JP5140278B2

JP5140278B2 - デシカント材およびこれを用いる空気除湿方法

Info

Publication number: JP5140278B2
Application number: JP2007005785A
Authority: JP
Inventors: 正和黒田; 恩湯沢; 正和荒川; 公寿杉山; 俊和花谷
Original assignee: Rengo Co Ltd
Current assignee: Rengo Co Ltd
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP2008168259A

Description

本発明は、水分の吸着現象を利用して空気中の水分を除去するデシカント材およびこれを用いる空気の除湿方法に関し、更に詳しくは比較的低温度で空気中の水分の吸着量と水分の吸着速度及び脱着速度が大きく、低温度での再生が可能なデシカント材およびこれを用いる空気除湿方法に関する。

住宅やビル等の空調のために種々の空調機器や空調システムが利用されているが、温暖化ガス排出の抑制、省エネルギー促進のための環境調和型熱技術として、各種の水分吸着材を用いたデシカント（Desiccant）空調技術が提案されている。これは吸着によって気相中の水蒸気などの気体分子が固体表面に取り去られる現象を利用して、水分を含んだ空気の除湿や温度を制御するものである。このデシカント空調法では、従来から水分吸着材として、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライトなどの無機多孔質結晶体、活性炭、リチウム塩などが広く利用されている。これらの物質は比較的大きな除湿能力（水分吸着能力）を有しており、低い湿度条件下ではゼオライトが優れた除湿能力を示し、高い湿度条件下ではシリカゲル、活性炭などが優れた除湿能力を発揮する。

これらの水分吸着材は、それを繰り返し使用するためには、吸着した水分を加熱等により脱着して、水分吸着材を再生させる必要がある。これらの水分吸着材では、その除湿能力を十分に回復させるためには、一般的に再生温度が８０℃以上、好ましくは１２０℃以上の温度に加熱して水分を除去し、再生する必要がある（特許文献１，２参照）。

しかしながら再生のために水分吸着材をこのように高い温度に加熱することは、デシカント空調法を利用することによる冷房効率の向上や省エネルギーという特徴を、水分吸着材の再生のために使用する大きなエネルギー消費によって打消してしまうこととなり、冷房成績係数が低下するという問題がある。

このような問題を解決する新しい水分吸着材として、最近、主としてポリアクリル酸塩架橋体からなる吸水性高分子を利用した高分子吸着材が提案されている。これはポリアクリル酸塩架橋体の親水性基であるカルボン酸基に水蒸気を結合し、架橋点を支点として高分子架橋体が膨潤しながら多量の水蒸気をトラップするものである。そしてこの高分子吸着材では、吸着した水蒸気は４０〜８０℃という低い温度で脱着し、吸着材の低温再生が可能であるとされている（非特許文献１，２参照）。

また、４０〜５０℃という低い温度で吸着水分の脱着が可能な高効率の水分吸着材として、酸化チタンを水熱反応によりナノオーダーの直径を有する繊維が絡み合ったスポンジ状にした、スポンジ状酸化チタンも提案されている（非特許文献３参照）。

しかしながら従来の多孔質結晶体のような水分吸着材はその再生に８０℃以上の高い温度に加熱する必要があるという問題がある。また、上記の高分子吸着材やスポンジ状酸化チタンのような改良された水分吸着材は、吸湿能力がまだ必ずしも十分なものではなく、再生温度の低下とともに吸湿能力（水分吸着量）が低下するというという問題があり、またかなり高価なものとなるというコスト的な問題もあり、実用的に使用された例は極めて少ない。

