JP2013198861A - デシカントエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】単位表面積当たりのデシカント剤の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメントを提供する。
【解決手段】本発明に係るデシカントエレメント１００は、シート１２上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体１４と、この袋状体１４内に封入した粉粒状のデシカント剤１６と、袋状体１４の一の配列方向（Ｘ方向）における隣り合う袋状体１４間の隙間において他の配列方向（Ｙ方向）の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材２２とからなる。デシカント剤１６は袋状体１４内に空間ができるように封入してある。このようにすることで、単位表面積当たりのデシカント剤１６の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメント１００が得られる。
【選択図】図８

Description

本発明は、デシカント空調機などに用いるデシカントエレメントに関するものである。

従来、空調システムの熱源エネルギーを大幅に低減できる技術として、潜熱・顕熱分離型の空調装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。こうした装置では空調負荷の潜熱と顕熱を別々の空調機で処理することで、冷水の送水温度を上げ、冷凍機の効率を向上させることが可能である。

顕熱処理については輻射パネルや一般の空調機で対処できるが、潜熱除去については通常の冷却減湿ではなく、シリカゲルなどのデシカント剤による吸着式の除湿空調機が使用されている。しかしながら、従来の除湿空調機では、再生温度を低くすると吸着能力が小さくなることや、デシカント剤の価格が高いなどの理由から、潜熱・顕熱分離型の空調装置全体の省エネルギー量の低下やコストアップにつながるおそれがあった。

特開２０１０−１１５６４３号公報 特開２００５−４９０３５号公報

ところで、従来のデシカント空調機用のデシカントエレメントとしては、図１３（１）、（２）に示すように、表面にデシカント剤１を付着させた紙や金属などからなる基材２をコルゲート状に加工した構造のシート３を一般的に用いている。そして、従来のデシカント空調機では、図１４（１）、（２）に示すように、このコルゲート方式のシート３を層状に巻き回すことでハニカム構造に類似した断面を有するデシカントローター４を形成し、このローター４を用いて除湿脱湿を行う。

上記のコルゲート方式におけるデシカント剤の一般的な表面付着密度は５０ｇ／ｍ^２程度であり、デシカント剤の水分吸着量が多いほど除湿性能が高くなることからデシカント剤をできるだけ大量に利用できるようにすることが性能向上を図る上で重要である。しかしながら、表面にて水分吸着・脱着が行われるため、デシカント剤の付着密度や厚みを大きくすると吸着・脱着性能が損なわれることからコルゲート方式の付着量には限度がある。

このため従来は、デシカント剤の水分吸着量を増やすために上記コルゲート構造の幅を狭くしたり、面積や段数を多くすることで対応している。しかしながら、使用するコルゲート基材の面積が増大するなどしてデシカントエレメントの寸法が大型化し、コストアップを招くおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、単位表面積当たりのデシカント剤の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメントを提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るデシカントエレメントは、シート上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体と、この袋状体内に封入した粉粒状のデシカント剤と、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において他の配列方向の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材とからなることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るデシカントエレメントは、上述した請求項１において、前記気流遮蔽部材を、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間を接続する薄い仕切り板で構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るデシカントエレメントは、上述した請求項１において、前記気流遮蔽部材を、前記袋状体の他の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において一の配列方向に延設した棒状体で構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るデシカントエレメントは、上述した請求項３において、前記棒状体の断面を、Ｔ字状または略く字状の断面としたことを特徴とする。

本発明によれば、シート上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体と、この袋状体内に封入した粉粒状のデシカント剤と、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において他の配列方向の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材とからなるので、シートの単位表面積当たりのデシカント剤の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメントを提供することができるという効果を奏する。

