WO2000010689A1

WO2000010689A1 - Systeme de deshumidification

Info

Publication number: WO2000010689A1
Application number: PCT/JP1999/004474
Authority: WO
Inventors: Kensaku Maeda; Yoshiro Fukasaku; Shoji Yamanaka
Original assignee: Ebara Corporation
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2000-03-02
Also published as: JP2000061251A; AU5302199A

Description

明細書除湿装置技術分野

本発明は、除湿装置に関し、特にデシカント（乾燥剤）による水分の吸着処理と加熱源により加熱された再生空気によるデシカントの再生処理を連続的に行えるようにした除湿装置、中でも除湿空調装置に関するものである。背景技術

図 1 3は、デシ力ントにより水分を吸着される処理空気の経路と、加熱源によつて加熱されたのち前記水分吸着後のデシ力ントを通過してデシカント中の水分を脱着して再生する再生空気の経路とを有し、デシ力ントを処理空気と再生空気が交互に流通するようにした従来から知られている除湿空調装置のフローを示す図である。この装置では、処理空気経路 Aと、再生空気経路 Bと、デシカントを収容したデシカントロータ 1 0 3 と、 2つの顕熱交換器 1 0 4、 1 2 1 と、加熱器 2 2 0 と、加湿器 1 0 5を主な構成機器として、処理空気をデシ力ントロ一タ 1 0 3で除湿し、デシカントの水分吸着熱によって温度上昇した処理空気を第 1 の顕熱交換器 1 0 4で再生空気と熱交換して冷却したのち、加湿器で加湿して空調空間に供給するとともに、再生空気を外部空間（O A ) から取り入れて、前記第 1の顕熱交換器 1 0 4で処理空気と熱交換して温度上昇させたのち、加熱器 2 2 0で加熱源 2 0 0によって加熱して相対湿度を下げて、デシカントロータ 1 0 3を通過させて、デシカントロータ 1 0 3の水分を脱着再生していた。この除湿空調装置では、さらに再生後の再生空気の顕熱分を加熱前の再生空気と第 2の顕熱交換器 1 2 1で熱交換して回収したのち、外部（E X) に放出するよう構成していた。このような技術は所謂デシ力ント空調と呼ばれ、空調空間 1 ◦ 1の湿度を制御できる技術として実用価値が高いものである。

このようなデシカント空調に用いるデシカントとしては、米国特許 U S P 5 , 0 5 2 , 1 8 8号に記載されているように、シリカゲルゃゼォライト（モレキュラシーブ）が用いられることが知られているが、該米国特許においては、変成ゼォライトであってブルナウアのタイプ 1 に分類され、等温分離因子（セパレーシヨンファクター）が 0. 0 7〜 0. 5の範囲のものが、燃焼ガスで再生空気を加熱するデシカント空調機に最適であると記載されている。この種の燃焼ガスで再生空気を加熱するデシカント空調機用のデシカント素材としては、 U S P 3 , 8 4 4， 7 3 7にもゼォライトを用いることが記載されている。

上記のような従来の燃焼ガスで再生空気を加熱するデシカント空調機ではデシカントの再生温度は前記米国特許 U S P 5， 0 5 2 , 1 8 8号におレ、て 1 0 1 °C ( 2 1 5 ° F) 、 U S P 3 , 8 8 9， 7 4 2においては 1 4 3 °C ( 2 9 0 ° F ) と記述されていて、このような再生温度に適当なデシカントとしてゼォライトがふさわしく、特に図 1 4に示すように等温分離因子（セパレーシヨンファクタ一）が 0. 0 7〜 0. 5の範囲の吸着等温線で示される吸着特性を持つことが最適であることが、前記米国特許 U S P 5 , 0 5 2 , 1 8 8号に記載されている。

デシ力ントの再生熱源として、様々な排熱ゃ太陽熱のような多くの熱源を利用しょうとする場合は、再生温度を 6 5〜 7 5 °Cにするのが好ましいが、このような場合前記ブルナウアのタイプ 1 に分類され、等温分離因子（セノ、。レーシヨンファクター）が 0 . 0 7〜 0. 5の範囲の、従来用いられてきたゼォライトは必ずしも最適なものではない。

図 1 4は米国特許 U S P 5 , 0 5 2 , 1 8 8号に記載されているゼォライトの吸着等温線である。デシカント空調に再生空気として外気を用いる場合、夏期においてその絶対湿度は、空調設計に当たる当業者では一般に 2 0〜 2 1 g / k g程度を想定する。このような空気を前記 1 0 1 °Cまで加熱するとその相対湿度は、約 3 . 0 %になる。一方、吸着される処理空気の相対湿度は、空調装置の J I S — C 9 6 1 2等に規定された室内条件から乾球温度 2 7 °C、湿球温度 1 9 °Cが一般的でありその時の相対湿度は約 5 0 %である。デシカントはこのように 5 0 %の処理空気と 3 . 0 %の再生空気の間を交互に接触する。再生空気と接触して平衡する時のゼォライトの水分含有率は、図 1 4に示すように、式 X = P / ( R + P— R ■ P ) で表わされる関数を用いて、等温線分離因子 R = 0 . 1 とし、相対湿度が 3 . 0 %の場合は、 P = 0 . 0 3 0 として計算すると、 X - 0 . 2 3 6 となる。一方、室内からの処理空気と接触して平衡する時のゼォライトの水分含有率は、同様にして、等温線分離因子 R = 0 . 1 とし、 P = 0 . 5 として計算すると、 X = 0. 9 1 0になる。従ってゼォライトを用いて再生空気を 1 0 1 °Cまで加熱する場合、デシカントでは相対吸着量の差である 0 . 9 1 0 — 0 . 2 3 6 = 0 . 6 7 4に最大吸着量 0 . 2 5 k g / k gを乗じた値 0 . 1 6 9 k g / k gの水分が吸脱着できる。

