説明

全熱交換器

【課題】光化学オキシダント発生時に換気が可能な全熱交換器を提供する。
【解決手段】シート材によりハニカム体1を構成し、あるいはシート材を積層して複数の空気通路を構成し、シート材上に湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持し、このハニカム体あるいは積層体によって全熱交換することにより、外気と室内空気との間で全熱交換を行いながら換気をすることができ、また換気に伴い外気に含まれるオゾンを分解することが可能になった。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、たとえば回転型や静止型などの全熱交換器に関するもので、特に 光化学オキシダント発生時に換気ができないという問題を解決可能なものを提供するものである。
【背景技術】
【0002】
室内に人が居ると、室内空気の二酸化炭素量が次第に増加し、換気の必要が生じる。全熱交換器は室内空気を換気する際に、室内空気と外気との間で、顕熱と潜熱とを同時に交換し、換気に伴うエネルギーロスを無くすもので、省エネルギー効果が高くなるため急速に普及している。 しかしながら、外気中に人体に有害な物質がある場合に換気を行うと二酸化炭素の問題は解消するものの上記のような有害物質が外気の供給に伴って、室内に入るという問題がある。
【0003】
このために例えば、特許文献1に記載のように外気中の有害物質を除去した上で室内に供給する技術が開発された。このような物は、外気にオゾンを与えて外気中の有機ガスを分解したり、外気中のウィルスや細菌を殺すようにしている。そして供給したオゾンは、強力なオゾンフィルターによって完全に除去した上で室内に外気を供給するようにしている。
【特許文献1】特開2005−296900号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ヒト1人が1時間に必要な換気量は約30m3であり、例えば10人の収容能力のある部屋で300m3毎時の換気が必要である。このような量の空気を上記のように処理するには大容量のオゾン発生器、オゾンフィルターおよびそれに対応するブロア等が必要であり、コストや運転に必要なエネルギーを考えると、このような設備を全ての部屋に設置するのは現実的ではない。
【0005】
一方、光化学オキシダントは、大気に放出された揮発性有機化合物ガスや窒素酸化物が太陽光の紫外線による光化学反応で発生し、オゾンやアルデヒドなどの人体に有害な物質が生成されるもので、主成分はオゾンである。
【0006】
ここで有害物質について検討すると、光化学オキシダントはその主成分であるオゾン濃度で計測管理され、日本の環境基準(1時間値)ではオゾン濃度は0.06ppmであり、これ以下の濃度であると安全といえる。逆に注意報が発せされる濃度は0.12ppmで、警報が発せられる濃度は0.24ppmである。
【0007】
このような観点から、オゾン濃度を0.12〜0.24ppmから0.06ppm以下にすると安全であると言える。つまり外気が警報を発せられている状態であっても、オゾン濃度を1/4以下にするとよい。
【0008】
本発明は簡単な構造で、かつ特段のエネルギー消費もなくオゾン濃度を下げながら換気が可能で、かつ換気に伴う熱エネルギーの回収も可能な全熱交換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本件発明は以上のような課題を解決するため、ハニカム体を構成するシート材に湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持し、このハニカム体によって全熱交換するようにした。
【発明の効果】
【0010】
本発明の全熱交換器は上記の如く構成したので、外気と室内空気との間で全熱交換を行いながら換気をすることができ、また換気に伴い外気に含まれる光化学オキシダントの主成分であるオゾンを分解することが可能な全熱交換器を提供することができる。
【0011】
オゾン分解触媒として鉄系のもの或いはマンガン系のものを用いると、これらの物質は元々人体に必須なミネラル成分であり、多量の摂取以外には害がないため安全である。
【0012】
さらにマンガンでイオン交換したゼオライトを吸湿剤として用いると、吸湿剤そのものにオゾンの分解機能を付加することができ、全熱交換器の製造に際して吸湿剤と触媒との2種の機能材を用いる必要がなく、製造が簡単になる。特にオゾンの水への溶解度は酸素よりも10倍程度高いため、吸湿剤への吸着量も多く、触媒による分解効果が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明の請求項1に記載の発明は、シート材によって構成したハニカムロータに湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持したため、外気と室内空気との間で全熱交換を行いながら、外気中に含まれるオゾンを分解しながら室内に供給できるという作用を有する。
【実施例1】
【0014】
