JP6978939B2 - エンタルピー交換素子、当該素子を含んでなるエンタルピー交換器、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンタルピー交換素子および当該素子を含んでなるエンタルピー交換器に関する。さらに、本発明は、当該エンタルピー交換素子およびエンタルピー交換器の製造方法を開示する。

様々な目的で、様々な種類の熱交換器を使用することが良く知られている。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。この種類の熱エネルギーは、顕エネルギーと呼ばれる。１つの流体、通常空気の熱エネルギーまたは顕エネルギーを、流体がより低い温度となっている第１の場所へと隣接して走行する別の流体、例えば、平行流、逆流、または直交流に回収する。流体の流れを逆にすることにより、２つの間の交換は、より低温の流体を生成することになる。顕エネルギーの回収に使用される熱交換器は、通常、金属またはポリマー素子で出来ている。直交流、平行流、または逆流の構成があり得るため、様々な種類がある。素子は、流体が素子間を流れることができるように、素子間の流路を規定している。このような装置は、例えば、住宅用および商用換気（ＨＲＶ）で使用される。

別の種類のエネルギー交換器は、空気中の水分を含む、いわゆる潜在エネルギーに関する。潜在エネルギーを交換するために、乾燥剤で被覆された金属もしくはポリマー基材、または乾燥剤で含侵させられたセルロースもしくはポリマーで出来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出来たプレート間で、通気道は、プレートの表面に沿って流体が流れるようにし、それによって、水分を一方の流体から他方の流体に運ぶように規定または作製されている。膜は通常構造強度を有しないので、膜をフレームまたはグリッドと結合し、それによって、膜間の間隔を規定することが知られている。

上記、すなわち熱交換および水分交換の組み合わせの場合、エネルギー交換器は、エンタルピー交換器と呼ばれる。これらのエンタルピー交換器は、顕エネルギーおよび潜在エネルギーの交換を可能にし、全エネルギーの回収をもたらす。

現在入手可能な膜材料を、ロールにより送り出す。膜材料は、エンタルピー交換器の最も重要な部分である。膜は、ある種類のグリッドまたはフレームに固定およびシールされており、各膜層間を流体が流れることを可能にするように、配置されていなければならない。また、公知技術のエンタルピー交換器は、妥協であることが明らかである。これらは、通常、現在使用される膜の選択的な範囲および特性の結果として、潜在エネルギー交換を得るために顕エネルギー交換を失うことになる。

それぞれの素子から構成されるこのようなエンタルピー交換器は、例えば、国際公開第０２／０７２２４２Ａ１号である。繊維で出来たそれぞれの膜は、グリッド上に配置される。膜、または隣接した膜間のスペーサー、すなわち交互になったスペーサーと膜を含むグリッドを、ステープルで留め、または積み重ね、それにより、プレートの方向を変えて、異なる気流方向を生じさせる。

上記の技術水準にかんがみて、本発明の目的は、エンタルピー交換素子、およびエンタルピー交換器、ならびにこれらの製造方法であって、各エンタルピー交換素子における顕エネルギー交換および潜在エネルギー交換の両方の効率性が上昇しており、エンタルピー交換素子および当該素子から出来ているエンタルピー交換器の製造コストが低下されている、エンタルピー交換器の製造を可能にする前記方法を与えることである。

本発明の別の目的は、エンタルピー交換素子、および水蒸気のための高い特定の交換領域を有するエンタルピー交換器、ならびにこれらの製造方法を与えることである。

この目的を達成するために、本発明は、
ａ）通気性シート体を製造するステップ；
ｂ）前記シート体の少なくとも１つの面を、水蒸気透過性の薄いポリマーフィルムでラミネートするステップ；
ｃ）ラミネートされたシート体を、３次元コルゲーションパターンを示す所望の形状に成形するステップ
を含んでなるエンタルピー交換素子の製造方法を与える。

結果として、素子のほとんど全表面積に亘って、素子の一方の側から素子の他方の側に、熱および蒸気の形態の水分子の両方を、素子間で移動させることを可能にするエンタルピー交換素子が得られ、ここで、前記エンタルピー交換素子は、先行技術のこのような素子よりも大きい特定の交換領域を有する。対照的に、水分子よりも大きい、または極性が低い分子、例えば二酸化炭素および匂い関連分子は、素子間を通過することが妨げられる。また、シート体、およびシート体の少なくとも１つの面にラミネートされた選択的な水蒸気透過性バリア材を、ただ１つの成形ステップ（「ワンステップ成形」）を用いて所望のコルゲートパターン形状に成形する。したがって、本発明に係るエンタルピー交換素子において、一方では、全（すなわち顕プラス潜在）エネルギー移動効率が上昇し、他方では、製造コストが低減する。

あるいは、方法におけるステップｂ）およびｃ）の順序は、変わり得、すなわち、（まだラミネートされていない）シート体を、３次元コルゲーションパターンを示す所望の形状に成形し、次に、成形したシート体の少なくとも１つの面を、水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムでラミネートし得る（「ツーステップ成形」）。

水蒸気透過性は、修正ＡＳＴＭ Ｅ９６−６６Ｂ；修正：Ｔ_水＝３０℃、Ｔ_空気＝２１℃、相対湿度＝６０％、気流＝２ｍ／秒に従った直立カップ法（upright cup method）を用いて測定した場合の、５００ｇ／ｍ^２／２４時間以上、好ましくは１０００ｇ／ｍ^２／２４時間以上、さらにより好ましくは１５００ｇ／ｍ^２／２４時間以上、最も好ましくは２０００ｇ／ｍ^２／２４時間以上の水蒸気透過速度を意味する。

