JP2013194934A - 全熱交換素子用素材およびその素材を用いた熱交換形換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】家庭用や業務用として使用される熱交換形換気装置において、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい熱交換形換気装置を目的とする。
【解決手段】重合により親水性高分子化合物となる少なくとも１種類の低分子有機化合物を多孔質基材内部で重合して得た全熱交換素子用素材を用いたことにより、潜熱交換効率が高く、水に溶けにくくバリア性が高い全熱交換素子が得られるので、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい熱交換形換気装置を得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝熱性と透湿性を有する素材を仕切板に用いて、顕熱及び潜熱を同時に回収する静止透過式の熱交換形換気装置に関するものである。

従来、冷房や暖房の効果を損なわずに換気できる装置として、換気の際に給気と排気の間で熱交換を行う熱交換形換気装置が知られている。

熱交換形換気装置には、熱交換を行うための熱交換素子が含まれており、素材には給気と排気が交じり合わないようにするガスバリア性（主として二酸化炭素バリア性）と伝熱性が求められる。特に、顕熱と同時に潜熱の熱交換も行う全熱交換素子に関しては、高い透湿性も合わせて有する必要がある。

従って、全熱交換素子用素材には、塩化カルシウムや親水性高分子化合物などの各種透湿性を備えた薬剤の配合が検討されており、下記のような従来技術が開示されている。

例えば、特許文献１を挙げる。（図面は示さず）。

特許文献１では、親水性繊維を３０重量％以上１００重量％以下含有する多孔質シートに、親水性高分子化合物を含有する水溶液を塗工し、前記多孔質シートの表面、内部、又はその両方で前記親水性高分子化合物を水不溶化させて前記多孔質シートの孔を塞いだ親水性高分子化合物加工シートからなることを特徴とする全熱交換器用シートを用いている。

特開２００８−１４６２３号公報

このような従来の全熱交換形換気装置において、熱帯地方や寒冷地方のように室内外の温度差の大きい条件や、風呂場換気や高温多湿な気候などによる室内外のどちらかの湿度の高い条件では、熱交換素子内部に結露が生じる現象が知られている。

全熱交換形換気装置は前述のようにガスバリア性が必要であると同時に、潜熱交換を行なうために高い透湿性が必要である。例えば特許文献１では、ガスバリア性を持たせるための薬剤が透湿性を備えている。しかし、多孔質シートに水溶液を塗工し、その後、水溶液に含まれるガスバリア性と透湿性を持つ薬剤を水不溶化するという手法で作成した場合では、全熱交換器用シートとして透湿性が不十分であるという課題が存在する。

透湿性の不足を補うため、例示した特許文献１にも記載の通り、透湿性を備えた薬剤を別途素材に含有させる手法が一般的に行なわれているが、透湿性を備えた薬剤は水溶性であることが多く、その場合、透湿性を備えた薬剤が結露に溶解するという課題が存在している。全熱交換器用シートの表面に付着した結露に薬剤が溶け込むことによって、あるいは溶け込んだ薬剤が全熱交換素子の外へ結露とともに流出することによって、全熱交換器用シート内部から薬剤が失われる。その結果、全熱交換器用シートの透湿性能が劣化し、全熱交換素子の潜熱交換効率が低下するという課題が存在していた。また透湿性を備えた薬剤を、ガスバリア性を担保する薬剤とともに加えた場合、透湿性を備えた薬剤が抜けることで、その穴から空気が漏れ、ガスバリア性も共に劣化してしまうという課題が存在していた。

