JPWO2019180834A1 - 全熱交換素子および全熱交換器 - Google Patents

全熱交換素子および全熱交換器 Download PDF

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Abstract

全熱交換素子は、互いに対向した状態に配置される複数の仕切部（１）と、仕切部（１）同士の間隔を保持して仕切部同士の間に流路を形成させる間隔保持部（２）と、を備えている。間隔保持部（２）は、不織布を基材とした不織布基材層が紙層の両面に積層された積層構造を有する。紙層の一面に積層された間隔保持部（２）の不織布基材層である第１の不織布基材層（２２１）と、第１の不織布基材層（２２１）に対向する仕切部と、が接合されており、紙層の他面に積層された間隔保持部（２）の不織布基材層である第２の不織布基材層（２２２）と、第２の不織布基材層（２２２）に対向する仕切部と、が接合されている。全熱交換素子は、上述した構成を有することによって、湿度交換効率を向上させることができる。

Description

本発明は、給気流と排気流との間で全熱交換を行わせる全熱交換素子および全熱交換器に関する。
室内の空調の冷暖房効率の損失を抑えた換気方法には、給気流と排気流との間で熱交換を行わせる換気方法がある。熱交換の効率を向上させるためには、給気流と排気流との間で熱とともに湿度の交換も同時に行う、すなわち顕熱とともに潜熱の交換も同時に行う、全熱交換が有効である。
全熱交換を行う全熱交換素子では、給気流路と排気流路とが、仕切部を挟んで互いに独立した流路として形成される。給気流路と排気流路とには、それぞれコルゲート加工によって形成された波型状の間隔板によって構成されるものがある。全熱交換素子を備える全熱交換器で室内の空気を換気する場合には、給気流路を流れる給気流と排気流路を流れる排気流との間で全熱交換が行われるため、室内の空調の冷暖房効率の損失を抑えることができる。
このような全熱交換器の普及に伴い、全熱交換器においては、例えば冬場の建物内での加湿量増加の要望から、顕熱の回収のみならず、排気流に乗った加湿された空気内の湿分の回収量を増加したいという要望がある。すなわち、全熱交換器においては、温度交換効率の向上とともに湿度交換効率の向上が要求されている。
また、夏場の冷房条件では、空調機による潜熱処理のエネルギー、すなわち除湿のエネルギーを低減するために、全熱交換器による換気が考慮されるようになってきている。すなわち、全熱交換器を設置することにより、室外の高湿空気をそのまま室内に入れずに、全熱交換素子の給気流路を流れる給気流と排気流路を流れる排気流との間で湿度交換を行う換気が考慮されるようになってきた。このような全熱交換器の使用環境では、全熱交換素子に高い湿度交換効率が要求される。
湿度交換効率を向上させることができる全熱交換素子として、特許文献１には、吸湿塩が添加された仕切部材と、樹脂層と疎水性の不織布機材とが積層された間隔保持部材とを有し、仕切部材と同様に間隔保持部材にも吸湿塩を添加することで、仕切部材と間隔保持部材との接続面を透湿面として活用し、湿度交換効率を向上させる全熱交換素子が開示されている。
特許第５９８７８５４号公報
しかしながら、上記特許文献１の全熱交換素子では、湿度交換効率を向上させようとする場合には吸湿剤の添加量を増やす必要がある。しかしながら、この場合には高湿空気を通風し続けた際に吸湿剤の自己潮解作用により発生する結露水によって吸湿剤が流失し、または経時的に低減するため、湿度交換効率の向上には限度がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、湿度交換効率を向上させることができる全熱交換素子を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる全熱交換素子は、互いに対向した状態に配置される複数の仕切部と、仕切部同士の間隔を保持して仕切部同士の間に流路を形成させる間隔保持部と、を備える。間隔保持部は、不織布を基材とした不織布基材層が紙層の両面に積層された積層構造を有する。紙層の一面に積層された間隔保持部の不織布基材層である第１の不織布基材層と、第１の不織布基材層に対向する仕切部と、が接合されており、紙層の他面に積層された間隔保持部の不織布基材層である第２の不織布基材層と、第２の不織布基材層に対向する仕切部と、が接合されている。
本発明にかかる全熱交換素子は、湿度交換効率を向上させることができる全熱交換素子が得られる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる全熱交換素子の概略構成を示す外観斜視図 本実施の形態１にかかる全熱交換素子における、間隔保持部と、間隔保持部を挟んで配置される仕切部とを抜き出して示した縦断面図 本実施の形態１にかかる全熱交換素子における湿度移動を説明する模式図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第１の形成方法を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第１の形成方法により形成された間隔保持部を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第２の形成方法を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第２の形成方法により形成された間隔保持部を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第３の形成方法を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第３の形成方法を示す断面図 本実施の形態１にかかる間隔保持部の第３の形成方法により形成された間隔保持部を示す断面図 本発明の実施の形態２にかかる全熱交換素子の間隔保持部と、間隔保持部を挟んで配置される仕切部とを抜き出して示した縦断面図 本発明の実施の形態３にかかる全熱交換器の概略構成を示す図
