KR20140137433A

KR20140137433A - 열교환 소자 및 공기조화 장치

Info

Publication number: KR20140137433A
Application number: KR1020147028751A
Authority: KR
Inventors: 유이치 이시마루; 하지메 소토카와; 마사루 타카다; 타카노리 이마이; 미츠히코 오히라; 후미아키 바바; 유이치 마츠오; 신야 토키자키; 코지 키세; 마사루 시노자키; 테츠오 미타니
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-12-02
Also published as: CN104246411A; EP2851642B1; EP2851642A4; CN104246411B; US20150075758A1; TWI525294B; TW201344118A; US9903669B2; EP2851642A1; WO2013157055A1; WO2013157040A1; PL2851642T3

Abstract

온습도 변화에 의한 칸막이 부재의 휨을 억제함으로써 통풍 저항의 악화 저감을 도모할 수 있고, 또한 간격유지 부재의 증가에 의한 전열 면적 감소를 억제함으로써 전열교환 효율의 향상을 도모할 수 있는 열교환 소자를 얻는다.
본 발명은, 전열성과 투습성을 갖는 칸막이 부재와, 상기 칸막이 부재를 소정 간격으로 유지하는 간격유지 부재로 형성된 단위 구성 부재를 적층하고, 상기 칸막이 부재의 표면측을 통과하는 1차 기류와 상기 칸막이 부재의 이면측을 상기 1차 기류와 교차하여 통과하는 2차 기류가 상기 칸막이 부재를 통하여 열과 습도를 교환하는 열교환 소자에 있어서, 상기 간격유지 부재는, 적층된 이웃하는 상기 칸막이 부재끼리의 간격을 유지하는 간격 리브와, 상기 간격 리브보다 리브의 높이가 낮고, 상기 칸막이 부재가 휨에 의한 풍로 폐색을 억제하는 휨 억제 리브를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

열교환 소자 및 공기조화 장치{HEAT-EXCHANGE ELEMENT AND AIR CONDITIONER}

본 발명은, 실외로부터 실내로의 급기와, 실내로부터 실외로의 배기를 동시에 행하는 공기조화 장치에 있어서, 유체 사이에서의 열이나 습도의 교환을 행하는 적층 구조의 열교환 소자에 관한 것이다.

근래, 난방 및 냉방 등의 공조 기기가 발달하면서 보급되고, 공기조화 장치를 이용한 거주구역이 확대함에 따라, 환기에서 온도 및 습도가 회수될 수 있는 공기조화 장치용의 전열교환기에 대한 중요성도 높아지고 있다. 이와 같은 전열교환기에는 열교환하는 요소 부품으로서 열교환 소자가 탑재되어 있다. 이 열교환 소자는, 사용시에 옥외로부터 옥내에 흡입되는 신선한 외기와 옥내로부터 옥외에 배기되는 더러워진 공기가 혼합하는 일 없이, 현열과 동시에 잠열도 열교환할 수 있는 것으로, 전열교환률이 높은 것이 요구되고 있다. 또한, 환기를 행하기 위해 기류를 유통시키는 송풍 장치(팬, 블로어 등)의 소비 전력을 억제하고, 전열교환기의 운전음을 낮게 억제하기 위해, 각 기류가 유통할 때의 통풍 저항이 낮은 것도 요구되고 있다.

종래의 열교환 소자는 기체(氣體)의 차폐성, 전열성 및 투습성을 갖는 칸막이 부재를 단면이 파형상의 간격유지 부재로 끼우고, 소정의 간격을 두고 복수층으로 맞겹친 구조가 채용되고 있다. 예를 들면, 칸막이 부재는 사각형의 평판이고, 간격유지 부재는 삼각형 단면의 파형을 성형한 파형판(波形板)으로 되어 있고, 간격유지 부재를 칸막이 부재의 사이에 그 파형의 방향을 1장마다 90도 반전시켜서 교대로 적층하여, 1차 기류와 2차 기류를 통과시키는 2방향의 유체 통로를 각 층 사이에 한층 걸러서 구성하고 있는 것이 있다(특허 문헌 1). 또한, 간격유지 부재로서 파형판 대신에 수지 성형품을 사용하여 칸막이 부재와 수지를 일체 성형함으로써, 열교환 소자 형상의 자유도가 올라가고, 전열교환 효율의 향상이나 압력 손실의 저감을 한 것이 있다(특허 문헌 2).

특허 문헌 1 : 일본 특공소47-19990호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2003-287387호 공보

특허 문헌 1에 기재되어 있는 열교환 소자에서는, 간격유지 부재가 파형이기 때문에, 이 파형의 판두께에 의해 칸막이 부재의 사이에 형성되는 통풍로의 유효 면적이 작아지고, 또한, 칸막이 부재와 간격유지 부재의 접촉면적이 크게, 열교환 가능한 칸막이 부재의 유효 면적이 작아지기 때문에 전열교환 효율이 낮아진다는 과제가 있다. 또한, 간격유지 부재가 종이 등으로 형성되어 있기 때문에 통풍로의 단면 형상이 무너지기 쉽고 통풍 저항이 높아진다는 과제가 있다.