ラミネートされたシート体を３次元コルゲーションパターンを示す所望の形状に成形するステップｃ）は、第１のステップｃ１）および第２のステップｃ２）を含み得る。

ステップｃ１）は、第１のコルゲーションパターンを成形すること、または第１の方向に延在し、比較的微細な構造を有するコルゲーションでコルゲーションパターンで補強することを含んでなる。第１のコルゲーションパターンは、正弦波状、矩形、または三角形の周期性を有し得る。第１のコルゲーションパターンのこの第１の周期性は、０．５ｍｍ〜２ｍｍの周期、および０．５ｍｍ〜１ｍｍの幅を有することが、好ましい。第１のコルゲーションパターンは、隣り合うリッジを含んでなり得る。隣り合うリッジ間に間隔があり得る、すなわち、隣り合うリッジ間のラミネートされた、またはまだラミネートされていないシート体の空間は、実質的に平坦な領域であり、隣接するリッジは、シート体から同じ方向に、または反対の方向に、突出し得る。これらの各別に位置するリッジの高さまたは深さおよび幅は、０．２ｍｍ〜１ｍｍであり得る。リッジ間隔は、リッジ幅の１〜１０倍であり得る。
この任意の第１のステップｃ１）は、エンタルピー交換素子の全体の剛性に寄与する。

ステップｃ２）は、第２の方向に延在し、熱交換器プレートチャネルの断面形状を規定する比較的粗い構造を有するコルゲーションで、第２のコルゲーションパターンまたは主要コルゲーションパターンを成形することを含んでなる。また、第２のコルゲーションパターンは、正弦波状、矩形、または三角形の周期性を有し得るが、第１のコルゲーションパターンよりも大きい寸法を有し得る。第２のコルゲーションパターンのこの第２の周期性は、２ｍｍ〜１０ｍｍの周期、および２ｍｍ〜１０ｍｍの幅を有することが、好ましい。
結果として、任意の第１のステップｃ１）および必要な第２のステップｃ２）は、二重コルゲーションおよび強化された剛性を有するエンタルピー交換素子を与える。

第１の方向、すなわち、第１のコルゲーションパターンのリッジの方向は、第２の方向、すなわち、第２のコルゲーションパターンのリッジの方向に対してある角度、好ましくは４５°〜９０°の角度、より好ましくは８５°〜９０°の角度、最も好ましくは約９０°の角度を形成する。

シート体のシート材料は、ポリマー、好ましくは熱可塑性ポリマーを含んでなり得る。したがって、シート体は、例えば成形ステップｃ）における熱処理に適する。ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ビスコースもしくはポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、またはコポリエステルを、熱可塑性ポリマーとして選択することが、好ましい。シート材料のポリマーは、あらゆる可塑剤を含まないことが、好ましい。シート材料のポリマーは、殺生物剤（殺菌剤および／または殺真菌剤）を含み得る。

好ましい実施形態において、シート体は、布、好ましくは不織布である。布は、熱可塑性繊維単独、または熱可塑性繊維および熱硬化性繊維の組み合わせ、または熱可塑性繊維および樹脂の組み合わせ、または熱可塑性繊維および無機繊維の組み合わせを含み得る。布は、標準的な熱硬化性および／または熱可塑性繊維と共に多成分繊維または二成分繊維を含むことが、最も好ましい。好ましくは、布は、５０重量％を超える多成分または二成分繊維を含み、多成分または二成分繊維だけを含み得る。また、布は、それぞれ機械的強度および高い毛管作用（「水分伝導性」）と共に高い熱伝導性を与える金属繊維および／または芯繊維を含み得る。無機繊維は、ガラス繊維、炭化珪素繊維、または鉱物線維であり得る。

あるいは、シート体は、好ましくは異方性構造および前記構造から得られる異方特性を有する、織布である。例えば、織布は、第１の繊維方向により厚いポリマー繊維を有し、第２の繊維方向により薄いポリマー繊維を有し得る。第２の繊維方向は、第１の繊維方向に対して、９０°〜１００°、好ましくは約９０°であり得る。第１の繊維方向のより厚いポリマー繊維により、異方性織布は、より薄いポリマー繊維を有する第２の繊維方向よりも、第１の繊維方向に沿って、機械的に脆弱化されずに（または損傷もされずに）、より延伸に耐えることができる。

あるいは、シート体は、異方性構造および前記構造から得られる異方特性を有し得る不織布、ならびに、異方性構造および前記構造から得られる異方特性を好ましくは有する織布を含んでなり得る。

シート体は、特別強度を与えるために追加の強化繊維を含んでなり得る。これらの強化繊維は、金属繊維、炭素繊維、または熱可塑性ポリマー繊維のうちの１種以上であり得る。強化繊維は、シート体内の第１の一般方向に延在し得る。強化繊維は、非直線状であることが、好ましい。特に、強化繊維は、波状パターン、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍの周期および１ｍｍ〜３ｍｍの幅を好ましくは有する三角形または正弦状のフラットパターンを有し得る。あるいは、強化繊維は、カール形状、例えば、１ｍｍ未満のらせん直径を好ましくは有するらせん形状を有し得る。

強化繊維は、連続繊維または最小長が５ｍｍのステープル繊維であり得る。金属繊維は、直径が１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは２０μｍ〜１００μｍである、アルミニウム、銅、銀、またはスチール繊維から選択され得る。

