除湿·加湿ローターとシステムの性能解析第3 報: 除加湿性能の簡易予測方法

摘要

低温排熱の有効利活用技術として吸脱着現象を応用した除加湿装置とそのシステムが注目されており，低温度で再生可能な除加湿ロータの開発や高性能化が重要な課題のひとつである[1]．これまでに主要素である除加湿ロータに関する研究[2-4]が多く行われている．著者らも，ロータの性能向上の指針を得るために，ロータ内の熱および物質移動のモデル化，実験および数値解析を行い，除加湿性能に及ぼすロータの形状や吸着·脱着·パージの各ゾーン割合などの影響を検討した[5]．除加湿ロータの性能指標として，除加湿速度 [kg·h~(-1)]，除湿·加湿効率 [%]，平衡到達度などがある．除加湿速度は単位時間あたりの除加湿量である．また，除加湿効率は再生空気がもっている熱量を除湿量や加湿量に効率よく変換する程度を示す指標である．さらに平衡到達度は除加湿速度を吸脱着1 サイクルあたりの最大除加湿速度で割った値であり，ロータに添着された吸着材が1 サイクルあたりにどの程度，除加湿量に有効に使われたかを示す．これは，ロータ単位体積あたり除加湿に寄与するロータ体積の割合を示しており，小型化の検討に重要である．本研究の目的は再生温度が低い高性能な除加湿ロータの開発·設計および省エネルギー性の高いシステムの構築に有用な知見を得ることである．既報[6] では，ロータ内の動的シミュレーション[5]を用い，空調温度域において吸着平衡特性がそれぞれ異なるシリカゲル，ゼオライトおよび細孔径が制御された吸着材の計3 種類を対象とし，除加湿性能を検討した．その結果，除加湿速度は特に低温再生時に大きく変化し，除湿効率が最大となる最適な再生温度，吸脱着分割角度およびロータ長さがある．また，平衡到達度はロータ長さが大きくなって滞留時間が長くなると低下する[6]傾向がわかった．さて，吸着材にとって1 サイクルあたりにロータに流入する空気条件が同じであれば，空気量が大きいほど遭遇する水分子の数も多くなり，吸着できる機会も増え，除加湿量も増加すると予想できる．そこで本報では吸着ロータの滞留時間およびロータ回転数を用いて，吸着材が1 サイクルあたり吸着側入口空気と出会う頻度を表す変数（性能予測変数）を定義し，それと上述の予測性能値の関係を調べた．具体的には，再生温度，湿度，ロータ回転数，風量，平衡吸着曲線など種々の条件のもとシミュレーションにより除加湿性能を求め，結果をまとめ，平衡到達度を容易な関数で表現できることがわかった．これを応用して諸性能を簡単に見積もる方法も提案した．