JPWO2020194461A1

JPWO2020194461A1 - 全熱交換素子用仕切板およびこれを用いた全熱交換素子および全熱交換器ならびに全熱交換素子用仕切板の製造方法

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Publication number: JPWO2020194461A1
Application number: JP2019543134A
Authority: JP
Inventors: 佑泉谷; 鴇崎　晋也; 晋也鴇崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: WO2020194461A1; JP6633263B1

Abstract

この発明に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層と、繊維層中に凝集した親水化材料が分散している構成としている。さらに、第１気流が流通可能な第１流路と、第２気流が流通可能な第２流路と、第１流路と第２流路とを隔てると共に、第１気流と第２気流との間で顕熱および潜熱を交換する仕切板とを有する全熱交換素子であって、仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層と、繊維層中に凝集した親水化材料が分散していることを特徴としている。このような構成とすることによって、簡易な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

Description

この発明は、空気調和機、換気装置などで用いられ、温度および湿度が異なる２つの気流間で顕熱（温度）および潜熱（湿度）の交換を行う全熱交換素子および全熱交換器に関する。

室内の冷暖房効率の損失を抑えた換気方法として、給気流と排気流との間で熱交換を行いながら換気する方法がある。このとき、熱交換効率を向上させるためには、給気流と排気流との間で顕熱と共に潜熱の交換も同時に行う全熱交換が有効である。このような全熱交換を行う全熱交換素子として、第１流路（給気流路）と第２流路（排気流路）とが仕切板を挟んで互いに独立した流路として形成された全熱交換素子が知られている。この全熱交換素子によれば、第１流路を流れる第１気流（給気流）と第２流路を流れる第２気流（排気流）との間で全熱交換を行うことができるため、室内の気温の変化を抑えつつ換気することができる。

近年、この全熱交換素子を用いた全熱交換器の普及に伴い、多種多様な環境（例えば、寒冷地、浴室、乾燥地帯など）にも全熱交換器が設置されるようになってきた。これに対応し、いかなる環境下においても、全熱交換器の全熱交換効率（潜熱および顕熱を交換する機能）をさらに向上させることを目的として、全熱交換素子の仕切板の薄肉化や、仕切板への親水化材料の添加による方法が提案されている。

仕切板の薄肉化の具体例としては、パルプ繊維の細繊化によって得られるセルロースナノファイバーなどの微細繊維を用いて薄肉化した仕切板を作製する方法などがある。また、仕切板への親水化材料の添加による方法の具体例としては、仕切板を作製する際に用いられる繊維分散液中に親水化材料を予め添加し、抄紙法（簾桁等で漉き上げて、薄い紙状のシートに仕上げていく方法）を用い、仕切板を作製する方法（例えば、特許文献１参照）や、仕切板作製後の後処理として仕切板材料に親水化材料を塗布する方法が提案されている。

国際公開第２０１４／０１４０９９号

しかしながら、仕切板を薄肉化して全熱交換効率を向上させる方法では、給気流と排気流とを隔絶する性質（以下、「気体遮蔽性」という）が低下しやすくなり、十分な換気性能が得られないといった課題があった。

また、気体遮蔽性を確保しつつ、全熱交換効率を向上させるためには、吸湿剤等といった親水化材料を仕切板に添加する必要があるが、仕切板作製後の後処理として仕切板材料に親水化材料を塗布する方法では、製造プロセスが煩雑となるため、製造効率が低下する課題があった。

また、特許文献１に記載の技術では、仕切板を作製する際に用いられる繊維分散液中に親水化材料を予め添加する方法が提案されている。しかし、用いられている材料の組み合わせでは、仕切板を構成する膜中には、繊維などの不溶成分のみが残り、仕切板の膜内に残存する親水化材料の量は少なくなるため、仕切板全体として、水蒸気は通すけれども空気は通さない性質（以下、「透湿性」という）が損なわれるといった課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を有する全熱交換素子用仕切板を得ることを目的とする。

この発明に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層と、前記繊維層中に凝集した親水化材料が分散していることを特徴とする。また、第１気流が流通可能な第１流路と、第２気流が流通可能な第２流路と、第１流路と第２流路とを隔てると共に、第１気流と第２気流との間で顕熱および潜熱を交換する仕切板とを有する全熱交換素子であって、仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層と、前記繊維層中に凝集した親水化材料が分散していることを特徴とする。

この発明に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層中に凝集した親水化材料が分散している構成としているので、簡易な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

この発明の実施の形態１を示す全熱交換素子の斜視図である。この発明の実施の形態１を示す全熱交換素子用仕切板の断面図である。この発明の実施の形態２を示す全熱交換素子用仕切板の断面図である。この発明の実施の形態３を示す全熱交換器の模式図である。この発明の実施例１の仕切板における親水化材料の分散状態を示した顕微鏡像である。この発明の実施例２の仕切板における親水化材料の分散状態を示した顕微鏡像である。

