DE102010025394A1

DE102010025394A1 - Klimatisierungssystem

Info

Publication number: DE102010025394A1
Application number: DE102010025394A
Authority: DE
Inventors: Junya Ishida; Katsunori Aichi Iwase; Manabu Aichi-ken Maeda; Mamoru Gunma-ken Hagiwara
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd; Shin Etsu Chemical Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: CN101935432A; US8419840B2; JP5281970B2; DE102010025394B4; US20100326121A1; JP2011012114A

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Klimatisierungssystem bereit, das einem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran ein Gas zuführt und/oder ein Gas aus dem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran abführt, um ein Klimatisierungssystem bereitzustellen, das in der Luft suspendiertes Material, wie z. B. SPM, ausreichend blockieren kann, und das Außenluft in ausreichendem Maß einführen kann, wobei die durchlässige Membran eine asymmetrische Membran ist, die aus einem polymeren Material ausgebildet ist, das durch Polymerisieren einer Monomerzusammensetzung ausgebildet worden ist, die ein vorgegebenes Monomer enthält.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem.
Stand der Technik
Asymmetrische Membranen, die aus verschiedenen polymeren Materialien ausgebildet sind, sind bekannt. Beispiele für solche asymmetrischen Membranen umfassen Membranen, bei denen Fluor-enthaltende Polyimide als Beschichtungsmaterialien eingesetzt werden (Patentdokumente 1 und 2), eine Membran, bei der ein Polyacrylnitril eingesetzt wird (Patentdokument 3), eine Membran, bei der ein Polyolefin eingesetzt wird (Patentdokument 4), eine Membran, bei der ein Polyethersulfon eingesetzt wird (Patentdokument 5), Membranen, bei denen Poly(1-trimethylsilyl-1-propin) (PTMSP) eingesetzt wird (Patentdokumente 6 und 7), und Membranen, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden. Alle diese Membranen sind für eine Gastrennung oder Flüssig-Flüssig-Trennung vorgesehen und deren Gasdurchlässigkeit ist nicht ausreichend.
Technologische Fortschritte in neuerer Zeit haben es möglich gemacht, die Luftdichtigkeit selbst in Räumen wie Kraftfahrzeugen zu erhöhen, wo die Erhöhung der Luftdichtigkeit schwierig war. Wenn sich viele Fahrzeuginsassen über viele Stunden in einem Kraftfahrzeug mit einer so hohen Luftdichtigkeit befinden, wird eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration oder eine Zunahme der Kohlendioxidkonzentration stattfinden, die bei den Insassen Kopfschmerzen oder ein unangenehmes Gefühl verursachen kann. Folglich ist das Einführen einer angemessenen Menge an Außenluft erforderlich.
Städtische Straßen, Schnellstraßen und dergleichen sind jedoch mit Verschmutzungen wie z. B. Staub verunreinigt; daher ist die direkte Einführung von Außenluft in Kraftfahrzeuge im Hinblick auf die Gesundheit der Insassen sehr problematisch. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren, bei dem ein Einlass zum Einführen von Außenluft mit einem Filter zum Entfernen von Verunreinigungen in der Luft, wie z. B. von suspendiertem Material, ausgestattet wird.
Vliese, mechanische Filter und dergleichen wurden herkömmlich als derartige Filter verwendet. Im Patentdokument 10 wird ein Klimatisierungssystem für das gesamte Kraftfahrzeug vorgeschlagen.
Patentdokument 1: JP 05-7749 A
Patentdokument 2: JP 06-188167 A
Patentdokument 3: JP 05-184891 A
Patentdokument 4: JP 2002-535115 A
Patentdokument 5: JP 09-285723 A
Patentdokument 6: JP 60-132605 A
Patentdokument 7: JP 02-222715 A
Patentdokument 8: JP 11-192420 A
Patentdokument 9: JP 11-9976 A
Patentdokument 10: JP 2004-203367 A
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Herkömmliche Filter, wie z. B. Vliese und mechanische Filter, wiesen ein Problem dahingehend auf, dass sie in der Luft suspendiertes Material mit Teilchengrößen von 10 μm oder weniger (nachstehend als „SPM” bezeichnet) nicht ausreichend entfernen können. Bezüglich des SPM wird insbesondere bei Nanoteilchen mit Teilchengrößen in der Größenordnung von 10 Nanometern, wenn sie in einen menschlichen Körper eingeatmet werden, davon ausgegangen, dass sie die unteren Atemwege, wie z. B. die Bronchien und Alveolen, erreichen und leicht abgeschieden werden. Folglich gibt es einen intensiven Bedarf für die Entwicklung eines Klimatisierungssystems, das diese Nanoteilchen ausreichend blockieren kann.
Die Verwendung einer Gaspermeationsmembran, die aus einem polymeren Material hergestellt ist, als Filter ermöglicht die Entfernung von SPM in einem gewissen Maß; in diesem Fall ist jedoch die Gasdurchlässigkeit unzureichend und das Ziel der Einführung von ausreichend Außenluft kann nicht erreicht werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Klimatisirungssystems, das in der Luft suspendiertes Material, wie z. B. SPM, entfernen kann, und das Außenluft ausreichend einführen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Klimatisierungssystem bereit, das einem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran ein Gas zuführt und/oder ein Gas aus dem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran abführt, wobei die durchlässige Membran eine asymmetrische Membran ist, die aus einem polymeren Material hergestellt ist, das durch Polymerisieren einer Monomerzusammensetzung hergestellt worden ist, die ein durch die Formel (1) dargestelltes Monomer enthält:
worin jedes R¹ unabhängig eine C_1-12-Alkylgruppe und/oder eine C_6-10-Arylgruppe ist, X eine durch die Formel (i) dargestellte Gruppe und/oder eine durch die Formel (ii) dargestellt Gruppe ist:
worin jedes R² unabhängig eine C_1-12-Alkylgruppe ist, d eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und c eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist; a eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist und b eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
Gemäß eines solchen Klimatisierungssystems ist es möglich, in der Luft suspendiertes Material, wie z. B. SPM, ausreichend zu blockieren und Außenluft in ausreichendem Maß einzuführen. Die asymmetrische Membran bezieht sich auf eine Membran mit einer porösen Schicht und einer daran angrenzenden dichten Schicht. Vorzugsweise weist die Oberfläche der dichten Schicht Poren mit Nanometergröße oder Mikrometergröße in der asymmetrischen Membran auf.
Das polymere Material ist vorzugsweise ein Additionspolymer, das durch eine Additionspolymerisation einer Monomerzusammensetzung hergestellt wird, die das durch die Formel (1) dargestellte Monomer enthält. Dadurch kann ein stärker ausgeprägter erfindungsgemäßer Effekt erreicht werden.
Das polymere Material ist vorzugsweise ein polymeres Material, in dem Siliziumdioxid dispergiert ist. Dies verbessert die Gasdurchlässigkeit der asymmetrischen Membran.
Vorzugsweise genügt das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffdurchlässigkeitskoeffizienten P(O₂) und dem Kohlendioxiddurchlässigkeitskoeffizienten P(CO₂) der asymmetrischen Membran bei 23 ± 2°C und ohne Druckdifferenz über die Membran dem nachstehend angegebenen Ausdruck (3). Dadurch kann ein besonders ausgeprägter erfindungsgemäßer Effekt erreicht werden. 1,0 < P(O₂)/P(CO₂) < 1,70 (3).
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem kann in besonders geeigneter Weise auf Fahrzeuge (Automobile) und Häuser angewandt werden.
Erfindungsgemäß kann ein Klimatisierungssystem bereitgestellt werden, das in der Luft suspendiertes Material, wie z. B. SPM, ausreichend blockieren kann, und das Außenluft in ausreichendem Maß einführen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer asymmetrischen Membran zeigt,
2 ist eine Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Klimatisierungssystems für Häuser zeigt,
3 ist eine Zeichnung, die eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
4 ist eine Zeichnung, die eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
5 ist eine Zeichnung, die eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
6 ist eine Zeichnung, welche die dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
7 ist eine Zeichnung, die eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
8 ist eine Zeichnung, die eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
9 ist eine Zeichnung, die eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
10 ist eine Zeichnung, die eine siebte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für Fahrzeuge zeigt,
11 ist eine Zeichnung, die eine Ausführungsform eines durchlässigen Elements zeigt,
12 ist eine Zeichnung, die eine Ausführungsform eines durchlässigen Elements zeigt,
13 zeigt ein SEM-Bild einer asymmetrischen Membran gemäß Beispiel 6,
14 zeigt ein SEM-Bild einer asymmetrischen Membran gemäß Beispiel 12,
15 zeigt ein SEM-Bild einer asymmetrischen Membran gemäß Beispiel 14,
16 zeigt ein SEM-Bild einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran gemäß Vergleichsbeispiel 3,
17 ist eine schematische Ansicht, die eine Gasdurchlässigkeitsbewertungsvorrichtung zum Messen eines Gasdurchlässigkeitskoeffizienten zeigt,
18 ist eine schematische Ansicht einer Messvorrichtung zum Messen des SPM-Blockierungsverhältnisses und
19 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Messen der Festigkeit einer Membran.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben; die Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
Asymmetrische Membran
Die 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der asymmetrischen Membran zeigt. Die in der 1 gezeigte asymmetrische Membran 13 umfasst eine poröse Schicht 3 und eine dichte Schicht 5 angrenzend an die poröse Schicht 3. Die dichte Schicht 5 ist eine Schicht, die in diesem technischen Gebiet allgemein als „Hautschicht” bezeichnet werden kann. Die poröse Schicht 3 und die dichte Schicht 5 sind aus dem gleichen polymeren Material integriert ausgebildet. Die dichte Schicht 5 weist Poren in Nanometergröße oder Mikrometergröße auf (beispielsweise 20 bis 80 Nanometer).
In der asymmetrischen Membran 13 können Füllstoffe dispergiert sein. Die asymmetrische Membran 13 kann nur das polymere Material, das eine asymmetrische Struktur mit der porösen Schicht 3 und der dichten Schicht 5 bildet, oder das polymere Material und Füllstoffe als Hauptkomponenten enthalten, jedoch kann sie ferner andere Komponenten enthalten.
Die asymmetrische Membran 13 weist vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 10 mm auf.
Die dichte Schicht 5 weist die Funktion eines selektiven Durchlassens von Gasen, wie z. B. Stickstoff und Kohlendioxid, auf, während sie den Durchlass von SPM verhindert. Zu diesem Zweck kann die dichte Schicht 5 eine Dichte aufweisen, die derart ist, dass sie den Durchlass von SPM ausreichend verhindern kann. Insbesondere sind auf der Oberfläche der dichten Schicht 5 Poren in Nanometergröße oder Mikrometergröße ausgebildet. Die dichte Schicht 5 kann jedoch Poren mit einem Porenvolumen enthalten, das kleiner ist als dasjenige der porösen Schicht 3, und zwar als offene Zelle oder halb-offene Zelle.
Um eine ausreichende Gasdurchlässigkeit sicherzustellen, beträgt die Dicke der dichten Schicht 5 vorzugsweise 1 μm oder weniger. Die Dicke der dichten Schicht 5 beträgt vorzugsweise 0,005 μm oder mehr und mehr bevorzugt 0,01 μm oder mehr.
Die poröse Schicht 3 wirkt als Träger für die dichte Schicht 5, während sie einen hohen Gasdurchlässigkeitsgrad aufrechterhält. Wenn die dichte Schicht 5 allein verwendet wird, kann eine Verminderung der Dicke der dichten Schicht 5 zum Sicherstellen einer ausreichenden Gasdurchlässigkeit in einer unzureichenden Festigkeit und dergleichen in der gesamten Membran resultieren. Da die poröse Schicht 3 jedoch als Träger zum Stützen der dichten Schicht 5 wirkt, werden in der asymmetrischen Membran 13 als Ganzes eine ausreichende mechanische Festigkeit und eine einfache Handhabung aufrechterhalten. Diesbezüglich beträgt die Dicke der porösen Schicht 3 vorzugsweise 1 bis 500 mm.
Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung auf einem besonders hohen Niveau zu lösen, ist die asymmetrische Membran 13 vorzugsweise eine Membran, deren Durchgangsrate eines Gases von dem Molekulargewicht des Gases abhängt. Mit anderen Worten: Es ist bevorzugt, dass in den Gasströmen innerhalb der asymmetrischen Membran 13 eine Knudsen-Strömung vorherrscht. Mit „Knudsen-Strömung” ist ein Gasstrom gemeint, der so dünn ist, dass die molekulare Bewegung problematisch wird (vgl. Kagaku Daijiten 3 („Wörterbuch der Chemie, Band 3"), herausgegeben von Kagaku Daijiten Henshu linkai („Herausgeberkommitee des Wörterbuchs der Chemie"), kleine Ausgabe, Seite 44). Wenn eine Knudsen-Strömung vorherrscht, hängt die Durchgangsrate eines Gases von dem Kehrwert der Quadratwurzel des Molekulargewichts des Gases ab.
