(57)【要約】  熱湿交換器が、セパレータの両側に取り付けられたメンブレンシートで構成されたパネルを備えている。チャネルが、セパレータとメンブレンシート間で各パネルにまたがって延伸している。パネルはメンブレンシートよりはるかに剛性である。パネルは、離間した関係に積層されてＥＲＶコアを提供する。隣接するパネルどうしの間隔は、パネルの厚さよりも小さくてもよい、【選択図】図２−４
2019504287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパネルを備えた熱湿交換器であって、
前記パネルのそれぞれが、
面の両側に突出部を設けるように形成された可撓性セパレータと；
前記セパレータの相反対の面の突出部に取り付けられた第１および第２の薄い水蒸気透過性メンブレンシートであって、前記セパレータが、前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートを、離間した平行な関係に保持し、前記パネルが、前記メンブレンシートの取り付けによって補強されており、前記突出部が第１のチャネルを設けるように形成されて、チャネルが、前記セパレータと前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートとの間の第１の流れを、前記パネルのそれぞれにまたがって第１の方向に運ぶように動作可能である、メンブレンシート；
とを備え、
前記パネルが、開口した第２のチャネルを前記パネルの隣接するものどうしの間に設けるように、平行に離間した関係に積層されており、前記第２のチャネルが、熱湿交換器を通る第２の流れを、前記第１の方向を横切る第２の方向に運ぶように、延伸している熱湿交換器。
【請求項２】
前記パネルの隣接するものどうしの間に細長いスペーサを備えた、請求項１に記載の熱湿交換器であって、前記第２のチャネルが前記パネルの厚さの２０倍以上の幅を有する開口部を備えるような前記第１の方向に、前記細長いスペーサが互いに離間して配置されている、熱湿交換器。
【請求項３】
前記パネルの隣接するものが、前記パネルの厚さよりも小さい距離だけ互いに離間して配置されている、請求項１または２のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項４】
前記セパレータが、前記第２のチャネルの高さの１１０％〜１５０％、好ましくは１２０％〜１３５％の範囲にある深さを有する、請求項３に記載の熱湿交換器。
【請求項５】
前記セパレータが波形シートを備えている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項６】
前記波形シートの波形が、平坦化された最上部を有する尾根を設けるように形成され、前記メンブレンシートが、前記尾根の少なくともいくつかの平坦化された最上部に沿って前記セパレータに接着される、請求項５に記載の熱湿交換器。
【請求項７】
前記セパレータが穿孔されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項８】
前記セパレータが、０．２ｍｍ以下の厚さを有する材料でできている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項９】
前記パネルのそれぞれが、１．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲にある厚さ有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１０】
前記セパレータが、形成されたアルミニウムシートを備えた、請求項１〜９のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１１】
前記第１のチャネルまたは前記第２のチャネルの少なくとも一つにおいて複数の渦発生機能を備えた、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の熱湿交換器であって、前記渦発生機能が、前記チャネルの境界を定める一つまたは複数の表面からの突出部および／またはそこへのくぼみ部を備えた、熱湿交換器。
【請求項１２】
前記渦発生機能が前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートの一つまたは両方の上に形成された、請求項１１に記載の熱湿交換器。
【請求項１３】
前記渦発生機能が、前記第１または第２の水蒸気透過性メンブレンシートの少なくとも一つの表面に形成された突出部の配列を備え、前記突出部が、２ｍｍまたは前記セパレータの厚さの４０％の、いずれか大きい方を超えない高さを有する、請求項１１に記載の熱湿交換器。
【請求項１４】
前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートが、非対称であって基材を備え、前記基材がその一面に、空気不透過性の水蒸気透過性コーティングを有する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１５】
前記コーティングが前記第２のチャネル内に面するように、前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートが向けられている、請求項１４に記載の熱湿交換器。
【請求項１６】
前記第１のチャネルに平行に延伸している前記パネルの縁部がテーパー付きの厚さを有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１７】
前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルを通る流量どうしが同一であって３５〜９５ＳＣＦＭの範囲にある場合に、前記第１および第２のチャネルにまたがる圧力降下どうしが、同一から２５Ｐａまでの範囲にある、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１８】
前記第１のチャネルおよび前記第２のチャネルを通る流量どうしが同一である場合に、前記第１および第２のチャネルにまたがる圧力降下どうしが、同一から２５％までの範囲にある、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項１９】
建造物の外部から前記建造物の内部に、前記第１のチャネルまたは前記第２のチャネルを通して空気を供給するように接続された外気取り入れ口と、前記建造物の内部から前記建造物の外部に、前記第２のチャネルまたは前記第１のチャネルのもう一方を用いて空気を送達するように接続された排気口とを備えた、エネルギー回収換気（ＥＲＶ）設備における請求項１〜１８のいずれか一項に記載の熱湿交換器。
【請求項２０】
前記建造物の内部が暖房されており、前記排気口が、前記建造物の内部から前記建造物の外部に、前記第２のチャネルを通して空気を送達するように接続された、請求項１９に記載の熱湿交換器。
【請求項２１】
前記ＥＲＶ設備が、前記第１および第２のチャネルのいずれを前記外気取り入れ口に接続するか、そして前記第２および第１のチャネルのいずれを前記排気口に接続するかを切り替えるように再構成可能である、請求項１９に記載の熱湿交換器。
【請求項２２】
ＥＲＶコアに使用されるパネルであって、前記パネルが：
その面の両側に突出部を設けるように形成されたセパレータと；
前記セパレータの相反対の面の突出部に取り付けられた第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートとを備え、
前記セパレータが、前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートを、離間した平行な関係に保持し、前記突出部が、前記セパレータと前記シートの間で、前記第１および第２の水蒸気透過性シートのそれぞれにまたがって延伸するチャネルを設けるように形成されているパネル。
【請求項２３】
前記セパレータが波形である、請求項２２に記載のパネル。
【請求項２４】
前記セパレータが穿孔されている、請求項２２または２３に記載のパネル。
【請求項２５】
前記セパレータが７ｍｍ未満の深さを有する、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項２６】
前記セパレータが、０．２ｍｍ以下の厚さを有する材料でできた、請求項２２〜２５のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項２７】
前記セパレータが、形成されたアルミニウムシートを備えた、請求項２２〜２６のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項２８】
前記第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートが接着剤によって前記セパレータに貼り付けられている、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項２９】
前記接着剤がホットメルト接着剤、または感圧接着剤である、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項３０】
前記チャネルに平行に延伸する前記パネルの縁部が、テーパー付きの厚さを有する、請求項２２〜２９のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項３１】
