JP3874187B2 - 除湿エレメントおよび除湿装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を含有するガスの除湿、乾燥を目的とした除湿エレメント、除湿装置に関するものであり、更に詳しくは、水分を含有するガスを吸着と脱着の操作を連続的に行い処理する際に使用される除湿エレメント、除湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水分を含有するガスの処理方法としては、特許文献１には除湿材としてモレキュラシーブ４Ａもしくは１３Ｘ等のゼオライトを用いる方法が開示されている。
【０００３】
これらの汎用ゼオライトは、特に低相対湿度での吸着率が高く、低相対湿度の水分を含有するガスの処理には有効である特徴を有しているが、常温での吸着率と高温時の吸着率の差が小さいため、吸着と脱着を連続的に行って水分を含有するガスを処理する際に、脱着温度が低い場合には著しく除湿性能が低くなる問題があった。そのため、特別な処理ガス条件である低相対湿度ガスの処理や高温ガスの処理以外では有効で無かった。
【０００４】
また、特許文献２には除湿材として低温再生可能なゼオライトを用いる方法が開示されている。
【０００５】
この低温再生可能なゼオライトは、細孔径とシリカ・アルミナ比等を調整することで前記汎用ゼオライトの問題点であった、吸着と脱着を連続的に行なって水分を含有するガスを処理する際に脱着温度が低い場合には著しく除湿性能が低くなる現象を改善したものである。除湿材としてゼオライトを用いても一般的な１５０℃以下程度の脱着温度での除湿が可能となったが、汎用ゼオライトでは高い値を示す低相対湿度での吸着率が低下するため、低相対湿度になると除湿性能が低くなる問題があった。
【０００６】
水分を含有するガスを除湿エレメントに通過させた場合には、水分は吸着上流側より吸着されていき吸着下流側では相対湿度が著しく低くなるため、吸着下流側では低相対湿度での吸着率が高い事が望まれる。より高い除湿性能を発現するにはこの低相対湿度での吸着率が高い事が必要である。
【０００７】
従って、低温再生可能なゼオライトの低相対湿度の吸着率を改善できれば更に除湿性能を向上させる事が可能であり、ゼオライトを使用した除湿エレメント、除湿装置で極めて高い除湿性能が得られるようになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５４−１９５４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４９７７７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に対して、汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの利点を利用して、双方の欠点を補い、水分を含有するガスのより除湿性能の高い除湿エレメント、除湿装置を提供する事を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、水分を含有するガスを吸着と脱着の操作を連続的に行ない処理する際に、低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトを直列に配置し、前記配置が吸着上流側であり脱着下流側である位置に低温再生可能なゼオライトが配置され、吸着下流側であり脱着上流側である位置に汎用ゼオライトが配置された除湿材エレメントおよび前記除湿エレメントを加熱空気により脱着される工程を含むことを特徴とする除湿装置を提供するものである。
【００１１】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記低温再生可能なゼオライトが、シリカ／アルミナ比が４〜７、細孔径６〜８Åのゼオライトである。
【００１２】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記汎用ゼオライトが、４Ａ型ゼオライト、１３Ｘ型ゼオライトである。
【００１３】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトがハニカム状構造体に成形されている事である。
【００１４】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記ハニカム状構造体が、円筒状もしくは円柱状の形状を有する事である。
【００１５】
本発明者は、除湿エレメントおよび除湿装置に適用する除湿材、すなわちゼオライトの水分吸着率と除湿エレメント層長における温度と相対湿度の変化について関して鋭意検討を行なった。
【００１６】
その結果、ゼオライトの水分吸着率に関しては、汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの水分の吸着等温線より、各ゼオライトが優れている相対湿度の領域が有る事を見出した。
