JP2019018149A - 流動化粒子を利用した除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に製造でき、操作が簡単でありながら、必要な熱伝動面積を確保するために。装置自体を巨大にする必要がなく、急速除湿を可能にする方法および装置を提供する。【解決手段】送風機と吸湿性粒子を収容する容器よりなり、吸湿性粒子を流動化させ、除湿すべき空気と流動化した吸湿性粒子との物質および熱移動速度を飛躍的に上昇させることが出来ることで、従来のデシカントローターを使用する除湿装置に比べて、急速な除湿を簡便に可能にする装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、除湿装置であって、吸湿性粒子を流動化させることで、簡便で、急速な除湿を可能にした除湿装置に関する。

従来から、除湿装置として、たとえば、特許文献1に見られるような、水分の吸着および脱着を行うデシカントブロックを利用して除湿対象空間内を除湿する装置が知られている。特許文献1では、冷凍サイクルの熱交換による冷却および加熱とデシカントロータによる吸脱着とが組み合わされて除湿が行われるシステムが開示されている。この除湿装置は、除湿対象空間の空気が、冷凍サイクルの放熱器、デシカントロータの脱着部、冷凍サイクルの蒸発部、デシカントロータの吸着部の順に通過する複雑な仕組みになっている。

このような仕組みを合理的に運転し、作動させる事で除湿が可能になっているが、ビニールハウスの除湿等の簡便で、廉価な除湿装置としては問題がある。また、特許文献２に見られるようなビニールハウス用の廉価な除湿装置も提案されているが、大きな熱交換面積を必要とするため実用的には問題がある

特開２００６−１５０３０５号公報 特開２０１６−９７３６８号公報 特許６０４０４１５号公報

本発明の課題は、単純な構造を持ち、操作が簡単で、必要な伝熱面積を確保するために、装置自体を巨大にする必要がない除湿装置を提供することである。

本発明では、熱および物質(水蒸気)の移動速度を極めて大きく出来るという特徴を持つ流動層を除湿装置に応用することで、上記課題を解決する方法・装置を提案するものである。

すなわち、吸湿性粒子を流動化して、除湿すべき空気と接触させ、水蒸気や熱の移動速度を従来装置の数百倍にして操作、運転する装置を提案するものである。

その場合に、吸湿性粒子としては、たとえば、特許文献３に見られるような調製法によって粒子径や粒子構造等の物性を自由に制御できる高機能性高分子系マイクロカプセル粒子が望ましい。

以上説明したように、自由に活発に動く吸湿性粒子を使用するが、これは流動層操作や噴流層操作により容易に実現できるものであり、具体的には、空気を送る送風機と吸湿性粒子を収容した、底部に分散板機能を持つ容器を用意する事で効果的な除湿が実現できる。

実施例1で実施した実験装置全体の概略図。

本発明は、（１）高相対湿度空気の除湿工程と（２）高含水吸湿粒子の加熱・脱水工程よりなり、操作（１）と操作（２）を順次繰り返すことによって達成される。

本発明の（１）高相対湿度空気の除湿工程について説明するが、この場合、吸湿性粒子はまだ平衡吸着量前の状態であり、水分を吸着できる状態で流動化しており、高相対湿度空気から、高速度で除湿を行うことが出来る。

この工程では、水蒸気の吸着による粒子の温度上昇に起因する吸着特性の低下・・・温度上昇は、相対湿度の低下をもたらすため、吸湿性粒子の吸着量を低下させる・・・が考えられるが、粒子から空気(流動化ガス)への熱移動速度が極めて大きいために流動化ガスに熱が移動して、温度上昇が抑えられており、デシカントローターで遭遇するような大きな負の影響は小さい。

この除湿工程は、もはや除湿が行われなくなった状態、すなわち吸湿性粒子が吸着脱着平衡に達したときに終了し、次の（２）加熱・脱水工程へと運転を切り替える。

本発明の（２）高相対湿度空気の加熱・脱水工程について説明するが、この場合、流動化ガス(空気)を加温して、低相対湿度空気とし、吸湿性粒子中の水分を脱着させることになる。

この工程では、高含水吸水性粒子からの水分の脱着は粒子の温度低下をもたらし、脱水量の低下・・・粒子からの水分蒸発による温度低下は、相対湿度の上昇をもたらすため、吸湿性粒子からの脱水量を低下させる・・・が考えられるが、粒子への空気(流動化ガス)からの熱移動速度が極めて大きいために粒子に対して熱が移動して、温度下降が抑えられ、デシカントローターで遭遇するような大きな負の影響はない。