특허 문헌 2에 기재되어 있는 칸막이 부재와 간격유지 부재를 수지로 일체 성형시킨 열교환 소자는, 고습도 환경하에서 칸막이 부재가 팽창함에 의해 휘면, 간격유지 부재 사이에서 형성된 유로 높이가 1차 기류측과 2차 기류측에서 불균일하게 되고 통풍 저항이 높아진다는 과제가 있다. 또한, 이 과제는 특히 치밀하며 고밀도의 칸막이 부재인 경우나, 유로 높이가 작은 경우에 현저하고, 열교환 소자의 전열교환 효율을 향상시키기 위해, 칸막이 부재의 소재의 두께를 얇게 하는 점, 및 열교환 소자의 기체 차폐성을 확보하기 위해, 칸막이 부재를 치밀하면서 고밀도로 하는 점에서 큰 장애로 되어 있다.

그 때문에, 특허 문헌 2와 같은 칸막이 부재와 간격유지 부재를 수지로 일체 성형한 경우에서는, 간격유지 부재의 배치 간격을 좁게 함으로써, 간격유지 부재로 칸막이 부재의 휨에 의한 풍로 폐색을 완화할 수 있고, 또한 통풍로의 단면 형상의 무너짐에 의한 통풍 저항의 증가를 막을 수 있지만, 풍로의 유효 면적이 작아지고 버리기 때문에 통풍 저항이 증가하여 버린다. 또한 간격유지 부재의 배치 간격을 좁게 하여 버리면 적층시에 간격유지 부재가 상하층의 칸막이 부재에 접촉하는 부분이 증가하여 버리기 때문에, 전열 면적, 투습 면적의 감소에 의해 전열교환 효율이 감소하여 버린다는 과제가 있다.

본 발명은 상술한 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 전열교환 효율 향상을 위한 치밀하면서 고밀도의 소재를 칸막이 부재로 사용하여도, 온습도 변화에 의한 칸막이 부재의 휨을 억제함으로써 통풍 저항의 악화 저감을 도모할 수 있고, 또한 간격유지 부재의 증가에 의한 전열 면적 감소를 억제함으로써 전열교환 효율의 향상을 도모할 수 있는 열교환 소자를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 전열성과 투습성을 갖는 칸막이 부재와, 상기 칸막이 부재를 소정 간격으로 유지하는 간격유지 부재로 형성된 단위 구성 부재를 적층하고, 상기 칸막이 부재의 표면측을 통과하는 1차 기류와 상기 칸막이 부재의 이면측을 상기 1차 기류와 교차하여 통과하는 2차 기류가 상기 칸막이 부재를 통하여 열과 습도를 교환하는 열교환 소자에 있어서, 상기 간격유지 부재는, 상기 칸막이 부재의 표면의 양측에 각각 상기 1차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 마련된 제1 차폐 리브와, 상기 칸막이 부재의 이면의 양측에 각각 상기 2차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 마련된 제2 차폐 리브와, 상기 제2 차폐 리브와 접속되고, 상기 제1 차폐 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 제1 간격 리브와, 상기 제1 차폐 리브와 접속되고, 상기 제2 차폐 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 제2 간격 리브와, 상기 제2 차폐 리브와 접속되고, 상기 제1 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제1 간격 리브보다도 높이가 낮은 제1 휨 억제 리브와, 상기 제1 차폐 리브와 접속되고, 상기 제2 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제2 간격 리브보다도 높이가 낮은 제2 휨 억제 리브를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열교환 소자는, 상기 칸막이 부재에 상기 간격 리브와는 별개의 휨 억제 리브를 간격 리브 사이에 형성하고 있기 때문에, 상기 칸막이 부재가 온습도 환경의 변화에 의해 신축한 때에도 풍로 폐색을 억제할 수 있고 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실의 증대를 저감시킬 수 있다. 또한 상기 휨 억제 리브는, 상기 간격 리브보다 리브 높이가 충분히 낮기 때문에 타층(적층시의 상하층)과는 접촉하지 않아, 칸막이 부재 1층마다의 전열 면적이나 투습 면적을 저해하는 영향이 적고, 결과로서 습도 교환 효율, 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열교환 소자의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재의 1층분의 사시도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재 1층분인 도 2의 C부 확대도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재 1층분의 4면도의 모식도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 간격 리브의 선단끼리가 적층시에 당접하지 않는 구성을 갖는 단위 구성 부재를 적층한 모식도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 간격 리브의 선단끼리가 적층시에 일부 당접하는 구성을 갖는 단위 구성 부재를 적층한 모식도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 간격 리브의 선단끼리가 적층시에 전부 당접하는 구성을 갖는 단위 구성 부재를 적층한 모식도.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열교환 소자의 휨 억제 리브의 배치 간격에 관한 설명도.

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태 1에 관해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열교환 소자의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재의 1층분의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재 1층분인 도 2의 C부 확대도이다.

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시의 형태 1에서의 열교환 소자(1)는, 상하를 통과하는 공기의 열교환을 행하는 전열성과 투습성과 차폐성을 갖는 칸막이 부재(2)와, 이 칸막이 부재(2)를 소정 간격으로 유지하는 간격유지 부재(3)를 일체 성형하고 형성한 단위 구성 부재(7)를 1장마다 90도 반전시켜서 교대로 적층한 것이고, 칸막이 부재(2)의 편측을 통과하는 1차 기류(A)와 칸막이 부재(2)의 타측을 통과하는 2차 기류(B)가 칸막이 부재(2)를 통하여, 열과 습도를 교환시키는 것이다.

