(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱特性を有する複数の平板状の仕切板と、上記複数の仕切板間に気流が流動する風路を形成するとともに、上記複数の仕切板間に流動する気流の方向が相互に隣接する仕切板間に流動する気流の方向と相互に交差するように、上記複数の仕切板間にそれぞれ積層された複数の波状の間隔板とを備えた熱交換素子において、上記間隔板を所定の熱通過率を有する単一材料又は複合材料で構成することにより、上記気流の換気量に応じて上記間隔板の熱通過率を設定したことを特徴とする熱交換素子。
【請求項２】
上記間隔板に金属繊維を混入して複合材料を構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
【請求項３】
波状の部材の表面に伝熱特性を有する膜を被覆して上記間隔板を構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
【請求項４】
複数の波状の部材を伝熱特性を有する膜を挟み込むように積層して上記間隔板を構成したことを特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
【請求項５】
上記膜を金属材料で構成し、その膜の厚みを所定値に設定したことを特徴とする請求項３または請求項４記載の熱交換素子。
【請求項６】
上記間隔板にスリットを施したことを特徴とする請求項１記載の熱交換素子。
【請求項７】
上記膜にスリットを施したことを特徴とする請求項３または請求項４記載の熱交換素子。
【請求項８】
上記スリットを破線状に施したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の熱交換素子。
【請求項９】
上記間隔板又は膜に複数の破線状のスリットを互いに平行になるように施すとともに、各スリットの分断部が隣接するスリットの分断部と互い違いになるように施したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の熱交換素子。
【請求項１０】
上記間隔板又は膜に複数のスリットを施すとともに、他のスリットと互いに交差するスリットを施したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の熱交換素子。
【請求項１１】
上記複数の仕切板間に流動する気流の温度勾配が最大となる方向と垂直な方向に沿って上記スリットを施したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の熱交換素子。
【請求項１２】
上記複数の仕切板間に流動する気流の方向と垂直方向に上記間隔板を複数に分断するとともに、その分断された各帯状体の間隔板の波形が隣接する帯状体の間隔板の波形と一致しないように各帯状体の間隔板を配置したことを特徴とする請求項１から請求項１１のうち何れか１項記載の熱交換素子。
【請求項１３】
上記間隔板の表面に保護膜を被覆したことを特徴とする請求項１から請求項１２のうち何れか１項記載の熱交換素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、温度の異なる気体間で熱交換を行う空調装置等に用いられる熱交換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２９は例えば特開平６−１０９３９５号公報に示された従来の熱交換素子を示す斜視図であり、図において、１は伝熱特性及び通気性を有する和紙などの材質で構成された平板状の仕切板、２は各仕切板１間に気流が流動する風路３ａ，３ｂを形成するとともに、各仕切板１間に流動する気流の方向が相互に隣接する仕切板１間に流動する気流の方向と相互に交差するように、各仕切板１間にそれぞれ積層された波状の間隔板である。
また、３ａは１次気流Ａが流動する風路、３ｂは２次気流Ｂが流動する風路である。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、間隔板２は、図２９に示すように、各仕切板１間に積層する際、風路の向きが交互に交差するように積層されているので、１次気流Ａと２次気流Ｂがそれぞれ１層おきに熱交換素子に取り入れられるようになる。
そして、１次気流Ａと２次気流Ｂの間には、温度差があるので顕熱の移動が起こる結果、１次気流Ａと２次気流Ｂの間で熱交換が行われることになる。
また、仕切板１を水分透過性を有する材質にて構成した場合には、１次気流Ａと２次気流Ｂの間の湿度差に応じて、仕切板１を通じて水分の移動（潜熱の移動）が起こる。
【０００４】
ここで、熱交換素子の性能について説明する。
熱交換素子の性能は、一般に、温度交換効率及び湿度交換効率によって表されるが、例えば、温度交換効率ｅは、１次気流Ａの入口温度をＴ１，２次気流Ｂの入口温度及び出口温度をそれぞれｔ１，ｔ２とすると、次式で表される。
ｅ  ＝  （ｔ２−ｔ１）／（Ｔ１−ｔ１）          ・・・（１）
そして、式（１）からも分かるように、温度交換効率ｅが大きい程、２次気流Ｂから１次気流Ａに回収される熱量が大きくなるので、温度交換効率ｅが大きい程、熱交換素子の性能が高いと言える。
【０００５】
また、同一換気風量の条件下では、温度交換効率ｅは、熱交換面積が大きいほど高く、具体的には、仕切板１と間隔板２から構成される風路３ａ，３ｂの内壁と各気流の間の対流熱伝達率が大きいほど高くなる。
