JP2707330B2 - ガス吸着機用素子の連続的製造法 - Google Patents

ガス吸着機用素子の連続的製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は多数の小透孔を有するハニカムマトリックス
に湿気その他活性ガスを吸着する固体吸着剤を化学反応
によって生成結合させたガス吸着機用の素子を連続的に
製造する方法に関するものであり、この素子の小透孔内
に処理気体と再生用気体とを交互に通し連続的に湿分ま
たはその他のガスを吸着除去した乾燥空気を得るもので
ある。
従来の技術 本件特許出願人は昭和60年特許願第86969号におい
て、セラミツクス繊維等無機繊維を用いて低密度に抄造
した紙を積層して多数の小透孔を有する湿気交換用また
は全熱交換用素子の形状即ちハニカム状に成形し、該成
形工程の前または後において該無機繊維紙に水ガラスを
含浸し、成形後アルミニウム塩またはマグネシウム塩ま
たはカルシウム塩の水溶液に浸漬して金属珪酸塩のヒド
ロゲルを生成せしめ、水洗乾燥して無機繊維紙をマトリ
ツクスとし金属珪酸塩エロゲルを主成分とした湿気交換
用または全熱交換用素子を得る方法を提案した。
発明が解決しようとする問題点およびその問題点を解決
するための手段 上記先願においては例として水ガラス（珪酸ソーダ）
にハニカムマトリックスを浸漬し、その後硫酸アルミニ
ウム水溶液に浸漬することによって水ガラスと硫酸アル
ミニウムの化学反応によって金属珪酸塩ゲルを生成して
マトリックスに結合するに当たり同一の硫酸アルミニウ
ム溶液に水ガラス浸漬後のマトリツクスを次々に浸漬
し、同時にこの母液に次々に硫酸アルミニウムを補充し
て連続生産する場合、副産物の硫酸ナトリウムが増加し
ても得られた除湿機用素子の性能に影響を与える心配が
ないことを述べた。
しかし上記の硫酸アルミニウムの補充と金属珪酸塩生
成反応を繰返せば副産物の硫酸ナトリウムは飽和に達し
晶析するとともに硫酸アルミニウムの溶解度は減少し、
満足に金属珪酸塩生成反応を行ない得なくなるので、副
産物の硫酸ナトリウムは硫酸アルミニウムの母液から時
々取除かなければならない。
先願で例示した水ガラスと反応して金属珪酸塩ゲルを
生成し得る水溶液のアルミニウム塩、マグネシウム塩、
カルシウム塩のうち水溶性のアルミニウム塩およびマグ
ネシウム塩を選び、水ガラスとの反応を見ると Na2SiO3+Al2（SO4）３→Al2（SiO3）３＋Na2SO4 〃 AlCl3 → 〃 NaCl 〃 Al（NO3）3 → 〃 NaNO3 〃 MgSO4 → MgSiO3 ＋Na2SO4 〃 MgCl2 → 〃 NaCl 〃 Mg（NO3）2 → 〃 NaNO3 となる。燐酸マグネシウムは水に不溶性で上記反応には
使用できない。
上記６種類の金属塩と水ガラスとの反応により生成す
る副産物は硫酸ナトリウム、食塩および硫酸ナトリウム
であるが、これ等副産物と原料の金属塩との混合水溶液
から温度差による溶解度の差を利用して水溶液を冷却し
副産物を晶析により分離するのが最も簡便である。
上記６種類の金属塩と水ガラスとを60℃で反応せし
め、その後０℃まで冷却して副産物を晶析により除去す
るものとして、60℃および０℃における上記金属塩と副
産物と水に対する溶解度（重量％）を見ると 60℃ ０℃ 硫酸アルミニウム 31.0 27.5 硫酸マグネシウム 35.3 18.0 硫酸ナトリウム 31.1 4.3 塩化アルミニウム 32.3 30.5 塩化マグネシウム 37.9 34.6 食塩 27.1 26.3 硝酸アルミニウム 51.5 37.5 硝酸マグネシウム 47.7 38.4 硝酸ナトリウム 55.4 42.2 となる。たとえば塩化アルミニウムと食塩との混合水溶