이하에서 열교환 소자(1)를 구성하는 각 요소에 관해 상세를 설명한다.

칸막이 부재(2)는 1차 기류(A)와 2차 기류(B)와의 사이에서 열과 습도의 교환이 이루어질 때에, 열과 습분을 투과시키는 매체가 되는 것이다. 1차 기류(A)와 2차 기류(B)를 흘린 경우, 칸막이 부재(2)의 양면에 고온측(또는 다습측)의 기류중의 열(또는 수증기)의 온도차(또는 수증기 분압차)를 이용하여, 고온측(고습측)부터 저온측(또는 저습측)으로 칸막이 부재(2)를 통하여 이행함으로써 온도(습도)의 교환이 이루어진다. 또한 동시에 칸막이 부재(2)는 1차 기류(A)와 2차 기류(B)의 혼합을 방지하여, 양 기류 사이에서의 이산화탄소 및 냄새 성분 등의 이행을 억제할 수 있을 것이 필요하다. 이들을 만족하기 위해서는, 칸막이 부재(2)는 치밀하면서 고밀도인 것으로서 밀도가 0.95[g/㎠] 이상이고 투기(透氣) 저항도(JIS·P8628)가 5000초/100cc 이상이고, 또한 투습성을 갖는 것이 좋다. 구체적으로는, 칸막이 부재(2)의 소재로서는, 일본 종이나 무기첨료를 넣은 방연지, 그 밖에 특수한 가공을 시행한 특수 가공지, 수지와 펄프를 혼초(混抄)한 종이 등을 원료로 하고, 투습성이나 난연성 등의 기능성을 부여하기 위해 약제 처리를 시행한 투습막이나, 투습성을 갖는 옥시에틸렌기를 포함한 폴리우레탄계 수지, 옥시에틸렌기를 포함하는 폴리에스테르계 수지, 말단 또는 측쇄에 술폰산기, 아미노기, 수산기, 카르복실기를 포함하는 수지 등으로 형성된 비수용성의 친수성 고분자 박막에 다공질 시트(부직포나 연신 PTFE막 등)를 열이나 접착제 등에 의해 접착한 것, 또한 현열 교환기의 경우에는 전열성과 기체 차폐성만을 갖는 폴리스티렌계의 ABS, AS, PS, 폴리올레핀계의 PP, PE 등의 수지 시트, 수지 필름 등이다.

또한, 전열성·투습성·기체 차폐성을 향상시키기 위해, 셀룰로스 섬유(펄프)를 충분히 고해(叩解)하여 섬유를 피브릴화하고, 그것을 이용하여 초지(抄紙)한 후 슈퍼-캘린더 등으로 캘린더 가공(눌러 찌부러뜨림)을 행하여 얻어지는 치밀하고 고밀도의 특수 가공지에서는, 그들 칸막이 부재(2)의 밀도는 무기분 등의 첨료를 넣은 것을 제외하면, 통상의 종이(두께 약 100 내지 150㎛, 밀도 약 0.6 내지 0.8g/㎤ 정도)에 비하여, 두께는 20 내지 60㎛ 정도, 밀도도 0.9g/㎤ 이상부터 거의 1g/㎤에 가까운 것이나 더욱 큰 것도 등장하고 있다. 또한 기체 차폐성의 면에서도, 종래에는 다공질의 종이 등에 눈 메움재(目止材)로서 폴리비닐알코올을 도포하여 투기 저항도를 높이고 있지만, 상술한 바와 같은 고밀도화된 칸막이 부재(2)라면 특단적으로 그와 같은 가공을 하지 않더라도, 고밀도이고 구멍을 셀룰로스 섬유 자체로 막혀져 있기 때문에, 5,000초/100cc 정도가 확보되어 있다.

계속해서, 간격유지 부재(3)에 관해 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 단위 구성 부재(7), 1층분의 4면도의 모식도이다.

도 4에 도시하는 바와 같이 간격유지 부재(3)는, 칸막이 부재(2)의 팽창에 의한 휨을 억제하는 것이고, 열교환 소자(1)의 칸막이 부재(2) 이외의 부분을 구성하고 있다. 구체적으로는, 간격유지 부재(3)는, 열교환 소자(1)의 바깥테두리를 구성하고, 열교환 소자(1) 양단부터의 공기 누출을 방지하기 위해, 기류가 흐르는 방향에 병행하여, 양단에 마련된 차폐 리브(4)와, 차폐 리브(4)와 병행하여 소정 간격으로 복수개 마련되고 열교환 소자(1)를 적층한 때에 적층 방향의 칸막이 부재(2)의 간격을 유지하고 통풍로를 형성하는 간격 리브(6)와, 이웃하는 간격 리브(6) 사이에 간격 리브(6)와 병행하게 소정 간격으로 복수개 마련되고 칸막이 부재(2)의 휨에 의한 풍로 폐색을 억제하는 휨 억제 리브(5)에 의해 구성되어 있다. 휨 억제 리브(5)는 간격 유지 리브(6)보다도 높이가 낮고 폭도 가늘게 형성되어 있고, 이들의 차폐 리브(4), 휨 억제 리브(5), 간격 리브(6)는 칸막이 부재(2)의 표면과 이면의 양면에 표면과 이면에서 90도 어긋나 형성되어 있다. 또한, 휨 억제 리브(5)는 극력 통풍의 압력 손실을 억제하고, 칸막이 부재(2)의 전열 면적이나 투습 면적을 저해하지 않도록 가늘고 얇은 형상으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 휨 억제 리브(5)의 리브 높이는 낮고, 리브 폭은 얇은 것이 바람직하다. 구체적으로는 적층시에 상하층의 휨 억제 리브(5)와 간섭(접촉)하지 않도록, 휨 억제 리브(5)의 리브 높이는 간격 리브(6)의 리브 높이의 1/2 미만이 바람직하다. 또한, 휨 억제 리브(5)의 리브 폭은 전열 면적, 투습 면적의 저해 요인이 되기 때문에, 성형에서 가능한 한 극력 가는(細) 것이 바람직하다.