因に、２次気流Ｂから仕切板１に伝えられる顕熱は、仕切板１の表面から対流熱伝達によって１次気流Ａへ伝えられるが、その顕熱の一部は、熱伝導によって間隔板２に伝えられ、間隔板２の表面から対流熱伝達によって１次気流Ａへ伝えられる。つまり、間隔板２は仕切板１上に立てられた拡大伝熱面としての役割を有しており、間隔板２の拡大伝熱面としての有効伝熱面積Ａt は、下記に示すように、間隔板２のフィン効率φによって定まる。
Ａt ＝Ａs ＋φ・Ａk                             ・・・（２）
ただし、Ａs ：仕切板１の物理的表面積
Ａk ：間隔板２の物理的表面積
【０００６】
ここで、フィン効率φとは、実面積と伝熱に有効な面積との比を表すが、間隔板２の波状の斜辺の長さをＬ，間隔板２の厚みをｄ，間隔板２の熱伝導率をｋk ，間隔板２と気流間の対流熱伝達率をＨとすると、下記のように示すことができる。
0003602174.tif 000002
【０００７】
従って、温度交換効率ｅを向上させるためには、式（２）からも明らかなように、間隔板２のフィン効率φを向上させて間隔板２の有効伝熱面積Ａt を向上させる必要がある。
そこで、この従来例では、間隔板２をアルミニウムやステンレスなどの金属箔で構成し（ただし、間隔板２には複数の仕切板１等が積層されるので、間隔板２は流路を保持のための強度部材としての機能も要求され、相応の強度を保持できる厚みを有する金属板となる）、間隔板２の熱伝導率ｋk を向上させてフィン効率φの向上を図っている。
因に、図３０は間隔板２の熱伝導率ｋk と、フィン効率φ及び有効伝熱面積Ａt との関係を示す特性図であり、図３０は熱伝導率ｋk が向上すると、フィン効率φが向上するとともに、間隔板２の有効伝熱面積Ａt が向上することを示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の熱交換素子は以上のように構成されているので、間隔板２の熱伝導率ｋk を向上させるべくフィン効率φの向上を図っているが、間隔板２の強度を上げる必要から間隔板２を構成する金属箔が厚くなる結果、気流の換気量に対して間隔板２の熱伝導率ｋk が必要以上に高くなってしまうと、間隔板２の温度が全体として一様になってしまい、そのため、各気流の入口温度と出口温度の温度差が減少し、温度交換効率ｅが却って低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させ、温度交換効率が高い熱交換素子を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る熱交換素子は、間隔板を所定の熱通過率を有する単一材料又は複合材料で構成することにより、気流の換気量に応じて間隔板の熱通過率を設定するようにしたものである。
【００１１】
請求項２の発明に係る熱交換素子は、間隔板に金属繊維を混入して複合材料を構成したものである。
【００１２】
請求項３の発明に係る熱交換素子は、波状の部材の表面に伝熱特性を有する膜を被覆して間隔板を構成したものである。
【００１３】
請求項４の発明に係る熱交換素子は、複数の波状の部材を伝熱特性を有する膜を挟み込むように積層して間隔板を構成したものである。
【００１４】
請求項５の発明に係る熱交換素子は、膜を金属材料で構成し、その膜の厚みを所定値に設定したものである。
【００１５】
請求項６の発明に係る熱交換素子は、間隔板にスリットを施したものである。
【００１６】
請求項７の発明に係る熱交換素子は、膜にスリットを施したものである。
【００１７】
請求項８の発明に係る熱交換素子は、スリットを破線状に施したものである。
【００１８】
請求項９の発明に係る熱交換素子は、間隔板又は膜に複数の破線状のスリットを互いに平行になるように施すとともに、各スリットの分断部が隣接するスリットの分断部と互い違いになるように施したものである。
【００１９】
請求項１０の発明に係る熱交換素子は、間隔板又は膜に複数のスリットを施すとともに、他のスリットと互いに交差するスリットを施したものである。
【００２０】
請求項１１の発明に係る熱交換素子は、各仕切板間に流動する気流の温度勾配が最大となる方向と垂直な方向に沿ってスリットを施したものである。
【００２１】
請求項１２の発明に係る熱交換素子は、各仕切板間に流動する気流の方向と垂直方向に間隔板を複数に分断するとともに、その分断された各帯状体の間隔板の波形が隣接する帯状体の間隔板の波形と一致しないように各帯状体の間隔板を配置したものである。
【００２２】
請求項１３の発明に係る熱交換素子は、間隔板の表面に保護膜を被覆したものである。
【００２３】
【作用】
請求項１の発明における熱交換素子は、間隔板を所定の熱通過率を有する単一材料又は複合材料で構成して、気流の換気量に応じて間隔板の熱通過率を設定したことにより、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができるようになる。
【００２４】
請求項２の発明における熱交換素子は、間隔板に金属繊維を混入して複合材料を構成したことにより、金属繊維の含有量によって適宜熱通過率を調整できるようになる。
【００２５】
請求項３の発明における熱交換素子は、波状の部材の表面に伝熱特性を有する膜を被覆して間隔板を構成したことにより、膜の厚さによって適宜熱通過率を調整できるようになる。
【００２６】
