JPS5926859B2 - 全熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、全熱交換器において、そこを通過する空気流
について、その空気流の中に有害ガス除去剤を配置して
、その空気中に含まれる有害ガスを除去することを目的
とするものである、全熱交換器と組合せていわゆる空気
清浄の効果をも持たせようという試みは除しん効果を持
たせるために、濾過フィルターを設けることがあったが
、全熱交換器で有害ガス除去効果、とくに一酸化炭素、
窒素酸化物の除去が可能なものは全くなかった。

全熱交換器の応用の１つは換気扇であるが、換気扇とし
てそれを各種目的に利用する際に換気により、室外から
汚染物質が流入してくるという問題があり、冷房または
暖房と共に換気をして新鮮空気の導入を計りつつも健康
に悪影響を及ぼす具合の悪いものであった。

本発明は、空調換気扇に全熱交換器を用いて換気する際
に、室外から導入する空気が真に新鮮空気となる様に、
含有している有害ガスを除去し、また併せて室内空間か
ら流出する空気が室外空気を汚染する発生源とならない
、有害ガス除去効果を持った新しい全熱交換器を提供す
ることにある。

したがって、その対象としては一般家庭用のみならず、
大型のビル空調用更には、地下街、地下駐車場、その他
の換気設備に、また自動車室内の換気設備として、広く
適用が可能である。

換気設計は、室内の空気遠視を人体にとって常に良質に
保持することを目的にして行なわれるが、計算の簡単さ
から、二酸化炭素の濃度を汚染の尺度として採り上げて
行なわれている。

必要換気量は、室の大きさ、在室人員、室内の汚染物質
の発生などの関係から決定されるが、とくに冷房、暖房
などの温調を実施している場合には、省エネルギーの観
点から、望ましくは全熱交換器を用いて換気に伴なう熱
損失を回収すると共に、室内の空気質が人体にとって有
害とならない範囲において換気量が極力小さいことが動
力費等を含めた経済性に於いて望ましい。

二酸化炭酸を尺度とした換気設計の目標値は、７００ｐ
ｐＩ［ｌ〜１１０００ｐｐ程度が基準として採用されて
いるが、これはこの濃度を越えると二酸化炭素が人体に
有害となるからではなく悪臭をも含めた室内の汚染が気
になり出すという経験的な相関に基づいている。

この様にして、設定された換気に対して、全熱交換器を
用いて熱を回収することは良いが、室外から逆に汚染空
気が流入して来る問題は、換気の意味そのものを成り立
たなくする致命的な問題である。

大気汚染物質として、今日問題とされている物質は、一
酸化炭素、二酸化硫黄、オキシダント、二酸化窒素、そ
の他粒子状浮遊物質などであるが、各種対策が効を奏し
て、二酸化窒素を除いては、一般大気については、はぼ
それぞれの遠視基準を満足する状況にある。

但し、局所的な高濃度有害ガス汚染の問題に関しては、
最大の局所汚染源の自動車に関して、個個の発生量は削
減しているが、自動車絶対量の増大と交通量の頻ばんな
道路沿いの地区に於ける局所的な汚染の問題は一層深刻
な問題になりつつある。

この自動車に関係して最も深刻な問題を提供している汚
染物質は、一酸化炭素と窒素酸化物であり、米国に於い
ても省エネルギーの観点から強力に推進された換気設計
基準の見直しく即ち、二酸化炭素；１ｏｏｏｐ障の基準
を２５００ｐ１１１１へと改めようとする案）に於いて
、最大の課題とされたのも、同じ一酸化炭素と窒素酸化
物であった。

本発明は今日全熱交換器の換気扇としての適用に関して
、基本的な問題の１つを完全に解決した新しい全熱交換
器を提供するものである。

以下本発明の一実施例につき添付図面に沿って詳細に説
明する。

第１図は全熱交換器の概要説明図である。

全熱交換器１は内筒２と外筒３を有し、両筒間は半径方
向に区切る全熱交換壁により、複数室に分割されている
。

全熱交換壁は紙などの透湿透湿性を有するもので構成さ
れている。

第１図の全熱交換器には、その複数室の一部を示してい
る。

全熱交換壁４は、例えば、ＡＢＣＤ、Ａ’Ｂ’Ｃ’σ、
Ａ″Ｂｆ ＣＩ Ｄ ／にて示されるものである。

ＡＢＣＤで示される全熱交換壁４とＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄ／な
る全熱交換壁４さて区画された室において、ＣＤＤ’Ｃ
にて形成される扇成部５は閉鎖されており、他端のＡ
Ｂ Ｂ’Ａ’ にて形成される扇形部６は開口している
。

