JP2004313897A - Humidification device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸湿剤を用いて空気中の水分を吸着により除去し、吸湿剤に吸着した水分を加熱により脱着再生させる調湿デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、空気中の水分の吸脱着装置として、ハニカム状セラミックスの基材の表面に吸湿剤を担持し、この吸湿剤に空気中の水分を吸着させ、また吸湿剤に吸着した水分を外部から主に輻射熱や対流熱により加熱して脱着再生するものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
しかしながら、上記従来のものでは、水分の脱着過程において吸湿剤の温度上昇が遅く、水分脱着温度に達するまでに時間が長くかかるという問題を有している。すなわち、吸着した水分を脱着させて吸湿剤を再生するには、基材を外部から主に輻射熱や対流熱により間接的に加熱しており、そしてセラミックスの基材を用いた場合、熱容量が大きく、かつ熱伝導率が低いことに起因して、水分脱着速度が遅いものであった。
【0004】
また、前記問題を解決するために、基材をハニカム状とした場合は、基材の温度分布が不均一となり、水分脱着効率が悪くなったり、空気中の塵などによってハニカム状の基材が目詰まりすることで、水分脱着効率が悪くなるなどの問題があった。
【0005】
【特許文献1】
特開平9−24235号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、水分脱着効率を向上させる調湿デバイスを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、通電により発熱可能な基材と、前記基材の表面に形成した吸湿剤層を有し、水分吸着時は非通電とし、水分脱着時に通電するようにした調湿デバイスを提供する。
【0008】
上記手段によれば、温度上昇が速く、温度分布が均一で水分脱着効率を向上させることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成できるので、以下には各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し、併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加えて本発明における実施の形態の説明とする。
【0010】
請求項1記載に係る発明は、通電により発熱可能な基材と、前記基材の表面に形成した吸湿剤層とを有し、水分吸着時は非通電とし、水分脱着時に通電するようにしたもので、基材の発熱により温度上昇が速く、かつ温度分布が均一になり、水分脱着効率の高い調湿デバイスとすることができる。
【0011】
請求項2記載に係る発明は、基材を金属とすることで、熱伝導率が大きく水分脱着効率の高い、そして形状保持が容易な調湿デバイスとすることができる。
【0012】
請求項3記載に係る発明は、基材を多孔状とすることで、熱容量が小さくなり温度上昇が速く、水分脱着効率の高い調湿デバイスとすることができる。
【0013】
請求項4記載に係る発明は、基材として少なくともパンチングメタル、エキスパンドメタル、金網のうちのいずれか一種を用いることで、ヒータとして必要な抵抗値を確保することができ、従って抵抗値設計が容易となり、かつ熱容量が小さくて温度上昇が速く、そして温度分布も均一で水分脱着効率の高い調湿デバイスとすることができる。
【0014】
請求項5記載に係る発明は、基材を波板状とすることで、水分を含んだ空気との接触面積を大きくすることができ、吸脱着効率の高い調湿デバイスとすることができる。
【0015】
請求項6記載に係る発明は、金属製の基材に焼鈍処理を施したもので、これにより基材の耐食性を向上させ、かつアンカー効果により吸湿剤層との密着性を向上させることで、高耐久性の調湿デバイスとすることができる。
【0016】
請求項7記載に係る発明は、吸湿剤層として少なくともゼオライト、シリカゲル、アルミナのいずれか一種以上を用いることで、水分の吸脱着性能が高い調湿デバイスとすることができる。
【0017】
請求項8記載に係る発明は、バインダーとして少なくともコロイダルシリカ、水ガラス、リン酸アルミニウムのいずれか一種以上を用いて吸湿剤層を基材に固着することで、吸湿剤層の基材への密着性が向上し、振動や熱伸縮に強い高耐久性の調湿デバイスとすることができる。特に振動の多い自動車に搭載し、車室の除湿を行なう除湿装置としては、極めて有益である。
【0018】