以下、この発明を実施するための全熱交換素子用仕切板およびこれを用いた全熱交換素子、全熱交換素子用仕切板の製造方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における全熱交換素子の斜視図である。図１に示すように、全熱交換素子１０は、仕切板１と、仕切板１の間隔を保持する間隔板２とを有し、仕切板１と間隔板２とが接着剤３などによって接着されている。間隔板２は、断面が波型のコルゲートシート状である。この全熱交換素子１０では、仕切板１および間隔板２によって、第１流路４と、この第１流路４に直交する第２流路５とが形成されており、第１流路４を流れる第１気流６と第２流路５を流れる第２気流７との間で仕切板１を介して潜熱および顕熱が交換される。例えば、第１流路４が給気流路、第２流路５が排気流路である場合、第１流路４を流れる第１気流６の給気流と第２流路５を流れる第２気流７の排気流との間で仕切板１を介して潜熱および顕熱が交換される。

図２は、本実施の形態１に係る全熱交換素子用仕切板の断面図である。仕切板１は、非水溶性繊維２３を含む繊維層２１中に凝集した親水化材料２４が分散しているシート状のものである。このように構成された仕切板１は、水蒸気は通すけれども空気は通さない性質（以下、「透湿性」という）と、給気流（第１気流６）と排気流（第２気流７）とを隔絶する性質（以下、「気体遮蔽性」という）とを有しており、高い全熱交換効率を得ることができる。

仕切板１における非水溶性繊維２３は、繊維層２１中に均一に分散する必要がある。このような非水溶性繊維２３の具体例としては、セルロース、キトサン、キチンなどの多糖類化合物やフィブロインなどのタンパク質である。なかでも、分子構造中にアミド基を有するキチンやフィブロインが高い透湿性が得られるため好ましい。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの含有量は、種類に応じて適宜調整することができる。

非水溶性繊維２３の平均繊維径は、好ましくは４ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ここで、「平均繊維径」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いた顕微鏡観察によって測定される繊維径（２０個以上）の平均値を意味する。非水溶性繊維２３の平均繊維径が４ｎｍ以上であれば、繊維同士が絡み合い成膜性が良好ある。また、非水溶性繊維の平均繊維径が５００ｎｍ以下であれば、繊維間の分子間力が有効に作用し、繊維層２１の強度が良好である。

仕切板１を構成する繊維層２１中の親水化材料２４は、仕切板1の透湿性を制御する役割を担う。非水溶性繊維２３を含む繊維層２１中に凝集した親水化材料２４を分散させることにより、凝集していない親水化材料が均一分散した仕切板に比べて、仕切板１を通じて移動する水分を効率良く、繊維層２１中を移動させることができる。凝集していない親水化材料が均一分散した場合には、親水化材料に水分が吸湿されやすく、仕切板１が水分を放湿しにくくなり、透湿性能が低下するため好ましくない。ここで、親水化材料とは、薄膜状または板状にした場合に、材料表面の水との接触角が９０度未満の材料を指す。また、凝集した親水化材料２４とは、この親水化材料２４の一次粒子が点や線で緩く凝集し、二次粒子を形成している状態をいう。また、親水化材料２４の粒子は、親水化材料２４を構成する粒子をいい、球状や扁平状など形状は限定されない。粒子の粒径は、数ナノメートルサイズから数マイクロメートルサイズの範囲である。

ここで、凝集して分散した状態とは、親水化材料２４の粒子同士が凝集した状態で分散した状態をいう。このとき、分散した状態とは、凝集した親水化材料２４を構成する親水化材料２４の粒子のいずれかが繊維層２１の膜厚方向の両表面（上面、下面）の少なくともいずれか一方の面に接触している必要がある。そして、親水化材料２４の粒子同士が点接触または面接触した状態で膜厚方向に連続的に連結した状態である必要がある。
不連続に連結した状態であっても、粒子間の距離が繊維層２１の膜厚以下の距離で分散した状態であれば構わない。不連続に連結した状態で、膜厚より距離が離れて分散している場合には、繊維層２１の層中における親水化材料の割合が少なくなるため、好ましくない。

また、親水化材料２４の粒子は、繊維層２１の膜厚方向に貫通する必要はなく、親水化材料２４を構成するいずれかの粒子が繊維層２１の両面（上面、下面）の少なくともいずれか一方に接触していればよい。また、親水化材料２４の粒子が配向する方向は、垂直方向に限られず、水平方向でなければ、斜め方向でもよい。親水化材料２４の粒子の配向方向を確認する方法としては、仕切板１の任意の箇所を切断し、断面を顕微鏡等で観察することが可能である。光学的に非水溶性繊維２３と親水化材料２４の区別が困難な場合には、色素等による染色や電子顕微鏡などを用いて、観察することができる。