図１は、本発明が適用されるデシカントエレメントの横断面図である。 図２は、本発明が適用されるデシカントエレメントの縦断面図である。 図３は、本発明が適用されるデシカントエレメントの部分斜視図である。 図４は、本発明が適用されるデシカントエレメントの上面図である。 図５は、本発明が適用されるデシカントエレメントのデシカント剤の流動態様を説明する図であり、（１）は気流を送る前、（２）は気流を送り込んだ際の図である。 図６は、本発明に係るデシカントエレメントにより構成される直方体状のブロック構造の一例を示す概略斜視図である。 図７は、袋状体間の隙間の気流の混合ロスを説明する図である。 図８は、本発明のデシカントエレメントの実施例を示す図であり、（１）は上面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った側面図、（３）は（１）の要部拡大図である。 図９は、本発明のデシカントエレメントの他の実施例を示す図であり、（１）は上面図、（２）は（１）の側面図、（３）はエレメントを丸めた場合の概略側面図である。 図１０は、本発明のデシカントエレメントの他の実施例を示す図であり、（１）は上面図、（２）は（１）のＢ−Ｂ線に沿った側面図である。 図１１は、本発明のデシカントエレメントの他の実施例を示す横断面図である。 図１２は、本発明のデシカントエレメントの他の実施例を示す横断面図である。 図１３は、従来のコルゲート方式のデシカントエレメントを例示する図であり、（１）は断面図、（２）はＡの部分拡大図である。 図１４は、従来のコルゲート方式のデシカントローターを例示する図であり、（１）は正面図、（２）はＢの部分拡大図である。

以下に、本発明に係るデシカントエレメントの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

［基本構造］
まず、本発明が適用されるデシカントエレメントの基本構造について図１〜図５を参照しながら説明する。

図１、図２および図３に示すように、本発明が適用されるデシカントエレメント１０は、シート上に複数突設した通気性の袋状体１４と、この袋状体１４内に封入した粉粒状のデシカント剤１６とからなる。このデシカントエレメント１０は、図２および図４に示すように、シート１２上面に沿って通過する気流中の水分の吸着脱湿を行うものである。

デシカント剤１６は、袋状体１４内に満杯にしないで空間ができるように封入してある。図５（１）および（２）に示すように、袋状体１４内に空気を通気させると粉粒状のデシカント剤１６が袋状体１４内で自由に流動してデシカント剤１６の表面に空気が接触しやすくなるので、空気中の水分を容易に吸着・デシカント剤中の水分を脱着させることができる。なお、袋状体１４内におけるデシカント剤１６の充填率としては５０〜９０％が望ましい。ただし、使用するデシカント剤によっては吸湿により体積が増加する場合があり、その場合は膨張分の空隙を除いた体積の５０〜９０％を充填率とするのが好ましい。

また、デシカント剤１６は、シリカゲル、ゼオライト珪藻土、珪質頁岩、メソポーラスシリカなどの水蒸気の吸着に適した微細な孔を多数有する多孔質の粉体を用いることができ、粒径１０μｍ〜７５０μｍ程度で構成するのが好ましい。それ以上の粒径では吸脱湿の効率が悪くなり、上記以下の粒径ではデシカント剤が漏れない材料として一般的な材料を使用することは難しくなる。

袋状体１４は、不織布や紙などの通気性が高く、透湿抵抗が低い材料で構成することができる。こうすることで、水分、水蒸気が移動しやすくなる。また、袋状体１４の構成材料に要求される他の性能としては、封入している粉粒状のデシカント剤１６が外部に漏れ出ないことや、袋状体１４の形を保持できる強度を有していることが必要である。

このようにすることで、シートの単位表面積当たりのデシカント剤１６の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメント１０を得ることができる。これにより、例えばローター１個あたりのデシカント剤の水分吸着量を大幅に向上することが可能となる。

なお、袋状体１４の配置形態としては、図３および図４に示される直方体状の袋状体１４を縦横に格子状に配列した形態のほか、千鳥格子状に配列した形態など、乱流を起こしやすくデシカント剤と空気が接触しやすい流れを作り出せるような配置パターンが好ましい。

