WO2023170792A1 - 透湿樹脂シートおよびその製造方法、全熱交換素子並びに全熱交換換気装置 - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
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- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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- C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
Definitions
- the present disclosure relates to a moisture permeable resin sheet that exchanges sensible heat and latent heat between two air streams having different temperatures and humidity, a method for manufacturing the same, a total heat exchange element, and a total heat exchange ventilation device.
- the materials constituting the total heat exchange element of the total heat exchange ventilation system are required to have moisture permeability that allows water vapor to pass through, and air barrier properties that do not allow air, especially carbon dioxide, to pass through.
- total heat exchange elements have generally been developed using paper, but in recent years, in order to obtain higher performance, studies have been conducted on using resin for total heat exchange elements and turning them into counterflow elements by resin molding. In addition, research is underway to develop resin materials and reduce their thickness with the aim of improving water vapor permeation performance.
- Patent Document 1 does not relate to a total heat exchange element, but discloses a film having a blended compound including a polyolefin polymer, a hydrophilic polymer, and a filler having hydrophilic surface functionality.
- the affinity between polyolefin polymers, which are hydrophobic resins, and hydrophilic polymers is low, so the above conventional techniques require a compatibilizer to improve interfacial adhesion.
- a compatibilizer is included in the film described in Patent Document 1
- the hydrophilic filler becomes hydrophobic due to the influence of the compatibilizer, and the hydrophilic filler has an improved affinity with the polyolefin polymer. do.
- the hydrophilic filler is incorporated into the polyolefin polymer.
- the hydrophilic filler is distributed in the polyolefin polymer, resulting in a problem in that the reinforcing effect of the hydrophilic polymer cannot be sufficiently obtained.
- the present disclosure has been made in view of the above, and provides a moisture-permeable resin that can suppress the compatibilization of a hydrophilic filler with a hydrophobic resin and increase the rigidity of a hydrophilic polymer compared to conventional ones. Aim to get a seat.
- a moisture permeable resin sheet according to the present disclosure is provided with at least one of a moisture permeable thermoplastic resin, a non-moisture permeable thermoplastic resin, and a non-moisture permeable thermoplastic resin.
- a compatibilizing agent that covers a part of the surface and compatibilizes a moisture-permeable thermoplastic resin and a moisture-impermeable thermoplastic resin, a hydrophilic filler that is more rigid than the moisture-permeable thermoplastic resin, and a hydrophilic filler that is more rigid than the moisture-permeable thermoplastic resin. It has a reactive hydrophilic agent that covers at least a part of the surface of the filler and makes the moisture permeable thermoplastic resin and the hydrophilic filler compatible.
- the moisture-permeable resin sheet according to the present disclosure has the effect of suppressing the compatibilization of the hydrophilic filler with the hydrophobic resin and increasing the rigidity of the hydrophilic polymer compared to conventional sheets.
- a perspective view showing an example of a schematic configuration of a total heat exchange element according to Embodiment 2 A top view schematically showing an example of the configuration of a first flow path plate that constitutes a total heat exchange element according to Embodiment 2.
- 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the opposing flow section of the first flow path plate of the total heat exchange element according to Embodiment 2, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the opposing flow part of the second flow path plate of the total heat exchange element according to Embodiment 2, and is a VI-VI cross-sectional view of FIG. 5.
- FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a moisture permeable resin sheet according to the first embodiment.
- the moisture-permeable resin sheet 4 includes a moisture-permeable thermoplastic resin 41, a moisture-impermeable thermoplastic resin 42, a hydrophilic filler 43, a compatibilizer 44, and a reactive hydrophilic agent 45.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is a resin material that has thermoplasticity and moisture permeability that allows water vapor to pass through. By including the moisture permeable thermoplastic resin 41 in the moisture permeable resin sheet 4, moisture permeability is imparted to the moisture permeable resin sheet 4. The moisture permeable thermoplastic resin 41 forms the base material of the moisture permeable resin sheet 4.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is a polyurethane resin, a polyamide resin, or a polyester resin containing ethylene oxide, polyethylene glycol, propylene oxide, or polypropylene glycol in its main chain.
- polyethylene glycol is a substance obtained by polymerizing two or more monomers of ethylene oxide.
- Polypropylene glycol is a substance obtained by polymerizing two or more monomers of propylene oxide.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 may be a resin having a carboxyl group, a hydroxyl group, or an ester bond or an amide bond that has a high affinity for water.
- a resin such as polyvinyl alcohol or a cellulose derivative can be used as the moisture-permeable thermoplastic resin 41.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 in order to improve the water vapor permeability of the moisture-permeable resin sheet 4, it is preferable to use a block copolymer made from polyethylene glycol as a raw material.
- Copolymers made from polyethylene glycol include polyether block amide copolymer (PEBA), polyethylene glycol-polyamide block copolymer, polyethylene glycol-polyester block copolymer, polyethylene glycol-polyurethane block copolymer, etc. preferable. More preferably, a polyethylene glycol-polyamide block copolymer can be used from the viewpoint of heat resistance.
- the moisture permeable material may be a combination of two or more copolymers selected from the group of these resins. Representative commercially available products include Pebax (registered trademark) MV1074, Pebax MH1657, Arnitel (registered trademark) VT3108, and the like.
- moisture permeability means that water vapor permeability is measured using the infrared sensor method, that is, the Mocon method, under the conditions of 100% relative humidity and 30°C in accordance with JIS (Japanese Industrial Standards) K7129. It is defined as having a moisture permeability of 0.1 kg/m 2 /day or more when the permeability is calculated.
- the moisture permeable thermoplastic resin 41 is contained in the moisture permeable resin sheet 4 in a range of 20 wt% or more and 90 wt% or less. If the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is less than 20 wt%, a passage for water vapor cannot be created in the moisture-permeable resin sheet 4, and the moisture-permeable resin sheet 4 cannot exhibit moisture permeability. Moreover, when the moisture permeable thermoplastic resin 41 is more than 90 wt %, the moisture permeability of the moisture permeable resin sheet 4 becomes high, but the moisture permeable resin sheet 4 swells due to moisture absorption.
- the moisture-permeable resin sheet 4 When the moisture-permeable resin sheet 4 is used in a corrugated total heat exchange element, the air passages are likely to be blocked due to swelling. From the above, it is desirable that the moisture permeable thermoplastic resin 41 is 20 wt% or more and 90 wt% or less.
- the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 is a resin material that has thermoplasticity, waterproof property that does not allow liquid water to pass through, and gas barrier property that does not allow air and carbon dioxide to pass through.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 in the moisture-permeable resin sheet 4, the moisture-permeable resin sheet 4 is provided with waterproof properties and gas barrier properties.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is a material with higher rigidity, specifically, Young's modulus, than the moisture-permeable thermoplastic resin 41. By including the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 in the moisture-permeable resin sheet 4, the workability and rigidity of the moisture-permeable resin sheet 4 can be improved.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is dispersed and arranged in the moisture-permeable thermoplastic resin 41 that is the base material. That is, since the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is hydrophobic, it exists in a phase-separated state in the moisture-permeable thermoplastic resin 41 that is the base material.
- the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 has a lower component ratio than the moisture-permeable thermoplastic resin 41, the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 has a particulate form in the moisture-permeable thermoplastic resin 41. Exists in a dispersed form.
- the shape of the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is not particularly limited.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is polypropylene, polyethylene, or a copolymer of polypropylene or polyethylene. By using the moisture-impermeable thermoplastic resin 42, it is possible to obtain a moisture-permeable resin sheet 4 that has excellent processability in addition to the hydrophobicity of the resin.
- resins such as polyamide, polyimide, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, and polysulfone may be used as the moisture-impermeable thermoplastic resin 42.
- resins such as polyamide, polyimide, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate, and polysulfone may be used as the moisture-impermeable thermoplastic resin 42.
- one or more of polypropylene with a long-chain hydrocarbon branched structure produced by polymerization using a metallocene catalyst, and polypropylene added with low-density polyethylene having a branched structure is used. It can be used as a moisture permeable thermoplastic resin 42.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 may be a combination of two or more resins selected from the group of these resins.
- Long-chain hydrocarbon branched structure refers to a branched structure with a main chain of carbon atoms of several dozen or more and a molecular weight of several hundred or more, and is produced by copolymerizing with an ⁇ -olefin such as 1-butene. It is distinguished from short chain branches, which form a few carbon atoms.
- the long-chain hydrocarbon branched structure is physically entangled and difficult to unravel, which has the effect of improving melt tension, and is thought to have excellent elasticity and rigidity at high temperatures.
- the polypropylene having a long chain hydrocarbon branched structure produced by polymerization using a metallocene catalyst may be any polypropylene having a long chain hydrocarbon branched structure produced by polymerization using a metallocene catalyst.
- Typical commercial products include Waymax (registered trademark) MFX8, Waymax MFX6, Waymax MFX3, Waymax EX8000, Waymax EX6000, Waymax EX4000, manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd.
- the low density polyethylene having a branched structure may be any general low density polyethylene.
- Typical commercially available products include the product name Novatec (registered trademark) LD ZE41K manufactured by Nippon Polyethylene Co., Ltd., the product name Suntec (registered trademark)-LD M2004, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., and the product name Suntec-LD M1703 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Examples include Sumikasen (registered trademark) F101-1 and Sumikasen G-109.
- non-moisture permeability refers to the case where the water vapor permeability is calculated by measuring moisture permeability using the infrared sensor method, that is, the Mocon method, under the conditions of 100% relative humidity and 30°C in accordance with JIS K7129. It is defined as having a moisture permeability of less than 0.1 kg/m 2 /day.
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is contained in the moisture-permeable resin sheet 4 in a range of 20 wt% or more and 70 wt% or less. If the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 is less than 20 wt%, the processing characteristics of the moisture-permeable resin sheet 4 cannot be sufficiently ensured. In particular, when processed, the moisture permeable resin sheet 4 lacks sufficient rigidity and cannot support its own weight. Furthermore, if the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 is more than 70 wt%, the components that provide moisture permeability in the moisture-permeable resin sheet 4 will be inhibited, making it impossible to ensure sufficient moisture permeability. From the above, it is desirable that the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is 20 wt% or more and 70 wt% or less.
- the hydrophilic filler 43 is a material that is hydrophilic and has higher rigidity, specifically Young's modulus, than the moisture permeable thermoplastic resin 41.
- the hydrophilic filler 43 is dispersed and arranged in the moisture permeable thermoplastic resin 41 .
- the hydrophilic filler 43 is at least one kind of fine particles selected from the group of graphene oxide, smectite, montmorillonite, mica, silica, alumina, nanodiamond, cellulose nanofiber, chitin nanofiber, chitosan nanofiber, and silk nanofiber. be.
- the presence of the hydrophilic filler 43 provides a reinforcing effect for the moisture permeable resin sheet 4.
- the presence of hydroxyl groups (-OH) exhibiting hydrophilicity on the surface of the hydrophilic filler 43 allows it to react with the reactive hydrophilizing agent 45.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is a resin with lower rigidity than the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42
- the hydrophilic filler 43 is dispersed in the moisture-permeable thermoplastic resin 41, thereby forming a moisture-permeable thermoplastic resin.
- the rigidity of the resin 41 can be increased. That is, the hydrophilic filler 43 can reinforce the rigidity of the moisture permeable thermoplastic resin 41.