強化繊維の波状パターンおよび／またカール形状の第１の一般方向は、熱交換器プレートチャネルの断面形状を規定する第２のコルゲーションパターンの方向に対してある角度を形成することが、好ましい。互いに対して、４５°〜９０°の角度を形成することが好ましく、８５°〜９０°の角度を形成することがより好ましく、約９０°の角度を形成することが最も好ましい。

ステップｃ）の間、または特にステップｃ１）およびｃ２）の間であるが主にステップｃ２）の間、非直線状強化繊維を直線状にする。特に、波状パターンおよび／またはカール形状を引き延ばし、それにより、側面から見て平坦にする、すなわち、波状パターンの幅を小さくし、その周期を大きくする、および／またはカール／らせん形状の直径を小さくし、その周期（もしくはピッチ）を大きくする。非直線状炭素および／または金属繊維を完全に直線状にしたら、シート体が、第１の一般方向に沿ってさらに延伸されないようにする。

また、シート体を、ステップｃ）の前もしくは間、または特にステップｃ１）および／もしくはｃ２）の前もしくは間に、熱可塑性ポリマー繊維の軟化温度を超えて加熱する場合、熱可塑性繊維は、局所延伸および／または曲げを受けることによって、変形されることになる。成形ステップｃ）または成形ステップｃ１）およびｃ２）の後、熱可塑性ポリマー繊維の永久的変形は、エンタルピー交換素子の寸法安定性、すなわち、保形性に起用することとなる。

炭素繊維は、シート体に含まれる場合、第２の（主要）コルゲーションパターンの第２の方向に沿って延在することが好ましい。したがって、成形ステップｃ）の間、または成形サブステップｃ２）の間、炭素繊維は、あらゆる曲げを受けないことになる。しかしながら、炭素繊維は、成形ステップｃ）またはｃ２）の前および後に、シート体の全体の強度に寄与する。

金属繊維は、シート体に含まれる場合、シート体内のどのような方向にも延在し得ることが、好ましい。したがって、成形ステップｃ）の間、または成形サブステップｃ２）の間、シート体が熱可塑性ポリマー繊維の軟化温度を超えて加熱される場合でさえも、金属繊維は、金属低温変形条件下で曲げを受けることになる。成形ステップｃ）または成形ステップｃ１）およびｃ２）の後、金属繊維の永久的変形は、エンタルピー交換素子の寸法安定性、すなわち、保形性に寄与することとなる。

布の繊維は、繊維直径が１μｍ〜４０μｍであることが好ましく、３μｍ〜４０μｍであることがより好ましく、５μｍ〜２０μｍであることが最も好ましい。結果として、ラミネートステップｂ）で布を水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムでラミネートする場合、薄いポリマーフィルムと直接接触する布繊維は、薄いポリマーフィルムの表面のごく一部分しか被覆せず、それにより、薄いポリマーフィルムの遮断を最小化することになる。また、熱可塑性ポリマー繊維または金属繊維について上記で説明したように永久的に変形されていない場合、ステップｃ）の間に弾性曲げを受けるあらゆる布繊維は、柔軟性の度合いが高くなり、そのため、成形ステップｃ）が実施しやすくなる。

シート体内の繊維または布フィラメント、および特にシート体のラミネートされていない表面での繊維または布フィラメントは、１〜１０デシテックス（１テックス＝１ｇ／１０００ｍ；１デシテックス＝１ｇ／１００００ｍ）の線質量密度（フィラメント重量）を有し得ることが、好ましい。このような細繊維は、水分をより速く運べるようにする強い吸上作用を呈する。また、このような細繊維は、一つのシート表面で、または両方のシート表面で使用される場合、より平滑でより摩耗性が低い表面を与える。第１に、このことは、それぞれの表面にラミネートされた非常に薄い隣り合う機能性膜層への損傷のリスクを低減することに役立つ。第２に、このことは、ラミネートされていないシート表面で空気界面層が形成されるのを防ぐことに役立つ。

布の繊維は、実質的に円形、三角形、または楕円形の断面形状を有し得る。また、布の繊維は、Ｘ形または星形の断面形状を有し得る。布は、好ましくは断面形状の上記の種類から選択される、様々な断面形状を有する繊維を含み得る。

また、布は、成形ステップ後の構造安定性を改良するために、表面含侵剤、好ましくは熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含み得る。追加的または代替的に、布は、成形ステップｃ）の後に架橋され得る表面含侵剤、好ましくは成形ステップｃ）の後にＵＶ照射によって硬化され得る樹脂を含み得る。

布またはエンタルピー交換素子は、その一方の面上に疎水化処理された層、およびもう一方の面上に薄いポリマーフィルム、すなわち単一の撥水含侵物を含み得る。

このことは、ステップｂ）において布の一面だけを水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムでラミネートし、ラミネートステップｂ）の前、間、または後に、布のもう一方の面に疎水化処理を与えることにより、達成され得る。疎水化処理は、成形ステップｃ）の後にも実施し得る。

布の疎水化処理を、ラミネートステップｂ）の前に、すなわち、製造ステップａ）の前、間、または後に、実施することが、好ましい。このことは、水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムが、布に面する前記フィルムの表面で偶然に疎水性にされることを防ぐ。

布またはエンタルピー交換素子は、両方の面上の疎水化処理された層、ならびに、布またはエンタルピー交換素子の第１の疎水化処理層および第２の疎水化処理層の間に、「平行して」延在する、内部の薄いポリマーフィルム、すなわち二重撥水含侵物を含み得る。