In einer Membran, durch die ein Gas gemäß einer idealen Knudsen-Strömung hindurchtritt, ist der Durchlässigkeitskoeffizient P eines Gases umgekehrt proportional zu der Quadratwurzel des Molekulargewichts des Gases. Wenn die hindurch tretenden Gaskomponenten Sauerstoff und Kohlendioxid sind, beträgt das Trennverhältnis α zwischen diesen 1,17, wie es durch die nachstehende Formel (4) ausgedrückt ist. In der Formel (4) stellen P(O₂) und P(CO₂) die Durchlässigkeitskoeffizienten von Sauerstoff bzw. Kohlendioxid dar und M(O₂) und M(CO₂) stellen die Molekulargewichte von Sauerstoff bzw. Kohlendioxid dar.
Es gibt auch eine Gasströmung, die als „Lösungsdiffusionsströmung” bezeichnet wird. Die Lösungsdiffusionsströmung ist eine Strömung, die von dem Produkt der Löslichkeit eines Gases in der Membran und dem Diffusionskoeffizienten des Gases in der Membran abhängt. Die Durchgangsrate eines Gases in der Membran durch die Lösungsdiffusionsströmung ist im Allgemeinen geringer als diejenige durch die Knudsen-Strömung. In herkömmlichen polymeren Membranen ist die Lösungsdiffusionsströmung in den Gasströmen, die durch die Membranen hindurch treten, häufig vorherrschend. Es ist bekannt, dass in Membranen, bei denen die Lösungsdiffusionsströmung vorherrschend ist, das Trennverhältnis α zwischen Sauerstoff und Kohlendioxid 1 oder weniger beträgt (etwa 0,3 bis 0,7, abhängig von dem Polymer), da die Durchgangsrate von Kohlendioxid im Allgemeinen größer ist als diejenige von Sauerstoff).
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es möglich, den Zustand der Strömung eines Gases, das durch eine Membran hindurchtritt, auf der Basis des Werts des Trennverhältnisses α zu bewerten. Obwohl davon ausgegangen wird, dass in realen Membranen Mischungen der verschiedenen Strömungstypen vorliegen, kann angenommen werden, dass die Knudsen-Strömung vorherrscht, wenn das Trennverhältnis α (= P(O₂)/P(CO₂)) innerhalb eines Bereichs liegt, welcher der nachstehend angegebenen Formel (3) genügt. Der Sauerstoffdurchlässigkeitskoeffizient P(O₂) und der Kohlendioxiddurchlässigkeitskoeffizient P(CO₂) werden bei 23 ± 2°C und im Wesentlichen ohne Druck (Gesamtdruck)-differenz durch die Membran gemessen. 1,0 < P(O₂)/P(CO₂) < 1,70 (3).
Obwohl der Grund dafür, dass in der asymmetrischen Membran 13 eine Knudsen-Strömung vorliegt, nicht unbedingt klar ist, gehen die Erfinder davon aus, dass der Grund derart ist, wie es nachstehend erläutert wird.
Es wird davon ausgegangen, dass die Gasdurchlässigkeitskoeffizienten für die gesamte asymmetrische Membran 13 von der Durchlässigkeit der dichten Schicht 5 abhängen und nur wenig von der porösen Schicht 3 beeinflusst werden. Ferner wird davon ausgegangen, dass eine Knudsen-Strömung in den auf der Oberfläche der dichten Schicht 5 ausgebildeten Poren und/oder dem Raum im Inneren der dichten Schicht 5 vorliegt. In dem vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, dass die Distanz, die das Gas mit der Knudsen-Strömung durchdringt, länger ist als die Distanz, die das Gas mit der Lösungsdiffusionsströmung durchdringt, und dass die Knudsen-Strömung in der Membran als Ganzes vorherrschend wird, was zu einer dramatisch verbesserten Gasdurchlässigkeit führt. Darüber hinaus wird SPM an dem Abschnitt blockiert, bei dem das Gas mit der Lösungsdiffusionsströmung hindurch dringt, was die Entfernung von in der Luft suspendiertem Material, wie z. B. SPM, ermöglicht.
Wenn in der asymmetrischen Membran 13 Füllstoffe dispergiert sind, wie es vorstehend erwähnt worden ist, liegt eine Knudsen-Strömung nicht nur auf der Oberfläche der dichten Schicht 5 und/oder in dem Raum im Inneren der dichten Schicht 5 vor, sondern auch in dem Zwischenraum, der in Grenzflächen zwischen Füllstoffen und Polymer ausgebildet ist, was zu einer weiteren Verbesserung der Gasdurchlässigkeit der asymmetrischen Membran 13 führt.
Polymeres Material
(I) Monomerzusammensetzung
Das polymere Material wird durch Polymerisieren einer Monomerzusammensetzung erhalten, die ein durch die Formel (1) dargestelltes Monomer enthält:
In der Formel (1) ist R¹ eine C_1-12-Alkylgruppe und/oder eine C₁₀-Arylgruppe. Beispiele für die C_1-12-Alkylgruppe umfassen eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine n-Propylgruppe, eine Butylgruppe und eine Pentylgruppe, und eine Methylgruppe ist bevorzugt. Beispiele für die C_6-10-Arylgruppe umfassen eine Phenylgruppe und eine Naphthylgruppe und eine Phenylgruppe ist bevorzugt.
Das Symbol a ist eine ganze Zahl von 1 bis 3 und 3 ist bevorzugt. Das Symbol b ist eine ganze Zahl von 0 bis 2, während 0 oder 1 bevorzugt ist und 0 am meisten bevorzugt ist.
Das Symbol X ist ein kettenförmiger Polysiloxanrest, der durch die Formel (i) dargestellt wird, oder ein cyclischer Polysiloxanrest, der durch die Formel (ii) dargestellt wird:
worin jedes R² unabhängig eine C_1-12-Alkylgruppe ist. Spezifischere Beispiele dafür umfassen die vorstehend für R¹ genannten Gruppen und eine Methylgruppe ist bevorzugt. Das Symbol d ist eine ganze Zahl von 1 bis 5 und das Symbol c ist eine ganze Zahl von 3 bis 5.
Beispiele für das durch die Formel (1) dargestellte Monomer umfassen die folgenden. In den Formeln stellt Me eine Methylgruppe dar.
Das durch die Formel (1) dargestellte Monomer kann durch eine Diels-Alder-Reaktion einer Vinylgruppe-enthaltenden Verbindung, die durch die Formel (5) oder (6) dargestellt wird, mit Cyclopentadien hergestellt werden: (CH₂=CH)SiX_aR¹ _3-a (5) worin R¹, X und a die vorstehend angegebene Bedeutung haben,
worin R¹, R² und c die vorstehend angegebene Bedeutung haben.
Bezüglich des durch die Formel (1) dargestellten Monomers können Beispiele für die Vinylgruppe-enthaltende Verbindung, die zur Herstellung des Monomers mit der durch die Formel (i) dargestellten Gruppe als X verwendet wird, Tristrimethylsiloxyvinylsilan umfassen, und Beispiele für die Vinylgruppe-enthaltende Verbindung, die zur Herstellung des Monomers mit der durch die Formel (ii) dargestellten Gruppe als X verwendet wird, können eine durch die Formel (6) dargestellte Vinylgruppe-enthaltende Verbindung umfassen.
Die Monomerzusammensetzung kann cyclische Olefine enthalten, die durch die Formel (4) dargestellt werden:
In der Formel (4) sind R³ bis R⁶ jeweils unabhängig ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Gruppe, die aus einer Alkylgruppe, einer Alkenylgruppe, einer Cycloalkylgruppe, einer Arylgruppe, einer Alkoxygruppe, einer Aryloxygruppe und einer halogenierten Kohlenwasserstoffgruppe, die jeweils 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, ausgewählt ist; eine polare Gruppe, die aus einer Oxetanylgruppe, einer Alkoxycarbonylgruppe und einer Polyoxyalkylengruppe ausgewählt ist; oder eine Gruppe, die aus einer Alkoxysilylgruppe ausgewählt ist. R³ und R⁴ oder R³ und R⁶ können zusammen mit einem Kohlenstoffatom, an das sie gebunden sind, eine aliphatische Ringstruktur, eine aromatische Ringstruktur, eine Carbonimidgruppe oder eine Säureanhydridgruppe bilden. Das Symbol b ist eine ganze Zahl von 0 bis 2. Vorzugsweise ist R³ ein Wasserstoffatom.
Beispiele für die aliphatische Ringstruktur umfassen diejenigen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen. Diese Strukturen können beispielsweise wie folgt dargestellt werden. In den folgenden Beispielen steht Me für eine Methylgruppe und Ph steht für eine Phenylgruppe.
Alicyclische Struktur
Carbonimidstruktur
(II) Additionspolymer
Das Additionspolymer enthält eine Wiederholungseinheit, die durch die Formel (7) dargestellt wird, die von dem durch die Formel (1) dargestellten Monomer abgeleitet ist. In dem Fall, bei dem die Größe der Mikroporen in der asymmetrischen Membran eingestellt wird, ist die Verwendung des Additionspolymers gegenüber der Verwendung eines später beschriebenen Ringöffnungspolymers bevorzugt, da eine asymmetrische Membran mit feineren Poren erhalten wird.
worin R¹, X, a und b die vorstehend angegebene Bedeutung haben. Bezüglich der Wiederholungseinheit (7) in dem Additionspolymer können R¹, X, a und b jeweils gleich oder verschieden voneinander sein.
Das Additionspolymer kann ein Copolymer sein, das zusätzlich zu der durch die Formel (7) dargestellten Wiederholungseinheit eine Wiederholungseinheit enthält, die durch die Formel (8) dargestellt ist, die von dem durch die Formel (4) dargestellten Monomer abgeleitet ist. Die Wiederholungseinheiten (7) und (8) sind statistisch aneinander gebunden.
wobei R³ bis R⁶ und b die vorstehend angegebene Bedeutung haben und für die Wiederholungseinheit (8) in dem Additionspolymer R³ bis R⁶ und b jeweils gleich oder verschieden voneinander sein können.
Der Anteil der Wiederholungseinheit der Formel (8) beträgt vorzugsweise 5% bis 50% der Anzahl aller Wiederholungseinheiten und mehr bevorzugt 10 bis 30%. Bei einem Anteil unterhalb der Untergrenze ist es wahrscheinlich, dass nur ein Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht erhalten wird, was zu einer Verminderung des Beschichtungsvermögens führt. Bei einem Anteil, der die Obergrenze übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass sich der Effekt, der in der Formel (1) auf X zurückzuführen ist, verschlechtert.
Das Polymer weist ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von vorzugsweise 10000 bis 2000000 und mehr bevorzugt von 300000 bis 1000000 auf, bezogen auf die Polystyrol-Umwandlung, die mittels GPC bestimmt worden ist. Ein Polymer mit einem Molekulargewicht oberhalb der Obergrenze kann in der Praxis nur schwer synthetisiert werden. Andererseits ist es wahrscheinlich, dass sich die Festigkeit der Membran bei einem Molekulargewicht unterhalb der Untergrenze verschlechtert.
Gemäß einem bekannten Verfahren wird die Additionspolymerisation derart durchgeführt, dass die Monomerzusammensetzung in einem aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie z. B. Toluol und Xylolen, gelöst wird und das erhaltene Gemisch unter Rühren des Gemischs in einer Inertgasatmosphäre bei einer Temperatur von 20 bis 40°C unter Normaldruck in der Gegenwart eines Polymerisationskatalysators und eines Promotors polymerisiert wird. Beispiele für den Polymerisationskatalysator können Metallocenkomplexe umfassen, die ein Zentralmetall aufweisen, das aus den Elementen der Gruppe 8, Gruppe 9 und Gruppe 10 des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist, wie z. B. Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd) und Platin (Pt), und können vorzugsweise Nickel (Ni)- und Palladium (Pd)-Metallocenkatalysatoren umfassen. Organoaluminiumverbindungen können als Promotor verwendet werden und Methylaluminoxan ist bevorzugt.
Die Menge des Katalysators und diejenige des Promotors, die eingesetzt werden, liegen jeweils innerhalb der folgenden Bereiche. Die Menge des Katalysators beträgt vorzugsweise von 0,01 bis 100 mmol Atome, bezogen auf insgesamt 1 mol der durch die Formeln (1) und (2) dargestellten Monomere. Die Menge des Promotors beträgt vorzugsweise 0,5 bis 10000 mol, bezogen auf 1 mol des Katalysators.
