JP2015117898A

JP2015117898A - 全熱交換素子用仕切部材およびその全熱交換素子用仕切部材を用いた全熱交換素子および熱交換形換気装置

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Publication number: JP2015117898A
Application number: JP2013261973A
Authority: JP
Inventors: 将秀福本; Masahide Fukumoto
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: JP6340577B2

Abstract

【課題】全熱交換素子用仕切部材の透湿性能を高め、全熱交換形換気装置の全熱交換効率を向上する。
【解決手段】低分子化合物を多孔質基材１７内で重合して作成した透湿性物質を備える全熱交換素子用仕切部材において、透湿性物質の収縮による強度が異なる第一多孔質基材１９と第二多孔質基材２０の二種類の基材を貼り合わせた多孔質基材１７を有することを特徴とする全熱交換素子用仕切部材とした。
【選択図】図５

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）と高い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、全熱交換素子用仕切部材には、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では、図７に示すように、全熱交換器素子用素材に、複数の空孔部１０１を備える多孔質シート１０２の片方の表面１０３に非水溶性の親水性高分子化合物１０４の薄膜を形成した複合透湿膜を用いている。

特開平６−１９４０９３号公報

このような従来の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親水性高分子化合物が透湿性を備えている。

特許文献１の構成では、多孔質シートに親水性高分子化合物を含む水溶液を塗工してガスバリア性や透湿性を持たせている。しかし、多孔質シートに親水性高分子化合物を塗布しただけでは、表面が平滑となり、空気との接触面積が少なくなり、透湿性が不十分であるという課題が存在した。

そこで本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、透湿性能の高い全熱交換素子用仕切部材およびその仕切部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。

この目的を達成するために、本発明は、両面を流れる２気流間で潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子の全熱交換素子用仕切部材のうち、低分子化合物を多孔質基材内で重合して作成した透湿性物質を備える前記全熱交換素子用仕切部材において、前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なる第一多孔質基材と第二多孔質基材の二種類の基材を貼り合わせた前記多孔質基材をもつことを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。

本発明によれば、両面を流れる２気流間で潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子の全熱交換素子用仕切部材のうち、低分子化合物を多孔質基材内で重合して作成した透湿性物質を備える前記全熱交換素子用仕切部材において、前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なる第一多孔質基材と第二多孔質基材の二種類の基材を貼り合わせた前記多孔質基材をもつ構成とした。

前記多孔質基材内の低分子化合物は、重合反応により収縮して親水性の高分子化合物となる。前記第一多孔質基材と前記第二多孔質基材の前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なるため、重合反応により生じる前記透湿性物質の収縮の影響が前記第一多孔質基材と前記第二多孔質基材との間に差が生じる。例えば、前記第一多孔質基材の前記透湿性物質の収縮に対する強度より前記第二多孔質基材の前記透湿性物質の収縮に対する強度の方が弱い場合、重合後の前記第二多孔質基材は、前記透湿性物質の収縮により、圧縮応力が作用し、凹部を形成する。また、前記第二多孔質基材に圧縮応力が作用すると、それに伴い、前記第一多孔質基材には引張応力が作用し、凸部を形成する。このため、前記全熱交換素子用仕切部材の表面に凹凸が形成される。このため、全熱交換素子用仕切部材と空気の接触面積が増え、透湿性能を高めることができる。

そのため、全熱交換素子用仕切部材と空気の接触面積が増え、透湿性能を高めることができる。

本発明の実施の形態１にかかる全熱交換形換気装置の設置例を示す概要図同全熱交換形換気装置の構造を示す図同全熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す斜視図同全熱交換形換気装置の全熱交換素子を示す分解斜視図同全熱交換形換気装置の全熱交換素子用仕切部材の多孔質基材を示す概略断面図（ａ）重合前の全熱交換素子用仕切部材を示す概略断面図、（ｂ）重合後の全熱交換素子用仕切部材を示す概略断面図従来の全熱交換素子用仕切部材を示す概略断面図