請求項４の発明における熱交換素子は、複数の波状の部材を伝熱特性を有する膜を挟み込むように積層して間隔板を構成したことにより、直接、膜を仕切板と接着する必要がなくなり、このため、仕切板との接着が容易な材料を用いて間隔板を製造でき、従って、仕切板と間隔板の接触熱抵抗を最小限に抑えられるようになる。
【００２７】
請求項５の発明における熱交換素子は、膜を金属材料で構成し、その膜の厚みを所定値に設定したことにより、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができるようになる。
【００２８】
請求項６の発明における熱交換素子は、間隔板にスリットを施したことにより、スリットが施された部分での熱移動がなくなる結果、間隔板の温度均一化が抑制される。
【００２９】
請求項７の発明における熱交換素子は、膜にスリットを施したことにより、スリットが施された部分での熱移動がなくなる結果、間隔板の温度均一化が抑制される。
【００３０】
請求項８の発明における熱交換素子は、スリットを破線状に施したことにより、間隔板の温度均一化を抑制しつつ、間隔板の強度を保持できるようになる。
【００３１】
請求項９の発明における熱交換素子は、間隔板又は膜に複数の破線状のスリットを互いに平行になるように施すとともに、各スリットの分断部が隣接するスリットの分断部と互い違いになるように施したことにより、間隔板における熱伝導距離が増大して熱伝導断面積が小さくなり、そのため、熱伝導による熱移動量が減少し、間隔板の温度均一化が抑制される。
【００３２】
請求項１０の発明における熱交換素子は、間隔板又は膜に複数のスリットを施すとともに、他のスリットと互いに交差するスリットを施したことにより、熱遮断効果が複数の方向に対して有効となり、間隔板の温度均一化が抑制される。
【００３３】
請求項１１の発明における熱交換素子は、各仕切板間に流動する気流の温度勾配が最大となる方向と垂直な方向に沿ってスリットを施したことにより、間隔板における熱移動を効率的に遮断できるようになり、間隔板の温度均一化が抑制される。
【００３４】
請求項１２の発明における熱交換素子は、各仕切板間に流動する気流の方向と垂直方向に間隔板を複数に分断するとともに、その分断された各帯状体の間隔板の波形が隣接する帯状体の間隔板の波形と一致しないように各帯状体の間隔板を配置したことにより、間隔板の温度均一化を抑制できると同時に、間隔板と各気流間の対流熱伝達率を向上させることができるようになる。
【００３５】
請求項１３の発明における熱交換素子は、間隔板の表面に保護膜を被覆したことにより、気流中の水分や酸化窒素などによる間隔板表面の腐食を防止できるようになる。
【００３６】
【実施例】
実施例１．
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
図１はこの発明の実施例１による熱交換素子の一部を示す断面図であり、図において、従来のものと同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
４は各仕切板１間に気流が流動する風路３ａ，３ｂを形成するとともに、各仕切板１間に流動する気流の方向が相互に隣接する仕切板１間に流動する気流の方向と相互に交差するように、各仕切板１間にそれぞれ積層された波状の間隔板であり、当該間隔板４は気流の換気量に応じて熱通過率ｐk が設定されている。
ここで、熱通過率とは、部材の一端から他端に熱が伝導される割合をいい、具体的には下記のように示される。
ｐk ＝（ｋk ×Ｂk ）／ｌk                       ・・・（４）
ただし、ｋk ：間隔板４の熱伝導率
Ｂk ：間隔板４を流動する気流の流れ方向と垂直な方向の
間隔板４の断面積
ｌk ：間隔板４を流動する気流の流れ方向と平行な方向の
間隔板４の熱伝導長さ
【００３７】
次に動作について説明する。
まず、間隔板４の熱伝導率ｋk が向上すると、上述したように、間隔板４のフィン効率φが向上するとともに、間隔板４の有効伝熱面積Ａt が向上して、熱交換素子の温度交換効率ｅが向上する。
しかしながら、気流の換気量（１次気流Ａの流量と２次気流Ｂの流量のうち、少ない方の流量が気流の換気量に相当する）に対して間隔板４の熱伝導率ｋk （熱通過率ｐk ）が必要以上に高くなってしまうと、間隔板４の温度が全体として一様になってしまい、即ち、間隔板４の温度が部位を問わず均一化されてしまい、そのため、各気流の入口温度と出口温度の温度差が減少し、温度交換効率ｅが却って低下してしまう不具合が生じる。
【００３８】
因に、図２は間隔板４の無次元熱通過率（熱通過率ｐk を気流の換気量，気体の比熱及び密度で除算した値）と、無次元熱通過率が１０-5のときの温度交換効率で規格化された温度交換効率ｅ* の関係を示すグラフ図であり、無次元熱通過率が０．００１以上になると温度交換効率ｅが急激に減少していくのを示している。
【００３９】
従って、所定値以上の温度交換効率ｅを有する熱交換素子を得るためには、やみくもに間隔板４の熱通過率ｐk を高くするのではなく、適宜、気流の換気量に応じて間隔板４の熱通過率ｐk を設定する必要がある。
そこで、この実施例では、熱交換素子が処理する気流の換気量は予め知り得るので、下記に示すように、その気流に換気量に基づいて、所定値以上の温度交換効率ｅを確保するのに必要な間隔板４の熱通過率ｐk を計算する。
【００４０】