Dem Polymerisationssystem kann gegebenenfalls ein Molekulargewichtseinstellmittel zugesetzt werden. Beispiele für das Molekulargewichtseinstellmittel umfassen Wasserstoff; α-Olefine, wie z. B. Ethylen, Buten und Hexen; aromatische Vinylverbindungen, wie z. B. Styrol, 3-Methylstyrol und Divinylbenzol; ungesättigte Ether, wie z. B. Ethylvinylether; und Vinylsiliziumverbindungen, wie z. B. Tris(trimethylmethoxy)vinylsilan, Divinyldihydrosilan und Vinylcyclotetrasiloxan.
Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Monomer, die Polymerisationstemperatur, die Polymerisationszeit und die Menge des Molekulargewichtseinstellmittels werden z. B. von dem zu verwendenden Katalysator und der Struktur des Monomers beeinflusst. Demgemäß können die Werte derselben nur schwer allgemein beschränkt werden. Es ist erforderlich, diese Werte gemäß dem Zweck in geeigneter Weise einzusetzen, um ein Polymer mit der vorstehend genannten spezifischen Struktur zu erhalten.
Das Molekulargewicht des Polymers wird gemäß der Menge des Polymerisationskatalysators, der Menge des zuzusetzenden Molekulargewichtseinstellmittels, der Umsatzgeschwindigkeit von dem Monomer zu dem Polymer oder der Polymerisationstemperatur eingestellt.
Die Polymerisation wird durch eine Verbindung gestoppt, die aus Wasser, Alkoholen, Ketonen, organischen Säuren, usw., ausgewählt ist. Ein Katalysatorrückstand kann von einer Polymerlösung durch Zusetzen eines Gemischs aus Wasser und Alkohol mit Säuren, wie z. B. Milchsäure, Äpfelsäure und Oxalsäure, zu der Polymerlösung abgetrennt und entfernt werden. Eine Entfernung durch Absorption unter Verwendung von Aktivkohle, Diatomeenerde, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und dergleichen und eine Entfernung durch eine Filtrationsabtrennung durch einen Filter können eingesetzt werden, um den Katalysatorrückstand zu entfernen.
Das Polymer kann durch Einbringen der Polymerisationslösung in einen Alkohol, wie z. B. Methanol und Ethanol, oder ein Keton, wie z. B. Aceton und Methylethylketon, Verfestigen der Polymerisationslösung und Trocknen der verfestigten Polymerisationslösung üblicherweise für 6 bis 48 Stunden bei 60°C bis 150°C unter vermindertem Druck erhalten werden. In diesem Schritt werden auch der Katalysatorrückstand und das nicht umgesetzte Monomer, die in der Polymerlösung zurückbleiben, entfernt. Das Siloxan-enthaltende nicht umgesetzte Monomer kann unter Verwendung eines Lösungsmittels einfach entfernt werden, das durch Mischen von cyclischen Polysiloxanen, wie z. B. Octamethylcyclotetrasiloxan und Decamethylcyclopentasiloxan, mit den Alkoholen oder Ketonen erhalten wird.
(III) Ringöffnungspolymer
Das Ringöffnungspolymer enthält eine Wiederholungseinheit, die durch die Formel (9) dargestellt wird, die von dem durch die Formel (1) dargestellten Monomer abgeleitet ist:
wobei R¹, X, a und b die vorstehend angegebene Bedeutung haben; in der Wiederholungseinheit (9) des Ringöffnungspolymers können R¹, X, a und b jeweils gleich oder voneinander verschieden sein.
Das Ringöffnungspolymer kann ein Copolymer sein, das zusätzlich zu der Wiederholungseinheit (9) eine Wiederholungseinheit enthält, die durch die Formel (10) dargestellt wird, die von dem durch die Formel (4) dargestellten Monomer abgeleitet ist. Die Wiederholungseinheiten (9) und (10) sind statistisch aneinander gebunden.
wobei R³ bis R⁶ und b die vorstehend angegebene Bedeutung haben; in der Wiederholungseinheit (10) des Ringöffnungspolymers können R³ bis R⁶ und b jeweils gleich oder voneinander verschieden sein.
Der Anteil der Wiederholungseinheit der Formel (10) beträgt vorzugsweise 5% bis 50% der Anzahl aller Wiederholungseinheiten und mehr bevorzugt 10 bis 30%. Bei einem Anteil unterhalb der Untergrenze ist es wahrscheinlich, dass nur ein Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht erhalten wird, was zu einer Verminderung des Beschichtungsvermögens führt. Bei einem Anteil, der die Obergrenze übersteigt, ist es wahrscheinlich, dass sich der. Effekt, der in der Formel (1) auf X zurückzuführen ist, verschlechtert.
In dem Polymer oder Copolymer (nachstehend kurz als „Polymer” bezeichnet) kann mindestens ein Teil der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen der Hauptkette hydriert sein. Die Hydrierung verbessert die Wärmestabilität des Polymers. Das Hydrierverhältnis kann z. B. durch Vergleichen der Peakintensität nach der Hydrierung mit der Peakintensität, die von den Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen der Hauptkette in dem ¹H-NMR-Spektrum des Polycycloolefins vor der Hydrierung stammt, berechnet werden. Der Anteil der hydrierten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen der Hauptkette beträgt vorzugsweise 50 bis 100%, mehr bevorzugt nicht weniger als 80% und insbesondere nicht weniger als 90%.
Das Polymer weist ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von vorzugsweise 10000 bis 2000000 und mehr bevorzugt von 300000 bis 1000000 auf, bezogen auf die Polystyrol-Umwandlung, die mittels GPC bestimmt worden ist. Ein Polymer mit einem Molekulargewicht oberhalb der Obergrenze kann in der Praxis nur schwer synthetisiert werden. Andererseits ist es wahrscheinlich, dass sich die Festigkeit der Membran bei einem Molekulargewicht unterhalb der Untergrenze verschlechtert.
Die Ringöffnungsmetathese wird gemäß einem bekannten Verfahren derart durchgeführt, dass die Monomerzusammensetzung in einem aromatischen Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie z. B. Toluol und Xylolen, gelöst wird und das Gemisch unter Rühren des Gemischs in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 40 bis 60°C unter Normaldruck in der Gegenwart eines Polymerisationskatalysators polymerisiert wird. Als Polymerisationskatalysator kann ein sogenannter Komplex des Carbentyps, wie z. B. ein Wolframkomplex, ein Molybdänkomplex und ein Rutheniumkomplex, verwendet werden. vorzugsweise wird ein Grubbs-Katalysator der ersten Generation, ein Grubbs-Katalysator der zweiten Generation oder ein Hoveyda-Grubbs-Katalysator verwendet. Die Polymerisation kann unter Verwendung des Katalysators in einer Konzentration von 1 bis 1000 ppm und vorzugsweise von 5 bis 500 ppm, bezogen auf das Monomer als Ausgangsmaterial, durchgeführt werden. Bei einer Konzentration von weniger als 5 ppm ist die Polymerisationsgeschwindigkeit niedrig, was zu einer schlechten Praxistauglichkeit führt. Eine Konzentration von mehr als 500 ppm ist gegebenenfalls wirtschaftlich nicht bevorzugt.
Eine Reaktion zum Hydrieren des erhaltenen Polymers kann z. B. unter Verwendung von Wasserstoffgas in der Gegenwart eines Hydrierkatalysators und Umwandeln der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen der Hauptkette eines Silizium-modifizierten Polycycloolefins in gesättigte Einzelbindungen durchgeführt werden.
Der einzusetzende Hydrierkatalysator ist nicht speziell beschränkt und homogene Katalysatoren und heterogene Katalysatoren, d. h. diejenigen, die allgemein zur Hydrierung von Olefinverbindungen verwendet werden, können eingesetzt werden.
Beispiele für den homogenen Katalysator umfassen Dichlortris(triphenylphosphin)rhodium, das als Wilkinson-Komplex bekannt ist, den Ruthenium-Carbenkomplexkatalysator, der bezüglich des Metathesepolymerisationskatalysators beschrieben worden ist, und Übergangsmetallkomplexkatalysatoren, die aus einer Rutheniumverbindung hergestellt sind und die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 07-2929 , der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 11-109460 , der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 11-158256 und der japanischen ungeprüften Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 11-193323 beschrieben sind.
Beispiele für den heterogenen Katalysator umfassen Hydrierkatalysatoren, die durch Trägern eines Metalls, wie z. B. Nickel, Palladium, Platin, Rhodium und Ruthenium, auf einem Träger, wie z. B. Kohlenstoff, Siliziumdioxid, Celite, Aluminiumoxid und Titanoxid, erhalten werden. Insbesondere können beispielsweise Nickel-Aluminiumoxid und Palladium-Kohlenstoff verwendet werden. Diese Hydrierkatalysatoren können allein oder in einer Kombination verwendet werden.
Von diesen Katalysatoren werden Edelmetall-Komplexkatalysatoren, wie z. B. Rhodium- und Ruthenium- sowie geträgerte Palladiumkatalysatoren, wie z. B. Palladium-Kohlenstoff, bevorzugt verwendet, da die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in der Hauptkette des Polymers selektiv hydriert werden können, ohne eine Nebenreaktion einer funktionellen Gruppe oder dergleichen zu verursachen. Ein Ruthenium-Carbenkomplexkatalysator ist besonders bevorzugt.
Der Ruthenium-Carbenkomplexkatalysator kann sowohl als Ringöffnungsmetathesereaktionskatalysator als auch als Hydrierkatalysator verwendet werden. In diesem Fall können die Ringöffnungsmetathesereaktion und die Hydrierreaktion kontinuierlich durchgeführt werden. In dem Fall, bei dem die Ringöffnungsmetathesereaktion und die Hydrierreaktion unter Verwendung des Ruthenium-Carbenkomplexkatalysators kontinuierlich durchgeführt werden, wird auch vorzugsweise ein Verfahren eingesetzt, bei dem ein Katalysatormodifiziermittel, wie z. B. eine Vinylverbindung (Ethylvinylether, usw.) oder α-Olefine, zugesetzt wird, der Katalysator aktiviert wird und dann die Hydrierreaktion gestartet wird.
Die Hydrierreaktion wird vorzugsweise in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt. Das organische Lösungsmittel kann gemäß der Löslichkeit eines zu erzeugenden Hydrierprodukts zweckmäßig ausgewählt werden und das gleiche organische Lösungsmittel wie das vorstehend genannte Polymerisationslösungsmittel kann verwendet werden. Demgemäß kann die Reaktion unter Verwendung einer Reaktionslösung als solche oder unter Zusetzen des Hydrierkatalysators zu der Reaktionslösung, ohne das Lösungsmittel nach der Polymerisationsreaktion zu ersetzen, durchgeführt werden.
Die Bedingungen der Hydrierreaktion können gemäß der Art des einzusetzenden Hydrierkatalysators zweckmäßig ausgewählt werden. Die Menge des einzusetzenden Hydrierkatalysators beträgt üblicherweise 0,01 bis 50 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Ringöffnungspolymers und vorzugsweise 0,05 bis 10 Gewichtsteile. Die Reaktionstemperatur beträgt von 100°C bis 200°C. Eine Temperatur nicht unter dieser Temperatur verursacht leicht eine Nebenreaktion. Der Reaktionsdruck von Wasserstoff beträgt üblicherweise von 0,01 bis 10,0 MPa und vorzugsweise von 0,1 bis 5,0 MPa. Bei einem Wasserstoffdruck von nicht mehr als 0,01 MPa vermindert sich die Hydrierreaktionsgeschwindigkeit. Bei einem Wasserstoffdruck von nicht weniger als 5,0 MPa ist eine hochdruckbeständige Apparatur erforderlich.
Die so durchgeführte Hydrierreaktion kann nicht weniger als 50% der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen der Hauptkette, vorzugsweise nicht weniger als 80% davon und insbesondere nicht weniger als 90% davon hydrieren.
(IV) Füllstoff
Im Hinblick auf die Verbesserung der Gasdurchlässigkeit sind in dem polymeren Material vorzugsweise Füllstoffe dispergiert.
Als Füllstoff kann ein organischer Füllstoff oder ein anorganischer Füllstoff verwendet werden. Der Füllstoff kann eine hydrophile Oberfläche oder eine hydrophobe Oberfläche aufweisen. Ein anorganischer Füllstoff mit einer hydrophilen Oberfläche ist besonders bevorzugt. Beispiele für einen solchen anorganischen Füllstoff umfassen Füllstoffe auf Oxidbasis, die aus Oxiden, wie z. B. Siliziumdioxid, Zeolith, Aluminiumoxid, Titanoxid, Magnesiumoxid und Zinkoxid, hergestellt sind. Von den vorstehend genannten Füllstoffen sind Füllstoffe auf Siliziumdioxidbasis bevorzugt. Beispiele für Füllstoffe auf Siliziumdioxidbasis umfassen kugelförmiges Siliziumdioxid, poröse Siliziumdioxidteilchen, Quarzpulver, Glaspulver, Glasperlen, Talk und Siliziumdioxid-Nanoröhrchen.
