JP7170410B2 - 調湿素子 - Google Patents
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Description
前記平板部材の積層方向に、前記第1流路と前記第2流路とが設定され、
前記第1流路と前記第2流路との間で前記平板部材を介して熱交換可能に構成され、
前記第1流路の内面及び前記第2流路の内面の何れか一方に、水分を吸脱着する吸湿材が保持される除湿用流路として構成してある調湿素子に関するとともに、この調湿素子の使用方法に関する。
MIL-101(Cr)は、相対湿度60%RHで試料乾燥重量当たり水蒸気吸着量が1.0g/gを越える高い吸湿能を持つ材料であり、その水蒸気吸着等温線は特徴的なS字状を示し、40%RH付近までは低い水蒸気吸着量(0.2g/g程度)であるものの、40%RH以上60%RH以下の範囲で急激に水蒸気吸着量を増加させ、1.0g/g以上へ達する。一方、ポリアクリル酸ナトリウムは広い範囲で緩やかな右肩上がりの曲線を描く特徴を有し、水蒸気吸着量もそう高くない。
複数の平板部材が、当該平板部材同士の間の夫々に第1流体が通流する第1流路又は第2流体が通流する第2流路を形成する状態で積層され、
前記平板部材の積層方向に、前記第1流路と前記第2流路とが設定され、
前記第1流路と前記第2流路との間で前記平板部材を介して熱交換可能に構成され、
前記平板部材が、樹脂、紙、ガラス、金属及び、セラミックスの何れか1つの材料、またはこれらから選ばれる2種以上の材料が組み合わされた複合材料により構成され、
前記第1流路の内面及び前記第2流路の内面の何れか一方に、水分を吸脱着する吸湿材として、クロムを金属とする多孔性有機金属錯体MIL-101(Cr)がアクリル系高分子材料及びウレタン系高分子材料により保持される除湿用流路として構成してあり、
前記吸湿材、前記アクリル系高分子材料及び前記ウレタン系高分子材料から成る固形分全体を100質量%として、前記吸湿材を58質量%~80質量%とし、前記ウレタン系高分子材料を1質量%~2質量%とし、残部を前記アクリル系高分子材料としてある点にある。
即ち、この吸湿材を内部に保持した流路に除湿対象流体である例えば高湿の空気を流して除湿を行いながら、除湿の完了後に高温の空気を流して吸湿材の再生を行うことができる。ここで、平板部材への吸湿材の保持にはバインダーとしてアクリル系高分子材料を使用し、増粘剤としてウレタン系高分子材料を使用する。この場合に固形分全体を100質量%として、前記吸湿材を58質量%~80質量%とし、前記ウレタン系高分子材料を1質量%~2質量%とし、残部を前記アクリル系高分子材料とすることで保持可能となる。
このような観点から、吸湿材の選択を考えた場合、MIL-101を吸湿材とする場合は、切替時間の増加に伴って減少する除湿量の変化特性について、その除湿量が当該極大値と極大値から除湿量が10%低下した下限除湿量より高い切替時間を選択可能であるが、ポリアクリル酸ナトリウムを吸湿材とする場合、このような切替時間範囲は極端に制限され、事実上、実用的とはならない。
そこで、素子奥行の増加に伴って増加して飽和する除湿量の変化特性について、
前記除湿量の極大値に対して、当該極大値と極大値から除湿量が10%低下した下限除湿量との間に収める(図6、図11参照)。よって、調湿素子の奥行を低下した状態で、所望の除湿能を維持できる。
前記第1流路が前記除湿用流路として、前記第2流路が、前記第1流路の温度を調整する温度調整用流路として構成され、
前記第2流路の流れ方向が、前記第1流路の流れ方向に対して、対向方向又は直交方向とされる点にある。
また、流れ方向を対向方向或いは直交方向とすることにより、比較的簡単な形状で調湿素子を構築でき、さらに両流路間で必要となる熱交換を良好に実現できる。
実施形態として、第1実施形態及び第2実施形態について説明するが、両者間の差は、調湿素子Eを成す第1流路20aと第2流路20bとの形成方向の差である。第1実施形態では図1からも判明するように流路20の形成方向関係は並行とされ、第2実施形態では図6からも判明するように直交とされている。そこで、以下の説明では、第1実施形態を主に、調湿素子Eの構造について主に説明する。
図1及び図2に示すように、調湿素子Eは、複数の平板部材1が、平板部材1同士の間に流体が通流する流路20を形成する状態で積層されている。
積層された複数の平板部材1は、流体の通流方向に長く形成された概略方形の平板材とされ、隣接する一対の平板部材1の間に、流体の通流方向(図1に示すDL方向)に長い流路20を形成する。また、積層方向(図1に示すDH方向)において隣接する一対の平板部材1の外周縁部同士を接続する側壁板2が設けられ、上下面が平板部材1により構成され、側面が側壁板2により構成された複数の流路20が形成されている。
これまでの説明で、「素子奥行」としたのは、この流路20のDL方向での流路長Lであり、「素子高さ」としたのは、素子の空気が流入または流出する面のDH方向の素子高さHである。