このような親水化材料２４としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、フェノキシエタノール、ポリオキシプロピレンものブチルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルグリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリメチロールプロパン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンへキシレングリコールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンヘキシレングリコール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシプロピレンブチルエーテル、ジステアリン酸ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸物エステル、メチルパラベン、プロピルパラベン、エチルパラベン、ブチルパラベン、脂肪族アミン系ポリオール、芳香族アミン系ポリオール、ポリエチレンアジペート、ビスフェノールＡプロピレンオキシド付加物、ビスフェノールＡエチレンオキシド付加物、ショ糖系ポリエーテルポリオール、トリメチロールプロパン系ポリエーテルポリオール、ペンタエリスリトール系ポリエーテルポリオール、ポリオキシプロピレントリオールなどが挙げられる。この中でも、高い吸湿性を有するポリエチレングリコールやポリビニルアルコールが好ましい。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

本実施の形態１に係る全熱交換素子用仕切板は、はじめに非水溶性繊維２３の繊維化前の粉末と水とを攪拌混合して混合物Ａを作製する第一工程と、この混合物Ａに親水化材料を添加して混合物Ｂを作製する第二工程と、混合物Ｂを離型性基材に塗布し、加熱乾燥する工程を備える方法により製造することができる。第二工程で添加する親水化材料は、予め第一工程に用いる水に添加させておいてもよい。親水化材料は塗布後、加熱乾燥することにより繊維層２１中に凝集する。また、加熱乾燥工程において、混合物Ｂに含まれる水等の揮発性成分は、繊維層２１の表面から蒸発し、繊維層２１の表面の方が成分の濃縮が起こり易くなるため、溶解していた親水化材料２４も繊維層２１の表面付近にて析出が生じやすくなる結果、凝集した親水化材料２４は繊維層２１の表面に接触する。また、親水化材料２４は、親水性を有するため、親水性材料２４との界面を大きく、空気などの疎水性材料との界面を小さくするように、析出が起こり易くなるため、親水化材料２４は繊維層２１の表面に接触するものと考えられる。

このとき、混合物Ａを作製する際の攪拌混合処理は、高圧ホモジナイザー、超高圧ホモジナイザー、グラインダーなどの強力な剪断力を適用し得る装置を用いることが好ましい。

また、混合物Ａとしては、市販品を用いることが可能である。市販品としては、株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓ（ビンフィス）シリーズや株式会社マリンナノファイバー製のマリンナノファイバーなどが挙げられる。

混合物Ｂにおける非水溶性繊維２３の含有量は、好ましくは１質量％以上４質量％以下、より好ましくは１．５質量％以上３質量％以下である。含有量が１質量％より少ない場合には、所望の繊維層２１の膜厚を得るためには、製膜時に多量の水分を乾燥除去する必要があり、生産性が低下するため、好ましくない。また、４質量％以上の場合には、液粘度が高くなりやすく、製膜時の液の供給が困難となるため、好ましくない。

混合物Ｂにおける親水化材料２４の含有量は、好ましくは０．０５質量％以上１質量％以下、より好ましくは０．１５質量％以上０．５質量％以下である。また、混合物Ｂに用いられる溶媒としては、水のほかに、ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミドなどの水溶性有機溶媒を用いることができる。混合物Ｂにおける親水化材料２４の含有量が０．０５質量％未満であると、製膜乾燥時に親水化材料２４の濃度が希薄なため、仕切板内に結晶が形成されにくくなるため好ましくない。一方、含有量が１質量％より大きいと、仕切板１が脆くなりやすくなるため、好ましくない。

また、仕切板1における親水化材料２４の分布面積比率は、好ましくは、０．０１％以上４０．０％以下である。親水化材料２４の種類にもよるが、０．０１％未満であると、親水化材料２４の分布量が希薄なため、仕切板1における透湿性向上効果が発現しにくくなるため好ましくない。一方、分布量が４０．０％より大きいと、仕切板が脆くなりやすくなるため、好ましくない。なお、本実施の形態１における分布面積比率とは、光学顕微鏡により、２００倍の倍率で、繊維層表面を観察した際に、視野内に確認される不透明な箇所の面積の和を顕微鏡視野全面積で割った値のことをいう。また、本実施の形態１における繊維層２１の繊維径は、可視光の波長以下であるため、光学顕微鏡では、透明に観察され、親水化材料２４は、凝集により、不透明に観察される。さらに、この繊維層２１の表面を観察する際には、離型性基材と繊維層２１が貼り合わさった状態でも、繊維層２１単体で観察してもよい。

混合物Ｂを離型性基材に塗布する方法としては、例えば、グラビアコーター、キスコーター、ロールナイフコーター、コンマコーター、ロッドコーター、リバースロールコーターなどの各種コーターを用いることができる。それ以外に、フラットダイ、サーキュラーダイなどの各種ダイを用いた押出装置を用いてもよい。

混合物Ｂの粘度は、好ましくは１０ｒｐｍにおいて８００ｍＰａ・ｓｅｃ以上５０，０００ｍＰａ以下である。粘度が８００ｍＰａ以下の場合には、繊維層２１の製膜時に離型性基材の塗布時に塗布した混合物Ｂが弾かれやすくなる。一方、粘度が５０，０００ｍＰａ以上の場合には、コーターへの液の供給が困難となるため、好ましくない。

