(57)【要約】【課題】耐摩耗性に優れ、デシカントロータの端面との間の摩擦が小さく、摩耗した場合にも封密性の低下を防止することが可能なデシカント空調機のシール部材を提供する。【解決手段】デシカント空調機のデシカントロータの端面に摺接し、その摺接部を封密状態に保持するシール部材３０，３１において、部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体で形成された緩衝層４１と、緩衝層４１のデシカントロータの端面と摺接する側の面に設けられた超高分子量ポリエチレンからなる摺接層４２とを備えた２層構造とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デシカント空調機のデシカントロータの端面に摺接し、その摺接部を封密状態に保持するシール部材であって、
部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体で形成された緩衝層と、
前記緩衝層の前記デシカントロータの端面と摺接する側の面に設けられた超高分子量ポリエチレンからなる摺接層と、
を備えたことを特徴とするシール部材。
【請求項２】
前記緩衝層は、発泡ゴム又は発泡樹脂により構成されたことを特徴とする請求項１記載のシール部材。
【請求項３】
短軸円柱状に形成され軸方向に通気性を有するデシカントロータと、
前記デシカントロータの両端面側に設けられ、各端面側の通気空間を除湿区域と再生区域とに区画する仕切部材と、
前記デシカントロータの端面と相対する前記仕切部材の端部と当該デシカントロータの端面との間を封密状態に保持する、請求項１又は２に記載のシール部材と、
を備えたことを特徴とするデシカント空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デシカントロータを用いて除湿区域と再生区域との間で湿分の交換を行うことにより除湿区域の除湿／加湿区域の加湿を行うデシカント空調機に関し、特に、デシカントロータの両側空間を除湿区域と再生区域とに区画するため、デシカントロータの端面に摺接しその摺接部を封密状態に保持するシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリカゲルやゼオライト粉末等の吸湿剤（デシカント（desiccant））が担持又は含浸されたハニカム構造のデシカントロータを、再生用気体が流通する帯域（以下「再生経路」という。）と除湿用気体が流通する帯域（以下「除湿経路」という。）に跨って配置し、このデシカントロータの回転により、除湿経路から再生経路にこの吸湿剤を介して湿分を移動させるデシカント空調機（ムンタース式空調機）が知られている（例えば、特許文献１〜４，非特許文献１参照）。
【０００３】
デシカント空調機では、デシカントロータを除湿経路と再生経路に跨って回転自在に設置する必要がある。従って、空調機の湿分交換性能を向上させるためには、デシカントロータの部分において除湿経路と再生経路との間に気体の漏れが生じないように、十分な封密性を確保する必要がある。従って、デシカント空調機においては、デシカントロータ部分における除湿経路と再生経路との間を封密するシール部材が必要とされる。
【０００４】
かかるデシカント空調機のシール部材としては、特許文献５〜８に記載のものが公知である。
【０００５】
特許文献５には、シリコン製芯材に四フッ化エチレン樹脂の表皮を施したシール部材（パッキング）が記載されている。シリコン製芯材は、断面半円形の摺接部と断面方形の基底部とが、基底部の両側面が摺接部の面と滑らかに連接するように結合した形状に形成されている。そして、そのシリコン製芯材の摺接部から基底部両側面にかけて、四フッ化エチレン樹脂の表皮が薄く被覆されている。
【０００６】
特許文献６には、可撓性のシリコンゴムを断面が「Ω」状に曲折形成した円環状のラビリンスパッキンが記載されている。
【０００７】
特許文献７には、短軸円柱状のデシカントロータの両端面側の空間を除湿区域と再生区域とに区画する仕切板と、デシカントロータの端面との接触部に使用される板状部材であって、可撓性のあるシリコンスポンジゴムにより形成されたシール部材が記載されている。
【０００８】
