JP2008168259A - デシカント材およびこれを用いる空気除湿方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】低い温度で水分の脱着が行え、かつ大きな水分の脱着速度を有する吸着材とこのような吸着材を使用する空気除湿方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、セルロース誘導体と、内部に銀、銅または亜鉛から選ばれる金属を担持したゼオライト等の無機多孔結晶体とからなるセルロース誘導体−無機多孔結晶から構成されるデシカント材であり、このデシカント材に湿潤空気を接触させて水分を吸着除去し、次に温度30〜60℃の比較的低温度の空気を作用させてデシカント材を脱着・再生させる湿潤空気の除湿方法である。
従来の吸着材に比べて低温度で効率よく水分の脱着、脱着を行うことができ、吸着材の乾燥・再生ができる。
【選択図】図1
Description
従って、デシカント空調法においては、35〜60℃という低い温度で水分吸着材の脱着・再生が行えると同時に、比較的短い時間で脱着・再生が行える大きな脱着速度を有する水分吸着材が必要とされていた。
(1)セルロース誘導体と、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持した無機多孔結晶体とからなるセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
(2)前記複合体において、金属を担持した無機多孔結晶体の割合が10〜60質量%である前記(1)記載のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
(3)無機多孔結晶体がゼオライトである前記(1)又は(2)に記載のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
(4)セルロース誘導体と、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持した無機多孔結晶体とからなるセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材に湿潤空気を接触させて水分を吸着除去し、次にこの水分を吸着したデシカント材に温度35〜60℃の空気を作用させて水分を脱着し、デシカント材を再生させ、この工程を繰り返すことを特徴とする湿潤空気の除湿方法。
(5)デシカント材を脱着・再生するための空気が、相対湿度15〜55%の空気であることを特徴とする前記(4)に記載の湿潤空気の除湿方法。
(6)除湿される湿潤空気が、温度15〜40℃、相対湿度40〜100%の空気であることを特徴とする前記(4)又は(5)に記載の湿潤空気の除湿方法。
本発明のデシカント材は、銀、銅又は亜鉛を担持したセルロース誘導体と無機多孔質結晶の複合体からなるものである。
デシカント材の吸着・脱着に影響する主要な基礎的物性として、親水性、密度、通気度(多孔性)が挙げられる。これらのうち親水性は水分の吸着しやすさに、密度はデシカント材への水分の吸着量に、通気度(多孔性)は水分の吸着・脱着速度及び有効利用率に関係している。吸着量を大きくするため、密度を大きくすることは、緻密なセルロース繊維のマトリックスを作ることであり、通気度(多孔性)を減少させ、吸着時の水蒸気のマトリックス内部への拡散、また、水蒸気脱着時の水蒸気の外部への拡散を抑制し、吸着・脱着速度の低下とデシカント材の有効利用率の低下をもたらす。しかし、セルロース繊維のマトリックスの間にゼオライトのような多結晶体が入った複合体になると、マトリックスの通気度(多孔性)が大きくなり、水蒸気の内部あるいは外部への浸透速度が改善され、結果として吸着・脱着速度の上昇、デシカント材の有効利用率が大きくなる。また、ゼオライトのような多結晶体自身が有する吸着能が副次的に作用し、デシカント材の水分吸着性能を高めるという効果もある。
即ち、密閉された恒温恒湿チャンバーを用い、実際の使用条件に合わせて、温度20℃、相対湿度95%(水分吸着時)および温度40℃、相対湿度40%(水分脱着時)の条件下に、このチャンバーの中に試験試料のデシカント材またはゼオライトを設置し、48時間放置して各試料の水分量を測定して、それぞれの条件の平衡吸着水分量を求めた。その結果を表1に示す。
デシカント空調における水分の吸着・脱着の実験は既にいろいろ行われているが、その実験条件等が報告者によって種々異なっているため、それぞれの吸着材の吸着・脱着特性を直説比較することができない。しかしながら、これらの過去の実験報告の中ではシリカゲルやゼオライトなどの広く利用されている吸着材の吸着・脱着特性も併せて記載して比較しているので、ここでは各報告におけるシリカゲルの吸着量を基準にして、それぞれの吸着材の水分の吸着量・脱着量がシリカゲルのそれの何倍であるかを求めて、本発明のデシカント材との比較を行った。
