(57)【要約】【課題】  高い水蒸気透過速度を維持しながら、水蒸気と水蒸気を除く気体との分離率を向上した全熱交換素子用シート、全熱交換素子、全熱交換器、及び水蒸気分離体を提供する。【解決手段】  全熱交換素子用シートは、有機繊維を含み、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する多孔質部材と、多孔質部材の一方の面に設けられた無機繊維を含む膜とを備える。平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下で、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維が、多孔質部材と膜の界面に存在する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機繊維を含み、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する多孔質部材と、前記多孔質部材の一方の面に設けられた無機繊維を含む膜とを備える全熱交換素子用シートであって、
平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下で、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維が、前記多孔質部材と前記膜の界面に存在する全熱交換素子用シート。
【請求項２】
前記多孔質部材の前記有機繊維は、平均繊維径が１μｍ以上１００μｍ以下である請求項１に記載の全熱交換素子用シート。
【請求項３】
前記繊維は、高分子繊維である請求項１又は２に記載の全熱交換素子用シート。
【請求項４】
前記膜の前記無機繊維は、ベーマイト又は擬ベーマイトを含む請求項１〜３いずれか１項に記載の全熱交換素子用シート。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の全熱交換素子用シートを備えた全熱交換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の全熱交換素子が組み込まれた全熱交換器。
【請求項７】
有機繊維を含み、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する多孔質部材と、前記多孔質部材の一方の面に設けられた無機繊維を含む膜とを備える水蒸気分離体であって、
平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下で、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維は、前記多孔質部材と前記膜の界面に存在する水蒸気分離体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、全熱交換素子用シート、全熱交換素子、全熱交換器、及び水蒸気分離体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護や二酸化炭素の削減、エネルギー不足等の観点から、使用エネルギーの削減が要求されている。住宅やビル等の住空間は、建築基準法により義務付けられた換気を必要とする。しかし、換気による空調エネルギー損失が問題になっている。空調装置の一つである全熱交換器は、調温及び調湿された建物内部の空気と屋外の空気との間で全熱（顕熱（温度）と潜熱（湿度））を交換することにより熱のロスを抑制し、省エネルギー化を図る装置である。
【０００３】
従来の全熱交換素子は、特殊加工が施された紙からなる全熱交換素子用シートを用い、屋内の空気と屋外の空気との混合を抑制しながら、顕熱及び潜熱を交換している。しかし、全熱交換素子用シートは全熱の交換効率が７０％前後と低い値に留まる。全熱交換素子用シートは、交換効率のより高い材料に置き換えることによって、さらに省エネルギーが図られた全熱交換器を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公昭６１−０５８７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４４５７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３４２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高い水蒸気透過速度を維持しながら、水蒸気と水蒸気を除く気体との分離率を向上した全熱交換素子用シート、全熱交換素子、全熱交換器、及び水蒸気分離体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る全熱交換素子用シートは、有機繊維を含み、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する多孔質部材と、多孔質部材の一方の面に設けられた無機繊維を含む膜とを備える。平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下で、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維が、多孔質部材と膜の界面に存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る全熱交換素子用シートを示す断面模式図である。