- the hydrophilic filler 43 exists in a particulate form in a dispersed state inside the moisture permeable thermoplastic resin 41.
- the particle size of the hydrophilic filler 43 is 0.001 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
- the hydrophilic filler 43 is graphene oxide
- the thickness of the graphene oxide is 0.001 ⁇ m.
- the hydrophilic filler 43 tends to aggregate, which is undesirable because the dispersibility inside the moisture permeable resin sheet 4 decreases. As a result, the moisture permeable resin sheet 4 cannot be uniformly reinforced as a whole.
- the hydrophilic filler 43 has the role of a spacer that controls the thickness of the moisture permeable resin sheet 4. Therefore, if the particle size of the hydrophilic filler 43 is larger than 100 ⁇ m, it is not preferable because the film thickness after molding becomes thick and the moisture permeability of the moisture permeable resin sheet 4 decreases. From the above, it is desirable that the particle size of the hydrophilic filler 43 is 0.001 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. However, since the hydrophilic filler 43 has the role of a spacer to control the film thickness of the moisture permeable resin sheet 4 as described above, the particle size of the hydrophilic filler 43 is determined by the thickness of the moisture permeable resin sheet 4 to be manufactured. Thickness or less.
- the hydrophilic filler 43 is contained in the moisture permeable resin sheet 4 in a range of 0.01 wt% or more and 55 wt% or less. If the content of the hydrophilic filler 43 is less than 0.01 wt%, a sufficient reinforcing effect of the moisture permeable resin sheet 4 cannot be obtained. Further, when the amount of the hydrophilic filler 43 is more than 55 wt%, the strength of the moisture permeable resin sheet 4 can be increased, but the elongation rate of the moisture permeable resin sheet 4 decreases, and the desired shape cannot be obtained. This makes molding difficult. In other words, moldability deteriorates. From the above, it is desirable that the hydrophilic filler 43 is 0.01 wt% or more and 55 wt% or less.
- the compatibilizer 44 is a resin material that improves the compatibility between the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 and the moisture-permeable thermoplastic resin 41.
- the compatibilizer 44 is present in the moisture-permeable thermoplastic resin 41 so as to cover at least a portion of the surface of the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 . That is, the compatibilizer 44 covers at least a portion of the surface of the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 and compatibilizes the moisture-permeable thermoplastic resin 41 and the moisture-impermeable thermoplastic resin 42.
- a part of the compatibilizer 44 may be dispersed in the moisture permeable thermoplastic resin 41.
- the compatibilizing agent 44 is a material containing polypropylene or polyethylene as a constituent, and a part of which is copolymerized with a reactive monomer.
- the compatibilizer 44 can improve the adhesion between the non-moisture-permeable thermoplastic resin 42 with low compatibility and the moisture-permeable thermoplastic resin 41, and improve the Young's modulus, elastic modulus, and elongation of the moisture-permeable resin sheet 4.
- Mechanical properties such as mechanical properties can be improved. That is, by improving the adhesion, the Young's modulus of the moisture permeable resin sheet 4 is improved, and the elongation rate is also improved.
- the reactive monomer is glycidyl methacrylate in one example.
- the reactive monomer By using glycidyl methacrylate as the reactive monomer, it is possible for the reactive monomer to react with the hydroxyl group, etc. that the moisture permeable thermoplastic resin 41 has, and in addition to improving the compatibility at the interface, it also improves moisture permeability by forming covalent bonds. Physical properties such as Young's modulus, elastic modulus, and elongation rate of the resin sheet 4 can be improved.
- compatibilizing agent 44 examples include graft copolymers having a polyolefin polymer structure in the main chain and a vinyl polymer structure bonded to the main chain as a side chain, carboxylic anhydride, maleic anhydride, etc.
- examples include polyolefins modified with acids, sterically hindered amine ether compounds, and polyolefins copolymerized with glycidyl-modified methacrylic esters in the main chain.
- One of these may be used alone, or a combination of two or more may be used.
- compatibilizers 44 graft copolymers or sterically hindered amine ether compounds are preferred, and graft copolymers or copolymers with glycidyl-modified methacrylic esters are more preferred.
- polyolefin polymers forming the structural part of the main chain in the graft copolymer examples include polyethylene, polypropylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-glycidyl methacrylate copolymer, etc. be able to.
- vinyl polymer forming the structural part of the side chain in the graft copolymer examples include polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymer, butyl acrylate-methyl methacrylate copolymer, methyl methacrylate-methacrylic acid copolymer, etc. be able to.
- a polyolefin modified with an acid such as carboxylic anhydride or maleic anhydride is preferable as the compatibilizer 44, and a polypropylene resin having maleic anhydride is more preferable.
- these compatibilizers 44 it is possible to improve the compatibility between the base material of the resin layer film and the block copolymer made from polyethylene glycol.
- the compatibilizer 44 is contained in the moisture permeable resin sheet 4 in a range of 1 wt% or more and 20 wt% or less. If the compatibilizer 44 is less than 1 wt%, sufficient adhesion between the moisture permeable thermoplastic resin 41 and the moisture impermeable thermoplastic resin 42 cannot be ensured. Further, if the amount of the compatibilizer 44 is more than 20 wt %, there will be no problem in terms of mechanical properties, but the moisture permeability of the moisture permeable resin sheet 4 will be inhibited. From the above, it is desirable that the content of the compatibilizer 44 is 1 wt% or more and 20 wt% or less.
- the reactive hydrophilic agent 45 reacts with the hydrophilic filler 43 and improves the compatibility between the moisture permeable thermoplastic resin 41 and the hydrophilic filler 43.
- the reactive hydrophilic agent 45 is present in the moisture permeable thermoplastic resin 41 so as to cover a portion of the surface of the hydrophilic filler 43 . That is, the reactive hydrophilic agent 45 covers at least a portion of the surface of the hydrophilic filler 43 and makes the moisture permeable thermoplastic resin 41 and the hydrophilic filler 43 compatible.
- the hydrophilic filler 43 reacts with the compatibilizer 44, making the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 hydrophilic. This prevents the filler 43 from being taken in.
- the reactive hydrophilizing agent 45 is a material having one or more reactive functional groups at the end of an oxyethylene compound such as ethylene glycol or propylene glycol.
- Reactive functional groups include glycidyl groups, oxazoline groups, amino groups, carboxyl groups, and the like.
- the surface can be modified by covalent bonding with the hydrophilic filler 43, and the reactive hydrophilizing agent 45 will not be eluted during use.
- the reactive hydrophilic agent 45 By using the reactive hydrophilic agent 45 as a material that has a relatively low molecular weight and is a liquid compound at room temperature, a part of the reactive hydrophilic agent 45 may be dispersed in the moisture-permeable thermoplastic resin 41.
- the moisture permeable thermoplastic resin 41 contains ethylene oxide in its main chain like the reactive hydrophilic agent 45, the moisture permeable The affinity with the thermoplastic resin 41 is improved, and the hydrophilic filler 43 is easily dispersed in the moisture permeable thermoplastic resin 41.
- the reactive hydrophilic agent 45 is contained in the moisture permeable resin sheet 4 in an amount of 1 wt% or more and 20 wt% or less. If the content of the reactive hydrophilic agent 45 is less than 1 wt%, compatibility between the moisture permeable thermoplastic resin 41 and the hydrophilic filler 43 cannot be ensured. In addition, when the amount of the reactive hydrophilic agent 45 is more than 20 wt%, the reactive hydrophilic agent 45 is a low molecular compound, so it is liquid in the raw material state, and the moisture permeable thermoplastic resin 41 during processing. Also, the reactive hydrophilic agent 45 that has not completely reacted with the hydrophilic filler 43 flows out, making it impossible to mold the moisture permeable resin sheet 4 into a desired shape. From the above, it is desirable that the content of the reactive hydrophilizing agent 45 is 1 wt% or more and 20 wt% or less.
- the rigidity of the moisture-permeable resin sheet 4 can be further improved.
- the thickness of the moisture-permeable resin sheet 4 is 100 ⁇ m or less. This is because if the thickness of the moisture permeable resin sheet 4 exceeds 100 ⁇ m, desired moisture permeability cannot be obtained. Further, the thickness of the moisture-permeable resin sheet 4 is desirably 50 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or less. This is because the thinner the moisture permeable resin sheet 4 is, the lower its moisture permeability resistance and thermal resistance become. However, depending on the intended use of the moisture-permeable resin sheet 4, the thickness must be greater than that capable of holding its own weight when the moisture-permeable resin sheet 4 is molded.
- a resin composition production step is performed.
- a moisture-permeable thermoplastic resin 41, a moisture-impermeable thermoplastic resin 42, a compatibilizer 44, a hydrophilic filler 43, and a reactive hydrophilic agent 45 are melt-kneaded to form a resin composition. generate.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is in the range of 20 wt% or more and 90 wt% or less
- the moisture-impermeable thermoplastic resin 42 is in the range of 20 wt% or more and 70 wt% or less
- the compatibilizer 44 is in the range of 1 wt% or more.
- the hydrophilic filler 43 is in the range of 0.01 wt% or more and 55 wt% or less, and the reactive hydrophilic agent 45 is in the range of 1 wt% or more and 20 wt% or less, so that the total amount is 100 wt%.
- Each material is weighed and melted and kneaded.
- melt-kneading it is desirable to set the temperature at which all the resin materials are melted.
- melt-kneading is performed at a temperature of 180°C or higher and 250°C or lower. Kneading at a temperature higher than this, for example, at a temperature higher than 250° C., is not preferable because it may lead to deterioration of the resin.
- a temperature that is too low for example, a temperature lower than 180° C., is not preferable because the pellets that are not softened and are in a hard state may damage the parts of the kneading machine.
- the molten resin composition is molded into a sheet shape to form the moisture permeable resin sheet 4.
- the moisture-permeable resin sheet 4 is formed by a T-die method in which a molten resin composition is poured into a gap between molds and the resin extruded from the gap between the molds is stretched into a sheet shape.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is a polyurethane resin, a polyamide resin, or a polyester resin containing ethylene oxide, polyethylene glycol, propylene oxide, or polypropylene glycol in its main chain
- the reactive hydrophilic agent 45 is an oxyethylene resin.
- the moisture-permeable thermoplastic resin 41 and the reactive hydrophilic agent 45 are materials having substantially the same shape, so they are melt-kneaded. Easy to get used to. As a result, the reactive hydrophilic agent 45 is more likely to bond with the moisture-permeable thermoplastic resin 41 during melt-kneading in the resin composition production step.
- the reactive hydrophilic agent 45 is more likely to bond with the hydrophilic filler 43.
- the hydrophobic portion of the compatibilizer 44 is more likely to bond with the moisture-impermeable thermoplastic resin 42, and the hydrophilic portion is more likely to bond with the moisture-permeable thermoplastic resin 41.
- the hydrophilic part of the compatibilizer 44 combines with the hydrophilic filler 43, and the hydrophobic part combines with the non-moisture permeable thermoplastic resin 42.
- the hydrophilic filler 43 may be incorporated into the thermoplastic resin 42 of the thermoplastic resin 42 .
- the hydrophilic filler 43 that should be dispersed in the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is incorporated into the moisture-impermeable thermoplastic resin 42, which reduces the rigidity of the moisture-permeable thermoplastic resin 41. decreases slightly. Therefore, a manufacturing method that can suppress such a decrease in rigidity of the moisture permeable thermoplastic resin 41 will be described.
