WO2022071145A1

WO2022071145A1 - 吸着熱交換器

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Publication number: WO2022071145A1
Application number: PCT/JP2021/035154
Authority: WO
Inventors: 祥平荒木; 敬並川; 祥太郎前田; 克彦井本; 大長門; 桂典松本; 好男織谷; 寛二赤井; 絢人楮原; 智也山口; 由希岩崎
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2022-04-07
Also published as: JP2022057664A; JP7208540B2; CN115885151A

Abstract

吸着熱交換器（20）は、基材シート（26）と、基材シート（26）上に担持された吸着剤（41）とを備える。記吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤を用いて担持されている。

Description

吸着熱交換器

　本開示は、吸着熱交換器に関するものである。

　従来、表面に吸着層が形成された吸着熱交換器が知られている。例えば特許文献１に記載されているように、この吸着熱交換器は、空気の湿度調節を行う調湿装置に設けられる。具体的に、この種の調湿装置では、冷凍サイクルを行う冷媒回路に吸着熱交換器が設けられる。蒸発器として機能する吸着熱交換器では、そこを通過する空気に含まれる水分が吸着層に吸着される。凝縮器として機能する吸着熱交換器では、そこを通過する空気に吸着層から脱離した水分が付与される。

　吸着熱交換器は、基材シートと、その上にバインダーによって担持された吸着剤とを備える。バインダーとしては、例えばウレタン樹脂が用いられる。

特開２００９－０１９８６３号公報

　吸着熱交換器において、吸着性能が低下することがあり、特に、短期間の内に吸着層が劣化して性能低下が発生する場合があった。

　本開示の目的は、吸着熱交換器において、吸着層の劣化を抑制することである、

　本開示の第１の態様は、基材シート（26）と、基材シート（26）上に担持された吸着剤（41）とを備える吸着熱交換器（20）を対象とする。吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤を用いて担持されている。

　第１の態様では、バインダー（42）に加えて架橋剤を用いて吸着剤（41）を担持していることにより、実際に吸着熱交換器（20）を使用した際の吸着剤（42）の脱落を抑制することができる。

　本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、基材シート（26）は、アルミニウム、又は、表面に樹脂によるコーティング（43）が施されたアルミニウムからなり、吸着剤（41）は、ポリアクリル酸ナトリウム、シリカ及び金属有機構造体の少なくとも１つを含み、バインダー（42）は、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂の少なくとも１つを含み、架橋剤は、カルボジイミド基、イソシアネート基及びエステル基の少なくとも１つを有する炭化水素である。

　第２の態様では、それぞれの構成要素に上記の材料を用いることにより、吸着剤（42）の脱落をより確実に抑制することができる。

　本開示の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、吸着剤（41）１００質量部に対し、バインダーを１６質量部以上で且つ７０質量部以下用い、且つ、吸着剤（41）の酸価又は水酸基価に対し、２０％以上で且つ５０％以下の酸価又は水酸基価となる量の前記架橋剤を用いる。

　第３の態様では、吸着剤（41）、バインダー（42）及び架橋剤を上記の配合とすることにより、吸着剤（42）の脱落をより確実に抑制することができる。

　本開示の第４の態様は、上記第１～第３のいずれか１つの態様において、吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤に加えて、添加剤を更に用いて担持されている。

　第４の態様では、添加剤を用いることにより、吸着剤（42）の脱落をより確実に抑制することができる。

図１は、調湿装置の冷媒回路の構成を示す配管系統図であって、(Ａ)は第１動作中の動作を示すものであり、(Ｂ)は第２動作中の動作を示すものである。図２は、吸着熱交換器の概略斜視図である。図３は、吸着熱交換器を構成する熱交換器ユニットの側面図である。図４は、図３におけるＡ-Ａ断面を示す断面図である。図５は、基材シート上に設けられたバインダー及び吸着剤を模式的に示す図である。図６は、図５において、基材シート上にコーティング層が設けられている例を示す図である。図７は、バインダーの水分透過性の試験方法を示す図である。図８は、バインダーの種類毎の水分透過性と吸熱交換機の能力に関して示す図である。図９は、バインダーの引っ張り強度等を試験するための試験片を示す図である。図１０は、バインダーに用いる樹脂に関し、伸びと、印加される引張り力との関係を示す図である。

　本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　　〈調湿装置の構成〉
　初めに、本実施形態の吸着熱交換器（20）が設けられた調湿装置について説明する。この調湿装置は、除湿した空気を室内へ供給する除湿運転と、加湿した空気を室内へ供給する加湿運転とが可能に構成されている。