請求項9記載に係る発明は、基材の表面に形成したアルミナを主成分とするアンダーコート層とアンダーコート層の表面に設けた吸湿剤とを有する吸湿剤層にすることで、基材と吸湿剤層との密着性が向上し、より振動や熱伸縮に強い高耐久性の調湿デバイスとすることができる。特に振動の多い自動車に搭載し、車室の除湿を行なう除湿装置としては、極めて有益である。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0020】
(実施例1)
図1は、本発明の実施例1における調湿デバイスを示し、かつそのA部を拡大断面した斜視図で、図2は、図1に示す調湿デバイスを展開した図である。
【0021】
図1において、1は通電により発熱する基材としてのエキスパンドメタルで、表面に吸湿剤層4が形成されている。2、2aはエキスパンドメタル1に通電する給電端子で、スポット溶接によりエキスパンドメタル1に取り付けられている。エキスパンドメタル1の材料としては、体積抵抗率が大きく、耐熱性、耐食性、耐孔食性に優れたFe−Cr−Al系耐熱鋼、Ni−Cr系耐熱鋼のいずれかが適している。本実施例では、エキスパンドメタル1の表面に形成する吸湿剤層4の熱膨張係数と整合するために、相対的に熱膨張係数が小さいFe−Cr−Al系耐熱鋼(R20−5SR t0.1mm(川崎製鉄製))を用いた。
【0022】
そして、以上のエキスパンドメタル1は、図1に示すように波板状に加工する。この時、繰返し応力による基材の破断を防止するため、山部1aと谷部1bに適切なR加工を施すと良い。
【0023】
次に、基材としてのエキスパンドメタル1の耐食性を向上させ、かつアンカー効果により吸湿剤層4との密着性を向上させる目的で、エキスパンドメタル1に焼鈍処理を施している。焼鈍処理温度としては、900〜1000℃が適切である。すなわち、900℃未満では酸化皮膜の形成量が不十分であり、1000℃より高くなると結晶粒の成長による脆化が問題になるためである。本実施例における焼鈍処理は大気中で行っているが、不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。
【0024】
こうして焼鈍を終了したエキスパンドメタル1は、その表面に図1のA部を拡大断面して示すようにアルミナを主成分とするアンダーコート層3を塗布し焼成を行った後、ゼオライトを主成分とする吸湿剤4aを設けて吸湿剤層4の作製を行った。
【0025】
吸湿剤層4は、ゼオライト100重量部、コロイダルシリカ30重量部、イオン交換水100重量部を攪拌、混合して形成しているものである。このスラリーを、アンダーコート層3の上に塗布した後、130℃で20分間乾燥させ、600℃で20分間焼成して吸湿剤層4を形成している。本実施例では、吸湿剤4aとしてゼオライトを用いたが、他にシリカゲルや活性アルミナを用いても良い。
【0026】
以上のように構成された調湿デバイスについて、以下その動作と作用を説明する。調湿デバイスは、図1に示すように対流ファン(図示せず)により吸引した3個の矢印で示す空気の流路に、エキスパンドメタル1の波板状を沿わせて配置する。そして、水分脱着するときは、対流ファンの回転を停止し、給電端子2、2a間に通電するとエキスパンドメタル1は発熱するとともに、この発熱により同時に吸湿剤層4も加熱される。そして、水分脱着温度に達した吸湿剤層4からは、吸着されていた水分が脱着する。このとき、一部が開放してある空気の流路から積極的に自然排気するようにすれば良い。
【0027】
次に、流れる空気中の水分を吸着するときは、前記した一部が開放してある空気の流路を閉じ、調湿デバイスの給電端子2、2a間を非通電状態にするとともに、対流ファンを回転させる。そして、エキスパンドメタル1は非加熱状態となり吸湿剤層4の温度は下がり、流通する空気中の水分が吸湿剤4aに吸着される。以上の動作を繰り返すことにより、空気中の水分が吸着され、目的とする除湿された空気を所定の個所へ供給することができる。
【0028】
以上の構成による本実施例では、次のような効果を期待することができる。エキスパンドメタル1を一例として採用した基材の表面に吸湿剤層4を形成し、エキスパンドメタル1に通電して直接発熱させ、その発熱を利用して吸湿剤層4を加熱するため、吸湿剤層4の温度上昇が速く、水分脱着温度に達するまでの時間が非常に短くなるものである。
【0029】
すなわち、従来のようにハニカム状セラミックスの基材の表面に吸湿剤を担持し、この吸湿剤に空気中の水分を吸着させ、吸湿剤に吸着した水分を外部から主に輻射熱や対流熱により間接的に加熱して脱着再生するものと比較して、本実施例では入力電力量を同一とした場合、約3倍の速度で水分脱着温度に達した。従来のものでは、吸湿剤層の温度が200℃に達するまでの時間は100Wで約60秒であったが、本実施例では100Wで20秒弱であった。以上の結果より、吸脱着サイクルが比較的短い使用用途においては、本実施例の調湿デバイスは非常に有用である。
【0030】
