Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ТЕПЛООБМЕННЫЙ ВЕНТИЛЯТОР, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплообменному элементу для обмена теплом между двумя потоками, подводящими и выпускающими воздух для вентиляции, используемому для кондиционирования, например, в зданиях и автомобилях, а также к теплообменному вентилятору, включающему в себя теплообменный элемент.

Уровень техники

Теплообменные вентиляторы, как правило, используемые в области техники кондиционирования воздуха, используют множество теплообменных элементов. Среди теплообменных элементов существует статический тип. Статический теплообменный элемент, который сам по себе не работает, по существу, включает в себя элементы секционирования, передние и тыльные поверхности которых соприкасаются с соответствующими двумя потоками воздуха, чтобы обмениваться теплом и влагой (во всех теплообменных вентиляторах), от одного потока воздуха к другому, а также элементы разнесения для формирования каналов, через которые два потока воздуха проходят переднюю и тыльную поверхность элементов секционирования. Множество этих элементов связано с помощью связующего вещества или вещества, склеивающегося при надавливании, а затем помещены в комплект. Такие теплообменные элементы включают в себя тип с поперечным потоком, раскрытый в Патентном документе 1, и противоточный тип, раскрытый в Патентном документе 2.

В каналах установлены два нагнетателя для двух потоков воздуха теплообменного элемента: один подает воздух снаружи в один из протоков элемента; другой подает воздух из внутреннего жилого помещения в другой проток. Когда потоки воздуха проходят через теплообменный элемент, тепло и влага в этих потоках обмениваются в этой структуре. Следовательно, наружный свежий воздух подается с температурой и влажностью, близкими к температуре и влажности воздуха во внутреннем жилом помещении, и таким образом, вентиляция может осуществляться без снижения удобства.

Патентный документ 1. Не прошедшая экспертизу японская патентная публикация номер 2004-190921.

Патентный документ 2. Не прошедшая экспертизу японская патентная публикация номер 2004-003824.

В последнее время жилые помещения, например, в зданиях делаются с высокой степенью герметичности, чтобы экономить электроэнергию и увеличить срок эксплуатации зданий, и химические вещества используются в большей степени для зданий и оборудования в зданиях. Следовательно, концентрация органических соединений (летучих органических соединений (VOC)), испаряющихся из зданий и оборудования, является проблемой. Министерство здравоохранения, труда и благосостояния Японии задает нормативы значений концентраций в воздухе в помещениях по 13 соединениям, которые считаются вредными для организма человека. Чтобы снизить концентрацию химикатов в помещениях, включающих в себя 13 соединений, механическая вентиляция для очистки воздуха помещений приобретает все большую важность. Предпочтительным является теплообменный вентилятор, который осуществляет вентиляцию так, чтобы подавать свежий воздух в жилые помещения, при этом происходит обмен теплом между всасываемым воздухом и отработанным воздухом, с учетом минимизации потерь энергии, возникающих из механической вентиляции. Поскольку теплообменный вентилятор позволяет понижать концентрацию летучих органических соединений в воздухе жилых помещений, при этом обеспечивая экономию электроэнергии, вредное воздействие рассматриваемых химических соединений на человеческий организм может быть преимущественно уменьшено.

Сущность изобретения

Проблемы, разрешаемые изобретением

Теплообменный элемент, содержащийся в теплообменном вентиляторе, предназначен для того, чтобы обмениваться теплом и влагой, и, в общем, спроектирован таким образом, чтобы иметь значительную площадь контакта с потоком воздуха, проходящим через него. Следовательно, даже если очень небольшое количество химических веществ, например, летучих органических соединений, выделяется с компонента теплообменного элемента, общая химическая концентрация в воздухе, поступающем в жилое помещение, неблагоприятно повышается после вентиляции.

Например, теплообменный элемент теплообменника использует связующий агент (связующее вещество или вещество, склеивающееся при надавливании) и связующий агент, как правило, эмульсионного типа, использует воду в качестве основного растворителя. Некоторые связующие агенты эмульсионного типа выделяют большое количество летучих органических соединений, таких как остаток (непрореагировавший мономер) базисной смолы, после просушки. Часть летучих органических соединений прилипает к теплообменному элементу или вентилятору в ходе изготовления и может повторно выделяться с элемента или теплообменного вентилятора в ходе эксплуатации. Некоторые связующие вещества и вещества, склеивающиеся при надавливании, содержат пластификатор для придания смоле пленкообразующих свойств при низких температурах или эластичности после отверждения либо органический растворитель для корректировки вязкости. Пластификатор и растворитель также выделяются после отверждения, как следствие, повышая выделение химических веществ из теплообменника.

