JP2017051901A - Dehumidifying material, dehumidifying rotor, and desiccant air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、除湿材、除湿材を内蔵する除湿ロータ、及び、これを備えたデシカント空調装置に関する。 The present invention relates to a dehumidifying material, a dehumidifying rotor incorporating the dehumidifying material, and a desiccant air conditioner including the same.
近年、建築分野の省エネルギー化が注目されており、様々な方法で省エネルギーが推し進められている。オフィスビル等の民生部門における空調エネルギー消費は照明と並んで大きく、省エネルギー化が強く望まれている。中でも、デシカント空調は過冷却除湿・再熱方式に比べ、低いエネルギーで直接湿度を取り除くことができ、また、温湿度を別々に制御することができることから、省エネルギー化に貢献する技術である。 In recent years, energy saving in the field of architecture has attracted attention, and energy saving has been promoted by various methods. Air conditioning energy consumption in the consumer sector such as office buildings is as great as lighting, and energy saving is strongly desired. In particular, desiccant air conditioning is a technology that contributes to energy saving because it can directly remove humidity with low energy and can control temperature and humidity separately compared to the supercooling dehumidification / reheating method.
デシカント空調の性能は除湿材の性能に大きく依存している。従来より、除湿材としては、シリカゲル、活性炭、活性アルミナ、又は、ゼオライトなどが一般的に知られている。これら除湿材は、工業用途では水分を吸着した除湿材を加熱することで水分を除去して再生し、除湿材として再利用する方式が一般的である。例えば、特許文献１には、多孔質粉末にシリカゾルを混合して吸放出特性を改良した多孔質壁材が記載されている。また、特許文献２には、除湿ロータの除湿材として、ゼオライトの粉末を固形化して球体の表面に複数の突起を形成したものが記載されている。 The performance of the desiccant air conditioner depends greatly on the performance of the dehumidifying material. Conventionally, silica gel, activated carbon, activated alumina, zeolite, or the like is generally known as a dehumidifying material. In general, these dehumidifying materials are reused as a dehumidifying material by removing the moisture by heating the dehumidifying material that has adsorbed the moisture and regenerating it. For example, Patent Document 1 describes a porous wall material in which silica sol is mixed with porous powder to improve the absorption / release characteristics. Patent Document 2 describes a dehumidifying material for a dehumidifying rotor in which a zeolite powder is solidified to form a plurality of protrusions on the surface of a sphere.
しかしながら、これらは従来から知られている材料を用いたものであり、十分に満足できる特性を得ることは難しい。そこで、より高い特性を得ることができる新しい除湿材の開発が望まれていた。 However, these are materials using conventionally known materials, and it is difficult to obtain sufficiently satisfactory characteristics. Therefore, development of a new dehumidifying material capable of obtaining higher characteristics has been desired.
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、優れた除湿特性を得ることができる除湿材、除湿ロータ、及び、デシカント空調装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a problem, and an object thereof is to provide a dehumidifying material, a dehumidifying rotor, and a desiccant air conditioner capable of obtaining excellent dehumidifying characteristics.
本発明の除湿材は、ポリ（４−スチレンスルホン酸）をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含有するものである。 The dehumidifying material of the present invention contains poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly (4-styrenesulfonic acid).
本発明の除湿ロータは、本発明の除湿材を内蔵するものである。 The dehumidifying rotor of the present invention incorporates the dehumidifying material of the present invention.
本発明のデシカント空調装置は、本発明の除湿ロータを備えたものである。 The desiccant air conditioner of the present invention includes the dehumidifying rotor of the present invention.
本発明によれば、ポリ（４−スチレンスルホン酸）をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含有するようにしたので、安定して高い水分の吸着能力及び脱着能力を得ることができる。よって、デシカント空調装置として、優れた性能を得ることができる。 According to the present invention, since poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly (4-styrenesulfonic acid) is contained, it is possible to stably obtain a high moisture adsorption ability and desorption ability. Can do. Therefore, excellent performance can be obtained as a desiccant air conditioner.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施の形態に係る除湿材は、ポリ（４−スチレンスルホン酸）をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含有するものである。以下、ポリ（４−スチレンスルホン酸）（ｐｏｌｙ（４−ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ)）はＰＳＳと表し、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ)）はＰＥＤＯＴと表し、ポリ（４−スチレンスルホン酸）をドープしたポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと表す。 The dehumidifying material according to the present embodiment contains poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly (4-styrenesulfonic acid). Hereinafter, poly (4-styrenesulfonic acid) (poly (4-styrenesulfonate)) is expressed as PSS, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) is expressed as PEDOT, and poly (3,4-ethylenedioxythiophene)). Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) doped with (4-styrenesulfonic acid) is represented as PEDOT / PSS.