そこで本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、結露条件下における透湿性能とガスバリア性の劣化が抑制された透湿性能の高い全熱交換素子用素材およびその素材を用いた全熱交換素子及びその素子を用いた熱交換形換気装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、仕切板を隔てて流される２気流間で、前記仕切板を介して潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子において、前記仕切板が、重合により親水性高分子化合物となる少なくとも１種類の低分子有機化合物と少なくとも１種類の重合開始剤と少なくとも１種類の界面活性剤との溶液を多孔質基材へ含浸もしくは塗布した後、熱または／および光を加えることによって生成されたことを特徴とする全熱交換素子用素材であり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、仕切板を隔てて流される２気流間で、前記仕切板を介して潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子において、前記仕切板が、重合により親水性高分子化合物となる少なくとも１種類の低分子有機化合物と少なくとも１種類の重合開始剤と少なくとも１種類の界面活性剤との溶液を多孔質基材へ含浸もしくは塗布した後、熱または／および光を加えることによって生成されたことを特徴とする全熱交換素子用素材とした。

低分子有機化合物を界面活性剤と共に多孔質基材へ加えることによって、分子サイズの小ささと界面活性剤の効果により、多孔質基材内部まで低分子有機化合物を充填し、高分子化合物化することが可能になり、全熱交換素子用素材のガスバリア性を高めることができる。

多孔質基材と親水性高分子化合物を用いた場合、親水性高分子化合物の分子量が大きいため、多孔質基材内部まで化合物が浸透せず、多孔質基材内部の空間が親水性高分子化合物によって区切られることによって、多孔質基材内部に表面の空間と接続されていない空隙が生じる可能性がある。この場合、水分は親水性高分子化合物から空隙を経由し親水性高分子化合物へ再度移動するため、空隙と親水性高分子化合物の界面が透湿抵抗となり、透湿性は低下する。

本発明においては、前述したように内部まで低分子有機化合物を浸透させ、その後親水性高分子化合物化することで、多孔質の孔内部において親水性高分子化合物の間に空隙が生じる可能性を抑制できるため、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

さらに、重合により親水性を備える低分子有機化合物と重合開始剤を含む溶液を多孔質基材へ加えて熱または／および光を加えることによって、多孔質基材内部で低分子有機化合物の重合を生じることができ、多孔質基材内部の孔形状に沿った重合生成物を生じることができる。このため、全熱交換素子用素材のガスバリア性を高めることができる。加えて多孔質基材の孔と重合生成物の形状がお互いに干渉することで、重合生成物が抜け落ちにくく、ガスバリア性や透湿性が低下しにくいという効果を得ることができる。

さらに、低分子有機化合物は親水性の分子であっても疎水性の分子であっても、重合によって分子量が増大して疎水性が強まることから、結露に対して溶解しにくく、結露による劣化が抑制された全熱交換素子用素材を得ることができる。

本発明の実施の形態１の全熱交換素子用素材を示す断面図 本発明の実施の形態１における低分子有機化合物と親水性高分子化合物の構造を示す概略図

本発明の請求項１記載の全熱交換素子用素材は、仕切板を隔てて流される２気流間で、前記仕切板を介して潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子において、前記仕切板が、重合により親水性高分子化合物となる少なくとも１種類の低分子有機化合物と少なくとも１種類の重合開始剤と少なくとも１種類の界面活性剤との溶液を多孔質基材へ含浸もしくは塗布した後、熱または／および光を加えることによって生成されたことを特徴とする。

低分子有機化合物を界面活性剤と共に多孔質基材へ加えることによって、分子サイズの小ささと界面活性剤の効果により、多孔質基材内部まで低分子有機化合物を充填し、高分子化合物化することが可能になり、全熱交換素子用素材のガスバリア性を高めることができる。

多孔質基材と親水性高分子化合物を用いた場合、親水性高分子化合物の分子量が大きいため、多孔質基材内部まで化合物が浸透せず、多孔質基材内部の空間が親水性高分子化合物によって区切られることによって、多孔質基材内部に表面の空間と接続されていない空隙が生じる可能性がある。この場合、水分は親水性高分子化合物から空隙を経由し親水性高分子化合物へ再度移動するため、空隙と親水性高分子化合物の界面が透湿抵抗となり、透湿性は低下する。逆に、前述したように内部まで低分子有機化合物を浸透させ、その後親水性高分子化合物化することで、多孔質の孔内部において親水性高分子化合物の間に空隙が生じる可能性を抑制できるため、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

