CN107427764A - 集水装置及集水方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实现了一种可以从高分子吸湿材料有效地排出所吸收的水的集水装置及集水方法。可以通过具备下述部件的集水装置解决上述课题：刺激提供单元，提供外部刺激以降低高分子吸湿材料与水的亲和性；振动单元，向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，从高分子吸湿材料释放出水。

Description

集水装置及集水方法
技术区域
本发明涉及一种集水装置及集水方法。
背景技术
作为除湿装置或调湿装置，通常有制冷循环式及沸石式两种类型。制冷循环式是通过内置压缩机(compressor)以蒸发器(evaporator)冷却室内空气，由此使空气内的湿气结露而进行除湿的方式(例如，参见专利文献1等)。沸石式是利用将沸石等吸湿性多孔质材料加工成转子状的部件，暂时使该转子对室内的空气的水分进行吸湿，使吸湿的转子接触由电加热器产生的高温的热风，将转子内的水分作为高温高湿的空气而取出，通过室内空气冷却该空气，由此使高温高湿的空气内的湿度结露从而进行除湿的方式(例如，参照专利文献2、3等)。此外，还使用组合了两个方式的特征的方式(例如，参照专利文献4等)。进一步地，作为大型空调系统，所谓除湿空调系统得到普及，该除湿空调系统使用吸附剂(硅胶、活性炭、沸石等)吸附或解吸水分，由此进行冷却等空气调节，由于保护地球环境的需求，现在高效地调湿系统的开发也正在积极地进行(例如，参照专利文献5、6等)。
然而，在制冷循环式中，存在一些问题，例如，使用会导致环境破坏的卤素气体；由于搭载有压缩机，因此除湿装置或调湿装置容易大型化、噪音较大等。另一方面，沸石式需要200℃以上的再生热，因此效率很差。结合以上内容的复合型通过将压缩机的压缩热的一部分用于沸石转子的再生等而被改善，可以扩大沸石式的利用范围，但是需要复杂的空气路径及机构，因此难以避免大型化。此外，通过对进行吸附等而收集的水蒸气进行过饱和冷却而使其冷凝这一点没有变化。此外，在除湿空调系统中，水分解吸依然需要大量热量。
另一方面，虽然不是有关除湿装置或调湿装置的技术，但作为除去凝露的方法，提出了使用热敏高分子凝胶的除湿吸水片材(例如，参照专利文献7)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本公开专利公报：日本特开2002-310485号公报(2002年10月23日公开)
[专利文献2]日本公开专利公报：日本特开2001-259349号公报(2001年9月25日公开)
[专利文献3]日本公开专利公报：日本特开2003-144833号公报(2003年5月20日公开)
[专利文献4]日本公开专利公报：日本特开2005-34838号公报(2005年2月10日公开)
[专利文献5]日本公开专利公报：日本特开平5-301014号公报(1993年11月16日公开)
[专利文献6]日本公开专利公报：日本特开2010-54184号公报(2010年3月11日公开)
[专利文献7]日本公开专利公报：日本特开2002-126442号公报(2002年5月8日公开)
发明内容
本发明所要解决的技术问题
但是，使用热敏高分子凝胶的除湿吸水片材是吸收水滴的技术，此外，从吸水后的除湿吸水片材排出水的效率也有待提高。
将刺激响应性高分子作为调湿材料使用，从吸收空气中的水后的吸湿材料中排出水则更加困难。
本发明是鉴于所述问题点而完成的，其目的在于实现一种可以从包含刺激响应性高分子的高分子吸湿材料中有效地排去所吸收的水的集水装置及集水方法。
解决问题的手段
为了解决所述课题，本发明中的集水装置，其特征在于，具备：高分子吸湿材料，其包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；刺激提供单元，其提供外部刺激以降低所述高分子吸湿材料与水的亲和性；振动单元，其用于对与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，从而收集从高分子吸湿材料中释放出的水。
为了解决所述课题，本发明中的集水方法，其特征在于，包含如下工序：向吸收空气中的水后的高分子吸湿材料提供外部刺激，从而降低与水的亲和性，其中，该高分子吸湿材料包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，从而收集从高分子吸湿材料释放出的水。
发明效果
根据所述结构，可以实现一种能够对包含刺激响应性高分子的高分子吸湿材料所吸收的水进行有效收集的集水装置及集水方法。
附图说明
[图1]为表示在基于本发明的各实施方式中，使用多孔性高分子吸湿材料的情况下，空气中的水(水蒸气)的吸收及释放的情况的概念图。
[图2]为基于本发明的实施方式一中的集水装置的纵截面图。
[图3]为基于本发明的实施方式一中的集水装置的横截面图。
[图4]为表示在基于本发明的实施方式一中，通过吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、超声波振子与加热器接触之前的元件的状态的图。
[图5]为表示在基于本发明的实施方式一中，通过吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、超声波振子与加热器接触之后的元件的状态的图。
[图6]为基于本发明的实施方式二中的集水装置的纵截面图。
[图7]为基于本发明的实施方式二中的集水装置的横截面图。
[图8]为表示在基于本发明的实施方式二中，通过吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、超声波振子与加热器接触之前的元件的状态的图。
