JP2005291616A - 熱交換素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】
熱交換素子全体の強度を確保し、換気空気の流路を形成すると共に、容易に製造することができ、且つ熱交換効率に優れた熱交換素子を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明の熱交換素子は、等間隔に並設された複数枚の熱交換膜1と、それぞれの熱交換膜1間に固定されて熱交換膜1同士の間隔を維持するスペーサー2と、からなるものであって、前記スペーサー2は、それぞれホットメルトビード21aを段層し固化接着してなる複数本の条を具備することを特徴とする。また、前記ホットメルトビード21aは、発泡樹脂からなることが好ましい。また、前記熱交換膜1は、親水性有機高分子膜を定着してなることが好ましい。
【選択図】 図2
熱交換素子全体の強度を確保し、換気空気の流路を形成すると共に、容易に製造することができ、且つ熱交換効率に優れた熱交換素子を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明の熱交換素子は、等間隔に並設された複数枚の熱交換膜1と、それぞれの熱交換膜1間に固定されて熱交換膜1同士の間隔を維持するスペーサー2と、からなるものであって、前記スペーサー2は、それぞれホットメルトビード21aを段層し固化接着してなる複数本の条を具備することを特徴とする。また、前記ホットメルトビード21aは、発泡樹脂からなることが好ましい。また、前記熱交換膜1は、親水性有機高分子膜を定着してなることが好ましい。
【選択図】 図2
Description
本発明は、顕熱及び潜熱交換を行なう熱交換素子に関するものである。
換気空気(外気及び内気)の熱交換を行う熱交換素子は、複数枚の熱交換膜を、所定の間隔を開けて積層してなる。そして、この積層間隔毎に外気と内気とを交互に流通させることで、熱交換膜を介した外気及び内気の全熱(顕熱及び潜熱)交換を行うものである。
この熱交換素子に関して、従来、波板に一体成形したスペーサー2´を各熱交換膜間1´に介設した、いわゆるコルゲート構造からなるものがあった(例えば、特許文献1、及び図6(a)参照)。このスペーサー2´は、交互に相対方向を向いた波形の頂部を、隣設する熱交換膜の双方に連接着してなる。もって、熱交換膜1´同士を確実に固定し、熱交換素子全体の強度を確保すると共に、換気空気の流路を形成するものである。
しかし、波板の頂部が湾曲して熱交換膜1´と接触するため、例えば、図6(a)にて散点で示すような接触部付近の領域は、熱交換が行われにくい領域となってしまう。従って、多くの有効熱交換面積を確保することが出来ず、波板からなるスペーサーによって熱交換効率が阻害されていた。
また、このような波板からなるスペーサー2´は、熱交換膜1´と別途の加工・成形工程の後、積層する熱交換膜1´へ順次接着する接着工程を経て形成されるものである。このため、成形、熱交換膜1´への配設、及び接着の各工程に費用、設備等がかかり、製造効率面から、容易に製造できるとはいえなかった。
この製造効率という問題に関連して、ホットメルト樹脂からなるスペーサー2´´が存在する(例えば、特許文献2、及び図6(b)参照)。これは、ゲル上に溶融したホットメルトビードを熱交換膜1´´上に塗布し、固化接着することで形成される。従来別途行われていた、スペーサーの成形工程や、熱交換膜への配設工程、及び接着工程が、ホットメルトビードの塗布という一工程によって行われる。よって、容易にスペーサー2´´を形成するものである。
しかし、ゲル状に溶融したホットメルトビードの自重と張力との関係、更には熱交換膜1´´の積層構造によって、ホットメルトビードのスペーサー2´´は、図6(b)に示すように、厚さ方向に潰れた状態で断面偏平形状となって形成される。この潰れたスペーサー2´´の幅によって、同図にて散点で示すような、熱交換効率の行なわれにくい領域が多く存在する。このため、十分な有効熱交換面積を確保することが出来ず、依然として熱交換効率が阻害されていた。
特開平7−133994号公報
特開平7−103681号公報
そこで、本発明は、熱交換素子全体の強度を確保し、換気空気の流路を形成すると共に、容易に製造することができ、且つ熱交換効率に優れた熱交換素子を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明においては、以下(1)ないし(4)の手段を採用するものとしている。