次に、再生温度として 6 0 °Cを用いる場合を考える。絶対湿度 1 5 g / k gの再生空気を 6 0 °Cまで加熱するとその相対湿度は、 1 2 %になる。従って、再生空気と接触して平衡する時の前記等温線分離因子 R = 0 . 1のゼオライトの水分含有率は、図 1 4に示すように相対湿度が 1 2 %の場合は、 P = 0. 1 2 として計算すると、 X = 0. 5 7 7 となる _c 一方室内からの処理空気と接触して平衡する時の該ゼォライトの水分含有率は、前記と同じで、 P = 0. 5 として計算すると、 X = 0. 9 1 になる。従って該ゼォライトを用いて再生空気を 6 0 °Cまで加熱する場合. デシカントでは両者の差をとつて、 0. 9 1 — 0. 5 7 7 = 0. 3 3 3 , 即ち最大吸着量 0. 2 5 k g / k gの 0. 3 3 3倍の水分 0. 0 8 3 k g / k gが吸脱着できるが、前述のように再生温度が高い場合の値 0 - 1 6 9 k g Zk gに比べて 1 / 2. 0 となり、従って、従来に比べて 2. 0倍大きいデシカントロータを必要とする。

図 1 5は、図 1 4の吸着等温線特性を用いて、接触する空気温度とゼオライトの含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現したものである。図中 A点は吸着開始即ち室内空気との平衡点を示し、 D 6 0及び D 7 0点は脱着開始即ち再生開始即ち再生空気との平衡点を示す ₍ この図 1 5力らも、吸着脱着の差は 6 0 °C再生で 0. 0 8 3 k g Z k g . 7 0 °〇再生で 0. 1 1 k g / k g となり、従来よりも、 2. 0〜： 1 . 5 倍多く吸湿剤を含有したデシ力ントを必要とすることが判る- このように、従来の除湿空調装置では、 6 0〜 7 0 °Cの再生温度で使用する場合に多量の吸湿剤を含有したデシカントを必要とし、従ってデシカントロータの外形が大きくなるため、空調機が大きくなり、またコストもかさむ欠点があった。発明の開示

そこで本発明は、 6 0〜 7 0 °C程度の比較的低い再生温度で使用する場合にも、水分の吸脱着の差が大きくとれるデシカントを用いた、省ェネルギーでかつコンパクトな除湿装置を提供することを目的とする。上記目的を達成するために、請求項 1に係る発明による除湿装置は、例えば図 3に示すように、水分を吸着するデシカントと；前記デシカントによる水分吸着により除湿される処理空気が流通する処理空気経路 1 0 7〜 1 1 2 と；前記デシカント中の水分を取り除いて、該デシ力ントを再生する再生空気が流通する再生空気経路 1 2 4〜 1 3 0 とを備え；前記処理空気経路を流れる処理空気と、前記再生空気経路を流れる再生空気とが、前記デシ力ントに接触して交互に流通するように構成され；前記デシカントが、 A1₂0₃と P₂0₅のモル比が 1 : 1. 2〜0. 8の化学組成を有する必須骨格構造の多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ一ブ（A1P04- H6) から構成され、該多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ（A1P0₄ - H6) が表 3に示される d—間隔を含む特有の X線粉末回折図形を有していることを特徴とする。

[表 3 ]

(A1P0₄— H6の d—間隔）

d (オングストローム） 1 0 0 X 1 / 1 。

7. 0 7土 5 V S

4 2 3土. 1 0 V S

4. 1 4土. 1 0 M— S

3. 6 2土. 1 0 M— S

3. 2 1 土. 0 5 M - S

3. 1 2土. 0 5 M— S

2. 5 2 ±. 0 5 W— M

ここで、 1 / 1 。は回折強度比、 VS = 60- 170、 S-40 - 60、 M=20- 40、 W=5- 20とする。

このように構成すると、 6 0〜 7 0°Cの再生温度に適当な特性を有するリン酸アルミ系モレキユラシーブ A1P04- H6をデシ力ントとして用いて、空調装置が構成されるので、省エネルギーでかつコンパクトな除湿装置を提供することができる。

また上記目的を達成するために、請求項 2に係る発明による除湿装置は、例えば図 3に示すように、水分を吸着するデシ力ントと；前記デシカントによる水分吸着により除湿される処理空気が流通する処理空気経路 1 0 7〜 1 1 2 と；前記デシ力ント中の水分を取り除いて、該デシ力ントを再生する再生空気が流通する再生空気経路 1 2 4〜 1 3 0 とを備え；前記処理空気経路を流れる処理空気と、前記再生空気経路を流れる再生空気とが、前記デシカントに接触して交互に流通するように構成され；前記デシカント力 A1₂0₃と P₂0₅のモル比が 1 : 1. 2〜 0. 8の化学組成を有する必須骨格構造の多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（A1P0₄ - D) から構成され、該多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（A1P0₄ - D) が表 4に示される d—間隔を含む特有の X線粉末回折図形を有していることを特徴とする。

[表 4]

(AlPC — Dの d—間隔）

一 d— (オングストローム） 1 0—0 X 1 / 1 。

6. 8 4土. 1 5 V S

4. 7 8土 0 M— S

4. 2 8士 1 0 V S

4. 1 5土. 1 0 M— S

3. 4 2土. 0 5 M— S

3. 0 8土. 0 5 M— S

3. 0 3土. 0 5 M— S ここで、 I / I oは回折弓度！；匕、 VS = 60— 170、 S = 40— 60、 M=20— 40とする。このように構成すると、 6 0〜 7 0 °Cの再生温度に適当な特性を有するリン酸アルミ系モレキユラシーブ A1 P0₄ - H6に水分の吸脱着によって可逆的に変化できる A 1 P04 - Dをデシ力ントとして用いて、空調装置が構成されるので、省エネルギーでかつコンパクトな除湿装置を提供することができる。