Чтобы преодолеть эти недостатки, устройство для удаления или разложения химических веществ (например, фильтр с активированным углем, катализатор разложения, устройство разложения, использующее электрический разряд и т.д.) может быть установлено ниже теплообменного элемента, выше выпускного отверстия в жилое помещение. Это устройство должно быть крупным, чтобы снижать содержание химических веществ в воздухе жилого помещения до очень низкой концентрации. Следовательно, требуется больше пространства и должно быть потреблено больше энергии. Это невыгодно для теплообменного вентилятора, предназначенного для энергосберегающей вентиляции.

Следовательно, предпочтительно, чтобы снижение содержания химических веществ в помещении выполнялось посредством подачи свежего воздуха снаружи, в то время как выделение химических веществ с теплообменного вентилятора минимизировано.

В свете вышеописанных недостатков цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить теплообменный элемент, который минимизирует выделение химических веществ, наличие которых в пространстве, особенно в жилых помещениях для людей и других организмов, является вредным, и теплообменный вентилятор, который оснащен теплообменным элементом, чтобы уменьшать выделение химических веществ и тем самым повышать эффект от снижения концентрации химических веществ в пространстве, оснащенном вентилятором.

Средство разрешения проблем

Теплообменный элемент настоящего изобретения обменивается теплом между двумя потоками, протекающими через область подачи воздуха и область выпуска воздуха, разделенный на множество элементов. Множество элементов соединено с помощью связующего агента (связующего вещества или вещества, склеивающегося при надавливании), который содержит летучее органическое соединение (VOC) или карбонильное соединение, общее выделение этого химического вещества из которого составляет 100 мкг/час на грамм или менее. Для измерения связующий агент, который должен быть испытан, осушается в чистом контейнере с поперечным сечением порядка 2-3 см (например, при 100°С примерно в течение 5 минут), и затем отбираются образцы воздуха через связующий агент. Затем измеряется выделение химических веществ как частота выделения всех летучих органических соединений, собранных и проанализированных посредством способа, указанного в JIS А 1901 ("Determination method of the emission of volatile organic compounds (VOC), form aldehydes and other carbonyl compounds for building products - Small chamber method").

Преимущества

В теплообменном элементе настоящего изобретения элементы, составляющие теплообменный элемент, соединяются посредством связующего агента, выделение летучих органических соединений из которого снижается до скорости 100 мкг/час на грамм и менее. Следовательно, объем химических веществ, выделяемых из теплообменного элемента и теплообменного вентилятора, включающего в себя теплообменный элемент, может быть уменьшен. Соответственно, вентиляция с помощью теплообменного вентилятора по настоящему изобретению позволяет эффективно снижать концентрацию химических веществ в жилых помещениях.

Помимо этого, в настоящем изобретении посредством использования связующего агента, выделение летучих химических соединений из которого после сушки является низким и который не содержит пластификаторов и органических растворителей для соединения элементов, составляющих теплообменный элемент, выделение химических веществ из теплообменного элемента и теплообменного вентилятора, включающего в себя теплообменный элемент, может быть существенно снижено.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - это вид в перспективе теплообменного элемента согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 - это вид в перспективе блочного компонента, составляющего теплообменный элемент, показанный на фиг.1.

Номера ссылок

1 - теплообменный элемент

2 - элемент секционирования

3 - элемент разнесения

4, 5 - проток

Оптимальный режим осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Фиг.1 - это вид в перспективе теплообменного элемента 1, имеющего комплект с поперечным потоком, содержащегося в теплообменном вентиляторе по настоящему изобретению. Для изготовления теплообменного элемента 1 блочный компонент сначала подготавливается посредством скрепления плоского элемента 2 секционирования с волнистым элементом 3 разнесения, как показано на фиг.2, и затем блочные компоненты укладываются в комплект в направлении, в котором элемент 2 секционирования укладывается на элемент 3 разнесения. В этом случае блочные компоненты укладываются в комплект таким образом, чтобы быть повернутыми на 90 градусов относительно друг друга, так чтобы элементы 3 разнесения образовывали два газовых протока 4 и 5, перпендикулярные друг другу.

Когда блочный компонент, показанный на фиг.2, сформирован или уложен в комплект, связующий агент (связующее вещество или вещество, склеивающее при надавливании) используется и применяется главным образом к линиям хребта в вершинах элемента 3 разнесения. Применение связующего агента, формирование блочных компонентов и укладывание в комплект теплообменного элемента может выполняться в соответствии с известными способами.

