(57)【要約】  【課題】  除加湿ロータを組み込んだ除加湿装置を使用して、効率的に吸着させ吸着量を増加させ、また、効率的に脱着させ脱着量を増加させることができる除加湿ロータ、除加湿装置及びその運転方法を提供する。  【解決手段】  半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域３１と吸着材が担持されない顕熱交換領域３２とを設けた除加湿ロータ、及び除加湿ロータを組み込んだ除加湿装置、並びに当該除加湿装置の吸着ゾーンＡの顕熱交換領域３２に供給する空気の温度は、潜熱処理領域３１に供給する空気の温度以下、また脱着ゾーンＢの顕熱交換領域３２に供給する空気の温度は、潜熱処理領域３１に供給する空気の温度以上であることを特徴とする除加湿装置の運転方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）と吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とを設けたことを特徴とする除加湿ロータ。
【請求項２】
軸心に近い内環部を吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）とし、外環部を吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）としたことを特徴とする除加湿ロータ。
【請求項３】
軸心に近い内環部を吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とし、外環部を吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）としたことを特徴とする除加湿ロータ。
【請求項４】
軸心に近い内環部を吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とし、その外側の中環部を吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）とすると共に、さらにその外側の外環部を吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）としたことを特徴とする除加湿ロータ。
【請求項５】
吸着材が担持されたロータ基材の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項６】
アルミニウム、銅、炭素鋼、ステンレス、カーボンファイバーより選ばれた基材表面に、吸着材を塗布して潜熱処理領域（３１）を構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項７】
吸着材が、シリカゲル、活性炭、アルミナおよびアルミノシリケート、アルミノフォスフェート、シリコアルミノフォスフェート、鉄アルミノフォスフェートよりなるゼオライト類、メソポーラスシリカ、集積金属錯体から選ばれる少なくとも一種以上を含有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項８】
吸着材の吸着熱が５０ｋＪ／ｍｏｌ以上（Ｈ２Ｏ、２９８Ｋ）であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項９】
軸心より放射状に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ未満の分割材（３３）を挿入した構造とし、除加湿ロータの回転方向に熱の移動を阻止することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項１０】
潜熱処理領域（３１）と顕熱交換領域（３２）の流入空気入口の断面積比が、１：１〜４：１であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の除加湿ロータ。
【請求項１１】
半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）と吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とを設けた除加湿ロータを使用することを特徴とする除加湿装置。
【請求項１２】
半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）と吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とを設けた除加湿ロータを使用した除加湿装置において、吸着ゾーン（Ａ）の顕熱交換領域（３２）に供給する空気の温度は、当該吸着ゾーン（Ａ）の潜熱処理領域（３１）に供給する空気の温度以下であることを特徴とする除加湿装置の運転方法。
【請求項１３】