Um die Gasdurchlässigkeit besonders stark zu erhöhen, ist der Füllstoff vorzugsweise ein poröser Füllstoff. Als poröse Füllstoffe sind mesoporöse Siliziumdioxidteilchen, nanoporöse Siliziumdioxidteilchen sowie Zeolithteilchen bevorzugt. Die mesoporösen Siliziumdioxidteilchen sind poröse Siliziumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von 500 bis 1000 nm, in denen Poren ausgebildet sind. Die nanoporösen Siliziumdioxidteilchen sind poröse Siliziumdioxidteilchen mit einer Teilchengröße von 30 bis 100 nm, in denen Poren ausgebildet sind. Üblicherweise weisen die mesoporösen Siliziumdioxidteilchen eine Porengröße von 3 bis 7 nm auf und die nanoporösen Siliziumdioxidteilchen weisen eine Porengröße von 2 bis 5 nm auf. Es wird davon ausgegangen, dass die Verwendung eines Füllstoffs mit einer niedrigen scheinbaren Dichte, wie z. B. eines porösen Füllstoffs, das Leistungsvermögen der asymmetrischen Membran stark erhöht.
Je nach Erfordernis kann ein Füllstoff, der einer Oberflächenbehandlung unter Verwendung eines Haftvermittlers oder dergleichen unterzogen worden ist, oder der durch eine Hydratisierungsbehandlung hydrophil gemacht worden ist, verwendet werden.
Der Füllstoffgehalt beträgt typischerweise 5 bis 500 Massenteile pro 100 Massenteile des polymeren Materials. Der Füllstoffgehalt beträgt vorzugsweise nicht weniger als 11 Massenteile, mehr bevorzugt nicht weniger als 30 Massenteile und besonders bevorzugt 70 Massenteile bis 400 Massenteile. Wenn der Füllstoffgehalt weniger als 5 Massenteile beträgt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass der Effekt der Erhöhung der Gasdurchlässigkeit vermindert wird. Wenn der Füllstoffgehalt 500 Massenteile übersteigt, besteht eine Tendenz dahingehend, dass die mechanische Festigkeit der asymmetrischen Membran abnimmt, so dass die Bildung eines dünnen Films schwierig ist
(V) Verfahren zur Herstellung einer asymmetrischen Membran
Die asymmetrische Membran kann z. B. durch ein Verfahren erhalten werden, das einen Schritt des Aufbringens des vorstehend beschriebenen polymeren Materials auf ein Basismaterial zum Bilden einer Lösungsschicht, einen Schritt des teilweisen Entfernens eines Lösungsmittels von der Lösungsschicht zum Bilden einer dichten Schicht, die das polymere Material enthält, auf einer Oberflächenschicht gegenüber dem Basismaterial der Lösungsschicht, und einen Schritt des Eintauchens der Lösungsschicht, welche die ausgebildete dichte Schicht aufweist, in ein schlechtes Lösungsmittel (verfestigendes Lösungsmittel) für das polymere Material, zum Bilden einer porösen Schicht umfasst, die das polymere Material enthält.
Als Lösungsmittel zum Lösen des polymeren Materials werden vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe, aliphatische Kohlenwasserstoffe, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ether oder Ketone verwendet. Beispiele für aromatische Kohlenwasserstoffe umfassen Benzol, Toluol und Xylole. Beispiele für aliphatische Kohlenwasserstoffe umfassen Hexan, Heptan, Octan, Decan und Cyclohexan. Beispiele für halogenierte Kohlenwasserstoffe umfassen Chloroform, Methylenchlorid und Kohlenstofftetrachlorid. Beispiele für Ether umfassen Tetrahydrofuran und Dioxan. Beispiele für Ketone umfassen Ethylmethylketon.
Nach der Bildung der Polymerlösung wird die Filmbildung häufig durch Zusetzen einer anderen Substanz durchgeführt, um eine Phasentrennung zu erzwingen oder um die Löslichkeit des Polymers und die Viskosität der Polymerlösung einzustellen. Als solches Filmbildungseinstellmittel kann eine Verbindung mit einer Kompatibilität von nicht weniger als 0,1%, bezogen auf die Polymerlösung, verwendet werden. Als Einstellmittel können z. B. Salze, die in der Polymerlösung löslich sind, Wasser, niedere Alkohole (Methanol und Ethanol) und polare Lösungsmittel auf Amidbasis (Dimethylformamid und Dimethylacetamid) verwendet werden.
Nach der Bildung der dichten Schicht werden die Bedingungen zum Entfernen des Lösungsmittels (z. B. das Trocknungsverfahren, Temperatur, Zeit, usw.) zweckmäßig so eingestellt, dass die dichte Schicht mit einer gewünschten Dicke gebildet wird.
Als schlechtes Lösungsmittel (verfestigendes Lösungsmittel), das zum Bilden der porösen Schicht verwendet wird, werden vorzugsweise Alkohole, wie z. B. Methanol, Ethanol und Propanol, Aceton oder Wasser verwendet.
Die asymmetrische Membran ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann zweckmäßig modifiziert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die asymmetrische Membran ferner ein Gewebe bzw. Netz umfassen. In diesem Fall kann das Gewebe in mindestens einer der porösen Schicht und der dichten Schicht imprägniert werden. Alternativ kann das Gewebe auf die poröse Schicht oder die dichte Schicht laminiert werden. Eine asymmetrische Membran, die das Gewebe aufweist, kann z. B. durch Imprägnieren des Gewebes mit der vorstehend genannten Mischlösung oder durch Aufbringen der Mischlösung auf das Gewebe hergestellt werden.
Das Gewebe kann die Gasdurchlässigkeit sowie die mechanische Festigkeit der Membran verbessern, um ein Reißen der Membran aufgrund einer äußeren Belastung zu verhindern. Das Gewebe kann aus einem Metall oder einem Harz hergestellt werden und ein aus einem Harz hergestelltes Gewebe ist besonders bevorzugt. Beispiele für das Harz, das zur Bildung des Gewebes verwendet wird, umfassen Polyesterterephthalat (PET) und Polypropylen (PP). Beispiele für Verfahren zum Weben des Gewebes umfassen eine Leinwandbindung, eine Köperbindung, eine holländische Leinwandbindung und eine holländische Köperbindung.
Die Oberfläche des Gewebes wird vorzugsweise mit einem Haftvermittler (Primer) behandelt, um die Festigkeit der asymmetrischen Membran zu verbessern. Als Haftvermittler können käufliche Haftvermittler verwendet werden.
Die asymmetrische Membran kann auf einem Träger ausgebildet werden oder es kann sich um eine Hohlfasermembran handeln.
Klimatisierungssystem
Die asymmetrische Membran gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird zweckmäßig als eine durchlässige Membran in einem Klimatisierungsverfahren eingesetzt, bei dem mittels der durchlässigen Membran ein Gas einem zu klimatisierenden Raum zugeführt wird und/oder das Gas aus dem zu klimatisierenden Raum abgeführt wird. Das Klimatisierungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Membran, die ein Gas einem zu klimatisierenden Raum zuführt und/oder das Gas aus dem zu klimatisierenden Raum abführt, und eine Trennwand, die den zu klimatisierenden Raum bildet, während eine Öffnung ausgebildet ist, in der die durchlässige Membran bereitgestellt ist. Die Trennwand ist aus einem oder mehreren Element(en) hergestellt, das bzw. die ausgebildet ist bzw. sind, um das Hindurchtreten von Gasen zu blockieren.
Die durchlässige Membran wird z. B. an einem Einlass zum Einbringen von Außenluft eingebaut. Der zu klimatisierende Raum ist ein Raum, der einen Austausch der Gase innerhalb des Raums mit Außenluft erfordert. Spezifische Beispiele des zu klimatisierenden Raums umfassen Innenräume von Fahrzeugen (Kraftfahrzeugen bzw. Automobilen), Häusern, des Shinkansen (Hochgeschwindigkeitszügen) und Flugzeugen.
Klimatisierungssystem für Häuser
Als nächstes wird ein Klimatisierungssystem für Häuser beschrieben, bei dem es sich um eine geeignete Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems handelt. Die 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Klimatisierungssystems 100 für Häuser in einem zweigeschossigen Haus 110, das in einer Schnittansicht in der Höhenrichtung des Hauses 110 dargestellt ist.
Das Klimatisierungssystem 100 für Häuser umfasst eine durchlässige Membran 13, die aus der vorstehend beschriebenen asymmetrischen Membran hergestellt ist, an einer Seitenwand 103 und einer Decke 104 des Innenraums des Hauses 110 im ersten Stock (zu klimatisierender Raum) und einer Seitenwand 107 und einer Decke 108 des Innenraums davon im zweiten Stock (zu klimatisierender Raum). Das Klimatisierungssystem 100 für Häuser umfasst auch einen Ventilator 112 im Innenraum jedes Stockwerks. Das Klimatisierungssystem 100 für Häuser umfasst ferner ein Paar von Belüftungsöffnungen 114, die unterhalb des ersten Stocks 102 zwischen der Decke des ersten Stocks 104 und des zweiten Stocks 106 und oberhalb der Decke 108 des zweiten Stocks bereitgestellt sind, wobei sich jedes Paar der Belüftungsöffnungen in einer Breitenrichtung des Hauses 110 gegenüber liegt. Das Klimatisierungssystem 100 für Häuser umfasst eine Heizeinrichtung (ein Kerosinheizgebläse) (nicht gezeigt) im Innenraum jedes Stockwerks (innerhalb des zu klimatisierenden Raums).
Der Innenraum jedes Stockwerks ist von der Außenluft in den Teilen, die von der durchlässigen Membran 13 verschieden sind, im Wesentlichen abgeschlossen. Insbesondere kontaktiert die Innenluft jedes Stockwerks die Außenluft, die von der Belüftungsöffnung 114 in das Haus 110 nur durch die durchlässige Membran 13 eingebracht worden ist. Zwischen den jeweiligen Paaren der Belüftungsöffnungen 114 werden Luftströme F1, F2, F3 und F4 gebildet. Diese Luftströme bringen die Außenluft in den Innenraum und geben die Luft vom Innenraum nach außen ab.
Wenn das Kerosinheizgebläse im Innenraum jedes Stockwerks betrieben wird, vermindert sich die O₂-Konzentration im Innenraum und die CO₂-Konzentration erhöht sich aufgrund der Verbrennung von Kerosin. Im Innenraum jedes Stockwerks tritt CO aus, das durch eine unvollständige Verbrennung von Kerosin erzeugt wird, und es treten VOC aus, die aus Baumaterialien oder Innenraummaterialien, die das Haus 110 bilden, diffundieren. Demgemäß weist die Innenluft eine niedrigere O₂-Konzentration und höhere Konzentrationen von CO₂, CO und VOC auf als die Außenluft. Aufgrund der Differenz zwischen der Konzentration der Innenluft und derjenigen der Außenluft wird O₂ in der Außenluft durch die durchlässige Membran 13 in den Innenraum eingeführt und CO₂, CO und VOC werden durch die durchlässige Membran 13 nach Außen abgeführt. Ein solches Einführen von O₂ und Abführen von CO₂, CO und VOC (Gasaustausch) durch die durchlässige Membran 13 werden durchgeführt, bis die jeweilige Differenz der Konzentrationen von O₂, CO₂, CO und VOC zwischen der Innenraumluft und der Außenluft beseitigt ist. Als Ergebnis können die Innenraumluft und die Außenluft einheitliche Konzentrationen von CO₂, CO und VOC aufweisen.
In dem Klimatisierungssystem 100 für Häuser kann die Effizienz des Gasaustauschs durch Umwälzen der Innenraumluft mit dem Ventilator 112 verbessert werden. Der Gasaustausch kann auch durch die Luftströme F1, F2, F3 und F4, die zwischen den jeweiligen Paaren der Belüftungsöffnungen 114 strömen, beschleunigt werden.
In dem Klimatisierungssystem 100 für Häuser wird von den Gasen, die im Innenraum vorliegen, nur ein Gas, dessen Konzentration von derjenigen in der Außenluft verschieden ist, durch die durchlässige Membran 13 selektiv ausgetauscht. Zusätzlich ist die Menge des Gases, das durch die Membran hindurchtritt, auf eine Menge beschränkt, die zum Beseitigen der Differenz der Gaskonzentration zwischen beiden Seiten der durchlässigen Membran 13 erforderlich ist, so dass Gas, das diese Menge übersteigt, nicht durch die Membran hindurchtritt. Insbesondere führt das Klimatisierungssystem 100 für Häuser keine übermäßige Belüftung aus. Als Ergebnis kann ein Wärmeverlust des Klimatisierungssystems 100 für Häuser, der durch eine Belüftung verursacht wird, unterdrückt werden. Beispielsweise wird abgeschätzt, dass CO₂ und CO, die auf das Kerosinheizgebläse zurückzuführen sind, und schädliche Gase (ein verschlechterter Teil einer Innenraumluftzusammensetzung), die in dem Innenraum erzeugt werden, wie z. B. VOC, die aus Baumaterialien oder Innenraummaterialien diffundieren, höchstens 3% der gesamten Innenraumluft ausmachen. Dabei beträgt unter der Annahme, dass die Gesamtmenge der Gase, die zwischen dem Innenraum und der Außenluft ausgetauscht werden, 3% der gesamten Innenraumluft beträgt, der Wärmeverlust 3%, was verglichen mit dem herkömmlichen 24 Stunden-Belüftungssystem für Häuser eine Verminderung des Wärmeverlusts ermöglicht. Auch in dem Fall, bei dem das Klimatisierungssystem 100 für Häuser eine Kühlklimatisierunganlage im Innenraum (innerhalb des zu klimatisierenden Raums) jedes Stockwerks umfasst, kann ein Wärmeverlust des Klimatisierungssystems 100 für Häuser, der durch eine Belüftung verursacht wird, unterdrückt werden.