また、エキスパンドメタルを基材として用い、かつ波板状に加工しているため、表面積を大きく確保できるとともに、それでいて、従来におけるハニカム形状の基材のように目詰まりする心配がなく、性能低下が少ない高耐久の調湿デバイスとすることができる。
【0031】
また、ヒータとしてエキスパンドメタルを用いているため、抵抗値の設定を自由に行え、任意の電力を吸湿剤層に供給できるものである。すなわち図2、図3に示すエキスパンドメタルの板厚、幅S、長さL、きざみ幅K、LW、SWのいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。また、基材がパンチングメタルの場合は、基材の板厚、幅S、長さL、パンチング穴形状、開口率のいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。さらに、基材が金網の場合は、基材の線径、幅S、長さL、メッシュのいずれを変更することによっても抵抗値を変えることができるものである。
【0032】
また、基材であるエキスパンドメタル1は、900〜1000℃の雰囲気中で焼鈍しているため、表面に酸化物の緻密な不働態皮膜を形成することで、耐熱性、耐食性が向上し、かつアンカー効果によりアンダーコート層3または吸湿剤層4との密着性を向上させることができる。
【0033】
以上の効果を示すため、図1に示す調湿デバイスを用いて、基材の耐食試験および基材とアンダーコート層との密着性試験を行った。すなわち、耐食試験としては、酸、アルカリ、塩化ナトリウム溶液浸漬試験により評価し、密着性試験としては、600℃の炉で一定時間加熱してから水中に投入することによる熱衝撃試験により評価を行った。比較例としては、焼鈍処理しない基材を使用し、それ以外は本実施例と同じ構成の調湿デバイスを用いた。
【0034】
液温25℃、1%塩化ナトリウム溶液、0.5%硫酸、0.5%水酸化ナトリウムの各水溶液に両サンプルを浸漬した結果、熱処理した本実施例の基材は全く腐食されなかったが、未熱処理の基材では1%塩化ナトリウム溶液、0.5%硫酸において、錆の発生が認められた。
【0035】
次に、熱衝撃試験を行った結果、熱処理の基材を使用した本実施例ではアンダーコート層に剥れはなかったが、未熱処理の基材を使用したものでは一部に剥れが認められた。
【0036】
また、吸湿剤層は、各吸湿剤に対して最適なバインダーを用いることにより、より強固に基材に固着させることができるものである。本実施例では、コロイダルシリカを用いたが、水ガラス、リン酸アルミニウムを用いても同様の効果が期待されるものである。
【0037】
【発明の効果】
以上のように本発明は、基材の表面に吸湿剤層を形成し、前記基材を水分吸着時は非通電とし、水分脱着時に通電するようにしたことにより、温度上昇が速く、温度分布が均一で水分脱着効率の高い調湿デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における調湿デバイスの全体と、そのA部を拡大断面して示す斜視図
【図2】同実施例1における調湿デバイスの展開図
【図3】同実施例1における調湿デバイスの要部の拡大図
【符号の説明】
1 エキスパンドメタル(基材)
2、2a 給電端子
3 アンダーコート層
4 吸湿剤層
4a 吸湿剤[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a humidity control device that removes moisture in the air by adsorption using a moisture absorbent and desorbs and regenerates the moisture adsorbed on the moisture absorbent by heating.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a device for absorbing and desorbing moisture in the air, a desiccant is carried on the surface of a honeycomb-shaped ceramic base material, the moisture in the air is adsorbed by the desiccant, and the moisture adsorbed on the desiccant is mainly applied from outside. There is a method of heating by radiant heat or convective heat to perform desorption / regeneration (for example, see Patent Document 1).