特許文献８には、デシカントロータの端面に接触してシールを行うシール装置であって、デシカントロータの吸着面に隣接して配置され、先端部が吸着面に弾性変形して圧接可能であり、取付部がデシカントロータの吸着面から離れる方向に伸びる板状のシール部材と、シール部材の取付部を支持し、シール部材より高い剛性を有しかつシール部材の厚み以上の厚みを有する板状の支持部材と、シール部材及び支持部材を取付座との間で狭持して固定するための固定手段とを備えたシール装置が記載されている。シール部材としては、フッ素樹脂シートが使用され、デシカントロータとの間の摺動抵抗が低減されている。
【特許文献１】カナダ特許第６１６１５５号明細書
【特許文献２】カナダ特許第６３１５７８号明細書
【特許文献３】特開２００３−２１３７８号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ／０７９７６３号公報
【特許文献５】実公昭５３−２３００４号公報
【特許文献６】特開昭５３−２５９５８号公報
【特許文献７】特開２００１−７７５７０号公報
【特許文献８】特開２００４−１００９４０号公報
【非特許文献１】社団法人空気調和・衛生工学会編，「空気調和・衛生工学便覧」，第１３版，社団法人空気調和・衛生工学会，２００１年１１月３０日，pp.451-452
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
デシカント空調機では、通常の運転時には常にデシカントロータが低速で回転するため、シール部材はデシカントロータの端面上を常に摺動する。従って、シール部材は摩耗を生じやすく、摩耗により封密性が低下しやすい。従って、シール部材には優れた耐摩耗性が要求されると共に、摩耗したとしても封密性の低下を防止する機構が必要とされる。
【００１０】
また、シール部材とデシカントロータの端面との間の摩擦が大きいと、デシカントロータの回転トルクが大きくなるためエネルギー消費が大きくなる。また、シール部材やデシカントロータの端面が摩耗しやすくなる。従って、デシカントロータに対するシール部材の摩擦係数はできる限り小さい方が好ましい。
【００１１】
上記特許文献５に記載のシール部材は、シリコン製芯材に四フッ化エチレン樹脂の表皮を施したものを使用しており、四フッ化エチレン樹脂により摩擦係数の低減が図られているが、耐摩耗性の点で十分であるとはいえない。
【００１２】
また、特許文献６，７，８に記載のシール部材は、可撓性のシリコンゴム、シリコンスポンジゴム、フッ素樹脂シートを使用しているが、やはり耐摩耗性の点で十分ではない。
【００１３】
また、上記従来の各シール部材は、シール部材が摩耗した場合にも封密性の低下を防止する対策が考慮されていない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、耐摩耗性に優れ、デシカントロータの端面との間の摩擦が小さく、且つ摩耗した場合にも封密性の低下を防止することが可能なデシカント空調機のシール部材及びそれを使用したデシカント空調機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るシール部材は、デシカント空調機のデシカントロータの端面に摺接し、その摺接部を封密状態に保持するシール部材であって、部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体で形成された緩衝層と、前記緩衝層の前記デシカントロータの端面と摺接する側の面に設けられた超高分子量ポリエチレンからなる摺接層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、シール部材をデシカントロータの端面に押しつけた状態で配設すると、シール部材は緩衝層が弾塑性変形し応力緩和を生じる。これにより、シール部材とデシカントロータの間に過度な応力が作用することなく、シール部材やデシカントロータの摩耗を少なくすることができる。また、シール部材とデシカントロータの間の応力は、緩衝層が塑性変形による応力緩和によって調節されるため、シール部材をデシカントロータの端面に押しつけて密着させた状態で配設することで、シール部材とデシカントロータとの間の封密性は十分に保たれる。
【００１７】
また、シール部材のデシカントロータの端面と摺接する側の面に超高分子量ポリエチレンからなる摺接層を備えたことにより、シール部材とデシカントロータとの間の動摩擦係数・静摩擦係数が小さくでき高い摺動性が得られる。また、超高分子量ポリエチレンは耐摩耗性にも優れているため、シール部材の摺接層が摩耗しにくく、シール部材の寿命を長くすることができる。