ＰＳＳ及びＰＥＤＯＴは、それぞれ、図１に示すようなモノマー配列（１次構造）からなる。ＰＥＤＯＴは、チオフェン環のβ位に電子供与性の高いエチレンジオキシ環が結合することで、α位の反応性がまし、重合時のα−βやβ−β結合による構造欠陥がなく直線的である。また、硫黄−酸素原子間の分子内相互作用によりπ共役鎖の平面性が高く、６〜１８量体のオリゴマーであると考えられる。 PSS and PEDOT each have a monomer sequence (primary structure) as shown in FIG. PEDOT has a highly electron-donating ethylenedioxy ring bonded to the β-position of the thiophene ring, which improves the α-position reactivity and is free from structural defects due to α-β and β-β bonds during polymerization. It is. In addition, the planarity of the π-conjugated chain is high due to intramolecular interaction between sulfur and oxygen atoms, and it is considered to be a 6-18 mer oligomer.
図２にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのポリイオンコンプレックス（２次構造）の概念図を示す。ＰＥＤＯＴが酸化されると、ラジカルカチオン（ポーラロン）やジカチオン（バイポーラロン）となり、ＰＳＳのスルホン酸イオンと静電結合することでポリイオンコンプレックス（２次構造）を形成している。ＰＳＳには、ＰＥＤＯＴカチオンの電荷バランスをとるための対イオン（ドーパントイオン）と、水に不溶なＰＥＤＯＴを安定分散させる分散剤としての機能がある。 FIG. 2 shows a conceptual diagram of a polyion complex (secondary structure) of PEDOT / PSS. When PEDOT is oxidized, it becomes a radical cation (polaron) or a dication (bipolaron), and forms a polyion complex (secondary structure) by electrostatic bonding with the sulfonate ion of PSS. PSS has a function as a dispersing agent for stably dispersing a counter ion (dopant ion) for balancing the charge balance of the PEDOT cation and PEDOT insoluble in water.
ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのコロイド（３次構造）は、扁平楕円体モデルで表され、水に不溶なＰＥＤＯＴが集合した核（コア）を親水的なＰＳＳ（シェル）が取り囲んだコアシェル構造を形成している。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳは、例えば、薄膜、ファイバー、又は、フィルム状などに成形することが可能であり、また、例えば、支持体の上に薄膜状に形成してもよく、支持体に含浸させるようにしてもよい。なお、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳには、例えば、エチレングリコールを添加して用いてもよい。 The colloid (tertiary structure) of PEDOT / PSS is expressed by a flat ellipsoid model, and forms a core-shell structure in which a core (core) in which PEDOT insoluble in water is aggregated is surrounded by a hydrophilic PSS (shell). . PEDOT / PSS can be formed into a thin film, fiber, or film, for example, and may be formed into a thin film on a support, for example, so that the support is impregnated. May be. For example, ethylene glycol may be added to PEDOT / PSS.
図３に、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの吸着等温線を示す。吸着等温線は、相対圧に対する水蒸気の吸着量及び脱着量の変化を表したものである。測定は、吸着、脱着共に、２５℃の温度条件下で蒸気吸着測定装置で行った。図３において、吸着過程は実線、脱着過程は破線で表している。また、図３には、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと同様にして測定したシリカゲル及びゼオライトの吸着等温線も合わせて示す。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと同様に、吸着過程は実線、脱着過程は破線で表している。 FIG. 3 shows the adsorption isotherm of PEDOT / PSS. The adsorption isotherm represents a change in the adsorption amount and desorption amount of water vapor relative to the relative pressure. The measurement was performed with a vapor adsorption measuring device under a temperature condition of 25 ° C. for both adsorption and desorption. In FIG. 3, the adsorption process is represented by a solid line and the desorption process is represented by a broken line. FIG. 3 also shows the adsorption isotherms of silica gel and zeolite measured in the same manner as PEDOT / PSS. Similar to PEDOT / PSS, the adsorption process is represented by a solid line and the desorption process is represented by a broken line.
