JPH0657295B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 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す
る。

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(latent)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くし、加熱サイクルの間に
外気に湿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
乾燥剤を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耐久性を示し、或る
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、繊維性のメッシュやハ
ニカムのような、数多くの形態をとることができる。ハ
ニカムマトリックスの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、絶縁湿度が異なる
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、絶縁温度が高い方の
空気流から水分を絶対湿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、絶対湿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、或る温度における空気中の
最大可能水分密度(maximum possible density of wa
ter)に対する絶対湿度の比として定義される相対湿度と
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熱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湿気を与
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・エネルキ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、毎分約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・エネルギー回収ホイールの使用に
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。或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。上記のような好ましか
らざる汚染物には、アンモニア、溶媒からの炭化水素、
一酸化炭素、二酸化炭素及び二酸化硫黄を含む。活性ア
ルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）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。酸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。塩化リチウムのような
乾燥剤は、溶けてあらゆる水溶性汚染物を吸収する水性
(aqueous)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、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・エネルギー回収
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。

発明の要約 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
材料から形成されている。顕熱交換材料の表面の少なく
とも一部に、分子篩(molecular sieve) からなるコーテ
ィング組成物の層が塗布されている。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顕
熱及び潜熱交換媒体を指示する手段と、トータル・エネ
ルギー回収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、顕熱及び潜熱の吸収
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(polarit
y) のための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、本発明の顕熱及び潜熱交換媒体に使用する分
子篩を含む、幾つかの乾燥剤の種々の相対湿度におけ
る、平衡水吸着容量(equilibrium 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オングストロー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、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、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１０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１６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０．０２５ｍｍ乃
至０．０７６ｍｍ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ニカムマトリックス
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１．２７ｍ
ｍ乃至２．５４ｍｍの高さと、約２．５４ｍｍ乃至５．
０８ｍｍの幅である。最も好ましくは波型２２の頂点２
４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の顕熱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、繊維状の網目の様な他の
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２
６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
流れから顕熱を吸収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は、
クラフトペーパー、ナイロンファイバーペーパー、ミネ
ラルファイバーペーパー、アスベスト及びプラスチック
を含む。顕熱交換材料２６の熱容量と、顕熱交換材料２
６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のための顕熱交換材
料２６としてふさわしいかどうかを決定する２つの要素
である。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秒間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われる。

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２６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。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。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
なわち吸着するために使用できる。分子篩の一つのクラ
スは沸石である。

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_２Ｏ．ｎ
ＳｉＯ_２．ｘＨ_２Ｏ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、輝沸石、フォージャサイト、パーミュタ
イト、方沸石、ソーダ沸石、毛沸石、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：1.0±0.2M_2-nO:Al₂O₃:1.85±0.5SiO₂:yH₂O、 で表わされ、この内Ｍは金属を表わし、ｎはＭの原子価
で、そして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±0.2M_2-nO:Al₂O₃:2.5±0.5SiO₂:yH₂O、 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
グストロー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オングストロー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
ーム分子篩は、４オングストローム分子篩内の多くのナ
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オングストロー
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オングストローム分子篩として当業界で
知られている分子篩は、カリウムカチオンのナトリウム
を含む結晶構造Ａのアルミノ・シリケートである。５オ
ングストローム分子篩は、４オングストローム分子篩内
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
ングストロー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、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さ
いサイズである一酸化炭素水分より水分子を優先的に惹
き付けるような極性を有するものである。

顕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、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。分子篩は、潜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
０．００５０８ｍｍ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０．００５０８ｍｍ乃至
０．０１７ｍｍ、より好ましくは約０．０１２ｍｍ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
−フェノリクス、水の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、スプレー及びロー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
層の表面に分子篩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
んでいることが望ましい。