【００１７】
例えば、図1より、吸着温度３０℃、絶対湿度10ｇ／ｋｇ−Ａｉｒの吸湿率は、１３Ｘ型ゼオライトが低温再生可能なゼオライトと比較して優れているが、吸着温度１４０℃時の吸湿率も優れているため、有効吸着率の点から見ると１０ｇ／ｋｇ−Ａｉｒにおける除湿量は、低温再生可能なゼオライトが優れている。
【００１８】
また絶対湿度２ｇ／ｋｇ−Ａｉｒの低湿度領域では、有効吸湿率は１３Ｘ型ゼオライトが優れている。
ここで表す有効吸湿率は以下の式で示す。
有効吸湿率＝（吸着温度における吸湿率）−（脱着温度時における吸湿率）
【００１９】
さらに、除湿エレメント層長における温度と相対湿度の変化に関しては、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する。更に除湿エレメント内に脱着温度の残存がある為、除湿エレメント内に熱が残り、更に相対湿度が低下するし、吸着下流側に向かうに従い温度が上昇し、特に著しく相対湿度が低くなる現象を確認した。
【００２０】
例えば温度３０℃であり相対湿度８０ＲＨ％のガスの除湿を行なう場合には、上記の現象により吸着最下流の温度は６０℃、相対湿度は１０％以下となる。その為、現状では高相対湿度と低相対湿度のどちらも著しく高い除湿材はなく、除湿性能を高めるのは、高相対湿度の吸着率が高い除湿材と高温度、低相対湿度に対する吸着率が高い除湿材の併用が有効であり、その除湿材の配置が重要である事を発見した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の除湿エレメントに用いられる低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトの配置は、例えば２つのゼオライトをあらかじめ混合したり、２つを並列に配置したりする事が考えられるが、直列に配置しなければならない。またその配置は吸着上流側であり、脱着下流側に低温再生が可能なゼオライトを、さらに吸着下流側であり、脱着下流側に汎用ゼオライトを配置しなければならない。その理由は、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する為である。更に除湿エレメント内に脱着温度の残存があるため、除湿エレメント内に熱が残り、さらに相対湿度低下がある。そのため吸着下流側に向かうに従い温度が上昇し、特に著しく相対湿度が低くなる現象より吸着上流から下流方向で温度、相対湿度変化が起こるためである。
【００２２】
本発明の除湿エレメントに用いられる低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトの配置割合は、常に１：１では無く、処理するガスの条件によって変更することが望ましい。これは、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する。特に低相対湿度のガスを処理する場合、吸着入口に近い側で低相対湿度の状態になるため、低温再生可能なゼオライトよりも低相対湿度での高い吸着率を示す汎用ゼオライトの配置割合を例えば（低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライト＝５：１）のように高くする事が好ましい。また高相対湿度のガスを処理する場合、吸着出口に近い側で低相対湿度の状態になるため、低温再生可能なゼオライトよりも汎用ゼオライトの配置割合を例えば（低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライト＝１：５）のように高くする事が好ましい。
つまり、低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライトの組成比は、１：５〜５：１の範囲で変化させる事が好ましく、さらに好ましい組成比は１：３〜３：１の範囲である。
【００２３】
本発明の除湿材エレメントに用いられるゼオライトの種類は、汎用ゼオライトと低温再生可能なゼオライトを使用する事が必要である。汎用ゼオライトは３Ａ型，４Ａ型，５Ａ型，１３Ｘ型を用いる事が望ましく、吸湿性能から４Ａ型もしくは１３Ｘ型が特に望ましい。低温再生が可能なゼオライトは、シリカ/アルミナ比が３〜３０であり、細孔径は６〜８ÅであるモルデナイトもしくはＹ型ゼオライトである事が好ましく、より望ましくはシリカ/アルミナ比が４〜１０、細孔径は７Åである事Ｙ型ゼオライトが望ましい。シリカ/アルミナ比が３より小さいと汎用ゼオライトと同様の特性を示す事になり、シリカ／アルミナ比が３０を超えるとシリカの撥水作用で水分吸着率が著しく低下するためである。
【００２４】
本発明の除湿エレメントの構造は、吸着材をフェルト状、シートを格子状、粒状、球状、ハニカム状などの形状があるが、好ましくはハニカム構造体に成形したものが望ましい。それはミストやゴミによる目詰まりの防止、低圧損化、軽量化の点でハニカム状が優れているからである。
