JPH0121413B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明はビル、工場などの空気調和装置に関
し、特に水の潜熱を利用したデシカント式空気調
和装置に関する。 従来技術とその問題点 近年、圧縮式あるいは吸収式空気調和装置にか
かわる新しい空気調和システムとしてデシカント
式空気調和装置が開発されつつある。この装置は
水の蒸発により空気中の熱を奪い冷風を得るもの
であり、室内空気はまず潜熱交換器に送られる。
潜熱交換器には例えば塩化リチウムなどの吸湿剤
を含浸した不織布をハニカム状あるいは層状に構
成したフイルターが充填されており、室内空気は
除湿され温度上昇する。潜熱交換器を出た空気は
顕熱交換器により予冷され、次いで加湿器により
加湿冷却されて室内に循環する。一方、水分を吸
湿することにより飽和した吸湿剤は熱風（再生用
空気）により再生される。太陽熱を利用してこの
再生用熱風を得ることができるため、デシカント
式空気調和装置は省エネルギー型冷房装置として
の特徴を有する。 しかしながら、従来の装置では成績係数（加湿
冷却による吸収熱量と吸湿剤の再生エネルギーと
の比）が低い。例えば、塩化リチウムを吸湿剤と
して用いたデシカント式空気調和装置の成績係数
は0.4ないし0.7と低い。このため太陽熱集熱器の
規模が大きくなり、適用する地域は亜熱帯地方等
の高温地域に限定されているのが現状である。こ
の種の装置は太陽熱を利用できるという特徴の
他、構造が単純であること、装置内各部の圧力は
大気圧付近であり、装置を高圧仕様とする必要が
ないこと、フレオン等の冷媒を用いないことなど
従来の圧縮式冷房装置と比較して多くの長所を有
する。太陽熱集熱器の熱効率の大幅な向上が望め
ない現状においては、成績係数の飛躍的に高いデ
シカント式空気調和装置の開発が望まれている。 発明の目的 本発明は前記従来技術の欠点を解消するもので
あつて、成績係数が従来よりも飛躍的に高いデシ
カント式空気調和装置を提供することを目的とす
る。 発明の要点 本発明は潜熱交換器、加湿器および再生用電源
から構成するデシカント式空気調和装置であつ
て； ａ 室内空気を潜熱交換器に通し、次いで加湿器
を経て室内に供給する室内空気流路を配設し； ｂ 再生用空気を潜熱交換器に送つて湿潤空気を
排気する再生空気流路を配設し； ｃ 潜熱交換器には、非導電性担体に結晶水をも
つことのできる吸湿性無機電解質の吸湿材料を
担持した吸湿剤が充填されており；および ｄ 再生用電源と電気的に接続した電極が潜熱交
換器内に吸湿剤を隔てて配設されている； ことからなるデシカント式空気調和装置である。 本発明の好ましい実施態様 以下、添付図面を参照しつつ本発明を詳細に述
べる。第１図は本発明に係る装置の一態様を示す
概略構成図である。室内空気および所望により全
熱交換器１により顕熱および潜熱の一部が除去さ
れた外気を、潜熱交換器２に送り、水分を除去す
る。潜熱交換器２は後記する吸湿剤が充填されて
おり、この吸湿剤は流入空気中の水蒸気を吸着す
る。潜熱交換器２を出た空気を加湿器に通して加
湿冷却し、得られた供給用空気を室内に循環させ
る。一方、水分を吸湿することにより飽和した吸
湿剤は、潜熱交換器の再生帯域において再生用電
源４で印加された電圧により再生され、脱着した
水分は再生用空気により伴送されて排気される。 本発明に係る吸湿剤は、非導電性担体に吸湿材
料を担持したものである。担体は導電性であつて
はならない。後記するように本発明の装置におい
て吸湿剤の再生を行う場合、吸湿材料に通電する
ことにより結晶水の相転移が行なわれ水分の脱着
が行なわれる。担体が導電性であると、再生時に
担体にも電流が流れることになりこの分だけエネ
ルギー損失となるからである。この担体は多孔性
であることが好ましい。担体を多孔性とすること
により担体単位体積当りの表面積を増加すること
ができ、担体表面に被覆した吸湿材料と外気との
接触効率を高めることができる。担体は無機材料
あるいは有機材料であつてもよい。好ましい無機
担体は例えばシリカ、アルミナ、ガラス繊維、酸
化鉄、マグネシア、ゼオライト、セラミツクス等
