JPH0567877B2

JPH0567877B2 -

Info

Publication number: JPH0567877B2
Application number: JP62116793A
Authority: JP
Inventors: Naohide Saito; Junichi Tamura; Shigeo Take; Masaji Kurosawa; Isao Terada
Original assignee: Nichias Corp; Nippon Oil Corp
Current assignee: Nichias Corp; Eneos Corp
Priority date: 1987-05-15
Filing date: 1987-05-15
Publication date: 1993-09-27
Also published as: US4911227A; JPS63282496A; DE3816466A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、気体用熱交換素子、特に気体間の顕
熱交換に使用する熱交換素子に関するものであ
る。従来の技術各種有機繊維または無機繊維を種原料にして紙
を作り、これをハニカム構造体に加工したものか
らなる気体用熱交換素子は、特開昭52−127663号
公報、特開昭54−19548号公報等に記載されてお
り、公知である。この種の熱交換素子は、同じよ
うなハニカム構造体からなるものでもセラミツク
ス系の押出成形物からなるものと比べると、軽量
であり、大型のものを製造することができ、かつ
生産性がよいなどの特長を持つため、種々の分野
で実用化されつつある。用途面からみた場合、気体用熱交換素子は、顕
熱交換用素子、潜熱交換（除湿もしくは減湿）の
ための素子および全熱交換（顕熱および潜熱の交
換）のための素子に大別され、潜熱交換用および
全熱交換用のものは、塩化リチウム、臭化リチウ
ム、モレキユラーシーブ等の吸湿剤を担持させて
ある。紙を加工して形成したハニカム構造体からなる
気体用熱交換素子（化、単に熱交換素子という）
において熱交換能以外に特に問題となる特性は、
使用条件が苛酷な顕熱交換素子における耐久性と
ガス遮断性である。すなわち、顕熱交換素子として使用する場合、
イオウ酸化物を含有するガスを中〜低温域で処理
すると、イオウ酸化物が凝縮して熱交換素子に付
着、浸透するから、熱交換素子は、単なる耐熱性
のほかに耐酸性を備えていないと使用中の物性劣
化が早く、長期間の使用に耐えない。また、熱交換器の中でもいわゆる直交流型熱交
換器の素子を構成する紙は、熱交換させる２種類
の気体流の隔壁となる部分で気体の混合が起こら
ないよう、気体をなるべく透過させないものであ
ることが望まれる。多くの場合、必要な耐酸性は熱交換素子を構成
する紙の材料をすべて耐酸性のよいものとするこ
とにより達成可能であり、またガス遮断性は、紙
に対する無機質充填材の充填密度あるいは塗工量
を高めれば向上させることができる。しかしなが
ら、高度の耐酸性とガス遮断性の両方を、薄く軽
い紙からなるというこの熱交換素子の特長を損な
うことなしに同時に達成することは至難である。
したがつて、従来の熱交換素子のガス遮断性は、
比較的よい場合でも、きわめて低い水準のもので
あつた。発明が解決しようとする問題点したがつて本発明の目的は、薄くて軽い紙から
なるという特長を失なうことなしに高度の耐酸性
とガス遮断性とを兼備したハニカム構造の熱交換
素子およびその製造法を提供することにある。問題点を解決するための手段上記課題を解決することに成功した本発明の熱
交換素子は、耐酸性ガラス繊維、無機質充填材お
よび結合材を主要構成材とする紙から作られたハ
ニカム構造体よりなる気体用熱交換素子におい
て、素子構成材料全体の85重量％以上がSiO₂ま
たはSiO₂＋ZrO₂からなり、無機質充填材の少な
くとも一部が鱗片状のものであり、該鱗片状無機
質充填材が紙の表面近傍に偏在し且つ該鱗片状粒
子の大部分が紙の表面に平行に配置されており、
それにより高度ガス遮断性領域を形成しているこ
とを特徴とするものである。また、本発明による上記熱交換素子の製造法
は、耐酸性ガラス繊維より抄造され非鱗片状無機
質充填材が充填された紙を用いて熱交換素子に必
