JP2011021783A - 調湿モジュール及び調湿ユニット並びにその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】あたかも従来の通風ダクトに設置する除塵フィルターのように設置・使用できるとともに、大量の水分を収着しても調湿コアが変形することの無い調湿モジュールを提供する。
【解決手段】水分の収着機能を有する高分子収着剤や、イモゴライトなどの水分吸着剤を塗布あるいは漉き込みなどの手段により担持した紙、樹脂、ガラス繊維、あるいは金属などの単体、あるいは混合体から形成される薄板平板１と、薄板平板をコルゲート加工した波板２を交互に接着積層することで、複数の空気流通孔を有するダンボール状の構造体４を形成し、構造体４を積層した調湿コア８の通風方向直角断面形状を、正方形あるいは長方形とし、これを調湿モジュール内に収納すると共に、調湿モジュールの型枠の内周部の少なくとも２つの平面に弾力性を有するパッキンシートを固着した。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場やビルなどの空間を適度な温湿度と空気質に保つ空調装置あるいは外気導入装置に用いられる調湿モジュール及び調湿ユニットと、その設置方法に関する。

工場やビルなどの空間を適度な温湿度と空気質に保つ空調装置には、外気を取り込み、これを所定の絶対湿度まで冷却除湿した後に加温、または所定の絶対湿度まで水蒸気付加により加湿して温度と湿度を調整し、空調対象空間へ供給する調湿調温システムがある。

また、最近では、シリカゲル等の吸着剤を担持したハニカム形状体を円筒型の枠内に固定し、これをロータとして常時回転させつつ、ロータの一部分に高相対湿度の空気を通過させることで空気中の水分を吸着させ、他の部分に低相対湿度の空気を通過させることで、高相対湿度の空気から吸着した水分を取り去るデシカントロータ型調湿システムが出現している（例えば、株式会社クボタによる産業用デシカント空調機などの市販品。図６を参照。）。

図６に示すように、デシカントロータを使用する既存の調湿システムでは、２つの空気ダクトに跨る状態でデシカントロータを回転させ、一方の空気ダクトには相対湿度の高い空気を流し、他方の空気ダクトには相対湿度の低い空気を流すことで、水分の吸脱着を連続的に行い、相対湿度の高い空気から水分を取り去り、相対湿度の低い空気へ水分を移動させている。

このようなデシカントロータ型調湿システムでは、相対湿度の高い空気と相対湿度の低い空気の混合を避けるために、デシカントロータの表面を円滑に仕上げた上で、ロータとダクトが接触する部分に摺動シールを設置している。接触面の磨耗を防止するために、摺動シールは高級な樹脂材が使用され、また、デシカントロータの接触面も硬度確保のために加熱固化や樹脂等の含浸固化などが施されている。

デシカントロータの仕上げコストや摺動シールコストなどのために、デシカントロータ型調湿システムは高価となる傾向があり、省エネルギーとなる可能性を有しているものの普及が進展しない状況である。

これに対し、通風性を維持させた状態で吸着剤を２つの容器に充填し、２つの容器を相対湿度の高い空気が通る通気ダクトと、相対湿度が低い空気が通る通気ダクトの間を一定時間ごとに移動させることで、調湿システムのコスト削減を目指す技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。

また、吸着剤を充填した２つの容器を移動させる代わりに、通気ダクトとの接続部に流路切替えのためのダンパーを設置する方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照。）。

デシカント材は相対湿度にて決まる吸湿率（自重に対してどの程度の水分を吸湿できるかの値）を持つことから、高相対湿度条件での吸湿率と低相対湿度条件での吸湿率の差により、１回のインターバルにおけるデシカント材の水分処理量が決定されるが、吸湿率は長時間放置する条件下での値であることから、短時間インターバルの運転では、十分な水分処理を実施するには、通過空気量に対して使用するデシカント材を大量に使用しないと性能が発揮できないという問題がある。

従来のデシカントロータ型の調湿装置システムではインターバル時間が数分程度であるため、結果的にデシカントロータが大きくなり、収納する躯体容器も大型化され高価となる傾向がある。

また、デシカントロータを使用せずに、収着剤や吸着剤を２つの容器に収納し、２つの容器をダクト間で移動させる方式のものにおいても、数分のインターバル時間であるため、デシカント材が保有している吸湿特性を活用しているとは言えない状況にある。

一方、デシカント材を容器に収納し、流通空気をダンパーで切り替える方式の場合には、大型容器に収着剤や吸着剤を大量に収納し、長時間のインターバルで運転することも可能であるが、長時間運転の結果、水分を多量に含んだ収着剤や吸着剤の重量が増加し、紙や樹脂などで構成されるハニカム構造体が重量や膨潤作用に負けて変形するなどの弊害が発生する。

