JP4209339B2 - 空気調湿用媒体とその利用 - Google Patents
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Description
上述のように、本発明の空気調湿用媒体は、水分子(例えば、結晶水)を複数の形態で有する水和物または無水物と、有機溶媒とを含んでいるものである。すなわち、水分子を複数の形態で有する水和物または無水物が有機溶媒に懸濁されたスラリーであると換言できる。
上記「水和物」とは、水分子が他の分子と結合して生成した形の構成をもつ分子化合物であり、例えば、結晶水を有する物質、分子の形で水を含む物質、水分子が包接されている包接化合物などが挙げられる。
有機溶媒の蒸気圧が高い場合、有機溶媒が空気中へ揮発しやすくなる。このため、本願発明の空気調湿用媒体における有機溶媒は蒸気圧が低い、すなわち、不揮発性の溶媒が好適である。これは、有機溶媒が揮発してしまうと、空気調湿用媒体の体積が減少し、水和塩の濃度が変化するので、湿度制御が困難になるためである。一般的に、有機溶媒は、蒸気圧が0.01MPaよりも大きい場合、揮発性になる。したがって、上記有機溶媒としては、蒸気圧が0.01MPa以下の有機溶媒が好適である。
本発明の空気調湿用媒体は、調湿が必要な空調産業において、利用可能である。これにより、高効率で、かつ、安全な調湿設備(空気調湿装置)を実現することができる。すなわち、本発明の空気調湿装置は、空気調湿用媒体が封入された調湿槽と、上記空気調湿用媒体の脱水状態及び/又は水和状態を制御する調湿制御手段とを備えていればよい。
上記空気調湿用媒体を、空気吸湿装置に用いる場合、上記調湿制御手段には、上記空気調湿用媒体を水和状態から脱水状態へ再生する脱水再生手段が設けられていることが好ましい。
特に、室内の温度が高く、かつ、湿度が高い環境下で除湿を行なう場合、上記熱交換手段が、室内からの廃熱を回収することにより、本発明の空気調湿装置は、エネルギー効率の高い除湿を実現することができる。このような高温度、かつ、高湿度の環境下としては、例えば、厨房が挙げられる。厨房は、極めて高温度、高湿度の環境であるために、天井、フードなどにおいて、結露が生じ、衛生上問題となっていた。このような結露を防止するために、厨房室内の湿度を低下させる必要がある。
また、本発明の空気吸湿装置を、空気調和装置に組み込むことも可能である。この場合、上記脱水再生槽に、上記空気調和装置からの廃熱を回収する熱交換手段が設けられている。
上記空気調湿用媒体を、空気放湿装置に用いる場合、さらに、廃冷熱により上記水和再生手段を冷却する冷却手段が設けられていることが好ましい。
本実施例では、厨房における除湿に、本発明の空気吸湿装置を用いた例について、図1を参照にして説明する。
〔実施例2〕
本実施例では、暖房加湿運転を行なっている場合に、本発明の空気放湿装置を用いた例について、図2を参照にして説明する。
〔実施例3〕(除湿冷房運転における除湿剤の選定)
近年、エアコンはインバータ化やその他の省エネルギー化のための工夫により、冷房運転の高効率化が図られている。しかしながら除湿運転においては従来と変わらず水分を結露させて除去する方法を取っているため、室温の下がり過ぎや冷房運転に比べ消費電力が高くなってしまうなどの問題が生じている。これらを改善した再熱除湿においても冷房運転時より効率が低下してしまう。そこで本実施例では、湿度を調整する方法として化学反応を用いるケミカル調湿について検討した。ケミカル調湿においては、露点までの冷却を行わないことにより、効率の良い除湿が可能であり、その再生には空調の廃熱を利用することも可能である。このシステムを実現するには、適切な除湿剤の選定と、熱伝達の改善が求められる。
まず、室内機側では室内空気が室内機に取り込まれ冷媒によって熱Qiを奪われる。この時冷却による潜熱除去も考慮すると、
(b)室外機側
次に室外機側では、潜熱除去量Qaと再生の際外気から奪われる熱量Qdは等しいので、
室外空気温度306.4K、室内空気温度299K、同湿度10.5g/kgDAでこの空気を291K、9.1g/kgDAに冷却、乾燥する場合のCOPの計算結果を表1に示す。再生温度TRとは除湿後の除湿剤の飽和蒸気圧に対応する温度である。水の場合が既存の再熱除湿の効率である。いくつかの水和塩でCOPが11.5で共通となっているが、これは空気の冷却温度291.4Kまで冷却すれば水和塩の水蒸気圧が十分に小さく乾燥のための過度の冷却が不要となるため、低温熱源温度として291.4K一定となるためである。再生して再利用するためには再生温度が排気温度よりも低いものでなくてはならない。また、効率の高いものとして臭化リチウム水溶液や硫酸亜鉛水和塩などが挙げられるが、水溶液を用いた場合実際に空調機に組み込むとミストとなって室内へ放出してしまう恐れがある。硫酸亜鉛は劇薬であるため除外した。経済性などを考慮して、炭酸ナトリウム1水和物を除湿剤として選定し、炭酸ナトリウムの1水和物と10水和物との間の水和反応を利用することとした。