[图9]为表示在基于本发明的实施方式二中，通过吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、超声波振子与加热器接触之后的元件的状态的图。
[图10]为基于本发明的实施方式三中的集水装置的纵截面图。
[图11]为基于本发明的实施方式三中的集水装置的横截面图。
[图12]为表示在基于本发明的实施方式三中，通过主吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、主超声波振子与主加热器接触之前的元件的状态的图。
[图13]为表示在基于本发明的实施方式三中，通过主吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、主超声波振子与主加热器接触之后的元件的状态的图。
[图14]为表示在基于本发明的实施方式三中，排出至主高分子吸湿材料表面的水移动至副高分子吸湿材料时的状态的图。
[图15]表示在基于本发明的实施方式三中，通过副超声波振子与副加热器接触，释放出的水被排出至副高分子吸湿材料表面时的状态的图。
[图16]为基于本发明的实施方式四中的集水装置的纵截面图。
[图17]为基于本发明的实施方式四中的集水装置的横截面图。
[图18]为表示在基于本发明的实施方式四中，通过主吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、主超声波振子与主加热器接触之前的元件的状态的图。
[图19]为表示在基于本发明的实施方式四中，通过主吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、主超声波振子与主加热器接触之后的元件的状态的图。
[图20]表示在基于本发明的实施方式四中，通过副超声波振子与副加热器接触，从副吸湿单元的集水元件释放出的水排出至副高分子吸湿材料表面时的状态的图。
[图21]为基于本发明的实施方式五中的集水装置的纵截面图。
[图22]为基于本发明的实施方式五中的集水装置的横截面图。
[图23]为表示在基于本发明的实施方式五中，通过压缩辊挤压吸附材料来收集存留于吸附辊的吸附材料中的水时的状态的图。
[图24]表示在基于本发明的实施方式五中，通过吸湿单元的旋转而移动至释放区域之后、超声波振子与加热器接触之后的元件的状态的图。
具体实施方式
〔实施方式一〕
下面，对本发明的一种实施方式进行说明。
图2表示本发明的实施方式一中的集水装置101的纵截面图。
集水装置101具备长方体壳体，在该壳体上具备：进气口5，其形成在上部的一侧面；排气口7，其形成在与上部的该侧面相对的侧面；槽收纳部，其形成在排气口7侧的下部，且收纳排水槽9。进气口5在集水装置101的内部侧具备进气过滤器6。
在集水装置101的进气口5和排气口7之间设有空气流通壁23。图2中，如箭头所示，从进气口5进入的空气在空气流通壁23所限定的空气内流通。在气流通路内，从空气入口侧依次设有进气口5、进气过滤器6、鼓风机8、吸湿单元1及排气口7。
在四边形板状基材3上层叠高分子吸湿材料2，得到叠层体，板状加热器4以与基材3接触的方式设置在叠层体的基材3侧，由此得到一元件，该元件以放射状被固定多个在圆盘状的旋转的台座上，从而形成一部件即吸湿单元1。图3为集水装置101由高分子吸湿材料2的层的截面切割而成的横截面图。如图2及图3所示，吸湿单元1位于与集水装置101的壳体形成有进气口5的侧面及形成有排气口7的侧面平行的面上，从进气口5侧向排气口7侧，各元件依次配置为高分子吸湿材料2、基材3及加热器4。构成吸湿单元1的各元件以放射状间隔配置在以步进电机10的旋转轴为中心的圆的圆周上，可以绕该旋转轴在图3中箭头所示方向(逆时针)上旋转。步进电机10驱动吸湿单元1以规定时间间隔及规定旋转角旋转，上述步进电机10由控制部(控制)控制。
作为高分子吸湿材料2，使用包含刺激响应性高分子的高分子吸湿材料2。另外，在本实施方式中，作为刺激响应性高分子，使用与响应于热的水的亲和性而可逆变化的温度响应性高分子。该温度响应性高分子为具有最低临界溶液温度(LCST(Lower CriticalSolution Temperature)，下面，在本说明书中，有时称为“LCST”。)的高分子。具有LCST的高分子在低温为亲水性，但达到LCST以上时，则变为疏水性。另外，在此，LCST是指将高分子溶解在水中时，在低温下为亲水性而溶解于水，当达到某个温度以上时成为疏水性且不溶解的情况下的该临界的温度。
刺激响应性高分子更优选为多孔性，但不一定必须为多孔性。另外，后面将对高分子吸湿材料2的具体例子进行说明。
如图3所示，吸湿单元1的旋转区域被区分为位于集水装置101的上部的吸湿区域25及位于集水装置101的下部的释放区域24，每当吸湿单元1按照一定时间间隔及规定旋转角旋转时，所述各元件中的一个从吸湿区域25移动至释放区域24，所述各元件中的一个从释放区域24移动至吸湿区域25。在本实施方式中，位于集水装置101的下部的三个元件位于释放区域24内。在释放区域24中，在与刚移动至释放区域24内之后的元件以及处于最下部的元件的加热器4的加热器电极接触而能够通电的位置，分别配置有未图示的加热器用固定电极。由此，吸湿单元1的所述各元件由步进电机10驱动旋转，达到配置有加热用固定电极的上述位置时，上述各元件的加热器4分别通电工作。在本实施方式中，即将从释放区域24内移动至吸湿区域25的元件的加热器4不工作，因此加热后的高分子吸湿材料2自然冷却。
在释放区域24中，进一步地，当所述各元件通过吸湿单元1的旋转到达集水装置101的最下部时，在接近所述各元件的加热器4的位置具备超声波振子11。吸湿单元1的所述各元件，当所述各元件通过吸湿单元1的旋转到达集水装置101的最下部时，超声波振子11根据未图示的控制部在规定时刻与加热器4接触，并向加热器4传递超声波振动。超声波振子11经由元件的加热器4及基材3分别向高分子吸湿材料2施加超声波振动。
