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JP2017013032A - 調湿素子の製造方法 - Google Patents

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JP2017013032A JP2015135556A JP2015135556A JP2017013032A JP 2017013032 A JP2017013032 A JP 2017013032A JP 2015135556 A JP2015135556 A JP 2015135556A JP 2015135556 A JP2015135556 A JP 2015135556A JP 2017013032 A JP2017013032 A JP 2017013032A
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Masakatsu Taguchi
雅旦 田口
山口 秀樹
Hideki Yamaguchi
秀樹 山口
健太郎 植田
Kentaro Ueda
健太郎 植田
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Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

【課題】調湿素子の簡便な製造方法を提供する。【解決手段】平板状に形成された樹脂製の一対の板状部材を一体の複合シート11とし、吸湿剤を含有する第一塗液21に複合シート11を浸漬した後引き上げて複合シート11の両面に第一塗液21の塗膜aを形成した後、複合シート11を剥離して、塗膜aを有する第一面と塗膜aを有しない第二面とを有する片面塗布板部材を得る工程と、波板状に形成された樹脂製の第二板状部材を、吸湿剤を含有する第二塗液21に浸漬した後引き上げて、第二板状部材の両面に塗膜aを有する両面塗布板部材を得る工程と、片面塗布板部材の第一面と、両面塗布板部材の山部とを接着する工程とを有する。【選択図】図7

Description

本発明は、調湿素子の製造方法に関する。
従来、吸湿剤による吸湿作用を用いた調湿素子が知られている。この種の調湿素子は、平板部材と波板部材とを交互に積層するとともに、平板部材と波板部材とを波板部材の山部にて接着することにより、平板部材同士の間に、波板部材で仕切られる複数のガス流路を形成する。これにより、複数のガス流路のうち平板部材を介して隣接するガス流路に、それぞれ冷却すべき処理対象空気と、熱交換用空気とを流通させて、平板部材を介して処理対象空気の保有する熱を熱交換用空気に伝導させて処理対象空気を冷却することができる。
さらに平板部材と波板部材とにおける処理対象空気の流通するガス流路に臨む表面に、吸湿剤を接着してなる吸湿層を設けてあると、処理対象空気としての吸湿空気がもつ水分を吸湿剤に吸湿させることにより、吸湿空気からの放熱を促し、熱交換用空気による冷却効率を高めることができる。
ここで、平板部材における処理対象空気の流通するガス流路に臨む片方の表面にのみ吸湿層を設けるために、吸湿剤を含む塗液をロールで塗布して塗膜を形成するグラビアロールコータが用いられている(例えば、引用文献1)。
しかし、グラビアロールコータを用いる方法は設備が長大で、またその制御も複雑で、簡便に調湿素子を製造することができなかった。
調湿素子に吸湿層を設けるその他の方法としては、例えば調湿素子そのものを、吸湿剤を含む塗液に浸漬する浸漬塗布で、調湿素子を形成する部材の表面に、吸湿層を設ける方法が知られている(例えば、特許文献2)。
しかし浸漬塗布は、設備も工程も簡便であるが、浸漬して塗液に接触する面全てに塗膜が形成されるので、調湿素子の必要部にのみ吸湿層を設けて簡便に調湿素子を製造することができなかった。
特開2012−170832号公報 特開2007−010181号公報
このような浸漬塗布においては、吸湿層を設けない個所にマスク用材料でマスクして、必要部にのみ吸湿層を設けて調湿素子を製造する方法も考えられる。しかし、この方法ではマスク用材料が別途必要になり、好ましくない。そこで、簡便に調湿素子を製造できる新たな方法を提供する必要が生じた。
本発明は、上記実情に鑑み、簡便に調湿素子を製造する調湿素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る調湿素子の製造方法の特徴構成は、平板状に形成された樹脂製の一対の第一板状部材を、その表面同士を向かい合わせにして一体の複合シートとし、吸湿剤を含有する第一塗液に前記複合シートを浸漬した後引き上げて前記第一板状部材の裏面に前記第一塗液の塗膜を形成した後、前記複合シートを剥離して、当該塗膜を有する第一面と当該塗膜を有しない第二面とを有する片面塗布板部材を得る工程と、波板状に形成された樹脂製の第二板状部材を、吸湿剤を含有する第二塗液に浸漬した後引き上げて、前記第二板状部材の両面に塗膜を有する両面塗布板部材を得る工程と、前記片面塗布板部材の前記第一面と、前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程とを有するよう構成される点にある。
この構成によれば、一対の第一板状部材を、その表面同士を向かい合わせにして一体の複合シートとすることで、第一板状部材の表面を他方の第一部材の表面でマスクすることができる。そうすると、当該複合シートを吸湿剤を含有する第一塗液に浸漬する時に、それぞれの表面と第一塗液との接触を防ぐことができる。そのため、この複合シートを剥離すると、第一塗液に接触した裏面を、吸湿剤を含む塗膜を有する第一面とし、マスクされていた表面を、塗膜を有しない第二面とし、第一面と第二面とを有する片面塗布部材を得ることができる。そして、この片面塗布部材を調湿素子に用いた時に、この塗膜は、吸湿剤を含むため吸湿層として機能することができる。