まず、間隔板４の熱通過率ｐk を計算するに際し、空気，間隔板４（１次気流Ａ，２次気流Ｂ）及び仕切板１のそれぞれについて下記の微分方程式を設定する。１次気流に沿う方向にｘ軸をとり、２次気流に沿う方向にｙ軸をとる。
【００４１】
（１）空気
・１次気流Ａについての微分方程式
0003602174.tif 000003
・２次気流Ｂについての微分方程式
0003602174.tif 000004
ただし、Ｃp ：比熱
Ｗ1 ：ｘ軸に垂直な単位断面積を通過する１次気流Ａの流量
Ｗ2 ：ｙ軸に垂直な単位断面積を通過する２次気流Ｂの流量
Ｔa1：１次気流Ａの温度
Ｔa2：２次気流Ｂの温度
Ｔs ：仕切板１の温度
Ｔk1：１次気流Ａ側の間隔板４の温度
Ｔk2：２次気流Ｂ側の間隔板４の温度
Ｍs ：単位体積あたりの仕切板１の伝熱面積
Ｍk ：単位体積あたりの間隔板４の伝熱面積
Ｈ  ：対流熱伝達率
φ  ：フィン効率
【００４２】
（２）間隔板４
・１次気流Ａ（１次側）についての微分方程式
0003602174.tif 000005
・２次気流Ｂ（２次側）についての微分方程式
0003602174.tif 000006
ただし、ｋk   ：間隔板４の熱伝導率
Ｄkx1 ：ｘ軸に垂直な単位面積内に含まれる１次側間隔板の
熱伝導断面積
Ｄkx2 ：ｘ軸に垂直な単位面積内に含まれる２次側間隔板の
熱伝導断面積
Ｄky1 ：ｙ軸に垂直な単位面積内に含まれる１次側間隔板の
熱伝導断面積
Ｄky2 ：ｙ軸に垂直な単位面積内に含まれる２次側間隔板の
熱伝導断面積
Ｍks  ：単位体積内に存在する間隔板４−仕切板１接触面積
Ｈks  ：間隔板４−仕切板１接触部の接触熱伝達率
【００４３】
（３）仕切板１についての微分方程式
0003602174.tif 000007
ただし、ｋs ：仕切板１の熱伝導率
Ｄs ：ｘ軸に垂直な単位面積内に含まれる仕切板の熱伝導断面積
【００４４】
このようにして、５つの微分方程式（５）〜（９）を設定すると、図３に示すように、ロスナイエレメントを微小なボリュームに分割する。
そして、上記５つの微分方程式（５）〜（９）を差分化して代数方程式を求め、各ボリュームについて代数方程式を連立させることにより、各ボリュームの温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔs ，Ｔk1，Ｔk2（ボリューム内では温度が一様であるとする）を求め、全体の温度分布を解析する。
【００４５】
因に、ボリューム（ｍ，ｎ）に着目すると、上記５つの微分方程式（５）〜（９）から、それぞれ下記の代数方程式を得ることができる。
（１）空気
・１次気流Ａについての代数方程式
0003602174.tif 000008
・２次気流Ｂについての代数方程式
0003602174.tif 000009
ただし、Ｓ：ボリューム（ｍ，ｎ）のｘ軸に垂直な断面の断面積
【００４６】
（２）間隔板４
・１次気流Ａ（１次側）についての代数方程式
0003602174.tif 000010
・２次気流Ｂ（２次側）についての代数方程式
0003602174.tif 000011
【００４７】
（３）仕切板１についての代数方程式
0003602174.tif 000012
【００４８】
このようにして、各ボリュームの温度Ｔa1，Ｔa2，Ｔs ，Ｔk1，Ｔk2が求まると、１次気流Ａの入口温度Ｔ１，２次気流Ｂの入口温度ｔ１及び出口温度ｔ２が知り得るので、上述した式（１）より熱交換素子の温度交換効率ｅを求めることができる。
従って、式（１）より求める温度交換効率ｅが所定値以上になるように、各気流の流量Ｗ1 ，Ｗ2 （換気量）及び間隔板４の熱伝導率ｋk （熱通過率ｐk ）を適宜設定して式（１０）〜（１３）に代入し、温度交換効率ｅが所定値以上になるまで、上記計算を繰り返し行う。
【００４９】
そして、最後に、上記計算により温度交換効率ｅを所定値以上にできる間隔板４の熱通過率ｐk が得られると、その熱通過率ｐk を有する金属材料（例えば、アルミニウム，ステンレス合金）で間隔板４を構成し、熱交換素子を製造する。
【００５０】
以上より、この実施例１によれば、気流の換気量に応じて間隔板の熱通過率ｐk を設定するので、間隔板４の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板４の熱伝導を向上させることができるようになる結果、温度交換効率ｅが高い熱交換素子が得られる効果がある。
【００５１】
因に、図４は気流の換気量を４００ｍ3 ／ｈ，温度交換効率を７６％とした場合において、間隔板４の熱通過率を変更することによって熱交換素子の体積を小型化できる割合（間隔板４を和紙等の材質で構成した場合を基準とする）を示すグラフ図であり、例えば、熱交換素子の体積を７０％以下にするためには、間隔板４の熱通過率を０．０３〜３．０（Ｗ／Ｋ）の範囲に設定すれば足りる旨を示している。
【００５２】
実施例２．
上記実施例１では、間隔板４を金属材料（単一材料）で構成したものについて示したが、間隔板４を複合材料で構成してもよく、上記実施例１と同様の効果を奏することができる。
なお、間隔板４を複合材料で構成する場合、耐腐食性、積層時の形状保持と流路形成のための強度を材料自身に付与することが可能であるため、信頼性が向上するとともに、保護膜付加などの製造工程を省くことができる。
また、複合材料を適宜選択によって容易に熱通過率を調整することもできる。
【００５３】