要な形状のハニカム構造体を製造し、得られたハ
ニカム構造体を少なくとも一部が鱗片状のもので
ある無機質充填材の懸濁液に浸漬し、該浸漬処理
により付着した無機質充填材を結合材で紙に固定
することを特徴とする。紙を素材とする熱交換素子の耐酸性の良否は、
紙を構成するすべての材料の耐酸性によつて決ま
る。したがつて、本発明に熱交換素子のための紙
は、可能な限り、耐酸性のよいガラス繊維と無機
質充填材から作られる。耐酸性がよく本発明の熱
交換素子製造に適したガラス繊維としては、
ZrO₂を５〜25重量％含有するガラス繊維、Ｃガ
ラス繊維、シリカガラス繊維などがある。上記酸
化ジルコニウム含有繊維は一般には耐アルカリ性
ガラス繊維として市販されており、市販品の具体
例としてはアルフアイバー（旭硝子）、CEM−
FIL（ピルキントン）などがある。そのガラス組
成の好ましい範囲は下記のとおりである（カツコ
内は特に好ましい範囲を示す）。 SiO₂ 50〜70重量％ ZrO₂ ５〜25重量％（15〜25重量％） Al₂O₃ ０〜10重量％ RO※ ０〜20重量％ R₂Ｏ※※ 10〜25重量％残余成分０〜５重量％ ※ アルカリ土類金属酸化物、MnO₂ ※※アルカリ金属酸化物繊維間間隔を埋めて紙のガラス遮断性を高める
無機質充填材としても、熱交換素子の耐酸性を重
視する限りなるべく耐酸性のよいもの、たとえば
ケイ石粉末、ジルコニア粉末などを用いるのが有
利であるが、これらの粉末だけでは、満足できる
ガス遮断性を達成することができない。そこで本
発明の熱交換素子には、無機質充填材の少なくと
も一部に鱗片状のものを用い、且つそれをなるべ
く紙の表面に近いところに偏在させる。さらに、
扁平な鱗片状無機質充填材粒子を紙の表面に平行
に配置する。このように配置された鱗片状充填材
粒子は少量で紙をよく被覆し、高度のガス遮断性
を有する層を形成する。本発明の熱交換素子に使用可能な鱗片状無機質
充填材は、最大粒子径が約40μ以下のものであ
る。あまり大きなものは、紙に安定に担持させる
ことが難しい。その具体例としては、Ｃガラスフ
レークがある。この材料は、耐酸性がよく、した
がつて特に高度の耐酸性を要求される熱交換素子
に適している。しかしながら、粒子の厚さが約
3μもあり、直径が充分大きなものを充分量使用
することは難しい（安定担持が困難）ので、これ
だけを用いて達成可能なガス遮断性はそれほど高
くない。マイカ粉末は、厚さが約1μ以下と極め
て薄く、したがつて直径が充分大きく被覆力が大
きなものを使用しても、安定担持が可能である。
このため、ガス遮断性向上には極めて有効である
が、耐酸性がやや悪いので、多量使用すると熱交
換素子の耐酸性が悪くなる。したがつて、前述の
Ｃガラスフレークのような耐酸性のよいものと併
用するのが適当である。いかなる材料の組合せとなるにせよ、本発明の
熱交換素子は素子全体のSiO₂（ZrO₂含有材料を用
いる場合はSiO₂＋ZrO₂）が素子重量の85重量％
以上になるように作られる。これは、イオウ酸化
物を含有する気体の顕熱交換に使用する場合に必
要な高度の耐酸性を得るのに必要な条件である。本発明による高度ガス遮断性熱交換素子の製造
法の詳細は次のとおりである。まずガラス繊維を常法により抄造し、紙状にす
る。紙の好ましい厚さは、0.2〜1.5mm程度であ
る。厚すぎると後の加工が困難になる。抄造した
紙に、紙の加工性を向上させるためのコーテイン
グを施す。このためのコーテイング材としては、
酢酸ビニル樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合
体、ポリエチレン、水溶性アクリル樹脂、水溶性
ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリ
デン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、デンプ
ン、酸化デンプン、カゼインなど有機質のバイン
ダーと、粒径が20μ以下、好ましくは約0.5〜10μ
の耐酸性無機質充填材との混合物を用いる。粒径
が大きい鱗片状充填材は、紙の表面に蓄積して芯
部まで充填されないだけでなく、他の、本来は充
填容易な充填材まで充填困難にするから、この段
階では用いないことが望ましい。塗布量は、紙の