【００２５】
本発明の除湿エレメントの構造であるハニカム状構造体は、円柱状もしくは円筒状に形状されたハニカム構造体が望ましい。円柱状とは、芯材にハニカムを巻き付けてローター状にした形状の事を指し（図２）、円筒状とは、平行にガスが通気するようにハニカムを複数積層し、処理ガスが中心から径方向に向かって通気するようにハニカム積層体を円周に配置する形状を指す（図３）。これら円筒状、円柱状に吸着ゾーン及び再生ゾーンを設け、中心軸を中心に回転させ、吸着と再生の処理を効率良く連続に行なう事が出来、更にフェルト状、フィルム上などと比べて圧損が低い。しかし、形状は円筒状もしくは円柱状に限られるものではない。
【００２６】
本発明のハニカム構造体は、中でも押出し成形法やシート状からハニカム構造体を成形する方法など多数有るが、シート状からハニカム構造体を成形する方法が望ましい。しかし特にこれに限る事はない。
【００２７】
本発明におけるシート状を抄造するための繊維は、シート状に除湿材を担持させる為にフィブリル化された繊維が好ましい。さらに脱着時には加熱空気を用いる為、耐熱性繊維が望ましい。具体的にはアラミド繊維が好ましいが、特にこれに限る事ではない。また抄造用バインダーとしてＰＶＡやでん粉などあるが、特にこれに限る事はない。
【００２８】
本発明の除湿エレメントに含まれる除湿材の量は４０〜８５重量％の範囲が望ましく、除湿性能及び除湿材の脱落等を考慮すると、５０〜８０重量％が好ましい。その理由は４０重量％未満では十分な除湿性能を得る事が出来ず、８５重量％を超えると、除湿材の脱落が多くなる為である。除湿エレメントに含まれる繊維の量は各々２〜２０重量％が望ましく、除湿材の脱落及びシート強度等を考慮すると２〜１０重量％が好ましい。その理由は２重量％未満ではシート強度が極端に低下したり除湿材の脱落が多くなり、２０重量％を超えると、除湿性能が急激に低下する為である。除湿材に含まれる抄造用バインダーの量は３〜２０重量％が望ましく、除湿性能及び除湿材の脱落等を考慮すると、３〜１０重量％が好ましい。その理由は３重量％未満では、除湿材の脱落が多くなり、２０重量％を超えると極端に除湿性能が低下する為である。
【００２９】
本発明のシート状の坪量は５０〜２００ｇ／ｍ２が望ましく、より望ましくは５０〜１００ｇ／ｍ２の範囲である。その理由は、坪量５０ｇ／ｍ２未満の場合は、除湿材の含有量が少なくなる事で除湿性能が低下するためである。坪量２００ｇ／ｍ２を超えた場合、紙圧が高くなり、ハニカム状構造体にした場合、圧損が増大するためである。
【００３０】
本発明のハニカムのハニカムフルートは、波高が０．９５〜３．０ｍｍ、波長は２．０ｍｍ〜５．０ｍｍが望ましく、より望ましくは波高が０．８５〜２．５ｍｍ、波長が２．５〜４．２ｍｍの範囲である。波高０．９５ｍｍ未満、波長が２．０ｍｍ未満の場合、ハニカムの通気孔が小さい為、処理ガスを通流時に圧損が増大する恐れがある。また波高３．０ｍｍを超えて、波長が５．０ｍｍを超える場合、除湿性能が悪くなる恐れがある。
【００３１】
本発明の除湿エレメントの除湿材に吸着された水分を脱着する方法は、加熱する方法や系の圧力を下げる方法など多数有るが、加熱空気が望ましい。それは、系の圧力を下げる脱着方法は装置が大きくなり、またコストが高くなるからである。しかし特に加熱する方法に限定されるものではない。
【００３２】
ガス中の除湿量の測定。
除湿エレメントを有する水分含有ガス処理装置を用い、処理性能である除湿量Ｇの測定を行なう。除湿量Ｇは次式にて求める。また測定に使用する除湿エレメントのサイズは波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム積層し、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×４００ｍｍＬのサイズとした。
Ｇ(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)＝Ｉ−Ｏ
ここでＩは処理ガスの入口絶対湿度(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)
Ｏは処理ガスの出口絶対湿度(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)
Ｉの処理ガスの入口絶対湿度及びＯの処理ガスの絶対湿度の測定は、装置運転開始から1時間以上経過後に吸着と脱着操作が十分に繰り返され処理ガスの出口絶対湿度が行って一定の値を示し変化をしなくなる、つまり処理ガスの出口絶対湿度が安定する間で行なう。
この吸着エレメントの評価方法の仕様は以下の通りである。
吸湿ガス面風速：２ｍ／ｓ
吸湿ガス温度：３０℃
吸湿ガス湿度：２０，５０，８０ＲＨ％
再生ガス温度：１４０℃
再生空気比：３
ゾ−ン比：０．２５
但し、
再生空気比＝ ( 吸着風量 ) ／ ( 脱着風量 )
