(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着するとともに塩化リチウム溶液を浸透させ塩化リチウム溶液がイオン交換樹脂を覆う状態としたシートを透孔を有するよう積層成形してなることを特徴とする湿気交換素子。
【請求項２】
シートをハニカム状に積層成形してなる請求項１記載の湿気交換素子。
【請求項３】
イオン交換樹脂が分子内に化学結合した電離基を有するスチレン系イオン交換樹脂である請求項１記載の湿気交換素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷暖房時に換気を行った際に失われる潜熱を回収したり除湿あるいは加湿に用いられる湿気交換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の湿気交換素子として紙に塩化リチウム水溶液を含浸し塩化リチウムの潮解現象を利用して湿気を吸着させるものがあった。このような従来の湿気交換素子は、相対湿度が極めて高い環境下で長時間使用し吸・脱着を多く繰り返すと次第に塩化リチウムが湿気交換素子の片方に寄り、吸着性能が落ちたり、紙が塩化リチウムの再結晶によって崩れるというトラブルが発生した。
【０００３】
このため、湿気交換素子を構成するシートに湿気の吸着を行なわせるためシリカゲル、活性炭、ゼオライト等の吸着型固体吸湿剤を固着するものが開発された。
【０００４】
このような湿気交換素子を潜熱交換に用いる場合、たとえば夏季には高温多湿の外気を湿気交換素子の入気ゾーンに通してその温度および湿度を下げて冷房された室内に供給し、室内からの還気を湿気交換素子の還気ゾーンに通して高温多湿の外気より湿気交換素子に与えられた熱および湿気を還気に与え排気として室外に排出する。
【０００５】
あるいは、湿気交換素子を加湿に使用する場合、湿気交換素子に外気に含まれる湿気を吸着させ、吸着された湿気を脱着し、その脱着された湿気を室内へ送ることによって加湿するようにしている。
【０００６】
しかしながら、そのような従来の湿気交換素子の内で固体吸着剤を用いたものは湿気交換や加湿に際し、還気または外気に含まれている種々の臭気物質その他の有害ガス、その他の物質も湿気交換素子の吸着剤に吸着され漸次蓄積する。それが室内に送られ、室内における臭気発生の原因となり人間の嗅覚に感知されるに至るトラブルが発生した。
【０００７】
湿気交換素子の湿気吸着剤は湿気の吸着が速くかつ脱着が容易でなければ湿気の室内への還流ができない。また加湿・除湿に用いる場合も湿気の吸着が速くかつ脱着が容易でなければ、加湿あるいは除湿効率が悪くなる。
【０００８】
しかし、湿気の吸着が速くかつ脱着が容易な湿気吸着剤は一般的に水以外の活性物質も吸・脱着し易く、このために臭気成分も吸・脱着してしまい、臭気成分を室内へ戻してしまうという問題があった。
【０００９】
このため湿気交換素子の臭気成分の移行を少なくする技術例えば、水の分子とほぼ同一のポアを有するゼオライトを湿気吸着剤として用いる技術等が例えば特許出願公開平成５年第８７４７７号公報に見られるように種々提案された。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の湿気交換素子は臭気成分の移行が少なくなったが十分ではなく、また微量の化学物質を吸着せず室内より排出するという点で必ずしも十分なものではなかった。
【００１１】
つまり従来の湿気交換素子は湿気の吸着剤としてシリカゲルやゼオライトを用いており、これらの湿気の吸着原理は低湿度側では吸着剤と水の分子が水素結合で結合することによっている。従って、この原理のみで水の分子を吸着するのであれば基本的には水の分子のみを吸着するのであるが、同時に吸着剤に形成されたポアに毛細管現象によって水が入る現象も生じる。この場合は極性物質をも吸着してしまい、そのような物質は吸着剤からの脱着によって室内側に移行する。
【００１２】
特に湿気交換素子を加湿器として利用する場合、湿気交換素子ロータを吸着ゾーンと再生ゾーンとに分割し、外気を吸着ゾーンに通して外気中の水分を湿気交換素子に吸着させ、再生ゾーンに高温の空気を通して湿気交換素子ロータに吸着された水分を放出させて室内へ供給するようにしている。
【００１３】
このような使用の形態の場合、例えば吸着剤としてシリカゲルやゼオライトを用いたものは、アンモニアの移行率すなわち外気中に含まれるアンモニアが室内へ移行する率は９０％を越える。
【００１４】
また近年は室内に多くのガス状の化学物質が存在し、従来の湿気交換素子ではこれらの化学物質の移行を効果的に防止することが困難であった。
【００１５】
つまり、家具や壁紙等に用いられる接着剤や防虫剤等に多くの化学物質が使用され、このため近年家庭やオフィス等の中から種々の微量な化学物質が発生し、このような化学物質が化学物質過敏症を引き起こすということが報告されている。
【００１６】
