JPH01503215A - トータル・エネルギー回収ホイール用の選択的伝達高効率顕熱及び潜熱交換媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 トータル・エネルギー回収ホイール用の選択的伝達高効率顕熱及び潜熱交換媒体 １１立１遣 本発明は、一般に加熱、通風、及びエア・コンディショニング（ＨＶＡＣ）シス テムに用いられる省エネルギー装置に関する。特に、本発明は、トータル熱ホイ ールとしても知られている、トータル・エンタルピー、空気対空気回転式エネル ギー交換機、また、特に、そのようなホイールに用いられる新規なトータル熱交 換媒体に関回転式空気対空気エネルギー交換機は、ＨＶＡＣシステムにおいて、 排気流から顕在（ｓｅｎｓｉｂｌｅ）エネルギー（温度）及び潜在（ｌａｔｅｎ ｔ）エネルギー（水分）を回収し、これらを、入って来る空気の流れと交換する ために使用される。水分で表わされる潜在エネルギーを回収する能力は、重大な 関心の的である。何故なら、それは、冷却サイクルの間に外気の湿気をなりシ、 加熱サイクルの間に外気に温気を与えて外気をコンディショニングするのに必要 とされるエネルギー要求を９５％も減少させるからである。冬期に顕熱交換機に おいて遭遇する霜の形成や、凍結、及びプラギングの問題も、トータルエネルギ ー（ｔｏｔａｌ　ｅｎｅｒｇｙ）交換機の使用によってなくされるので、特に関 心が持たれている。

これまでのところ、このようなホイールの進歩において、トータル熱交換媒体は 、紙又はアスベスト材料の基質に、典型的には塩化リチウムのような水溶性塩で ある乾燥剤こ含浸又はコーティングして作られている。その後、このようなエン タルピーホイールは、アルミニウム箔の基質に、シリカ・ゲルの乾燥フィルム、 酸化アルミニウムの表面又は別のコーティングからなる乾燥材料のコーティング 表面を施したものを含むようになった。これらの、後のアルミニウムホイールは 、以前の紙及びアスベスト媒体よりもすぐれた強度と討入性を示し、成る場合に は、乾燥剤コーティングを破壊することなく、水及び／又は蒸気で洗浄すること ができる利点を有する。

ホイールに用いられる顕熱及び潜熱交換媒体は、一般に、空気が流れる通路を提 供するマトリックスの形態をしている。そのマトリックスは、繊維性のメツシュ やハニコムのような、数多くの形態をとることができる。ハニコムマトリックス の１つのタイプは、複数の、間隔を置いた実質的に平行なシート材料、特に、交 互に配置された、波型のシート材料と、平たいシート材料のものから形成されて いる。後者の場合、波型は、全体的に平行であり、ホイールの深さに沿って軸方 向に延びる複数の通路を提供する。

前記のようなトータル・エネルギー回収ホイールは、互いに逆方向に流れる２つ の空気の流れの間に置かれた場合、２つの空気の流れの間で顕熱が伝達されるこ とを可能にするであろう、温度が高い方の空気流は、ゆっくり回転しているホイ ールの顕熱及び潜熱交換媒体の顕熱交換媒体を加熱し、そのホイールが、温度が 低い方の空気流を加熱する。さらに、ホイールが、絶対温度が異なる２つの空気 流の間で潜熱を伝達する。ホイールの顕熱及び潜熱交換媒体の乾燥剤の部分が、 絶対湿度が高い方Ｑ空気流から水分を絶対温度が高い方の空気流と平衡に達する まで吸着する。そして、絶対温度が低い方の空気流と乾燥剤との間の蒸気圧の差 の結果として、絶対湿度が低い方の空気流に水分を絶対湿度が低い方の空気流と 平衡に達するまで放出する。絶対湿度は、乾燥空気１ポンド当たりの水分の量で あり、成る温度における空気中の最大可能水分密度（ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｏｓｓ ｉｂｌｅ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆｗａｔｅｒ）に対する絶対温度の比として定義 される相対温度とは区別される。

かくして、冷却モードでは、エネルギー回収ホイールは、入ってくる空気から顕 熱と水分を吸収することによって、暖かい（ｈｏｔ）　、湿った空気を冷やし、 乾燥させる。

ホイールの顕熱及び潜熱交換媒体によって吸収された顕熱と水分は、冷たい、乾 燥した、出ていく空気に伝達される。その結果、所望の温度と湿度にまで入って 来る空気をさらに冷却し乾燥させるために必要とされるエネルギーが節約できる 。

加熱モードでは、エネルギー回収ホイールは、暖かい、湿った出ていく空気から 顕然と水分を吸収することによって、冷たい、乾燥した、入って来る空気を加熱 して湿気を与える。それから、ホイールの顕熱及び潜熱交換媒体によって吸収さ れた顕熱と水分は、冷たい、乾燥した、入って来る空気に伝達される。その結果 、所望の温度と湿度にまで入って来る空気をさらに加熱し温気を与えるために必 要とされるエネルギーが節約できる。