【００１８】
また、使用によってシール部材の摺接層又はそれに摺接するデシカントロータの端面が摩耗するに従って、摺接層の厚み及びデシカントロータの軸方向の厚みが減少する。一方、シール部材の緩衝層が部分的な塑性変形による応力緩和を生じるため、摺接層及びデシカントロータの厚みが減少すると、塑性変形分は回復せずに弾性変形分のみが回復して摺接層とデシカントロータの端面との密着性が保たれる。このとき、弾性変形分が回復するため、摺接層とデシカントロータの端面との間の応力が減少する。すなわち、シール部材の摺接層又はそれに摺接するデシカントロータの端面の摩耗と共に、両者の間の応力が減少するため、摩耗の進行が遅くなる。従って、シール部材やデシカントロータの寿命を長くすることができる。
【００１９】
ここで、「部分的な弾性変形と部分的な塑性変形」とは、緩衝層に圧縮ひずみを加えた場合、緩衝層がある割合で塑性変形を生じるとともに、残りの割合で弾性変形を生じることをいう。すなわち、緩衝層にある大きさの外力を加えて圧縮ひずみが生じたときに、その圧縮ひずみのうち、一部が弾性変形による圧縮ひずみであり、残りが弾性ひずみによる圧縮ひずみであるような状態をいう。
【００２０】
塑性変形により生じた圧縮ひずみの割合をＣＳ、弾性変形により生じた圧縮ひずみの割合を１−ＣＳとする。このとき、外力がなくなると、弾性変形により生じた圧縮ひずみのみが回復し、塑性変形により生じた圧縮ひずみのみが残る。従って、外力消失後の緩衝層の厚さ（外力が加わった方向の厚さ）は、もとの厚さの（１−ＣＳ）倍となる。
【００２１】
「超高分子量ポリエチレン」とは、粘度法により測定される分子量が１００〜６００万であるポリエチレンをいう。超高分子量ポリエチレンとしては、例えば、ニューライト（商品名、平均分子量５５０万）、サンファインＵＨ（登録商標）などが挙げられる。
【００２２】
また、本発明に係るシール部材において、前記緩衝層は、発泡ゴム又は発泡樹脂により構成することができる。
【００２３】
緩衝層に発泡ゴム又は発泡樹脂を用いることによって、緩衝層を、部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体とすることができる。
【００２４】
ここで、「発泡ゴム」としては、具体的には、エチレン−プロピレンゴム（エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）又はエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ））、クロロプレンゴム（ＣＲ）、シリコンゴム、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム、フッ素ゴム等の発泡体を使用することができる。また、「発泡樹脂」としては、具体的には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の発泡体を使用することができる。
【００２５】
本発明に係るデシカント空調機の構成は、短軸円柱状に形成され軸方向に通気性を有するデシカントロータと、前記デシカントロータの両端面側に設けられ、各端面側の通気空間を除湿区域と再生区域とに区画する仕切部材と、前記デシカントロータの端面と相対する前記仕切部材の端部と当該デシカントロータの端面との間を封密状態に保持する、請求項１又は２に記載のシール部材と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、シール部材を緩衝層と摺接層の２層構造としたことにより、シール部材とデシカントロータの間の応力が、緩衝層が塑性変形による応力緩和によって調節される。これにより、シール部材をデシカントロータの端面に押しつけて密着させた状態で配設することで、シール部材とデシカントロータとの間の封密性は十分に保たれる。
【００２７】
また、摺接層を超高分子量ポリエチレンとしたことにより、シール部材とデシカントロータとの間の動摩擦係数・静摩擦係数が小さくでき、高い摺動性が得られるとともに、シール部材の摺接層が摩耗しにくく、シール部材の寿命を長くすることができる。
【００２８】