である。好ましい有機担体はポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ
塩化ビニル、ポリウレタン等のプラスチツク及び
植物性繊維である。最も好ましい担体はシリカで
ある。従来、シリカ（シリカゲルとして）は吸湿
材料として用いられてきたが、本発明ではこれを
担体として用いる。シリカゲルが有する吸湿機能
は本発明では利用しない。シリカは非導電性であ
り、多孔性でありまた入手容易であること等の観
点からシリカを担体として用いるのである。活性
炭は導電性（電気抵抗２ないし3Ω・cm／cm²）で
あるから、本発明の担体として用いることができ
ない。しかし、活性炭を他の材料との混合物の状
態で担体として用いてもよい。この場合に、担体
全体としては非導電性でなければならない。 次に、本発明において用いる吸湿材料は結晶水
をもつことのできる吸湿性無機電解質である。本
明細書において用語「結晶水をもつことのでき
る」とは、湿り空気と接触することにより吸湿材
料が結晶水のない状態から結晶水が付加された状
態に変わり得ること、あるいは結晶水の数が増加
することを意味する。吸湿材料として例えば、塩
化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化リチウ
ム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム等であ
る。これらの吸湿材料を単独であるいは混合物と
して用いることができる。好適な吸湿材料は塩化
マグネシウムであり、これは結晶水のない状態か
ら６個の結晶水をもつ形態に転移する。 担体に吸湿材料を担持させる方法として、浸漬
法が好適である。吸湿材料を溶媒に溶解させある
いは懸濁させた溶液に担体を浸漬させる。担体に
この溶液が十分浸透した後、担体を取り出して乾
燥して溶媒を除く、担体表面には吸湿材料が担持
される。溶媒として水のほか有機溶媒を用いても
よい。担体と吸湿材料との接着力を強固にするた
め、ポリビニルアルコール等の接着剤をあらかじ
め溶液中に溶解させてもよい。溶液中の吸湿材料
の濃度、浸漬時間、浸漬温度等を変えることによ
り吸湿材料の担持量を適宜設定できる。 以上のようにして調製された吸湿剤を室内空気
と接触させると、吸湿剤中の吸湿材料は空気中の
水分を吸着する。水分を吸湿することにより飽和
した吸湿剤を通電処理して再生する。本発明の再
生においては、電極間隙に吸湿剤を配設し、両電
極に交流の高電圧を印加する。本明細書において
「高電圧」とは、電気分解法において適用する電
圧よりも高い電圧を意味する。電気分解による再
生においては、水の理論分解電圧1.7Vおよび酸
素および水素両過電圧を考慮して約２ないし
2.5Vの電圧を適用する。本発明の再生において
は、これよりも高い電圧を電極に印加する。好ま
しい高電圧は10ないし600Vであり、さらに好ま
しくは30ないし220Vである。また、電流は交流
が好ましい。電気分解法では直流を適用するが、
本発明において直流を用いると効率が低下する。
この交流は低周波数であり、少なくとも60Hz以
下、好ましくは20Hz以下である。交流高電圧をパ
ルス状で電極に印加すると再生効率が向上する。
通電時間は吸湿剤の種類、印加電圧等に依存する
因子であり、概略数分間ないし数十分間である。
電流値は本発明の再生において重要な要素となら
ない。従来の電気分解法では電気量に比例して吸
着水分が分解除去されるのであるから電流値は必
然的に定められる。しかし、本発明においては吸
着水分を電気分解するのではなく結晶水となつた
吸着水分を遊離の状態に転換するのであるから、
低電流であつてもよい。電流を多く流すとその分
だけ水の加熱蒸発が生じ本発明においてはむしろ
エネルギー損失となつて再生効率が低下する。使
用する電極材料は、例えばグラフアイト、ステン
レス等である。 第２図は本発明の装置にて用いる潜熱交換器の
一例を示す図である。吸湿剤は特に拡大して描い
ている。吸湿剤を湿り空気に接触させると空気中
の水分は吸湿剤の吸湿材料２２に吸着される。例
えば吸湿材料２２として無水塩化マグネシウムを
