(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンタルピー交換器エレメントの製造方法であって、該方法が
ａ）板の外寸内での所定の穿孔パターンに従って平板エレメント（１）を穿孔する工程；
ｂ）所定のエンボス加工パターン及び幾何学形状に前記板エレメント（１）を成形する工程；ならびに
ｃ）前記板エレメント（１）の少なくとも１側面（１ａ）に、水蒸気透過特性（水蒸気透過度、ＷＶＴＲ）を有するポリマー膜（３）を塗布する工程
を含む方法。
【請求項２】
前記板に、金属箔、好ましくはアルミニウム箔を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記板を、ピン、ダイ及びポンチ、またはレーザ等のうち１つ以上を使用して穿孔することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）における形状への成形及び切断を、ダイ及び道具を備えた金属箔押機で、順送り箔押技術に従って（エンボス加工することにより）行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記ポリマー膜がブロックコポリマーで作製されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ポリマー膜が、成形した前記板エレメントに接着し、好ましくは熱接着することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
好ましくは請求項１〜６のいずれかで規定された方法を使用して作製されるエンタルピー交換器エレメントであって、該エンタルピー交換器エレメントが、所定の穿孔パターンを示す形状を有する板エレメント（１）を含み、該板エレメント（１）の少なくとも１側面（１ａ）が、水蒸気透過特性（水蒸気透過度、ＷＶＴＲ）を有するポリマー薄膜によって覆われているエンタルピー交換器エレメント。
【請求項８】
前記板エレメントが金属箔、好ましくはアルミニウム箔で作製されていることを特徴とする請求項７記載のエンタルピー交換器。
【請求項９】
前記板エレメントの端部区域が穿孔されていないことを特徴とする請求項７または８のエンタルピー交換器。
【請求項１０】
前記板エレメントの前記形状がエンボス加工パターンを示すことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のエンタルピー交換器。
【請求項１１】
前記ポリマー薄膜が、前記板エレメントに接着し、好ましくは熱接着及び／または接着剤で接着することを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のエンタルピー交換機エレメント。
【請求項１２】
前記板エレメントが、別の同様な板エレメントとのガス漏れしない接続を可能にする非穿孔端部区域を有することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載のエンタルピー交換器エレメント。
【請求項１３】
前記穿孔した孔が、様々な形状の開口部であり、且つ５０μｍ〜５．０ｍｍの孔径に相当する表面積を有する開口部であり、好ましくは、合計で、利用できる前記板の交換表面の５０％以上である開口区域を提供することを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載のエンタルピー交換器エレメント。
【請求項１４】
積層体として互いに固定され、流体を流す２本の流路を形成する、３個以上の板状エンタルピー交換器エレメントを有するエンタルピー交換器において、該板が請求項７〜１３のいずれかに記載のエレメントであることを特徴とするエンタルピー交換器。
【請求項１５】
前記エンタルピー交換器エレメントを、圧着、溶接及び接着剤を用いた接着プロセスのうち１個以上を使用して互いに固定することを特徴とする請求項１４記載のエンタルピー交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンタルピー交換器エレメントに関する。さらに本発明は、エンタルピー交換器エレメントの製造方法を開示する。最後に本発明は、本発明のエンタルピー交換器エレメントを含むエンタルピー交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新技術では、様々な種類の熱交換器が多様な目的で使用されている。通常、熱交換器を使用して、１つの流体または媒体から別の流体または媒体に熱エネルギーを回収する。この種の熱エネルギーは顕エネルギーと呼ばれる。１つの流体（通常は空気）の熱エネルギーまたは顕エネルギーは、第１の流体に隣接して流れている（例えば並流、向流または直交流）、より低温の別の流体に回収される。流体の流れを逆にすると、これら２つの流体間での交換によってより冷たい流体が生じる。顕エネルギーの回収に使用される熱交換器は通常、金属またはプラスチック板で作られる。直交流、並流または向流配置がありうるため、熱交換器には様々な種類がある。流体が板の間を流れることができるように、板はその間に流路を画成している。このような装置は、例えば住宅用換気装置（ＨＲＶ）及び業務用換気装置で使用される。