Ferner werden in dem Klimatisierungssystem 100 für Häuser das Abführen und Einführen des Gases durch die durchlässige Membran 13 durchgeführt, die aus der vorstehend beschriebenen asymmetrischen Membran hergestellt ist. Aus diesem Grund ist es möglich, ein Strömen des in der Luft suspendierten Materials, wie z. B. SPM und nSPM, in den Innenraum zu verhindern.
Die Einbaufläche der durchlässigen Membran 13 kann z. B. so eingestellt werden, dass O₂, von dem die größte Menge zwischen dem Innenraum und der Außenluft ausgetauscht werden muss, ausreichend ausgetauscht werden kann. Beispielsweise ist in dem Fall, bei dem der durch das Klimatisierungssystem 100 für Häuser zu klimatisierende Raum eine Größe von 6 Matten (10,94 m²) × eine Deckenhöhe von 2,4 m aufweist, das zu klimatisierende Raumvolumen 26,26 m³. Unter der Annahme, dass die Menge des durch das Kerosinheizgebläse verbrauchten O₂ 1,2% pro Stunde ist, beträgt die Gesamtmenge an O₂, die pro Stunde durch das Kerosinheizgebläse innerhalb des zu klimatisierenden Raums verbraucht wird, 26,26 m³ × 1,2%/Stunde = 0,315 m³/Stunde. Die Menge des O₂-Verbrauchs pro Person beträgt etwa 0,0244 m³/Stunde. Die Menge des O₂-Verbrauchs pro Stunde innerhalb des zu klimatisierenden Raums, wenn das Kerosinheizgebläse in dem Zustand betrieben wird, bei dem sich vier Personen in dem zu klimatisierenden Raum mit einer Größe von 6 Matten aufhalten, 0,315 m³/Stunde + 0,0244 m³/Stunde × 4 = 0,4126 m³/Stunde beträgt. Dabei beträgt unter der Annahme, dass die Durchlässigkeit von O₂ in der durchlässigen Membran 13 0,5 × 10^–2 cm³/s/cm² = 0,18 m³/Stunde/m² beträgt, die Einbaufläche der durchlässigen Membran 13, die erforderlich ist, um O₂ in einer Menge durchzulassen, die der Menge des O₂-Verbrauchs pro Stunde innerhalb des zu klimatisierenden Raums äquivalent ist, 0,4126 m³/Stunde:0,18 m³/Stunde/m² = 2,29 m² (etwa 1,5 m × 1,5 m). Im Hinblick auf das Bereitstellen der Fläche, in der die durchlässige Membran 13 dieser Größe eingebaut werden kann, ist der Einbauort der durchlässigen Membran 13 vorzugsweise eine Seitenwand oder eine Decke des Innenraums (des zu klimatisierenden Raums). CO₂ und VOC, die jeweils eine Konzentration aufweisen, die niedriger ist als diejenige von O₂ im Innenraum, können mit der durchlässigen Membran 13 mit der vorstehend genannten Fläche ausreichend ausgetauscht werden.
Die Dicke der durchlässigen Membran 13 beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 10 μm.
Klimatisierungssystem für Fahrzeuge
Erste Ausführungsform
Als nächstes wird ein Klimatisierungssystem für Fahrzeuge beschrieben, bei dem es sich um eine geeignete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems handelt. Die 3 ist eine schematische Schnittansicht eines Fahrzeugs, in dem ein Klimatisierungssystem für Fahrzeuge einer ersten Ausführungsform eingebaut ist. In der 3 bezeichnen Pfeile in vier Richtungen die jeweiligen Richtungen des Fahrzeugs und der Pfeil Fw bezeichnet die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs.
In einem vorderen Endteil einer Fahrgastzelle 11 (einem Bereich in der 3, der von der durchgezogenen Linie umgeben ist), in die ein Fahrgast einsteigt, ist eine Trennwand (Brandschutzwand) 27 bereitgestellt, welche die Fahrgastzelle 11 vom Motorraum 12 trennt. In einem Teil der Trennwand 27 sind Durchgangslöcher ausgebildet, die von der Seite der Fahrgastzelle 11 zur Seite des Motorraums 12 hindurchtreten, und die Durchgangslöcher sind mit der durchlässigen Membran 13 bedeckt.
Im Motorraum 12 ist ein Außenluftkanal 21 entlang der Trennwand 27 angeordnet, wobei der Außenluftkanal 21 einen Außenluftdurchgang 20 bildet, durch den die Außenluft strömt. In der Fahrgastzelle 11 ist ein Innenluftkanal 23 entlang der Trennwand 27 angeordnet, wobei der Innenluftkanal 23 einen Innenluftdurchgang 22 bildet, durch den die Innenluft strömt.
Durchgangslöcher sind in einem Teil der Wandflächen des Außenluftkanals 21 und des Innenluftkanals 23 ausgebildet. Der Außenluftkanal 21 und der Innenluftkanal 23 sind bezogen auf die Trennwand 27 so angeordnet, dass die Durchgangslöcher die durchlässige Membran 13 überlappen können.
Mit anderen Worten: Die durchlässige Membran 13 ist an der Grenze zwischen dem Außenluftdurchgang 20 und dem Innenluftdurchgang 22 so angeordnet, dass eine Oberfläche 13a der durchlässigen Membran 13 (die Oberfläche der Seite des Motorraums 12) zu dem Außenluftdurchgang 20 hin freiliegen kann, so dass ein Kontakt mit der Außenluft vorliegt, und die andere Oberfläche 13b (die Oberfläche der Seite der Fahrgastzelle 11) zu dem Innenluftdurchgang 22 hin freiliegen kann, so dass ein Kontakt mit der Innenluft vorliegt.
In dem Außenluftdurchgang 20 ist ein Außenluftgebläse 24 angeordnet, das einen Außenluftstrom erzeugt und die Außenluft der einen Oberfläche 13a der durchlässigen Membran 13 zuführt. In dem Innenluftdurchgang 22 ist ein Innenluftgebläse 25 angeordnet, das einen Innenluftstrom erzeugt und die Innenluft der anderen Oberfläche 13b der durchlässigen Membran 13 zuführt.
Das Außenluftgebläse 24 und das Innenluftgebläse 25 sind Fluidmaschinen mit einem Kompressionsverhältnis von weniger als zwei, die einem Gas kinetische Energie zuführen oder dessen Druck erhöhen, und es handelt sich insbesondere um einen Ventilator, ein Gebläse und dergleichen.
In dem Außenluftkanal 21 sind ein Außenlufteinlass 20a, der die Außenluft zu dem Außenluftdurchgang 20 leitet, und ein Außenluftauslass 20b, der die Außenluft zur Außenseite des Außenluftdurchgangs 20 leitet, ausgebildet.
Der Außenlufteinlass 20a und der Außenluftauslass 20b sind so aufgebaut, dass ein Druck (Gesamtdruck) P1 in dem Außenlufteinlass 20a, ein Druck (Gesamtdruck) P2 in dem Außenluftauslass 20b und ein Druck Pv der durch das Außenluftgebläse 24 zugeführten Luft die nachstehend angegebene Druckbeziehung erfüllen.
Insbesondere sind der Außenlufteinlass 20a und der Außenluftauslass 20b so aufgebaut, dass eine Differenz der Drücke (P2 – P1), die durch Subtrahieren des Einlassdrucks P1 von dem Auslassdruck P2 erhalten wird, nicht größer ist als der Druck Pv der zugeführten Luft, und zwar sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt. Mit anderen Worten: Der Einlassdruck P1, der Auslassdruck P2 und der Druck Pv der zugeführten Luft genügen der Beziehung P2 – P1 ≤ Pv sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt.
In dem Beispiel von 3 ist der Außenlufteinlass 20a in Richtung der Vorderseite des Fahrzeugs geöffnet und der Außenluftauslass 20b ist zur linken Seite des Fahrzeugs geöffnet. Dadurch empfängt der Außenluftauslass 20b den Fahrtwind (dynamischen Druck), wenn das Fahrzeug fährt, weniger stark als dies bei dem Außenlufteinlass 20a der Fall ist. Als Folge davon wird die vorstehend genannte Druckbeziehung erfüllt.
Der Betrieb des Außenluftgebläses 24 und des Innenluftgebläses 25 wird von einer Klimatisierungssteuerungseinheit (ECU) gesteuert, die nicht gezeigt ist. Die Klimatisierungssteuerungseinheit ist aus einem bekannten Mikrocomputer ausgebildet, einschließlich einer CPU, einem ROM und einem RAM und deren peripheren Schaltungen. Die Klimatisierungssteuerungseinheit führt verschiedene arithmetische Operationen und Verarbeitungen auf der Basis der in dem ROM gespeicherten Steuerungsprogramme aus, um den Betrieb der elektrischen Geräte, wie z. B. des Außenluftgebläses 24 und des Innenluftgebläses 25, zu steuern.
Als nächstes wird der Betrieb des vorstehend genannten Aufbaus beschrieben. Wenn die Klimatisierungssteuerungseinheit das Außenluftgebläse 24 und das Innenluftgebläse 25 betreibt, wird in dem Außenluftdurchgang 20 ein Außenluftstrom erzeugt, und ein Innenluftstrom wird in dem Innenluftdurchgang 22 erzeugt.
Zu diesem Zeitpunkt bewirkt dann, wenn die Konzentration einer bestimmten Komponente in der Innenluft in dem Innenluftdurchgang 22 niedriger ist als die Konzentration der Komponente in der Außenluft in dem Außenluftdurchgang 20, die Differenz zwischen den Konzentrationen der Komponente, dass die Komponente in der Außenluft durch die durchlässige Membran 13 hindurchtritt, so dass sie mit der Innenluft gemischt wird. Aus diesem Grund nimmt die Konzentration der Komponente in der Innenluft zu.
Umgekehrt bewirkt dann, wenn die Konzentration einer bestimmten Komponente in der Innenluft in dem Innenluftdurchgang 22 höher ist als die Konzentration der Komponente in der Außenluft in dem Außenluftdurchgang 20, die Differenz zwischen den Konzentrationen der Komponente, dass ein Gas der Komponente in der Innenluft durch die durchlässige Membran 13 hindurchtritt, so dass es mit der Außenluft gemischt wird. Aus diesem Grund nimmt die Konzentration der Komponente in der Innenluft ab.
Wenn beispielsweise Sauerstoff durch das Atmen der Fahrgäste innerhalb der Fahrgastzelle 11 verbraucht wird, so dass die Sauerstoffkonzentration in der Innenluft vermindert wird, tritt Sauerstoff in der Außenluft in dem Außenluftdurchgang 20 durch die durchlässige Membran 13 hindurch und wird mit der Innenluft in dem Innenluftdurchgang 22 gemischt. Aus diesem Grund nimmt die Sauerstoffkonzentration in der Innenluft zu.
Wenn darüber hinaus Kohlendioxid durch das Atmen der Fahrgäste innerhalb der Fahrgastzelle 11 erzeugt wird, so dass die Kohlendioxidkonzentration in der Innenluft zunimmt, tritt Kohlendioxid in der Innenluft des Innenluftdurchgangs 22 durch die durchlässige Membran 13 hindurch und wird mit der Außenluft des Außenluftdurchgangs 20 gemischt, so dass die Kohlendioxidkonzentration in der Innenluft vermindert wird. Aus diesem Grund kann die Konzentration von Sauerstoff und diejenige von Kohlendioxid innerhalb der Fahrgastzelle 11 bei einer Konzentration gehalten werden, die für den Fahrgast bzw. Insassen angenehm ist. Ein Geruchsgas, wie z. B. Körpergerüche, kann entsprechend unterdrückt werden.
Andererseits treten Flüssigkeiten und Feststoffe in der Außenluft des Außenluftdurchgangs 20 überhaupt nicht durch die durchlässige Membran 13 hindurch oder lediglich geringfügig durch diese hindurch. Aus diesem Grund kann die durchlässige Membran 13 das Eindringen dieser Flüssigkeiten und Feststoffe in den Innenluftdurchgang 22 unterdrücken.