以下に、本発明の実施の形態にかかる全熱交換素子および全熱交換器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる全熱交換素子１０の概略構成を示す外観斜視図である。図２は、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０における、間隔保持部２と、間隔保持部２を挟んで配置される仕切部１とを抜き出して示した縦断面図である。全熱交換素子１０は、層状に設けられた第１の流路である第１の空気流路４と、層状に設けられた第２の流路である第２の空気流路５と、第１の空気流路４と第２の空気流路５との間を仕切る平板状の仕切部１と、を備える。また、全熱交換素子１０は、第１の空気流路４と第２の空気流路５とを形成して仕切部１同士の間隔を保持するコルゲート形状の間隔保持部２と、仕切部１と間隔保持部２とを接合する接合部３と、を備える。コルゲート形状とは、山部と谷部とで構成される波形の形状である。
全熱交換素子１０は、平板状の仕切部１と、コルゲート形状を有する間隔保持部２とが交互に積層された構造を有する。間隔保持部２は、コルゲート形状を有することで、確実に第１の空気流路４と第２の空気流路５とを形成して仕切部１同士の間隔を保持することができる。仕切部１と間隔保持部２とを積層する際に、仕切部１と間隔保持部２とが積層される積層方向において隣り合う間隔保持部２の山部の長手方向を交差させることにより、第１の空気流路４と第２の空気流路５とが仕切部１を挟んで隣り合い、第１の空気流路４の延在方向と第２の空気流路５の延在方向とは平面視において互いに交差し、第１の空気流路４と第２の空気流路５とは、互いに独立する。
全熱交換素子１０では、第１の空気流路４を流れる第１の気流６と、第２の空気流路５を流れる第２の気流７との間で、仕切部１を媒体として潜熱および顕熱が交換される。本実施の形態１では、間隔保持部２の形状をコルゲート形状としたが、間隔保持部２は、仕切部１同士の間隔を既定の間隔に保持できるものであればよい。間隔保持部２は、例えば、矩形波状に折り曲げたシート、三角波状に折り曲げたシート、または複数枚の板片等であってもよい。
以下、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０を構成する各構成部について説明する。仕切部１は、紙素材からなる紙の層である紙層の単層からなる。仕切部１は、透湿性を向上させるために、極力薄膜化した特殊加工紙を使用することが好ましく、膜厚が５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８μｍ以上８０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
仕切部１は、透湿性を向上させるために吸湿剤を添加する特殊加工、およびその他の特殊な加工により作製された特殊加工紙を使用することが好ましい。透湿性を向上させるために仕切部１に含有させる吸湿剤は、特に、仕切部１の透湿性を向上させるために、潮解性塩を用いることが好ましい。潮解性塩には、塩化リチウムおよび塩化カルシウムのうちの少なくとも一方を用いる。塩化リチウムまたは塩化カルシウムの仕切部１への添加量は、２ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下、好ましくは３ｇ／ｍ２以上６ｇ／ｍ２以下の範囲である。なお、吸湿剤として塩化リチウムと塩化カルシウムとの両方を用いる場合には、仕切部１への添加量は、塩化リチウムと塩化カルシウムとの合計が２ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下の範囲とされる。
本実施の形態１にかかる仕切部１の透湿性は、全熱交換素子１０としての実用に適したレベルの湿度交換性能を確保する観点から、相対湿度１００％、温度３０℃における赤外センサー法（モコン法）透湿度測定において、透湿度１０ｋｇ／ｍ２／ｄａｙ以上、好ましくは１５ｋｇ／ｍ２／ｄａｙ以上である。
全熱交換素子１０での換気のために、仕切部１には気体遮蔽性が必要である。本実施の形態１にかかる仕切部１の気体遮蔽性は、ガーレ法による透気度測定において、５００秒／１００ｃｃ以上、好ましくは１０００秒／１００ｃｃ以上である。仕切部１の気体遮蔽性が５００秒／１００ｃｃ以上の範囲にあることで、全熱交換素子１０における給排気の隔絶、すなわち第１の空気流路４を流れる第１の気流６と第２の空気流路５を流れる第２の気流７との隔絶がより確実に行われる。
なお、仕切部１では、給排気間の熱交換において、すなわち第１の空気流路４を流れる第１の気流６と第２の空気流路５を流れる第２の気流７との熱交換において、熱交換効率は、空気の境界層における伝熱抵抗が主要因になるため、仕切部１の素材の伝熱性にほとんど依存しない。このため、仕切部１の伝熱性は、全熱交換素子１０の熱交換効率にほとんど影響しない。すなわち、仕切部１の熱抵抗を１とすると、仕切部１の裏表の空気層の熱抵抗は各々１０程度になり、合計で２１となる。仕切部１を金属にした場合、金属の熱伝導率は紙の熱伝導率と比較して２０００倍から３０００倍になるので、仕切部１の熱抵抗は１／２０００から１／３０００になる。しかしながら、仕切部１の熱抵抗に仕切部１の裏表の空気層の熱抵抗も含めた熱抵抗は、たとえば２０．０００５となり、せいぜい５％変わるかどうかの影響しかない。このため、仕切部１の伝熱性は、全熱交換素子１０の熱交換効率にほとんど影響しない。なお、本実施の形態１では、仕切部１が紙層の単層構造である場合について示しているが、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０の効果を奏する限り、仕切部１は、紙層の単層構造であることに制限されない。仕切部１は、紙層の多層構造であってもよい。
