JP2019167653A

JP2019167653A - 無孔質全熱交換素子用紙

Info

Publication number: JP2019167653A
Application number: JP2018056779A
Authority: JP
Inventors: 邦弘田辺; Kunihiro Tanabe; 松岡　昌伸; Masanobu Matsuoka; 昌伸松岡
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03

Abstract

【課題】本発明の課題は、熱伝導性、透湿性、気体遮蔽性に優れた無孔質全熱交換素子用紙を提供することである。【解決手段】ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤を含有することを特徴とする無孔質全熱交換素子用紙。【選択図】なし

Description

本発明は、新鮮な外気を供給すると共に室内の汚れた空気を排出する際に顕熱（温度）と潜熱（湿度）の熱交換を行う全熱交換器の全熱交換素子に使用される全熱交換素子用紙において、熱交換性が良好で、且つ給排気の混合が少ない無孔質全熱交換素子用紙に関する。

新鮮な外気を供給すると共に室内の汚れた空気を排出する際に熱交換を行う空気対空気の熱交換器において、顕熱（温度）と共に潜熱（湿度）の熱交換も行う全熱交換器の全熱交換素子には熱伝導性と透湿性を両方有する必要がある。そこで、所謂、全熱交換素子用紙としては、例えば、セルロース繊維を主体とする多孔質の原紙（和紙、クラフト紙等）に吸湿剤、目止め剤（ポリビニルアルコール等）を添加して透湿性、ガスバリア性を付与したものや、セルロース繊維の叩解を進めて高度にフィブリル化した繊維を用いて抄紙を行い、その後、スーパーカレンダーなどの加圧処理を行って、ガスバリア性を高めたもの等が用いられる。

特許文献１では、セルロースパルプと繊維径が５００ｎｍ以下の熱可塑性高分子のナノファイバーとを含むことを特徴とする全熱交換用原紙が提案されている。ナノファイバーを用いることにより、気体遮蔽性の良化は見込めるが、熱伝導性には大きな影響が無いため、顕熱（温度）の熱交換効率を高めるには更なる改良が必要な問題点があった。

特許文献２では、疎水性合成繊維からなる繊維シートの表裏両面に熱伝導性の金属又は金属化合物を蒸着し、シートの表面及び裏面に露出する繊維表面がそれぞれ金属又は金属化合物からなる蒸着膜で被覆されていることを特徴とする全熱交換器用熱交換膜が提案されている。熱伝導性の金属類を蒸着させることにより、熱伝導性は良化し、顕熱（温度）の熱交換効率を高めることはできるが、金属の蒸着膜で被覆されていることから、潜熱（湿度）の交換効率は劣り、結果、全熱交換効率が大きく劣る問題点があった。

特許第５６７８４４３号公報特開２００６−２８３９９５号公報

本発明の課題は、全熱交換効率、遮蔽性に優れた全熱交換素子を作るために、熱伝導性、透湿性、気体遮蔽性に優れた無孔質全熱交換素子用紙を提供することである。

上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記発明を見出した。

（１）ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤とを含有することを特徴とする無孔質全熱交換素子用紙。

（２）前記（１）に記載の無孔質全熱交換素子用紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。

本発明の無孔質全熱交換素子用紙は、ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤を含有しているため、熱伝導性、透湿性、気体遮蔽性に優れた良好な無孔質全熱交換素子用紙を得ることができる。

本発明の無孔質全熱交換素子用紙は、ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度（以下、「ショッパー・リーグラ法のろ水度」と略記する場合がある）が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤を含有することを特徴とする。