因に、複合材料の具体例としては、図５に示すように、金属混抄紙で構成された間隔板６に金属繊維７をすき込むことによって間隔板を構成してもよい。
この場合、金属繊維７の含有量を適宜調整することによって、間隔板の熱通過率ｐk を調整することができ、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができる。
なお、金属繊維７の代わりに金属粉をすき込んでも同様の効果が得られる。
【００５４】
実施例３．
上記実施例１では、を金属材料（単一材料）で構成したものについて示したが、図６に示すように、和紙等の材質で構成された間隔板８の表面に伝熱特性を有するアルミニウムなどの金属膜９を被覆して間隔板を構成してもよく、上記実施例１と同様の効果を奏することができる。
この場合、金属膜９の厚みを適宜調整することによって、間隔板の熱通過率ｐk を調整することができ、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができる。
【００５５】
因に、間隔板８の強度を考慮して、間隔板８の厚みを１００〜１５０μｍ程度にし、７６％の温度交換効率ｅを確保するためには、金属膜９をアルミニウムで構成した場合、金属膜９の厚みとしては１０μｍ程度とするのが適当である。
なお、上記実施例３では、間隔板８を和紙等の材質で構成したものについて示したが、紙以外の材質、例えば、塩化ビニール等の樹脂やプラスチックなどの材質を用いて構成してもよいことは言うまでもない。
【００５６】
ここで、間隔板８の表面にアルミニウムなどの金属膜９を被覆する方法を数通り簡単に説明する。
まず、第１の方法としては、図７に示すような装置を用いることによって金属膜９を被覆することができる。
即ち、ローラ１２を回転させることによって、アルミニウム箔１１の表面に接着剤１３（例えば、スチレンとアクリル酸エステルの共重合樹脂を主成分とするエマルジョンタイプの接着剤）を塗布し、接着剤１３の塗布量を塗布量調整器１４で調整する。
そして、接着剤１３が塗布されたアルミニウム箔１１を、ローラ１６によって加工紙１５に圧着し、アルミニウム箔１１が圧着された加工紙を間隔板１７とするものである。
なお、第１の方法では、アルミニウム箔１１に接着剤１３を塗布したが、非水溶性接着剤を用いる場合には、水分を吸収して伸長するようなことはないので、加工紙１５に接着剤を塗布するようにしてもよい。
【００５７】
次に、第２の方法としては、図８に示すような装置を用いることによって金属膜９を被覆することができる。
即ち、ローラ１２を回転させることによって、加工紙１５を液状の熱伝導特性がある塗布液１８の内に浸し、加工紙１５の表面に塗布液１８を膜状に付着させる。
そして、塗布液１８の付着量を付着量調整器１９が調整し、塗布液１８が付着された加工紙を間隔板１７とするものである。
【００５８】
次に、第３の方法としては、図９に示すような装置を用いることによって金属膜９を被覆することができる。
即ち、図示せぬローラによって加工紙１５を移動させつつ、スプレー２０が塗布液１８を加工紙１５の表面の噴霧することによって、加工紙１５の表面に塗布液１８を膜状に塗布するものである。
【００５９】
次に、第４の方法としては、図１０に示すような装置を用いることによって金属膜９を被覆することができる。
即ち、ローラを回転させることによって、加工紙１５を熱伝導特性がある溶液（例えば、鍍金液）を満たした鍍金槽２１の内に所定時間浸すことによって、加工紙１５の表面に金属膜を形成させるものである。
因に、溶液の濃度や浸す時間を調整することによって金属膜の厚みを調整することができる。
【００６０】
最後に、第５の方法としては、図１１に示すような装置を用いることによって金属膜９を被覆することができる。
即ち、加工紙１５を圧力の低い真空チャンバー２２に挿入し、図示せぬローラによって加工紙１５を移動させつつ、炉２３によって膜材料を加熱することにより膜材料を蒸発させる。
そして、その蒸発させた膜材料を加工紙１５に凝縮させることにより、加工紙１５の表面に金属膜を形成するものである。
【００６１】
実施例４．
上記実施例３では、間隔板８の片面に金属膜９を被覆したものについて示したが、図１２に示すように、間隔板８の両面に金属膜９を被覆するようにしてもよく同様の効果を奏する。
なお、間隔板８の両面に金属膜９を被覆した場合、金属膜９が仕切板１と接触する面積が金属膜９を片面に被覆する場合に比べて増加するので、熱通過率ｐk が大きくなる。
【００６２】
実施例５．
上記実施例４では、間隔板８の両面に金属膜９を一様に被覆するものについて示したが、図１３に示すように、間隔板８の表面に金属膜９を断片的に被覆するようにしてもよく同様の効果を奏する。
なお、間隔板８の表面に金属膜９を断片的に被覆するようにした場合、移動熱量を増加させたい部分に限り金属膜９を被覆すればよく、最小のコストで熱輸送能力の向上を図ることができる。
【００６３】
実施例６．
上記実施例３，４では間隔板８の表面に金属膜９を被覆するものについて示したが、図１４に示すように、２つの間隔板８の間に金属膜９を挟み込むようにして間隔板を構成してもよく同様の効果を奏する。
上記実施例３の場合、仕切板１と間隔板８の接触部分は、紙とアルミニウムの接着になるので、酢酸ビニル系接着剤を用いると不良が生じて接触熱抵抗の増大を招き、間隔板８のフイン効率φを十分に向上させることができない場合があるが、この実施例６では、仕切板１と間隔板８の接触部分は、紙と紙（同質材料）の接着になるので、接着が容易になり、接着不良による接触熱抵抗の増大を防止することができる。従って、間隔板８のフイン効率φを十分に向上させることができる。