　図１に示すように、調湿装置は、冷媒回路（10）を備えている。この冷媒回路（10）は、第１吸着部材（11）、第２吸着部材（12）、圧縮機（13）、四方切換弁（14）、及び電動膨張弁（15）が設けられた閉回路であって、冷媒が充填されている。冷媒回路（10）では、充填された冷媒を循環させることにより蒸気圧縮冷凍サイクルが行われる。また、第１吸着部材（11）と第２吸着部材（12）は、何れも本発明に係る吸着熱交換器（20）によって構成されている。吸着熱交換器（20）の詳細については後述する。

　上記冷媒回路（10）において、圧縮機（13）は、その吐出側が四方切換弁（14）の第１のポートに、その吸入側が四方切換弁（14）の第２のポートにそれぞれ接続されている。第１吸着部材（11）の一端は、四方切換弁（14）の第３のポートに接続されている。第１吸着部材（11）の他端は、電動膨張弁（15）を介して第２吸着部材（12）の一端に接続されている。第２吸着部材（12）の他端は、四方切換弁（14）の第４のポートに接続されている。

　上記四方切換弁（14）は、第１のポートと第３のポートが連通して第２のポートと第４のポートが連通する第１状態（図１(Ａ)に示す状態）と、第１のポートと第４のポートが連通して第２のポートと第３のポートが連通する第２状態（図１(Ｂ)に示す状態）とに切り換え可能となっている。

　　〈吸着熱交換器の構成〉
　上述のように、第１吸着部材（11）及び第２吸着部材（12）は、それぞれが吸着熱交換器（20）によって構成されている。この吸着熱交換器（20）について、図２、図３、図４を参照しながら説明する。

　吸着熱交換器（20）は、二つのサブユニット（21,22）を備えている（図２を参照）。各サブユニット（21,22）は、いわゆるクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器である熱交換器本体（25）と、熱交換器本体（25）の表面を覆うように形成された吸着層（30）とを備えている（図４を参照）。吸着熱交換器（20）では、二つのサブユニット（21,22）が互いに重なり合うように配置されており、吸着熱交換器（20）を通過する空気流の上流側に位置するものが第１サブユニット（21）を、その下流側に位置するものが第２サブユニット（22）をそれぞれ構成している。

　熱交換器本体（25）は、伝熱管部材である円管状の伝熱管（27）と、多数のフィン（26）とを備えている。各フィン（26）は、長方形の板状に形成された例えばアルミニウム製の部材である。各フィン（26）は、互いに対面する姿勢で立設され、互いに一定の間隔をおいて一列に配置されている。伝熱管（27）は、直管部（28）とＵ字管部（29）が交互に形成されて左右に蛇行する形状となっている。この伝熱管（27）は、その直管部（28）が配列された各フィン（26）を貫通するように設けられている。伝熱管（27）の直管部（28）は、フィン（26）と接合されており、その外周面がフィン（26）と密着している。

　　－運転動作－
　上記調湿装置では、除湿運転と加湿運転とが可能である。この調湿装置は、除湿運転中と加湿運転中の何れにおいても、第１動作と第２動作を所定の時間間隔（例えば３分間隔）で交互に繰り返す。

　上記調湿装置は、除湿運転中であれば第１空気として室外空気（OA）を、第２空気として室内空気（RA）をそれぞれ取り込む。また、上記調湿装置は、加湿運転中であれば第１空気として室内空気（RA）を、第２空気として室外空気（OA）をそれぞれ取り込む。

　　〈第１動作〉
　先ず、第１動作について説明する。第１動作中には、第１吸着部材（11）へ第２空気が、第２吸着部材（12）へ第１空気がそれぞれ送り込まれる。第１動作中の冷媒回路（10）では、四方切換弁（14）が第１状態に設定される。圧縮機（13）を運転すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（10）では、第１吸着部材（11）が凝縮器として動作し、第２吸着部材（12）が蒸発器として動作する。

　具体的に、圧縮機（13）から吐出された冷媒は、第１吸着部材（11）で放熱して凝縮する。第１吸着部材（11）で凝縮した冷媒は、電動膨張弁（15）を通過する際に減圧され、その後に第２吸着部材（12）で吸熱して蒸発する。第２吸着部材（12）で蒸発した冷媒は、圧縮機（13）へ吸入されて圧縮され、再び圧縮機（13）から吐出される。

　吸着熱交換器（20）により構成された第１吸着部材（11）では、フィン（26）表面の吸着層（30）が伝熱管（27）内の冷媒によって加熱されて放湿し、吸着層（30）から放出された水蒸気が第２空気に付与される。また、同じく吸着熱交換器（20）により構成された第２吸着部材（12）では、フィン（26）表面の吸着層（30）が第１空気から吸湿し、その際に生じた熱が伝熱管（27）内の冷媒に吸熱される。