【図２】実施形態に係る全熱交換素子用シートに対する外気と還気の流れを図１と異ならせた断面模式図である。
【図３】図１の全熱交換素子用シートを拡大した断面模式図である。
【図４】図１の多孔質部材の一方の面のＳＥＭ写真を模式的に示す平面図である。
【図５】図１の全熱交換素子用シートの膜を取り除いた繊維領域から多孔質部材に向けて撮影したＳＥＭ写真を模式的に示す平面図である。
【図６】実施形態に係る全熱交換素子を示す斜視図である。
【図７】夏場の全熱交換を説明するための実施形態に係る全熱交換器を示す概略図である。
【図８】冬場の全熱交換を説明するための実施形態に係る全熱交換器を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。説明中の上下等の方向を示す用語は、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。
【０００９】
図１は、実施形態に係る全熱交換素子用シートを示す断面模式図、図２は実施形態に係る全熱交換素子用シートに対する外気と還気の流れを図１と異ならせた断面模式図、図３は図１の全熱交換素子用シートを拡大した断面模式図、である。
【００１０】
全熱交換素子用シート１は、図１〜図３に示すように多孔質部材２と多孔質部材２の一方の面に設けられた膜４とを具備し、多孔質部材２と膜４の界面には繊維領域３が存在する。このような多孔質部材２、繊維領域３及び膜４の積層体は水蒸気分離体としての機能を有する。
【００１１】
このような全熱交換素子用シート１に対し、コスト面などを考慮して通常は導入側を変化させないが、以下に説明するように導入側を夏と冬で変化させてもよい。
【００１２】
例えば、外気１１０ａが還気１１０ｃよりも高温多湿である場合、図１に示すように外気１１０ａは主に膜４の表面４１を流路（図示せず）に沿って流通して吸気１１０ｂとして室内に排出され、還気１１０ｃは主に多孔質部材２の表面２１を流路（図示せず）に沿って通過して排気１１０ｄとして室外に排出される。外気１１０ａ及び還気１１０ｃは、例えば互いに向き合うように流通させているが、全熱交換の設計により互いに角度を持って交差して流通させてもよい。このように外気１１０ａを全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１、還気１１０ｃを全熱交換素子用シート１の多孔質部材２の表面２１、に沿って流通させることによって、外気１１０ａに含まれる水蒸気及び熱は全熱交換素子用シート１を透過して低湿低温に調整された還気１１０ｃ側に移動する。
【００１３】
他方、外気１１０ａが還気１１０ｃよりも低温低湿である場合、図２に示すように還気１１０ｃは主に膜４の表面４１を流路（図示せず）に沿って通過して排気１１０ｄとして室外に排出され、外気１１０ａは主に多孔質部材２の表面２１を流路（図示せず）に沿って通過して吸気１１０ｂとして室内に排出される。還気１１０ｃ及び外気１１０ａは、互いに向き合うように流通させる。このように還気１１０ｃを全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１、外気１１０ａを全熱交換素子用シート１の多孔質部材２の表面２１、に沿って流通させることによって、還気１１０ｃに含まれる水蒸気及び熱（顕熱と潜熱）は全熱交換素子用シート１を透過して外気１１０ａ側に移動する。従って、全熱交換素子用シート１は外気１１０ａと還気１１０ｃとの間で全熱を交換することができる。
【００１４】
外気及び還気は、互いに接触しないように全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１及び多孔質部材２の表面２１を流路に沿って通過させ、水蒸気とその他の気体とを効率よく分離することが好ましい。そのため、全熱交換素子用シート１は温度と湿度を効率よく交換する機能を有することが求められる。全熱の交換効率をより高めるためには、例えば水蒸気透過速度Ｖｓと水蒸気と水蒸気を除く気体（空気等）とを分離する能力を示す分離率αとの両方が高いことが好ましい。
【００１５】
全熱交換素子用シート１の水蒸気透過速度Ｖｓは、５０ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ以上、８０ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ、さらに１２０ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａであることが求められる。全熱交換素子用シートの水蒸気透過速度Ｖｓは、次式（１）により表される。全熱交換素子用シート１の水蒸気透過速度Ｖｓが低いと、湿度交換効率が低下し、全熱交換器としてのロスが大きくなる虞がある。
【００１６】
全熱交換素子用シート１の水蒸気透過速度Ｖｓ（ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ）＝（全熱交換素子用シート１を透過した水分量（ｇ））／（全熱交換素子用シート１を水分が透過した時間（ｈ））／（全熱交換素子用シート１の面積（ｍ２））／（全熱交換素子用シート１の両面における水蒸気圧差（ｋＰａ））…（１）