本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、臭気成分や化学物質の移行を極めて少なくするとともに湿気の交換効率の極めて高い湿気交換素子を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着し、塩化リチウム溶液を浸透させたシートを透孔を有するよう積層成形するようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明はイオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着し塩化リチウム溶液を含浸させたシートを透孔を有するよう積層成形したものであり、空気中に含まれるガスが酸性ガスあるいは塩基性ガスであるか否かに係わらず種々な化学物質を吸着せず、イオン交換樹脂に接する塩化リチウム溶液の浸透圧とイオン交換樹脂の浸透圧との差によって湿気が速やかにイオン交換樹脂に吸着されるという作用を有する。
【００１９】
【実施例】
分子内に化学結合した電離基を有するスチレン系イオン交換樹脂の粉末をパルプやアラミド繊維等の繊維及びバインダーとともに混合し、従来より公知の抄紙技術を用いて厚さ０．２ｍｍ程度の紙を作る。
【００２０】
そして図１に示す如く抄紙された紙を波状に加工したコルゲートシート１と、抄紙されて平状のままのライナーシート２とを重ねてボス３上に捲き付ける。所定の厚さまで巻き付けた後、外周部に亜鉛メッキ鋼板等の外周板４を巻き付け湿気交換素子５を作成する。
【００２１】
上記の分子内に化学結合した電離基を有するスチレン系イオン交換樹脂としてスチレン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形を用いることができ、そのさらに具体的な材料として、三菱化学株式会社製の「ＤＩＡＩＯＮ  ＳＫ  １Ｂ」やダウケミカル株式会社製の「ダウェックスイオンＨＣＲ−Ｓ」等を用いることができる。スチレン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形の化学式の例を以下に示す。
【００２２】
【化１】
0003594486.tif 000002
【００２３】
また、スチレン系中性イオン交換樹脂は製造された直後の状態は直径０．４〜０．６ｍｍの球状であり、そのままでは粒径が大きいのでミルを使用して粉砕して使用する。
【００２４】
作成された湿気交換素子５を濃度２％〜５％（重量パーセント）の塩化リチウム水溶液に浸漬する。するとスチレン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形中のナトリウムイオンがリチウムイオンとイオン交換される。イオン交換が十分に行われた後で湿気交換素子５を塩化リチウム水溶液から引き上げる。
【００２５】
これによって、図２に示すように紙の中に抄き込まれたイオン交換樹脂粉体６の回りを塩化リチウム水溶液の層７が覆った状態となる。ここで湿気を多く含んだ空気が来ると、塩化リチウム水溶液の層７が空気中の湿分を吸着してその濃度が低下する。
【００２６】
すると、イオン交換樹脂粉体６の内部の浸透圧の方が塩化リチウム水溶液の層７の浸透圧より高くなる。従って、水分が塩化リチウム水溶液の層７からイオン交換樹脂粉体６の内部へ移行する。これによって塩化リチウム水溶液の層７の濃度は常に一定となる。
【００２７】
次に湿気交換素子５に８０℃〜１２０℃の温風を当てると、吸着された水分が脱着される。つまり、塩化リチウム水溶液の層７から水分が気化し溶液濃度が高くなる。すると上記の逆の現象が発生し浸透圧の差によってイオン交換樹脂粉体６の内部から水分が塩化リチウム水溶液の層７へ移行する。
【００２８】
以上の構成の本発明の湿気交換素子５は、塩化リチウム水溶液とイオン交換樹脂を吸着剤として利用しており、従来の塩化リチウムのみを使用したものと比較して、塩化リチウム溶液濃度が水分の吸脱着によって殆ど変化せず、高い湿度の空気を処理する場合であっても塩化リチウム水溶液が飛散するようなことはない。
【００２９】
また、従来の湿気交換素子のうち湿気吸着剤としてシリカゲルやゼオライトを用いたものは水分の吸着原理として、水の分子を水素結合や毛細管現象によって吸着している。これに対して本発明の湿気交換素子５は、湿気吸着剤は分子内に化学結合した電離基を有するスチレン系イオン交換樹脂であり水分の吸着原理がイオン交換基と水和して吸着されイオン交換不可能な物質例えば炭化水素の蒸気と水蒸気の混合ガスが接触した場合、水の分子のみ選択吸着する。
【００３０】
またイオン交換可能な物質と水蒸気の混合ガスが接触した場合、水の分子とともにイオン交換によってイオン交換可能な物質のみ選択吸着する。そしてイオン交換可能な物質はイオン結合によって容易に脱着しない状態で吸着される。
【００３１】