型付け加工に必要な加工性を付与するのに足りる
程度（通常200〜500ｇ／m²）とし、過剰にならな
いようにすることが望ましい。コーテイングを終わつた後は、乾燥後、ハニカ
ム構造体を製造するのに必要な型付け加工たとえ
ばコルゲート加工を施し、更に、所望の形状の熱
交換素子とするため、加工紙同士または未加工紙
との積層処理を施す。積層処理に用いる接着剤の
主剤としては有機質のものは不適当であつて、後
記焼成処理に耐える接着を可能にする無機質のも
ので、且つ耐酸性を有する硬化物を与えるものを
用いなければならない。好ましい接着剤の具体例
としては、アルミナゾル、コロイダルシリカ、ケ
イ酸アルカリ（たとえばケイ酸ソーダ）等に非晶
質シリカ、ケイ石、Ｃガラスフレーク等の充填材
を加えたもの、あるいはこれらにさらにメチルセ
ルロース、カルボキシメチルセルロース等の増粘
剤を加えて粘性、保水性、初期付着性、収縮防止
性等を調整したものがある。成形加工と積層処理を施してハニカム構造体に
した紙に、次いで鱗片状無機質充填材またはこれ
と他の無機質充填材との混合物を付着させ、固定
する。この工程は、コロイダルシリカのような耐
酸性結合材と無機質充填材とを分散させた水中に
ハニカム構造体を浸漬したのち水切りし、最後に
乾燥、焼成することにより行う。空隙率が高いガ
ラス繊維紙が結合材や無機質充填材のスラリーに
浸漬されたとき、粒径が小さい結合材粒子や粒状
の無機質充填材は水と共に繊維間空隙に入り込ん
で充填されるが、鱗片状無機質充填材だけは、鱗
片状であるがゆえに繊維間空隙にはほとんど入り
込めず、紙の表面で濃縮される。そして、ハニカ
ム構造体がスラリーから引き上げられて水切りさ
れ乾燥される過程で、鱗片状無機質充填材は必然
的に、その広い表面で紙の表面に密着する最も安
定な配置（すなわち紙の表面に平行な配置）をと
る。焼成により結合材が硬化して無機質充填材が固
定され、同時に有機質成分が除去されたハニカム
構造体に、必要に応じて再度（またはそれ以上の
回数くり返して）、上述の浸漬処理と加熱乾燥を
施す。処理を繰返すことによつて、鱗片状無機質
充填材が上述のような特定の配置で紙表面を覆う
構造が強化され、ついには紙の表面全体が鱗片状
無機質充填材でほとんど隙間なく覆われて、製品
のガス遮断性がよくなる。また、最後に結合材
（エチルシリケートが浸透性にすぐれているので
好ましい）のみの含浸処理を施すと、強度が増す
とともに、マイカ粉末のように耐酸性にやや難が
ある充填材を用いた場合でも、マイカが結合材で
被覆される結果、高度の耐酸性を有する製品が得
られる。ダストが付着しにくくなるように、表面
をフツ素樹脂（たとえば四フツ化エチレン−六フ
ツ化プロピレン共重合体樹脂）でコーテイングし
てもよい。なお、以上のすべての工程において使われる原
料および処理材料は、最終的に得られる熱交換素
子の85重量％以上がSiO₂またはSiO₂＋ZrO₂から
なるように選ばれなければならない。上述のようにして得られる本発明の熱交換素子
の一例（いわゆる直交流型のもの）を、第１図に
示した。得られた熱交換素子は、そのまま、あるいは適
宜熱交換素子として必要な寸法、形状、構造のも
のとするため、切断、穿孔あるいは再度接着する
などの加工を施して、使用に供する。発明の効果本発明の熱交換素子は、化学組成において85重
量％以上をSiO₂またはSiO₂＋ZrO₂で占めるよう
に材料が選ばれることによつて高度の耐酸性を示
す。また、ガラス繊維紙からなるハニカム構造体
は繊維間に多くの空隙を有し、これを無機質充填
材粒子で充填しても粒子間および粒子−繊維間に
隙間が残るためガス遮断性を良くすることには限
界があるが、本発明の素子においては、紙がその
表面に平行に配置された鱗片状無機質充填材によ
つてほとんど隙間なく覆われていることにより、
高度のガス遮断性を示す。したがつて本発明の熱
交換素子は、イオウ酸化物を含有するガスの顕熱
交換に使用しても長期間の使用が可能であり、ま
たガス混合によつて洗浄ガスが汚染される恐れも
ない。一方、平らな鱗片の特性を利用して、ガラス繊
維紙をハニカム構造体にした後で鱗片状無機質充
填材の懸濁液に浸漬し脱水乾燥するだけで鱗片状
無機質充填材を紙表面に平行に配置し被覆する本
発明の製造法によれば、ハニカム構造体の成形を