本発明における無孔質全熱交換素子用紙とは、高度に叩解処理されたセルロースパルプを用いることを必須とし、実質的に無孔質であるかのような特性を持つ全熱交換素子用紙である。具体的には、本発明の無孔質全熱交換素子用紙は、ショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプを含み、ＪＩＳＰ８１１７で規定される王研式透気抵抗度にて、好ましくは５，０００秒以上の値を示す全熱交換素子用紙である。本発明において、叩解したセルロースパルプにおけるショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ未満の場合、透気抵抗度は５，０００秒未満となり易く、得られる全熱交換素子用紙は熱伝導性、気体遮蔽性が劣るため、実質的に無孔質とは言えないものとなる。

本発明におけるセルロースパルプの原料としてはＮＢＫＰ、ＬＢＫＰ、ＮＢＳＰ、ＬＢＳＰ、ＮＵＫＰ等が挙げられる。これらを単独で使用しても良いし、目的に応じて数種類混合して使用しても良い。

本発明におけるセルロースパルプはダブルディスクリファイナー、デラックスファイナー、ジョルダン等の叩解機により、ショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ以上になるまで叩解される。

本発明において、無孔質全熱交換素子用紙が炭素繊維を含むことにより、用紙の熱伝導性が改善され、顕熱（温度）の熱交換効率を高め、結果、全熱交換効率を良化することができる。

本発明における炭素繊維としては、ポリアクリロニトリルを原料とするＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ類を原料とするピッチ系炭素繊維が挙げられる。

本発明における炭素繊維の繊維径は３〜１５μｍであることが好ましく、５〜１０μｍであることがより好ましい。繊維径が３μｍ未満だと、十分な熱伝導性が得られないことがあり、１５μｍを超えると、当該用紙の透気抵抗度が低下し、実質的に無孔質とは言えない特性になることがある。

本発明における炭素繊維の繊維長は１〜１０ｍｍであることが好ましく、２〜８ｍｍであることがより好ましい。繊維長が１ｍｍ未満であると、十分な熱伝導性が得られないことがあり、繊維長が１０ｍｍを超えると、抄造時にもつれ易く、欠点となったり、均一性が損なわれたりすることがある。

本発明における炭素繊維の含有量は、好ましくは１〜１５質量％であり、より好ましくは２〜８質量％である。１質量％未満であると、十分な熱伝導性が得られないことがあり、１５質量％を超えると、当該用紙の透気抵抗度が低下し、実質的に無孔質とは言えない特性になる場合がある。

本発明において、吸湿剤を付与することにより、当該用紙の厚み方向の水分移動が容易になり、透湿性の高い無孔質全熱交換素子用紙となる。吸湿剤としてはハロゲン化物、酸化物、塩類、水酸化物などの吸湿剤を使用できるが、吸湿性能の高い塩化リチウム、塩化カルシウム、リン酸塩等が好ましい。また、中には難燃性を示す吸湿剤もあり、これらを単独又は併用することにより、難燃性を付与することができる。吸湿剤の含有量は、吸湿剤の種類により異なるが、ＪＩＳＺ０２０８に規定される温度２０℃、相対湿度６５％における透湿度が３００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以上であれば、熱交換効率の高い無孔質全熱交換素子用紙となり、そのためには原紙に対して１質量％以上が好ましく、８質量％以上がより好ましい。

本発明における無孔質全熱交換素子用紙の製造方法について説明する。初めに、原紙を抄造する。ショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプと炭素繊維をそれぞれ十分に離解させた分散液を混合し、抄造する。該原紙の抄造方法としては湿式抄造法が好ましく、長網、丸網、ツインワイヤー、オントップ、ハイブリッド等の抄紙機が用いられる。次に、該原紙に吸湿剤を付与させる。吸湿剤を付与させる方法としては、該原紙に均一に吸湿剤を付与させる方法であれば良く、サイズプレスやディップコーターによる含浸処理や、ロールコーターやバーコーターによる塗工処理が用いられる。さらに、厚みや透気抵抗度等の品質を安定化させるために、カレンダー処理を行っても良い。カレンダー処理にはソフトニップカレンダー、スーパーカレンダー、熱カレンダー等を用いることができる。