- a hydrophilic agent adhesion step is performed.
- a reactive hydrophilic agent 45 is attached to the surface of the hydrophilic filler 43 .
- a diluted reactive hydrophilizing agent 45 is applied to the surface of the hydrophilic filler 43 .
- hydrophilic filler 43 is immersed in diluted reactive hydrophilizing agent 45 . Thereby, the reactive hydrophilic agent 45 can be attached to the surface of the hydrophilic filler 43. Thereafter, the hydrophilic filler 43 to which the reactive hydrophilizing agent 45 is attached is dried.
- a pelletizing step is performed.
- a moisture-permeable thermoplastic resin 41, a moisture-impermeable thermoplastic resin 42, and a compatibilizer 44 are molded into pellets to form pellets.
- the order in which the hydrophilizing agent adhesion step and the pelletizing step are carried out is not limited. That is, the hydrophilizing agent attachment step and the pelletizing step may be performed simultaneously, the hydrophilizing agent attaching step may be performed first, or the pelletizing step may be performed first.
- a resin composition production step is carried out.
- a resin composition is produced by melt-kneading pellets and a hydrophilic filler 43 having a reactive hydrophilic agent 45 attached to its surface.
- the molding process is performed.
- the molten resin composition is molded into a sheet shape to form the moisture permeable resin sheet 4.
- the moisture-permeable resin sheet 4 is formed by a T-die method in which a molten resin composition is poured into a gap between molds and the resin extruded from the gap between the molds is stretched into a sheet shape.
- the moisture permeable resin sheet 4 includes the moisture permeable thermoplastic resin 41, the moisture impermeable thermoplastic resin 42, and at least a portion of the surface of the moisture impermeable thermoplastic resin 42.
- a compatibilizer 44 that covers the moisture-permeable thermoplastic resin 41 and the moisture-impermeable thermoplastic resin 42, a hydrophilic filler 43 that is more rigid than the moisture-permeable thermoplastic resin 41, and a hydrophilic filler 43 that is more rigid than the moisture-permeable thermoplastic resin 41;
- the reactive hydrophilic agent 45 covers at least a part of the surface of the hydrophilic filler 43 and makes the moisture permeable thermoplastic resin 41 and the hydrophilic filler 43 compatible.
- the hydrophilic filler 43 By reacting the reactive hydrophilic agent 45 with the hydrophilic filler 43, the hydrophilic filler 43 is prevented from being incorporated into the moisture-impermeable thermoplastic resin 42, and the hydrophilic filler 43 and the moisture permeable
- the affinity with the thermoplastic resin 41 is improved. This improved affinity can enhance the reinforcing effect of the moisture permeable resin sheet 4. That is, it is possible to suppress the hydrophilic filler 43 from becoming compatible with the hydrophobic resin, and to increase the rigidity of the hydrophilic polymer compared to the conventional method.
- Embodiment 2 a total heat exchange element in which a plurality of total heat exchange element flow path plates obtained by shaping the moisture-permeable resin sheet 4 of Embodiment 1 is laminated will be described.
- FIG. 2 is a perspective view showing an example of a schematic configuration of a total heat exchange element according to Embodiment 2.
- the total heat exchange element 10 is an element that performs heat exchange between two fluids while separating the two types of fluids. For this reason, the total heat exchange element 10 includes a first flow path plate 11A and a second flow path plate 11B as two types of flow path plates that are flow path plates for the total heat exchange element.
- the total heat exchange element 10 is formed by alternately stacking and joining the first passage plates 11A and the second passage plates 11B.
- the first channel plate 11A includes a counterflow section 12A for achieving high heat exchange efficiency, and a header section 13A for separating two fluids.
- the second channel plate 11B includes a counterflow section 12B and a header section 13B.
- the direction in which the first channel plate 11A and the second channel plate 11B are stacked is the Z axis, and the positive direction side of the Z axis of the first channel plate 11A and the second channel plate 11B is It is called the front side, and the negative direction side is called the back side.
- 11 A of 1st flow path plates and the 2nd flow path plate 11B are only called the flow path plate 11, when not distinguishing them individually.
- FIG. 3 is a top view schematically showing an example of the configuration of the first flow path plate that constitutes the total heat exchange element according to the second embodiment.
- the first channel plate 11A has a hexagonal shape when viewed from the Z direction.
- the first flow path plate 11A includes two header sections 13A and a counterflow section 12A disposed between the two header sections 13A.
- the counterflow section 12A has a rectangular shape, and the header section 13A has an isosceles triangular shape.
- the structure is such that the base of the isosceles triangular header section 13A is in contact with a pair of parallel sides of the rectangular counterflow section 12A.
- the header portion 13A has a flat shape.
- One header section 13A among the two header sections 13A has a first inlet 15 into which air flows, on one front side of one equilateral side.
- Ribs 131A which are spacing members, are provided so that a flow path 132A that guides air from the first inlet 15 toward the counterflow section 12A is formed.
- ribs 131A are arranged on the other front side of the equal sides so that air does not flow in along the equal sides.
- the other header portion 13A has a first outlet 16 on one front side of the equilateral side through which air flows out.
- Ribs 131A are provided so that a flow path 133A that guides air from the counterflow portion 12A toward the first outlet 16 is formed.
- ribs 131A are arranged on the other front side of the equal sides to prevent air from flowing in or out.
- the first inlet 15 and the first outlet 16 are arranged on a pair of parallel sides of the hexagonal first channel plate 11A.
- the counterflow section 12A has a plurality of flow paths connecting the flow path 132A and the flow path 133A.
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the opposing flow section of the first flow path plate of the total heat exchange element according to the second embodiment.
- FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. Note that the dotted line in FIG. 4 indicates the position of the plate surface of the header portion 13A.
- the counterflow portion 12A has a wave shape extending in one direction, in the case of FIG. 4, in a direction perpendicular to the plane of the paper, and in which convex portions 121A and concave portions 122A are connected in parallel and alternately when viewed from the front side. .
- One concave portion 122A constitutes one channel 123A on the front side, and one convex portion 121A constitutes one channel 124A on the back side.
- the convex portion 121A has a planar side surface and a planar top surface
- the recessed portion 122A has a planar side surface and a planar bottom surface.
- a cross section perpendicular to the extending direction has a rectangular shape.
- the size of one channel 123A, 124A in a direction perpendicular to both the extending direction and the Z direction of the channel 123A, 124A is referred to as width.
- the difference between the position of the convex portion 121A and the position of the concave portion 122A in the Z direction is referred to as depth.
- the ratio of the depth to the width of the channels 123A and 124A is the aspect ratio.
- the counterflow section 12A and the header section 13A are integrally and continuously formed.
- the header portion 13A has a flat plate shape, and the counterflow portion 12A has a wave shape. The shape changes abruptly at the boundary between the header section 13A and the counterflow section 12A.
- FIG. 5 is a top view schematically showing an example of the configuration of the second flow path plate that constitutes the total heat exchange element according to the second embodiment.
- the second channel plate 11B has a hexagonal shape when viewed from the Z direction.
- the second flow path plate 11B includes two header sections 13B and a counterflow section 12B disposed between the two header sections 13B.
- the counterflow section 12B has a rectangular shape, and the header section 13B has an isosceles triangular shape.
- the structure is such that the base of the isosceles triangular header portion 13B is in contact with a pair of parallel sides of the rectangular counterflow portion 12B.
- the header portion 13B has a flat shape.
- One of the two header sections 13B has a second inlet 17 on one equilateral front side through which air flows.
- Ribs 131B which are spacing members, are provided so that a flow path 132B that guides air from the second inlet 17 toward the counterflow portion 12B is formed.
- ribs 131B are arranged on the other front side of the equal sides so that air does not flow in along the equal sides.
- the other header portion 13B has a second outlet 18 on one equilateral front side through which air flows out.
- Ribs 131B are provided so that a flow path 133B that guides air from the counterflow portion 12B toward the second outlet 18 is formed.
- ribs 131B are arranged on the other front side of the equal sides to prevent air from flowing in or out.
- the second inlet 17 and the second outlet 18 are arranged on a pair of parallel sides of the hexagonal second channel plate 11B.
- a second inlet 17 and a second outlet 18 are arranged on opposite sides of the inlet.
- the counterflow section 12B has a plurality of flow paths connecting the flow path 132B and the flow path 133B.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the opposing flow section of the second flow path plate of the total heat exchange element according to the second embodiment.
- FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. Note that the dotted line in FIG. 6 indicates the position of the plate surface of the header portion 13B.
- the counterflow portion 12B has a wave shape that extends in one direction, in the case of FIG. 6, in a direction perpendicular to the plane of the paper, and in which convex portions 121B and concave portions 122B are connected in parallel and alternately when viewed from the front side. .
- One concave portion 122B constitutes one channel 123B on the front side, and one convex portion 121B constitutes one channel 124B on the back side.
- the convex portion 121B has a planar side surface and a planar top surface, and the recessed portion 122B has a planar side surface and a planar bottom surface.
- a cross section perpendicular to the extending direction has a rectangular shape.
- the counterflow part 12B and the header part 13B are integrally and continuously formed.
- the header portion 13B has a flat plate shape, and the counterflow portion 12B has a wave shape. The shape changes abruptly at the boundary between the header section 13B and the counterflow section 12B.
- the first channel plate 11A and the second channel plate 11B have mirror-symmetrical shapes when viewed from the Z direction.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the opposing flow section when the first flow path plate and the second flow path plate of the total heat exchange element according to the second embodiment are stacked.
- FIG. 7 shows a case where one second flow path plate 11B is stacked on one first flow path plate 11A.
- the dotted line in FIG. 7 indicates the position of the plate surface of the header portion 13A in the first channel plate 11A, and indicates the position of the plate surface of the header portion 13B in the second channel plate 11B.
- the first flow path plate is arranged such that one plane is formed by the position of the front surface of the flow path 124A of the first flow path plate 11A and the position of the back surface of the flow path 123B of the second flow path plate 11B.
- the first flow path plate 11A and the second flow path plate 11B are stacked in the Z direction by joining the first flow path plate 11A and the second flow path plate 11B.
- the opening of the flow path 123A formed by the recess 122A of the first flow path plate 11A is closed by the bottom surface of the flow path 123B formed by the recess 122B of the second flow path plate 11B, and the second flow path The first flow path plate 11A and The second channel plate 11B is joined.
- the flow path 123A corresponds to the first flow path
- the flow path 123B corresponds to the second flow path
- the flow path 124B corresponds to the third flow path
- the flow path 124A corresponds to the fourth flow path. corresponds to
- the first fluid 21A flowing in from the first inlet 15 of the first flow path plate 11A is formed on the front side of the first flow path plate 11A.
- the liquid flows through the flow path 132A of the header portion 13A, the flow path 123A of the counterflow portion 12A, and the flow path 133A of the header portion 13A, and is discharged from the first outlet 16.
- the second fluid 21B flowing in from the second inlet 17 constituted by the header portion 13B of the second flow path plate 11B arranged on the back side of the first flow path plate 11A is The liquid flows through the flow path 124A of the counterflow section 12A formed in the flow path 12A, and flows out from the second outlet 18 formed by the header portion 13B of the second flow path plate 11B arranged on the back side.