図３に示したように、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳによれば、シリカゲル及びゼオライトに比べて、相対圧に応じた水蒸気の吸着量及び脱着量の変化率が全域で安定しており、かつ、吸着量及び脱着量が大きいことが分かる。すなわち、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳによれば、安定して高い水分の吸着能力及び脱着能力を得ることができる。 As shown in FIG. 3, according to PEDOT / PSS, compared with silica gel and zeolite, the rate of change in the amount of adsorption and desorption of water vapor according to the relative pressure is stable throughout the region, and the amount of adsorption and It can be seen that the amount of desorption is large. That is, according to PEDOT / PSS, it is possible to stably obtain a high moisture adsorption ability and desorption ability.
なお、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに水分を吸着させる場合には、例えば、水分を含む空気をＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに接触させることにより、吸着させることができる。水分を吸着させたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳから水分を脱着させる、すなわち、水分を吸着させたＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを再生するには、例えば、加熱することにより脱着させることができる。また、電圧を印加したり、電流を流すことにより、脱着させることも考えられる。 In addition, when water | moisture content is made to adsorb | suck to PEDOT / PSS, it can be made to adsorb | suck by making PEDOT / PSS contact the air containing a water | moisture content, for example. In order to desorb moisture from PEDOT / PSS that has adsorbed moisture, that is, to regenerate PEDOT / PSS that has adsorbed moisture, it can be desorbed by heating, for example. Further, it is possible to desorb by applying a voltage or passing a current.
図４は本実施の形態にかかる除湿ロータ１０の構成を表すものである。この除湿ロータ１０は、例えば、コルゲート状に加工された紙や繊維よりなる支持体１１を有しており、厚さ方向に微細な貫通孔が多数設けられた構造となっている。支持体１１には、例えば、上述したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの溶液が含浸され乾燥されることにより、除湿材として固定されている。支持体１１は、コルゲート形状によらず、ハニカム状、メッシュ状等、空気の通り道があれば形状は問わない。また、支持体１１を用いずに、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをフィルム状に加工し、それをコルゲート状又はハニカム状等に加工するようにしてもよい。 FIG. 4 shows the configuration of the dehumidifying rotor 10 according to the present embodiment. The dehumidifying rotor 10 includes a support 11 made of paper or fiber processed into a corrugated shape, for example, and has a structure in which a large number of fine through holes are provided in the thickness direction. The support 11 is fixed as a dehumidifying material by, for example, impregnating and drying the above-described PEDOT / PSS solution. The shape of the support 11 is not limited as long as it has an air passage such as a honeycomb shape or a mesh shape regardless of the corrugated shape. Further, PEDOT / PSS may be processed into a film shape without using the support 11 and processed into a corrugated shape or a honeycomb shape.
除湿ロータ１０は、例えば、回転軸１２に支持され、図示しないモータの駆動により回転するように構成されている。この除湿ロータ１０は、例えば、上下半分又は左右半分に仕切り、片方を除湿側、もう片方を再生側として、除湿ロータ１０を回転させながら、除湿する処理空気と再生する再生空気とを反対方向に通過させることにより、連続して除湿することができる構造となっている。 For example, the dehumidification rotor 10 is supported by a rotating shaft 12 and is configured to rotate by driving a motor (not shown). For example, the dehumidifying rotor 10 is divided into upper and lower halves or left and right halves, with one side being the dehumidifying side and the other being the regenerating side, while rotating the dehumidifying rotor 10, the dehumidifying rotor 10 and the regenerating air to be regenerated are in opposite directions By passing it, it has a structure that can be dehumidified continuously.