ゾ−ン比＝ ( 脱着ゾーン面積 ) ／（ ( 吸着ゾーン面積 ) ＋ ( 脱着ゾーン面積 ) ）
【００３３】
以下の実施例及び比較例に基づいて本発明の高性能除湿エレメントの除湿量について詳細に説明する。
［実施例１］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなわち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３４】
［実施例２］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側１００ｍｍに配置する。次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側３００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３５】
［実施例３］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側３００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側１００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３６】
［実施例４］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち４Ａ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３７】
［比較例１］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３８】
［比較例２］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３９】
［比較例３］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００４０】
［比較例４］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを４０重量％とシリカ／アルミナ比が４〜１０、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを４０重量％、その他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００４１】
［比較例５］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が１０以上、粒径６μｍ、細孔径８ÅのＹ型疎水性ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
この乾式除湿装置の仕様は以下の通りである。
吸湿ガス面風速：２ｍ／ｓ
再生ガス温度：１４０℃
再生空気比：３
ゾ−ン比：０．２５
但し、
再生空気比＝(吸着風量)／(脱着風量)
ゾ−ン比＝(脱着ゾーン面積)／(吸着ゾーン面積)＋(脱着ゾーン面積)
【００４２】
実施例及び比較例の、各種条件での除湿量を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の除湿エレメントは、吸着前段側には低温再生型ゼオライトを用いた除湿材を配置し、吸着後段側には汎用ゼオライト13Ｘ型ゼオライトを用いた除湿材を直列に配置する事で、高性能な除湿エレメントとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの水分の吸着等温線。
【図２】ハニカム−円柱状
【図３】ハニカム−円筒状
【符号の説明】
１ 濃縮ガス
２ 脱着用加熱ガス
３ 水分含有被処理ガス
４ 処理ガス
５ 円柱状ハニカム
６ 回転方向
７ 脱着ゾーン
８ 吸着ゾーン
９ 濃縮ガス
１０ 脱着用加熱ガス
１１ 水分含有被処理ガス
１２ 処理ガス
１３ 円筒状ハニカム
１４ 回転方向
１５ 通流配管
１６ ハニカム搭載用金属箱
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分を含有するガスの除湿、乾燥を目的とした除湿エレメント、除湿装置に関するものであり、更に詳しくは、水分を含有するガスを吸着と脱着の操作を連続的に行い処理する際に使用される除湿エレメント、除湿装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水分を含有するガスの処理方法としては、特許文献１には除湿材としてモレキュラシーブ４Ａもしくは１３Ｘ等のゼオライトを用いる方法が開示されている。
【０００３】
これらの汎用ゼオライトは、特に低相対湿度での吸着率が高く、低相対湿度の水分を含有するガスの処理には有効である特徴を有しているが、常温での吸着率と高温時の吸着率の差が小さいため、吸着と脱着を連続的に行って水分を含有するガスを処理する際に、脱着温度が低い場合には著しく除湿性能が低くなる問題があった。そのため、特別な処理ガス条件である低相対湿度ガスの処理や高温ガスの処理以外では有効で無かった。