トータル・エネルギー回収ホイールについて生じる１つの問題は、一般に、典型 的なホイールは、毎分的２０回転のスピードで回転するという事実から生じる。

従って、ホイールは、空気の各流れとは１回転当たり約１．５秒しか接触しない ことになる。故に、顕熱交換媒体及び乾燥剤は、空気の各流れからの顕熱及び潜 熱の吸収と放出を、非常に急速におこなうことができなければならない。

このようなトータル・エネルギー回取ホイールの使用に関する第２の問題は、顕 熱及び潜熱交換媒体に従来使用されている乾燥剤は、排気の中に見出される汚染 物を水分（ｍｏｉｓｔｕｒｅ）とともにしばしば吸着して伝達してしまうという ことである。成る囲われた空間から連続的に空気を排気して新鮮な外気と入れ替 えることの最も重要な意味は、当該空間における空気中の汚染物を取り除くこと にあることに注目すべきである。上言己のような好ましからざる汚染物には、ア ンモニア、溶媒からの炭化水素、−酸化炭素、二灘化窒素及び二酸化硫黄を含む 、活性アルミナ（Ａｌ□０３）及びシリカ・ゲルのような乾燥剤は、それぞれ、 ８乃至７０、及び８乃至１００オングストロームという非常に広い孔のサイズ分 布を有している。

諏化アルミニウムの表面は、これよりもっと大きい孔のサイズ分布を有している 。この広い孔のサイズ分布のため、乾燥剤は、空気の流れから水分のみならず汚 染物をも吸着してしまうのである。＠化すチウムのような乾燥剤は、溶けてあら ゆる水溶性汚染物を吸収する水性（ａｑｕｅ−ｏｕｓ　）乾燥剤になってしまう 、これらの汚染物は、その後、水分とともに、空気の流れに放出されてしまう、 汚染物は、さもなくば水分を吸着しうる乾燥剤の吸着力を消費してしまう。

従って１本発明の目的は、現在のものより効率よく。

且つ、急速に作用する顕熱及び潜熱交換媒体を提供することである。

本発明のさらに１つの目的は、空気の流れから水分は吸着するが、排気中にある 汚染物は吸着せず、かくして汚染物は排気とともに排出されて、新鮮な取り入れ 空気に交じって循環しないような、トータル・エネルギー回取ホイール用の顕熱 及び潜熱交換媒体を提供することである。

ｌ訓辺至り 本発明の顕熱及び潜熱交換媒体は、ガス透過性のマトリックスからなる。ガス透 過性マトリックスは、空気の流れが前記顕熱及び潜熱交換媒体を通ることができ るような通路を提供する。ガス透過性マトリックスは、空気が顕熱及び潜熱交換 媒体を通るとき、暖かい空気の流れから顕熱を吸収して冷気に放出することがで きる顕熱交換媒体から形成されている。顕熱交換媒体の表面の少なくとも一部に 、分子ｆ＋１（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　５ｉｅｖｅ）からなるコーティング組成物 の層が塗布されている６分子篩は、実質的に均一サイズの複数の孔を有しており 、この分子篩は顕熱及び潜熱交換媒体を通る湿った空気から水分を吸着し顕熱及 び潜熱交換媒体を通る乾いた空気に吸着した水分を放出することができるが、い ずれの空気流からも、大きい汚染物分子を吸着することはできないようになって いる。

本発明の顕熱及び潜熱交換媒体は、ハブと、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体と、 前記ハブの周りに円周方向に頭熱及び潜熱交換媒体を支持する手段と、トータル ・エネルギー回取ホイールを回転させる手段を有してなるトータル・エネルギー 回収ホイールに特に有用である。

本発明の顕熱及び潜熱交換媒体は、顕熱及び潜熱の吸取にも放出にも効率がよく 、その結果、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体を使用するトータル・エネルギー回 収ホ、イールは、現在のものよりかなりコンパクトにできる一方で、圧力損失の 面では、同等以上である。

さらに、コーティング組成物の分子篩は、空気流の水分を吸着するが、その特徴 ある孔のサイズと極性（Ｐ〇−１ａｒｉｔｙ）のため空気流中の汚染物は吸着し ない、かくして、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体は、出ていく空気から汚染物を 吸着して入って来る空気とともに循環させることなく潜熱を出て行く空気から吸 着する。この選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）は、顕熱及び潜熱交換媒体とと もに使用されている従来の乾燥剤では不可能であったことである。

