JP2015178199A

JP2015178199A - 全熱交換素子用仕切部材およびその素材を用いた全熱交換素子および全熱交換形換気装置

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Publication number: JP2015178199A
Application number: JP2014055935A
Authority: JP
Inventors: 洋祐浜田; Yosuke Hamada
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: JP6387514B2

Abstract

【課題】本発明は、疎水性の極細繊維を用いることによって表面に細かい凹凸を形成し、撥水性と透湿性を両立する全熱交換素子用仕切部材を得て、室内外の温湿度差が大きな環境下であっても結露に強い全熱交換形換気装置を得ることを目的とするものである。
【解決手段】多孔質シートからなる基材部１８の両面に極細繊維部１７が積層されたものであって、極細繊維部１７が疎水性高分子からなることを特徴とする全熱交換素子用仕切部材１４とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、伝熱性と透湿性を有する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仕切板に用いた全熱交換素子、およびその全熱交換素子を用いた全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全熱交換形換気装置が知られている。

全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、熱交換素子用仕切部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、温度と同時に湿度の交換も行う全熱交換素子用の仕切部材に関しては、高い透湿性も合わせて有する必要がある。

また、寒冷地や熱帯地など室内外で温湿度差が大きな条件で使用する場合、素子内部に結露・結氷が発生するため、耐水性も必要である。

これらを実現するために、この種の全熱交換素子に用いる全熱交換素子用仕切部材は、以下のような構成となっていた。

すなわち、セルロースパルプと熱可塑性高分子のナノファイバーを含む構成となっていた。

例えば、これに類似する先行文献として下記特許文献１参照。

特開２０１０−２４８６８０号公報

上記従来例の課題は、セルロースパルプをベースに用いることにより、周囲の環境に応じてセルロースが吸湿することにある。上記寒冷地や熱帯地などの室内外で温湿度差が大きな条件で使用する場合、素子内部に結露・結氷が発生することでセルロースが水分を吸収し、膨張する。

全熱交換素子は全熱交換形換気装置に入れて用いられるため、製品ごとに一定のサイズが決められており、そのサイズ内に一定の面積の全熱交換素子用仕切部材が収められている。例えば、所定の間隔をおいて全熱交換素子用仕切部材が積層されている静置型熱交換素子では、決められたサイズに切られた全熱交換素子用仕切部材が樹脂枠または間隔板等に固定されており、風路を形成している。

ここで、セルロースが水分を吸収して膨張すると、固定された全熱交換素子用仕切部材が伸長し、風路をつぶす形で歪みやシワが生じる。そのため、全熱交換素子の通風抵抗が増加し、必要な換気量が得られなくなる恐れがあるという課題が存在した。

また、全熱交換素子に流れ込む空気は完全に均一な状態ではないため、全熱交換素子内部を流れる風量のバラつきから全熱交換素子内部での熱交換にも分布が生じている。室内外の温湿度条件差が大きい場合は、この熱交換が良い部分ほど結露が発生しやすくなるため、前述のように熱交換が良い部分から通風抵抗が増加し空気が流れなくなるため、結果として素子の熱交換効率が低下するという課題が存在した。

また、従来例では、セルロースパルプ内にナノファイバーを含むことにより、セルロースパルプの湿潤時の強度低下を抑制するするとあるが、セルロースパルプ間隙にナノファイバーを含んでいるため、セルロースの膨潤を抑制する効果は小さく、この構成で前記課題を解決することはできない。

さらにセルロースは親水性の材料のため、表面に結露が付着しやすい。このため、時間経過に従って結露が成長すると、結露が風路を閉塞し、前記のように換気量が低下し、熱交換効率も低下するという課題が存在した。