이하 이 열교환 소자(1)를 90도씩 어긋내어서 적층하는 구체적인 구성에 관해 도 5 내지 7을 참조하여 설명한다.

도 5는 실시의 형태 1에 관한 간격 리브(6)의 선단끼리가 적층시에 당접하지 않는 구성을 갖는 단위 구성 부재(7)를 적층한 모식도이다.

도 5에 도시하는 열교환 소자(1)(삼층만 주목)는, 동일 구조를 갖는 단위 구성 부재(7)를 적층(위로부터 순번대로 상단은 7D, 중단은 7E, 하단은 7F로 한다)함에 의해 구성되어 있다. 상단의 단위 구성 부재(7D)의 차폐 리브(4D)와 중단의 단위 구성 부재(7E)의 차폐 리브(4E)는 측면에서 당접하고 있다. 또한, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 차폐 리브(4D)의 천면부(天面部)는 중단의 단위 구성 부재(7E)의 칸막이 부재(2E)와 당접하고, 중단의 단위 구성 부재(7E)의 차폐 리브(4E)의 천면은 상단의 단위 구성 부재(7D)의 칸막이 부재(2D)와 당접하고 있다. 또한 마찬가지로, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 간격 리브(6D)와 중단의 단위 구성 부재(7E)의 간격 리브(6E)는 측면에서 당접하고 있다. 또한, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 간격 리브(6D)의 천면부는 중단의 단위 구성 부재(7E)의 칸막이 부재(2E)와 당접하고, 중단의 단위 구성 부재(7E)의 간격 리브(6E)의 천면은 상단의 단위 구성 부재(7D)의 칸막이 부재(2D)와 당접하고 있다. 이 차폐 리브(4D, 4E)와 간격 리브(6D, 6E), 및 간격 리브(6D, 6E)끼리로 둘러싸여진 공간이 통풍로가 된다. 이 통풍로 내에, 칸막이 부재(2D, 2E)가 휘는 것을 억제하기 위해, 휨 억제 리브(5D, 5E)가 마련되어 있다. 도 5에서는, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 휨 억제 리브(5D)는 중단의 단위 구성 부재(7E)의 휨 억제 리브(5E)의 바로 위에 존재하지만, 바로 위가 아니고, 빗나가 있어도 좋다. 또한, 차폐 리브(4D, 4E)는 적층한 때에 적층 방향의 칸막이 부재(2D, 2E)의 간격을 유지하는 간격 리브(6D, 6E)로서의 기능도 갖고 있다. 또한, 단위 구성 부재(7)는 차폐 리브(4D, 4E)를 마련하지 않고, 간격 리브(6D, 6E)와 휨 억제 리브(5D, 5E)를 마련하고, 양단의 간격 리브(6D, 6E)를 실 재 등으로 공기의 차폐성을 유지하는 구조라도 좋다. 도 5에서 간격 리브(6D) 및 간격 리브(6E)는 측면에서 당접하고 있지만, 측면에서 당접하지 않아도 물론 좋다.

휨 억제 리브(5D, 5E)의 리브 폭은 극력 가는 구성이기 때문에, 칸막이 부재(2D, 2E), 1층마다의 전열 면적이나 투습 면적을 저해하는 영향이 적고, 결과로서 습도 교환 효율, 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 휨 억제 리브(5D, 5E)는 핀의 역할도 동시에 담당할 수 있기 때문에, 핀 효과에 의해, 결과로서 온도 교환 효율도 향상시키는 효과도 있다.

휨 억제 리브(5D, 5E)를 칸막이 부재(2D, 2E)의 표리에서 직교하는 구성으로 함으로써, 휨 억제 리브(5)로 둘러싸여진 칸막이 부재(2D, 2E)의 종이의 폭방향과 길이 방향의 각각의 신장량을 적게 하고, 또한, 휨 억제 리브(5D, 5E)로 구속된 칸막이 부재(2D, 2E)의 영역 내에서의 휨은 율도 경감시켜 주기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제하여 준다. 또한, 종래에는 신축량이 크기 때문에, 접합이 어렵고, 휨이 크고 사용할 수가 없었던 소재도 칸막이 부재(2D, 2E)로서 이용하여 일체 성형으로 열교환 소자(1)를 형성할 수 있는 효과도 있다.

도 6은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 간격 리브(6)의 선단끼리가 적층시에 일부 당접하는 구성을 갖는 단위 구성 부재(7)를 적층한 모식도이다.