つまり、イオン交換樹脂は種々の物質を吸着し吸着した物質を脱着するためには化学当量的に多量の強酸や強アルカリ溶液で洗浄する必要がある。従って、常温の空気に触れた位では脱着することはなく、吸着剤に次第にイオン交換可能な物質が蓄積し、いずれ吸着能力いっぱいになるまで吸着する。するとその後は水の分子のみ吸着するようになる。
【００３２】
このようにして湿気吸着剤であるイオン交換樹脂は水以外の物質を吸脱着せず、よって臭気物質や化学物質の移行が極めて小さくなる。塩化リチウム水溶液は低濃度の場合はアンモニアも吸着するが、上記のように湿気交換素子５に含浸した塩化リチウム水溶液の濃度は２％〜５％と薄く、よって従来の塩化リチウムを含浸した除湿ロータと比較して塩化リチウム水溶液層７の容量が小さく、これによるアンモニアの吸着量は無視できるほど小さい。さらに上記説明のとおり、塩化リチウム水溶液層７の濃度は高く維持されるため、アンモニアの吸着は起こりにくい。
【００３３】
本発明の湿気交換素子５についてアンモニアの移行を次の方法で試験した。つまり、図３に湿気交換素子５を用いた除湿機のフロー図を示す。湿気交換素子５はモータ（図示せず）によって回転駆動され、室内の空気が処理空気ＳＡとしてブロア８によって湿気交換素子５へ送られる。また、ヒーター９によって９０℃に加熱された温風を再生空気ＲＡとして湿気交換素子５の再生ゾーンへ送られ、再生出口空気ＷＡとしてブロア１０によって排出される。
【００３４】
処理空気ＳＡに３５ｐｐｍ濃度のアンモニアを入れてロータに通し、再生出口空気ＷＡへの移行量を調べた。
【００３５】
空気条件は処理空気ＳＡの温度を２７℃に固定し、相対湿度を５０％から７０％まで変化させ、再生空気ＲＡの温度を９０℃に固定した。湿気交換素子５の前面風速は処理空気ＳＡおよび再生空気ＲＡとも２ｍ／ｓとし、湿気交換素子回転数は６ＲＰＭとした。この結果図４に示すようにアンモニアの移行率は２２％〜３６％と極めて小さいものであった。
【００３６】
また以上の実施例ではスチレン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形微粉末を湿気吸着剤として用いたが、スチレン系イオン交換樹脂Ｈ形、スチレン系イオン交換樹脂Ｌｉ形微粉末、スチレン系イオン交換樹脂Ｋ形微粉末あるいはスチレン系イオン交換樹脂Ｃａ形微粉末を用いることができる。
【００３７】
さらに以上の実施例では塩化リチウムの水溶液を用いる例を示したが、エチルアルコールその他極性を有する溶剤の溶液を使用することもできる。
【００３８】
以上の各種イオン交換樹脂は、湿気交換素子５の用いられる雰囲気にあわせて、つまり空気中に含有されているガスに応じて適宜選択することができる。そして各種イオン交換樹脂を単一種ではなく複数種混合して用いることにより、空気中に含有するガスが複数種であっても対応することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の湿気交換素子は以上の説明のとおり、イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着し、塩化リチウム水溶液を含浸させたシートを透孔を有するよう積層成形するようにしたものであり、湿気吸着剤が水の分子のみ選択吸着するため、臭気物質や化学物質の移行が極めて少なくなる。また塩化リチウム溶液の量が少ないため、塩化リチウム水溶液への化学物質の吸収は少ない。
このため、湿気交換素子を通過した空気が臭うことがなく、湿気交換素子を機能させることによって室内に化学物質が発生しても室外へ排出することができ、シックハウス症候群や化学物質過敏症を予防することができる。
また高湿度の空気を処理しても塩化リチウム水溶液が流れ出したり飛散することはない。さらに、湿分の吸着吸収原理として塩化リチウムの吸湿効果を使用し、湿分を吸着しても塩化リチウム水溶液濃度が低下しないために吸着が強力である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湿気交換素子の斜視図である。
【図２】本発明の湿気交換素子に使用される吸着シートの拡大断面図である。
【図３】本発明の湿気交換素子を用いた除湿機の原理を示すフロー図である。
【図４】本発明の湿気交換素子の臭気物質の移行を示すグラフである。
【符号の説明】
１  コルゲートシート
２  ライナーシート
３  ボス
４  外周板
５  湿気交換素子
６  イオン交換樹脂粉体
７  塩化リチウム溶液の層
８  ブロア
９  ヒーター
１０  ブロア
【図１】
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【図２】
0003594486.tif 000004
【図３】
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【図４】
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