JP2013226551A - 全熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】光化学オキシダント発生時に換気ができないという問題を解決可能な全熱交換器を提供する。
【解決手段】ハニカム体を構成するシート材に湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持し、このハニカム体によって全熱交換するようにした。本発明の全熱交換器は上記の如く構成したので、外気ＯＡと室内空気ＲＡとの間で全熱交換を行いながら換気をすることができ、また換気に伴い外気に含まれるオゾンを分解することが可能になった。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば回転型や静止型などの全熱交換器に関するもので、特に 光化学オキシダント発生時に換気ができないという問題を解決可能なものを提供するものである。

室内に人が居ると、室内空気の二酸化炭素量が次第に増加し、換気の必要が生じる。全熱交換器は室内空気を換気する際に、室内空気と外気との間で、顕熱と潜熱とを同時に交換し、換気に伴うエネルギーロスを無くすもので、省エネルギー効果が高くなるため急速に普及している。 しかしながら、外気中に人体に有害な物質がある場合に換気を行うと二酸化炭素の問題は解消するものの上記のような有害物質が外気の供給に伴って、室内に入るという問題がある。

このために例えば、特許文献１に記載のように外気中の有害物質を除去した上で室内に供給する技術が開発された。このような物は、外気にオゾンを与えて外気中の有機ガスを分解したり、外気中のウィルスや細菌を殺すようにしている。そして供給したオゾンは、強力なオゾンフィルターによって完全に除去した上で室内に外気を供給するようにしている。

特開２００５−２９６９００号公報

ヒト１人が１時間に必要な換気量は約３０ｍ3であり、例えば１０人の収容能力のある部屋で３００ｍ3毎時の換気が必要である。このような量の空気を上記のように処理するには大容量のオゾン発生器、オゾンフィルターおよびそれに対応するブロア等が必要であり、コストや運転に必要なエネルギーを考えると、このような設備を全ての部屋に設置するのは現実的ではない。

一方、光化学オキシダントは、大気に放出された揮発性有機化合物ガスや窒素酸化物が太陽光の紫外線による光化学反応で発生し、オゾンやアルデヒドなどの人体に有害な物質が生成されるもので、主成分はオゾンである。

ここで有害物質について検討すると、光化学オキシダントはその主成分であるオゾン濃度で計測管理され、日本の環境基準（１時間値）ではオゾン濃度は０．０６ppmであり、これ以下の濃度であると安全といえる。逆に注意報が発せされる濃度は０．１２ppmで、警報が発せられる濃度は０．２４ppmである。

このような観点から、オゾン濃度を０．１２〜０．２４ppmから０．０６ppm以下にすると安全であると言える。つまり外気が警報を発せられている状態であっても、オゾン濃度を１／４以下にするとよい。

本発明は簡単な構造で、かつ特段のエネルギー消費もなくオゾン濃度を下げながら換気が可能で、かつ換気に伴う熱エネルギーの回収も可能な全熱交換器を提供しようとするものである。

本件発明は以上のような課題を解決するため、ハニカム体を構成するシート材に湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持し、このハニカム体によって全熱交換するようにした。

本発明の全熱交換器は上記の如く構成したので、外気と室内空気との間で全熱交換を行いながら換気をすることができ、また換気に伴い外気に含まれる光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解することが可能な全熱交換器を提供することができる。

オゾン分解触媒として鉄系のもの或いはマンガン系のものを用いると、これらの物質は元々人体に必須なミネラル成分であり、多量の摂取以外には害がないため安全である。

さらにマンガンでイオン交換したゼオライトを吸湿剤として用いると、吸湿剤そのものにオゾンの分解機能を付加することができ、全熱交換器の製造に際して吸湿剤と触媒との２種の機能材を用いる必要がなく、製造が簡単になる。特にオゾンの水への溶解度は酸素よりも１０倍程度高いため、吸湿剤への吸着量も多く、触媒による分解効果が高くなる。

本発明の回転型全熱交換器の実施例を示す斜視図である。 本発明の静止型全熱交換器の実施例を示す斜視図である。 本発明の回転型全熱交換器の実施例１における製造方法を示すフローチャートである。 本発明の回転型全熱交換器の実施例１における製造方法を示す側面図である。

本発明の請求項１に記載の発明は、シート材によって構成したハニカムロータに湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持したため、外気と室内空気との間で全熱交換を行いながら、外気中に含まれるオゾンを分解しながら室内に供給できるという作用を有する。

以下本発明の全熱交換器の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は回転型全熱交換器である全熱交換ロータ１の斜視図であり、コルゲート加工されたアルミニウムシートと平たいアルミニウムシートとを重ねて巻き、ハニカム状にしたものである。