本発明の請求項１記載の全熱交換素子用仕切部材は、両面を流れる２気流間で潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子の全熱交換素子用仕切部材のうち、低分子化合物を多孔質基材内で重合して作成した透湿性物質を備える前記全熱交換素子用仕切部材において、前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なる第一多孔質基材と第二多孔質基材の二種類の基材を貼り合わせた前記多孔質基材をもつことを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。

前記多孔質基材内の低分子化合物は、重合反応により収縮して親水性の高分子化合物となるが、この構成により、前記第一多孔質基材と前記第二多孔質前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なるため、重合反応により生じる収縮の影響が前記第一多孔質基材と前記第二多孔質基材との間に差が生じ、凹凸が形成される。そのため、全熱交換素子用仕切部材と空気の接触面積が増え、透湿性能を高めることができる。

また、前記第一多孔質基材の繊維径が３μｍから１０μｍで、平均孔径が１０μｍ以上５０μｍ以下で、厚みが２０μｍ以上５０μｍ以下の細繊維層であり、前記第二多孔質基材２０の繊維径が０．１μｍから３μｍで、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下で厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の極細繊維層とする構成としてもよい。

この構成にすることで、前記細繊維層により、前記全熱交換素子用仕切部材に必要な強度を確保することができる。そのため、前記極細繊維層は繊維径を細くして、薄く形成することができる。その上、繊維径が細いことにより、毛細管力により前記透湿性物質を極細繊維層に集めることができ、透湿性物質の含有量を高めることができる。このため、全熱交換素子用仕切部材の強度を保ちつつ透湿性能を高めることができる。

また、前記透湿性物質として第四級アンモニウム基を備えた薬剤を用いてもよい。

この構成により、第四級アンモニウム基は電荷の偏りが大きく、水分子と水素結合を作らないという特徴があるため、水の吸放湿性が高い。このため、前記全熱交換素子用仕切部材の透湿性能を高めることができる。

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

この構成により、透湿性能の高い全熱交換素子用仕切部材によって、全熱交換効率が高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）
図１において、家１の屋内に全熱交換形換気装置２が設置されている。

例として日本の冬季を挙げると、屋内からの空気を、黒色矢印のごとく、全熱交換形換気装置２を介して屋外に放出する。

また、屋外の空気は、白色矢印のごとく、全熱交換形換気装置２を介して室内にとり入れる。

そして、このことにより換気を行うとともに、この換気時に、屋内空気の熱を屋外空気へと伝達し、不用意な熱の放出を抑制しているのである。

全熱交換形換気装置２は図２に示すように、本体ケース３に全熱交換素子４を配置し、屋内空気ファン５を駆動することで、屋内空気を内気口６から吸い込み、全熱交換素子４、屋内空気ファン５を経由し、排気口７から屋外へと排出する。

また、屋外空気ファン８を駆動することで、屋外空気を外気口９から吸い込み、全熱交換素子４、屋外空気ファン８を経由し、給気口１０から屋内へと取り入れる構成となっている。

また、全熱交換素子４は、図３、図４に示すように、枠体１１の矩形開口部に全熱交換素子用仕切部材１４を装着したものを、屋内空気風路リブ１２および屋外空気風路リブ１３を交互に挟んで所定間隔で配置し、隣接する枠体１１間に上述した屋内空気１５、次に隣接する枠体１１間に上述した屋外空気１６を流すことで、熱交換を行わせる構造となっている。

本発明では、低分子化合物を多孔質基材１７内で重合して作成した透湿性物質１８を備える全熱交換素子用仕切部材１４において、図５の断面も示したように、透湿性物質１８の収縮に対する強度が異なる第一多孔質基材１９と第二多孔質基材２０の二種類の基材を貼り合わせた多孔質基材１７を有する構成とした。第一多孔質基材１９には第一空隙部２１を有し、第二多孔質基材２０には第二空隙部２２を有しており、第一多孔質基材１９と第二多孔質基材２０は接着部２３を接点として接着されている。

