全熱交換元件的製作方法
2023-12-09 22:59:26 2
專利名稱：全熱交換元件的製作方法
技術領域：
本發明涉及應用於空調領域的，在二流體間的進行熱交換的熱交換裝置上被使用的層疊結構的熱交換元件中，特別是交換潛熱和顯熱兩方的全熱交換元件。
背景技術：
迄今為止，通常地在空調領域應用的層疊結構的全熱交換元件，把平面形狀的分割部件和剖面波形狀的間隔保持部件層疊形成的基本結構部件以間隔保持部件的波方向正交或者與其接近的角度交差的方式層疊，粘接而形成。在通過該全熱交換元件的間隔保持部件形成的層疊方向上鄰接的通路上，通過流過各自不同狀態的氣流(通常地，溫溼度狀態的不同空氣)把分割部件作為介質而在兩流體間進行顯熱以及潛熱的交換。
分割部件由於存在於2個氣流間，作為用於顯熱以及潛熱交換的介質存在，所以分割部件的傳熱性以及透溼性對作為全熱交換元件的顯熱以及潛熱交換功率有很大影響。此外，間隔保持部件保持分割部件的間隔，具有確保2個氣流穿行通路的作用。
此外，在空調用的全熱交換元件中，特別地在2個氣流間需要減少二氧化碳(CO2)等氣體的移動，因而除上述性能以外的其它的性能，分割部件和間隔保持部件都需要高的氣體遮蔽性。
此外，根據確保作為產品的安全性的觀點，全熱交換元件本身也需要有高的阻燃性。這樣的全熱交換元件的分割部件以及間隔保持部件需要多種性能，因此使用多樣的分割部件以及間隔保持部件。
為發現上述的功能，作為現有的全熱交換元件，具有下述例子(例如，參照專利文獻1)在把製紙用纖維作為主體的漿中混合吸放溼性粉體和熱熔著性物質並且抄造的基紙上，根據必要滲透處理阻燃劑之後，把在基紙的單面或者兩面上設置吸放溼性的塗工層的全熱交換體用紙成波狀加工之後，縱橫交替地層疊。
此外，具有下述的全熱交換器(例如，參照專利文獻2)由在以紙漿為主要原料的紙上添加阻燃劑，添加吸溼劑而形成的平面狀的透溼性的阻燃紙形成的襯墊片和由聚丙烯膜構成的非吸溼性的壓波紋加工的波形片構成，通過襯墊片接合波形片，每一段相互地與波的方向正交。
此外，具有下述的熱交換器(例如，參照專利文獻3)通過對於混合抄紙陶瓷纖維質基材和植物纖維質基材而得到的原紙滲透阻燃劑的波形狀間隔板，多層地重合對於相同原紙滲透阻燃劑和吸溼劑的平板狀分割板。
專利文獻1特開平10-212691號公報(第3頁～第4頁，圖1)專利文獻2特開2001-241867號公報(第2頁，圖1)專利文獻3特開昭54-44255號公報(第1頁，第2頁，圖)該些現有的熱交換元件的分割部件，其特徵在於，全熱交換體用紙，襯墊片以及分割板的任意一個，都以層狀或者混合的形式必然重疊阻燃劑和吸溼劑。
但是，在如這些現有的重疊阻燃劑和吸溼劑的結構中，具有如下問題。
(1)在流過分割部件的表裡面的2個氣流間的潛熱的移動，即，如果要進行溼分的移動，由於在現有的結構中，在溼分的移動方向上不僅吸溼劑層存在，阻燃劑層也存在，所以假使吸溼劑層吸著溼分，也通過其後阻燃劑層形成為溼分移動的抵抗，在其部分中的溼分的移動量會減少，結果分割部件的透溼性降低。
(2)為此，為了進一步地確保高透溼性，可以考慮謀求增加吸溼劑的量的方法。但是，由於在那時，在分割部件的每基材單位面積的可以塗敷加工或者滲透的藥劑總量是有限的，所以在向分割部件的相同部分塗敷加工吸溼劑和阻燃劑的現有結構中，如果吸溼劑的量增加，則阻燃劑的量減少，會使阻燃劑減少。相反的情況也同樣地存在，結果存在吸溼性和阻燃性成為折衷的關係的問題。
(3)此外，由於向相同部分使用吸溼劑和阻燃劑，所以在藥劑選定上有必要注意通過接觸不容易發生反應。由此，也存在吸溼劑、阻燃劑的選定範圍變窄的問題。選定範圍變窄，也成為導致產品的成本高的因素，所以應儘可能地避免。