さらに、第二板状部材を吸湿剤を含有する第二塗液に浸漬すると、その両面に吸湿剤を含む塗膜を有する両面塗布部材を得ることができる。そして上記同様に、この塗膜は吸湿剤を含むため、吸湿層として機能することができる。
そして、片面塗布部材の第一面と両面塗布部材の山部とを接着すると、片面塗布部材の第一面と両面塗布部材とで区画されたガス流路を形成することができる。そうするとこの流路は、その流路の内壁面に吸湿層を備えているから処理対象空気の水分を吸着可能であり、さらに吸湿層が水分を吸着したときの吸着熱は、片面塗布部材の第二面を介して外部と熱交換可能になるから、熱交換可能な調湿部として機能するようになる。そして、このように製造した調湿部を調湿素子として用いることができる。
つまり、このようにすることで、簡便な調湿素子の製造方法を提供することができる。
本発明に係る調湿素子の製造方法の更なる特徴構成は、さらに前記片面塗布板部材の前記第二面と、前記第二板状部材の山部とを接着する工程を有する点にある。
この構成によれば、さらに片面塗布部材の第二面と第二板状部材の山部とを接着すると、片面塗布部材と第二板状部材とで区画されたガス流路を有する冷却部を形成することができる。そうするとこの冷却部は、片面塗布部材を介して調湿部と熱交換可能になる。その結果、吸湿層が水分を吸着したときの吸着熱は冷却部により効率よく除去されるため、吸湿層の吸湿能を向上させることができる。
つまり、このようにすることで、簡便に調湿部と冷却部とを有する吸湿能の高い調湿素子の製造方法を提供することができる。
本発明に係る調湿素子の製造方法の更なる特徴構成は、前記片面塗布板部材の前記第一面と、前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程において、一対の前記片面塗布板部材の前記第一面同士を対向させた状態で、当該一対の前記片面塗布部材の間に前記両面塗布板部材を配置して、それぞれの前記第一面と前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程を有する点にある。
この構成によれば、一対の片面塗布板部材の第一面同士を対向させた状態で、一対の前記片面塗布部材の間に両面塗布板部材を配置して、第一面と両面塗布板部材の山部とを接着することで、両面塗布部材の両側に、片面塗布部材の第一面と両面塗布部材とで区画されたガス流路を形成することができる。
本発明に係る調湿素子の製造方法の更なる特徴構成は、前記片面塗布板部材の前記第二面と、前記第二板状部材の山部とを接着する工程において、一対の前記片面塗布板部材の前記第二面同士を対向させた状態で、当該一対の前記片面塗布部材の間に前記第二板状部材を配置して、それぞれの前記第二面と前記第二板状部材の山部とを接着する工程を有する点にある。
この構成によれば、一対の片面塗布板部材の第二面同士を対向させた状態で、一対の前記片面塗布部材の間に第二板状部材を配置して、第二面と第二板状部材の山部とを接着することで、両面塗布部材の両側に、片面塗布部材の第一面と両面塗布部材とで区画されたガス流路を形成することができる。
本発明に係る調湿素子の製造方法の更なる特徴構成は、前記第一板状部材はポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、前記第二板状部材はポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、前記吸湿剤はポリアクリル酸系樹脂を主成分とした部材で構成され、前記第一塗液と前記第二塗液とのバインダはウレタン系エマルジョンを主成分とする樹脂材料で構成される点にある。
この構成によれば、第一板状部材と第二板状部材とがポリエステル系樹脂を主成分とした板部材としているので、この調湿素子を軽量で丈夫なものとすることができる。
また、吸湿剤をポリアクリル酸系樹脂を主成分とした部材とすることで、調湿素子を軽量に保ちつつ、調湿素子に高い吸湿性能を持たせることができる。
そして、第一塗液と第二塗液とのバインダの主成分をウレタン系エマルジョンとすることで、ウレタンを主とした基材とした柔軟で、ポリエステル系樹脂に対して結着性の良い塗膜を形成することができる。
さらに、ポリアクリル酸系樹脂は水分の吸脱着においてその体積を大きく膨張収縮するのであるが、第一塗液と第二塗液との基材を柔軟性に優れたウレタンとすることで、ポリアクリル酸系樹脂の膨張収縮を吸収し、吸湿性能を維持しつつ、剥離などすることなく塗膜を維持し続けることができる。
本発明に係る調湿素子の製造方法の更なる特徴構成は、前記第二面に金属蒸着層を有する点にある。
この構成によれば、金属蒸着層が高い熱伝導性を有するので、片面塗布部材全体の熱伝導率が高くなり、調湿素子全体の熱交換効率が高まるために、調湿素子の吸湿性能を高めることができる。
本実施形態に係る調湿素子を用いた空調システムの概略図 本実施形態に係る調湿素子の概略図 本実施形態に係る調湿素子の要部説明図 本実施形態に係る調湿素子の組み立て模式図 本実施形態に係る調湿素子の吸湿層の概略図 本実施形態に係る複合シートを得る方法を示す図 本実施形態に係る塗膜を形成する方法の説明図 本実施形態に係る調湿素子の組み立て模式図
本発明の実施形態に係る調湿素子の製造方法は、たとえば図1に示すようにデシカント式の空調システム100の処理対象空気と熱交換用空気とを温湿度調整する調湿素子D(D1,D2)の製造方法として用いられる。
