JP6194472B2 - 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 - Google Patents

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、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、温度と同時に湿度の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。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、温度の高い高温空気流と、温度の低い低温空気流との間に配置される全熱交換素子用仕切部材であって、透湿性物質として親水性高分子を水溶液化し、親水性繊維が３０重量％以上含有する多孔質シートに塗工後に水不溶化させる構成となっていた。

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２００８−１４６２３号公報

上記従来例の課題は、親水性繊維が３０重量％以上含有する多孔質シートに透湿性物質を直接塗工したため、透湿性物質の厚みが厚く、透湿性能が低いことにあった。すなわち、表面に塗工するだけでは、透湿性物質の層が多孔質シートから剥離するため、従来例では、親水性繊維の多い層に透湿性物質を浸みこませる必要があった。

しかし、この構成では、親水性繊維層の多い層の厚みを調整できず、ガスバリア性を担保するために必要以上の塗工量で塗工する必要があり、透湿性物質の厚みが厚くなってしまう。結果として、透湿性能が低く、全熱交換効率が低いという課題があった。

そこで本発明は、上記透湿性を改善し、全熱交換効率の高い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層上が熱融着性成分を含み、前記多孔質シート上に前記多孔質シートと熱接着された極細繊維層を備え、前記多孔質シートと熱接着された前記極細繊維層に透湿性物質を含侵または塗工し、水不溶化した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層上に極細繊維層を備え、前記極細繊維層に透湿性物質を含浸または塗工し、水不溶化したことを特徴とするものであり、従来の耐水性を備えた全熱交換素子用仕切部材より透湿性能を向上させ、全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ものである。

すなわち、本発明によれば、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。そのため、極細繊維層は繊維径を細くして、薄く形成することが出来る。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を吸収することが出来るため、透湿性物質を極細繊維層に集めることができ、透湿性物質の厚みを制御することが容易になる。さらに、同じく繊維径が細いことから、強度を保ちつつ極細繊維層の空隙率を高めることができ、透湿性物質の含有量を高めることが出来る。

以上のことから、透湿性物質を薄く高濃度に含有した層を形成出来るため、透湿性能の高い全熱交換素子用仕切部材が得られ、全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の基材を示す断面図 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の上に極細繊維部１７が積層されたものに対し、透湿性物質２１を塗工し、水不溶化することで全熱交換素子用仕切部材１４を構成する。透湿性物質２１は極細繊維１９の間に塗工され、図６に断面を示したように、基材部１８の上に透湿部２０が積層された全熱交換素子用仕切部材１４が得られる。このことにより、透湿部２０を薄く形成することが出来る。また透湿部２０に含まれる透湿性物質２１の割合を高くすることが出来る。

全熱交換素子用仕切部材１４の透湿に対し抵抗となる部位は、透湿部２０と基材部１８であり、水分は、基材部１８の空隙と透湿部２０の透湿性物質２１を通過する。空隙と透湿性物質２１を比較すると、水蒸気の形で移動できる空隙は抵抗になりにくいため、透湿性物質２１で充填されている透湿部２０の抵抗が透湿の律速となる。このため、透湿部２０を薄く形成することにより、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を上げることが出来る。さらに、透湿部２０に含まれる極細繊維１９は、透湿性物質２１に比べ透湿性が低いため、透湿部２０に含まれる透湿性物質２１の割合を高めることによっても透湿性能を上げることが出来る。

また、平均孔径が１５μｍ以上１００μｍ以下で、厚みが２０μｍ以上５００μｍ以下の基材部１８と、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下で厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の極細繊維部１７とが積層されたものを用いてもよい。

基材部１８に平均孔径１５μｍ以上の孔が開いていることにより、透湿性物質２１の液抜けを促進することが出来、透湿部２０を極細繊維部１７の厚みに近づけることが出来るため、透湿性能を上げることが出来る。ただし、１００μｍよりも大きな平均孔径の孔が開いていると透湿部２０が薄い場合に透湿部２０を支えきれなくなる可能性がある。また、厚みが２０μｍ未満となると強度が不足する恐れがあり、厚みが５００μｍを超えると透湿性能が低下する恐れがある。