　そして、除湿運転中であれば、第２吸着部材（12）で除湿された第１空気が室内へ供給され、第１吸着部材（11）から放出された水蒸気が第２空気と共に室外へ排出される。一方、加湿運転中であれば、第１吸着部材（11）で加湿された第２空気が室内へ供給され、第２吸着部材（12）に水蒸気を奪われた第１空気が室外へ排出される。

　　〈第２動作〉
　次に、第２動作について説明する。第２動作中には、第１吸着部材（11）へ第１空気が、第２吸着部材（12）へ第２空気がそれぞれ送り込まれる。第２動作中の冷媒回路（10）では、四方切換弁（14）が第２状態に設定される。圧縮機（13）を運転すると、冷媒回路（10）で冷媒が循環して冷凍サイクルが行われる。その際、冷媒回路（10）では、第２吸着部材（12）が凝縮器として動作し、第１吸着部材（11）が蒸発器として動作する。

　具体的に、圧縮機（13）から吐出された冷媒は、第２吸着部材（12）で放熱して凝縮する。第２吸着部材（12）で凝縮した冷媒は、電動膨張弁（15）を通過する際に減圧され、その後に第１吸着部材（11）で吸熱して蒸発する。第１吸着部材（11）で蒸発した冷媒は、圧縮機（13）へ吸入されて圧縮され、再び圧縮機（13）から吐出される。

　吸着熱交換器（20）により構成された第２吸着部材（12）では、フィン（26）表面の吸着層（30）が伝熱管（27）内の冷媒によって加熱されて放湿し、吸着層（30）から放出された水蒸気が第２空気に付与される。また、同じく吸着熱交換器（20）により構成された第１吸着部材（11）では、フィン（26）表面の吸着層（30）が第１空気から吸湿し、その際に生じた熱が伝熱管（27）内の冷媒に吸熱される。

　そして、除湿運転中であれば、第１吸着部材（11）で除湿された第１空気が室内へ供給され、第２吸着部材（12）から放出された水蒸気が第２空気と共に室外へ排出される。一方、加湿運転中であれば、第２吸着部材（12）で加湿された第２空気が室内へ供給され、第１吸着部材（11）に水蒸気を奪われた第１空気が室外へ排出される。

　　〈吸着層について〉
　図４に示すように、吸着層（30）は、フィン（26）の両側面を覆うように形成されている。この吸着層（30）の厚さは、例えば約０.２５ｍｍである。尚、吸着層（30）は、フィン（26）の表面だけでなく、伝熱管（27）のうちフィン（26）に覆われていない部分（Ｕ字管部（29）など）の表面にも形成されている。フィン（26）以外の部分に形成された吸着層（30）の厚さは、フィン（26）の表面における吸着層（30）の厚さとは異なっていても良い。

　吸着層（30）には、例えば吸湿性を有する有機高分子材料からなる吸着剤が含有されている。この吸着剤では、分子中に親水性の極性基（親水基）を有する複数の高分子主鎖が互いに架橋されており、互いに架橋された複数の高分子主鎖が三次元構造体を形成している。また、吸着剤としては、シリカ及び金属有機構造体（Metal-Organic Framework：ＭＯＦ）を利用することもできる。

　図５は、フィン（26）及びその表面の吸着層（30）について拡大して示す模式的な断面図である。フィン（26）は、例えばアルミニウム製の基材シートを用いて形成される。吸着層（30）は、吸着剤（41）と、これを担持するためのバインダー（42）とを含む。尚、図６に示すように、フィン（26）は、樹脂からなるコーティング層（43）を備える基材シートを用いて形成されていても良い。コーティング層（43）に用いる樹脂としては、例えばエポキシ樹脂が挙げられる。

　ここで、吸着熱交換器２０の使用に伴い、吸着層（30）が劣化し、その結果、フィン（26）から吸着剤（41）が脱落することがある。吸着剤（41）が脱落すると、吸着熱交換器２０の性能が低下する。本願発明者らは、このような吸着層（30）の劣化の一因が大気中のＮＯｘ（窒素酸化物）及びＳＯｘ（硫黄酸化物）であることを確認した。この知見から、吸着層（30）の劣化を抑制するためには、硝酸及び硫酸に対する耐性、特に硝酸に対する耐性を有するバインダー（42）を用いることが有効である。

　つまり、基材シート（フィン（26））と、基材シート上にバインダー（42）により担持された吸着剤（41）とを備える吸着熱交換器２０において、バインダー（42）は、硝酸に耐性を有することが好ましい。

　より具体的な評価方法としては、バインダー（42）は、７０℃において１０％の硝酸に４０時間浸漬した際の質量減少が３５％以下であることが好ましく、２０％以下であることがより好ましく、１０％以下であることが更に好ましい。このようなバインダーを用いると、吸着熱交換器２０の使用に伴う吸着剤（41）の脱落をより効果的に抑制することができる。