液においては塩化アルミニウムと食塩との水に対する溶
解度は温度によって殆ど変化せず塩化マグネシウムと食
塩、硝酸アルミニウムと硝酸ナトリウム、硝酸マグネシ
ウムと硝酸ナトリウムの各組み合わせにおいても同様で
あり、上記４組の混合水溶液を冷却することによってそ
の一成分のみを純粋に近い形で晶析により除去すること
はできない。これに対し硫酸アルミニウムと硫酸ナトリ
ウムとの混合水溶液においては硫酸アルミニウムは高温
でも低温でも溶解度が大きく、硫酸ナトリウムは低温に
おける溶解度が著しく小さく温度差による溶解度の変化
が大きいので、高温の濃厚な混合水溶液を冷却すると硫
酸アルミニウムを殆ど含有しない硫酸ナトリウムが析出
するのでこれを分離除去することができる。硫酸マグネ
シウムまたは硫酸亜鉛、硫酸第一鉄と硫酸ナトリウムと
の混合水溶液からも同様に硫酸ナトリウムを分離析出さ
せることができる。
水ガラスには上記の珪酸ソーダの他に珪酸カリウムが
あり、珪酸カリウムとアルミニウム塩、マグネシウム塩
とを反応させた場合の副産物の水に対する溶解度（重量
％）を見ると 60℃ ０℃ 硫酸カリウム 15.4 7.2 塩化カリウム 31.4 21.9 硝酸カリウム 52.2 11.7 であり、硫酸カリウムのみは一応硫酸アルミニウム、硫
酸マグネシウム等と晶析分離ができる。
従つて珪酸ソーダと硫酸アルミニウムまたは硫酸マグ
ネシウム等金属硫酸塩との組合せのみが上記大量生産に
適するものと云える。
先願における今一つの問題点は除湿機使用上の安全性
である。素子製造の原材料として使用する紙は無機繊維
紙であるが、この場合抄紙を容易にするために数％の有
機繊維たとえば木材パルプ、有機合成繊維を混入する。
この紙を使用して製造した素子により除湿する場合高温
低湿の再生空気（入口における温度120〜180℃）を素子
に通すので、この高温再生空気により上記の有機繊維が
燃焼し素子を損傷するおそれがある。このような事故を
防ぐため本発明においては成形したマトリツクスをたと
えば200〜500℃の加熱空気により焼成して紙に含有され
る有機物を除去する。また紙を積層してマトリックスを
得るに当たり接着剤として有機物を使用する場合にはこ
の有機接着剤も同時に除去する。この焼成工程により紙
の見掛け比重即ち密度は更に減少し、空隙率が大きくな
るので、紙の面積に対する金属珪酸塩ゲルの量即ち除湿
能力は更に大きくなる。また紙の積層に使用する接着剤
として上記の有機接着剤に代え水ガラスを使用すれば、
水ガラスは不燃性であり更にこの水ガラスがマトリツク
ス全体に含浸した水ガラスとともに硫酸塩との反応によ
りマトリツクス中における無機繊維紙相互間の接着力を
低下せしめるおそれなく、素子の吸湿その他ガス吸着の
性能をおよそ10〜20％向上せしめる。
紙の主成分は上記の如く燃焼性のない無機繊維を使用
する。無機繊維としてはセラミツクス繊維、ガラス繊
維、カーボン繊維等何れを使用してもよく、また上記無
機繊維の２種類以上を混合して使用してもよい。
マトリツクスに含浸した水ガラスと硫酸塩との反応に
より金属珪酸塩のゲルを生成させるに当つては、硫酸塩
水溶液の含浸に先立つてマトリツクスを加熱し水ガラス
を含水率３〜30％の和水水ガラス状即ち半固形状になる
まで濃縮し、水ガラスおよび生成した金属珪酸塩ゲルの
硫酸塩水溶液中への溶出または流出による損失を防止す
る。
以上により本発明の要旨をまとめると、セラミツクス
繊維、ガラス繊維、カーボン繊維または上記繊維２種以
上の混合物より選んだ無機繊維を主成分とする低密度の
平面紙と波形紙とを交互に積層して多数の小透孔を有す
るハニカムマトリツクスを成形し、該マトリツクスを20
0〜500℃の空気により焼成して紙および接着剤に含まれ
る有機物を除去して紙の密度を更に低くし、該焼成マト