【０００４】
また、特許文献２には除湿材として低温再生可能なゼオライトを用いる方法が開示されている。
【０００５】
この低温再生可能なゼオライトは、細孔径とシリカ・アルミナ比等を調整することで前記汎用ゼオライトの問題点であった、吸着と脱着を連続的に行なって水分を含有するガスを処理する際に脱着温度が低い場合には著しく除湿性能が低くなる現象を改善したものである。除湿材としてゼオライトを用いても一般的な１５０℃以下程度の脱着温度での除湿が可能となったが、汎用ゼオライトでは高い値を示す低相対湿度での吸着率が低下するため、低相対湿度になると除湿性能が低くなる問題があった。
【０００６】
水分を含有するガスを除湿エレメントに通過させた場合には、水分は吸着上流側より吸着されていき吸着下流側では相対湿度が著しく低くなるため、吸着下流側では低相対湿度での吸着率が高い事が望まれる。より高い除湿性能を発現するにはこの低相対湿度での吸着率が高い事が必要である。
【０００７】
従って、低温再生可能なゼオライトの低相対湿度の吸着率を改善できれば更に除湿性能を向上させる事が可能であり、ゼオライトを使用した除湿エレメント、除湿装置で極めて高い除湿性能が得られるようになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５４−１９５４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４９７７７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に対して、汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの利点を利用して、双方の欠点を補い、水分を含有するガスのより除湿性能の高い除湿エレメント、除湿装置を提供する事を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
即ち、水分を含有するガスを吸着と脱着の操作を連続的に行ない処理する際に、低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトを直列に配置し、前記配置が吸着上流側であり脱着下流側である位置に低温再生可能なゼオライトが配置され、吸着下流側であり脱着上流側である位置に汎用ゼオライトが配置された除湿材エレメントおよび前記除湿エレメントを加熱空気により脱着される工程を含むことを特徴とする除湿装置を提供するものである。
【００１１】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記低温再生可能なゼオライトが、シリカ／アルミナ比が４〜７、細孔径６〜８Åのゼオライトである。
【００１２】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記汎用ゼオライトが、４Ａ型ゼオライト、１３Ｘ型ゼオライトである。
【００１３】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトがハニカム状構造体に成形されている事である。
【００１４】
本発明の除湿エレメントの好ましい実施形態は、前記ハニカム状構造体が、円筒状もしくは円柱状の形状を有する事である。
【００１５】
本発明者は、除湿エレメントおよび除湿装置に適用する除湿材、すなわちゼオライトの水分吸着率と除湿エレメント層長における温度と相対湿度の変化について関して鋭意検討を行なった。
【００１６】
その結果、ゼオライトの水分吸着率に関しては、汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの水分の吸着等温線より、各ゼオライトが優れている相対湿度の領域が有る事を見出した。
【００１７】
例えば、図1より、吸着温度３０℃、絶対湿度10ｇ／ｋｇ−Ａｉｒの吸湿率は、１３Ｘ型ゼオライトが低温再生可能なゼオライトと比較して優れているが、吸着温度１４０℃時の吸湿率も優れているため、有効吸着率の点から見ると１０ｇ／ｋｇ−Ａｉｒにおける除湿量は、低温再生可能なゼオライトが優れている。
【００１８】
また絶対湿度２ｇ／ｋｇ−Ａｉｒの低湿度領域では、有効吸湿率は１３Ｘ型ゼオライトが優れている。
ここで表す有効吸湿率は以下の式で示す。
有効吸湿率＝（吸着温度における吸湿率）−（脱着温度時における吸湿率）
【００１９】
さらに、除湿エレメント層長における温度と相対湿度の変化に関しては、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する。更に除湿エレメント内に脱着温度の残存がある為、除湿エレメント内に熱が残り、更に相対湿度が低下するし、吸着下流側に向かうに従い温度が上昇し、特に著しく相対湿度が低くなる現象を確認した。