以下本発明の全熱交換器の実施例について図に沿って詳細に説明する。図1は回転型全熱交換器である全熱交換ロータ1の斜視図であり、コルゲート加工されたアルミニウムシートと平たいアルミニウムシートとを重ねて巻き、ハニカム状にしたものである。
【0015】
この全熱交換ロータ1を2つのゾーンに分割し、回転させながらそれぞれのゾーンに外気(以下「OA」と書く)と室内還気(以下「RA」と書く)とを通すと、それぞれの空気の間で顕熱と潜熱の両方が同時に交換され、OAは供給空気(以下「SA」と書く)となって室内に供給され、RAは排気(以下「EA」と書く)となって室外へ放出される。この技術は公知であるので、詳細な説明は省略する。
【0016】
このような全熱交換ロータ1の製造方法を以下図3および図4に沿って説明する。図4の2および3は、それぞれ材料であるアルミニウムシート4,5を巻いたロールである。ここでアルミニウムシートとしては厚さが25〜50μm程度のものが好ましい。
【0017】
容器6,7それぞれにEVA系エマルジョン接着剤(エチレン−酢酸ビニル共重合体系のエマルジョン接着剤)8、9を満たし、この中にアルミニウムシート4,5を通す。これによってアルミニウムシート4,5の両面にEVA系エマルジョン接着剤が塗布される。この状態は図3のステップAに相当する。
【0018】
このEVA系エマルジョン接着剤が乾燥する前に、アルミニウムシート4,5の両面にノズル10〜13を設け、このノズル10〜13からイオン交換樹脂を粉砕した微粒子を吹き付ける。これによってアルミニウムシート4,5の両面にイオン交換樹脂の微粒子が担持される。この状態は図3のステップBに相当する。
【0019】
このようにして両面にイオン交換樹脂の微粒子が担持されたアルミニウムシート4,5をコルゲート・マシン13に送り、一方のアルミニウムシート4を波付け(コルゲート)加工し、他方の平状のアルミニウムシート5と互いに接着する。この状態は図3のステップCに相当する。
【0020】
これによって片側が波付けされた片波成型体シート14となり、これを巻付けてハニカム体15を作る。この状態は図3のステップDに相当する。
【0021】
この後で、マンガン系オゾン分解触媒(例えば、ズードケミ触媒株式会社製MN-280A)8部を分散したスラリーにディッピングして、オゾン分解触媒をハニカム体15に担持する。この状態は図3のステップDに相当する。
【0022】
次にハニカム体15の外周に保護用の金属板を巻きつけたり、必要に応じてハニカム面を研磨して全熱交換ロータを完成する。この状態は図3のステップEに相当する。
【0023】
以上のようにして完成された全熱交換ロータ1の作用について以下説明を行う。図1に示すように全熱交換ロータ1を2つのゾーンに分割するとともにモータ(図示せず)によって回転させながら、外気OAを通過させて室内に供給空気SAとして送る。また室内からの還気RAを他方のゾーンに通過させて、排気EAとして大気放出する。
【0024】
以上の動作によって室内空気と外気との間で顕熱とともに潜熱も交換され、換気に伴うエネルギーロスが70%程度回収できる。そして、外気にオゾンが含まれていた場合、オゾンはオゾン分解触媒によって分解され、濃度が下がった状態で室内に供給される。
【0025】
この実施例で使用した湿気吸着剤はイオン交換樹脂であり、イオン交換樹脂は湿気を吸着すると、架橋力に抗して水分が内部に浸透して行く。つまりイオン交換樹脂の粒子の中に、水分が溶液の状態になって浸透する。この際にオゾンの水への溶解度は酸素よりも10倍程度高いため、吸湿剤への吸着量も多くなる。
【0026】
オゾン分解触媒は、イオン交換樹脂粒子をアルミニウムシートに担持した状態でディッピングして担持されたものであり、イオン交換樹脂粒子の表面に付着している。つまりオゾンが湿気とともにイオン交換樹脂粒子に出入りするため、その出入りの際にオゾン分解触媒に触れ、触媒による分解効果が高くなる。 イオン交換樹脂に換えてシリカゲルやゼオライト、活性アルミナ等の微粒子を吹き付けて製作したものでも、オゾン分解触媒を分散したスラリーにディッピング担持することで、同様の効果が得られる。
【0027】
次に本発明の実施例2について説明する。実施例2のものは湿気吸着剤としてイオン交換樹脂に代えて、ゼオライト4Aをマンガンでイオン交換したものを用いる。
【0028】
実施例2の製造に際しては、酢酸ビニル系接着剤5倍液にゼオライト4A20部と、ゼオライト4Aをマンガンでイオン交換したゼオライト15部を入れてスラリーを調整後、厚さ30μmのアルミニウムシート4,5をそのスラリー中に通してアルミニウムシート4,5の両面にゼオライトを担持したものである。
【0029】
つまり実施例1を示す図3のステップBを除き、ステップAでEVA系接着剤に代えてスラリーにすることで実現可能である。図4にあっては、ノズル10〜13が不要で、容器6,7それぞれにスラリーを入れることによって実現可能である。
【0030】
