JP2012179559A

JP2012179559A - 除湿体及びこれを備えたデシカント除湿装置

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Publication number: JP2012179559A
Application number: JP2011044699A
Authority: JP
Inventors: Akira Kishimoto; 章岸本; Ryo Enomoto; 量榎本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】高い除湿性能を有する除湿体を提供すること。
【解決手段】水分を吸湿するための除湿材２４と、粒子径が１〜５００μｍである微粒子４４と、除湿材及び微粒子を保持するためのバインダ４６とが混合されてなる除湿体。この除湿体における微粒子の混合比率は、１０〜４０重量％であるのが望ましい。この除湿体は、デシカント除湿装置に好都合に適用することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被乾燥ガス、例えば空気に含まれた水分を吸湿する除湿体及びこれを備えたデシカント除湿装置に関する。

例えば、空気中に含まれた水分を除去するために除湿材が広く利用されている。除湿材は、空気中の水分を吸着して除去するとともに、高温の空気にさらされると吸着している水分を放出して再生され、このような特性を利用して低湿度から高湿度まで広範囲の湿度領域において除湿および加湿を行う調湿機能が得られる。

このような除湿材の調湿機能を利用したものとして例えばデシカント除湿装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。デシカント除湿装置は、除湿材を担持した円板状の除湿ロータを備え、この除湿ロータが駆動源によって吸着域及び再生域を通して回転される。除湿ロータは、その厚み方向に平行な通風孔が設けられたハニカム状構造、コルゲート状構造などの通風構造に構成され、この通風構造の表面、即ち通風孔の表面に除湿材が塗布されて担持される。

このデシカント除湿装置においては、吸着域では、除湿ロータの通風孔内を通過する間に、除湿材により空気中の水分が吸着され、水分を放出した空気が所定の場所に供給され、これによって、この場所が除湿空気によって調湿される。一方、再生域では、空気が加熱された後に除湿ロータを通り、この加熱空気が除湿ロータの通風孔を通過する間に、除湿材に吸着された水分が奪い取られて除湿材が再生され、水分を奪い取った空気が、その使用場所に送給される。また、再生された除湿材は、除湿ロータの回転によって吸着域に移動し、このように除湿ロータが連続的に回転することによって、吸着域における水分吸着と再生域における水分脱離が交互に繰り返して遂行される。

除湿材としては、一般的に、塩化リチウムなどの化学吸湿材や、活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、吸湿性高分子などの物理吸湿材が広く用いられている。特に、シリカゲルや吸湿性高分子は水分吸湿量が多く、また安価に入手することができるために、デシカント除湿装置においても使用されることが多い。

特開２００３−４２５５号公報

この除湿材を含む除湿体は、例えば、パルプ繊維やガラス繊維などからなるシート状母材の表面に除湿材を塗布担持させて調製される。ところが、母材に除湿材を塗布担持させたものにおいては、水分の吸湿、放湿に寄与する部分は、主として被乾燥空気に接する塗布層（除湿材を含む層）の表面部であり、被乾燥空気に直接接しない部分、即ち母材の表面付近の部分（換言すると、塗布層の下部）に存在する除湿材は、吸湿、放湿にほとんど寄与しないという問題がある。

このようなことから、除湿性能を向上させようと母材への除湿材の塗布担持量を増やした除湿体を調製することも考えられるが、このように調製したものにおいても、水分の吸湿、放湿に寄与する部分は、主として被乾燥空気に直接接している部分であり、それ故に、除湿材の塗布量を増やしても除湿性能の向上効果はほとんど見込めなかった。

本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、高い除湿性能を有する除湿体及びこれを備えたデシカント除湿装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の除湿体は、水分を吸湿するための除湿材と、粒子径が１〜５００μｍである微粒子と、前記除湿材及び前記微粒子を保持するためのバインダとが混合されてなることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の除湿体では、前記微粒子の混合比率は、１０〜４０重量％であることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の除湿体では、前記微粒子は有機物質を主材とすることを特徴とする。

更に、本発明の請求項４に記載のデシカント除湿装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の除湿体を備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の除湿体によれば、除湿材に粒子径が１〜５００μｍである微粒子が加えられているので、母材に除湿材を塗布担持させる際に、この微粒子が三次元的に分散し、除湿材の塗布担持状態が三次元的となって表面積を大きくすることができる。それ故に、乾燥すべきガス（例えば、空気）が塗布担持され除湿材により接し易くなり、その結果、除湿体全体の単位体積当たりの除湿能力が向上し、被乾燥ガスに含まれた水分を効果的に除湿することができる。