本発明における極細繊維とは、繊維径が０．１μｍから３μｍの繊維を示す。この繊維径を備えることにより、前述の平均孔径を実現することが出来る。基材部１８は不織布・織布に限らないが、不織布・織布の場合、繊維径は極細繊維よりも大きく、３μｍから５０μｍの繊維径が好適である。基材の繊維径が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、５０μｍ以上であると、基材部１８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。

極細繊維部１７の平均孔径が１０μｍ以下であることにより、透湿性物質２１が極細繊維部１７に絡まることで、脱落を抑制できる。ただし、平均孔径が０．０１μｍ未満であると、透湿部２０の厚み方向に直線的に透湿性物質２１が配置されている箇所が減少するため、水分の移動距離が伸び、透湿性能が低下する恐れがある。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り、厚みが２０μｍ以上であると、透湿部２０が厚くなりすぎて透湿性能が低下する恐れがある。

また、透湿性物質２１の水不溶化方法として、親水性の有機低分子化合物を含浸または塗工後、重合させることにより高分子化し、水不溶化してもよい。

有機低分子化合物の状態で塗工することにより、極細繊維部１７の細かい孔まで浸透させることが可能となり、その後重合により水不溶化することで、より密に透湿性物質２１が詰まった透湿部２０を得ることが出来る。このため、透湿部２０の透湿抵抗を下げることが出来、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を上げることが出来る。

また、基材部１８が熱融着性成分を含み、基材部１８と熱接着された極細繊維１９に透湿性物質２１が含侵または塗工されていてもよい。

基材部１８の熱融着性成分で基材部１８と極細繊維１９とを接着することにより、接着剤等の透湿を阻害する物質を使用しないので、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を上げることが出来る。さらに、基材部１８に極細繊維１９をムラなく接着しやすくなるため、透湿性物質２１を含侵または塗工する際において、基材部１８から極細繊維１９の剥離を抑制出来る。このため、透湿部２０の欠損をも抑制出来るので、全熱交換素子用仕切部材１４のガスバリア性も上げることが出来る。

また、基材部１８が熱融着性成分を含み、基材部１８と極細繊維１９及び透湿性物質２１とが熱接着されていてもよい。

基材部１８の熱融着性成分で基材部１８と極細繊維１９及び透湿性物質２１とを接着することにより、接着剤等の透湿を阻害する物質を使用しないので、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を上げることが出来る。さらに、基材部１８に透湿部２０をムラなく接着しやすくなるため、基材部１８から透湿部２０が剥離することによる透湿部２０の欠損を抑制出来るので、全熱交換素子用仕切部材１４のガスバリア性も上げることが出来る。

また、透湿性物質２１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出来る。

また、基材部１８の熱融着性成分として、親水基を有するポリマーを用いてもよい。

これにより、基材部１８の表面が水蒸気を吸着し易くなるため、基材部１８の空隙内部の水蒸気濃度が高まりやすくなるために、屋内空気１５または屋外空気１６から基材部１８の空隙への水蒸気移行を促進することができる。この結果、基材部１８の空隙を介した前記空気から透湿部２０への水蒸気移動を促進することが出来るため、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を向上できる。

また、基材部１８が外層に熱融着可能な低融点成分を、内層に高融点成分を用いた芯鞘複合繊維で構成されていてもよい。

これにより、外層の低融点成分を熱融着可能な温度にしても、内層の高融点成分は溶融しないので、基材部１８の熱収縮が生じず、一定の形状が維持される。このため、接着時に基材部１８の熱収縮によって極細繊維部１７または透湿部２０が変形・収縮することで、透湿部２０が厚くなって透湿性能が低下することを抑制することが出来る。また、基材部１８と透湿部２０の接着点を基材部１８と透湿部２０が接している点近傍に抑えることが出来るため、基材部１８に面した透湿部２０の表面積を広く取ることが出来ることから、全熱交換素子用仕切部材１４の透湿性能を向上できる。さらに、接着時に基材部１８が変形しにくいことから、接着時の基材部１８の変形により透湿部２０が剥離することによる透湿部２０の欠損を抑制出来るので、全熱交換素子用仕切部材１４のガスバリア性も上げることが出来る。