另外，从进气口5获取的空气通过空气流通壁23而仅流通在吸湿区域25，而不会在释放区域24流通。在释放区域24的下部设置有滴下口，在设置于该滴下口的下部的排水箱9聚集并进行排水。
接着，参照图1～5对利用集水装置101的集水方法进行说明。首先，当集水装置101运转时，集水装置101内的鼓风机8工作，空气(潮湿空气12)经由进气过滤器6从进气口5进入集水装置101内。步进电机10驱动吸湿单元1以规定的时间间隔及旋转角绕步进电机10的旋转轴旋转。
进入集水装置101的空气(潮湿空气12)通过吸湿区域25时，与吸湿单元1的高分子吸湿材料2接触。在吸湿区域25中，加热器4不工作，因此，室温下为亲水性的高分子吸湿材料2吸收空气(潮湿空气12)中的水分。由此，通过吸湿区域25的潮湿空气12被除湿，除湿后的空气(干燥空气13)从排气口7排出。
步进电机10驱动吸收空气(潮湿空气12)中的水分后的吸湿单元1的所述各元件依次从吸湿区域25向释放区域24内移动。在释放区域24内，所述各元件的加热器4的加热电极与加热用固定电极接触并通电，由此，各高分子吸湿材料2被加热器4加热。而且，当所述各元件通过吸湿单元1的旋转到达集水装置101的最下部时，在规定时刻向该元件的加热器4施加超声波振动。
通过加热器4将基材3加热与经由基材3将高分子吸湿材料2加热，从而高分子吸湿材料2成为LCST以上，与水的亲和性下降而成为疏水性。其结果，被高分子吸湿材料2吸湿的水分作为液体的水从高分子吸湿材料2释放。此处，释放出的水存留在高分子吸湿材料2内部的孔部分或者少量从高分子吸湿材料2渗出。这样，难以排出从高分子吸湿材料2释放出的微量的水。在本发明中，可以使用超声波振动将释放出的微量的水排出至高分子吸湿材料2的表面。图4为表示通过吸湿单元1的旋转而移动至集水装置101的最下部之后、超声波振子11与加热器4接触之前的元件的状态的图。在该阶段，从高分子吸湿材料2释放出的水还未排出至高分子吸湿材料2的表面。图5为表示通过吸湿单元1的旋转而移动至集水装置101的最下部之后、超声波振子11与加热器4接触之后的元件的状态的图。超声波振动经由基材3传递至高分子吸湿材料2，由此，释放出的水被排出至高分子吸湿材料2的表面并收集。如上所收集的水被作为水滴14排入排水槽9。
特别是，在高分子吸湿材料2为多孔性的情况下，可以高速吸收更多的水，但所吸收的水非常难以回收。图1为示意性表示使用多孔性高分子吸湿材料2时，空气中的水(水蒸气)的吸收及释放的状态的图。在多孔性高分子吸湿材料中，于高分子吸湿材料的本体部分26之间形成有很多孔部分27。图1A为表示高分子吸湿材料为亲水性时的状态的图。在该状态下，空气中的水被高分子吸湿材料吸收，如图中圆点所示，其存在于高分子吸湿材料的本体部分。当该吸收水后的高分子吸湿材料与水的亲和性响应于外部刺激降低而变为疏水性时，如图1B所示那样释放出水，释放出的水从高分子吸湿材料的本体部分渗出，并存留在孔部分中。在本发明中，通过利用超声波振子等振动单元向多孔性高分子吸湿材料施加振动，如图1C所示，可以将存留在孔部分中的水排出至高分子吸湿材料的外部。
在本发明中，使用包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子的高分子吸湿材料2，被该高分子吸湿材料2所吸收的水向所述高分子吸湿材料2提供外部刺激，降低其与水的亲和性，同时向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料2施加振动，从而可以有效收集从高分子吸湿材料2释放出的水。
进一步地，通过使用响应性高分子作为高分子吸湿材料2，当用于调湿装置时，无需像现有调湿装置那样使用过冷或大量热量，仅通过将高分子吸湿材料加热至LCST以上，即可以将所吸收的水分以液体状态直接排出，其中，该响应性高分子的LCST为超过室温左右的温度，例如40℃以上的较低温度，例如40℃～100℃，更优选为40℃～70℃。
在本实施方式中，由于包含高分子吸湿材料2的多个元件采用以放射状配置并旋转的结构，因此，可以使用吸湿区域25内的多元件进行吸湿，同时向释放区域24内剩余的多个元件提供刺激及振动从而排出水。即，吸湿及释放可以同时进行。
作为基材3，只要能够经由该基材3将加热器4的热传递给高分子吸湿材料2即可，没有特别限定，例如，可以优选使用铝、不锈钢等金属。此外，基材3的材料也可以为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、聚烯烃、聚丙烯酸酯等树脂；还可以为二氧化硅、陶瓷等。当使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)等作为基材3的材料时，优选在基材3的表面涂布炭黑、氧化铁粒子等光热转换材料或氧化铁基陶瓷粒子、磁铁矿纳米粒子等磁性热转换材料。由此，可以通过施加光照射或磁场等来加热基材3，从而可以加热高分子吸湿材料2。
向基材3层叠高分子吸湿材料2的方法也没有特别限定，例如，可以使用通过粘合剂、硅烷偶联剂等进行叠层的方法。
此外，在上述例子中，板状加热器4以与基材3接触的方式，配置于在板状基材3上层叠高分子吸湿材料2叠层而成的叠层体的基材3侧，超声波振子11配置在能够与加热器4接触并向加热器4施加超声波振动的位置，但超声波振子11也可以配置在能够与高分子吸湿材料2接触并向高分子吸湿材料2直接施加超声波振动的位置。而且，在上述例子中，在板状基材3上层叠高分子吸湿材料2而成的叠层体的基材3侧，以与基材3接触的方式设有板状加热器4，但加热器4也可以设于板状基材3上层叠高分子吸湿材料2而成的叠层体的高分子吸湿材料2侧。在该情况下，超声波振子11可以配置在能够与加热器4接触并向加热器4施加超声波振动的位置，也可以配置在能够与基材3接触并向高分子吸湿材料2施加超声波振动的位置。