以上の除湿装置では、請求項 3に記載のように、前記多孔質リン酸ァルミ二ゥム系モレキユラシーブは、 A 1 P04 - H3を 2 0 0〜 6 0 0 °Cの範囲内のいずれかの温度で加熱処理して得られる物質であることを特徴としてもよい。

このように構成すると、 6 0〜 7 0 °Cの再生温度に適当な特性を有するリン酸アルミ系モレキユラシーブ A 1 P04 - H6に加熱処理によって変化させることができる A lPC - H3を原料とすることによって、製造コストが安いプロセスによってデシカントを合成できるため、安価な除湿空調装置を提供することができる。

以上の除湿装置では、請求項 4に記載のように、前記再生空気は、前記デシ力ントに接触流通する前に 7 0 °C以下の所定の温度まで加熱されるように構成されてもよレ、。ここでいう所定の温度は、空調しようとする空調空間 1 0 1が要求する供給空気の温度、湿度条件、また加熱手段の仕様に基づいて定めればよい。

このように構成すると、デシカントの吸着特性に合わせた再生温度でデシ力ントを再生することと、比較的低い駆動熱源を利用することによつて、省エネルギーな除湿装置を提供することができる。

また請求項 5に記載のように、請求項 4に記載の除湿装置では、低熱源と高熱源とを有するヒートポンプを備え；前記デシカントによる水分吸着により除湿された処理空気を前記低熱源で冷却し、前記デシ力ント中の水分を取り除いて、該デシ力ントを再生した再生空気を前記高熱源で前記所定の温度まで加熱するように構成してもよい。

このように構成すると、ヒートポンプによつて水分吸着後の処理空気から熱を取ってその熱を再び再生空気の再生に用いることによって、ヒ一トポンプの駆動エネルギの多重効用化が可能になり、しかも該ヒ一トボンプの温度リフトを小さくすることができるため、省エネルギーな除湿装置を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1 は多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ（A 1 P04 -H6 ) の吸着等温線を示す図である。

図 2は多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（A1 P0₄ - H6) の含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現した図である。図 3は本発明の第 1の実施の形態の除湿空調装置の構成を示すフ口一図である。

図 4は図 3に示す第 1の実施の形態の除湿空調装置の作用を説明する湿り空気線図である。

図 5は本発明の第 2の実施の形態の除湿空調装置の構成を示すフロ一図である。

図 6は図 5に示す第 2の実施の形態の除湿空調装置の作用を説明する湿り空気線図である。

図 7は本発明の第 3の実施の形態の除湿空調装置の構成を示すフロ一図である。

図 8は図 7に示す第 3の実施の形態の除湿空調装置の作用を説明する湿り空気線図である。

図 9は多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ一ブ（A1 P0₄ - H⁶ ) の含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現した図において.

6 5 °C再生時の脱着差を示した図である。

図 1 0は本発明の第 4の実施の形態の除湿空調装置の構成を示すフロ一図である。

図 1 1 は図 1 0に示す第 4の実施の形態の除湿空調装置の作用を説明する湿り空気線図である。

図 1 2は本発明の実施の形態で使用するデシカントロータの構造の一例を示す斜視図である。

図 1 3は従来技術による除湿空調装置の構成を示すフロー図である。図 1 4はゼォライトの吸着等温線を示す図である。

図 1 5はゼォライトの含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現した図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

本発明の第 1の実施の形態は、デシカントとしてアルミナ水和物（例えば水酸化アルミニゥム、ベ一マイト、擬ベーマイトなど）とリン酸とを反応させて得られる多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブであって、酸化物のモル比として表わして、

AI 2 O 3 : 1 . 0 ± 0. 2P ₂ 0₅

の化学組成を有する必須骨格構造を有し、且つ表 3に示される d —間隔を少なくとも含む特有の X線粉末回折図形を有する多孔質リン酸アルミ二ゥム系モレキュラシ一ブ（学会において通称 A1P0₄ - H6と呼称されているもの）を用いる除湿空調装置（例えば図 3に示した機器構成を有する除湿空調装置）である。

発明者らは、この多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（通称 AlPC - H6) を合成し試料の X線粉末回折図形及び吸着特性を測定し、下記の結果を得た。

表 5は、測定された、多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ AlPC - H6の X線粉末回折図形である。

[表 5 ]

(A1P0₄— H6の X線粉末回折図形）

d (オングストローム） 1 0 0 X I / I O

7. 0 3 6 3. 7

4. 2 3 1 0 0. 0

4. 1 5 3 4. 0

3. 6 2 2 7. 9

3. 2 0 2 4. 5

3. 1 1 2 4. 2

2. 5 1 1 1. 7

この多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ—ブ（A1P0₄-H6) については、文献 (Handbook of Molecular Sieves：著者 R. Szostak：発行元 Van Nostrand Reinhold, New York:1992年）にも紹介されており、 X線粉末回折図形については表 6の通り記載されているが、表 5の測定結果は表 6の値と良く一致しており、測定試料が AlPOr H6であることを確認している。 [表 6 ]

( A1P0₄— H6の X線粉末回折図形） d (オングストローム） I

7 . 0 7

6 . 1 1 5 . 4 4

5 . 1 2 4 . 9 0

F f f f f 4 . 6 7 F f Iff f f f fF T ffffff T f f f

F f f f f f f f f 4 . F f f f f

5 3

4 . 2 3

4 . 1 4

4 . 1 0

3 . 9 1

6 . 6 2 3 . 4 4 3 . 3 7

3 . 2 6 3 . 2 1 3 . 1 2 2 . 8 2 2 . 7 9 2 . 7 5 2 . 6 1 2 . 5 6 2. 5 2 f

2. 4 4 f f

2. 1 1 f

ここで、 Fは STRONG (強）、 FFは VERY (非常に） STR0NG、 FFFは VERY VERY STRONG, Mは MEDIUM (中間の）、 f は feeble (弱）、 ffは very (非常に) feeble、 fffは very very feebleを，、味する。

