JP5610777B2 - 全熱交換素子 - Google Patents

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Description

本発明は、新鮮な外気の給気と汚れた室内空気の排気を行ないつつ顕熱および潜熱を同時に熱交換させる全熱交換素子に関する。
近年、冷暖房効果を高めるために居住空間の高断熱化、高気密化が進むにつれて、室内空気の汚染が問題となり、換気の重要性が再認識されてきている。冷暖房効果を損なわずに換気を行なう方法として、給気と排気の間で熱交換する方法が有効である。従来、この要求に応えるものとして空調システムや換気機器に組み込んで用いられる熱交換素子がある(特許文献1参照)。
特開2003−262487号公報
従来の熱交換素子は、窓部を打ち抜いたプラスチック製の段ボールを流路形成部材として用い、上記窓部に張設した仕切板を介して温度差のある二種類の空気を流通させ熱交換が行われるように構成されている。
しかし、流路形成部材の素材となるプラスチックは、水を吸う能力が低く、熱交換素子内で発生した結露水を吸収できないという欠点があった。即ち、冬期の暖房に於て、熱交換素子からポタポタと結露水が滴下するという問題を生じる。また、プラスチックは可燃性であり、難燃性を与えるのは難しいという問題がある。
また、平板材と波板材とを接着して成る紙製の段ボールを流路形成部材に用いて、吸水性の高い熱交換素子を構成することも考えられているが、紙製の段ボールに窓部を打ち抜き形成(トムソン刃加工)する際に、剛性の低い波板材が潰れて、給気と排気とを通す流路の入口・出口が変形し、熱交換素子の流通抵抗が過大となったり、使用できなくなるという問題が発生していた。
そこで、本発明は、結露水を十分に吸収して、熱交換素子から結露水が滴下することを防止し、かつ、熱交換効率の良い全熱交換素子を提供することを目的とする。また、難燃性に優れた全熱交換素子の提供を他の目的とする。
本発明に係る全熱交換素子は、平面板材と該平面板材に接着された波板状の間隔保持材とをもって複数の流路が形成された流路形成部材に窓部を打ち抜き形成し、該窓部に全熱交換用の仕切膜を張設した熱交換部材を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、上記流路形成部材は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材の間隔保持材は、剛性向上用の補強層が少なくとも一表面にコーティングされ、上記窓部の切断面において、上記補強層による剛性向上にて上記流路の形状が保持されているものである。
また、平面板材と該平面板材に接着された波板状の間隔保持材とをもって複数の流路が形成された流路形成部材に窓部を打ち抜き形成し、該窓部に全熱交換用の仕切膜を張設した熱交換部材を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、上記流路形成部材は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材の間隔保持材は、剛性向上用の補強層が少なくとも一表面に網目状乃至縞目状に印刷され、上記窓部の切断面において、上記補強層による剛性向上にて上記流路の形状が保持されているものである。
また、上記剛性向上用の補強層が、難燃性向上剤を含有しているものである。
また、上記補強層は、熱可塑性樹脂から成るものである。
また、平面板材と該平面板材に接着された波板状の間隔保持材とをもって複数の流路が形成された流路形成部材に窓部を打ち抜き形成し、該窓部に全熱交換用の仕切膜を張設した熱交換部材を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、上記流路形成部材は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材の間隔保持材は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤を含有し、上記窓部の切断面において、上記硬化剤による剛性向上にて上記流路の形状が保持されているものである。
