(57)【要約】【課題】何度乾燥および加湿を繰り返しても、全熱交換膜としての性能に支障をきたすことがなく、繰り返しの使用に耐える全熱交換膜およびそれを用いた全熱交換器を提供することにある。【解決手段】全熱交換膜２０を、厚みの薄い板状体のフレーム２１を除いた内部のほぼ全域にわたって扁平な空洞部２７を設け、前記板状体のフレーム２１を除いた表裏面のほぼ全面に前記空洞部と連通する微小孔２６ｃ、２６ｄをメッシュ状に設けて形成したのである。また、全熱交換膜２０の両面に別個の流体を流通する流体通路を設けて全熱交換器を形成したのである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みの薄い板状体の外周に設けられたフレームを除いた内部のほぼ全域にわたって扁平な空洞部を設け、前記板状体のフレームを除いた表裏面のほぼ全面に前記空洞部と連通する微小孔をメッシュ状に設けた全熱交換膜。
【請求項２】
前記空洞部は、対向するフレームを連結する補強リブによって複数の小部屋に仕切られた請求項１に記載の全熱交換膜。  
【請求項３】
金属または合成樹脂からなる請求項１または２に記載の全熱交換膜。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の全熱交換膜の一面に沿って一の流体が流通する流体通路を設け、前記全熱交換膜の他面に沿って他の流体が流通する流体通路を設けた全熱交換器。
【請求項５】
前記一の流体が流通する流体通路は第一の板状エレメントに形成され、前記他の流体が流通する流体通路は第二の板状エレメントに形成される請求項4に記載の全熱交換器。
【請求項６】
全熱交換膜の両面に互いに対応する、第一のポケットと第二のポケットおよび第三のポケットと第四のポケットの二対のポケットを設け、一方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第一のポケットから全熱交換膜に設けられた一の流通孔を経て他面に設けられた気密な第四のポケットにかけて形成され、他方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第三のポケットから他の流通孔を経て全熱交換膜の他面に設けられた気密な第二のポケットにかけて形成されることにより、互いに隔離されかつ互い違いに連通する２つの流体通路を形成した全熱交換器。
【請求項７】
前記第一のポケットと第三のポケットは、全熱交換膜の一面に積層される第一の板状エレメントに形成され、第二のポケットと第四のポケットは、全熱交換膜の他面に積層される第二の板状エレメントに形成される請求項６に記載の全熱交換器。
【請求項８】
請求項１から３のいずれかに記載の全熱交換膜の一面に、請求項５または７に記載の第一の板状エレメントを積層し、前記全熱交換膜の他面に請求項５または７に記載の第二の板状エレメントを積層したアセンブリを複数積層してなる全熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、全熱交換膜およびそれを用いた全熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器のうち、温度の交換すなわち顕熱交換のみならず、湿度の交換すなわち潜熱交換をも行うものを全熱交換器と呼ぶ。全熱交換器は例えば、室内の汚れた空気を廃棄する際に、室内に取り入れる清浄な外気との間で温度交換と湿度交換を同時におこなう必要がある場合などに用いられる。ここで、全熱交換器の熱交換膜には、吸放湿性に優れていることから例えば特許文献１に見るように紙を加工したものが多く用いられている。
【０００３】
しかし熱交換膜として紙を加工したものを用いた場合、紙の特性に起因して不使用時の乾燥収縮と使用時の加湿膨張とを繰り返すこととなるため、安定した性能を発揮せず、また耐久性が劣る問題があった。
