(57)【要約】【課題】結露を繰り返す環境下でも性能の低下の抑制を図ることができるとともに、全熱交換効率の向上を図ることができる全熱交換器を得る。【解決手段】全熱交換器は、仕切板４を隔てて給気と排気とを流動させ、仕切板４を介して給気及び排気間で顕熱及び潜熱を熱交換させる。仕切板４は、透湿性気体遮蔽物が不織布に着けられて構成されている。透湿性気体遮蔽物は、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、この親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸湿剤とを有している。親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされている。【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、上記仕切板を介して上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、
上記仕切板は、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、上記親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸湿剤とを有し、
上記親水性高分子材料における上記ポリオキシエチレンの含有率は、１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされていることを特徴とする全熱交換器。
【請求項２】
上記吸湿剤は、塩化リチウムであることを特徴とする請求項１に記載の全熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば室外から室内への吸気と、室内から室外への排気とを同時に行う換気装置等に用いられ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、吸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、吸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、高分子多孔質シートに吸湿性物質を含浸または塗布した仕切板を介して吸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。吸湿性物質としては、吸湿剤を含有する親水性高分子等が用いられている（特許文献１参照）。
【０００４】
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吸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。親水性高分子薄膜は、オキシエチレン基を３０％含むポリウレタン系樹脂により構成されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−１５４７６号公報
【特許文献２】特許第２６３９３０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示された全熱交換器では、親水性高分子による吸湿剤の保持力が弱く、仕切板表面に発生した結露による吸湿剤の流失量が多くなってしまうので、仕切板の透湿性を長期間維持することができなくなる。従って、全熱交換器を長期間使用した場合には、全熱交換器の性能が低下してしまう。
【０００７】
また、特許文献２に示された全熱交換器では、吸湿剤が仕切板に含まれていないので、仕切板の透湿性が悪くなり、仕切板が吸湿剤を含む場合に比べて、全熱交換効率が低くなってしまう。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、結露を繰り返す環境下でも性能の低下の抑制を図ることができるとともに、全熱交換効率の向上を図ることができる全熱交換器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る全熱交換器は、仕切板を隔てて二種の気流を流動させ、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、仕切板は、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸湿剤とを有し、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る全熱交換器では、仕切板が、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、この親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸収剤とを有し、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率が１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされているので、吸湿剤とポリオキシエチレンとの会合効果（鎖形成効果）により吸湿剤と親水性高分子とが相溶しやすくなり、吸湿剤の流失の防止を図ることができる。