なお、この場合の紙の厚みの適正値は、紙の厚みの合計値である（１００〜１５０μｍ程度）。
【００６４】
実施例７．
上記実施例１〜５では、間隔板を金属材料で構成し、あるいは、間隔板の表面に金属膜９を被覆するものについて示したが、図１５及び図１６に示すように、さらに間隔板の表面にアルミナ膜等の保護膜１０を被覆してもよい。
これにより、アルミニウムの腐食による性能劣化を防止することができ、信頼性の高い熱交換素子を得ることができる。
なお、この実施例７では、アルミナ膜で被覆するものについて示したが、防食性を有するニトロセルロース等の樹脂やポリエチレン膜を被覆してもよく同様の効果を奏する。
【００６５】
実施例８．
図１７はこの発明の実施例８による熱交換素子の一部を示す斜視図であり、図において、３１は間隔板４に施されたスリットである。
次に動作について説明する。
上記実施例１では、間隔板４を金属材料で構成し、間隔板４の温度が全体として一様にならない範囲で、従来のものより間隔板４の熱伝導率ｋk を向上させるものについて説明したが、この実施例８は、図１７に示すように、間隔板４の波状形状の尾根線に沿った方向（間隔板４が形成する風路を流動する気流の方向）にスリット３１を施すことにより、その気流の方向と垂直方向（図１７参照）に伝導する熱を遮断するようにしたものである。
従って、この実施例８によれば、上記実施例１よりも金属材料の厚みを厚くして間隔板４の熱伝導率ｋk を高くしても、間隔板４の温度均一化現象の発生を防止できるため、さらに温度交換効率ｅを向上させることができる。
なお、この実施例８では、尾根線に沿った方向にスリット３１を施したものについて示したが、尾根線に対して角度を持った方向にスリット３１を施してもよく同様の効果を奏する。
また、この実施例８では、スリット３１を直線状に施したものについて示したが、曲線または折れ線状にスリット３１を施してもよく同様の効果を奏する。
【００６６】
実施例９．
上記実施例８では、気流の方向と垂直方向に伝導する熱を完全に遮断するため、間隔板４をスリット３１によって分離するものについて示したが、間隔板４の強度を向上させるため、図１８に示すように、スリット３１によって間隔板４を分離せずに間隔板４の厚みを局所的に薄くして、局所的に熱通過率ｐk を小さくするようにしてもよい。
これにより、上記気流の方向と垂直方向に伝導する熱を完全には遮断することができなくなるが、局所的な熱通過率ｐk の低下に伴う伝導する熱量の低減によって間隔板４の温度均一化現象を抑えつつ、間隔板４の強度を向上させることができる。
【００６７】
実施例１０．
上記実施例８では、気流の方向と垂直方向に伝導する熱を完全に遮断するため、間隔板４をスリット３１によって分離するものについて示したが、間隔板４の強度を向上させるため、図１９に示すように、スリット３１を破線状に施すことにより間隔板４を分離させずに、局所的に熱通過率ｐk を小さくするようにしてもよい。
これにより、上記気流の方向と垂直方向に伝導する熱を完全には遮断することができなくなるが、局所的な熱通過率ｐk の低下に伴う伝導する熱量の低減によって間隔板４の温度均一化現象を抑えつつ、間隔板４の強度を向上させることができる。
【００６８】
実施例１１．
上記実施例１０では、間隔板４の各山に１本の破線状のスリット３１を施したものについて示したが、図２０に示すように、各山に複数の破線状のスリット３１を互いに平行になるように施すとともに、各スリット３１の分断部３１ａが隣接するスリット３１の分断部３１ａと互い違いになるように施してもよい。
これにより、伝熱経路が直線状でなくなるため（図２０の矢印を参照）、実質的に熱伝導距離が増大する結果、局所的に熱通過率ｐk が小さくなり、上記実施例１０よりも更に確実に間隔板４の温度均一化現象を抑えることができる。
【００６９】
実施例１２．
上記実施例８〜１１では、間隔板４の尾根線に沿った方向にスリット３１を施したものについて示したが、図２１に示すように、尾根線に沿った方向に複数のスリット３１を施すとともに、他のスリット３１と互いに交差するスリット３２を施すようにしてもよい。
これにより、気流の方向と垂直方向の熱遮断に限らず、複数の方向に対して熱遮断されるようになり、上記実施例８〜１１よりも更に確実に間隔板４の温度均一化現象を抑えることができる。
【００７０】
実施例１３．
上記実施例８〜１１では、間隔板４の尾根線に沿った方向にスリット３１を施したものについて示したが、図２２に示すように、気流の温度勾配が最大になる方向と垂直な方向に沿ってスリット３１を施すようにしてもよい。
具体的に説明すると、１次気流Ａと２次気流Ｂの流量が等しい場合、間隔板４の温度は、図２３に示すように、１次気流Ａの方向と２次気流Ｂの方向とのなす角の二等分線３３と平行な方向において概等しくなるので、その二等分線３３と垂直な方向３４が気流の温度勾配が最大になる。
そして、熱伝導は、当然、気流の温度勾配が最大となる方向３４（二等分線３３と垂直な方向）に最も効率よく伝導するので、気流の温度勾配が最大となる方向３４と垂直な方向にスリット３１を施せば、最も効率よく間隔板４の温度均一化現象を抑えることができる。
そこで、この実施例１３では、図２２に示すように、気流の温度勾配が最大となる方向３４に沿ってスリット３１を施すようにしたものである。