　また、バインダー（42）は、吸着熱交換器２０が性能を発揮するためには、一定の水分透過性を有することが好ましい。具体的には、バインダー（42）を材料として暑さ１００μｍの膜を形成したとき、当該膜の１日あたりの水分透過量が８５ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、１２０ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましい。

　また、吸着剤（41）が水分を吸収して膨潤する（体積が増加する）場合、これに対応して伸び率の高いバインダー（42）を用いると、吸着剤（41）の脱落を抑制することができる。

　吸着剤（41）の乾燥時における体積に対する膨潤時（最大限まで水分を吸収した状態）における体積の比率を膨潤率とし、％により表す。また、バインダー（42）の伸び率として、帯状のサンプルの両端を引っ張り、初期の長さに対するサンプルが破断した際の長さの割合を％により表す。このとき、バインダー（42）の伸び率は、（Ｘ／１００）の三乗根＊１００（％）以上であることが好ましい。このような伸び率を有するバインダー（42）を用いると、吸着剤（41）が膨潤しても、バインダー（42）が破断する可能性は低いので望ましい。

　また、バインダー（42）の引っ張り強度は、１２Ｎ／ｍｍ^２以下であることが好ましく、８Ｎ／ｍｍ^２以下であることがより好ましく、６Ｎ／ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。このようなバインダー（42）を用いると、吸着剤（41）の膨潤に応じて伸びやすいので、吸着剤（41）の脱落を抑制することができる。

　また、基材シート（フィン（26））と、基材シート上にバインダー（42）により担持された吸着剤（41）とを備える吸着熱交換器２０において、７０℃において１０％の硝酸に４０時間浸漬した後に、バインダー（42）及び吸着剤（41）の担持量は、前記浸漬前の３２～１００％であることが好ましい。

　フィン（26）から吸着層（30）（吸着剤（41）及びバインダー（42））が脱落すると、吸着熱交換器２０としての性能低下の原因となる。しかし、脱落の後にも十分な量の吸着層（30）が担持されていれば、望ましい性能は維持される。具体的に、硝酸浸漬により吸着層（30）が脱落したとしても、浸漬前の担持量に対して浸漬後の担持量が５０～１００％であれば、吸着熱交換器２０として望ましい性能は維持される。尚、吸着層（30）の担持量は質量により表す。つまり、熱交換器本体（25）の質量と、硝酸浸漬の前後における吸着熱交換器２０の質量から、担持されている吸着層（30）の質量を求めることができる。

　また、吸着熱交換器２０を繰り返し使用することによっても、吸着層（30）の劣化は発生しうる。そこで、基材シート上にバインダーにより担持された吸着剤を備える吸着熱交換器において、７０℃で且つ２０％の乾燥状態と、水が噴霧された湿潤状態とに交互に暴露することを５０００回繰り返した後に、バインダー及び吸着剤の担持量が９０～１００％であることが好ましい。

　また、基材シート（フィン（26））と、基材シート上にバインダー（42）により担持された吸着剤（41）とを備える吸着熱交換器２０において、吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤を用いて担持されていても良い。バインダー（42）に加えて架橋剤を用いることにより、吸着剤（41）の脱落を抑制することができる。

　基材シート（フィン（26））は、例えば、アルミニウムからなっていても良い。また、表面にエポキシ樹脂等の樹脂によるコーティングが施されたアルミニウムからなっていても良く、好ましい。吸着剤（41）は、ポリアクリル酸ナトリウム、シリカ及び金属有機構造体（ＭＯＦ）の少なくとも１つを含んでいても良く、ポリアクリル酸ナトリウムを用いることがより好ましい。バインダー（42）は、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂の少なくとも１つを含んでいても良く、アクリル樹脂を用いることがより好ましい。架橋剤は、カルボジイミド基、イソシアネート基及びエステル基の少なくとも１つを有する炭化水素であっても良く、カルボキシル基を有する炭化水素を用いることがより好ましい。いずれも、複数の混合物を用いても良い。

　また、吸着剤（41）１００質量部に対し、バインダー（42）を１６質量部以上で且つ７０質量部以下、架橋剤を２０質量部以上で且つ５０質量部以下用いることが好ましい。

　バインダー（42）は、吸着剤（41）１００質量部に対し、２０質量部以上用いることがより好ましく、２３質量部以上用いることが更に好ましく、また、５０質量部以下用いることがより好ましく、３０質量部以下用いることが更に好ましい。

　また、架橋剤は、バインダー（42）の使用量と、バインダー（42）の酸価又は水酸基価とに応じた量を用いるのが好ましい。具体的には、以下に説明する対酸価又は対水酸基価が２０％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。