Ferner erhöht in herkömmlichen Fahrzeugen, wenn die Temperatur außerhalb der Fahrgastzelle niedrig ist, z. B. im Winter, Wasserdampf, der durch das Atmen des Fahrgasts innerhalb der Fahrgastzelle 11 erzeugt wird, die Feuchtigkeit der Innenluft, so dass die Scheiben beschlagen. Das Beschlagen der Scheiben beeinträchtigt das Fahren. Aus diesem Grund wird Außenluft eingeführt, um das Beschlagen zu verhindern, was zur Erzeugung eines Wärmeverlusts beim Heizen aufgrund einer Belüftung führt. Andererseits kann in der vorliegenden Ausführungsform die Feuchtigkeit der Innenluft vermindert werden, da der Wasserdampf in der Innenluft des Innenluftdurchgangs 22 durch die durchlässige Membran 13 hindurchtritt und mit der Außenluft des Außenluftdurchgangs 20 gemischt wird, wodurch ein Beschlagen der Scheiben verhindert wird. Aus diesem Grund kann das Erfordernis des Einführens der Außenluft vermindert werden und ein Wärmeverlust aufgrund einer Belüftung kann vermindert werden, was zu einer Energieeinsparung und einer Verkleinerung der Klimaanlage führt.
Darüber hinaus können der durchlässigen Membran 13 in der vorliegenden Ausführungsform frische Außenluft und Innenluft zugeführt werden, ohne dass die Außenluft und die Innenluft in der Nähe der durchlässigen Membran 13 zur Ruhe kommen, da das Außenluftgebläse 24 und das Innenluftgebläse 25 bereitgestellt sind.
Ferner genügen in der vorliegenden Ausführungsform der Einlassdruck P1, der Auslassdruck P2 und der Druck Pv der zugeführten Luft der Beziehung P2 – P1 ≤ Pv sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt. Aus diesem Grund kann die Strömungsrichtung der Außenluft in dem Außenluftdurchgang 20 eine Richtung von dem Außenlufteinlass 20a zu dem Außenluftauslass 20b sein, und zwar sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt.
Mit anderen Worten: Da die Strömungsrichtung der Außenluft in dem Außenluftdurchgang 20 sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt, festgelegt sein kann, kann ein Ruhen und ein Rückströmen der Außenluft in den Außenluftdurchgang 20 verhindert werden, und als Ergebnis kann die frische Außenluft der durchlässigen Membran 13 zugeführt werden.
Als Ergebnis kann die Durchlässigkeit der durchlässigen Membran 13 stabil gehalten werden, da eine Verminderung der Durchlässigkeit der durchlässigen Membran 13, die durch ein Ruhen der Außenluft und der Innenluft in der Nähe der durchlässigen Membran 13 sowohl dann, wenn das Fahrzeug angehalten hat, als auch dann, wenn das Fahrzeug fährt, verursacht wird, verhindert werden kann.
Wenn Gerüche und schädliche Gase, die in dem von dem Fahrzeug abgegebenen Abgas vorliegen, vom Motor stammende Gerüche und dergleichen in den Außenluftdurchgang 20 strömen und dort für eine lange Zeit verbleiben, treten diese Gerüche und schädlichen Gase durch die durchlässige Membran 13 hindurch und dringen leicht in die Fahrgastzelle 11 ein. In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch ein Eindringen dieser Gerüche und schädlichen Gase in die Fahrgastzelle 11 vermindert werden, da der durchlässigen Membran 132 die frische Außenluft zugeführt wird.
In dem Beispiel von 3 ist der Außenlufteinlass 20a des Außenluftdurchgangs 20 auf die Vorderseite des Fahrzeugs gerichtet und der Außenluftauslass 20b des Außenluftdurchgangs 20 ist auf die linke Seite des Fahrzeugs gerichtet, so dass der Einlassdruck P1, der Auslassdruck P2 und der Druck Pv der zugeführten Luft der Beziehung P2 – P1 ≤ Pv selbst dann genügen, wenn das Fahrzeug fährt. Der Aufbau des Außenlufteinlasses 20a und des Außenluftauslasses 20b, der dazu dient, der vorstehend genannten Druckbeziehung zu genügen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Beispielsweise ist ein Einlassöffnungswinkel als ein Winkel definiert, den die Vorwärtsrichtung Fw des Fahrzeugs mit einer Öffnungsrichtung des Außenlufteinlasses 20a einschließt, und ein Auslassöffnungswinkel ist als ein Winkel definiert, den die Vorwärtsrichtung Fw des Fahrzeugs mit einer Öffnungsrichtung des Außenluftauslasses 20b einschließt. Ferner kann dann, wenn der Außenlufteinlass 20a und der Außenluftauslass 20b in einer Anordnungsbeziehung aufgebaut sind, bei welcher der Einlassöffnungswinkel nicht größer ist als der Auslassöffnungswinkel, der Einlassdruck P1 um ein vorgegebenes Ausmaß höher eingestellt werden als der Auslassdruck P2, so dass die vorstehend genannte Druckbeziehung erfüllt werden kann.
Dabei können in dem Fall, bei dem eine Mehrzahl der Außenlufteinlässe 20a und eine Mehrzahl der Außenluftauslässe 20b bereitgestellt sind und diese Öffnungsrichtungen voneinander verschieden sind, der durchschnittliche Winkel der Einlassöffnungswinkel und der durchschnittliche Winkel der Auslassöffnungswinkel verglichen werden.
Der durchschnittliche Winkel wird wie folgt berechnet. Insbesondere ist z. B. der durchschnittliche Winkel der Einlassöffnungswinkel ein Wert, der durch zuerst Bestimmen eines Produkts aus dem Öffnungswinkel und der Öffnungsfläche in jedem der Auslasslufteinlässe 20a, Addieren der Produkte und anschließend Dividieren des Produkts durch die gesamte Öffnungsfläche erhalten wird. Der durchschnittliche Winkel der Auslassöffnungswinkel wird in der gleichen Weise berechnet.
Darüber hinaus können als Aufbau des Außenlufteinlasses 20a und des Außenluftauslasses 20b, welcher der vorstehend genannten Druckbeziehung genügt, z. B. der Außenlufteinlass 20a und der Außenluftauslass 20b so aufgebaut sein, dass sie eine Flächenbeziehung aufweisen, bei der die Öffnungsfläche des Außenlufteinlasses 20a einen Wert aufweist, der nicht kleiner ist als die Öffnungsfläche des Außenluftauslasses 20b.
Ein solcher Aufbau kann den Druckverlust in dem Außenlufteinlass 20a kleiner machen als denjenigen in dem Außenluftauslass 20b. Aus diesem Grund kann der Einlassdruck P1 um ein vorgegebenes Ausmaß höher eingestellt werden als der Auslassdruck P2, so dass die vorstehend genannte Druckbeziehung erfüllt werden kann.
Die vorstehend genannte Anordnungsbeziehung und die Flächenbeziehung zwischen dem Außenlufteinlass 20a und dem Außenluftauslass 20b können in einer Kombination eingesetzt werden.
Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Durchlässigkeitsfunktion durch die durchlässige Membran 13 verwirklicht, ohne eine große Druckdifferenz zwischen der Außenluftseite und der Innenluftseite der durchlässigen Membran 13 durch einen Druckdifferenzerzeuger, wie z. B. eine Vakuumpumpe, bereitzustellen.
Insbesondere arbeitet das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem in dem Bereich einer Druckfluktuation, so dass ein Druck (Staudruck), der durch den Fahrtwind des Fahrzeugs erzeugt wird, und ein Druck des Gebläses 23, das ein Kompressionsverhältnis von weniger als zwei aufweist, auf den allgemeinen Atmosphärendruck ausgeübt werden. Insbesondere arbeitet das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem in einem Bereich, bei dem die Druckdifferenz zwischen der Außenluftseite und der Innenluftseite der durchlässigen Membran 13 nicht mehr als 5 kPa beträgt.
Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform, die in der 4 gezeigt ist, ist die Differenz (P2 – P1) des Auslassdrucks P2 und des Einlassdrucks P1, wenn das Fahrzeug fährt, kleiner als diejenige in der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. Insbesondere wird das Ausmaß des Fahrtwinds, der in dem Außenlufteinlass 20b empfangen wird, näher an dasjenige gebracht, das in dem Außenlufteinlass 20a empfangen wird.
Beispielsweise wird die Öffnungsrichtung des Außenluftauslasses 20b innerhalb eines ersten Bereichs R1 oder eines zweiten Bereichs R2, die in der 4 gezeigt sind, eingestellt. Dadurch kann das Ausmaß des Fahrtwinds, der in dem Außenluftauslass 20b empfangen wird, näher an dasjenige gebracht werden, das in dem Außenlufteinlass 20a empfangen wird.
Dabei ist der erste Bereich R1 ein Richtungsbereich, bei dem die Richtung einen Winkel von nicht mehr als 90° mit der Öffnungsrichtung D1 des Außenlufteinlasses 20a einschließt, wenn das Fahrzeug von jeder der lateralen Seite, der Oberseite und der Vorderseite des Fahrzeugs betrachtet wird.
Darüber hinaus ist der zweite Bereich R2 ein Richtungsbereich, bei dem die Richtung einen Winkel von nicht mehr als 90° mit einer Richtung D2 einschließt, die symmetrisch zu der Öffnungsrichtung D1 des Außenlufteinlasses 20a ist, wenn das Fahrzeug von jeder der lateralen Seite, der Oberseite und der Vorderseite des Fahrzeugs betrachtet wird. Für ein einfaches Verständnis zeigt die 4 den ersten Bereich R1 und den zweiten Bereich R2, wenn das Fahrzeug von dessen Oberseite her betrachtet wird.
In der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform fluktuiert die Differenz (P2 – P1) zwischen dem Auslassdruck P2 und dem Einlassdruck P1 in gewissem Maß durch die Gegenwart des Fahrtwinds. Aus diesem Grund fluktuiert das Ausmaß des Windes, der in den Außenluftdurchgang 20 strömt, in einem gewissen Maß zwischen der Zeit, wenn das Fahrzeug angehalten hat, und der Zeit, wenn das Fahrzeug fährt, und als Ergebnis fluktuiert die Gasdurchlässigkeit der durchlässigen Membran 13 auch in einem gewissen Maß zwischen der Zeit, wenn das Fahrzeug angehalten hat, und der Zeit, wenn das Fahrzeug fährt.
Unter Berücksichtigung dieses Punkts wird in der vorliegenden Ausführungsform die Differenz (P2 – P1) zwischen dem Auslassdruck P2 und dem Einlassdruck P1, wenn das Fahrzeug fährt, kleiner gemacht. Aus diesem Grund kann die Fluktuation der Differenz (P2 – P1) zwischen dem Auslassdruck P2 und dem Einlassdruck P1 zwischen der Zeit, wenn das Fahrzeug angehalten hat, und der Zeit, wenn das Fahrzeug fährt, unterdrückt werden, und die Gasdurchlässigkeit der durchlässigen Membran 13 kann stabiler bereitgestellt werden.
Dritte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform, wie sie in der 5 gezeigt ist, wird ein Modul mit durchlässiger Membran 33 verwendet, in das die durchlässige Membran 13 einbezogen ist, und das Innenluftgebläse 25 dient auch als Klimatisierungsventilator einer Klimaanlage 30 für Fahrzeuge.
Ein Klimaanlagengehäuse 31 in der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge ist innerhalb eines Armaturenbretts (nicht gezeigt) angeordnet, das in dem vordersten Teil der Fahrgastzelle 11 angeordnet ist. Ein Durchgang, durch den die Lift strömt, ist im Inneren des Klimaanlagengehäuses 31 angeordnet.
Das Klimaanlagengehäuse 31 ist aus einem Harz geformt, das einen bestimmten Elastizitätsgrad und eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, z. B. aus Polypropylen.
Ein etwa U-förmiger Außenluftdurchgang 32, durch den die Außenluft eine Kehrtwendung macht und gemäß den Pfeilen A1 bis A3 strömt, ein Außenlufteinlass 32a, der die Außenluft in den Außenluftdurchgang 32 leitet und ein Außenluftauslass 32b, der die Außenluft zur Außenseite des Außenluftdurchgangs 32 leitet, sind in einem Abschnitt stromaufwärts von dem Klimaanlagengehäuse 31 ausgebildet.
In dem Außenluftdurchgang 32 ist das Außenluftgebläse 24 in einem Abschnitt stromabwärts eines Abschnitts angeordnet, bei dem der Außenluftdurchgang 32 in einer U-Form gebogen ist (auf der Seite des Außenluftauslasses 32b).
In dem Teil, bei dem der Außenluftdurchgang 32 in einer U-Form in dem Außenluftdurchgang 32 gebogen ist, ist das Modul mit durchlässiger Membran 33, in das eine durchlässige Membran einbezogen ist, angeordnet. Innerhalb des Klimaanlagengehäuses 31 ist das Innenluftgebläse 25 (der Ventilator zur Klimatisierung) auf der Seite gegenüber dem Außenlufteinlass 32a und dem Außenluftauslass 32b (auf der unteren Seite von 5) bezüglich des Moduls mit durchlässiger Membran 33 angeordnet.