半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域（３１）と吸着材が担持されない顕熱交換領域（３２）とを設けた除加湿ロータを使用した除加湿装置において、脱着ゾーン（Ｂ）の顕熱交換領域（３２）に供給する空気の温度は、当該脱着ゾーン（Ｂ）の潜熱処理領域（３１）に供給する空気の温度以上であることを特徴とする除加湿装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除加湿ロータ、除加湿装置及びその運転方法に関するものであり、詳しくは、基材に吸着材が塗布された潜熱処理領域と基材に吸着材が塗布されていない顕熱交換領域とを設けた除加湿ロータ、及びその除加湿ロータを使用した除加湿装置、ならびにその除加湿装置の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
除加湿装置は、吸着材の吸着及び脱着機能を利用して、湿度調整を行うシステムであり、例えば、コジェネレーションシステムや電動ヒートポンプ、電熱（電気）ヒータ、マイクロガスタービン、ガスエンジン、燃料電池、太陽熱、地熱、燃焼熱、工場排熱、エンジンの排熱などの低温排熱を利用する各種の調湿装置に適用される。除加湿装置を利用した装置は、湿度の高低に対して必要に応じて、除湿あるいは加湿を適宜行うことで求める湿度に調整ができる点で、快適空間の構築などに有用である。
【０００３】
従来の除加湿装置で用いられる吸着素子としては、繊維質シートにゼオライトを担持させ、かかる繊維質シートをハニカム成形機で成形することにより、ハニカム構造体に構成されたロータ型の素子が提案されている。
【０００４】
ハニカム構造体の吸着素子は、全体の体積に対する表面積が大きく、吸着能力に優れている特徴があるが、ハニカム構造のロータ型の吸着素子に処理空気を流過させ、吸着材が空気中の湿分を吸着すると、吸着熱が発生し、処理空気が下流に進むに連れて当該空気の温度が上昇して相対湿度が低下する。また空気中の湿分の吸着が進むにつれて、空気中の絶対湿度が低下することによっても相対湿度が低下する。このため空気中に含有さている湿分が吸着材に吸着されにくくなる問題が発生する。再生工程でも同様に、排熱やヒータなどで加熱した再生空気を除加湿ロータを流過させるが、吸着材が水蒸気を放出する際に脱着熱が奪われ、再生空気が下流方向に進むにつれて当該空気の温度が低下して相対湿度が上昇する。一方、湿分の脱着が進むにつれて、空気中の絶対湿度が上昇することによっても相対湿度が上昇する。このため湿分が吸着材より空気中に脱着されにくくなる問題が発生する。換言すれば吸着材の再生が進まなくなる問題が起こる。  
【特許文献１】特開２００３−０１４２５２公報
【特許文献２】特開２００２−０９５９６４公報
【非特許文献１】第３７回化学工学会秋季大会研究発表会講演要旨集Ｏ１１５（２００５年９月１５〜１７日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の様な除加湿装置において、さらなる除加湿性能の高性能化、特に電動ヒートポンプ排熱で効率的に除湿を行う場合など、より除加湿能力を発揮する除湿ロータが求められている。この課題を解決するために、低温で再生できる吸湿材や大きな吸着量を有する吸着材が開発されている。しかし、従来のハニカム構造のロータ型吸着素子は、吸着工程では吸着熱で処理空気の下流方向に処理空気の温度上昇し相対湿度が低下し吸着しにくくなり、また脱着工程では脱着熱で再生空気の温度が低下し、相対湿度が上昇し脱着しにくくなる、構造的な課題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸着部分では潜熱処理部で発生する吸着熱を顕熱処理部で放出し、潜熱処理部の温度を抑え、吸着しやすくさせる。脱着部分では潜熱処理部分で奪われる脱着熱を顕熱処理部からの伝熱によって熱を補給し、潜熱処理部の温度低下を抑え、再生しやすくさせる。吸着材を半径方向に塗り分けるだけであり、製造も簡単で、装置も簡素で大型にならないメリットがある。
【０００７】
即ち本発明の要旨は、半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域と吸着材が担持されない顕熱交換領域とを設けたことを特徴とする除加湿ロータに存する。
【０００８】
また、本発明の別の要旨は、半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域と吸着材が担持されない顕熱交換領域とを設けた除加湿ロータを使用することを特徴とする除加湿装置に存する。
【０００９】