在上述例子中，作为用于使高分子吸湿材料2振动，并将从高分子吸湿材料2渗出的水排出的振动单元，使用了超声波振子11，但振动单元只要能够施加超声频率范围的振动即可，其结构没有特别限定。此外，作为振动单元，除超声波振子以外，也可以使用，例如，施加高频的振动磁铁、驻极体、Fe-Ga等磁致伸缩振荡器、石英振荡器、自激振荡的高分子凝胶等。此外，振动单元也可以具备谐振器。
在上述例子中，集水装置101具备壳体、进气口5、进气过滤器6、鼓风机8、排气口7及排水槽9。该集水装置101自身也可以用作调湿装置。但是，也可以除去这些元件，仅由集水部构成集水装置101。即，集水装置101可以为至少具备吸湿单元1、步进电机10及超声波振子11的装置。在该情况下，集水装置101可以作为部件安装于调湿装置。
在上述例子中，为了有效地向高分子吸湿材料2提供热刺激，使用了板状加热器4，但加热器4的形状不限定于板状，也可以沿高分子吸湿材料2配置。此外，只要能够向高分子吸湿材料2提供热刺激即可，也可以使用除加热器4以外的加热装置。作为该加热装置，例如，可以举出：卤素灯、红外线灯、氙气灯等。
此外，在上述例子中，作为高分子吸湿材料2，使用了板状或层状高分子吸湿材料，但高分子吸湿材料2的形状不限定于此，例如，也可以为粒子状。
在上述例子中，吸湿单元1具备12个所述元件，但所述元件的数量不限定于此。此外，在上述例子中，释放区域24中具有3个元件，吸湿区域25中具有9个元件，但该比例不限定于此，可以适当变更。
在上述例子中，步进电机10驱动吸湿单元1以规定时间间隔及规定旋转角旋转，但也可以根据使用者的指示旋转，还可以在吸湿区域25内的气流通路内设置用于检测吸湿量的传感器，当该吸湿量达到规定值以上时进行旋转。
此外，加热用固定电极及超声波振子11也可以配置在与释放区域24内的部分元件或释放区域24内的单个元件的加热器4接触的位置。例如，当元件到达集水装置101的最下部时，加热用固定电极及超声波振子11也可以配置在与该元件的加热器4接触的位置。或者，也可以在与释放区域24内的部分元件的加热器4接触的位置上仅配置加热用固定电极，在与其它部分的加热器4接触的位置上仅配置超声波振子11。
此外，在上述例子中，作为高分子吸湿材料2，使用了包含具有LCST的温度响应性高分子的高分子吸湿材料，但上述高分子吸湿材料所包含的温度响应性高分子只要为温度响应性高分子即可，也可以不是LCST型，也可以使用包含响应于其它刺激的刺激响应性高分子的高分子吸湿材料。当使用包含响应于其它刺激的刺激响应性高分子的高分子吸湿材料时，作为刺激提供单元，使用施加红外线、紫外线、可见光等光及电场等响应刺激的装置来代替加热器4即可。
在上述例子中，排出至高分子吸湿材料2的表面的水被作为水滴14收集，并排入排水槽9，但也可以通过例如，高速旋转的离心法来收集所排出的水。
此外，吸湿单元1中包含的所述元件的形状、所述各元件之间的间隔、空气流通壁23的形状、排水槽9的位置、壳体的形状等不限定于图2及图3所示的情况，可以适当变更。
〔实施方式二〕
下面，对本发明的其它实施方式进行详细说明。
另外，为了方便说明，与所述实施方式一中所说明的部件具有相同功能的部件带有相同符号，并省略其说明。
图6表示本发明的实施方式二中的集水装置102的纵截面图，图7表示集水装置102的横截面图。
在本实施方式中，鼓风机8配置在排气口侧。因此，在气流通路内，自空气的入口侧依次设有进气口5、进气过滤器6、吸湿单元1、鼓风机8及排气口7。
此外，如图6及图7所示，在基材3上层叠高分子吸湿材料2，得到叠层体，加热器4以与基材3接触的方式设置在叠层体的基材3侧，由此得到一元件，该元件以放射状被固定多个在圆筒的侧面上，从而形成一部件即吸湿单元1。所述圆筒为以步进电机10的旋转轴为中心轴的圆筒，在集水装置102内，该步进电机10的旋转轴在与形成有进气口5的壳体侧面垂直的方向上延伸。各元件以等间隔并列排布的方式配置在所述圆筒的侧面上。吸湿单元1可以以步进电机10的旋转轴为旋转轴，在图7中箭头所示的方向(逆时针)上旋转。吸湿单元1的旋转由步进电机10驱动。
图7为集水装置102经一截面切割而成的横截面图，其中，该截面是所述圆筒被与形成有进气口5的壳体侧面平行的面二等分而成的截面。在本实施方式中，当吸湿单元1的各元件彼此相邻地并列配置在所述圆筒的侧面上时，其横截面具有弧形，以使整体形成圆筒形。即，基材3、高分子吸湿材料2及加热器4具有横截面弯曲为弧形的板状形状。此时，吸湿单元1的各元件以高分子吸湿材料2配置在圆弧外侧，加热器4配置在圆弧内侧的方式进行配置。步进电机10驱动吸湿单元1以规定时间间隔及规定旋转角旋转。
如图7所示，吸湿单元1的旋转区域被区分为位于集水装置102的上部的吸湿区域25及位于集水装置102的下部的释放区域24，每当吸湿单元1以规定时间间隔及规定旋转角旋转时，所述各元件中的一个从吸湿区域25移动至释放区域24，所述各元件中的一个从释放区域24移动至吸湿区域25。在本实施方式中，位于集水装置102的下部的两个元件位于释放区域24内。在释放区域24中，加热用固定电极(无图示)配置在特定位置，在该特定位置处，其能够与刚刚移动至释放区域24内的位于最下部的元件的加热器4的加热电极接触并对加热器4通电。由此，当吸湿单元1的所述各元件通过步进电机10驱动旋转而到达释放区域24时，各元件的加热器4分别通电工作。
在释放区域24中，进一步地，当所述各元件通过吸湿单元1的旋转到达集水装置102的最下部时，在接近所述各元件的加热器4的位置处具备超声波振子11。吸湿单元1的所述各元件通过吸湿单元1的旋转到达集水装置102的最下部时，超声波振子11通过控制部(无图示)在规定时刻与加热器4接触，并向加热器4传递超声波振动。超声波振子11经由元件的加热器4及基材3分别向高分子吸湿材料2施加超声波振动。