(1)すなわち、本発明の熱交換素子は、等間隔に並設された複数枚の熱交換膜1と、それぞれの熱交換膜1間に固定されて熱交換膜1同士の間隔を維持するスペーサー2と、からなるものであって、前記スペーサー2は、それぞれホットメルトビード21aを段層し固化接着してなる複数本の条を具備することを特徴とする。
このようなものであれば、ホットメルトビード21aの塗布によってスペーサー2が形成され、併設する各熱交換膜1が、それぞれ複数本の線接着によって接着される。よって、スペーサー2の別途成形、接着等が不要となる。また、全体の強度を確保した熱交換素子を安価且つ迅速に、すなわち効率よく容易に製造することができる。
また、ホットメルトビード21aの段層によって、スペーサー2を構成する各条の断面縦横比率を大きなものとしうる。よって、比較的小さな幅であっても、必要なスペーサー2の高さ、すなわち熱交換膜1同士の間隔を、十分な強度と共に確保することができる。そして、従来と比して大きな有効熱交換面積を確保することができ、熱交換効率が高くなると共に、通気抵抗が小さくなる。
(2)また、前記ホットメルトビード21aは、発泡樹脂からなることが好ましい。
このようなものであれば、各条を構成する段層単位毎のホットメルトビード21aの自重が軽くなること等により、厚さ方向(積層方向)へ潰れにくいものとなる。すなわち、発泡したホットメルトビード21aを積層することよって、より縦横断面比率の大きいスペーサー2となる。
また、ホットメルトビード21aを構成するホットメルト樹脂内の発泡ガスの発泡によって、塗布するホットメルト樹脂原料の量が低減し、安価なものとなる。
(3)また、前記熱交換膜1は、親水性有機高分子膜を定着してなることが好ましい。
このようなものであれば、従来の紙製の熱交換膜1と比して、比較的薄く柔軟性(通気時の形状変化の自由度)及び軽量性に富んだ熱交換膜1となる。
更にこのとき、ホットメルトビード21aが発泡樹脂からなるものであれば、スペーサー2自体の形状変化も柔軟性に富むものとなる。このため、熱交換膜1の柔軟な形状変化に対しても破壊しにくく、より耐久性に優れた熱交換素子となる。
(4)また、前記ホットメルトビード21aは、EVA樹脂(エチレン・酢酸ビニル共重合体)を主成分とすることが好ましい。
EVA樹脂は弾性及び耐衝撃性や耐候性に富むため、使用時の長期間にわたって、熱交換膜1の形状変化に柔軟に対応することができる。
またEVA樹脂は比較的硬化性が良いため、塗布後のホットメルトビード21aを固化させるための樹脂固化工程が不要となる。よって場所をとらず効率的に、また安価に製造できるものとなる。
(5)上記(4)の一方で、前記(2)のホットメルトビード21aは、オレフィン系樹脂を主成分とすることで、樹脂構造内で略均一に近い発泡度となる。これにより、樹脂内で気泡が凝集してしまう、いわゆる泡咬み現象が起こり難いものとなる。ひいては、略均一なスペーサー機能を果たす条を確実に得ることができ、製造効率面から、より安価な熱交換素子となる。
本発明は、上述のような構成としたことで、スペーサーが熱交換素子全体の強度を確保し、換気空気の流路を形成する。また、ホットメルトビードの塗布という一工程によって、大きな有効熱交換面積を確保したスペーサーを容易に形成できることから、熱交換効率に優れた熱交換素子を、容易に得ることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、各実施例として示す図面と共に説明する。図1ないし図4は、本発明の実施例1の熱交換素子である。図5は、実施例2の熱交換素子である。尚、図6(a)および(b)は、従来の熱交換素子である。
以下のいずれの実施例においても、本発明の熱交換素子は、熱交換膜1と、熱交換膜1上に固定されて熱交換膜1同士の間隔を維持するスペーサー2と、を交互に積層してなる。これにより、複数枚の熱交換膜1が等間隔に並設され、この各熱交換膜1間の各層にスペーサー2が固定される。
熱交換膜1は、それ自体の表面及び裏面を流通する2種の空気の、潜熱及び顕熱を交換するものである。多数枚の熱交換膜1を積層し、各層間(それぞれの熱交換膜1間)へ交互に室外空気と室内空気を流通させるものである。これにより、熱交換膜1を介して各層間(それぞれの熱交換膜1間)へ交互に流通する室外空気と室内空気の全熱(潜熱及び顕熱)交換、或いは潜熱、顕熱のいずれかを主とした熱交換を行う。熱交換膜1の並設間隔は、1.5ないし2.0mm、さらには1.7mm程度であることが、高熱交換効率及び低圧力損失のために好ましい。