図５は本実施の形態に係るデシカント空調装置２０の構成を表すものである。このデシカント空調装置２０は、例えば、空調室２１を備えており、空調室２１の内部は、給気室２１Ａと排気室２１Ｂとに分離されている。給気室２１Ａの内部には、例えば、フィルタ２２、給気ファン２３、除湿ロータ１０、及び、顕熱交換ロータ２４が順に配列されており、給気ファン２３により、室外等から除湿する処理空気を取り込み、除湿した空気を室内に供給するようになっている。排気室２１Ｂの内部には、例えば、フィルタ２５、顕熱交換ロータ２４、温水コイル等よりなる加熱器２６、除湿ロータ１０、及び、排気ファン２７が順に配列されており、排気ファン２７により、室内又は室外から再生するための再生空気を取り込み、除湿ロータ１０を再生させた空気を室外等に排気するようになっている。 FIG. 5 shows the configuration of the desiccant air conditioner 20 according to the present embodiment. The desiccant air conditioner 20 includes, for example, an air conditioning chamber 21, and the inside of the air conditioning chamber 21 is separated into an air supply chamber 21A and an exhaust chamber 21B. Inside the air supply chamber 21A, for example, a filter 22, an air supply fan 23, a dehumidifying rotor 10, and a sensible heat exchange rotor 24 are arranged in this order, and the processing air is dehumidified from the outside by the air supply fan 23. And dehumidified air is supplied into the room. Inside the exhaust chamber 21B, for example, a filter 25, a sensible heat exchange rotor 24, a heater 26 made of a hot water coil or the like, a dehumidification rotor 10, and an exhaust fan 27 are sequentially arranged. Alternatively, the regenerated air for regenerating from the outside is taken in, and the air regenerated from the dehumidifying rotor 10 is exhausted to the outside or the like.
また、除湿ロータ１０及び顕熱交換ロータ２４は、例えば、一部が給気室２１Ａに位置し、他の一部が排気室２１Ｂに位置するようにそれぞれ配設されており、回転することにより、給気室２１Ａと排気室２１Ｂとを交互に通過するように構成されている。なお、顕熱交換ロータ２４は、設けなくてもよく、必要に応じて設けることが好ましい。 Further, the dehumidification rotor 10 and the sensible heat exchange rotor 24 are disposed so that, for example, a part thereof is located in the air supply chamber 21A and another part is located in the exhaust chamber 21B. The air supply chamber 21A and the exhaust chamber 21B are alternately passed. The sensible heat exchange rotor 24 may not be provided, and is preferably provided as necessary.
このデシカント空調装置２０では、例えば、給気ファン２３により室外等から処理空気が給気室２１Ａに取り込まれ、除湿ロータ１０により除湿され、顕熱交換ロータ２４により温度が調節されて室内に供給される。また、室内又は室外の空気は、排気ファン２７により再生空気として排気室２１Ｂに取り込まれ、顕熱ロータ２４、除湿ロータ１０を通り、室外等に排気される。 In this desiccant air conditioner 20, for example, the processing air is taken into the air supply chamber 21A from the outside by the air supply fan 23, dehumidified by the dehumidification rotor 10, and the temperature is adjusted by the sensible heat exchange rotor 24 and supplied indoors. The In addition, indoor or outdoor air is taken into the exhaust chamber 21B as regenerated air by the exhaust fan 27, passes through the sensible heat rotor 24 and the dehumidifying rotor 10, and is exhausted outside the room.
その際、除湿ロータ１０は、例えば、図示しないモータによりゆっくり回転される。除湿ロータ１０の給気室２１Ａの側では、例えば、室外等から取り込まれた湿った処理空気が除湿材に接触し、水分が除湿材に吸着されて、乾燥した空気が排出される。これにより、除湿が行われる。また、除湿ロータ１０の排気室２１Ｂの側では、例えば、顕熱交換ロータ２４及び加熱器２６により再生空気が加熱され、その熱により除湿材に吸着された水分を脱着（蒸発）させて、室外等に放出する。これにより、除湿材の再生が行われる。 At that time, the dehumidification rotor 10 is rotated slowly by a motor (not shown), for example. On the side of the air supply chamber 21A of the dehumidifying rotor 10, for example, wet processing air taken from outside the room contacts the dehumidifying material, moisture is adsorbed by the dehumidifying material, and dried air is discharged. Thereby, dehumidification is performed. Further, on the exhaust chamber 21B side of the dehumidifying rotor 10, for example, the regeneration air is heated by the sensible heat exchange rotor 24 and the heater 26, and the moisture adsorbed on the dehumidifying material is desorbed (evaporated) by the heat, thereby And so on. Thereby, regeneration of a dehumidifying material is performed.