更に、シール部材とデシカントロータの端面との接触面が摩耗したとしても、緩衝層の弾性により緩衝層の厚みが摩耗分だけ伸長するため、密着性は確保される。従って、長期間使用しても、封密性が低下することがなく、デシカントロータの湿分交換効率を長期間に亘って高く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の実施例１に係るデシカント空調機１の内部構造を表す平面図である。デシカント空調機１は、筐体２を備えており、筐体２の内部は、仕切部材３，４，５によって除湿区域Ａと再生区域Ｂとに区画されている。また、筐体２の内部には、ロータアセンブリ６、顕熱交換器７、再生加熱器１１、モータ１２、及び送風機８，９が配設されている。ロータアセンブリ６は、除湿区域Ａと再生区域Ｂとに跨って回転自在に配設されたデシカントロータ１０を備えている。このデシカントロータ１０は、ロータ回転軸１０ａを中心に回転する短軸円柱状のロータである。デシカントロータ１０は、シリカゲルやゼオライト粉末等の吸湿剤（デシカント）が担持又は含浸されたハニカム構造とされている。デシカントロータ１０の両端面側は、仕切部材４，５により、除湿区域Ａと再生区域Ｂとに区画されている。
【００３１】
室外の空気ＯＡは、送風機９によって除湿区域Ａ内を室外から室内へ流通される。このとき、ロータアセンブリ６により吸湿が行われ、顕熱交換器７によって室内から排出される空気ＲＡと熱交換される。また、室内の空気ＲＡは、送風機８によって再生区域Ｂ内を室内から室外へ流通される。このとき、顕熱交換器７において室外から室内へ供給される空気ＯＡと熱交換された後、再生加熱器１１で加熱され、ロータアセンブリ６においてデシカントロータ１０に吸着した湿分を脱離した後に、室外へ排出される。このようにして、室外空間からは湿分が入らず、室内空間からは湿分を含んだ空気が排出されることにより除湿が行われる。
【００３２】
図２は、図１のロータアセンブリ６の分解斜視図である。また、図３は、ロータアセンブリ６の断面図である。
ロータアセンブリ６は、枠体２１，２２、デシカントロータ１０、ロータ回転軸１０ａ、ロータ収納筒２３、遊星歯車２４，２５、固定部材２６，２７，２８，２９、及びシール部材３０，３１を備えている。
【００３３】
枠体２１，２２は、デシカントロータ１０及びその回転駆動機構を収納・固定するための枠である。枠体２１，２２の中央部には、仕切部２１ｂ，２２ｂにより２つに区画された半円形の通気口２１ａ，２２ａが形成されている。通気口２１ａ，２２ａの一方の区画は除湿区域Ａ、他方の区画は再生区域Ｂに連通する。仕切部２１ｂ，２２ｂは、通気口２１ａ，２２ａの中心点を通り、その中心点の位置に、ロータ回転軸１０ａの軸受部２１ｃ，２２ｃが形成されている。
【００３４】
また、枠体２１，２２の内側に向かって、通気口２１ａ，２２ａの周縁部及び仕切部２１ｂ，２２ｂには、シール部材３０，３１を収容固定するための溝２１ｄ，２２ｄが形成されている。
【００３５】
ロータ収納筒２３は、円筒状に形成されている。ロータ収納筒２３は、外周面の一端部が段差状に狭窄された歯車固定部２３ａが形成されている。またロータ収納筒２３の外周面の他端部には、フランジ２３ｂが形成されている。このフランジ２３ｂは、枠体２２の溝２２ｄに回転自在に嵌合する。
【００３６】
デシカントロータ１０は、ロータ収納筒２３の筒内に収納固定される。デシカントロータ１０の中心軸には、ロータ回転軸１０ａを通すための軸孔１０ｂが形成されている。
【００３７】
遊星歯車２４は、円環状の外歯歯車であり、環内面がロータ収納筒２３の歯車固定部２３ａに嵌合し固定される。遊星歯車２５は、モータ１２（図１参照）によって回転駆動される小歯車であり、遊星歯車２４と噛合している。従って、モータ１２により遊星歯車２５が回転駆動されると、それに伴って遊星歯車２４と一体となったロータ収納筒２３及びデシカントロータ１０が回転駆動される。
【００３８】
シール部材３０，３１は、円環状の周辺シール部３０ａ，３１ａと、その周辺シール部３０ａ，３１ａの中心を通る仕切シール部３０ｂ，３１ｂと、周辺シール部３０ａ，３１ａの中心部分に位置する小円環状の軸シール部３０ｃ，３１ｃとが一体に連結した形状を有する。周辺シール部３０ａ，３１ａの外径は、デシカントロータ１０の外形と略同一とされている。各部分は、断面形状が略方形に形成されている。シール部材３０，３１は、通気口２１ａ，２２ａの溝２１ｄ，２２ｄに嵌合し固定される。シール部材３０，３１のデシカントロータ１０の両端面に対向する側の面は、デシカントロータ１０の端面に圧接される。また、軸シール部３０ｃ，３１ｃの中央に形成された孔には、ロータ回転軸１０ａが挿通される。
【００３９】