【０００３】
別の種のエネルギー交換器はいわゆる潜エネルギーに関しており、潜エネルギーは水蒸気である。潜エネルギーを交換するためには、乾燥剤でコーティングした金属基材もしくはプラスチック基材、または乾燥剤を含浸させたセルロースもしくはポリマーで作製した膜を使用することが知られている。セルロースまたはポリマーで作製した板の間に空気用通路を画成または作成して、板表面に沿って流体を通過させ、それにより１つの流体から他の流体へ水蒸気を移動させる。通常、膜には構造強度がないため、フレームまたはグリッドと膜を組み合わせ、それにより膜の間に空隙を画成することが知られている。
【０００４】
上記を組み合わせた場合、エネルギー交換器はエンタルピー交換器と呼ばれる。それらのエンタルピー交換器は、顕エネルギー及び潜エネルギーの交換を可能にし、その結果、全エネルギーの回収が行われる。
【０００５】
現在入手可能な膜材料は、ロールとして納入される。膜材料は、エンタルピー交換器で最も重要な部分である。膜は、一種のグリッドまたはフレームに固定及び封着し、各膜層の間に流体が流れることを可能にする方法で配置する必要がある。したがって、公知技術のエンタルピー交換器は折衷物であることは明らかである。エンタルピー交換器では通常、潜エネルギー交換が増加するためには顕エネルギー交換が減少し、これは現在使用されている膜の選択的な目的と特徴の結果である。
【０００６】
このような、それぞれのエレメントから組み立てられたエンタルピー交換器は、例えば国際公開パンフレット第０２／０７２２４２Ａ１号である。ファイバで作られたそれぞれの膜はグリッド上に置かれている。グリッドはホチキス留めされるかまたは積み重ねられていて、空気流の様々な方向を作る手段として板の方向が変えられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
言及した最新技術にかんがみて、本発明の目的はエンタルピー交換器エレメント及びエンタルピー交換器を提供することであり、ならびにエンタルピー交換器の作製を可能にするエンタルピー交換器エレメントの製造方法を提供することであり、それにより顕エネルギー交換及び潜エネルギー交換の効率を変化させること、制御すること、及び特に改善させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を用いることにより、上述の目的の解決法は、
ａ）板の外寸内での所定の穿孔パターンに従って平板エレメントを穿孔する工程；
ｂ）所定のエンボス加工パターン及び幾何学形状へ板エレメントを成形する工程；及び
ｃ）板エレメントの１側面以上に、水蒸気透過特性（水蒸気透過度、ＷＶＴＲ）を有するポリマー膜を塗布する工程
を含む、エンタルピー交換器エレメントの製造方法によって与えられる。
【０００９】
金属箔、より好ましくはアルミニウム箔を板に使用することが好ましい。
【００１０】
板は、針、ピン、ダイ及びポンチ、ならびにレーザ等のうち１つ以上を使用して穿孔してもよい。
【００１１】
板エレメントの端部区域は穿孔しないことが好ましい。
【００１２】
工程ｂ）における成形及び切断は、ダイ及び道具を備えた金属箔押機で、順送り箔押技術を使用してエンボス加工することにより行うことが好ましい。これは幾分標準的な成形手順である。
【００１３】
ポリマー膜は、スルホン化コポリマー、好ましくはブロックコポリマーで作製してもよい。
【００１４】
ポリマー膜は、成形した板エレメントに接着させてもよく、好ましくは熱接着及び／または接着剤で接着させてもよい。
【００１５】
本発明を用いることにより、上述の目的の解決法は、好ましくは先の段落で規定された方法を使用して作製されたエンタルピー交換器エレメントによって与えられ、このエンタルピー交換器エレメントは、所定の穿孔パターンを示す形状を有する板エレメントを含み、板エレメントの１側面以上が、水蒸気透過特性（水蒸気透過度、ＷＶＴＲ）を有するポリマー薄膜で覆われている。