另外，从进气口5进入的空气通过空气流通壁23仅在吸湿区域25内流通，不会流向释放区域24。
在释放区域24的下部设有滴水口，排水槽9中收集的水排入该滴水口的下部。
接着，参照图6～9，对使用集水装置102的集水方法进行说明。首先，集水装置102运转时，集水装置102内的鼓风机8作业，空气(潮湿空气12)经由进气过滤器从进气口5进入集水装置102内。步进电机10驱动吸湿单元1以规定时间间隔及旋转角绕步进电机10的旋转轴旋转。
进入集水装置102的空气(潮湿空气12)通过吸湿区域25时，与吸湿单元1的高分子吸湿材料2接触。在吸湿区域25中，由于加热器4不工作，因此在室温下为亲水性的高分子吸湿材料2吸收空气(潮湿空气12)中的水分。由此，通过吸湿区域25的潮湿空气被除湿，除湿后的空气(干燥空气13)从排气口7排出。
步进电机10驱动吸收空气(潮湿空气12)中的水分后的吸湿单元1的所述各元件依次从吸湿区域25向释放区域24内移动。在释放区域24内，各元件的加热器4的加热电极与加热用固定电极接触并通电，由此高分子吸湿材料2被加热器4加热。而且，向该元件的加热器4施加超声波振动。
通过加热器4将基材3加热与经由基材3将高分子吸湿材料2加热，从而高分子吸湿材料2成为LCST以上，与水的亲和性下降而成为疏水性。其结果，被高分子吸湿材料2吸湿的水分作为液体的水从高分子吸湿材料2释放。图8为表示通过吸湿单元1的旋转而移动至集水装置102的最下部之后、超声波振子11与加热器4接触之前的元件的状态的图。在该阶段，从高分子吸湿材料2释放出的水还未排出至高分子吸湿材料2的表面。图9为表示通过吸湿单元1的旋转而移动至集水装置102的最下部之后、超声波振子11与加热器4接触之后的元件的状态的图。超声波振动经由基材3传递至高分子吸湿材料2，由此，释放出的水被排出至高分子吸湿材料2的表面并收集。如上所收集的水被作为水滴14排入排水槽9。
在本实施方式中，向吸水后的高分子吸湿材料提供外部刺激，使其与水的亲和性降低，同时，向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，由此产生的效果、及使吸湿单元1旋转而产生的效果与实施方式一相同。
此外，基材3的材料、吸湿单元1的旋转方法以及振动单元的结构与实施方式一相同。高分子吸湿材料2中包含的刺激响应性高分子、刺激提供单元、加热器4的形状及种类、高分子吸湿材料2的形状、以及、刺激提供单元及振动单元的结构也可以像实施方式一那样进行变更。
另外，在上述例子中，吸湿单元1以高分子吸湿材料2配置在圆弧外侧，加热器4配置在圆弧内侧的方式构成，与之相反，吸湿单元1也可以以高分子吸湿材料2配置在圆弧内侧，加热器4配置在圆弧外侧的方式构成。在该情况下，加热用固定电极配置在吸湿单元1的外侧。
〔实施方式三〕
下面，对本发明的再一实施方式进行详细说明。
另外，为了方便说明，与所述实施方式一所说明的部件具有相同功能的部件带有相同符号，并省略其说明。
图10表示本发明的实施方式三中的集水装置103的纵截面图，图11表示集水装置103的横截面图。
本实施方式为实施方式一的变形，与实施方式一相比，仅释放区域24内的结构不同。即，在本实施方式中，如图10及图11所示，其具备集水元件，该集水元件与通过主吸湿单元1的旋转而移动至最下部的元件彼此相对。在四边形板状副基材16上层叠副高分子吸湿材料15，得到叠层体，板状副加热器17以与副基材16接触的方式设置在叠层体的副基材16侧，由此得到一部件即该集水元件。此外，在该集水元件上具有副超声波振子18，该副超声波振子18与副加热器17接触，副超声波振子18可以向副加热器17传递超声波振动。
该集水元件以如下方式配置：副高分子吸湿材料15与通过主吸湿单元1的旋转而移动至最下部的元件的主高分子吸湿材料2隔开规定间隔，且彼此平行相对。该集水元件可以通过未图示的控制部来控制副加热器17的加热、副超声波振子18引起的振动、及用于变更副高分子吸湿材料15和主高分子吸湿材料2之间间隔的集水元件在水平方向的前后移动。
图12为表示通过主吸湿单元1的旋转，移动至最下部之后、主超声波振子11与主加热器4接触之前的元件的状态的图。在该阶段，主高分子吸湿材料2被主加热器4加热并释放出水，但从主高分子吸湿材料2释放出的水还未排出至主高分子吸湿材料2的表面。另一方面，集水元件以副高分子吸湿材料15与主高分子吸湿材料2隔开规定间隔，且彼此平行相对的方式进行配置，副加热器17处于未加热状态。
图13为表示通过主吸湿单元1的旋转而移动至集水装置103的最下部之后、主超声波振子11与主加热器4接触之后的元件的状态的图。超声波振动经由主基材3传递至主高分子吸湿材料2，由此，释放出的水被排出至主高分子吸湿材料2的表面。另一方面，集水元件以副高分子吸湿材料15与主高分子吸湿材料2隔开规定间隔，且彼此平行相对的方式进行配置，副加热器17处于未加热状态。
之后，如图14所示，未图示的控制部控制集水元件向面向主吸湿单元1的元件的方向移动，副高分子吸湿材料15与主高分子吸湿材料2接触。此时，在集水元件中副加热器17不工作，因此，排出至主高分子吸湿材料2的表面的水移动至室温下为亲水性的副高分子吸湿材料15。
排出至主高分子吸湿材料2的表面的水移动至集水元件的副高分子吸湿材料15之后，未图示的控制部控制集水元件再次向远离已移动至最下部的元件的方向移动。由此，副高分子吸湿材料15和主高分子吸湿材料2之间的间隔再次回复为原来的间隔。
主吸湿单元1的各元件每次移动至最下部，则重复图12～图14所示的过程。释放出的水从主高分子吸湿材料2向集水元件的副高分子吸湿材料15移动规定次数之后，未图示的控制部控制集水元件再次向远离已移动至最下部的元件的方向移动。然后，集水元件的副高分子吸湿材料15被副加热器17加热的同时，副超声波振子18向该集水元件的副加热器17施加振动。