また、本発明の請求項２に記載の除湿体によれば、微粒子の混合比率が１０〜４０重量％であるので、微粒子を三次元的に分散させて除湿材を三次元的に塗布担持させることができ、これによって、除湿体全体の単位体積当たりの除湿能力をより一層向上させることができる。

また、本発明の請求項３に記載の除湿体によれば、微粒子は有機物質を主材としているので、所望粒径のものを容易につくることができ、また除湿材と混合させても除湿材の除湿性能を低下せることがない。

更に、本発明の請求項４に記載のデシカント除湿装置によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の除湿体を備えているので、除湿装置の除湿能力を高めて空気中の水分をより多く除湿することができる。

本発明の従うデシカント除湿装置の一実施形態を示す簡略図。図１のデシカント除湿装置の除湿ロータを示す斜視図。図２の除湿ロータの一部を拡大して示す部分拡大断面図。除湿性能実験に用いた風洞装置を簡略的に示す斜視図。

以下、添付図面を参照して、本発明に従う除湿体及びこれを備えたデシカント除湿装置の一実施形態について説明する。

図１において、図示のデシカント除湿装置は、装置ハウジング２を備え、この装置ハウジング２内が仕切り部材５により仕切られ、この仕切り部材５の片側（図１において下側）に吸入流路４が規定され、その他側（図１において上側）に排出流路６が規定されている。吸入流路４の導入側には第１導入ダクト８が配設され、その導出側には第１導出ダクト１０が配設されている。また、排出流路６の導入側には第２導入側ダクト１２が配設され、その導出側には第２導出ダクト１４が配設されている。このようなデシカント除湿装置は建造物などに設置され、図１において左側が建造物の屋外１６となり、図１において右側が建造物の内側（例えば、屋内空間）となる。

この装置ハウジング２内には、吸入流路４及び排出流路６にまたがって除湿ロータ２０が配設され、除湿ロータ２０は、水分を除湿するための除湿体を構成する。除湿ロータ２０は円板状であり、その片側部が吸入流路４側に位置し、その他側部が排出流路６に位置する。吸入流路４には吸着域Ｋが設けられ、排出流路６には再生域Ｓが設けられ、除湿ロータ２０は吸着域Ｋ及び再生域Ｓを通して回動される。この除湿ロータ２０には、所定方向に回動するためのモータ（図示せず）が駆動連結され、このモータによって所定方向に回動される。

図２を参照して、除湿ロータ２０は、後に詳細に説明するが、ハニカム状構造の通風構造に構成され、多数の通風孔２２が厚さ方向（即ち、図１において左右方向、図２において左下から右上の方向）に平行に延びており、多数の通風孔２２を通して空気（即ち、被乾燥ガス）が流れる。この除湿ロータ２０のハニカム状構造の表面、即ち多数の通風孔２２を規定する表面には、後述するようにして除湿材２４（図３参照）が担持されている。尚、除湿ロータ２０の通風構造は、コルゲート状構造などの他の通風構造でもよい。

再び図１に戻って、このデシカント除湿装置では、吸入流路４には吸入ファン２６が設けられ、この吸入ファン２６は、除湿ロータ２０の下流側（換言すると、吸着域Ｋの下流側）に配設されている。また排出流路６には加熱手段２８及び排気ファン３０が設けられ、加熱手段２８は、除湿ロータ２０の上流側（換言すると、再生域Ｓの上流側）に配設され、排気ファン３０は除湿ロータ２０の下流側（換言すると、再生域Ｓの下流側）に配設されている。尚、加熱手段２８は、例えば、温水との間で熱交換を行う熱交換器、電気に加熱する加熱ヒータなどから構成される。

このデシカント除湿装置の動作を概説すると、次の通りである。除湿動作中は、モータ（図示せず）が作動して除湿ロータ２０が所定方向に回動される。また、吸入ファン２６が作動して外気の吸入が行われるとともに、排気ファン３０が作動して室内の空気の排気が行われる。

外部（建造物の屋外）からの空気（被乾燥ガス）は、矢印３２で示すように、第１導入ダクト８を通じて吸入流路４に吸入され、かく吸入された空気は吸着域Ｋを通して流れる。吸着域Ｋにおいては、この空気は、除湿ロータ２０の多数の通風孔２２を通して流れ、これら通風孔２２を通してながれる間に、空気に含まれた水分が除湿ロータ２０に担持された除湿材２４に吸着され、除湿された空気が、矢印３４で示すように、第１導出ダクト１０から除湿すべき空間（建造物の屋内空間）に送給され、この除湿空気によって空間が湿度調整される。

