方向の力に対しては剥離抑制リブ８が仕切部材３を押さえることが出来る。また、剥離抑制リブ８の一端部は第一たわみ抑制リブ７ａと接合し、他端部は第一遮蔽リブ５ａと接合しており、剥離抑制リブ８の動きが制約されるため、仕切部材３の変形を押さえ込むことが出来る。
また仕切部材３をたわみ抑制部材７ｂと剥離抑制リブ８で挟み込むことにより湿気を吸収する面積が小さくなるため、接合面の仕切部材３の伸び縮み量も小さくでき、変形に伴い発生する力も小さくなる。なお、この剥離抑制リブ８で仕切部材３を挟んだ（覆った）ことにより仕切部材３面積が減少しても、その部分の反対側は第二たわみ抑制リブ７ｂが存在するため熱交換可能面積が減少するわけではない。このため挟み込むことで熱交換効率が悪くなることはない。
なお、本実施の形態１で示した図３では、剥離抑制リブ８の一端部は第一たわみ抑制リブ７ａと接合し、他端部は第一遮蔽リブ５ａと接合しているが、必ずしも両端部で第一たわみ抑制リブ７ａ、第一遮蔽リブ５ａと接合しなくてもよい。剥離抑制リブ８と第二たわみ抑制リブ７ｂで仕切部材３の両面を挟み込むだけでも剥離抑制リブ８の重みにより仕切部材３の剥離を抑制することができる。

本実施の形態１においては、仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ８で挟み込む構造となっているが、仕切部材３を第一たわみ抑制リブ７ａ、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂと剥離抑制リブ８で挟み込む構造であっても同様の効果を奏する。

なお、この剥離抑制リブ８は、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂ、第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂの全てに設けてもいいし一部に設けてもよい。剥離抑制リブ８を設ける箇所を増やすことで、剥離抑制の効果は大きくなる。

本実施の形態１に係る熱交換素子は、仕切部材を樹脂で挟んだ構造であるため、緻密かつ高密度な高性能の仕切部材を使用し、細い間隔保持部材のリブ形状であっても、温湿度の変化により生じる仕切部材のたわみに起因する間隔保持部材との接合部の剥離を抑制することで通風抵抗が低く、全熱交換効率の高い熱交換素子を得ることが出来る。

実施の形態２
本発明の実施の形態２について図面を参照して説明する。図５は本発明の実施の形態２に係る図２のＣ部分の拡大図である。なお、本実施の形態２は実施の形態１と剥離抑制リブの構造以外は同じであるため、剥離抑制リブの構造のみに着目して説明する。

本実施の形態２では図５に示すように、仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９で挟み込み、かつ一部分が貫通した構造（仕切部材３を挟んで第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９が一体）となっている。
ただし、剥離抑制リブ９は大きすぎると、流路を流れる気流の妨げとなる点は実施の形態１と同じであるため、極力小さいことが望ましい。