- the second fluid 21B flowing in from the second inlet 17 of the second flow path plate 11B flows through the flow path 132B of the header portion 13B formed on the front side of the second flow path plate 11B, and the counterflow portion 12B. It flows through the passage 123B and the passage 133B of the header section 13B, and is discharged from the second outlet 18.
- the first fluid 21A flowing in from the first inlet 15 formed by the header portion 13A of the first flow path plate 11A arranged on the back side of the second flow path plate 11B is The liquid flows through the flow path 124B of the counterflow portion 12B formed in the flow path 12B, and is discharged from the first outlet 16 formed by the header portion 13A of the first flow path plate 11A arranged on the back side.
- channels 123B and 124A through which the second fluid 21B flows are arranged around channels 123A and 124B through which the first fluid 21A flows, and around channels 123B and 124A through which the second fluid 21B flows, Channels 123A and 124B through which the first fluid 21A flows are arranged. Therefore, sensible heat and latent heat are exchanged between the first fluid 21A flowing through the flow path 123A and the flow path 124B, and the second fluid 21B flowing through the flow path 123B and the flow path 124A.
- the first fluid 21A and the second fluid 21B do not mix with each other. It becomes possible to perform total heat exchange between the first fluid 21A and the second fluid 21B via the first flow path plate 11A and the second flow path plate 11B.
- Such a channel plate 11 is manufactured from the moisture permeable resin sheet 4 of the first embodiment.
- the outline of the manufacturing method of the flow path plate 11 and the total heat exchange element 10 will be explained.
- a shaping process is performed.
- the moisture-permeable resin sheet 4 is shaped into a wave shape.
- any one of hot press molding, pleating molding, and vacuum molding can be employed as the heat molding process.
- the channel plate 11 may contain a water resistance imparting agent, a flame retardant, a heat stabilizer, an antioxidant, an ultraviolet ray inhibitor, a plasticizer, a crystal nucleating agent, and a foaming agent within a range that does not impede moisture permeability and gas shielding properties.
- a water resistance imparting agent e.g., a flame retardant, a heat stabilizer, an antioxidant, an ultraviolet ray inhibitor, a plasticizer, a crystal nucleating agent, and a foaming agent within a range that does not impede moisture permeability and gas shielding properties.
- antibacterial agents, antifungal agents, fillers, reinforcing agents, conductive fillers, antistatic agents, lubricants, antifogging agents, peroxides, and other additives may be added. These can be used alone or in combination of two or more. Moreover, these contents can be adjusted as appropriate depending on the type.
- a trim step is performed.
- the outer shape of the channel plate 11 is adjusted.
- ribs 131A and 131B are arranged on the header parts 13A and 13B.
- the first flow path plate 11A and the second flow path plate 11B are formed in which the direction of the flow paths 132A, 133A in the header portion 13A is different from the direction of the flow paths 132B, 133B in the header portion 13B.
- the above shaping process and trimming process correspond to the method for manufacturing the flow path plate 11.
- a lamination process is performed.
- the lamination step the flow path plates 11 manufactured by the above manufacturing procedure are laminated.
- the stacking is performed such that the first channel plates 11A and the second channel plates 11B are alternately arranged in the stacking direction.
- the lamination process includes a bonding process in which bonding is performed to prevent mixing of the two fluids from the outer periphery of the channel plate 11.
- As the bonding process it is desirable to perform a bonding process using an adhesive or a welding process using heat or ultrasonic waves.
- the total heat exchange element 10 is obtained by joining the first passage plates 11A and the second passage plates 11B alternately.
- the moisture permeable resin sheet 4 of the first embodiment has a uniform sheet shape, whereas in the second embodiment, the moisture permeable resin sheet 4 of the first embodiment has a shape suitable for the total heat exchange element 10. It has been subjected to shaping processing. By forming a wave-shaped air passage through this shaping process, total heat exchange is possible between the first fluid 21A and the second fluid 21B. Moreover, the thinner the film thickness of the first channel plate 11A and the second channel plate 11B, which are the moisture permeable resin sheet 4 after shaping, existing between the first fluid 21A and the second fluid 21B, the more moisture permeable. Since the resistance and thermal resistance are reduced, this is advantageous for increasing the total heat exchange efficiency.
- the rigidity of the moisture permeable resin sheet 4 changes depending on the thickness of the moisture permeable resin sheet 4 after shaping, and the thinner the membrane thickness, the lower the rigidity. Therefore, the higher the rigidity of the moisture-permeable resin sheet 4 itself, the more rigidity can be ensured after shaping. It is advantageous to use a moisture-permeable resin sheet 4 in which the rigidity of the moisture-permeable thermoplastic resin 41 is improved by the combination of the following. In other words, by using the moisture-permeable resin sheet 4 of Embodiment 1, it is possible to obtain a total heat exchange element 10 that has less deflection due to its own weight even when the thickness is reduced. Moreover, since the moisture permeability is improved by thinning, it is possible to obtain the total heat exchange element 10 with excellent total heat exchange efficiency.
- Embodiment 3 a total heat exchange ventilation system to which the total heat exchange element 10 according to Embodiment 2 is applied will be described.
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a total heat exchange ventilation device according to Embodiment 3.
- a total heat exchange ventilation system 200 to which the total heat exchange element 10 according to the second embodiment is applied will be exemplified.
- the total heat exchange ventilation system 200 includes an outside air duct 201, a supply air duct 202, a return air duct 203, an exhaust duct 204, a supply air blower 205 which is a first blower, and a first air blower 205.
- the exhaust blower 206 includes two blowers, a total heat exchange element 10, and a casing 210. Note that FIG. 8 schematically shows the inside of the casing 210 viewed from above.
- the casing 210 is a box-shaped member that houses the supply air blower 205, the exhaust air blower 206, and the total heat exchange element 10.
- An air supply duct 202 and a return air duct 203 are provided on the side surface of the casing 210 on the indoor side.
- An outside air duct 201 and an exhaust duct 204 are provided on the side surface of the casing 210 on the outdoor side.
- the outside air duct 201 is connected to the first inlet 15 of the total heat exchange element 10
- the supply air duct 202 is connected to the first outlet 16 of the total heat exchange element 10 .
- a supply air path is formed that extends from the outside air duct 201 to the supply air duct 202 via the total heat exchange element 10.
- the return air duct 203 is connected to the second inlet 17 of the total heat exchange element 10 , and the exhaust duct 204 is connected to the second outlet 18 of the total heat exchange element 10 .
- An exhaust air path is formed in the casing 210 from the return air duct 203 to the exhaust duct 204 via the total heat exchange element 10.
- the supply air blower 205 is arranged within the supply air path.
- the air supply blower 205 takes outdoor air from the outside air duct 201 into the air supply path to generate a first fluid 21A that is a air supply flow.
- the first fluid 21A flows through the air supply air path and is blown out from the air supply duct 202 toward the room. That is, the air supply blower 205 causes the first fluid 21A to flow into the flow path 123A and the flow path 124B of the total heat exchange element 10.
- the exhaust blower 206 is arranged within the exhaust air path.
- the exhaust blower 206 takes indoor air from the return air duct 203 into the exhaust air passage to generate a second fluid 21B that is an exhaust flow.
- the second fluid 21B flows through the exhaust air path and is blown out from the exhaust duct 204 toward the outside. That is, the exhaust blower 206 causes the second fluid 21B to flow into the flow path 123B and the flow path 124A of the total heat exchange element 10.
- the total heat exchange element 10 is provided within the casing 210 at a position where the supply air passage and the exhaust air passage intersect.
- the first fluid 21A flows from the outside air duct 201, passes through the total heat exchange element 10, and flows into the room from the supply air duct 202. Furthermore, when the exhaust blower 206 is driven, the second fluid 21B flows in from the return air duct 203, passes through the total heat exchange element 10, and flows out from the exhaust duct 204 to the outside.
- the first fluid 21A and the second fluid 21B form opposing airflows at the opposing flow portions 12A and 12B of the flow path plate 11 of the total heat exchange element 10, so that total heat is exchanged and heat is efficiently generated. can be exchanged.
- the total heat exchange ventilation device 200 according to the third embodiment includes the total heat exchange element 10 according to the second embodiment, gas shielding properties and moisture permeability can be improved compared to the conventional ones. .
- the total heat exchange efficiency in the total heat exchange ventilation device 200 is improved compared to the conventional system.
- the total heat exchange element 10 with excellent total heat exchange efficiency it is possible to obtain the total heat exchange ventilation device 200 with excellent energy saving effect.