更に、水分吸着材を低い温度で再生することによる除湿能力の低下は、単に水分の吸着・脱着量だけの問題ではなく、水分の吸着速度と脱着速度に影響を及ぼしている。即ち、水分吸着材の再生工程において、低い温度で再生を行う場合には、吸着した水分の脱着速度が低下して、水分吸着材の吸着水分の脱着、除湿材の再生に長い時間を必要とすることとなる。特にデシカント空調法で多く採用されているローターのような回転体においては、その構造上再生時間（脱着時間）として十分な時間を取ることができず、必要とする脱着時間に比べて短い時間で再生を行うこととなり、水分の脱着、再生が不十分となり、吸着能力を十分に回復させることができないという問題がある。
従って、デシカント空調法においては、３５〜６０℃という低い温度で水分吸着材の脱着・再生が行えると同時に、比較的短い時間で脱着・再生が行える大きな脱着速度を有する水分吸着材が必要とされていた。

また、従来使用されているゼオライトなどからなる水分吸着材は、使い易さおよび空気との接触効率を高める観点から、ハニカム構造を持つローターなどの形状に成型加工し、焼成されたものが使用されているが、良好な成形性および高い寸法精度を有したものとすることが困難であり、さらに、小さな衝撃でも壊れやすいという問題があった。従って、簡単かつ精度よく加工でき、耐衝撃性に優れた、取り扱いの容易な水分吸着材が必要とされていた。

特許第３３１７６６０号公報稲葉英雄「吸着系空調システムの展望」、ケミカルエンジニアリング、２００６年７月号、１９〜２４頁稲葉英雄「建築設備と配管工事」、２００６年１月号、３２〜３６頁「高効率デシカント空調機」、宮城県環境産業新技術開発等緊急支援事業パンフレット、No.9

本発明は、以上のようなデシカント空調法における問題点を解決し、３５〜６０℃という低い温度で水分の吸着・脱着が行えると同時に、短い時間で吸着した水分の脱着、吸着材の再生が行える大きな脱着速度を有するデシカント材とこのようなデシカント材を使用する空気除湿方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、セルロース誘導体とゼオライト等の無機多孔結晶体の複合体が優れた水分吸着・脱着特性を有することを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、以下の内容をその要旨とするものである。
（１）膨潤しているセルロース誘導体において、それを構成する高分子物質の内部で水溶性ケイ素化合物及び水溶性アルミニウム化合物、並びに水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムから選ばれる塩基性物質を反応させることにより得られたセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体の内部に、銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持したセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体から構成されるデシカント材。
（２）前記複合体において、ゼオライト結晶の割合が１０〜６０質量％である前記（１）に記載のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体から構成されるデシカント材。
（３）膨潤しているセルロース誘導体において、それを構成する高分子物質の内部で水溶性ケイ素化合物及び水溶性アルミニウム化合物、並びに水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムから選ばれる塩基性物質を反応させることにより得られたセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体であって、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持したセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体からなるデシカント材に、湿潤空気を接触させて水分を吸着除去し、次にこの水分を吸着したデシカント材に温度３５〜６０℃の空気を作用させて水分を脱着し、デシカント材を再生させ、この工程を繰り返すことを特徴とする湿潤空気の除湿方法。
（４）デシカント材を脱着・再生するための空気が、相対湿度１５〜５５％の空気であることを特徴とする前記（３）に記載の湿潤空気の除湿方法。
（５）除湿される湿潤空気が、温度１５〜４０℃、相対湿度４０〜１００％の空気であることを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の湿潤空気の除湿方法。

本発明のデシカント材は、特定の金属を担持した無機多孔結晶とセルロース誘導体の複合体から構成されるものであるが、このような複合体とすることにより従来のデシカント材では実現が困難であった３５〜６０℃という低い温度で、吸着した水分の脱着とデシカント材の乾燥・再生を行うことができる。更に、このような複合体とすることにより、上記のような低い再生温度においても、吸着した水分の脱着速度が低下することなく、大きな脱着速度を有するため、比較的短時間でデシカント材の脱着、再生を行うことができる。