本実施の形態２で設けられる剥離抑制リブ９の製造工程について説明する。図６は本発明の実施の形態２にかかる剥離抑制リブ９の製造工程の金型断面図である。
図６に示すように、まず、剥離抑制リブ９の形状をした凹部である上金型凹部１０ａを備えた上金型１０に、仕切部材３を上金型凹部１０ａが塞がるようにセットする（Ｓ１、Ｓ２）。そして、たわみ抑制リブ７の形状をした凹部である下金型凹部１１ａを備えた下金型１１をセットする（Ｓ３）。なお、この下金型１１には溶融樹脂を注入できる樹脂注入口１２を有している。このとき、上金型凹部１０ａと下金型凹部１１ａによって出来る空間が仕切部材３によって仕切られるようにセットする必要がある。また、仕切られた空間のうち仕切部材３と下金型凹部１１ａで構成された空間を空間Ａ１３、仕切部材３と上金型凹部１０ａで構成された空間を空間Ｂ１４とする。続いて、熱可塑性樹脂を溶融した溶融樹脂を下金型１１に設けられた樹脂注入口１２から注入する（Ｓ４）。そして、溶融樹脂を注入していくと、次第に空間Ａ１３内に溶融樹脂で一杯になる。射出成形時の溶融樹脂の注入圧力は十分高いため、圧力が低い空間Ｂ１４に向けて力がかかり、仕切部材３は突き破られる（Ｓ５）。このとき仕切部材３は一番圧力のかかる部分である空間Ａ１３と空間Ｂ１４を仕切る仕切部材３の中心近傍部が破られる。そして仕切部材３が破れることで空間Ａ１３内の圧力は空間Ｂ１４方向に開放され溶融樹脂は空間Ｂ１４内に注入され、次第に一杯になる（Ｓ６）。これにより、空間Ａ１３によりたわみ抑制リブ７が成形され、空間Ｂ１４により剥離抑制リブ９が成形される。そして仕切部材３はたわみ抑制リブ７と剥離抑制リブ９に一部分が貫通して挟まれる構造になる。但し、溶融樹脂で仕切部材３を突き破る際には、まず高圧の溶融樹脂が仕切部材を押し、仕切部材３が徐々に伸びていき、最終的に仕切部材３の破断伸び以上となった場合に破れる。仮に上金型凹部１０ａの高さが低い場合には、仕切部材３が伸びたときに上金型凹部１０ａの壁面へ付着してしまい仕切部材３が破れないまま溶融樹脂が上金型凹部１０ａに充填されることになる。このため、より確実に仕切部材３と溶融樹脂を接合するためには仕切部材３が破れるようにすることが望ましいが、そのためには上金型凹部１０ａの高さ、言い換えると剥離抑制リブ９の高さＨと、上金型凹部１０ａの仕切部材３との接触部の幅、言い換えると剥離抑制リブ９の仕切部材３との接触面の最小幅寸法Ｗの関係が重要で、それらの比Ｈ／Ｗが大きいほうが望ましく、さらにはＨ／Ｗ≧０．５であることが好適である。

図７は、本発明の実施の形態２にかかる剥離抑制リブ９の断面図である。
上記した図５の説明に際しては図７の（ａ）の断面楕円形状パターンの図を用いたが、通風路の空気の抵抗を考慮すると、を図７（ｂ）のように、剥離抑制リブ９と接触する気流の流れ方向の断面形状が山型形状等、気流の乱れが少ない形状にするのが良い。特に、図７（ｃ）のような断面台形形状にすると、通風路を流れる空気の抵抗を低減する効果に加えて、金型からの離型性の向上が図ることができる。

さらに、図７（ｃ）のＨ方向から見た図を（ｄ）〜（ｆ）に示す。（ｄ）は仕切部材３と剥離抑制リブ９が接する部分の形状は円形で、剥離抑制リブ９の最高点の断面形状は円形である、いわゆる円錐型である。（ｅ）は仕切部材３と剥離抑制リブ９が接する部分の形状は楕円形で、剥離抑制リブの最高点の断面形状も楕円形である、いわゆる楕円錐型である。なお、この楕円錐形状は空気の流れに対して長手形状となっている。さらに（ｆ）は仕切部材３と剥離抑制リブ９が接する部分の形状は円形で、剥離抑制リブ９の最高点の断面形状は楕円形である、いわゆる円錐−楕円錐混合型である。なお、この楕円錐形状は空気の流れに対して長手形状となっている。
剥離抑制リブ９はたわみ抑制リブ７、間隔リブ６、遮蔽リブ５の上に設けられているため、これらのリブからはみ出る事は出来ない。このため、仕切部材３と剥離抑制リブ９が接する部分の形状が円形の場合には、楕円形の場合と比べ、仕切部材３を挟み込む面積が大きくすることが出来るため、（ｄ）及び（ｆ）が仕切部材を挟み見込む面積が大きくなり、接着力が大きい。また、いわゆる円錐型の剥離抑制リブ９よりも、通風路内を流れる空気の流れに対して長手形状（Lｆ＞Lｗ）となっているいわゆる楕円錐型、円錐−楕円錐型の剥離抑制リブのである（ｅ）、（ｆ）の場合に通風抵抗が小さくなる。このため、仕切部材３の接着力と通風抵抗の低減の両方を満たすためには（ｆ）である円錐−楕円錐混合型がより好適である。

上記の構成を採用することにより、仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９で挟み込むことで、高湿度環境下で仕切部材３が伸びて変形しようとしても、接合面に垂直に作用する仕切部材３を引き剥がす方向の力に対しては剥離抑制リブ９が仕切部材３を押さえることが出来る。

仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９で挟み込む構造に加えて、一部分が貫通した構造（仕切部材３を挟んで第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９が一体）となっているため、実施の形態１のように、ただ第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ８で仕切部材３を挟む場合に比べて、突き破った面の凹凸に樹脂が入り込むことによるアンカー効果がより強く得られ、より強固な結合が可能になるという効果がある。また、剥離抑制リブ９として使用する樹脂の体積も実施の形態１より小さいため、使用する樹脂量の削減にもなる。樹脂は難燃剤を添加して難燃化したり、無機分を添加して寸法安定性や強度の向上を図る、もしくは目的によっては発泡剤（物理発泡剤、化学発泡剤）を添加して樹脂を発泡させ、樹脂量の削減などを図ることができる点は実施の形態１と同じである。

なお、本実施の形態２においては、仕切部材３を第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９で挟み込み、かつ一部分が貫通した構造（仕切部材３を挟んで第二たわみ抑制リブ７ｂと剥離抑制リブ９が一体）となっているが、仕切部材３を第一たわみ抑制リブ７ａ、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂと剥離抑制リブ９で挟み込み、かつ一部が貫通した構造であっても同様の効果を奏する。
なお、この剥離抑制リブ９は、第一遮蔽リブ５ａ、第二遮蔽リブ５ｂ、第一間隔リブ６ａ、第二間隔リブ６ｂ、第一たわみ抑制リブ７ａ、第二たわみ抑制リブ７ｂの全てに設けてもいいし一部に設けてもよい。剥離抑制リブ９を設ける箇所を増やすことで、剥離抑制の効果は大きくなる。

仕切部材３の剥離を抑制するため、たくさんの数の剥離抑制リブ９を設けてしまうと、仕切部材３の剥離は抑制することが出来るが、通風路内における剥離抑制リブ９の占める割合が大きくなるため通風抵抗が大きくなってしまう。また逆に、剥離抑制リブ９を少ししか設けないと通風路内における剥離抑制リブ９の占める割合は小さくて済むが、仕切部材３のたわみが大きくなり通風抵抗が大きくなってしまう可能性があり、結果として通風抵抗が大きくなってしまう。このため、通風抵抗を小さく抑えるためには剥離抑制リブ９の配置間隔について検討する必要がある。

図８は、本発明の実施の形態２にかかる熱交換素子の剥離抑制リブの配置間隔についての説明図である。なお、図８は図５のＦ方向から見た第二たわみ抑制リブ７ｂ及び剥離抑制リブ９の断面図である。
図８（ａ）は第一遮蔽リブ５ａと直近の第一たわみ抑制リブ７ａの間をつなぐ第二たわみ抑制リブ７ｂ上に剥離抑制リブ９を３個備えた単位構成部材２を積層した図である。なお、本説明では第一遮蔽リブ５ａと第一たわみ抑制リブ７ａの間をつなぐ第二たわみ抑制リブ７ｂ上の剥離抑制リブに着目しているがこれに限らない。
通風路の高さをｇ[ｍｍ]、剥離抑制リブ９の配置間隔をｐ[ｍｍ]、仕切部材３の膨張時の寸法変化率をσとする。寸法変化率σとは、仕切部材３の膨張分の長さを膨張する前の仕切部材の基準で割ったものである。なお、仕切部材の膨張分の寸法とは、相対湿度が１００％ＲＨに限りなく近い環境条件に仕切部材３を充分な時間放置した後の膨張しきった際の膨張した分の寸法と定義する。

図８（ｂ）を用いて、仕切部材３によって直近の剥離抑制リブ９間が完全に閉塞してしまう条件を説明する。
直近の剥離抑制リブ９間を流れる空気の温度及び湿度は略同じであると考えることが出来るため、直近の剥離抑制リブ９間の上面と下面を構成する仕切部材３の対面する位置での伸びは同じであると考えることが出来る。そのため、上面及び下面を構成する仕切部材３が通風路の半分までそれぞれ閉塞してしまうと直近の剥離抑制リブ９間全体は完全に閉塞してしまう。このように上面又は下面の仕切部材３が通風路の半分までそれぞれ閉塞してしまう条件を以下に示す。
直近の剥離抑制リブ９間の上面又は下面の仕切部材３が十分膨張した後の仕切部材３の長さはｐ（１＋σ）である。また仕切部材３により風路の半分を閉塞するのに必要な長さはｐ＋２（ｇ／２）である。このため、