[0003]
However, in the above-mentioned conventional one, there is a problem that the temperature rise of the hygroscopic agent is slow in the process of desorbing moisture, and it takes a long time to reach the moisture desorption temperature. In other words, in order to desorb adsorbed water and regenerate the desiccant, the base material is indirectly heated mainly by radiant heat or convection heat from the outside, and when a ceramic base material is used, the heat capacity is large. In addition, the water desorption rate was low due to the low thermal conductivity.
[0004]
Further, in order to solve the above problem, when the base material is formed into a honeycomb shape, the temperature distribution of the base material becomes non-uniform, the moisture desorption efficiency is deteriorated, or the honeycomb-shaped base material is reduced due to dust in the air. The clogging has a problem that the efficiency of desorption of water is reduced.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-9-24235
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a humidity control device that improves the efficiency of desorption of moisture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has a substrate capable of generating heat by energization, and a hygroscopic layer formed on the surface of the substrate, deenergizing when adsorbing moisture, and energizing when desorbing moisture. A humidity control device is provided.
[0008]
According to the above means, the temperature rise is fast, the temperature distribution is uniform, and the moisture desorption efficiency can be improved.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The above-described object of the present invention can be achieved by implementing the configuration described in each claim as an embodiment. Hereinafter, the functions and effects of the configuration are described together with the configuration of each claim, and the claims are also described. The specific terms that need to be explained in the above configuration will be described in the embodiments of the present invention with a detailed explanation.
[0010]
The invention according to
[0011]
According to the second aspect of the present invention, by using a metal as the base material, a humidity control device having high thermal conductivity, high moisture desorption efficiency, and easy shape retention can be obtained.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, by making the base material porous, a heat control device having a small heat capacity, a rapid temperature rise, and a high moisture desorption efficiency can be obtained.
[0013]
The invention according to
[0014]
In the invention according to claim 5, by making the base material corrugated, the contact area with air containing moisture can be increased, and a humidity control device with high adsorption / desorption efficiency can be obtained.
[0015]
The invention according to claim 6, wherein the metal substrate is subjected to annealing treatment, thereby improving the corrosion resistance of the substrate, and by improving the adhesion with the moisture absorbent layer by the anchor effect, A highly durable humidity control device can be obtained.
[0016]
The invention according to claim 7 can provide a humidity control device having high moisture absorption / desorption performance by using at least one of zeolite, silica gel, and alumina as the moisture absorbent layer.
[0017]
The invention according to claim 8 is that the moisture absorbent layer is fixed to the substrate by using at least one of colloidal silica, water glass, and aluminum phosphate as a binder, whereby the moisture absorbent layer adheres to the substrate. The humidity control device has improved durability and is resistant to vibration and thermal expansion and contraction and has high durability. In particular, it is very useful as a dehumidifying device that is mounted on a vehicle with a lot of vibration and that dehumidifies a vehicle compartment.
[0018]
The invention according to claim 9 provides a moisture absorbent layer having an undercoat layer containing alumina as a main component formed on the surface of the substrate and a moisture absorbent provided on the surface of the undercoat layer, and Adhesion with the moisture absorbent layer is improved, and a highly durable humidity control device that is more resistant to vibration and thermal expansion and contraction can be obtained. In particular, it is very useful as a dehumidifying device that is mounted on a vehicle with a lot of vibration and that dehumidifies a vehicle compartment.