重合前の全熱交換素子用仕切部材１４は、図６（ａ）に示すように、第一多孔質基材１９の第一空隙部２１と第二多孔質基材２０の第二空隙部２２に、重合後に透湿性物質１８となる低分子有機化合物と重合開始材と界面活性剤との溶液を含浸させる。重合前の透湿性物質１８は熱または／および光を加えると、低分子化合物が重合反応により収縮して水不溶化の親水性高分子化合物となる。例えば、第一多孔質基材１９の透湿性物質１８の収縮に対する強度より第二多孔質基材２０の透湿性物質１８の収縮に対する強度の方が弱い場合、重合後の全熱交換素子用仕切部材１４は、図６（ｂ）に示すように、第二多孔質基材２０は凹部を形成し、第一多孔質基材１９には凸部を形成する。これは、透湿性物質１８が収縮することにより圧縮応力が作用し、第二多孔質基材２０の透湿性物質１８の収縮に対する強度が弱いため、圧縮応力に応じた凹部を形成する。また、第二多孔質基材２０に圧縮応力が作用すると、それに対して第一多孔質基材１９には引張応力が作用し、凸部を形成する。このため、全熱交換素子用仕切部材１４表面に圧縮応力や引張応力に応じた凹凸が形成される。このため、全熱交換素子用仕切部材１４と空気の接触面積が増え、透湿性能を高めることができる。

また、第一多孔質基材１９は、繊維径が３μｍから１０μｍで、平均孔径が１０μｍ以上５０μｍ以下で、厚みが２０μｍ以上５０μｍ以下の細繊維層であり、第二多孔質基材２０は、繊維径が０．１μｍから３μｍで、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下で厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の極細繊維層で構成されたものを用いてもよい。

このような構成とすることで、細繊維層の繊維より極細繊維層の繊維の方が細い繊維径であるから、極細繊維層の方が細繊維層より収縮に対する強度が弱いので、重合時に全熱交換素子用仕切部材１４の表面に凹凸を形成することができる。

第一多孔質基材１９の細繊維層により、全熱交換素子用仕切部材１４に必要な強度を確保することができる。そのため、第二多孔質基材２０の極細繊維層は繊維径を細くして、薄く形成することができる。その上、繊維径が細いことにより、毛細管力により透湿性物質１８を極細繊維層に集めることができ、透湿性物質１８の含有量を高めることができる。このため、全熱交換素子用仕切部材１４の強度を保ちつつ透湿性能を高めることができる。

第一多孔質基材１９の細繊維層の繊維径は、３μｍを下回ると、単繊維の強度が低く、補強材としての強度が不十分となり、１０μｍ以上であると、第一多孔質基材１９の厚みが厚くなり、透湿性能が低下するので、好ましくない。

第二多孔質基材２０の極細繊維層の平均孔径が１０μｍ以下であることにより、透湿性物質１８が極細繊維層に絡まることで、透湿性物質１８の脱落を抑制でき、全熱交換素子用仕切部材１４としてのガスバリア性を担保することができる。ただし、平均孔径が０．０１μｍ未満であると、収縮に対する強度が弱くなりすぎて、透湿性物質１８にひび割れが生じ、全熱交換素子用仕切部材１４としてのガスバリア性を担保できなくなる恐れがある。また、厚みが０．５μｍ未満であると、部分的なピンホールが生じやすくなり、全熱交換素子用仕切部材１４としてのガスバリア性が担保できなくなる恐れが有る。

また、透湿性物質１８として、第四級アンモニウム基を備えた薬剤を用いてもよい。

第四級アンモニウム基は電荷の偏りが大きく、水分子と水素結合を作らないという特徴があるため、水の吸放湿性が高い。このため、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を上げることができる。