間隔保持部２は、全熱交換素子１０において第１の空気流路４および第２の空気流路５の流路形状を規定している。本実施の形態１にかかる間隔保持部２は、紙素材からなる間隔保持部の紙層２１と、不織布を基材とした間隔保持部の不織布基材層２２と、の多層構造を有している。すなわち、間隔保持部２は、間隔保持部の不織布基材層２２と間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２とがこの順で積層された、間隔保持部の紙層２１の両面に間隔保持部の不織布基材層２２が積層された積層構造を有する。したがって、間隔保持部２は、表裏両側に間隔保持部の不織布基材層２２が露出した構成を有する。本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０は、間隔保持部２の表面に露出している間隔保持部の不織布基材層２２を介して、後述するように第１の空気流路４を流れる第１の気流６と第２の空気流路５を流れる第２の気流７との間での湿度交換を促進することができ、また間隔保持部２と仕切部１との接着強度を確保できる。そして、間隔保持部の紙層２１は、吸湿材を含有している。なお、間隔保持部の紙層２１は、吸湿剤を含有していない紙層により構成されてもよい。
間隔保持部２は、コルゲート形状の山部と谷部とにおいて、接合部３により仕切部１と接合されている。すなわち、間隔保持部２は、表面に露出した間隔保持部の不織布基材層２２が接合部３により仕切部１と接合されている。したがって、間隔保持部２は、仕切部１との間に第１の空気流路４または第２の空気流路５を形成するとともに、対向した状態に配置される仕切部１同士の間隔を保持する。
間隔保持部の紙層２１には、仕切部１と間隔保持部２とを接合する接合部３における透湿性向上のために、吸湿剤を添加する特殊加工、およびその他の特殊な加工により作製された特殊加工紙を使用することが好ましい。吸湿剤の材料は、特に限定されないが、潮解性塩を用いることが好ましい。潮解性塩には、塩化リチウムおよび塩化カルシウムのうちの少なくとも一方を用いる。塩化リチウムまたは塩化カルシウムの間隔保持部の紙層２１への添加量は、２ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下、好ましくは３ｇ／ｍ２以上６ｇ／ｍ２以下の範囲である。なお、吸湿剤として塩化リチウムと塩化カルシウムとの両方を用いる場合には、仕切部１への添加量は、塩化リチウムと塩化カルシウムとの合計が２ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下の範囲とされる。
間隔保持部の紙層２１は、全熱交換素子１０の難燃性確保のために、難燃剤が添加されてもよい。間隔保持部２の難燃性は、メッケルバーナ法において防炎２級レベル以上が好ましく、更に好ましくは防炎１級以上である。本実施の形態１では、間隔保持部の紙層２１に添加される難燃剤の材料としては、臭素系難燃剤、リン系難燃剤、金属水酸化物または酸化物等の無機系難燃剤、シリコーン系難燃剤を用いる。
間隔保持部の紙層２１は、厚さが間隔保持部２の総厚さよりも薄く、目付が間隔保持部２の総目付けよりも軽い。間隔保持部の紙層２１の厚さは、１０μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１５μｍ以上９０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以上８０μｍである。間隔保持部２の透気抵抗度は、ほぼ紙層２１でまかなわれている。このため、間隔保持部の紙層２１の透気抵抗度は、１秒／１００ｍｌ以上であり、好ましくは３秒／１００ｍｌ以上である。
間隔保持部の不織布基材層２２は、繊維を織らずに絡み合わせた布帛であり、繊維の材料は布帛の強度およびコストの観点から、セルロース繊維、ポリウレタン繊維、ポリエステル繊維、またはポリプロピレン繊維、およびこれらの混合物が好ましい。また、セルロース繊維およびポリウレタン繊維は親水性材料であり、繊維内部における毛細管を利用した水分子の拡散性向上が見込めるため、より好ましい。
一般的に、仕切部と間隔保持部とを備える全熱交換素子内の顕熱交換を考えると、仕切部が伝熱面として機能することに加えて、間隔保持部が伝熱フィンの役目を持つ。すなわち、間隔保持部は、伝熱面積を増やすための拡大伝熱面積として働く。拡大伝熱面積の伝熱特性は、伝熱フィンの形状、熱伝導率および風路内の熱伝達率で決定される。仕切部の面積に対する拡大伝熱面積の面積比である面積係数をαとし、仕切部の面積を仕切部面積Ｓとすると、伝熱フィンのフィン効果による拡大伝熱面を含む総伝熱面積Ｓｔｏｔａｌは、Ｓｔｏｔａｌ＝（１＋α）×Ｓと表すことができる。αは、前述の通り伝熱フィンとなる間隔保持部の形状、物性値、および伝熱フィン周りの熱伝達率によって決まる。通常、一般的な全熱交換素子では、α＝０．１以上０．３以下の値を取ることが知られている。
同様に、仕切部と間隔保持部とを備える全熱交換素子内における湿度移動の場合についても、間隔保持部を、湿度を伝達する湿度伝達フィンとして扱うことが可能である。すなわち、間隔保持部が、湿度を移動させる湿度伝達フィン、すなわち潜熱を伝熱する湿度伝達フィンの役目を持ち、透湿面積を増やすための拡大透湿面積として働く。拡大透湿面積の湿度伝達率は、湿度伝達フィンの形状、湿度伝達率および風路内の湿度伝達率で決定される。仕切部の面積に対する拡大透湿面積の面積比である面積係数をβとし、仕切部の面積を仕切部面積Ｓとし、湿度伝達フィンのフィン効果による拡大透湿面積を含む総透湿面積ＳｘがＳｘ＝（１＋β）×Ｓで表せるとする。この場合、通常の紙または特殊加工紙では、温度フィンの熱伝導率に相当する間隔保持部内の水の拡散係数Ｄの値が１０−８以下と小さいために、βは１よりも大幅に小さい値であり、拡大透湿面積の効果はほぼゼロである。すなわち、給気流と排気流の間の熱交換現象において、間隔保持部は伝熱フィンとしては効果を発揮するが、湿度伝達フィンとしてはフィン内の水の移動が熱の移動に比べて遅いためほとんど効果が得られない。