【００１６】
板エレメントは金属箔で作製することが好ましく、アルミニウム箔で作製することがより好ましい。
【００１７】
板エレメントの端部区域は穿孔されていないことが好ましく、板エレメントの外寸から好ましくは５〜２０ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍの範囲は穿孔されていないことが好ましい。
【００１８】
板エレメントの形状は、エンボス加工パターンを示すことが好ましい。板エレメントの穿孔区域は、波形表面区域またはエンボス加工した表面区域を含むことがより好ましい。
【００１９】
ポリマー膜は、スルホン化コポリマー、好ましくはブロックコポリマーで作製してもよい。
【００２０】
ポリマー薄膜は、板エレメントに接着してもよく、好ましくは熱接着してもよい。
【００２１】
板エレメントは、別の同様な板エレメントとのガス漏れしない接続を可能にする非穿孔端部区域を有することが好ましい。
【００２２】
穿孔した孔は、様々な形状の開口部であり、５０μｍ〜５．０ｍｍの孔径に相当する表面積を有することが好ましく、好ましくは得られる板の交換表面のうち合計して５０％以上が開口区域となるような開口部である。
【００２３】
本発明を用いることにより、上述の目的の解決法は、積層体として互いに固定され、流体を流す２本の流路を形成する、３個以上の板状エンタルピー交換器エレメントを有するエンタルピー交換器であって、この板状熱交換器エレメントは先の段落において規定されるエレメントであるエンタルピー交換器によって与えられる。
【００２４】
エンタルピー交換器エレメントは、レーザ溶接もしくは超音波溶接等の溶接によって、または接着剤による接着によって互いに固定されることが好ましい。
【００２５】
本発明に従って、一方では、任意の種類の直交流エネルギー交換器及び／または向流エネルギー交換器用の空気流路を作製するのに十分な構造強度及び密度を有し、これにより顕エネルギー交換に好適な構造的に強い材料の使用を可能にし、他方では、穿孔または開口または孔のサイズ及び数によって、潜エネルギー交換特性を有するポリマー薄膜で覆われた区域を画成することができる、新規ハイブリッド交換器エレメントが提供される。一方では顕エネルギー交換の効率、他方では潜エネルギー交換の効率が、それぞれの環境の要求（空気の乾燥、湿度及び外温度等）に応じて規定、制御及び適応可能にされうることは明らかであろう。
【００２６】
本発明に従って、板エレメントは金属、好ましくはアルミニウムで作製することができる。エレメントは波形を有することができる。波形は、効率対圧力降下比を最適化するように設計することができる。波形を選択して、同様の板と共に積層した際に板の間に流路を作製することができる。波形の画成による利点は、エネルギー移動に利用できる表面の増大であろう。これは可能な限り増加させることができ、１００％以上の増加に達することも可能である。さらに波形は、例えば配向した波形を選んで板の位置を変えることによって、向流または直交流配置へと容易に準備することができるような方法で設計することができる。
【００２７】
板の端部は、適切な方法で同様の板を共に固定することができる区域を画成する。この方法は、溶接及び／または折曲げならびに熱圧着等であることができる。これにより完成品を強固に安定化し、同時に所望の流路を構築することができる。端部区域は、板間が密封して接続できるように形成または縁取りされた平坦さねはぎ方式であることができる。
【００２８】
穿孔は、板形成工程前に有利に行われ、これにより迅速かつ便利に穿孔工程を行うことが可能になる。その方法では板をより容易に穿孔することができ、さらには所望の任意の区域で穿孔することができる。
【００２９】
ポリマー膜は、最新技術のポリマーで作製することができ、例えばＳｏｌｖａｙの商標である「Ａｑｕｉｖｉｏｎ」、またはＫｒａｔｏｎの商標である「Ｎｅｘａｒ」等の製品で作製することができる。
【００３０】
材料は例えば、テトラフルオロエチレン、Ｃ２Ｆ４、及びエタンスルホニルフルオリド、１，１，２，２‐テトラフルオロ‐２‐［（トリフルオロエテニル）‐オキシ］、Ｃ２Ｆ３‐Ｏ‐（ＣＦ２）２‐ＳＯ２Ｆ、スルホン化ブロックコポリマーから生成するコポリマー形態のイオノマーであることができる。
ポリマー薄膜は、異なる種類のポリマーのポリマー層配列を含む多層膜であってもよい。各ポリマー層のポリマーの種類は、ポリエーテルエステル、ポリエーテルアミド及びポリエーテルウレタンからなる群より選択されることが好ましい。ポリマー多層薄膜の厚さは合計で５μｍ〜２００μｍであることが好ましく、より好ましくは１０μｍ〜１５０μｍである。ポリマー多層薄膜中の各ポリマー層の厚さは２μｍ〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは５μｍ〜２０μｍである。