【特許文献１】特開平１１−１８９９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこでこの発明の解決すべき課題は、何度乾燥加湿を繰り返しても、全熱交換膜としての性能に支障をきたすことがなく、繰り返しの使用に耐える全熱交換膜およびそれを用いた全熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記した課題を解決するためこの発明は、厚みの薄い板状体の外周に設けられたフレームを除いた内部のほぼ全域にわたって扁平な空洞部を設け、前記板状体のフレームを除いた表裏面のほぼ全面に前記空洞部と連通する微小孔をメッシュ状に設けた全熱交換膜を形成したのである。
【０００６】
前記全熱交換膜の空洞部は、対向するフレームを連結する補強リブによって複数の小部屋に仕切られるのが好ましい。
【０００７】
前記全熱交換膜は金属または合成樹脂からなるのが好ましい。
【０００８】
またこの発明は、上記した全熱交換膜の一面に沿って一の流体が流通する流体通路を設け、全熱交換膜の他面に沿って他の流体が流通する流体通路を設けて全熱交換器を形成したのである。
【０００９】
前記一の流体が流通する流体通路は第一の板状エレメントに形成され、前記他の流体が流通する流体通路は第二の板状エレメントに形成されるのが好ましい。
【００１０】
全熱交換器において、全熱交換膜の両面に互いに対応する、第一のポケットと第二のポケットおよび第三のポケットと第四のポケットの二対のポケットを設け、一方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第一のポケットから全熱交換膜に設けられた一の流通孔を経て他面に設けられた気密な第四のポケットにかけて形成され、他方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第三のポケットから他の流通孔を経て全熱交換膜の他面に設けられた第二のポケットにかけて形成されることにより、互いに隔離され互い違いに連通する２つの流体通路を形成するのが好ましい。
【００１１】
第一のポケットと第三のポケットは全熱交換膜の一面に積層される第一の板状エレメントに形成され、第二のポケットと第四のポケットは全熱交換膜の他面に積層される第二の板状エレメントに形成されるのが好ましい。
【００１２】
全熱交換膜の一面に第一の板状エレメントを積層し、全熱交換膜の他面に第二の板状エレメントを積層してなるアセンブリを複数積層して全熱交換器を形成するのがよい。
【発明の効果】
【００１３】
全熱交換膜を、厚みの薄い板状体のフレームを除いた内部のほぼ全域にわたって扁平な空洞部を設け、前記板状体のフレームを除いた表裏面のほぼ全面に前記空洞部と連通する微小孔をメッシュ状に設けて形成することにより、湿気を含んだ流体側のメッシュ状に形成された微小孔から、扁平な空洞部を通り、乾燥した流体側の微小孔を経て湿気を移すことが出来るため、紙を加工したものと異なり全熱交換膜自体はなんら変化しないため、乾いても性能に支障をきたすことなく繰り返し使用することが出来る。
【００１４】
全熱交換膜の空洞部を、対向するフレームを連結する補強リブによって複数の小部屋に仕切ることにより、全熱交換膜の強度が増し耐久性が向上する。
【００１５】
全熱交換膜を金属または合成樹脂とすることにより、紙を加工したものと異なり、熱伝導性、耐久性ともに優れたものと出来る。
【００１６】
上記した全熱交換膜の一面に沿って一の流体が流通する流体通路を設け、全熱交換膜の他面に沿って他の流体が流通する流体通路を設けて全熱交換器を形成することにより、繰り返しの使用に耐える便利でかつ簡易な構造の全熱交換器を得ることができる。
【００１７】