図面の簡単な説明 本発明の、これ等及び他の目的、特徴及び利点は、以下に述べる詳細な説明と添 付した図面から充分に明らかになるであろう。

第１図は本発明の顕熱及び潜熱交換媒体を使用しているトータル・エネルギー回 収ホイールの斜視図。

第２図は第１図のトータル・エネルギー回収ホイールの顕熱及び潜熱交換媒体の 拡大部分破断図。

第３図は１本発明の顕熱及び潜熱交換媒体に使用する分子筒を含む、幾つかの乾 燥剤の種々の相対温度における、平衡水吸着容量（ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｃｕ＋＋ 　ｗａｔｅｒ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｃａ−ｐａｃｉｔｙ）の代表的な、容易 に得られる。比較図、第４図は、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体に使用する分子 状篩を含む、幾つかの乾燥剤の相対的水分吸着率の比較図、 第５図は、種々の水蒸気分圧と種々の乾燥剤温度における３オングストロ一ム分 子篩の平衡水吸着容量の代表的な、容易に得られる、比較図、 第６図は１種々の水蒸気分圧と種々の乾燥剤温度におけるシリカ・ゲルの平衡水 吸着容量の代表的な、容易に得られる、比較図、 第７図は、本発明に従って形成されたものを含む１種々の顕熱及び潜熱交換媒体 のトータル・エンタルピー性能の比較図である。

好適実施例の詳細な説明 本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１ｏは、ガス透過性マトリックス１２から形成さ れている。ガス透過性マトリックス１２は、顕熱及び潜熱交換媒体１０を通って 空気が流れる複数の通路１４を具えている。

好ましくは、ガス透過性マトリックス１２は間隔を置かれた複数のシート材料１ ６の層によって形成されている。典型的には、シート材料１６は約１ミル乃至３ ミルの厚さである。より好ましくは、このシート材料１６の層は、波型シート材 料１８と平らなシート材料２０が交互に配置されたハネカムマトリックスを形成 するものである。波型シート材料１８の波型２２は、好ましくは実質的に各々平 行であり、約５０ミル乃至１００ミルの高しくは、波型２２の頂点２４は、顕熱 及び潜熱交換媒体１０の通路１４を空気が流れるとき空気の流れの圧力損失を最 小にし、且つ、顕熱及び潜熱交換媒体１０の顕然及び質量の伝達係数を最大にす るように平坦になっている。しかし、波型２２は、三角若しくは四角にすること ができる。さらに、ガス透過性マトリックス１２自身も、Ｉ！維状の綱目の様な 他の形態を得ることができるガス透過性マトリックス１２の基質は、顕熱交換材 料２６から形成される。適当な顕熱交換材料２６は、顕熱及び潜熱交換媒体１０ を空気が流れるとき、暖かい空気の流れから顕熱を吸取してその吸収した顕熱を 冷気に放出する金属を含んでいる。好ましくは、ガス透過性マトリックス１２の 顕熱交換材料２６は、アルミニウム若しくはステンレススチールの様な金属箔で ある。他の、適当ではあるが、余り好ましくはない顕熱交換材料２６豪む、顕熱 交換材料２６の熱容量と、顕熱交換材料２６のガス透過性マトリックス１２内で の全表面積が、ある材料が顕熱及び潜熱交換媒体１０のためのＲ１１ｋ交換材料 ２驚くべきことに、空気の流れが水分と熱交換媒体１０に接触するのは約１．５ 秒の短時間であるために、２つのうちでは後者がより重要と思ねれる。

コーティング組成物の層２８は、ガス透過性マトリックス１２の顕熱交換材料２ ６の表面３０の少なくとも一部分に塗布されている。コーティング組成物は分子 篩からなるものである。「分子篩」の名は、分子の大きさに基づいて分子をふる い分ける能力のために付けられたものである。従って、分子篩は、孔の寸法分布 が大変大きいシリカ・ゲルや活性アルミナの様な他の吸着剤と異なる。適当な分 子篩は、実質的に均一サイズの多数の孔を有して顕熱及び潜熱交換媒体１０を通 る湿った空気から水分を吸着して顕熱及び潜熱交換媒体１０を通る乾いた空気に 前記のように吸着した水分を放出することができるが、前記いずれの空気の流れ からも汚染物を吸着することはできないようなものである。水分子は２．８オン グストロームの臨界直径を有し、アンモニアや硫化水素のような小さい汚染物は ３．６オングストロームの臨界直径、を有しているので、分子篩は好ましくは、 約３オングストロームの孔直径を有するものである０分子篩の孔直径は、顕熱及 び潜熱交換媒体１０が使用される環境と、顕熱及び潜熱交換媒体１０がさらされ る汚染物のタイプによっては、約４オングストローム或いは約５オングストロー ムのように、約３オングストロームより大きくすることができる。

分子篩は、相互に連結する。均一サイズの多数の孔が生じるように原子が結晶格 子に配列されている材料である。この孔は、孔より小さいサイズの分子、好まし くは水分子を吸着することが可能である０分子篩は、従って、孔より小さい分子 とそれより大きな分子を分離、すなわ石である。

