(57)【要約】【課題】結露を繰り返すような環境下でも高い湿度交換効率を維持できるとともに、高い全熱交換効率を有する全熱交換器を提供すること。【解決手段】仕切板を隔てて二種の気流を流動させ、この仕切板を介して二種の気流の顕熱及び潜熱を熱交換させる全熱交換器であって、仕切板が、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を含む気体遮蔽性材料から構成されることを特徴とする。海藻由来の多糖類はアルギン酸塩又はカラギーナンであることが望ましく、イオン架橋剤は塩化カルシウムであることが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕切板を隔てて二種の気流を流動させ、前記仕切板を介して前記二種の気流の顕熱及び潜熱を熱交換させる全熱交換器であって、
前記仕切板が、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を含む気体遮蔽性材料から構成されることを特徴とする全熱交換器。
【請求項２】
前記海藻由来の多糖類が、アルギン酸塩又はカラギーナンであることを特徴とする請求項１に記載の全熱交換器。
【請求項３】
前記イオン架橋剤が、塩化カルシウムであることを特徴とする請求項１又は２に記載の全熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新鮮な外気の給気と汚濁した室内空気の排気を同時に行う換気装置やビル等の空調機械室の空気処理装置（給気と排気との全熱交換装置）等に用いる全熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
室内の冷暖房効果を損なわずに換気を行う方法としては、給気と排気との間で熱交換を行いながら換気を行う方法がある。また、熱交換の効率を向上させるためには、給気と排気との間で温度（顕熱）とともに湿度（潜熱）の交換も同時に行う（即ち、全熱交換を行う）のが有効である。
【０００３】
従来、吸湿剤を含有する親水性高分子を高分子多孔質部材に含浸又は塗布した仕切板を介して給気及び排気間の全熱交換を行う全熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、従来、多孔質シートの片面に非水溶性の親水性高分子薄膜を形成した仕切板を介して給気及び排気間の全熱交換を行う全熱交換器も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
更に、従来、スルホン化統計的スチレン共重合体からなる水伝導膜を仕切板に使用することも提案されている（例えば、特許文献３及び４を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２０５１９３号公報
【特許文献２】特開平６−１９４０９３号公報
【特許文献３】特表２００４−５０４９２８号公報
【特許文献４】特表２００４−５３５２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の全熱交換器では、吸湿剤と親水性高分子との相溶性が良くないため、仕切板表面に発生した結露により吸湿剤が流失し、仕切板の透湿性能が低下するという問題があった。また、特許文献２に記載の全熱交換器では、仕切板が吸湿剤を含有する場合に比較して、透湿性能が低いという問題があった。更に、特許文献３及び４に記載の水伝導膜を得るには、毒性が高く且つ臭気の強いスチレンなどのアリールビニル単量体を使用する必要がある上に、臭気や有害性のある有機溶剤を使うためこの有機溶剤の除去に高温で長時間乾燥させる必要があるという問題があった。
従って、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、結露を繰り返すような環境下でも高い湿度交換効率を維持できるとともに、高い全熱交換効率を有する全熱交換器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明者らは上記のような従来の問題点を解決すべく鋭意研究、開発を遂行した結果、このような問題点を解決するためには、仕切板として、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を含む気体遮蔽性材料を用いることが有効であることに想到し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、仕切板を隔てて二種の気流を流動させ、前記仕切板を介して前記二種の気流の顕熱及び潜熱を熱交換させる全熱交換器であって、前記仕切板を、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を含む気体遮蔽性材料で構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、結露を繰り返すような環境下でも高い湿度交換効率を維持できるとともに、高い全熱交換効率を有する全熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る全熱交換器を示す斜視図である。図１において、全熱交換器１は、給気の気流が通される給気層２と、排気の気流が通される排気層３とが仕切板４を介して交互に積層された積層体である。給気層２には、仕切板４に沿って給気の気流を導く給気通路５が設けられている。排気層３には、仕切板４に沿って排気の気流を導く排気通路６が設けられている。給気通路５及び排気通路６は、各仕切板４の間隔を保持する波形の間隔板７によりそれぞれ形成されている。給気の気流が給気通路５により導かれる方向Ａと、排気の気流が排気通路６により導かれる方向Ｂとは、互いに垂直になっている。