このように低い温度で吸着した水分の脱着とデシカント材の乾燥・再生を行うことができるため、単に省エネルギーの点から有利というだけでなく、太陽熱、地熱などの自然界の存在する比較的低温度の熱や、或いは冷暖房設備、冷凍陳列ケース、燃料電池などから発生する数十度の低温度の排ガスの熱を利用してデシカント材の乾燥・再生を行うことができ、熱の回収・再利用などの点からもきわめて有利に熱を利用することができる。

更に、本発明に使用するセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体には、銀、銅又は亜鉛から選ばれる特定の金属が担持されているため、本発明の除湿方法を利用することによって、処理する空気を殺菌・滅菌処理することができる。本発明の除湿方法で処理される空気は、一般的に湿度の高いものであり、細菌類が繁殖しやすい環境条件にあるため、空気の除湿処理とともにその殺菌・滅菌処理することができることは極めて有利である。

以下に本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明のデシカント材は、銀、銅又は亜鉛を担持したセルロース誘導体と無機多孔質結晶の複合体からなるものである。

本発明において「セルロース誘導体」とは、セルロース又はその誘導体を意味し、水に対して膨潤するものであれば特に制限はない。本発明に使用するセルロース誘導体としては、例えば、パルプ、再生セルロース（セロファン、セルロースビーズ、レーヨン、セルローススポンジ等）、木綿、バクテリアセルロースおよびセルロースを化学修飾したエチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロース等のセルロースの種々の誘導体が挙げられる。これらの中でも、実際の使用形態、価格および取り扱い易さの点からパルプや再生セルロースが複合体用基材として好ましく使用される。

本発明に使用する無機多孔結晶は、イオン交換能を有する無機イオン交換体結晶および多孔部分に吸着能を有する吸着体結晶が挙げられ、前記セルロース誘導体を溶解、分解または崩壊させないものであれば特に制限はない。例えば、ゼオライト、ハイドロタルサイト、ハイドロキシアパタイト、粘土鉱物類等が挙げられる。中でも、最も用途が広いという点からゼオライトが好ましく、その中でも比較的合成が容易であるという点から４Ａゼオライト〔Ｎａ₁₂Ｓｉ₁₂Ａｌ₁₂Ｏ₄₈・２７Ｈ₂ Ｏ〕が特に好ましい。

本発明に使用するセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体は、膨潤しているセルロース誘導体の存在下で、複数の水溶性化合物および塩基性物質をセルロース誘導体の実体内で反応させることにより製造される。例えば、無機多孔結晶がゼオライトの場合では、ケイ素化合物、アルミニウム化合物および塩基性物質を、ハイドロキシアパタイトの場合では、リン化合物、カルシウム化合物および塩基性物質を用いて反応させることにより、セルロース誘導体とゼオライトの複合体とすることができる。また、これらの無機多孔結晶を、セルロース誘導体の実体内で生成させる場合における複数の水溶性化合物の組み合わせは特に制限されない。

セルロース誘導体の実体内とは、例えば、セルロース誘導体を構成している高分子物質の内部を意味し、セルロース誘導体の実体内に無機多孔結晶を有するとは、無機多孔結晶の一部または全部がセルロース誘導体の実体内に存在することを意味する。

以下に、無機多孔結晶がゼオライトであり、セルロース誘導体がセルロースである場合を例に挙げて、セルロース誘導体−無機多孔結晶複合体の製造方法を詳細に説明する。

セルロース誘導体−ゼオライト複合体の製造方法としては、まずケイ素化合物の水溶液をセルロースに含浸させる。その含浸方法は特に制限はなく、例えば、セルロースを水溶液に浸漬する、水溶液をセルロースにスプレーする、または各種コーターで塗布する等の方法を用いることができる。ケイ素化合物としては、水に溶解するものであれば特に制限はないが、例えばメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム、オルトケイ酸カリウム、水ガラス、シリカゾル等が挙げられるが、水に対する溶解度が高く、結晶性の高いゼオライトが得られる点からメタケイ酸ナトリウムが好ましい。ケイ素化合物の水溶液の濃度は特に制限はないが、好ましくは１．０〜１００ｍｍｏｌ／Ｌ、さらに好ましくは１０〜５０ｍｍｏｌ／Ｌである。