さらに、重合により親水性を備える低分子有機化合物と重合開始剤を含む溶液を多孔質基材へ加えて熱または／および光を加えることによって、多孔質基材内部で低分子有機化合物の重合を生じることができ、多孔質基材内部の孔形状に沿った重合生成物を生じることができる。このため、全熱交換素子用素材のガスバリア性が高めることができる。加えて多孔質基材の孔と重合生成物の形状がお互いに干渉することで、重合生成物が抜け落ちにくく、ガスバリア性や透湿性が低下しにくいという効果を得ることができる。

さらに、低分子有機化合物は親水性の分子であっても疎水性の分子であっても、重合によって分子量が増大して疎水性が強まることから、結露に対して溶解しにくく、結露による劣化が抑制された全熱交換素子用素材を得ることができる。

また、多孔質基材として分子内にウレタン結合を備えたポリウレタン多孔質基材を用いた構成としてもよい。

この構成により、親水性のウレタン結合が多数含まれた多孔質基材が得られるため、多孔質基材自体の透湿性が高まり、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

また、低分子有機化合物として、低分子有機化合物の重合後の親水性高分子化合物が分子内にウレタン結合、アミド結合、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合と親水性官能基とを含む繰り返し単位を備えるような化合物を用いた構成としてもよい。

親水性高分子化合物が立体的に凝集しやすいウレタン結合、アミド結合、ウレア結合の少なくとも一つの結合を備えることで、親水性有機化合物に含まれるウレタン結合、アミド結合、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合と、他のウレタン結合、アミド結合、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合とが水素結合によってひきつけあう。この効果は分子内に−ＮＨ−ＣＯ−で表現される分子構造があればよく、ウレタン結合同士のように同じ結合同士でも、ウレタン結合とアミド結合のように異なる結合同士でも良い。この結果、多孔質基材内部に充填された親水性有機化合物の分子立体構造に制限が生じ、親水性高分子化合物のウレタン結合、アミド結合、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合の凝集部位と、親水性官能基を含むその他の分子構造の凝集部位ができる。親水性官能基同士も凝集する性質があるため、親水性官能基同士が近い位置に来ることでお互い凝集しやすくなり、親水性官能基が凝集した部位ができることで、水分子の通り道が生じる。その結果、透湿性が高まり、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

また、重合開始剤として、ラジカル重合開始剤を用いた構成としてもよい。

この構成により、重合開始初期から分子量の大きな高分子化合物が生成されるため、分子サイズの大きな分子が生じやすくなり、親水性高分子化合物の多孔質基材からの脱落を抑制できる。また、低分子有機化合物同士を共有結合によって重合することが可能なため、生成された親水性高分子化合物が加水分解されにくい。これらのことから、高い耐水性能と空気のバリア性を備えた全熱交換素子用素材を得ることができる。

また、全熱交換素子として、前記構成の全熱交換素子用素材を用いた構成としてもよい。

この構成により、結露条件下における透湿性能とガスバリア性の劣化が抑制された透湿性能の高い全熱交換素子用素材によって、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい全熱交換素子を得ることができる。

また、熱交換形換気装置として、前記構成の全熱交換素子を用いた構成としてもよい。

この構成により、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい全熱交換素子によって、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい熱交換型換気装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明の親水性高分子化合物２とは、水分子に対して親和性の高い高分子化合物を示す。例えば、酸性基や塩基性基などの電子の偏りを持つ極性基などの親水性官能基を持つ高分子化合物が挙げられる。具体的には、後述する低分子有機化合物が少なくとも１種類重合することによって生成される親水性高分子化合物２である。

本発明の重合により親水性高分子化合物２となる少なくとも１種類の低分子有機化合物とは、分子内に重合反応に関与する官能基を持つ低分子有機化合物であって、分子内に親水性官能基を持つかあるいは重合することによって重合部位に親水性官能基が生じるものであり以下にその例を示す。