一の流体が流通する流体通路は第一の板状エレメントに形成され、前記他の流体が流通する流体通路は第二の板状エレメントに形成されることにより、全熱交換器の厚みを薄くすることができ、小型化が図られる。
【００１８】
全熱交換器において、全熱交換膜の両面に互いに対応する、第一のポケットと第二のポケットおよび第三のポケットと第四のポケットの二対のポケットを設け、一方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第一のポケットから全熱交換膜に設けられた一の流通孔を経て他面に設けられた気密な第四のポケットにかけて形成され、他方流体通路は全熱交換膜の一面に設けられた気密な第三のポケットから他の流通孔を経て全熱交換膜の他面に設けられた第二のポケットにかけて形成されることにより、互いに隔離された２つの流体通路を形成し、この２つの流体通路は全熱交換膜を挟んで互い違いに連通するため、熱交換量の調整や圧力の調整および流量の調整を容易におこなうことができる。また、全熱交換器を載置した際の上下方向に関係なく同じ性能を発揮することができる。また、温度関係を均一化することができる。
【００１９】
前記第一のポケットと第三のポケットを全熱交換膜の一面に積層される第一の板状エレメントに形成し、第二のポケットと第四のポケットを全熱交換膜の他面に積層される第二の板状エレメントに形成することにより、全熱交換器の厚みを薄くすることができ、小型化が図られる。
【００２０】
全熱交換膜の一面に第一の板状エレメントを積層し、全熱交換膜の他面に第二の板状エレメントを積層してなるアセンブリを複数積層して全熱交換器を形成することにより熱交換の効率がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
まず図１を参照しつつ、この発明にかかる全熱交換器の全体構造について説明する。全熱交換器は、図示のように、第一の板状エレメント１０、全熱交換膜２０、第二の板状エレメント３０からなるアセンブリを複数積層し、これらを一対の側板４０、５０により気密に挟持することにより形成される。全熱交換器の部材の材質はすべてステンレスであるのが好ましいが、銅、アルミニウム、チタンなどの他の金属や合成樹脂で代替することができる。また、この実施の形態では全熱交換器の形状を平面視方形としたがこれに限られず、円形、楕円形などさまざまな形状にすることができる。
【００２３】
また、図示のように、第一の側板４０は、平坦で側辺中央に膨出部４１を有するほぼ長方形の板状体であり、第二の側板５０は、ほぼ第一の側板４０と同様の構造であるが、加えて第一の板状エレメント１０等に流体を流出入させるための貫通孔５２を設けたものである。
【００２４】
全熱交換器は、これら部材を拡散接合や、ニッケルペーストを用いた接合など公知の方法により接合されて形成される。接合する際には後述するように、隔離された貫通孔をそれぞれの板状体の一定位置に設けると、これを合わせることより正確に位置合わせをおこなうことが可能となる。
【００２５】
次に図２（ａ）から図２（ｃ）を参照しつつ、全熱交換器の内部構造について説明する。図２（ａ）のように、第一の板状エレメント１０は、鏡像関係にある板状体１０ａと板状体１０ｂとを重ね合わせ接合することにより形成される。
【００２６】
図示のように、板状体１０ａ、１０ｂはそれぞれ側辺中央が凹入するほぼ長方形のフレーム１１ａ、１１ｂの中に流体出入口、流体流通路を区画するフレーム１１ａ、１１ｂと同じ厚みの区画リブが張り巡らされている。区画リブは、フレーム１１ａ、１１ｂの両端辺から半円状に延びる半円リブ１２ａ、１２ｂと、両端辺の半円リブ１２ａ、１２ｂ同士を連結する楕円リブ１３ａ、１３ｂとからなる。半円リブ１２ａ、１２ｂとフレーム１１ａ、１１ｂに囲まれる部分は流体流通口１４ａ、１４ｂを形成し、楕円リブ１３ａ、１３ｂに囲まれる部分は流体流通口１５ａ、１５ｂを形成する。