沸石は、アルミニウムとナトリウム、カリウム及び／又はカルシウムの水酸化珪 酸塩で、一般式：　ＮＡ！　Ｏ。

ｎ５ｉｏｚ　、ｘＨｔ　Ｏを有している。沸石は自然界に産出するか人造で作れ る。自然界に産出する篩は斜方沸石、トムソン沸石、譚沸石、フォージャサイト 、バーミュ事％タイト、方沸石、毛沸石、ソーダ沸石、束沸石及びモルデン沸石 を含んでいる。しかし、自然界の沸石の総てが分子篩の特性を示すものではない 、何故なら、自然界の沸石は；効率のよい分子篩として適当なものより大き　゛ い孔のサイズ分布を有しているからである。

人造沸石の分子篩は、沸石Ａ、Ｄ、Ｌ、Ｒ，Ｔ、Ｘ及びＹを含んでいる。沸石Ａ は、結晶性沸石分子篩であり、一般式：　ｌ、Ｃ）：０．２Ｍ２−ｎＯ：Ａｌ２ Ｏ３：１．８５ｉｏ、５ｓｉ０２：ｙｌ（２０゜で表わされ、この内Ｍは金属を 表わし、ｎはＭの原子価で、モしてｙは約６までのどんな価でもよい、沸石Ｘは 結晶性沸石分子篩であり。

一般式：　０．９＋０．２Ｍ２−ｎＯ：Ａｌ２Ｏ３：２．５二〇、５Ｓｉ０２： ｙＨ２０゜で表わされ、この内Ｍは金属を表わし、特にアルカリとアルカリ土類 金属であり、ｎはＭの原子価で、そしてｙは約８までのどんな価でもよい、一般 に当業界で４オングストロ一ム分子篩として知られている分子篩は、約４オング ストロームの孔直径を有し、ナトリウムカチオンを含む結晶構造Ａのアルミノ・ シリケートである。一般に３オングストロ一ム分子篩として当業界で知られてい る分子篩は、ナトリウムとカリウムカチオンを含む結晶構造Ａのアルミノ・シリ ケートである。３オングストロ一ム分子篩は、４オングストロ一ム分子筒内の多 くのナトリウムカチオンをより大きなカリウムカチオンと置き替えることにより 作られる。従って、３オングストロ一ム分子篩内の大部分の孔は直径が約３オン グストロームであるが、幾つかの孔は直径が約４オングストロームである。一般 に５オングストロ一ム分子篩として当業界でを含む結晶構造Ａのアルミノ・シリ ケートである。５オングストロ一ム分子篩は、４オングストロ一ム分子篩内の多 くのナトリウムカチオンをより小さなカルシウムカチオンと置き替えることによ り作られる。従って、５オングストロ一ム分子篩内の大部分の孔は、直径が約５ オングストロームであるが、幾つかの孔は直径が約４オングストロームである。

水分子の選択的吸着について、分子篩が具えるさらなる利点は２分子篩の極性で ある。従って、好ましい分子篩は、水分子とは異なった極性を有するが水分子よ り小頭熱及び潜熱交換媒体１０のための適切な乾燥剤は空気の流れ、特に、相対 湿度２０パーセントから９０パーセントの空気の流れから水分を吸着する高い全 体的容量を有していなければならないと考えられていた。その替わり、溝念恭薮 顕熱及び潜熱交換媒体１０に使用される乾燥剤は、空気の流れから水分を吸着し 放出するときの初期効率がより重要であることが見出され、これは空気の流れは 約１．５秒間しか顕熱及び潜熱交換媒体１０に接触しないからである０分子篩は 、顕熱及び潜熱交換媒体内で使用される典型的な乾燥剤の中で、このように短時 間で空気の流れから水分を吸収する独特な能力を有しているのである。

分子篩は化学的に不活性であるので、コーティング組成物の層２８に分子篩が存 在すると、顕熱及び潜熱交換媒体１０に耐腐食性を与える。

本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０は、少なくとも約０．２ミルの厚みの乾燥フ ィルムを有するバインダー。

さらに好ましくは、約０．２ミル乃至０．７ミル、より好ましくは約０．５ミル のアルミニウムの片のような所望の顕熱交換材料２６の片のコーティングによっ て作ることができる。適切なバインダーはアルミニウムに対する優れた粘着力を 示し、顕熱交換材料２６と相溶性であり、ポリウレタン、ニトリルーフェノリク ス、水をベースとするバインダー、及び好ましくは、メチレン、エチレン、ケト ン、或いはトルエンを重量で約１５パーセントと約２５パーセントの間で含む固 体成分を有しているアルキドベース樹脂のように、適当な時間、粘着性が残るも のである。バインダーは、浸漬、スプレー及ヒ。−ラコーティングのような、多 数の方式のいずれかにより顕熱交換媒体２６に塗布することができる。バインダ ーの組成物は、コーティング層の表面に分子筒が塗布できるように充分な時間、 その表面が粘着性を持つように。