また、平面板材と該平面板材に接着された波板状の間隔保持材とをもって複数の流路が形成された流路形成部材に窓部を打ち抜き形成し、該窓部に全熱交換用の仕切膜を張設した熱交換部材を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、上記流路形成部材は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材の間隔保持材は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤、及び、難燃性向上剤を、含有し、上記窓部の切断面において、上記硬化剤による剛性向上にて上記流路の形状が保持されているものである。
また、上記親水性硬化剤は、上記紙に含浸した水分散系エマルジョン樹脂溶液を固化させて成るものである。
また、上記難燃性向上剤は、グアニジン塩系難燃剤から成るものである。
本発明の全熱交換素子によれば、紙の親水性を損なわずに、波板状の間隔保持材に高い剛性を与えることができる。即ち、紙を素材とする間隔保持材を補強層でコーティングした後に、窓部を打ち抜いて形成した流路形成部材を用いることで、親水性を確保し、冬期暖房条件下にて結露水の発生を防ぎ、乃至、発生した結露水がポタポタと滴下することを防止できる。また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を高くし、さらに、圧力損失を低くすることができる。しかも、プラスチックに比べ安価な紙を材料としても、トムソン刃加工等による窓の打ち抜き加工を可能として、製造コストを低減できる。かつ、補強層に難燃性向上剤を含有させることにより、火災の予防効果も発揮する。
直交流型全熱交換素子の使用状態を示した簡略図である。 本発明の実施の一形態を示した斜視図である。 熱交換部材の一例を示した平面図である。 分解簡略斜視図である。 流路形成部材を示した要部拡大図である。 流路形成部材の第1例を示した拡大断面図である。 流路形成部材の第2例を示した拡大断面図である。 流路形成部材の第3例を示した拡大断面図である。 流路形成部材の第4例を示した拡大断面図である。 対向流型全熱交換素子の使用状態を示した簡略図である。 本発明の他の実施の形態を示した斜視図である。 熱交換部材の他の例を示した平面図である。 熱交換部材のさらに他の例を示した平面図である。 分解簡略斜視図である。
以下、実施の形態を示す図面に基づき本発明を詳説する。
図1に示すように、Xは、直交流型の全熱交換素子であって、室内41と屋外42との間で給排気を行なう換気装置としての熱交換器40に収容されている。Aは、屋外42からの新鮮な給気側空気の流れを示し、Bは、室内41からの汚れた排気側空気の流れを示し、給気側空気の流れAと排気側空気の流れBとは相互に直交している。熱交換器40は、給気側空気を流す給気ファン44と排気側空気を流す排気ファン45とを備え、全熱交換素子Xに温度と湿度の異なる二種類の気体を流通させ熱交換するように構成されている。
図2〜図4に示すように、全熱交換素子Xは、流路3を有する熱交換部材10を、複数枚積層している。熱交換部材10は、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2と、流路形成部材2に打ち抜き形成した窓部8に張設する全熱交換用の仕切膜1と、から成る。
図2乃至図4に示す熱交換部材10…は、全て同一形状の正方形板状熱交換部材10A…から成り、平行な多数の流路3…を形成する正方形状の流路形成部材2A…を有している。
熱交換部材10A…は、給気側空気の流れAと排気側空気の流れBとが直交するように、一段置きに流路3の方向を直交させて積み重ねられている。全熱交換素子Xの両端は、正方形板状の保護板11,11で保護されている。
仕切膜1は、例えば、多孔質な紙の表面、あるいは、ポリエチレン、ポリプロピレン、酢酸セルロース、ポリテトラフルオロエチレン等を素材とする多孔質シートの表面に親水性高分子の薄膜を塗布した透湿膜から成り、温度(顕熱)を伝熱し、水蒸気を透過して湿度(潜熱)の交換も同時に行なうように作製されている。仕切膜1は、流路形成部材2Aに4つ形成された窓部8…に、平面板材7側から張着されている。
図5に示すように、流路形成部材2は、平面板材7及び間隔保持材6を、紙で作製したものである。流路形成部材2は、間隔保持材6と平面板材7との間に平行な流路3…を形成し、空気を直線的に流通するように構成されている。