また、開口部７は、前記室の閉鎖側扇形部５の近傍にお
いて、円周方向に開口している。

Ａ／Ｂ／Ｃ／Ｄ／ なる全熱交換壁４およびＡＩ Ｂ
ｆＣ／／Ｄ ／なる全熱交換壁４とで区画された室にお
いて、Ａ’Ｂ’Ｂ／／Ａ／／にて形成される扇形部８は
閉鎖されており、他端のＣ’Ｄ’ＴＪ／Ｃ／／にて形成
される扇形部９は開口している。

また開口部１０は、前記室の閉鎖側扇形部８の近傍にお
いて、円周方向に開口している。

第２図は全熱交装器１の設置時の断面図である。

第２図において、全熱交換器１は壁１１に設置されてお
り、開口部１０は、室内１２、開口部７は室外１３に設
置するようになっている。

第３図において、１４は有害ガス除去剤であり全熱交換
壁の表面に付加されている。

有害ガス除去剤１４は、窒素酸化物（とくに二酸化窒素
）を除去するための、乾式吸収剤、もしくは、一酸化炭
素を空気にて接触酸化させるための触媒の一方以上を用
いている。

第４図において、有害ガス除去剤１４は全熱交換壁４の
両面に突出し、流入流、流出流とそれぞれ接触する様に
配置されている。

第６図においては、有害ガス除去剤１４は、熱交換壁の
一端および隣の熱交換壁の他端に接触して、流入流、流
出流に対して、それぞれが有害ガス除去剤１４の層を貫
通する様に配置されている。

第１図において、開口部７より、流入する流れａは、全
熱交換壁ＡＢＣＤ、Ａ′Ｂ′Ｃ′Ｄ′にて区画された室
を通過し、扇形部６より流出する。

（但し、ファンは図示していない）また開口部１０より
流入する流れｂは全熱交換壁Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’、 ＡＩ
’Ｂ／／Ｃ／’Ｉ）’／にて区画された室を通過し、扇
形部９より流出する。

第２図において示す様に流れａは、室外１３の空気が室
内１２に流入するものであり、流れｂは室内１２の空気
が室外１３に流出するものである。

この時第１図においてＡ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’＋こて示される
全熱交換壁４が両流れの間に介在し、これにより高温高
湿の流れは低温低湿の流れに（即ち夏期、室内冷房時は
ａからｂに、冬期、室内暖房時はｂからａに）顕熱と潜
熱の移動を生じさせる。

したがって室内での冷暖房機器に対する増加する必要も
なく、換気を行なうことが可能である。

この様な換気に伴なう空気の流出入に対して、有害ガス
除去剤１４が配置されているため、汚染物質として、窒
素酸化物や、一酸化炭素が除去され流出入による逆汚染
が防止される。

具体的な有害ガス除去剤の構成としては、窒素酸化物と
くに二酸化窒素を除去するための除去剤と一酸化炭素を
空気中の酸素で酸化して、害の少ない二酸化炭素へと転
換するための除去触媒を用いるのが良い。

本発明者らは、粉末活性炭とアルカリおよびセメント剤
を主成分に含む組成物が、常温での環境濃度のＮＯｘ、
とくにＮＯ□の除去に優れた性能を有することを見出し
た。

第７図にその組成物（即ち粉末活性炭２部、炭酸カリウ
ム３部、水酸化力ルンウム３部、硫酸カルシウム２部の
配合比で混練成型して得た組成物〔但し、配合比は重量
比である〕）のＮＯ３除去性能の特性を示す。