また図 1は、測定された、多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ（A1P04-H6) の吸着等温線であり、横軸は相対湿度 R H、縦軸は各デシカントの湿度 9 0 %の時の吸着量（最大吸着量） W0を分母とし吸着量 Wを分子として定義する相対吸着量（相対水分含有率）を示している。図 1の特性は、特に相対湿度 2 5 %から 1 5 %の間で含水率が大きく変化する特徴を有する。

図 2は、図 1の吸着等温線を用いて、接触する空気温度と多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ（A1P0₄- H6) の含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現したものである。図中 A点は吸着開始即ち室内空気との平衡点を示し、 D 6 0及び D 7 0点は脱着開始即ち再生開始即ち再生空気との平衡点を示す。図 2から、吸脱着の含水率の差は 6 0°C再生で 0. 1 7 k g/k g、 7 0°C再生で 0. 1 8 k g / k gの吸着脱着の差が得られることが判る。この値は、前記従来のゼオラィトゃシリ力ゲルよりも大きく、従来 1 0 0 °C以上で再生していたゼォライトとほぼ同じ重量のデシ力ントを用いて、低温再生温度でも同じ除湿効果を発生できる。

つぎに本発明の除湿空調装置の作用について、図 3のフロー図に記載した機器構成を有する除湿空調装置について、空気の状態変化を示す湿り空気線図である図 4を参照して説明する。図 3に示す除湿空調装置は、デシカント（乾燥剤）によって処理空気の湿度を下げ、処理空気の供給される空調空間 1 0 1 を快適な環境に維持するものである。図中、空調空間 1 0 1から処理空気 Aの経路に沿つて、処理空気経路 1 0 7、処理空気を循環するための送風機 1 0 2、処理空気経路 1 0 8、デシカントを充填したデシ力ントロータ 1 0 3、処理空気経路 1 0 9、顕熱交換器 1 0 4、処理空気経路 1 1 0、冷媒蒸発器（処理空気から見れば冷却器） 2 4 0、処理空気経路 1 1 2 とこの順番で配列され、そして空調空間 1 0 1 に戻るように構成されている。

また、屋外 O Aから再生空気 Bの経路に沿って、再生空気経路 1 2 4. 再生空気経路 1 2 4に配置された、再生空気を循環するための送風機 1 4 0、顕熱交換器 1 0 4、再生空気経路 1 2 5、デシ力ントロータ 1 0 3に入る前の再生空気と後の再生空気とを熱交換する熱交換器 1 2 1、再生空気経路 1 2 6、冷媒凝縮器（再生空気から見れば加熱器） 2 2 0. 再生空気経路 1 2 7、デシカント口一タ 1 0 3、再生空気経路 1 2 9、熱交換器 1 2 1、再生空気経路 1 3 0 とこの順番で配列され、そして屋外に排気 E Xするように構成されている。このような構成において、デシカントロータ 1 0 3を処理空気と再生空気が交互に流通する。

冷媒蒸発器 2 4 0から冷媒の経路に沿って、冷媒蒸発器 2 4 0で蒸発してガスになった冷媒を導く冷媒経路 2 0 4、このガス冷媒を圧縮する圧縮機 2 6 0、圧縮された冷媒を導く冷媒経路 2 0 1、冷媒凝縮器 2 2 0、冷媒経路 2 0 2、絞り 2 5 0、冷媒経路 2 0 3がこの順番で配列され、そして再び冷媒蒸発器 2 1 0に戻るように構成されている。

デシカントロータ 1 0 3の一例を、図 1 2に斜視図として示す。このデシカントロータ 1 0 3は、図示のように回転軸 AX回りに回転する厚い円盤状のロータとして形成されており、そのロータ中には、気体が通過できるような隙間をもって本発明のデシカントが充填されている。例えばチューブ状の乾燥エレメント 1 0 3 a を、その中心軸が回転軸 A X と平行になるように多数束ねて構成している。このロータは回転軸 A X 回りに一方向に回転し、また処理空気 Aと再生空気 B とが回転軸 A Xに平行に流れ込み流れ出るように構成されている。各乾燥ェレメント 1 0 3 a は、ロータ 1 0 3が回転するにつれて、処理空気 A及び再生空気 B と交互に接触するように配置される。なお図 1 2では、デシカントロータ 1 0 3の外周部の一部を破断して示してある。図ではデシカントロータ 1 0 3の外周部と乾燥ェレメント 1 0 3 aの一部に隙間があるかのように図示されているが、実際には乾燥エレメント 1 0 3 aは束になって円盤全体にぎっしりと詰まっている。一般に処理空気 A (図中白抜き矢印で示す）と再生空気 B (図中黒塗りつぶし矢印で示す）とは、回転軸 A Xに平行に、それぞれ円形のデシ力ントロータ 1 0 3のほぼ半分の領域を、対向流形式で流れるように構成されている。

デシカントは、チューブ状の乾燥エレメント 1 0 3 a 中に充填してもよいし、チユーブ状乾燥ェレメント 1 0 3 aそのものをデシカントで形成してもよいし、乾燥エレメント 1 0 3 a にデシカントを塗布してもよいし、乾燥エレメント 1 0 3 a を多孔質の材料で構成し、その材料にデシカントを含ませてもよレ、。乾燥エレメント 1 0 3 a は、図示のように断面が円形の筒状に形成してもよいし、六角形の筒状に形成し、束ねて全体としてハニカム状に構成してもよい。いずれにしても、円盤状の口ータ 1 0 3の厚さ方向に、空気は流れるように構成されている。特に本発明のデシカントは無機材料であるので、粘土状に練って、所定の形状. 例えば前記のように断面が円形のチューブ状に、六角形のチューブ状に. あるいは複数の六角形のチューブ形状を組み合わせた蜂の巣状に形成して、焼き固めて製造することができる。