スペーサー2は、熱交換膜1上において互いに並行となるように並列固定された、複数本の条からなる。並設する熱交換膜1同士の間隔を維持すると同時に、並行な複数本の線固定によって、熱交換素子の形状を保持するものであり、また、換気空気の流れ方向を誘導するものである。
そして、本発明のスペーサー2は、厚さ方向へ段層した複数本のホットメルトビード21aを固化接着してなる条を一本或いは複数本具備する。つまり、複数の条のうち、少なくともいずれかの条が、複数段に段層したホットメルトビード21aからなる。
ホットメルトビード21aとは、常温を超えた融点で粘性溶融したホットメルト樹脂(熱溶融樹脂)を抽出してなる線(ビード)状体である。このホットメルト樹脂は、スペーサー2を構成する条の主成分であり、常温にて硬質又は中硬質固化する。
実施例1の熱交換素子について、図1に、斜視外観図を示す。図2に、図1の一部を拡大した斜視図を示す。図3に、実施例1の熱交換素子を構成するスペーサー2の形成工程例を示す。図4に、実施例1の熱交換膜1間の各層のうち一層における断面説明図を示す。
(実施例1のデータ)
・スペーサー2の材質:EVA樹脂主幹ポリマー製の条のみ
・N2(窒素)発泡度:2.5倍
実施例1の熱交換膜1は、親水性有機高分子膜を定着してなる。具体的には、親水性有機高分子樹脂たるスルフォン酸ポリマーを主成分とするものを、不織布の表裏両面から含浸させることで両面製膜(ダブルキャスティング)し、更に、その製膜した一表面のみ薄膜コーティングしたものである。
・スペーサー2の材質:EVA樹脂主幹ポリマー製の条のみ
・N2(窒素)発泡度:2.5倍
実施例1の熱交換膜1は、親水性有機高分子膜を定着してなる。具体的には、親水性有機高分子樹脂たるスルフォン酸ポリマーを主成分とするものを、不織布の表裏両面から含浸させることで両面製膜(ダブルキャスティング)し、更に、その製膜した一表面のみ薄膜コーティングしたものである。
このスルフォン酸ポリマーのうち、本発明で代表される主成分として、実施例1では以下に示す三元共重合体の構造を有する。
このスルフォン酸ポリマーは、具体的には、50〜30重量%のオレフィンモノマーたるエチレンと、50〜70重量%のアリルビニルモノマーたるスチレンと、を有してなるエチレン・スチレン・ランダム共重合体を主成分とする。そして、このスルフォン酸ポリマーからなる電解質膜は高透湿性であって潜熱交換効率が高いものであり、全熱交換効率が高いものである。すなわち、前記電解質膜はそのミクロ構造の親水性イオンチャンネル内の水分拡散により従来には無い非常に高い高透湿性(約75%の熱交換効率)を有するものである。
実施例1のスペーサー2は、段層されたホットメルト樹脂製の条のみからなり、プラスチック成形棒22の条を含まずに構成される。具体的には、それぞれ厚さ方向へ2段に段層した直線状のホットメルトビード21aを、熱交換膜1上の一端部から他端部まで等間隔に複数本塗布し、固化接着することで、並設してなる。
実施例1のスペーサー2の材質たるホットメルト樹脂は、発泡ガスを混入した、EVA樹脂(エチレン・酢酸ビニル共重合体)を主成分とする発泡樹脂からなる。実施例では、図3に示すように、ホットメルトガンの射出口からのビート射出直前にて、圧縮窒素ガスを混入している。発泡度(発泡後と発泡前の体積比)は、1.5ないし3、好ましくは2.5程度(すなわち、樹脂に対して体積比1.5倍の発泡気体を注入した状態)である。発泡度が3を超えない程度であれば、弾性や耐性の面から熱交換素子全体の強度を確保しうる。
(製造方法の例)
上記構成の熱交換素子は、例えば、以下のように製造することによって得られる。
上記構成の熱交換素子は、例えば、以下のように製造することによって得られる。
図3に示すように、下段のホットメルトビード21aの塗布位置から所定距離だけ離れた位置にて、上段のホットメルトビード21aを連続的に重ねて塗布することができる。これにより、スペーサー2を構成する各条を熱交換膜1に効率的に固定する。
条を構成する各段の連続塗布によっても下段が潰れることが無く、各条は、少なくとも縦横断面比率1以上を確保する。さらに窒素ガスの発泡によって、1.4ないし1.6程度の縦横断面比率を維持することができる。
ここで、本発明における縦横断面比率とは、図4に示すスペーサー2の各条について、厚さたる縦距21hと、横幅たる横距21bとの比をいう。つまり、下式が成立する。
1≦1.4<(21h/21b)<1.6
尚、縦距21hはすなわち、隣り合って並設される熱交換膜1の間隔であり、本実施例では1.7mm程度である。
1≦1.4<(21h/21b)<1.6