その測定条件は、入口濃度１．０〜１．２ｐｐｍ、温度
３０℃、相対湿度５２係である。

第７図は上記組成物を３ｍｍ径で押出し造粒して得た造
粒品が空間速度により、ＮＯ□除去性能がどう変化する
かを示した特性図である。

これらの一連の系統の組成物は、Ｎ０２と下記の様に反
対してこれを吸収除去するものである。

（１）６Ｎ０２＋に２ＣＯ３＋２Ｃａ（ＯＨ）２→ＫＮ
Ｏ３＋Ｃａ（ＮＯ３）２＋ＫＮＯ２＋Ｃａ（ＮＯ２）２
＋２Ｈ２０＋Ｃ０２ （２）２Ｎ２０３＋に２Ｃ０３＋Ｃａ（ＯＨ）２→２Ｋ
ＮＯ２＋Ｃａ（ＮＯ２）２＋Ｈ２０＋Ｃ０２またこの組
成物は、同時にアルカリとして、酸性ガス（ＳＯ２・・
・・・・ｅｔｃ ）とも反応しこれを除去する。

（３）２ＳＯ２＋に２Ｃ０３＋Ｃａ（ＯＨ）２→に２Ｓ
Ｏ３＋ＣａＳＯ３＋Ｈ２０＋Ｃ０２（４）２Ｓ０２＋０
２十に２Ｃ０３＋Ｃａ（ＯＨ）２→に２ Ｓ ０４ ＋
Ｃａ Ｓ ０４ ＋ Ｈ２０＋ Ｃ０２以上の様な反
応によって、環境濃度のＮＯ２等を高除去率で除去し、
しかもその反応は吸収反応であるため長寿命でかつ、Ｎ
Ｏ２からＮＯへの還元性がないなどの点で、従来に無い
ものである。

なお上記組成物に関して、アルカリは吸収反応の主成分
で、反応率、除去寿命などの点で、アルカリ金属の炭酸
塩、またはアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物
が望ましい。

さらに、粉末活性炭は上記吸収反応を高い反応速度で進
行させるため触媒として配合しているものである。

セメント剤としては、ポーラスな硬化体を形成するため
の骨材であるが、組成物としての安定性、その細分散性
などとの関係で、硫酸カルシウム（焼石膏）、アルミン
酸石灰（アルミナセメント）などが望ましい。

さらには、この除去剤を実用するにあたっては、高温高
湿下などでの強度改善の目的で、カルボキシメチルセル
ローズ（（Ｊ、 Ｍ、 Ｃ） すどの添加が必要である
。

また本発明者らは、常温で、環境濃度レベルのＣＯを浄
化する手段として、アルカリ、粉末活性炭、セメント剤
の３者を主成分として含む組成物の硬化体に貴金属を担
持させた触媒が水蒸気共存の一般大気条件下で優れた性
能と耐久性を有することを見出した。

この触媒は炭酸カリウム：１部、粉末活性炭：３部、ア
ルミン酸石灰：６部（いづれも重量比）より成る混練組
成物を相体としてこれに白金、パラジウムを各々担体重
量の０．３％担持させたもので、その性能を第８図に示
す。

触媒の活性評価条件としては、１５°Ｃで飽和の絶対水
分量一定の条件であり、空間速度Ｓ■−５００００（ｈ
−１）にて入口ＣＯ濃度を１００１）ｐｍとしている。

第８図には触媒充填層温度を変化させた場合の温度とＣ
Ｏ転換率との関係を示した。

なお本発明の触媒は６〜１０メツシユの粒度で試験して
いるが、触媒の反応速度は完全に外部物質移動支配型と
なっており、触媒自体の活性が著しく優れたものである
。

また触媒の調整法を説明すると、先づ担体組成物を混練
し、例えば押出し成型により造粒する。

これを所定の粒度として、塩化白金酸、塩化パラジウム
の水溶液中に含浸し、表面に塩化物として吸着させた後
、水素化ホウ素す） ＩＪウムなどの還元剤を用いて、
還元したのちこれを乾燥する。

第８図に性能を示した触媒粉末活性炭、炭酸カリウム、
アルミン酸石灰を用い貴金属の相持量は還元された状態
で各々０．３％となるようにし、還元方法は水素化ホウ
素ナトリウムを用いて、還元当量の１０倍モル添加して
行なった。

第８図に見られる様に、当触媒は常温で極めて優れたＣ
Ｏ転換性能を示す。

この様な低温で高活性の触媒は全〈従来にないものであ
る。

そして炭酸カリウムは、それが水溶液中に一部溶出する
ことによって、水酸化物状態からの貴金属の還元を実現
し、高活性化に役立っていることや比表面積の増大のみ
ならず例等かの助触媒効果を有すると推定される活性炭
の活性化を寄与しているのである。

