JP2000015035A - 湿気交換素子 - Google Patents

湿気交換素子

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JP2000015035A JP10188379A JP18837998A JP2000015035A JP 2000015035 A JP2000015035 A JP 2000015035A JP 10188379 A JP10188379 A JP 10188379A JP 18837998 A JP18837998 A JP 18837998A JP 2000015035 A JP2000015035 A JP 2000015035A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】室内に発生する有害ガスや臭気ガスの移行が少
なく、湿気の交換能力の高い湿気交換用素子を提供する
ことを目的とする。 【構成】イオン交換樹脂を定着するとともに塩化リチウ
ム溶液を浸透させたシート１，２を透孔を有するよう積
層成形したものである。これによって湿気は選択的に塩
化リチウムおよびイオン交換樹脂に吸着され、ガスの移
行が少なく高い性能で湿気の吸着を行なうことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷暖房時に換気を行
った際に失われる潜熱を回収したり除湿あるいは加湿に
用いられる湿気交換素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の湿気交換素子として紙に塩化リチ
ウム水溶液を含浸し塩化リチウムの潮解現象を利用して
湿気を吸着させるものがあった。このような従来の湿気
交換素子は、相対湿度が極めて高い環境下で長時間使用
し吸・脱着を多く繰り返すと次第に塩化リチウムが湿気
交換素子の片方に寄り、吸着性能が落ちたり、紙が塩化
リチウムの再結晶によって崩れるというトラブルが発生
した。
【０００３】このため、湿気交換素子を構成するシート
に湿気の吸着を行なわせるためシリカゲル、活性炭、ゼ
オライト等の吸着型固体吸湿剤を固着するものが開発さ
れた。
【０００４】このような湿気交換素子を潜熱交換に用い
る場合、たとえば夏季には高温多湿の外気を湿気交換素
子の入気ゾーンに通してその温度および湿度を下げて冷
房された室内に供給し、室内からの還気を湿気交換素子
の還気ゾーンに通して高温多湿の外気より湿気交換素子
に与えられた熱および湿気を還気に与え排気として室外
に排出する。
【０００５】あるいは、湿気交換素子を加湿に使用する
場合、湿気交換素子に外気に含まれる湿気を吸着させ、
吸着された湿気を脱着し、その脱着された湿気を室内へ
送ることによって加湿するようにしている。
【０００６】しかしながら、そのような従来の湿気交換
素子の内で固体吸着剤を用いたものは湿気交換や加湿に
際し、還気または外気に含まれている種々の臭気物質そ
の他の有害ガス、その他の物質も湿気交換素子の吸着剤
に吸着され漸次蓄積する。それが室内に送られ、室内に
おける臭気発生の原因となり人間の嗅覚に感知されるに
至るトラブルが発生した。
【０００７】湿気交換素子の湿気吸着剤は湿気の吸着が
速くかつ脱着が容易でなければ湿気の室内への還流がで
きない。また加湿・除湿に用いる場合も湿気の吸着が速
くかつ脱着が容易でなければ、加湿あるいは除湿効率が
悪くなる。
【０００８】しかし、湿気の吸着が速くかつ脱着が容易
な湿気吸着剤は一般的に水以外の活性物質も吸・脱着し
易く、このために臭気成分も吸・脱着してしまい、臭気
成分を室内へ戻してしまうという問題があった。
【０００９】このため湿気交換素子の臭気成分の移行を
少なくする技術例えば、水の分子とほぼ同一のポアを有
するゼオライトを湿気吸着剤として用いる技術等が例え
ば特許出願公開平成５年第８７４７７号公報に見られる