酸性基の官能基を備えた不飽和モノマーとして、例えばスルホン酸基を備えた不飽和モノマーであって、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、Ａｌｌｙｌｏｘｙ‐２‐ｈｙｄｒｏｘｙ‐１‐ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄなどやその塩および誘導体が挙げられる。また、例えばホスホン酸基を備えた不飽和モノマーであって、アリルホスホン酸、ビニルホスホン酸などやその塩および誘導体が挙げられる。さらに例えば２‐Ａｃｒｙｌａｍｉｄｏ‐２‐ｍｅｔｈｙｌ‐１‐ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］ジメチル（３‐スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド分子内塩、１‐（３‐スルホプロピル）‐２‐ビニルピリジニウムヒドロキシド分子内塩などのスルホン酸とアクリルアミドやメタクリルアミドなどとからなる有機低分子およびその誘導体が挙げられる。その他に、例えばカルボキシル基などの弱酸基を備えた不飽和モノマーであって、アクリル酸、メタクリル酸、メサコン酸などやその塩および誘導体が挙げられる。

塩基性の官能基を備えた不飽和モノマーとして、例えば、アリルアミン、アクリルアミド、メタクリルアミドなどの第一級アミンや、その塩および誘導体が挙げられる。また例えば、アクリル酸２‐（ジメチルアミノ）エチル、メタクリル酸２‐（ジメチルアミノ）エチル、メタクリル酸２‐（ジメチルアミノ）プロピル、アクリル酸３‐（ジメチルアミノ）プロピル、Ｎ‐［３‐（ジメチルアミノ）プロピル］メタクリルアミドなどの第二級アミン、第三級アミンやその塩および誘導体が挙げられる。さらに例えば、（３‐アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３、（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウムクロリド、［２‐（メタクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、トリメチルビニルアンモニウムブロミド、ジアリルジメチルアンモニウムクロリドなどの第四級アンモニウム塩類およびその誘導体が挙げられる。

また、ヒドロキシ基を含む不飽和モノマーが挙げられ、例えば、アリルアルコールやＮ‐（ヒドロキシメチル）アクリルアミド、Ｎ‐（ヒドロキシメチル）メタクリルアミド、メタクリル酸２‐ヒドロキシメチル、メタクリル酸２‐ヒドロキシエチル、アクリル酸２‐ヒドロキシエチル、１，２‐プロパンジオール１‐メタクリラート、１，２‐プロパンジオール１‐アクリラート、２，２′‐ジアリルビスフェノールＡ、エチレングリコールビニルエーテルなどが挙げられる。

さらに、エーテル結合やカルボニル基、メトキシ基、エステル結合、アミド結合５、ウレタン結合、イソシアネート基などの酸素原子を含む官能基を備えた不飽和モノマーが挙げられ、例えばアクリル酸メチルやＮ‐イソプロピルアクリルアミド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸２，２，２‐トリフルオロエチル、メタクリル酸シクロヘキシル、２，２，３，３‐テトラフルオロプロピルメタクリラート、メタクリル酸アリル、ｔｅｒｔ‐ブチルメタクリラート、ジウレタンジメタクリラート、アリルブチルエーテル、アリルエーテル、Ａｌｌｙｌｔｒｉｆｌｕｏｒｏａｃｅｔａｔｅ、Ｎ‐アリルカルバミン酸ｔｅｒｔ‐ブチル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、Ｎ‐メチル‐Ｎ‐ビニルアセトアミド、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート、３‐Ｉｓｏｐｒｏｐｅｎｙｌ‐α，α‐ｄｉｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚｙｌ ｉｓｏｃｙａｎａｔｅなどが挙げられる。