【００２０】
例えば温度３０℃であり相対湿度８０ＲＨ％のガスの除湿を行なう場合には、上記の現象により吸着最下流の温度は６０℃、相対湿度は１０％以下となる。その為、現状では高相対湿度と低相対湿度のどちらも著しく高い除湿材はなく、除湿性能を高めるのは、高相対湿度の吸着率が高い除湿材と高温度、低相対湿度に対する吸着率が高い除湿材の併用が有効であり、その除湿材の配置が重要である事を発見した。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の除湿エレメントに用いられる低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトの配置は、例えば２つのゼオライトをあらかじめ混合したり、２つを並列に配置したりする事が考えられるが、直列に配置しなければならない。またその配置は吸着上流側であり、脱着下流側に低温再生が可能なゼオライトを、さらに吸着下流側であり、脱着下流側に汎用ゼオライトを配置しなければならない。その理由は、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する為である。更に除湿エレメント内に脱着温度の残存があるため、除湿エレメント内に熱が残り、さらに相対湿度低下がある。そのため吸着下流側に向かうに従い温度が上昇し、特に著しく相対湿度が低くなる現象より吸着上流から下流方向で温度、相対湿度変化が起こるためである。
【００２２】
本発明の除湿エレメントに用いられる低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトの配置割合は、常に１：１では無く、処理するガスの条件によって変更することが望ましい。これは、被ガスが吸着入口から吸着出口に向かうに従い、除湿エレメント内の除湿材により処理ガスの水分が吸着され、徐々に処理空気の相対湿度は低下する。特に低相対湿度のガスを処理する場合、吸着入口に近い側で低相対湿度の状態になるため、低温再生可能なゼオライトよりも低相対湿度での高い吸着率を示す汎用ゼオライトの配置割合を例えば（低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライト＝５：１）のように高くする事が好ましい。また高相対湿度のガスを処理する場合、吸着出口に近い側で低相対湿度の状態になるため、低温再生可能なゼオライトよりも汎用ゼオライトの配置割合を例えば（低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライト＝１：５）のように高くする事が好ましい。
つまり、低温再生可能なゼオライト：汎用ゼオライトの組成比は、１：５〜５：１の範囲で変化させる事が好ましく、さらに好ましい組成比は１：３〜３：１の範囲である。
【００２３】
本発明の除湿材エレメントに用いられるゼオライトの種類は、汎用ゼオライトと低温再生可能なゼオライトを使用する事が必要である。汎用ゼオライトは３Ａ型，４Ａ型，５Ａ型，１３Ｘ型を用いる事が望ましく、吸湿性能から４Ａ型もしくは１３Ｘ型が特に望ましい。低温再生が可能なゼオライトは、シリカ/アルミナ比が３〜３０であり、細孔径は６〜８ÅであるモルデナイトもしくはＹ型ゼオライトである事が好ましく、より望ましくはシリカ/アルミナ比が４〜１０、細孔径は７Åである事Ｙ型ゼオライトが望ましい。シリカ/アルミナ比が３より小さいと汎用ゼオライトと同様の特性を示す事になり、シリカ／アルミナ比が３０を超えるとシリカの撥水作用で水分吸着率が著しく低下するためである。
【００２４】
本発明の除湿エレメントの構造は、吸着材をフェルト状、シートを格子状、粒状、球状、ハニカム状などの形状があるが、好ましくはハニカム構造体に成形したものが望ましい。それはミストやゴミによる目詰まりの防止、低圧損化、軽量化の点でハニカム状が優れているからである。
【００２５】
本発明の除湿エレメントの構造であるハニカム状構造体は、円柱状もしくは円筒状に形状されたハニカム構造体が望ましい。円柱状とは、芯材にハニカムを巻き付けてローター状にした形状の事を指し（図２）、円筒状とは、平行にガスが通気するようにハニカムを複数積層し、処理ガスが中心から径方向に向かって通気するようにハニカム積層体を円周に配置する形状を指す（図３）。これら円筒状、円柱状に吸着ゾーン及び再生ゾーンを設け、中心軸を中心に回転させ、吸着と再生の処理を効率良く連続に行なう事が出来、更にフェルト状、フィルム上などと比べて圧損が低い。しかし、形状は円筒状もしくは円柱状に限られるものではない。
【００２６】
本発明のハニカム構造体は、中でも押出し成形法やシート状からハニカム構造体を成形する方法など多数有るが、シート状からハニカム構造体を成形する方法が望ましい。しかし特にこれに限る事はない。
【００２７】