前記セパレータに対して反対側の水蒸気透過性シートの一つに取り付けられた複数のスペーサの帯板を備えた、請求項２２〜３０のいずれか一項に記載のパネルであって、前記セパレータ帯板が前記チャネルに対して概ね垂直な方向に延伸しているパネル。
【請求項３２】
前記スペーサの帯板が少なくとも１．２ｍｍの厚さを有する、請求項３１に記載のパネル。
【請求項３３】
前記スペーサの帯板が少なくとも７ｃｍの距離だけ互いに隔てられている、請求項３１または３２に記載のパネル。
【請求項３４】
前記スペーサの帯板が前記パネルの厚さの少なくとも２０倍の距離だけ互いに隔てられている、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項３５】
前記スペーサの帯板が、前記セパレータの突出部のピーク間間隔の少なくとも２０倍の距離だけ互いに隔てられている、請求項３１〜３４のいずれか一項に記載のパネル。
【請求項３６】
離間した関係に一体に積層された請求項２２〜３５のいずれか一項に記載の複数のパネルを備えた、熱湿交換器。
【請求項３７】
離間した前記パネルの隣接するものどうしの間のチャネルを通して互いに流体接続された第１の入口および出口マニホールドを備えた、請求項３５に記載の熱湿交換器。
【請求項３８】
前記パネルの前記メンブレンと前記セパレータとの間のチャネルを通して互いに流体接続された第２の入口および出口マニホールドを備えた、請求項３６または３７に記載の熱湿交換器。
【請求項３９】
セパレータの面の両側に突出部を設けるように形成されたセパレータの相反対側に第１および第２のメンブレンシートを取り付けることにより複数のパネルを形成して、前記第１および第２のメンブレンシートを前記突出部が取り付けられるようにすること；および
前記パネルを隔てるスペーサを用いて前記パネルを離間した関係に積層して、隣接するパネルの各対の間にチャネルを設けること、
を含む、熱湿交換器を製造する方法。
【請求項４０】
前記セパレータが波形シートを備えた、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記パネルを形成することが、接着剤を波形の尾根シートの波形に沿って塗布することと、前記メンブレンシートを前記接着剤によって前記尾根に接着することとを含む、請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、透水性メンブレンを備えた熱湿交換器に関する。例示的な実施形態は、透水性メンブレンを備えたエネルギー回収換気装置（ＥＲＶ）コア、およびそのようなコアを含むＥＲＶシステムを提供する。本発明は、熱および湿度交換が必要な多種多様な用途に適用される。例としては、建造物の換気システムにおける熱および水分（湿度）回収、燃料電池における加湿および熱伝達、ガスの分離、および水の脱塩処理などが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
熱湿交換器（加湿器とも呼ばれることもある）が、建造物の換気（ＨＶＡＣ）、医療、および呼吸器への適用、ガス乾燥、および発電用の燃料電池反応物の加湿を含む多様な適用に向けて開発されている。
【０００３】
平面的なプレート式熱湿交換器は、セパレータ間に支持された平坦な透水性メンブレン（例えば、ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）、セルロース、またはその他の高分子メンブレン）から概して構成されるメンブレンプレートを使用している。このプレートは、積層されて封止され、取り込まれるそして排気される流れが交互のプレート対の間で直交流または向流のいずれかの配置をとって流れるように構成されているのが普通であり、これにより、熱と湿度がメンブレンを介して流れどうしの間で伝達されるようになっている。
【０００４】
熱回収換気装置（ＨＲＶ）は、制御された換気を建造物に提供するための換気システム内に熱交換器を組み込んだ機械的装置である。ＨＲＶは、入ってくる新鮮な空気を、排気を使用して暖房または冷房する。入ってくる新鮮な空気と排気との間の水分も交換する装置は、概してエネルギー回収換気装置（ＥＲＶ）と呼ばれ、エンタルピー回収換気装置（Ｅｎｔｈａｌｐｙ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ）と呼ばれることもある。ＥＲＶは、建造物に取り込まれている換気空気から余分な湿度を除去することがあり、または換気空気に湿度を加えることがある。ＥＲＶは、省エネのために、そして／または建造物内の屋内空気の質を向上させるために使用されることがある。
【０００５】
空気の流れの間で熱と湿度を伝達するＥＲＶシステムの主要構成要素は、ＥＲＶコアである。ＥＲＶコアは、上記の平面的なプレート式熱湿交換器と同様に構成されていることが多い。ＥＲＶはまた、筐体、空気の流れを動かすファン、導管だけでなく、フィルタ、制御エレクトロニクス、その他の構成要素を備えているのが普通である。
【０００６】
図１に、メンブレン３の積層された平面シートと、メンブレンシートの間に挿入された剛性の波形セパレータ６とからできた平面的なプレート式熱湿交換器の例を示す。セパレータは、メンブレンを支持し、適切なシート間隔を維持するとともに、直交流の配置をとって各メンブレンシートの両側を流れる湿った流れと乾燥した流れ用のチャネル５を画定しており、これは、それぞれ幅広の矢印１および２に示すとおりである。メンブレン材料は概して薄く、可撓性であって自立していない。セパレータ６はメンブレンを支持し、メンブレンがチャネル５内に向かってたわむのを低減または防止する。この積層体は、剛体枠４内に収納されている。いくつかの熱湿交換器では、波形セパレータの代わりにプラスチック製の流れ場インサートを使用して、メンブレンを支持し、間隔を維持し、メンブレンの両側での流れ用の流れチャネルを設けている。
【０００７】
波形セパレータを備えた熱湿交換器の例が、米国特許出願公開第２０１１／０１９２５７９号に記載されている。流れ場インサートを有する熱湿交換器の例が、米国特許第７３３１３７６号と米国特許第８２３５０９３号に記載されている。
【０００８】
セパレータ、例えば、上記の熱湿交換器で使用されている波形部材または流れ場インサートは概して、制御された、または方向性をもったガスの流れの分布をメンブレン表面上に与える。しかしながら、そのようなセパレータが存在することで、メンブレンにまたがる流体の流れが制限される可能性がある。その結果としてこの装置にまたがって生じる圧力降下が顕著になる可能性がある。例えば、平行でまっすぐなチャネルを有するセパレータであったとしても、もしこれが、メンブレンを支持する密な間隔のリブを与える場合には、いかなる有意な厚さのリブであっても、流体の流れを妨害し圧力降下を増加させる傾向を示すであろう。リブは、メンブレン表面の有意な部分に流体が接近するのを遮る可能性がある。リブがさらに広く離間して配置されていると、メンブレンはチャネル内に向かってたわみ、これもまた圧力降下を増加させる。場合によっては、流れ場インサートがあると、メンブレンにまたがる流体流路は非常に蛇行する可能性があり、これもまた流れを阻害して圧力降下を増加させる傾向となる。圧力降下は、流れに対する抗力または摩擦を生じさせる壁面面積の増加によっても誘発される。圧力降下は、セパレータによって設けられたチャネル内に向かってメンブレンがたわむ結果としても増加する可能性がある。
［発明の簡単な説明］
【０００９】
この発明は、複数の態様を有する。これらの態様は個別に、または好適な組み合わせで適用してもよい。本発明の態様は制限なしに以下を含む：
・湿度交換器と熱湿交換器；
・燃料電池や類似の装置とともに使用される加湿器；
・湿度交換器と熱湿交換器とに用いられる構成要素；
・エネルギー回収換気装置（ＥＲＶ）設備；
・建造物の内部および外部の間で空気を交換する方法；
・湿度交換器、熱湿交換器、および／またはそのような交換器用の部品を作る方法；ならびに
・湿度交換器、熱湿交換器、および／またはそのような交換器用の部品を作るのに有用な製造装置。
【００１０】
本発明の例示的な一態様は、複数のパネルを備えた熱湿交換器を提供する。パネルのそれぞれは、面の両側へ突出部が設けられるように形成された可撓性セパレータと、セパレータの相反対の面上の突出部に取り付けられた第１および第２の薄い水蒸気透過性メンブレンシートとを備えている。セパレータは、第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートを、離間した平行な関係に保持する。パネルは、メンブレンシートをセパレータに取り付けることにより補強されている。突出部は、第１のチャネルを設けるように形成されており、チャネルは、セパレータと第１および第２の水蒸気透過性シートとの間の第１の流れを、パネルのそれぞれにまたがって第１の方向に運ぶように動作可能である。パネルは、開口した第２のチャネルをパネルのうち隣接するものどうしの間に設けるように、平行に離間した関係に積層されており、第２のチャネルは、熱湿交換器を通る第２の流れを、第１の方向を横切る第２の方向に運ぶように、延伸している。
【００１１】
有利にはセパレータは、メンブレンを三角形状に支持してセパレータを補強するような、波形またはジグザグ形状の断面である。
【００１２】
いくつかの実施形態では、パネルのうち隣接するものの間に細長いスペーサが設けられている。細長いスペーサは、第２のチャネルが、比較的広く障害物のない開口部が設けられるような第１の方向に、互いに離間して配置されている。例えば開口部は、パネルの厚さの２０倍以上の幅を有していてもよい。