離型性基材としては、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンなどのポリオレフィン系フィルム、ポリエステル系フィルム、ふっ素系樹脂フィルムのような離型性フィルム、シリコーン樹脂やポリオレフィン系樹脂がコートされた離型性紙などを用いることができる。

混合物Ｂを加熱乾燥させるときの加熱温度としては、混合物Ｂに用いた親水化材料２４の種類に応じて適宜調整すればよく、親水化材料２４の融点よりも低い温度にて加熱乾燥することが好ましい。融点より高い温度で繊維層２１を製膜する場合には、混合物Ｂの分散媒体が蒸発した際にも、親水化材料２４が溶融状態で存在するため、相分離することがあるため好ましくない。

このようにして製造された本実施の形態１に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維２３を含む繊維層２１中に凝集した親水化材料２４が分散している構成としているので、簡単な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

なお、本実施の形態１に係る全熱交換素子１０においては、間隔板２をコルゲートシート状としたが、間隔板２は、仕切板１同士の間隔を所定の間隔に保持でき、かつ流路を形成できるものであればよい。例えば、短形波状あるいは三角波状に折り曲げたシートや、複数枚の板片を組み合わせたものなどであってもよい。

仕切板１の目付量は、好ましくは１ｇ／ｍ^２以上１５ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは、４ｇ／ｍ^２以上７ｇ／ｍ^２以下である。仕切板１の目付量がこの範囲内であれば、透湿性および気体遮蔽性が良好となる。仕切板１の目付量が１ｇ／ｍ^２以上であれば、膜厚方向に貫通した欠陥孔（ピンホール）が発生せず気体遮蔽性が低下することもない。また、仕切板１の目付量が１５ｇ／ｍ^２を以下であれば、透湿性が低下しない。

仕切板１の厚さは、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上８μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以上７μｍ以下である。仕切板１の厚さが０．５μｍ以上であれば、空気遮蔽性確保できる。また仕切板１の厚さが１０μｍ以下であれば、透湿性が確保できる。

仕切板１の透気度は、好ましくは５０００秒以上である。仕切板１の透気度が５０００以上であれば、気体遮蔽性が確保できる。

また、仕切板１には、耐水性を付与するために、バインダー樹脂を添加してもよい、例えば、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基などの親水性基を有する親水性樹脂であることが好ましい。親水性樹脂の例としては、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリアミノ酸、ポリエステル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂などが挙げられる。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、仕切板１には、透湿性および気体遮蔽性を阻害しない範囲で、耐水性付与剤、難燃剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線防止剤、可塑剤、結晶核剤、発泡剤、抗菌・防カビ剤、充填剤、強化剤、導電性フィラー、帯電防止剤、消泡剤、縮合剤などの添加剤を加えてもよい。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの含有量は、種類に応じて適宜調整することができる。

以上に示したように、本実施の形態１に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維を含む繊維層中に凝集した親水化材料が分散している構成としているので、簡易な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

実施の形態２．
実施の形態１に係る全熱交換素子用仕切板は、非水溶性繊維２３および親水化材料２４を含んでいる繊維層２１である単一層の構成のものとしたが、透湿性を阻害しない範囲で、仕切板１の強度向上のため、非水溶性の繊維を含む非水溶性繊維層２２を繊維層２１の上にさらに積層したものであってもよい。

図３は、本実施の形態２に係る全熱交換素子用仕切板の断面図である。非水溶性繊維２３および親水化材料２４を含んでいる繊維層２１上に、非水溶性の繊維を含む非水溶性繊維層２２が配置される構成となっている。

非水溶性繊維層２２は、繊維層２１の強度を向上する役割を担う。また、非水溶性繊維層２２は非水溶性であるため、結露が生じ易い環境においても結露水による劣化を防止することができ、繊維層２１の透湿性および気体遮蔽性をさらに維持することができる。ここで、「非水溶性」とは、２５℃における水に対する溶解度が０．５ｇ／１００ｇ未満であることを意味する。

非水溶性繊維層２２としては、例えば、樹脂繊維、ガラス繊維などの水不溶性繊維から形成された不織布、織布、編布などを用いることができる。これらの形態の中でも、コスト面で不織布が好ましい。また、不織布であれば、繊維同士の間隔を容易に粗く、広く調整することが可能であり、繊維層２１における全熱交換効率を阻害しない。

非水溶性繊維層２２の材質としては、アラミドまたはナイロン（登録商標）などのポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、セルロース、ビニロン（登録商標）、ポリオレフィン、レーヨンなどの樹脂、ガラスなどが挙げられる。これらの中でも、コスト面でポリプロピレンやポリエステルが好ましい。