ように種々提案された。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の湿気交換
素子は臭気成分の移行が少なくなったが十分ではなく、
また微量の化学物質を吸着せず室内より排出するという
点で必ずしも十分なものではなかった。
【００１１】つまり従来の湿気交換素子は湿気の吸着剤
としてシリカゲルやゼオライトを用いており、これらの
湿気の吸着原理は低湿度側では吸着剤と水の分子が水素
結合で結合することによっている。従って、この原理の
みで水の分子を吸着するのであれば基本的には水の分子
のみを吸着するのであるが、同時に吸着剤に形成された
ポアに毛細管現象によって水が入る現象も生じる。この
場合は極性物質をも吸着してしまい、そのような物質は
吸着剤からの脱着によって室内側に移行する。
【００１２】特に湿気交換素子を加湿器として利用する
場合、湿気交換素子ロータを吸着ゾーンと再生ゾーンと
に分割し、外気を吸着ゾーンに通して外気中の水分を湿
気交換素子に吸着させ、再生ゾーンに高温の空気を通し
て湿気交換素子ロータに吸着された水分を放出させて室
内へ供給するようにしている。
【００１３】このような使用の形態の場合、例えば吸着
剤としてシリカゲルやゼオライトを用いたものは、アン
モニアの移行率すなわち外気中に含まれるアンモニアが
室内へ移行する率は９０％を越える。
【００１４】また近年は室内に多くのガス状の化学物質
が存在し、従来の湿気交換素子ではこれらの化学物質の
移行を効果的に防止することが困難であった。
【００１５】つまり、家具や壁紙等に用いられる接着剤
や防虫剤等に多くの化学物質が使用され、このため近年
家庭やオフィス等の中から種々の微量な化学物質が発生
し、このような化学物質が化学物質過敏症を引き起こす
ということが報告されている。
【００１６】本発明は上記の問題点に着目してなされた
ものであり、臭気成分や化学物質の移行を極めて少なく
するとともに湿気の交換効率の極めて高い湿気交換素子
を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】イオン交換樹脂を湿気吸
着剤として定着し、塩化リチウム溶液を浸透させたシー
トを透孔を有するよう積層成形するようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は
イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着し塩化リチウム
溶液を含浸させたシートを透孔を有するよう積層成形し
たものであり、空気中に含まれるガスが酸性ガスあるい
は塩基性ガスであるか否かに係わらず種々な化学物質を
吸着せず、イオン交換樹脂に接する塩化リチウム溶液の
浸透圧とイオン交換樹脂の浸透圧との差によって湿気が
速やかにイオン交換樹脂に吸着されるという作用を有す
る。
【００１９】
【実施例】分子内に化学結合した電離基を有するスチレ
ン系イオン交換樹脂の粉末をパルプやアラミド繊維等の
繊維及びバインダーとともに混合し、従来より公知の抄
紙技術を用いて厚さ０．２ｍｍ程度の紙を作る。
【００２０】そして図１に示す如く抄紙された紙を波状
に加工したコルゲートシート１と、抄紙されて平状のま
まのライナーシート２とを重ねてボス３上に捲き付け
る。所定の厚さまで巻き付けた後、外周部に亜鉛メッキ
鋼板等の外周板４を巻き付け湿気交換素子５を作成す
る。
【００２１】上記の分子内に化学結合した電離基を有す
るスチレン系イオン交換樹脂としてスチレン系中性イオ
ン交換樹脂Ｎａ形を用いることができ、そのさらに具体
的な材料として、三菱化学株式会社製の「ＤＩＡＩＯＮ
ＳＫ １Ｂ」やダウケミカル株式会社製の「ダウェッ
クスイオンＨＣＲ−Ｓ」等を用いることができる。スチ
レン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形の化学式の例を以下に
示す。
【００２２】