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Abstract
透湿樹脂シート(4)は、透湿性の熱可塑性樹脂(41)と、非透湿性の熱可塑性樹脂(42)と、非透湿性の熱可塑性樹脂(42)の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂(41)と非透湿性の熱可塑性樹脂(42)とを相溶化する相溶化剤(44)と、透湿性の熱可塑性樹脂(41)よりも剛性の高い親水性充填材(43)と、親水性充填材(43)の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂(41)と親水性充填材(43)とを相溶化する反応性親水化剤(45)と、を有する。
Description
本開示は、温度および湿度が異なる2つの気流間で顕熱および潜熱の交換を行う透湿樹脂シートおよびその製造方法、全熱交換素子並びに全熱交換換気装置に関する。
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温度である顕熱と共に湿度である潜熱の交換も同時に行う全熱交換を行う全熱交換素子を用いる方法が有効である。近年では、全熱交換素子を用いた全熱交換換気装置の普及に伴い、寒冷地、浴室、乾燥地帯などの多種多様な環境にも全熱交換換気装置が設置されるようになっている。
全熱交換換気装置の全熱交換素子を構成する材料には、水蒸気を透過させる透湿性、および空気、特に二酸化炭素を透過させない空気バリア性が求められている。これまで、一般的に紙を用いた全熱交換素子が開発されてきたが、近年では、より高い性能を得るために、全熱交換素子の樹脂化および樹脂成型による対向流エレメント化の検討、並びに水蒸気透過性能の向上を目指した樹脂材料の開発および薄肉化の検討が行われている。
全熱交換素子では、上記したように顕熱とともに潜熱の交換も同時に行うため、伝熱板には、透湿性および空気バリア性を有し、薄く、かつ自重を支えられる程度の剛性を有する透湿樹脂シートが求められる。特許文献1には、全熱交換素子に関するものではないが、ポリオレフィンポリマーと、親水性ポリマーと、親水性表面機能性を有する充填材と、を含む配合化合物を有するフィルムが開示されている。このように透湿部材に充填材を添加したフィルムを伝熱板に適用することで、弾性率が改善し、伝熱板の自重によるたわみの改善が期待できる。
一般的に、疎水性樹脂であるポリオレフィンポリマーと親水性ポリマーとの親和性は低いため、上記従来の技術では、界面密着性を改善するための相溶化剤が必要となる。しかし、特許文献1に記載のフィルムに相溶化剤を含ませると、相溶化剤の影響によって、親水性充填材が疎水化されてしまい、親水性充填材は、ポリオレフィンポリマーとの親和性が向上する。この結果、親水性ポリマーにポリオレフィンポリマーを分散させた透湿樹脂シートの場合には、親水性充填材がポリオレフィンポリマーに取り込まれてしまう。この結果、ポリオレフィンポリマーに親水性充填材が分布してしまい、親水性ポリマーの補強効果が十分に得られないという問題があった。
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、親水性充填材の疎水性樹脂への相溶化を抑制し、親水性ポリマーの剛性を従来に比して高くすることができる透湿樹脂シート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、本開示に係る透湿樹脂シートは、透湿性の熱可塑性樹脂と、非透湿性の熱可塑性樹脂と、非透湿性の熱可塑性樹脂の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂と非透湿性の熱可塑性樹脂とを相溶化する相溶化剤と、透湿性の熱可塑性樹脂よりも剛性の高い親水性充填材と、親水性充填材の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂と親水性充填材とを相溶化する反応性親水化剤と、を有する。
本開示に係る透湿樹脂シートは、親水性充填材の疎水性樹脂への相溶化を抑制し、親水性ポリマーの剛性を従来に比して高くすることができるという効果を奏する。
以下に、本開示の実施の形態に係る透湿樹脂シートおよびその製造方法、全熱交換素子並びに全熱交換換気装置を図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る透湿樹脂シートの構成の一例を示す断面図である。透湿樹脂シート4は、透湿性の熱可塑性樹脂41と、非透湿性の熱可塑性樹脂42と、親水性充填材43と、相溶化剤44と、反応性親水化剤45と、を有する。
図1は、実施の形態1に係る透湿樹脂シートの構成の一例を示す断面図である。透湿樹脂シート4は、透湿性の熱可塑性樹脂41と、非透湿性の熱可塑性樹脂42と、親水性充填材43と、相溶化剤44と、反応性親水化剤45と、を有する。
透湿性の熱可塑性樹脂41は、熱可塑性と、水蒸気を透過させる透湿性と、を有する樹脂材料である。透湿性の熱可塑性樹脂41が透湿樹脂シート4に含まれることによって、透湿樹脂シート4に透湿性が付与される。透湿性の熱可塑性樹脂41は、透湿樹脂シート4の母材を形成する。
透湿性の熱可塑性樹脂41は、エチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドまたはポリプロピレングリコールを主鎖に含むポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂またはポリエステル系樹脂である。ここで、ポリエチレングリコールは、単量体であるエチレンオキサイドを2つ以上重合させて得られる物質である。ポリプロピレングリコールは、単量体であるプロピレンオキサイドを2つ以上重合させて得られる物質である。主鎖にエチレンオキサイドまたはプロピレンオキサイドを有する樹脂を選択することで、透湿性に優れた樹脂が得られる。
透湿性の熱可塑性樹脂41としては、このほかに、水との親和性が高いカルボキシル基、ヒドロキシル基、またはエステル結合またはアミド結合を有する樹脂を用いてもよい。一例では、透湿性の熱可塑性樹脂41として、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体等の樹脂を透湿性の熱可塑性樹脂41として用いることができる。
透湿性の熱可塑性樹脂41として、透湿樹脂シート4の水蒸気透過性を向上させるために、ポリエチレングリコールを原料とするブロック共重合体を用いることが好ましい。ポリエチレングリコールを原料とする共重合体は、ポリエーテルブロックアミド共重合体(PEBA)、ポリエチレングリコール-ポリアミドブロック共重合体、ポリエチレングリコール-ポリエステルブロック共重合体、ポリエチレングリコール-ポリウレタンブロック共重合体等が好ましい。さらに好ましくは、耐熱性の観点からポリエチレングリコール-ポリアミドブロック共重合体を用いることができる。また、透湿性材料には、これらの樹脂の群から選択される2種以上の共重合体を組み合わせたものを用いてもよい。代表的な市販品としては、Pebax(登録商標)MV1074、PebaxMH1657、Arnitel(登録商標)VT3108などが挙げられる。
なお、「透湿性を有する」とは、JIS(Japanese Industrial Standards) K7129に準拠し、相対湿度100%、温度30℃の条件下で赤外線センサ法、すなわちモコン法を用いた透湿度測定によって、水蒸気透過度を算出した場合に、0.1kg/m2/day以上の透湿度を示すものと定義する。
透湿性の熱可塑性樹脂41は、透湿樹脂シート4に20wt%以上90wt%以下の範囲で含まれる。透湿性の熱可塑性樹脂41が20wt%未満であると、透湿樹脂シート4の中で水蒸気の通り道を作ることができず、透湿樹脂シート4に透湿性を発現させることができない。また、透湿性の熱可塑性樹脂41が90wt%よりも多い場合には、透湿樹脂シート4の透湿性は高くなるが、吸湿によって透湿樹脂シート4が膨潤してしまう。透湿樹脂シート4を波形状の全熱交換素子で使用する場合には、膨潤によって風路を閉塞しやすくなってしまう。以上より、透湿性の熱可塑性樹脂41は20wt%以上90wt%以下であることが望ましい。
非透湿性の熱可塑性樹脂42は、熱可塑性と、液体の水を透過させない防水性と、空気および二酸化炭素を透過させない気体バリア性と、を有する樹脂材料である。非透湿性の熱可塑性樹脂42が透湿樹脂シート4に含まれることによって、透湿樹脂シート4に防水性および気体バリア性が付与される。また、非透湿性の熱可塑性樹脂42は、透湿性の熱可塑性樹脂41よりも剛性、具体的にはヤング率の高い材料である。透湿樹脂シート4に、非透湿性の熱可塑性樹脂42が含まれることによって、透湿樹脂シート4の加工性および剛性を向上させることができる。一例では、非透湿性の熱可塑性樹脂42は、母材である透湿性の熱可塑性樹脂41中に分散して配置される。すなわち、非透湿性の熱可塑性樹脂42は、疎水性であるため、母材である透湿性の熱可塑性樹脂41中で相分離した状態で存在する。非透湿性の熱可塑性樹脂42が透湿性の熱可塑性樹脂41よりも成分比が少ない場合には、非透湿性の熱可塑性樹脂42は、透湿性の熱可塑性樹脂41の中で、粒子状の形態で分散した状態で存在する。非透湿性の熱可塑性樹脂42の形状は、特に限定されない。
非透湿性の熱可塑性樹脂42は、ポリプロピレンもしくはポリエチレン、またはポリプロピレンもしくはポリエチレンの共重合体である。非透湿性の熱可塑性樹脂42を用いることで、樹脂の疎水性に加えて、加工性形成に優れた透湿樹脂シート4を得ることができる。
非透湿性の熱可塑性樹脂42としては、このほかに、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン等の樹脂を用いてもよい。特に、伸縮性および剛性の観点からメタロセン触媒を用いて重合して製造された長鎖炭化水素分岐構造を有するポリプロピレン、および分岐構造を有する低密度ポリエチレンを添加したポリプロピレンのうちの1つ以上を非透湿性の熱可塑性樹脂42として用いることができる。また、非透湿性の熱可塑性樹脂42には、これらの樹脂の群から選択される2種以上の樹脂を組み合わせたものを用いてもよい。
長鎖炭化水素分岐構造とは、主鎖炭素数が数十以上であり、分子量では数百以上からなる分子鎖による分岐構造をいい、1-ブテンなどのα-オレフィンと共重合を行うことにより形成される炭素数が数個の短鎖分岐とは区別される。長鎖炭化水素分岐構造が物理的に絡み合い、解れにくくなることで溶融張力を向上させる効果があり、高温時における伸縮性および剛性に優れると考えられる。
メタロセン触媒を用いて重合して製造された長鎖炭化水素分岐構造を有するポリプロピレンとしては、メタロセン触媒を用いて重合して製造された長鎖炭化水素分岐構造を有するポリプロピレンであればいずれでもよい。代表的な市販品としては、日本ポリプロ社製の商品名ウェイマックス(登録商標)MFX8、ウェイマックスMFX6、ウェイマックスMFX3、ウェイマックスEX8000、ウェイマックスEX6000、ウェイマックスEX4000などが挙げられる。
分岐構造を有する低密度ポリエチレンは、一般的な低密度ポリエチレンであればいずれでもよい。代表的な市販品としては、日本ポリエチレン社製の商品名ノバテック(登録商標)LD ZE41K、旭化成社製の商品名サンテック(登録商標)-LD M2004、サンテック-LD M1703、住友化学社製の商品名スミカセン(登録商標)F101-1、スミカセンG-109などが挙げられる。
なお、「非透湿性」とは、JIS K7129に準拠し、相対湿度100%、温度30℃の条件下で赤外線センサ法、すなわちモコン法を用いた透湿度測定によって、水蒸気透過度を算出した場合に、0.1kg/m2/day未満の透湿度を示すものと定義する。
非透湿性の熱可塑性樹脂42は、透湿樹脂シート4に20wt%以上70wt%以下の範囲で含まれる。非透湿性の熱可塑性樹脂42が20wt%未満であると、透湿樹脂シート4の加工特性を十分に確保することができない。特に、加工したときに、透湿樹脂シート4の剛性が足りず、自重を支えることができなくなってしまう。また、非透湿性の熱可塑性樹脂42が70wt%よりも多い場合には、透湿樹脂シート4における透湿性を与える成分が阻害されてしまい、十分な透湿性を確保することができない。以上より、非透湿性の熱可塑性樹脂42は20wt%以上70wt%以下であることが望ましい。
親水性充填材43は、親水性を有し、透湿性の熱可塑性樹脂41よりも剛性、具体的にはヤング率の高い材料である。親水性充填材43は、透湿性の熱可塑性樹脂41中に分散して配置される。