炭酸ナトリウム1水和物と10水和物の水和・脱水反応は、ケミカルヒートポンプでの検討例があるが、伝熱特性の向上が問題となっている。ここでは水和塩をサラダ油(食用調合油株式会社ホーネンコーポレーションN)及び微量の水分溶解性を持つ溶液に顕濁させスラリー状に加工することで伝熱特性の向上を試みた。水分溶解性を持つ溶液としてブレーキオイル(No.2500 HBB 日産自動車株式会社)を使用した。スラリーの組成を表2に示す。
2 吸湿部(調湿手段)
3 ポンプ
4 再生部(脱水再生手段)
5 熱交換部(熱交換手段)
6 空調機室内部(空気調湿装置)
7 加湿部(調湿手段)
8 空調機室外部(冷却手段)
9 水和再生部(水和再生手段)
10 ブロワ
11 ポンプ
12 空気吸湿装置(空気調湿装置)
13 空気放湿装置(空気調湿装置)
14 ブロワ
15 流量計
16 調湿器
17 脱湿部(調湿手段)
18 リボンヒーター
19 断熱材
20 整流部
Claims (14)
- 水分子を複数の形態で有する水和物または無水物と、有機溶媒とを含んでなることを特徴とする空気調湿用媒体。
- 水分子を複数の形態で有する水和物または無水物が有機溶媒に懸濁されていることを特徴とする空気調湿用媒体。
- 上記水分子を複数の形態で有する水和物または無水物が風解性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の空気調湿用媒体。
- 上記水分子を複数の形態で有する水和物または無水物が、硫酸イオン、炭酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸イオン、リン酸水素イオン、リン酸二水素イオンからなる群より選択される少なくとも1つの陰イオンと、
銅イオン、マグネシウムイオン、ナトリウムイオン、亜鉛イオンからなる群より選択される少なくとも1つの陽イオンとが形成する塩であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の空気調湿用媒体。 - 上記水分子を複数の形態で有する水和物または無水物が、炭酸ナトリウムまたはリン酸二水素ナトリウムであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の空気調湿用媒体。
- 上記有機溶媒の蒸気圧が、0.01MPa以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の空気調湿用媒体。
- 上記有機溶媒が、油脂及び/又は油剤であることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の空気調湿用媒体。
- さらに、親水性化合物が含まれていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の空気調湿用媒体。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の空気調湿用媒体が封入された調湿手段と、
上記空気調湿用媒体の脱水状態及び/又は水和状態を制御する調湿制御手段と、を備えることを特徴とする空気調湿装置。 - 上記調湿制御手段には、上記空気調湿用媒体を水和状態から脱水状態へ再生する脱水再生手段が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の空気調湿装置。
- 上記脱水再生手段には、廃熱を回収し当該廃熱を利用して、上記空気調湿媒体を脱水状態に再生する熱交換手段が設けられていることを特徴とする請求項9または10に記載の空気調湿装置。
- 上記調湿制御手段には、上記空気調湿用媒体を脱水状態から水和状態へ再生する水和再生手段が設けられていることを特徴とする請求項9〜11の何れか1項に記載の空気調湿装置。
- さらに、廃冷熱により上記水和再生手段を冷却する冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項9〜12の何れか1項に記載の空気調湿装置。
- 請求項9〜13の何れか1項に記載の空気調湿装置を備えることを特徴とする空気調和装置。
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