（数１） ｐ（１＋σ）＝ｐ＋２（ｇ／２）

すなわち、

（数２） ｐ＝ｇ／σ

の関係を満たすときに仕切部材３が通風路を完全に塞いでしまう。よって、仕切部材２が通風路を完全に塞がないためには、

（数３） ｐ＜ｇ／σ

の関係を満たす必要がある。
上記（数３）の要件を満たすように剥離抑制リブ９を配置することで、仕切部材３が通風路を完全に閉塞してしまうという事態を回避することが出来る。
また、直近の剥離抑制リブ９間の上下面を構成する仕切部材３が完全に通風路を閉塞しなくても、仕切部材３同士が接着してしまうと、表面に施されたコーティングが剥がれるといった問題や、環境が変化し、仕切部材３がもとの長さに戻ろうとするときの回復速度が遅くなってしまうという問題が生じる。このため、好ましくは、直近の剥離抑制リブ９間の上下面を構成する仕切部材２が互いに接着しないように剥離抑制リブ９を配置することが望ましい。

図８（ｃ）を用いて、仕切部材３の接触が開始する条件を説明する。
仕切部材３が一番たわむのは、剥離抑制リブ９から距離が一番離れた位置である剥離抑制リブ９間の中間地点であるため、この中間地点が風路の高さｇ[ｍｍ]の中間地点に達したときに仕切部材２同士の接触が開始する可能性がある。一つの通風路の上面又は下面の仕切部材が十分膨張した後の仕切部材２の長さはｐ（１＋σ）である。このため、

（数４） ｇ／２＝

すなわち、

（数５） ｐ＝

の関係を満たすときに通風路の上下面を構成する仕切部材３が互いに接着し始める。よって仕切部材３が互いに接着しないようにするためには、

（数６） ｐ＜

の関係を満たす必要がある。（数３）及び（数６）に示すように、剥離抑制リブ９の配置間隔は通風路の高さｇに比例して、寸法変化率σに反比例する。このため、通風路の高さが高い場合は配置間隔を広げることができ、寸法変化率が大きい仕切部材を用いた場合は配置間隔を狭くする必要がある。

また、剥離抑制リブ９を設ける場合、図９に示すように剥離抑制リブ９の位置は１つの通風路内において、極力気流の流れる方向に対して並んでいると、通風抵抗がより低減でき望ましい。例えば（a）に示すように直線流路の場合には、剥離抑制リブ９も通風路の側壁に平行な直線状に並ぶことが望まし。また、（ｂ）に示すように曲部が存在する流路では、概ねそれら通風路の壁面に平行な直線上に並んで剥離抑制リブ９を配置することが望ましい。そのた通風路が段階的に拡大・収縮する場合においても、流れる流体の流線に沿って剥離抑制リブ９を設けることが望ましい。

１ 熱交換素子
２ 単位構成部材
３ 仕切部材
４ 間隔保持部材
５ 遮蔽リブ
５ａ 第一遮蔽リブ
５ｂ 第二遮蔽リブ
６ 間隔リブ
６ａ 第一間隔リブ
６ｂ 第二間隔リブ
７ たわみ抑制リブ
７ａ 第一たわみ抑制リブ
７ｂ 第二たわみ抑制リブ
８ 剥離抑制リブ
９ 剥離抑制リブ
１０ 上金型
１０ａ 上金型凹部
１１ 下金型
１１ａ 下金型凹部
１２ 樹脂注入口
１３ 空間Ａ
１４ 空間Ｂ
Ａ 一次気流
Ｂ 二次気流

Claims (14)

1. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、を備えた単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、
   前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、
   前記第一遮蔽リブと接続され、前記第二遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、で構成され、
   前記仕切部材の両面を前記間隔保持部材とで挟み込む剥離抑制リブを備えたことを特徴とする熱交換素子。
   
2. 前記剥離抑制リブは前記間隔保持部材のうち第一遮蔽リブ、第二遮蔽リブ、第一間隔リブ及び第二間隔リブの少なくともいずれか一つに設けたことを特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
   