また、仕切板の結露による親水性高分子材料そのものの流動の防止を図ることができ、気体遮蔽性の低下の抑制も図ることができる。従って、結露を繰り返す環境下でも性能の低下の抑制を図ることができるとともに、全熱交換効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態
図１は、この発明の実施の形態による全熱交換器を示す斜視図である。図において、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。
【００１２】
各仕切板４は、不織布（多孔質シート）と、不織布に着けられ、空気を遮るとともに熱及び水蒸気を通過させる性質を有する膜状の透湿性気体遮蔽物とを有している。
【００１３】
透湿性気体遮蔽物は、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、この親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸湿剤とを有している。即ち、透湿性気体遮蔽物は、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料内に吸湿剤が保持された吸湿剤含有高分子体である。親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされている。即ち、親水性高分子材料の分子中には、ポリオキシエチレン鎖が１０〜５０ｗｔ％含まれている。
【００１４】
不織布は、ポリエステル繊維により構成されている。また、不織布の目付量は１５g/m2、不織布の厚さは３５μm、不織布の通気度は２８０cc/cm2/secとされている。
【００１５】
なお、間隔板７は、加工紙を波板状に加工して作製されている。加工紙の厚さは、５０μm〜２００μmの範囲内に設定されている。
【００１６】
次に、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。
【００１７】
以下、この実施の形態における実施例１〜７と、実施例１〜７と比較するための比較例１〜５とについて説明する。
【００１８】
実施例１．
この例では、塩化リチウムが吸湿剤として用いられている。また、非水溶性の親水性高分子材料としては、ポリウレタン樹脂が用いられている。さらに、非水溶性の親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、５０ｗｔ％とされている。さらにまた、透湿性気体遮蔽物における吸湿剤の含有率は、１０ｗｔ％とされている。
【００１９】
次に、全熱交換器１の製造方法について説明する。まず、ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、「ＭＤＩ」という）、1,4−ブタンジオール（以下、「ＢＧ」という）、ポリエチレングリコール（以下、「ＰＥＧ」という）及びポリテトラメチレングリコール（以下、「ＰＴＭＧ」という）を混合した後、加熱重合する。これにより、ポリオキシエチレン鎖（原料のＰＥＧに由来）を分子中に５０ｗｔ％含むポリウレタン樹脂を作製する。
【００２０】
この後、作製したポリウレタン樹脂をジメチルホルムアミドに溶解してポリウレタン溶液とした後、ポリウレタン溶液と塩化リチウムとを混合したポリウレタン樹脂混合溶液を作製する。このとき、ポリウレタン樹脂と塩化リチウムとの重量比が９：１となるようにする。
【００２１】
この後、ポリウレタン樹脂混合溶液を離型フィルムにコンマコータで塗布し、加熱乾燥することにより、厚さが２０μmの塩化リチウム含有ポリウレタン樹脂膜を透湿性気体遮蔽物として作製する。
【００２２】
この後、塩化リチウム含有ポリウレタン樹脂膜を離型フィルムから不織布に熱ロールにより転着させる。このようにして、塩化リチウム含有ポリウレタン樹脂膜が不織布に形成された仕切板４を作製する。
【００２３】