此外，如專利文獻3所記載的，利用在分割部件中滲透吸溼性的阻燃劑的方法，可以同時賦予吸溼性和阻燃性的結構。但是，由於該吸溼性不及吸溼劑的吸溼性，所以達到使用吸溼劑單體以上的交換效率的提高是很難的。那樣的藥劑在種類限制上，與上述的技術問題(3)相同。
發明內容
本發明是為解決上述的技術問題而做成的元件，第1個目的是防止賦予溼透性的吸溼劑等的材料的效果被賦予阻燃性的阻燃劑等的材料阻礙，謀求透溼效果更加明顯，結果使全熱交換元件的熱交換效率提高。
此外，第2個目的是使賦予透溼性的吸溼劑等的材料和賦予阻燃性的阻燃劑等的材料的賦予量不互相束縛而自由地設定，此外，通過可以與互相的反應性無關地選定，結果同時實現全熱交換元件的熱交換效率的提高與阻燃性。
本發明的全熱交換元件，是在分割部件和間隔保持部件中，賦予透溼性的透溼性賦予部分和賦予阻燃性的阻燃性賦予部分在1個部件中不重疊的元件。
在分割部件和間隔保持部件中，由於賦予透溼性的透溼性賦予部分和賦予阻燃性的阻燃性賦予部分在1個部件中不重疊，所以沒有通過重疊而使賦予透溼性的吸溼劑等的材料的效果被賦予阻燃性的阻燃劑等的材料阻礙，可以使透溼效果更加明顯，結果可以提高透溼效果，可以同時實現全熱交換元件的熱交換效率的提高與阻燃性。
圖1是表示本發明的實施例1涉及的全熱交換元件1的立體圖；圖2是表示圖1的全熱交換元件的單位結構部件的立體圖；圖3是與圖2的單位結構部件的通路垂直方向的剖面圖；圖4是與本發明的實施例2涉及的全熱交換元件的單位結構部件的通路垂直方向的剖面圖；具體實施方式
實施例1根據附圖詳細地說明本發明的實施例1的全熱交換元件的。
圖1表示本發明的實施例1涉及的全熱交換元件1，全熱交換元件1由平板狀的分割部件2，和剖面為鋸齒狀或者正弦波狀等的波形狀，並且以向分割部件2的平面的投影形狀與分割部件一致的方式加工的間隔保持部件3交替層疊而構成。層疊方法以圖2中表示的方式，製作以接觸波狀形的凸部的方式重疊1個分割部件2和1個間隔保持部件3並且通過粘接等固定的單位結構部件，以使該單位結構部件成為分割部件2和間隔保持部件3交替的方式，並且以間隔保持部件3的波形狀的開口部的開口方向交替地成為大致90度的方式層疊(圖1中是層疊6個單位結構部件的全熱交換元件的例子)。因此，如圖1所示，可以得到2種氣流的通路4、5(用箭頭表示)每隔一層地交替地交差的全熱交換元件1。如果在該2種氣流的通路4、5中通過送風機等使狀態不同的兩種氣流通過，就可以把分割部件2作為介質，在兩氣流間進行顯熱、潛熱的熱交換。
圖3是在圖2的單位結構部件的通路4、5的氣流方向上垂直地切斷的剖面圖。本全熱交換元件1的分割部件2以及間隔保持部件3，為了確保透溼性、氣體遮蔽性以及阻燃性，採用如下的結構。
首先，分割部件2由基材2a和在基材2a中附加的吸溼劑2b構成，基材2a是纖維素質(セルロ一スベ一ス)材料，例如，使用無孔質化紙漿纖維的材料(通過進行打漿的紙漿而抄紙的紙)或者不通過氣體的微細孔基材，吸溼劑2b採用氯化鋰、氯化鈣等的鹼金屬鹽，在基材2a上滲透或者塗敷加工該吸溼劑2b。間隔保持部件3同樣地使用在紙漿纖維中使鹽酸胍、氨基磺酸胍等的胍鹽類的阻燃劑滲透的材料。通過粘接劑、例如醋酸乙烯系的粘接劑膠合這些分割部件2和間隔保持部件3，形成為如圖3那樣的單位結構部件。
分割部件2的基材2a由於其自身形成為溼分移動的抵抗，所以儘可能地把厚度優選為較薄。但是如果變薄，由於材料強度急劇地降低，加工變難，所以厚度就優選為大致25μm～150μm左右。此外，基材2a由於賦予氣體遮蔽性，所以使用無孔膜材料。由於無孔材料不可能像多孔質材料那樣地使水蒸氣通過孔，所以溼分的移動被推測為首先在分割部件2的表面上以吸著水分、浸透、水分的擴散這樣的形態透過分割部件2。從這樣的原理中可知，在分割部件2的基材2a的材料中優選使用具有羥基等的親水基的水分擴散性良好的親水性材料。
