JPH0115780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は除湿冷房方法に関する。冷房方装置と
しては従来フロン圧縮型冷凍機、又は吸収式冷凍
機が主として使われている。しかし、フロン圧縮
型冷凍機は電気駆動であり、又吸収式冷凍機はそ
の性能を向上させる為に100℃以上の熱源を要す
る。エネルギーコストの上昇に伴い、省エネルギ
ー型の除湿冷房システムが検討されつつある。除
湿冷房とは乾燥空気に水を噴霧し、水を蒸発さ
せ、得られる冷風により冷房を行なうものであ
る。 上記除湿冷房においては水の蒸発効率を向上さ
せるために通常、空気を乾燥させるが、その水分
吸収剤としてシリカゲル、ゼオライト、塩化リチ
ウム等が用いられるが、これらの吸収剤は水分を
除去して再生する際に100℃〜150℃の高温を要
し、そのための設備、エネルギーを多量に要する
ことが欠点である。また上記吸収剤は通常粉末状
であるため、これらを充填した領域に空気を通過
させる際には、大きな圧力損失を生じ、そのため
のエネルギー損失も大きい。この欠点を改良する
ために上記吸収剤粉末を紙、布、フイルム等に貼
着して、このシートに平行に空気を流す方法が提
案されているが、この貼着の際に接着剤を使用す
るので吸収剤の吸収能が低下するのみでなく、脱
落も多く好ましい手段とはいえない。 本発明は、上記のような従来法の欠点を改良
し、80℃以下で再生が可能であり、かつ通気抵抗
が少ない乾燥空気作製法を創作することにより、
効率的な冷房方法を提供するものである。 すなわち、本発明は、乾燥空気を水に接触させ
て得られる冷風により冷房を行う冷房方法におい
て、空気を繊維状除湿材に接触させ、乾燥空気を
得るとともに、水分を吸着した該除湿材を太陽熱
又はその他の熱源に曝し、集蓄した熱によつて水
分を離脱させ、該繊維状除湿材を再生することを
特徴とする除湿冷房方法である。 繊維状除湿材としては活性炭素繊維及び／又は
潮解性塩類を担持させた活性炭素繊維、多孔質ガ
ラス繊維及び／又は潮解性塩類を担持させた多孔
質ガラス繊維、及び親水性繊維及び／又は吸湿性
ポリマー又は潮解性塩類を塗布又は含浸させた親
水性繊維である。 本発明に用いる除湿材は、繊維状であるので、
水分の吸着、及び再生速度が速く、その結果水分
吸着量が増し、かつ再生時間が短かくて装置とし
て能力が増す。特に繊維状除湿材として上記の活
性炭素繊維、多孔質ガラス繊維、及び親水性繊維
を用いた場合はその効果が大きい。 除湿材として活性炭素繊維を使用し、再生温度
を下げたことは、単に熱効率を上げるというのみ
ではなく、太陽熱を利用できるという大きな利点
をもたらす。特に活性炭素繊維は黒色であるので
集熱材としてもすぐれたものであり、冷房のみで
なく、合わせて暖房にも使用可能である。すなわ
ち、上記再生装置を使用して温水を製造し、これ
によつて暖房をすることができる。 本発明の冷房方法に使用する活性炭素繊維は、
セルロース繊維、フエノール樹脂繊維、アクリル
系繊維、架橋ポリオレフイン繊維等を炭化、賦活
したものが使用され、これらを不織布シートに成
形したもの、あるいは少量の他の繊維、例えば木
材パルプ、有機繊維の短繊維と混抄又は混合した
紙状又は不織布シート等として使用される。 活性炭素繊維は25℃におけるベンゼン吸着量が
550mg／ｇ以上になると低関係湿度の空気（関係
湿度＜40％）に対して水分吸着量が減少し又100
mg／ｇ以下になると低関係湿度の空気に対して水
分吸着量は増加するが細孔径が小さくなつて吸着
速度が低下するのでベンゼン吸着量が100mg／ｇ
ないし550mg／ｇの活性炭素繊維が特に好ましい。