【０００９】
各仕切板４は、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を多孔質基材に含有させてなる気体遮蔽性材料から構成される。海藻由来の多糖類には、アルギン酸及びその塩（例えば、アルギン酸ナトリウム）、カラギーナン、フコダイン、ポルフィランが挙げられ、結露耐性向上の観点からアルギン酸塩又はカラギーナンが特に好ましい。イオン架橋剤としては、アルギン酸ナトリウム、カラギーナンなどの海藻由来の多糖類をイオン的に架橋させ、これらの海藻由来の多糖類水溶液をゲル化し得るものであればよい。アルギン酸ナトリウム等の海藻由来の多糖類をイオン架橋し得るものとしては、マグネシウム、水銀を除く２価以上の電荷を有する金属イオンであり、入手容易性、透湿性向上の観点から塩化カルシウムが特に好ましい。多孔質基材としては、多孔質の基材であれば特に限定されるものではなく、多孔紙、不織布、多孔性樹脂フィルムなどが挙げられる。多孔質基材の坪量は、高くなるほど気体遮蔽性に優れた仕切板４を製造し易くなる反面、仕切板４の透湿性が低下し、湿度交換効率が低下する傾向にある。そのため、多孔質基材の坪量は８ｇ／ｃｍ2〜３０ｇ／ｃｍ2が好ましい。また、多孔質基材の厚さは、仕切板４の強度や透湿性を考慮すると、２０μｍ〜１００μｍが好ましい。
【００１０】
アルギン酸及びその塩やカラギーナンのイオン架橋体は、高い透湿性を示す上に、結露により流出するような吸湿剤を含まない。そのため、この架橋体を多孔質基材に含有させてなる気体遮蔽性材料は、結露が発生するような高湿度雰囲気下でも透湿性能が低下しない。また、このイオン架橋体は高い耐水性を有するために結露などにより溶解することがなく、高湿度雰囲気下でも気体遮蔽性が維持できる。更に、仕切板４を製造する際に有機溶剤を使用する必要がないという利点も有している。
【００１１】
透湿性を向上させる観点からは、気体遮蔽性材料としての仕切板４に含有されるイオン架橋体の量が少ないほど好ましい。ただし、イオン架橋体の量が少なすぎるとピンホールが発生しやすく気体遮蔽性が損なわれる恐れがある。透湿性と気体遮蔽性との両方を考慮すると、イオン架橋体の量は、仕切板４の面積１ｍ2当たり３ｇ〜３０ｇが好ましい。
【００１２】
波形の間隔板７は、特に限定されるものではなく、公知の波形の加工紙等を使用することができる。また、間隔板７の厚さは、特に限定されるものではなく、通常、５０μｍ〜２００μｍの範囲で適宜設定される。
【００１３】
次に、全熱交換器１の動作について説明する。例えば、冷たくて乾燥した外気が給気として給気層２に通され、暖かくて湿気の高い室内空気が排気として排気層３に通されると、給気及び排気の各気流（二種の気流）が各仕切板４を隔てて流れる。このとき、仕切板４を熱及び水蒸気が通り、給気と排気との間で顕熱及び潜熱の熱交換が各仕切板４を介して行われる。これにより、給気は暖められるとともに加湿されて室内に供給され、排気は冷やされるとともに減湿されて室外へ排出される。
【００１４】
次に、全熱交換器１の製造方法について説明する。まず、イオン架橋剤を含む水溶液中に多孔質基材を浸漬した後、これを加熱乾燥することにより、イオン架橋剤を含浸させた多孔質基材を作製する。多孔質基材に含浸させるイオン架橋剤の量は、この後の工程で塗布される海藻由来の多糖類水溶液をゲル化するのに十分な量であればよい。次いで、海藻由来の多糖類水溶液を多孔質基材の表面にバーコータ等により塗布した後、これを加熱乾燥させることにより、海藻由来の多糖類をイオン架橋剤でイオン的に架橋させた架橋体を含む気体遮蔽性材料としての仕切板４が作製される。このようにして作製された仕切板４から未反応のイオン架橋剤や海藻由来の多糖類などの水溶性成分を除去する目的で、仕切板４を水中に浸漬してもよい。この後、この仕切板４を波形の間隔板７と貼り合わせて積層体単位を作製し、間隔板７の波溝の方向が交互に直交するように上記積層体単位を所望の数だけ積層させることにより、全熱交換器１が得られる。
【実施例】
【００１５】
［実施例１］