しかしながら、間隔保持部の不織布基材層２２を間隔保持部の紙層２１の表裏両面に配置した本実施の形態１にかかる間隔保持部２を使用した場合は、間隔保持部の不織布基材層２２内の毛細管現象を利用して、通常の紙もしくは特殊加工紙または疎水性の樹脂層の表面および内部を水が移動するときに比べて、大幅に水の移動速度を速めることができる。水の移動速度に対応する水の拡散係数Ｄで比較した際に、本実施の形態１にかかる間隔保持部２は、通常の紙もしくは特殊加工紙または樹脂層に比べて、拡散係数Ｄ［ｍ２／ｓ］を２桁から３桁向上させる、すなわち１０倍から１００倍のレベルで向上させることができ、１０−６以上１０−７以下にできる。このため、本実施の形態１にかかる間隔保持部２は、βを０．０１以上０．１以下とすることが可能となり、拡大透湿面として活用することが可能となる。
図３は、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０における湿度移動を説明する模式図である。図３では、第１の空気流路４から第２の空気流路５に湿度が移動する場合について示している。本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０は、間隔保持部の不織布基材層２２と間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２とがこの順で積層された、表裏両側に間隔保持部の不織布基材層２２が露出した間隔保持部２を有する。そして、間隔保持部２は、間隔保持部の不織布基材層２２が対向する仕切部１と接合部３により接合されている。すなわち、図３に示すように、間隔保持部の紙層２１の一面に積層された間隔保持部の不織布基材層２２である第１の不織布基材層２２１と、第１の不織布基材層２２１に対向する仕切部１である第１仕切部１Ａと、が接合されている。また、間隔保持部の紙層２１の他面に積層された間隔保持部の不織布基材層２２である第２の不織布基材層２２２と、第２の不織布基材層２２２に対向する仕切部１である第２仕切部１Ｂと、が接合されている。
このため、間隔保持部２の表面にある間隔保持部の不織布基材層２２に吸着された水分の大半は、間隔保持部の不織布基材層２２内の微小な隙間を通って毛細管現象により、接合部３に移動する。すなわち、間隔保持部の不織布基材層２２に吸着された水分の大半は、図３に示す矢印Ａの方向に沿って、間隔保持部の不織布基材層２２の内部および表面を通って、接合部３に移動する。また、間隔保持部２の表面にある間隔保持部の不織布基材層２２に吸着された水分の一部は、間隔保持部の紙層２１を介して接合部３に移動する。そして、接合部３に到達した水分は、接合部３および仕切部１を介して第２の空気流路５に移動する。
このときの間隔保持部の不織布基材層２２内における水分の移動速度は、間隔保持部の紙層２１内における水分の移動速度よりも速い。このため、全熱交換素子１０は、間隔保持部２が通常の紙もしくは特殊加工紙または疎水性の樹脂層、またはこれらの積層体からなる場合と比べて、間隔保持部２に吸着された水分が接合部３まで早く移動することが可能である。これにより、全熱交換素子１０は、間隔保持部２上で吸着した水分を仕切部１に早急に運ぶことができ、間隔保持部２が通常の紙もしくは特殊加工紙または疎水性の樹脂層、またはこれらの積層体からなる場合と比べて、高い湿度交換性能を実現することが可能となる。したがって、第１の空気流路４を流れる空気から第２の空気流路５を流れる空気への湿度の移動を効率的に行うことが可能となる。
また、全熱交換素子１０では、間隔保持部として使用する間隔保持部の紙層２１の裏表両面に、毛細管現象により間隔保持部２の平面内の水分の移動を促進するための間隔保持部の不織布基材層２２を有する間隔保持部２を備える。これにより、仕切部１と間隔保持部２とが積層される積層方向における両側に位置する第２の空気流路５を流れる空気に対して、第１の空気流路４を流れる空気からの湿度の移動を効率的に行うことが可能となる。
すなわち、図３に示す例では、全熱交換素子１０は、仕切部１である第１仕切部１Ａと間隔保持部２とにより規定される第１の空気流路４である第１の空気流路４Ａから、第１仕切部１Ａに隣り合う第２の空気流路５である第２の空気流路５Ａへの湿度の移動を効率的に行うことが可能となる。また、全熱交換素子１０は、仕切部１である第２仕切部１Ｂと間隔保持部２とにより規定される第１の空気流路４である第１の空気流路４Ｂから、第２仕切部１Ｂに隣り合う第２の空気流路５である第２の空気流路５Ｂへの湿度の移動を効率的に行うことが可能となる。
なお、ここでは、第１の空気流路４を流れる空気から第２の空気流路５を流れる空気への湿度の移動を例に説明しているが、第２の空気流路５を流れる空気から第１の空気流路４を流れる空気への湿度の移動の場合も上記と同様の効果が得られる。
つぎに、毛細管現象による湿度フィン効果の向上を実現できる間隔保持部２の形成方法について説明する。図４は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第１の形成方法を示す断面図である。図５は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第１の形成方法により形成された間隔保持部２を示す断面図である。図６は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第２の形成方法を示す断面図である。図７は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第２の形成方法により形成された間隔保持部２を示す断面図である。図８は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第３の形成方法を示す断面図である。図９は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第３の形成方法を示す断面図である。図１０は、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の第３の形成方法により形成された間隔保持部２を示す断面図である。