【００７１】
実施例１４．
上記実施例１３では、１次気流Ａと２次気流Ｂの流量が等しい場合について示したが、１次気流Ａと２次気流Ｂの流量が等しくない場合には、下記の要領でスリット３１を施せばよい。
即ち、１次気流Ａの流量をＷA ，２次気流Ｂの流量をＷB とすると、図２４（ｂ）に示すように、１次気流Ａの流量ＷA に反比例した大きさ（１／ＷA ）を有するとともに、１次気流Ａの流れ方向と同一の方向を有するベクトル３５と、２次気流Ｂの流量ＷB に反比例した大きさ（１／ＷB ）を有するとともに、２次気流Ｂの流れ方向と逆の方向を有するベクトル３６との和の方向３７において、間隔板４における気流の温度勾配が最大になる。
従って、１次気流Ａと２次気流Ｂの流量が等しくない場合には、気流の温度勾配が最大となる方向３７と垂直な方向３８に沿ってスリット３１を施せばよく（図２４（ａ）参照）、上記実施例１３と同様の効果を奏する。
【００７２】
実施例１５．
上記実施例８〜１４では、間隔板４にスリット３１を施すものについて示したが、間隔板８に被覆した金属膜９にスリット３１を施してもよく、上記実施例８〜１４と同様の効果を奏する。
金属膜９にスリット３１を施した一例を図２５，図２６に示す。
【００７３】
実施例１６．
図２７はこの発明の実施例１６による熱交換素子の一部を示す斜視図であり、図において、４１は各仕切板１間に流動する気流の方向と垂直方向に間隔板４を分断して形成された帯状体の間隔板であり、各帯状体の間隔板４１の波形が、隣接する他の帯状体の間隔板４１の波形と一致しないように、各帯状体の間隔板４１が配置されている。
【００７４】
この実施例１６によれば、間隔板が気流の方向と垂直方向に分断されているので、気流の方向に添った方向についても熱の伝導を防止することができ、上記実施例よりも更に確実に間隔板の温度均一化現象を抑えることができる。
また、間隔板の表面に形成される空気の温度境界層は、各帯状体の間隔板４１の風上側の先端部で非常に薄くなるので、間隔板表面の対流熱伝達率が向上し、熱輸送能力が増大する効果も得ることができる。
【００７５】
なお、各帯状体の間隔板４１の配置方法としては、図２７に示すように、複数個おきに尾根線が一致するように配置するのが望ましい。
因に、熱交換素子の風路の水力等価直径をＤe 、各帯状体の間隔板４１の気流の方向に沿った長さをＬe 、帯状体の間隔板４１の尾根線がｎ個おきに一致するとすれば、熱伝達率の促進効果が得られるｎの値と、熱伝達向上率Ｈ／Ｈ0 の関係は図３６に示す通りとなる。
【００７６】
実施例１７．
上記実施例１〜１６では、仕切板１を和紙などの材質で構成し、間隔板の熱通過率を気流の換気量に応じて設定するものについて示したが、仕切板１についても間隔板と同様に、気流の換気量に応じて熱通過率を設定すれば、仕切板１の温度が全体として一様にならない範囲で仕切板１の熱伝導を向上させることができるようになり、上記実施例１〜１６より更に温度交換効率ｅを向上させることができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、間隔板を所定の熱通過率を有する単一材料又は複合材料で構成することにより、気流の換気量に応じて間隔板の熱通過率を設定するように構成したので、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができるようになり、温度交換効率を向上させることができる効果がある。
【００７８】
請求項２の発明によれば、間隔板に金属繊維を混入して複合材料を構成したので、金属繊維の含有量によって熱通過率を容易に調整できる効果がある。
【００７９】
請求項３の発明によれば、波状の部材の表面に伝熱特性を有する膜を被覆して間隔板を構成したので、膜の厚さによって熱通過率を容易に調整できる効果がある。
【００８０】
請求項４の発明によれば、複数の波状の部材を伝熱特性を有する膜を挟み込むように積層して間隔板を構成したので、直接、膜を仕切板と接着する必要がなくなる結果、仕切板との接着が容易な材料を用いて間隔板を製造できるようになり、従って、仕切板と間隔板の接触熱抵抗を最小限に抑えられるため、フィン効率の高い間隔板を製造できる効果がある。
【００８１】
請求項５の発明によれば、膜を金属材料で構成し、その膜の厚みを所定値に設定するように構成したので、間隔板の温度が全体として一様にならない範囲で間隔板の熱伝導を向上させることができるようになり、その結果、温度交換効率が向上する効果がある。
【００８２】
請求項６の発明によれば、間隔板にスリットを施すように構成したので、スリットが施された部分での熱移動がなくなる結果、間隔板の温度均一化が抑制され、高い温度交換効率が得られる効果がある。
【００８３】
請求項７の発明によれば、膜にスリットを施すように構成したので、スリットが施された部分での熱移動がなくなる結果、間隔板の温度均一化が抑制され、高い温度交換効率が得られる効果がある。
【００８４】
請求項８の発明によれば、スリットを破線状に施すように構成したので、間隔板の温度均一化を抑制しつつ、間隔板の強度を保持できる効果がある。
【００８５】
請求項９の発明によれば、間隔板又は膜に複数の破線状のスリットを互いに平行になるように施すとともに、各スリットの分断部が隣接するスリットの分断部と互い違いになるように施した構成にしたので、間隔板における熱伝導距離が増大して熱伝導断面積が小さくなる結果、熱伝導による熱移動量が減少して、間隔板の温度均一化が抑制され、高い温度交換効率が得られる効果がある。