この調湿素子D1,D2は、図2、3に示すように、吸湿層a(塗膜)を有する裏面14(第一面)と吸湿層aを有しない表面13(第二面)とを有する平板部材A(片面塗布板部材)と波板状に形成された波板部材C(第二板状部材)と波板部材Cの両面に吸湿層aを有する波板部材B(両面塗布板部材)とを順次に積層して形成している。
ガス流路1は平板部材Aと波板部材Bとを波板部材Bの山部Baにて接着し、平板部材A同士の間に、波板部材Bで仕切られる流路として形成されている。
ガス流路2は平板部材Aと波板部材Cとを波板部材Cの山部Caにて接着し、平板部材A同士の間に、波板部材Cで仕切られる流路として形成されている。
ガス流路1とガス流路2は、平面視における流れ方向が互いに交差する方向で、隣接する段ごとに交互配置されている。
ガス流路1に臨む平板部材Aの裏面14と波板部材Bの両面とには吸湿剤a1(吸湿剤)を接着してなる吸湿層aを設けてある。
ガス流路2に臨む平板部材Aの表面13に金属蒸着層cを設けてある。
ここで、平板部材Aは、図5に示すように、ポリエステル系樹脂を主成分とした平板状に形成された薄膜10(第一板状部材)の表面13に金属蒸着層cを設け、さらに裏面に、吸湿剤a1を、ウレタン系樹脂エマルジョンを主成分とするバインダbにより吸湿層aとして接着して設けたものである。
波板部材Cは、平板部材Aを構成するのと同じ薄膜10を波板状に加工したものである。
波板部材Bは、図5に示すように、波板部材Cの両面に、吸湿剤a1を、ウレタン系樹脂エマルジョンを主成分とするバインダbにより吸湿層aとして接着したものである。
〔空調システム〕
次に、本実施形態の調湿素子D1,D2を備える空調システム100について説明する。
図1は、調湿素子D1,D2を備える空調システム100の構成を示す図である。図示するように、この空調システム100は2つの調湿素子D1,D2を備える。後述するように、図1には、調湿素子D1で除湿運転が行われ、調湿素子D2で再生運転が行われている状態を記載している。空調システム100は、室外空間から取り込んだ室外空気を処理対象空気として一方の調湿素子D1の調湿部DSに流し、その調湿部DSを通過した後の処理対象空気を室内空間に送出するように構成されている。空調システム100は、室外空間から取り込んだ室外空気を室内に供給するための給気通路L1と、室内空間から取り出した室内空気を室外に排出するための排気通路L2とを有する。尚、本実施形態では、空気を流すためのファンやブロアなどの説明は省略している。
給気通路L1の途中には、室外から室内に向かって、調湿素子D1と顕熱熱交換器30とが順に配置されている。排気通路L2の途中には、室内から室外に向かって、顕熱熱交換器30と加熱器31と調湿素子D2とが順に配置されている。室外空間から給気通路L1に取り込まれた空気は、調湿素子D1の調湿部DSの流入口Winに導入され、調湿部DSにおいて吸着処理が行われた後、即ち、空気の除湿が行われた後、調湿部DSの流出口Woutから出て、給気通路L1を介して顕熱熱交換器30へ向かう。
顕熱熱交換器30では、調湿素子D1によって除湿(水分の吸着処理)が行われた後の室外空気と、室内から取り込まれた室内空気との熱交換が行われ、両者の温度が近付くことになる。つまり、調湿素子D1での水分の吸着処理によって水分が減少された後の室外空気は、顕熱熱交換器30でその温度が室内空気の温度に近付けられた状態で、給気通路L1を介して室内へと供給される。
顕熱熱交換器30で熱交換が行われた後の室内空気は、排気通路L2の途中に設けられた加熱器31によって昇温される。図1に示す例では、加熱器31には熱媒通流路32が接続され、その熱媒通流路32を流れる熱媒と、排気通路L2を流れる室内空気との間での熱交換が行われる。そして、昇温された後の室内空気は、排気通路L2を介して調湿素子D2に供給される。
加熱器31によって昇温された後の空気は、排気通路L2を介して調湿素子D2の調湿部DSの流入口Winに導入され、調湿部DSにおいて脱着処理が行われた後、即ち、吸湿剤a1の再生に利用された後、調湿部DSの流出口Woutから出て、排気通路L2を介して室外へと排出される。
加えて、本実施形態の空調システム100では、調湿素子D1の冷却部CSには室外空気が流れるように構成されている。具体的には、空調システム100は、調湿素子D1よりも上流側の給気通路L1の途中の分岐部位23と、調湿素子D2よりも下流側の排気通路L2の途中の合流部位24とを接続する分岐通路L3を有する。分岐通路L3を流れる室外空気は、調湿素子D1の冷却部CSの流入口Cinに導入され、調湿部DSが吸着処理を行った場合に発生する吸着熱を平板部材Aを介して吸収した後、冷却部CSの流出口Coutから出て、排気通路L2の合流部位24に至る。このように、調湿素子D1の調湿部DSには、室外空気に吸着熱が加わった温度の空気が流れ、調湿素子D1の冷却部CSには、室外空気と同等の温度の空気が流れる。つまり、冷却部CSに流れる空気の温度は調湿部DSに流れる空気の温度よりも低くなっているので、冷却部CSを流れる空気によって、調湿部DSを確実に冷却することができる。
また、図示を省略するが、空調システム100は、調湿素子D1と調湿素子D2とを切り換える切換機構等を備えている。その結果、吸着処理に利用した後の調湿素子D1を次に再生すること、及び、吸湿剤a1の再生を行った後の調湿素子D2を次に吸着処理に利用することが可能となる。同じく図示を省略するが、空調システム100を用いて、室内へ供給される空気を加湿するような運転も可能である。
以上の構成にあっては、調湿素子D1の調湿部DSでは、空調空気SAとして供給される室外空気OAが、冷却部CSを通流する室内空気RAにて吸湿熱を吸熱されながら、除湿され、高い除湿能力を発揮できる。
〔調湿素子D〕
この調湿素子Dは、図2に示すように調湿部DSと冷却部CSとで構成されている。
そして、調湿部DSは、平板部材Aと波板部材Bとで構成されており、冷却部CSは平板部材Aと波板部材Cと側板等(図示せず)とを備えている。