間隔保持部２の第１の形成方法では、図４に示すように間隔保持部の紙層２１の両面に間隔保持部の不織布基材層２２を貼り付ける。これにより、図５に示すように、間隔保持部の不織布基材層２２と間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２とがこの順で積層された間隔保持部２である間隔保持部２ａが形成される。
間隔保持部２の第２の形成方法では、図６に示すように形成される間隔保持部の不織布基材層２２よりも厚い間隔保持部の不織布基材層２２ａの厚み方向における中心領域に間隔保持部の紙層２１となる特殊加工紙の抄紙を行う。これにより、図７に示すように、間隔保持部の不織布基材層２２ａと間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２ａとがこの順積で積層された間隔保持部２である間隔保持部２ｂが形成される。
間隔保持部２の第３の形成方法では、間隔保持部の不織布基材層２２よりも厚い図８に示すような間隔保持部の不織布基材層２２ｂの一面に対して、図９に示すように間隔保持部の紙層２１の抄紙を行う。つぎに、間隔保持部の紙層２１における間隔保持部の不織布基材層２２ｂが位置する側と反対側の他面に、間隔保持部の不織布基材層２２ｃを貼りつける。これにより、図１０に示すように、間隔保持部の不織布基材層２２ｂと間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２ｃとがこの順積で積層された間隔保持部２である間隔保持部２ｃが形成される。
図５に示す間隔保持部２ａの場合、間隔保持部の不織布基材層２２の目付量は、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、１０ｇ／ｍ２以上２００ｇ／ｍ２以下、好ましくは１５ｇ／ｍ２以上１５０ｇ／ｍ２以下である。また、間隔保持部の不織布基材層２２の不織布の厚さは、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、５μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１５μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以上３００μｍ以下である。
図７に示す間隔保持部２ｂの場合、間隔保持部の不織布基材層２２ａの目付量は、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、１０ｇ／ｍ２以上３００ｇ／ｍ２以下、好ましくは１５ｇ／ｍ２以上２００ｇ／ｍ２以下である。また、間隔保持部の不織布基材層２２ａの不織布の厚さは、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは８０μｍ以上３００μｍ以下である。
図１０に示す間隔保持部２ｃの場合、間隔保持部の不織布基材層２２ｂの目付量は、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、１０ｇ／ｍ２以上２５０ｇ／ｍ２以下、好ましくは１５ｇ／ｍ２以上１８０ｇ／ｍ２以下である。また、間隔保持部の不織布基材層２２ｂの不織布の厚さは、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度の熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、８μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは６０μｍ以上３００μｍ以下である。
また、間隔保持部の不織布基材層２２ｃの目付量は、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、１０ｇ／ｍ２以上２００ｇ／ｍ２以下、好ましくは１５ｇ／ｍ２以上１５０ｇ／ｍ２以下である。また、間隔保持部の不織布基材層２２ｃの不織布の厚さは、間隔保持部２としての実用に適した必要な強度を確保し、特に湿度の移動速度を十分に確保する観点から、５μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１５μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以上３００μｍ以下である。
なお、上述した間隔保持部２ａ、間隔保持部２ｂおよび間隔保持部２ｃの目付量および厚さは、各構造を構成する際の不織布の取り扱いに違いがあることを想定した数値である。ただし、間隔保持部２ａ、間隔保持部２ｂおよび間隔保持部２ｃの目付量および厚さは、上述した範囲に限定されない。
本実施の形態１にかかる間隔保持部２の気体遮蔽性は、ガーレ法による透気度測定において、１秒／１００ｃｃ以上、好ましくは３秒／１００ｃｃ以上である。間隔保持部２の気体遮蔽性が上記の範囲にあることで、全熱交換素子１０における給排気の隔絶、すなわち第１の空気流路４を流れる第１の気流６と第２の空気流路５を流れる第２の気流７との隔絶が確実に行われ、換気性が十分に確保され、かつ、仕切部１および接合部３における透湿性能が確保される。
また、本実施の形態１にかかる間隔保持部２の透湿性は、相対湿度１００％、温度３０℃における赤外センサー法（モコン法）透湿度測定において、透湿度６ｋｇ／ｍ２／ｄａｙ以上、好ましくは１０ｋｇ／ｍ２／ｄａｙ以上である。間隔保持部２の透湿性が透湿度６ｋｇ／ｍ２／ｄａｙ以上の範囲にあることで、仕切部１と間隔保持部２との接合部３における透湿性が確保され、かつ給気と排気との湿度交換性能が全熱交換素子１０としての実用に要求される高いレベルに維持される。
なお、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０では、間隔保持部２が、１層の間隔保持部の不織布基材層２２と、１層の間隔保持部の紙層２１と、１層の間隔保持部の不織布基材層２２と、の３層構造で示しているが、間隔保持部２の積層構造は、３層であることに制限されない。
仕切部１と間隔保持部２とを接合する接合部３においては、仕切部１と間隔保持部２との接合方法として、接着剤を用いる方法または接着剤を用いない熱接着方法が用いられる。