このことは、以下のステップにより達成できる。

第１に、第１の布の１つの面、または第１の布全体に、ラミネートステップｂ）の前、間、または後に、疎水化処理を与えるステップ。

第２に、第２の布の１つの面、または第２の布全体に、ラミネートステップｂ）の前、間、または後に、疎水化処理を与えるステップ。

第３に、第１の布の１つの面を、水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムの第１面でラミネートするステップ。

第４に、第２の布の１つの面を、水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムの第２面でラミネートし、第１の布と第２の布との間に挟まれた薄いポリマーフィルムを有するサンドイッチ構造を作製するステップ。

最後に、ステップｃ）に従って、第１の布／薄いフィルム／第２の布型サンドイッチ構造を有するこのラミネートされたシート体を、３次元コルゲーションパターンを示す所望の形状に成形するステップ。

３つおよび４つのステップを、同時に実施する、すなわち、水蒸気透過性を有する１つの薄いポリマーフィルで第１の布および第２の布を同時ラミネート、またはワンステップラミネートして、２つの布シートの間に挟まれた薄いポリマーフィルムを有するサンドイッチ構造を作製することが、好ましい。

第１の布および／または第２の布の疎水化処理を、ラミネートステップｂ）の前に、すなわち、布を製造するステップａ）の前、間、または後に、実施することが、好ましい。また、このことは、水蒸気透過性を有する薄いポリマーフィルムが、布、すなわち第１の布、または第２の布に面する前記フィルムの表面で偶然に疎水性にされることを防ぐ。

代わりに、第１の１布および／または第２の布の疎水化処理を、成形ステップｃ）の後に実施し得る。

シート体は、前の段落で述べた繊維の組み合わせのいずれかを含んでなる布の１つの層からなり得る。あるいは、シート体は、張り合わされた、数層、好ましくは２または３層の積み重ねられた布の層からなり得、それぞれの層は、前の段落で述べた繊維の組み合わせの異なる１つを含んでなる。

数層の積み重ねられた布の層は、様々なフィラメント重量を有し得る。これらは、比較的微細なフィラメント、例えば１〜１０デシテックスを有する第１の層、比較的粗いフィラメント、例えば１０〜４０デシテックスを有する第２の層を含んでなり得る。

より粗い、またはより重いフィラメントを有する第２の層を、薄いポリマーフィルム（膜）と張り合わせ、シート体表面とシート体表面に張り合わされた薄いポリマーフィルムとの間の小さい直接接触領域を与え、それにより、薄いポリマーフィルムの活性膜表面積を増大させることが、好ましい。より重いフィラメントの少なくとも一部が、より少ない接着剤で、または接着剤を全く用いずに、薄いポリマーフィルムをシート体表面に貼り合わせることを可能にする二成分繊維であることが、好ましい。

あるいは、フィラメントの種類に応じて、より微細なフィラメントを有する第１の層を、薄いポリマーフィルム（膜）と接触させ、張り合わせる場合に、コルゲーションパターンを成形する成形ステップｃ）の間、または第２のコルゲーションパターンを成形する成形サブステップｃ２）の間、または最終使用の間、ポリマーフィルムを損傷しない平滑な表面を、シート体／薄いポリマーフィルムの界面に与えることが、有利であり得る。

シート体内の位置に関係なく、より重いまたはより厚いフィラメントを有する第２の層は、シート体の開いた、通気性および蒸気透過性が高い層を与え得る。

また、シート体は、シート体を通る水分の輸送を促進する強い吸上性を有する微細なフィラメントまたは繊維を含んでなり得る。微細なフィラメントまたは繊維は、ＤＩＮ５３９２４に従って測定した場合に、３０秒後３０〜６０ｍｍ以上の高さの上昇を示すことが、好ましく、３０秒後に４０〜６０ｍｍの高さの上昇を示すことが、より好ましい。

ステップｃ）またはステップｃ２）における成形を上部プリーツ加工具の支援により真空成形により実施する場合に、シート体は、その厚み方向に非対称構造を有し得る。特に、シート体は、金型の幾可学的形状の良好な再現を与える、真空化側の比較的微細なフィラメント、および、シート体に必要とされる構造強度を与える、上部プリーツ加工具に面する比較的粗いフィラメントを有する層を有し得る。

シート体は、不織布の層、および張り合わされた織布の層を含んでなり得る。織布は、上述したように、異方性構造および前記構造から得られる異方性機械的特性を有することが、好ましい。

シート体内の繊維の部分、好ましくは５〜６０重量％は、中空繊維であり得る。シート体内の繊維の部分、好ましくは２０〜７０重量％は、二成分繊維であり得る。これらの二成分繊維は、円形および／または非円形断面形状を有し得る。

シート体内の繊維の部分、好ましくは５〜６０重量％は、水分の輸送を促進する強い吸上性を示す親水性繊維であり得る。このような吸い上げ繊維は、その表面で親水性であり、その中心部で疎水性であることが、好ましい。

シート体内の繊維の部分、好ましくは５〜３０重量％は、過剰な水分に対して水バッファーを生じさせる、吸水繊維、好ましくはハイドロポリマーであり得る。

シート体は、テクスチャー加工した表面および／または統合されたグリッド構造を有し得る。結果として、この種類のシート体は、シート体に張り合わされた隣り合う薄いポリマーフィルムの最小表面積を覆うことになる。統合されたグリッド構造は、第１の成形ステップｃ１）で成形された上記の第１の、または強化コルゲーションパターンであり得る。