ケイ素化合物の水溶液を含浸させたセルロースは、含浸された溶液の量を調節することが好ましい。その方法としてブレードで掻き取る、ロール間で絞る、またはプレスで絞る方法等が用いられる。調節後の含浸溶液の量に特に制限はないが、セルロースの乾燥重量に対して１．０〜２０倍の範囲に調節することが好ましい。

ケイ素化合物の水溶液を含浸させたセルロースは、溶液が十分浸透するように溶液の量を調節する前または後に含浸時間をおいてもよい。含浸時間は１０分〜２時間であり、セルロースの種類により適宜選択できる。

次に溶液の量を調節したセルロースを、アルミニウム化合物および塩基性物質の混合水溶液に浸漬させる。アルミニウム化合物としては、例えばアルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等が挙げられるが、水に対する溶解度が高く、結晶性の高いゼオライトが得られる点からアルミン酸ナトリウムが好ましい。アルミン酸塩の水溶液の濃度は特に制限はないが、好ましくは１．０〜１０００ｍｍｏｌ／Ｌ、さらに好ましくは１０〜５００ｍｍｏｌ／Ｌである。

塩基性物質としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられるが、水に対する溶解度が高く、結晶性の高いゼオライトが得られる点から水酸化ナトリウムが好ましい。塩基性物質の濃度は、ゼオライトを結晶化させるために、かなり高いアルカリ濃度が必要であることから１０〜５０００ｍｍｏｌ／Ｌ、好ましくは１００〜２５００ｍｍｏｌ／Ｌである。

浸漬する温度は２０〜９０℃であり、好ましくは４０〜６０℃である。浸漬する時間は２時間〜２０日間であり、好ましくは１２時間〜２日間である。

膨潤しているセルロースの存在下での、ケイ素化合物、アルミニウム化合物および塩基性物質との混合比（モル比）は１：１〜１０：１０〜５０であり、好ましくは、１：３〜５：１２〜３０である。塩基性物質をケイ素化合物およびアルミニウム化合物に対して過剰に加えている。これは、特に４Ａゼオライトの場合、ゼオライト結晶自体が準安定相であるために、過剰のアルカリ条件下以外では合成できないためである。

浸漬する温度は２０〜９０℃の範囲であり、浸漬する時間が２時間〜２０日間で、ケイ素化合物、アルミニウム化合物および塩基性物質との混合比（モル比）が１：１〜１０：１０〜５０であれば、セルロースの実体内に無機多孔結晶を効率よく生成することができる。

このようにして得られたセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体を脱液、水洗した後、銀、銅又は亜鉛から選ばれる特定の金属の水溶性塩の水溶液に浸漬することにより、これらの金属を担持したセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体を得ることができる。これらの金属の塩の水溶液の濃度に特に制限はないが、好ましくは１．０〜１００ｍｍｏｌ／Ｌであり、浸漬する温度や時間にも特に制限はない。使用する金属塩としては、例えば、塩化銅、硫酸銅などの銅塩；塩化銀、硫酸銀、硝酸銀などの銀塩；塩化亜鉛、硫酸亜鉛などの亜鉛塩が挙げられる。

このような本発明に使用する特定の金属を担持したセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体としては、例えば、先行技術文献として例示した特許第３３１７６６０号公報（特許文献１）に記載されたものが挙げられる。

このような特定の金属を担持したセルロース誘導体と無機多孔結晶との複合体をデシカント材の構成材料として使用することにより、既に述べたように優れた水分の吸着能力を有するだけでなく、３５〜６０℃という低い温度でも吸着した水分を容易に脱着し、しかもこのような低い温度にもかかわらず大きな脱着速度を有する。さらに、銀、銅又は亜鉛という特定の金属を担持しているため殺菌作用を有しており、本発明のデシカント材によって水分を含む空気を除湿すると同時に、その空気を殺菌・滅菌処理することができる。