この後、波状に成形された間隔板７と仕切板４とを貼り合わせた積層単位体を作製する。この後、仕切板４の形状が３０ｃｍ角の正方形になるように積層単位体を成形した後、間隔板７の波溝の方向が一段おきに直交するように複数の積層単位体を積層する。このようにして、高さが５０ｃｍの全熱交換器１を作製する。
【００２４】
実施例２．
この例では、透湿性気体遮蔽物における吸湿剤の含有率が３３ｗｔ％とされている。即ち、ポリウレタン樹脂と塩化リチウムとの重量比が２：１となるようにポリウレタン溶液と塩化リチウムとを混合したポリウレタン樹脂混合溶液を作製し、この後、実施例１と同様にして全熱交換器１を作製している。他の構成は実施例１と同様である。
【００２５】
実施例３．
この例では、透湿性気体遮蔽物における吸湿剤の含有率が５０ｗｔ％とされている。即ち、ポリウレタン樹脂と塩化リチウムとの重量比が１：１となるようにポリウレタン溶液と塩化リチウムとを混合したポリウレタン樹脂混合溶液を作製し、この後、実施例１と同様にして全熱交換器１を作製している。他の構成は実施例１と同様である。
【００２６】
実施例４．
この例では、非水溶性の親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率が３０ｗｔ％とされている。即ち、ＰＥＧ及びＰＴＭＧの配合比を変えることにより、ポリオキシエチレン鎖を分子中に３０ｗｔ％含むポリウレタン樹脂を作製し、この後、実施例１と同様にして全熱交換器１を作製している。他の構成は実施例１と同様である。
【００２７】
実施例５．
この例では、非水溶性の親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率が１０ｗｔ％とされている。即ち、ＰＥＧ及びＰＴＭＧの配合比を変えることにより、ポリオキシエチレン鎖を分子中に１０ｗｔ％含むポリウレタン樹脂を作製し、この後、実施例１と同様にして全熱交換器１を作製している。他の構成は実施例１と同様である。
【００２８】
実施例６．
この例では、塩化カルシウムが吸湿剤として用いられている。他の構成は実施例１と同様である。
【００２９】
実施例７．
この例では、ポリアクリル樹脂が非水溶性の親水性高分子材料として用いられている。他の構成は実施例１と同様である。
【００３０】
次に、この例での全熱交換器１の製造方法について説明する。まず、ポリエチレングリコールモノアクリレートとメチルメタクリレートとを重合させ、ポリエチレングリコールモノアクリレートのポリオキシエチレン鎖部分の重量分率が５０ｗｔ％になるようにポリアクリル樹脂を調製する。即ち、ポリオキシエチレン鎖を分子中に５０ｗｔ％含むポリアクリル樹脂を作製する。
【００３１】
この後、作製したポリアクリル樹脂をアセトンに溶解してポリアクリル溶液とした後、ポリアクリル溶液と塩化リチウム水溶液とを混合したポリアクリル樹脂混合溶液を作製する。このとき、ポリアクリル樹脂と塩化リチウムとの重量比が９：１となるようにする。
【００３２】
この後、ポリアクリル樹脂混合溶液を離型フィルムにコンマコータで塗布し、加熱乾燥することにより、厚さが２０μmの塩化リチウム含有ポリアクリル樹脂膜を透湿性気体遮蔽物として作製する。
【００３３】
この後、塩化リチウム含有ポリアクリル樹脂膜を離型フィルムから不織布に熱ロールにより転着させる。このようにして、塩化リチウム含有ポリアクリル樹脂膜が不織布に形成された仕切板４を作製する。この後の工程は、実施例１と同様である。
【００３４】
比較例１．
この例では、ポリオキシエチレン鎖が親水性高分子材料の分子中に含まれていない。即ち、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、０ｗｔ％とされている。また、ＭＤＩ、ＢＧ及びＰＴＭＧを混合し、加熱重合することにより得られるポリウレタン樹脂が親水性高分子材料として用いられている。他の構成は実施例１と同様である。
【００３５】
比較例２．
この例でも、ポリオキシエチレン鎖が親水性高分子材料の分子中に含まれていない。即ち、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、０ｗｔ％とされている。また、ポリビニルアルコール樹脂が親水性高分子材料として用いられている。他の構成は実施例１と同様である。
【００３６】
この例での仕切板４は、以下のようにして作製する。まず、ポリビニルアルコール樹脂と塩化リチウムとの重量比が９：１となるように、ポリビニルアルコール樹脂と塩化リチウムとを含む水溶液を作製する。この後、離型フィルムに重ねられた不織布にこの水溶液をコンマコータで塗布し、加熱乾燥する。この後、離型フィルムを剥がして、塩化リチウム含有ポリビニルアルコール樹脂膜が不織布に形成された仕切板４を作製する。