非水溶性繊維層２２の目付量は、好ましくは５ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは１０ｇ／ｍ^２以上３０ｇ／ｍ^２以下、さらに好ましくは１２ｇ／ｍ^２以上２０ｇ／ｍ^２以下である。非水溶性繊維層２２の目付量が５ｇ／ｍ^２以上であれば、仕切板１として必要な強度が得られる。一方、非水溶性繊維層２２の目付量が１００ｇ／ｍ^２未満であれば、繊維層２１における透湿面積を確保できる。

非水溶性繊維層２２の厚さは、好ましくは２μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは８０μｍ以上１５０μｍ以下５０μｍ以下である。非水溶性繊維層２２の厚さが２μｍ以上であると、仕切板１として必要な強度が得られる。一方、非水溶性繊維層２２の厚さが５００μｍ未満であれば、透湿性を確保できる。

非水溶性繊維層２２の透気度は、好ましくは１秒以下（測定限界以下）である。ここで、本明細書において「透気度」とは、ＪＩＳＰ８１１７に準じて測定される透気度のことを意味する。具体的には、非水溶性繊維層２２の透気度は、面積が６４５ｍｍ^２の基材（非水溶性繊維層）を１００ｃｍ^３（１００ｍＬ）の空気が透過する時間（秒）を測定することによって得ることができる。非水溶性繊維層２２の透気度が１秒以下であれば、透湿性を確保できる。

非水溶性繊維層２２の製造方法としては、例えば、非水溶性繊維層２２として不織布を用いる場合、スパンボンド法、メルトブロー法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法、スチームジェット法などによって不織布を製造することができる。とくに、スパンボンド法、メルトブロー法、サーマルボンド法またはスチームジェット法を用いることにより、少量の繊維を用いて強度、耐久性および通気性に優れた不織布を製造することができる。また、不織布に用いる繊維としては、耐久性およびコストの観点から、ナイロン（登録商標）繊維、ビニロン（登録商標）繊維、ポリエステル繊維、または鞘部がオレフィン系樹脂、あるいは芯部がポリエステルからなる芯鞘構造繊維が好ましい。繊維層と積層して仕切板を構成するときの形成しやすさおよび寸法安定性の観点からは、上記の芯鞘構造繊維がより好ましい。また、非水溶性多孔質基材層２２は、上記の方法によって製造してもよいが、市販品を用いることも可能である。

繊維層２１の上に非水溶性繊維層２２を配置して仕切板１を製造する場合、実施の形態１に記載の製造方法にて、繊維層２１を製造した後、繊維層２１と非水溶性多孔質基材層２２とを加熱圧着する方法により仕切板１を作製する。繊維層２１と非水溶性多孔質基材層２２との積層体の加熱圧着方法としては、例えば、加熱ローラーなどを用いることができる。加熱圧着の条件としては、仕切板２１および非水溶性多孔質基材層２２に用いる材質に合わせて適宜調整すればよい。

このように構成された非水溶性繊維層２２と繊維層２１との積層体から構成される仕切板１を有する全熱交換素子１は、簡単な製造プロセスで作製でき、透湿性および気体遮蔽性が優れている上、仕切板の強度の向上を図ることできる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３における全熱交換器の模式図である。図４において、本実施の形態の全熱交換器３０は、実施の形態１および２で説明した全熱交換素子１０を備えている。図４に示す全熱交換器３０は、住宅などに設置され、室内の空気と室外の空気との間で熱交換を行う熱交換形換気機器として用いられている。

図４に示すように、本実施の形態の全熱交換器３０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３１、および室内の空気を室外に排気するための排気流路３２が形成されている。給気流路３１の一部には、全熱交換素子１０の第１流路４が含まれ、排気流路３２の一部には、全熱交換素子１０の第２流路５が含まれる。給気流路３１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３３が設けられている。排気流路３２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３４が設けられている。

全熱交換器３０の運転を開始すると、給気送風機３３および排気送風機３４が作動する。例えば冬場を想定した場合、冷たくて乾燥した室外の空気が給気流（第１気流６）として第１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（第２気流７）として第２流路５に通される。給気流および排気流の各気流（二種の気流）が仕切板１を隔てて流れる。このとき、仕切板１を介して各気流の間で熱が伝わり、仕切板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。その結果、給気流は暖められると共に加湿されて室内に供給され、排気流は冷やされると共に減湿されて室外へ排出される。したがって、全熱交換器３０で換気を行うことで、室内の気温や湿度の変化を抑えて室外と室内の空気を換気することができる。

本実施の形態３に係る全熱交換器においては、実施の形態１および２で説明した全熱交換素子用仕切板１を備えているので、簡単な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

以下、実施例及び比較例により実施の形態１および２で説明した全熱交換素子用仕切板及び全熱交換素子を具体的に説明するが、これらにより本実施の形態１および２に係る全熱交換素子用仕切板及び全熱交換素子は何ら制限を受けるものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内で種々の応用が可能である。
（実施例１）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．０５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