【００１３】
いくつかの実施形態では、パネルは、パネルの厚さよりも小さい距離で互いに離間して配置されている。例えば、セパレータは、第２のチャネルの高さの１１０％〜１５０％、好ましくは１２５％〜１３５％の範囲にある深さを有していてもよい。いくつかの実施形態では、パネルのそれぞれは、１．５ｍｍ〜４ｍｍの範囲にある厚さを有している。
【００１４】
メンブレンが取り付けられる先のセパレータの部分は、平坦化されていてもよい。そのような平坦化された領域により、メンブレンとセパレータとの間にさらに広い接着面積が得られる場合がある。セパレータが波形シートを備えている場合、波形シートの波形は、平坦化された最上部を有する尾根を設けるように形成してもよい。メンブレンシートは、平坦化された尾根の最上部に沿ってセパレータに接着してもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、セパレータは穿孔されている。例えばセパレータは、各パネルにおける第１のチャネルのいくつかまたはすべての間で流体をつなぐ複数の穿孔を備えている。
【００１６】
いくつかの実施形態では、セパレータは、０．２ｍｍ以下の厚さを有する材料である。例えば、セパレータは、金属（例えばアルミニウム）またはプラスチックの薄いシートを備えていてもよい。
【００１７】
渦発生機能を、本明細書に記載されたいずれかの実施形態のチャネルのいくつかまたはすべてに随意に設けてもよい。例示的な実施形態が、少なくとも第１のチャネルまたは第２のチャネルに複数の渦発生機能を備えている。渦発生機能は、チャネルの境界を定める表面からの突出部、および／またはそこへのくぼみ部を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、渦発生機能は、パネルの第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートの１つまたは両方の上に形成される。いくつかの実施形態では、シートの一面から突出し、シートの反対側には対応する凹部を与える渦発生機能が得られるように、メンブレンシートをエンボス加工または形成する。いくつかの実施形態では、メンブレンの厚さ（または少なくともメンブレンのコーティング）が、メンブレンの中またはその上に形成された渦発生機能の内部または外部で同様、または同一であるものとされる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、渦発生機能は、メンブレンの表面に形成された突出部の配列を備え、突出部は１ｍｍ以下または２ｍｍ以下の高さを有している。いくつかの実施形態では、渦発生機能は、２ｍｍ、またはセパレータの厚さの４０％の、いずれか大きいほうを超えない高さを有している。
【００１９】
パネルのいくつかまたはすべてにおける第１および／または第２の水蒸気透過性メンブレンシートは、随意に非対称である。非対称メンブレンシートは、基材を備えていてもよく、この基材は、一面に空気不透過性で水蒸気透過性コーティングを有するものである。基材は、空気透過性であってもよい。例えば、基材は、多孔質（微孔質を含む）基材を備えていてもよい。メンブレンが非対称である場合、第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートは、コーティングが第２のチャネル内に面するように向けられていてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態は、以下の一つまたは複数の機能を提供する：
・第１のチャネルに平行に延伸しているパネルの縁部は、厚さにテーパーが付いている。
・第１のチャネルおよび第２のチャネルを通る流量どうしが３５〜９５ＳＣＦＭの範囲にある場合には、第１および第２のチャネルにまたがる圧力降下どうしは、同じから２５Ｐａの範囲にある。
・第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートは、接着剤（例えば、ホットメルト接着剤または感圧接着剤を含んでいてもよいもの）によってセパレータに貼り付けられている。
・パネルは、スペーサの帯板によって離間して配置されており、このスペーサトリップは、中実または中空であってもよく、円形、正方形、長方形などの様々な断面構成であってもよいものである。
・いくつかの実施形態では、スペーサの帯板は、少なくとも１．２ｍｍの厚さを有する。
【００２１】
本発明の別の態様は、記載のいずれかの実施形態に係る熱湿交換器を備えたエネルギー回収換気（ＥＲＶ）設備を提供する。ＥＲＶ設備は、建造物の外部から第１のチャネルまたは第２のチャネルを通して建造物の内部に空気を供給するように接続された外気取り入れ口と、建造物の内部から第２のチャネルまたは第１のチャネルを通して建造物の外部に空気を送達するように接続された外気取り出し口とを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、建造物の内部が暖房されており、外気取り出し口は、建造物の内部から第２のチャネルを通して建造物の外部に空気を送達するように接続されている。いくつかの実施形態では、ＥＲＶ設備は、第１および第２のチャネルのどちらが外気取り入れ口に接続されるか、そして第２および第１のチャネルのどちらが外気取り出し口に接続されるかを切り替えるように再構成可能である。
【００２２】
本発明の別の態様は、ＥＲＶコアまたは加湿器コア内で使用するパネルを備えている。パネルは、面の両側に突出部が設けられるように形成されたセパレータと、セパレータの相反対の面上の突出部に取り付けられた第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートとを備えている。セパレータは、第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートを、離間した平行な関係に保持する。突出部は、セパレータとシートの間で第１および第２の水蒸気透過性シートのそれぞれにまたがって延伸するチャネルが設けられるように形成されている。
【００２３】
例示的な実施形態は、以下の機能の一つまたは複数を提供する：
・セパレータは波形である。
・セパレータは穿孔されている。
・セパレータは７ｍｍ未満の深さを有する。
・セパレータは、０．２ｍｍ以下の厚さを有する材料でできている。
・セパレータは、形成されたアルミニウムシートを備えている。
・第１および第２の水蒸気透過性メンブレンシートは、接着剤（例えば、ホットメルト接着剤または感圧接着剤を含んでいてもよいもの）によってセパレータに貼り付けられている。
・チャネルに平行に延伸するパネルの縁部は、厚さにテーパーが付いている。
・複数のスペーサの帯板が、セパレータとは反対側の水蒸気透過性シートの一つに取り付けられており、スペーサの帯板は、チャネルに概ね垂直な方向に延伸している。いくつかの実施形態では、スペーサの帯板は、少なくとも１．２ｍｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、スペーサの帯板は、少なくとも７ｃｍ、および／またはパネルの厚さの２０倍、および／またはセパレータの突出部のピーク間間隔の２０倍の距離だけ互いに隔てられている。
・第１の蒸気透過性シート、第２の蒸気透過性シート、およびセパレータの一つまたは複数が、本明細書の他の部分に記載のとおりの渦発生機能を支持している。
【００２４】
本発明の別の態様は、熱湿交換器を作る方法を提供する。この方法は：面の両側に突出部を設けるように形成されたセパレータの相反対側に第１および第２のメンブレンシートを取り付けることによって、複数のパネルを形成し、第１および第２のメンブレンシートが突出部に取り付けられていることと；パネルを隔てるスペーサを用いて、離間した関係にパネルを積層し、隣接するパネルのそれぞれの対の間にチャネルを設けることとを含む。パネルは、本明細書において他の箇所に記載の機能の組み合わせのいずれを有していてもよい。
【００２５】
本発明の別の態様は、本明細書に記載のとおりの、新規で進歩性のあるいずれかの機能、機能の組み合わせ、または機能の部分的組み合わせを有する装置を提供する。
【００２６】
本発明の別の態様は、本明細書に記載のとおりの、任意の新規で進歩性のあるいずれかのステップ、動作、ステップおよび／もしくは動作の組み合わせ、またはステップおよび／もしくは動作の部分的組み合わせを有する方法を提供する。
【００２７】
さらなる態様および例示的な実施形態が、添付図面に例示される、そして／または以下の記載中に記載される。
【００２８】
添付図面は、本発明の非限定的で例示的な実施形態を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は従来の平面的なプレート式熱湿交換器の斜視図である。
【図２−１】図２は例示的な実施形態に係る熱湿交換器コアの等角図である。
【図２−２】図２Ａは図２の熱湿交換器コアのパネルを示す拡大図である。  図２Ｃは波形セパレータの尾根に対して垂直な面内での波形セパレータの断面図である。  図２Ｄは波形材料の深さとピーク間間隔を示す図である。
【図２−３】図２ＢはＥＲＶコアの部分分解図である。
【図２−４】図２Ｅは図２の熱湿交換器コアの一部分を示す拡大図である。
【図２−５】図２Ｆは波形セパレータの例示的なプロファイルを示す。  図２Ｇは波形セパレータの例示的なプロファイルを示す。  図２Ｈは波形セパレータの例示的なプロファイルを示す。  図２Ｉは波形セパレータの例示的なプロファイルを示す。  図２Ｊは尾根と平坦化された最上部とを含む断面プロファイルを有するセパレータを備えた例示的なパネルの一部分を通る断面である。