Wie es in der 6 gezeigt ist, ist das Modul mit durchlässiger Membran 33 als Ganzes in einer rechteckigen Parallelepipedform ausgebildet. Ein Außenluftumwälzraum 33a, durch den die Außenluft strömt, wie es durch die Pfeile A4 und A5 gezeigt ist, ist in dem Modul mit durchlässiger Membran 33 ausgebildet. Insbesondere ist der Außenluftumwälzraum 33a durch eine Trennplatte 33b in zwei Räume aufgeteilt, d. h. einen ersten Raum 33c und einen zweiten Raum 33d.
In dem ersten Raum 33c strömt die Außenluft von der Seite des Außenlufteinlasses 32a durch den ersten Raum 33c zu der Seite gegenüber dem Außenlufteinlass 32a (von der Oberseite zur Unterseite von 6), wie es durch den Pfeil A4 gezeigt ist. Die Außenluft, die aus dem ersten Raum 33c strömt, macht eine Kehrtwendung, wie es durch den Pfeil A2 gezeigt ist. Anschließend strömt die Außenluft durch den zweiten Raum 33d von der Seite gegenüber dem Außenluftauslass 32b zu der Seite des Außenluftauslasses 32b (von der unteren Seite zur oberen Seite von 6), wie es durch den Pfeil A5 gezeigt ist.
Ferner ist ein Innenluftumwälzraum 33e, durch den die Innenluft in einer Richtung strömt, die den Außenluftumwälzraum 33a senkrecht schneidet, wie es durch den Pfeil B1 gezeigt ist (in der horizontalen Richtung von 6), in dem Modul mit durchlässiger Membran 33 ausgebildet. Der Innenluftumwälzraum 33e ist so ausgebildet, dass er an den Außenluftumwälzraum 33a angrenzt. In dem Beispiel von 6 sind eine Mehrzahl des Außenluftumwälzraums 33a und eine Mehrzahl des Innenluftumwälzraums 33e abwechselnd in dem Modul mit durchlässiger Membran 33 ausgebildet.
Das Modul mit durchlässiger Membran 33 umfasst eine Trennwand zwischen dem Außenluftumwälzraum 33a und dem Innenluftumwälzraum 33e, die aus der durchlässigen Membran 13 ausgebildet ist, und der restliche Teil ist aus einem Material, wie z. B. einem Harz, ausgebildet.
In dem Klimaanlagengehäuse 31 sind ein erster Innenlufteinlass 34, der die Innenluft in den Innenluftumwälzraum 33e des Moduls mit durchlässiger Membran 33 einführt, und ein Innenluftdurchgang 35, durch den die Innenluft, die aus dem Innenluftumwälzraum 33e ausströmt, eine Kehrtwendung macht, wie es durch den Pfeil B2 gezeigt ist, ausgebildet und Ströme werden auf einer lateralen Seite des Moduls mit durchlässiger Membran 33 gebildet.
In dem Klimaanlagengehäuse 31 ist ein zweiter Innenlufteinlass 36, der die Innenluft in ein Klimatisierungsgebläse 25 einführt, wie es durch den Pfeil B3 gezeigt ist, in einem Abschnitt stromabwärts von dem Innenluftdurchgang 35 ausgebildet.
In dem Klimaanlagengehäuse 31 ist eine Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 angeordnet, die zwischen einem Innenluftumwälzmodus und einem Außenlufteinführungsmodus schaltet. In dem Beispiel von 5 wird eine Drehklappe als Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 verwendet.
In dem Innenluftumwälzmodus wird die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 in eine Position gedreht, die in der 5 durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, und sie wird betätigt, um den Außenluftdurchgang 32 zu schließen und den Innenluftdurchgang 35 zu öffnen. Dadurch wird die Innenluft von dem ersten und dem zweiten Innenlufteinlass 34 und 36 in das Klimatisierungsgebläse 25 eingeführt.
In dem Innenluftumwälzmodus tritt die Außenluft, die durch den Außenlufteinlass 32a in den Außenluftdurchgang 32 strömt, wie es durch den Pfeil A1 gezeigt ist, durch den ersten Raum 33c des Außenluftumwälzraums 33a des Moduls mit durchlässiger Membran 33 hindurch, wie es durch den Pfeil A4 gezeigt ist. Anschließend führt die Außenluft auf der Seite der Außenoberfläche der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 eine Kehrtwendung aus, wie es durch den Pfeil A2 gezeigt ist, und tritt ferner durch den zweiten Raum 33d des Außenluftumwälzraums 33a in dem Modul mit durchlässiger Membran 33 hindurch, wie es durch den Pfeil A5 gezeigt ist. Dann strömt die Außenluft zu dem Außenluftauslass 32b und zur Außenseite des Außenluftdurchgangs 32, wie es durch den Pfeil A3 gezeigt ist.
Darüber hinaus wird in dem Außenlufteinführungsmodus die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 in eine Position gedreht, die durch eine Punkt-Punkt-Strich-Linie in der 5 gezeigt ist, und sie wird betätigt, um den Außenluftdurchgang 32 zu öffnen und den Innenluftdurchgang 35 zu schließen. Dadurch tritt die Außenluft, die durch den Außenlufteinlass 32a in den Außenluftdurchgang 32 strömt, durch den ersten Raum 33c des Außenluftumwälzraums 33a in dem Modul mit durchlässiger Membran 33 hindurch, wie es durch den Pfeil A4 gezeigt ist. Anschließend strömt die Außenluft, ohne eine Kehrtwendung zu machen, in die Richtung des Klimatisierungsgebläses 25 und wird in das Klimatisierungsgebläse 25 eingeführt.
Die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 wird durch einen Servomotor angetrieben, der durch die Klimatisierungssteuerungseinheit gesteuert wird, oder durch einen manuellen Betätigungsmechanismus, der durch den Fahrgast betätigt wird, obwohl eine Darstellung davon weggelassen ist.
In dem Beispiel von 5 ist ein Filter 38, der Staub, Gerüche und dergleichen in der Luft beseitigt, unmittelbar stromaufwärts von dem Klimatisierungsgebläse 25 in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet.
Ein Wärmetauscher 39, der mindestens eines von Kühlen und Erwärmen der von dem Klimatisierungsgebläse 25 zugeleiteten Gebläseluft ausführt, ist stromabwärts von dem Klimatisierungsgebläse 25 in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet. In dem Beispiel sind ein Wärmetauscher zum Kühlen, der die Gebläseluft kühlt, und ein Wärmetauscher zum Erwärmen, der die Gebläseluft erwärmt, als Wärmetauscher 39 in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet.
In dem Beispiel ist eine Luftmischklappe in dem Klimaanlagengehäuse 31 zum Einstellen der Temperatur der in die Fahrgastzelle 11 austretenden Luft durch Einstellen des Verhältnisses der Menge an Warmluft, die durch den Wärmetauscher zum Heizen hindurchtritt, und der Menge an Kaltluft, die um den Wärmetauscher zum Erwärmen herumgeleitet wird und strömt, angeordnet, obwohl eine Darstellung derselben weggelassen ist.
Darüber hinaus sind Austrittsöffnungen für den Austritt von Klimatisierungsluft zu einem vorgegebenen Bereich innerhalb der Fahrgastzelle 11 in einem Abschnitt ausgebildet, der am weitesten stromabwärts von dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet ist, und eine Austrittsmodusklappe ist in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet, um diese Austrittsöffnungen zu öffnen und zu schließen, obwohl eine Darstellung derselben weggelassen ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Außenluft in dem Innenluftumwälzmodus einer Oberfläche der durchlässigen Membran 13 zugeführt werden, da die Außenluft in dem Außenluftumwälzraum 33a des Moduls mit durchlässiger Membran 33 umgewälzt wird, und die Innenluft kann der anderen Oberfläche der durchlässigen Membran 13 zugeführt werden, da die Innenluft in dem Innenluftumwälzraum 33e umgewälzt wird. Aus diesem Grund können die Konzentration von Sauerstoff und die Konzentration von Kohlendioxid in der Fahrgastzelle 11 in der gleichen Weise wie in dem Fall von jeder der vorstehend genannten Ausführungsformen bei einer angenehmen Konzentration gehalten werden.
Es können eine Verkleinerung der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge und eine Kostensenkung erreicht werden, da das Innenluftgebläse 25 auch als Klimatisierungsgebläse der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge dient.
Eine weitere Verkleinerung der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge und eine weitere Kostensenkung können im Vergleich zu dem Fall erreicht werden, bei dem der Durchgang, der die Außenluft der durchlässigen Membran 13 zuführt, und der Außenlufteinführungsdurchgang, der die Außenluft in das Klimatisierungsgebläse 25 einführt, separat bereitgestellt sind, da der Außenluftdurchgang 32 die Außenluft der durchlässigen Membran 13 in dem Innenluftumwälzmodus zuführt und in dem Außenlufteinführungsmodus als Außenlufteinführungsdurchgang dient, der die Außenluft in das Klimatisierungsgebläse 25 einführt.
Zusätzlich können die Gerüche, die durch die durchlässige Membran 13 in die Fahrgastzelle 11 eindringen, effektiv entfernt werden, da der Filter 38 in dem Klimaanlagengehäuse 31 angeordnet ist.
Vierte Ausführungsform
In der vorstehend erläuterten dritten Ausführungsform ist die durchlässige Membran in das Modul mit durchlässiger Membran 33 einbezogen. Andererseits ist die durchlässige Membran in einer vierten Ausführungsform mit der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 integriert, wie es in der 7 gezeigt ist. Insbesondere ist eine kreisförmige Fläche der Innenluft- und Außenluftschaltklappe (Drehklappe) 37 aus der durchlässigen Membran 13 ausgebildet. Einhergehend damit ist in der vorliegenden Ausführungsform der erste Innenlufteinlass 34 weggelassen.
Durch diesen Aufbau wird die von dem Außenlufteinlass 32a eingeführte Außenluft in dem Innenluftumwälzmodus einer Oberfläche der durchlässigen Membran 13 zugeführt (einer Außenoberfläche der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37) und die von dem zweiten Innenlufteinlass 36 zugeführte Innenluft wird der anderen Oberfläche der durchlässigen Membran 13 zugeführt (einer Innenoberfläche der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37).
In der vorliegenden Ausführungsform können eine Verkleinerung der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge und eine Kostensenkung erreicht werden, da die durchlässige Membran mit der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 integriert ist.
Fünfte Ausführungsform
Eine fünfte Ausführungsform ist eine Modifizierung der vorstehend erläuterten vierten Ausführungsform, bei der das Außenluftgebläse 24 in dem Außenlufteinführungsmodus gestoppt wird oder die Drehrichtung des Außenluftgebläses 24 bezogen auf diejenige in dem Innenluftumwälzmodus umgekehrt wird.
Insbesondere dreht in dem Innenluftumwälzmodus, der in der 8A gezeigt ist, eine Klimatisierungssteuerungseinheit (ECU) 40 das Außenluftgebläse 24 vorwärts, um die Außenluft aus dem Außenluftauslass 32b zu leiten, wie es durch den Pfeil A3 gezeigt ist. In dem in der 8B gezeigten Außenlufteinführungsmodus stoppt die Klimatisierungssteuerungseinheit 40 das Außenluftgebläse 24 oder dreht dieses in der umgekehrten Richtung, um die Außenluft von dem Außenluftauslass 32b zu leiten, wie es durch den Pfeil A6 gezeigt ist.
Dabei kann die Außenluft in dem Außenlufteinführungsmodus sowohl von dem Außenlufteinlass 32a als auch von dem Außenluftauslass 32b eingeführt werden. Aus diesem Grund kann die durchlässige. Membran 13 in der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge bereitgestellt werden, ohne den Außenlufteinführungsdurchgang der Klimaanlage 30 für Fahrzeuge größer zu machen als der herkömmliche Außenlufteinführungsdurchgang.
Sechste Ausführungsform
Eine sechste Ausführungsform ist eine Modifizierung der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform, in der ein Mittel zum Stoppen eines Gebläses, das mindestens eines des Außenluftgebläses 24 oder des Klimatisierungsgebläses 25 stoppt, bereitgestellt, um ein Eindringen der Gerüche in die Fahrgastzelle 11 durch die durchlässige Membran 13 in dem Fall zu unterdrücken, bei dem die Konzentration der Gerüche in der Außenluft hoch ist. Dabei bezieht sich der Fall, bei dem die Konzentration der Gerüche in der Außenluft hoch ist, z. B. auf einen Fall, bei dem in einem Tunnel gefahren wird.
