JP2005046796A5 - - Google Patents

Description

調湿デバイス

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。

従来、この種の調湿装置は空気中の水分の吸脱着方法として、ハニカム状セラミックス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）。
特開平９−２４２３５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、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課題を有していた。すなわち、セラミックス基材を用いた場合、熱容量が大きく、熱伝導率が低いことに起因して、水分脱着速度が遅いという課題を有していた。

また、前記課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ることで、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体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。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、温度上昇が速く、温度分布が均一で、水分脱着効率を高くした調湿デバイスを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の調湿デバイスは、通電により発熱可能なエキスパンドメタルの基材と、前記エキスパンドメタルの基材の表面に形成した吸湿剤層とを備え、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ある。

これによって、基材の表面に形成された吸湿剤が基材からの伝導熱により直接加熱されるため温度上昇が速く、また基材と吸湿剤層が密着しているため温度分布が均一となる。

本発明の調湿デバイスは、吸湿剤の温度上昇が速く、また温度分布が均一であるため水分脱着効率を高くすることができる。

第１の発明は、通電により発熱可能なエキスパンドメタルの基材と前記エキスパンドメタルの基材の表面に吸湿剤層を形成し、水分吸着時は非通電とし、水分脱着時に通電することにより、温度上昇が速く、温度分布が均一と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。

第２の発明は、特に、第１の発明のエキスパンドメタルの基材をＮｉ−ＣｒまたはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌのいずれかを用いることにより、耐久性に優れ、また固有抵抗が大きくなり小型化することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明のエキスパンドメタルの基材を板厚・幅・長さ・きざみ幅・ＬＷ・ＳＷの内の少なくとも一つ以上を調整することにより、抵抗値が決まり、任意の抵抗値に設定することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明のエキスパンドメタルの基材のＬＷ／ＳＷの比を１〜５の範囲に設定することにより、目切れが無く抵抗値のバラツキを小さくすることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のエキスパンドメタルの基材を９００〜１０００℃の雰囲気中で焼鈍することにより、加工硬化を緩和し、かつ表面に緻密な不働態酸化皮膜が形成され、耐久性の高い調湿デバイスとすることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のエキスパンドメタルの基材を波板状とすることにより、水分を含んだ空気との接触面積が大きくなり、吸脱着効率の高い調湿デバイスとすることができる。

第７の発明は、特に、第６の発明の波形状の稜線方向に通気することにより、通気抵抗が小さくなり、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。

第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の吸湿剤層をエキスパンドメタルの基材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られた吸湿剤とからなるようにすることで、基材と吸湿剤層との密着性が向上し、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。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における調湿デバイスの斜視図を、図２は、図１に示す調湿デバイスの展開図を、それぞれ示すものである。

図１において、１は通電可能なエキスパンドメタルで表面に吸湿剤層が形成されている。２、２′は給電端子であり、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（以下エキスパンドメタルの各部を示す用語は、ＪＩＳ Ｇ ３３５１に準拠して使用する。）。

エキスパンドメタル１は、図３に示す構成となっている。すなわち、フープ状の基材４を刻み幅Ｋに応じて順送し、かまぼこ型の刃物で打ち抜いているものである。このためアヤメ３は押し広げられるものであり、前記順送の条件を調整することによって短目方向の中心間距離ＳＷと長目方向の中心間距離ＬＷを所定の寸法としているものである。本実施例では、ＬＷは２ｍｍ、ＳＷは１ｍｍ、Ｌは８００ｍｍ、Ｓは３５ｍｍの設定としている。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。

以上のエキスパンドメタルを図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、山谷部に適切なＲ加工を施すと良い。本実施例では、波高さ２０ｍｍ、Ｒ＝１とした。前述したアヤメ３を形成する加工時に基材４は加工硬化を生じ、このため本実施例のように波板状に加工する際の折り曲げ等の二次加工によって折れたりするものである。そこで、本実施の形態では加工硬化を緩和するために焼鈍処理を施している。また、焼鈍処理は、基材の耐腐食性を向上させ、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効果もある。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。本実施の形態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。

こうして焼鈍を終了したエキスパンドメタル１の表面に、図４に示すようにアルミナを主成分とするアンダーコート層１２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層１３の作製を行った。

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１２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１３を形成している。本実施の形態では、吸湿剤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。

こうして完成した調湿デバイス２１を、図５に示すように、９０ｍｍ幅に加工されたケーシング２２内にセットした。図５において、２３は送風機、２４は吸気口、２５は排気口である。

以上のように構成された調湿装置について、以下その動作、作用を説明する。

調湿デバイスの供給端子２、２′間に通電して、エキスパンドメタル１を加熱状態にする。同時に、吸湿剤層も加熱される。水分脱着温度に達した吸湿剤層からは、吸着されていた水分が脱着する。次に、調湿デバイスの供給端子２、２′間を非通電状態にし送風機２２に通電すると、エキスパンドメタル１は非加熱状態となり通風により吸湿剤層の温度は下がり、空気中の水分が吸湿剤に吸着される。以上の動作を繰り返すことにより、目的とする湿度の空気を供給することができる。