一方、屋内空間からの空気は、矢印３６で示すように、第２導入ダクト１２を通して排出流路６に吸入され、かく吸入された空気は、加熱手段２８により加熱された後に再生域Ｓを通して流れる。再生域Ｓにおいては、この空気は、除湿ロータ２０の多数の通風孔２２を通して流れ、これら通風孔２２を通してながれる間に、除湿ロータ２０の除湿材２４に吸着された水分を奪い取り、奪い取った水分を含む空気が、矢印３８で示すように、第２導出ダクト１４から外部（建造物の屋外）に排出され、このように水分を取ることによって除湿材２４が再生される。

除湿ロータ２０は、吸湿域Ｋ及び再生域Ｓを通して回動され、吸湿域Ｋにおいて除湿材２４による空気中の水分の吸着が行われ、再生域Ｓにおいて吸着した水分の除湿材２４からの離脱が行われ、除湿材２４の吸着、再生が繰り返し行われる。

次に、図３を参照して、除湿ロータ２０の具体的構成について説明する。除湿体として機能する除湿ロータ２０は、除湿材２４を担持するための母材４０を備え、この母材４０によりハニカム状構造が形成され、ハニカム状構造の母材４０の表面に除湿材２４を含む混合体４２が塗布されている。この実施例では、混合体４２は、除湿材２４と、除湿材２４を三次元的に担持させるための微粒子４４と、これらを保持するためのバインダ４６とを含んでいる。

母材４０には、例えば、パルプ繊維、ガラス繊維などから形成されたシート状部材が用いられ、このシート状部材の両面に混合体４２が塗布されて塗布層４８が設けられる。

混合体４２に含まれる除湿材２４は、粒子径が０．１〜２０μｍ程度であり、この除湿材には、ゼオライト、シリカゲル、ポリアクリル系ポリマーなどが用いられる。ゼオライトとしては、Ａ型、Ｙ型、Ｘ型などの合成ゼオライト、又はモルデナイト、シャバサイト、ホウフッ石、エリオナイト、フェリエライトなどの天然ゼオライトから任意に選択することができる。また、ゼオライト中の陽イオンをマグネシウム、鉄、銅などのアルカリ土類や遷移金属、若しくはランタン、セリウム、プラセオジウムなどの希土類元素に置換したものを用いるようにしてもよい。また、シリカゲルとしては、Ａ、Ｂ型などから任意に選択することができる。また、ポリアクリル系ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウムなどから任意に選択することができる。

また、混合体４２に含まれる微粒子４４には、有機物質、ガラス、砂などを用いることができる。この微粒子４４は、粒子径が１〜５００μｍと除湿材２４よりも大きいものを用いることが重要で、粒子径が１００〜５００μｍのものを用いるのが好ましい。微粒子４４の粒子径が小さくなると、母材４０に塗布した塗布層４８が平面的となり、その粒子径が１μｍより小さくなると微粒子４４を混入した効果（塗布層４８を三次元的にして表面積を増やす効果）がほとんど得られなくなり、またその粒子径が大きくなると、バインダ４６による結合が弱くなり、その粒子径が５００μｍを超えると、微粒子４４が母材４０の表面から脱落、剥がれ易くなる。微粒子４４の有機物質には、メラミン樹脂微粒子、ポリエチレン微粒子、ポリプロピレン微粒子、ポリメタクリル酸メチル微粒子などが用いられる。

更に、混合体４２に含まれるバインダには、コロイダルシリカ、水ガラス、コロイダルアルミナ、エポキシ系ポリマー、エーテル系ポリマー、ウレタン系ポリマーなどが用いられる。

微粒子４４の混合比率は、混合体４２全体を１００重量％としたときに１０〜４０重量％とするのが好ましく、１０重量％より少ないと、微粒子４４の混入量が少なくなって混合層４８を三次元的状態にして表面積を大きく増やすことが難しく、また４０重量％を超えると、除湿材２４の混合比率が相対的に少なくなり、混合層４８の除湿能力（即ち、水分吸着能力）が低下する。

また、バインダ４６の混合比率は、混合体４２全体を１００重量％としたときに５〜２０重量％とするのが好ましく、５重量％より少ないと、バインダ４６の混入量が少なくなって結合力が弱くなり、母材４０に塗布した混合層４８から除湿材２４及び／又は微粒子４４が脱落、剥がれ易くなり、また２０重量％を超えると、バインダ４６の混入量が多くなって塗布した状態にてバインダ４６が除湿材２４を覆うようになり、混合層４８の除湿能力が低下する。