この特定の金属を担持したセルロース誘導体と無機多孔結晶との複合体のこのような吸着・脱着特性は、およそ次のようなメカニズムによるものと考えられる。
デシカント材の吸着・脱着に影響する主要な基礎的物性として、親水性、密度、通気度（多孔性）が挙げられる。これらのうち親水性は水分の吸着しやすさに、密度はデシカント材への水分の吸着量に、通気度（多孔性）は水分の吸着・脱着速度及び有効利用率に関係している。吸着量を大きくするため、密度を大きくすることは、緻密なセルロース繊維のマトリックスを作ることであり、通気度（多孔性）を減少させ、吸着時の水蒸気のマトリックス内部への拡散、また、水蒸気脱着時の水蒸気の外部への拡散を抑制し、吸着・脱着速度の低下とデシカント材の有効利用率の低下をもたらす。しかし、セルロース繊維のマトリックスの間にゼオライトのような多結晶体が入った複合体になると、マトリックスの通気度（多孔性）が大きくなり、水蒸気の内部あるいは外部への浸透速度が改善され、結果として吸着・脱着速度の上昇、デシカント材の有効利用率が大きくなる。また、ゼオライトのような多結晶体自身が有する吸着能が副次的に作用し、デシカント材の水分吸着性能を高めるという効果もある。

この特定の金属を担持したセルロース誘導体と無機多孔結晶の複合体は、複合体中の無機多孔結晶の割合が１０〜６０質量％の範囲のものが好ましく、３０〜５０質量％の範囲のものがより好ましい。複合体中の無機多孔結晶の割合が多くなると、複合体の構造、材質の安定性は増加するが、３５〜６０℃という低い温度での水分の脱着速度が低下し、その結果繰り返し使用による水分吸着量が減少する。また、無機多孔結晶の割合が少なくなると、水分の脱着速度は大きくなるが、複合体の構造、材質の安定性が低下し、更に殺菌、抗カビ機能も低下する。

本発明に使用するセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体は、セルロースの中にゼオライト等の無機多孔結晶体と銅、銀、亜鉛などの特定の金属を含んだシート状の形態をしている。本発明のデシカント材は、このようなシート状のセルロース誘導体−無機多孔結晶複合体を、平板状、立方体、直方体、円盤状、球状、ハニカム状などの種々の立体形状に成形して使用することができる。その形状及び表面積の大きさ、厚さは、デシカント材を取り付ける除湿装置の形状に合わせて任意に選択すればよい。なお、本発明のデシカント材は、除湿装置の形状に合わせて種々の形態に成型し製品化する場合、セルロース誘導体−無機多孔結晶複合体がシート状であることより、上記のようにこのシートを段加工して、円盤状、ハニカム状などの形状で重ね合わせ裁断することにより簡単かつ精度よく製品とすることができる。

一般にデシカント空調法では、除湿される空気の温度が高いほど水分吸着量が減少し、その相対湿度が低いほど水分吸着量が減少する。従って、本発明のデシカント材を使用した除湿方法においては、除湿される空気の温度が１５〜４０℃、相対湿度が４０〜１００％で行うのが好ましく、温度が２０〜４０℃、相対湿度が６０〜９５％で行うのがさらに好ましい。

本発明のデシカント材を使用した除湿方法においては、既に述べたように３５〜６０℃の温度で吸着した水分の脱着・再生を行うことができるが、その際の相対湿度は１５〜５５％である。更に好ましくは、脱着・再生の温度が４０〜６０℃、相対湿度が２０〜５５％の条件である。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