全熱交換素子用シート１の水蒸気と水蒸気を除く気体との分離率αは、１０以上、２０以上、さらに５０以上であることが求められる。分離率αは、次式（２）により表される。
【００１７】
α＝［（全熱交換素子用シート１を透過した水のモル数）／（排気７ｄの乾燥空気のモル数）］／［（外気７ａの水のモル数）／（外気７ａの乾燥空気のモル数）］…（２）
分離率αが低すぎると、水蒸気と水蒸気を除く気体との分離が困難になり、還気が効率よくおこなわれなくなる。その結果、室内の二酸化炭素等の排出が低下し、十分な換気のために余分な風量が必要になる。
【００１８】
前述した多孔質部材２、繊維領域３及び膜４について以下に詳述する。
＜多孔質部材２＞
多孔質部材２は、有機繊維を含む。有機繊維は、高い柔軟性を有し、低コストであるため好ましい。
【００１９】
図４は、全熱交換素子用シートの多孔質部材の一方の面のＳＥＭ写真を模式的に示す平面図である。多孔質部材２は、図４に示すように有機繊維２ａを含み、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔２ｂを有する。ここで、「孔径」とは開孔の形状が楕円又は多角形である場合、その楕円又は多角形を囲む真円を仮想し、当該仮想真円の直径を孔径と定義する。
【００２０】
孔径を１０μｍ未満にすると、全熱交換素子用シートの水蒸気透過速度Ｖｓが低下する虞がある。他方、孔径が１ｍｍを超えると、多孔質部材２の一方の面に後述する繊維を存在させても、当該多孔質部材２に一方の面に膜４を形成する際、膜４が多孔質部材２の開孔に侵入し易くなり、ピンホール、亀裂が発生して水蒸気と水蒸気を除く気体（例えば空気）との分離性能が低下する虞がある。好ましい開孔２ｂの孔径は、１０μｍ以上２００μｍ以下である。
【００２１】
開孔２ｂは、多孔質部材２の一方の面に対して１０％以上９０％以下の面積割合で存在することが好ましい。
【００２２】
多孔質部材２に含まれる有機繊維２ａは、平均繊維径１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。このような有機繊維２ａは、多孔質部材２の構成材料に対して５０重量％以上、より好ましくは７５重量％超、さらにより好ましくは９０重量％超、含むことが望ましい。有機繊維２ａは、単一種の有機繊維であっても、複数種の有機繊維多孔質部材２には、有機繊維の他に、添加物、例えば有機繊維間の空隙を調整するための高分子成分を含んでいてもよく、多孔質部材２に難燃性を付与するために吸湿剤や酸化物等のセラミックス粒子等を含んでいてもよい。また、撥水性や耐水性を調整するための処理剤や、有機成分を含んでいてもよい。添加物は、多孔質部材２の構成材料に対して０．１〜１０重量％含むことが好ましい。
【００２３】
有機繊維２ａは、例えば合成繊維や天然繊維等を用いることができる。天然繊維は、例えばセルロースを主成分として含む。有機繊維は、径方向に平であってもよい。また有機繊維は中空繊維であってもよい。
【００２４】
多孔質部材２は、例えば不織布、紙、有機多孔質体、又は合成繊維、天然繊維からなる成形体（紙を含む）であってもよい。多孔質部材２に含まれる有機繊維２ａは、サブミクロン以下のサイズの有機ナノ繊維の集合体であってもよい。有機ナノ繊維の集合体を用いることにより、多孔質部材２と多孔質部材２の一方の面に存在する繊維３ａとの結合力を増加させて、結果として膜４が多孔質部材２から剥離するのを防ぐことができる。
【００２５】
多孔質部材２の厚さは、特に限定されないが、好ましくは３０μｍ以上３ｍｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。多孔質部材２を薄くし過ぎると、ハンドリングの際、たわみ等の変形が生じ、繊維が存在する多孔質部材２の一方の面に設けた膜４に亀裂等の欠陥が生じるだけでなく、破損する虞がある。また、多孔質部材２を厚くし過ぎると、水蒸気透過速度Ｖｓが低下するだけでなく、熱伝導が低下するため、全熱の交換効率が低下する虞がある。
【００２６】
多孔質部材２の密度は、好ましくは０．８ｇ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは０．７ｇ／ｃｍ３以下である。密度を高くし過ぎると、水蒸気の透過抵抗が高くなり、全熱の交換効率が低下する虞がある。
【００２７】
多孔質部材２の体積気孔率（細孔の体積率）は、好ましくは２０％以上８０％以下、より好ましくは２５％以上７０％以下である。多孔質部材２の体積気孔率が２０％未満であると、水蒸気の透過抵抗が高くなり、全熱の交換効率が低下する虞がある。多孔質部材２の体積気孔率が８０％を超えると、多孔質部材２の強度が低下して、繊維が存在する多孔質部材２の一方の面に設けた膜４に亀裂が発生し、後述するウェットシールの形成を阻害する虞がある。なお、多孔質部材２の開孔及び体積気孔率は、水銀圧入法により測定することができる。
【００２８】
多孔質部材２の水蒸気透過速度Ｖｓは、５０ｇ／ｈ／ｍ2／ｋＰａ以上、７０ｇ／ｈ／ｍ2／ｋＰａ以上、さらに１２０ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ以上であることが好ましい。多孔質部材２の水蒸気透過速度Ｖｓは、次式（３）により表される。