なお、本発明に於て、「紙」とは、セルロース(植物の細胞膜や繊維の主要成分)等の植物繊維を膠着させて製造したものであって、薄く平に形成したものである。
図6に示すように、平面板材7及び間隔保持材6は、多数の繊維が密接に絡み合って構成される紙を素材としており、繊維と繊維との間に染み込んだ水分を保持する性質がある。つまり、紙製の平面板材7及び間隔保持材6は、当然に吸水性を有する。
また、間隔保持材6の一表面には、剛性向上用の補強層4がコーティングされている。補強層4は、常温固体の熱可塑性樹脂から成り、加熱して溶融した粘着性ホットメルト樹脂を、間隔保持材6に薄膜状に塗布し、固化して形成されている。剛性の低い紙から成る間隔保持材6の表面を、補強層4で被覆することにより、外部から加わる力に対して形状を保持する剛力が補強される。つまり、補強層4は、波板状の間隔保持材6の形状を保つように、剛性を向上させている。
さらに、望ましくは、上記補強層4に、難燃性向上剤12を含有させる。これにより、燃えにくくなり、火災予防に寄与できる。
図7に示すように、間隔保持材6の両面を、補強層4,4でコーティングするも好ましい。こうすることで、間隔保持材6は、表裏面から補強層4,4に被われ、より一層剛性が強化される。また、難燃性向上剤12を含有させるも望ましい。これにより、火災予防に役立つ。
なお、図6及び図7の補強層4のコーティング処理は、流路形成部材2の加工前段階で行われ、流路形成部材2を正方形状に成型する際、及び、流路形成部材2に窓部8,8…を打ち抜き形成する際の切断面9は、補強層4で被われていない。
また、補強層4は、その厚さ寸法Tを、間隔保持材6の肉厚寸法Tの30%〜60%に設定している。
図8に於ては、間隔保持材6の表面に、非連続状の補強層4,4,4が形成されている。間隔保持材6には、網目状乃至縞目状(図示省略)の補強層4が印刷され、間隔保持材6の剛性を向上させている。補強層4…は、少なくとも間隔保持材6の一表面に印刷されていればよく、両面に印刷されるも望ましい。
図9では、間隔保持材6が、剛性向上用の親水性硬化剤5を含有(含浸固化)している。親水性硬化剤5は、間隔保持材6を構成する紙に含浸した水分散系エマルジョン樹脂溶液が、繊維と繊維の間に入り込んで固化したものである。親水性硬化剤5は、紙の繊維の結合力を強化し、間隔保持材6の剛性を向上し、かつ、間隔保持材6の吸水性を保持したまま補強している。また、望ましくは、難燃性向上剤12を含有(含浸固化)させる。これにより、火災予防に役立つ。
本発明に於て、上述の難燃性向上剤12としては、例えば、リン酸グアニジンやスルファミン酸グアニジンが好ましい。
図6〜図9に示す平面板材7を、補強層4でコーティング又は印刷したもの、あるいは、親水性硬化剤5を含有(含浸固化)したものとするも望ましい。間隔保持材6と平面板材7との両方の剛性を強化することで、流路形成部材2全体の剛性と強度が向上する。
上述した本発明の全熱交換素子Xの使用方法(作用)について説明する。
図1及び図2に示すように、熱交換器40内の直交流型全熱交換素子Xに、屋外42から取り込んだ新鮮な給気側空気を流入し、かつ、室内41から排出される排気側空気を流入する。排気側空気は、空調設備等で温度調整されているため、外気である給気側空気とは温度差が生じている。全熱交換素子Xは、給気側空気と排気側空気とを換気する際に、顕熱と潜熱とを熱交換させる。
図3及び図4に示すように、全熱交換素子Xの内部では、流路形成部材2の窓部8で複数の流路3…が合流する。窓部8は、細かい区画壁が存在しないため全熱交換素子Xを流通する空気の抵抗を軽減し、かつ、仕切膜1を介して給気側空気と排気側空気とが熱交換を行なう面積を広くする。その結果、全熱交換素子X内の伝熱面積が増大し、熱交換効率を向上する。特に、仕切膜1による有効透湿面積が広くなることで、顕熱交換効率を向上する。
また、流路形成部材2は、流路3を扁平状に型崩れさせることはなく、全熱交換素子Xの流通抵抗を低く保っている。特に、窓部8を打ち抜き形成する際に、型崩れしやすい切断面9を変形させずに形状を保持する。
これは、図6〜図9に示したように、流路形成部材2の加工段階に於て、流路形成部材2の間隔保持材6が、補強層4をコーティング乃至印刷され、もしくは、親水性硬化剤5を含有させて、切断面9を波形状に保持し得る程度に剛性を与えられていることに起因する。