試験試料として、本発明品として下記のデシカント材および比較品として市販ゼオライト（中部電力株式会社製）を用いて、空気中の水分の平衡吸着量を測定した。
即ち、密閉された恒温恒湿チャンバーを用い、実際の使用条件に合わせて、温度２０℃、相対湿度９５％（水分吸着時）および温度４０℃、相対湿度４０％（水分脱着時）の条件下に、このチャンバーの中に試験試料のデシカント材またはゼオライトを設置し、４８時間放置して各試料の水分量を測定して、それぞれの条件の平衡吸着水分量を求めた。その結果を表１に示す。

本発明品のデシカント材としては、銅イオンを担持したゼオライトを約３０質量％含有するセルロースとゼオライトの複合体を前述の方法で調製し、この複合体から口径約３ｍｍのハニカム構造物を作り、さらにこれを直系約２０ｃｍ、厚さ約２ｃｍの円盤状のローターに加工したものを用いた。

表１からわかるように、デシカント空調の水分吸着時の条件に相当する、温度２０℃、相対湿度９５％の湿潤な空気では、平衡吸着量が本発明品のデシカント材と比較品のゼオライトのいずれも２０％であったものが、水分脱着時の条件に相当する、温度４０℃、相対湿度４０％の除湿後空気では、平衡吸着量が本発明品のデシカント材では１０％、比較品のゼオライトでは１５％であった。従って、デシカント空調処理によって除湿される水分量は、この差分として、本発明品のデシカント材では１０％、比較品のゼオライトでは５％となり、４０℃のような低温で再生する場合には本発明品のデシカント材はゼオライトよりも水分の吸着量が大きいことがわかる。

実施例１の本発明品のデシカント材の抗菌効果について、一般工業製品のＪＩＳＺ２９１１試験に基づいて、７日、１４日、２１日、２８日の抗菌試験を行った。その結果、本発明品のデシカント材では、全ての試験期間において、かび等の生育は認められなかった。

(1) 各種吸着材による吸着・脱着特性の比較
デシカント空調における水分の吸着・脱着の実験は既にいろいろ行われているが、その実験条件等が報告者によって種々異なっているため、それぞれの吸着材の吸着・脱着特性を直説比較することができない。しかしながら、これらの過去の実験報告の中ではシリカゲルやゼオライトなどの広く利用されている吸着材の吸着・脱着特性も併せて記載して比較しているので、ここでは各報告におけるシリカゲルの吸着量を基準にして、それぞれの吸着材の水分の吸着量・脱着量がシリカゲルのそれの何倍であるかを求めて、本発明のデシカント材との比較を行った。

本発明のデシカント材としては実施例１と同一のものを用いて、実施例１と同一の方法および条件によってその水分の吸着量と脱着量を求めた。同様にしてシリカゲルとしてデシケーターの乾燥剤用の粒子径約３〜５ｍｍの粒状シリカゲルを用いて、同一の条件で水分の吸着量と脱着量を求めた。これらの結果から、本発明のデシカント材とシリカゲルの水分吸着量の比（質量比）を「シリカゲル基準の相対吸着性能」とし、同様に本発明のデシカント材とシリカゲルの水分脱着量の比（質量比）を「シリカゲル基準の相対脱着性能」として求めた。なお、図１及び図２においては、本発明のデシカント材を「ＲＡＤＳ」と表示している。

過去の実験報告については、それぞれの報告に記載された種々の吸着材の水分の吸着量・脱着量とその報告書に記載されたシリカゲルの水分の吸着量・脱着量を求めて、「シリカゲル基準の相対吸着性能」と「シリカゲル基準の相対脱着性能」を算出した。
吸水性高分子（主にポリアクリル酸類）とゼオライトについては、稲葉英男「吸湿能力２倍以上の新素材」建築設備と配管工事、２００６年１月、３２〜３６頁；スポンジチタンについては、「No.9 高効率デシカント空調機」宮城県環境産業新技術開発等支援事業に記載のデータを用いた。