トルエンのような溶媒を含んでいることが盟ましい。

バインダーは顕熱交換材料２６に塗布された後、熱風の乾燥風で僅かな粘着性に なるまで、乾燥される。３オしくは、顕熱交換材料２６の塗られた片は、分子篩 の略ている。ｗｔ熱交換材料２６の完全に塗った表面は、熱風によって、基績不 粘着状態に乾燥する。Ｎ熱交換材料２６の他の表面にもコーティングのため同じ 工程が繰り返される。

あるいは、コーティング組成物は、分子篩と、重量で約５パーセント乃至約１５ パーセントのバインダーを有してもよい、適当なバインダーには前述したバイン ダーを含む、注目すべきは、バインダー及び分子篩は、バインダーが分子篩の孔 を塞いで、分子篩の機能を破壊してしまわないように、潜熱及び顕熱交換材料２ ６に塗布すべきであるということである。

第１図に基づいて説明すると、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０は特にトータ ル・エネルギー回収ホイール３０に特に有用である。トータル・エネルギー回取 ホイール３０は、ハブ３２とハブ３２を取り巻く顕熱及び潜熱交換媒体１０を具 えている。

コーティング組成物の層２８はトータル・エネルギー回収ホイール３０の顕熱及 び潜熱交換媒体１ｏの部分として配置したときスチームあるいは水で洗浄できる 。

顕熱及び潜熱交換媒体１０が波型シート部材１８と平らなシート部材２０の多数 の交互の層で形成される好ましいケースでは、波型シート部材１８の穎長い片と 平らなシート部材２０の隣接する細長い片は、適切な直径のシリンダを形成する までスプールの周囲を取り巻くように巻か九る。２つのシートを接着させ、顕熱 及び潜熱交換媒体１０及び結果としてできるトータル・エネルギー回収ホイール ３ｏのｍ造的一体性を増すために、平らなシート材料２０が波型シート材料１８ と組み合わされる以前に、適当な接着剤を平らなシート材料２０に塗布すること ができる０巻かれたシリンダは、軸方向に切断され、好ましくは８つのパイ形状 部分３２になる。このパイ形状部分３２は、スポーク３６の間にハブ３４から軸 方向の外方向に延びてトータル・エネルギー回収ホイール３０を形成するように ハブ３４に固定される。リム３８はトータル・エネルギー回収ホイール３０の外 周に固定される。トータル・エネルギー回収ホイール３０は、ホイール３０が自 由に回転するようにハブ３４を通してフレーム４０内に設置される。モータ４２ が、トータル・エネルギー回収ホイール３０のリム３８にかかる無端状ベルト（ 図示省略）によりトータル・エネルギー回収ホイール３ｏを回転するようにフレ ーム４０内に設置されている。

一般に、トータル・エネルギー回収ホイール３０は約８インチ乃至約１フートの 深さと約２フイート乃至約１４フイートの直径を有する。

使用する場合、トータル・エネルギー回収ホイール３０は約８インチ乃至約１フ ートの深さと約２フイート乃至約１４フイートの直径を有する。

使用する場合、トータル・エネルギー回収ホイール３０はトータル・エネルギー 回取ホイール３０が自由に回転するようにフレーム４０内に設置される。フレー ム４０は、暖冷房装置の入気流と排気流の間に設置され、トータル・エネルギー 回収ホイール３０の顕熱及び潜熱交換媒体１０の波型シート材料１８の波型２２ が顕熱及び潜熱交換媒体１０を通って軸方向に延びる通路１４を提供するように 方向付けられている。従って、空気の流れはホイールの一方の側から他方の側に 流れることができる。典型的には、人気と排気の空気の流れはトータル・エネル ギー回収ホイール３０の異なった部分を通って反対方向に同時に流れる。ホイー ル３０が一般に１分間に約２０回転で回転すると、トータル・エネルギー回収ホ イール３０の部分は人気と排気の空気の流れに交互に接触する。トータル・エネ ルギー回収ホイール３０の部分は、各回転の間、異なった時間に、両方の空気の 流れに接触する。空気の流れがトータル・エネルギー回収ホイール３０の顕熱及 び潜熱交換媒体１０を通るとき１題熱及び潜熱交換媒体１０は熱と水分を暖い、 より湿気のある空気から吸収し、熱と水分をより冷たく乾いた空気に放出する。