リツクスに水ガラスを含浸し、加熱乾燥して和水水ガラ
スまたは半固形状にし、金属硫酸塩まはその混合物の水
溶液に該マトリツクスを浸漬し水ガラスとの反応により
金属珪酸塩ヒドロゲルを紙の繊維間隙および表面に生成
結合せしめ、洗浄乾燥して紙の無機繊維を骨組とし珪酸
塩エロゲルを主成分とするガス吸着機用素子を得、該硫
酸塩水溶液を冷却して上記化学反応により副産物として
硫酸ナトリウムが硫酸塩水溶液中に生成するのでこの硫
酸ナトリウムを晶析除去し、含浸後の水ガラス水溶液に
水ガラスを補給し、反応後の硫酸塩水溶液に該硫酸塩を
補給して上記のガス吸着機用素子の製造を連続的に繰返
すものである。
以下実施例を図面について詳細に説明する。
実施例 第１図に示す如くセラミツクス繊維70〜90％、木材パ
ルプ５〜20％、バインダー５〜10％よりなり厚さ0.1〜
0.5mm、密度0.5g/cm3以下（紙の厚さ0.2mmの場合100g/m
2以下）の非常に多孔質な紙を用意し、一方の紙２を波
形紙となし、この波形紙の波頂部に接着剤を塗布して他
方の紙３と接着した片波成形体を得、この片波成形体の
波形紙２の波頂部に接着剤を塗布して捲取芯に捲取って
両端面間に多数の小透孔が貫通した円筒状のハニカムマ
トリツクス１を得る。
得られたハニカムマトリツクス１を炉に入れ200〜500
℃の空気により焼成して紙および接着剤に含まれる有機
物を除去して紙の密度を更に低くし、冷却後１号水ガラ
ス（酸化珪酸対酸化ナトリウム2.1:1）の20〜35％水溶
液中に浸漬し80〜100℃で約１時間乾燥する。かくして
マトリツクス重量の２〜2.5倍量の和水水ガラスが含浸
固着したハニカム積層体を得る。次いで硫酸アルミニウ
ムまたは硫酸マグネシウムの20〜30％の水溶液に浸積振
盪して珪酸アルミニウムまたは珪酸マグネシウムのヒド
ロゲルをハニカム積層体に生成結合せしめ、液から引上
げて副産物の硫酸ナトリウムおよび余剰の硫酸塩の水溶
液並びにマトリツクスに固着していない珪酸塩ヒドロゲ
ル水洗除去し加熱乾燥して珪酸アルミニウムまたは珪酸
マグネシウムのエロゲルを主成分としたガス吸着機用素
子を得る。
水ガラス水溶液および硫酸塩水溶液には適宜水ガラス
および硫酸塩を追加して上記の操作を繰返す。硫酸塩水
溶液は60〜70℃に保持してこの中に水ガラス処理後のマ
トリツクスを浸漬して金属珪酸塩ゲルをマトリツクスに
生成結合する。この操作を繰返すことにより硫酸塩水溶
液中に或る程度の量の副産物である硫酸ナトリウムが蓄
積した段階で水溶液を５℃前後まで冷却し硫酸ナトリウ
ムのみを晶析し除去する。第２図に示す如く硫酸アルミ
ニウムおよび硫酸マグネシウムの水に対する溶解度は硫
酸ナトリウムの水に対する溶解度と低温において大きな
差があり、また硫酸アルミニウムと硫酸ナトリウムとの
複塩である明礬の水に対する溶解度は硫酸アルミニウム
の溶解度とほぼ同一であり、硫酸ナトリウムは硫酸アル
ミニウムまたは硫酸マグネシウムを殆んど含まない結晶
として晶析し得る。第２図は「化学便覧」（改訂３版基
礎編IIの174頁）により作成したものである。
上記実施例においてはマトリツクス１を成形した後に
200〜500℃の空気で焼成する例を述べたが、無機繊維紙
2,3を先ず焼成した後に水ガラスを含浸し、水ガラスが
僅かに粘着性を残す程度まで乾燥した後に紙２を波形に
型付けし紙2,3を積層してマトリツクスを形成してもよ
い。
また上記マトリツクス従つてガス吸着機用素子は第１
図に示す円筒形即ちロータリー型のみならず、第３図に
示す並行流型４、第４図に示す直交型５に成形して使用
することもできる。
発明の作用 第５図は実施例に従い水ガラスを固着したハニカムマ
トリックスに60〜70℃の硫酸アルミニウムおよび硫酸マ
グネシウムの19〜21％水溶液を浸漬し化学反応により金