도 6에 도시하는 열교환 소자(1)(삼층만 주목)는, 동일 구조를 갖는 단위 구성 부재(7)를 적층(위로부터 순번대로 상단은 7G, 중단은 7H, 하단은 7I로 한다)함에 의해 구성되어 있다. 상단의 단위 구성 부재(7G)의 차폐 리브(4G)와 중단의 단위 구성 부재(7H)의 차폐 리브(4H)는 측면에서 당접하고 있다. 또한, 상단의 단위 구성 부재(7G)의 차폐 리브(4G)의 천면부는 중단의 단위 구성 부재(7H)의 칸막이 부재(2H)와 당접하고, 중단의 단위 구성 부재(7H)의 차폐 리브(4H)의 천면은 상단의 단위 구성 부재(7G)의 칸막이 부재(2G)와 당접하고 있다. 도 5에서는, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 간격 리브(6D)와 중단의 단위 구성 부재(7E)의 간격 리브(6E)는 측면에서 당접하고, 상단의 단위 구성 부재(7D)의 간격 리브(6D)의 천면부는 중단의 단위 구성 부재(7E)의 칸막이 부재(2E)와 당접하고, 중단의 단위 구성 부재(7E)의 간격 리브(6E)의 천면은 상단의 단위 구성 부재(7D)의 칸막이 부재(2D)와 당접하고 있지만, 도 6에서는, 모든 간격 리브(6G, 6H)가 이 구조로 되어 있지 않고, 일부의 간격 리브(6G, 6H)는 각각의 선단끼리에서 당접하고 있다. 차폐 리브(4G, 4H)와 간격 리브(6G, 6H), 및 간격 리브(6G, 6H)끼리로 둘러싸여진 공간이 통풍로가 된다. 이 통풍로 내에, 칸막이 부재(2G, 2H)가 휘는 것을 억제하기 위해, 휨 억제 리브(5G, 5H)가 마련되어 있다. 또한, 도 6에서는, 상단의 단위 구성 부재(7G)의 휨 억제 리브(5G)는 중단의 단위 구성 부재(7H)의 휨 억제 리브(5H)의 바로 위에 존재하지만, 바로 위가 아니고, 빗나가 있어도 좋다. 또한, 차폐 리브(4G, 4H)는 적층한 때에 적층 방향의 칸막이 부재(2G, 2H)의 간격을 유지하는 간격 리브(6G, 6H)로서의 기능도 갖고 있다. 또한, 단위 구성 부재(7)는 차폐 리브(4G, 4H)를 마련하지 않고, 간격 리브(6G, 6H)와 휨 억제 리브(5G, 5H)를 마련하고, 양단의 간격 리브(6G, 6H)를 실 재 등으로 공기의 차폐성을 유지하는 구조라도 좋다. 도 6에서 간격 리브(6G) 및 간격 리브(6H)는 측면에서 당접하고 있지만, 측면에서 당접하지 않아도 물론 좋다.

휨 억제 리브(5G, 5H)의 리브 폭은 극력 가는 구성이기 때문에, 칸막이 부재(2G, 2H) 1층마다의 전열 면적이나 투습 면적을 저해하는 영향이 적고, 결과로서 습도 교환 효율, 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 휨 억제 리브(5G, 5H)는 핀의 역할도 동시에 담당할 수 있기 때문에, 핀 효과에 의해, 결과로서 온도 교환 효율도 향상시키는 효과도 있다.

휨 억제 리브(5G, 5H)를 칸막이 부재(2G, 2H)의 표리에서 직교하는 구성으로 함으로써, 휨 억제 리브(5G, 5H)로 둘러싸여진 칸막이 부재(2G, 2H)의 종이의 폭방향과 길이 방향의 각각의 신장량을 적게 하고, 또한, 휨 억제 리브(5G, 5H)로 구속된 칸막이 부재(2G, 2H)의 영역 내에서의 휘는 율도 경감시켜 주기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제하여 준다. 또한, 간격 리브(6G, 6H)의 일부가 간격 리브(6G, 6H)의 선단끼리에서 서로 당접하고 있기 때문에, 전부 측면에서 당접하는 것보다도 풍로의 면적을 확보하는 것이 가능해지기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제할 수 있다. 또한, 지금까지 신축량이 크기 때문에, 종래에는 접합이 어렵고, 휨이 크고 사용할 수 없었던 소재도 칸막이 부재(2D, 2E)로서 이용하여 일체 성형으로 열교환 소자(1)를 형성할 수 있는 효과도 있다.

도 7은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 간격 리브(6)의 선단끼리가 적층시에 전부 당접하는 구성을 갖는 단위 구성 부재를 적층한 모식도이다.

도 7에 도시하는 열교환 소자(1)(삼층만 주목)는, 동일 구조를 갖는 단위 구성 부재(7)를 적층(위로부터 순번대로 상단은 7J, 중단은 7K, 하단은 7L로 한다)함에 의해 구성되어 있다.