尚、縦距21hはすなわち、隣り合って並設される熱交換膜1の間隔であり、本実施例では1.7mm程度である。
各条の縦横断面比率は、熱交換膜1の並設強度を確保するために、例えば従来のプラスチック成形棒22では1程度、段層しない従来のホットメルト樹脂では0.8ないし0.9となっていた。本発明の各条の縦横断面比率は常に1を超えることから、熱交換が行なわれない非有効領域(図4、図6にて散点で示される領域)を、従来(図6(a)および(b))と比して飛躍的に減少させることができる。
実施例1では、図4にて斜線で示す有効熱交換面積は、各枚の熱交換膜1全体の81%ないし84%を占めるに到る。図6(b)の斜線で示す従来の有効熱交換面積比が、熱交換膜1全体の69ないし72%程度であったことと比して、多くの熱交換有効面積を確保している。
更に、ホットメルトビード21aの段層によって、別途接着工程を不要にすることもできる。特に揮発性接着剤を使用せずに熱交換素子を製造することもできる。よって、接着剤に基づく有害ガスが、換気空気内に混入することが無く、安全性の高い熱交換素子にすることもできる。
熱交換膜1の材質に基づく実施例1の効果を示す。実施例1の熱交換膜1は、親水性有機高分子、具体的にはスルフォン酸ポリマーを主成分としてなることから、以下の二つの効果を奏する。
先ず、親水基すなわちスルフォン基によって、親水性イオンチャンネル内で水分拡散が起こる。よって、高透湿性の熱交換膜1を実現することができ、表裏双方向の熱交換効率が大幅に向上する。特に、断面縦横比率が1.4以上のスペーサー2と組み合わせることで、熱交換効率が従来のものより飛躍的に向上する。
次に、従来の紙製の熱交換膜1と比して、比較的薄く柔軟性(通気時の形状変化の自由度)及び軽量性に富んだ熱交換膜1となる。
また実施例1のスペーサー2の材質(つまりホットメルト樹脂の種類)に基づいて、以下の効果を奏する。
実施例1のスペーサー2の主成分であるEVA樹脂は、比較的軽量で、弾性に富む。また無極性であり、焼却時に有害ガスが発生することがない。このため、熱交換膜1の間隔を保持して換気空気の流路を確保するスペーサー2として、或いは熱交換膜1と分離することなく焼却廃棄できるスペーサー2として、EVA樹脂は、好ましい材質のひとつである。
また、EVA樹脂は、オレフィン系樹脂と比しても極めて硬化性が良い。
その他、本発明における各部の具体的な構成及び製造方法に関する具体的な工程は、上述した実施例に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
このようにして得られた各実施例の熱交換素子は、主に、換気装置内に収納される。そして、この熱交換素子を介して、室内空気と室外空気とを交流させるようにして使用される。換気装置は、一般的にそれぞれ室外からの吸気(OA)、室内への供給気(SA)、及び、室内からの還気(RA)、室内への排気(EA)にダクト接続される。
実施例2の熱交換素子について、図5に、一部拡大斜視図を示す。
(実施例2のデータ)
・スペーサー2の材質:オレフィン系主幹ポリマーからなる発泡ホットメルト樹脂と汎用プラスチックとの2種を併用
・N2(窒素)発泡度:2.5
実施例2のスペーサー2は、それぞれ厚さ方向へ2段に段層したホットメルトビード21aを熱交換膜1上に複数本固化接着してなる、発泡ホットメルト樹脂製の条と、熱交換膜1同士の固定を補強するプラスチック成形棒22と、を並設してなる。
(実施例2のデータ)
・スペーサー2の材質:オレフィン系主幹ポリマーからなる発泡ホットメルト樹脂と汎用プラスチックとの2種を併用
・N2(窒素)発泡度:2.5
実施例2のスペーサー2は、それぞれ厚さ方向へ2段に段層したホットメルトビード21aを熱交換膜1上に複数本固化接着してなる、発泡ホットメルト樹脂製の条と、熱交換膜1同士の固定を補強するプラスチック成形棒22と、を並設してなる。
プラスチック成形棒22は、別途成形された、略正方形断面のプラスチック(塩化ビニル樹脂、低−中密度ポリエチレン、ポリプロピレンを主成分とする。)製の棒である。熱交換素子全体の補強用としてなる。
また、実施例2のホットメルトビード21aは、発泡ガスたる窒素N2を混入した、オレフィン系樹脂たるエチレン重合体を主幹とする発泡樹脂からなる。発泡度は2.5(窒素ガスの混入量が樹脂の体積比1.5倍)程度である。
オレフィン系樹脂を主成分とすることで、樹脂内で略均一に近い発泡となる。
その他の構成は、実施例1と同様である。
その他の構成は、実施例1と同様である。