シート体の構造強度を高めるための上記の方法に加えて、または代わる方法として、
１）水流交絡および／もしくはスパンレース；ならびに／または
２）表面のテクスチャー加工；ならびに／または
３）第２もしくは主要コルゲーションパターンの幾何学的形状に適合するパターンを有するグリッド構造の統合を、後続のラミネーションの前に、まだラミネートされていないシート体に適用し得る。

シート体の構造強度および成形性を高めるための上記の方法に加えて、または代わる方法として、シート体を、より高いシート体の全体の強度および／またはシート体の好ましい方向でのより高い強度を与える異方性繊維分布を用いて作製し得る。特に、上述したように、異方性繊維分布は、炭素繊維、金属繊維、または熱可塑性ポリマー繊維のうち１種以上が、数層のシート体のうちの１層以上に含まれていることによって、与えられ得る。

好ましくは、金属繊維および／または熱可塑性ポリマー繊維は、第２（主要）コルゲーションパターンの第２の方向に対して直交関係に近い方向に配向されているか、またはシート体内のどのような方向に沿っても延在し得る。炭素繊維は、第２（主要）コルゲーションパターンの第２の方向に平行に配向されていることが、好ましい。

ラミネートステップｂ）は、薄いポリマーフィルムをシート体に接着、好ましくは熱接着、溶接、および／または貼着することを含んでなり得る。熱可塑性接着剤（熱溶融性接着剤）、熱硬化性接着剤、またはＵＶ硬化接着剤を、ポリマーフィルムとシート体とを接着することに使用することが、好ましい。

好ましい実施形態において、薄いポリマーフィルムは、モノリス膜、すなわち個々の水分子に対して溶液拡散輸送機構を呈する無孔質膜である。このモノリス膜は、最大伸長が１００％〜３００％であることが好ましく、１５０％〜２００％であることが、より好ましい。

さらに好ましい実施形態において、薄いポリマーフィルムは、様々なポリマーの種類のポリマー層の連続を含んでなる多層フィルムである。したがって、いくつかの所与のポリマーの種類を用いて、水蒸気透過性が異なる薄いポリマーフィルムを、デザインし、製造することができる。

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、ポリエチルアミド、およびポリエーテルウレタンからなる群から選択されることが、好ましい。

薄いポリマー多層フィルムの全体の厚さは、５μｍ〜２００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜１５０μｍであることがより好ましい。

薄いポリマー多層フィルム内の個々のポリマー層の厚さは、１μｍ〜２０μｍであり得、好ましくは４μｍ〜２０μｍ、より好ましくは４μｍ〜１５μｍである。

通常、ポリマーフィルムまたはポリマー層は、高い輸送速度のために、可能な限り薄いべきである。本発明に係るエンタルピー交換素子の構成において、水蒸気の輸送のための境界層は、１つのポリマーラミネートの次に位置する、または２つのポリマーラミネートの間に位置する３次元シート体である。一方でラミネートの機械的強度およびロバスト性を達成し、他方で高い輸送速度を達成するために、ポリマーフィルム（ラミネート）の厚さが１μｍ〜２０μｍ、好ましくは４μｍ〜２０μｍ、最も好ましくは４μｍ〜１５μｍである構成が選択される。また、３次元シート体は、可能な限り薄く、可能な限り透過性である。シート体は、厚さが２００μｍ〜６００μｍである布であることが好ましく、厚さが３００μｍ〜５００μｍであることが好ましい。シート体は、繊維量部分が１０％〜６５％の繊維量である布であることが好ましく、２０％〜５０％の繊維量であることが好ましい。

薄いポリマーフィルムの熱可塑性ポリマーは、あらゆる可塑剤を含まないことが、好ましい。代わりに、薄いポリマーフィルムには、殺生物剤（殺菌剤および／または殺真菌剤）を含み得る。殺生物剤は、バクテリアおよび真菌のポリマー上での成長を抑えるのに役立ち、それによって、洗浄なしでより長期の運転期間を達成し得る。

熱可塑性ポリマーについて上述したように、成形ステップｃ）は、プリーツ加工ステップまたは熱成形ステップであり得、真空成形ステップであることが好ましい。製造されるエンタルピー交換素子の所定のコルゲーションパターンを共に規定する第１のコルゲーション構造を有する少なくとも第１の金型部分（例えば低位の工具）を、熱成形ステップで設ける。少なくとも第１の金型部分に加えて、製造されるエンタルピー交換素子の所定のコルゲーションパターンを共に規定する第１のコルゲーション構造および／または真空成形に相補的な第２のコルゲーション構造を有する第２の金型部分（例えば上位の工具）を、熱成形ステップで設ける。

第１の金型部分の特定の所定の成形温度または第１および第２の金型部分の特定の所定の成形温度でのラミネートされたシート体の実際の成形オペレーションの前に、ラミネートされたシート体を、形成温度より数度低い予熱温度に予熱することが、好ましい。プリーツ加工では、予熱温度がより低いことがあり得る。

成形温度は、第１および／または第２の金型部分を内部から加熱することによって与えられることが、好ましい。

予熱温度は、まだ成形されていないラミネートされたシートを、（例えば赤外もしくはマイクロ波周波数の）電磁放射、および／または（例えば超音波周波数の）機械的波動に晒すことによって与えられることが、好ましい。

本発明は、前の段落で規定した方法を用いて製造されることが好ましい、シート体および所定のコルゲーションパターンを含むエンタルピー交換素子であって、第１の薄いポリマーフィルムが、前記シート体の第１の面にラミネートされており、かつ／または第２の薄いポリマーフィルムが、前記シート体の第２の面にラミネートされており、両方の薄いポリマーフィルムが水蒸気透過性を有する、前記エンタルピー交換素子も与える。