このような除湿ロータ２０を用いた場合、母材４０の表面に塗布された混合層４８は、除湿材２４より大きい微粒子４４（粒子径が１〜５００μｍ）が混入されている故に、表面が三次元的状態となってその表面積を増大させることができ、これによって、除湿ロータ２０の通風孔２２を流れる空気と混合層４８中の除湿材２４との接触が多くなり、その結果、除湿ロータ２０の除湿性能を向上させることができる。

以上、本発明に従う除湿体及びこれを備えたデシカント除湿装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、除湿体としての除湿ロータ２０に適用して説明したが、このようなものに限定されず、母材４０自体を省略し、混合体４２から除湿体を構成するようにしてもよく、このような場合、除湿体を例えば、直径が数ｍｍ程度である粒子状に形成するようにしてもよく、或いはハニカム状成形体、繊維状成形体などに形成するようにしてもよい。

次に、本発明に従う除湿体の除湿効果を確認するために、次の通りの実験を行った。除湿体として、図２に示すようなハニカム状構造の除湿ロータ７０を作成した。除湿ロータ７０の直径は２５０ｍｍで、その厚さは８０ｍｍであった。この除湿ロータ７０を図４に示す風洞装置７２にセットして除湿ロータ７０の除湿能力を調べた。風洞装置７２の風洞ハウジング７４は矩形状であり、その内部に矩形状の空気流路７６が規定され、この空気流路７６内に除湿ロータ７０をセットした。風洞ハウジング７４の内側サイズ（換言すると、空気流路７６の大きさ）は、縦サイズＨが３０ｃｍで、横サイズＷが３０ｃｍで、その長さＬが２００ｃｍであった。この風洞ハウジング７４内（即ち、空気流路７６）には、温度、湿度及び流量が調節可能な空気発生機（図示せず）が接続され、温度、湿度及び流量が調整された空気が、矢印７８で示すように、風洞ハウジング７４の流入側から導入し、この空気流路７６を通して流れてその流出側から矢印８０で示すように導出させた。また、除湿ロータ７０を通過する空気の通過前及び通過後の湿度及び温度を計測するために、除湿ロータ７０の上流側に第１湿度温度計８２（ヴァイサラ社製の湿度温度計、型番：ＨＰＭ２３０）を設置し、また除湿ロータ７０の下流側に第２湿度温度計８４（第１湿度温度計８２と同じもの）を設置した。

実施例１〜３として、各原料（除湿材、微粒子及びバインダ）の混合比率が表１で示す通りの混合体を調製して母材に塗布して除湿ロータ７０を製作し、各除湿ロータ７０における混合体（換言すると、各実施例１〜４の除湿体）の除湿能力（即ち、除湿量）を計測した。実施例１〜３では、除湿材としてポリアクリル系ポリマーを使用し、微粒子として有機物質のメラミン樹脂を用いた。微粒子の粒子径は１〜５００μｍで、その平均粒径が２００μｍであった。また、バインダとしてはエポキシ系ポリマーを用いた。除湿ロータ７０に塗布した除湿材と微粒子の合計重量は１５０ｇであった。

除湿能力の計測においては、風洞ハウジング７４内に実施例１〜３の除湿ロータ７０をセットし、計測の前段階として、７０℃、５％ＲＨの乾燥空気を風洞ハウジング７４を通して１５分間流して除湿ロータ７０（即ち、それに塗布された除湿体）を乾燥させ、その後、除湿実験を行った。この除湿実験においては、３０℃、７０％ＲＨの加湿空気を風洞ハウジング７４を通して流し、除湿ロータ７０を通過する前の空気の湿度を第１湿度温度計８２でモニターするとともに、除湿ロータ７０を通過した後の空気の湿度を第２湿度温度計８４によりの湿度をモニターした。尚、風洞ハウジング７４を通して送給した空気の流量は、１５０ｍ^３／ｈであった。

この除湿実験の結果は、表１の右欄に示す通りであった。この除湿実験では、風洞ハウジング７４に送給する空気を乾燥空気から加湿空気に切り替えてから１０秒経過後から６０秒後経過するまでの５０秒の間にわたって行い、除湿ロータ７０を通過する前の湿度及び温度を第１湿度温度計８２により１秒毎に計測し、また除湿ロータ７０を通過した後の湿度及び温度を第２湿度温度計８４により１秒毎に計測した。そして、第１及び第２湿度温度計８２，８４により計測した湿度及び温度を平均し、それぞれの平均湿度（絶対湿度）の差を除湿ロータ７０が吸着した水分量（即ち、除湿量）とし、実施例１〜３の各々における除湿量とした。