【化１】
【００２３】また、スチレン系中性イオン交換樹脂は製
造された直後の状態は直径０．４〜０．６ｍｍの球状で
あり、そのままでは粒径が大きいのでミルを使用して粉
砕して使用する。
【００２４】作成された湿気交換素子５を濃度２％〜５
％（重量パーセント）の塩化リチウム水溶液に浸漬す
る。するとスチレン系中性イオン交換樹脂Ｎａ形中のナ
トリウムイオンがリチウムイオンとイオン交換される。
イオン交換が十分に行われた後で湿気交換素子５を塩化
リチウム水溶液から引き上げる。
【００２５】これによって、図２に示すように紙の中に
抄き込まれたイオン交換樹脂粉体６の回りを塩化リチウ
ム水溶液の層７が覆った状態となる。ここで湿気を多く
含んだ空気が来ると、塩化リチウム水溶液の層７が空気
中の湿分を吸着してその濃度が低下する。
【００２６】すると、イオン交換樹脂粉体６の内部の浸
透圧の方が塩化リチウム水溶液の層７の浸透圧より高く
なる。従って、水分が塩化リチウム水溶液の層７からイ
オン交換樹脂粉体６の内部へ移行する。これによって塩
化リチウム水溶液の層７の濃度は常に一定となる。
【００２７】次に湿気交換素子５に８０℃〜１２０℃の
温風を当てると、吸着された水分が脱着される。つま
り、塩化リチウム水溶液の層７から水分が気化し溶液濃
度が高くなる。すると上記の逆の現象が発生し浸透圧の
差によってイオン交換樹脂粉体６の内部から水分が塩化
リチウム水溶液の層７へ移行する。
【００２８】以上の構成の本発明の湿気交換素子５は、
塩化リチウム水溶液とイオン交換樹脂を吸着剤として利
用しており、従来の塩化リチウムのみを使用したものと
比較して、塩化リチウム溶液濃度が水分の吸脱着によっ
て殆ど変化せず、高い湿度の空気を処理する場合であっ
ても塩化リチウム水溶液が飛散するようなことはない。
【００２９】また、従来の湿気交換素子のうち湿気吸着
剤としてシリカゲルやゼオライトを用いたものは水分の
吸着原理として、水の分子を水素結合や毛細管現象によ
って吸着している。これに対して本発明の湿気交換素子
５は、湿気吸着剤は分子内に化学結合した電離基を有す
るスチレン系イオン交換樹脂であり水分の吸着原理がイ
オン交換基と水和して吸着されイオン交換不可能な物質
例えば炭化水素の蒸気と水蒸気の混合ガスが接触した場
合、水の分子のみ選択吸着する。
【００３０】またイオン交換可能な物質と水蒸気の混合
ガスが接触した場合、水の分子とともにイオン交換によ
ってイオン交換可能な物質のみ選択吸着する。そしてイ
オン交換可能な物質はイオン結合によって容易に脱着し
ない状態で吸着される。
【００３１】つまり、イオン交換樹脂は種々の物質を吸
着し吸着した物質を脱着するためには化学当量的に多量
の強酸や強アルカリ溶液で洗浄する必要がある。従っ
て、常温の空気に触れた位では脱着することはなく、吸
着剤に次第にイオン交換可能な物質が蓄積し、いずれ吸
着能力いっぱいになるまで吸着する。するとその後は水
の分子のみ吸着するようになる。
【００３２】このようにして湿気吸着剤であるイオン交
換樹脂は水以外の物質を吸脱着せず、よって臭気物質や
化学物質の移行が極めて小さくなる。塩化リチウム水溶
液は低濃度の場合はアンモニアも吸着するが、上記のよ
うに湿気交換素子５に含浸した塩化リチウム水溶液の濃
度は２％〜５％と薄く、よって従来の塩化リチウムを含
浸した除湿ロータと比較して塩化リチウム水溶液層７の
容量が小さく、これによるアンモニアの吸着量は無視で
きるほど小さい。さらに上記説明のとおり、塩化リチウ
ム水溶液層７の濃度は高く維持されるため、アンモニア
の吸着は起こりにくい。
【００３３】本発明の湿気交換素子５についてアンモニ
アの移行を次の方法で試験した。つまり、図３に湿気交
換素子５を用いた除湿機のフロー図を示す。湿気交換素
子５はモータ（図示せず）によって回転駆動され、室内
の空気が処理空気ＳＡとしてブロア８によって湿気交換
素子５へ送られる。また、ヒーター９によって９０℃に