以上で得られた種々の吸着材のシリカゲル基準の相対吸着性能の比較グラフを図１に、シリカゲル基準の相対脱着性能の比較グラフを図２に示す。図１からわかるように、吸着性能については本発明のデシカント材（ＲＡＤＳ）は吸水性高分子より劣るが、スポンジ状酸化チタンやゼオライトよりは大きい。また、図２からわかるように、脱着性能については本発明のデシカント材は、吸水性高分子、スポンジ状酸化チタン、ゼオライトのいずれよりも大きい。従って、相対吸着性能と相対脱着性能を総合的に見た場合、４０℃程度の低温脱着という条件下では、本発明のデシカント材は従来使用されているシリカゲルやゼオライトに比べて優れた性能を有しており、吸水性高分子とも同程度の性能を有するということができる。

(2) 各種吸着材の除湿能力の比較
吸着材として、本発明のデシカント材、シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライトを用いて、温度３５℃、相対湿度５０％の空気を除湿し、その後温度５０℃、相対湿度１８％の空気で再生した場合の、それぞれの吸着材の水分の吸着量（吸着平衡時と脱着平衡時の吸着水分量の差）を求めた。なお、除湿時の条件（温度３５℃、相対湿度５０％）は、温度２０℃、相対湿度９５％の湿潤空気に相当するものである。
本発明のデシカント材については実施例１と同様の方法で実測し、シリカゲル、アルミナゲル及びゼオライトについては、「ＰＥＦＣ排熱駆動デシカント除加湿システムに関する研究」（http//therme.mech.kyuushu-u.ac.jp/pdf/2005/2005-pefe.pdf）に記載されたデータに基づいて算出した。

その結果を図３に示す。この結果からわかるように、脱着温度５０℃で再生した場合、本発明のデシカント材は吸着平衡時と脱着平衡時の吸着水分量の差が約１４０（g-Ｈ_２Ｏ／kg-吸着材）となり、シリカゲルその他の従来公知の吸着材に比べて大きな吸着水分量を有することがわかる。なお、図３においても、本発明のデシカント材を「ＲＡＤＳ」と表示している。

(1) 回分式調湿装置による吸着試験
容器内に吸着材を設置し、吸着材の下部から湿潤空気を装入して除湿する回分式調湿装置を用いて各種の吸着材での吸着量・脱着量を比較した。本発明のデシカント材は、実施例１と同一のもので、大きさが１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのものを設置した。シリカゲル及びゼオライトは、直径が２〜５ｍｍの粒子で、その５０グラムを用いた。
試験方法は、温度２２℃で相対湿度９０％の湿潤空気を吸着材の下部から５分間流通させ、湿潤空気中の水分を吸着させる。その後、直ちに吸着材を試験装置より取り出して水分吸着量を天秤で測定する。その後直ちに吸着材を試験装置に戻し、温度４５℃で相対湿度４８％の再生用空気を５分間又は１分間流通させて吸着した水分の脱着を行い、その後直ちに吸着材を試験装置より取り出して水分脱着量を天秤で測定する。この操作を吸着量と脱着量が安定するまで繰り返し、使用した吸着材の水分の吸着量と脱着量を求めた。

この結果から得られた各吸着材１ｋｇ当たりの水分吸着量と水分脱着量（g-Ｈ_２Ｏ／kg-吸着材）を表２に、また、各吸着材水分吸着速度と水分脱着速度、即ち、単位時間および単位重量当たりの水分吸着量と水分脱着量（g-Ｈ_２Ｏ／kg-吸着材・分）を表３に示す。

表２からわかるように、本発明のデシカント材の単位重量当たりの水分吸着量は、ゼオライト及びシリカゲルのそれに比べて大きい値となっている。また、脱着時間を５分から１分に変化させた場合に、本発明のデシカント材では水分脱着量の変化はほとんど見られないが、ゼオライト及びシリカゲルでは脱着時間の短縮により水分脱着量が大幅に低下し、吸着−脱着を繰り返す調湿処理での除湿能力が大幅に低下する傾向が見られる。