ここで、側板は、調湿部DSないしは冷却部CSの通流方向の側面端部を塞ぐ壁面であり、調湿部DSないしは冷却部CSの端部において流路を形成できる。調湿部DSの側板の内面には吸湿層aを備えることができる。また、冷却部CSの内面には、金属蒸着層cを備えることができる。
調湿部DSには、図4に示すように波板部材B(B1,B2,………)が平板部材A(A1,A2,………)の裏面14に沿う状態で配設されている。そして、一対の平板部材Aの裏面同士を対向させて、その間に波板部材Bを挟み、平板部材Aの裏面14と波板部材Bの山部Baとが接着している。そして、平板部材Aの裏面14と波板部材Bとで仕切られる複数の流路がガス流路1である。
冷却部CSには、図4に示すように波板部材C(C1,C2,………)が平板部材A(A1,A2,………)の表面13に沿う状態で配設されている。そして、一対の平板部材Aの表面13同士を対向させて、その間に波板部材Cを挟み、平板部材Aの表面13と波板部材Cの山部Caとを接着している。そして、平板部材Aの表面13と波板部材Cとで仕切られる複数の流路がガス流路2である。
そして、図4に示すように調湿部DSに配設される波板部材B(B1、………)と、冷却部CSに配設される波板部材C(C1,………)とは波面の波が互いに直交する状態で調湿部DSと冷却部CSとを交互に積層して配設されている。つまり、ガス流路1とガス流路2は、平面視における流れ方向が互いに交差する方向で、隣接する段ごとに交互配置されている。
つまり、一対の調湿素子D1、D2のそれぞれは、図1に示すように、通過する吸湿空気に含まれる水分を吸湿するガス流路1を形成する調湿部DSと、通過する処理対象空気にて調湿部DSでの吸湿により発生した熱を受け取るガス流路としてのガス流路2を形成する冷却部CSとを、平板部材Aで区画しつつ隣接する段ごとに交互に積層して構成されている。
これにより、調湿素子D1、D2には、調湿部DSと冷却部CSの積層方向視で、調湿部DSに対し特定方向から処理対象空気を通流させて吸湿している状態で、冷却部CSに対し特定方向と直交する方向から冷却用空気を通流させて調湿部DSでの吸湿に伴う吸湿熱を回収可能に構成されている。
また、冷却部CSでは、金属蒸着層cにより、調湿部DSにおける放熱が、効率よく冷却部CSに伝達される。また、ここで伝達される熱は、隣接する調湿部DSにおいて、波板部材Bで区画される複数の流路を横断する方向に伝導させられるので、平板部材Aの表面13を伝熱面としてきわめて有効に利用できる形態となる。
〔空調システムの運転方法〕
切換機構は、図1に示すように、一方側の調湿素子D1を吸湿側とするとともに他方側の調湿素子D2を再生側とする第一通流状態と、図示は省略するが、他方側の調湿素子D2を吸湿側とするとともに一方側の調湿素子D1を再生側とする第二通流状態とを、切り換え可能に構成されている。
説明を追加すると、切換機構は、給気通路R1を、室外空間から取り込んだ処理対象空気が、一方側の調湿素子D1の調湿部DSを通流する状態とし、排気通路L2を、室内空間から取り出した冷却用空気が、蒸発器Jと、一方側の調湿素子D1の冷却部CSと、凝縮器Gと、他方側の調湿素子D2の調湿部DSとを、記載の順に通流する状態とする第一通流状態と、図示は省略するが、給気通路R1を、室外空間から取り込んだ処理対象空気が、他方側の調湿素子D2の調湿部DSを通流する状態とし、排気通路L2を、室内空間から取り出した冷却用空気が、蒸発器Jと、他方側の調湿素子D2の冷却部CSと、凝縮器Gと、一方側の調湿素子D1の調湿部DSとを、記載の順に通流する状態とする第二通流状態とを、切換可能に構成されている。
因みに、切換機構が、空気の通流状態を、第一通流状態に切り換えている場合には、室外空気OAは、調湿素子D1の調湿部DSを通過することで除湿されつつ、冷却部CSを通過する室内空気RAにて冷却され、空調空気SAとして室内空間へ供給される。一方、調湿素子D2の調湿部DSは、凝縮器Gで加熱された室内空気RAが供給されるため、再生される。
〔平板部材Aと波板部材Bと波板部材Cとについて〕
平板部材Aおよび波板部材Bおよび波板部材Cは、ポリエステル系樹脂を基材とした薄膜10を加工したものが用いられている。
このようなポリエステル系樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステルや、これらのポリエステル樹脂原料を他の樹脂成分などとともに共重合させたポリエステル共重合体や他の樹脂材料を混合したポリエステルブレンド材料を利用することができる。
なお、ポリエステル系樹脂を主成分とするという場合、ポリエステルを構成する樹脂原料が、ポリエステルを構成しない樹脂原料のいずれに比べてもその重量比において多く用いられていれば、ポリエステル系樹脂が主成分となっているものとし、樹脂原料以外の添加物を考慮しないものとする。この主成分の定義は、他の例においても同様とする。
平板部材Aは、本例では薄膜10の表面13に金属を蒸着させて金属蒸着層cを設け、さらに裏面14に吸湿剤a1を接着して吸湿層aを形成したものを用いている。金属蒸着層cを設けることで、平板部材Aの熱伝導率を高くすることができる。
なお、平板部材Aとしては、あらかじめ金属蒸着層cを備えた薄膜10の裏面14に吸湿剤a1を接着して吸湿層aを形成したものを用いてもよい。
薄膜10は、厚さ(板厚)30〜100μmのPETフィルムを用いることが好ましい。薄膜10の厚さ(板厚)は典型的には60〜100μmが特に好ましい。
また、平板部材Aは、厚さ(板厚)50〜250μmであることが好ましい。平板部材Aの厚さ(板厚)は典型的には100〜150μmが特に好ましい。
平板部材Aの厚みが薄すぎると強度が弱く、厚すぎると調湿素子Dが大きく、また重くなってしまう。
