JP2013198860A

JP2013198860A - デシカントエレメント

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Publication number: JP2013198860A
Application number: JP2012068343A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumura; 貴司福村; Saya Nakabayashi; 沙耶中林
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

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１０は、シート１２上に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。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り、袋状体１４はシート１２上に複数設けてある。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１０が得られる。
【選択図】図１

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１４（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１５（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、シート上に突設し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、前記袋状体内に空間ができるように前記デシカント剤を封入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または２において、前記袋状体を前記シート上に複数設け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、複数の前記袋状体のうち所定の前記袋状体内に吸湿特性が異なる前記デシカント剤を封入したことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係るデシカントエレメントは、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記シートを金属部材上に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、シート上に突設し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からなるので、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、本発明に係るデシカントエレメントの実施例を示す横断面図である。図２は、本発明に係るデシカントエレメントの実施例を示す縦断面図である。図３は、本発明に係るデシカントエレメントの部分斜視図である。図４は、本発明に係るデシカントエレメントの上面図である。図５は、本発明に係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の袋状体の配置パターンを例示する図である。図７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８は、デシカント剤の吸湿量と相対湿度との関係を例示した図であり、（１）はＡ特性（リニア特性）のデシカント剤に関する図、（２）はＢ特性（集中特性）のデシカント剤に関する図である。図９は、吸湿特性が異なるデシカント剤をシートの前列と後列とに配置した状態を示す上面図である。図１０は、吸湿特性が異なるデシカント剤をローターの１段目と２段目とに配置した場合の除湿、脱湿処理を説明するローターの概略側断面図である。図１１は、吸湿特性が異なるデシカント剤を用いた場合の一例を示す空気線図である。図１２は、本発明に係るデシカントエレメントを全熱交換器に応用した実施例を示す図である。図１３は、本発明に係るデシカントエレメントを全熱交換器に応用した他の実施例を示す図である。図１４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１５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。

図１、図２および図３に示すように、本発明に係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。

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を縦横に配置した形態のほか、通風抵抗と湿度交換効率の関係から様々な配置パターンが考えられる。例えば、図６には袋状体１４の配置パターンが例示してある。図６（１ａ）および（１ｂ）は円盤状の袋状体１４を千鳥配置した場合の上面図および横断面図である。図６（２ａ）および（２ｂ）は直方体状の袋状体１４を千鳥配置した場合の上面図および横断面図である。図６（３ａ）および（３ｂ）は平面視台形状の袋状体１４を千鳥配置した場合の上面図および横断面図である。袋状体１４の配置形態としては、図６に示すように、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。

上記のように構成することで、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、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７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。

図８は、デシカント剤の吸湿量と相対湿度との関係を例示した図であり、（１）はＡ特性（リニア特性）を有するデシカント剤に関する図、（２）はＢ特性（集中特性）を有するデシカント剤に関する図である。

例えば、除湿対象の外気は、夏季には室内より相対湿度が高い。したがって、夏季においては、図８（２）に示すように、相対湿度の高い領域で吸着量の多いＢ特性（集中特性）のデシカント剤により大きく除湿することができる。しかし、相対湿度ｂ以下では除湿能力が落ちるため、図８（１）に示すように、比較的リニアなＡ特性のデシカント剤により必要とする相対湿度まで外気を吸着するようにする。

図９は、シート１２の前列に袋状体１４Ｂを、後列に袋状体１４Ａを配置した状態を示す上面図である。袋状体１４ＢにはＢ特性のデシカント剤１６Ｂが、袋状体１４ＡにはＡ特性のデシカント剤１６Ａが封入してある。また、図１０は、図９のシートからなるローター２２の側断面図であり、１段目にデシカント剤１６Ｂ（袋状体１４Ｂ）が、２段目にデシカント剤１６Ａ（袋状体１４Ａ）が配置してある。図１１は、図１０の空調機による空気線図の一例である。

図１０および図１１に示すように、夏季の外気（Ｒ１）は１段目のＢ特性のデシカント剤１６Ｂで大きく吸湿された後（Ｒ２）、２段目のＡ特性のデシカント剤１６Ａで必要な相対湿度まで吸湿される（Ｒ３）。こうして除湿された空気は図示しない冷却装置で冷やされてから室内に吹出される。一方、脱湿する再生側については、まず室内空気（Ｒ４）をヒーター２４（加熱コイルでも良い）で加熱し（Ｒ５）、相対湿度を低下させた排気で２段目のＡ特性のデシカント剤１６Ａによる脱湿を行い（Ｒ６）、さらに１段目のＢ特性のデシカント剤１６Ｂによる脱湿を行う（Ｒ７）。この一連の脱湿により再生用の排気の相対湿度は上昇するが、Ｂ特性のデシカント剤１６Ｂは、図８（２）のように、再生時の相対湿度が高いため、効率良く再生できる。このように、吸湿特性が異なるデシカント剤１６Ａ、１６Ｂを組み合わせることで、効率の良い除湿、脱湿が可能となる。

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。

また、本発明のデシカントエレメントは、全熱交換器へ応用することも可能である。
例えば、図１２に示すように、デシカント剤１６が封入された袋状体１４を備えるシート１２をアルミや銅などの金属製の薄い帯状プレート３６（金属部材）上に一体化させ、これを積層することにより全熱交換器のエレメントとして構成する。

この場合、顕熱部分については金属製のプレート３６が受け持ち、潜熱部分についてはデシカント剤１６が受け持つ。通常のローター型全熱交換器は、金属製の基材表面にデシカント剤を付着させ、これをコルゲート状に加工して利用しているが、デシカント剤は経年変化において剥離するなどのトラブルを招くことがある。しかし、この実施例の場合には、デシカント剤１６はシート１２に突設された袋状体１４内に封入されているので剥離のおそれはない。

また、シート１２と金属製のプレート３６とを積層するだけで袋状体１４の突設高さ分の空気の通路を形成することができる。このため、容易にエレメントを製作できる。図１３に示すように、表面に凹凸を付けた金属製のプレート３６ａを用いれば、形状安定性が増すとともに空気流入路ができ、さらに熱交換効率を向上することができる。

また、全熱交換器への他の応用として、袋状体１４に封入するデシカント剤１６に加えて顕熱対応のための金属、砂石など比熱の高い粉末を混入するようにしてもよい。また、袋状体１４を構成する材料に比熱の高い金属糸などを混入するようにしてもよい。

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、シート上に突設し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からなるので、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
１２シート
１４袋状体
１６デシカント剤
１８ユニット
２４ヒーター
３６プレート（金属部材）

Claims

シート上に突設し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からなることを特徴とするデシカントエレメント。
前記袋状体内に空間ができるように前記デシカント剤を封入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。
前記袋状体を前記シート上に複数設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のデシカントエレメント。
複数の前記袋状体のうち所定の前記袋状体内に吸湿特性が異なる前記デシカント剤を封入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。
前記シートを金属部材上に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のデシカントエレメント。