困難にすることなく、また特別の被覆工程を採用
する必要もなしに、上述のように優れた性能を示
す鱗片状無機質充填材被覆ハニカム構造体を容易
に製造することができる。実施例ガラス組成がZrO₂17重量％、SiO₂62重量％、
Na₂Ｏ＋K₂O5重量％、CaO16重量％の酸化ジル
コニウム含有ガラス繊維（平均繊維長９mm）より
厚さ１mm、坪量120ｇ／m²の紙を抄造し、これに、
ケイ石として300ｇ／m²のケイ石粉末分散液（ポ
リビニルアルコールをバインダーとして含有）を
コーテイングした。次いで、コーテイング済みの
紙の一部を段ボール製造用のコルゲート加工機に
よりコルゲート加工し、未加工の平板状のものと
重ね合わせて接着し、さらにその波形の向きを交
互に直交させながら全部で４層積重ねて接着し
て、第１図の例と同様のハニカム構造体（平面形
状45mm×45mm、積層方向厚さ32mm、フルート高さ
８mm）を作製した。このハニカム構造体を、処理液Ａ（ケイ石粉末、
Ｃガラスフレーク、マイカ粉末および結合材とし
てのコロイダルシリカを含有）に浸漬し、水切り
後、400℃で焼成して有機物を除去した。その後、
再度処理液Ａに浸漬してから乾燥し、再度に処理
液Ｂ（エチルシリケート溶液）に浸漬してから水
蒸気処理してエチルシリケートよりシリカを生成
させ、乾燥した（実施例１，２，５）。別に、処理液Ｂによる処理を省略したほかは実
施例１と同様にして実施例３を、また実施例１と
同様にしたのちにさらに10重量％のフツ素樹脂コ
ーテイングを施す実施例４を、それぞれ実施し
た。さらに、実施例１と同様の製法において処理液
Ａの内容を変更しコロイダルシリカのみにした例
（比較例２）、ケイ石とコロイダルシリカのみにし
た例（比較例３）およびカオリンとコロイダルシ
リカにした例（比較例４）、ならびに耐酸性の劣
るＥガラス繊維製の紙を用いた例（比較例１）を
実施した。なお比較例４においては紙のコテイン
グにもカオリンを用いた。以上の各例による製品の材料構成および特性を
まとめて表１に示した。なお、圧縮強さ、耐酸性
および通気性の試験法は次のとおりである。圧縮強さ：万能試験機を用い、フルート開口面の
一つに垂直な方向に試料を５mm／minの速さ
で圧縮して測定。耐酸性：試料を120℃の50％硫酸に７日間浸漬し、
その後、水洗、乾燥する。この処理の前後に
おける重量および圧縮強さを測定し、処理に
よる重量減（％）および強度低下（％）を求
めて耐酸性の目安とする。通気性：ハニカム構造体とは別に同じ条件で作製
した平板状シートについて、使用気体空気、
圧力差100mmAqの条件で測定。【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換素子の一例を示す
斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】１耐酸性ガラス繊維、無機質充填材および結合
材を主要構成材とする紙から作られたハニカム構
造体よりなる気体用熱交換素子において、素子構
成材料全体の85重量％以上がSiO₂またはSiO₂＋
ZrO₂からなり、無機質充填材の少なくとも一部
が鱗片状のものであり、該鱗片状無機質充填材が
紙の表面近傍に偏在し且つ該鱗片状粒子の大部分
が紙の表面に平行に配置されており、それにより
高度ガス遮断性領域を形成していることを特徴と
する気体用熱交換素子。２鱗片状無機質充填材がＣガラスフレークまた
はＣガラスフレークとマイカ粉末との混合物であ
る特許請求の範囲第１項記載の熱交換素子。３非鱗片状無機質充填材としてケイ石粉末また
はジルコニア粉末を含有する特許請求の範囲第１
項記載の熱交換素子。４耐酸性ガラス繊維より抄造され非鱗片状無機
質充填材が充填された紙を用いて熱交換素子に必
要な形状のハニカム構造体を製造し、得られたハ
ニカム構造体を少なくとも一部が鱗片状のもので
ある無機質充填材の懸濁液に浸漬し、該浸漬処理
により付着した無機質充填材を結合材で紙に固定
することを特徴とする熱交換素子の製造法。５鱗片状無機質充填材がＣガラスフレークまた
はＣガラスフレークとマイカ粉末との混合物であ
る特許請求の範囲第４項記載の製造法。６非鱗片状無機質充填材としてケイ石粉末また
はジルコニア粉末を用いる特許請求の範囲第４項
記載の製造法。