次に、目付量が１２ｇ／ｍ^２、厚さが０．０８ｍｍ、透気度が１秒以下の、ポリエチレンで被覆されたポリエステル繊維から形成された不織布（ユニチカ株式会社製Ｔ０１２３／ＷＧＯ）を上述した仕切板に積層し、１４０℃、１７５ｍｍ／分の条件で加熱ローラーを用いて加熱圧着した後、離型性フィルムを除去することによって仕切板を作製した。

最後に、得られた仕切板を、厚さ１００μｍ〜２００μｍ、幅３５ｃｍの加工紙を波形状に加工した間隔板と貼り合せ、積層単位体を作製した。さらに、仕切板の形状が３０ｃｍ角の正方形になるように積層単位体を成形した後、図１に示すような、間隔板の波溝の方向が交互に直交するように複数の積層単位体を積層させ、高さが５０ｃｍの全熱交換素子を作製した。

（実施例２）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．１５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

次に、実施例１と同様に仕切板を作製した。最後に、実施例１と同様に全熱交換素子を作製した。

（実施例３）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（実施例４）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および１．０質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（比較例１）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．１５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、６０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（比較例２）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）の水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（比較例３）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および１．５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ2、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（比較例４）
製膜方法の異なる手法として、特許文献１に記載の抄紙法を用いて、不織布（ユニチカ株式会社製Ｔ０１２３／ＷＧＯ）の表面に、２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．１５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む分散液を塗布した後、脱水、乾燥させることにより、仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付け量が３ｇ／ｍ2、透気度が５００秒／１００ｃｃであった。最後に、実施例１と同様に全熱交換素子を作製した。

実施例１〜４および比較例１〜４で得られた仕切板およびこれを用いた全熱交換器について性能評価を行った。仕切板の性能評価としては、面内の親水化材料分布量、気体遮蔽性および透湿性を評価し、全熱交換器の性能評価としては、温度交換効率、湿度交換効率、全熱交換効率を評価した。以下、各評価方法について説明する。

＜仕切板面内の親水化材料分布量評価＞
仕切板面内の親水化材料分布量評価は、光学顕微鏡により観察（倍率：１００倍）を行い、仕切板面内の白色箇所が親水化材料の結晶によるものとして、分布量の評価を行った。分布量の評価については、ランダムに１０視野分観察を行い、光学顕微鏡の視野内における白色箇所の面積比率（％）の平均値により算出した。なお、結晶サイズが小さく、顕微鏡での観察が困難であったものについては、０％として評価した。また、観察結果の１例について、図５および図６に示した。図５は、実施例１の仕切板における親水化材料の分散状態を示した顕微鏡像である。図６は、実施例２の仕切板における親水化材料の分散状態を示した顕微鏡像である。実施例１で用いた新水化材料は水分散液中、０．０５質量％であるのに対し、実施例２で用いた親水化材料は水分散液中、０．１５質量％である。図５と図６を比較すると、図６の方が、親水化材料を構成する粒子同士が凝集されている、割合が高いのが見てとれる。

＜仕切板の気体遮蔽性＞
仕切板の気体遮蔽性の評価は、仕切板の透気度をＪＩＳＰ８１１７に準じて測定することによって行った。すなわち、仕切板の面積６４５ｍｍ^２の範囲の部分を容積１００ｃｍ^３（１００ｍＬ）の空気が透過する時間（秒）を測定することによって求めた。また、仕切板の透気度の測定は、仕切板の任意の５箇所で行った。この評価において、仕切板の任意の５箇所での透気度がいずれも５０００秒以上であれば、気体遮蔽性が良好（○）と判定し、仕切板の任意の５箇所での透気度のいずれかが５０００秒未満であれば、気体遮蔽性が劣る（×）と判定した。

＜仕切板の透湿性＞
仕切板の透湿性は、ＪＩＳＫ７１２９に準拠し、相対湿度１００％、温度３０℃の条件下で赤外線センサ法（モコン法）を用いた透湿度測定によって行った。すなわち、試験片を透過した水蒸気量を赤外線センサで検出して、標準試験片との対比から透湿度（水蒸気透過度）を算出した。また、仕切板の透湿度の測定は、仕切板の任意の５箇所で行い、この５箇所で測定した透湿度の平均値を仕切板の透湿度とした。

＜全熱交換器の温度交換効率、湿度交換効率および全熱交換効率＞
全熱交換器の温度交換効率、湿度交換効率および全熱交換効率は、一次気流（給気流、第１気流）の条件を温度２７℃、相対湿度５２．７％ＲＨとし、二次気流（排気流、第２気流）の条件を温度３５℃、相対湿度６４．３％とし、ＪＩＳＢ８６２８の付属書４内の２室方式に準じた方法によって測定した。

表１に示すように、親水化材料を添加し、融点以下の温度にて、加熱乾燥した実施例１〜４は、比較例１〜４に比べて、全熱交換素子の温度交換効率、湿度交換効率、および全熱交換効率は全て高い傾向にあった。