【図２−６】図２Ｋは渦発生機能を備えたメンブレンの一部分の斜視図である。
【図３】図３は一実施形態に係る熱湿交換器コアを作る方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は例示的な実施形態に係る熱湿交換器コアの製造用の例示的な生産ラインを示す。
【図５】図５Ａは特定の例示的な実施形態に係るパネルに切断すべく用意された積層材料を例示する。  図５Ｂは図５Ａに示されるような積層材料の一部分の分解立体図であり、パネル縁部の形成における第１のステップを示すものである。  図５Ｃは図５Ａに示されるような積層材料の一部分の分解立体図であり、パネル縁部の形成における第２のステップを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の記載全体を通して、本発明のさらに完全な理解が得られることを目的として、特定の詳細を記載する。しかしながら、本発明は、これらの詳細を用いずに実施してもよい。その他の実例では、本発明を不必要に分かりにくくしないために、周知の構成要素は詳細には表示または記載しなかった。したがって、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく例示的なものと見なすべきである。
【００３１】
図２は、例示的な実施形態に係る熱湿交換器コア１０の斜視図である。コア１０は、離間した関係に一体に積層された複数のパネル１２を備えている。隣接するパネル１２の間の間隔は、スペーサ１４によって維持されている。
【００３２】
各パネル１２は、波形部材１２Ｃの両側に取り付けられた、第１および第２のメンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂを備えている。メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂ、ならびに波形部材１２Ｃは、個別には可撓性であってもよい。しかし、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂを波形部材１２Ｃへ取り付ける結果、パネルは相対的に非常に剛性になる。剛性の一つの尺度は、集中して荷重が加わる結果として生じるたわみの量である。パネル１２の剛性を測定する一方法は、ＴＡＰＰＩ規格Ｔ８３６によって提供される。
【００３３】
メンブレンシート１２Ａまたは１２Ｂは、水蒸気に対して透過性であり、これによって、パネル１２内部のチャネル１２Ｄ内の空気またはその他のガスの流れと、対応するメンブレンシート１２Ａまたは１２Ｂに隣接するパネル１２の外側を流れる空気または他のガスの流れとの間の湿度の交換が可能になる。メンブレン１２Ａおよび１２Ｂは、実質的に空気不透過性であってもよい。例示的な実施形態では、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂの一つまたは両方は、多孔質基材および選択的な水蒸気透過性コーティングを有する複合高分子メンブレンを備えている。コーティングは、好ましくは、水蒸気に対して選択的である（すなわち、コーティングを通過しないのが望ましいその他のガスに対するよりも水蒸気に対して、有意に高い透過性を有する）。いくつかの好適なメンブレン材料の例が、例えば、米国特許出願公開第２０１２／００６１０４５号、および米国特許第８９３６６６８号に記載されている。
【００３４】
メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂは、パネル１２に組み込まれても支持されてもいない場合には、薄くてもよく、また可撓性であって自立していなくともよい。メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂは、市販の水蒸気交換メンブレンを備えていてもよい。メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂは、以下のいくつかまたはすべてを特徴とする：
・高い透水性（蒸気および液体）；
・高い吸水性；
・低いまたはゼロである空気および汚染ガス透過性；
・不燃性；
・微生物の増殖に対する抵抗性；
・メンブレン構成要素の有害な浸出または喪失がなく、水蒸気輸送性能の有意な劣化、または汚染物質クロスオーバーの増加のない、必要な動作条件下での長寿命；
・液体水の結露の存在下で、凍結融解サイクルに対して性能に有意の悪化のない耐久性；
・低コスト。
いくつかの例示的なメンブレンシートは、５〜２５０ミクロンの範囲の厚さを有する。いくつかの実施形態では、メンブレンシートは一方向に、それに垂直な方向よりも可撓性である。そのようなメンブレンシートは、シートが最も剛性となる方向がセパレータ１２Ｃの尾根を横断する方向となるように向けてもよい。
【００３５】
例示的な実施形態では、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂはそれぞれ、波形部材１２Ｃの尾根に、接着剤により貼り付けられている、またはそうでなければ取り付けられている。取り付けは、尾根のそれぞれに沿って連続していても、尾根のいくつかまたはすべてに沿って途絶していてもよい。いくつかの実施形態では、取り付けは、パネル１２の各側の最も外側の一つまたは複数の尾根に沿って連続し、パネル１２内部の尾根に沿って途絶している。接着剤がいくつかの尾根に沿って断続的に分布しているだけであったとしても、接着剤は各シート１２Ａまたは１２Ｂのいずれかの縁部上の最も外側の尾根に沿っては連続的に広がっている場合がある。この構造は、これらの縁部に沿った封止をなす。いくつかの実施形態では、接着剤はホットメルト接着剤である。
【００３６】
いくつかの実施形態では、シート１２Ａおよび１２Ｂに、セパレータ１２Ｃへの結合後に収縮をおこさせて、セパレータ１２Ｃに取り付く点または領域の間でシート１２Ａおよび１２Ｂが引っ張られるようにしてたわまないようにする。収縮は、例えば、引張り応力の緩和（メンブレンがあらかじめ引っ張られている場合）、または冷却するポスト積層（熱収縮）を通して生じさせてもよい。
【００３７】
図２Ａに、隣接するパネルからパネルを隔てるスペーサ１４を備えた例示的なパネル１２を示す。
【００３８】
図２Ｂに、図２Ａに示す一般的なタイプの複数のパネル１２を一体に積層して構成したＥＲＶコアを示す。図２Ｃおよび２Ｄに、本明細書においてピーク間間隔および深さを指す寸法を示す波形セパレータを例示する。
【００３９】
セパレータ１２Ｃは、好ましくは、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂとは異なる材料から作られる。いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃは、形成可能な金属、例えばアルミニウムのシートから形成された波形部材を備えている。そのような実施形態は、波形部材１２Ｃが不燃性であるという利点を有する。他の実施形態では、セパレータ１２Ｃはプラスチックシートを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、波形のピーク間間隔（図２Ｄで定義されているもの）は約４ｍｍ、または５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にある。例示的な実施形態では、ピーク間間隔は約７ｍｍである。
【００４０】
セパレータ１２Ｃは、ジグザグもしくは正弦波または近似的にそのような波形部を有していてもよいが、必ずしもその必要はない。いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃの尾根は、同じピーク間間隔の正弦曲線と比較して狭い。図２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、および２Ｉに、セパレータ１２Ｃの非限定的で代替の例示的な断面形状を示す。
【００４１】
いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃは、平坦化された最上部を有する尾根を与えるプロファイルを有する。平坦化された最上部により、メンブレンとセパレータ１２Ｃとの間の接着剤による強い結合を支持し得る表面が得られる。図２Ｊは、例示的なセパレータ１２Ｃ−１の断面図であり、全断面プロファイルを示していて、これは、ジグザグ形のプロファイルであって平坦なまたはほぼ平坦な部分１１２を伴っており、これらの部分が、平坦化された最上部を有する尾根１１３どうしを接続する。パネルに組み立てられ、メンブレンシート１１４が尾根１１３に取り付けられると、平坦部１１２はメンブレンシートを三角形状に支持する。尾根の平坦化された表面により、接着剤１１５がセパレータ１２Ｃに良好に付着する基礎が得られる場合がある。さらに、平坦化された最上部を尾根に設けることは、尾根１１３に対応する谷１１６における隅の狭まりを回避することによって、チャネル１２Ｄにまたがる圧力降下を低減させるのに役立つ。平坦化された最上部は、ある程度狭く保つことにより、メンブレンシート１１４の全体面積と比較して、平坦化された最上部の尾根１１３により閉塞されるメンブレンシート１１４の面積が相対的に小さく保たれることもある。
【００４２】
いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃが穿孔されている。穿孔は、好適ないかなる形状であってもよい。随意に穿孔は、隣接するチャネル１２Ｄどうしを隔てるセパレータの壁に限定される。
【００４３】
セパレータ１２Ｃが形成されるもとの材料は薄くてもよい。薄い波形部材によって与えられるセパレータ１２Ｃは、もっと厚い波形部材と比較して、チャネル１２Ｄにまたがる圧力降下を低減することもある。いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃは、０．００１インチ（約０．０２５ｍｍ）〜０．００８インチ（約０．２ｍｍ）まで範囲の厚さを有する材料である。いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃは、０．２ｍｍ以下の厚さを有する材料である。
【００４４】
コア１０では、複数のパネル１２が積層されて、スペーサ１４によって互いに離間して配置されている。スペーサ１４は、例えば、帯板、非常に細長い棒（ｒｏｄ）、リブ、または棒（ｂａｒ）の形態を有していてもよい。スペーサ１４は、例えば、プラスチック、アルミニウム、または別の好適なセパレータ材料の帯板を含んでいてもよい。
【００４５】
スペーサ１４は、中実である必要はなく、随意に中空であってもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ１４は、断面が円形である。断面が円形であるスペーサ１４が有利であり得るが、それは、向きを特定する必要がないからである。また、もし円形のスペーサが、配置の最中またはその後に回転しても、隣接するパネル１２どうしの間隔がこの回転によって変化することはない。
【００４６】
スペーサ１４は、隣接するパネル１２どうしの間にチャネル１５を設けられる寸法にする。熱および湿度は、チャネル１５内のガスと、隣接するパネル１２内部のチャネル１２Ｄ内のガスとの間で交換される。
【００４７】
コア１０の端部は、好適ないかなる材料の端部パネル１１によって閉鎖されていてもよい。
【００４８】
スペーサ１４は、有利にはパネル１２にまたがって連続的に延伸している。いくつかの代替の実施形態では、スペーサ１４のいくつかは、パネル１２にまたがる距離すべてに延伸していなくともよい。例えば、いくつかの実施形態では、例示されているスペーサ１４の一つに代わって、チャネルに端から端まで配列された複数のさらに短いスペーサ１４が提供される。さらに短いスペーサ１４の端部は、互いに当接していてもよいし、離間していてもよい。
【００４９】
好ましい実施形態では、スペーサ１４は、波形部材１２Ｃの尾根に対して概ね垂直に向けられている。スペーサ１４は、スペーサ１４を横断する方向への流れを遮るように構成してもよい。
【００５０】
二つのスペーサ１４は、二つの隣接するパネル１２の対向する縁部に沿って延伸するように配列させてもよい。そのような実施形態では、最も外側のスペーサ１４は、チャネル１５の縁部を封止する追加機能をはたすこともある。一つまたは複数の追加のスペーサ１４は、随意にパネル１２にまたがって離間して配置されていてもよい。例えば、スペーサ１４は、近似的に５０〜２００ｍｍごとに設けてもよい。スペーサ１４のすべてが、隣のスペーサ１４から等間隔に離間して配置されていなければならないわけではない。
【００５１】
異なるチャネル１５を画定するスペーサ１４が、互いに平行になるように並べてもよい。いくつかの実施形態では、チャネル１５は、スペーサ１４どうしの間で障害物がなく、隣接スペーサ１４は、以下の一つまたは複数の距離だけ隔てられている：
・少なくとも７ｃｍ；
・パネル１２の厚さの少なくとも２０倍；
・パネル１２の層１２Ｃの波形のピーク間間隔の少なくとも２０倍。
【００５２】
図２Ｅに示すように、隣接するパネル１２間の間隔は個々のパネル１２の厚さとは異なっていてもよい。特に、いくつかの実施形態では、隣接するパネル１２は、各パネル１２内のシート１２Ａおよび１２Ｂの内面どうしの間の間隔も画定している波形部材１２Ｃの深さＤ１よりも小さい距離Ｄ２だけ離間して配置される。この結果は、一つのパネル１２のシート１２Ａおよび１２Ｂ間の距離Ｄ１よりもスペーサ１４を薄くすることにより実現される。
【００５３】
いくつかの実施形態では、パネル１２のうち隣接するものどうしの間隔Ｄ２は、少なくとも、チャネル１２Ｄおよび１５内の層流によって流れ条件がほとんど決まるような流量の場合には、チャネル１５にまたがる圧力降下とチャネル１２Ｄにまたがる圧力降下とが同一流量に対して少なくとも近似的に等しくなるように選択される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、セパレータ１２Ｃの深さＤ１は、チャネル１５の高さ（これはＤ２として図２Ｅに示されている）の１１０％〜１５０％、または好ましくは１２０％〜１３５％の範囲にある。例示的な実施形態では、セパレータ１２Ｃの深さＤ１は約２．６ｍｍである一方、チャネル１５の高さ（Ｄ２）は約２ｍｍである。
【００５５】
いくつかの実施形態では、チャネルを通る流量が３５〜９５ＳＣＦＭ（これらの流量は通常の住宅ＥＲＶコアに見られることもある）と等しいかその範囲内である場合にチャネル１５および１２Ｄの間の圧力降下が同一から２５Ｐａまでの範囲内となるように、チャネル１５および１２Ｄが構成される。いくつかの実施形態では、層流がチャネル１５および１２Ｄを通して維持されて、すべてのチャネル１５を通る全流れが、すべてのチャネル１２Ｄを通る全流れと同じになる場合には、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂにまたがる圧力差はどこでも、各組のチャネル（１２Ｄおよび１５）にまたがる圧力降下の２倍未満である。
【００５６】
いくつかの実施形態の別の例示的な特徴では、セパレータ１２Ｃの深さＤ１（これは、パネル１２内のシート１２Ａおよび１２Ｂの内面どうしの間隔でもある）は、約１．６ｍｍ〜７ｍｍの範囲内である。深さＤ１は、チャネル１５の両側上のシート１２Ａおよび１２Ｂの外面どうしの間隔Ｄ２より大きくても（典型的には、Ｄ２より１１０％〜１５０％大きくても）よい。Ｄ２は通常、約１．３ｍｍ〜約５．５ｍｍの範囲内にある。
【００５７】
いくつかの実施形態では、パネル１２の側方の寸法（すなわち、長さおよび幅）も、チャネル１２Ｄおよび１５に所望の圧力降下が与えられるように選択される。例えば、もし寸法Ｄ１とＤ２が同じであれば、所与の流量に対してはチャネル１５よりもチャネル１２Ｄにまたがる圧力降下の方が大きい傾向となるであろう（なぜなら、セパレータ１２Ｃが、流体の流れに対していくらか抵抗を生じるからである）。もし圧力降下を釣り合わせたい場合には、Ｄ１に対するＤ２の値を選択するのに代えて、またはこれに加えて、チャネル１５および１２Ｄの相対的な長さを調整して圧力降下を釣り合わせてもよい。例えば、チャネル１２Ｄの単位長さあたりの圧力降下がチャネル１５のものより大きい場合では、チャネル１５は、チャネル１２Ｄに対するその相対長さを増してもよい。例えば、長方形（正方形ではなく）のパネル１２を使用することにより、チャネル１５は、その長さをチャネル１２Ｄのものよりも大きくとることができる。チャネル１２Ｄは、パネル１２の短い方の寸法にまたがって延伸していてもよく、チャネル１５はパネル１２の長い方の寸法にまたがって延伸していてもよい。
【００５８】
チャネル１２Ｄおよび１５にまたがる圧力降下を釣り合わせるために使用してもよい別の設計機能は、チャネル１２Ｄおよび１５の両方のうちの一方において、層流を乱すように、そして／または乱流を増加させるように配置された渦発生機能を含むことである。チャネルにそのような機能が存在することにより、所与の流量についてチャネルにまたがる圧力降下を増加させることができる。適切な渦発生機能がチャネルに加わってチャネルの高さまたは長さの変化が相殺されるならば、チャネルにまたがる圧力降下を減少させずに、例えば、チャネルの高さ（例えばＤ１またはＤ２）を増加させることができ、そして／またはチャネルの長さを減少させることがでる。
【００５９】
いくつかの実施形態では、メンブレン１２Ａおよび１２Ｂはそれぞれ、水蒸気選択性材料の層を支持する基材を備えている。いくつかの実施形態では、基材はマクロ多孔性基材である一方、層は、マクロ多孔性基材の一面上に薄い高密度のまたは連続した膜として形成された水蒸気選択性材料である。
【００６０】
いくつかの実施形態では、メンブレンは、メンブレンのコーティングされた側（すなわち水蒸気選択性材料を担持するメンブレンの側）がセパレータ１２Ｃから遠い方に面するように向けられる。いくつかの実施形態では、メンブレンは、メンブレンのコーティングされた側（すなわち、水蒸気選択性材料を担持するメンブレンの側）がセパレータ１２Ｃの方に面するように向けられる。いくつかの実施形態では、メンブレンは、メンブレンのコーティングされた側（すなわち水蒸気選択性材料を担持するメンブレンの側）がセパレータ１２Ｃから遠い方に面するように向けられる。いくつかの実施形態では、波形部材の一方の側に隣接するメンブレンは、メンブレンのコーティングされた側（すなわち水蒸気選択性材料を担持するメンブレンの側）がセパレータ１２Ｃから遠い方に面するように向けられ、セパレータ１２Ｃのもう一方の側に隣接するメンブレンは、メンブレンのコーティングされた側がセパレータ１２Ｃの方に面するように向けられる。
【００６１】
非対称メンブレン（例えば一方の側にコーティングを有するメンブレン）が特定の向きをとることにより、本明細書に記載の熱湿交換器の特定の適用において利点が得られることもある。パネル１２内の非対称メンブレンを、対応するセパレータ１２Ｃの両側に配置するためにどの方法を選択するかの指針となり得るいくつかの要因には、以下が挙げられる：