从而，如图15所示，通过副超声波振子18与副加热器17接触，超声波振动经由副基板16传递至副高分子吸湿材料15，由此，释放出的水被排出至副高分子吸湿材料15的表面并收集。如上收集的水被作为水滴14排入排水槽9。
根据本实施方式，可以将主吸湿单元1的各元件所吸收的水存留在集水元件中，集水元件在充分吸水的状态下，统一收集水。
〔实施方式四〕
下面，对本发明的另一实施方式进行详细地说明。
另外，为了方便说明，与所述实施方式一所说明的部件具有相同功能的部件带有相同符号，并省略其说明。
图16表示本发明的实施方式四中的集水装置104的纵截面图，图17表示集水装置104的横截面图。
本实施方式为实施方式二的变形，与实施方式二相比，仅释放区域24的结构不同。即，在本实施方式中，如图16及图17所示，释放区域24内设有圆筒形副吸湿单元19，该副吸湿单元19具有一侧面，该侧面与主吸湿单元1固定有多个元件的圆筒侧面相接触。副吸湿单元19随吸湿单元1的旋转而旋转。
在副基材16上层叠副高分子吸湿材料15，形成叠层体，副加热器17以与副基材16接触的方式设置在该层叠体的副基材16侧，由此形成集水元件，该集水元件被固定多个在圆筒侧面上，从而形成一部件即副吸湿单元19。
此外，未图示的加热用固定电极配置在特定位置，在该特定位置处，当副吸湿单元19旋转时，加热用固定电极能够与移动至圆筒最下部的所述各集水元件的副加热器17的加热电极接触并向副加热器17通电。而且，当所述各集水元件通过副吸湿单元19的旋转到达圆筒最下部时，在接近所述各集水元件的副加热器17的位置处具备副超声波振子18。副吸湿单元19的所述各集水元件到达圆筒最下部时，未图示的控制部使副超声波振子18在规定时刻与副加热器17接触，并向副加热器17传递超声波振动。副超声波振子18经由集水元件的副加热器17及副基材16分别向副高分子吸湿材料15施加超声波振动。
另外，在本实施方式中，位于集水装置104的下部的三个元件位于释放区域24内。在释放区域24中，未图示的加热用固定电极配置在特定位置，在该特定位置处，其能够与刚刚移动至释放区域24内的元件的主加热器4的加热电极接触并向主加热器4通电的位置。在与刚刚移动至释放区域24内的元件的主加热器4接近的位置处还具备主超声波振子11。由此，当主吸湿单元1的所述各元件由步进电机10驱动旋转而到达释放区域24时，各元件的主加热器4分别通电工作。此外，在该主加热器4可以工作的元件中，未图示的控制部控制主超声波振子11在规定时刻与主加热器4接触，并向主加热器4传递超声波振动。主超声波振子11经由元件的主加热器4及主基材3分别向主高分子吸湿材料2施加超声波振动。
图18为表示通过主吸湿单元1的旋转而移动至释放区域24内之后、主超声波振子11与主加热器4接触之前的元件的状态的图。在该阶段，主高分子吸湿材料2被主加热器4加热并释放出水，但从主高分子吸湿材料2释放出的水还未排出至主高分子吸湿材料2的表面。图19为表示主超声波振子11与主加热器4接触之后的元件的状态的图。由此，释放出的水被排出至主高分子吸湿材料2的表面。而且，释放出的水排出至主高分子吸湿材料2的表面的元件通过主吸湿单元1的旋转而移动至集水装置104的最下部。此时，副吸湿单元19与该元件接触的集水元件处于副加热器17未通电的状态，因此，排出至主高分子吸湿材料2的表面的水向室温下为亲水性的副高分子吸湿材料15移动。
从通过主吸湿单元1的旋转而移动至形成主吸湿单元1的圆筒的最下部的各元件向副吸湿单元19的集水元件，从主吸湿单元1的各元件所排出的水依次进行移动。由此，连续地重复由主吸湿单元1的各元件进行的空气中的水的吸湿、释放以及向副吸湿单元19的集水元件收集水。
然后，如图20所示，控制副吸湿单元19的最下部所具备的加热用固定电极和副加热器17在适当的时刻接触从而使副加热器17工作，同时，使副加热器17与副超声波振子18接触，从而可以有效地收集存留在副吸湿单元19的集水元件中的水。
〔实施方式五〕
下面，对本发明的另一实施方式进行详细说明。
另外，为了方便说明，与所述实施方式一所说明的部件具有相同功能的部件带有相同符号，并省略其说明。
图21表示本发明的实施方式五中的集水装置105的纵截面图，图22表示集水装置105的横截面图。
本实施方式为实施方式二的变形，与实施方式二相比，仅释放区域24的结构不同。即，在本实施方式中，如图21及图22所示，在释放区域24内设有圆筒形吸附辊20，该圆筒形吸附辊20具有与主吸湿单元1固定有多个元件的圆筒侧面相接触的侧面。吸附辊20为在圆筒形旋转体上固定有吸附材料21而成的部件，其随吸湿单元1的旋转而旋转。
吸附材料21由具有吸水性的海绵等材料构成。在吸附辊20的下部设有圆筒形压缩辊22，该圆筒形压缩辊22具有与吸附辊20的圆筒形侧面相接触的侧面。压缩辊22在压缩辊电机28的驱动下，随吸附辊20的旋转而旋转。
图24为表示通过吸湿单元1的旋转而移动至集水装置105的最下部之后、超声波振子11与加热器4接触之后的元件的状态的图。在该元件中，高分子吸湿材料2被加热器4加热，而且，在该圆筒的最下部，向加热器4施加超声波振动。由此，在位于形成吸湿单元1的圆筒的最下部的元件中，从高分子吸湿材料2释放出的水被排出至高分子吸湿材料2的表面。
此时，排出至高分子吸湿材料2的表面的水通过吸附辊20与该元件接触的吸附材料21的吸水性而被吸附材料21所吸收。
这样，从该元件排出的水，依次从通过吸湿单元1的旋转而移动至形成吸湿单元1的圆筒的最下部的各元件向吸附辊20的吸附材料21移动。由此，主吸湿单元1的各元件吸收并释放空气中的水及向吸附辊19的吸附材料21收集水这些操作连续反复进行。
然后，如图23所示，可以通过在适当时刻利用压缩辊22挤压吸附材料21而有效地收集吸附辊20的吸附材料21中所存留的水。
〔高分子吸湿材料的详情〕
下面，对上述各实施方式中所使用的包含刺激响应性高分子的高分子吸湿材料进行详细说明。另外，在本说明书中，在意思是指“丙烯酸”或者“甲基丙烯酸”中的任一个的情况下，记为“(甲基)丙烯酸”。