本発明におけるシート状を抄造するための繊維は、シート状に除湿材を担持させる為にフィブリル化された繊維が好ましい。さらに脱着時には加熱空気を用いる為、耐熱性繊維が望ましい。具体的にはアラミド繊維が好ましいが、特にこれに限る事ではない。また抄造用バインダーとしてＰＶＡやでん粉などあるが、特にこれに限る事はない。
【００２８】
本発明の除湿エレメントに含まれる除湿材の量は４０〜８５重量％の範囲が望ましく、除湿性能及び除湿材の脱落等を考慮すると、５０〜８０重量％が好ましい。その理由は４０重量％未満では十分な除湿性能を得る事が出来ず、８５重量％を超えると、除湿材の脱落が多くなる為である。除湿エレメントに含まれる繊維の量は各々２〜２０重量％が望ましく、除湿材の脱落及びシート強度等を考慮すると２〜１０重量％が好ましい。その理由は２重量％未満ではシート強度が極端に低下したり除湿材の脱落が多くなり、２０重量％を超えると、除湿性能が急激に低下する為である。除湿材に含まれる抄造用バインダーの量は３〜２０重量％が望ましく、除湿性能及び除湿材の脱落等を考慮すると、３〜１０重量％が好ましい。その理由は３重量％未満では、除湿材の脱落が多くなり、２０重量％を超えると極端に除湿性能が低下する為である。
【００２９】
本発明のシート状の坪量は５０〜２００ｇ／ｍ２が望ましく、より望ましくは５０〜１００ｇ／ｍ２の範囲である。その理由は、坪量５０ｇ／ｍ２未満の場合は、除湿材の含有量が少なくなる事で除湿性能が低下するためである。坪量２００ｇ／ｍ２を超えた場合、紙圧が高くなり、ハニカム状構造体にした場合、圧損が増大するためである。
【００３０】
本発明のハニカムのハニカムフルートは、波高が０．９５〜３．０ｍｍ、波長は２．０ｍｍ〜５．０ｍｍが望ましく、より望ましくは波高が０．８５〜２．５ｍｍ、波長が２．５〜４．２ｍｍの範囲である。波高０．９５ｍｍ未満、波長が２．０ｍｍ未満の場合、ハニカムの通気孔が小さい為、処理ガスを通流時に圧損が増大する恐れがある。また波高３．０ｍｍを超えて、波長が５．０ｍｍを超える場合、除湿性能が悪くなる恐れがある。
【００３１】
本発明の除湿エレメントの除湿材に吸着された水分を脱着する方法は、加熱する方法や系の圧力を下げる方法など多数有るが、加熱空気が望ましい。それは、系の圧力を下げる脱着方法は装置が大きくなり、またコストが高くなるからである。しかし特に加熱する方法に限定されるものではない。
【００３２】
ガス中の除湿量の測定。
除湿エレメントを有する水分含有ガス処理装置を用い、処理性能である除湿量Ｇの測定を行なう。除湿量Ｇは次式にて求める。また測定に使用する除湿エレメントのサイズは波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム積層し、２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×４００ｍｍＬのサイズとした。
Ｇ(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)＝Ｉ−Ｏ
ここでＩは処理ガスの入口絶対湿度(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)
Ｏは処理ガスの出口絶対湿度(ｇ／ｋｇ−Ａｉｒ)
Ｉの処理ガスの入口絶対湿度及びＯの処理ガスの絶対湿度の測定は、装置運転開始から1時間以上経過後に吸着と脱着操作が十分に繰り返され処理ガスの出口絶対湿度が行って一定の値を示し変化をしなくなる、つまり処理ガスの出口絶対湿度が安定する間で行なう。
この吸着エレメントの評価方法の仕様は以下の通りである。
吸湿ガス面風速：２ｍ／ｓ
吸湿ガス温度：３０℃
吸湿ガス湿度：２０，５０，８０ＲＨ％
再生ガス温度：１４０℃
再生空気比：３
ゾ−ン比：０．２５
但し、
再生空気比＝ ( 吸着風量 ) ／ ( 脱着風量 )
ゾ−ン比＝ ( 脱着ゾーン面積 ) ／（ ( 吸着ゾーン面積 ) ＋ ( 脱着ゾーン面積 ) ）
【００３３】
以下の実施例及び比較例に基づいて本発明の高性能除湿エレメントの除湿量について詳細に説明する。
［実施例１］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなわち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３４】
［実施例２］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側１００ｍｍに配置する。次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側３００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３５】
［実施例３］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側３００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側１００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３６】