特開２００９−０９７８３７号公報 特開２００７−２１２０５８号公報 特開２００７−０３２９１２号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、空気中に含まれる水分を吸脱着する調湿モジュールを、あたかも従来の通風ダクトに設置する除塵フィルターのように設置・使用できる構造とすると共に、大量の水分を収着しても調湿コアが変形することの無い調湿モジュールおよび調湿モジュールを結合させた調湿ユニットとすることで、特別な機構や装置を必要とせず、また、相対湿度の高い空気状態でも高い吸湿能力を示すと共に、調湿コア形状が維持されて安定した吸脱着能力が確保され、さらに未熟練者による組み立て作業においても安定した製品性能が確保できる調湿モジュールの提供を主な目的とする。

本発明によれば、例えば水分の収着機能を有する高分子収着剤を紙、樹脂あるいは金属などからなる薄板平板に塗布することで担持し、この塗布された薄板平板と、当該薄板平板をコルゲート加工した波板を交互に接着積層した構造体をまず製作し、この構造体を所定寸法に切断した後に積み重ねて調湿コアを形成し、該調湿コアを、調湿モジュールの枠材内に収納する際に、調湿モジュールの左右面の枠材の少なくとも片方、および上下面の枠材の少なくとも片方に枠材内寸とほぼ等しいパッキンシートを枠材内面に固着しておくことで、調湿モジュール組み立て後には枠材と調湿コアの接触をエアータイトとすることで、通過する空気が枠材と調湿コアとの隙間を通過することを防止し、また、水分吸脱着時の調湿コアの膨張・収縮をパッキンシートが吸収することで調湿コア全体の変形防止機能を確保した調湿モジュールの提供を可能としている。

また、調湿モジュールの通風方向断面形状を一辺の長さを４０ｃｍ以上で１００ｃｍ以下の正方形、あるいは、あるいは短辺の長さが４０ｃｍ以上で１００ｃｍ以下の長方形とし、通風方向に直角な面となる調湿モジュール枠材の所定位置に上下、あるいは左右の調湿モジュール間とを接続する金属あるいは樹脂材からなる留め板と、その留め板の穴に合致するネジ穴を設けたので、複数の調湿モジュールを積み上げたりしても、最終的に一体となる調湿ユニットの提供が可能としている。

このように、本発明によれば、調湿モジュールの通風方向直角断面形状を、正方形あるいは長方形とし、かつ正方形の１辺の長さ、あるいは長方形の短辺の長さを、既存のダクト設置型フィルターの基本寸法と同寸となるよう、４０ｃｍ以上で１００ｃｍ以下としたので、通風ダクト内の設置が従来のフィルター設置と同じ感覚で施工できるよう使い勝手が改善されている。

また、本発明は従来のデシカントロータを使用する調湿装置に比して、外気通風ダクトと還気通風ダクト（再生空気の通風ダクトと読み替えても良い）の通気を切替える際に、調湿モジュールを移動させるのでは無く、ダクト部に設置される複数の流路切替えダンパーを一体的に作動させる手段を採用しているので、大容量空気を処理する場合などにおいて、使い勝手が良く、相対的に安価な調湿システムの提供が可能となる。

また、大容量空気を長時間連続処理するに際して、調湿ユニットが静止型である利点を活かし、その通風面積を大面積とすることで、通過する空気の面速度を従来の２ｍ／ｓ 程度から、０．２ｍ／ｓ 程度まで低速化することが可能である。この結果、調湿ユニットの通気方向長さを拡大しても圧力損失値を所定値内に抑制することが可能となり、結果的に流路切り替えインターバルを長時間化できるため、使用する高分子収着剤の吸湿特性を１００％近く活用することが可能となる。

さらに、長時間連続して水分を収着しても、調湿モジュールの高さを１００ｃｍ以下にすると共に、調湿コアあるいは構造体を形成する薄板平板の設置が垂直方向となるように調湿モジュールを設置しているので、水分収着による重量増による全体的な変形が回避される。

以上説明したように、本発明の調湿モジュールを、デシカント調湿システムでの調湿体として使用すれば、従来のようにデシカントロータを用いた方式に不可欠な回転駆動部や摺動シールが不要となる。また、比較的切替え時間が短い（長くても２０分程度）バッチ方式のデシカントシステムと比べても、使用する収着剤や吸着材が示す吸湿率特性を最大限利用できる。