図 4は、図 3の空調装置の作用を示す湿り空気線図である。図 4中の各点に記載のアルファべット記号は、その点の状態を示すものであり、図 3の各経路、あるいは各構成機器の出入口箇所に丸で囲んで示すアルファベット記号に対応する。上記のように、水分吸着後の処理空気をヒ一トポンプの低熱源 2 4 0で冷却する場合には、図 4の湿り空気線図に示すように、給気 S A (状態 N ) を室内（状態）よりも低温にすることができるため、図 1 3で用いていた加湿器 1 0 5を用いなくともよく . そのため、デシ力ントロータ 1 0 3で除湿後の空気の絶対湿度を給気

( S A ) の絶対湿度と同じにして、図 1 3の実施の形態よりも高くできる。

したがって、夏期の空調条件では、通常 8 g / k g以下で給気が行われていることを考慮し、図 4に示すように、給気の絶対湿度即ち除湿後の処理空気の湿度を 6 g / k gに設定すると、処理空気は室内状態から等ェンタルピ線上を 6 g / k gまで状態変化し、相対湿度 1 2 %の状態に至る。（ゼオライトのように吸着熱が大きい場合には、絶対湿度が若干高い 7 g / k gで相対湿度 1 5 %の状態に至る。）

一方このような、吸着後の処理空気の相対湿度と、再生前の再生空気の相対湿度は、静的吸着特性からほぼ各々等しい（このことは、例えば米国 A S H R A E学会の 1 9 9 7年次総会時に開催された T C 3 . 5 / ショートコースセミナーの資料 P 2 3〜 2 5に記載されている）。そのため、再生空気は屋外空気を該相対湿度まで加熱することで、デシカントに除湿能力を発生させることができる。すなわち、夏期の一般的外気の絶対湿度は 1 5 g / k gであるから、この空気を 5 6 °C以上に加熱すれば、相対湿度 1 2 %以下の再生空気として利用できる。実際にはデシカントの動的特性を考慮して再生前の再生空気の相対湿度を吸着後の処理空気の相対湿度よりも低くすることが当業者では行われているため、 6 0 °C以上に加熱することが実用的である。

処理空気（状態 K ) はデシカント口一タ 1 0 3によって水分を吸着され（状態し）、第 1 の顕熱交換器 1 0 4で再生空気（状態 Q ) と熱交換して冷却され（状態 M ) 、さらにヒートポンプの低熱源 2 4 0で冷却されて（状態 N ) 空調空間 1 0 1 に戻る。一方再生空気は外気（状態 Q ) を取り入れて、第 1の顕熱交換器 1 0 4で処理空気（状態し）と熱交換して加熱され（状態 R ) 、更にデシカント再生後の再生空気（状態 U ) と第 2の顕熱交換器 1 2 1で熱交換して加熱され（状態 S ) 、ヒートポンプの高熱源（加熱器） 2 2 0において加熱され（状態 T ) たのち、デシカントロータ 1 0 3を再生する。デシカントを再生した再生空気（状態 U ) は、前記第 2の顕熱交換器 1 2 1で第 1 の顕熱交換器 1 0 4を出た再生空気と熱交換して熱回収され（状態 V ) たのち、排気として外部に捨てられる。このようにして、室内（状態）と給気（状態 N ) との間に絶対湿度差 Δ Xとェンタルピ差 Δ Qを生ぜしめ、冷房除湿効果を発生する。またこの装置の駆動エネルギは、再生空気の加熱量 A G (状態 S と状態 Uのェンタルピ差）から前記 Δ Qを引いた熱量であり、状態 M から状態 Nまでの顕熱処理の排熱でデシ力ントの再生を行うことになるため、極めて省エネルギ効果が大きい。

上述のように作用する除湿空調装置では、給気（状態 N ) の温度を室内（状態）の温度よりも低くできるため、加湿が不要である。一方、従来のデシ力ント空調では顕熱処理のため、除湿後の処理空気に加湿することを行っており、そのため本来の給気と室内空気の湿度差以上の量の水分を除湿する必要があつたが、図 3のように加湿器を省略できる場合にはデシ力ントの正味除湿量は少なくて済むから、相対的に従来技術よりも少ないデシ力ントで同様の冷房除湿効果が発揮できる。

このように、本実施の形態では、再生温度が例えば 6 0 °Cと低い場合でも、吸脱着の差が大きくとれ、少ないデシカントで多くの水分処理ができるため、コンパクトなデシカントロータで済む。また、再生空気の温度（状態 T) を 6 0〜 6 5 °Cと低く設定できるため、その加熱源であるヒートポンプの高熱源 2 2 0の作用温度（凝縮温度）が低くて済み、そのためヒートポンプ圧縮機の動力が少なくて済む _D 従って、従来に比ベて、省エネルギに優れ、コンパクトな空調装置を提供することができる。

なお、本実施の形態では、多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブとして、 A1P04-H6を用いる事例を示したが、該 A1P04 - H6は前述の文献 (Handbook of Molecular Sieves：著者 R. Szostak：発行兀 Van Nostra nd Reinhold, New York : 1992年）にも紹介されている通り、 AlPOr H3を原料として得られる A1P0₄ - Dに水分を吸着した物質であり、それらのモレキユラシ一ブの相互の関係は、調査の結果下記の通りであることが判つた。

[数 1 ]