【００３１】
しかしながら、ポリマーは、所望の特性及び特徴に適合させることができる。
【００３２】
潜エネルギーの回収量または回収効率は、孔または穿孔によってもたらされる表面、孔または穿孔の形状、及び孔または穿孔の位置に依存することが当業者に理解されるであろう。よって、熱交換器板を環境条件や機能条件に適合させることが可能である。
【００３３】
高熱伝導性材料をエンタルピー膜用の構造エレメントとして使用することにより、高い顕熱効率を確実なものとする。穿孔した孔を画成して、水蒸気移動用ポリマーを選択することによって、高い潜熱回収を確実なものとする。水蒸気移動用の「開口区域」は合計して、得られる板の交換表面の５０％以上となることが好ましい。
【００３４】
ポリマーは、添加剤と組合せて、その特性を倍増及び増強することができる。ポリマーは、例えば有効な抗菌性であることができ、耐火要求事項（ＵＬ）を満たすことができる。粘度を調節して、調整可能で最適な板の交換特性を達成し、水蒸気交換をできるだけ多くすることができる。
【００３５】
板エレメントにポリマー膜を塗布前に、例えば波形、側壁及び平坦端部区域等の前述の特徴を示すように板エレメントを成形する。次にポリマー膜を板エレメントと同じ形状に成形し、この板エレメントに恒久的に接着するか、または接着剤で接着することができる。接着、または接着剤での接着は、加熱してまたは加熱しないで行ってもよい。
【００３６】
ポリマー膜は、上記の板エレメントの成形工程後に、板エレメントの片側に塗布し、それにより板エレメント、及び孔または穿孔した孔を完全に覆ってもよい。したがって、穿孔した孔のサイズは制限されておらず、所望の任意寸法を選択することができる。
【００３７】
本発明の代替実施形態に従って、穿孔した孔は、ポリマー膜によって恒久的に覆わず、または密封せず、ポリマー溶液を充填しその後硬化する。このポリマー溶液はポリマー膜と同じ材料であることができる。ポリマーは、分散状態または溶解状態で供給してもよい。スプレー、浸漬、セリグラフィーまたは他の任意の積層方法によってポリマーを含む分散体または溶液を板にもたらし、それにより、孔または穿孔した孔をポリマー分散体または溶液で充填するか、または覆うことができる。同じ穿孔特性を維持するため、平板エレメントの片側を裏当て（プレースホルダ膜）で完全に覆ってもよい。この裏当ては成形工程中に板エレメントへ接着せず、成形工程後に容易に除去することができる。裏当て（プレースホルダ膜）を除去後、上述のように、穿孔した孔をポリマー溶液で充填することができる。
【００３８】
熱交換器の顕エネルギー移動能及び潜エネルギー移動能は、調節及び調製できることが当業者に明らかであろう。穿孔した孔のモザイク形状が変更可能であることにより、板を環境条件に適合させることができる。例えば、構成する板の穿孔位置とポリマー処理を適切に選択するだけで、氷が蓄積することなく、凝固点より低い温度（−１０℃）で動作するように交換器を設計することができる。
【００３９】
しかしながら厳しい条件下では、板交換器は狭い端部流路で氷を蓄積する傾向があり、それにより板交換器の交換効率は減少する。これは、上記の端部流路において流体の流速が減少することによる。
【００４０】
この問題を克服するために、板エレメントの端部区域における波形の幅は、板エレメントの中央区域における波形の幅よりも大きい。したがって、結果として得られる端部区域の流路幅は増加し、その結果流体の流速が増加し、それにより氷の蓄積を防ぐか、または少なくとも蓄積を遅らせる。
【００４１】
構造エレメントが強固であることから板の作製が可能となり、これによりポリマー膜は、交換器内で最大１ｋＰａの圧力差に対応することができる。このような利点により、より大型の業務用交換器の構築が可能となる。
【００４２】
本発明は、顕エネルギー交換及び潜エネルギー交換が可能な全エネルギー交換器板を製造する簡単な方法を提供する。板の設計及び適応性により、技術的要求事項及び／または環境条件に関して最適化された板交換器の構築及び設計が可能となる。
【００４３】
型打ち、波形化またはエンボス加工したアルミニウム板、ステンレス鋼板、樹脂系板、及び／または真空成形したプラスチック板は、例えば真空グリップによる組立て、及び例えばレーザ溶接、超音波溶接、折曲げ、圧着による封着を含む実績ある自動化技術を使用して作製し、強固な板を積層した完成品を得る。板は洗浄可能、耐火性、抗菌性、例えば耐漏性の封止型である。板は、高効率熱交換器を作製するのに必要である有益な利点を全て有する。