親水性充填材43は、酸化グラフェン、スメクタイト、モンモリロナイト、マイカ、シリカ、アルミナ、ナノダイヤモンド、セルロースナノファイバ、キチンナノファイバ、キトサンナノファイバおよびシルクナノファイバの群から選択される少なくとも1種の微粒子である。親水性充填材43の存在により、透湿樹脂シート4の補強効果が得られる。また、親水性充填材43の表面には、親水性を示す水酸基(-OH)などが存在することにより、反応性親水化剤45と反応することができる。透湿性の熱可塑性樹脂41は、非透湿性の熱可塑性樹脂42よりも剛性の低い樹脂であるため、親水性充填材43が透湿性の熱可塑性樹脂41に分散することで透湿性の熱可塑性樹脂41の剛性を高めることができる。すなわち、親水性充填材43は、透湿性の熱可塑性樹脂41の剛性を補強することができる。
親水性充填材43は、粒子状の形態で、透湿性の熱可塑性樹脂41の内部に分散した状態で存在する。親水性充填材43の粒径は、0.001μm以上で100μm以下となる。親水性充填材43が酸化グラフェンである場合には、酸化グラフェンの膜厚は0.001μmである。また、親水性充填材43の粒径が0.001μmよりも小さい場合には、親水性充填材43が凝集しやすくなり、透湿樹脂シート4の内部での分散性が低下し好ましくない。この結果、透湿樹脂シート4を全体的に均一に補強することができない。さらに、親水性充填材43は、透湿樹脂シート4の膜厚を制御するスペーサの役割を有する。このため、親水性充填材43の粒径が、100μmよりも大きい場合には、成型後の膜厚が厚くなり、透湿樹脂シート4の透湿性能が低下するため好ましくない。以上より、親水性充填材43の粒径は、0.001μm以上で100μm以下であることが望ましい。ただし、親水性充填材43は、上記したように透湿樹脂シート4の膜厚を制御するスペーサの役割を有するので、親水性充填材43の粒径は、製造する透湿樹脂シート4の膜厚以下となる。
親水性充填材43は、透湿樹脂シート4に0.01wt%以上55wt%以下の範囲で含まれる。親水性充填材43が0.01wt%未満であると、透湿樹脂シート4の補強効果を十分に得ることができない。また、親水性充填材43が55wt%よりも多い場合には、透湿樹脂シート4の強度を大きくすることができるが、透湿樹脂シート4の伸び率が低下してしまい、所望の形状に成型加工することが困難になってしまう。つまり、成型加工性が低下してしまう。以上より、親水性充填材43は0.01wt%以上55wt%以下であることが望ましい。
相溶化剤44は、非透湿性の熱可塑性樹脂42と透湿性の熱可塑性樹脂41との相溶性を向上させる樹脂材料である。相溶化剤44は、透湿性の熱可塑性樹脂41中で、非透湿性の熱可塑性樹脂42の表面の少なくとも一部を覆うように存在する。すなわち、相溶化剤44は、非透湿性の熱可塑性樹脂42の表面の少なくとも一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂41と非透湿性の熱可塑性樹脂42とを相溶化する。相溶化剤44の一部は、透湿性の熱可塑性樹脂41に分散していてもよい。
相溶化剤44は、ポリプロピレンまたはポリエチレンを構成成分として含み、その一部に反応性モノマーが共重合された材料である。相溶化剤44によって、相溶性の低い非透湿性の熱可塑性樹脂42と透湿性の熱可塑性樹脂41との密着性を改善することができ、透湿樹脂シート4のヤング率、弾性率、伸び率等の機械物性を向上させることができる。すなわち、密着性の改善により、透湿樹脂シート4のヤング率が向上し、伸び率も向上する。反応性モノマーは、一例ではグリシジルメタクリレートである。反応性モノマーをグリシジルメタクリレートとすることで、反応性モノマーは、透湿性の熱可塑性樹脂41が有する水酸基等との反応が可能であり、界面の相溶性向上に加えて、共有結合形成による透湿樹脂シート4のヤング率、弾性率、伸び率等の物性を向上させることができる。
相溶化剤44として、このほかに、主鎖にポリオレフィン系ポリマーの構造を有し、この主鎖に側鎖としてビニル系ポリマーの構造が結合したグラフト共重合体、無水カルボン酸、無水マレイン酸等の酸で変性されたポリオレフィン、立体障害性アミンエーテル系化合物、主鎖にグリシジル変性メタクリル酸エステルが共重合されたポリオレフィン等を挙げることができる。これらのうち1種類が単独で使用されてもよいし、2種類以上を組み合わせたものが使用されてもよい。これらの相溶化剤44のうち、グラフト共重合体または立体障害性アミンエーテル系化合物が好ましく、グラフト共重合体またはグリシジル変性メタクリル酸エステルとの共重合体がより好ましい。
グラフト共重合体における主鎖の構造部分をなすポリオレフィン系ポリマーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、エチレン-アクリル酸エチル共重合体、エチレン-メタクリル酸グリシジル共重合体等を挙げることができる。グラフト共重合体における側鎖の構造部分をなすビニル系ポリマーとしては、ポリスチレン、スチレン-アクリロニトリル共重合体、アクリル酸ブチル-メタクリル酸メチル共重合体、メタクリル酸メチル-メタクリル酸共重合体等を挙げることができる。
無水カルボン酸、無水マレイン酸等の酸で変性されたポリオレフィンは、相溶化剤44として好ましく、無水マレイン酸を有するポリプロピレン樹脂がより好ましい。これらの相溶化剤44を用いることにより、樹脂層膜の基材とポリエチレングリコールを原料とするブロック共重合体との相溶性を向上させることが可能である。
相溶化剤44は、透湿樹脂シート4に1wt%以上20wt%以下の範囲で含まれる。相溶化剤44が1wt%未満であると、透湿性の熱可塑性樹脂41と非透湿性の熱可塑性樹脂42との間の十分な密着性を確保することができない。また、相溶化剤44が20wt%よりも多い場合には、機械物性的に問題はないが、透湿樹脂シート4の透湿性を阻害してしまう。以上より、相溶化剤44は、1wt%以上20wt%以下であることが望ましい。
反応性親水化剤45は、親水性充填材43と反応し、透湿性の熱可塑性樹脂41と親水性充填材43との相溶性を向上させる。反応性親水化剤45は、透湿性の熱可塑性樹脂41中で、親水性充填材43の表面の一部を覆うように存在する。すなわち、反応性親水化剤45は、親水性充填材43の表面の少なくとも一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂41と親水性充填材43とを相溶化する。反応性親水化剤45が、親水性充填材43の表面の少なくとも一部を覆うことで、親水性充填材43が相溶化剤44と反応して、非透湿性の熱可塑性樹脂42に親水性充填材43が取り込まれてしまうことが抑制される。
反応性親水化剤45は、エチレングリコールまたはプロピレングリコールなどのオキシエチレン系化合物の末端に1つ以上の反応性官能基を有する材料である。反応性官能基は、グリシジル基、オキサゾリン基、アミノ基、カルボキシル基等である。反応性官能基を有することによって、親水性充填材43との共有結合による表面修飾が可能であり、使用時に反応性親水化剤45が溶出することがない。反応性親水化剤45を比較的分子量の低い、室温で液状化合物である材料とすることで、反応性親水化剤45の一部は、透湿性の熱可塑性樹脂41に分散する可能性があるが、反応性親水化剤45と反応しやすいOH基等の極性官能基を多数有する親水性充填材43の表面に溶解拡散しやすくなる。このため、反応性親水化剤45の一部は、表面の少なくとも一部を覆うように存在する。また、透湿性の熱可塑性樹脂41が、反応性親水化剤45と同様にエチレンオキサイドを主鎖に含む場合には、反応性親水化剤45により表面処理された親水性充填材43と透湿性の熱可塑性樹脂41との親和性が向上し、親水性充填材43が透湿性の熱可塑性樹脂41に分散しやすくなる。
反応性親水化剤45は、透湿樹脂シート4に1wt%以上20wt%以下の範囲で含まれる。反応性親水化剤45が1wt%未満であると、透湿性の熱可塑性樹脂41と親水性充填材43との間の相溶性を確保することができない。また、反応性親水化剤45が20wt%よりも多い場合には、反応性親水化剤45は、低分子化合物であるため、原料の状態では液状であり、加工時に透湿性の熱可塑性樹脂41および親水性充填材43と反応しきれなかった反応性親水化剤45が流れ出してしまい、透湿樹脂シート4を所望の形状に成型することができない。以上より、反応性親水化剤45は、1wt%以上20wt%以下であることが望ましい。
透湿樹脂シート4に、親水性充填材43、相溶化剤44および反応性親水化剤45が含まれることにより、透湿樹脂シート4の剛性をさらに向上させることができる。なお、透湿樹脂シート4の厚さは、100μm以下である。透湿樹脂シート4の厚さが100μmを超える場合には、所望の透湿性能が得られなくなるからである。また、透湿樹脂シート4の厚さは、50μm以下であることが望ましく、30μm以下であることがさらに好ましい。透湿樹脂シート4は、薄いほど透湿抵抗および熱抵抗が小さくなるためである。ただし、透湿樹脂シート4の使用用途によって、透湿樹脂シート4を成型したときに、自重を保持することができる厚さ以上でなければならない。
つぎに、透湿樹脂シート4の製造方法について説明する。まず、樹脂組成物生成工程が実行される。樹脂組成物生成工程では、透湿性の熱可塑性樹脂41、非透湿性の熱可塑性樹脂42、相溶化剤44、親水性充填材43および反応性親水化剤45を溶融混練して樹脂組成物を生成する。上記したように、透湿性の熱可塑性樹脂41は20wt%以上90wt%以下の範囲となり、非透湿性の熱可塑性樹脂42は20wt%以上70wt%以下の範囲となり、相溶化剤44は1wt%以上20wt%以下の範囲となり、親水性充填材43は0.01wt%以上55wt%以下の範囲となり、反応性親水化剤45は1wt%以上20wt%以下の範囲となり、全体で100wt%となるようにそれぞれの材料を秤量し、溶融混練する。溶融混練時には、すべての樹脂材料が溶融する温度とすることが望ましい。一例では、180℃以上250℃以下の温度で溶融混練が行われる。これより高い温度、一例では250℃よりも高い温度で混練を行うと、樹脂の劣化を招く場合があるため好ましくない。また、あまりに低い温度、一例では180℃未満の温度では、軟化せず硬い状態のペレットが混練機の部品を傷つけてしまう可能性があるため好ましくない。
次に、成型工程が実行される。成型工程では、溶融した樹脂組成物をシート状に成型し、透湿樹脂シート4を形成する。一例では、金型の隙間に溶融した樹脂組成物を流し込み、金型の隙間から押し出された樹脂をシート状に引き延ばすTダイ法によって透湿樹脂シート4が形成される。
透湿性の熱可塑性樹脂41が、エチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドまたはポリプロピレングリコールを主鎖に含むポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂またはポリエステル系樹脂であり、反応性親水化剤45が、オキシエチレン系化合物の末端に1つ以上の反応性官能基を有する材料である場合には、透湿性の熱可塑性樹脂41および反応性親水化剤45は、略同じ形状を有する材料であるため、溶融混練する際に馴染みやすい。この結果、樹脂組成物生成工程での溶融混練時に、反応性親水化剤45は、透湿性の熱可塑性樹脂41と結びつきやすくなる。また、反応性親水化剤45は、親水性充填材43と結びつきやすくなる。さらに、相溶化剤44の疎水部は、非透湿性の熱可塑性樹脂42と結びつきやすくなり、親水部は透湿性の熱可塑性樹脂41と結びつきやすくなる。この結果、透湿樹脂シート4を形成した場合に、図1に示されるように、母材となる透湿性の熱可塑性樹脂41の内部に、粒子状の非透湿性の熱可塑性樹脂42および親水性充填材43が分散した状態の透湿樹脂シート4が得られる。
なお、上記の製造方法では、溶融混練中に、相溶化剤44の親水部が親水性充填材43と結合し、疎水部が非透湿性の熱可塑性樹脂42と結合することによって、非透湿性の熱可塑性樹脂42の内部に取り込まれてしまう親水性充填材43が生じてしまう場合もあり得る。このような場合には、透湿性の熱可塑性樹脂41に分散されるはずの親水性充填材43が非透湿性の熱可塑性樹脂42に取り込まれてしまうため、透湿性の熱可塑性樹脂41の剛性が若干低下してしまう。そこで、このような透湿性の熱可塑性樹脂41の剛性の低下を抑制することができる製造方法を説明する。