MP0₄- H3→100〜18(TCで水分脱着→A1P0₄- C— 200〜60(TC (不可逆） — A1P0₄- D→水分吸着→A1P0₄ - H6

A1P0₄~H3—水分吸着— A1PC - C A1P0₄- D—水分脱着 A1P0₄-H6

即ち、まず、アルミナ水和物（例えば水酸化アルミニウム、ベ一マイト、擬ベーマイトなど）とリン酸とを反応させて得られる多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ一ブ A1P0₄- H3を合成し、それを 200〜600°C のいずれかの温度で加熱することによって、 A1P0 - H6と可逆的に変化できる水分を含まない A1P0₄- Dが得られ、この物質に水分を吸着させることによって、目的とする A1P0₄ - H6を得ることができる。すなわち、デシ力ントロータ 1 0 3に含ませるデシカントは、 A1P04-H6でも A1P0₄- Dのいずれでも差し支えないことになるそこで発明者は、 A1P04 - Dについても、 X線粉末回折図形及び吸着特性を測定し、表 7の結果を得た。

表 7は、測定された、多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ AlPC - Dの X線粉末回折図形である。

[表 7 ]

(A1PC — Dの X線粉末回折図形）

d (オングストローム） 1 0 0 X 1 / 1 。

6 · 8 6 7 4. 0

4 . 8 2 1 3 . 9

4 . 2 6 1 0 0 . 0

4 . 1 5 1 o . 0

3 . 4 2 2 4. 5

3 . 0 8 2 6 . 5

3 . 0 3 1 6 . 7

この多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ—ブ（A1P0 - D) についても、前述の文献 (Handbook of Molecular Sieves：著者 R. Szostak：発行元 Van Nostrand Reinhold, New York: 1992年）にも紹介されており、 X線粉末回折図形については表 8の通り記載されているが、表 7の測定結果は表 8の値と良く一致しており、測定試料が A1P04 - Dであることを確認している。

[表 8 ]

(AlPC — Dの X線粉末回折図形） d (オングストローム）

6 . 8 4 F F F

6 . 1 2 m f

5 . 3 5 f

5 . 1 1 m f

4 . 8 9 m

4 . 7 8 m F

4 . 5 4 m

4 . 3 5 m F

4 . 2 8 F F F

4 . 1 5 m F

3 . 8 8 m f

3 . 8 4 m f

3 . 6 4 m

3 . 5 4 f

3 . 4 9 f

3 . 4 2 m F

3 . 2 9 m f

3 . 2 2 f

3 . 1 9 f

3 . 0 8 m f

3 . 0 5 f

3 . 0 3 m F

(以下省略）

5は、本発明の第 2の実施の形態である図 5の実施の形態は、図 3 と同様にデシ力ントとヒートポンプを組合せた、所謂ハイブリッド形の除湿空調装置であり、図 3の構成から第 1 の顕熱交換器 1 0 4を取り除いたもので、この基本構成のデシ力ントロ一タ 1 0 3に前記第 1 の実施の形態と同じく通称 A1P04- H6 (または A1P04 - D) と称される多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブを用いたものである。このように構成した空調装置では、処理空気と再生空気の熱交換が行われないため、処理空気の給気温度が高くなり、所謂顕熱比が小さい除湿を主体にした用途に最適な除湿空調装置である。以下に作用について、図 5に対応した湿り空気線図である図 6を参照して説明する。

処理空気（状態 K) はデシカントロータ 1 0 3によって水分を吸着され（状態し）、さらにヒートポンプの低熱源 2 4 0で冷却されて（状態 M) 空調空間 1 0 1 に戻る。一方再生空気は外気（状態 Q) を取り入れて、デシカント再生後の再生空気（状態 U) と顕熱交換器 1 2 1で熱交換して加熱され（状態 S ) 、ヒートポンプの高熱源（加熱器） 2 2 0において加熱され（状態 T) たのち、デシカントロータ 1 0 3を再生する。デシカントを再生した再生空気（状態 U) は、前記顕熱交換器 1 2 1で第 1の顕熱交換器 1 0 4を出た再生空気と熱交換して熱回収され（状態 V) たのち、排気として外部に捨てられる。このようにして、室内（状態 K) と給気（状態 M) との間に絶対湿度差 Δ Xとェンタルピ差 Δ Qを生ぜしめ、冷房除湿効果を発生する。

この実施の形態は前記第 1の実施の形態と比べて、給気温度が高くなり、室内温度に近いため除湿を主体とする空調負荷（潜熱負荷）に最適である。またこの場合給気温度を室内と同じ 2 7 °C程度にすると、再生空気温度 5 0 ^DCと給気温度との差はわずか 2 3 °Cとなり、従ってヒートポンプの低熱源と高熱源の温度差である温度リフトはそれに 1 0 °C程度を加えた 3 3 °Cとなり、従来の蒸気圧縮式サイクルによる冷房方式に比ベて、低い温度リフトでヒートポンプを運転できるため、省エネルギであり、しかも凝縮水（ドレン）が出ないため、設備が簡単になる効果がある。さらに第 1 の実施の形態と同様に、少ないデシカントで多くの水分処理ができるため、コンパクトなデシカントロータで済む。従って、従来に比べて、省エネルギに優れ、コンパクトな除湿空調装置を提供することができる。

図 7は、本発明の第 3の実施の形態である。図 7の実施の形態は、図 5 と同様にデシ力ントとヒートポンプを組合せた、所謂ハイブリッド形の除湿空調装置であり、図 5の構成と異なる部分は、処理空気として外気と室内からの還気の混合空気を用い、かつ再生空気として、室内からの排気と外気の混合空気を用いる点である。そのため図 5の構成に加え. 処理空気経路 1 0 7 と外気導入経路 1 2 4 との間に外気を混合するための経路 1 6 1 と、この経路 1 6 1 中に配置された送風機 1 6 0を設けるとともに、再生空気経路 1 2 4 と還気経路 1 0 7 との間に還気を混合するための経路 1 6 2を設けたものである。このように構成した空調装置では、処理空気のデシカントによる吸着開始点の絶対湿度が J I Sの室内状態よりも高くなるため、給気の湿度を 8 g / K g以下に維持するためには、再生空気温度を若干高くする必要があるが、本発明のデシカントによれば前記事例と同様に発明の効果が得られる。