又活性炭素繊維に潮解性塩類（例えば塩化リチウ
ム）を担持させると特に低関係湿度の空気に対し
て水分吸着量が増大する。吸着性能のない繊維
（例えばアスベスト繊維）に潮解性塩類を担持さ
せた場合よりはるかに大きい水分吸着量を示す。 除湿冷房では乾燥空気に水を噴霧して湿球温度
の低い空気を得ることが必要なので水分吸着材と
しては低関係湿度域の空気に対する水分吸着量の
大きい除湿材が好ましい。潮解性塩類を担持させ
る方法は、その水溶液に浸漬し、脱水後乾燥させ
る。担持量の調節は塩類水溶液の濃度を変える事
により行なうことができる。 本発明の冷房方法に用いる多孔質ガラスは、繊
維状、チユーブ状、シート状等各種の形態で使用
しうるが、繊維状の多孔質ガラスをマツト状に成
形したものが表面積が大きく、熱効率がすぐれて
いるので好ましい。 上記多孔質ガラスは、通常次のようにして製造
する。すなわち、SiO₂、Na₂O、B₂O₃を必須成分
として含む硼珪酸ガラスを所望の形態に成形し、
これを500〜700℃で数時間ないし数十時間熱処理
して分相を行い、酸処理してガラス中のNa₂O、
B₂O₃成分を溶解除去して多孔質としたのち、再
熱処理して製造する。 原料となる硼珪酸ガラスの組成は、通常Na₂O
成分が２重量％〜20重量％、SiO₂成分が30重量
％〜85重量％、B₂O₃成分が20重量％〜75重量％
が好ましいが、加工条件によつては必ずしもこの
比率に限定はされない。成形は常法に従い、加熱
溶融して行う。 分相処理は、該硼珪酸ガラスを500〜700℃で通
常５〜50時間熱処理して分相させるものである。
次の酸処理は、通常、硫酸、塩酸等の強酸の0.5
〜2N水溶液に浸漬して100℃で10〜50時間行う。
これによつて分相したB₂O₃成分及びNa₂Oは溶解
除去され、ガラスは多孔質となる。 次の再熱処理は、通常600〜900℃で行い、この
熱処理によつてガラスの強度は増大するが、熱処
理が強くなりすぎると折角ガラスに生成した細孔
が次第に小さくなり、遂にはなくなつてしまうの
で熱処理の程度は充分に選択することが必要であ
る。 多孔質ガラス繊維はその直径が100μｍ以下の
場合可撓性が秀れており、又細孔径は10Å以下に
なると低関係湿度の空気に対する水分吸着量は増
加するが吸着速度が遅く、細孔径が0.1μｍ以上に
なると低関係湿度の空気に対する水分吸着量が低
下してくるので平均細孔径が10Åないし01μｍで
ありかつ繊維直径が100μｍ以下多孔質ガラス繊
維が好ましい。又多孔質ガラス繊維に潮解性塩類
（例えば塩化リチウム）を担持させると特に低関
係湿度の空気に対して水分吸着量が増大する。吸
着性能のない繊維（例えばアスベスト繊維）に潮
解性塩類を担持させた場合よりはるかに大きい水
分吸着量を示す。潮解性塩類を担持させる方法
は、その水溶液に浸漬し、脱水後乾燥させる。担
持量の調節は塩類水溶液の濃度を変える事により
行なうことができる。 また、上述した多孔質ガラス成形体は、特に水
分を除去する熱源として太陽熱を使用する場合に
着色するのが好ましい。特に太陽の輻射熱を吸収
しやすいように黒色、暗色に着色するのが好適で
ある。着色は、ガラス製造の当初からマンガン、
クロム、鉄のような重金属を混入させて着色させ
てもよいが、多孔質ガラス成形体製造後、糖類、
ベンゼン等の有機物を多孔質ガラスに吸着させ、
加熱炭化させてもよいし、クロム、マンガン、鉄
等の重金属イオンを多孔質ガラスに吸着させても
よい。 本発明に使用する親水性繊維としては、綿、レ
ーヨンのようなセルロース繊維、羊毛、絹のよう
な蛋白質繊維等であつてもよいが、セルロースよ
りも更に吸湿性の繊維、例えばポリアクリル酸ソ