属珪酸塩ゲルを生成したガス吸着機用素子の25℃におけ
る平衡吸湿量（吸着等温線）を示す。
尚実施例に従い毎回浸漬後に硫酸アルミニウムの水溶
液より冷却により硫酸ナトリウムを除去し、水ガラス、
硫酸アルミニウムを夫々補給し、各毎回に得られたガス
吸着機用素子の25℃、相対湿度75％における平衡吸湿量
（吸着等温線）を第６図に示す。
第７図は第１図に示したガス吸着機用素子１により除
湿機を組立てた状態を示すもので、ガス吸着機用素子１
をケーシング12内に回転可能に保持しセパレータ13によ
り処理ゾーン14と再生ゾーン15とに分離し、ギヤドモー
タ16、駆動ベルト17により素子１を回転させ、高湿度の
処理空気18を処理ゾーン14に高温低湿度の再生空気19を
再生ゾーン15に送入し、処理空気18を除湿して乾燥空気
20を得る。尚図中21はプーリー、22はテンシヨンプーリ
ー、23はゴムシール、24は再生空気加熱器である。
実施例に従い厚さ0.2mm、坪量80g/m2のセラミツクス
繊維紙により第１図の直径320mm、厚さ200mm、波形紙２
の波長3mm、波高2mmのマトリツクスに成形し、積層用接
着剤として水ガラス（WG）を使用し、水ガラス〜硫酸ア
ルミニウム（Al）処理して得たガス吸着機用素子と、同
一条件により製造した先願の湿気交換用素子と、同一の
セラミツクス繊維紙により同一サイズに成形し、吸湿剤
としてマトリツクス重量の８％の塩化リチウムを含浸付
着させた従来の除湿機用素子とを使用して第７図の除湿
機を組立て、素子前面における処理空気18および再生空
気19の風速を25m/sec.、一定時間に送入する再生空気量
と処理空気量との比を1:3、素子の回転数を18r.p.h.、
処理空気の入口における温度を20℃、再生空気の入口に
おける温度を140℃、再生空気の入口における絶対湿度
を処理空気の入口における絶対温度と同一とした場合の
処理空気の入口と出口とにおける絶対湿度［g/kg］の関
係を第８図に示す。
発明の効果 以上のデーターより明らかな如く本発明により得られ
たガス吸着機用素子は従来の塩化リチウム含浸による除
湿機用素子に比し著しく優れた除湿性能を得られるのは
勿論、焼成工程のない先願の除湿機用素子に比べても性
能が向上し、特に積層用接着剤として水ガラスを使用し
た場合にその性能の向上が著しいことがわかる。
また上記ヒドロゲルの含水率は40〜50％程度の極めて
少量になつているので乾燥前においてもゲルの強度が大
で無機繊維紙に対する結合力も大きく、反応後の水洗に
よつてヒドロゲルが紙から脱落するおそれはない。更に
このヒドロゲルは乾燥によつてその含水量40〜50％程度
に相当する微細な空孔を残したエロゲルになるため、乾
燥時の収縮は殆どなくエロゲルに亀裂を生じまたは微細
片に割れることもなく、紙に強固に固着した強度の高い
エロゲルが得られる。硫酸塩として硫酸亜鉛、硫酸第一
鉄またはこれらの硫酸塩の混合物も使用し得る。
本発明は更に水ガラス含浸に先立つてマトリツクスを
200〜500℃の空気によつて焼成し、紙および接着剤に含
まれる有機成分をすべて除去しているので、得られた素
子は燃焼し得ない無機質のみより成り、高温の再生空気
を使用する除湿操作においても発火燃焼による事故のお
それは全くなく、また無機繊維紙は低密度のものを使用
しているので素子全体におけるガス吸着剤即ち珪酸塩エ
ロゲルの割合が極めて大きく従つて素子重量に対するガ
ス吸着能力も極めて高くなり、マトリツクス成形におい
て水ガラスを接着剤として使用するときは更にガス吸着
能力が高くなる。
また本発明により得られるガス吸着機用素子はガス吸
着剤として珪酸塩エロゲルを使用するので、塩化リチウ
ム等旧来の潮解性のある吸収型吸湿剤と異なり過剰吸湿
およびこれに伴なうキヤリーオーバーのおそれなく、素