상단의 단위 구성 부재(7J)의 차폐 리브(4J)와 중단의 단위 구성 부재(7K)의 차폐 리브(4K)는 천면부로 서로 당접하고, 상단의 단위 구성 부재(7J)의 간격 리브(6J)와 중단의 단위 구성 부재(7K)의 간격 리브(6K)는 천면부로 서로 당접하고 있다. 이 차폐 리브(4J, 4K)와 간격 리브(6J, 6K), 및 간격 리브(6J, 6K)끼리로 둘러싸여진 공간이 통풍로가 된다. 이 통풍로 내에, 칸막이 부재(2J, 2K)가 휘는 것을 억제하기 위해, 휨 억제 리브(5J, 5K)가 마련되어 있다. 도 7에서는, 상단의 단위 구성 부재(7J)의 휨 억제 리브(5J)는 중단의 단위 구성 부재(7K)의 휨 억제 리브(5K)의 바로 위에 존재하지만, 바로 위가 아니고, 빗나가 있어도 좋다. 또한, 차폐 리브(4J, 4K)는 적층한 때에 적층 방향의 칸막이 부재(2J, 2K)의 간격을 유지하는 간격 리브(6G, 6H)로서의 기능도 갖고 있다. 또한, 단위 구성 부재(7)는 차폐 리브(4J, 4K)를 마련하지 않고, 간격 리브(6G, 6H)와 휨 억제 리브(5J, 5K)를 마련하고, 양단의 간격 리브(6G, 6H)를 실 재 등으로 공기의 차폐성을 유지하는 구조라도 좋다.

휨 억제 리브(5J, 5K)의 리브 폭은 극력 가는 구성이기 때문에, 칸막이 부재(2J, 2K) 1층마다의 전열 면적이나 투습 면적을 저해하는 영향이 적고, 결과로서 습도 교환 효율, 전열교환 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 휨 억제 리브(5J, 5K)는 핀의 역할도 동시에 담당할 수 있기 때문에, 핀 효과에 의해, 결과로서 온도 교환 효율도 향상시키는 효과도 있다.

휨 억제 리브(5J, 5K)를 칸막이 부재(2J, 2K)의 표리에서 직교하는 구성으로 함으로써, 휨 억제 리브(5J, 5K)로 둘러싸여진 칸막이 부재(2J, 2K)의 종이의 폭방향과 길이 방향의 각각의 신장량을 적게 하고, 또한, 휨 억제 리브(5J, 5K)로 구속된 칸막이 부재(2J, 2K)의 영역 내에서의 휘는 율도 경감시켜 주기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제하여 준다. 또한, 간격 리브(6J, 6K)의 전부가 간격 리브(6J, 6K)의 선단끼리에서 서로 당접하고 있기 때문에, 측면에서 서로 당접하는 것보다도 풍로의 면적을 확보하는 것이 가능해지기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제할 수 있다. 또한, 차폐 리브(4J, 4K)는 선단끼리에서 서로 당접하고 있기 때문에, 풍로를 구성하는 1변의 길이가 2배가 되어, 풍로의 면적을 대폭적으로 확보하는 것이 가능해지기 때문에, 통풍 저항의 악화에 의한 압력 손실을 억제할 수 있다. 또한, 지금까지 신축량이 크기 때문에, 종래에는 접합이 어렵고, 휨이 크고 사용할 수 없었던 소재도 칸막이 부재(2J, 2K)로서 이용하여 일체 성형으로 열교환 소자(1)를 형성할 수 있는 효과도 있다.

칸막이 부재(2)의 휨을 억제하기 위해, 많은 수의 휨 억제 리브(5)를 마련하여버리면, 칸막이 부재(2)의 휨은 억제할 수 있지만, 통풍로 내에서의 휨 억제 리브(5)가 차지하는 비율이 커지기 때문에 통풍 저항이 커져 버린다. 또한 역으로, 휨 억제 리브(5)를 조금밖에 마련하지 않으면 통풍로 내에서의 휨 억제 리브(5)가 차지한 비율은 작아서 괜찮지만, 칸막이 부재(2)의 휨이 커지고 통풍 저항이 커져 버린다. 이 때문에, 통풍 저항을 작게 억제하기 위해서는 칸막이 부재(2)의 배치 간격에 관해 검토할 필요가 있다.

도 8은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열교환 소자의 휨 억제 리브의 배치 간격에 관한 설명도이다.

도 8(a)는, 간격 리브(6) 또는 차폐 리브(4)로 둘러싸여진 하나의 통풍로를 도시하고 있다. 풍로의 높이를 g[㎜], 휨 억제 리브의 배치 간격을 p[㎜], 칸막이 부재의 팽창시의 치수 변화율을 σ로 한다. 치수 변화율(σ)이란, 칸막이 부재의 팽창분의 길이를 팽창하기 전의 칸막이 부재의 기준으로 나눈 것이다. 또한, 칸막이 부재의 팽창분의 치수란, 상대 습도가 100%RH로 한없이 가까운 환경 조건에 칸막이 부재를 충분한 시간 방치한 후의 완전히 팽창한 때의 팽창한 부분의 치수라고 정의한다.

도 8(b)를 이용하여, 칸막이 부재에 의해 통풍로가 완전히 폐색하여 버리는 조건을 설명한다.

하나의 통풍로 내를 흐르는 공기의 온도 및 습도는 거의 같다고 생각할 수 있기 때문에, 통풍로의 윗면과 하면을 구성하는 칸막이 부재(2)의 대면하는 위치에서의 신장은 같다고 생각할 수 있다. 그 때문에, 윗면 및 하면을 구성하는 칸막이 부재(2)가 통풍로를 반분씩 폐색하여 버리면 하나의 통풍로 전체를 폐색하여 버린다. 이와 같이 윗면 또는 하면의 칸막이 부재(2)가 통풍로의 반분을 폐색하여 버리는 조건을 이하에 나타낸다.