本発明における無孔質全熱交換素子用紙は、好ましくは透気抵抗度が５，０００秒以上であり、且つ透湿度が３００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以上であり、より好ましくは透気抵抗度が１００，０００秒以上であり、且つ透湿度が１，０００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以上であり、更に好ましくは透気抵抗度が１，５００，０００秒以上であり、且つ透湿度が１，４００ｇ／ｍ^２・２４ｈ以上である。これらを達成するためには、単純により叩解度の高いセルロースパルプを使用したり、吸湿剤を多く付与させたりするだけでなく、適宜、目的に応じた製造設備を組み合わせることにより、より熱交換効率の高い優れた無孔質全熱交換素子用紙を得ることができる。

例えば、一般に、叩解度が高いセルロースパルプを使用した場合、湿式抄造では水引きが悪くなり、抄造速度が遅くなることにより、生産性が劣る場合がある。そのため、ショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ以上で比較的低いろ水度の叩解したセルロースパルプを用いることにより、抄紙速度を落とすことなく、無孔質全熱交換素子用紙の原紙を得ることができる。その後、該原紙に吸湿剤を付与させ、金属ロール対のスーパーカレンダーを用い、比較的高い線圧にてカレンダー処理を行い、高密度化することにより、生産性を損なわず、熱伝導性、気体遮蔽性に優れた無孔質全熱交換素子用紙を得ることができる。

逆に叩解度の高いセルロースパルプを使用した場合、多段の抄紙機を使用し、薄い紙層を積層することにより、抄造速度を落とさずに原紙を抄造することができ、得られた原紙に吸湿剤を付与した後、ソフトニップカレンダーを用いて、比較的低い線圧でカレンダー処理を行うことで、当該原紙中の極微小な空隙の割合をコントロールし、所望の透湿性を持った無孔質全熱交換素子用紙を得ることができる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。なお、実施例中における部や百分率は断りのない限り、すべて質量によるものである。

＜叩解パルプ１＞
針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）を濃度３％で離解した後、ダブルディスクリファイナーを用いて、ショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲになるまで叩解したパルプを叩解パルプ１とした。

＜叩解パルプ２＞
針葉樹晒しクラフトパルプ（ＮＢＫＰ）を濃度３％で離解した後、ダブルディスクリファイナーを用いて、ショッパー・リーグラ法のろ水度が７０°ＳＲになるまで叩解したパルプを叩解パルプ２とした。

＜炭素繊維１＞
繊維径３μｍ、繊維長５ｍｍの炭素繊維を炭素繊維１とした。

＜炭素繊維２＞
繊維径５μｍ、繊維長５ｍｍの炭素繊維を炭素繊維２とした。

＜炭素繊維３＞
繊維径１５μｍ、繊維長５ｍｍの炭素繊維を炭素繊維３とした。

＜炭素繊維４＞
繊維径５μｍ、繊維長１ｍｍの炭素繊維を炭素繊維４とした。

＜炭素繊維５＞
繊維径５μｍ、繊維長１０ｍｍの炭素繊維を炭素繊維５とした。

＜ＰＥＴ繊維１＞
ポリエチレンテレフタレートからなる、平均繊維径５μｍ、繊維長５ｍｍのポリエステル繊維をＰＥＴ繊維１とした。

実施例１〜５の無孔質全熱交換素子用紙及び比較例１の全熱交換素子用紙を以下の工程にて作製した。

（実施例１〜５の無孔質全熱交換素子用紙及び比較例１、３の全熱交換素子用紙の作製）
２ｍ^３の分散タンクに水を投入後、それぞれ十分に離解させた叩解パルプと炭素繊維を表１に示す配合比率になるように混合し、分散濃度０．２％で５分間分散して、長網抄紙機にて抄造し、坪量４０ｇ／ｍ^２の実施例１〜５、比較例１、３の（無孔質）全熱交換素子用紙の原紙を得た。該原紙に、含浸加工機にて吸湿剤として塩化リチウムを表１の対原紙付与率となるように付与した。その後、カレンダー処理を行い、厚さ３５μｍの実施例１〜５、比較例１、３の（無孔質）全熱交換素子用紙を得た。

