WO2007116567A1

WO2007116567A1 - 全熱交換器

Info

Publication number: WO2007116567A1
Application number: PCT/JP2006/325357
Authority: WO
Inventors: Michio Murai; Hideharu Nobutoki; Shinya Tokizaki; Hidemoto Arai; Masaru Takada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2008-09-30
Also published as: JP2009144930A

Abstract

　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。　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。

Description

明細書

全熱交換器

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^^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ヽる。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!ヽる (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も提案されてヽる。親水性高分子薄膜は、ォキシエチレン基を 30%含むポリウレタン系榭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

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、特許文献 1に示された全熱交^^では、親水性高分子による吸湿剤の保持力が弱ぐ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つてしまうので、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^^では、吸湿剤が仕切板に含まれて!/ヽなヽので、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つてしまう。

[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^^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力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。図面の簡単な説明

[0011] [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

[0012] 1 全熱交、4 仕切板。発明を実施するための最良の形態

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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力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ェチレンの含有率は、 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。

[0016] 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 35 μ m、不織布の通気度は 280cc/cm²/secとされている。

[0017] なお、間隔板 7は、加工紙を波板状に加工して作製されてヽる。加工紙の厚さは、 50 μ m〜200 μ mの範囲内に設定されて!ヽる。

[0018] 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、暖カベて湿気の高い室内空気力排気として排気層 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。

[0019] 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。

[0020] 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、ポリウレタン榭脂が用いられている。さら〖こ、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、 50 ％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。

[0021] 次に、全熱交 1の製造方法について説明する。まず、ジフエニルメタンジィソシァネート（以下、「MDI」という）、 1,4 ブタンジオール（以下、「BG」という）、ポリェチレンダリコール（以下、「PEG」という）及びポリテトラメチレングリコール（以下、「PTM G」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 P EGに由来）を分子中に 50wt%含むポリウレタン榭脂を作製する。

[0022] この後、作製したポリウレタン榭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榭脂混合溶液を作製する。このとき、ポリウレタン榭脂と塩化リチウムとの重量比が 9 : 1となるようにする

[0023] この後、ポリウレタン榭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 20 mの塩化リチウム含有ポリウレタン榭脂膜を透湿性気体遮蔽物として作製する。

[0024] この後、塩化リチウム含有ポリウレタン榭脂膜を離型フィルム力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榭脂膜が不織布に形成された仕切板 4を作製する。

[0025] 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^^ 1を作製する。

[0026] 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、る。即ち、ポリウレタン榭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榭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 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 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!/、る。即ち、ポリウレタン榭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榭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 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 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力 S30wt%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%含むポリウレタン榭脂を作製し、この後、実施例 1 と同様にして全熱交 1を作製している。他の構成は実施例 1と同様である。

[0029] 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力 SlOwt%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%含むポリウレタン榭脂を作製し、この後、実施例 1 と同様にして全熱交 1を作製している。他の構成は実施例 1と同様である。

[0030] 実施例 6.

この例では、塩ィ匕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。

[0031] 実施例 7.

この例では、ポリアクリル榭脂が非水溶性の親水性高分子材料として用いられてヽる。他の構成は実施例 1と同様である。

[0032] 次に、この例での全熱交^^ 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タリレートとメチルメタタリレートとを重合させ、ポリエチレングリコールモノアタ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%含むポリアクリル榭脂を作製する。

[0033] この後、作製したポリアクリル榭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榭脂混合溶液を作製する。このとき、ポリアクリル榭脂と塩化リチウムとの重量比が 9 : 1となるようにする。

[0034] この後、ポリアクリル榭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 20 mの塩化リチウム含有ポリアクリル榭脂膜を透湿性気体遮蔽物として作製する。

[0035] この後、塩化リチウム含有ポリアクリル榭脂膜を離型フィルム力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榭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。

[0036] 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!/、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、 Owt。/c^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榭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。

[0037] 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、なヽ。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、

いる。また、ポリビニルアルコール榭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、ポリビュルアルコール榭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榭脂と塩化リチゥ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、塩ィ匕リチウム含有ポリビュルアルコール榭脂膜が不織布に形成された仕切板 4を作製する [0039] 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、 Owt%とされている。また、実施例 1のポリウレタン溶液のみ力作製されるポリウレタン榭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。

[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、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、ポリウレタン榭脂膜を作製する。この後、ポリウレタン榭脂膜を離型フィルム力ゝ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。

[0041] 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榭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。

[0042] 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榭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榭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、塩化リチゥム含有ポリオキシエチレン榭脂膜が不織布に形成された仕切板 4を作製する。

[0043] 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%含むポリウレタン榭脂を作製し、この後、実施例 1 と同様にして全熱交 1を作製している。他の構成は実施例 1と同様である。

[0044] 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、湿度交換効率にっヽての全熱交換器 1の耐結露性とを判定することにより行われる。

[0045] 仕切板 4の気体遮蔽性の評価は、仕切板 4の透気度を JIS Ρ 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（〇）を行い、仕切板 4の任意の 5箇所での透気度の、ずれかが 10000秒未満であれば、気体遮蔽性が悪!、との不良判定（ X )を行う。

[0046] 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、て行、、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。

[0047] 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（〇）を行い、 10%以上であれば、耐結露性が悪いとの不良判定（X )を行う。

[0048] 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°C、相対湿度 52. 7%rhとされ、二次気流 (排気）の条件が温度 35°C、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を水中に浸潰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。

[0049] 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 (榭脂）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ィ匕している比較例 4 及び 5につ、ては、全熱交 1の耐結露性の評価は行ってヽな、。

[0050] 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っヽて、優れていることが分かる。

[0051] また、実施例 4及び 5と、比較例 4及び 5との結果から、仕切板 4に用いられる榭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。

[0052] さらに、実施例 1〜7と、比較例 4及び 5との比較から、榭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、結露水等により榭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つ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つていることが分かる。これは、榭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榭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。

[0053] さらにまた、実施例 1〜7と、比較例 1及び 2との比較から、榭脂内のポリオキシェチレン鎖の含有率が 10wt%よりも低くなると、全熱交 1の耐結露性が悪ィ匕することが分かる。これは、榭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。

[0054] 従って、榭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。

[0055] また、実施例 1と比較例 3との比較から、仕切板 4に用いられる榭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、吸湿剤が榭脂内に添加されていない比較例 3では、吸湿剤が榭脂内に添加されている実施例 1に比べて、全熱交翻1の湿度交換効率及び全熱交換効率が著しく悪くなつてヽる。 [0056] さらに、実施例 1〜3の結果から、榭脂に対する吸湿剤 (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 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力ゝる。

[0057] さらにまた、実施例 1及び 6の結果から、吸湿剤が塩ィ匕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。

[0058] また、実施例 1及び 7の結果から、仕切板 4に用いられる榭脂成分の種類は、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。

[0059] 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ァ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 1 0〜50wt%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。

[0060] 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。

Claims

請求の範囲

[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^^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^^。

[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に記載の全熱交翻