【００８６】
請求項１０の発明によれば、間隔板又は膜に複数のスリットを施すとともに、他のスリットと互いに交差するスリットを施すように構成したので、熱遮断効果が複数の方向に対して有効となり、確実に間隔板の温度均一化が抑制される効果がある。
【００８７】
請求項１１の発明によれば、各仕切板間に流動する気流の温度勾配が最大となる方向と垂直な方向に沿ってスリットを施すように構成したので、間隔板における熱移動を効率的に遮断できるようになり、確実に間隔板の温度均一化が抑制される効果がある。
【００８８】
請求項１２の発明によれば、各仕切板間に流動する気流の方向と垂直方向に間隔板を複数に分断するとともに、その分断された各帯状体の間隔板の波形が隣接する帯状体の間隔板の波形と一致しないように各帯状体の間隔板を配置するように構成したので、間隔板の温度均一化を抑制できると同時に、間隔板と各気流間の対流熱伝達率を向上させることができる効果がある。
【００８９】
請求項１３の発明によれば、間隔板の表面に保護膜を被覆するように構成したので、気流中の水分や酸化窒素などによる間隔板表面の腐食を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図２】間隔板の無次元熱通過率と温度交換効率の関係を示すグラフ図である。
【図３】ロスナイエレメントを微小なボリュームに分割した状態を示す平面図である。
【図４】間隔板の熱通過率を変更することによって熱交換素子の体積を小型化できる割合を示すグラフ図である。
【図５】この発明の実施例２による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図６】この発明の実施例３による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図７】間隔板の表面に金属膜を被覆する膜被覆装置を示す構成図である。
【図８】間隔板の表面に金属膜を被覆する膜被覆装置を示す構成図である。
【図９】間隔板の表面に金属膜を被覆する膜被覆装置を示す構成図である。
【図１０】間隔板の表面に金属膜を被覆する膜被覆装置を示す構成図である。
【図１１】間隔板の表面に金属膜を被覆する膜被覆装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施例４による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施例５による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施例６による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施例７による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施例７による熱交換素子の一部を示す断面図である。
【図１７】この発明の実施例８による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施例９による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施例１０による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施例１１による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２１】この発明の実施例１２による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２２】この発明の実施例１３による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２３】各気流と温度勾配の関係を示す温度分布図である。
【図２４】各気流と温度勾配の関係を示す温度分布図である。
【図２５】この発明の実施例１５による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２６】この発明の実施例１５による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２７】この発明の実施例１６による熱交換素子の一部を示す斜視図である。
【図２８】熱伝達率の促進効果が得られるｎの値と、熱伝達向上率Ｈ／Ｈ0 の関係を示すグラフ図である。
【図２９】従来の熱交換素子を示す斜視図である。
【図３０】間隔板の熱伝導率とフィン効率の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  仕切板、３ａ，３ｂ  風路、４，８  間隔板、７  金属繊維、９  アルミニウム（膜）、１０  アルミナ膜（保護膜）、３１，３２  スリット、３１ａ  分断部、３４  温度勾配が最大となる方向、４１  帯状体の間隔板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003602174.tif 000019
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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