これら第1波板部材5a及び第2波板部材5bを形成している波形の山の頂点部分及び波形の谷の底部分は、上下2枚の平板部材1のそれぞれに対して接触している或いは接着されている。つまり、第1波板部材5a及び第2波板部材5bは上下2枚の平板部材1の間の間隔を一定に保つためのスペーサとして機能し、第1流路20a及び第2流路20bの変形等を防止する。また、第1波板部材5a及び第2波板部材5bを介して、第1流路20a及び第2流路20bの内部で熱を伝達する。
吸湿材6としてのMIL-101(Cr)、バインダーとしてのアクリル系高分子材料、増粘剤としてのウレタン系高分子材料の割合は、これら固形分全体を100質量%として、MIL-101(Cr)を58質量%~80質量%とし、ウレタン系高分子材料を1質量%~2質量%とし、残部をアクリル系高分子材料とすることができる。
ただし、この使用例はあくまでも、吸湿材6として、Crを金属とする多孔性有機金属錯体MIL-101(Cr)を使用する場合の一例に過ぎず、上記のようにバインダーを使用し、MIL-101(Cr)を、調湿素子Eの所定箇所に保持してもよい。一方、平板部材1の構成材料としては、樹脂、金属、紙、ガラス、及びセラミックスを採用できる。
本明細書では、除湿の対象とする流体(例えば、高湿の処理空気TA)を「除湿用流体」と呼び、この流体が流れる流路を「除湿用流路」と呼ぶ。除湿用流路は、吸湿材6が保持されている側の流路(第1流路20a)となる。この除湿用流路(具体的には、この流路を流れる除湿対象流体及びその流体から吸湿する吸湿材6)を冷却する流体(例えば、比較的低温の冷却空気CA)を「冷却用流体」と呼び、この流体が流れる流路を「温度調整用流路」と呼ぶ。この流路は第2流路20bであり、温度調整は具体的には冷却となる。
さらに、再生動作において、除湿用流路20aを流れる流体であって、吸湿状態にある吸湿材6から水分を放出させ、吸湿材6を再生(吸湿可能な状態の再生)する流体を「再生用流体」と呼ぶ。再生用流体(例えば、比較的高温の再生空気RA)は、その機能上、当然に除湿用流路20aを、除湿動作時とは異なったタイミングで流通される。
本発明に係る調湿素子Eは、除湿動作、再生動作を所定の時間間隔で切替る(図3には「t秒おきに切替」と記載)。
この実施形態の調湿素子Eの全体構成を図7に、その除湿再生切替動作を図8に示した。第1実施形態の図1及び図3に対応させたものである。
図7からも判明するように、第1流路20aと第2流路20bの形成方向は直交とされている。従って、側壁2は、第1流路20aに対する側壁板2aと、第2流路20bに対する側壁2bと個別に形成される。除湿再生切替動作を実行する場合の流体及び流路の選択切替は、この第2実施形態でも同様である。
除湿動作、再生動作を所定の時間間隔で繰り返す(図8には「t秒おきに切替」と記載)。
従って、本発明の調湿素子Eの構造及びその使用方法を検討する場合、この切替動作をどのような時間間隔で行うかが必要となる。
検討は、下記試算共通条件の下、各吸湿材6の物性を下記表1に示すものとして数値計算によった。この数値計算においては、調湿素子E全体を一方向20分割以上のメッシュに切り分け、各メッシュ(処理空気TA/再生空気RAが通流する除湿用流路20a、冷却空気CAが通流する温度調整用流路20b、およびそれを区分する波板部材5〔波板部材5の処理空気TA/再生空気RA側には吸湿材6を所定量担持〕で構成される)毎の水蒸気移動および熱移動の計算をメッシュ間の統合を図りながら行うことで、調湿素子E全体で得られる除湿量を計算した。ただしこの数値計算では、簡単のため、波板部材5の無い状態を仮定して計算を行った。即ち、吸湿材が保持されるのは、第1面1aのみとなり、また、伝熱に寄与するのは平板部材1のみとなる。
以下の条件記載において、「基本」は特に記載のない限り、この条件に従ったことを意味する。
調湿素子基本寸法 :幅W×奥行L×高さH=200×200×200mm
積層ピッチ :2.5mm
吸湿材塗布厚み :0.020mm
波板部材厚さ :0.050mm
波板部材密度 :2.688g/cm3
波板部材比熱 :0.905kJ/(kg・K)
波板部材熱伝導率 :237W/(m・K)
基本処理空気風量 :40m3/h
基本冷却空気風量 :80m3/h
基本再生空気風量 :40m3/h
処理空気温湿度 :30℃、16.0 g/kg (60% RH)
冷却空気温度 :30℃
再生空気温湿度 :50℃、10.5 g/kg
(夏季屋内空気27℃、47% RHの加温を想定)
空気プラントル数 :0.71
空気動粘性係数 :1.58×10-5m2/s
空気拡散係数 :2.19×10-5m2/s
検討対象とした吸湿材6である、クロムを金属とする多孔性有機金属錯体MIL-101及び高分子収着剤であるポリアクリル酸ナトリウムの物性は、以下の表1に示す数値とし、数値計算用の水蒸気吸着等温線には、図12に示した水蒸気吸着等温線のX軸、Y軸を逆転することによって得られるグラフを5次式でフィッティングして使用した。
第1実施形態の検討結果を、図4、図5、図6に示し、対応する第2実施形態の検討結果を図9、図10、図11に示した。これらの図面及び図12で、調湿素子Eに備える吸湿材6は、Crを金属とする多孔性有機金属錯体MIL-101(Cr)を「MIL-101」と、高分子収着剤(ポリアクリル酸ナトリウム)を単に「収着剤」と記載している。