そこで本発明は、前記室内外の温湿度差の大きな条件下においても全熱交換素子の換気量の低下および熱交換効率の低下が抑制され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、全熱交換素子用仕切部材であって、基材となる多孔質シートの両面に極細繊維層を備え、前記極細繊維層が疎水性高分子からなることを特徴とするものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明は、全熱交換素子用仕切部材であって、基材となる多孔質シートの両面に極細繊維層を備え、前記極細繊維層が疎水性高分子からなることを特徴とするものであり、室内外の温湿度差の大きな条件下においても全熱交換素子の換気量の低下および熱交換効率の低下が抑制された熱交換形換気装置を得ることができるものである。

すなわち、本発明によれば、疎水性高分子からなる極細繊維層が強い撥水性を発揮することを利用したものであり、極細繊維層が結露をはじくことによって、全熱交換素子に通風する圧力のみで結露を排水することが可能となり、結露による換気量の低下および熱交換効率の低下を抑制することができる。

以下により詳細に説明する。極細繊維によって層を形成することにより、層の表面には無数の極細繊維による非常に細かい凹凸を形成することができる。さらに疎水性高分子からなる極細繊維を用いることでこの細かい凹凸が疎水性を帯び、凹凸が強い撥水性を示す状態となる。

この凹凸がその撥水性によって表面に付着した結露を球に近い形状に保つことにより、結露と全熱交換素子用仕切部材との摩擦を軽減し、全熱交換素子に流れる空気の圧力でも結露を移動させることができる。このため、結露による通風抵抗の増加が生じないため、全熱交換素子の通風抵抗の増加、あるいは全熱交換素子に流れる空気の偏りの悪化による熱交換効率の低下を抑制できる。

また、疎水性高分子からなる極細繊維層が多孔質シートを挟むことによって、多孔質シートと結露が直接接することを防ぐことができる。液状の結露水との接触を妨げることで、仮に多孔質シートが吸湿性の素材であったとしても、本来高湿環境下で多孔質シートが吸収する水分以上の水分を吸水することを抑制できるため、多孔質シートの吸水による変形を抑制することができる。そのうえ、極細繊維層を疎水性高分子で構成することによって、極細繊維層の吸湿による変形はほとんど生じず、極細繊維層が多孔質シートの変形を押さえ込むことで、多孔質シートの変形が抑制できる。

すなわち、前述のように全熱交換素子用仕切部材が吸湿によって変形し、通風抵抗が増加することで生じる換気量の低下と熱交換効率の低下を抑制できる。

さらに、極細繊維を用いることにより、上記効果のみならず、全熱交換素子にとって重要な透湿性能を向上させるという効果も得ることができる。すなわち、基材として多孔質シートを用いることにより、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出来るため、極細繊維層はガスバリア性と透湿性を備えていればよい。ガスバリア性を確保するためには、密に形成された層が必要であるが、極細繊維を用いることで、繊維の細さから、繊維間の空隙を小さくすることができるため、上記密に形成された層を得ることができる。さらに、同じく繊維が細いため、上記密に形成された層を薄くすることができ、高い透湿性能を得ることができる。その上、繊維径が細い繊維で構成されていることにより、細かい空隙を多数備えることができるため、毛細管現象により透湿性を高めることができる。

以上のことから、疎水性高分子からなる極細繊維層が強い撥水性を発揮することを利用したものであり、極細繊維層が結露をはじくことによって、全熱交換素子に通風する圧力のみで結露を排水することが可能となり、結露による換気量の低下および熱交換効率の低下を抑制することができ、熱交換効率の高い全熱交換形換気装置を得ることができる。

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を示す断面図

以下、本発明の一実施形態を説明する。

（実施の形態１）
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、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、ファン５を経由し、排気口７から屋外へと排出する。

また、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、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、前記全熱交換素子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。

冬季の場合、屋内空気１５は暖房や人の呼気などから湿気を含んだ状態であり、屋外空気１６は乾燥した状態となっている。全熱交換素子用仕切部材１４の両面を屋内空気１５と屋外空気１６がそれぞれ流れることで、全熱交換素子用仕切部材１４を介した熱伝達により、屋内空気１５の熱が屋外空気１６に伝えられる。また、全熱交換素子用仕切部材１４を介した湿気伝達により、屋内空気１５の水分が屋外空気１６に伝えられる。