・波形セパレータ１２Ｃまたはスペーサ１４の一方またはもう一方にメンブレンを取り付けるために使用される接着剤または結合機構のいずれが、メンブレンのコーティングされた側またはコーティングされていない側に、より良好に接着するか。
・いくつかのコーティングの場合、より湿度の高い流れにコーティングが面するようにメンブレンを向けることにより、最適な性能が実現される。いくつかのメンブレンコーティングは、温度依存性の透湿性を有していてもよい。
・例えば、メンブレンコーティングの蒸気透過性は温度とともに増加してもよい。
・この特性は、メンブレンのコーティングされた側が、より暖かい流れ（これは通常、より湿度の高い流れでもある）に面するようにメンブレンを向けることにより活用してもよい。
・ＥＲＶ設備の有効性についての業界規格では、暖房への適用よりも冷房への適用に対して、より大きな潜熱効果が求められている。
・ＥＲＶが暖房（通常は冬）と冷房（通常は夏）の両方の条件で使用されることになる気候の地域にあるＥＲＶ設備においては、メンブレンのコーティングされた側がより湿度の高い流れに面して、潜熱効果が冷房条件において高まるようにメンブレンを向けてもよい。
・冷気がチャネル１２Ｄ内を通るように導かれていて、開口したチャネル１５内で結露が生じ得る場合には、開口したチャネル１５の境界を定めるメンブレンを、コーティングされた側が、開口したチャネル１５に面するように向けて、チャネル１５から液体水の排出が容易になるように、そして霜取りまたは氷融解が容易になるようにしてもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態の一つの利点は、比較的障害物のないチャネル１５によって、ガスの流れに対する抵抗の低減が見られることである。さらに、潜在的な氷結条件のもとでは、障害物のないチャネルは、従来技術のいくつかの熱湿交換器の設計に存在するような個別の小さなチャネルよりも、霜や氷の蓄積により塞がれるようになる可能性ははるかに低い。これは、霜を表面に蓄積させ得る壁がさらに少ないということがその理由の一部である。いくつかの構造では、霜は、セパレータの不透過性の壁上に形成される場合がある。小さなチャネルでは、いったんチャネルの一つが氷によって部分的に塞がれると、流体はそのチャネルを迂回する傾向になり、その後チャネルが完全に遮断される傾向が高まることになる。使用する材料（例えばセパレータ、メンブレンコーティング、またはスペーサ用のもの）を選択して、疎水性とすることにより、または表面張力を変化させることにより、さらに良好に結露を排出させ霜の抑制を向上させてもよい。
【００６３】
いくつかの実施形態では、パネル１２の側縁部がテーパー付きの厚さを有していて、チャネル１５がテーパー付きの引き込み部および／または引き出し部を設けるようになっている。この構造により、チャネル１５の圧力降下をさらに低減させることができる。
【００６４】
いくつかの実施形態では、チャネル１２Ｄにもテーパー付き引き込み部を設けてもよい。例えば、最も外側のスペーサ１４は、チャネル１２Ｄの開口部を過ぎて外方に突出するテーパー付き部分を有していてもよく、これによりテーパー付き引き込み部および／または引き出し部をチャネル１２Ｄに設けてもよい。この構造により、チャネル１２Ｄの圧力降下をさらに低減させることができる。
【００６５】
いくつかの実施形態では、チャネル１２Ｄおよび／または１５内部の流れにおける乱流を増加させるために渦発生機能が設けられている。チャネル内のガスの流れ（例えば湿った空気）において、流れがいくぶん分離されている場合には、ガスがチャネル内を通って流れるにつれて、ある程度の乱流により混合が生じて、ガスの様々な部分がこの混合によりメンブレンと接触することになる可能性がある。渦発生機能は、チャネルの境界を定める表面の一つまたは複数に形成された小さな突出部および／または凹部を備えていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、渦発生機能は、パネル内のメンブレンの片方または両方の層をエンボス加工して、チャネル１２Ｄおよび／または１５に面する凹部および／または凸部を設けることにより、設けてもよい。
【００６６】
渦発生機能を、チャネル内部の流れ場を所望の流量で変更するように配置して、チャネルにまたがる圧力降下（流体の摩擦と抗力に起因する、流れの中のエネルギー損失）の過度の増加なしに熱および水分の伝達を向上させるようにしてもよい。いくつかの実施形態では、メンブレン中に渦発生機能を形成するのに加えて、またはその代わりに、セパレータ１２Ｃおよび／またはスペーサ１４の中に渦発生機能が形成される。例えば、セパレータ１２Ｃの材料は、チャネル１２Ｄの壁に、突出部、開口部、弁状部（ｆｌａｐ）、または凹部を設けるように形成してもよい、そして／または突出部および／またはくぼみ部が、スペーサ１４の縁部に沿って設けられていてもよい。
【００６７】
メンブレンと、メンブレンにより境界が定まったチャネル内を流れる空気との間の接触を向上させることに加えて、渦発生機能を他の設計機能と組み合わせて使用して、チャネル１２Ｄにまたがる圧力降下とチャネル１５にまたがる圧力降下とを釣り合わせてもよい。
【００６８】
渦発生機能は、多様な構成のいずれを有していてもよい。例えば、そのような機能は、チャネルのうちの一つの境界を定める表面からの、小さな四面体、長方形、正方形、不規則、または栓状の突出部を含んでいてもよい。そのような機能は、規則的な配列または不規則な配列として提示されてもよい。いくつかの実施形態では、そのような機能は、チャネルの入口端で高密度になるように設けられ、チャネルの出口端に向かう部分においては減少している、または存在しない。
【００６９】
いくつかの実施形態では、渦発生機能は、１ｍｍ程度の寸法を有している。例えば、そのような機能は、いくつかの実施形態では、１／８ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲の距離だけ表面から突出している。いくつかの実施形態では、そのような機能は、チャネルを横断する方向への１／８ｍｍ〜５ｍｍの範囲の幅を有している。いくつかの実施形態では、これらの機能のいくつかまたはすべてが、チャネルの長手方向の軸と概ね平行な方向に細長く伸びている。
【００７０】
図２Ｋに、矩形の突出部１７の配列の形態をとる渦発生機能をエンボス加工されたメンブレン１２Ａの部分を示す。例示的な実施形態では、突出部は、約７．５ｍｍの長さ、約０．６ｍｍの幅、約０．６５ｍｍの高さを有している。メンブレン１２Ａの反対面は、機能１７のそれぞれに対応するくぼみ部がパターン形成されていてもよい。
【００７１】
図３は、本発明の実施形態に係る熱湿交換器コアを製造するために適用してもよい一連のステップを提供する方法３０を例示するフローチャートである。方法のいくつかの実施形態では、これらのステップは異なる順番で実施してもよい、および／またはいくつかのステップは省略してもよい、および／または関与する追加のステップが存在してもよい。
【００７２】
ブロック３１では、メンブレンのシートを供給する。メンブレンのシートは、例えば、パネル１２の一つの寸法に等しい幅を有するロールの形態で供給してもよい。ブロック３２では、セパレータシート材料を用意する。セパレータシート材料も、例えば、材料のロールで提供してもよい。ブロック３２において用意されるセパレータシート材料の幅は、ブロック３１において用意されるメンブレンシートの幅と実質的に同じであってもよい。
【００７３】
ブロック３３では、セパレータシート材料は、パターン形成された（例えば歯付きの）ロール間での形成またはプレスにより波形になる。
【００７４】
ブロック３４では、波形セパレータシートの尾根に沿って接着剤を塗布する。接着剤は、例えば、ホットメルト接着剤または感圧接着剤を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、接着剤は、接着剤を塗布されて波形セパレータシートの尾根に接触するローラにより、および／または接着剤の液滴、ビーズ、またはリボンを波形セパレータシートの尾根上に吐出するノズルにより塗布する。
【００７５】
ブロック３５では、メンブレンシートを、波形セパレータシートの両側に接着して、積層材料を形成する。いくつかの実施形態では、メンブレンシートを、波形セパレータシートの相反対の面に同時に付ける。そのような実施形態は、メンブレンシートが、波形スペーサシートの相反対の面上で正反対の位置に実質的に同時に貼り付けられるものであり、パネルの全体的な平坦度を高めるのに、そして／またはメンブレンがたわもうとするいかなる傾向も低減させるのに有利なことがある。いくつかの実施形態では、メンブレンシートの一つを、波形セパレータシートの一面に付けた後、もう一枚のメンブレンシートを、波形セパレータシートのもう一つの面上の反対領域に付ける。
【００７６】
ブロック３６は、スペーサ（例えばスペーサ１４）を用意する。スペーサは、あらかじめ所望の長さ切断して供給してもよい、またはロールから引き出してもよい、または、さらに長い一枚から切断してもよい、またはメンブレン上に直接押し出してもよい。ブロック３７では、スペーサは、所望の位置でメンブレンシートの一つに結合される。ブロック３８では、積層材料からパネルを切断する。ブロック３７および３８は、いずれの順序でも実行してもよい（すなわち、スペーサ１４を、個々のパネル１２が形成される前または形成された後に付けてもよい）。
【００７７】