冷却モードにおいて、トータル・エネルギー回収ホイール３０は入ってくる暖か い、湿った空気の流れを冷却及び乾燥する。入ってくる空気の流れに接触するト ータル・エネルギー回収ホイール３０の顕熱及び潜熱交換媒体１０の部分は、入 ってくる暖かい、湿った空気の流れから熱と温気を吸収する。顕熱及び潜熱交換 媒体１０のその部分が出て行く空気に接触するように、トータル・エネルギー回 収ホイール３０が回転すると、トータル・エネルギー回収ホイール３ｏの顕熱及 び潜熱交換媒体１０により吸収された熱と水分は出て行く冷たい、乾いた空気の 流れに伝達される。この工程はトータル・エネルギー回収ホイール３０が回転を 続ける間連続的に繰り返される。その結果、入ってくる空気の流れをさらに冷却 し温気を取り除いて、所望の温度と湿度にするために必要なエネルギーが減少す る。

加熱モードにおいて、トータル・エネルギー回収ホイール３０は入ってくる冷た い、乾いた空気を加熱及び加温する。出ていく空気の流れに接触するトータル・ エネルギー回収ホイール３０の顕熱及び潜熱交換媒体１０の部分は、出ていく暖 かい、湿った空気の流れから熱と水分を吸収する。顕熱及び潜熱交換媒体１０の その部分が入ってくる空気と接触するようにトータル・エネルギー回収ホイール ３０が回転すると、トータル・エネルギー回収ホイール３０のＲ熱及び潜熱交換 媒体１０によって吸収された熱と水分は入ってくる冷たい、乾いた空気の流れに 伝達される。この工程はトータル・エネルギー回取ホイール３０が回転を続ける 間連続的に繰り返される。

その結果、入ってくる空気の流れをさらに加熱し湿気を与えて所望の温度と湿度 にするために必要なエネルギーが減少する。

第３図に示すように、水分を吸収する分子篩の全容量は、相対湿度２０パーセン トと９０パーセントの間で僅かしか増加しない。対比的に、水分を吸収するシリ カ・ゲルの全容量は相対湿度２０パーセントと９０パーセントの間で３倍近い、 しかし、第４図に示すように、分子篩は、シリカ・ゲルや活性アルミナのような 現在顕熱及び潜熱交換媒体１０に使用される他の乾燥剤と比較して大変速い速度 で平衡容量に達する。より詳しく述べると。

３オングストロームと５オングストロームの分子篩は５秒以下で１００パーセン トの平衡容量に到達する。ところがシリカ・ゲルと活性アルミナは平衡容量に到 達するには３０秒以上かかる。より重要なことは、シリカ・ゲルと活性アルミナ が最初の３秒以内では約１０パーセントの平衡容量にしか到達しないことである 。

第４図に示す結果は、３Ａ分子篩、５Ａ分子篩、シリカ・ゲルと活性アルミナで アルミ基質をコーティングしたものによって得られたものである。コーティング の厚さ及びアルミニウムの単位当り乾燥剤の重量は同じであった。塗布したアル ミニウムは約１インチの深さを有する交互に平らと波型の片を具えた媒体試料の 中に形成さしｔ＝、　コノ試料ハ、９５°ＦＤＢ／７８９ＦＷＢ、相対温度４７ パーセント、０．７８インチＨｇ、そして水蒸気分圧９．３ｍｍＨｇにおいて平 衡に到達させられた。

７０’　ＦＤＢ／６１”　ＷＢ、８度６０パーセント、蒸気分圧０．４５インチ Ｈｇの空気及び、６．８６ｍｍＨｇの水蒸気分圧の空気が、約６００フイート／ 分の速度で試料を通過させられた。試料の重量が種々の時間の経過後記録された 。

特定の時間までに乾燥剤が到達した平衡容量のパーセンテージは、まず試料の重 量ゲインを乾いた乾燥剤の初期の重量で割り、乾燥剤の単位重量当りの試料の重 量ゲインを定める。それから、特定の時間までに乾燥剤が到達した平衡容量パー センテージは、乾いた乾燥剤の単位重量当りの試料の重量ゲインを第５図と第６ 図で定めた乾いた乾燥剤の平衡容量で割ることによって定められた。

第５図、第６図は、夫々、種々の水蒸気分圧と温度における、３オングストロ一 ム分子篩とシリカ・ゲルの平衡水分（ｍｏｉｓｔｕｒｅ）容量を示す、シリカ・ ゲルは空気中の水蒸気分圧が増加すると、３オングストロ一ム分子篩よりも平衡 容量が大きく増加することが、第５図と第６図から解るであろう。

