JPH062268B2 - 全熱交換器用金属シートの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、全熱交換機用金属シートの製造法に関する。

当該金属シートは、所定の形状に成形された後、全熱交
換器の主たる構成体である全熱交換体として用いられ
る。

従来の技術 従来、空気調和された建物より排出される空気中の顕熱
及び潜熱を再利用するために、全熱交換器が用いられる
ことはよく知られている。

この全熱交換器は、主に省エネルギー機器として実用に
供されており、例えば、これを冷房機又は暖房機に付設
すれば、夏季における冷房エネルギー及び冬季における
暖房エネルギーが大巾に節約できる。

本発明に係る全熱交換器用金属シートは、上記全熱交換
器の主要部を構成する全熱交換体の素材となるものであ
る。

全熱交換器は、顕熱交換を該素材の伝熱面によって、潜
熱交換を該素材の吸湿性によって行うため、予め該素材
である金属シートに吸湿性を事前処理工程で施しておく
必要がある。金属シートの基となる素材シートとして
は、アルミニウムシートを用いる場合が多い。単に圧延
されたアルミニウムシートには、上記の吸湿性はない。
該アルミニウムシートに吸湿性を与えるために、シリカ
ゲル、アルミナゲル、ゼオライト、活性炭等の固体吸湿
物質を接着剤を用いて該シートに接着させる方法があ
る。又、アルミニウムそのものの表面を電気分解の方
法、又は酸、アルカリ溶液等の無機薬品に浸漬する方法
でベーマイト化させ、このベーマイトの吸湿性によって
吸湿特性を付与する方法もある。

こうして得られた全熱交換器用金属シートは、通常、片
面ダンボール状に形成され、その後複数のシートが互い
に積層化されて積層構造体としての全熱交換体とされ
る。

第１図は、積層構造体である全熱交換体のうちの１つの
層を構成する複合シートの一例を示している。この複合
シート２１は一枚の金属シートである平面形状のライナ
ー部２２と、そのライナー部２２上に接着された同じく
一枚の金属シートである波面形状のフルート部２３から
成っている。複合シート２１は、次いで円筒状に巻き付
けられ、第２図に示すような円筒型積層構造体２４が得
られる。これらの積層構造体は、次いで機械加工によっ
て所定の寸法に切断加工され、その後、補強金具又は付
属部品が取り付けられて全熱熱交換体となる。

従来の全熱交換器用金属シート、すなわち第１図のライ
ナー部２２あるいはフルート部２３として用いられる一
枚の金属シートの製造方法として、一枚の素材シート上
にポリ塩化ビニール等の防錆用の有機高分子物質膜を形
成した後、水を含有するエマルジョン接着剤、例えば、
酢酸ビニールエマルジョン又はポリアクリル酸エマルジ
ョン又はそれらの変成体の接着剤をその素材シート上に
塗布し、その後、シリカゲル、アルミナゲル等といった
固体吸湿物質を素材シート上に吹き付けて接着する方法
がある。又、素材シート上に防錆膜を形成した後、吸湿
物質と接着剤の混合体を塗布接着させることにより全熱
交換器用金属シートを得るという方法もある。しかしな
がら、これらの方法によって得られる全熱交換器用金属
シートは、以下のような欠点を有している。

(1)この全熱交換器用金属シートには、防錆用有機高分
子物質層及び接着剤層の２層と、更にその表面上に固体
吸湿物質が存在するので、全体のシートの厚みが増加す
る。その結果、この金属シートを用いて製造された全熱
交換体は、実際に設置して使用される際、この金属シー
トの厚みのために、通過する処理空気の抵抗が著しく増
加する。このため、圧力損失が増大し、それ故付設され
る送風機の動力が増加する。

(2)従来の金属シートは、防錆膜層と接着剤の有機高分
子物質層の２層から成り、可燃性の有機高分子の構成比
率が増大することになる。従って、金属シートを積層し
て作られた全熱交換体が可燃性となる恐れがある。全熱
交換体は、難燃化以上が義務付けられており、金属シー
トそのものは不燃であっても、このように複合化された
ものが可燃性となるのは大きな問題点である。