【００３７】
比較例３．
この例では、吸収剤が親水性高分子材料内に保持されていない。即ち、透湿性気体遮蔽物における吸収剤の含有率は、０ｗｔ％とされている。また、実施例１のポリウレタン溶液のみから作製されるポリウレタン樹脂が親水性高分子材料として用いられている。他の構成は実施例１と同様である。
【００３８】
この例での仕切板４は、以下のようにして作製する。まず、実施例１と同様のポリウレタン溶液を作製する。この後、ポリウレタン溶液を離型フィルムにコンマコータで塗布し、加熱乾燥することにより、ポリウレタン樹脂膜を作製する。この後、ポリウレタン樹脂膜を離型フィルムから不織布に熱ロールにより転着させて仕切板４を作製する。
【００３９】
比較例４．
この例では、平均分子量２０万のポリオキシエチレン樹脂が親水性高分子材料として用いられている。即ち、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率は、１００ｗｔ％とされている。他の構成は実施例１と同様である。
【００４０】
この例での仕切板４は、以下のようにして作製する。まず、ポリオキシエチレン樹脂と塩化リチウムとの重量比が９：１となるように、ポリオキシエチレン樹脂と塩化リチウムとを含む水溶液を作製する。この後、離型フィルムに重ねられた不織布にこの水溶液をコンマコータで塗布し、加熱乾燥する。この後、離型フィルムを剥がして、塩化リチウム含有ポリオキシエチレン樹脂膜が不織布に形成された仕切板４を作製する。
【００４１】
比較例５．
この例では、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率が７０ｗｔ％とされている。即ち、ＭＤＩ、ＢＧ、ＰＴＭＧ及びＰＥＧの配合比を変えることにより、ポリオキシエチレン鎖を分子中に７０ｗｔ％含むポリウレタン樹脂を作製し、この後、実施例１と同様にして全熱交換器１を作製している。他の構成は実施例１と同様である。
【００４２】
次に、実施例１〜７及び比較例１〜５の各全熱交換器１の性能評価について説明する。各全熱交換器１の性能評価は、仕切板４の初期及び結露試験後のそれぞれの気体遮蔽性と、湿度交換効率についての全熱交換器１の耐結露性とを判定することにより行われる。
【００４３】
仕切板４の気体遮蔽性の評価は、仕切板４の透気度をJIS P 8117に準じて測定することにより行う。即ち、仕切板４の面積６４５ｍｍ２の範囲の部分を１００ｃｍ３の空気が透過する時間を測定し、測定結果を透気度とする。また、仕切板４の透気度の測定は、仕切板４の任意の５箇所で行う。この結果、仕切板４の任意の５箇所での透気度がいずれも１００００秒以上であれば、気体遮蔽性が良いとの良判定（○）を行い、仕切板４の任意の５箇所での透気度のいずれかが１００００秒未満であれば、気体遮蔽性が悪いとの不良判定（×）を行う。
【００４４】
仕切板４の結露試験は、仕切板４を水中に浸漬した後乾燥させることを数度繰り返して結露状態を模擬することにより行う。仕切板４の初期の気体遮蔽性の評価は、結露試験前における仕切板４の透気度の測定結果に基づいて行い、仕切板４の結露試験後の気体遮蔽性の評価は、結露試験後における仕切板４の透気度の測定結果に基づいて行う。
【００４５】
湿度交換効率についての全熱交換器１の耐結露性の評価は、全熱交換器１の結露試験の前後の湿度交換効率をJIS B 8628（全熱交換器）の付属書４内の２室法に準じた方式で測定し、結露試験の前後の測定結果を比較することにより行う。即ち、全熱交換器１の湿度交換効率を測定した後、全熱交換器の結露試験を行い、結露試験後の全熱交換器１について、湿度交換効率の測定を再度行う。この結果、結露試験前から結露試験後への湿度交換効率の低下率が１０％未満であれば、耐結露性が良いとの良判定（○）を行い、１０％以上であれば、耐結露性が悪いとの不良判定（×）を行う。
【００４６】
なお、湿度交換効率の測定では、一次気流（給気）の条件が温度２７℃、相対湿度５２．７％ｒｈとされ、二次気流（排気）の条件が温度３５℃、相対湿度６４．３％ｒｈとされている。また、全熱交換器１の結露試験は、全熱交換器１を水中に浸漬した後乾燥させることを数度繰り返して結露状態を模擬することにより行う。
【００４７】