実施例2のスペーサー2は、塗布後のホットメルトビード21aを固化させるために、樹脂を送風等により冷却固化させる。例えば送風による冷却は簡易な設備によって可能となり、コンベアによる長尺の熱交換膜1運搬に沿って、積層する各段のホットメルト樹脂を連続的に固着することで、生産効率が上昇する。
効率的に、ひいては安価に製造できるものとなる。
効率的に、ひいては安価に製造できるものとなる。
(実施例3のデータ)
・スペーサー2の材質:EVA樹脂主幹ポリマーからなる非発泡ホットメルト樹脂
・N2(窒素)発泡度:ゼロ(発泡せず)
実施例3のスペーサー2は、それぞれ厚さ方向へ2段に段層したホットメルトビード21aを熱交換膜1上に複数本固化接着してなる、ホットメルト樹脂製の条のみからなる。但し、ホットメルトビード21aは発泡ガスを注入しておらず、非発泡樹脂のみからなる。
・スペーサー2の材質:EVA樹脂主幹ポリマーからなる非発泡ホットメルト樹脂
・N2(窒素)発泡度:ゼロ(発泡せず)
実施例3のスペーサー2は、それぞれ厚さ方向へ2段に段層したホットメルトビード21aを熱交換膜1上に複数本固化接着してなる、ホットメルト樹脂製の条のみからなる。但し、ホットメルトビード21aは発泡ガスを注入しておらず、非発泡樹脂のみからなる。
その他の構成は、実施例1と同様である。
(比較例のデータ)
・スペーサーの材質:EVA樹脂主幹ポリマーからなる発泡ホットメルト樹脂
・N2(窒素)発泡度:2.5
比較例のスペーサーは、図6(b)に示すような、それぞれ厚さ方向へ段層しない一層のみのホットメルトビードを熱交換膜上に複数本並設し、これを固化接着してなる、ホットメルト樹脂製の条のみからなる。その他の構成は、実施例1と同様である。
・スペーサーの材質:EVA樹脂主幹ポリマーからなる発泡ホットメルト樹脂
・N2(窒素)発泡度:2.5
比較例のスペーサーは、図6(b)に示すような、それぞれ厚さ方向へ段層しない一層のみのホットメルトビードを熱交換膜上に複数本並設し、これを固化接着してなる、ホットメルト樹脂製の条のみからなる。その他の構成は、実施例1と同様である。
(比較データ)
上記比較例と比較するに、本発明の実施例1の熱交換素子は、全熱交換効率として1.5から3%程度の効率アップが期待できる。これは、有効熱交換面積比に基づくものである。また通風抵抗は、2%程度の低減が期待できる。
上記比較例と比較するに、本発明の実施例1の熱交換素子は、全熱交換効率として1.5から3%程度の効率アップが期待できる。これは、有効熱交換面積比に基づくものである。また通風抵抗は、2%程度の低減が期待できる。
本発明の熱交換素子は、主に、換気装置内に収納される他、熱交換を行う種々の装置、機器或いは機構内に収納または組み込んで、熱交換手段の一部または全部として用いることができる。
1 熱交換膜
2 スペーサー
21a ホットメルトビード
2 スペーサー
21a ホットメルトビード
Claims (5)
- 等間隔に並設された複数枚の熱交換膜(1)と、それぞれの熱交換膜(1)間に固定されて熱交換膜(1)同士の間隔を維持するスペーサー(2)とからなるものであって、前記スペーサー(2)は、それぞれホットメルトビード(21a)を段層し固化接着してなる、複数本の条を具備することを特徴とする熱交換素子。
- ホットメルトビード(21a)は、発泡樹脂からなる請求項1記載の熱交換素子。
- 熱交換膜(1)は、親水性有機高分子膜を定着してなる請求項1または2記載の熱交換素子。
- ホットメルトビード(21a)は、EVA樹脂(エチレン・酢酸ビニル共重合体)を主成分としてなる請求項1、2または3記載の熱交換素子。
- ホットメルトビード(21a)は、オレフィン系樹脂を主成分としてなる請求項1、2または3記載の熱交換素子。
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JP2008122042A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Techno Frontier:Kk | 換気装置 |
CN107696473A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-16 | 中物院成都科学技术发展中心 | 一种具有宽应力平台区域的硅橡胶有序多孔材料、制件及制备方法 |
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2004
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