厚さ５０μｍで坪量２０ｇ／ｃｍ2の多孔紙を塩化カルシウム水溶液中に浸漬した後、これを加熱乾燥することで、塩化カルシウムを８ｇ／ｍ2含む多孔紙を得た。この塩化カルシウムを含む多孔紙の片面に、２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液をバーコータにて塗布した。塗布したアルギン酸ナトリウム水溶液は直ちにゲル化し、イオン架橋体であるアルギン酸カルシウムが形成されていることが確認された。その後、この多孔紙を加熱乾燥させ、さらにこれを水中に浸漬し、多孔紙に付着する塩化カルシウム、アルギン酸ナトリウムなどの水溶性成分を除去し、これを再度加熱乾燥することで、アルギン酸カルシウムを４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。さらにこの仕切板を、厚さ１００μｍの加工紙を波板状に加工した間隔板と貼り合わせ、積層体単位を作製した。その後、仕切板の形状が３０ｃｍ角の正方形になるように積層体単位を成形した後、図１に示すように、間隔板の波溝の方向が交互に直交するように複数の積層体単位を積層させ、高さが５０ｃｍの全熱交換器を得た。
【００１６】
［実施例２］
２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液の代わりに２質量％のι−カラギーナン水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして、ι−カラギーナンのカルシウムイオン架橋体を４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００１７】
［実施例３］
２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液の代わりに２質量％のκ−カラギーナン水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして、カラギーナンのカルシウムイオン架橋体を４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００１８】
［実施例４］
厚さ５０μｍで坪量２０ｇ／ｃｍ2の多孔紙を硫酸アルミニウム水溶液中に浸漬した後、これを加熱乾燥することで、硫酸アルミニウムを６ｇ／ｍ2含む多孔紙を得た。この硫酸アルミニウムを含む多孔紙を用いる以外は実施例１と同様にして、アルギン酸アルミニウムを４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００１９】
［比較例１］
厚さ５０μｍで坪量２０ｇ／ｃｍ2の多孔紙（塩化カルシウムを含浸させていない）の片面に、２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液をバーコータにて塗布した。その後、この多孔紙を加熱乾燥させ、アルギン酸ナトリウムを４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２０】
［比較例２］
比較例１におけるアルギン酸ナトリウム水溶液の塗布及び加熱乾燥を複数回繰り返すことにより、アルギン酸ナトリウムを２４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２１】
［比較例３］
２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液の代わりに２質量％のι−カラギーナン水溶液を用いる以外は比較例１と同様にして、ι−カラギーナンを４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２２】
［比較例４］
２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液の代わりに２質量％のカルボキシメチルセルロース水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして、カルボキシメチルセルロースのカルシウムイオン架橋体を４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２３】
［比較例５］
２質量％のアルギン酸ナトリウム水溶液の代わりに２質量％のポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして、ポリスチレンスルホン酸カルシウムを４ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２４】
［比較例６］
比較例５における２質量％のポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液の代わりに２０質量％のポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液を用い、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液の塗布及び加熱乾燥を複数回繰り返すことにより、ポリスチレンスルホン酸カルシウムを６３ｇ／ｍ2含有する仕切板を得た。得られた仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２５】
［比較例７］
塩化カルシウムを２ｇ／ｍ2含有する厚さ３０μｍの無孔紙からなる仕切板を用いて実施例１と同様に全熱交換器を得た。
【００２６】
＜全熱交換器の性能評価＞