軟化温度が１３０℃以上である間隔保持部の不織布基材層２２の場合、例えばセルロースが主成分である不織布からなる間隔保持部の不織布基材層２２の場合には、全熱交換素子１０の機械強度の観点から、仕切部１と間隔保持部２との接合に接着剤を使用することが好ましい。仕切部１と間隔保持部２との接合に接着剤を使用する場合、間隔保持部２の表面に露出している間隔保持部の不織布基材層２２は、接着剤と接合する表面積が大きいため、間隔保持部２と仕切部１との接着強度を確保できる。
接合部３に接着剤を用いる場合、接着剤の主成分は、仕切部１と間隔保持部２とをより強力に接着する観点から、酢酸ビニル系、ウレタン系、またはポリエステル系などの樹脂材料、またはこれらの組成物を主とした混合物であることが好ましい。
また、接合部３に接着剤を用いる場合、間隔保持部の不織布基材層２２と仕切部１とは、水系の接着剤により構成される水系の接着層により接合されることが好ましい。水系の接着剤を用いることで、親水性材料である仕切部１、および間隔保持部の不織布基材層２２にある毛細管を通じて水が浸透し易いため、接着剤の浸透を促進することが可能となる。また、水系の接着剤のうち水分蒸発と再湿によって可逆的に硬化と溶融を起こすタイプを用いることにより、あらかじめ仕切部１または間隔保持部２に接着剤を塗布しておき、組み立て時に接着剤を濡らした上で接着することができ、作業が容易となる。
接着剤には、仕切部１と間隔保持部２との間の透湿性の一層の向上の観点から、吸湿剤が含まれていることが好ましい。この場合、給排気間において高透湿性を実現させるため、吸湿剤には潮解性塩を用いることが好ましい。潮解性塩には、塩化リチウムおよび塩化カルシウムのうちの少なくとも一方を用いることが好ましい。
接合部３に接着剤を用いる場合、全熱交換素子１０の難燃性確保のために、接着剤に難燃剤が添加されてもよい。本実施の形態１では、接着剤に添加される難燃剤の材料としては、臭素系難燃剤、リン系難燃剤、金属水酸化物または酸化物等の無機系難燃剤、シリコーン系難燃剤を用いる。
軟化温度が１３０℃未満である間隔保持部の不織布基材層２２の場合、例えばセルロースに比べて軟化温度が低いポリウレタンが主成分である不織布からなる間隔保持部の不織布基材層２２の場合には、仕切部１と間隔保持部２とを熱接着により接合することにより、耐水性に優れる接合が可能である。
ただし、間隔保持部の不織布基材層２２の軟化温度に因らず接着剤を使用することで、片面コルゲート、片面コルゲートが積層された直交積層体、および全熱交換素子１０の機械強度を実用に適したレベルの強度に保つことが可能である。
接合部３における仕切部１と間隔保持部２との接合に熱接着を用いる場合、間隔保持部の不織布基材層２２の軟化温度程度の温度で間隔保持部２を加熱し、仕切部１と間隔保持部２とを加圧して接合する。熱接着の方法は接合部３を加圧する必要があるため、加圧が容易な片面コルゲート工程で行うことが好ましい。
つぎに、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０の製造方法について説明する。全熱交換素子では、一般に、効率的な製造を実現するために、片面コルゲートを作製し、片面コルゲートを直交積層する製造方法が広く用いられている。片面コルゲートは、１枚の仕切部１と、１枚の波形に成型された間隔保持部２と、が接合されたものである。片面コルゲートの製造方法は、一般的なダンボールを作る工程である。片面コルゲートは、間隔保持部の紙層２１と間隔保持部の不織布基材層２２と積層体を波形形状に成型して間隔保持部２を形成し、間隔保持部２と仕切部１とを接合することによって形成される。
片面コルゲートの直交積層は、直交積層させる片面コルゲートのうち第１の片面コルゲートにおいて波形に成型された間隔保持部２の山部と、直交積層させる片面コルゲートのうち第２の片面コルゲートの仕切部１において間隔保持部２が接合されていない面とを接合する。第１の片面コルゲートと第２の片面コルゲートとは、各々の仕切部１が平行とされた状態で直交積層される。ここで、第１の片面コルゲートと第２の片面コルゲートとは、積層方向において隣り合う一方の間隔保持部２における空気流路と、積層方向において隣り合う他方の間隔保持部２における空気流路とが、第１の片面コルゲートの仕切部１の面内方向に平行な方向において直交した状態で接合される。すなわち、第１の片面コルゲートにおいて間隔保持部２と仕切部１とによって構成される空間の長手方向と、第２の片面コルゲートにおいて間隔保持部２と仕切部１とによって構成される空間の長手方向とが、第１の片面コルゲートの仕切部１の面内方向に平行な方向において直交した状態とされる。
上記の処理を繰り返し、既定の寸法に切断することで全熱交換素子１０が得られる。仕切部１と間隔保持部２との接合には、接着剤を使用する方法、または接着剤を使用しない熱接着方法が用いられる。軟化温度が１３０℃以上である間隔保持部の不織布基材層２２の場合、例えばセルロースが主成分である不織布からなる間隔保持部の不織布基材層２２の場合には、全熱交換素子１０の機械強度の観点から、仕切部１と間隔保持部２との接合に接着剤を使用することが好ましい。軟化温度が１３０℃未満である間隔保持部の不織布基材層２２の場合、例えばセルロースに比べて軟化温度が低いポリウレタンが主成分である不織布からなる間隔保持部の不織布基材層２２の場合には、仕切部１と間隔保持部２とを熱接着により接合することにより、耐水性に優れる接合が可能である。ただし、間隔保持部の不織布基材層２２の軟化温度に因らず接着剤を使用することで、片面コルゲート、片面コルゲートが積層された直交積層体、および全熱交換素子１０の機械強度を実用に適したレベルの強度に保つことが可能である。
上述したように、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０は、間隔保持部として使用する間隔保持部の紙層２１の裏表両面に、毛細管現象により間隔保持部２の平面内の水分の移動を促進するための間隔保持部の不織布基材層２２を有する間隔保持部２を備える。これにより、間隔保持部２から接合部３を介した仕切部１への水分の伝達を、間隔保持部の不織布基材層２２において効率的に行うことができ、第１の空気流路４を流れる第１の気流６と第２の空気流路５を流れる第２の気流７との間での湿度交換性能が向上する。