この全熱交換ロータ１を２つのゾーンに分割し、回転させながらそれぞれのゾーンに外気（以下「ＯＡ」と書く）と室内還気（以下「ＲＡ」と書く）とを通すと、それぞれの空気の間で顕熱と潜熱の両方が同時に交換され、ＯＡは供給空気（以下「ＳＡ」と書く）となって室内に供給され、ＲＡは排気（以下「ＥＡ」と書く）となって室外へ放出される。この技術は公知であるので、詳細な説明は省略する。

このような全熱交換ロータ１の製造方法を以下図３および図４に沿って説明する。図４の２および３は、それぞれ材料であるアルミニウムシート４，５を巻いたロールである。ここでアルミニウムシートとしては厚さが２５〜５０μｍ程度のものが好ましい。

容器６，７それぞれにＥＶＡ系エマルジョン接着剤（エチレン−酢酸ビニル共重合体系のエマルジョン接着剤）８、９を満たし、この中にアルミニウムシート４，５を通す。これによってアルミニウムシート４，５の両面にＥＶＡ系エマルジョン接着剤が塗布される。この状態は図３のステップＡに相当する。

このＥＶＡ系エマルジョン接着剤が乾燥する前に、アルミニウムシート４，５の両面にノズル１０〜１３を設け、このノズル１０〜１３からイオン交換樹脂を粉砕した微粒子を吹き付ける。これによってアルミニウムシート４，５の両面にイオン交換樹脂の微粒子が担持される。この状態は図３のステップＢに相当する。

このようにして両面にイオン交換樹脂の微粒子が担持されたアルミニウムシート４，５をコルゲート・マシン１３に送り、一方のアルミニウムシート４を波付け（コルゲート）加工し、他方の平状のアルミニウムシート５と互いに接着する。この状態は図３のステップＣに相当する。

これによって片側が波付けされた片波成型体シート１４となり、これを巻付けてハニカム体１５を作る。この状態は図３のステップＤに相当する。

この後で、マンガン系オゾン分解触媒（例えば、ズードケミ触媒株式会社製MN-280A)８部を分散したスラリーにディッピングして、オゾン分解触媒をハニカム体１５に担持する。この状態は図３のステップＥに相当する。

次にハニカム体１５の外周に保護用の金属板を巻きつけたり、必要に応じてハニカム面を研磨して全熱交換ロータを完成する。この状態は図３のステップＦに相当する。

以上のようにして完成された全熱交換ロータ１の作用について以下説明を行う。図１に示すように全熱交換ロータ１を２つのゾーンに分割するとともにモータ（図示せず）によって回転させながら、外気ＯＡを通過させて室内に供給空気ＳＡとして送る。また室内からの還気ＲＡを他方のゾーンに通過させて、排気ＥＡとして大気放出する。

以上の動作によって室内空気と外気との間で顕熱とともに潜熱も交換され、換気に伴うエネルギーロスが７０％程度回収できる。そして、外気にオゾンが含まれていた場合、オゾンはオゾン分解触媒によって分解され、濃度が下がった状態で室内に供給される。

この実施例で使用した湿気吸着剤はイオン交換樹脂であり、イオン交換樹脂は湿気を吸着すると、架橋力に抗して水分が内部に浸透して行く。つまりイオン交換樹脂の粒子の中に、水分が溶液の状態になって浸透する。この際にオゾンの水への溶解度は酸素よりも１０倍程度高いため、吸湿剤への吸着量も多くなる。

オゾン分解触媒は、イオン交換樹脂粒子をアルミニウムシートに担持した状態でディッピングして担持されたものであり、イオン交換樹脂粒子の表面に付着している。つまりオゾンが湿気とともにイオン交換樹脂粒子に出入りするため、その出入りの際にオゾン分解触媒に触れ、触媒による分解効果が高くなる。イオン交換樹脂に換えてシリカゲルやゼオライト、活性アルミナ等の微粒子を吹き付けて製作したものでも、オゾン分解触媒を分散したスラリーにディッピング担持することで、同様の効果が得られる。

次に本発明の実施例２について説明する。実施例２のものは湿気吸着剤としてイオン交換樹脂に代えて、ゼオライト４Ａをマンガンでイオン交換したものを用いる。

実施例２の製造に際しては、酢酸ビニル系接着剤５倍液にゼオライト４Ａ２０部と、ゼオライト４Ａをマンガンでイオン交換したゼオライト１５部を入れてスラリーを調整後、厚さ３０μｍのアルミニウムシート４，５をそのスラリー中に通してアルミニウムシート４，５の両面にゼオライトを担持したものである。

つまり実施例１を示す図３のステップＢを除き、ステップＡでＥＶＡ系接着剤に代えてスラリーにすることで実現可能である。図４にあっては、ノズル１０〜１３が不要で、容器６，７それぞれにスラリーを入れることによって実現可能である。