なお、除湿材にＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを用いて、図４に示した除湿ロータ１０の一部を再現した直方体のデシカントユニットを作製し、除湿と再生の２つの流路をダンパーにより交互に切りかえることにより除湿と再生を再現し、温湿度センサーにより除湿ロータ１０の除湿性能を評価した。デシカントユニットに供給する空気の温度、湿度、及び、供給風量は、除湿時が、温度３３℃、湿度６０％、面風速１．２５ｍ３／ｈとし、再生時が、温度５０℃、湿度１０％、面風速１．２５ｍ３／ｈとした。除湿と再生は１分間隔で繰り返した。 By using PEDOT / PSS as the dehumidifying material, a rectangular parallelepiped desiccant unit that reproduces a part of the dehumidifying rotor 10 shown in FIG. 4 is produced, and the two channels of dehumidification and regeneration are alternately switched by a damper. Dehumidification and regeneration were reproduced, and the dehumidification performance of the dehumidification rotor 10 was evaluated using a temperature and humidity sensor. The temperature, humidity, and supply air volume of the air supplied to the desiccant unit are 33 ° C., humidity 60%, surface air speed 1.25 m 3 / h during dehumidification, and temperature 50 ° C., humidity 10% during regeneration. The surface wind speed was 1.25 m 3 / h. Dehumidification and regeneration were repeated at 1 minute intervals.
図６に、デシカントユニットの入口と出口の絶対湿度の時間変化を示す。図６に示したように、本実施の形態に係る除湿ロータ１０によれば、除湿と再生を繰り返し行っても、除湿及び再生について一定の性能が得られることが分かる。また、除湿性能は、風量・再生温度など他の条件が一定であれば、除湿時のデシカントユニットの入口と出口の絶対湿度差で評価することができる。本実施の形態に係る除湿ロータ１０によれば、入口と出口の絶対湿度差について高い値を得ることができ、優れた除湿性能が得られることが分かる。 FIG. 6 shows the change over time in the absolute humidity at the inlet and outlet of the desiccant unit. As shown in FIG. 6, according to the dehumidifying rotor 10 according to the present embodiment, it can be seen that constant performance can be obtained for dehumidification and regeneration even if dehumidification and regeneration are repeated. Further, the dehumidifying performance can be evaluated by the absolute humidity difference between the inlet and the outlet of the desiccant unit at the time of dehumidification if other conditions such as the air volume and the regeneration temperature are constant. According to the dehumidifying rotor 10 according to the present embodiment, it can be seen that a high value can be obtained for the absolute humidity difference between the inlet and the outlet, and excellent dehumidifying performance can be obtained.
このように本実施の形態によれば、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳを含有するようにしたので、安定して高い水分の吸着能力及び脱着能力を得ることができる。よって、デシカント空調装置として、優れた性能を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, since PEDOT / PSS is contained, it is possible to stably obtain high moisture adsorption ability and desorption ability. Therefore, excellent performance can be obtained as a desiccant air conditioner.
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、各構成要素について具体的に説明したが、全ての構成要素を備えている必要はなく、また、他の構成要素を備えていてもよい。 The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, each component has been specifically described. However, it is not necessary to include all the components, and other components may be included.
また、上記実施の形態では、室外から空気を取り込み温湿度を調整して室内に供給する場合について説明したが、室内の温湿度を調整して循環させるようにしてもよい。更に、上記実施の形態では、除湿した空気を室内に供給する場合について説明したが、乾燥時期においては、除湿ロータ１０から水分を脱着することにより加湿した空気を室内に供給するようにしてもよい。 Moreover, although the case where air was taken in from the outdoor and the temperature and humidity were adjusted and supplied indoors was demonstrated in the said embodiment, you may make it adjust and circulate indoor temperature and humidity. Furthermore, although the case where dehumidified air is supplied into the room has been described in the above embodiment, the air humidified by desorbing moisture from the dehumidifying rotor 10 may be supplied into the room during the drying period. .
空調に用いることができる。 It can be used for air conditioning.
１０…除湿ロータ、１１…支持体、１２…回転軸、２０…デシカント空調装置、２１…空調室、２１Ａ…給気室、２１Ｂ…排気室、２２…フィルタ、２３…給気ファン、２４…顕熱交換ロータ、２５…フィルタ、２６…加熱器、２７…排気ファン DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Dehumidification rotor, 11 ... Support body, 12 ... Rotating shaft, 20 ... Desiccant air conditioner, 21 ... Air-conditioning room, 21A ... Air supply room, 21B ... Exhaust room, 22 ... Filter, 23 ... Air supply fan, 24 ... Obvious Heat exchange rotor, 25 ... filter, 26 ... heater, 27 ... exhaust fan
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