하나의 통풍로의 윗면 또는 하면의 칸막이 부재(2)가 충분히 팽창한 후의 칸막이 부재의 길이는 p(1+σ)이다. 또한 칸막이 부재(2)에 의해 풍로의 반분을 폐색하는데 필요한 길이는 p+2(g/2)이다. 이 때문에,

(수식 1)

p(1+σ) = p+2(g/2)

즉,

(수식 2)

p = g/σ

의 관계를 충족시킬 때에 칸막이 부재(2)가 통풍로를 완전히 막아버린다. 따라서, 칸막이 부재(2)가 통풍로를 완전히 막지 않기 위해서는,

(수식 3)

p < g/σ

의 관계를 충족시킬 필요가 있다.

상기 (수식 3)의 요건을 충족시키도록 휨 억제 리브(5)를 배치함으로써, 칸막이 부재가 통풍로를 완전히 폐색하여 버린다는 사태를 회피할 수 있다.

통풍로의 상하면을 구성하는 칸막이 부재(2)가 완전히 통풍로를 폐색하지 않아도, 칸막이 부재(2)끼리가 접착하여 버리면, 표면에 시행된 코팅이 벗겨진다는 문제나, 환경이 변화하여, 칸막이 부재(2)가 원래의 길이로 되돌아올려고 할 때의 회복 속도가 늦어져 버린다는 문제가 생긴다. 이 때문에, 바람직하게는, 통풍로의 상하면을 구성하는 칸막이 부재(2)가 서로 접착하지 않도록 휨 억제 리브(5)를 배치하는 것이 바람직하다.

도 8(c)를 이용하여, 칸막이 부재(2)의 접촉이 시작하는 조건을 설명한다.

칸막이 부재가 가장 휘는 것은, 휨 억제 리브(5)로부터 거리가 가장 떨어진 위치인 휨 억제 리브(5) 사이의 중간 지점이기 때문에, 이 중간 지점이 풍로의 높이(g)[㎜]의 중간 지점에 달한 때에 칸막이 부재(2)끼리의 접촉이 시작할 가능성이 있다. 하나의 통풍로의 윗면 또는 하면의 칸막이 부재가 충분히 팽창한 후의 칸막이 부재(2)의 길이는 p(1+σ)이다. 이 때문에,

(수식 4)

g/2 =

즉,

(수식 5)

p =

의 관계를 충족시킨 때에 통풍로의 상하면을 구성하는 칸막이 부재(2)가 서로 접착하기 시작한다. 따라서 칸막이 부재가 서로 접착하지 않도록 하기 위해서는,

(수식 6)

p <

의 관계를 충족시킬 필요가 있다. (수식 3) 및 (수식 6)에 도시하는 바와 같이, 휨 억제 리브의 배치 간격은 통풍로의 높이(g)에 비례하고, 치수 변화율(σ)에 반비례한다. 이 때문에, 통풍로의 높이가 높은 경우는 배치 간격을 넓힐 수 있고, 치수 변화율이 큰 칸막이 부재를 사용한 경우는 배치 간격을 좁게 할 필요가 있다.

또한, 차폐 리브(4), 휨 억제 리브(5), 간격 리브(6)로 구성되는 간격유지 부재(3)는, 대강 사각형(1차와 2차의 기류가 직교한 경우) 또는 평행사변형 형상(마찬가지로 기류가 비스듬히 교차하는 경우)를 이루고, 칸막이 부재(2)의 공기 누출에 대한 신뢰성을 늘리기 위해, 일반적으로는 차폐 리브(4)는 간격 리브(6)보다도 리브 폭이 넓게 설계할 필요가 있다. 그러나 간격 리브(6)는 칸막이 부재(2)상에서의 점유 면적이 증가하면, 칸막이 부재(2)의 전열 면적, 투습 면적을 잃게 되기 때문에, 리브 폭은 극력 가는 것이 바람직하다. 리브 폭이 좁음에 의해 사용하는 수지량의 삭감도 된다. 간격유지 부재(3)로 사용한 수지는, 폴리프로필렌(PP), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-스티렌(AS), 폴리카보네이트(PC), 그 밖에 일반적인 수지로 희망하는 형상으로 성형 가능한 것이라면 좋다. 이와 같이 리브를 수지로 성형함에 의해, 종이를 간격유지 부재(3)로 하고 있는 도 1의 콜게이트형상과 같은 습도 변화에 의한 간격유지 부재(3)의 변형을 억제할 수 있기 때문에, 통풍로의 안정화를 도모할 수 있다. 또한 이들의 수지는 난연제를 첨가하여서의 난연화나, 무기분을 첨가하고 치수 안정성이나 강도의 향상을 도모하고 있다.

또한, 1차 기류(A)와 2차 기류(B)가 교차하는 개소에 상술한 열교환 소자(1)를 구비함으로써, 전열교환 효율이 높고, 통풍 저항이 낮은 공기조화 장치를 얻을 수 있다.