図1に示す調湿素子Eにおいて、図3に示すように、処理空気TAと冷却空気CAとを対向流として流通させ除湿動作を行った後、再生空気RAにより再生動作を行うケースの結果である。
図4に、切替時間と除湿量の関係を示した。いずれの吸湿材6も切替時間が短いほど除湿量が大きく、常にMIL-101のほうが大きい。MIL-101では、切替時間が長くても除湿量が落ちにくいのに比べ、高分子収着剤では、急速に低下する。冷却効果により、MIL-101が有効にはたらく湿度となっている領域が増えているためと推察できる。さらに、このような傾向から、従来提案されてきた高分子収着剤では、切替時間を短く採る必要があり、例えば120秒といった切替時間の選択をした場合、十分能力を発揮できないことが判る。
図5に、切替時間を60~300秒とした場合の素子高さと除湿量の関係を示した。
各切替時間毎に見てみると、検討対象とした吸湿材6間で同じ除湿量を得る場合、MIL-101を採用することにより6~8割程度、素子高さを小さくできることが分かる。このように小型化の効果が大きいのは、冷却空気CAの存在により処理空気TAの温度が低く保たれ、MIL-101が有効にはたらく湿度となっている領域が相対的に増えているためと発明者は考察している。
図7に示す調湿素子Eにおいて、図8に示すように、処理空気TAと冷却空気CAとを直交流として流通させ除湿動作を行った後、再生空気RAにより再生動作を行うケースの結果である。
図9に、切替時間と除湿量の関係を示した。いずれの吸湿材も切替時間が短いほど除湿量が大きく、常にMIL-101のほうが大きい。MIL-101では、切替時間が長くても除湿量が落ちにくい。冷却効果により、MIL-101が有効にはたらく湿度となっている領域が増えているためと推察できる。
図10に、切替時間を60~300秒とした場合の素子高さと除湿量の関係を示した。
各切替時間毎に見てみると、検討対象とした吸湿材間で同じ除湿量を得る場合、MIL-101を採用することにより6~8割程度、素子高さを小さくできることが分かる。このように小型化の効果が大きいのは、冷却空気CAの存在により処理空気TAの温度が低く保たれるため、MIL-101が有効にはたらく湿度となっている領域が相対的に増えていると発明者は考察している。
第1実施形態との比較では、全体的に大きな除湿量を得られた。
(1)上記の実施形態では、平板部材1の構成材料としては、簡単に、樹脂、金属、紙、ガラス、及びセラミックスを挙げて説明したが、樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンナフタレート、アクリルを採用できる。一方、金属としては、アルミニウム、銅も好ましい。
さらに、これら材料を単独で使用するのではなく、これらから選ばれる2種以上の材料が組み合わされた複合材料としてもよい。この場合、異なった材料(例えば樹脂と金属)の層を重ねて、吸湿材の保持を樹脂側で行い、伝熱性能を金属側で確保するようにもできる。
さらに、流体の流入、流出箇所の構造、方向は任意に選択できる。
1a 第1面
1b 第2面
5 波板部材
6 吸湿材
20 流体流路
20a 第1流路(除湿用流路)
20b 第2流路(温度調整用流路)
E 調湿素子
CA 冷却空気(温度調整用流体)
RA 再生空気(再生用流体)
TA 処理空気(除湿対象流体)
Claims (2)
- 複数の平板部材が、当該平板部材同士の間の夫々に第1流体が通流する第1流路又は第2流体が通流する第2流路を形成する状態で積層され、
前記平板部材の積層方向に、前記第1流路と前記第2流路とが設定され、
前記第1流路と前記第2流路との間で前記平板部材を介して熱交換可能に構成され、
前記平板部材が、樹脂、紙、ガラス、金属及び、セラミックスの何れか1つの材料、またはこれらから選ばれる2種以上の材料が組み合わされた複合材料により構成され、
前記第1流路の内面及び前記第2流路の内面の何れか一方に、水分を吸脱着する吸湿材として、クロムを金属とする多孔性有機金属錯体MIL-101(Cr)がアクリル系高分子材料及びウレタン系高分子材料により保持される除湿用流路として構成してあり、
前記吸湿材、前記アクリル系高分子材料及び前記ウレタン系高分子材料から成る固形分全体を100質量%として、前記吸湿材を58質量%~80質量%とし、前記ウレタン系高分子材料を1質量%~2質量%とし、残部を前記アクリル系高分子材料としてある調湿素子。 - 前記第1流路が前記除湿用流路として、前記第2流路が、前記第1流路の温度を調整する温度調整用流路として構成され、
前記第2流路の流れ方向が、前記第1流路の流れ方向に対して、対向方向又は直交方向とされる請求項1記載の調湿素子。
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CN115490869B (zh) * | 2021-06-18 | 2023-10-10 | 陕西师范大学 | 一种环炉辅助的纸芯片上金属有机框架材料快速合成方法 |