　まず、酸価（AV; Acid Value)とは、樹脂１ｇを中和するのに必要な水酸化カリウムのミリグラム数である。また、水酸基価（OHV; Hydroxyl Value)とは、試料１ｇ中の水酸基に相当する水酸化カリウムのミリグラム数である。更に、架橋剤の反応基(-NCN-)１molに対する架橋剤分子全体の分子量がＮＣＮ当量であり、架橋剤１ｇ中に含まれる架橋剤の反応基（NCO）部分のグラム数が有効ＮＣＯ重量％である。尚、水酸化カリウムの式量は５６．１ｇ／mol、ＮＣＯの式量は４２ｇ／molである。

　ＣＯＯＨ架橋の場合、架橋剤の必要量は次式により求められる：
架橋剤必要量 = 対酸価 x (バインダー量 x AV / 56.1) x NCN当量 / 1000 mol
　また、ＯＨ架橋の場合、架橋剤の必要量は次式により求められる：
架橋剤必要量 = 対水酸基価 x (バインダー量 x OHV / 56.1) x 42 / (NCO% / 100) / 1000 mol
　これらの式において、対酸価又は対水酸基価を２０～５０％とすることにより、望ましい架橋剤の量が求められる。

　つまり、バインダー（42）の酸基又は水酸基の２０～５０％に対応する量の酸基又は水酸基を含む量の架橋剤を用いるのが好ましい。

　また、吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤に加えて、添加剤を更に用いて担持されていることが好ましい。添加剤としては、カルボキシル基を有する炭化水素、水酸基を有する炭化水素等を用いることができ、これらを混合して用いても良い。特に、カルボキシル基を有する炭化水素を用いるのが好ましい。

　添加剤は、吸着剤（41）１００質量部に対し、１質量部以上で且つ５質量部以下用いることが好ましい。更に、添加剤は、吸着剤（41）１００質量部に対して２質量部以上用いることがより好ましく、また、３質量部以下用いることがより好ましい。

　　（実施例）
　――バインダーの評価――
　表１に、バインダーの耐薬品性の評価を示す。バインダーとしては、アクリル樹脂、フッ素樹脂又はウレタン樹脂を用いた。また、架橋剤は、バインダーの酸価に対して２５％（対酸価）用いた。架橋剤は、カルボジイミド基を有する架橋剤である。

　上記のバインダー及び架橋剤を用いて、アルミニウムからなる基材シート上に、吸着剤としてポリアクリル酸ナトリウムを担持させて、試験片とした。これらを７０℃の環境下にて、１０％の硝酸及び硫酸に浸漬し、４０時間後に担持の状態を確認した。

　表１に示す通り、アクリル樹脂及びフッ素樹脂については、劣化（吸着剤の脱落）は生じなかった。これに対し、ウレタン樹脂の場合、硝酸により劣化が生じた。

　尚、フッ素樹脂としては、テトラフルオロエチレン系が好ましく、共重合体であっても良い。上記のフッ素樹脂は、テトラフルオロエチレンと炭化水素モノマーとの共重合体である。

　また、硝酸に浸漬した場合について、担持量の変化を示す。

　ウレタン樹脂の場合、浸漬前に０．７１０３ｇであったものが（上記条件の）硝酸浸漬により０．０１０４ｇに減少しており、１．４６％しか残存しなかった。

　これに対し、アクリル樹脂の場合は０．７０６９ｇが０．２３０４６に減少し、試験後の担持量は３２．５９％である。フッ素樹脂の場合、０．７７７７９が０．７３９３ｇに減少しており、試験後の担持量は９５．０４％である。

　このように、フッ素樹脂では、硝酸による担持量の減少は小さく、吸着熱交換器に用いた場合にも劣化は小さい。アクリル樹脂の場合、硝酸による担持量の減少はフッ素樹脂にくらべると大きいが、ウレタン樹脂に比べると大幅に優れており、吸着熱交換器として実用した場合にも劣化は抑制される。

　バインダーは、硝酸及び硫酸の両方に耐性を有することが望ましい。但し、多くの樹脂において、硝酸に耐性を有する場合は硫酸にも耐性を有している。従って、費用・時間の削減等のために、硝酸についてのみ耐性を試験しても良い。

　以上は、基材シート上にバインダーにより吸着剤を担持させた状態についての評価である。これに加えて、バインダーの樹脂自体についても評価した。

　具体的に、上記のアクリル樹脂、フッ素樹脂及びウレタン樹脂について、サンプルの重量を測定した後、７０℃の環境下にて、１０％の硝酸に浸漬した。その後、取り出したサンプルを水洗し、１００℃にて一時間乾燥させた後、重量を測定した。