このように、大容量の調湿モジュールを設置し、運転インターバルを長時間化できるために、使用する高分子収着剤や吸着材の利用率が改善される。この特性から、例えば調湿ユニットを夜間の間に未利用熱などを利用して再生し、昼間に外気の除湿を行うなどの、極めて省エネ性の高いシステム運転が可能となる。

また、調湿モジュール単体の寸法と構造を所定値に規定しているので、処理風量が異なっても使用する調湿モジュールの個数を加減することで対応可能であるため、調湿モジュールの量産効果から、安価なデシカントユニットの提供が可能となる。

本発明の実施例では、高分子収着剤を紙などの薄板平板に塗布して使用する手法を中心に発明の構成を紹介したが、従来から使用されているシリカゲル微粉末をセラミック（粘土）と共に混練りした後に、これを紙状として、同様の手法で構造体を形成しても良い。この場合は、加熱乾燥過程で構造体は接着される。

第１発明に係る調湿コア８を形成する構造体４、平板１と、波板２の関係概要図である。 第１発明に係る調湿モジュール１０を形成する調湿コア８、外枠材１１、パッキンシート１２の挿入など主要構成部材の関係を示した概要図である。 調湿モジュール１０の組立て後の姿、ならびに重力方向との関係を示す概要図である。 複数の調湿モジュール１０を結合させ、調湿ユニット２０内へ設置した事例の構成図である。 複数の調湿ユニット２０を配置する通気ダクトの構成図である。 既存のデシカントロータを使用する市販調湿装置の構成図である。

図１は、第１発明に係る調湿モジュール１０内に設置されている調湿コア８、ならびに、調湿コア８を形成する構造体４、さらに構造体４を形成する平板１と波板２の関係を示したものである。

波板２は平板１をコルゲート加工したものであり、平板１は高分子収着剤を塗布・乾燥した紙材などを使用している。コルゲート加工時の押し型寸法や形状を変えることで、流通開口部３のサイズ、形状を調整できる。また、平板１の幅を変えれば構造体４の空気流通方向の長さを調整できる。波板２と平板１を接着積層して構造体４を形成し、これを所定寸法に裁断した後に接着積層することで調湿コア８が製造される。

一方、調湿モジュール１０の外周を構成する枠材１１は、図２に示すように、まず下枠１１−ａ と左右の縦枠１１−ｂ が結合された状態とする。この時、左右の縦枠の一方には枠材の内側にパッキンシート１２が接着されている。上部枠が未固定状態の調湿モジュールに、調湿コア８を、上部から挿入した後、パッキンシート１２が枠内に接着されている上枠１１−ｃ を設置し固定する。

このような手順で製作された調湿モジュール１０は、調湿コア５と枠材１１がパッキンシート１２の効果で、枠材１１に対してエアータイトな状態で組み立てられると共に、パッキンシート１２の弾力により、水分吸脱着に伴う調湿コア５の膨張・収縮に伴う変形を吸収する。

図３は、同じく第１の発明に係る調湿モジュールの設置方法に付いて示した図である。すなわち、構造体４を形成する平板１が設置時に重力方向となる様に設置する旨を示したものである。

図４は第２の発明に係る、調湿ユニット２０を構成する通風容器２１内に設置されている調湿モジュール１０の結合状況、ならびに通風容器２１内での設置の一例を示した図である。

図５に示すように通風容器２１は通風経路に対して複数設置することも可能である。

［実施例］
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［構造体４の製造］
ダンボールを製造する設備を流用し、所定幅（例えば幅２５０ｍｍ）の紙ロールを2個設置し、双方のロールから平板状のペーパーを連続的に高分子収着剤微粒子と接着剤との混合溶液内を数秒間通過させた後に、温風乾燥させる。乾燥後のペーパー表面には高分子収着剤が紙繊維と絡まりつつ塗布状態となり平板１が形成される。この状態で一端ロールに巻き取り、次の行程へ移す。

次行程では、表面に波形の溝が設置されている一対のロータの間をロールからの平板１を通過させると波板２となる。この波板２と別のロールからの平板１とを一緒に狭い隙間を通過させる。この時、狭い隙間ではヒータ加熱が行われ、波形２と平板１は、接触箇所同士で互いの表面にある高分子収着剤が融合して接着され一体化したダンボール状となる。このダンボール状の接合体を所定の長さで切断することで、構造体４が形成される。