JP2023044404A (ja) * | 2021-09-17 | 2023-03-30 | ダイキン工業株式会社 | 吸着素子、調湿装置および大気造水機 |
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003062424A (ja) | 2001-06-13 | 2003-03-04 | Daikin Ind Ltd | 除湿素子及び該除湿素子に用いられる吸着用素子 |
JP2005095883A (ja) | 2003-09-04 | 2005-04-14 | Mitsubishi Chemicals Corp | 吸着ヒートポンプ又はデシカント空調装置用吸着材 |
JP2005134097A (ja) | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toomikku:Kk | 除湿装置における吸湿素子体の高周波又はマイクロ波による再生装置およびその再生方法 |
JP2010512991A (ja) | 2006-12-13 | 2010-04-30 | コリア リサーチ インスティテュート オブ ケミカル テクノロジー | 多孔性有・無機混成体及びこれを含有する吸着剤 |
JP2011075179A (ja) | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Daikin Industries Ltd | 空調システム |
JP2013511385A (ja) | 2009-11-19 | 2013-04-04 | 財団法人韓国化学研究院 | 結晶性の多孔性有無機混成体及びその製造方法 |
JP2015529258A (ja) | 2012-08-15 | 2015-10-05 | アーケマ・インコーポレイテッド | 金属−有機構造体を使用した吸着系 |
US20160084541A1 (en) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | MOF Application Services | Uses of mof in an adsorption cooling/heating system |
JP2017015369A (ja) | 2015-07-06 | 2017-01-19 | 大阪瓦斯株式会社 | 熱交換素子及び調湿素子 |
JP2017508121A (ja) | 2014-01-10 | 2017-03-23 | ブライ・エアー・アジア・ピーヴイティー・リミテッド | ハイブリッド吸着装置熱交換デバイスおよび製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003062424A (ja) | 2001-06-13 | 2003-03-04 | Daikin Ind Ltd | 除湿素子及び該除湿素子に用いられる吸着用素子 |
JP2005095883A (ja) | 2003-09-04 | 2005-04-14 | Mitsubishi Chemicals Corp | 吸着ヒートポンプ又はデシカント空調装置用吸着材 |
JP2005134097A (ja) | 2003-10-31 | 2005-05-26 | Toomikku:Kk | 除湿装置における吸湿素子体の高周波又はマイクロ波による再生装置およびその再生方法 |
JP2010512991A (ja) | 2006-12-13 | 2010-04-30 | コリア リサーチ インスティテュート オブ ケミカル テクノロジー | 多孔性有・無機混成体及びこれを含有する吸着剤 |
JP2011075179A (ja) | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Daikin Industries Ltd | 空調システム |
JP2013511385A (ja) | 2009-11-19 | 2013-04-04 | 財団法人韓国化学研究院 | 結晶性の多孔性有無機混成体及びその製造方法 |
JP2015529258A (ja) | 2012-08-15 | 2015-10-05 | アーケマ・インコーポレイテッド | 金属−有機構造体を使用した吸着系 |
JP2017508121A (ja) | 2014-01-10 | 2017-03-23 | ブライ・エアー・アジア・ピーヴイティー・リミテッド | ハイブリッド吸着装置熱交換デバイスおよび製造方法 |
US20160084541A1 (en) | 2014-09-18 | 2016-03-24 | MOF Application Services | Uses of mof in an adsorption cooling/heating system |
JP2017015369A (ja) | 2015-07-06 | 2017-01-19 | 大阪瓦斯株式会社 | 熱交換素子及び調湿素子 |
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