比較例２の無孔質全熱交換素子用紙を以下の工程にて作製した。

（比較例２の全熱交換素子用紙の作製）
２ｍ^３の分散タンクに水を投入後、それぞれ十分に離解させた叩解パルプ１とＰＥＴ繊維１を表１に示す配合比率になるように混合し、分散濃度０．２％で５分間分散して、長網抄紙機にて抄造し、坪量４０ｇ／ｍ^２の比較例２の全熱交換素子用紙の原紙を得た。該原紙に、含浸加工機にて吸湿剤として塩化リチウムを対原紙８％の付与率となるように付与した。その後、カレンダー処理を行い、厚さ３５μｍの比較例２の全熱交換素子用紙を得た。

上記のようにして得られた実施例１〜５及び比較例１〜５の（無孔質）全熱交換素子用紙について、以下の項目について測定し、評価した。

（透気抵抗度）
ＪＩＳＰ８１１７に規定される王研式透気抵抗度試験方法に準じて、透気抵抗度測定を実施した。

（透湿度）
ＪＩＳＺ０２０８に規定される透湿度試験方法に準じ、温度２０℃、相対湿度６５％の条件にて透湿度測定を実施した。

（熱伝導性）
全熱交換素子用紙を温度２０℃の室内に垂直にセットし、その表面側３０ｃｍの距離から赤外ランプ（５００Ｗ）で照射し、測定開始から１０分後の該全熱交換素子用紙の表面温度及び裏面温度を赤外放射温度計で測定した。

〇：表面と裏面との温度差が５℃未満であり、熱伝導性が優れるレベル
△：表面と裏面との温度差が５〜１０℃であり、熱伝導性にやや優れるレベル
×：表面と裏面との温度差が１０℃超えであり、熱伝導性が劣るレベル

表２より、実施例の無孔質全熱交換素子用紙は、透気抵抗度、透湿度が優れるのみならず、比較例の全熱交換素子用紙と比較して、熱伝導性も良好であることが確認できた。実施例１と比較例２とを比較すると、実施例１の方が、熱伝導性が良好であることがわかる。また、実施例１と比較例１とを比較すると、比較例１の全熱交換素子用紙はショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲ未満のセルロースパルプを使用しているため、透気抵抗度が５，０００秒未満であった。そのため、比較例１の全熱交換素子用紙は透気抵抗度が低く、無孔質とは言えないレベルであり、熱伝導性、気体遮蔽性が劣っている。実施例１はショッパー・リーグラ法のろ水度が８０°ＳＲになるまで叩解したセルロースパルプを使用しているため、透気抵抗度が５，０００秒以上であり、熱伝導性や気体遮蔽性に優れている。実施例１と比較例３とを比較すると、比較例３の全熱交換素子用紙は吸湿剤を付与していないため、透湿度が劣っていた。これらのことから、ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤とを含有する無孔質全熱交換素子用紙は、熱伝導性、透湿性、気体遮蔽性に優れ、有効であることが確認できた。

本発明の無孔質全熱交換素子用紙は新鮮な外気を供給すると共に室内の汚れた空気を排出する際に顕熱（温度）と共に潜熱（湿度）の熱交換を行う全熱交換器の全熱交換素子に使用される。

Claims

ＪＩＳＰ８１２１−１で規定されるショッパー・リーグラ法で測定したろ水度が８０°ＳＲ以上に叩解したセルロースパルプ及び炭素繊維を含む原紙と、該原紙に付与された吸湿剤とを含有することを特徴とする無孔質全熱交換素子用紙。
請求項１に記載の無孔質全熱交換素子用紙を用いたことを特徴とする全熱交換用素子。