図４に、シール部材３０，３１の断面図を示す。シール部材３０，３１は、部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体で形成された緩衝層４１と、基材の前記デシカントロータの端面と摺接する側の面に設けられた超高分子量ポリエチレンからなる摺接層４２により構成されている。
【００４０】
部分的な弾性変形と部分的な塑性変形による応力緩和性を有する弾性体で形成された緩衝層４１と、緩衝層４１のデシカントロータ１０の端面と摺接する側の面に設けられた超高分子量ポリエチレンからなる摺接層４２とからなる２層構造を有している。本実施例においては、緩衝層４１には、ＥＰＤＭ発泡体が使用されている。
【００４１】
緩衝層４１の圧縮永久ひずみ率ＣＳは、５０％＜ＣＳ＜１００％の範囲とされている。ここで、圧縮永久ひずみ率ＣＳは、厚さｔ０の緩衝層４１材料に圧縮外力を加えて厚さｔ２まで圧縮した後、外力を除いて回復した厚さｔ１を測定することにより、次式によって求められる値である。
【００４２】
【数１】
2008151462.tif 000003
【００４３】
このようなシール部材３０，３１を用いてロータアセンブリ６を組み立てた場合、まず、シール部材３０，３１をデシカントロータ１０の両端面に接触した状態で、枠体２１，２２を結合させてネジで締め付ける。そうすると、シール部材３０，３１は、枠体２１，２２の溝２１ｄ，２２ｄの内面により押圧されて、デシカントロータ１０の端面に圧接される。このとき、緩衝層４１は圧縮されるが、圧縮永久ひずみ率ＣＳの割合だけ塑性変形を起こすため、シール部材３０，３１からデシカントロータ１０に加わる応力は緩和される。
【００４４】
デシカントロータ１０を回転させる場合、シール部材３０，３１の摺接層４２は、緩衝層４１の弾性によりデシカントロータ１０の端面に圧接された状態にあるため、封密状態が保たれる。また、緩衝層４１は超高分子量ポリエチレンで構成されており、デシカントロータ１０との間の摩擦係数が小さい。また、超高分子量ポリエチレンは、耐摩耗性に極めて優れている。従って、シール部材３０，３１はデシカントロータ１０の端面上を滑らかに摺動し、長期間使用しても摩耗が小さい。
【００４５】
また、シール部材３０，３１とデシカントロータ１０の端面との接触面が摩耗したとしても、緩衝層４１の弾性により緩衝層４１の厚みが摩耗分だけ伸長するため、密着性は確保される。従って、長期間使用しても、封密性が低下することがなく、デシカントロータ１０の湿分交換効率を長期間に亘って高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１に係るデシカント空調機の内部構造を表す平面図である。
【図２】図１のロータアセンブリ６の分解斜視図である。
【図３】ロータアセンブリ６の断面図である。
【図４】シール部材３０，３１の断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  デシカント空調機
２  筐体
３，４，５  仕切部材
６  ロータアセンブリ
７  顕熱交換器
８，９  送風機
１０  デシカントロータ
１０ａ  ロータ回転軸
１０ｂ  軸孔
１１  再生加熱器
１２  モータ
２１，２２  枠体
２１ａ，２２ａ  通気口
２１ｂ，２２ｂ  仕切部
２１ｃ，２２ｃ  軸受部
２１ｄ，２２ｄ  溝
２３  ロータ収納筒
２３ａ  歯車固定部
２３ｂ  フランジ
２４，２５  遊星歯車
２６，２７，２８，２９  固定部材
３０，３１  シール部材
３０ａ，３１ａ  周辺シール部
３０ｂ，３１ｂ  仕切シール部
３０ｃ，３１ｃ  軸シール部
４１  緩衝層
４２  摺接層
Ａ  除湿区域
Ｂ  再生区域
【図１】
2008151462.tif 000004
【図２】
2008151462.tif 000005
【図３】
2008151462.tif 000006
【図４】
2008151462.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月26日(2006.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2008151462.tif 000008
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2008151462.tif 000009