また、全熱交換素子４に、前記構成の全熱交換素子用仕切部材１４を用いた構成としてもよい。

この構成により、透湿性能の高い全熱交換素子用仕切部材１４を用いることにより、潜熱交換効率の高い全熱交換素子４を得ることができる。

また、全熱交換形換気装置２に、前記構成の全熱交換素子４を用いた構成としてもよい。

この構成により、潜熱交換効率の高い全熱交換素子４を用いることにより、全熱交換効率の高い全熱交換形換気装置２を得ることができる。

なお、第一多孔質基材１９としては、多孔質シートであれば特に制限されないが、例えば不織布、プラスチックフィルム、織布が挙げられる。材質としては、耐水性のある材料が好ましく、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアクリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。

なお、第二多孔質基材２０の材質も、耐水性のある材料が好ましく、上記第一多孔質基材１９と同じ材料を用いることができる。また、前述したように第二多孔質基材２０を極細繊維層で構成する場合、その極細繊維層の製造方法としては、メルトブローン法、静電紡糸法等が挙げられるがこれに限らず既知の手法を用いることができる。

なお、透湿性物質１８としては、親水性の官能基を備えた高分子が好ましく、例えば、水酸基、スルホン基、エステル結合、ウレタン結合、カルボキシル基、カルボ基、リン酸基、アミノ基、第四級アンモニウム基等が挙げられる。特に前述のように第四級アンモニウム基は吸放質性が高く好ましい。

なお、透湿性物質１８を重合するときに、親水性の有機低分子化合物の他に、重合部位を複数持つ有機化合物を架橋材として添加してもよい。添加することにより、重合後の有機高分子化合物の耐水性が高まるほか、全熱交換素子用仕切部材１４の強度の向上、吸水による膨潤の抑制効果を得ることができ、好適である。

なお、透湿性物質１８を重合させる方法としては、ラジカル重合、イオン重合、開環重合等が挙げられ、特に分子量の急激な増大を伴うラジカル重合が好適である。これは、分子量が急激に増大することにより、重合後の高分子化合物が第二多孔質基材２０の極細繊維層に留まり易く、均一な全熱交換素子用仕切部材１４を形成しやすいためである。ラジカル重合方法としては、既知の手法を用いることができ、例えば熱や紫外線、放射線を用いた重合を行うことができる。特に放射線を用いた場合、透湿性物質１８と第二多孔質基材２０の極細繊維層とを結合することも可能となるため、耐水性が向上し、より好適である。

本発明にかかる全熱交換素子用仕切部材およびその仕切部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、ガスバリア性が劣化しにくく全熱交換効率が高いので、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家
２全熱交換形換気装置
３本体ケース
４全熱交換素子
５屋内空気ファン
６内気口
７排気口
８屋外空気ファン
９外気口
１０給気口
１１枠体
１２屋内空気風路リブ
１３屋外空気風路リブ
１４全熱交換素子用仕切部材
１５屋内空気
１６屋外空気
１７多孔質基材
１８透湿性物質
１９第一多孔質基材
２０第二多孔質基材
２１第一空隙部
２２第二空隙部
２３接着部

Claims

両面を流れる２気流間で潜熱と顕熱を交換させる全熱交換素子の全熱交換素子用仕切部材のうち、低分子化合物を多孔質基材内で重合して作成した透湿性物質を備える前記全熱交換素子用仕切部材において、低分子化合物を多孔質基材内で重合して作成した透湿性物質を備える全熱交換素子用仕切部材において、前記透湿性物質の収縮に対する強度が異なる第一多孔質基材と第二多孔質基材の二種類の基材を貼り合わせた前記多孔質基材を持つことを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。
前記第一多孔質基材の繊維径が３μｍから１０μｍで、平均孔径が１０μｍ以上５０μｍ以下で、厚みが２０μｍ以上５０μｍ以下の細繊維層であり、前記第二多孔質基材２０の繊維径が０．１μｍから３μｍで、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下で厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の極細繊維層であることを特徴とする請求項１に記載の全熱交換素子用仕切部材。
前記透湿性物質が、第四級アンモニウム基を含む薬剤であること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仕切部材。
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仕切板部材を用いた全熱交換素子。
請求項４に記載の全熱交換素子を用いた熱交換形換気装置。