本発明では、図５に断面を示したように、多孔質シートからなる基材部１８の両面に極細繊維部１７が積層されたものであって、極細繊維部１７が疎水性高分子からなる。極細繊維部１７の表面には無数の極細繊維１９による非常に細かい凹凸が形成される。さらに疎水性高分子からなる極細繊維１９を用いることでこの細かい凹凸が疎水性を帯び、凹凸が強い撥水性を示す状態となる。

この凹凸がその撥水性によって表面に付着した結露を球に近い形状に保つことにより、結露と全熱交換素子用仕切部材１４との摩擦を軽減し、全熱交換素子４に流れる空気の圧力で結露を移動させることができる。このため、結露による通風抵抗の増加が生じないため、全熱交換素子４の通風抵抗の増加、あるいは全熱交換素子４に流れる空気の偏りの悪化による熱交換効率の低下を抑制できる。

また、疎水性高分子からなる極細繊維部１７が基材部１８を挟むことによって、基材部１８と結露が直接接することを防ぐことができる。液状の結露水との接触を妨げることで、仮に基材部１８が吸湿性の素材であったとしても、本来高湿環境下で基材部１８が吸収する水分以上の水分を吸水することを抑制できるため、基材部１８の吸水による変形を抑制することができる。そのうえ、極細繊維部１７は疎水性高分子で構成されているため、極細繊維部１７の吸湿による変形はほとんど生じず、極細繊維部１７が基材部１８の変形を両面から押さえ込むことで、全熱交換素子用仕切部材１４の変形が抑制できる。

すなわち、全熱交換素子用仕切部材１４が吸湿によって変形し、通風抵抗が増加することで生じる換気量の低下と熱交換効率の低下を抑制できる。

さらに、極細繊維１９を用いることにより、上記効果のみならず、全熱交換素子４にとって重要な透湿性能を向上させるという効果も得ることができる。すなわち、基材部１８が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で、極細繊維部１７はガスバリア性と透湿性を備えていればよい。ガスバリア性を確保するためには、密に形成された層が必要であるが、極細繊維１９を用いることで、繊維の細さから、繊維間の空隙を小さくすることができるため、上記密に形成された層を得ることができる。さらに、同じく繊維が細いため、上記密に形成された層を薄くすることができ、高い透湿性能を得ることができる。その上、繊維径が細い繊維で構成されていることにより、細かい空隙を多数備えることができるため、毛細管現象により透湿性を高めることができる。

透湿性の向上は、屋外空気１６と屋内空気１５との間の水分の移動を促進するため、全熱交換素子４で生じる熱の移動に応じて水分を移動させることが可能となり、空気が露点以下に冷やされることによる結露の発生を抑制するという効果も得ることができる。

以上のことから、疎水性高分子からなる極細繊維部１７が強い撥水性を発揮することを利用し、極細繊維部１７が結露をはじくことによって、全熱交換素子４に通風する圧力のみで結露を排水することが可能となり、結露による換気量の低下および熱交換効率の低下を抑制することができ、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。

極細繊維部１７の厚みに関しては、基材部１８を覆うことができて、必要なガスバリア性と透湿性を得られる範囲であれば特に制限は無いが、好ましくは１５μｍから１μｍの範囲、さらに好ましくは、１０μｍから５μｍの範囲である。

また、極細繊維１９の繊維径が１００ｎｍから１５００ｎｍであることを特徴とする材料を用いてもよい。

この繊維径をもつことにより、繊維同士の重なりによって極細繊維部１７の表面にマイクロオーダーからナノオーダーの細かい凹凸が生じる。疎水性の極細繊維１９でこの凹凸を形成した場合、例えば水の接触角が１００°から１４０°となるような撥水性の強い表面を得ることができる。