【００２９】
多孔質部材２の水蒸気透過速度Ｖｓ（ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ）＝（多孔質部材２を透過した水分量（ｇ））／（多孔質部材２を水分が透過した時間（ｈ））／（多孔質部材２の面積（ｍ２））／（多孔質部材２の両面における水蒸気圧差（ｋＰａ））…（３）
前記式（３）で求められる多孔質部材２の水蒸気透過速度Ｖｓが低過ぎると、全熱交換素子用シート全体の水蒸気透過速度Ｖｓが低下し、全熱の交換効率が低下する虞がある。
＜繊維領域３＞
繊維領域３は、多孔質部材２と膜４の界面に存在する繊維を含む。図５は、全熱交換素子用シート１の膜４を取り除いた繊維領域３から多孔質部材２に向けて撮影したＳＥＭ写真を模式的に示す平面図である。図５に示すように繊維領域３は、多孔質部材２の一方の面に平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下で、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維３ａが存在して含み、繊維３ａは多孔質部材２の一方の面の開孔２ｂ（孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下）を部分的に覆う。
【００３０】
繊維３ａを多孔質部材２と膜４の界面（多孔質部材２の一方の面）に存在させた場合、多孔質部材２の開孔２ｂの開孔寸法に対する繊維３ａの平均繊維径及び平均繊維長を前記範囲に規定し、適正化することによって、図５に示すように繊維３ａが多孔質部材２の開孔２ｂを部分的に覆う形態になる。即ち、繊維３ａは多孔質部材２の開孔２ｂの寸法を小さくし、繊維３ａが存在する多孔質部材２の一方の面にさらに膜４を設けた時、その膜成分が開孔２ｂに侵入するのを抑制又は防止することができる。
【００３１】
繊維３ａは、全熱交換素子用シートに対して０．１重量％以上５重量％以下占めることが好ましい。
【００３２】
繊維３ａは、高分子繊維であることが好ましい。高分子繊維は、特に限定されないが、例えばセルロース、たんぱく質などの天然高分子、ポリエチレン、ポリプロピレン、歩視塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル・スチレン共重合体樹脂（ＡＳ樹脂）、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、アラミドなどの合成高分子等を用いることができる。
＜膜４＞
膜４は、多孔質部材２の、繊維３ａが存在する一方の面に設けられ、無機繊維を含む。無機繊維は、平均繊維径が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。無機繊維は、耐熱性が高いため好ましい。親水性基、例えばＯＨ基を有する無機繊維は、水蒸気が吸着しやすいため好ましい。
【００３３】
膜４は、平均繊維径が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下の無機繊維を含む場合、膜の構成材料に対して当該無機繊維が好ましくは８０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上含む。無機繊維は、単一種の無機繊維であっても、複数種の無機繊維であってもよい。
【００３４】
無機繊維の平均繊維長は、０．５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。無機繊維の平均繊維長は、より好ましくは１μｍ以上３μｍ以下である。平均繊維長を０．５μｍよりも短くすると、繊維同士が絡み合う力が小さく、膜形成する際に亀裂が発生しやすくなる虞がある。平均繊維長が１５μｍよりも長くすると、繊維径に対するアスペクト比が大きくなり過ぎて繊維が折れやすくなる。
【００３５】
無機繊維は、特に限定されないが、親水性材料であることが好ましい。親水性材料は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及び鉄（Ｆｅ）からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む酸化物や水酸化物；アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選ばれる少なくとも一つを含むアルミノケイ酸塩；マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、及びストロンチウム（Ｓｒ）からなる群から選ばれる少なくとも一つを含む炭酸塩；Ｍｇ、Ｃａ、及びＳｒからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むリン酸塩；Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＡｌからなる群から選ばれる少なくとも一つを含むチタン酸塩；又はこれらの複合物若しくは混合物等を用いることができる。また、金属水酸化物を前駆体とし、これを加水分解等で結合させ、反応を途中で止めてＯＨ基の数を制御することにより形成された金属化合物であってもよい。