波板部材Cは、本例では、薄膜10を波板加工したもの波板部材Cとして用いている。
薄膜10を波板加工するにはたとえば、波型が形成されたコルゲートロール(図示せず)を2本を、当該コルゲートロールの軸方向に平行に配列し、さらに当該コルゲートロールの山部と谷部とを互いに噛合して、当該2本のコルゲートロールの噛合部に薄膜10を案内して波形に型付けすればよい。
なお、波板部材Cとしては、市販の波板加工した材料を用いてもよい。
波板部材Bは、本例では波板部材Cの両面に吸湿剤a1を接着して吸湿層aを形成したものを用いている。
また、波板部材Bは、厚さ(板厚)70〜300μmであることが好ましい。波板部材Bの厚さ(板厚)は典型的には120〜200μmが特に好ましい。
波板部材Bは、厚みが薄すぎると強度が弱く、厚すぎると調湿素子Dが大きく、また重くなってしまう。
本例では、波板部材Bもしくは波板部材Cの厚さ(山を含む厚さ)は、例えば6mmとできる。典型的には、3〜10mm程度に調整する。高さが低すぎると、調湿素子Dとして構成したときに、調湿素子D全体の通気の圧力損失が大きくなりすぎて好ましくない。高さを大きく取りすぎると、調湿素子Dの大きさに足して吸湿や熱交換に寄与する面積が狭くなりすぎるので好ましくない。
また、波板部材Bの隣接する山部との、波板部材Bの板面上での距離(波板の波の波長の1/2に相当する長さ)は、例えば3mmとできる。典型的には、2〜5mm程度に調整する。距離が近すぎると、調湿素子Dとして構成したときに、調湿素子D全体の通気の圧力損失が大きくなりすぎて好ましくない。距離を大きく取りすぎると、調湿素子Dの大きさに対して吸湿や熱交換に寄与する面積が狭くなりすぎるので好ましくない。
〔吸湿剤〕
吸湿剤a1は、本例ではポリアクリル酸系樹脂を主成分とし、これを粒状に成形したものを用いている。
ポリアクリル酸系樹脂は、親水性のカルボキシル基を有し、かつ網目構造の中に多数の水分子を取り込んでゲル構造を作ることにより高い吸水性を発揮するものである。
吸湿剤a1として用いる粒状に成形したポリアクリル酸系樹脂は、その粒の平均粒子径が、乾燥時および吸湿状態において20〜200μmであることが好ましく、30〜100μmであることがより好ましい。
ポリアクリル酸系樹脂の粒子径が小さすぎると、吸湿層a(塗膜)にその粒が埋没してしまい、ガス流路1を通過する空気と接触できず、吸湿ないしは放湿できなくなる。
ポリアクリル酸系樹脂の粒子径が大きすぎると、吸湿層aから大きくはみ出ることになる。そうすると、吸湿ないしは放湿に伴うポリアクリル酸系樹脂の体積変化(膨張収縮)に伴う歪によって、吸湿層aから脱離しやすくなり、吸湿剤a1として機能できなくなってしまう。
吸湿剤a1の具体例としてはたとえば、日本エクスラン工業株式会社製のタフチック(登録商標)HU−750P(商品名)を用いることができる。
なお、ポリアクリル酸系樹脂を主成分とするか否かについても、種々の添加物を除いた吸湿剤として機能する樹脂原料中に含まれるポリアクリル酸系樹脂の割合によって判断するものとする。
吸湿剤a1としてはその他、紙おむつ、保冷剤等に用いられる一般的な吸水性樹脂を広く用いることもできる。
〔バインダ〕
バインダbは、ウレタン樹脂を主成分として含有している。このウレタン樹脂としては、ポリオールと2官能性イソシアネートとを原料として合成されたものを用いることができる。
このウレタン樹脂はたとえばウレタン樹脂エマルジョンの分散媒を乾燥して除去したものとして得ることができる。具体例としてはたとえば、ウレタン樹脂エマルジョンとしては、第一工業製薬株式会社製の水性ウレタン樹脂である、スーパーフレックスE―2000(商品名)を乾燥して用いることができる。
〔調湿素子Dの製造方法〕
本発明の実施形態に係る調湿素子の製造方法は、たとえば図6〜8に示すように、平板状に形成され、その表面13(第二面)に金属蒸着層cを有するPET(樹脂)製の一対の薄膜10(第一板状部材)を、表面13同士を向かい合わせにして、それぞれの表面13を互いにマスクするよう重ね合わせて一体の複合シート11とし、吸湿剤a1を含有する塗液21(第一塗液)に複合シート11を浸漬した後引き上げて薄膜10の裏面14に塗液21の吸湿層a(塗膜)を形成した後、複合シート11を剥離して、吸湿層aを有する裏面14(第一面)と吸湿層aを有しない表面13とを有する平板部材A(片面塗布板部材)を得る工程と、波板状に形成された樹脂製の波板部材C(第二板状部材)を、塗液21(第二塗液)に浸漬した後引き上げて、波板部材Cの両面に吸湿層aを有する波板部材B(両面塗布板部材)を得る工程と、平板部材Aの裏面14と、波板部材Bの山部Baとを接着する工程とを有する。そしてさらに平板部材Aの表面13と、波板部材Cの山部Caとを接着する工程とを有する。
ここで、薄膜10はポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、波板部材Cはポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、吸湿剤a1はポリアクリル酸系樹脂を主成分とした部材で構成され、
塗液21のバインダbはウレタン系エマルジョンを主成分とする樹脂材料で構成されている。
以下、調湿素子Dを製造する具体例を説明していく。
〔塗液の調整〕
バインダbの主原料となるウレタン系エマルジョン(E―2000:第一工業製薬株式会社製の水性ウレタン樹脂である、スーパーフレックス(商品名))を用意し、変性アルコール(AP−7:日本アルコール販売株式会社製のソルミックス(登録商標))でゆっくり撹拌しながら希釈する。さらにこの希釈液に、吸湿剤a1として、ポリアクリル酸系樹脂(HU−750P:日本エクスラン工業株式会社製のタフチック(登録商標)、粒径50μm)を塗液100重量部に対して10〜30重量部を、少量ずつ投入し、ゆっくりと撹拌して分散させながら、塗液21を調製する。