その他、シアノ基を含む不飽和モノマーや、窒素原子や酸素原子を環内に含む環状構造を備えた不飽和モノマーでもよく、例えば、アクリロニトリル、シアン化アリル、エチレンイミン、４‐アクリロイルモルホリン、ドデセニルコハク酸無水物、２‐Ｏｃｔｅｎ‐１‐ｙｌｓｕｃｃｉｎｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅ、Ｎ‐ビニルカプロラクタム、２‐イソプロペニル‐２‐オキサゾリン、Ｎ‐ビニルフタルイミド、２‐ビニルピリジン、４‐ビニルピリジン、１‐ビニル‐２‐ピロリジノンなどが挙げられる。

以上挙げた低分子有機化合物の中で特に好ましくは、分子内にウレタン結合、アミド結合５、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合と親水性官能基とを含むものであり、具体的には、２‐Ａｃｒｙｌａｍｉｄｏ‐２‐ｍｅｔｈｙｌ‐１‐ｐｒｏｐａｎｅｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］ジメチル（３‐スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド分子内塩、Ｎ‐［３‐（ジメチルアミノ）プロピル］メタクリルアミド、（３‐アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３、Ｎ‐（ヒドロキシメチル）アクリルアミド、Ｎ‐（ヒドロキシメチル）メタクリルアミド、Ｎ‐イソプロピルアクリルアミド、ジウレタンジメタクリラート、Ｎ‐アリルカルバミン酸ｔｅｒｔ‐ブチルが挙げられる。

なお、ここで前記の低分子有機化合物のほかに、架橋剤として分子内に２個以上の重合性二重結合を有する有機化合物や、ポリマー中の官能基と反応する基を分子内に２個以上有する有機化合物を用いても良い。架橋剤を用いることで、重合後の親水性高分子化合物２の吸湿性を調節することができ、またより水溶性の低いポリマーを得ることができる。特に後述するラジカル重合を用いる場合、分子内に２個以上の重合性二重結合を有する有機化合物を用いるのが好ましい。例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンジメタクリレート、トリメチロールプロパンジアクリレート、ジビニルベンゼン、ビスフェノールジメタクリレート、ビスフェノールジアクリレート、テトラアリルオキシエタン、トリアリルアミンなどが挙げられる。

これらの低分子有機化合物と、後述するような重合開始剤を用いることによって、親水性高分子化合物２を得ることができる。本発明で細孔内部にてモノマーを重合させる方法として、例えばラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合、開環重合を用いることができる。特にラジカル重合が好ましく、レドックス開始重合、熱開始重合、電子線や紫外線などを用いた光開始重合などが挙げられる。

熱開始重合、レドックス開始重合のラジカル重合開始剤として、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイドなどの過酸化物が挙げられる。また前記過酸化物と、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、チオ硫酸塩、ホルムアミジンスルフィン酸、アスコルビン酸などの還元剤とを組み合わせたレドックス開始剤が挙げられる。または２，２’−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスシアノ吉草酸などのアゾ系ラジカル重合開始剤が挙げられる。これらラジカル重合開始剤は、単独でも、二種類以上を併用してもよい。

光重合のラジカル重合開始剤として、例えば、ベンゾイン、ベンジル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、キノン、チオキサントン、チオアクリドンおよびこれらの誘導体などが挙げられる。

本発明の界面活性剤は、多孔質基材１と低分子有機化合物の溶液との親和性を高めるものであり、例えば、カチオン性界面活性剤やアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両面界面活性剤、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。

具体的には、カチオン性界面活性剤としてオクタデシルアミン酢酸塩などのアルキルアミン塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドなどの第四級アンモニウム塩類が挙げられる。

アニオン性界面活性剤としてステアリン酸ナトリウム石けんなどの脂肪酸塩、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸カリウムなどのアルキルリン酸塩が挙げられる。

ノニオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル、ソルビタンモノラウレートなどのソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。