温度と湿度の異なる給気側空気と排気側空気を熱交換する全熱交換素子X内には、水蒸気が冷やされて結露(水)が発生しようとする。紙から成る流路形成部材2は、発生する水を吸い取って、少しずつ放散させることで結露を防ぎ得る。図7のように、間隔保持材6の両面を補強層4でコーティングした流路形成部材2は、切断面9から水を吸引し、間隔保持材6に浸透させる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図10及び図11に示すように、Yは、対向流型の全熱交換素子であって、室内41と屋外42との間で給排気を行なう換気装置としての熱交換器50に収容されている。全熱交換素子Yは、平面視で長六角形状に形成され、長方形状の中間部49と、中間部49の短辺側に三角形部48,48を組み合わせた形状を有している。
A´は、屋外42からの給気側空気の流れを示し、B´は、室内41からの排気側空気の流れを示している。給気側空気の流れA´と排気側空気の流れB´とは、中間部49で相互に平行かつ反対向き(対向状)に流れている。熱交換器50は、給気側空気を流す給気ファン44と排気側空気を流す排気ファン45とを備え、全熱交換素子Yに温度と湿度の異なる二種類の気体を流通させ熱交換するように構成されている。
図11〜図14に示すように、全熱交換素子Yは、流路3を有する熱交換部材10を、複数枚積層している。熱交換部材10が、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2と、流路形成部材2に打ち抜き形成した窓部8に張設する全熱交換用の仕切膜1と、から成る点は、既述の通りである。
図11乃至図14に示す熱交換部材10…は、二種類の長六角形板状熱交換部材10B,10Cから成る。熱交換部材10B及び熱交換部材10Cは、共に中間部49に平行な多数の流路3…を形成し、給気側空気の流れA´と排気側空気の流れB´とが、中間部49で対向するように重ね合わされている。全熱交換素子Yの両端は、六角形板状の保護板15,15で保護されている。
図12に示す熱交換部材10Bは、長六角形状の第1流路形成部材2Bを備えている。第1流路形成部材2Bは、中間部49に6つの窓部8…を配設し、三角形部48,48と中間部49との間で流路3…を所定角度をもって斜めに偏向している。
図13に示す熱交換部材10Cは、長六角形状の第2流路形成部材2Cを備えている。第2流路形成部材2Cは、第1流路形成部材2Bと同様に中間部49に6つの窓部8…を配設している。第2流路形成部材2Cは、三角形部48,48に配設された流路3…が、第1流路形成部材2Bとは反対の所定角度をもって斜めに偏向する点で相違している。
仕切膜1は、温度(顕熱)を伝熱し、水蒸気を透過して湿度(潜熱)の交換も同時に行なうように作製されたものであり、流路形成部材2の窓部8…に、平面板材7側から張着されている。
図5〜図9に示すように、流路形成部材2が、平面板材7及び間隔保持材6を、セルロース等を素材とする繊維から成る紙で作製される点、及び、間隔保持材6が、剛性向上用の補強層4又は親水性硬化剤5で剛性を付与されている点(さらには、難燃性向上剤12を含有させている点)は、上述の実施形態と全く同様である。
全熱交換素子Yの使用方法(作用)については、図10及び図11に示すように、熱交換器50内に収容された全熱交換素子Yに、屋外42から取り込んだ新鮮な給気側空気を流入し、かつ、室内41から排出される排気側空気を流入する。全熱交換素子Yは、給気側空気の流れA´と排気側空気の流れB´とが、上述の熱交換器40と異なる経路をたどることを除けば、全熱交換素子X同様に給気側空気と排気側空気との熱交換を行なう。
以上のように、本発明は、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2に窓部8を打ち抜き形成し、窓部8に全熱交換用の仕切膜1を張設した熱交換部材10を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、流路形成部材2は、紙で構成され、かつ、流路形成部材2の間隔保持材6は、剛性向上用の補強層4が少なくとも一表面にコーティングされているので、紙の親水性を損なわずに、波板状の間隔保持材6に高い剛性を与えることができる。即ち、紙を素材とする間隔保持材6を補強層4でコーティングした後に、窓部8を打ち抜いて形成した流路形成部材2を用いることで、親水性を確保し、冬期暖房条件下にて結露水の発生を防ぎ、乃至、発生した結露水がポタポタと滴下することを防止できる。また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を高くし、さらに、圧力損失を低くすることができる。しかも、プラスチックに比べ安価な紙を材料としても、トムソン刃加工等による窓部8の打ち抜き加工を可能として、製造コストを低減できる。