　この結果を表２に示す。硝酸浸漬による重量の減少は、アクリル樹脂で１６％、フッ素樹脂で５％であり、これらの場合には吸着熱交換器２０の性能の経時劣化は許容範囲に抑制される。これに対し、ウレタン樹脂の場合、硝酸浸漬により重量が３８％減少しており、この場合には吸着熱交換器２０の性能は許容範囲を超えて経時劣化する。

　また、ＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光法）及びＴＧ（熱重量分析）によっても、各サンプルの薬品による変化を確認した。アクリル樹脂及びフッ素樹脂については、耐薬品試験の前後においてＦＴ－ＩＲ及びＴＧ共に変化は微少又は無しといえる程度であった。これに対し、ウレタン樹脂については、耐薬品試験により顕著な変化があった。ＦＴ－ＩＲではピークの移動や増加があり、分子構造の変化が示された。ＴＧでも明確な曲線の変化があった。

　以上から、アクリル樹脂又はフッ素樹脂がバインダーとしては望ましい。

　――架橋剤の評価――
　表３に、架橋剤の評価を示す。バインダーとしてフッ素樹脂を用い、且つ、架橋剤について、イソシアネート基を含む架橋剤又はカルボジイミド基を含む架橋剤を用いた。また、架橋剤を用いない場合についても示す。架橋剤は、バインダーの酸価又は水酸基価に対して２５％（対酸価、対水酸基価）用いた。

　上記バインダーの評価と同様に、基材シート上に吸着剤を担持させて、７０℃の環境下にて１０％の硝酸及び硫酸に浸漬し、４０時間後に担持の状態を確認した。

　表３に示す通り、架橋剤を用いない場合には、劣化が生じた。これに対し、いずれかの架橋剤を用いた場合、劣化は生じなかった。

　――乾湿繰り返し試験――
　熱交換器本体（25）上にバインダーにより吸着層（30）を担持させた吸着熱交換器２０について、乾燥状態と湿潤状態とに交互に暴露すること繰り返す試験（乾湿繰り返し試験）を行い、吸着剤の脱落を評価した。

　乾燥状態とは、具体的には、７０℃で且つ湿度２０％に維持した試験室に吸着熱交換器２０を設置し、平均風速２．０ｍ／秒にて通風した状態とする。また、湿潤状態とは、水を噴霧して吸着層（30）に十分に水を吸着させる状態とする。乾燥状態は９分５５秒間、湿潤状態は５秒間とし、交互に暴露することを５０００回繰り返す乾湿繰り返し試験を行う。また、吸着層（30）を担持させる前に熱交換器本体（25）の質量を測定し、また、乾湿繰り返し試験の前後に吸着熱交換器２０の質量を測定することで、試験前後のバインダー（42）及び吸着剤（41）の担持量（質量）の変化を求める。

　乾湿繰り返し試験後の担持量が、試験前の担持量に対して９０～１００％であれば、吸着熱交換器２０を現実的に使用した場合にも十分な性能は維持される。

　表４に、下記に説明する実施例１及び２と、比較例１及び２について、乾湿繰り返し試験の結果を示す。

　（実施例１）
　バインダーとして、フッ素樹脂及びアクリル樹脂の１：１（質量比）混合物を用いた。また、架橋剤としては、カルボジイミド基を有する架橋剤を用いた。架橋剤は、バインダーの酸価、水酸基価に対して２５．５％（対酸価、対水酸基価）用いた。これを用いて吸着剤をアルミニウムからなる基材シート上に担持させて、実施例１の試験用サンプルを作成した。

　（実施例２）
　バインダーとして、アクリル樹脂を用いた。また、架橋剤の種類及び使用量については、実施例１と同様である。これを用いて吸着剤をアルミニウムからなる基材シート上に担持させて、実施例２の試験用サンプルを作成した。

　（比較例１）
　バインダーとして、ウレタン樹脂を用い、架橋剤は用いない。当該バインダーにより吸着剤をアルミニウムからなる基材シート上に担持させて、比較例１の試験用サンプルを作成した。

　（比較例２）
　バインダーとして、アクリル樹脂を用い、架橋剤は用いない。当該バインダーにより吸着剤をアルミニウムからなる基材シート上に担持させて、比較例２の試験用サンプルを作成した。

　以上、それぞれ２つの実施例及び比較例について、試験結果を表４に示す。比較例１及び２について、繰り返し回数が１０００を超える程度であれば、吸着剤の脱落は見られない。しかし、比較例１では３０００回を超えると脱落が発生し、比較例２においても５０００回以下で脱落が発生する。