まず、親水化剤付着工程が実施される。親水化剤付着工程では、親水性充填材43の表面に反応性親水化剤45を付着させる。一例では、親水性充填材43の表面に、希釈された反応性親水化剤45が塗布される。他の例では、希釈された反応性親水化剤45に親水性充填材43が浸漬される。これによって、親水性充填材43の表面に反応性親水化剤45を付着することができる。その後、反応性親水化剤45を付着させた親水性充填材43を乾燥させる。
また、ペレット化工程が実施される。ペレット化工程では、透湿性の熱可塑性樹脂41、非透湿性の熱可塑性樹脂42および相溶化剤44をペレット状に成型し、ペレットを形成する。親水化剤付着工程とペレット化工程との実施の順番は限定されない。つまり、親水化剤付着工程とペレット化工程とが同時に行われてもよいし、親水化剤付着工程が先に行われてもよいし、ペレット化工程が先に行われてもよい。
ついで、樹脂組成物生成工程が実施される。樹脂組成物生成工程では、ペレットと、表面に反応性親水化剤45を付着させた親水性充填材43と、を溶融混練して樹脂組成物が生成される。
その後、成型工程が実行される。成型工程では、溶融した樹脂組成物をシート状に成型し、透湿樹脂シート4を形成する。一例では、金型の隙間に溶融した樹脂組成物を流し込み、金型の隙間から押し出された樹脂をシート状に引き延ばすTダイ法によって透湿樹脂シート4が形成される。
このように、実施の形態1では、透湿樹脂シート4は、透湿性の熱可塑性樹脂41と、非透湿性の熱可塑性樹脂42と、非透湿性の熱可塑性樹脂42の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂41と非透湿性の熱可塑性樹脂42とを相溶化する相溶化剤44と、透湿性の熱可塑性樹脂41よりも剛性の高い親水性充填材43と、親水性充填材43の少なくとも表面の一部を覆い、透湿性の熱可塑性樹脂41と親水性充填材43とを相溶化する反応性親水化剤45と、を有する。反応性親水化剤45が親水性充填材43と反応することで、非透湿性の熱可塑性樹脂42に親水性充填材43が取り込まれてしまうことが抑制され、親水性充填材43と透湿性の熱可塑性樹脂41との親和性が向上する。この親和性向上によって、透湿樹脂シート4の補強効果を高めることができる。つまり、親水性充填材43の疎水性樹脂への相溶化を抑制し、親水性ポリマーの剛性を従来にして高くすることができる。
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1の透湿樹脂シート4を賦形加工して得られた全熱交換素子用流路板が複数枚積層された全熱交換素子について説明する。
実施の形態2では、実施の形態1の透湿樹脂シート4を賦形加工して得られた全熱交換素子用流路板が複数枚積層された全熱交換素子について説明する。
図2は、実施の形態2に係る全熱交換素子の概略構成の一例を示す斜視図である。全熱交換素子10は、2種類の流体を隔てながら2流体間の熱交換を行う素子である。このため、全熱交換素子10は、全熱交換素子用流路板である2種類の流路板として、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを備える。全熱交換素子10は、第1流路板11Aと第2流路板11Bとを交互に積層させて、接合することで形成される。第1流路板11Aは、高い熱交換効率を発揮するための対向流部12Aと、2流体を分流するためのヘッダ部13Aと、を備える。同様に、第2流路板11Bは、対向流部12Bと、ヘッダ部13Bと、を備える。なお、図2において、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bが積層される方向をZ軸とし、第1流路板11Aおよび第2流路板11BのZ軸の正方向側は表側と称され、負方向側は裏側と称される。また、以下では、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bは、個々に区別しない場合に、単に流路板11と称される。
図3は、実施の形態2に係る全熱交換素子を構成する第1流路板の構成の一例を模式的に示す上面図である。第1流路板11Aは、Z方向から見て六角形状である。第1流路板11Aは、2つのヘッダ部13Aと、2つのヘッダ部13A間に配置される対向流部12Aと、を有する。対向流部12Aは、矩形状であり、ヘッダ部13Aは、二等辺三角形状である。二等辺三角形状のヘッダ部13Aの底辺が、矩形状の対向流部12Aの平行な一対の辺と接するように配置された構造となっている。
ヘッダ部13Aは、平坦な形状である。2つのヘッダ部13Aのうち一方のヘッダ部13Aは、等辺の一方の表側に、空気が流入される第1流入口15を有する。第1流入口15から対向流部12Aに向かって、空気を導く流路132Aが形成されるように、間隔保持部材であるリブ131Aが設けられる。等辺の他方の表側には、空気が流入しないように、一例では等辺に沿ってリブ131Aが配置される。また、他方のヘッダ部13Aは、等辺の一方の表側に、空気が流出される第1流出口16を有する。対向流部12Aから第1流出口16に向かって、空気を導く流路133Aが形成されるように、リブ131Aが設けられる。等辺の他方の表側には、空気が流入または流出しないように、一例では等辺に沿ってリブ131Aが配置される。第1流入口15と第1流出口16とは、六角形状の第1流路板11Aにおいて、平行な一対の辺に配置される。
対向流部12Aは、流路132Aと流路133Aとを結ぶ複数の流路を有する。図4は、実施の形態2に係る全熱交換素子の第1流路板の対向流部の構造の一例を示す断面図である。図4は、図3のIV-IV断面図である。なお、図4中の点線は、ヘッダ部13Aの板面の位置を示している。対向流部12Aは、一方向、図4の場合には紙面に垂直な方向に延在する、表側から見て凸部121Aと凹部122Aとが並行して交互に連続して繋がる波形状である。一つの凹部122Aが表側の1つの流路123Aを構成し、1つの凸部121Aが裏側の1つの流路124Aを構成する。図4に示されるように、凸部121Aは、平面状の側面および平面状の上面を有し、凹部122Aは、平面状の側面および平面状の下面を有する。そして、延在方向に垂直な断面は、矩形状となっている。この明細書では、1つの流路123A,124Aにおいて、流路123A,124Aの延在方向およびZ方向の両方に垂直な方向のサイズは、幅と称される。また、Z方向における凸部121Aの位置と凹部122Aの位置との差は、深さと称される。流路123A,124Aの幅に対する深さの比が、アスペクト比となる。
対向流部12Aとヘッダ部13Aとは一体的にそして連続的に形成される。ヘッダ部13Aは平板状であり、対向流部12Aは波形状である。ヘッダ部13Aと対向流部12Aとの境界で形状が急激に遷移する。
図5は、実施の形態2に係る全熱交換素子を構成する第2流路板の構成の一例を模式的に示す上面図である。第2流路板11Bは、Z方向から見て六角形状である。第2流路板11Bは、2つのヘッダ部13Bと、2つのヘッダ部13B間に配置される対向流部12Bと、を有する。対向流部12Bは、矩形状であり、ヘッダ部13Bは、二等辺三角形状である。二等辺三角形状のヘッダ部13Bの底辺が、矩形状の対向流部12Bの平行な一対の辺と接するように配置された構造となっている。
ヘッダ部13Bは、平坦な形状である。2つのヘッダ部13Bのうち一方のヘッダ部13Bは、等辺の一方の表側に、空気が流入される第2流入口17を有する。第2流入口17から対向流部12Bに向かって、空気を導く流路132Bが形成されるように、間隔保持部材であるリブ131Bが設けられる。等辺の他方の表側には、空気が流入しないように、一例では等辺に沿ってリブ131Bが配置される。また、他方のヘッダ部13Bは、等辺の一方の表側に、空気が流出される第2流出口18を有する。対向流部12Bから第2流出口18に向かって、空気を導く流路133Bが形成されるように、リブ131Bが設けられる。等辺の他方の表側には、空気が流入または流出しないように、一例では等辺に沿ってリブ131Bが配置される。第2流入口17と第2流出口18とは、六角形状の第2流路板11Bにおいて、平行な一対の辺に配置される。ただし、第2流路板11Bと第1流路板11Aとを積層させたときに、第1流路板11Aの第1流入口15および第1流出口16が配置される辺とは異なる一対の対向する辺上に、第2流入口17および第2流出口18が配置される。
対向流部12Bは、流路132Bと流路133Bとを結ぶ複数の流路を有する。図6は、実施の形態2に係る全熱交換素子の第2流路板の対向流部の構造の一例を示す断面図である。図6は、図5のVI-VI断面図である。なお、図6中の点線は、ヘッダ部13Bの板面の位置を示している。対向流部12Bは、一方向、図6の場合には紙面に垂直な方向に延在する、表側から見て凸部121Bと凹部122Bとが並行して交互に連続して繋がる波形状である。一つの凹部122Bが表側の1つの流路123Bを構成し、1つの凸部121Bが裏側の1つの流路124Bを構成する。図6に示されるように、凸部121Bは、平面状の側面および平面状の上面を有し、凹部122Bは、平面状の側面および平面状の下面を有する。そして、延在方向に垂直な断面は、矩形状となっている。
対向流部12Bとヘッダ部13Bとは一体的にそして連続的に形成される。ヘッダ部13Bは平板状であり、対向流部12Bは波形状である。ヘッダ部13Bと対向流部12Bとの境界で形状が急激に遷移する。
以上のように、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bは、Z方向から見た場合に、鏡面対称の形を有している。
図7は、実施の形態2に係る全熱交換素子の第1流路板と第2流路板とを積層させたときの対向流部の構造の一例を示す断面図である。なお、図7では、1枚の第1流路板11A上に1枚の第2流路板11Bを積層させた場合を示している。また、図7中の点線は、第1流路板11Aではヘッダ部13Aの板面の位置を示し、第2流路板11Bではヘッダ部13Bの板面の位置を示している。第1流路板11Aの流路124Aの表側の面の位置と、第2流路板11Bの流路123Bの裏側の面の位置とで1つの平面が形成されるように第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを接合して、第1流路板11Aおよび第2流路板11BがZ方向に積層される。このとき、第1流路板11Aの凹部122Aによって構成される流路123Aの開口が、第2流路板11Bの凹部122Bによって構成される流路123Bの底面で塞がれ、第2流路板11Bの凸部121Bによって構成される流路124Bの開口が、第1流路板11Aの凸部121Aによって構成される流路124Aの底面で塞がれるように、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを接合する。なお、流路123Aは、第1流路に対応し、流路123Bは、第2流路に対応し、流路124Bは、第3流路に対応し、流路124Aは、第4流路に対応する。
第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを重ねた状態で、第1流路板11Aの第1流入口15から流入した第1流体21Aは、第1流路板11Aの表側に形成されたヘッダ部13Aの流路132A、対向流部12Aの流路123Aおよびヘッダ部13Aの流路133Aを流れ、第1流出口16から流出される。また、第1流路板11Aの裏側に配置される第2流路板11Bのヘッダ部13Bによって構成される第2流入口17から流入した第2流体21Bは、第1流路板11Aの裏側に形成された対向流部12Aの流路124Aを流れ、裏側に配置される第2流路板11Bのヘッダ部13Bによって構成される第2流出口18から流出される。同様に、第2流路板11Bの第2流入口17から流入した第2流体21Bは、第2流路板11Bの表側に形成されたヘッダ部13Bの流路132B、対向流部12Bの流路123Bおよびヘッダ部13Bの流路133Bを流れ、第2流出口18から流出される。また、第2流路板11Bの裏側に配置される第1流路板11Aのヘッダ部13Aによって構成される第1流入口15から流入した第1流体21Aは、第2流路板11Bの裏側に形成された対向流部12Bの流路124Bを流れ、裏側に配置される第1流路板11Aのヘッダ部13Aによって構成される第1流出口16から流出される。このとき、第1流体21Aが流れる流路123A,124Bの周囲には、第2流体21Bが流れる流路123B,124Aが配置され、第2流体21Bが流れる流路123B,124Aの周囲には、第1流体21Aが流れる流路123A,124Bが配置されている。このため、流路123Aおよび流路124Bを流れる第1流体21Aと、流路123Bおよび流路124Aを流れる第2流体21Bと、の間で顕熱および潜熱が交換される。