【００２７】
また、板状体１０ａ、１０ｂの凹入するフレーム１１ａ、１１ｂ側辺中央を取り囲んでフレーム１１ａ、１１ｂと同じ厚みの膨出リブ１６ａ、１６ｂが設けられ、フレーム１１ａ、１１ｂと膨出リブ１６ａ、１６ｂに囲まれる部分は流体出入口１７ａ、１７ｂを形成する。
【００２８】
上述した以外でフレーム１１ａ、１１ｂと半円リブ１２ａ、１２ｂおよび楕円リブ１３ａ、１３ｂに囲まれる大きなポケットは流体流通路１８ａ、１８ｂを形成する。
【００２９】
また、板状体１０ａ、１０ｂのフレーム１１ａ、１１ｂおよび半円リブ１２ａ、１２ｂおよび楕円リブ１３ａ、１３ｂには、鏡像関係となる溝１９ａ、１９ｂが設けられており、板状体１０ａ、１０ｂを重ね合わせるとリブ上の溝１９ａ、１９ｂも重なり合い流体流通孔１９を形成する。
【００３０】
なお、フレーム１１ａ、１１ｂの四辺には、板状体１０ａ等を重ね合わせる際の位置あわせのための貫通孔を隔離した状態で設けてもよい。
【００３１】
図２(ｂ)のように、全熱交換膜２０は、鏡像関係にある板状体２０ａと板状体２０ｂとを重ね合わせ接合することにより形成される。全熱交換膜２０の厚みは０．０１ｍｍから０．３ｍｍくらいが好ましい。
【００３２】
板状体２０ａ、２０ｂはそれぞれほぼ長方形のフレーム２１ａ、２１ｂの中に、フレーム２１ａ、２１ｂと同じ厚みの区画リブが張り巡らされている。区画リブは、フレーム２１ａ、２１ｂの両端辺から半円状に延びる半円リブ２２ａ、２２ｂと、両端辺の半円リブ２２ａ、２２ｂ同士を連結する楕円リブ２３ａ、２３ｂとからなる。半円リブ２２ａ、２２ｂとフレーム１１ａ、１１ｂに囲まれる部分は流体流通口２４ａ、２４ｂを形成し、楕円リブ２３ａ、２３ｂに囲まれる部分は流体流通口２５ａ、２５ｂを形成する。
【００３３】
上述した以外でフレーム２１ａ、２１ｂと半円リブ２２ａ、２２ｂおよび楕円リブ２３ａ、２３ｂに囲まれる全熱交換部２６ａ、２６ｂは、厚みがフレーム２１ａ、２１ｂおよび半円リブ２２ａ、２２ｂおよび楕円リブ２３ａ、２３ｂよりかなり薄く、また、表裏面を貫通する微小孔２６ｃ、２６ｄが全面にメッシュ状に施されている。微小孔２６ｃ、２６ｄの径は、０．０１ｍｍから０．２ｍｍくらいが好ましく、メッシュの密度としては、微小孔２６ｃ、２６ｄが１ｍｍ２あたり１００個から１００００個くらいが好ましい。板状体２０ａと板状体２０ｂとを重ね合わせると、この空間は厚みが薄いため、扁平な空洞部２７となる。また全熱交換部２６ａ、２６ｂには、フレーム２１ａ、２１ｂと区画リブを連結する形でフレーム２１ａ、２１ｂと同じ厚みの補強リブ２６´ａ、２６´ｂがはりめぐらされ、容易に陥没等しないようになっている。
【００３４】
また、板状体２０ａ、２０ｂの凹入するフレーム２１ａ、２１ｂ側辺中央を取り囲んでフレーム２１ａ、２１ｂと同じ厚みの膨出リブ２８ａ、２８ｂが設けられ、フレーム２１ａ、２１ｂと膨出リブ２８ａ、２８ｂに囲まれる部分は流体出入口２９ａ、２９ｂを形成する。
【００３５】
なお、フレームフレーム２１ａ、２１ｂの四辺には、板状体２０ａ等を重ね合わせる際の位置あわせのための貫通孔を隔離した状態で設けてもよい。
【００３６】
図２（ｃ）のように、第二の板状エレメント３０は、鏡像関係にある板状体３０ａと板状体３０ｂとを重ね合わせ接合することにより形成される。図からわかるように、第二の板状エレメント３０は、第一の板状エレメントと天地を逆にした形状である。したがって第一の板状エレメント１０と同一の部材が用いられる。
【００３７】
図示のように、板状体３０ａ、３０ｂはそれぞれ側辺中央が凹入するほぼ長方形のフレーム３１ａ、３１ｂの中に流体出入口、流体流通路を区画するフレーム３１ａ、３１ｂと同じ厚みの区画リブが張り巡らされている。区画リブは、フレーム３１ａ、３１ｂの両端辺から半円状に延びる半円リブ３２ａ、３２ｂと、両端辺の半円リブ３２ａ、３２ｂ同士を連結する楕円リブ３３ａ、３３ｂとからなる。半円リブ３２ａ、３２ｂとフレーム３１ａ、３１ｂに囲まれる部分は流体流通口３４ａ、３４ｂを形成し、楕円リブ３３ａ、３３ｂに囲まれる部分は流体流通口３５ａ、３５ｂを形成する。