間隔保持部件3的基材，使用一般的紙漿，在其抄紙的階段中同時作用阻燃劑的胍鹽類，即使用阻燃紙。阻燃等級為2級(JIS A1322，建築用薄物材料的阻燃性試驗方法)左右。除此以外，也可以使用在紙的單面或者兩面上滲透或塗敷加工阻燃劑的材料。但是，在單面塗敷加工的情況下，加熱塗敷加工面的相反面的情況下的效果變弱。如果考慮到其作用為形成、維持通路，厚度儘可能地優選較厚，並且強度較大。但是，在較厚的間隔保持部件3上粘接較薄的分割部件2而形成如圖2那樣的單位結構部件的情況下，由加工之後通過兩部件2、3的吸溼的尺寸變化的差以及強度的差引起結構部件自身彎曲的現象。如果成為這樣，由於在其後層疊而形成如圖1那樣的元件形狀時候的加工性嚴重惡化，所以有必要考慮該因素決定厚度。本情況下為大致100μm。
這樣構成的全熱交換元件1中，由於在熱交換時成為介質的分割部件2上，吸溼劑和阻燃劑等其他的藥劑不重疊，所以(1)妨礙吸溼劑吸著的水分移動的成為抵抗的材料僅僅是分割部件2的基材2a，與現有品相比可以謀求使吸溼劑的效果更加明顯，並且分割部件2自身透溼性的提高。(2)可以使吸溼劑的使用量不受阻燃劑的使用量影響地自由地決定。具有相比於現有技術增大吸溼劑的最大使用量等的效果。通過這些可以謀求達到最終的效果，使全熱交換元件1的潛熱交換功率提高，此外，因為可以使吸溼劑的效果明顯，所以可以在維持與迄今相同的性能的條件下，而減少吸溼劑的使用量。在這種情況下，可以得到成本降低的效果。(3)進而，由於吸溼劑不與阻燃劑混合，可以使用由於兩者的反應性而至今不能使用的藥劑，所以具有藥劑選擇的範圍擴大的效果。由此可以從擴大的範圍選擇、使用廉價並且有效果的藥劑，導致降低成本。
為了證實這些效果，關於本結構的全熱交換元件1，以及使用現有例的在多孔質材料中添加阻燃劑的阻燃性的基材上塗敷加工吸溼劑的分割部件和由作為一般的多孔質部件的紙構成的間隔保持部件的層疊型的全熱交換元件二者，進行使元件的尺寸以及使氣流流通的條件成為相同的情況的比較潛熱以及焓交換功率的試驗。其結果在表1中表示。
表1
由此，本發明的效果可以使全熱交換元件1的潛熱交換效率提高20％左右，同時使焓交換效率提高18％左右。考慮到根據條件等使比率變化，可以確定能夠得到在構成本全熱交換元件1的情況下，交換效率提高的效果。
此外，本全熱交換元件1的阻燃性通過在間隔保持部件3中含有的阻燃劑被賦予。間隔保持部件3如從圖2等中也可以知道的那樣，由於具有與分割部件2相比較大的面積，所以與只在分割部件2中賦予阻燃劑的材料相比可以塗敷加工更多的阻燃劑。
為了使本全熱交換元件1的阻燃性的程度明顯，關於在本全熱交換元件1、只在分割部件中施加阻燃處理的全熱交換元件以及在分割部件和間隔保持部件兩方中施加阻燃處理的3個例子，在表2中表示作為美國規格之一的UL-723中規定的燃燒試驗的結果。
表2
由此，本全熱交換元件1成為具有這樣的結果相比於只在分割部件中進行阻燃處理的，阻燃性非常高，甚至接近於在分割部件和間隔保持部件兩方中施加阻燃處理的阻燃性。因此，如果只在間隔保持部件3中施加阻燃處理，就可以在實用上得到充分的阻燃性。
根據以上，如果在層疊型全熱交換元件中採用本結構，就可以謀求由於吸溼劑的作用的明顯、最大使用可能量的增加等的潛熱交換效率的提高，同時可以確保實用上充分的阻燃性。