【００３６】
具体的な親水性の無機繊維は、例えばアルミナ（ベーマイト又は擬ベーマイトを含む）、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、酸化亜鉛、フェライト、ゼオライト、ハイドロキシアパタイト、チタン酸バリウム、又はその水和物等が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３７】
無機繊維は、ベーマイト又は擬ベーマイトを含んでいることが特に好ましい。擬ベーマイトは、ベーマイトと結晶構造の一部が異なるアルミナ水和物を含む材料である。ベーマイト及び擬ベーマイトは、表面や結晶の層間にＯＨ基が多く存在するため、水蒸気を吸着しやすく、ウェットシールの形成に有利である。
【００３８】
次に、実施形態に係る全熱交換素子用シートの製造方法の一例を説明する。
【００３９】
１）最初に、一方の面に孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有するシート状の多孔質部材を用意する。
【００４０】
２）シート状の多孔質部材をその一方の面が外側に位置するように所望の径を有する回転可能なドラム表面に巻回して固定する。
【００４１】
３）ドラムにノズルの先端を対向して配置する。ノズルは、当該ドラムに巻回した多孔質部材の幅方向に往復動作する。
【００４２】
４）ドラムを回転させながら、ノズルを多孔質部材の幅方向に往復動作し、その間にノズルから平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維を含む水系分散液をシート状の多孔質部材の一方の面（表面）に向けて所望の速度で吹付ける。その後、乾燥させることにより多孔質部材の一方の面に繊維を含む繊維領域を形成する。
【００４３】
５）ドラムを再度、回転させながら、ノズルを多孔質部材の幅方向に往復動作し、その間にノズルから無機繊維を含む水系分散液を繊維が存在する多孔質部材の一方の面に吹付ける。その後、乾燥することにより多孔質部材の、前記工程４）で形成した繊維が存在する一方の面に所望厚さの膜を形成して全熱交換素子用シートを製造する。
【００４４】
前記４）の工程で多孔質部材の一方の面に繊維を存在させた後、当該繊維側から多孔質部材に向けて走査型電子顕微鏡にて微細構造を観察すると、前述した図５の模式図に示す形態を確認できる。
【００４５】
以上説明した実施形態によれば、多孔質部材の孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する一方の面にピンホール、亀裂の発生を抑制又は防止した、無機繊維を含む薄く、緻密な膜を設けることができる。その結果、膜が形成されるべき多孔質部材２の一方の面に開孔を有する、通気度の高い多孔質部材による高い水蒸気透過速度を維持しながら、多孔質部材の一方の面に配置された、ピンホール、亀裂の発生を抑制又は防止した緻密な膜による水蒸気と水蒸気を除く気体（例えば空気）との分離率を向上した全熱交換素子用シートを提供できる。
【００４６】
即ち、孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔を有する、通気度の高い多孔質部材の一方の面に薄く、緻密な膜を直接設けると、多孔質部材の開孔内に膜成分が侵入する。その結果、多孔質部材の開孔を埋めて水蒸気透過速度を低下させばかりか、多孔質部材の一方の面に形成された膜にピンホール、亀裂が発生する。多孔質部材の一方の面に設けられた膜にピンホール、亀裂が発生すると、膜の水蒸気分離率が急激に低下して高い交換効率が得られなくなる。
【００４７】
このようなことから、実施形態は孔径が１０μｍ以上１ｍｍ以下の開孔２ａを有する多孔質部材２の一方の面（多孔質部材と膜の界面）に平均繊維径が１００ｎｍ以上５μｍ以下、平均繊維長が０．３５ｍｍ以上５ｍｍ以下の繊維３ａを存在させている。このような繊維３ａを多孔質部材２の一方の面に存在させると、有機繊維２ａを含む多孔質部材２の開孔２ｂの寸法に対する繊維３ａの平均繊維径及び平均繊維長を前記範囲に規定し、適正化することによって、図５に示すように繊維３ａが多孔質部材２の開孔２ｂを部分的に覆う形態になり、開孔の孔径を実質的に小さくできる。即ち、繊維３ａは多孔質部材２の開孔２ｂの表出面積を小さくし、繊維３ａが存在する多孔質部材２の一方の面に膜４を設けた時、その膜成分が開孔２ｂに侵入するのを抑制又は防止することができる。その結果、膜４の厚さを薄くしても、ピンホール、亀裂の発生を抑制又は防止した緻密な膜４を繊維３ａが存在する多孔質部材２の一方の面に設けることができる。
【００４８】
従って、多孔質部材２の通気度を維持したまま、当該多孔質部材に少ない膜成分量で、緻密な膜を設けることができ、高い分離率及び高い水蒸気透過速度を有する全熱交換素子用シートを提供できる。
【００４９】