1 : 열교환 소자
2·2D·2E·2G·2H·2J·2K : 칸막이 부재
3 : 간격유지 부재
4·4D·4E·4G·4H·4J·4K : 차폐 리브
5·5D·5E·5G·5H·5J·5K : 휨 억제 리브
6·6D·6E·6G·6H·6J·6K : 간격 리브
7·7D·7E·7F·7G·7H·7I·7J·7K·7L : 단위 구성 부재
A : 1차 기류
B : 2차 기류
p : 휨 억제 리브의 배치 간격
g : 풍로 높이

Claims

전열성과 투습성을 갖는 칸막이 부재와,
상기 칸막이 부재를 소정 간격으로 유지하는 간격유지 부재로 형성된 단위 구성 부재를 적층하고, 상기 칸막이 부재의 표면측을 통과하는 1차 기류와 상기 칸막이 부재의 이면측을 상기 1차 기류와 교차하여 통과하는 2차 기류가 상기 칸막이 부재를 통하여 열과 습도를 교환하는 열교환 소자에 있어서,
상기 간격유지 부재는,
상기 칸막이 부재의 표면에 상기 1차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 소정 간격마다 마련된 제1 간격 리브와,
상기 칸막이 부재의 이면에 상기 2차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 소정 간격마다 마련된 제2 간격 리브와,
상기 제2 간격 리브와 접속되고, 상기 제1 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제1 간격 리브보다도 높이가 낮은 제1 휨 억제 리브와,
상기 제1 간격 리브와 접속되고, 상기 제2 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제2 간격 리브보다도 높이가 낮은 제2 휨 억제 리브를 구비한 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
전열성과 투습성을 갖는 칸막이 부재와,
상기 칸막이 부재를 소정 간격으로 유지하는 간격유지 부재로 형성된 단위 구성 부재를 적층하고, 상기 칸막이 부재의 표면측을 통과하는 1차 기류와 상기 칸막이 부재의 이면측을 상기 1차 기류와 교차하여 통과하는 2차 기류가 상기 칸막이 부재를 통하여 열과 습도를 교환하는 열교환 소자에 있어서,
상기 간격유지 부재는,
상기 칸막이 부재의 표면의 양측에 각각 상기 1차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 마련된 제1 차폐 리브와,
상기 칸막이 부재의 이면의 양측에 각각 상기 2차 기류가 흐르는 방향과 병행하게 마련된 제2 차폐 리브와,
상기 제2 차폐 리브와 접속되고, 상기 제1 차폐 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 제1 간격 리브와,
상기 제1 차폐 리브와 접속되고, 상기 제2 차폐 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 제2 간격 리브와,
상기 제2 차폐 리브와 접속되고, 상기 제1 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제1 간격 리브보다도 높이가 낮은 제1 휨 억제 리브와,
상기 제1 차폐 리브와 접속되고, 상기 제2 간격 리브의 사이를 소정 간격마다 병행하여 마련된 상기 제2 간격 리브보다도 높이가 낮은 제2 휨 억제 리브를 구비한 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 휨 억제 리브의 폭이, 상기 제1 및 제2 간격 리브의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재는 사각형 형상이고, 상기 제1 및 제2 간격 리브 및 상기 제1 및 제2 휨 억제 리브는, 상기 단위 구성 부재의 1변으로부터 그 대향한 타방의 변까지 연속한 선형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재는 정사각형이고, 상기 칸막이 부재의 양면에 상기 간격 리브 및 상기 휨 억제 리브가 마련되고, 상기 칸막이 부재의 표면과 상기 칸막이 부재의 이면에서 상기 제1 및 제2 간격 리브의 피치가 동일함과 함께 90도 어긋내어 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재를 1장마다 90도 반전시켜서 교대로 적층하는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재의 칸막이 부재 및 상기 간격유지 부재는 일체 성형되는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 간격유지 부재는, 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재가 적층된 열교환 소자에 있어서,
일방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 제1 및 제2 간격 리브의 선단과, 적층되어 있는 타방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 칸막이 부재가 당접하고 있는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재가 적층된 열교환 소자에 있어서,
일방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 제1 및 제2 간격 리브의 선단과, 적층되어 있는 타방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 제1 및 제2 간격 리브의 선단이 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재가 적층된 열교환 소자에 있어서,
일방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 제1 및 제2 간격 리브의 일부의 선단과, 적층되어 있는 타방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 칸막이 부재가 당접하고,
타방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 제1 및 제2 간격 리브의 일부의 선단과, 적층되어 있는 일방의 상기 단위 구성 부재에 형성된 상기 칸막이 부재가 당접하고 있는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 휨 억제 리브의 높이는 상기 제1 및 제2 간격 리브의 높이의 1/2 미만인 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 칸막이 부재의 투기 저항도가 5000초 이상인 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재를 적층함에 의해 형성된 통풍로의 높이를 g,
상기 칸막이 부재가 팽창한 때의 팽창한 부분의 길이를 팽창하기 전의 기준 치수로 나눈 치수 변화율을 σ,
상기 휨 억제 리브의 배치 간격을 p로 하였을 때에,
상기p는, p<g/σ의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단위 구성 부재를 적층함에 의해 형성된 통풍로의 높이를 g,
상기 칸막이 부재가 팽창한 때가 팽창한 부분의 길이를 팽창하기 전의 기준 치수로 나눈 치수 변화율을 σ,
상기 휨 억제 리브의 배치 간격을 p로 하였을 때에,
상기 p는,
p <

의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 열교환 소자.
상기 1차 기류와 상기 2차 기류가 교차하는 개소에 열교환 소자를 구비한 공기조화 장치에 있어서,
상기 열교환 소자는 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 기재된 열교환 소자인 것을 특징으로 하는 공기조화 장치.