第１の薄いポリマーフィルムおよび第２の薄いポリマーフィルムは、互いに同一であり得る。シート体の両方の面がラミネートされている場合、優れた衛生特性を有するエンタルピー交換素子が得られる。シート体の１つの面のみがラミネートされている場合、シート材料の熱可塑性ポリマーは、疎水化処理を受けているか、かつ／または殺生物剤（殺菌剤および／または殺真菌剤）を含むことが好ましく、この場合も先と同様に、優れた衛生特性を有するエンタルピー交換素子が得られる。

第１の薄いポリマーフィルムおよび第２の薄いポリマーフィルムは、互いに異なり得る。このことは、エンタルピー交換素子の熱及び水分伝達特性を調整および最適化する追加の自由度を与える。

最後に、本発明は、前の段落のいずれかに規定されている３つ以上のシート様またはプレート様エンタルピー交換素子を有するエンタルピー交換器であって、前記エンタルピー交換素子が、それぞれのコルゲーションパターンを平行な方向にして、互いに積み重ねられて固定されており、流体が流れるようにする平行な流体路を形成する前記エンタルピー交換器を与える。個々のエンタルピー交換素子は、溶接により、好ましくはレーザー溶接を用いることにより、および／または貼着により、好ましくはエポキシを用いることにより、互いに固定され、シールされ得る。

本発明の非限定的な実施形態を、図面を参照しながら、以下でさらに詳細に説明する。

本発明に係るエンタルピー交換素子の製造方法の略図である。 本発明に係るエンタルピー交換器、または本発明に係る複数のエンタルピー交換素子を含むエンタルピー交換器の一部の略図である。 本発明に係るエンタルピー交換素子の製造方法の間に製造される中間製品の一部の断面図のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）顕微鏡写真である。 本発明に係る方法により製造されるエンタルピー交換素子の一部の断面図のＳＥＭ顕微鏡写真である。 本発明に係るエンタルピー交換素子の製造方法の間に製造される中間製品のより狭い部分のより大きい縮尺の断面図を示す図３のＳＥＭ顕微鏡写真と同様なＳＥＭ顕微鏡写真である。 本発明に係る方法により製造されるエンタルピー交換素子のより広い部分のより小さい縮尺の断面図を示す図４のＳＥＭ顕微鏡写真と同様なＳＥＭ顕微鏡写真である。

図１において、本発明に係るエンタルピー交換素子の製造方法の略図が示されている。中間製品の断面形状、すなわち各ステップＳ１、Ｓ２、およびＳ３の結果が示されている。

第１のステップＳ１において、空隙または孔２を有する通気性シート体１を製造する。

第２のステップＳ２において、シート体１の両方の面１ａ、１ｂを、水蒸気透過性の薄いポリマーフィルム３、４でラミネートする。

第３のステップＳ３において、ラミネートされたシート体１を、３次元コルゲーションパターン５を示す所望の形状に成形する。

シート体２は、熱可塑性繊維単独、または熱硬化性繊維および熱可塑性繊維の組み合わせを含む不織布である。布は、標準的な熱硬化性および／または熱可塑性繊維と共に二成分繊維を含み得る。

薄いポリマーフィルム３、４は、様々なポリマーの種類のポリマー層の連続（図示せず）を含んでなり得る多層フィルムである。薄いポリマーフィルム３、４は、非通気性であり得る。

成形ステップＳ３は、熱成形ステップであり、好ましくは真空成形ステップである。
製造されるエンタルピー交換素子Ｅ、Ｅ’の所定のコルゲーションパターン５を共に規定する第１のコルゲーション構造を有する少なくとも第１の金型部分（例えば低位の工具、図示せず）を、熱成形ステップＳ３で使用する。少なくとも第１の金型部分に加えて、製造されるエンタルピー交換素子Ｅ、Ｅ’の所定のコルゲーションパターンを共に規定する第１のコルゲーション構造および／または真空成形に相補的な第２のコルゲーションパターン構造を有する第２の金型部分（例えば上位の工具、図示せず）を、熱成形ステップＳ３で使用する。

シート体１の第１の面１ａ上に第１の薄いポリマーフィルム３を、シート体１の第２の面１ｂ上に第２の薄いポリマーフィルム４を有する得られるエンタルピー交換素子Ｅは、絞り加工部分５ａおよび絞り／引き伸ばし加工部分５ｂを交互に有するコルゲート構造５を含んでなる。絞り加工部分５ａは、第１の方向（図１の水平方向）に延在し、絞り／引き伸ばし加工部分５ｂは、第１の方向とは異なる第２の方向に延在する。エンタルピー交換素子Ｅのコルゲーションパターン５における第１の方向と第２の方向との間の角度αは、９０°〜１２０°であることが好ましく、９５°〜１０５°であることが好ましく、この例は、図１に示されている。あるいは、図１に示された例とは異なり、エンタルピー交換素子Ｅのコルゲーションパターン５における第１の方向と第２の方向との間の角度αは、８０°〜９０°であり、８５°〜９０°であることが好ましい。