(3)固体吸湿物質を素材シート上に接着するための接着
剤として、水を含むエマルジョン接着剤を用いているた
め、出来上がった金属シートを全熱交換体化して用いる
際、処理空気に水滴を多量に含む降雨時等において、水
滴が直接この金属シート表面を濡らすことがある。こう
なると、表面の接着面は水を含んだ状態となり、接着剤
が水に溶解し、乾燥状態からエマルジョン状態へ戻る現
象が起こる。この現象が起こると、接着剤を介して今ま
で素材シートと結合していた固体吸湿物質が脱落あるい
は剥離し、その結果、全熱交換のうちの潜熱交換性能の
低下を招くというおそれがあった。

他の方法として、主に素材シートとしてのアルミニウム
の表面を電気化学的に処理する方法がある。又、素材シ
ートとしてのアルミニウムを酸、アルカリ等の無機薬品
に浸漬し、アルミニウム表面に活性化した参加アルミニ
ウム（ベーマイト）層を形成し、このベーマイト層の吸
湿作用によって吸湿性能を付与する方法がある。この酸
化アルミニウム（ベーマイト）層は、吸湿性能はあるも
のの、いわばアルミニウムを強制的に腐蝕させたもので
あるため、全熱交換体として使用する場合、空気中に含
まれる水分、大気汚染物質である硫黄化合物、窒素化合
物又は食塩に代表される塩化物等により急速に表面から
内部へ腐蝕が進行する。よって、長時間にわたる使用が
困難であるという欠点を有している。

発明が解決しようとする課題 本発明は、上記の点に鑑み、厚さが薄く、可燃化するお
それがなく、更に長期間に亘って高い全熱交換能力を維
持することのできる金属シートを製造することのできる
全熱交換器用金属シートの製造法を提供することを課題
とする。

課題を解決するための手段 上記の課題は次の方法によって解決される。

(1)表面に防錆用有機高分子物質の膜を形成した素材シ
ートを有機溶剤に浸漬して該有機高分子膜の表面を溶解
し、次いでシリカゲル、アルミナゲル、ゼオライト、活
性炭等の潮解性のない固体吸湿物質の１種または２種以
上を該有機高分子膜表面に付着させ、その後有機高分子
物質を乾燥させて前記固体吸湿物質を素材シートの表面
に固定することを特徴とする全熱交換器用金属シートの
製造法である。

(2)素材シートを接地し、固体吸湿物質にマイナスの静
電荷を与えて有機高分子膜側をプラス荷電とし、静電気
効果により該固体吸湿物質を素材シート表面に移動して
付着させることを特徴とする、上記(1)記載の全熱交換
器用金属シートの製造法である。

(3)素材シートを有機溶剤に浸漬後、加熱することによ
って有機高分子物質の膜面の粘着状態を固体吸湿物質の
付着に適するように調整することを特徴とする、上記
(1)又は(2)記載の全熱交換器用金属シートの製造法であ
る。

全熱交換器に用いる金属シートの基となる素材シート
は、アルミニウム、銅、鉄、又はそれらの合金シートで
ある。この素材シートは、第１図に示すフルート部２３
のように片面段ボール状に成形が可能な厚みを持つもの
であり、その厚みは、１５０ミクロン以下、好ましくは
１０〜５０ミクロンがよい。全熱交換器は、使用される
場合、大量の空気を通過させるものであり、その間、空
気中の水分、硫黄化合物、窒素化合物、塩化物等に常時
接触する。そのため金属シートそのものが耐蝕性がない
と、使用中に構造的な破損を招くと同時に、熱交換機能
をも失うという不都合を生ずるおそれがある。このよう
な金属シート表面からの腐蝕進行を防止するには、素材
シート表面に有機高分子物質を防錆保護膜として皮覆固
定し、素材シートを腐蝕性物質から遮断する方法を用い
るのが最も容易で確実な方法である。金属シートを用い
て作られた全熱交換器でも全く同様であり、素材シート
上に有機高分子物質を皮覆固定して、密着させ、この膜
を防錆用保護膜とすれば、使用時における金属シートの
腐蝕進行は防止できる。