〔片面塗布工程(平板部材Aを得る工程)〕
図6に示すように、表面13に金属蒸着層cを有する厚さ(板厚)75μmの一対の同じ形状の平板状のPETフィルム(薄膜10)を、その表面13同士を向かい合わせにしてそれぞれの表面13を互いにマスクするよう重ね合わせて付けて、市販のテープ12で一対の薄膜10を互いに固定して、一体の平板状の複合シート11を作成する。このように複合シート11を作るとき、図6に示すようにその全周端部をテープ12で覆うように固定する。
このようにテープ12で複合シート11の全粒端部を覆うことで、複合シート11を塗液21に浸漬したときに、重ね合わさる1対の表面13同士の間に、塗液21が浸潤することを防ぐことができる。
このテープ12としては、例えば基材にポリ四フッ化エチレンフィルムを用い、粘着剤としてシリコーン系粘着剤を用いたものを使用することができる。具体例としてはたとえば3M社製のPTFEテープ(型式:5490)を用いることができる。
次に、図7に示すように、この複合シート11を、あらかじめ塗布槽20内に貯留した塗液21に、ゆっくりとした速度v1で浸漬した後、浸漬した状態で所定の時間t1のあいだ維持し、さらにその後、複合シート11を塗液21からゆっくりとした一定の速度v2で引き揚げて塗膜を形成(浸漬塗布)した後、その塗膜を恒温槽(図示せず)で90℃にて20分間乾燥させる。そうすると、複合シート11の両面に吸湿剤a1がバインダbを介して接着された吸湿層aを形成できる。
そして、図8に示すように、吸湿層aを形成した複合シート11のテープ12を除去して再び2枚のフィルムに剥離すると、それぞれが、薄膜10の表面に金属蒸着層cを有し、さらにその裏面に吸湿層aを有する平板部材Aを得ることができる。
速度v1は遅すぎると製造時間(塗布する時間)が長くなり、生産性が低下するので好ましくない。早すぎると、複合シート11とともに空気を巻き込んで、その巻き込んだ空気が裏面14に気泡として付着した状態になり、この気泡によって塗液21と裏面14との接触が阻害されて、たとえば吸湿層aの一部が欠落したような不均一な平板部材Aが得られてしまうことがある。
時間t1は適度に設定すればよい。時間t1を長く設定しておくと、例えば速度v1として定めた速度が速すぎて、複合シート11に気泡が付着した状態となってしまっても、浸漬した状態を維持している間に、その気泡が除去されて塗液21と裏面14との接触阻害が解消されることがある。
なお、本例では気泡の除去を促進するために、浸漬した状態を維持している間、複合シート11を10秒ごとなどの間欠的に毎秒10mmの速度で1秒間づつ上下交互に移動させてもよい。このようにすることで、上下への間欠移動の時に、複合シート11に付着した気泡に運動エネルギーの刺激が与えられて、気泡の離脱が促進される。
ただし、時間t1をあまりに長く設定しておくと製造時間(塗布する時間)が長くなり、生産性が低下するので好ましくない。本製造方法においては、時間t1は5秒から500秒程度とすればよい。
〔両面塗布工程(波板部材Bを得る工程)〕
まず、あらかじめ波板形状に加工した厚さ(板厚)75μmのPET製の波板部材Cに上記片面塗布工程と同じ混合液を浸漬塗布して、両面に吸湿層aを形成した波板部材Bとなる。
具体的には、波板部材Cの山の峰方向を浸漬方向とし、浸漬した状態で所定の時間t2のあいだ維持し、ゆっくりとした一定の速度v4で引き揚げて塗膜を形成(浸漬塗布)した後、その塗膜、恒温槽で90℃にて20分間乾燥させることにより、波板部材Bに吸湿剤a1の接着された吸湿層aを形成した。
このように、波板部材Cの山の峰方向を浸漬方向としておくと、波板部材Cの山の凹凸に塗液が滞留することが無くなるので、上記の片面塗布工程において平板状の複合シート11に吸湿層aを形成した場合とおよそ同様に、速度v3、時間t2、速度v4を設定することができる。
つまり、本実施例においては、塗液21に波板部材Cを浸漬ないしは塗液21から波板部材Cを引き上げる際、波板部材Cの山の峰方向を浸漬方向としているので、速度v3は速度v1とおよそ同様に、時間t2は時間t1とおよそ同様に、速度v4は速度v2とおよそ同様に設定することができる。
なお、波板部材Cの山の峰方向とは異なる方向(例えば波板部材Cの山の峰方向と直行する方向)を浸漬方向とすると、波板部材Cの山の凹凸に塗液が滞留するので、片面塗布工程において平板状の複合シート11に吸湿層aを形成した場合とは大きく異なる速度v3、時間t2、速度v4を設定する必要がある。
〔調湿部DSの形成工程〕
この工程では、図2〜4に示すように、平板部材Aの裏面14と波板部材Bの山部とを接着して、平板部材Aの裏面14と波板部材Bとで区画されたガス流路1を有する調湿部DSを形成する。
本例では、一対の平板部材A(A1、A2)の裏面14同士を対向させた状態で、平板部材A1と平板部材A2との間に波板部材B(B1)を配置して挟み、裏面14と波板部材B(B1)の山部Baとを熱伝導性の接着剤で接着して、平板部材A(A1、A2)の裏面14と波板部材Bで仕切られるガス流路1を複数形成し、調湿部DSとしている。
本例では、裏面14と山部Baとの熱伝導性の接着剤での接着は以下のように行う。まず、山部Baの頂部(峰)の全長に対して適量の接着剤を塗布する。そして、一対の平板部材A(A1、A2)の裏面14同士を対向させた状態で、その間に山部Baに接着剤を塗布した波板部材B(B1)を配置して挟み、平板部材A(A1、A2)の裏面14と山部Baとを接触させて裏面14と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にする。平板部材A1と平板部材A2のそれぞれから波板部材B(B1)を押圧する状態で固定し、接着剤に応じた所定の方法で接着剤を固化させて、接着を完了する。