【００４４】
板の穿孔も、事前にプログラムされた連続レーザプロセスによって、ニードルローラ等の機械システムによって、または化学エッチングプロセスによって行うことができる。
【００４５】
本発明のさらなる特性、利点及び態様は、以下の図面の説明から明らかになる。図は、以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、本発明の製造方法の工程順を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の製造方法中の、エンタルピー交換器エレメントの作製状態の順を断面図で示す。
【００４７】
図１に、本発明の製造方法の工程順を示す。図１に示す各工程は、図２に模式的に示す、結果として得られる状態に対応する。図２で描かれた厚さ、孔径、曲率等の幾何学パラメータは、例示的な目的のみのためであることに留意が必要である。したがってそれらは、このようなパラメータの適切もしくは好適な比を必ずしも表すわけではない。
【００４８】
準備工程Ｓ１においては、規定の外寸を有し、未成形の金属平板エレメント１を準備する。穿孔工程Ｓ２においては、金属平板エレメント１の一部を穿孔装置（図示なし）に移動し、所望の孔サイズに従って選択したポンチダイ（図示なし）によって金属平板エレメント１を穿孔する。この場合においては、板交換器（図示なし）を作製するため板エレメント１を溶接できるようにする端部区域（図示なし）を除き、板エレメント１の全体を対称的な孔パターンで穿孔する。板エレメント１の第１表面１ａから第２表面１ｂへと全板厚を通して伸びる複数の孔２で穿孔パターンを作る。
【００４９】
穿孔工程後、板成形工程Ｓ３（第１成形工程）においては、ダイ及び道具を備えた金属箔押機またはエンボス加工装置によって実施する第１成形装置（図示なし）に、今しがた穿孔した平板エレメント１を移動し、平板エレメント１を所望の形状に成形する。この板成形工程Ｓ３においては、端部区域、流体入口及び出口、ならびに波形４を板エレメント１に形成させる。波形パターンは、板区域にわたって広がる複数の波形４で作る。
【００５０】
板成形工程Ｓ３後、板接触工程Ｓ４においては、今しがた穿孔して成形した板エレメント１の片側、すなわち表面１ａの隣までポリマー薄膜３を移動させる。
【００５１】
板接触工程Ｓ４後、ポリマー膜成形工程Ｓ５（第２成形工程）においては、今しがた穿孔し、成形してポリマー膜と接触させた板エレメント１を、熱成形装置、好ましくは真空成形装置によって実施する第２成形装置（図示なし）に移動させ、今しがた穿孔し、成形してポリマー膜と接触させた板エレメント１の片側、すなわち表面１ａをポリマー薄膜３で完全に覆う。ポリマー膜３は、登録商標のスルホン化ブロックコポリマーまたは任意の種類のこのようなスルホン化ブロックコポリマーで作製する。
【００５２】
本発明のこの実施形態においては、端部区域は板エレメント１の非穿孔区域で形成され、波形は板エレメント１の穿孔区域で形成されている。
【００５３】
それにより、平板エレメント１の別個の成形工程である板成形工程Ｓ３と、ポリマー薄膜３の別個の成形工程である成形工程Ｓ５中、板エレメント１とポリマー薄膜３は全く同一の形状に成形され、真空成形装置によって印加される熱のため、互いに恒久的に接着する。
【００５４】
まず成形し、次にポリマー薄膜で覆ったこれらの板１は、本発明のエンタルピー交換器板を構成する。これらの板は、積層してエンタルピー交換器（全エネルギー交換器とも呼ばれる）コアを構築し、このコアは例えば、冬季に送出空気から流入空気（または夏季のフリークーリングではこの逆）へ熱を交換し、同時に送出空気から流入空気（または、夏季、もしくは高温及び湿潤気候帯で年間を通しての水蒸気低減ではこの逆）へ湿度を交換する換気システム用のコアである。
【００５５】
波形４の断面形状は、長方形、正方形または三角形であってもよい。波形４の断面形状は、半分の六角形のような台形であってもよい。
【００５６】
図面及び説明は、決して本発明を制限するものではなく、例によって本発明を説明することのみを意図するものである。
【符号の説明】
【００５７】
１  平板エレメント
１ａ  第１表面
１ｂ  第２表面
２  孔
３  ポリマー薄膜
４  波形
Ｓ１  準備工程
Ｓ２  穿孔工程
Ｓ３  板成形工程（第１成形工程）
Ｓ４  板接触工程
Ｓ５  ポリマー膜成形工程（第２成形工程）
【図１】
0006388653.tif 000002
【図２】
0006388653.tif 000003