全熱交換器の金属シートの基となる素材シートとして最
も利用されるアルミニウムの場合は、防錆用有機高分子
物質として、ポリ塩化ビニール、ポリ酢酸ビニール、ポ
リアクリル酸、ポリブタジェン、ポリスチレン、ポリイ
ソプレン、フェノール、エポキシ等の単体、又は混合
体、又は共重合体が通常である。アルミニウム以外の金
属又は合金シートにも、同様にして上記有機高分子防錆
膜を用いることは充分に可能である。

金属シートに全熱交換に必要な潜熱交換性能を付与する
ために、防錆膜の施された素材シートに吸湿特性を持た
せる必要がある。

シリカゲル、アルミナゲル、ゼオライト、活性炭等はそ
の表面にミクロ気孔があり、そのミクロ気孔の存在によ
り空気中の水分を物理的に吸着するという固体吸湿物質
として知られている。この固体吸湿物質を粉体状態で素
材シート上に固定すると、該素材シートは、固体吸湿物
質の作用で複合的に吸湿特性を有するようになる。シリ
カゲル粉体では、全熱交換時の潜熱交換に必要な付着量
は、平方メートル当り、両面併せて１０ｇ以上あればよ
い。

従来の方法は、素材シートに防錆用膜を形成した後、こ
の上に更に水を含むエマルジョンタイプの接着剤を塗布
し、接着剤を介して粉体状態の固体吸湿物質を接着させ
て、固定するか、又は接着剤と固体吸湿物質を所定の比
率に混合してから素材シート上へ接着している。いずれ
の方法においても、接着剤が用いられている。

本発明は、従来の方法と異なり、水を含むエマルジョン
接着剤を用いないで金属シート上の防錆膜へ直接、吸湿
物質を強固に結合させて固定化する方法である。素材シ
ート上の防錆用有機高分子膜は、腐蝕に対しては優れた
耐久性があるが、夫々の高分子膜には、特定の有機溶媒
の単体又はその混合体に容易に溶解する性質がある。

しかもその混合体では、その組成割合、浸漬時間等によ
って、有機高分子膜の溶解程度をコントロールすること
ができる。素材シート上に形成された有機高分子膜は、
該膜に対して特定の有機溶媒の単体又は混合体に浸漬す
ると、表面から溶解が始まる。この段階で、該有機溶媒
より引き上げ、膜表面を熱又は風を用いて乾燥すると、
膜表面は一旦粘着状態となる。しかしその後、膜内部に
浸透していた有機溶媒のみが選択的に飛散し、再び元の
乾燥した表面に戻すことができる。

有機高分子膜が有機溶媒の作用で表面のみ溶解して粘着
性を有している状態の時、ミクロ気孔のある固体吸湿物
質の粉体をこの有機高分子膜に接触させると、該粉体は
極めて速やかに粘着膜に付着する。該膜が乾燥によって
元の状態に戻った時には、付着した該粉体も膜表面に強
固に固定されている。

更に、膜に粉体を移動させる時、該粉体に直流のマイナ
ス静電気を帯電させることで、膜自体はプラス側とな
り、電荷の中和作用により極めて均一に膜への移動付着
が可能となる。粉体に静電気を帯電させる方法として、
付着水分を除いた粉体に、静電気発生装置で発生させた
マイナス１０〜８０ＫＶを針状電極を用いて接触させる
方法を用いることが可能である。

実施例 本発明方法を実施するための装置を第３図で説明する。
１は、ロール状に巻き付けられた、予め防錆用高分子膜
を形成している素材シートである。２はガイドロール、
そして酸は防錆膜に対して溶解性のある有機溶媒の単体
又はその混合体を収めてある液槽である。防錆膜を有す
る素材シート１は、ガイドロール２を経て液層３へ送ら
れ、該液層３内のロール４によって有機溶媒５に浸漬さ
れる。液槽３から出た素材シート１は、ヒーター６の加
熱によって、膜面の粘着状態を適正に調整され、その
後、ボックス９に導かれる。固体吸湿物質の粉体は供給
ホッパー８によって常時粉体静電ガン７に供給される。
このガン７を用いて、溶媒で適正な粘着状態にある防錆
膜に向かって、マイナスの静電荷を帯電した該粉体を放
出する。粉体を帯電させるために静電気発生装置１７が
設けられている。粉体受槽１０に回収された粉体は、再
び供給ホッパー８に戻され再利用される。