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オン
グストロームの分子篩のような、所望の分子篩の層が、
顕熱交換材料の塗った片の表面に更に塗布される。好ま
しくは、顕熱交換材料２６の塗られた片は、分子篩の略
々均一な層がバインダーの表面に付着するように分子篩
粒子の流動ベッドを連続的に通過させられる。好ましく
は、分子篩の粒子は微細粉末から約２００メッシュの平
均粒直径を有している。顕熱交換材料２６の完全に塗っ
た表面は、熱風によって、不粘着状態に乾燥する。顕熱
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２６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３
０に特に有用である。トータル・エネルギー回収ホイー
ル３０は、ハブ３４とハブ３４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１０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の細長い片と平らな
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
巻かれる。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３０の構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。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３
８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３０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２
０．３ｃｍ乃至約３０．５ｃｍの深さと約６１ｃｍ乃至
約４２６ｃｍ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２０．３ｃｍ乃至約３０．５ｃｍの深さと約６１ｃ
ｍ乃至約４２６ｃｍ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・エネルギー回収ホイール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、入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の部分は入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、顕熱
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
ら熱と湿気を吸収する。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３０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
湿気を取り除いて、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湿
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の顕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２．５４ｃｍ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
された。この試料は、３５℃乾球温度／２５℃湿球温
度、相対湿度４７パーセント、２６４１Ｎ／ｍ^２、そし
て水蒸気分圧１２４０Ｎ／ｍ^２において平衡に到達させ
られた。２１℃乾球温度／１６℃湿球温度、湿度６０パ
ーセント、蒸気分圧１５２４Ｎ／ｍ^２の空気及び、６．
８６ｍｍＨｇ（９１５Ｎ／ｍ^２）の水蒸気分圧の空気
が、約１８３ｍ／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オングストローム分子篩とシリカ・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オングストローム分子篩よ
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。

トータル・エネルギー回収ホイールのための乾燥剤とし
ての３オングストロー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図からわかるように、シ
リカ・ゲルの水吸着容量は、３５℃乾球温度／２５℃湿
球温度、相対湿度４７パーセント、蒸気圧２６４１Ｎ／
ｍ^２と水蒸気分圧１２４０Ｎ／ｍ^２と、２１℃乾球温度
／１６℃湿球温度、相対湿度６０パーセント、蒸気圧１
５２４Ｎ／ｍ^２及び水蒸気分圧９１５Ｎ／ｍ^２との間
で、乾いた乾燥剤の単位重量（キログラム）当り約０．
０４１キログラム増加する。乾燥剤の温度は、空気の流
れの平均温度、即ち２８℃で近似される。一方、第５図
からわかるように、３オングストロームの分子篩の容量
は、前記と同一状態のもとで、乾いた乾燥剤の単位重量
（キログラム）当り僅か０．００８キログラムしか増加
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オングストロー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
第４図からわかるであろう。従って、シリカ・ゲルと３
オングストローム分子篩の現実の伝達容量は、乾いた乾
燥剤のキログラム当りそれぞれ０．００２０５キログラ
ムと０．００５６キログラムになる。従って、トータル
・エネルギー回収ホイールがさらされる条件のもとで、
３オングストローム分子篩はシリカ・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。本発明の分子篩乾燥剤を使用した試料がＡＳＨＲＡ
Ｅ（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
・ゲルとアルミニウ酸化物を使用してた媒体の性能は、
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ＡＳＨＲＡ
Ｅ試験８４−７８Ｐに従って得られた。本発明の顕熱及
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熱及び
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循環
させることなく、入ってくる空気の流れから水分を吸着
する。コーティング組成物内の分子篩は、分子篩の孔サ
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を吸着しない。分子篩の極性は、
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与える。従って、本
発明の顕熱及び潜熱交換媒体１０は、顕熱及び潜熱の両
方を吸収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。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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】顕熱及び潜熱交換媒体がガス透過性マトリ
   ックスからなり、 前記ガス透過性マトリックスは、前記顕熱及び潜熱交換
   媒体を通して空気の流れが通ることができる貫通通路を
   提供し、かつ 前記ガス透過性マトリックスは、（ａ）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たい空気
   の流れに放出することができる、金属から作られた顕熱
   交換材料と、（ｂ）前記顕熱交換材料の表面の少なくと
   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、前記分子篩が、約 1.5秒より短い
   時間で前記顕熱及び潜熱交換媒体を通して流れる湿った
   空気の流れから水分を吸着して前記顕熱及び潜熱交換媒
   体を通して流れる乾いた空気の流れに前記吸着した水分
   を放出することができるように、実質的に均一サイズで
   かつ孔直径が約３オングストロームの多数の孔を有する
   ことからなるトータル・エネルギー回収ホイールに用い
   るための顕熱及び潜熱交換媒体。
2. 【請求項２】顕熱交換材料がシート材料の形態であり、
   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
   ート材料の層である請求の範囲第１項の顕熱及び潜熱交
   換媒体。
3. 【請求項３】シート材料が約0.025mm 乃至 0.076mm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。