これにより、全熱交換素子１０は、結露水の発生の原因となりうる吸湿剤の使用量を全熱交換素子１０に多用に用いることなく、全熱交換性能の向上を図ることができる。
また、建築物に設置される設備においては、限られた土地に建てられた建物内のスペースを有効活用するため、設備の小型化が志向されている。全熱交換器の機能上、処理風量に対して全熱交換素子のサイズを大きくすることで全熱交換効率を向上させることは可能である。このため、設備の小型化が志向されている環境下においては、製品のサイズを抑制したまま、全熱交換効率を向上させることが要求されている。全熱交換素子１０によれば、全熱交換素子１０の外形寸法を抑制したまま、湿度交換性能が向上し、全熱交換効率が向上する。
したがって、本実施の形態１にかかる全熱交換素子１０は、湿度の高い環境下でも使用可能な、湿度交換効率を向上させることができる全熱交換素子が得られる、という効果を奏する。
実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる全熱交換素子の間隔保持部２と、間隔保持部２を挟んで配置される仕切部３１とを抜き出して示した縦断面図である。本実施の形態２にかかる全熱交換素子は、仕切部１の代わりに仕切部３１を備える点が、上述した実施の形態１にかかる全熱交換素子１０と異なる。本実施の形態２にかかる全熱交換素子の仕切部３１以外の構成は、上述した実施の形態１にかかる全熱交換素子１０と同じであるため、詳細な説明は省略する。
仕切部３１は、紙素材からなる仕切部の紙層１１と、不織布を基材とした仕切部の不織布基材層１２と、の多層構造を有している。すなわち、仕切部３１は、仕切部の不織布基材層１２と仕切部の紙層１１と仕切部の不織布基材層１２とがこの順で積層された、仕切部の紙層１１の両面に仕切部の不織布基材層１２が積層された積層構造を有する。したがって、仕切部３１は、表裏両側に仕切部の不織布基材層１２が露出した構成を有する。
仕切部の不織布基材層１２は、繊維を織らずに絡み合わせた布帛であり、繊維の材料は布帛の強度およびコストの観点から、セルロース繊維、ポリウレタン繊維、ポリエステル繊維、またはポリプロピレン繊維、およびこれらの混合物が好ましい。また、セルロース繊維、またはポリウレタン繊維は親水性材料であり、繊維内部における毛細管を利用した水分子の拡散性向上が見込めるため、より好ましい。
仕切部の不織布基材層１２の目付量は、仕切部３１としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、５ｇ／ｍ２以上１００ｇ／ｍ２以下、好ましくは１０ｇ／ｍ２以上３０ｇ／ｍ２以下である。また、仕切部の不織布基材層１２の不織布の厚さは、仕切部３１としての実用に適した必要な強度を確保し、温度と湿度との熱交換をよりスムーズに行わせる観点から、２μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以上１５０μｍ以下である。仕切部の不織布基材層１２の不織布の通気度は、測定限界以下である１秒以下であることが好ましい。しかし、仕切部３１としてガスバリア性は必要であるため、仕切部３１の透気度は、１００秒／１００ｃｃ以上、好ましくは１０００秒／１００ｃｃ以上、更に好ましくは５０００秒／１００ｃｃ以上がよい。
仕切部３１は、実用において要求される実用レベルの透湿性を実現するために、極力薄膜化した特殊加工紙を使用することが好ましく、膜厚が５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは８μｍ以上７０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲であることが好ましい。
仕切部３１は、透湿性を向上させるために吸湿剤を添加する特殊加工、およびその他の特殊な加工により作製された特殊加工紙を使用することが好ましい。透湿性を向上させるために仕切部３１に含有させる吸湿剤は、特に、仕切部３１の透湿性を向上させるために、潮解性塩を用いることが好ましい。潮解性塩には、塩化リチウムおよび塩化カルシウムのうちの少なくとも一方を用いる。塩化リチウムまたは塩化カルシウム、の仕切部３１への添加量は、２ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下、好ましくは３ｇ／ｍ２以上６ｇ／ｍ２以下の範囲である。なお、吸湿剤として塩化リチウムと塩化カルシウムとの両方を用いる場合には、仕切部３１への添加量は、塩化リチウムと塩化カルシウムとの合計が上記の範囲とされる。
仕切部の不織布基材層１２は、仕切部の紙層１１の両面に仕切部の不織布基材層１２が積層された積層構造を有する。仕切部の不織布基材層１２は、第１の空気流路４を流れる第１の気流６または第２の空気流路５を流れる第２の気流７から接合部３を通って仕切部３１に移動してきた水分、および間隔保持部２から接合部３を通って仕切部３１に移動してきた水分を、仕切部３１の面内に拡散させる。すなわち、仕切部の不織布基材層１２は、接合部３を通って仕切部３１に移動してきた水分を、仕切部の不織布基材層１２内の微小な隙間での毛細管現象により仕切部の不織布基材層１２の面内に拡散させる。これにより、本実施の形態２にかかる全熱交換素子は、間隔保持部２の湿度伝達フィンとしての効果をより高める効果が得られる。
そして、接合部３を通って仕切部３１に移動してきた水分は、仕切部３１のうちこの接合部３に接合された一方の仕切部の不織布基材層１２の毛細管現象によりこの仕切部の不織布基材層１２の面内に拡散される。仕切部の不織布基材層１２の面内に拡散された水分は、仕切部の紙層１１に伝達され、さらに仕切部３１のうち他方の仕切部の不織布基材層１２に伝達される。
上述した実施の形態２にかかる全熱交換素子は、上述した実施の形態１にかかる全熱交換素子１０と同じ効果を有する。