防錆膜に残留している溶媒は、ヒーター１１の加熱によ
って完全に飛散し、同時に、固体吸湿物質の粉体が強固
に膜表面に固定される。粉体は、このようにしてシート
の両面より粘着面の上から該シートを被うようにして付
着するため、膜物質の中に埋没したり、膜物質によって
逆に被われたりすることがない。よって、粉体（固体吸
湿物質）、その特性を損なわれることなく、素材シート
上に固定される。ヒーター６，１１としては、有機高分
子膜に効果的に熱的作用を起させることのできる遠赤外
線ヒーターを用いることができる。

この装置を用いた本発明方法の実施例を、次に示す。

ポリ塩化ビニール３０重量パーセント、ポリ酢酸ビニー
ル７０重量パーセント、厚さ片面１０ミクロンづつ、両
面２０ミクロンの共重合有機高分子物質から成る防錆膜
を固定及び密着した、厚さ３０ミクロンの純アルミニウ
ムシートを巾２５cmにし、鉄芯にロール状に巻き付け、
第３図に示す装置においてロール状シート１としてセッ
トした。この素材シート１をガイドロール２を介して液
槽３へ送り、該液槽３内において、トルエン４０重量パ
ーセント、キシレン４０重量パーセント、イソブチルケ
トン２０重量パーセントの混合体組成の有機溶媒５内
を、１０cm／秒の速度で通過させ、表面の膜面を充分に
この溶媒で浸漬した。浸漬後すぐに、素材シート両面よ
り５cm離して配設した合計２ＫＷの能力を有する遠赤外
線ヒーター６を通過させ、このヒーター６によって約２
秒間加熱し、膜面を速やかに乾燥させて粘着状態とし
た。固体吸湿物質として、１０５℃；２時間乾燥した、
粒度として３２５メッシュアンダーのＢ型シリカゲル粉
体を用意し、これを供給ホッパー８から、ボルスタチッ
ク社製、粉体塗装ガン７に供給し、更にマイナス８０Ｋ
Ｖの静電気を帯電させ、その後、素材シート１に向かっ
て放出した。この時、走行する素材シート１は、鉄製の
ガイドロール２に常時接触することで自らプラスの静電
気を帯電しており、よってマイナスに帯電した上記の粉
体は、素材シート１を被う状態で吸引されるように該シ
ートの両面に付着した。次いで、粉体が付着した素材シ
ート１を、該シート１の両面から５cm離して配設した５
ＫＶの遠赤外線ヒータ１１で加熱した。この加熱によっ
て、防錆膜内部に残留する溶媒を完全に飛散させ、防錆
膜表面上に付着した粉体を素材シート１に固定及び密着
させた。これにより所望する金属シートが出来上がっ
た。最終的に金属シートは、ガイドロール１２，１３，
１４，１５を通過した後符号１６で示すようにロール状
に巻き取られた。

このようにして得られた全熱交換器用金属シートの防錆
状態を確認するため、JIS-Z-2371-1976「塩水噴霧試
験」を行った。尚、試験に於いて、防錆の程度を明確に
するために、試料として (a)試料：純アルミニウム３０ミクロンのシート（防錆
膜なし） (b)試料：固体吸湿物質としてのシリカゲルを密着させ
ていないアルミニウムシート（純アルミニウム３０ミク
ロンに、片面１０ミクロン、両面２０ミクロンの厚さ
の；ポリ塩化ビニール３０重量パーセント、ポリ酢酸ビ
ニール７０重量パーセントの共重合高分子防錆膜の施さ
れたもの） (c)試料：上記の実施例で得られた金属シート（以後に
示す第２表の３０ｍ箇所部分） の各試料を用いた。

第１表は、これら(a)、(b)、(c)の各々の試料の「塩水
噴霧試験」の結果である。

この結果より、本発明方法で得られた全熱交換器用金属
シートすなわち(c)試料は充分に防錆特性があることが
確認された。

次に、アルミニウムシートに吸湿特性を付与するＢ型シ
リカゲルの付着量を確認するために、上記塩水噴霧試験
の実施後、シートを１０ｍおきに、長さ２５cm切りと
り、Ｂ型シリカゲルのみの付着量（重量）を化学天秤を
用いて秤量し、平方メートルあたりの重量（グラム）を
算出した。その結果を第２表に示す。