用いた場合、吸湿によりMgCl₂・6H₂Oとなる。
充填した吸湿剤が水分を吸湿することにより飽和
した後、吸湿剤を通電処理して再生を行う。所定
の間隔で配置した電極２４に交流電圧を再生用電
源４により印加しつつ、再生用空気２１を吸湿剤
に供給する。吸湿材料に含まれていた結晶水は通
電処理により遊離の水となり再生用空気に伴送さ
れて湿潤空気２５として系外に排出される。本発
明における再生原理は必ずしも明らかではない
が、担体２３の表面に担持された吸湿材料のみが
導電性であるからこの部分のみに電流が流れ、特
定の通電条件による作用により少ないエネルギー
で結晶水に転移したものと考えられる。 第３図は、本発明に係る潜熱交換器の好適な例
を示す斜視図である。回転式潜熱交換器の中心軸
を一方の電極（中心電極３１）とし、他方の電極
（周囲電極３２）は、潜熱交換器の円周部に図の
如く各電極が互いに絶縁されてはいるが吸湿剤と
は接触して配設されている。再生帯域３４に相当
する外周部には、周囲電極３２と接触した状態で
金属片３３が固定されており、潜熱交換器の回転
により再生帯域に入つた周囲電極３２にのみ電圧
が印加され、これにより再生（再生帯域３４）と
吸湿（吸湿帯域３５）を同時に行う。 第４図は、本発明に係る装置の他の態様を示す
構成図である。潜熱交換器２により除湿された空
気を顕熱交換器４１に送り、ここで加湿器５１に
より冷却された外気と顕熱交換して予冷する。こ
の予冷した空気を加湿器３に送つて加湿冷却し室
内に循環する。顕熱交換器４１は従来周知のもの
を用いることができ、例えばアルミニウム製ハニ
カム構造体を内蔵した回転式顕熱交換器を好適に
用いることができる。 加湿器３には、スプレー式あるいは二流体ノズ
ル式等を採用することができる。 作 用 第５図は、第１図の装置の作用を示す空気線図
である。第５図の番号は第１図の番号に相当す
る。相対湿度65％、温度32.5℃の外気を全熱交
換器により冷却減湿して得た空気と相対湿度50
％、温度26℃の室内空気とを混合して得られる
空気を、潜熱交換器２に供給する。空気に含
まれている水蒸気は吸湿剤に吸着されるとともに
温度上昇し、相対湿度16％、温度31.5℃の空気
が得られる。この空気を加湿器３に送つて加湿
冷却し、相対温度80％、温度18℃の空気を得
る。この空気を室内に給気する。こうして温度
26℃の室内空気は18℃まで冷却される。 次に、第６図は第４図に示す装置の作用を示す
空気線図であり、第６図の番号は第４図の番号に
対応する。潜熱交換器２により除湿するところま
では、第５図と同様である。潜熱交換器２を出た
空気を加湿器３に送る前に、顕熱交換器４１に
より予冷する。すなわち、相対湿度16％、31.5℃
の空気と外気を加湿器５１により冷却した空
気（27.5℃）との間で顕熱交換して空気を
28.5℃まで冷却して空気を得る。この空気を加
湿器３で加湿冷却して相対湿度95％、15℃の空気
を得て、この空気を室内に給気する。第１図に
示す装置と比較すると、顕熱交換器の使用により
最終的に得られる空気の温度は３℃低いことがわ
かる。 参考例 １―12 吸湿材料としてMgCl₂，CaCl₂、およびLiCl₂、
担体としてシリカゲルを用い、それぞれの吸湿材
料の水溶液に担体を１〜24時間浸漬した後、乾燥
して吸湿剤を得た。この吸湿剤には約0.27ないし
0.40ｇ／ｇの吸湿材料が担体に担持されていた。
吸湿剤約100ｇを装填した試験容器に外気を通し
て除湿操作を行つた。その後、使用済吸湿剤を通
電処理して再生した。結果を以下の第１表にまと
めて示す、担体としてシリカゲルのかわりに導電
性の活性炭を用いた場合も同様にして行い、比較
参考例として同表に示す。

【表】

【表】 実施例 １―12 参考例１―12および比較参考例の各吸湿剤を用
い、第６図に示す空気線図に従つて室内空気の冷
房を作つた。このときの成績係数を第２表に示
す。参考例１―12の吸湿剤を用いた場合は1.12〜
8.26であり、一方比較参考例の吸湿剤を用いると
0.19であつた。

【表】 効 果 本発明の空気調和装置は、従来の太陽熱利用デ