また、表３からわかるように、本発明のデシカント材の吸着速度と脱着速度はゼオライトやシリカゲルのそれに比べて大きい。特に、脱着時間が１分場合、脱着速度は非常に大きな値となり、およそ１分の脱着時間で十分再生できるが、ゼオライトやシリカゲルでは短い脱着時間では十分に再生されず、吸着能力が悪くなる。

(2) 連続式調湿装置（ローター方式）による吸着試験
回転円盤（ローター）型の吸着材を用いた連続式調湿装置による吸着試験を行った。吸着材としては、実施例１のものと同一の本発明のデシカント材またはゼオライト（Ｐ社製）を用いた。本発明のデシカント材またはゼオライトからなる直系約２００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの円盤（ローター）を調湿装置にセットし、ローターを１０ｒｐｍの回転速度で回転させた。ローターの除湿部には、温度２８．９℃、相対湿度７８％の湿潤空気を毎分６０Ｌでその下部から供給した。一方、ローターの再生部には再生用空気を毎分１００Ｌで供給した。再生用空気は、本発明のデシカント材の場合は温度５２．２℃、相対湿度２４％であり、ゼオライトの場合は温度５２．２℃、相対湿度１５％であった。
除湿空気出口及び再生空気出口の相対湿度が安定した状態となった状態で、空気流量と相対湿度（絶対湿度に換算）により、単位時間、吸着材単位重量当たりの水分吸着量及び水分脱着量を求めた。その結果を表４に示す。

表４より、ローター方式においても、本発明のデシカント材は従来使用されていたゼオライトより脱着速度が大きく、ローター方式などの連続式デシカント空調法においては特に有用であることがわかる。

本発明のデシカント材およびこれを用いる空気除湿方法によれば、水分を吸着した吸着材に３０〜６０℃という低い温度の再生用空気を通すだけで、短時間で吸着材を再生し、これを繰り返し使用することができる。従って、太陽熱、或いは冷暖房設備、冷凍陳列ケース、燃料電池などから発生する数十度の低温度の排ガスなどの熱を利用してデシカント材の再生を容易に、かつ効率よく行うことができ、広くデシカント空調システムとして有用である。

実施例２によって得られた各種の吸着材の相対吸着性能を示すグラフである。実施例２によって得られた各種の吸着材の相対脱着性能を示すグラフである。実施例２によって得られた各種の吸着材の吸着平衡時と脱着平衡時の吸着量の差を示すグラフである。

Claims

膨潤しているセルロース誘導体において、それを構成する高分子物質の内部で水溶性ケイ素化合物及び水溶性アルミニウム化合物、並びに水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムから選ばれる塩基性物質を反応させることにより得られたセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体の内部に、銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持したセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体から構成されるデシカント材。
ゼオライト結晶の割合が１０〜６０質量％である請求項１に記載のセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体から構成されるデシカント材。
膨潤しているセルロース誘導体において、それを構成する高分子物質の内部で水溶性ケイ素化合物及び水溶性アルミニウム化合物、並びに水酸化ナトリウム及び／又は水酸化カリウムから選ばれる塩基性物質を反応させることにより得られたセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体であって、その内部に銀、銅又は亜鉛から選ばれる金属を担持したセルロース誘導体−ゼオライト結晶複合体からなるデシカント材に、湿潤空気を接触させて水分を吸着除去し、次にこの水分を吸着したデシカント材に温度３５〜６０℃の空気を作用させて水分を脱着し、デシカント材を再生させ、この工程を繰り返すことを特徴とする湿潤空気の除湿方法。
デシカント材を再生させるための空気が、相対湿度１５〜５５％の空気であることを特徴とする請求項３に記載の湿潤空気の除湿方法。
除湿される湿潤空気が、温度１５〜４０℃、相対湿度４０〜１００％の空気であることを特徴とする請求項３又は４に記載の湿潤空気の除湿方法。