実施例1〜４における親水化材料分布量は、分散液への添加量に比例して増加することが確認できた。しかし、比較例１では、乾燥温度が親水化材料の融点以上であったため、仕切板面内への均一分布が起こっておらず、仕切板の表層に析出分離している様子が確認され、親水化材料分布量が添加量と大きく異なる数値であった。また、比較例３では、親水化材料の添加量が多く、仕切板面内の大部分を占めていた。一方、抄紙法により作製した比較例４では、親水化材料がほとんど観察されなかった。

気体遮蔽性については、実施例1〜４、比較例１および２で良好な値が確認できた。しかし、親水化材料の添加量が多い、比較例３では、結晶性の親水化材料の分布量が多いため、膜が脆くなりやすく、気体遮蔽性が確保できず、十分な気体遮蔽性を得ることができなかった。一方、製造方法の異なる比較例４では、十分な気体遮蔽性を得ることができなかった。

透湿度については、親水化材料の添加量に応じて、透湿度が変化することが確認された。親水化材料の種類にもよるが、添加量が多くなると、親水化材料が吸湿する量が多くなるため、良好な添加量の範囲があることが確認できた。

また、全熱交換効率についても、透湿度の変化に応じて、性能が変化することが確認でき、実施例1〜４が比較例1〜４に比べて、良好な数値を示すことが確認できた。

以上のように、本実施の形態１〜３における実施例１〜４の仕切板およびこれを用いた全熱交換素子および全熱交換器は、簡単な製造プロセスで作製でき、かつ気体遮蔽性及び透湿性のいずれも向上した全熱交換効率を実現することができる。

１仕切板、２間隔板、３接着剤、４第１流路、５第２流路、６第１気流、７第２気流、１０全熱交換素子、２１繊維層、２２非水溶性繊維層、２３非水溶繊維、２４親水化材料、３０全熱交換器、３１給気流路、３２排気流路、３３給気送風機、３４排気送風機

非水溶性繊維２３の平均繊維径は、好ましくは４ｎｍ以上５００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。ここで、「平均繊維径」とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いた顕微鏡観察によって測定される繊維径（２０個以上）の平均値を意味する。非水溶性繊維２３の平均繊維径が４ｎｍ以上であれば、繊維同士が絡み合い成膜性が良好である。また、非水溶性繊維２３の平均繊維径が５００ｎｍ以下であれば、繊維間の分子間力が有効に作用し、繊維層２１の強度が良好である。

ここで、凝集して分散した状態とは、親水化材料２４の粒子同士が凝集した状態で分散した状態をいう。このとき、分散した状態とは、凝集した親水化材料２４を構成する親水化材料２４の粒子のいずれかが繊維層２１の膜厚方向の両表面（上面、下面）の少なくともいずれか一方の面に接触している必要がある。そして、親水化材料２４の粒子同士が点接触または面接触した状態で膜厚方向に連続的に連結した状態である必要がある。不連続に連結した状態であっても、粒子間の距離が繊維層２１の膜厚以下の距離で分散した状態であれば構わない。不連続に連結した状態で、膜厚より距離が離れて分散している場合には、繊維層２１の層中における親水化材料２４の割合が少なくなるため、好ましくない。

このような親水化材料２４としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、フェノキシエタノール、ポリオキシプロピレンモノブチルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルグリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシアルキレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレントリベンジルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリメチロールプロパン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンへキシレングリコールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンヘキシレングリコール、ポリオキシプロピレントリオール、ポリオキシプロピレンブチルエーテル、ジステアリン酸ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸モノエステル、メチルパラベン、プロピルパラベン、エチルパラベン、ブチルパラベン、脂肪族アミン系ポリオール、芳香族アミン系ポリオール、ポリエチレンアジペート、ビスフェノールＡプロピレンオキシド付加物、ビスフェノールＡエチレンオキシド付加物、ショ糖系ポリエーテルポリオール、トリメチロールプロパン系ポリエーテルポリオール、ペンタエリスリトール系ポリエーテルポリオール、ポリオキシプロピレントリオールなどが挙げられる。この中でも、高い吸湿性を有するポリエチレングリコールやポリビニルアルコールが好ましい。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

仕切板１の厚さは、好ましくは０．５μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上８μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以上７μｍ以下である。仕切板１の厚さが０．５μｍ以上であれば、空気遮蔽性が確保できる。また仕切板１の厚さが１０μｍ以下であれば、透湿性が確保できる。

仕切板１の透気度は、好ましくは５０００秒以上である。仕切板１の透気度が５０００秒以上であれば、気体遮蔽性が確保できる。

また、仕切板１には、耐水性を付与するために、バインダー樹脂を添加してもよい。例えば、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基などの親水性基を有する親水性樹脂であることが好ましい。親水性樹脂の例としては、酢酸セルロース、硝酸セルロース、ポリアミノ酸、ポリエステル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂などが挙げられる。これらは、単独または２種以上を組み合わせて用いることができる。