加熱された温風を再生空気ＲＡとして湿気交換素子５の
再生ゾーンへ送られ、再生出口空気ＷＡとしてブロア１
０によって排出される。
【００３４】処理空気ＳＡに３５ｐｐｍ濃度のアンモニ
アを入れてロータに通し、再生出口空気ＷＡへの移行量
を調べた。
【００３５】空気条件は処理空気ＳＡの温度を２７℃に
固定し、相対湿度を５０％から７０％まで変化させ、再
生空気ＲＡの温度を９０℃に固定した。湿気交換素子５
の前面風速は処理空気ＳＡおよび再生空気ＲＡとも２ｍ
／ｓとし、湿気交換素子回転数は６ＲＰＭとした。この
結果図４に示すようにアンモニアの移行率は２２％〜３
６％と極めて小さいものであった。
【００３６】また以上の実施例ではスチレン系中性イオ
ン交換樹脂Ｎａ形微粉末を湿気吸着剤として用いたが、
スチレン系イオン交換樹脂Ｈ形、スチレン系イオン交換
樹脂Ｌｉ形微粉末、スチレン系イオン交換樹脂Ｋ形微粉
末あるいはスチレン系イオン交換樹脂Ｃａ形微粉末を用
いることができる。
【００３７】さらに以上の実施例では塩化リチウムの水
溶液を用いる例を示したが、エチルアルコールその他極
性を有する溶剤の溶液を使用することもできる。
【００３８】以上の各種イオン交換樹脂は、湿気交換素
子５の用いられる雰囲気にあわせて、つまり空気中に含
有されているガスに応じて適宜選択することができる。
そして各種イオン交換樹脂を単一種ではなく複数種混合
して用いることにより、空気中に含有するガスが複数種
であっても対応することができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の湿気交換素子は以上の説明のと
おり、イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着し、塩化
リチウム水溶液を含浸させたシートを透孔を有するよう
積層成形するようにしたものであり、湿気吸着剤が水の
分子のみ選択吸着するため、臭気物質や化学物質の移行
が極めて少なくなる。また塩化リチウム溶液の量が少な
いため、塩化リチウム水溶液への化学物質の吸収は少な
い。このため、湿気交換素子を通過した空気が臭うこと
がなく、湿気交換素子を機能させることによって室内に
化学物質が発生しても室外へ排出することができ、シッ
クハウス症候群や化学物質過敏症を予防することができ
る。また高湿度の空気を処理しても塩化リチウム水溶液
が流れ出したり飛散することはない。さらに、湿分の吸
着吸収原理として塩化リチウムの吸湿効果を使用し、湿
分を吸着しても塩化リチウム水溶液濃度が低下しないた
めに吸着が強力である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の湿気交換素子の斜視図である。
【図２】本発明の湿気交換素子に使用される吸着シート
の拡大断面図である。
【図３】本発明の湿気交換素子を用いた除湿機の原理を
示すフロー図である。
【図４】本発明の湿気交換素子の臭気物質の移行を示す
グラフである。
【符号の説明】
１ コルゲートシート ２ ライナーシート ３ ボス ４ 外周板 ５ 湿気交換素子 ６ イオン交換樹脂粉体 ７ 塩化リチウム溶液の層 ８ ブロア ９ ヒーター １０ ブロア

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イオン交換樹脂を湿気吸着剤として定着す
    るとともに塩化リチウム溶液を浸透させたシートを透孔
    を有するよう積層成形してなることを特徴とする湿気交
    換素子。
  2. 【請求項２】シートをハニカム状に積層成形してなる請
    求項１記載の湿気交換素子。
  3. 【請求項３】イオン交換樹脂が分子内に化学結合した電
    離基を有するスチレン系イオン交換樹脂である請求項１
    記載の湿気交換素子。
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