シカント式空気調和装置と比べて約10倍ないし20
倍高い成績係数を得ることができる。このため、
広い占有面積を必要とする太陽熱集熱器を用いる
ことなくデシカント式空気調和装置を行うことが
でき、例えばビル、工場あるいは一般家庭の空気
調和装置として本発明の装置を適用することがで
きる。また、本発明の装置では再生用空気として
常温の外気をそのまま用いることができかつ再生
時の発熱もほとんどないため、再生後吸湿剤を特
に冷却することなくすぐに吸湿操作に移行するこ
とができる。さらに、本発明では吸湿剤が粒状で
あるため、従来のハニカム型吸湿剤あるいは液体
吸湿剤と比べて空気との接触効率が高いなどの特
徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第４図は、本発明に係る装置を示
す概略構成図である。第２図は、本発明の装置に
用いる潜熱交換器の一例を示す図である。第３図
は、好ましい回転式潜熱交換器の斜視図である。
第５図および第６図は、本発明の作用を示す空気
線図である。 ２…潜熱交換器、３…加湿器、４…再生用電
源、２２…吸湿材料、２３…担体、３１…中心電
極、３２…周囲電極、３３…金属片、３４…再生
帯域、３５…吸湿帯域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 潜熱交換器、加湿器および再生用電源から構
   成するデシカント式空気調和装置であつて； ａ 室内空気を潜熱交換器に通し、次いで加湿器
   を経て室内に供給する室内空気流路を配設し； ｂ 再生用空気を潜熱交換器に送つて湿潤空気を
   排気する再生空気流路を配設し； ｃ 潜熱交換器には、非導電性担体に結晶水をも
   つことのできる吸湿性無機電解質の吸湿材料を
   担持した吸湿剤が充填されており；および ｄ 再生用電源と電気的に接続した電極が潜熱交
   換器内に吸湿剤を隔てて配設されている； ことからなるデシカント式空気調和装置。 ２ 潜熱交換器と加湿器との間の室内空気流路に
   顕熱交換器を配設して、潜熱交換器から流出する
   室内空気を予冷する、特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。 ３ 潜熱交換器は回転式潜熱交換器である、特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 顕熱交換器の熱交換用流体は加湿冷却した外
   気である、特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ５ 担体は、シリカ、アルミナ、ガラス繊維、酸
   化鉄、マグネシア、ゼオライト、セラミツクスあ
   るいはこれらの混合物からなる無機酸化物；ポリ
   エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ
   エステル、ポリ塩化ビニル、ポリウレタンあるい
   はこれらの混合物からなるプラスチツク；または
   植物性繊維；である、特許請求の範囲第１項ない
   し第４項の何れかに記載の装置。 ６ 吸湿材料は、塩化マグネシウム、塩化カルシ
   ウム、塩化リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸カ
   ルシウム、硫酸アルミニウムまたはこれらの混合
   物である、特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   何れかに記載の装置。 ７ 周波数60Hz以下の交流電圧10ないし600Vを
   電極に印加して吸湿剤の再生を行う、特許請求の
   範囲第１項ないし第６項の何れかに記載の装置。 ８ 回転式潜熱交換器はその周囲に互いに絶縁さ
   れてはいるが吸湿剤とは接触した状態で複数の周
   囲電極が配設されているものであり、かつ前記周
   囲電極の少なくとも一部と接触した状態で金属片
   が設置されており、前記回転式潜熱交換器の回転
   軸と前記金属片とに再生用電源からの電圧が印加
   されている、特許請求の範囲第３項に記載の装
   置。