また、更に本発明の別の要旨は、半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域と吸着材が担持されない顕熱交換領域とを設けた除加湿ロータを使用した除加湿装置において、吸着ゾーンの顕熱交換領域に供給する空気の温度は、当該吸着ゾーンの潜熱処理領域に供給する空気の温度以下であることを特徴とする除加湿装置の運転方法、また半径方向に、同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域と吸着材が担持されない顕熱交換領域とを設けた除加湿ロータを使用した除加湿装置において、脱着ゾーンの顕熱交換領域に供給する空気の温度は、当該脱着ゾーンの潜熱処理領域に供給する空気の温度以上であることを特徴とする除加湿装置の運転方法に存する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、上記のような除加湿ロータを組み込んだ除加湿装置を使用して上記に規定したような運転方法を採用することにより、吸着ゾーンでは潜熱処理領域で発生する吸着熱を顕熱処理部で放出することで潜熱処理領域の温度を抑え、効率的に吸着させ吸着量を増加させることができる。また、脱着ゾーンでは潜熱処理領域で奪われる脱着熱を顕熱処理領域からの伝熱によって熱を補給することで潜熱処理領域の温度低下を抑え、効率的に脱着させ脱着量を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る除加湿ロータ、除加湿装置及び除加湿装置の運転方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る除加湿ロータの左側面断面図である。当該図１において上半部を吸着ゾーンＡ、下半部を着脱ゾーンＢとし、通常３０ｒｐｈ程度の回転数で図示の通り反時計回りに回転させているが、吸着ゾーンＡ及び着脱ゾーンＢは上下左右斜めのどの位置にでも設置することができ、回転方向も時計回りに回転させることも可能である。尚、吸着ゾーンＡと脱着ゾーンＢ断面積比も図１では簡便に１：１としているが、これに限定するものではない。
【００１２】
本発明の特徴は、除加湿ロータの半径方向に同心円状に吸着材が担持された潜熱処理領域３１と吸着材が担持されない顕熱処理領域３２を設けることである。図１においては、軸心に近い内環部を吸着材が担持された潜熱処理領域３１とし、外環部を吸着材が担持されない顕熱交換領域３２とした除加湿ロータの実施例である。
【００１３】
図２は、本発明に係る除加湿ロータの正面断面図及び空気のフロー図である。本発明は除湿を目的に除加湿ロータを運転している一例として示しているが、本発明の作用効果を説明するためのものであって、加湿を目的に使用することも可能である。
【００１４】
吸着ゾーンＡは外気を蒸発器４１を通して流入した処理空気（冷気）１を除湿するために、当該処理空気１を潜熱処理領域３１に供給し、当該処理空気に含有する湿気は潜熱処理領域３１を構成する吸着材に接触して吸着されると共に吸着熱が発生する。一方、同じ処理空気１を顕熱処理領域３２に供給するが、この顕熱処理領域３２には吸着材が担持されておらず、吸着熱が発生することはない。よって、潜熱処理領域３１は顕熱処理領域３２よりも温度が高くなり、その温度差によって熱は矢印の如く潜熱処理領域３１から顕熱処理領域３２に移動し、それによって潜熱処理領域３１の温度上昇が抑制される。
【００１５】
この結果、潜熱処理領域３１を流過する処理空気１は温度上昇が抑えられので、当該処理空気１の相対湿度が低下せず吸着材の吸着能力が高まり除湿量が多くなる。除湿された空気は吸気３として室内などに供給される。排気４はそのまま室外に排気してもよいが、処理空気１が冷凍機などの蒸発機４１で冷却される場合は、プレクールするための冷凍機の負荷を低減するためダクト４３を介して蒸発器４１の前に戻して循環して使用することも可能である。  
【００１６】
除加湿装置の簡便性を考えると吸着ゾーンＡにおいて潜熱処理領域３１と顕熱処理領域３２には同じ処理空気１を供給することが通常であるが、より除湿能力を高めるために吸着処理側の顕熱処理領域３２に潜熱処理領域３１より低い温度の空気を流すことも可能である。
【００１７】
他方、脱着ゾーンＢも、同様に、外気を熱交換器４２を通して流入した再生空気（加熱空気２で潜熱処理領域３１の吸着材を加熱し、この加熱空気によって吸着ゾーンＡで吸着材に吸着された水分を及び蒸気を脱着させるが、この水分及び蒸発による潜熱（いわゆる脱着熱）て潜熱処理領域３１の温度は低下する。同時に顕熱処理領域３２に再生空気２を供給しているため、顕熱処理領域３２は潜熱処理領域３１より温度が高くなり、その温度差によって熱は矢印の如く顕熱処理領域３２から潜熱処理領域３１に移動し、それによって潜熱処理領域３１の温度低下が抑制される。
【００１８】
この結果、潜熱処理領域３１を流過する処理空気２は温度低下が抑えられので、当該処理空気１の相対湿度が上昇せず吸着材の吸着は脱着されやすくなり、脱着量が多くなる。排気５は室外に排出し、排気６そのまま室外に排気してもよいが、熱交換器４２などで再生空気を加熱する場合は、加熱エネルギーを削減する目的で熱交換器４２の前に戻して循環して使用することも可能である。
【００１９】
除加湿装置の簡便性を考えると潜熱処理領域３１と顕熱処理領域３２には同じ再生空気２を供給することが通常であるが、より脱着能力を高めるために脱着ゾーンＢの顕熱処理領域３２に潜熱処理領域３１より高い温度の空気を流すことも可能である。尚、除加湿ロータにおいて、顕熱処理領域３２を半径方向の外環部にすることで、排気４及び排気６を循環して使用する際に、循環路４３及び４４を設置しやすい。