上述的全熱交換元件1中，為了確保氣體遮蔽性，作為分割部件2的基材，使用無孔膜材料，但是也可以使用多孔質膜的材料。但是，在這種情況下，為了確保氣體遮蔽性，有必要塗敷加工堵塞孔的止孔劑。在止孔劑中通過使用具有透溼性和障礙性的聚乙烯醇(PVA)等，可以儘可能地不阻礙吸溼劑的效果而止孔。由此，可以得到和上述全熱交換元件1大致相同的效果。
此外，在分割部件2的基材中同樣地使用多孔質的材料時，取代使用止孔劑，通過粘接具有與吸溼劑相匹敵那樣的高吸溼性的高分子材料等的無孔膜，即，具有氣體遮蔽性以及吸溼性的部件的使用也可以得到相同的效果。該情況下，為使基材的溼分移動的抵抗變小，例如如果選擇像無紡織物那樣的儘可能地薄並且空隙率高，透氣性好的材料，就可以減小抵抗，使分割部件2整體的吸溼性更加提高。
如上所述，使分割部件2的基材保持氣體遮蔽性，而間隔保持部件3的基材可以從無孔基材到多孔基材廣泛地使用。
此外，本實施例的全熱交換元件1，通過把分割部件2作為賦予透溼性的透溼性賦予部分，把間隔保持部件3作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分，可以使透溼性賦予部分和阻燃性賦予部分分離，可以得到在分割部件2中的透溼效果，在間隔保持部件3中的阻燃性，同時，賦予透溼性的吸溼劑等的材料的效果不被賦予阻燃性的阻燃劑等的材料阻礙。
此外，在本實施例的全熱交換元件1中，通過把分割部件2作為無孔基材或者不通過氣體的微細孔基材，在該基材中賦予吸溼劑，把間隔保持部件3的基材作為從無孔基材到多孔基材中選擇的基材，通過在該基材中賦予阻燃劑，分割部件2可以確保透溼性和利用無孔基材或者不通過氣體的微細孔基材，在兩種氣流間防止二氧化碳等的氣體的移動，即，氣體遮蔽性。
此外，在本實施例的全熱交換元件1中，通過把分割部件2作為多孔基材，在該基材中賦予具有氣體遮蔽性的止孔劑以及吸溼劑，或者在該基材中賦予氣體遮蔽性以及吸溼性的部件，此外，把間隔保持部件3的基材作為從無孔基材到多孔基材中選擇的基材，通過在該基材中賦予阻燃劑，分割部件2利用止孔劑或者氣體遮蔽性材料可以確保氣體遮蔽性，同時，利用多孔基材可以確保透溼性。特別地，在基材中賦予具有氣體遮蔽性以及吸溼性的部件的情況下，可以確保氣體遮蔽性，同時透溼性顯著地提高。
實施例2圖4是表示本發明的實施例2的全熱交換元件的圖，是在與通過間隔保持部件形成的風路垂直的方向切斷圖2的單位結構部件的剖面圖。
本全熱交換元件1在分割部件2的和間隔保持部件3連接的部分的基材2a上塗敷加工阻燃劑2c(胍鹽類的阻燃劑)，在除此以外的部分塗敷加工吸溼劑2b。在吸溼劑2b中使用把氯化鋰、氯化鈣等的鹼金屬鹽作為主要成分的材料。此外，間隔保持部件3使用使鹽酸胍、氨基磺酸胍等的胍鹽類的阻燃劑滲透的阻燃紙。如果通過粘接劑(例如醋酸乙烯系的粘接劑)膠合該分割部件2和與實施例1相同的間隔保持部件3，就形成為圖4的結構。
本全熱交換元件1也與實施例1的全熱交換元件1同樣地，在實際進行溼分的移動的分割部件2上的不連接間隔保持部件3的部分中，不重疊吸溼劑2b和阻燃劑，為此可以得到與實施例1的全熱交換元件1相同的潛熱交換效率的提高等的效果。而且，由於阻燃劑的量以及塗敷加工面積多於在上述分割部件2的基材2a中沒有塗敷加工的情況，所以可以得到較高的阻燃性。
在該結構的情況下，由於阻燃劑2c和吸溼劑2b在各自的塗敷加工部分的邊緣上已經連接，所以有必要考慮到吸溼劑2b和阻燃劑2c的反應性等，特別地是對於需要高阻燃性的全熱交換元件1，其它的實施例更為適合。
本實施例的全熱交換元件1中，把分割部件2的與間隔保持部件3的接合部作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分，把接合部以外的作為賦予吸溼性的透溼性賦予部分，此外，通過間隔保持部件3作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分，可以在幾乎不影響透溼性的接合部中賦予阻燃性，不損壞透溼性，增加阻燃性。