両面界面活性剤として、ラウリルベタイン、ステアリルベタインなどのアルキルベタインが挙げられる。

また、フッ素系界面活性剤として、ペルフルオロアルキルカルボン酸、ペルフルオロアルキルスルホン酸などが挙げられる。

これら前記の薬品を溶媒へ溶解もしくは分散させ、多孔質基材１へ含浸もしくは塗布する溶液とするが、溶媒は水であっても有機溶媒であっても低分子有機化合物自体であってもよく、低分子有機化合物の溶解度の高いものを選択するとより好ましい。

本発明の多孔質基材１は、基材の両面を連通する通路を有するものであって、空隙率が５〜９５％、より好ましくは５０〜９５％のものである。空隙率が５％を下回ると、多孔質基材１の割合が大きくなりすぎて全熱交換素子用素材とした場合に透湿性能が不足してしまう。空隙率が９５％を上回ると、多孔質基材１の割合が小さくなりすぎて全熱交換素子用素材とした場合に強度が不足してしまう他、全熱交換素子内部が相対湿度で１００％近い湿潤条件や、結露が生じる条件の場合に親水性高分子化合物２部位が膨潤しすぎて全熱交換素子が変形してしまう恐れがある。また、平均細孔径が０．００１〜１００μｍ、より好ましくは０．０５〜５μｍであって、厚さが０．１〜２００μｍ、より好ましくは１〜６０μｍのものである。細孔径が０．００１μｍを下回ると、低分子有機化合物が多孔質基材１の細孔内に拡散しにくくなり、多孔質基材１内部に微細な空間が生じて水の移動抵抗となるため、全熱交換素子用素材として透湿性能が低下する。細孔径が１００μｍを上回ると、多孔質基材１内部に充填後の親水性高分子化合物２が、水の吸脱着によってその体積を変化させた場合に、多孔質基材１から抜け落ちてしまいガスバリア性が低下する可能性がある。また、多孔質基材１の厚みが０．１μｍを下回ると多孔質基材１の強度が低くなりすぎて全熱交換素子用素材とした場合に強度が不足してしまう。多孔質基材１の厚みが２００μｍを上回ると、水が多孔質基材１内部を通過する移動距離が長くなり、水の移動抵抗が増加するため、全熱交換素子用素材とした場合に透湿性能が不足してしまう。多孔質基材１の両面を連通する通路は直線的なものより、曲線部を備えているもしくは分岐しているか途中で孔径に変化を生じているなどの複雑な形状がより好ましい。これは、多孔質基材１の両面を連通する直線的な孔に親水性高分子化合物２を充填した場合、水の吸脱着によって親水性高分子化合物２がその体積を変化させた場合に、多孔質基材１から抜け落ちてしまいガスバリア性が低下する可能性があるためである。

多孔質基材１の材質は耐水性を備えていれば特に制限は無く、無機材料ではガラス、アルミナまたはシリカなどのセラミックスなどが挙げられる。また、有機材料では、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、麻、ポリエステル、ポリケトン、ポリアミド、エチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐六フッ化プロピレン共重合体などが挙げられる。形状はフィルム状のものや、不織布、織布など前記条件を満たすものであれば特に制限は無く、単一材料からなるものでも複合材料からなるものでも良い。特に親水性の多孔質基材１であるガラス、アルミナ、シリカ、ポリウレタン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、麻、ポリアミドなどが好ましい。

全熱交換素子用素材の作成方法は例えば、前記の低分子有機化合物として、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３と前記の架橋剤として、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドと前記の重合開始剤として、２，２’−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩と、前記の界面活性剤として、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを水に溶解し、水溶液を作成する。そして、多孔質基材１として例えば、ポリウレタン製の基材を前記水溶液内部に浸潤し、余分な水溶液を取り除いた後、加熱して作成することが挙げられる。

低分子有機化合物の溶液全体に対する質量分率は、好ましくは１０ｗｔ％〜９９．９９ｗｔ％であり、より好ましくは３０ｗｔ％〜９９．９９ｗｔ％である。１０ｗｔ％を下回ると、重合時に十分なモノマー濃度を得られない可能性がある。９９．９９ｗｔ％を上回ると、他の成分、界面活性剤や重合開始剤の濃度が不足し、多孔質基材１の内部に十分に充填できない可能性がある。