【００２０】
図３は、本発明に係る除加湿ロータのその他１の実施例の左側面断面図であり、軸心に近い内環部に顕熱処理領域３２を、外環部に潜熱処理領域３１を設けた実施例であり、潜熱処理領域３１と顕熱処理領域３２の流入空気入口面積比が最大１：１である場合でも外環部を潜熱処理領域３１にすることで、潜熱処理領域３１の半径方向の長さＲ１は顕熱処理領域３２の半径方向の長さＲ２に比べ短くなり、潜熱処理領域３１において吸着ゾーンと脱着ゾーンの切り替え部分での熱の移動が抑制される効果がある。
【００２１】
図４は、本発明に係る除加湿ロータのその他２の実施例の左側面断面図であり、軸心に近い内環部に顕熱処理領域３２を、中間環部に潜熱処理領域３１を、更に外環部に顕熱処理領域３２を設けた実施例で装置は多少複雑にはなるが、潜熱処理領域３１を顕熱処理領域３２で挟み込むことによって効率的に加熱及び熱伝導が可能となる。
【００２２】
図５は、本発明に係る除加湿ロータのその他３の実施例の左側面断面図であり、ロータを任意のブロック分割し、その中心軸より放射状に熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ未満の分割材３３を挿入した実施例であり、このような構造にすることにより回転方向に熱の移動を防止することができる。尚、分割材３３を図３及び図４の実施例の除加湿ロータに挿入して除加湿ロータを構成することもできる。
【００２３】
また、除加湿装置は、倉庫内などの冷却を目的としたデシカント（ｄｅｓｉｃｃａｎｔ）冷却装置を始め、建物の設備として設置される大型のデシカント空調装置、室内に設置される小型の除湿器や加湿器を含む除湿空調装置、加湿空調装置装置などの調湿空調装置として構成され、吸着材の吸着・脱着作用を利用し、湿度調整すべき室内の空気または室内へ供給される空気から水分を除去してこれを屋外に排出したり、屋外の空気または屋外へ排出される空気から水分を吸着してこれを湿度調節すべき室内の空気または室内へ供給するシステムであり、余剰エネルギーを利用して湿度調節を行うことができる。
【００２４】
図１、図３及び図４の実施例で示す様な除加湿ロータは潜熱処理領域３１と顕熱処理領域３２で熱移動を行う必要があり、吸着材が担持されたロータ基材の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ以上、５０Ｗ／ｍＫ以上が好ましく、１００Ｗ／ｍＫ以上が更に好ましい。潜熱処理領域３１の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫより小さいと潜熱処理領域３１から顕熱処理領域３２での熱の移動が上手くいかず、本願発明の効果が得られない。
【００２５】
図１〜５において、除加湿ロータを構成する潜熱処理領域３１と顕熱処理領域３２の流入空気入口の断面積比が、１：１〜４：１の値のものが好適である。すなわち、潜熱処理領域３１が当該値より小さい場合には同量の空気を処理するに対して、顕熱処理領域３２を含めると従来型より大幅に装置が大きくなる。一方、顕熱処理領域３２が当該値より小さい場合には、顕熱処理領域３２での顕熱処理量が小さくなるため、従来型より性能が劣り芳しくない。
【００２６】
また、図１、図３及び図４の実施例で示す様な除加湿ロータの基材の構成材料としては、金属、セラミックス、炭素材料などが挙げられるが、通常は剛性、熱伝導度及び製作コストの観点から、除加湿ロータの基材はアルミニウム、銅、炭素鋼、ステンレス、カーボンファイバー、真鍮、鉄、クロムニッケル、これらの合金などに選択される。中でもアルミニウム又はアルミニウム合金、銅または銅合金が好ましい。
【００２７】
当該基材の厚さは、特に制限は無いが、この表面に塗布される吸着材の吸着材層の厚さや担持量の関係から、通常５０〜３００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍに設定される。また、基材表面は、腐食を防止し、吸着材を担持し易くするため、予め、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂或いはフッ素系樹脂などの薄い樹脂膜によってコーティングされてもよい。    
【００２８】
除加湿ロータの基材に吸着材を担持させるには、当該ロータに吸着材が分散された水系分散液を流して塗布したり、浸けて塗布した後、当該ロータを加熱乾燥する。これにより、吸着材は、バインダーにより当該ロータ基材に積層状態で担持される。本発明においては、除加湿ロータを製造する際、当該ロータ基材に吸着材を担持させるに当たり、吸着材同士の接着力、吸着材と当該ロータ基材との接着力を高めるため、上記の水系分散液として、以下の様な吸着材とバインダーとが水に分散されてなる水系分散液が使用される。バインダーは、シリカゾルなどの無機バインダーも使用可能であるが、当該ロータ基材として接着性を考慮すると酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、オレフィン樹脂、スチレン樹脂、及びシリコン樹脂などが使用可能である。