ーダ、ポリグルタミン酸ソーダ、ポリビニルアミ
ン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポ
リビニルアルコール、ポリアクリルアミドのよう
な吸湿性ポリマーあるいは主としてこれらの構成
単位を含むコポリマーもしくは架橋ポリマーから
なる繊維が一層好ましい。 またセルロース、ポリエステル、ポリアミド、
ポリアクリロニトリルのような任意の繊維に上記
吸湿性ポリマーを塗布及び／又は含浸させたもの
を使用してもよい。 これらの繊維は、必要に応じて他の繊維と混合
して紙状、不織布状、布状等のシート状に成形し
て、必要に応じてハニカム状構造等に組み立てて
使用される。 本発明に使用される親水性繊維には、必要に応
じてシリカゲル、ゼオライト、活性アルミナのよ
うな水分吸着剤や塩化リチウム、臭化リチウム、
塩化カルシウム、塩化マグネシウムのような潮解
性塩類（水分吸収剤）を含有させてもよい。この
付着の方法としては、塩化リチウム、塩化カルシ
ウムのような水分吸収剤の場合には、これらを水
溶液として親水性繊維中に充分に含浸させたのち
乾燥するのがよい。またシリカゲルのような水分
吸着剤、塩化リチウムのような水分吸収剤のいず
れの場合も繊維製造の際に混合して繊維中に埋め
込んでもよいし、親水性繊維表面に親水性接着剤
を使用して貼着してもよい。 本発明の場合には、水分吸収体として親水性繊
維を使用しているので、上記水分吸着剤や水分吸
収剤が仮に繊維中や接着剤中に埋まつても水分吸
着（収）能が低下することは比較的少なく、充分
にその効果を発揮することができる。特に塩化リ
チウムのような水分吸収剤は、繊維中に埋まつて
も、その繊維が水分吸収性であり、効果が落ちる
ことがないので好ましい。 なお、上記水分吸着（収）剤を貼着する接着剤
としては、前述したポリアクリル酸ソーダ、ポリ
ビニルアミンのような親水性繊維が好ましい。 これらの繊維状除湿材は布状（あるいは不織
布）にしたり、あるいはフイルム等の平面基材に
はりつけシート状に加工することができるのでこ
れをハニカム状に組み立て、その間隙に空気を通
すことにより水の吸着を行い、一方このハニカム
状組立体を加熱して吸着された水を除去する手段
をとつてもよい。この場合には、このハニカム状
組立体を複数固準備し、交互に水の吸収と除去を
行つてもよい。第１図はその繊維状除湿材シート
を用いたハニカム状組立体の一例を示す斜視図で
あつて、繊維状除湿材シート１を波形に成形して
空気不透過性シートに貼着した段ボール状シート
２が交互に直交して積層されており、一方の側面
から被処理空気Ａがその間隙を通過し、その面に
直角な面からは冷却ガスＢが入つて間隙を通過す
るようになつている。被処理空気Ａはこの組立体
を通過する際に、水分が吸着され、乾燥空気とな
つて放出され、合わせてこれと直行する冷却ガス
Ｂによつて冷却されて益々乾燥度が高められる。
被処理空気Ａは除湿材シートと平行して流れるの
で圧力損失がきわめて少なく、円滑に運転可能で
あるという利点がある。第１図において冷却空気
側の波形材は必ずしも除湿材である必要はなくプ
ラスチツクフイルム等が使用出来る。 また別の実施態様として除湿材シートを環状ベ
ルトに成形し、これを徐々に循環移動させながら
その一部で水分の吸着を行い、他方の一部で水分
の離脱とともに除湿材シートの再生を行う方法が
ある。第２図は、その実施態様の一例を示す断面
図であつて、環状ベルトに成形された除湿材シー
ト３は徐々に矢印方向に移動し、水分吸着室４内
において被処理空気Ａと接触し、空気Ａ中の水分
は除湿材シート３に吸着されて乾燥され、合わせ
て冷却水を通す冷却管５によつて冷却される。一