本發明的實施例1，2的全熱交換元件1在結構上的主要特徵為，在分割部件2以及間隔保持部件3中通過賦予吸溼劑等形成的吸溼性賦予部分以及通過賦予阻燃劑形成的阻燃性賦予部分，在分割部件2以及間隔保持部件3的各自的部件中以不重疊的方式構成，通過該結構可以防止吸溼性賦予部分和阻燃性賦予部分互相地幹涉並且使吸溼性(透溼性)以及/或者阻燃性受到不好的影響。在符合本主旨的範圍中，吸溼劑(吸溼性賦予材料)、阻燃劑(阻燃性賦予材料)等的選定以及兩部件的向基材的賦予方法等，可以使用廣泛公知的方法。
如上所述，本發明的全熱交換元件可以有效地利用在空氣調和機、換氣裝置等的空調領域中，在室內空氣的換氣等與室外空氣的熱交換時進行熱回收的熱交換裝置上。
權利要求
1.一種全熱交換元件，其中，互相地層疊分割部件和間隔保持部件，在上述分割部件間形成通過間隔保持部件保持間隔的通路，在該鄰接通路中使兩種氣流通過，通過上述分割部件，在上述兩種氣流間熱交換，其特徵在於，在上述分割部件和上述間隔保持部件中，賦予透溼性的透溼性賦予部分和賦予阻燃性的阻燃性賦予部分在1個部件中不重疊。
2.如權利要求1所述的全熱交換元件，其特徵在於，把上述分割部件作為賦予透溼性的透溼性賦予部分，把上述間隔保持部件作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分。
3.如權利要求2所述的全熱交換元件，其特徵在於，上述分割部件的基材為無孔基材或者不通過氣體的微細孔基材，在該基材中賦予吸溼劑，此外，上述間隔保持部件的基材為從無孔基材到多孔基材中選擇的基材，在該基材中賦予阻燃劑。
4.如權利要求2所述的全熱交換元件，其特徵在於，上述分割部件的基材為多孔基材，在該基材中賦予具有氣體遮蔽性的止孔劑以及吸溼劑，或者在該基材中賦予具有氣體遮蔽性以及吸溼性的部件，此外，上述間隔保持部件的基材為從無孔基材到多孔基材中選擇的基材，在該基材中賦予阻燃劑。
5.如權利要求1所述的全熱交換元件，其特徵在於，把上述分割部件的與上述間隔保持部件的接合部作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分，把上述接合部以外作為賦予吸溼性的透溼性賦予部分，此外，上述間隔保持部件為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分。
全文摘要
本發明公開了一種全熱交換元件，本發明所要解決的技術問題是如果在流過分割部件的表裡面的2個氣流間進行潛熱的移動，則由於在溼分的移動方向上不僅存在吸溼劑層，也存在阻燃劑層，所以即使吸溼劑層吸著溼分，通過其後阻燃劑層形成為溼分移動的抵抗，在其部分中的溼分的移動量會減少，結果分割部件的透溼性降低。解決技術問題的技術方案為，在分割部件(2)和間隔保持部件(3)中，賦予透溼性的透溼性賦予部分和賦予阻燃性的阻燃性賦予部分在1個部件中不重疊。例如，把分割部件(2)作為賦予透溼性的透溼性賦予部分，把間隔保持部件(3)作為賦予阻燃性的阻燃性賦予部分。
文檔編號F24F7/08GK1607371SQ20041006868
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月2日 優先權日2003年10月15日
發明者高田勝, 荒井秀元, 杉山陽一, 橫家尚士, 高橋健造, 原田純二, 椿正行 申請人:三菱電機株式會社, 三菱製紙株式會社