また、上述した実施の形態２にかかる全熱交換素子は、仕切部の紙層１１と仕切部の不織布基材層１２とが積層された仕切部１ａを備えるため、間隔保持部２における湿度フィン効果がより向上し、全熱交換素子１０の湿度交換性能がより向上する。
実施の形態３．
つぎに、図１２を用いて、上述した実施の形態１にかかる全熱交換素子１０を備える全熱交換器１００について説明する。図１２は、本発明の実施の形態３にかかる全熱交換器１００の概略構成を示す図である。全熱交換器１００の内部には、上述した実施の形態１にかかる全熱交換素子１０が収容される。全熱交換器１００の内部には、室外の空気を室内に給気するための給気流路４４が、全熱交換素子１０の第１の空気流路４を含めて形成される。また、全熱交換器１００の内部には、室内の空気を室外に排気するための排気流路４５が、全熱交換素子１０の第２の空気流路５を含めて構成される。給気流路４４には、室外から室内に向けた空気の流れを発生させる給気送風機４６が設けられる。排気流路４５には、室内から室外に向けた空気の流れを発生させる排気送風機４７が設けられる。
したがって、全熱交換器１００は、全熱交換素子１０と、仕切部１を挟んだ一方の流路である第１の流路に、室外から室内に向けた気流の流れを発生させる給気送風機４６と、仕切部１を挟んだ他方の流路である第２の流路に、室内から室外に向けた気流の流れを発生させる排気送風機４７とを備える。
全熱交換器１００が運転されると、給気送風機４６と排気送風機４７とが作動する。これにより、例えば、冷たくて乾燥した室外の空気が給気流である第１の気流６として第１の空気流路４に通され、暖かくて湿気の高い室内の空気が排気流である第２の気流７として第２の空気流路５に通される。
全熱交換素子１０の内部では、２種の気流である給気流および排気流の各気流が、仕切部１を隔てて流れる。このとき、仕切部１を介して給気流および排気流の各気流の間で熱が伝わり、仕切部１を水蒸気が透過することで、給気流と排気流との間で顕熱および潜熱の熱交換が行われる。これにより、給気流は暖められるとともに加湿されて室内に供給され、排気流は冷やされるとともに減湿されて室外へ排出される。したがって、全熱交換器１００で換気を行うことで、室内の空調の冷暖房効率の損失を抑えて、室外と室内の空気を換気することができる。
上述した実施の形態３にかかる全熱交換器１００によれば、全熱交換素子１０の間隔保持部２における湿度フィン効果が向上し、全熱交換素子１０の湿度交換性能が向上するため、湿度交換性能が向上した全熱交換器を実現することができる。
また、上述した実施の形態２にかかる全熱交換素子を備えた熱交換器を構成することにより、湿度交換性能がより向上した全熱交換器を実現することができる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、実施の形態の技術同士を組み合わせることも可能であるし、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１，３１ 仕切部、１Ａ 第１仕切部、１Ｂ 第２仕切部、２，２ａ，２ｂ，２ｃ 間隔保持部、３ 接合部、４，４Ａ，４Ｂ 第１の空気流路、５，５Ａ，５Ｂ 第２の空気流路、６ 第１の気流、７ 第２の気流、１０ 全熱交換素子、１１ 仕切部の紙層、１２ 仕切部の不織布基材層、２１ 間隔保持部の紙層、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 間隔保持部の不織布基材層、４４ 給気流路、４５ 排気流路、４６ 給気送風機、４７ 排気送風機、１００ 全熱交換器、２２１ 第１の不織布基材層、２２２ 第２の不織布基材層、Ｓ 仕切部面積、Ｓｔｏｔａｌ 総伝熱面積、Ｓｘ 総透湿面積。

Claims (7)

  1. 互いに対向した状態に配置される複数の仕切部と、
    前記仕切部同士の間隔を保持して前記仕切部同士の間に流路を形成させる間隔保持部と、
    を備え、
    前記間隔保持部は、不織布を基材とした不織布基材層が紙層の両面に積層された積層構造を有し、
    前記紙層の一面に積層された前記間隔保持部の不織布基材層である第１の不織布基材層と、前記第１の不織布基材層に対向する前記仕切部と、が接合されており、
    前記紙層の他面に積層された前記間隔保持部の不織布基材層である第２の不織布基材層と、前記第２の不織布基材層に対向する前記仕切部と、が接合されていること、
    を特徴とする全熱交換素子。
  2. 前記間隔保持部の不織布基材層は、セルロース繊維およびポリウレタン繊維の少なくとも一方を含むこと、
    を特徴とする請求項１に記載の全熱交換素子。
  3. 前記間隔保持部の不織布基材層と前記仕切部との接合は、水系の接着層により接合されていること、
    を特徴とする請求項１または２に記載の全熱交換素子。
  4. 前記仕切部は、不織布を基材とした不織布基材層と紙層との積層構造を有すること、
    を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の全熱交換素子。
  5. 前記仕切部の紙層は、塩化リチウムおよび塩化カルシウムのうちの少なくとも一方を含むこと、
    を特徴とする請求項４に記載の全熱交換素子。
  6. 前記間隔保持部は、コルゲート形状を有すること、
    を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の全熱交換素子。
  7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の全熱交換素子と、前記仕切部を挟んだ一方の流路である第１の流路に、室外から室内に向けた気流の流れを発生させる給気送風機と、前記仕切部を挟んだ他方の流路である第２の流路に、室内から室外に向けた気流の流れを発生させる排気送風機とを備えること、
    を特徴とする全熱交換器。
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