熱伝導性の接着剤としては、例えばエポキシ樹脂を基材とした接着剤を使用することができる。具体例としてはたとえば、3M社製の熱伝導性エポキシ接着剤(型式:EW2070)を用いることができる。
なお、平板部材Aと波板部材Bとを接着するには、熱伝導性の接着剤で接着する以外にも、融着等種々公知の手段を適用することができる。
〔冷却部CSの形成工程〕
この工程では、図2〜4に示すように、平板部材Aの表面13と波板部材Cの山部Caとを接着して、平板部材Aの表面13と波板部材Cとで区画されたガス流路2を有する冷却部CSを形成する。
本例では、一対の平板部材A(A2、A3)の表面13同士を対向させた状態で、その間に波板部材C(C1)を配置して挟み、表面13と波板部材Cの山部Caとを熱伝導性の接着剤で接着して、平板部材A(A2、A3)の表面13と波板部材Cとで仕切られるガス流路2を複数に形成し、冷却部CSとする。
本例では、表面13と山部Caとの熱伝導性の接着剤での接着は以下のように行う。まず、山部Caの頂部(峰)の全長に対して適量の接着剤を塗布する。そして、一対の平板部材A(A2、A3)の表面13同士を対向させた状態で、その間に山部Caに接着剤を塗布した波板部材C(C1)を配置して挟み、平板部材A(A2、A3)の表面13と山部Baとを接触させて表面13と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にする。平板部材A2と平板部材A3のそれぞれから波板部材C(C1)を押圧する状態で固定し、接着剤に応じた所定の方法で接着剤を固化させて、接着を完了する。
熱伝導性の接着剤としては、例えばエポキシ樹脂を基材とした接着剤を使用することができる。具体例としてはたとえば、3M社製の熱伝導性エポキシ接着剤(型式:EW2070)を用いることができる。
なお、平板部材Aと波板部材Cとを接着するには、熱伝導性の接着剤で接着する以外にも、融着等種々公知の手段を適用することができる。
〔調湿素子Dの形成〕
調湿部DSの形成工程で形成した調湿部DSの平板部材A(A2)の表面13に対し、さらに冷却部CSの形成工程を行い、平板部材A(A2、A3)と波板部材C(C1)とで冷却部CSを形成することで、調湿部DSに冷却部CSを積層して配設することができる。さらに、冷却部CSの平板部材A(A3)の裏面14に対し、調湿部DSの形成工程を行い、平板部材A(A3、A4)と波板部材B(B2)とで調湿部DSを形成し、さらに以下同様に繰り返し、図3に示すように、任意の層数を有する調湿素子Dを形成する。
このとき、調湿部DSに配設される波板部材B(B1、………)と、冷却部CSに配設される波板部材C(C1,………)とは波面の波が互いに直交する状態で調湿部DSと冷却部CSとを交互に積層して配設する。このようにして、ガス流路1とガス流路2とを、平面視における流れ方向が互いに交差する方向で、隣接する段ごとに交互配置する。
つまり、一対の調湿素子D1、D2のそれぞれは、図1に示すように、通過する吸湿空気に含まれる水分を吸湿するガス流路1を形成する調湿部DSと、通過する処理対象空気にて調湿部DSでの吸湿により発生した熱を受け取るガス流路としてのガス流路2を形成する冷却部CSとを、平板部材Aで区画しつつ隣接する段ごとに交互に積層して構成する。
〔別実施形態〕
(1)上記実施形態では、前記ガス流路として、平面視における流れ方向が互いに交差する方向に形成されるガス流路1とガス流路2とを交互に配置したが、これに限らず、ガス流路1とガス流路2とが流れ方向が同方向に形成してもよいし、対向流に形成してもよい。
(2)上記実施形態では、複合シート11を形成する時、その表面13同士を向かい合わせにしてそれぞれの表面13を互いにマスクするよう重ね合わせて付けて、市販のテープ12で一対の薄膜10を互いに固定して、一体の平板状の複合シート11としたが、薄膜10を、表面13同士を向かい合わせにして重ね合わせて一体の複合シート11を形成できるのであればその方法は問わない。たとえば、表面13の端部の全周に接着剤やのり剤を塗布して張り合わせて付けて、複合シート11を形成してもよい。
(3)上記実施形態では、薄膜10および波板部材Cは、PETフィルムであるとしたが、薄膜10および波板部材Cは、PETフィルムのように単一の樹脂材料から形成されたものに限らない。たとえは、上記金属蒸着層cを蒸着させる代わりに、PETと他の樹脂が二層に形成されたフィルムを用いてもよい。このような二層のフィルムは、例えば共押し出しで製造することができる。具体的には、第一層をPETとし、第二層を、熱伝導性を向上させるフィラーを練りこんだ別の樹脂で形成すると、上記金属蒸着層cを設ける方法と同様に、平板部材Aの熱伝導率を向上させることができる。
(4)上記実施形態では、裏面14と山部Baとの熱伝導性の接着剤での接着は、まず、山部Baの頂部(峰)の全長に対して適量の接着剤を塗布し、一対の平板部材A(A1、A2)の裏面14同士を対向させた状態で、その間に山部Baに接着剤を塗布した波板部材B(B1)を配置して挟み、平板部材A(A1、A2)の裏面14と山部Baとを接触させて裏面14と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にすることとしたが、接着剤を介して接続した状態にする順序は例示したものに限られない。たとえば、一方の平板部材Aの裏面14と、波板部材B(B1)の山部Baとを接触させて裏面14と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にした後、さらに、他方の平板部材Aの裏面14と、波板部材B(B1)の山部Baとを接触させて裏面14と山部Baとを接着剤を介して接続した状態としてもよい。