以上のように、第1流路板11Aと第2流路板11Bとが交互に複数積層された全熱交換素子10では、第1流体21Aと第2流体21Bとが互いに混合することなく、第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを介して第1流体21Aと第2流体21Bとの間で全熱交換を行うことが可能となる。
なお、このような流路板11は、実施の形態1の透湿樹脂シート4から製造される。以下に、流路板11および全熱交換素子10の製造方法の概略について説明する。まず、賦形工程が実施される。賦形工程では、透湿樹脂シート4を波形状に賦形する。透湿樹脂シート4を賦形して上記した流路板11としての形状を作成する場合、加熱成型プロセスとして熱プレス成型、プリーツ加工成型および真空成型のいずれかの工程を採用することができる。
また、流路板11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、抗菌剤、防カビ剤、充填剤、強化剤、導電性フィラー、帯電防止剤、滑剤、防曇剤、過酸化物などの添加剤を加えてもよい。これらは、単独で、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。
大まかな対向流型の流路板11を成型した後に、トリム工程が実行される。トリム工程では、流路板11の外形が整えられる。また、このとき、図3および図5に示されるように、ヘッダ部13A,13Bにリブ131A,131Bを配置する。ここでは、ヘッダ部13Aにおける流路132A,133Aの方向と、ヘッダ部13Bにおける流路132B,133Bの方向と、が異なる第1流路板11Aおよび第2流路板11Bが形成される。以上の賦形工程およびトリム工程が、流路板11の製造方法に対応する。
その後、積層工程が実行される。積層工程では、上記の製造手順で製造された流路板11を積層する。このとき、積層方向に第1流路板11Aと第2流路板11Bとが交互に配置されるように、積層が行われる。積層工程は、流路板11の外周部からの2流体の混合を防ぐために接合を行う接合工程を含む。接合工程として、接着剤を用いた接着工程、または熱または超音波を用いる溶着工程を行うことが望ましい。第1流路板11Aおよび第2流路板11Bを交互に接合させ、全熱交換素子10が得られる。このとき、ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)またはポリプロピレン等で形成された樹脂製のフレームと、全熱交換素子10と、の間にシーリング剤を充填することで、隙間からの2流体の混合を防ぐことが可能となる。以上によって、図2に示される全熱交換素子10が得られる。
実施の形態1の透湿樹脂シート4は、一様なシート形状であるのに対して、実施の形態2では、実施の形態1の透湿樹脂シート4を全熱交換素子10に適した形状に賦形加工を施したものである。この賦形加工によって波形状の風路形成を行うことにより、第1流体21Aと第2流体21Bとの間で全熱交換が可能となる。また、第1流体21Aと第2流体21Bとの間に存在する賦形後の透湿樹脂シート4である第1流路板11Aおよび第2流路板11Bの膜厚が薄いほど、透湿抵抗および熱抵抗が小さくなるため、全熱交換効率を高めるためには有利となる。賦形後の透湿樹脂シート4の膜厚によって、透湿樹脂シート4の剛性も変化し、膜厚が薄いほど剛性も低下する。このため、透湿樹脂シート4自体の剛性が高いほど、賦形後の剛性を確保することができ、実施の形態1で説明したように、親水性充填材43と反応性親水化剤45との配合により透湿性の熱可塑性樹脂41の剛性を向上させた透湿樹脂シート4を用いることが有利となる。つまり、実施の形態1の透湿樹脂シート4を用いることにより、薄肉化時においても自重によるたわみの少ない全熱交換素子10を得ることができる。また、薄肉化により透湿性が向上するため、全熱交換効率に優れた全熱交換素子10を得ることができる。
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態2に係る全熱交換素子10を適用した全熱交換換気装置について説明する。図8は、実施の形態3に係る全熱交換換気装置の概略構成の一例を示す図である。以下では、実施の形態2に係る全熱交換素子10を適用した全熱交換換気装置200について例示的に説明する。
実施の形態3では、実施の形態2に係る全熱交換素子10を適用した全熱交換換気装置について説明する。図8は、実施の形態3に係る全熱交換換気装置の概略構成の一例を示す図である。以下では、実施の形態2に係る全熱交換素子10を適用した全熱交換換気装置200について例示的に説明する。
図8に示されるように、全熱交換換気装置200は、外気ダクト201と、給気ダクト202と、還気ダクト203と、排気ダクト204と、第1送風機である給気送風機205と、第2送風機である排気送風機206と、全熱交換素子10と、ケーシング210と、を備える。なお、図8では、ケーシング210の内部を上から見た状態を模式的に表している。
ケーシング210は、給気送風機205、排気送風機206および全熱交換素子10を収容する箱状の部材である。ケーシング210のうち室内側の側面には、給気ダクト202と還気ダクト203とが設けられている。ケーシング210のうち室外側の側面には、外気ダクト201と排気ダクト204と、が設けられている。外気ダクト201は、全熱交換素子10の第1流入口15と連結しており、給気ダクト202は、全熱交換素子10の第1流出口16と連結している。ケーシング210内には、外気ダクト201から全熱交換素子10を経由して給気ダクト202に至る給気風路が形成される。還気ダクト203は、全熱交換素子10の第2流入口17と連結しており、排気ダクト204は、全熱交換素子10の第2流出口18と連結している。ケーシング210内には、還気ダクト203から全熱交換素子10を経由して排気ダクト204に至る排気風路が形成される。
給気送風機205は、給気風路内に配置されている。給気送風機205は、室外の空気を外気ダクト201から給気風路へ取り込んで給気流である第1流体21Aを発生させる。第1流体21Aは、給気風路を流れて、給気ダクト202から室内へ向けて吹き出される。すなわち、給気送風機205は、全熱交換素子10の流路123Aおよび流路124Bに第1流体21Aを流入させる。
排気送風機206は、排気風路内に配置されている。排気送風機206は、室内の空気を還気ダクト203から排気風路へ取り込んで排気流である第2流体21Bを発生させる。第2流体21Bは、排気風路を流れて、排気ダクト204から室外へ向けて吹き出される。すなわち、排気送風機206は、全熱交換素子10の流路123Bおよび流路124Aに第2流体21Bを流入させる。
全熱交換素子10は、ケーシング210内で、給気風路と排気風路とが交差する位置に設けられている。
給気送風機205が駆動されると、外気ダクト201から第1流体21Aが流入し、全熱交換素子10を通過して、給気ダクト202より室内に流入する。また、排気送風機206が駆動されると、還気ダクト203から第2流体21Bが流入し、全熱交換素子10を通過して、排気ダクト204より室外に流出する。第1流体21Aと第2流体21Bとが、全熱交換素子10の流路板11の対向流部12A,12Bの部分で対向する気流となることによって、全熱交換されて、効率的に熱交換をすることができる。
このように、実施の形態3に係る全熱交換換気装置200においては、実施の形態2の全熱交換素子10を備えるので、気体遮蔽性および透湿性を従来に比して向上させることができる。この結果、全熱交換換気装置200における全熱交換効率が従来に比して向上する。また、全熱交換効率に優れた全熱交換素子10を備えることにより、省エネルギ効果に優れた全熱交換換気装置200を得ることができる。
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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。
4 透湿樹脂シート、10 全熱交換素子、11 流路板、11A 第1流路板、11B 第2流路板、12A,12B 対向流部、13A,13B ヘッダ部、15 第1流入口、16 第1流出口、17 第2流入口、18 第2流出口、21A 第1流体、21B 第2流体、41 透湿性の熱可塑性樹脂、42 非透湿性の熱可塑性樹脂、43 親水性充填材、44 相溶化剤、45 反応性親水化剤、121A,121B 凸部、122A,122B 凹部、123A,123B,124A,124B,132A,132B,133A,133B 流路、131A,131B リブ、200 全熱交換換気装置、201 外気ダクト、202 給気ダクト、203 還気ダクト、204 排気ダクト、205 給気送風機、206 排気送風機、210 ケーシング。
Claims (13)
- 透湿性の熱可塑性樹脂と、
非透湿性の熱可塑性樹脂と、
前記非透湿性の熱可塑性樹脂の少なくとも表面の一部を覆い、前記透湿性の熱可塑性樹脂と前記非透湿性の熱可塑性樹脂とを相溶化する相溶化剤と、
前記透湿性の熱可塑性樹脂よりも剛性の高い親水性充填材と、
前記親水性充填材の少なくとも表面の一部を覆い、前記透湿性の熱可塑性樹脂と前記親水性充填材とを相溶化する反応性親水化剤と、
を有することを特徴とする透湿樹脂シート。 - 前記透湿性の熱可塑性樹脂は、エチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、プロピレンオキサイドもしくはポリプロピレングリコールを主鎖に含むポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂またはポリエステル系樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の透湿樹脂シート。
- 前記反応性親水化剤は、オキシエチレン系化合物の末端に1つ以上の反応性官能基を有する材料であることを特徴とする請求項1または2に記載の透湿樹脂シート。
- 前記親水性充填材は、酸化グラフェン、スメクタイト、モンモリロナイト、マイカ、シリカ、アルミナ、ナノダイヤモンド、セルロースナノファイバ、キチンナノファイバ、キトサンナノファイバおよびシルクナノファイバの群から選択される少なくとも1種の微粒子であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の透湿樹脂シート。
- 前記非透湿性の熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリエチレン、またはポリプロピレンもしくはポリエチレンの共重合体であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の透湿樹脂シート。
- 前記相溶化剤は、ポリプロピレンまたはポリエチレンを構成成分として含み、前記ポリプロピレンまたは前記ポリエチレンの一部に反応性モノマーが共重合された材料であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の透湿樹脂シート。
- 前記反応性モノマーは、グリシジルメタクリレートであることを特徴とする請求項6に記載の透湿樹脂シート。
- 前記透湿性の熱可塑性樹脂の配合量は、20wt%以上90wt%以下であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の透湿樹脂シート。
- 前記親水性充填材の配合量は、0.01wt%以上55wt%以下であることを特徴とする請求項8に記載の透湿樹脂シート。
- 請求項1から9のいずれか1つに記載の透湿樹脂シートによって構成されることを特徴とする全熱交換素子。
- 請求項10に記載の全熱交換素子を備えることを特徴とする全熱交換換気装置。
- 透湿性の熱可塑性樹脂、非透湿性の熱可塑性樹脂、相溶化剤、親水性充填材および反応性親水化剤を溶融混練して樹脂組成物を生成する樹脂組成物生成工程と、
溶融した前記樹脂組成物をシート状に成型し、透湿樹脂シートを形成する成型工程と、
を含むことを特徴とする透湿樹脂シートの製造方法。 - 親水性充填材の表面に反応性親水化剤を付着させる親水化剤付着工程と、
透湿性の熱可塑性樹脂、非透湿性の熱可塑性樹脂および相溶化剤をペレット状に成型し、ペレットを形成するペレット化工程と、
前記ペレットと、表面に前記反応性親水化剤を付着させた前記親水性充填材と、を溶融混練して樹脂組成物を生成する樹脂組成物生成工程と、
溶融した前記樹脂組成物をシート状に成型し、透湿樹脂シートを形成する成型工程と、
を含むことを特徴とする透湿樹脂シートの製造方法。
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