В настоящем варианте осуществления пример теплообменного элемента 1, использующего связующее вещество, поясняется как случай, в котором блочный компонент сформирован с помощью аппарата (гофромашины) для изготовления односторонней гофрированной бумаги для упаковки. В гофромашине листы материала для элемента 2 секционирования и элемента 3 разнесения используются в качестве подкладки и гофрированной части соответственно и требуемый связующий агент, вязкость которого может быть скорректирована, помещается в податчик клея гофромашины. Таким образом, блочный компонент формируется непрерывным способом. Затем связующий агент дополнительно применяется к хребтам в вершинах получившегося блочного компонента с помощью, например, машины или для нанесения покрытий прокаткой, и блочные компоненты укладываются в комплект под углом 90 градусов друг к другу. Таким образом, изготовляется теплообменный элемент 1.

Связующий агент для связывания элемента 2 секционирования и элемента 3 разнесения, используемый при изготовлении теплообменного элемента 1, часто имеет эмульсионный тип с добавкой смолы, содержащий воду в качестве основного растворителя. Например, этот тип связующего вещества содержит базисную смолу, которая распределена в форме частиц в воде. Частицы смолы соединяются и отвердевают, чтобы сформировать пленку посредством сушки, чтобы удалить воду. В то же время смола связующего вещества проникает в неровности поверхностей элементов, соприкасающихся друг с другом, и затвердевает, чтобы продемонстрировать эффект сцепления. Связующее вещество выбирается из различных типов в зависимости от совместимости материалов, которые должны быть скреплены, наличия или отсутствия водостойкости, степени вязкости и других требуемых физических свойств. Используемые в большинстве случае связующие вещества включают в себя эмульсионные связующие с винилацетатной смолой, эмульсионные связующие с акриловой смолой, эмульсионные связующие со смолой из сложного эфира сополимеров винилацетата и акрила и эмульсионные связующие со смолой из сложного эфира сополимеров этилена и винилацетата. Помимо этого, комбинированные связующие вещества, содержащие несколько из этих различных типов, могут быть использованы. Многие вещества, склеивающие при надавливании, имеют эмульсионный тип, содержащий воду в качестве основного растворителя, как в случае вышеописанных связующих веществ. Используемые в большинстве случае эмульсионные типы включают в себя склеивающие при надавливании вещества из эпоксидной смолы, синтетического каучука, полиуретана, акрила, сополимера этилена и винилацетата (EVA) и силикона.

Тем не менее, эти связующие агенты могут содержать непредусмотренный остаток базисной смолы. Остатком может быть непрореагировавший остаточный мономер или продукт разложения, образовавшийся во время полимеризации мономеров, чтобы подготовить мономер смолы (например, мономер винилацетата является остаточным мономером либо уксусная кислота или уксусный альдегид является продуктом разложения при подготовке смолы из винилацетата или смолы из сополимера этилена и винилацетата (EVA)). Остаточный мономер и продукт разложения содержат летучие органические соединения (заданные как органические соединения, в общем, имеющие температуру кипения в диапазоне 50-260°С, или заданные в JIS A 1901 как органические соединения, имеющие газовые хроматографические пики в диапазоне от н-гексана до н-гексадекана) или компоненты, имеющие меньшую температуру кипения, чем летучие органические соединения. JIS А 1901 содержит подробный пример способа сбора и измерения этих компонентов.

Чтобы помочь образованию пленки посредством отверждения или чтобы сохранить эластичность смолы после отверждения, эмульсионные дисперсные связующие вещества и вещества, склеивающие при надавливании, могут содержать сложный эфир фталата в качестве пластификатора, например, н-бутилфталат (DBP) или ди-2-этилгексилфталат (DOP). Хотя некоторые из сложных эфиров фталата имеют относительно высокую температуру плавления и не классифицируются, как летучие органические соединения, вышеупомянутые DBP и DOP в сложном эфире фталата конкретно указываются как соединения, концентрация которых в помещениях должна быть снижена, и Министерство здравоохранения, труда и благосостояния задает нормативы значений их концентрации в помещениях.

Некоторые из эмульсионных дисперсных связующих веществ, содержащих воду в качестве основного растворителя, содержат органический растворитель, такой как толуол, ксилол, этилбензол или стирол, например, для корректировки вязкости. Тем не менее, основная часть химических веществ, выделяемых из связующих веществ во время сушки, относится к химическим веществам, содержащимся в водных эмульсионных связующих веществах, таких как пластификаторы и органические растворители. Следовательно, предпочтительно использовать связующие вещества, не содержащие этих химических веществ. Вышеуказанные органические растворители имеют относительно низкую температуру кипения, и, следовательно, практически весь органический растворитель в связующем веществе выделяется, когда связующее вещество отвердевает, чтобы образовать пленку. Тем не менее, часть органического растворителя остается в смоле.