［実施例４］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材として汎用ゼオライト、すなはち４Ａ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
これら２つの除湿エレメントが直列になるように配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３７】
［比較例１］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３８】
［比較例２］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００３９】
［比較例３］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着前段側２００ｍｍに配置する。
次に、除湿材としてシリカ／アルミナ比が６、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカム成形体を吸着後段側２００ｍｍに配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００４０】
［比較例４］
除湿材として汎用ゼオライト、すなはち１３Ｘ型ゼオライトを４０重量％とシリカ／アルミナ比が４〜１０、細孔径７ÅのＹ型ゼオライト、すなはち低温再生型ゼオライトを４０重量％、その他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
【００４１】
［比較例５］
除湿材としてシリカ／アルミナ比が１０以上、粒径６μｍ、細孔径８ÅのＹ型疎水性ゼオライトを８０重量％とその他の構成材料を２０重量％湿式抄紙法によりシートを得る。そのシート状物をハニカム成形機を用いて、耐熱性有機接着剤をハニカム成形用接着剤として使用し、波長２．６ｍｍ、波高１．５ｍｍのハニカム状に成形する。このハニカムを４００ｍｍの除湿エレメントにして配置する。
この除湿エレメントを用いて除湿性能の評価を行なった。
この乾式除湿装置の仕様は以下の通りである。
吸湿ガス面風速：２ｍ／ｓ
再生ガス温度：１４０℃
再生空気比：３
ゾ−ン比：０．２５
但し、
再生空気比＝(吸着風量)／(脱着風量)
ゾ−ン比＝(脱着ゾーン面積)／(吸着ゾーン面積)＋(脱着ゾーン面積)
【００４２】
実施例及び比較例の、各種条件での除湿量を表１に示す。
【００４３】
【表１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の除湿エレメントは、吸着前段側には低温再生型ゼオライトを用いた除湿材を配置し、吸着後段側には汎用ゼオライト13Ｘ型ゼオライトを用いた除湿材を直列に配置する事で、高性能な除湿エレメントとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】汎用ゼオライトと低温再生型ゼオライトの水分の吸着等温線。
【図２】ハニカム−円柱状
【図３】ハニカム−円筒状
【符号の説明】
１ 濃縮ガス
２ 脱着用加熱ガス
３ 水分含有被処理ガス
４ 処理ガス
５ 円柱状ハニカム
６ 回転方向
７ 脱着ゾーン
８ 吸着ゾーン
９ 濃縮ガス
１０ 脱着用加熱ガス
１１ 水分含有被処理ガス
１２ 処理ガス
１３ 円筒状ハニカム
１４ 回転方向
１５ 通流配管
１６ ハニカム搭載用金属箱
Claims (6)
- シリカ／アルミナ比が３〜３０、細孔径が６〜８Åである低温再生可能なゼオライトと汎用ゼオライトを直列に配置し、吸着上流側であり脱着下流側である位置に低温再生可能なゼオライトが配置され、吸着下流側であり脱着上流側である位置に汎用ゼオライトが配置された事を特徴とする除湿材エレメント。
- 低温再生可能なゼオライトが、シリカ／アルミナ比が４〜７、細孔径６〜８Åのゼオライトである事を特徴とする請求項１記載の除湿エレメント。
- 汎用ゼオライトが、４Ａ型ゼオライトまたは１３Ｘ型ゼオライトである事を特徴とする請求項１乃至２いずれかに記載の除湿エレメント。
- 低温再生可能なゼオライト及び汎用ゼオライトがハニカム状構造体に成形されている事を特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の除湿エレメント。
- ハニカム状構造体が、円筒状もしくは円柱状の形状を有する事を特徴とする請求項４記載の除湿エレメント。
- 水分を含有するガスを吸着と脱着の操作を連続的に行ない処理する際に、請求項５記載の除湿エレメントが加熱空気により脱着される工程を含むことを特徴とする除湿装置。
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