吸水性高分子(主にポリアクリル酸類)とゼオライトについては、稲葉英男「吸湿能力2倍以上の新素材」建築設備と配管工事、2006年1月、32〜36頁;スポンジチタンについては、「No.9 高効率デシカント空調機」宮城県環境産業新技術開発等支援事業に記載のデータを用いた。
吸着材として、本発明のデシカント材、シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライトを用いて、温度35℃、相対湿度50%の空気を除湿し、その後温度50℃、相対湿度18%の空気で再生した場合の、それぞれの吸着材の水分の吸着量(吸着平衡時と脱着平衡時の吸着水分量の差)を求めた。なお、除湿時の条件(温度35℃、相対湿度50%)は、温度20℃、相対湿度95%の湿潤空気に相当するものである。
本発明のデシカント材については実施例1と同様の方法で実測し、シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライトについては、「PEFC排熱駆動デシカント除加湿システムに関する研究」(http//therme.mech.kyuushu-u.ac.jp/pdf/2005/2005-pefe.pdf)に記載されたデータに基づいて算出した。
容器内に吸着材を設置し、吸着材の下部から湿潤空気を装入して除湿する回分式調湿装置を用いて各種の吸着材での吸着量・脱着量を比較した。本発明のデシカント材は、実施例1と同一のもので、大きさが100mm×100mm×20mmのものを設置した。シリカゲル及びゼオライトは、直径が2〜5mmの粒子で、その50グラムを用いた。
試験方法は、温度22℃で相対湿度90%の湿潤空気を吸着材の下部から5分間流通させ、湿潤空気中の水分を吸着させる。その後、直ちに吸着材を試験装置より取り出して水分吸着量を天秤で測定する。その後直ちに吸着材を試験装置に戻し、温度45℃で相対湿度48%の再生用空気を5分間又は1分間流通させて吸着した水分の脱着を行い、その後直ちに吸着材を試験装置より取り出して水分脱着量を天秤で測定する。この操作を吸着量と脱着量が安定するまで繰り返し、使用した吸着材の水分の吸着量と脱着量を求めた。
回転円盤(ローター)型の吸着材を用いた連続式調湿装置による吸着試験を行った。吸着材としては、実施例1のものと同一の本発明のデシカント材またはゼオライト(P社製)を用いた。本発明のデシカント材またはゼオライトからなる直系約200mm×厚さ20mmの円盤(ローター)を調湿装置にセットし、ローターを10rpmの回転速度で回転させた。ローターの除湿部には、温度28.9℃、相対湿度78%の湿潤空気を毎分60Lでその下部から供給した。一方、ローターの再生部には再生用空気を毎分100Lで供給した。再生用空気は、本発明のデシカント材の場合は温度52.2℃、相対湿度24%であり、ゼオライトの場合は温度52.2℃、相対湿度15%であった。
除湿空気出口及び再生空気出口の相対湿度が安定した状態となった状態で、空気流量と相対湿度(絶対湿度に換算)により、単位時間、吸着材単位重量当たりの水分吸着量及び水分脱着量を求めた。その結果を表4に示す。
Claims (6)
- セルロース誘導体と、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持した無機多孔結晶体とからなるセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
- 金属を担持した無機多孔結晶体の割合が10〜60質量%である請求項1記載のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
- 無機多孔結晶体がゼオライトである請求項1又は2に記載のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
- セルロース誘導体と、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持した無機多孔結晶体とからなるセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体からなるデシカント材に湿潤空気を接触させて水分を吸着除去し、次にこの水分を吸着したデシカント材に温度35〜60℃の空気を作用させて水分を脱着し、デシカント材を再生させ、この工程を繰り返すことを特徴とする湿潤空気の除湿方法。
- デシカント材を再生させるための空気が、相対湿度15〜55%の空気であることを特徴とする請求項4に記載の湿潤空気の除湿方法。
- 除湿される湿潤空気が、温度15〜40℃、相対湿度40〜100%の空気であることを特徴とする請求項4又は5に記載の湿潤空気の除湿方法。
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