他方、セメント剤としては、各成分の安定な結合剤とし
ての役目、さらには多孔性硬化体としての細孔物性に関
連を持っているが、とくにアルミン酸石灰を用いる場合
には、ＣａＯの助触媒効果が、水蒸気共存下での触媒の
反応性に寄与している効果が得られる。

以上の有害ガス除去剤１４の全熱交換器への適用である
が、板状に成型して、板状の成型体を接着剤を用いて、
第３図の様に全熱交換壁４へと付着させることやハニカ
ム状に成型した成型体を第６図の様に、二枚の全熱交換
壁の間に配置させるものがある。

有害ガス除去剤１４は、いづれも。セメント剤を主成分
に含むので、乾式プレス、半乾式プレス、湿式注型成型
などの成型法の適用がいづれも可能である。

但し量産性その他を配慮した場合、半乾式プレス法か望
ましい。

第４図のように有害ガス除去剤１４を複数個配置する場
合には、ＮＯ２除去剤を前流に何個か配置し、しかる後
にＣＯ浄化触媒を何個か配置するという構成が望ましい
。

その理由は、ＣＯ浄化触媒はＮＯ２の吸着により、一時
被毒を受けて、ＣＯ浄化性能がやや低下する傾向を持っ
ているため、ＮＯ□除去剤を前流に置いて、ＮＯ２を除
去した空気を送り、上記の一時被毒の影響を防止するた
めである。

また有害ガス除去剤１４を適用する他の手段はポリプロ
ピレンなどの不織布で、有害ガス除去剤１４を包み込ん
だ形で、不織布自体を、接着剤を用いて全熱交換壁に付
着させるか、糸などを用いて全熱交換壁に縫いつけても
良い。

この場合には、万が一有害ガス除去剤１４が破損しても
、その粉じんが空気を汚染する心配がないという利点を
持っている。

なお、このようにして、有害ガス除去剤を、全熱交換器
内部に配置することによって、系内に乱流を発生させて
全熱交換効率を改善する効果も併せて期待される。

以上のように本発明の全熱交換器は換気を行なう場合に
、汚染ガスの吸入によって室内が汚染されるという問題
が完全に解決され、省エネルギーと無公害という観点か
ら優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における全熱交換器の概略斜
視図、第２図は同全熱交換器の設置時の断面図、第３図
は有害ガス除去剤の側面図、第４図は第１図での円周方
向断面より全熱交換壁を見た一部上面図、第５図は全熱
交換壁の側面図、第６図は有害ガス除去剤の取付状態を
示す側面図、第７図はＮＯ２吸収剤の基本性能の１つで
ある空間速度とＮ０２除去率との関係を示す特性図、第
８図はＣＯ浄化触媒についての、触媒層温度とＣＯ転換
率との関係を示す特性図である。 １・・・・・・全熱交換器、４・・・・・・全熱交換壁
、１４・・・・・・有害ガス除去剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交互に対向流を形成して全熱交換を行なわしめる全
   熱交換器において、交互の対向流のそれぞれが、有害ガ
   ス除去剤に接触通過する様に、有害ガス除去剤の層を内
   部に設置したことを特徴とする全熱交換器。 ２ 有害ガス除去剤が、 ｉ 粉末活性炭、アルカリおよびセメント剤を主成分と
   して含む組成物 １１ 粉末活性炭、アルカリおよびセメント剤を主成
   分として含む硬化体に、白金属元素の１種以上を担持さ
   せた触媒 の１，１１の群の物質の少なくとも１以上から構成され
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の全
   熱交換器。 ３ 有害ガス除去剤として、アルカリがアルカリ金属の
   水酸化物、もしくは炭酸塩から成り、セメント剤が、ア
   ルカリ土類金属の水酸化物、または、アルミン酸塩、も
   しくは硫酸塩の群から選んだ１種以上から成る有害ガス
   除去剤であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の全熱交換器。 ４ 有害ガス除去剤として、 １ 炭酸カリウム：３部、水酸化カルシウム：３部、粉
   末活性炭：２部、硫酸カルシウム：２部（いづれも重量
   比）から成る組成物 １１ 粉末活性炭：３部、アルミン酸石灰：６部、炭
   酸カリウム：１部から成る担体を用いて、これに白金お
   よびパラジウムを担持せしめた触媒を用いたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の全熱交
   換器。 ５１の組成分を前流に１１の触媒を後流に配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項または第４項記載の
   全熱交換器。