(5)上記実施形態では、表面13と山部Caとの熱伝導性の接着剤での接着は、まず、山部Caの頂部(峰)の全長に対して適量の接着剤を塗布し、一対の平板部材A(A2、A3)の表面13同士を対向させた状態で、その間に山部Caに接着剤を塗布した波板部材C(C1)を配置して挟み、平板部材A(A2、A3)の裏面14と山部Baとを接触させて裏面14と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にすることとしたが、接着剤を介して接続した状態にする順序は例示したものに限られない。たとえば、一方の平板部材Aの表面13と、波板部材C(C1)の山部Baとを接触させて表面13と山部Baとを接着剤を介して接続した状態にした後、さらに、他方の平板部材Aの表面13と、波板部材C(C1)の山部Baとを接触させて表面13と山部Baとを接着剤を介して接続した状態としてもよい。
(6)上記実施形態では、一対の調湿素子D1、D2のそれぞれは、通過する吸湿空気に含まれる水分を吸湿するガス流路1を形成する調湿部DSと、通過する処理対象空気にて調湿部DSでの吸湿により発生した熱を受け取るガス流路としてのガス流路2を形成する冷却部CSとを、平板部材Aで区画しつつ隣接する段ごとに交互に積層して構成されているとしたが、調湿部DSを再生する際には、調湿部DSのガス流路1は、通過する放湿用空気(再生用空気)に吸湿した水分を放湿する流路とし、冷却部CSのガス流路2は、通過する放湿用空気にて調湿部DSでの放湿のために必要な熱を供給する加熱用空気を通流させるガス流路として機能させることができる。
つまり、調湿部DSを再生する際に、調湿素子D1、D2は、調湿部DSと冷却部CSの積層方向視で、調湿部DSに対し特定方向から放湿用空気を通流させて放湿している状態で、冷却部CSに対し特定方向と直交する方向から加熱用空気を通流させて調湿部DSでの放湿に必要な脱湿熱を供給可能に構成されている。
このとき、冷却部CSでは、金属蒸着層cにより、調湿部DSにおける吸熱が、効率よく冷却部CSから伝達される。
(7)上記調湿素子Dは、図1の空調システムに限らず種々公知の形態の空調システムに適用できることが明らかである。
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
本発明に係る調湿素子の製造方法は、たとえば、デシカント式の空調システムに用いられる調湿素子Dの製造方法として利用することができる。
10 :薄膜(第一板状部材)
11 :複合シート
13 :表面
14 :裏面
21 :塗液(第一塗液、第二塗液)
A :平板部材(片面塗布板部材)
A1 :平板部材(片面塗布板部材)
A2 :平板部材(片面塗布板部材)
A3 :平板部材(片面塗布板部材)
B :波板部材(両面塗布板部材)
Ba :山部
C :波板部材(第二板状部材)
Ca :山部
D :調湿素子
D1 :調湿素子
D2 :調湿素子
a :吸湿層(塗膜)
a1 :吸湿剤
b :バインダ
c :金属蒸着層

Claims (6)

  1. 平板状に形成された樹脂製の一対の第一板状部材を、その表面同士を向かい合わせにして一体の複合シートとし、吸湿剤を含有する第一塗液に前記複合シートを浸漬した後引き上げて前記第一板状部材の裏面に前記第一塗液の塗膜を形成した後、前記複合シートを剥離して、当該塗膜を有する第一面と当該塗膜を有しない第二面とを有する片面塗布板部材を得る工程と、
    波板状に形成された樹脂製の第二板状部材を、吸湿剤を含有する第二塗液に浸漬した後引き上げて、前記第二板状部材の両面に塗膜を有する両面塗布板部材を得る工程と、
    前記片面塗布板部材の前記第一面と、前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程とを有する調湿素子の製造方法。
  2. 請求項1に記載の調湿素子の製造方法において、さらに前記片面塗布板部材の前記第二面と、前記第二板状部材の山部とを接着する工程を有する調湿素子の製造方法。
  3. 前記片面塗布板部材の前記第一面と、前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程において、
    一対の前記片面塗布板部材の前記第一面同士を対向させた状態で、当該一対の片面塗布部材の間に前記両面塗布板部材を配置して、それぞれの前記第一面と前記両面塗布板部材の山部とを接着する工程を有する請求項1または2に記載の調湿素子の製造方法。
  4. 前記片面塗布板部材の前記第二面と、前記第二板状部材の山部とを接着する工程において、
    一対の前記片面塗布板部材の前記第二面同士を対向させた状態で、当該一対の片面塗布部材の間に前記第二板状部材を配置して、それぞれの前記第二面と前記第二板状部材の山部とを接着する工程を有する請求項2または3に記載の調湿素子の製造方法。
  5. 前記第一板状部材はポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、
    前記第二板状部材はポリエステル系樹脂を主成分とした板部材で構成され、
    前記吸湿剤はポリアクリル酸系樹脂を主成分とした部材で構成され、
    前記第一塗液と前記第二塗液とのバインダはウレタン系エマルジョンを主成分とする樹脂材料で構成される請求項1〜4のいずれか一項に記載の調湿素子の製造方法。
  6. 前記第二面に金属蒸着層を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の調湿素子の製造方法。
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