スペーサをパネル１２に付けるには、例えば、スペーサをパネル１２に押し出しても、スペーサを正しい位置に接着しても、スペーサを接着剤などで取り付けてもよい。一部の実施形態では、スペーサ１４は、液体、ペースト、またはゲルなどの硬化性の材料として付けてもよい。そのような実施形態では、一時的な離間用部材を適用して、隣接するパネル１２を所望の間隔で隔ててもよい。一時的な離間用部材は、硬化性材料が所望の間隔を維持するよう充分に硬化した後に、除去してもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ブロック３８は、波形セパレータの二つの尾根の間にある積層材料の一方の側からメンブレンを除去することを含む。メンブレンの除去は、例えば、レーザ切断、加熱されたリボンを用いた切断、可動刃等を用いた切断を含む。パネルを切断することは、ブロック３８Ｂに示すように、向かい合うメンブレンに波形部材が貼り付けられている場所において、波形部材および向かい合うメンブレンを切断するステップをさらに含んでいてもよい。
【００７９】
ブロック３９では、得られたパネルを積層する。ブロック４０では、パネルの一方の側のメンブレンに予め取り付けられていたスペーサを、積層体中の隣接するパネルに結合する。
【００８０】
所望の数のパネルを組み立てて積層体にしたら、コアは完成であり、装置から取り出してもよい。方法は随意に、追加ステップ、例えば封止材または枠等の適用を含む。
【００８１】
図４に、ＥＲＶコア１０を製造する例示的な実施形態に係る装置５０を示す。装置５０は、メンブレン材料５１Ａおよび５１Ｂのロールと、セパレータ材料５１Ｃのロールとを用いている。セパレータ材料、例えばアルミニウムホイルは、波形ローラ５２の間を通過する。接着剤アプリケータ５３は、波形セパレータ材料の尾根に接着剤を塗布する。接着剤アプリケータ５３は、例えば、接着剤を塗布されたローラを備えていてもよい。
【００８２】
装置のいくつかの実施形態では、波形の深さ（図２Ｅの例えばＤ１）を簡便に調整することができる。例示した実施形態では、セパレータ材料は、ローラ５２を通る材料の移動方向に対して垂直となるように波形が形成される。他の実施形態は、別の方向（例えば移動の方向に平行）に延伸した波形を形成してもよい。
【００８３】
ロール５１Ａおよび５１Ｂから来たメンブレンのシートは、メンブレンをセパレータ材料に結合して積層材料を形成するローラ５４において、波形セパレータ材料の両側で一体にされる。
【００８４】
接着に先立って、波形セパレータ材料を随意に、波形に垂直な方向にわずかに圧縮することにより、メンブレンが、セパレータ材料に結合された後に引き伸ばされる、または張力がかった状態で保持されることになる。ローラ５４の後では、メンブレンおよびセパレータシートは積層材料を形成し、メンブレンシートは波形セパレータシートの両側に結合された状態である。スペーサの帯板は、帯板材料のロール５５から供給される。接着剤が、接着剤アプリケータ５８によって各スペーサの帯板に塗布される。スペーサの帯板が、ローラ５９において積層材料の一方の側に結合される。他の実施形態では、スペーサの帯板を直接メンブレン上に押し出すことができる。例えば、スペーサの帯板は、溶融加工可能なプラスチックからできていてもよく、積層材料上に押し出されてもよい。
【００８５】
例えば、剪断カッターまたはレーザーカッターなどの切断装置６０が、積層材料を切断してパネル１２にする。接着剤アプリケータ６２が、各パネル１２上のスペーサ１４に接着剤を塗布する。スタッカー６５では、パネル１２を互いの最上部に積み重ねて、一つに結合する。
【００８６】
いくつかの実施形態では、パネル１２の縁部をカットして、テーパー付きの引き込み部をチャネル１５に設ける。これを実現するための一方法を、図５Ａ〜５Ｃに例示する。そのような実施形態では、メンブレン１２Ａを、それがパネル１２の一方の側の最も外側の尾根に接着される点の近傍で切断してもよく、メンブレン１２Ｂを同様に、メンブレン１２Ｂがパネル１２のもう一方の側の最も外側の尾根に貼り付けられる点の近傍の位置で切断してもよい。これにより、波形部材１２Ｃの傾斜面１２Ｅが露出する。テーパー付きのそのような縁部は随意に、しかし好ましくは、パネル１２の相反対の縁部の両方に沿って形成されてもよい。これらの相反対のテーパー付き縁部によって、チャネル１５に入るもしくはそこから出る空気またはその他のガスの流れが平滑にされる。
【００８７】
いくつかの実施形態では、パネル１２は、積層されて、コーナー部材１８（図２参照）を備えた枠によって一体に保持される。コーナー部材１８は、いくつかの実施形態では、Ｌ字型部材を備えている。
【００８８】
本明細書に記載の構造は、多くの構成のＥＲＶコアを作製するために変更してもよい。例えば、パネル１２は、正方形でもよいが、その他の形状を有していてもよい（例えば長方形であってもよいし、または丸まった形状でさえ可能である）。
【００８９】
いくつかの実施形態では、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂと波形部材１２Ｃとが、接着剤を用いない結合工程に適った材料からできている。例えば、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂの基材が、溶接工程（例えば、レーザ溶接、または超音波溶接、または熱溶接）によって波形の部材１２Ｃのプラスチック材料に結合することができるプラスチック材料を備えていてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、スペーサ１４が、接着剤を用いない結合工程に適った材料からできている。
【００９０】
いくつかの実施形態では、波形部材１２Ｃが、刻印された、またはそうでなければ、両側側で外方に突出部、例えば、くぼみ、尾根、または突起を設けるように形成された部材と取り替えられて、これらの突出部がシート１２Ａおよび１２Ｂを、離間した平行な関係に支持し、シート１２Ａおよび１２Ｂに取り付けられた場合には、比較的強固な自立パネル１２を与える。
【００９１】
本明細書に記載のコアは、チャネル１５に、またそこから空気の流れを運ぶように接続された第１のプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）と、チャネル１２Ｄに、またそこにから空気の流れを運ぶように接続された第２のプレナムと、チャネル１５および１２Ｄを通る等しい全流れ容積を維持するように接続された送風機とを含む熱湿交換器システムに統合してもよい。熱湿交換器システムは、チャネル１５のそれぞれにまたがる均一な流れ分布を与えるように構成してもよい。熱湿交換器システムは、チャネル１２Ｄどうしの間で流れの均一な分布を与えるように構成してもよい。
【００９２】
いくつかの実施形態では、冬場に建造物から排出されている暖かく湿った空気が、チャネル１２Ｄよりも大きく開口した、したがって霜形成を回避する可能性が高いチャネル１５内で運ばれるように、熱湿交換器が配置される。この配置により、さらに低い外気温での運転が可能になることもある。
【００９３】
いくつかの実施形態では、メンブレンシート１２Ａおよび１２Ｂのコーティングは、建造物内に引き込まれる外気に面するように配置される。この配置は、夏には潜熱伝達を向上させることができる（入ってくる外気が、建造物から排出される冷房され空調された空気と比較して、比較的高温で多湿である場合）。
【００９４】
いくつかの適用では、一方向に、もう一方の方向と比較してさらに多量の流れ（さらに高い物質輸送）を運ぶように、熱湿交換器を運転することが望ましい。例えば、商業的な適用では、排気側（熱湿交換器を通して構造から脱出する空気）よりも供給側（構造に入る新鮮な空気）に、より多量の流れを提供することが望ましい。これは、構造内部で正の圧力を維持するために、および／または、扉、窓、またはその他の漏出経路を通って脱出する空気を補填するために、または還気の一部がＥＲＶシステムに再分配されない場合に実行してもよい。そのような場合では、チャネル１５を供給側として使用することが有益である場合がある。もしチャネル１５がチャネル１２Ｄよりわずかに高い圧力で動作した場合には、パネル１２に結果として生じる力がパネル１２を圧縮する傾向が生じることになる。
【００９５】
ＥＲＶコア、そしてその他の、除湿または加湿されることになる空気またはその他のガスの流れを運び広く開口したチャネルを含む熱および／または蒸気の交換器を提供することが望ましい。例えば、二枚の平行で平坦なメンブレンであって、それらの間で完全に開口したチャネルを画定するものが有益である。薄い水蒸気透過性メンブレンには剛性に限界があるので、これは概して不可能である。経験的に妥当であると考えられている熱および物質の伝達理論では、チャネルの幾何学形状が円形に近づくほど、ヌッセルト（Ｎｕｓｓｅｌｔ）数によって与えられる層流の熱と物質の伝達は高くなる。したがって、開口したチャネルでは、三角形のチャネルの場合に比べて物質伝達係数が増加するが、これは、第三の次元における拡散および対流による伝達が、チャネルの形状の影響を受けるからである。同様に、二枚の平行平板についてのヌッセルト数は、正方形チャネルと比較して物質伝達係数が増加することに対応している。
【００９６】
前述の教示に基づいた、熱および蒸気交換器の非限定的な例示的構成は、以下を含む：