架橋剤を用いる場合、その溶液全体に対する質量分率は、好ましくは、０．０１ｗｔ％〜２０ｗｔ％である。０．０１ｗｔ％を下回ると架橋剤としての効果が十分に得られない可能性があり、２０ｗｔ％を上回ると、親水性高分子化合物２の網目構造がより細かくなるため水が移動しにくくなり、透湿性能が低下する可能性がある。

重合開始剤および界面活性剤の溶液全体に対する質量分率は、好ましくはそれぞれ、０．００１ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。この範囲を外れると、重合が不十分となる可能性がある他、多孔質基材１の内部を十分に充填できない可能性がある。

加熱温度および加熱時間または光強度および光照射時間は、重合開始剤ごとに任意のものを用いることが出来るが、例えば前記２，２’−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩を用いた場合、６０℃で１８時間などが好適である。

例えば前記のように、低分子有機化合物である［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３を界面活性剤であるドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムとともにポリウレタン製の多孔質基材１へ加えることによって、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３の分子サイズの小ささとドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの界面活性効果により、ポリウレタン製の多孔質基材１内部まで低分子有機化合物を充填して高分子化合物化することが可能になり、全熱交換素子用素材のガスバリア性を高めることができる。

重合開始剤として、例えば前記のようにラジカル重合開始剤の２，２’−アゾビス−（２−アミジノプロパン）二塩酸塩を用いた場合、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３はその分子内の二重結合が開裂し、他の分子の二重結合部位と結合していく。そのため、高分子化合物化した後は、炭化水素の主鎖に、アミド結合５で親水性の第四級アンモニウム塩基６を備える側鎖が多数結合している親水性高分子化合物２であるポリ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド４を得ることができる。前述したように内部まで低分子有機化合物を浸透させ、その後、高分子化することで、多孔質基材１の孔内部において親水性高分子化合物２の間に空隙が生じる可能性を抑制できるため、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

さらに、低分子有機化合物と重合開始剤を含む溶液を多孔質基材１へ加え、多孔質基材１内部で低分子有機化合物の重合を行なうことで、多孔質基材１内部の孔形状に沿った重合生成物を生じることができる。このため、全熱交換素子用素材のガスバリア性が高めることができる。

加えて多孔質基材１の孔と重合生成物の形状がお互いに干渉することで、重合生成物が抜け落ちにくく、ガスバリア性や透湿性が低下しにくいという効果を得ることができる。

さらに、例えば前記のように［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３を用いた場合、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３は親水性の分子であるが、重合後は分子量が増大し疎水性が強まるためポリ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド４は非水溶性となる。そのため結露に対して溶解しにくく、結露による劣化が抑制された全熱交換素子用素材を得ることができる。

またポリウレタン製の多孔質基材１を用いることで、親水性のウレタン結合が多数含まれているため、多孔質基材１自体の透湿性が高く、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

さらに前述のようにラジカル重合開始剤を用いることで、重合開始初期から分子量の大きな高分子化合物が生成されるため、分子サイズの大きな分子が生じやすくなり、親水性高分子化合物２の多孔質基材１からの脱落を抑制できる。また、前記［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３を用いた場合で例示したように、低分子有機化合物同士を炭素同士の共有結合によって重合することが可能であり、生成された共有結合は加水分解されないため、生成された親水性高分子化合物２が加水分解されにくい。これらのことから、高い耐水性能と空気のバリア性を備えた全熱交換素子用素材を得ることができる。