また、繊維３ａが存在する多孔質部材２の一方の面に設けられた膜４は、ピンホール、亀裂の発生を抑制又は防止した薄く、緻密な膜である。このため、ピンホール、亀裂に起因する膜の水蒸気分離率の低下を抑制できる。その上、膜４の無機繊維間に微細な細孔を形成できるため、外気等に含まれる水蒸気はケルビンの毛管凝縮理論により凝縮されて細孔内に満たされ、ウェットシールを形成できる。ウェットシールは、外気等に含まれる水蒸気を吸着して膜４から多孔質部材２に円滑に移動させることができる。即ち、膜４と多孔質部材２の一方の面の界面は層ではなく、繊維３ａが存在するため、膜４から多孔質部材２への水蒸気の移動を阻害せずに円滑かつ迅速に移動させることができる。ウェットシールは、水蒸気を除く気体（例えば空気）の透過を抑制できる。これらの作用から水蒸気分離率のより高い全熱交換素子用シートを提供できる。
【００５０】
実施形態において、緻密な膜４に含まれる無機繊維として平均繊維径が１ｎｍ以上５０ｎｍ以下のものを用いることによって、無機繊維間に一層微細な細孔をより多く形成でき、膜４にウェットシールをより多く形成することができる。その結果、膜４表面に接触して流通する外気等に含まれる水蒸気の吸着性が向上され、水蒸気を膜４から多孔質部材２に移動させる、つまり水蒸気透過速度をより一層高めることができる。また、ウェットシールの増大によって、水蒸気を除く気体の透過を効果的に抑制する、つまり水蒸気と水蒸気を除く気体との分離率をより一層高めることができる。
【００５１】
実施形態に係る全熱交換素子用シートは、前述した優れた機能を有するため、水蒸気分離体として使用することができる。
【００５２】
また、実施形態に係る全熱交換素子用シートは、全熱交換素子以外にも適用できる。例えば、除湿シート、フィルタ、調湿素子等に用いることができる。また、具体的な応用は、除湿ローター素子、空調気化式加湿用素子、燃料電池の加湿用素子、除湿器用除湿素子、自動販売機などの吸水蒸散素子、冷却用吸水蒸散素子、デシカント空調の除湿ローター素子、車載用エアコン等が挙げられる。
【００５３】
次に、実施形態に係る全熱交換素子を詳述する。
【００５４】
全熱交換素子は、前述した全熱交換素子用シートを複数備えた構造を有する。図６は、実施形態に係る全熱交換素子を示す斜視図である。全熱交換素子１０は、複数枚、例えば６枚の前述した全熱交換素子用シート１と、２枚（最下層及び最上層に配置される）の補強シート１２ａ，１２ｂと、複数枚（例えば７枚）の断面波形、例えば断面三角波形の流路部材１３と備えている。
【００５５】
全熱交換素子用シート１は、その膜４が下面に位置するように互いに一定の間隔を積層されている。補強シート１２ａ，１２ｂは、積層体の最上層及び最下層に全熱交換素子用シート１に対して一定の間隔をあけて配置されている。断面三角波形の流路部材１３は、補強シート１２ａ、６枚の全熱交換素子用シート１及び補強シート１２ｂの間に交互に例えば９０°の角度で交差するように介在して固定されている。流路部材１３は、特に限定されないが、例えばパルプを主成分とする紙製シートを波形に加工したもの、又はポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等の汎用樹脂、或いはステンレス等の金属から作ることができる。第１の直線状流路５１は、全熱交換素子用シート１の膜４と断面三角波形の流路部材１３の断面三角波で囲まれて形成されている。第２の直線状流路５２は、全熱交換素子用シート１の多孔質部材２と断面三角波形の流路部材１３の断面三角波で囲まれて形成されている。第１、第２の直線状流路５１，５２は、全熱交換素子用シート１を挟んで例えば９０°の角度で交差するように配置されている。
【００５６】
次に、実施形態に係る全熱交換器を詳述する。
【００５７】
全熱交換器は、前述した全熱交換素子を備えている。図７は、夏場の全熱交換を説明するための実施形態に係る全熱交換器を示す概略図である。すなわち、全熱交換器１００は筐体１０１を備えている。筐体１０１内には、前述した図６に示す全熱交換素子１０が配置されている。
【００５８】
筐体１０１内は、第１〜第４の区画室１０４ａ〜１０４ｄが全熱交換素子１０を囲むように横方向の仕切壁１０２及び縦方向の隔壁１０３で区画されている。第１〜第４の区画室１０４ａ〜１０４ｄは全熱交換素子１０の第１、第２の直線状流路（図示せず）の開口端とそれぞれ対向する箇所において、開放されている。第１〜第４の区画室１０４ａ〜１０４ｄは、それぞれ筐体１０１の左上部、右上部、左下部及び右下部に配置されている。
【００５９】
第１、第３の区画室１０４ａ，１０４ｃがそれぞれ位置する筐体１０１の左側壁１０５ａには、それぞれ第１、第３の開口部１０６ａ，１０６ｃが設けられている。第２、第４の区画室１０４ｂ，１０４ｄがそれぞれ位置する筐体１０１の右側壁１０５ｂには、それぞれ第２、第４の開口部１０６ｂ，１０６ｄが設けられている。第３の区画室１０４ｃ内の第３の開口部１０６ｃが位置する左側壁１０５ａには、第１のファン１０７ａが配置されている。第４の区画室１０４ｄ内の第４の開口部１０６ｃが位置する右側壁１０５ｂには、第２のファン１０７ｂが配置されている。
【００６０】
このような全熱交換素子１０を備えた全熱交換器１００は、次のような操作により全熱交換がなされる。
＜夏場の高温多湿の時期の全熱交換＞