また、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2に窓部8を打ち抜き形成し、窓部8に全熱交換用の仕切膜1を張設した熱交換部材10を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、流路形成部材2は、紙で構成され、かつ、流路形成部材2の間隔保持材6は、剛性向上用の補強層4が少なくとも一表面に網目状乃至縞目状に印刷されているので、紙の親水性を損なわずに、波板状の間隔保持材6に高い剛性を与えることができる。即ち、紙を素材とする間隔保持材6を補強層4でコーティングした後に、窓部8を打ち抜いて形成した流路形成部材2を用いることで、親水性を確保し、冬期暖房条件下にて結露水の発生を防ぎ、乃至、発生した結露水がポタポタと滴下することを防止できる。また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を高くし、さらに、圧力損失を低くすることができる。しかも、プラスチックに比べ安価な紙を材料としても、トムソン刃加工等による窓部8の打ち抜き加工を可能として、製造コストを低減できる。
また、剛性向上用の補強層4が、難燃性向上剤12を含有しているので、流路形成部材2の難燃性を向上させることができ、火災を予防し得る。
また、補強層4は、熱可塑性樹脂から成るので、短時間で容易に形成でき、作業性を向上できる。
また、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2に窓部8を打ち抜き形成し、窓部8に全熱交換用の仕切膜1を張設した熱交換部材10を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、流路形成部材2は、紙で構成され、かつ、流路形成部材2の間隔保持材6は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤5を含有しているので、紙の親水性を損なわずに、波板状の間隔保持材6に高い剛性を与えることができる。即ち、紙を素材とする間隔保持材6を補強層4でコーティングした後に、窓部8を打ち抜いて形成した流路形成部材2を用いることで、親水性を確保し、冬期暖房条件下にて結露水の発生を防ぎ、乃至、発生した結露水がポタポタと滴下することを防止できる。また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を高くし、さらに、圧力損失を低くすることができる。しかも、プラスチックに比べ安価な紙を材料としても、トムソン刃加工等による窓部8の打ち抜き加工を可能として、製造コストを低減できる。
また、平面板材7と平面板材7に接着された波板状の間隔保持材6とから成る流路形成部材2に窓部8を打ち抜き形成し、窓部8に全熱交換用の仕切膜1を張設した熱交換部材10を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、流路形成部材2は、紙で構成され、かつ、流路形成部材2の間隔保持材6は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤5、及び、難燃性向上剤12を、含有しているので、紙の親水性を損なわずに、波板状の間隔保持材6に高い剛性を与えることができる。即ち、紙を素材とする間隔保持材6を補強層4でコーティングした後に、窓部8を打ち抜いて形成した流路形成部材2を用いることで、親水性を確保し、冬期暖房条件下にて結露水の発生を防ぎ、乃至、発生した結露水がポタポタと滴下することを防止できる。また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を高くし、さらに、圧力損失を低くすることができる。しかも、プラスチックに比べ安価な紙を材料としても、トムソン刃加工等による窓部8の打ち抜き加工を可能として、製造コストを低減できる。さらに、火災の予防効果も発揮できる。