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、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、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、基材部１８の熱融着性成分としては、親水性官能基を備えた材料が好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリエステル、ポリプロピレン等の低融点成分に、グラフト重合により親水基を導入したポリマー等が挙げられる。

なお、極細繊維１９の材質も、耐水性のある材料が好ましく、上記基材部１８と同じ材料を用いることが出来る。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。

なお、透湿性物質２１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、極細繊維部１７へ透湿性物質２１を添加する方法としては、含浸または塗工が挙げられるが、特に塗工量を制御できる塗工方式が好ましい。塗工方法としては、スプレー方式、グラビアコート方式、ダイ塗工方式、インクジェット方式、コンマコート方式等、既知の方式を用いることが出来る。

なお、透湿性物質２１の水不溶化方法としては、上記重合による高分子化の他に、塗工後架橋材で処理する方法、非水溶性の高分子を有機溶媒に溶解して塗布し、乾燥させる方法、非水溶性の高分子を熱溶解し、冷却する方法等が挙げられる。

なお、透湿性物質２１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、透湿部２０の強度の向上、吸水による膨潤の抑制効果を得ることが出来、好適である。

なお、透湿性物質２１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極細繊維部１７に留まり易く、均一な透湿部２０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出来、例えば熱や紫外線、放射線を用いた重合を行うことが出来る。特に放射線を用いた場合、透湿性物質２１と極細繊維１９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。

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、透湿性能を向上することを可能とするものであるので、全熱交換素子、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
２０ 透湿部
２１ 透湿性物質

Claims (9)

1. 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が熱融着性成分を含み、前記多孔質シート上に前記多孔質シートと熱接着された極細繊維層を備え、前記多孔質シートと熱接着された前記極細繊維層に透湿性物質を含侵または塗工し、水不溶化したことを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。
2. 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上に極細繊維層を備え、前記極細繊維層に、透湿性物質を含浸または塗工し、水不溶化し、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たことを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。
3. 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上に極細繊維層を備え、前記極細繊維層に、透湿性物質を含浸または塗工し、水不溶化し、前記多孔質シートが外層に熱融着可能な低融点成分を、内層に高融点成分を用いた芯鞘型複合繊維で構成されていることを特徴とする全熱交換素子用仕切部材。
4. 前記全熱交換素子用仕切部材として、平均孔径が１５μｍ以上１００μｍ以下で、厚みが２０μｍ以上５００μｍ以下の前記多孔質シートと、平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下で厚みが０．５μｍ以上２０μｍ以下の前記極細繊維層とを積層した構成を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の全熱交換素子用仕切部材。
5. 前記全熱交換素子用仕切部材として、前記多孔質シートが熱融着性成分を含み、前記多孔質シートと前記透湿性物質が含侵または塗工された極細繊維層とが熱接着されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の全熱交換素子用仕切部材。
6. 前記多孔質シートが熱融着性成分を含み、前記熱融着性成分として、親水基を有するポリマーを用いた構成を特徴する請求項１から４のいずれかに記載の全熱交換素子用仕切部材。
7. 請求項１から６のいずれか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。
8. 請求項７に記載の全熱交換素子を用いた全熱交換形換気装置。
9. 前記全熱交換素子用仕切部材の前記透湿性物質は、親水性の有機低分子化合物を含浸または塗工後、重合させることにより高分子化し、水不溶化したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の全熱交換素子用仕切部材の製造方法。
   

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