在上述各实施方式中，使用包含刺激响应性高分子干燥体的高分子吸湿材料。特别是当刺激响应性高分子为交联体时，多形成高分子交联而成的三维网络结构吸收水、有机溶剂等溶剂溶胀而成的凝胶。在该情况下，在上述各实施方式中，使用高分子凝胶的干燥体。在此，高分子凝胶的干燥体是指通过对高分子凝胶进行干燥而除去溶剂后的物质。另外，在本发明中，高分子凝胶的干燥体无需从高分子凝胶完全除去溶剂，只要能够吸收空气中的水分，包含溶剂或水也无所谓。因此，就所述高分子凝胶的干燥体的含水率而言，只要该干燥体可以吸收空气中的水分即可，没有特别限定，例如，优选为40重量％以下。另外，此处含水率是指水分相对于高分子凝胶的干燥重量的比例。
刺激响应性高分子是指使其性质响应于外部刺激而可逆变化的高分子。在本发明中，使用响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子。
作为所述外部刺激，没有特别限定，例如，可以举出：热、光、电场、pH等。
此外，响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化是指，暴露于外部刺激的高分子响应于外部刺激在亲水性和疏水性之间可逆变化。
其中，响应于热而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子，即，温度响应性高分子通过使用简易加热装置使其温度变化，可以可逆地吸收空气中的水分(水蒸气)及释放所吸收的水分，因此，可以特别优选用于调湿机。
作为所述温度响应性高分子，更具体而言，例如，可以举出：聚(N-异丙基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-正丙基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-甲基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-乙基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-正丁基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-异丁基(甲基)丙烯酰胺)、聚(N-叔丁基(甲基)丙烯酰胺)等聚(N-烷基(甲基)丙烯酰胺)；聚(N-乙烯基异丙基酰胺)、聚(N-乙烯基正丙基酰胺)、聚(N-乙烯基正丁基酰胺)、聚(N-乙烯基异丁基酰胺)、聚(N-乙烯基-叔丁基酰胺)等聚(N-乙烯基烷基酰胺)；聚(N-乙烯基吡咯烷酮)；聚(2-乙基-2-噁唑啉)、聚(2-异丙基-2-噁唑啉)、聚(2-正丙基-2-噁唑啉)等聚(2-烷基-2-噁唑啉)；聚乙烯基甲醚、聚乙烯基乙醚等聚乙烯基烷基醚；聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的共聚物；聚(氧乙烯乙烯基醚)；甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等纤维素衍生物等及这些高分子的共聚物。
此外，温度响应性高分子也可以为这些高分子的交联体。当温度响应性高分子为交联体时，作为该交联体，例如，可以举出：N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N-正丙基(甲基)丙烯酰胺、N-甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙基(甲基)丙烯酰胺、N-正丁基(甲基)丙烯酰胺、N-异丁基(甲基)丙烯酰胺、N-叔丁基(甲基)丙烯酰胺等N-烷基(甲基)丙烯酰胺；N-乙烯基异丙基酰胺、N-乙烯基正丙基酰胺、N-乙烯基正丁基酰胺、N-乙烯基异丁基酰胺、N-乙烯基-叔丁基酰胺等N-乙烯基烷基酰胺；乙烯基甲醚、乙烯基乙醚等乙烯基烷基醚；环氧乙烷和环氧丙烷；2-乙基-2-噁唑啉、2-异丙基-2-噁唑啉、2-正丙基-2-噁唑啉等2-烷基-2-噁唑啉等单体或这些单体中的两种以上在交联剂存在下聚合而得到的高分子。
作为所述交联剂，可以适当选用现有公知的物质，例如，可以优选使用：乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、N,N’-亚甲基双(甲基)丙烯酰胺、甲苯二异氰酸酯、二乙烯基苯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯等具有可聚合官能团的交联性单体；戊二醛；多元醇；多元胺；多价羧酸；钙离子、锌离子等金属离子等。这些交联剂可以单独使用，也可以组合使用两种以上。
此外，作为响应于光而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子，可以举出：偶氮苯衍生物、螺吡喃衍生物等亲水性或极性根据光而产生变化的高分子、它们与温度响应性高分子及pH响应性高分子中的至少一种的共聚物、所述光响应性高分子的交联体或所述共聚物的交联体。
此外，作为响应于电场而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子，可以举出：具有羧基、磺酸基、磷酸基、氨基等解离基团的高分子、含羧基高分子和含氨基高分子的复合物等通过静电相互作用或氢键等而形成复合物的高分子或它们的交联体。
此外，作为响应于pH而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子，可以举出：具有羧基、磺酸基、磷酸基、氨基等解离基团的高分子、含羧基高分子和含氨基高分子的复合物等通过静电相互作用后氢键等形成复合物的高分子或它们的交联体。