以下に図 7に対応した湿り空気線図である図 8 と、接触する空気温度と多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（A 1P04 - H6) の含水率の関係を空気の絶対湿度をパラメータとして表現した図 9を参照して説明する。

処理空気（状態 K ) は外気（状態 Q ) と室内からの還気（状態）の混合空気（状態 F) で、デシカントロータ 1 0 3によって水分を吸着され（状態し）、さらにヒートポンプの低熱源 2 4 0で冷却されて（状態 M) 空調空間 1 0 1 に戻る。一方再生空気は外気（状態 Q) と還気（状態）の混合空気（状態 G) であり、デシカント再生後の再生空気（状態 U) と顕熱交換器 1 2 1で熱交換して加熱され（状態 S ) 、ヒートボンプの高熱源（加熱器） 2 2 0において加熱され（状態 T) たのち、デシカントロータ 1 0 3を再生する。デシカントを再生した再生空気（状態 U) は、前記顕熱交換器 1 2 1で第 1の顕熱交換器 1 ◦ 4を出た再生空気と熱交換して熱回収され（状態 V) たのち、排気として外部に捨てられる。このようにして、室内（状態）と給気（状態 M) との間に絶対湿度差 Δ Xとェンタルピ差 Δ Qを生ぜしめ、冷房除湿効果を発生する _c この実施の形態は前記第 2の実施の形態と比べて、給気に外気を混合し室内に供給できるため、室内環境維持に最適である。この場合、各空気の状態を盛夏時の日中を想定して、室内を 2 7 °C、 5 0 % R H、外気を 3 3 °C、 6 3 % R Hと想定すると、図 8に示すようにデシカントロータ 1 0 3前の処理空気は絶対湿度 2 0 g /K gの外気と混合されるため. 乾球温度 2 9 °C、絶対湿度 1 3 g /K g となる。そのため、デシカントの吸着作用によって、等ェンタルピ線に沿って絶対湿度 7 g /K gの線まで移動すると状態 Lの相対湿度は約 1 0 % (正確には 1 1 %) になる: 従って、再生空気の再生開始の温度は、前述と同様に、相対湿度 1 0 % の線と再生空気の絶対湿度 1 7 g /K gの線との交点から、 6 5。Cにする必要がある。

一方デシ力ント再生前の再生空気は絶対湿度 1 0 g /K gの還気と混合されるため、乾球温度 3 1 ° ( 、絶対湿度 1 7 g /K g となり、再生開始の状態 Tの状態は乾球温度 6 5 ° (：、絶対湿度 1 7 g /K g となる。このような吸着開始点の状態 F (乾球温度 2 9°C、絶対湿度 1 3 g /K g ) と再生開始点の状態 T (乾球温度 3 1 °C、絶対湿度 1 7 g/K g ) によるデシカントの吸脱着の差は、図 9に示すように、 0. 1 9 k g / k g となり、前記図 2 と同様に大きな値が得られる。なお、本実施の形態では処理空気および再生空気の各機器における作用については前記第 2の実施の形態と同様なため説明を省略する。

このように、外気導入を行うために再生温度を 6 5 °C程度まで若干高く設定する必要がある場合においても、吸脱着の差が大きくとれ、少ないデシカントで多くの水分処理ができるため、コンパクトなデシカントロータで済む。また、再生空気の温度（状態 T) を低く設定できるため. その加熱源であるヒートポンプの高熱源 2 2 0の作用温度（凝縮温度）が低くて済み、そのためヒートポンプ圧縮機の動力が少なくて済む。従つて、従来に比べて省エネルギに優れ、コンパクトな空調装置を提供することができる。

図 1 0は、本発明の第 4の実施の形態である。図 1 0の実施の形態は. 図 1 3の従来例と同様にヒートポンプを用いない、所謂デシ力ント空調装置であり、図 1 3の構成と異なる部分は、除湿後の処理空気の冷却用として加湿器 1 0 5で加湿した外気を用いて熱交換器 1 0 4で冷却するよう構成して、再生空気と処理空気を熱交換させないものである。従来この種の装置では、再生空気に加湿して乾球温度を低下させてから処理空気と熱交換させていたが、そうすると再生空気の絶対湿度が上昇してしまい、前述したように再生空気を加熱して除湿後の処理空気と同じ相対湿度を得るためには、再生空気の加熱温度が高くなる問題があつたが. 本実施の形態のように処理空気の冷却用として別の冷却空気系統を用いることによって、そのような問題点を回避できる。以下に図 1 0に対応した湿り空気線図である図 1 1 を参照して説明する。

処理空気（状態）はデシカントロータ 1 0 3によって水分を吸着され（状態し）、さらに加湿した外気による冷却器 1 0 4で冷却されて (状態 M ) 空調空間 1 0 1に戻る。一方再生空気は外気（状態 Q ) を取り入れて、デシカント再生後の再生空気（状態 U ) と顕熱交換器 1 2 1 で熱交換して加熱され（状態 S ) 、加熱器 2 2 0において加熱され（状態 T ) たのち、デシカントロータ 1 0 3を再生する。デシカントを再生した再生空気（状態 U ) は、前記顕熱交換器 1 2 1で第 1の顕熱交換器 1 0 4を出た再生空気と熱交換して熱回収され（状態 V ) たのち、排気として外部に捨てられる。また冷却空気は外気（状態 Q ) を取り入れて. 加湿器 1 0 5で水の気化熱によって温度低下し（状態 D ) たのち、熱交換器 1 0 4で処理空気（状態し）と熱交換して自らは温度上昇し（状態 E ) たのち、排気として外部に捨てられる。