この結果、Ｂ型シリカゲル粉体は平均的に付着している
ことが確認された。

次に、全熱交換器としての性能の確認のため、第１表の
(b)試料及び(c)試料の金属シートで、第１図に示した複
合シート、特に、高さ２mm、ピッチ3.1mmの片面ダンボ
ール状の複合シートの成形を行い、これを第２図のよう
に円筒状に巻付け、直径５２cm、巾２３cmの全熱交換を
製作した。(b)試料で製作したものを全熱交換体(B)、
(c)試料で製作したものを全熱交換体(C)とする。これら
の全熱交換体を回転型全熱交換器性能試験機に組入れ、
潜熱交換性能及び静圧損失の測定を行った。その結果を
第４図及び第５図に示す。ただしこの場合の試験条件
は、向流で処理空気を通し、交換体の回転数は１２rpm
であった。

第４図では、縦軸に潜熱交換効率（パーセント）をと
り、横軸の処理空気の風速（ｍ／秒）とっている。図
中、曲線（ｉ）は、処理空気の風速を適宜変えた場合、
その各々の風速時における全熱交換体(c)の潜熱効率の
平均値を示している。曲線（ii）は、同じく全熱交換体
(B)の結果である。尚、効率のバラツキは±３％以内で
あった。

第５図では、縦軸に静圧損失（mmAq）をとり、横軸に処
理空気の風速（ｍ／秒）をとっている。

図中、曲線（iii）は、処理空気の風速を適宜変えた場
合、その各々の風速時における全熱交換体(C)の静圧損
失の平均値である。全熱交換体(B)の静圧損失（iv）は
ほぼ曲線（iii）に重なった。すなわち、全熱交換体(C)
と全熱交換体(B)の静圧損失はほぼ同一であった。尚、
各々の交換体の静圧損失のバラツキは±２％以内であっ
た。

第４図及び第５図から明らかな通り、本発明による金属
シート（アルミニウムシート）から成る全熱交換体(C)
は、固体吸湿物質（シリカゲル）を付着していない全熱
交換体(B)に比較して、潜熱交換効率は高く、且つ、静
圧損失は変らないことが確認された。

発明の効果 本発明によれば、全熱交換機用金属シートの製造工程が
簡略化され、コストダウンが可能となる。またシートの
厚みが厚くなりすぎて圧力損失が増加することもなく、
従って可燃化するおそれもない。さらに長期間の安定性
がすぐれており、その工業的価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は全熱交換体に用いる複合シートの一例の斜視
図、第２図は全熱交換体の具体例を示す斜視図、第３図
は本発明方法を実施するための装置の図式図、第４図及
び第５図は本発明方法によって製造した金属シートの特
性を示すグラフである。 ２２，２３…金属シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２８Ｆ 23/00 9141−3Ｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に防錆用有機高分子物質の膜を形成し
   た素材シートを有機溶剤に浸漬して該有機高分子膜の表
   面を溶解し、次いでシリカゲル、アルミナゲル、ゼオラ
   イト、活性炭等の潮解性のない固体吸湿物質の１種また
   は２種以上を該有機高分子膜表面に付着させ、その後有
   機高分子物質を乾燥させて前記固体吸湿物質を素材シー
   トの表面に固定することを特徴とする全熱交換器用金属
   シートの製造法。
2. 【請求項２】素材シートを接地し、固体吸湿物質にマイ
   ナスの静電荷を与えて有機高分子膜側をプラス荷電と
   し、静電気効果により該固体吸湿物質を素材シート表面
   に移動して付着させることを特徴とする、請求項１記載
   の全熱交換器用金属シートの製造法。
3. 【請求項３】素材シートを有機溶剤に浸漬後、加熱する
   ことによって有機高分子物質の膜面の粘着状態を固体吸
   湿物質の付着に適するように調整することを特徴とす
   る、請求項１又は２記載の全熱交換器用金属シートの製
   造法。