　これらに対し、実施例１の場合、７０００回を超えても吸着剤の脱落は見られず、１００００回を超えてようやく脱落が生じる。

　実施例２の場合、８５３０回でも吸着剤の脱落は見られない。

　以上の通り、アクリル樹脂、フッ素樹脂を用い、また、架橋剤を用いた場合、乾湿繰り返し試験において５０００回の繰り返し後にも吸着剤の脱落は見られない。また、このような構成の場合、吸着熱交換器として、性能の経時劣化は許容範囲に抑制される。

　更に、表５には、フッ素樹脂、アクリル樹脂及びウレタン樹脂をそれぞれバインダーとして用い、乾湿繰り返し試験を行った後の担持量を示す。各バインダーを用いて上記と同様に吸着剤をアルミニウムからなる基材シート上に担持させたサンプルを作成し、乾湿繰り返し回数５４５２回の時点について示している。

　表５の通り、フッ素樹脂又はアクリル樹脂を用いた場合、繰り返し回数５４５２回の後にもバインダー及び吸着剤の残存率は１００．００％であり、脱落は無い。これに対し、ウレタン樹脂を用いた場合、５４５２回の時点で残存率は８９．９７％であり、１０％以上脱落している。

　このように、フッ素樹脂又はアクリル樹脂を用いることにより、乾湿繰り返し試験（繰り返し回数５０００回）後にもバインダー及び吸着剤の担持量を試験前の９０％以上とすることができ、吸着熱交換器の劣化を抑制するために望ましい。

　――バインダーの水分透過性評価――
　バインダーの種類は、吸着熱交換器の性能に影響する。従って、バインダーとして用いる樹脂は、耐薬品性に優れることに加え、少なくとも従来に近い吸着熱交換器の性能を実現することが望ましい。これに関し、発明者は、バインダーの水分透過性と、吸着熱交換器２０の性能とが相関するという知見を得ている。そこで、各バインダーの水分透過性を評価した。

　図７に、バインダーの水分透過性の試験方法を示す。バインダー樹脂膜５４は、バインダーとして用いる樹脂を厚さ１００μｍに成膜したものである。バインダー樹脂膜５４を用いて、水分を透過しない容器（51）の開口部を覆うように密封する。容器（51）内には十分な量の乾燥剤（52）を配置し、湿度を０％とする。当該容器（51）を恒温槽（51）に配置する。恒温槽（51）は、温度２５℃、湿度９０％に維持する。

　このようにすると、バインダー樹脂膜５４を挟んで湿度に差があることから、恒温槽（51）側（容器（51）の外側）からバインダー樹脂膜５４を透過して容器（51）内に水分が移動する（矢印（53）により示す）。従って、容器（51）の質量（バインダー樹脂膜５４、乾燥剤（52）を含む質量）の時間による変化を測定することにより、バインダー樹脂膜５４を透過した水分の量を測定できる。

　図８に、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、フッ素樹脂とアクリル樹脂との１：１混合物、Hアクリル樹脂の４種類のバインダー樹脂膜５４（膜厚１００μｍ）について、水分透過性を示す。単位はｇ／ｍ^２・日、つまり、面積１ｍ^２の膜に換算した１日あたりの水分透過量（ｇ）である。測定は複数ずつ行っており、個々の結果を黒丸（●）、平均値を白抜きの四角（◇）で表している。

　また、それぞれの樹脂をバインダーとする吸着熱交換器の性能について、バインダーがウレタン樹脂　の場合を１００％とする相対値により示す。

　フッ素樹脂のみの場合、水分透過性は60.42ｇ／ｍ^２・日であり、吸着熱交換器の性能はウレタン樹脂に比べて８４．８％の性能である。これに対し、フッ素樹脂とアクリル樹脂との１：１混合物及びアクリル樹脂のみの場合、水分透過性は８６．５２ｇ／ｍ^２・日及び１３６．４５ｇ／ｍ^２・日であり、吸着熱交換器の性能としてはウレタン樹脂に対して８９．７％及び９０．２％の性能であった。

　ウレタン樹脂を用いる場合に比較した吸着熱交換器の性能低下を抑える観点からは、水分透過性は８５ｇ／ｍ^２・日以上であることが好ましい。但し、他の要素を考慮してフッ素樹脂を用いることは考えられる。

　　――バインダーの引っ張り強度及び伸び率――
　吸着剤は、種類により、水分を吸収すると膨潤する（体積が増加する）。例えば、ポリアクリル酸ナトリウムは吸水により膨潤する。この際、吸着剤の膨潤に応じてバインダーが延びることができると、バインダーが破断して吸着剤が脱落する等の劣化を抑制できる。

　具体的に、吸着剤（41）の乾燥時における体積に対する膨潤時（最大限まで水分を吸収した状態）における体積の比率を膨潤率とし、％により表す（膨潤時に体積が２倍になった場合は２００％、膨潤による体積の変化が全く無い場合は１００％等）。