トタル・エネルギー回収ホイールのための乾燥剤としての３オングストロ一ム分 子篩の全体的効率は、第４．５と６図で得られた情報を組み合わせることによっ てシリカ・ゲルと比較された。第６図かられかるように、シリカ・ゲルの水吸着 容量は、９５°Ｆ　ＤＢ／７８１ＦＷＢ、相対湿度４７バーセント、蒸気圧０９ ７８インチＨｇと水蒸気分圧９．３ｍｍＨｇと、７０°Ｆ　ＤＢ／６１°Ｆ　Ｗ Ｂ、相対湿度６０パーセント、蒸気圧０゜４５インチＨｇ及び水蒸気分圧６　、 ８６　ｍｍＨｇとの間で、乾いた乾燥剤の単位型ｔＣボンド）当り約０．０４１ ボンド増加する。乾燥剤の温度は、空気の流九の平均温度、即ち８２．５°Ｆで 近似される。一方、第５図かられかるように、３オングストロームの分子篩の容 ｊｌＬｔ。

前記と同一状態のも凧とで、乾いた乾燥剤の単位型ｔＣポンド）当り僅かｏ、ｏ ｏｓボンドしか増加しない、１゜５秒経過後の水分吸着に対するシリカ・ゲルと ３オングストロ一ム分子篩の容量パーセンテージは、夫々、５パーセントと７０ パーセントであることがＮ４図かられかるであろう、従って、シリカ・ゲルと３ オングストロ一ム分子篩の現実の伝達容量は、乾いた乾燥剤のポンド当りそれぞ れ０．００２０５ポンドと０．００５６ポンドになる。従って、トタル・エネル ギー回収ホイールがさらされる条件のもとで、３オングストロ一ム分子篩はシリ カ・ゲルより優れた潜熱伝達容量を有している。

本発明の分子篩を含み、種々の乾燥剤を使用した顕熱及び潜熱交換媒体の種々の 表面速度で到達した全容量の全体的効率のパーセンテージの比較が第７図に示さ れている０本発明の分子篩乾燥剤を使用した試料がＡＳＨＲＡＥ　（アメリカ冷 暖房エアーコンディショニング学会）試験８４−７８Ｐに従って作製され、評価 された。シリカ・ゲルとアルミニラ酸化物を使用してた媒体の性ｔＬこれ等の乾 燥剤を使用した典型的な媒体を評価する、容易に入手できる文献から得られた。

データはＡＳＨＲＡＥ試験８４−７８Ｐに従って得られた０本発明の顕然及び潜 熱交換媒体は、シリカ・ゲルとアルミニウム酸化物のような乾燥剤を使用してい る媒体より優れた顕然及び潜熱の伝達能力を示した。

本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０は、出ていく空気の流れから汚染物を吸着し て入ってくる空気とともに楯サイズが汚染物分子の臨界直径より小さいため、空 気の流れから如何なる汚染物も吸着しない０分子篩の極性山水分子より極性が小 さい他の同様の分子サイズの物質の分子より水分子の優先的な吸着性をうえる。

従って１本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０は１題熱及び潜熱の両方を吸取し放 出するのにより効果的であり、その結果。

本発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０を用いるトータル・エネルギー回収ホイール ３０は、従来のものよりコンパクトにできる０本発明はＨＶＡＣシステムにおけ る使用に関して詳述したが、本発明は空気の流れから水分と顕熱の除去を必要と する多くの他の工業的プロセスに適用できるものである。

ＦＩＧ、　／ １　２　３　４　５　６　７　８　９　１０　ＩＩ　１２空気中の水蒸気分圧（ 水銀柱） ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、　６ 表面速度（ＳＦＰＭ） ＦＩＧ、７ 国際調査報告 Ｉ