図２において、本発明に係る第１型エンタルピー交換器Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３または第２型エンタルピー交換器Ｅ１’−Ｅ２’−Ｅ３’の略図が示されている。第１型Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３は、複数のエンタルピー交換素子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を含み、第１の薄いポリマーフィルム３および第２の薄いポリマーフィルム４（図１）は、同じ種類のフィルムである。第２型Ｅ１’−Ｅ２’−Ｅ３’は、複数のエンタルピー交換素子Ｅ１’、Ｅ２’、Ｅ３’を含み、第１の薄いポリマーフィルム３および第２の薄いポリマーフィルム４（図１）は異なる種類のフィルムであり、２つのフィルム３、４のうち１つが厚さ０である、すなわち、エンタルピー交換素子は、シート体１の１つの面１ａまたは１ｂ上にただ１つの薄いポリマーフィルム３または４を有する場合を含む。

図２において、エンタルピー交換器Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３またはＥ１’−Ｅ２’−Ｅ３’のハウジング／パッケージングの外壁は、示されていない。エンタルピー交換器Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３またはＥ１’−Ｅ２’−Ｅ３’の空気入口／出口部分（図示されていない）は、エンタルピー交換器Ｅ１−Ｅ２−Ｅ３またはＥ１’−Ｅ２’−Ｅ３’内の隣り合うエアダクト内の気流方向が、観察者に向かう気流を示す記号Ｏおよび観察者から離れる方向への気流を示す記号Ｘにより示されているように、反対方向であるような空気分布パターンを備える。

図３は、本発明に係る方法のステップｂ）から得られる、上側の面１ａ上で第１の薄いポリマーフィルム３でラミネートされ、下側の面１ｂ上で第２の薄いポリマーフィルム４でラミネートされた通気性シート体１の断面図のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）顕微鏡写真を示す。

ラミネートステップｂ）は、薄いポリマーフィルム３、４をシート体１に接着、好ましくは熱接着、および／または貼着することを含んでなり得る。熱可塑性接着剤（熱溶融性接着剤）を、ポリマーフィルム３および４とシート体１とを接着するために使用し得る。

シート体１は、複数の繊維６を含んでなる不織布である。繊維６は、熱可塑性繊維単独、または熱硬化性繊維ならびに／もしくは一方に鉱物線維および他方に熱可塑性繊維の組み合わせであり得る。布は、標準的な熱硬化性および／または熱可塑性繊維と共に多成分繊維または二成分繊維を含むことが、最も好ましい。図３と図４を比較することにより最もよく分かるように、図３に示された不織布シート体１の繊維６は、図４に示されたエンタルピー交換素子の不織布シート体１の繊維６よりも、低密度に詰められている。

図４は、本発明に係る方法のステップｃ）の結果として、図３のラミネートされたシート体１を、３次元コルゲーションパターンを示す所望の形状に成形することによって製造される、エンタルピー交換素子Ｅの一部の断面図のＳＥＭ顕微鏡写真である。

成形ステップｃ）は、プリーツ加工ステップまたは熱成形ステップであり得、好ましくは真空成形ステップである。製造されるエンタルピー交換素子Ｅ、Ｅ’の所定のコルゲーションパターンを規定する、または共に規定する第１のコルゲーション構造を有する少なくとも第１の金型部分（例えば低位の工具、図示せず）を、熱成形ステップのために設け、熱成形ステップで使用する。少なくとも第１の金型部分に加えて、製造されるエンタルピー交換素子Ｅ、Ｅ’の所定のコルゲーションパターンを共に規定する第１のコルゲーション構造および／または真空成形に相補的な第２のコルゲーション構造を有する第２の金型部分（例えば上位の工具、図示せず）を、熱成形ステップで設け得る。

第１の金型（例えば低位の工具）は、真空成形ステップのために真空を与える真空源と空気圧で連結されたノズルまたは貫通孔を含んでなり得る。

成形ステップｃ）で使用される第１の金型部分および／または第２の金型部分に加えて、好ましくは真空成形ステップで真空作用を支持するために、加圧空気源に連結されたノズルを設け得る。これらのノズルを、第１の金型部分および／または第２の金型部分の近くに、好ましくは隣接して設け得る。加圧空気源は、加圧空気を加熱するための空気加熱装置を含んでなることが、好ましい。

熱成形ステップｃ）で第１の工具および真空源を組み合わせて使用することは、第２の工具および／または好ましくは空気加熱装置を備える加圧空気源により、補完され得る。結果として、これらの補完装置の少なくとも一部を使用して、第１の薄いポリマーフィルム３および任意の第２の薄いポリマーフィルム４がラミネートされたシート体１を、第１の金型部分の第１のコルゲーション構造に対してより強くプレスし、それにより、製造されるエンタルピー交換素子Ｅの所定のコルゲーションパターンを規定する、または共に規定する第１の金型部分の第１のコルゲーション構造のより良好な複製を有するエンタルピー交換素子Ｅを製造することができる。

エンタルピー交換素子Ｅのシート体１は、図３のシート体１よりもはるかに高密度に詰められた繊維６を有する。プリーツ加工または熱成形ステップｃ）の間、第１の薄いポリマーフィルム３および第２の薄いポリマーフィルム４を有する布シート体１を、圧縮し、加熱する。複数の繊維６の少なくとも熱可塑性繊維または多成分若しくは二成分繊維を、プリーツ加工または熱成形ステップｃ）の間、軟化、または部分的に溶融する。結果として、複数の繊維６の熱可塑性繊維または多成分若しくは二成分繊維の冷却および硬化後、第１の薄いポリマーフィルム３および第２の薄いポリマーフィルム４を有する布シート体１を、布シート体１内により緻密な繊維構造があり、３次元コルゲーションパターンを有する、本発明に係るエンタルピー交換素子Ｅに変換する。