3. 伝熱性と透湿性を有する仕切部材と、前記仕切部材を所定間隔に保持する間隔保持部材と、前記仕切部材のたわみを抑制するたわみ抑制リブと、を備えた単位構成部材を積層し、前記仕切部材の表面側を通過する一次気流と前記仕切部材の裏面側を前記一次気流と交差して通過する二次気流とが前記仕切部材を介して熱と湿度を交換する熱交換素子において、
   前記間隔保持部材は、
   前記仕切部材の表面の両側にそれぞれ前記一次気流が流れる方向と並行に設けられた第一遮蔽リブと、
   前記仕切部材の裏面の両側にそれぞれ前記二次気流が流れる方向と並行に設けられた第二遮蔽リブと、
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一間隔リブと、
   前記第一遮蔽リブと接続され、前記第二遮蔽リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二間隔リブと、で構成され、
   前記たわみ抑制リブは
   前記第二遮蔽リブと接続され、前記第一間隔リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第一たわみ抑制リブと、
   前記第一遮蔽リブと接続され、前記第二間隔リブの間を所定間隔ごとに並行して設けられた第二たわみ抑制リブと、で構成され、
   前記仕切部材の両面を前記たわみ抑制部材とで挟み込む剥離抑制リブを備えたことを特徴とする熱交換素子。
   
4. 前記剥離抑制リブは前記たわみ抑制リブのうち第一たわみ抑制リブ及び第二たわみ抑制リブの少なくともいずれか一つに設けたことを特徴とする請求項３に記載の熱交換素子。
   
5. 前記間隔保持部材と前記剥離抑制リブとが、前記仕切部材を一部貫通して一体で繋がっていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の熱交換素子。
   
6. 前記剥離抑制リブは、前記間隔保持部材のうち前記第一遮蔽リブ、前記第二遮蔽リブ、前記第一間隔リブ及び前記第二間隔リブの少なくともいずれか一つと、前記仕切部材を一部貫通して一体で繋がっていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の熱交換素子。
   
7. 前記第一たわみ抑制リブ及び前記第二たわみ抑制リブの少なくてもいずれか一つと前記剥離抑制リブとが、前記仕切部材を一部貫通して一体で繋がっていることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の熱交換素子。
   
8. 前記剥離抑制リブと前記仕切部材との接触する部分の最小幅寸法をＷとし、
   前記剥離抑制リブの前記仕切部材からの高さをＨとした場合において、
   前記Ｈ及び前記Ｗは、Ｈ／Ｗ≧０．５
   の関係を満たすことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の熱交換素子。
   
9. 前記剥離抑制リブの仕切部材と接触する部分の断面形状は略円形状で、
   前記剥離抑制リブの最高点の断面形状は略円形状であることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の熱交換素子。
   
10. 前記剥離抑制リブの仕切部材と接触する部分の断面形状は略楕円形状で、
    前記剥離抑制リブの最高点の断面形状は略楕円形状であり、
    これらの略楕円形状は、空気の流れに沿って長手形状となっていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の熱交換素子。
    
11. 前記剥離抑制リブの仕切部材と接触する部分の断面形状は略円形状で、
    前記剥離抑制リブの最高点の断面形状は略楕円形状であり、
    前記最高点の略楕円形状は、空気の流れに沿って長手形状となっていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の熱交換素子。
    
12. 前記単位構成部材を積層することにより形成される通風路の高さをｇ、
    前記仕切部材が膨張したときの膨張した分の長さを膨張する前の基準寸法で割った寸法変化率をσ、
    前記剥離抑制リブの配置間隔をｐとしたときに、
    前記ｐは、ｐ＜ｇ／σの関係を満たすことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の熱交換素子。
    
13. 前記単位構成部材を積層することにより形成される通風路の高さをｇ、
    前記仕切部材が膨張したときの膨張した分の長さを膨張する前の基準寸法で割った寸法変化率をσ、
    前記剥離抑制リブの配置間隔をｐとしたときに、
    前記ｐは、ｐ＜
    

    

    の関係を満たすことを特徴とする請求項５乃至１１のいずれかに記載の熱交換素子。
    
14. 前記剥離抑制リブを、通風路を流れる流体の流れに沿って配置することを特徴とする請求項５乃至１３のいずれかに記載の熱交換素子。

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