方、水分脱着室６では、外部から太陽熱又は他の
熱源によつて加熱されて水分が蒸発することによ
つて除湿材シート３は乾燥、再生される。また水
分脱着室６内の加温された湿潤空気は、そのまま
系外に放出されるか、あるいは暖房用、給湯設備
等の熱源としても使用できる。 更に別の実施態様として、活性炭素繊維シート
の片面に被処理空気を接触させて乾燥空気を得る
とともに、その裏面に太陽熱又は他の熱を当て
て、該活性炭素繊維シートの厚み方向に水分を移
動させつつ、同時に吸着、再生操作を行う方法が
ある。第３図は、その実施態様の一例を示す断面
図であつて、水分吸脱着室７の中央には除湿材シ
ート８が装備され、このシート８によつて水分吸
脱着室７が上室７ａと下室７ｂに区画されてい
る。下室７ｂでは被処理空気Ａが通過し、その間
に除湿材シート８と接触して水分が吸着され、乾
燥空気となつて冷房装置へ送られる。また上室７
ａでは太陽熱その他の熱源によつて除湿材シート
８が加熱され、下室７ｂで吸着された水分が除湿
材シート８中を移動して上室７ａの面から蒸発す
る。従つて簡単な装置で水分の吸着と脱着を同時
に行うことができる。また上室７ａ中の湿潤空気
ｃは温水器等の熱源としても使用可能であるし、
また冬期には第３図の装置をそのまま集熱器とし
て使用し、暖房等に用いることもできる。 第４図は、上記空気乾燥装置を実際の冷房シス
テムに組みこんだフローシートの一例であり、第
２図の装置を使用した場合を示す。第４図におい
て除湿材シート３に水分を吸着されて乾燥した空
気は冷水塔９に送られ、底部の放出管１０から放
出され、一方、冷水塔９の頂部に設けられた水放
出管１１からは散水され、放出された乾燥空気は
水と接触して水分を吸収し、湿球温度近くまで冷
却され、放冷室１３に送られ、放冷室１３は冷房
される。なお、冷水塔から散水された水を蓄冷槽
１２に送り、冷房用の水と熱交換して得られた冷
却水を用いて放冷室１３を冷房することも冷風冷
房と併用できる。さらに放冷室１３の空気を冷水
塔９で熱交換して冷却することも併用できる。 水分脱着室６で温められるとともに水分を吸収
した空気は、そのまま系外に放出してもよいが、
蓄熱槽１４に送つて暖房用又は温水器用の水と熱
交換して再び水分脱着室６に循環してもよい。 このように水分の脱着に使用した加熱空気を暖
房用又は温水器用の水と熱交換することは脱着熱
を利用することができてシステム全体の熱効率を
著しく上げることができるという省エネルギー時
代にふさわしい効果がある。従つてこのシステム
は冷房、給湯システムとして、又は冷房を停止し
て暖房システム、暖房、給湯システムとして広く
使用できる。 本発明の除湿冷房システムには多くの利点があ
る。これらをまとめて列挙すると次のようにな
る。 (1) 高圧装置、薬品等を使用しないので安全性が
高く、環境を汚染しない。 (2) 繊維状除湿材シートは膜状であつて取扱いが
容易であり、かつこのシートに対して平行に空
気を流すことによつて通気抵抗が低く、従つて
圧力損失が小さいので空気を送るブロアの容量
を下げることができ、エネルギー効率がきわめ
てよい。 (3) 除湿材の再生温度が80℃以下という低温であ
るので、水分脱着装置の構造がきわめて簡単で
すみ、かつ太陽熱を効率よく利用することがで
きて省エネルギー上きわめて好ましい。 (4) 黒色の除湿材シートは、水分吸着材と太陽熱
集熱器を兼ねさせることもでき、従つて集蓄さ
れた熱を利用して暖房又は温水システムにも利
用できるという利点がある。 (5) 活性炭素繊維シートに対しては直接電流を流
し、ジユール熱によつて加熱し、水分を脱着す