また、比較例１〜３として、各原料（除湿材及びバインダ）の混合比率が表１で示す通りの混合体を調整した。比較例１〜３では、除湿材の比率は実施例１〜３と同一であるが、微粒子に代えてバインダを混入し、実施例１〜３における微粒子とバインダの合計比率が、比較例１〜３におけるバインダ比率とした。この比較例１〜３においても、実施例１〜３と同様にして母材に塗布して除湿ロータ７０を製作し、各除湿ロータ７０における混合体の除湿能力（即ち、除湿量）を計測した。比較例１〜３では、除湿ロータ７０に塗布した除湿材とバインダの合計重量を実施例１〜３と同様の１５０ｇとした。

除湿能力の計測においては、実施例１〜３と同様の条件にて除湿ロータ７０を通過する前の空気の湿度を第１湿度温度計８２でモニターするとともに、除湿ロータ７０を通過した後の空気の湿度を第２湿度温度計８４によりの湿度をモニターし、乾燥空気から加湿空気に切り替えてから１０秒経過後から６０秒後経過するまでの５０秒の間にわたって１秒毎に計測し、これらの計測値から実施例１〜３と同様にして除湿ロータ７０が吸着した水分量（即ち、除湿量）を求め、比較例１〜３の各々におけるこの除湿量を表１の右欄に示した。

除湿実験結果を示す表１から明らかなように、除湿材の混合比率が同じであっても微粒子が含まれている実施例１〜３の方が比較例１〜３に比して除湿量が多くなり、また除湿材を少なくして微粒子の混合割合を多くする方が除湿量がより多くなり、例えば除湿材の混合比率が７０重量％である実施例３と比較例３とを対比した場合、実施例３（微粒子が２０重量％の比率で含まれている）の除湿量は、実施例３の除湿量の約２倍であった。このことは、混合した微粒子によって混合層の表面が三次元的状態となって表面積が増大し、空気中の水分が混合層表面の除湿材により接触し易くなったためであり、本発明の効果が確認できた。

次に、微粒子の混合比率に関する実験を行った。実施例４〜６として、各原料（除湿材、微粒子及びバインダ）の混合比率が表２で示す通りの混合体を調整した。実施例４〜６では、実施例１〜３と同一の除湿材、微粒子及びバインダを用い、また実施例１〜３と同様にして母材に塗布して除湿ロータ７０を製作し、各除湿ロータ７０における混合体の除湿能力（即ち、除湿量）を計測した。実施例４〜６でも、除湿ロータ７０に塗布した除湿材、微粒子及びバインダの合計重量を実施例１〜３と同様の１５０ｇとした。

除湿能力の計測においては、実施例１〜３と同様の条件にて除湿ロータ７０を通過する前の空気の湿度を第１湿度温度計８２でモニターするとともに、除湿ロータ７０を通過した後の空気の湿度を第２湿度温度計８４によりの湿度をモニターし、乾燥空気から加湿空気に切り替えてから１０秒経過後から６０秒後経過するまでの５０秒の間にわたって１秒毎に計測し、これらの計測値から実施例１〜３と同様にして除湿ロータ７０が吸着した水分量（即ち、除湿量）を求め、実施例４〜６の各々におけるこの除湿量を表２の右欄に示した。尚、表２における実施例１〜３は、理解を容易にするために、表１における実施例１〜３を転記したものである。

除湿実験結果を示す表２から明らかなように、除湿材の除湿量は、除湿材と混合する微粒子の混合比率の影響を受け、微粒子の混合比率が５％である場合、微粒子の混入による除湿性能の向上が充分に得られず、また微粒子の混合比率が５０％である場合、除湿材の混合割合が相対的に少なくなり、除湿ロータの除湿性能が低下し、このことから、微粒子の混合比率は、１０〜４０重量％が望ましいことが分かった。

４吸入流路
６排出流路
２０除湿ロータ
２４除湿材
４０母材
４２混合体
４４微粒子
４６バインダ
４８塗布層

Claims

水分を吸湿するための除湿材と、粒子径が１〜５００μｍである微粒子と、前記除湿材及び前記微粒子を保持するためのバインダとが混合されてなることを特徴とする除湿体。
前記微粒子の混合比率は、１０〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の除湿体。
前記微粒子は、有機物質を主材とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の除湿体。
請求項１〜３のいずれかに記載の除湿体を備えたことを特徴とするデシカント除湿装置。