Некоторые из теплообменных вентиляторов используются в условиях высокой влажности. Теплообменный элемент, используемый при этих условиях, требует, чтобы элементы 2 секционирования и элементы 3 разнесения были водостойкими, с тем, чтобы не допускать повреждения в результате водопоглощения и чтобы связующий агент также был водостойким с тем, чтобы обеспечивать надежность в течение длительного времени. Чтобы повысить водостойкость, некоторые связующие агенты содержат формальдегид и т.п. в качестве разветвленного агента для поперечного связывания молекулярных цепочек в ходе сушки, помимо пластификатора, который, как правило, содержится в связующих агентах. Хотя формальдегид имеет очень низкую температуру кипения (температура кипения примерно -19°) и не классифицируется в группу летучих органических соединений, предполагается, что он является возбудителем синдрома болезней в помещениях и т.п. Министерство здравоохранения, труда и благосостояния задает нормативное значение его концентрации в воздухе помещений, также как и для уксусного альдегида.

Вышеуказанные растворы и химические добавки не только остаются в связующем агенте и выделяются после отверждения и образования пленки, но также выделяются в ходе сушки или отверждения при подготовке теплообменного элемента. Выделяемые химические соединения поглощаются элементами 2 секционирования и элементами 3 разнесения и, таким образом, содержатся в получающемся продукте. Когда продукт используется, химические соединения могут повторно выделяться посредством потока воздуха, проходящего через элемент. Следовательно, предпочтительно использовать связующий агент, который, по мере возможности, не включает в себя эти химические вещества.

Недавно созданные водные эмульсионные дисперсные связующие вещества включают в себя связующие вещества, использующие смолу с пониженным содержанием остаточного мономера, связующие вещества, не содержащие пластификатор или любое другое химическое вещество, но действующие таким же образом, что и известные связующие вещества, и связующие вещества, не содержащие органических растворителей. Примеры этих связующих веществ раскрыты в Патенте Японии №3299920 и не прошедших экспертизу патентных публикациях Японии №2004-155997, 2001-152116, 2002-179719 и 2003-171639. Эти связующие вещества не содержат химических веществ, которые с большой долей вероятности могут выделяться как основные компоненты, и, следовательно, они практически не выделяют химических веществ в ходе и после сушки.

При использовании вышеописанного связующего вещества в качестве связующего агента теплообменного элемента, для соединения множества элементов, составляющих теплообменный элемент, содержание химических веществ, таких как летучие органические соединения, пластификаторы и органические растворители, которые с большой долей вероятности остаются и выделяются из связующего агента или с большой долей вероятности поглощаются и выделяются из теплообменного элемента, может быть существенно снижено. Следовательно, теплообменный вентилятор, включающий в себя теплообменный элемент, может дополнительно снижать выделение химических веществ в свежий воздух, подаваемый снаружи. Следовательно, теплообменный вентилятор может в большей степени повышать эффект снижения концентрации в помещениях химических веществ, чем известные продукты. Помимо этого, поскольку летучие органические соединения, пластификаторы и органические растворители обычно имеют неприятные запахи, эффект ослабления неприятных запахов, выделяемых от вентилятора, может дополнительно ожидаться при снижении выделяемых объемов этих химических веществ.

Когда связующий агент, используемый в настоящем изобретении, применяется в вышеописанном процессе изготовления, следует учитывать следующее. Если связующий агент, не удовлетворяющий требованиям для связующего агента, используемого в настоящем изобретении (связующие вещества или вещества, склеивающие при надавливании, выделяют большой объем летучих органических соединений или содержат пластификатор, органический растворитель и т.п.), использовался в гофромашине или машине для нанесения покрытий прокаткой до подачи связующего агента настоящего изобретения в оборудование, химические вещества могут смешиваться со связующим агентом настоящего изобретения и загрязнять его, и, как следствие, химические выделения из получившегося теплообменного элемента могут быть существенно увеличены. Чтобы не допустить загрязнения, часть оборудования, контактирующая со связующим агентом, должна быть в достаточной степени очищена перед использованием связующего агента.