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．次の構成からなる顕熱及び潜熱交換媒体：前記顕熱及び潜熱交換媒体を通っ て空気が流れる貫通通路を提供する、ガス透過性マトリックスを有し、前記ガス 透過性マトリックスは、前記空気の流れが前記顕熱及び潜熱交換媒体を通るとき 、暖かい空気の流れから顕熱を吸収してその吸収した顕熱を冷気に放出すること ができるような顕熱交換媒体と、前記顕熱媒体の表面の少なくとも一部に塗布さ れた分子篩からなるコーティング組成物の層とから形成され、前記分子篩は、実 質的に均一サイズの多数の孔を有して前記顕熱及び潜熱交換媒体を通る湿った空 気から水分を吸着して前記顕熱及び潜熱交換媒体を通る乾いた空気に前記吸着し た水分を放出することができるが、前記いずれの空気の流れからも汚染物を吸着 することはできないようになっている、熱交換媒体。
2. ２．前記顕熱及び潜熱交換媒体がシート材料の形態をなし、前記ガス透過性マト リックスが間隔を置かれた複数の前記シート材料の層からなる、請求の範囲第１ 項の顕熱及び潜熱交換媒体。
3. ３．前記顕熱及び潜熱交換媒体の前記シート材料が約１ミル乃至３ミルの厚さで ある、請求の範囲第２項の顕熱及び潜熱交換媒体。
4. ４．前記シート材料の間隔を置かれた層が、波型シート材料と平らなシート材料 が交互に配置されたものである、請求の範囲第２項の顕熱及び潜熱交換媒体。
5. ５．前記波型シート材料の波型が実質的に各々平行であり、約５０ミル乃至１０ ０ミルの高さと、約１００ミル乃至２００ミルの幅である、請求の範囲第４項の 顕熱及び潜熱交換媒体。
6. ６．前記顕熱交換媒体が金属である、請求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交換媒体 。
7. ７．前記顕熱交換媒体がアルミニウムである、請求の範囲第６項の顕熱及び潜熱 交換媒体。
8. ８．前記分子篩が３オングストローム、４オングストローム及び５オングストロ ームからなるグループから選ばれる、請求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交換媒体 。
9. ９．前記分子篩が３オングストローム篩である、請求の範囲第８項の顕熱及び潜 熱交換媒体。
10. １０．前記コーティング組成物の層が少なくとも約０．５ミルの厚さである、請 求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交換媒体。
11. １１．前記コーティング組成物が前記顕熱交換媒体の両面に塗布されている、請 求の範囲第２項の顕熱及び潜熱交換媒体。
12. １２．前記分子篩が沸石である、請求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交換媒体。
13. １３．前記沸石がアルミノ・シリケートである、請求の範囲第１２項の顕熱及び 潜熱交換媒体。
14. １４．前記顕熱及び潜熱交換媒体が約８インチから１フィートの深さである、請 求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交換媒体。
15. １５．次の構成からなるトータル・エネルギー回収ホイール： ハブと； ガス透過性マトリックスを具えた顕熱及び潜熱交換媒体を有し、前記ガス透過性 マトリックスは前記頭熱及び潜熱交換媒体を通って空気が流れる通路を提供する ものであり、且つ、前記ガス透過性マトリックスは、前記空気の流れが前記顕熱 及び潜熱交換媒体を通るとき、暖かい空気の流れから顕熱を吸収してその吸収し た顕熱を冷気に放出することができるような顕熱交換媒体と、前記顕熱媒体の表 面の少なくとも一部に塗布された分子篩からなるコーティング組成物の層とから 形成され、前記分子篩は、実質的に均一サイズの多数の孔を有して前記顕熱及び 潜熱交換媒体を通る湿った空気から水分を吸着して前記顕熱及び潜熱交換媒体を 通る乾いた空気に前記吸着した水分を放出することができるが、前記いずれの空 気の流れからも汚染物を吸着することはできないようになっており；さらに、 前記ハプの周りに前記顕熱及び潜熱交換媒体を円周方向に支持する手段と； 前記トータル・全エネルギー回収ホイールを回転させる駆動手段とを有してなる もの。
16. １６．前記顕熱及び潜熱交換媒体がシート材料の形態をなし、前記ガス透過性マ トリックスが間隔を置かれた複数の前記シート材料の層からなる、請求の範囲第 １５項のトータル・エネルギー回収ホイール。
17. １７．前記顕熱及び潜熱交換媒体の前記シート材料が約１ミル乃至３ミルの厚さ である、請求の範囲第１６項のトータル・エネルギー回収ホイール。
18. １８．前記シート材料の間隔を置かれた層が、波型シート材料と平らなシート材 料が交互に配置されたものである、請求の範囲第１６項のトータル・エネルギー 回収ホイール。
19. １９．前記波型シート材料の波型が実質的に各々平行であり、約５０ミル乃至１ ００ミルの高さと、約１００ミル乃至２００ミルの幅である、請求の範囲第１８ 項のトータル・エネルギー回収ホイール。
20. ２０．前記顕熱交換媒体が金属である、請求の範囲第１５項のトータル・エネル ギー回収ホイール。
21. ２１．前記顕熱交換媒体がアルミニウムである、請求の範囲第２０項のトータル ・エネルギー回収ホイール。
22. ２２．前記分子状篩が３オングストローム、４オングストローム及び５オングス トロームからなるグループから選ばれる、請求の範囲第１５項のトータル・エネ ルギー回収ホイール。
23. ２３．前記分子篩が３オングストローム篩である、請求の範囲第２２項のトータ ル・エネルギー回収ホイール。
24. ２４．前記コーティング組成物の層が少なくとも約０．５ミルの厚さである、請 求の範囲第１５項のトータル・エネルギー回収ホイール。
25. ２５．前記コーティング組成物が前記顕熱交換媒体の両面に塗布されている、請 求の範囲第１６項のトータル・エネルギー回収ホイール。
26. ２６．前記分子篩が沸石である、請求の範囲第１５項のトータル・エネルギー回 収ホイール。
27. ２７．前記沸石がアルミノ・シリケートである、請求の範囲第２６項のトータル ・エネルギー回収ホイール。
28. ２８．前記顕熱及び潜熱交換媒体が約８インチから１フィートの深さである、請 求の範囲第１５項のトータル・エネルギー回収ホイール。