このようにして作られた全熱交換ロータ１は、顕熱交換に際して湿気がゼオライト４Ａに吸着される。またゼオライト４Ａをマンガンでイオン交換したものにオゾンの分子が触れたり近接した場合に、その中に吸着される。そしてオゾン分子は分解され、酸素分子となってゼオライトから放出される。

次に本発明の実施例３について説明する。以上の実施例２では前もってイオン交換したゼオライトでスラリーを作ったが、この実施例ではゼオライトを担持させた後にイオン交換する。

アクリル系接着剤５倍液にゼオライト４Ａ４０部を混合してスラリーを調整し、このスラリーに上記実施例２と同様の方法で、厚さ３０μｍのアルミニウムシート４，５にコーティングし、乾燥する。

このようにして作られたアルミニウムシート４、５をコルゲート加工し、巻き付け加工して全熱交換ロータ１を作成する。そしてその後、酢酸マンガン２０％水溶液に浸漬してゼオライトのＮａイオンをＭｎにイオン交換し、水洗乾燥して全熱交換ロータ１を完成する。

この全熱交換ロータ１はアルミニウムシート４，５の表面に担持されたゼオラ
イト４ＡがＭｎイオンを有するため、湿気吸着剤として機能するとともにオゾン分解触媒として機能する。またゼオライト３Ａ、５Ａでも４Ａと同じＡ型の結晶構造であるため、同様にゼオライトのＫイオンまたはＣａイオンをＭｎにイオン交換し、同じ効果を得ることができる。さらにＸ型ゼオライトやその他Ｍｎとイオン交換可能なゼオライトであれば何れも同様に用いることが出来る。

次に本発明の実施例４について説明する。この実施例４は静止型全熱交換器と呼ばれる形式のもので、図２に示されるものである。これはコルゲート加工され、片波成型体となったシートと平板状シートとが交互に積層され、１層毎に片波成型体の方向を９０度乃至所定の角度異ならせて積層したものである。

この静止型全熱交換器は回転型全熱交換器と異なり、平板状シートとしては一方の面から他方の面に湿気を移動するもの、例えば紙を用いる。この紙として、上記実施例２で示したマンガンイオンでイオン交換したゼオライト４Ａを、漉き込みしたものを用いることができる。またオゾン分解性を有する活性炭粉末を抄き込みした物でもよい。

或いは酢酸ビニル系接着剤５倍液にイオン交換したゼオライト４Ａを分散したスラリーに浸漬コーティングした紙や不織布を用いることができる。

さらに静止型全熱交換器のコルゲートシートとしては、透湿性は不要のため基本的に何でも使用することができ、例えばコストや廃棄時の処理を考慮してポリプロピレンシート（以下「ＰＰシート」と書く）を用いることができる。

ＰＰシートをコルゲート加工したものを酢酸ビニル系接着剤５倍液にイオン交換したゼオライト４Ａを分散したスラリーに浸漬し、不織布の平板状シートと積層してもよい。

以上の実施例では、マンガンでゼオライト４Ａのイオン交換をする例を示したが、鉄でゼオライト４Ａのイオン交換をしてもよい。或いは鉄系オゾン分解触媒、又はオゾン分解性のある活性炭粉末を分散したスラリーに、全熱交換器素子をディッピングしてもよい。

本発明は外気にオゾンが含まれていた場合に、そのオゾンを分解しながら室内に空気を供給することが可能な全熱交換器を提供する。

１ 全熱交換ロータ
２，３ ロール
４，５ アルミニウムシート
６．７ 容器
８，９ ＥＶＡ系エマルジョン接着剤
１０〜１３ ノズル
１４ 片波成型体シート
１５ ハニカム体

Claims (3)

1. 接着剤と湿気吸着剤の粒子とオゾン分解機能を付加するようにイオン交換した湿気吸着剤の粒子とを混合したスラリー中にシート材を通して前記２種の湿気吸着剤を担持し、前記シート材をコルゲート加工し、当該コルゲート加工されたシート材と平板状前記シート材とを重ねて巻回してハニカム体を構成することを特徴とする全熱交換器用ハニカム吸着体の製造方法。
2. 接着剤に湿気吸着剤の粒子を混合したスラリー中にシート材を通して湿気吸着剤を担持し、前記シート材をコルゲート加工し、当該コルゲート加工されたシート材と平板状前記シート材とを重ねて巻回してハニカム体を構成し、オゾン分解機能を付加するようにイオン交換可能な水溶液に、前記ハニカム体を浸漬し、前記湿気吸着剤のイオンを、オゾン分解機能を付加するようにイオン交換することを特徴とする全熱交換器用ハニカム吸着体の製造方法。
3. 前記イオン交換するイオンがＭｎイオンである請求項１、請求項２記載の全熱交換器用ハニカム吸着体の製造方法。

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