実施例１〜４及び比較例１〜７の各全熱交換器の性能を評価した。
全熱交換器の交換効率及び二酸化炭素移行率は、ＪＩＳ  Ｂ８６２８に準じた方式で行った。なお、空気条件は１次気流（給気）として温度２７℃、相対湿度５２．７％ＲＨ、２次気流（排気）として温度３５℃、相対湿度６４．３％ＲＨ（冷房条件）としてある。
上記測定後、各全熱交換器を常温の水中に１時間浸漬した後、８０℃で加熱乾燥させることを５回繰り返して結露状態を模擬した後、上記と同様の試験条件で交換効率及び二酸化炭素移行率を再度測定した。なお、二酸化炭素移行率（結露試験前及び結露試験後）の評価は、５％未満のものを気体遮蔽性が良好（○）とし、５％以上のものを気体遮蔽性が劣る（×）とした。結露試験後の湿度交換効率の評価は、湿度交換効率の低下が結露試験の前後で１０％未満のものを良好（○）とし、湿度交換効率の低下が結露試験の前後で１０％以上のものを劣る（×）とした。
これらの結果を表１に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
以上の結果から、温度交換効率は実施例及び比較例いずれも７８％で変わりはないが、実施例１〜４の全熱交換器は高い湿度交換効率及び全熱交換効率を有する上に、二酸化炭素移行率が小さいことが分かった。更に、実施例１〜４の全熱交換器は、結露試験後においても湿度交換効率や二酸化炭素移行率が維持された。塩化カルシウムは潮解性を有する無機塩であるため、比較例７のように無孔紙に含有させただけで高い透湿度を示す。実施例１〜３において、海藻由来の多糖類をイオン架橋させた後の水中浸漬工程を省略すると、塩化カルシウムが仕切板に残存する。その場合、初期の湿度交換効率は水中浸漬したものより更に高くなる。これが塩化カルシウムが特に好ましい理由である。但し、結露などにより塩化カルシウムが仕切板から徐々に流失することにより、実施例１〜３と同等の湿度交換効率になる。
【００２９】
比較例１及び５は、初期の二酸化炭素移行率が大きくなった。これは仕切板にピンホールなどの穴が生じ、仕切板の気体遮蔽性が損なわれた結果、全熱交換器の給気側と排気側との空気が混合していることを表す。このような状態は全熱交換器として欠陥であり、正確な交換効率が測定できないことから、比較例１及び５では交換効率を測定していない。
【００３０】
実施例１及び２の結果から、多孔紙に塩化カルシウムを含浸させた後、少量のアルギン酸ナトリウムあるいはι−カラギーナンの水溶液を塗布するだけで、ゲル化したアルギン酸カルシウムあるいはι−カラギーナンのカルシウムイオン架橋体が形成されるので、仕切板の気体遮蔽性が確保されることが分かる。
【００３１】
これに対し、比較例１よりもアルギン酸ナトリウム量を増量した比較例２は、初期の二酸化炭素移行率は５％未満に抑えることができたものの、仕切板中に含まれるアルギン酸ナトリウム量が増えた結果、仕切板の透湿性が低下し、湿度交換効率が低下した。またアルギン酸ナトリウム自体は水溶性であるため結露試験により二酸化炭素移行率が大きくなり、仕切板の気体遮蔽性が損なわれた。
また、多孔紙に塩化カルシウムを含浸させずに、ι−カラギーナンの水溶液を塗布して加熱乾燥した比較例３は、初期の二酸化炭素移行率は５％未満に抑えることができたものの、結露試験後は二酸化炭素移行率が大きくなり、仕切板の気体遮蔽性が損なわれた。
【００３２】
比較例４は、カルボキシメチルセルロースのカルシウムイオン架橋体を使用した例である。カルボキシメチルセルロースはセルロース由来の多糖類である。比較例４では、結露試験の前後で二酸化炭素移行率が維持されたものの、湿度交換効率が低かった。
【００３３】
比較例５及び６は、多孔紙にポリスチレンスルホン酸カルシウムを形成した例である。比較例５では初期の二酸化炭素移行率が大きくなった。これはポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウムとが混合された際、水溶液がゲル化せず、ポリスチレンスルホン酸カルシウムが析出するためと考えられる。比較例５よりもポリスチレンスルホン酸カルシウムの塗布量を増やした比較例６では、初期の二酸化炭素移行率は維持されたもの、透湿度は小さく、また結露試験後に二酸化炭素移行率が大きくなった。
【００３４】
比較例７は、無孔紙に塩化カルシウムを含有させただけの仕切板を使用している。比較例７では、初期の交換効率及び二酸化炭素移行率は実施例１〜４と遜色ないが、結露試験により湿度交換効率が大きく低下した。これは仕切板の湿度交換効率が塩化カルシウムに依るものであり、結露試験により塩化カルシウムが流失したため湿度交換効率が大きく低下したと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係る全熱交換器を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  全熱交換器、２  給気層、３  排気層、４  仕切板、５  給気通路、６  排気通路、７  間隔板。
【図１】
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