・暖かく多湿の気候、例えばアメリカ南部で使用するためのＥＲＶ設備は、より湿度の高いより暖かい空気が一組のチャネル１２Ｄまたは１５を通って、空調された建造物内に流入するように、そしてより冷涼で湿度の低い空気がチャネル１５および１２Ｄのもう一方を通って建造物の外に流出するように構成してもよい。そのような設備では、より湿度の高い流入空気にコーティングが面するように、メンブレンのコーティングされた側が好ましくは向くように、メンブレンを向けるのが有利であり得る。概してこれにより、流入する流れから除去されることになる水蒸気の伝達（除湿）がさらに高められる。渦発生器を随意に設けて、流入するより湿度の高いより熱い流れの中に乱流を生じさせ、この流入する空気中で運ばれる水蒸気とメンブレン表面との間の接触を促進させてもよい。この適用では、隣接するプレート１２どうしの間の例示的で典型的な間隔は、１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあるので、高い流量および低い圧力降下、または熱および物質の伝達の増大が可能となる。
・気候が寒冷な場所、例えばカナダやアメリカ北東部にある住宅ユニット内のＥＲＶ設備は、より低温でより湿度の低い空気が、一組のチャネル１２Ｄまたは１５を通って、暖房された建造物に流入するように、そしてより暖かくより湿度の高い空気が、もう一方の組のチャネル１５および１２Ｄを通ってその建造物の外に流出するように構築してもよい。そのような設備は、より湿度の高い空気を運ぶチャネル内に霜が形成される傾向を低減させるように、そしてチャネル内に形成される可能性のある結露の排出を容易にするように配置してもよい。そのような適用では、流出するより暖かくより湿度の高い空気を、開口したチャネル１５を通って流せることが、概して有利である。このことにより、暖かい空気がコア中の霜の場所にさらに容易に到達することが可能になり、チャネル１５から結露を排出するのも容易にすることができる。いくつかの実施形態では、チャネル１５は、チャネル１５の境界を定めるメンブレンが、非水平であっても（例えば、垂直であっても、または結露の排出が重力の助けにより容易になるように傾斜していても）よい。渦発生器は、もし設けられるのであれば、好ましくは、乾燥した供給側（すなわち、チャネル１２Ｄ内）に設けられる。これにより、渦発生器が霜を形成しやすくなる可能性、または液体水の核形成の部位として働く可能性が低減する。さらに水蒸気伝達が高い場合、メンブレンは、より湿度の高い流出する流れにメンブレンのコーティングされた側が面するような向きにしてもよい。
・いくつかの地域では、ＥＲＶが、その年の一部期間については、温暖で湿った空気を建造物内に取り込み、寒冷で乾燥した空気を建造物から取り出すために、また、その年の別の一部期間については、寒冷で乾燥した空気を建造物内に取り込み、暖房されたより湿度の高い空気を建造物から放出するように機能してもよい。いくつかのＥＲＶ設備は、取り込まれた空気がチャネル１２Ｄまたは１５を選択的に通過できるように、そして建造物から放出されている空気がチャネル１５、１２Ｄのもう一方の組を通過できるように、再構成可能である。これにより、ＥＲＶ設備が、上記のようにその年のいずれの一部期間にも適するように構成することができる。
・自動車用燃料電池への例示的な適用に向けた水蒸気交換器または加湿器は、例えば、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲の繰り返し周期を有している。そのような適用では、プレート１２のサイズは普通、幅または長さが２００ｍｍ以下であるのが望ましいことが多い。チャネル１５内のセパレータ帯板は、例えば、約３０ｍｍ〜約１００ｍｍの範囲の距離で離間して配置されている。
【００９７】
本明細書に記載の熱湿交換器に加えて、ＥＲＶ設備は、熱湿交換器を通して外気を建造物内に取り込む、そして熱湿交換器を通して内部の空気を建造物外へ運ぶための配管設備、気流を一方向または両方向に駆動する一つまたは複数の送風機、および制御システムを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、制御システムは、一箇所または複数箇所での一部またはすべての気温、一箇所または複数箇所での空気の含水量、一箇所または複数箇所での液体水、熱湿交換器の片側または両側にまたがる気圧降下、熱湿交換器を通る熱交換器空気流量、および同種のもの用のセンサを含む。センサからの入力に応答して、コントローラは、例えば建造物の中へのおよび／または外への気流の調整、熱湿交換器または同種のものの霜取りといった動作を行ってもよい。
用語の解釈
【００９８】
文脈が明らかにそれ以外を要求しているのではない限り、記載および特許請求の範囲の全体を通して：
・「備えた（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、および同種のものは、排他的または限定列挙の意味とは対照的に、例示列挙、換言すると、「含むが、これに限定されない」の意味に解釈されるものとする；
・「接続された」、「結合された」、またはその任意の変形は、二つ以上の構成要素の間の直接的または間接的なあらゆる接続または結合を意味し、要素間の結合または接続は、物理的、論理的、またはそれらの組み合わせであり得る；
・「本明細書において」、「以上」、「以下」および同様な意味の単語は、本明細書を記述するために使用される場合、本明細書を全体として参照し、本明細書の特定の部分を参照するのではないものとする；
・「または」は、二つ以上の項目の列挙を参照する場合には、以下の単語の解釈、すなわち、列挙における項目のいずれか、列挙における項目のすべて、および列挙における項目のあらゆる組み合わせを網羅する；
・単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、あらゆる適切な複数形の意味も含む。
【００９９】
方向を示す単語、例えば「垂直」，「横断する」，「水平」，「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「内方」、「外方」、「垂直」、「横断する」、「左」、「右」、「前部」、「後部」、「最上部」、「最下部」、「より下」、「上」、「下」、および同種のもので、本記載、および添付のあらゆる特許請求の範囲（存在する場合）に使用されているものは、記載および例示の装置の特定の向きによって決まる。本明細書に記載の主題は、様々な代替の向きを想定していてもよい。したがって、方向に関するこれらの用語は厳密に定義されてはおらず、狭義に解釈されないものとする。
【０１００】
本本明細書に記載の方法は、広範なやり方で変えることができる。例えば、工程またはブロックが所与の順番で表示されている一方、代替例は、異なる順序で、ステップを有するルーチンを実行してもよい、またはブロックを有するシステムを利用してもよく、そしていくつかの工程またはブロックは、省略、移動、追加、再分割、結合、および／または修正して、代替のまたは部分的組み合わせを提供してもよい。これらの工程またはブロックのそれぞれは、多様なやり方で実現してもよい。加えて、工程またはブロックが、順番に実行されるものとして示される場合もあると同時に、これらは同時にまたは異なる順番で実行してもよい。したがって、以下の特許請求の範囲には、あらゆるそのような変形が、意図された範囲内にあるものとして含まれていると解釈されることが意図されている。
【０１０１】
構成要素（例えば、枠、ファン、メンブレン、パネル等）が以上を指す場合、別途指示しない限り、その構成要素への参照（「手段」への参照を含む）は、その構成要素の均等物として、記載の構成要素（すなわち、機能的に均等なもの）を実行するいかなる構成要素も含み、そこには、例示された例示的な本発明の実施形態における機能を実行する開示の構造とは構造的に均等でない構成要素も含まれると解釈されるものとする。
【０１０２】
ある機能が「いくつかの実施形態」または「例示的な実施形態」において提供されていることを、本開示が示している場合、その機能は、他に記載の実施形態と両立しないものでない限り、他に記載のいずれの実施形態に随意に提供されてもよい。機能は、単独で、またはその他の機能との組み合わせで提供されてもよい。
【０１０３】
システム、方法、および装置の具体例を、本明細書において例示を目的にして記載してきた。これらは例でしかない。本明細書において提供される技術は、上記の例示的なシステム以外のシステムに適用することができる。本発明の実施の範囲内で、多くの取替、変更、追加、省略、並べ替えが可能である。本発明は：機能、構成要素、および／もしくは動作を、均等な機能、構成要素、および／もしくは動作と置き換えることにより；異なる実施形態からの機能、構成要素、および／もしくは動作を、混合または整合させることにより；本明細書に記載の実施形態からの機能、構成要素、および／もしくは動作を、他の技術の機能、構成要素、および／もしくは動作と結合させることにより；ならびに／または記載の実施形態からの機能、構成要素、および／もしくは動作の結合を省略することにより得られる変形を含め、当業者には明らかと考えられる、記載された実施形態上の変形を含む。
【０１０４】
したがって、以下に添付の特許請求の範囲、および以下に取り込まれる特許請求の範囲は、合理的に想定され得るそのような変更、並べ替え、追加、省略、および部分的組み合わせを含むことが意図される。特許請求の範囲は、実施例に記載の好ましい実施形態よっては制限されないものとし、全体として記載と矛盾しない最も広い解釈が与えられるものとする。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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