第２のファン１０７ｂを駆動することにより、室外から矢印に示す外気（還気よりも高温多湿）１１０ａは第４の開口部１０６ｄ、第４の区画室１０４ｄを通して全熱交換素子１０の複数の第１の直線状流路（図示せず）内に図１に示す全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１に接触して流通し、さらに第１の区画室１０４ａ、第１の開口部１０６ａを通して矢印に示す吸気１１０ｂとして室内に導入される。同時に、第１のファン１０７ａを駆動することにより、室内から矢印に示す還気１１０ｃは第３の開口部１０６ｃ、第３の区画室１０４ｃを通して全熱交換素子１０の複数の第２の直線状流路（図示せず）内に図１に示す全熱交換素子用シート１の多孔質部材２の表面２１に接触して流通し、さらに第２の区画室１０４ｂ、第２の開口部１０６ｂを通して矢印に示す排気１１０ｄとして室外に排出される。
【００６１】
このような全熱交換素子１０において、外気１１０ａは全熱交換素子１０の第１の直線状流路（図示せず）に導入されて、図１に示す全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１に接触して流通され、還気１１０ｃは全熱交換素子用シート１を挟んで第１の直線状流路と交差する第２の直線状流路（図示せず）に導入されて、図１に示す全熱交換素子用シート１の多孔質部材２の表面２１に接触して流通される。このとき、外気１１０ａは還気１１０ｃに比べて高温多湿であるため、全熱交換素子１０において外気１１０ａに含まれる水蒸気及び熱は全熱交換素子用シート１を通して還気１１０ｃ側に移動される。
＜冬場の低温低湿の時期の全熱交換＞
図７を用いて説明した夏場の全熱交換に対して、冬場も外気、還気を同様な流路を流通させて全熱交換を行うことができる。また、冬場の全熱交換は、外気及び還気の導入流路、並びに第１、第２のファンによる送気方向をそれぞれ図８に示すように切り替えてもよい。図８は、冬場の全熱交換を説明するための実施形態に係る全熱交換器を示す概略図である。
【００６２】
すなわち、第２のファン１０７ｂを駆動することにより、室内から矢印に示す還気１１０ｃは第１の開口部１０６ａ、第１の区画室１０４ａを通して全熱交換素子１０の複数の第１の直線状流路（図示せず）内に図１に示す全熱交換素子用シート１の膜４の表面４１に接触して流通し、さらに第４の区画室１０４ｄ、第４の開口部１０６ｄを通して矢印に示す排気１１０ｄとして室外に排出される。同時に、第１のファン１０７ａを駆動することにより、室外から矢印に示す外気（還気よりも低温低湿）１１０ａは第２の開口部１０６ｂ、第２の区画室１０４ｂを通して全熱交換素子１０の第２の直線状流路（図示せず）内に多孔質部材２の表面２１に接触して流通し、さらに第３の区画室１０４ｃ，第３の開口部１０６ｃを通して矢印に示す吸気１１０ｂとして室内に導入される。
【００６３】
このような全熱交換素子１０において、還気１１０ｃは第１の直線状流路（図示せず）に導入されて、図１に示す全熱交換素子用シート１の膜３の表面３１に接触して流通され、外気１１０ａは全熱交換素子用シート１を挟んで第１の直線状流路と交差する第２の直線状流路（図示せず）に導入されて、図１に示す全熱交換素子用シート１の多孔質部材２の表面２１に接触して流通される。このとき、外気１１０ａが還気１１０ｃに比べて低温低湿であるため、全熱交換素子１０において還気１１０ｃに含まれる水蒸気及び熱は全熱交換素子用シート１を通して外気１１０ａ側に移動される。
【００６４】
従って、全熱交換器１００に組み込まれた全熱交換素子１０は水蒸気透過速度Ｖｓと分離率αの両方が高い全熱交換用素子１を備えるため、外気と還気との間で全熱を効率的に交換することができる。
【００６５】
なお、流路部材１３の断面波形は、断面三角波形に限らず、断面矩形波形、断面台形波形であってもよい。断面波形は、その山及び谷の形状が略同一、又は同一であることが好ましい。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
最初に平均直径５０μｍのパルプからなる厚さ２００μｍのシート状の多孔質部材を作製した。当該多孔質部材の一方の面は、孔径が１０〜５０μｍの略三角形の開孔を有していた。シート状の多孔質部材をその一方の面が外側に位置するように直径が２０ｃｍの回転可能なドラム表面に巻回して固定した。ドラムにノズルの先端を対向して配置した。ノズルは、当該ドラムに巻回した多孔質部材の幅方向に往復動作する。ドラムを６００ｒｐｍの速度で回転させながら、ノズルを多孔質部材の幅方向に５ｃｍ／分の速度で往復動作し、その間にノズルから高分子繊維である平均直径５００ｎｍ、平均長さ０．５ｍｍのセルロースナノファイバを含む水系分散液を多孔質部材の一方の面に向けて吹き付け、乾燥させて多孔質部材の一方の面にセルロースナノファイバを存在させた。ドラムを同速度で再度、回転させながら、ノズルを多孔質部材の幅方向に５ｃｍ／分の速度で往復動作し、その間にノズルから平均直径４ｎｍ、平均長さ１μｍの擬ベーマイトナノファイバを含む水系分散液を多孔質部材のセルロースナノファイバが存在する一方の面に向けて吹付けた。その後、乾燥することにより多孔質部材のセルロースナノファイバが存在する一方の面に厚さ１０μｍの膜を形成して全熱交換素子用シートを製造した。
（比較例１）
実施例１と同様なシート状の多孔質部材の一方の面に、セルロースナノファイバが存在させず、擬ベーマイトナノファイバの膜を直接形成した以外、実施例１と同様な方法で全熱交換素子用シートを製造した。
（比較例２）