【００３８】
また、板状体３０ａ、３０ｂの凹入するフレーム３１ａ、３１ｂ側辺中央を取り囲んでフレーム３１ａ、３１ｂと同じ厚みの膨出リブ３６ａ、３６ｂが設けられ、フレーム３１ａ、３１ｂと膨出リブ３６ａ、３６ｂに囲まれる部分は流体出入口３７ａ、３７ｂを形成する。
【００３９】
上述した以外でフレーム３１ａ、３１ｂと半円リブ３２ａ、３２ｂおよび楕円リブ３３ａ、３３ｂに囲まれる大きなポケットは流体流通路３８ａ、３８ｂを形成する。
【００４０】
また、板状体３０ａ、３０ｂのフレーム３１ａ、３１ｂおよび半円リブ３２ａ、３２ｂおよび楕円リブ３３ａ、３３ｂには、鏡像関係となる溝３９ａ、３９ｂが設けられており、板状体３０ａ、３０ｂを重ね合わせるとリブ上の溝３９ａ、３９ｂも重なり合い流体流通孔３９を形成する。
【００４１】
なお、フレーム３１ａ、３１ｂの四辺には、板状体３０ａ等を重ね合わせる際の位置あわせのための貫通孔を隔離した状態で設けてもよい。
【００４２】
次に図３を参照しつつ、流体の流れについて説明する。図中黒矢印は一方流体の流れを示し、白矢印は他方流体の流れを示す。  
【００４３】
まず一方流体の流れを追っていくと、第一の板状エレメント１０のフレーム１１の側辺に設けられた流体流通孔１９を入口としてそこから流入した一方流体は、大きなポケットである流体流通路１８を流通し、楕円リブ１３に設けられた流体流通孔１９をくぐり抜け、楕円リブ１３に囲まれた流体流通口１５に流れ込む。  
【００４４】
次に流体流通口１５に流れ込んだ一方流体は、全熱交換膜２０の楕円リブ２３に囲まれた流体流通口２５を通り、第二の板状エレメント３０の楕円リブ３３に囲まれた流体流通口３５に出てくる。    
【００４５】
第二の板状エレメント３０の楕円リブ３３に囲まれた流体流通口３５に出てきた一方流体は、楕円リブ３３に設けられた流体流通孔３９をくぐり抜け、大きなポケットである流体流通路３８を流通し、フレーム３１の側辺に設けられた流体流通孔３９を出口としてそこから全熱交換器１外部へと流出する。
【００４６】
次に他方流体の流れを追っていくと、側板５０の貫通孔５２を通り、第一の板状エレメント１０のフレーム１１と膨出リブ１６に囲まれた流体出入口１７を入口としてそこから流入した他方流体は、フレーム１１側辺凹入部に設けられた流体流通孔１９をくぐり抜け、大きなポケットである流体流通路１８を流通し、半円リブ１２に設けられた流体流通孔１９をくぐり抜け、フレーム１１と半円リブ１２に囲まれた流体流通口１４に流れ込む。  
【００４７】
次に流体出入口１９に流れ込んだ他方流体は、全熱交換膜２０のフレーム２１と半円リブ２２囲まれた流体流通口２４を通り、第二の板状エレメント３０のフレーム３１と半円リブ３６に囲まれた流体流通口３４に出てくる。    
【００４８】
第二の板状エレメント３０のフレーム３１と半円リブ３２に囲まれた流体流通口３４に出てきた他方流体は、半円リブ３２に設けられた流体流通孔３９をくぐり抜け、大きなポケットである流体流通路３８を流通し、フレーム３１側辺の凹入部に設けられた流体流通孔３９をくぐり抜け、フレーム３１と膨出リブ３６に囲まれた流体出入口３７を出口とし側板５０の貫通孔５２を通って全熱交換器外部へと流出する。
【００４９】
このように、第一の板状エレメント１０において、一方流体が流通する流体流通路１８の裏面にあたる第二の板状エレメント３０の流体流通路３８に他方流体が流通し、第二の板状エレメント３０において、一方流体が流通する流体流通路３８の裏面にあたる第一の板状エレメント１０の流体流通路１８に他方流体が流通するため、全熱交換膜２０を挟んで両面に異なる流体が流れることになりそれぞれの流体の持つ温度が交換される。