Элемент 2 секционирования и элемент 3 разнесения изготовляются из множества материалов согласно назначению или варианту применения теплообменного элемента 1. Например, весь теплообменный элемент требует, чтобы элемент 2 секционирования имел влагопроницаемость. Следовательно, элемент 2 секционирования, в общем, изготавливается из специальным образом обработанной бумаги, подготовленной посредством применения специальной обработки для повышения влагопроницаемости или эластичности бумаги с помощью различных смол или химических растворов, смолы, имеющей большую влагопроницаемость, или листа, подготовленного посредством связывания или осаждения смолы на нетканое полотно или любую другую упрочняющую подложку. Практичные теплообменные элементы не требуют таких характеристик и, следовательно, обеспечивают широкий диапазон выбора материалов. Например, вместо бумаги может быть использована пленка из смолы или тонкая металлическая пластина (металлическая пленка). Элемент 3 разнесения, который поддерживает промежуток между элементами 2 секционирования, изготавливается из различных материалов, таких как бумага, прошедшая специальную обработку для снижения эластичности с помощью смолы, пленка из смолы и упроченная пленка из смолы, подготовленная посредством связывания или осаждения смолы на нетканое полотно или любую другую упрочняющую подложку, прессованная смола, металл и тонкая металлическая пленка, соединенная с бумагой.

Предпочтительно элемент 2 секционирования и элемент 3 разнесения, составляющие теплообменный элемент 1, предпочтительно изготавливаются из материалов, выделение химических веществ из которых минимизировано, поскольку элемент 2 секционирования и элемент 3 разнесения также имеют большие площади соприкосновения с воздухом. Тем не менее, естественные материалы, такие как бумага, первоначально могут содержать некоторое количество летучих органических соединений. Таким образом, может быть трудно подготовить материал, полностью свободный от химических веществ. Материалам элемента 2 секционирования и элемента 3 разнесения придается форма листов, и они наматываются на валики или разрезаются на прямоугольные кусочки. В этом процессе листы часто в достаточной степени контактируют с воздухом при относительно высокой температуре. Следовательно, химические вещества и т.п. могут испаряться и полностью рассеиваться либо переходить в аналогичное состояние.

Пример

Теплообменный элемент 1 подготовлен как пример теплообменного элемента 1 по настоящему изобретению посредством вышеописанного способа. При подготовке была использована специально обработанная, с помощью неорганического агента, бумага для элементов 2 секционирования и элементов 3 разнесения, и связующее вещество, в котором снижены остаточные мономеры, было использовано в качестве связующего агента. Связующее вещество подготовлено с помощью частичного введения эмульсии смолы из полимера этилена и винилацетата (EVA) в водную эмульсию смолы из винилацетата вместо добавления вышеуказанного пластификатора, так чтобы получить аналогичные характеристики. С другой стороны, другой теплообменный элемент подготовлен для сравнительного примера посредством вышеописанного способа с помощью тех же элементов секционирования и элементов разнесения, что и в примере. Только связующее вещество заменено на водную эмульсию смолы из винилацетата, которая содержит пластификатор и выделение летучих органических соединений, заданное в JIS А 1901 и измеренное в соответствии JIS A 1901, из которой составило примерно 500 мкг/час на грамм связующего вещества. Теплообменные элементы по примеру и сравнительному примеру установлены в теплообменные вентиляторы одинакового типа, и выделения химических веществ из вентиляторов измерены и сравнены друг с другом. Результаты показаны в таблице 1.

Таблица 1 показывает, что частота выделений химических веществ теплообменного элемента и теплообменного вентилятора зависит от выделений химических веществ из связующего вещества. Из этих данных также было обнаружено, что для того, чтобы достичь, например, общей концентрации летучих органических соединений в 400 мкг/м³, что является предварительным целевым значением для общего содержания летучих органических соединений в воздухе помещений, в настоящее время определенным Министерством здравоохранения, труда и благосостояния, предпочтительные выделения химических веществ из связующего вещества, в общем, составляют примерно 50-100 мкг/час или менее на грамм связующего вещества, хотя и зависят от размера теплообменного элемента, площади пространства, где используется теплообменный вентилятор, и других факторов. Следовательно, посредством использования связующего вещества, выделение химических веществ из которого находится в этом диапазоне или ниже, для того, чтобы соединять элемент 2 секционирования и элемент 3 разнесения, составляющие теплообменный элемент 1, теплообменный вентилятор, включающий в себя теплообменный элемент 1, может предоставлять оптимальную среду для пользователя.

Помимо этого, предпочтительно, чтобы общее выделение летучих органических соединений или карбонильных соединений из всего теплообменного элемента 1, в том числе связующего агента, связывающего элемент 2 секционирования и элемент 3 разнесения, составляло 100 мкг/час и менее на грамм.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может быть применено к любому теплообменному вентилятору, в котором для связывания компонентов используется связующий агент, и может в перспективе давать эффект.

Кроме того, теплообменный вентилятор настоящего изобретения может быть использован не только для вентиляции комнат в зданиях, но также для вентиляции различных пространств, таких как автомобили, поезда и другие транспортные средства.