子の使用中塵埃が付着した場合には水洗によりこれを除
去し得る。
更に本発明においては硫酸アルミニウムまたは硫酸マ
グネシウム等金属硫酸塩と水ガラスとの反応により珪酸
アルミニウムまたは珪酸マグネシウム等金属珪酸塩のエ
ロゲルを生成させるので、60〜70℃の高温でこの複分解
反応を進め、反応終了後10℃程度以下の低温まで冷却す
ることにより副産物の硫酸ナトリウムのみを晶析、除去
し、硫酸アルミニウムまたは硫酸マグネシウム等金属硫
酸塩を補充して繰返し製造を行ない得るため、原材料を
有効に利用することができ、何等特殊の熟練を要せず廉
価に製造し得る効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示し、第１図は片波成形体より得
られたマトリツクス乃至本発明により得られたガス吸着
機用素子の一例を示す斜視図、第２図は硫酸アルミニウ
ム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウムの溶解度曲線を
示すグラフ、第２図および第４図は本発明により得られ
たガス吸着機用素子の他の例を示す斜視説明図、第５図
および第６図および第８図は本発明により得られたガス
吸着機用素子の除湿性能を示すグラフ、第７図は第１図
の素子により除湿機を組立てた態様を示す一部欠截説明
図である。 図中１は円筒状のハニカムマトリックス、２は波形紙、
３は平面紙、４は並行流型のハニカムマトリックス、５
は直交流型のハニカムマトリックスを示す。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】焼成され有機物の除去されたセラミックス
    繊維、ガラス繊維、カーボン繊維または上記繊維２種以
    上の混合物より選んだ無機繊維を主成分とする低密度の
    平面紙と波形紙との交互積層体である多数の小透孔を有
    するハニカムマトリックスであって、水ガラスが含浸さ
    れ、和水水ガラスまたは半固形状の水ガラスを有するマ
    トリックスを得、硫酸アルミニウムまたは硫酸マグネシ
    ウム等の金属硫酸塩の水溶液に該マトリックスを浸漬し
    水ガラスとの化学反応により金属珪酸塩ヒドロゲルをマ
    トリックスの繊維間隙および表面に生成結合せしめ、洗
    浄乾燥してマトリックス内の無機繊維を骨組とし金属珪
    酸塩エロゲルを主成分とするガス吸着機用素子を得、こ
    の反応過程において水ガラスと金属硫酸塩によって生成
    される副産物即ち硫酸ナトリウムあるいは硫酸カリウム
    を反応液の冷却によって晶析除去し、含浸後の水ガラス
    水溶液に水ガラスを補給し、反応後の金属硫酸塩水溶液
    に該金属硫酸塩を補給して上記のガス吸着機用素子の製
    造を繰返すことを特徴とするガス吸着機用素子の連続的
    製造法。
  2. 【請求項２】平面紙と波形紙に水ガラスを含浸し、紙の
    積層の前または後に200〜500℃の空気により焼成する特
    許請求の範囲第１項記載のガス吸着機用素子の連続的製
    造法。
  3. 【請求項３】水ガラスを片波成形体成形用および積層用
    接着剤として使用し、該水ガラスと金属硫酸塩との反応
    により接着力を保持したまま吸着活性を有する珪酸塩エ
    ロゲルを生成せしめる特許請求の範囲第１項記載のガス
    吸着機用素子の連続的製造法。
JP1205053A 1989-08-07 1989-08-07 ガス吸着機用素子の連続的製造法 Expired - Lifetime JP2707330B2 (ja)

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