【００５０】
さらに、一方流体が他方流体に比べ相対的に乾いている場合には、図４（ａ）、(ｂ)の矢印のように湿気が移動することで、流体間で湿気が交換される。なお、他方流体が一方流体に比べ相対的に乾いている場合には、以下に説明するものと逆の現象を考えればよい。
【００５１】
すなわち、他方流体が第一の板状エレメント１０を流通している際には、他方流体に含まれる湿気が、第一の板状エレメント１０の流体流通路１８から、全熱交換膜２０の第一の板状エレメント１０側の全熱交換部２６にメッシュ状に設けられた微小孔２６ｃを通り、扁平な空洞部２７を経て、第二の板状エレメント３０側の全熱交換部２６に設けられた微小孔２６ｄから、一方流体の流通する第二の板状エレメント３０の流体流通路３８へと移動する。
【００５２】
同じく、他方流体が第二の板状エレメント３０を流通している際には、他方流体に含まれる湿気が、第二の板状エレメント３０の流体流通路３８から、全熱交換膜２０の第二の板状エレメント３０側の全熱交換部２６にメッシュ状に設けられた微小孔２６ｄを通り、扁平な空洞部２７を経て、第一の板状エレメント１０側の全熱交換部２６に設けられた微小孔２７ｃから、一方流体の流通する第一の板状エレメント１０の流体流通路１８へと移動する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】全熱交換器の分解斜視図
【図２（ａ）】第一の板状エレメントの分解図
【図２（ｂ）】全熱交換膜の分解図
【図２（ｃ）】第二の板状エレメントの分解図
【図３】流体が流通する経路を示す図
【図４】（ａ）は全熱交換膜を通じて湿気が移動する経路を示す図、(ｂ)は（ａ）のＡ−Ａ縦断面図
【符号の説明】
【００５４】
１０  第一の板状エレメント
１０ａ、１０ｂ  板状体
１１、１１ａ、１１ｂ  フレーム
１２、１２ａ、１２ｂ  半円リブ
１３、１３ａ、１３ｂ  楕円リブ
１４、１４ａ、１４ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ  流体流通口
１６、１６ａ、１６ｂ  膨出リブ
１７、１７ａ、１７ｂ  流体出入口
１８、１８ａ、１８ｂ  流体流通路
１９  流体流通孔
１９ａ、１９ｂ  溝  
２０  全熱交換膜
２０ａ、２０ｂ  板状体
２１、２１ａ、２１ｂ  フレーム
２２、２２ａ、２２ｂ  半円リブ
２３、２３ａ、２３ｂ  楕円リブ
２４、２４ａ、２４ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ  流体流通口
２６、２６ａ、２６ｂ  全熱交換部
２６ｃ、２６ｄ  微小孔
２６´、２６´ａ、２６´ｂ  補強リブ  
２７  空洞部
２８、２８ａ、２８ｂ  膨出リブ
２９、２９ａ、２９ｂ  流体出入口
３０  第二の板状エレメント
３０ａ、３０ｂ  板状体
３１、３１ａ、３１ｂ  フレーム
３２、３２ａ、３２ｂ  半円リブ
３３、３３ａ、３３ｂ  楕円リブ
３４、３４ａ、３４ｂ、３５、３５ａ、３５ｂ  流体流通口
３６、３６ａ、３６ｂ  膨出リブ
３７、３７ａ、３７ｂ  流体出入口
３８、３８ａ、３８ｂ  流体流通路
３９  流体流通孔
３９ａ、３９ｂ  溝
４０  第一の側板
４１  膨出部
５０  第二の側板
５１  膨出部
５２  貫通孔  
【図１】
2006289191.tif 000003
【図２（ａ）】
2006289191.tif 000004
【図２（ｂ）】
2006289191.tif 000005
【図２（ｃ）】
2006289191.tif 000006
【図３】
2006289191.tif 000007
【図４】
2006289191.tif 000008