なお、本発明に係るデシカントエレメント１０を吸着空調機に利用する際には、バッチ式または回転式として用いることが考えられる。バッチ式として用いる場合には、図６に示すように、シート１２を複数枚積層して構成した直方体状のブロック構造のユニット１８を用いることができる。そして、複数個のユニット１８を取り替えながら脱湿と吸湿を交互に行い、連続的に除湿する。なお、この場合、直方体状のブロック構造とすることでスペース効率を高くすることが可能である。

ところで、一般にデシカント剤は、相対湿度が高い空気条件では吸湿量が大きく、相対湿度が低い空気条件では吸湿量が小さい。また、特定の相対湿度になると急激に吸湿する特性を持つデシカント剤もある。このように、吸湿特性が相対湿度により異なるデシカント剤を組み合わせて、総合的特性の高いデシカントエレメント（ブロック）を得ることができる。

また、袋状体１４内には、デシカント剤１６のほか活性炭などの脱臭剤、抗菌剤、ＣＯ_２吸収剤などの薬剤を封入することで脱臭、抗菌、ＣＯ_２吸収などの複数の機能を付与することもできる。この場合、デシカント剤と脱臭剤などからなる複数種類の薬剤を袋状体１４内に混在状態で封入してもよいし、単一種類の薬剤だけを袋状体１４内に封入してもよい。

［混合ロスの低減を図るようにした構造］
次に、上記の基本構造のデシカントエレメントに対し、気流の混合ロスの低減を図るようにした本発明のデシカントエレメントについて説明する。

本発明のデシカントエレメントのシートを巻回して回転式のローターを構成した場合には、給気側（例えば円柱状体の上半分）と排気側（例えば円柱状体の下半分）とで内部の気流の向きが逆となる。この場合、回転中のローターの給気側と排気側の境界位置では、図７のシートの展開図に示すように、袋状体１４間の隙間から風が横に流れていくといった気流の混合ロスが生じやすく、熱交換効率が低下するおそれがある。

そこで、本発明に係るデシカントエレメント１００を図８（１）、（２）に示すように構成する。このデシカントエレメント１００は、シート１２上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体１４と、この袋状体１４内に封入した粉粒状のデシカント剤１６と、袋状体１４の一の配列方向（図８中、Ｘ方向）における隣り合う袋状体１４間の隙間において他の配列方向（図８中、Ｙ方向）の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材２２とからなる。このように構成することで、袋状体１４の外側を通過するＸ方向の気流の通路が各々独立したものとなって隣の通路に入り込まなくなるので、上記の気流の混合ロスを低減することができる。

気流遮蔽部材２２は、図８（３）に示すように、袋状体１４間の隙間を接続する薄い仕切り板２２ａで構成することができる。この仕切り板２２ａは袋状体１４と一体成形してもよい。また、この仕切り板２２ａは隣り合う全ての袋状体１４間に設けてもよいし、Ｙ方向に間隔をあけて部分的に設けてもよい。

また、気流遮蔽部材２２は、図９（１）、（２）に示すように、折り目を兼ねた直線状の仕切り部材２２ｃで構成することもできる。このようにすれば、シート１２を巻回して回転式のローターを構成する場合などにおいて、図９（３）に示すように、仕切り部材２２ｃに沿って容易に折り曲げることができるとともに、シート１２を曲げた状態においてこの仕切り部材２２ｃが気流を遮蔽するようになる。

さらに、気流遮蔽部材２２は、図１０（１）、（２）に示すように、袋状体のＹ方向における隣り合う袋状体１４間の隙間においてＸ方向に延設した棒状体２２ｂで構成してもよい。棒状体２２ｂはＹ方向に間隔をあけて配置することができる。