ることもできる。 (6) 本発明の水分吸着装置は除湿装置としても利
用することができる。 (7) 活性炭素繊維は悪臭ガス、有害ガスの吸着剤
でもあるので部屋、乗物等の脱臭装置としても
利用することができる。 次に具体的な実施例について本発明を説明す
る。 実施例 １ ベンゼン吸着量450mg／ｇの活性炭素繊維Ａと
ベンゼン吸着量200mg／ｇの活性炭素繊維Ｂを用
意し、それぞれに温度25℃、関係湿度80％の空気
と、同じ温度で関係湿度20％の空気を送つた。10
分後の水分吸着量は下表の通りである。（ただし、
200℃に加熱した空気にて５時間乾燥させたもの
を水分吸着量０％とした。）

【表】 又、80℃の大気（関係湿度５％）に10分間さら
したところ残存水分量はいずれも１重量パーセン
ト以下になつた。 実施例 ２ 実施例１で用いた活性炭素繊維Ｂを用い第４図
に示した除湿冷房システムにおいて次の様な条件
で、得られる冷風を直接室内に吹き込みながら運
転した。 (1) 活性炭素繊維シート 幅2.00ｍ、長さ4.5ｍの環状ベルト 吸着部面積 ２ｍ×２ｍ 脱着部面積 ２ｍ×２ｍ 吸着層、脱着層の距離 0.25ｍ 目付 200gr／m² 集熱面積（太陽熱） ４m² ベルト移動速度 １回転／10分間 (2) 冷水塔 入口空気温度 約30℃ 関係湿度 20％ 出口空気温度 約17℃ 関係湿度 100％ 循環空気量 ３m²／分 上記の条件で得られた冷房能力は約800Kcal／
hrであつた。 実施例 ３ マツト状に成形した活性炭素繊維を塩化リチウ
ム10重量％水溶液に６時間浸漬放置した後、遠心
脱水し、110℃の熱風乾燥炉で乾燥し、塩化リチ
ウムを担持した活性炭素繊維マツトを得た（塩化
リチウム担持量11.7重量％） 次に温度29.3℃、関係湿度26％の乾燥空気を該
活性炭素繊維マツトに流し、水分吸着量を測定し
た。約１時間後に測定した水分吸着量は、該炭素
繊維マツトに対し21重量％であつた。 更に上記水分を吸着した活性炭素繊維マツトに
温度80℃、関係湿度５％の大気を流して、該活性
炭素繊維マツトの再生を行つた。10分後の水分吸
着量は7.17重量％に低下した。 （ただし、200℃に加熱した空気にて５時間乾燥
させたものを水分吸着量０％とした。） 実施例 ４ 第４図に示した除湿冷房システムにおいて、次
のような条件で得られる冷風を直接室内に吹き込
み運転した。 (1) 11.7重量％塩化リチウム担持活性炭素繊維シ
ート。 幅２ｍ、長さ4.5ｍの環状ベルト 吸着部面積 ２ｍ×２ｍ 脱着部面積 ２ｍ×２ｍ 吸着層、脱着層の距離 0.25ｍ 目付 200ｇ／m² 太陽熱集熱面積 ４m² ベルト移動速度 １回転／10分間 (2) 冷水塔 入口空気温度 約30℃、関係湿度 20％ 出口空気温度 約17℃、関係湿度 100％ 循環空気量 ３m²／分 上記の条件で得られた冷房能力は1000Kcal／
hrであつた。 実施例 ５ Na₂O10重量％、B₂O₃25重量％、SiO₂62重量
％、Al₂O₃3重量％を含む硼珪酸ガラス繊維をIN、
100℃のH₂SO₄で酸処理してNa₂O、B₂O₃成分を
除去し、直径20μｍの多孔質ガラスを得た。更に
これを800℃で１時間加熱して強化した。この強
化多孔質ガラス繊維を糖液に漬けたのちN₂気流
中、400℃で炭化させ、表面に炭素を吸着させた。 上記黒色化多孔質ガラス繊維を２重ガラス窓を
持つ断熱箱に入れ、外気を少量流しながら太陽熱
で加熱して脱湿を行つた。その後別の容器に移
し、関係湿度40％、温度24℃の空気を１時間流し
て空気中の水分の吸着を行つた。水分吸着量は多
孔質ガラス繊維に対し６重量％増加した。 実施例 ６ 第４図に示した除湿冷房システムにおいて、次