　また、バインダー（42）の伸び率として、帯状のサンプルの両端を引っ張り、初期の長さＬ_０に対するサンプルが破断した際の長さＬの割合を％により表す。つまり、伸び率は（Ｌ／Ｌ_０）＊１００（％）となる。

　吸着剤の膨潤率がＸ（％）であるとき、バインダーの伸び率がＸ／１００の三乗根＊１００（％）以上であれば、バインダーは吸着剤の膨潤に対応して十分に伸び、破断を避けることができる。

　伸び率の試験方法について、図９に示す。バインダーとする樹脂により、幅１ｃｍで長さ７ｃｍ、膜厚１０～３００μｍの試験片（60）を作成する。当該試験片について、両端１ｃｍずつの保持領域（61）をチャックにて挟み、試験片（60）が破断するまで両側に引っ張る。初期におけるチャック間の距離は延伸領域（62）の長さ（５ｃｍ）であるから、破断時のチャック間の距離を測定することにより、伸び率を求めることができる。

　吸着剤の膨潤率がＸであるとき、寸法の伸びはＸの三乗根である。従って、バインダー樹脂膜５４の伸び率がＸの三乗根以上であれば、吸着剤の膨潤によりバインダーが破断することは抑制できる。

　これに関し、図１０に、ウレタン樹脂、フッ素樹脂及びフッ素樹脂とアクリル樹脂との混合物について、伸び（Ｌ－Ｌ_０）と、印加される力（断面積あたりの力）との関係を示す。混合物については、フッ素樹脂：アクリル樹脂の質量混合比が３：７、５：５、７：３の３種類を示している。伸びが大きくなるにつれて印加されている力は大きくなり、破断すると力は０に落ちる。

　破断時点における伸びは、いずれも５０．０ｍｍを越えており、初期の長さ５０．０ｍｍに対して破断時の長さは１００．０ｍｍを越えるので、伸び率は２００％以上となる。

　ここで、ポリアクリル酸ナトリウムの膨潤率は２００％程度である。従って、バインダーの伸び率が（２００／１００）の三乗根＊１００、つまり、１２６％程度以上であれば破断を避けることができる。従って、図１０に示すいずれの例もこの条件を満たす。

　また、吸着剤が膨潤する場合、バインダーとして用いる樹脂は、伸びやすい方が望ましい。つまり、小さな力で伸びるバインダーを用いる方が、吸着剤の膨潤に応じて伸びやすいので望ましい。具体的には、引っ張り強度が１２／Ｎｍｍ^２以下であることが望ましい。更には、８Ｎ／ｍｍ^２以下であることがより好ましく、６Ｎ／ｍｍ^２以下であることが更に好ましい。

　従って、この観点からは、フッ素樹脂とアクリル樹脂との混合物を用いることが好ましい。

　以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態および変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

　以上説明したように、本開示は、吸着熱交換器について有用である。

　20　　　吸着熱交換器
　25　　　熱交換器本体
　26　　　フィン（基材シート）
　30　　　吸着層
　41　　　吸着剤
　42　　　バインダー
　43　　　コーティング層
　50　　　恒温槽
　51　　　容器
　52　　　乾燥剤
　53　　　矢印
　54　　　バインダー樹脂膜
　60　　　試験片
　61　　　保持領域
　62　　　延伸領域

Claims

　基材シート（26）と、
　前記基材シート（26）上に担持された吸着剤（41）とを備える吸着熱交換器（20）において、
　前記吸着剤（41）は、バインダー（42）及び架橋剤を用いて担持されていることを特徴とする吸着熱交換器。
　請求項１の吸着熱交換器において、
　前記基材シート（26）は、アルミニウム、又は、表面に樹脂によるコーティング（43）が施されたアルミニウムからなり、
　前記吸着剤（41）は、ポリアクリル酸ナトリウム、シリカ及び金属有機構造体の少なくとも１つを含み、
　前記バインダー（42）は、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂及びウレタン樹脂の少なくとも１つを含み、
　前記架橋剤は、カルボジイミド基、イソシアネート基及びエステル基の少なくとも１つを有する炭化水素であることを特徴とする吸着熱交換器。
　請求項１又は２の吸着熱交換器において、
　前記吸着剤（41）１００質量部に対し、前記バインダーを１６質量部以上で且つ７０質量部以下用い、且つ、
　前記吸着剤（41）の酸価又は水酸基価に対し、２０％以上で且つ５０％以下の酸価又は水酸基価となる量の前記架橋剤を用いることを特徴とする吸着熱交換器。
　請求項１～３のいずれか１つの吸着熱交換器において、
　前記吸着剤（41）は、前記バインダー（42）及び前記架橋剤に加えて、添加剤を更に用いて担持されていることを特徴とする吸着熱交換器。