図２は、図１の全熱交換器１の性能評価の結果を実施例１〜７及び比較例１〜５ごとに示す表である。なお、図２には、全熱交換器１の性能評価の結果とともに、親水性高分子材料（樹脂）におけるポリオキシエチレンの含有率（ｗｔ％）と、透湿性気体遮蔽物における吸湿剤の含有率（ｗｔ％）と、全熱交換器１の温度交換効率、湿度交換効率及び全熱交換効率のそれぞれの値（％）とが実施例１〜７及び比較例１〜５ごとに示されている。また、仕切板４の結露試験後の気体遮蔽性が悪化している比較例４及び５については、全熱交換器１の耐結露性の評価は行っていない。
【００４８】
図２に示すように、実施例１〜７の全熱交換器１の性能は、仕切板４の初期及び結露試験後のそれぞれの気体遮蔽性、及び全熱交換器１の耐結露性のすべてについて、優れていることが分かる。
【００４９】
また、実施例１、４及び５と、比較例４及び５との結果から、仕切板４に用いられる樹脂内のポリオキシエチレン鎖の含有率が高いほど、全熱交換器１の湿度交換効率が高くなることが分かる。
【００５０】
さらに、実施例１〜７と、比較例４及び５との比較から、樹脂内のポリオキシエチレン鎖の含有率が５０ｗｔ％よりも高くなると、仕切板４の結露試験後の気体遮蔽性が悪化することが分かる。これは、親水性の高いポリオキシエチレン鎖の含有率が高くなり過ぎると、結露水等により樹脂そのものが流動し、仕切板４の気体遮蔽性が保持できなくなったためであると考えられる。なお、比較例４の結果では、仕切板４の初期の気体遮蔽性も悪くなっていることが分かる。これは、樹脂を不織布に塗布し、加熱乾燥した際にポリオキシエチレン樹脂の結晶化による体積収縮が起こり、仕切板４にピンホールが生じたためであると考えられる。
【００５１】
さらにまた、実施例１〜７と、比較例１及び２との比較から、樹脂内のポリオキシエチレン鎖の含有率が１０ｗｔ％よりも低くなると、全熱交換器１の耐結露性が悪化することが分かる。これは、樹脂内のポリオキシエチレン鎖の含有率が低くなり過ぎると、吸湿剤とポリオキシエチレン鎖との会合効果による保持力が弱くなり、仕切板４の結露により吸湿剤が流失しやすくなるためであると考えられる。
【００５２】
従って、樹脂におけるポリオキシエチレン鎖の含有率を１０〜５０ｗｔ％の範囲内とするのがよいことが分かる。
【００５３】
また、実施例１と比較例３との比較から、仕切板４に用いられる樹脂内への吸湿剤の添加の有無によって、全熱交換器１の湿度交換効率及び全熱交換効率が大きく異なることが分かる。即ち、吸湿剤が樹脂内に添加されていない比較例３では、吸湿剤が樹脂内に添加されている実施例１に比べて、全熱交換器１の湿度交換効率及び全熱交換効率が著しく悪くなっている。
【００５４】
さらに、実施例１〜３の結果から、樹脂に対する吸湿剤（塩化リチウム）の添加量が多くなる（即ち、透湿性気体遮蔽物における吸湿剤の含有率が高くなる）ほど、全熱交換器１の湿度交換効率及び全熱交換効率が高くなることが分かる。
【００５５】
さらにまた、実施例１及び６の結果から、吸湿剤が塩化カルシウムであっても塩化リチウムと同様に仕切板４が高い透湿性を示すことが分かる。ただし、透湿性の観点からは、吸湿剤が塩化リチウムであることが好ましい。
【００５６】
また、実施例１及び７の結果から、仕切板４に用いられる樹脂成分の種類は、同量のポリオキシエチレン鎖を分子中に含んでいれば、全熱交換器１の性能には大きく影響しないことが分かる。
【００５７】
このような全熱交換器では、ポリオキシエチレンを含む非水溶性の親水性高分子材料と、この親水性高分子材料内に保持され、潮解性を有するアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の少なくともいずれかを含む吸収剤とを有する透湿性気体遮蔽物が仕切板４に用いられ、親水性高分子材料におけるポリオキシエチレンの含有率が１０〜５０ｗｔ％の範囲内とされているので、吸湿剤とポリオキシエチレンとの会合効果（鎖形成効果）により吸湿剤と親水性高分子とが相溶しやすくなり、吸湿剤の流失の防止を図ることができる。また、親水性高分子材料そのものの流動の防止を図ることができ、仕切板４の結露による気体遮蔽性の低下の抑制も図ることができる。従って、結露を繰り返す環境下でも性能の低下の抑制を図ることができるとともに、全熱交換効率の向上を図ることができる。
【００５８】
また、吸湿剤が塩化リチウムであると、全熱交換器１の湿度交換効率が向上するので、全熱交換効率の向上をさらに図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施の形態による全熱交換器を示す斜視図である。
【図２】図１の全熱交換器の性能評価の結果を実施例１〜７及び比較例１〜５ごとに示す表である。
【符号の説明】
【００６０】
１  全熱交換器、４  仕切板。
【図１】
2009144930.tif 000003
【図２】
2009144930.tif 000004