［調湿コア８の製造］
一定長さに切断された構造体４を所定枚数積み上げると、調湿コア８となる。

［調湿モジュール１０の製造］
図２に示されるように、下枠１１−ａ と左右の縦枠１１−ｂ は１枚の金属シートを折り曲げた形状である。左右の縦枠１１−ｂ の一方の枠材内側にパッキンシート１２を接着する。この状態で、調湿コア８を縦枠１１−ｂ に沿って上部から挿入した後、パッキンシート１２が枠内に接着されている上枠１１−ｃ を上部から被せるように設置し外枠同士を嵌合することで調湿モジュール１０が形成される。
このような手順で構成された調湿モジュール１０は、調湿コア８と枠材１１がパッキンシート１２の効果でエアータイトな状態で組み立てられると共に、外枠１１の鍔部１１−ｄ が調湿コア８の通風方向の動きを抑制する。また、パッキンシート１２の弾力により、水分吸脱着に伴う調湿コア８の膨張・収縮を吸収する。

［調湿モジュール1０の結合］
図示されていないが、調湿モジュール１０の枠材１１の鍔部１１−ｄ は所定位置にネジ穴１１−ｅ が設置されており、調湿モジュール１０を積層した際、左右または上下に隣接する調湿モジュール１０の外枠鍔部１１−ｄ 同士を、留め具１３を介して、ネジで結合される構造となっている。

［調湿ユニット２０の製造］
図４に示すように、複数の調湿モジュール１０は通風容器２１内にて、互いに留め具１３にて結合され一体化する。この一体化した調湿モジュールは通風容器２１内の所定位置に固定される。この時、調湿モジュールと通風容器２１の間には空気漏洩を防止するためのシール処理が施行される。また、図４の例では、場所による通風抵抗の均一化と通風容器の小型化を確保するために、通風容器に対して調湿モジュールは所定角度をもって固定されている。

［通風ダクトと調湿ユニットの接続］
大量空気の処理や、個別の調湿ユニットを所定時間使用などの運転制御を行うなどの条件では、図５に示すように通風経路を分岐させて調湿ユニット２０を複数設置することも可能である。

１ 平板
２ 波板
３ 通気開口部
４ 構造体
８ 調湿コア
１０ 調湿モジュール
１１ 調湿モジュールの枠材
１１−ａ 調湿モジュールの下枠
１１−ｂ 調湿モジュールの縦枠
１１−ｃ 調湿モジュールの上枠
１１−ｄ 外枠鍔部
１２ パッキンシート
１３ 留め具
２０ 調湿ユニット
２１ 通風容器

Claims (6)

1. 水分の収着機能を有する高分子収着剤や、イモゴライトなどの水分吸着剤を塗布あるいは漉き込みなどの手段により担持した紙、樹脂、ガラス繊維、あるいは金属などの単体、あるいは混合体から形成される薄板平板と、該薄板平板をコルゲート（波板状）加工した波板を交互に接着積層することで、複数の空気流通孔を有するダンボール状の構造体を形成し、該構造体を積層した調湿コアの通風方向直角断面形状を、正方形あるいは長方形とし、これを調湿モジュール内に収納すると共に、該調湿モジュールの型枠内周部の少なくとも２つの平面に弾力性を有するパッキンシートあるいは弾性体シートを固着したことを特徴とする調湿モジュール。
2. 調湿モジュールの通風方向に直角な断面の形状を、正方形あるいは長方形とすると共に、その短辺長さを４０ｃｍ〜１００ｃｍとし、長方形の長辺長さは短辺長さの２倍としたことを特徴とする請求項１に記載の調湿モジュール。
3. 請求項１又は２に記載の調湿モジュールを１個あるいは複数個組み合わせ、通風方向に直角となる前面ならびに後面での隣合う調湿モジュールの型枠同士を複数の留め板とネジ等で接合することで、通風方向と直角を成す断面形状が正方形あるいは長方形となる調湿モジュール結合体としたことを特徴とする調湿ユニット。
4. 請求項１〜３いずれか記載の調湿モジュール又は調湿ユニットの設置に際して、調湿コアを形成する薄板平板が重力方向に平行に設置されることを特徴とする調湿モジュールの設置方法。
5. 請求項３又は４記載の調湿コア、調湿モジュールを収納する単独あるいは複数の調湿ユニットを通風ダクトにて接続する際に、複数の調湿ユニットを通風ダクトの分岐系統ごとに設置し、通過する空気流を分流させた後に個々の調湿ユニットへ導く構成としたことを特徴とする調湿ユニットの設置方法。
6. 請求項３〜５いずれか記載の調湿コア、調湿モジュール、調湿ユニットから構成される単独あるいは複数の調湿ユニットの設置に際して、調湿ユニットをビルの通気シャフトあるいは天井裏などの構造躯体内の空間に設置した上で、該調湿ユニットへの通気をダクトまたは通気シャフト等の構造躯体内の通気可能流路を介して実施することを特徴とする調湿ユニットの設置方法。