[0019]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a humidity control device according to a first embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a portion A. FIG. 2 is a developed view of the humidity control device shown in FIG.
[0021]
In FIG. 1,
[0022]
Then, the above expanded
[0023]
Next, the expanded
[0024]
The expanded
[0025]
The moisture
[0026]
The operation and operation of the humidity control device configured as described above will be described below. As shown in FIG. 1, the humidity control device is arranged along the corrugated shape of the expanded
[0027]
Next, when adsorbing moisture in the flowing air, the air flow path, which is partially open, is closed, the
[0028]
In the present embodiment having the above configuration, the following effects can be expected. A
[0029]
In other words, as in the conventional case, a desiccant is carried on the surface of the honeycomb-shaped ceramic substrate, and the moisture in the air is adsorbed to the desiccant, and the moisture adsorbed on the desiccant is indirectly indirectly radiated or convected from the outside. In this example, when the input electric energy was the same, the temperature reached the water desorption temperature at about three times the speed in comparison with the method in which the desorption regeneration was carried out by heating. In the conventional case, the time required for the temperature of the moisture absorbent layer to reach 200 ° C. was about 60 seconds at 100 W, but in this example, it was less than 20 seconds at 100 W. From the above results, the humidity control device of the present embodiment is very useful in applications where the adsorption / desorption cycle is relatively short.
[0030]
In addition, since expanded metal is used as a base material and processed into a corrugated plate, a large surface area can be ensured, but there is no risk of clogging unlike a conventional honeycomb-shaped base material, and the performance is reduced. A small and highly durable humidity control device can be obtained.
[0031]
Further, since the expanded metal is used as the heater, the resistance value can be freely set, and any electric power can be supplied to the moisture absorbent layer. That is, the resistance value can be changed by changing any of the sheet thickness, width S, length L, and step width K, LW, and SW of the expanded metal shown in FIGS. When the base material is a punched metal, the resistance value can be changed by changing any of the thickness, width S, length L, punched hole shape, and aperture ratio of the base material. Further, when the base material is a wire mesh, the resistance value can be changed by changing any of the wire diameter, width S, length L, and mesh of the base material.
[0032]
In addition, since the expanded
[0033]
In order to exhibit the above effects, a corrosion resistance test of the substrate and an adhesion test between the substrate and the undercoat layer were performed using the humidity control device shown in FIG. That is, the corrosion resistance test is evaluated by an acid, alkali, sodium chloride solution immersion test, and the adhesion test is performed by a thermal shock test by heating in a furnace at 600 ° C. for a certain period of time and then throwing into water. Was. As a comparative example, a base material without annealing treatment was used, and a humidity control device having the same configuration as that of the present example was used except for the above.
[0034]
As a result of immersing both samples in aqueous solutions of a liquid temperature of 25 ° C., 1% sodium chloride solution, 0.5% sulfuric acid and 0.5% sodium hydroxide, the heat-treated base material of this example was not corroded at all. On the unheated substrate, generation of rust was observed in a 1% sodium chloride solution and 0.5% sulfuric acid.
[0035]
Next, as a result of a thermal shock test, no peeling was observed in the undercoat layer in the present example using the heat-treated base material, but some peeling was observed in the case using the unheated base material. Was done.
[0036]
The moisture absorbent layer can be more firmly fixed to the base material by using an optimal binder for each moisture absorbent. In this embodiment, colloidal silica was used, but the same effect can be expected by using water glass or aluminum phosphate.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the present invention forms a desiccant layer on the surface of a substrate, de-energizes the substrate when adsorbing moisture, and energizes when desorbing moisture. And a humidity control device having high moisture desorption efficiency can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective view showing the entirety of a humidity control device according to a first embodiment of the present invention and a portion A thereof. FIG. 2 is a developed view of the humidity control device according to the first embodiment. Enlarged view of main part of humidity control device in Example 1.
1 Expanded metal (base material)
2, 2a power supply terminal 3
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