また、親水性硬化剤5は、紙に含浸した水分散系エマルジョン樹脂溶液を固化させて成るので、間隔保持材6の吸水性を保持しつつ剛性を向上できる。
また、難燃性向上剤12は、グアニジン塩系難燃剤から成るので、容易に難燃性を向上することができ、火災予防に寄与できる。
1 仕切膜
2 流路形成部材
3 流路
4 補強層
5 親水性硬化剤
6 間隔保持材
7 平面板材
8 窓部
9 切断面
10 熱交換部材
12 難燃性向上剤

Claims (8)

  1. 平面板材(7)と該平面板材(7)に接着された波板状の間隔保持材(6)とをもって複数の流路(3)が形成された流路形成部材(2)に窓部(8)を打ち抜き形成し、該窓部(8)に全熱交換用の仕切膜(1)を張設した熱交換部材(10)を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、
    上記流路形成部材(2)は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材(2)の間隔保持材(6)は、剛性向上用の補強層(4)が少なくとも一表面にコーティングされ、
    上記窓部(8)の切断面(9)において、上記補強層(4)による剛性向上にて上記流路(3)の形状が保持されていることを特徴とする全熱交換素子。
  2. 平面板材(7)と該平面板材(7)に接着された波板状の間隔保持材(6)とをもって複数の流路(3)が形成された流路形成部材(2)に窓部(8)を打ち抜き形成し、該窓部(8)に全熱交換用の仕切膜(1)を張設した熱交換部材(10)を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、
    上記流路形成部材(2)は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材(2)の間隔保持材(6)は、剛性向上用の補強層(4)が少なくとも一表面に網目状乃至縞目状に印刷され、
    上記窓部(8)の切断面(9)において、上記補強層(4)による剛性向上にて上記流路(3)の形状が保持されていることを特徴とする全熱交換素子。
  3. 上記剛性向上用の補強層(4)が、難燃性向上剤(12)を含有している請求項1又は2記載の全熱交換素子。
  4. 上記補強層(4)は、熱可塑性樹脂から成る請求項1,2又は3記載の全熱交換素子。
  5. 平面板材(7)と該平面板材(7)に接着された波板状の間隔保持材(6)とをもって複数の流路(3)が形成された流路形成部材(2)に窓部(8)を打ち抜き形成し、該窓部(8)に全熱交換用の仕切膜(1)を張設した熱交換部材(10)を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、
    上記流路形成部材(2)は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材(2)の間隔保持材(6)は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤(5)を含有し、
    上記窓部(8)の切断面(9)において、上記硬化剤(5)による剛性向上にて上記流路(3)の形状が保持されていることを特徴とする全熱交換素子。
  6. 平面板材(7)と該平面板材(7)に接着された波板状の間隔保持材(6)とをもって複数の流路(3)が形成された流路形成部材(2)に窓部(8)を打ち抜き形成し、該窓部(8)に全熱交換用の仕切膜(1)を張設した熱交換部材(10)を、複数枚積層して成る全熱交換素子に於て、
    上記流路形成部材(2)は、紙で構成され、かつ、該流路形成部材(2)の間隔保持材(6)は、吸水性を保持しつつ剛性を向上する親水性硬化剤(5)、及び、難燃性向上剤(12)を、含有し、
    上記窓部(8)の切断面(9)において、上記硬化剤(5)による剛性向上にて上記流路(3)の形状が保持されていることを特徴とする全熱交換素子。
  7. 上記親水性硬化剤(5)は、上記紙に含浸した水分散系エマルジョン樹脂溶液を固化させて成る請求項5又は6記載の全熱交換素子。
  8. 上記難燃性向上剤(12)は、グアニジン塩系難燃剤から成る請求項6又は7記載の全熱交換素子。
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