この加熱・脱水工程は吸湿性粒子から水分が出なくなった段階、すなわち吸着脱着平衡に達したときに終了し、次の（１）除湿工程へと運転を切り替える。

すなわち、本装置では、本来の除湿工程（１）および短時間で終了する脱水工程（２）の繰り返しにより、効果的な除湿が実施されることになる。

以下に実施例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれに何ら限定されるものではない。

装置全体図の概略を図1に示した。除湿装置として、直径１０ｃｍ、高さ１ｍの流動層を使用し、使用吸湿粒子として、平均径２００マイクロメータの吸湿性マイクロカプセルを使用した。

除湿工程における除湿結果の一例を以下に説明した。

この場合、使用した吸湿粒子紛体は乾燥基準で３００ｇ（静止層高約１５ｃｍ）で、気温２０℃、相対湿度９８％の空気を空搭ガス速度、毎秒２０ｃｍ（毎時５．６５ｍ^３）で流し込み、流動層サイクロン部等の相対湿度を測定する事により、吸収された水分量を計算した。

その結果、３時間運転で、毎時１００ｇの水分をほぼ同様の吸収速度で吸収し、約３００ｇの水分を除去することを実証できた。

引き続き、この状態から、運転法を切り替えて、加熱脱水工程に関する実験を行った。加熱脱水工程における脱水結果の一例を以下に説明した。

すなわち、供給ガス入り口に設置した、ヒーターの電源を入れて流通ガス温度を１００℃として、低相対湿度空気として流し込み、加熱脱水工程を開始した。この場合には、サイクロン出口流路を切り換えて、熱交換機で冷却して水を流出させ、流出した水の量を測定した。

その結果、１０分間の運転で、約３００ｇの水を回収でき、脱水工程を終了することが出来た。これは、１０分間で、吸湿性粒子が再生でき、再度除湿工程に運転を転換できることを実証したものである。すなわち、ヒーター電源を切ると、流動層の大きな伝熱特性のため、流動層本体の温度も下がり、供給空気は高相対湿度になり、除湿工程に戻ることを意味している。

これは、３００ｇの紛体を使用した場合、３時間半で、７０ｍ^３空気を処理し、３００ｇの水分を除去したことを意味しているが、この量は湿度１００％の空気の３０％以上の水分が除去できたことを示している。

水分除去量や水分除去速度は、安定操業条件下であれば、使用する吸湿性粒子と空気流量に比例するので、本装置は処理能力に応じた装置設計が可能となり、実用性があることが実証された。

Claims (2)

1. 本装置は、吸湿剤粒子を流動化させ、熱および物質移動を飛躍的に高めた状態で急速吸湿を可能にする装置であって、
   底部に多孔質または多数の小孔よりなる分散板を持ち、吸湿性粒子群を収容できる容器と除湿すべき空気をその容器に送り込む送風機よりなるもので、
   除湿工程と加熱脱水工程を繰り返すことで、高相対湿度の空気を除湿する装置であり、（１）除湿工程では、流入する高相対湿度気体と流動化状態にある吸湿能を持つ吸湿性粒子との接触で、吸湿性粒子の吸着脱着平衡特性に応じた吸湿を継続させるが、平衡に至ることで吸湿が観測され無くなれば次の加熱・脱水工程に運転を切り替え、
   （２）加熱脱水工程では、流入する空気を加温し、低相対湿度空気とし、この空気と流動化状態にある高水分含有粒子との接触で、吸着脱着平衡特性に応じた脱着が生じるが、平衡に至ることで脱着が無くなれば、加温を停止し（１）の除湿工程に運転を切り替え、これを繰り返すことで、
   空気の除湿を可能にする装置。
2. 本装置は、吸湿剤粒子を流動化させ、熱および物質移動を飛躍的に高めた状態で急速吸湿を可能にする装置であって、
   底部に気体の流れを噴流とするため、分散機能が小孔よりなる分散板を持つ噴流層タイプよりなる、吸湿性粒子群を収容できる容器と除湿すべき空気をその容器に送り込む送風機よりなるもので、
   除湿工程と加熱・脱水工程を繰り返すことで、除湿すべき空気を除湿する装置であり、（１）除湿工程では、流入する高相対湿度空気と流動化状態にある吸湿能を持つ吸湿性粒子との接触で、吸湿性粒子の吸着脱着平衡特性に応じた吸湿により、除湿を継続させるが、平衡に至ることで吸湿が観測され無くなれば次の加熱・脱水工程に運転を切り替え、
   （２）脱水工程では、流入する空気を加温し、低相対湿度空気とし、この空気と流動化状態にある高水分含有粒子との接触で、吸着脱着平衡特性に応じた脱着が生じるが、平衡に至ることで脱着が観測され無くなれば、加温を停止し（１）の除湿工程に運転を切り替え、これを繰り返すことで、空気の除湿を可能にする装置。

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