この実施の形態の効果について、以下に説明する。

本実施の形態では、エキスパンドメタル１の表面に吸湿剤層を形成し、エキスパンドメタル１に通電したときの発熱を利用して吸湿剤層を加熱するため、吸湿剤層の温度上昇が速く、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。すなわち、従来のようにハニカム状セラミックス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加熱して脱着再生する方法と比較して、本実施の形態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、吸着剤層の温度が２００℃に達するまでの時間は１００Ｗで約６０秒であったが、本実施の形態では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、本実施の形態の調湿デバイスは非常に有用である。

また、エキスパンドメタルを基材として用い波板状に加工しているため、表面積を大きく確保した上で、ハニカム形状のように目詰まりする心配がなく、また波形状の稜線方向に通気することで通気抵抗が低減され、性能低下が少ない高耐久かつ高性能な調湿デバイスとすることができる。

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４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。

また本実施の形態では、エキスパンドメタル１は、ＬＷ／ＳＷの比を１〜５に設定しているものである。試験結果によれば、ＬＷ／ＳＷの比が１以下になると、ボンドの強度が弱くなり二次加工ができなくなるものである。またこの比が５以上になると、エキスパンドメタル１の平坦度が極端に悪くなるものである。従って実用的にはＬＷ／ＳＷの比は１〜５が適切であり、２〜３とする方がより好ましい。

また、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または吸湿剤層との密着性を向上させることができる。

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℃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、焼鈍処理を行わない基材を用いた。

液温２５℃、１％塩化ナトリウム溶液、０．５％硫酸、０．５％水酸化ナトリウム各水溶液に両サンプルを浸漬した結果、熱処理基材は全く腐食されなかったが、未熱処理基材では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。

次に、熱衝撃試験を行った結果、熱処理基材ではアンダーコート層に剥れはなかったが、未熱処理基材では一部に剥れが認められた。

（実施の形態２）
図６は本発明の第２の実施の形態における除湿装置の斜視図を示すものである。

図６に示すように、３１はケーシングで内部に調湿デバイス３２が収められている。３３は送風機で吸気口３４が設けられており、他方には排気口３５が設けられている。ケーシング３１の上部には開口部３６が設けられており、開口部３５は不織布３７により蓋がされている。調湿デバイス３２は実施の形態１に示したものと同等とした。

以上のように構成された空調装置について、以下その動作、作用を説明する。

調湿デバイスに通電して、エキスパンドメタルを加熱状態にする。同時に、吸湿剤層も加熱される。水分脱着温度に達した吸湿剤層からは、吸着されていた水分が脱着し、開口部３７からケーシングの外に放出される。次に、調湿デバイスを非通電状態にしシロッコファン３４に通電すると、エキスパンドメタル１は非加熱状態となり通風により吸湿剤層の温度は下がり、空気中の水分が吸湿剤に吸着される。以上の動作を繰り返すことにより、目的とする湿度の空気を供給することができる。

以上のように本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した除湿デバイス３５を送風機３３と吸気口３４と排気口３５を備えたケーシングに収容して、圧力損失が小さく、水分の吸脱着性能に優れた調湿装置とすることができるものである。

以上のように、本発明にかかる調湿デバイスおよびこの調湿デバイスを用いた調湿装置は、吸湿剤の温度上昇が速く、また温度分布が均一であるため水分脱着効率を高くすることが可能となるので、除湿機、デシカント空調、シート等のむれ感解消、調湿装置、加湿器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における調湿デバイスの斜視図 本発明の実施の形態１における調湿デバイスの展開図 本発明の実施の形態１におけるエキスパンドメタルの拡大図 本発明の実施の形態１における調湿デバイスの拡大断面図 本発明の実施の形態１における調湿装置の斜視図 本発明の実施の形態２における調湿装置の斜視図

符号の説明

１、１１ エキスパンドメタル
３ アヤメ
４ 基材
１２ アンダーコート層
１３ 吸湿剤層
２１、３２ 調湿デバイス

Claims (8)

1. 通電により発熱可能なエキスパンドメタルと、前記エキスパンドメタルの表面に形成した吸湿剤層とを備え、前記吸湿剤層に水分を吸着させる時は、前記エキスパンドメタルに非通電とし、前記吸湿剤層から水分を脱着させる時は、前記エキスパンドメタルに通電する調湿デバイス。
2. エキスパンドメタルは、Ｎｉ−ＣｒまたはＦｅ−Ｃｒ−Ａｌのいずれかとした請求項１に記載の調湿デバイス。
3. エキスパンドメタルは、板厚、幅、長さ、きざみ幅、ＬＷ、ＳＷの内の少なくとも一つを調整することによって抵抗を設定する請求項１または２に記載の調湿デバイス。
4. エキスパンドメタルは、ＬＷ／ＳＷの比を１〜５の範囲に設定した請求項３に記載の調湿デバイス。
5. エキスパンドメタルは、９００〜１０００℃の雰囲気中で焼鈍した請求項１〜４のいずれか１項に記載の調湿デバイス。
6. エキスパンドメタルは、波板状とした請求項１〜５のいずれか１項に記載の調湿デバイス。
7. 波形状の稜線方向に通気する請求項６に記載の調湿デバイス。
8. 吸湿剤層は、エキスパンドメタルの基材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られた吸湿剤とを備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載の調湿デバイス。