さらに、親水性高分子化合物２が立体的に凝集しやすいウレタン結合、アミド結合５、ウレア結合の少なくとも一つの結合を備えることで、親水性有機化合物に含まれるウレタン結合、アミド結合５、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合と、他のウレタン結合、アミド結合５、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合とが水素結合によってひきつけあう。例えば、前記のようにポリ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド４を用いた場合、［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド３由来のアミド結合５が、炭化水素の主鎖にぶら下がる形で側鎖として多数存在する。アミド結合５同士がその水素結合によってひきつけあうことで、その側鎖の先端に存在する第四級アンモニウム塩基６もまた、近い立体配置となる。他の部位は疎水性の炭化水素鎖となることから第四級アンモニウム塩基６同士も凝集しやすく、凝集しやすい親水性官能基同士が近い立体配置に来ることで、親水性官能基が凝集した部位ができ、水の通り道が生じる。その結果、透湿性が高まり、より透湿性の高い全熱交換素子用素材を得ることができる。

また、全熱交換素子用素材として、例えば前記のポリウレタン製の多孔質基材１と親水性高分子化合物２としてポリ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド４を用いた構成とすることで、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい全熱交換素子を得ることができる。

また、熱交換形換気装置として、前記構成の全熱交換素子を用いた構成としてもよい。

この構成により、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい全熱交換素子によって、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくい熱交換型換気装置を得ることができる。

なお、例えば多孔質基材１として、ポリテトラフルオロエチレンやエチレン‐テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン‐六フッ化プロピレン共重合体などのフッ素系基材を用いた場合、界面活性剤として前記フッ素系の界面活性剤を用いると、より強く界面活性効果が得られるため好ましい。

なお、例えば低分子有機化合物として、２，２′‐ジアリルビスフェノールＡなどの非水溶性薬剤を用いた場合、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの個々の薬剤に親和性の高いものを用いると好ましい。さらに、溶媒として水を用いる場合は前記界面活性剤の量を増やしてよく懸濁して用いてもよく、またはメタノールやジエチルエーテルなどの有機溶媒を用いて、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルなどの難水溶性の薬剤を用いても良い。

なお、多孔質基材１が薄い場合や光の透過性の高い素材を用いた場合、光重合開始剤を用いることで熱重合開始剤の場合に必要となる加熱乾燥炉が不要となるため、より少ないエネルギーで生産することが可能となり好適である。

本発明にかかる全熱交換素子用素材およびその素材を用いた全熱交換素子及びその素子を用いた熱交換形換気装置は、全熱交換効率が高く、結露によって性能劣化が生じにくいので、例えば室内の空気を排気する排気流と、室外の空気を室内へ給気する給気流との間で熱交換する熱交換形換気装置などとして有用である。

１ 多孔質基材
２ 親水性高分子化合物
３ ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド
４ ポリ［３‐（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド
５ アミド結合
６ 第四級アンモニウム塩基

Claims (6)

1. 仕切板を隔てて流される２気流間で、前記仕切板を介して潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子において、前記仕切板が、重合により親水性高分子化合物となる少なくとも１種類の低分子有機化合物と少なくとも１種類の重合開始剤と少なくとも１種類の界面活性剤との溶液を多孔質基材へ含浸もしくは塗布した後、熱または／および光を加えることによって生成されたことを特徴とする全熱交換素子用素材。
2. 多孔質基材として分子内にウレタン結合を備えたポリウレタン多孔質基材を用いた構成を特徴とする請求項１記載の全熱交換素子用素材。
3. 低分子有機化合物として、低分子有機化合物の重合後の親水性高分子化合物が分子内にウレタン結合、アミド結合、ウレア結合のうち少なくとも一つの結合と親水性官能基とを含む繰り返し単位を備えるような化合物を用いた構成を特徴とする請求項１または２に記載の全熱交換素子用素材。
4. 重合開始剤として、ラジカル重合開始剤を用いた構成を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の全熱交換素子用素材。
5. 全熱交換素子として、前記構成の全熱交換素子用素材を用いた構成を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の全熱交換素子。
6. 熱交換形換気装置として、前記構成の全熱交換素子を用いた構成を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換形換気装置。

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