このようにして、室内（状態 K ) と給気（状態 M ) との間に絶対湿度差 Δ Χを生ぜしめ、除湿効果を発生する。この実施の形態は従来例と比ベて、給気温度が低くなり、室内温度に近づくため、室内の顕熱負荷をあまり増やすことなく、除湿を主体とする空調負荷（潜熱負荷）に対応できる。一般に夏期の平均気温は 2 8 °C程度であり、室内温度とほとんど変わらないため、このように処理空気系統に加湿器を用いない構成であっても、顕熱負荷を增やすことなく室内を除湿できる。従って、 6 0 〜 7 0 °Cの排熱ゃ太陽熱を用いて、従来の蒸気圧縮式サイクルによる冷房方式の代りに潜熱負荷を処理でき、さらに第 1の実施の形態と同様に. 少ないデシカントで多くの水分処理ができるため、コンパク卜なデシ力ントロータで済む。従って、従来に比べて、省エネルギに優れ、コクトな除湿空調装置を提供することができる。

以上説明したように本発明の実施の形態によれば、アルミナ水和物 (例えば水酸化アルミニゥム、ベーマイト、擬べ一マイトなど）とリン酸とを反応させて得られる多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ一ブ A 1P0₄ - H6または AlP( - Dをデシ力ントとして用いて、除湿空調装置を構成することにより、デシ力ントの吸脱着による水分吸着量の差が大きく使えるため、空調装置を従来に比べて比較的低い温度の熱源で駆動でき、かつ冷房効果が大きく、かつ省エネルギーで、かつコンパクトで安価な除湿空調装置を提供することができる。

以上のように本発明によれば、 6 0〜 7 0 °C程度の比較的低温の再生温度に適した特性を有するリン酸アルミ系モレキユラシーブ A 1P0₄ - H6をデシカントとして用いて、空調装置が構成されるので、省エネルギーでかつコンパクトな除湿装置を提供することができる。産業上の利用の可能性

本発明は、例えば、空調用に用いる除湿装置として有用であり、特にデシカント（乾燥剤）を活用した除湿空調装置として用いて有用である。

Claims

請求の範囲

1. 水分を吸着するデシカントと；

前記デシ力ントによる水分吸着により除湿される処理空気が流通する処理空気経路と；

前記デシカント中の水分を取り除いて、該デシカントを再生する再生空気が流通する再生空気経路とを備え；

前記処理空気経路を流れる処理空気と、前記再生空気経路を流れる再生空気とが、前記デシ力ントに接触して交互に流通するように構成され前記デシカントが、 A1₂0₃と P₂0₅のモル比が 1 : 1 . 2〜 0. 8の化学組成を有する必須骨格構造の多孔質リン酸アルミニゥム系モレキュラシーブ（A1P0₄ - H6) から構成され、該多孔質リン酸アルミニウム系モレキユラシーブ（A1P0₄ - H6) が表 1に示される d—間隔を含む特有の X線粉末回折図形を有していることを特徴とする除湿装置。

[表 1 ]

(A1P04— H6の d—間隔）

d (オングストローム） 1 0 0 X 1 / 1 。

7. 0 7士. V S

4. 2 3士. 1 0 V S

4 4土. 1 0 M— S

3. 6 2土. 1 0 M— S

3. 2 1 土. 0 5 M— S

3 1 2士. 0 5 M— S

2. 5 2土. 0 5 W-M ここで、 1 / "は回折強度比、 VS = 60 - 170、 S=40 - 60、 M=20- 40、 W=5 - 20とする。

2. 水分を吸着するデシカントと；

前記デシ力ント中の水分を取り除いて、該デシ力ントを再生する再生空気が流通する再生空気経路とを備え；

前記処理空気経路を流れる処理空気と、前記再生空気経路を流れる再生空気とが、前記デシ力ントに接触して交互に流通するように構成され前記デシカント力 A1₂0₃と P₂0₅のモル比が 1 ： 1. 2〜 0. 8の化学組成を有する必須骨格構造の多孔質リン酸アルミニゥム系モレキュラシーブ（AlPC - D) から構成され、該多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシーブ（A1P0₄-D) が表 2に示される d—間隔を含む特有の X線粉末回折図形を有していることを特徴とする除湿装置。

[表 2 ]

(AlPC — Dの d—間隔）

d (オングストローム） 1 0 0 X I / 1

6. 8 4土 V S

4. 7 8土 0 M— S

4. 2 8土 1 0 V S

4 1 5土 . 1 0 M— S

3. 4 2土. 0 5 M - S

3. 0 8土. 0 5 M— S

3. 0 3 ±. 0 5 M - S

ここで、 1 / 1 。は回折強度比、 VS = 60- 170、 S = 40 - 60、 M=20_40とする:

3. 前記多孔質リン酸アルミニウム系モレキュラシ一ブは、 AlPC - H3を 2 0 0〜 6 0 0°Cの範囲内のいずれかの温度で加熱処理して得られる物質であることを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の除湿装置。

4. 前記再生空気は、前記デシカントに接触流通する前に 7 0 °C以下の所定の温度まで加熱されるように構成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の除湿装置。

5. 低熱源と高熱源とを有するヒートポンプを備え；

前記デシ力ントによる水分吸着により除湿された処理空気を前記低熱源で冷却し、前記デシカント中の水分を取り除いて、該デシカントを再生した再生空気を前記高熱源で前記所定の温度まで加熱するように構成されたことを特徴とする請求項 4に記載の除湿装置。