【００２９】
上記の有機バインダーは、有機溶媒に溶解して使用することもできるが、有機溶媒に溶解した場合は、バインダーが吸着材の表面を覆い、吸着速度が低下すると言う問題、及び有機媒体の揮発により環境汚染を惹起すると言う問題がある。そこで、本発明においては、吸着材の吸着性能の確保、除加湿ロータの基材との接着性の観点からも、エマルジョンとして使用される。バインダーの配合比率は、吸着材１００重量部に対し、乾燥重量で５〜４０重量部が好ましい。バインダーが５重量部より少ない場合は、吸着材同士及び除加湿ロータの基材に対する吸着材の固着が不充分であり、４０重量部よりも多い場合は、吸着層において保持し得る吸着材の量が減少し、吸着能力が低下し、また除加湿ロータが大型化するので不利である。
【００３０】
また、上記の水系分散液においては、その安定性を高め、粘度調整を行うため、高吸水性ポリマーやカラギナン、キサンタンゴムアラビアガム等の有機増粘剤、分散剤が添加されてよい。また熱伝導率を向上させるため、熱伝導率の良い金属繊維、炭素繊維などの繊維状物質、アルミ、銅、銀などの金属粉体、或いはグラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、窒化アルミ、窒化ホウ素などが添加されてもよい。更には、塗膜強度を向上させるため、カオリン、針状珪酸カルシウム、針状酸化亜鉛、セピオライト、針状炭酸カルシウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミ、針状塩基性硫酸マグネシウム等を添加されても良い。上記の様な機能付与添加物は、１種類によって粘度調整、熱伝導性向上、塗膜強度の向上などの複数の効果を同時に達成し得る場合もあるため、対象物品に応じて適宜選択される。
【００３１】
本発明で使用される吸着材としては、シリカゲル、活性炭、アルミナおよびアルミノシリケート、アルミノフォスフェート、シリコアルミノフォスフェート、鉄アルミノフォスフェートよりなるゼオライト類、メソポーラスシリカ、集積金属錯体などの多孔質材が挙げられる。中でも、吸着質蒸気及び水蒸気を容易に吸着し且つ容易に脱着し得るゼオライトが好ましい。特に、構造や吸着特性を制御し易いと言う観点からは、骨格構造に少なくともＡｌとＰを含む結晶性アルミノフォスフェート類（ＡＬＰＯ系ゼオライト）が好ましく、代表的には、ＳＡＰＯ−３４、ＦＡＰＯ−５、ＡＬＰＯ−５が挙げられる。上記の様な吸着材は、１種または２種以上を組み合わせて使用することができる。尚、ＡＬＰＯ系ゼオライトは、例えば、特公平０１−０５７４１号、特開２００３−１８３０２０号、特開２００４−１３６２６９号の公報に記載あれた公知の合成法を利用して製造することができる。
【００３２】
吸着材の粒子大きさは、吸着材個々の粒子における吸着質蒸気や水蒸気の拡散を促進して、吸着・脱着能力をより高める観点から、および、除加湿ロータの基材に担持させた吸着材を含む担体の接着強度を向上させる観点から、できる限り小さくするのが望ましく、通常は平均粒径が０．１〜３００ミクロン、好ましくは０．５〜２５０ミクロン。更に好ましくは１〜２００ミクロン、最も好ましくは２〜２０ミクロンである。そして、除加湿ロータに充分な吸着・脱着能力を付与するために、吸着材の目付量は５〜４００ｇ／ｍ２である。
【００３３】
吸着材の吸着熱が、５０ｋＪ／ｍｏｌ以上（Ｈ２Ｏ、２９８Ｋ）のものが好適である。水の凝縮潜熱が４３．９ｋＪ／ｍｏｌであり、通常の水の蒸発による物理吸着熱だけでなく、化学吸着分の熱量差が発生するからである。
【００３４】
当該吸着熱とは、２９８Ｋにて水蒸気を吸着した際の吸着材１モル当たりの吸着熱量を指す。、吸着熱は例えば各種測定装置による測定によって求められる微分吸着熱として求められる。具体的には例えば（株）東京理工社製の「熱測定法表面解析装置  ＣＳＡ−２５Ｇとマルチマイクロカロリーメーター  ＭＭＣ−５１１３」の組合わせによる測定から求められる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る除加湿ロータの左側面断面図。
【図２】本発明に係る除加湿ロータの正面断面図及び空気のフロー図。
【図３】本発明に係る除加湿ロータのその他１の左側面断面図。
【図４】本発明に係る除加湿ロータのその他２の左側面断面図。
【図５】本発明に係る除加湿ロータのその他３の左側面断面図。
【符号の説明】
【００３６】
３１    潜熱処理領域
３２    顕熱処理領域
３３    分割材
４１    蒸発器
４２    熱交換器
Ａ      吸着ゾーン
Ｂ      脱着ゾーン
【図１】
2008043899.tif 000003
【図２】
2008043899.tif 000004
【図３】
2008043899.tif 000005
【図４】
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【図５】
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