さらに、この繊維径をもつことにより、極細繊維１９間の空隙を小さくでき、空隙に働く毛細管現象による透湿性の向上を図ることができる。

前記機能を得るための極細繊維部１７の空隙は、例えばパームポロシメータ等の測定器具を用いて測定される平均細孔径が０．１μｍから１０μｍの範囲が好ましく、さらに０．３μｍから５μｍの範囲がより好ましい。ただし、極細繊維１９の材質および断面形状によって特性は変化するため、必要なガスバリア性と透湿性を得られる範囲であれば上記範囲に限定されない。

また、極細繊維部１７の目付が０．５ｇ／ｍ²から１０ｇ／ｍ²であるものを用いてもよい。

極細繊維部１７の目付が０．５ｇ／ｍ²を下回ると、極細繊維１９が付着せずに基材部１８が露出する部位が生じる恐れがあり、不適である。また、目付が１０ｇ／ｍ²を上回ると、全熱交換素子用仕切部材１４としての透湿性が不足する恐れがある。好ましくは、１．０ｇ／ｍ²から５ｇ／ｍ²、さらに好ましくは２．０ｇ／ｍ²から４．０ｇ／ｍ²である。

また、基材部１８が熱可塑性樹脂を含む材質で構成されていてもよい。

基材部１８が熱可塑性樹脂を含むことで、基材部１８と極細繊維部１７を基材部１８の樹脂で熱溶着することが可能となる。基材部１８と極細繊維部１７とを接着する必要性は低いが、接着されることによって結露等の原因により全熱交換素子用仕切部材１４から極細繊維部１７が失われる危険性を下げることができるため、全熱交換素子用仕切部材１４の耐久性を向上させることができる。

この場合、基材部１８と極細繊維部１７を接着剤等により接着すると、接着剤が基材部１８や極細繊維部１７に浸みこむことで透湿抵抗となり、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能が低下する。しかし、基材部１８が熱可塑性樹脂を含む材質で構成され、基材部１８と極細繊維部１７を熱によって溶着することで、基材部１８と極細繊維部１７の接点で、両者を溶着することが可能となる。このことにより、基材部１８や極細繊維部１７の空隙が接着によって減少する危険性を低下させることができるため、透湿性が高く、耐久性のある全熱交換素子用仕切部材１４を得ることができる。

さらに、接着剤が表面に露出してしまうと、極細繊維部１７の撥水性が失われる恐れがあるため、基材部１８と極細繊維部１７の接点で溶着することにより、全熱交換素子用仕切部材１４の撥水性の低下を抑制することができる。

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、撥水性が高く、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、結露に強い全熱交換素子４を得ることが出来る。

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、結露に強く全熱交換効率の高い全熱交換形換気装置２を得ることが出来る。

なお、基材部１８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、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、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。

なお、基材部１８の厚みは、２５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、４０μｍ以上１００μｍ以下が特に好ましいがこれに制限されない。厚みが２５μｍ未満では、全熱交換素子用仕切部材１４として必要な強度が得られない恐れがあり、厚みが１５０μｍよりも大きくなると全熱交換素子用仕切部材１４として必要な透湿性能が得られない恐れがある。

なお、極細繊維１９の材質も、疎水性高分子からなるものであって、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、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。また、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出来る。

以上のように本実施形態にかかる全熱交換素子用仕切部材は、室内外の温湿度差が大きな環境であっても結露の影響を受けにくい全熱交換素子を提供するものであって、全熱交換形換気装置等に用いる全熱交換素子用仕切部材として有用である。

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ファン
６内気口
７排気口
８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極細繊維部
１８基材部
１９極細繊維

Claims

基材となる多孔質シートの両面に極細繊維層を備え、前記極細繊維層が疎水性高分子からなることを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。
極細繊維の繊維径が１００ｎｍから１５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の全熱交換素子用仕切部材。
極細繊維の目付が０．５ｇ／ｍ²から１０ｇ／ｍ²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。
基材に熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の全熱交換素子用仕切部材。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の全熱交換素子用仕切部材を用いた全熱交換素子。
請求項５に記載の全熱交換素子を用いた全熱交換形換気装置。