このようにして作られた全熱交換ロータ1は、顕熱交換に際して湿気がゼオライト4Aに吸着される。またゼオライト4Aをマンガンでイオン交換したものにオゾンの分子が触れたり近接した場合に、その中に吸着される。そしてオゾン分子は分解され、酸素分子となってゼオライトから放出される。
【0031】
次に本発明の実施例3について説明する。以上の実施例2では前もってイオン交換したゼオライトでスラリーを作ったが、この実施例ではゼオライトを担持させた後にイオン交換する。
【0032】
アクリル系接着剤5倍液にゼオライト4A40部を混合してスラリーを調整し、このスラリーに上記実施例2と同様の方法で、厚さ30μmのアルミニウムシート4,5にコーティングし、乾燥する。
【0033】
このようにして作られたアルミニウムシート4、5をコルゲート加工し、巻き付け加工して全熱交換ロータ1を作成する。そしてその後、酢酸マンガン20%水溶液に浸漬してゼオライトのNaイオンをMnにイオン交換し、水洗乾燥して全熱交換ロータ1を完成する。
【0034】
この全熱交換ロータ1はアルミニウムシート4,5の表面に担持されたゼオライト4AがMnイオンを有するため、湿気吸着剤として機能すると
とものにオゾン分解触媒として機能する。 またゼオライト3A、5Aでも4Aと同じA型の結晶構造であるため、同様にゼオライトのKイオンまたはCaイオンをMnにイオン交換し、同じ効果を得ることができる。さらにX型ゼオライトやその他Mnとイオン交換可能なゼオライトであれば何れも同様に用いることが出来る。
【0035】
次に本発明の実施例4について説明する。この実施例4は静止型全熱交換器と呼ばれる形式のもので、図2に示されるものである。これはコルゲート加工され、片波成型体となったシートと平板状シートとが交互に積層され、1層毎に片波成型体の方向を90度乃至所定の角度異ならせて積層したものである。
【0036】
この静止型全熱交換器は回転型全熱交換器と異なり、平板状シートとしては一方の面から他方の面に湿気を移動するもの、例えば紙を用いる。この紙として、上記実施例2で示したマンガンイオンでイオン交換したゼオライト4Aを、漉き込みしたものを用いることができる。またオゾン分解性を有する活性炭粉末を抄き込みした物でもよい。
【0037】
或いは酢酸ビニル系接着剤5倍液にイオン交換したゼオライト4Aを分散したスラリーに浸漬コーティングした紙や不織布を用いることができる。
【0038】
さらに静止型全熱交換器のコルゲートシートとしては、透湿性は不要のため基本的に何でも使用することができ、例えばコストや廃棄時の処理を考慮してポリプロピレンシート(以下「PPシート」と書く)を用いることができる。
【0039】
PPシートをコルゲート加工したものを酢酸ビニル系接着剤5倍液にイオン交換したゼオライト4Aを分散したスラリーに浸漬し、不織布の平板状シートと積層してもよい。
【0040】
以上の実施例では、マンガンでゼオライト4Aのイオン交換をする例を示したが、鉄でゼオライト4Aのイオン交換をしてもよい。或いは鉄系オゾン分解触媒、又はオゾン分解性のある活性炭粉末を分散したスラリーに、全熱交換器素子をディッピングしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は外気にオゾンが含まれていた場合に、そのオゾンを分解しながら室内に空気を供給することが可能な全熱交換器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の回転型全熱交換器の実施例を示す斜視図である。
【図2】本発明の静止型全熱交換器の実施例を示す斜視図である。
【図3】本発明の回転型全熱交換器の実施例1における製造方法を示すフローチャートである。
【図4】本発明の回転型全熱交換器の実施例1における製造方法を示す側面図である。
【符号の説明】
【0043】
1 全熱交換ロータ2,3 ロール4,5 アルミニウムシート6.7 容器8,9 EVA系エマルジョン接着剤10〜13 ノズル14 片波成型体シート15 ハニカム体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シート材によって構成したハニカムロータに湿気吸着剤とともにオゾン分解触媒を担持した全熱交換器。
【請求項2】
シート材を積層して複数の空気通路を構成し、前記シート材に湿気交換機能とともにオゾン分解機能を付加した全熱交換器。
【請求項3】
オゾン分解触媒はマンガン系触媒である請求項1記載の全熱交換器。
【請求項4】
オゾン分解触媒は鉄系触媒である請求項1記載の全熱交換器。
【請求項5】
マンガンによってイオン交換したゼオライトを用いた請求項3記載の全熱交換器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−48461(P2010−48461A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−212823(P2008−212823)
【出願日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(390020215)株式会社西部技研 (31)
【Fターム(参考)】