多孔質部材の一方の面に存在させる高分子繊維として平均繊維径が１０ｎｍ、平均繊維長が２μｍのセルロースナノファイバを用いた以外、実施例１と同様な方法で全熱交換素子用シートを製造した。
（比較例３）
多孔質部材の一方の面に存在させる高分子繊維として平均繊維径が２０μｍ、平均繊維長が１ｃｍのセルロースナノファイバを用いた以外、実施例１と同様な方法で全熱交換素子用シートを製造した。
【００６７】
得られた実施例１及び比較例１〜３の全熱交換素子用シートの水蒸気透過速度Ｖｓ及び水蒸気分離率αを測定した。
【００６８】
最初に、全熱交換素子用シートの膜表面に断面三角波形の流路部材を接して配置し、当該膜と流路部材の各波とで囲まれた三角柱をなす複数の第１の直線状流路を形成した。つづいて、全熱交換素子用シートの多孔質部材表面に断面三角波形の流路部材を接して配置し、当該多孔質部材と流路部材の各波とで囲まれた三角柱をなす複数の第２の直線状流路を形成することにより評価用全熱交換セルを組立てた。この全熱交換セルの第１、第２の直線状流路は、互いに対向するとともに、平行になっている。また、第１、第２の直線状流路のピッチ、高さは既存の全熱変換素子に準じる形状とした。
【００６９】
前記評価用全熱交換セルの水蒸気透過速度Ｖｓ及び水蒸気分離率αを以下の方法により測定した。
【００７０】
１）水蒸気透過速度Ｖｓの測定方法
全熱交換セルを恒温恒湿槽内に設置し、その第１の直線状流路の一端に高湿側ダクトを接続した。第１の直線状流路の高湿側ダクトの接続端と反対側に位置する第２の直線状流路の一端に低湿側ダクトを接続した。高湿側ダクトにはファンを介装し、低湿側ダクトには熱交換器が介装した。
【００７１】
ファンの駆動により、高湿空気を第１の直線状流路に高湿ダクトを通して供給した。一方、恒温恒湿槽の外部から露点−１１０℃の窒素を第２の直線状流路に低湿側ダクトを通して供給した。当該窒素が低湿側ダクトを流通する間に、熱交換器で熱交換されて等温にし、乾燥窒素とすることにより、当該乾燥窒素を第２の直線状流路に供給した。すなわち、高湿空気と乾燥窒素は対向流として全熱交換セルの第１、第２の直線状流路にそれぞれ供給した。このとき、第１、第２の直線状流路での通過風速は全熱交換素子の評価時と同一になるようにした。
【００７２】
低湿側ダクトの出口において、排気空気の温度、湿度、酸素濃度を測定し、水蒸気透過速度を算出した。
【００７３】
２）水蒸気の分離率α
本来、ＪＩＳ規格に準じて二酸化炭素の透過量を把握する必要があるが、二酸化炭素と酸素では窒素中のガス拡散係数がほぼ同じであることから、本測定では低湿側ダクトの出口からの酸素の透過（濃度）をＣＯ2の透過の代わりとし、水蒸気の分離率を算出した。
【００７４】
セルのピッチ、流路高さは、既存の全熱交素子に準じる形状とし、通過風速が全熱交素子の評価時と同一になるようにした。高湿空気と低湿空気は対向流で供給した。
【００７５】
また、実施例１及び比較例１〜３の全熱交換素子用シートそのものについても、水蒸気透過速度Ｖｓ-ｓｕｂを測定した。
【００７６】
これらの結果を下記表１に示す。
【００７７】
【表１】
2020038022.tif 000003
【００７８】
前記表１から明らかなように、実施例１の全熱交換素子用シートを組み込んだ評価用全熱交換セルは、水蒸気透過速度Ｖｓが９０ｇ／ｈ／ｍ２／ｋＰａ以上と高い状態を維持しながら、分離率αも高い値を示すことがわかる。
【００７９】
これに対し、多孔質部材の一方の面に有機繊維を存在させない比較例１の全熱交換素子用シートを組み込んだ評価用全熱交換セル、及び多孔質部材の一方の面に存在させる有機繊維として平均繊維径が５μｍを超える太い繊維を用いた比較例３の全熱交換素子用シートを組み込んだ評価用全熱交換セル、は水蒸気透過速度Ｖｓが低下しないものの、ベーマイト繊維を含む膜にピンホール、亀裂が発生して連続した膜にならないため、水蒸気の分離率αが低くなることがわかる。
【００８０】
また、多孔質部材の一方の面に存在させる有機繊維として平均繊維径が１００ｎｍ未満、平均繊維長が０．３５ｍｍ未満の細く短い繊維を用いた比較例２の全熱交換素子用シートを組み込んだ評価用全熱交換セルは、多孔質部材の一方の面の開孔が短い繊維で埋められるため、水蒸気透過速度が急激に低下する。
【００８１】
従って、実施例１の全熱交換素子用シートは比較例１〜３の全熱交換素子用シートに比べて高い全熱の交換効率を有することがわかる。
【００８２】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…全熱交換素子用シート、２…多孔質部材、２ａ…有機繊維、２ｂ…開孔、３…繊維領域、３ａ…繊維、４…膜、１０…全熱交換素子、５１…第１の直線状流路、５２…第２の直線状流路、１００…全熱交換器、１１０ａ…外気、１１０ｂ…吸気、１１０ｃ…還気、１１０ｄ…排気。
【図１】
2020038022.tif 000004
【図２】
2020038022.tif 000005
【図３】
2020038022.tif 000006
【図４】
2020038022.tif 000007
【図５】
2020038022.tif 000008
【図６】
2020038022.tif 000009
【図７】
2020038022.tif 000010
【図８】
2020038022.tif 000011