図５は、本発明に係る方法のステップｂ）から得られる、上側の面１ａ上で第１の薄いポリマーフィルム３でラミネートされ、下側の面１ｂ上で第２の薄いポリマーフィルム４でラミネートされた通気性布シート体１のより狭い部分のより大きい縮尺の断面図を示す、図３のＳＥＭ顕微鏡写真と同様なＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

図６は、本発明に係る方法により製造されるエンタルピー交換素子Ｅのより広い部分のより小さい縮尺の断面図を示す、図４のＳＥＭ顕微鏡写真と同様なＳＥＭ顕微鏡写真を示す。

１．布シート体
１ａ 第１の面
１ｂ 第２の面
２ 空隙または孔
３ 第１の薄いポリマーフィルム
４ 第２の薄いポリマーフィルム
５ コルゲーション
５ａ 絞り加工部分
５ｂ 絞り／引き伸ばし加工部分
Ｓ１ 製造ステップ
Ｓ２ ラミネートステップ
Ｓ３ 成形ステップ（同時成形）
Ｏ 観察者に向かう気流方向
Ｘ 観察者から離れる気流方向
６ 繊維
α （コルゲーションパターンにおける）角度

Claims (16)

1. エンタルピー交換素子（Ｅ、Ｅ’）の製造方法であって、以下のステップ：
   ａ）通気性シート体（１）を製造するステップ；
   ｂ）前記通気性シート体（１）の少なくとも１つの面（１ａ、１ｂ）を水蒸気透過性の薄いポリマーフィルム（３、４）でラミネートするステップ；
   ｃ）ラミネートされたシート体（１）を３次元コルゲーションパターン（５、５、・・・）を示す所望の形状に成形するステップ、
   を含み、前記通気性シート体（１）がポリマーを含み、布であり、前記薄いポリマーフィルムは、個々の水分子の溶液拡散輸送メカニズムを示すモノリス無孔質膜であり、該モノリス無孔質膜の最大伸びは１００％〜３００％であり、
   少なくとも３つ以上のエンタルピー交換素子が、それぞれのコルゲーションパターンを平行な方向にして、互いに積み重ねられて固定されており、流体が流れるようにする平行な流体路を形成する、
   前記方法。
2. 前記布の繊維（６）の一部分が、多成分繊維である、請求項１に記載の方法。
3. 前記ラミネートするステップｂ）が、前記薄いポリマーフィルム（３、４）を前記シート体（１）に接着、溶接、および貼着することのうち１つ以上を含んでなる、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記シート体（１）の前記少なくとも１つの面（１ａ、１ｂ）上の少なくとも１つの前記薄いポリマーフィルム（３、４）が、非通気性ポリマーフィルムである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記薄いポリマーフィルム（３、４）が、様々なポリマーの種類のポリマー層の連続を含んでなる多層フィルムである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 各ポリマー層のポリマーの種類が、ポリエーテルエステル、ポリエーテルアミド、およびポリエーテルウレタンからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. 薄いポリマー多層フィルムの全体の厚さが、５μｍ〜２００μｍである、請求項５または６に記載の方法。
8. 前記薄いポリマー多層フィルム内の個々のポリマー層の厚さが、１μｍ〜２０μｍである、請求項５〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記成形するステップｃ）が、熱成形ステップである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 製造される前記エンタルピー交換素子（Ｅ、Ｅ’）の所定のコルゲーションパターンを規定または共に規定する第１のコルゲーション構造を有する少なくとも第１の金型部分を、前記熱成形ステップｃ）のために設け、前記熱成形ステップｃ）で使用する、請求項９に記載の方法。
11. 製造される前記エンタルピー交換素子（Ｅ、Ｅ’）の前記所定のコルゲーションパターンを共に規定する第１のコルゲーション構造に相補的な第２のコルゲーション構造を有する第２の金型部分を、前記熱成形ステップｃ）のために設け、前記熱成形ステップｃ）で使用する、請求項１０に記載の方法。
12. 加圧空気源に連結されたノズルを、前記熱成形ステップｃ）のために設け、前記熱成形ステップｃ）で使用する、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ノズルを、前記第１の金型部分および／または前記第２の金型部分の近くに設ける、請求項１２に記載の方法。
14. 通気性シート体（１）および所定の三次元コルゲーションパターン（５、５、・・・）を含むエンタルピー交換器であって、第１の薄いポリマーフィルム（３）が、前記シート体（１）の第１の面（１ａ）にラミネートされており、かつ／または第２の薄いポリマーフィルム（４）が、前記シート体（１）の第２の面（１ｂ）にラミネートされており、両方の薄いポリマーフィルム（３、４）が水蒸気透過性を有し、前記通気性シート体（１）がポリマーを含み、布であり、前記薄いポリマーフィルム（３）は、個々の水分子の溶液拡散輸送メカニズムを示すモノリス無孔質膜であり、該モノリス無孔質膜の最大伸びは１００％〜３００％であり、
    少なくとも３つ以上のエンタルピー交換素子が、それぞれのコルゲーションパターンを平行な方向にして、互いに積み重ねられて固定されており、流体が流れるようにする平行な流体路を形成する、
    前記エンタルピー交換器。
15. 前記第１の薄いポリマーフィルム（３）および前記第２の薄いポリマーフィルム（４）が、互いに同一である、請求項１４に記載のエンタルピー交換器。
16. 前記第１の薄いポリマーフィルム（３）および前記第２の薄いポリマーフィルム（４）が、互いに異なる、請求項１４に記載のエンタルピー交換器。

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