此外，刺激响应性高分子也可以为上述刺激响应性高分子的衍生物，也可以为与其它单体的共聚物。另外，作为其它单体，没有特别限定，可以为任意单体。例如，可以优选使用：(甲基)丙烯酸、烯丙基胺、醋酸乙烯酯、(甲基)丙烯酰胺、N,N’-二甲基(甲基)丙烯酰胺、2-羟乙基甲基丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸烷酯、马来酸、乙烯基磺酸、乙烯基苯磺酸、丙烯酰胺烷基磺酸、二甲氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯腈等单体。
或者，刺激响应性高分子也可以为与其它交联高分子或未交联高分子形成互穿聚合物网络结构或半互穿聚合物网络结构而成的高分子。
所述刺激响应性高分子的分子量也没有特别限定，优选通过凝胶渗透色谱法(GPC)确定的数均分子量为3000以上。
所述刺激响应性高分子的制造方法也没有特别限定，可以适当选用现有公知的方法。此外，多孔性的所述刺激响应性高分子的制造方法也没有特别限定，例如，可以通过冷冻干燥、真空干燥等使所述刺激响应性高分子干燥从而制备。
另外，学术上，将空气中的水分(水蒸气)被高分子干燥体所吸附并吸收称为吸附作用。但是，在本发明中，着眼于通过提供外部刺激释放吸收至该干燥体内部的水分，因此，将空气中水分被吸收至将该干燥体的内部的现象成为“吸湿”，将通过施加外部刺激将液体水形成水滴并释放的现象称为“水(水分)的释放”。
〔总结〕
作为本发明的方式一涉及的集水装置，其具备：高分子吸湿材料，其包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；刺激提供单元，其提供外部刺激以降低所述高分子吸湿材料与水的亲和性；振动单元，其向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，从而收集从高分子吸湿材料释放出的水。
根据所述构成，起到可以有效收集从高分子吸湿材料释放出的水的效果。
作为本发明的方式二涉及的集水装置，在所述方式一中，所述振动单元可以为向所述高分子吸湿材料施加超声波振动的超声波振动单元。
根据所述构成，起到如下效果，即，利用水和高分子吸湿材料很小的固有频率差异，可以将从高分子吸湿材料释放出的水作为容易移动的水而有效收集。
作为本发明的方式三涉及的集水装置，在所述方式一或二中，所述刺激响应性高分子可以为多孔性。
根据所述结构，起到如下效果，即，可以高速吸收更多的水，同时，可以有效地收集从高分子吸湿材料释放出的水。
作为本发明的方式四涉及的集水装置，在所述方式一至方式三的任意一种方式中，所述外部刺激可以为热、光、电场或pH。
根据所述构成，可以通过提供热、光、电场或氢离子指数的变化，改变吸湿材料对于水的亲和性，使其释放出被吸湿材料吸收的水分。
作为本发明的方式五涉及的集水方法，其包含如下工序：向吸收空气中的水后的高分子吸湿材料提供外部刺激，从而降低与水的亲和性，其中，该高分子吸湿材料包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动，从而收集从高分子吸湿材料释放出的水。
根据所述构成，可以起到有效地收集从高分子吸湿材料释放出的水的效果。
此外，本发明涉及的调湿装置具备所述集水装置。
根据所述构成，起到无需过冷或大量热量即可有效进行调湿的效果。
本发明不限定于上述各实施方式，可以在权利要求所示的范围内进行各种变更，不同实施方式中分别公开的技术方案适当组合而成的实施方式也包含在本发明的技术范围内。而且，通过对各实施方式中分别公开的技术方案进行组合，可以形成新的技术特征。
工业实用性
根据本发明中的集水装置及集水方法，可以有效地收集从高分子吸湿材料释放出的水，因此，在用于调湿装置的情况下无需使用过冷或大量热量即可有效除湿。
因此，本发明涉及的集水装置及集水方法非常有用，可以优选用于调湿装置。
符号说明
1 吸湿单元
2 高分子吸湿材料或主高分子吸湿材料
3 基材或主基材
4 加热器或主加热器(刺激提供单元)
5 进气口
6 进气过滤器
7 排气口
8 鼓风机
9 排水槽
10 步进电机
11 超声波振子或主超声波振子(振动单元)
12 潮湿空气
13 干燥空气
14 水滴
15 副高分子吸湿材料
16 副基材
17 副加热器(刺激提供单元)
18 副超声波振子(振动单元)
19 副吸湿单元
20 吸附辊
21 吸附材料
22 压缩辊
23 空气流通壁
24 释放区域
25 吸湿区域
26 高分子吸湿材料的本体部分
27 高分子吸湿材料的孔部分
28 压缩辊电机

Claims (5)

1.一种集水装置，其特征在于，具备：
高分子吸湿材料，其包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；
刺激提供单元，其提供外部刺激以降低所述高分子吸湿材料与水的亲和性；
振动单元，其向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动。
2.根据权利要求1所述的集水装置，其特征在于，所述振动单元为向所述高分子吸湿材料施加超声波振动的超声波振动单元。
3.根据权利要求1或2所述的集水装置，其特征在于，所述刺激响应性高分子为多孔性。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的集水装置，其特征在于，所述外部刺激为热、光、电场、或pH。
5.一种集水方法，其特征在于，包括如下工序：
向吸收空气中的水后的高分子吸湿材料提供外部刺激，从而降低与水的亲和性，其中，该高分子吸湿材料包含响应于外部刺激而与水的亲和性可逆变化的刺激响应性高分子；
向与水的亲和性降低后的高分子吸湿材料施加振动。
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