非水溶性繊維層２２の製造方法としては、例えば、非水溶性繊維層２２として不織布を用いる場合、スパンボンド法、メルトブロー法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、ニードルパンチ法、スパンレース法、スチームジェット法などによって不織布を製造することができる。とくに、スパンボンド法、メルトブロー法、サーマルボンド法またはスチームジェット法を用いることにより、少量の繊維を用いて強度、耐久性および通気性に優れた不織布を製造することができる。また、不織布に用いる繊維としては、耐久性およびコストの観点から、ナイロン（登録商標）繊維、ビニロン（登録商標）繊維、ポリエステル繊維、または鞘部がオレフィン系樹脂、あるいは芯部がポリエステルからなる芯鞘構造繊維が好ましい。繊維層と積層して仕切板を構成するときの形成しやすさおよび寸法安定性の観点からは、上記の芯鞘構造繊維がより好ましい。また、非水溶性繊維層２２は、上記の方法によって製造してもよいが、市販品を用いることも可能である。

繊維層２１の上に非水溶性繊維層２２を配置して仕切板１を製造する場合、実施の形態１に記載の製造方法にて、繊維層２１を製造した後、繊維層２１と非水溶性繊維層２２とを加熱圧着する方法により仕切板１を作製する。繊維層２１と非水溶性繊維層２２との積層体の加熱圧着方法としては、例えば、加熱ローラーなどを用いることができる。加熱圧着の条件としては、仕切板２１および非水溶性繊維層２２に用いる材質に合わせて適宜調整すればよい。

（比較例３）
２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および１．５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００）を含む水分散液を調製し、この水分散液をＰＥＴ製の離型性フィルムにコンマコーターで塗布した後、５０℃で加熱乾燥させることにより、厚さが約３μｍの仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付量が４ｇ／ｍ^２、透気度が１万秒／１００ｃｃであった。

（比較例４）
製膜方法の異なる手法として、特許文献１に記載の抄紙法を用いて、不織布（ユニチカ株式会社製Ｔ０１２３／ＷＧＯ）の表面に、２質量％のキチン繊維（株式会社スギノマシン製のＢｉＮＦｉ−ｓＥＦｏ−０８００２：平均繊維径２０〜５０ｎｍ）および０．１５質量％のポリエチレングリコール（東京化成製のポリエチレングリコール２０００、融点５２〜５４℃）を含む分散液を塗布した後、脱水、乾燥させることにより、仕切板を形成した。形成された仕切板は、目付け量が３ｇ／ｍ^２、透気度が５００秒／１００ｃｃであった。最後に、実施例１と同様に全熱交換素子を作製した。

Claims

非水溶性繊維を含む繊維層と、前記繊維層中に凝集した親水化材料が分散していることを特徴とする全熱交換素子用仕切板。
前記凝集した親水化材料を構成する親水化材料の粒子のいずれかは、前記繊維層の膜厚方向の上面もしくは下面の少なくともいずれか一方の面に接触していることを特徴とする請求項１記載の全熱交換素子用仕切板。
前記非水溶性繊維の繊維径は、４ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の全熱交換素子用仕切板。
前記非水溶性繊維は、多糖類化合物またはタンパク質であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の全熱交換素子用仕切板。
前記繊維層上に非水溶性の繊維を含む非水溶性繊維層がさらに積層されていることを特徴とする請求項１記載の全熱交換素子用仕切板。
第１気流が流通可能な第１流路と、第２気流が流通可能な第２流路と、前記第１流路と前記第２流路とを隔てると共に、前記第１気流と前記第２気流との間で顕熱および潜熱を交換する仕切板とを有する全熱交換素子であって、
前記仕切板は、請求項１〜５いずれか一項に記載の全熱交換素子用仕切板であることを特徴とする全熱交換素子。
請求項６記載の全熱交換素子と、
第１流路に第１気流を流入させる第１送風機と、
第２流路に第２気流を流入させる第２送風機と
を備えたことを特徴とする全熱交換器。
非水溶性繊維の繊維化前の粉末と水とを攪拌混合して混合物を作製する第一工程と、
第一工程で得られた混合物に親水化材料を添加して混合物を作製する第二工程と、
第二工程で得られた混合物を離型性基材に塗布し、加熱乾燥する工程と
を備えることを特徴とする全熱交換素子用仕切板の製造方法。
前記第二の工程で得られた混合物中における前記非水溶性繊維の含有量は、１質量％以上４質量％以下であることを特徴とする請求項８記載の全熱交換素子用仕切板の製造方法。
前記第二の工程で得られた混合物中における前記親水化材料の含有量は、０．０５質量％以上１質量％以下であることを特徴とする請求項８記載の全熱交換素子用仕切板の製造方法。
前記第二の工程で得られた混合物の粘度は、１０ｒｐｍにおいて８００ｍＰａ・ｓｅｃ以上５０，０００ｍＰａ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項記載の全熱交換素子用仕切板の製造方法。
前記第二の工程で得られた混合物を加熱乾燥させるときの加熱温度は、親水化材料の融点よりも低い温度であることを特徴とする請求項８記載の全熱交換素子用仕切板の製造方法。