のような条件で得られる冷風を直接室内に吹き込
み運転した。 (1) 実施例５で得た黒色化多孔質ガラス繊維シー
ト。 幅50cm、長さ1.5ｍの環状ベルト 吸着部面積 50cm×50cm 脱着部面積 50cm×50cm 吸着層、脱着層の距離 0.25ｍ 目付 600gr／m² 集熱面積（太陽熱） 0.25m² ベルト移動速度 １回転／10分間 (2) 冷水塔 入口空気温度約30℃、関係湿度 約20％ 出口空気温度約17℃、関係湿度 約100％ 循環空気量 ３m²／分 上記の条件で得られた冷房能力は約35Kcal／
hrであつた。 実施例 ７ 実施例５で得た多孔質ガラス繊維を10重量％の
塩化リチウム水溶液に浸漬し、乾燥した。塩化リ
チウム担持量は8.1重量％であつた。この塩化リ
チウム担持多孔質ガラス繊維を実施例５と同様の
方法で水分吸着量を測定した。水分吸着量は、多
孔質ガラス繊維に対し16重量％増加した。 この多孔質ガラス繊維をガラス管につめ、温度
25℃、関係湿度60％の大気を通したところ、温度
28℃、関係湿度15％の空気を得た。この空気に水
を噴霧したところ約12℃の冷風が得られた。 実施例 ８ ポリアクリル酸系吸水性ポリマーをコートした
アクリル繊維を10重量％の塩化リチウム水溶液に
浸漬し、脱水、乾燥させた。この繊維の塩化リチ
ウム担持量は6.4重量％であつた。 次に温度25℃、関係湿度25％の乾燥空気を該繊
維を通過させて流し、水分吸着量を測定した。約
１時間後の水分吸着量は17重量％であつた。 次に、80℃に加熱（関係湿度５％）した大気
を、上記水分吸着繊維に流し、該繊維の再生を行
つた。約20分後に平衡に達し、2.0重量％の水分
吸着量に低下した。 また、アクリル繊維を直径５のガラス円筒に詰
め、下部から温度25℃、関係湿度65％の空気を流
し、関係湿度15％の乾燥空気を得た。次にこの乾
燥空気を水に接触させたところ、12℃の湿り空気
が得られた。 （ただし、温度100℃、関係湿度５％の空気に５
時間さらしたものを水分吸着量０％とした。）

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の冷房システムにおける水分
吸着装置の一例を示す斜視図、第２図及び第３図
は、各々同じく水分吸着装置の他の一例を示す断
面図である。また第４図は本発明の除湿冷房シス
テムの一例を示すフローシートである。 １，３，８：繊維状除湿材シート、２：段ボー
ル状シート、４：水分吸着室、５：冷却塔、６：
水分脱着室、７：水分吸脱着室、９：冷水塔、１
０：空気放出管、１１：水放出管、１２：蓄冷
槽、１３：放冷室（放熱室）、１４：蓄熱槽、１
５：水分吸着室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 乾燥空気を水に接触させて得られる冷風によ
   り冷房を行う冷房方法において、空気を繊維状除
   湿材に接触させ、乾燥空気を得るとともに、水分
   を吸着した繊維状除湿材を太陽熱又はその他の熱
   源に曝し、集蓄した熱によつて水分を離脱させ、
   該繊維状除湿材を再生することを特徴とする除湿
   冷房方法。 ２ 繊維状除湿材が活性炭素繊維、及び／又は潮
   解性塩類を担持させた活性炭素繊維である特許請
   求の範囲第１項記載の除湿冷房方法。 ３ 繊維状除湿材が多孔質ガラス繊維、及び／又
   は潮解性塩類を保持させた多孔質ガラス繊維であ
   る特許請求の範囲第１項記載の除湿冷房方法。 ４ 繊維状除湿材が親水性繊維、及び／又は吸湿
   性ポリマー又は潮解性塩類を塗布又は含浸させた
   親水性繊維である特許請求の範囲第１項記載の除
   湿冷房方法。