ここで、棒状体２２ｂの最も単純な形態は丸棒状のものであるが、丸棒部分だけ通気用の断面積が減るため、面速に対する実風速が速くなって熱交換効率が低下するおそれがある。このため、棒状体２２ｂの断面形状としては、できるだけ断面積が小さく、空気の流れを損なうことがなく、かつ袋状体１４の側面に風が当たりやすくなるような形状とするのが望ましい。こうした形状としては、例えば、図１１に示すように、上側に平板部を有するＴ字状の断面で構成した棒状体２６や、図１２に示すように、略く字状の断面で構成した棒状体２８が挙げられる。なお、図１２の棒状体２８では、傾斜板部を薄くして、上段のシート１２からの圧力で変形して袋状体１４に密着するようにする。

次に、本発明により得られる効果について説明する。
従来のコルゲート方式のデシカントエレメントの場合には、デシカント剤の使用可能量が密度５０ｇ／ｍ^２であるのに対して、本発明のデシカントエレメントによれば３００ｇ／ｍ^２と６倍近くにできることが実験にて確認された。このため、本発明によれば、従来よりもコンパクトな構造で従来と同程度の吸湿性能を確保することができる。または、吸湿性能は低いが安価なデシカント剤を用いて、吸湿性能が高く高価なデシカント剤を用いて構成した従来のデシカントエレメントと同等以上の吸湿性能を安価に得ることができる。

また、従来のコルゲート方式のデシカントエレメントでは、紙や金属などの基材表面にデシカント剤を付着するために、粉体を液状化（エマルジョン化）の後に含浸させたり、接着剤を混入して吹き付け塗布しなければならない。そのため、デシカント剤は接着成分などによりコートされるため、吸湿・脱湿性能を低下させる原因になる。しかしながら、本発明の場合には、粉粒状のデシカント剤をそのまま利用することができるため、デシカント剤の吸着・脱着性能を損なわず、吸脱湿性能の低下のおそれは殆どない。また、従来のコルゲート方式のデシカントエレメントとは異なり、粉粒状のデシカント剤を加工しないで利用することができるため、液体化（エマルジョン化）が不要となりコストダウンが図れる。

また、袋状体内部の粉粒状のデシカント剤が袋状体を構成する通気性の材料から流入する風により袋状体内部で運動することで、粉粒状のデシカント剤と流入空気とが混合し、熱（顕熱、潜熱）交換効率が向上する。

以上説明したように、本発明によれば、シート上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体と、この袋状体内に封入した粉粒状のデシカント剤と、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において他の配列方向の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材とからなるので、シートの単位表面積当たりのデシカント剤の増量が可能でコンパクトなデシカントエレメントを提供することができる。

以上のように、本発明に係るデシカントエレメントは、デシカント空調機のデシカントエレメントに有用であり、特に、単位表面積当たりのデシカント剤を増量するのに適している。

１０ デシカントエレメント（基本構造）
１２ シート
１４ 袋状体
１６ デシカント剤
１８ ユニット
２２ 気流遮蔽部材
２２ａ 仕切り板（気流遮蔽部材）
２２ｂ，２６，２８ 棒状体（気流遮蔽部材）
２２ｃ 仕切り部材（気流遮蔽部材）
１００ デシカントエレメント（本発明）

Claims (4)

1. シート上に突設され、格子状に所定の間隔で複数配列された通気性の袋状体と、この袋状体内に封入した粉粒状のデシカント剤と、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において他の配列方向の気流の通過を遮るための気流遮蔽部材とからなることを特徴とするデシカントエレメント。
2. 前記気流遮蔽部材を、前記袋状体の一の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間を接続する薄い仕切り板で構成したことを特徴とする請求項１に記載のデシカントエレメント。
3. 前記気流遮蔽部材を、前記袋状体の他の配列方向における隣り合う前記袋状体間の隙間において一の配列方向に延設した棒状体で構成したことを特徴とする請求項１に記載のデシカントエレメント。
4. 前記棒状体の断面を、Ｔ字状または略く字状の断面としたことを特徴とする請求項３に記載のデシカントエレメント。

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