Das Mittel zum Stoppen eines Gebläses steuert das Ein- und das Ausschalten von mindestens einem des Außenluftgebläses 24 und des Klimatisierungsgebläses 25 gemäß der Konzentration der Gerüche in der Außenluft. In diesem Beispiel erfasst ein Geruchskonzentrationssensor (nicht gezeigt), der in einem Fahrzeuggrill oder dem Außenluftdurchgang 20 bereitgestellt ist, die Konzentration der Gerüche in der Außenluft und die vorstehend genannte Klimatisierungssteuerungseinheit (nicht gezeigt) steuert das Ein- und Ausschalten von mindestens einem des Außenluftgebläses 24 und des Klimatisierungsgebläses 25.
Die 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Schema der Ein-Aus-Steuerung des Außenluftgebläses 24 durch die Klimatisierungssteuerungseinheit zeigt. Als erstes schaltet bei dem Schritt S100 die Klimatisierungssteuerungseinheit das Außenluftgebläse 24 ein. Als nächstes bestimmt die Klimatisierungssteuerungseinheit bei dem Schritt S110, ob die Konzentration der Gerüche in der Außenluft, die von dem Geruchskonzentrationssensor bestimmt worden ist, größer ist als ein vorgegebener Wert.
Bei dem Schritt S110 schaltet in dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit bestimmt, dass die Konzentration der Gerüche in der Außenluft größer ist als der vorgegebene Wert, das Außenluftgebläse 24 bei dem Schritt S120 aus. Dann bestimmt die Klimatisierungssteuerungseinheit bei dem Schritt S130, ob die Konzentration der Gerüche in der Außenluft kleiner ist als der vorgegebene Wert. In dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit bestimmt, dass die Konzentration der Gerüche in der Außenluft kleiner ist als der vorgegebene Wert, kehrt sie zum Schritt S100 zurück.
In dem Fall, bei dem im Schritt S130 die Klimatisierungssteuerungseinheit bestimmt, dass die Konzentration der Gerüche in der Außenluft nicht kleiner ist als der vorgegebene Wert, wird der Schritt S130 wiederholt. In dem Fall, bei dem im Schritt S110 die Klimatisierungssteuerungseinheit bestimmt, dass die Konzentration der Gerüche in der Außenluft nicht größer als der vorgegebene Wert ist, wird der Schritt S110 wiederholt.
Die Ein-Aus-Steuerung des Klimatisierungsgebläses 25 durch die Klimatisierungssteuerungseinheit wird in der gleichen Weise wie in der 9 ausgeführt und deshalb wird eine Beschreibung der Ein-Aus-Steuerung des Klimatisierungsgebläses 25 weggelassen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsformen kann die Zufuhr von mindestens einer der Außenluft und der Innenluft zu der durchlässigen Membran 13 in dem Fall unterdrückt werden, bei dem die Konzentration der Gerüche in der Außenluft hoch ist. Aus diesem Grund kann die Menge des Gases, das durch die durchlässige Membran 13 strömt, so vermindert werden, dass ein Eindringen der Gerüche in die Fahrgastzelle 11 unterdrückt werden kann.
Demgemäß können eine Verkleinerung der Klimaanlage für Fahrzeuge und eine Kostensenkung verglichen mit dem Fall erreicht werden, bei dem ein Mittel zum Blockieren der durchlässigen Membran 13 bereitgestellt ist, um ein Eindringen der Gerüche in die Fahrgastzelle 11 bei einer hohen Konzentration der Gerüche in der Außenluft zu unterdrücken.
Das Mittel zum Stoppen eines Gebläses kann z. B. auch mit einem manuellen Stoppmittel, wie z. B. einem Gebläsestoppschalter, ausgebildet sein, der von dem Fahrgast bzw. Insassen betätigt wird.
Siebte Ausführungsform
In einer siebten Ausführungsform ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen drei bis fünf ein Klappenschaltmittel bereitgestellt, welches das Ausmaß eines Beschlagens einer Scheibe erfasst oder abschätzt und die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 in die Position des Außenlufteinführungsmodus schaltet, wodurch ein Beschlagen der Scheibe verhindert wird.
Das Klappenschaltmittel schaltet die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 in dem Fall in die Position des Außenlufteinführungsmodus, bei dem das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe größer als ein vorgegebener Wert ist. In dem Beispiel schaltet die vorstehend genannte Klimatisierungssteuerungseinheit (nicht gezeigt) die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37. Die Abschätzung des Ausmaßes des Beschlagens der Scheibe kann wie folgt durchgeführt werden: Die Klimatisierungssteuerungseinheit berechnet das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe auf der Basis der Temperatur und der Feuchtigkeit der Innenluft, die z. B. durch einen Innenlufttemperatursensor und einen Innenluftfeuchtigkeitssensor erfasst werden.
Die 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Schema der Schaltsteuerung der Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 durch die Klimatisierungssteuerungseinheit zeigt. Als erstes bewegt in dem Schritt S200 die Klimatisierungssteuerungseinheit die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 zu der Position des Innenluftumwälzmodus (auf der Seite der Innenluftumwälzung). Als nächstes bestimmt die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S210, ob das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe größer als der vorgegebene Wert ist.
In dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S210 bestimmt, dass das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe größer als der vorgegebene Wert ist, schaltet die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S220 die Innenluft- und Außenluftschaltklappe 37 in die Position des Außenlufteinführungsmodus (auf der Seite der Außenlufteinführung). Dann bestimmt die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S230, ob das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe kleiner ist als der vorgegebene Wert. In dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit bestimmt, dass das Ausmaß des Beschlagens des Fensters kleiner ist als der vorgegebene Wert, kehrt sie zu dem Schritt S200 zurück.
In dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S230 bestimmt, dass das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe nicht kleiner als der vorgegebene Wert ist, wird der Schritt S230 wiederholt. In dem Fall, bei dem die Klimatisierungssteuerungseinheit im Schritt S210 bestimmt, dass das Ausmaß des Beschlagens der Scheibe nicht größer als der vorgegebene Wert ist, wird der Schritt S210 wiederholt.
Erfindungsgemäß kann dann, wenn die Konzentration von Wasserdampf innerhalb der Fahrgastzelle 11 ansteigt, so dass ein Beschlagen einer Scheibe verursacht wird, Außenluft eingeführt werden, um die Konzentration von Wasserdampf innerhalb der Fahrgastzelle 11 zu senken, wodurch ein Beschlagen der Scheibe verhindert wird.
Andere Ausführungsformen
Jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigt ein Beispiel einer spezifischen Anordnungsposition der durchlässigen Membran. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese beschränkt und die durchlässige Membran kann z. B. in einem Kofferraum oder an einer Seitenwand des Fahrzeugs angeordnet sein.
In der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform ist nur der Außenluftdurchgang 32 als der Außenlufteinführungsdurchgang bereitgestellt, der die Außenluft in das Klimatisierungsgebläse 25 einführt und das Modul mit durchlässiger Membran 33 ist in diesem Außenluftdurchgang 32 angeordnet. Alternativ kann als Außenlufteinführungsdurchgang ein Durchgang, der von dem Außenluftdurchgang 32 verschieden ist, parallel zu dem Außenluftdurchgang bereitgestellt werden, und das Modul mit durchlässiger Membran 33 ist gegebenenfalls nicht in diesem anderen Durchgang angeordnet.
Es ist selbstverständlich, dass die Konfigurationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert eingesetzt werden können.
Struktur der durchlässigen Membran
In dem Klimatisierungssystem für Häuser und dem Klimatisierungsystem für Fahrzeuge, die vorstehend beschrieben worden sind, kann anstelle der durchlässigen Membran 13 eine in der 11 gezeigte durchlässige Membranstruktur 50a oder eine in der 12 gezeigte durchlässige Membranstruktur 50b eingesetzt werden.
Die durchlässige Membranstruktur 50a in der 11 umfasst eine durchlässige Membran 13c und einen Träger 42a. Die durchlässige Membran 13c weist eine flache Form auf und ist von dem Träger 42a, der eine flache Form aufweist und an einer Seite der durchlässigen Membran 13c angebracht ist, gestützt. Der Träger 42a kann an einem Teil der durchlässigen Membran 13c angebracht sein, z. B. einem Umfangsteil der durchlässigen Membran 13c, oder er kann vollständig an der durchlässigen Membran 13c angebracht sein.
Die durchlässige Membranstruktur 50b in der 12 umfasst eine durchlässige Membran 13d und einen Träger 42b. Die durchlässige Membran 13d ist gefaltet und von dem Träger mit Faltenstruktur 42b, der an einer Seite der durchlässigen Membran 13d angebracht ist, gestützt. Der Träger 42b kann an einem Teil der durchlässigen Membran 13d angebracht sein oder er kann vollständig an der durchlässigen Membran 13d angebracht sein.
Die durchlässigen Membranen 13c und 13d sind mit einer Membran ausgebildet, die aus dem vorstehend beschriebenen polymeren Material hergestellt ist, und weisen vorzugsweise eine Dicke von 0,1 bis 10 μm auf. Die Träger 42a und 42b können aus einem Material hergestellt sein, das Gas durchlassen kann. Beispiele dafür umfassen ein Element aus papierartigen Fasern, einen porösen Körper mit Poren von 0,1 bis 500 μm und ein Gewebe. Der Träger weist vorzugsweise eine Dicke von 50 bis 500 μm auf. Die Träger 42a und 42b sind auch bevorzugt aus einem wärmeisolierenden Material hergestellt. Dies erleichtert die Verbesserung der Wärmeeffizienz in dem Klimatisierungssystem 100 für Häuser.
Bei diesen durchlässigen Membranstrukturen 50a und 50b sind die durchlässigen Membranen 13c und 13d von dem Träger gestützt. Dies macht die durchlässigen Membranen 13c und 13d dünner, so dass die Menge des Gases, das durch die durchlässigen Membranen 13c und 13d hindurchtritt, erhöht wird, und stellt die Festigkeit der durchlässigen Membranstruktur sicher. Bei der durchlässigen Membranstruktur 50b weisen die durchlässigen Membranen 13c und 13d eine vergrößerte Oberfläche auf, was eine weitere Zunahme der hindurchtretenden Gasmenge ermöglicht.
Die durchlässige Membranstruktur kann z. B. durch Bilden einer durchlässigen Membran auf einem Film, der in einem Nachbehandlungsschritt entfernt werden kann, mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bildung eines Films, Übertragen eines Trägers auf die gebildete durchlässige Membran und anschließend Entfernen des Films hergestellt werden. Beispiele für den Film, der in dem Nachbehandlungsschritt entfernt werden kann, umfassen Filme, die durch Waschen mit Wasser, einem Lösungsmittel und einer Chemikalie entfernt werden, und Filme, die nach dem Modifizieren durch Bestrahlen mit UV, Elektronenstrahlen (EB) und dergleichen entfernt werden. Beispiele für Verfahren zum Übertragen des Trägers auf die durchlässige Membran umfassen ein Verfahren zum Anordnen eines Bindungsmittels oder eines Haftmittels zwischen einer durchlässigen Membran und einem Träger zum Anbringen der durchlässigen Membran an dem Träger und ein Verfahren zum Anbringen einer durchlässigen Membran an einem Träger durch Erwärmen, Lösen durch ein Lösungsmittel und dergleichen.
Beispiele
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mittels Beispielen genauer beschrieben. Die vorliegende Erfindung wird jedoch durch die folgenden Beispiele nicht beschränkt.
Polymerherstellung
Polymerherstellungsbeispiel 1: Synthese von Tris(trimethylsiloxy)silylnorbornen-Ringöffnungspolymer (Polymer A)
In einem mit Stickstoff gespülten Glasbehälter wurden 20 g (0,51 mmol) eines Monomers A, das durch die Formel (12) dargestellt wird, und 180 g Toluol gemischt und die Temperatur wurde auf 40°C erhöht. Eine Lösung, die durch Lösen von 12 mg (0,015 mmol) Bis(tricyclohexylphosphin)benzylidenruthenium(IV)-dichlorid in 4 g Toluol erhalten worden ist, wurde dem Gemisch zugesetzt und eine Polymerisationsreaktion wurde bei 40°C durchgeführt. Nach dem Beginn der Polymerisationsreaktion erhöhte sich die Viskosität der Lösung nach und nach. Die Polymerisation wurde durch Zusetzen von 1 g Ethylvinylether nach 20 min gestoppt. Die Polymerisationslösung wurde in eine große Menge Methanol eingebracht, um einen Niederschlag auszufällen. Nach dem Waschen wurde der Niederschlag abfiltriert und 5 Stunden bei 70°C unter vermindertem Druck getrocknet. Es wurden 19,0 g eines Polymers A erhalten. Dessen Molekulargewicht betrug Mn = 550000 als Polystyrol-Umwandlungswert, der mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Toluol als Lösungsmittel bestimmt worden ist.
Polymerherstellungsbeispiel 2: Synthese von Tris(trimethylsiloxy)silylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer B)
In einem mit Stickstoff gespülten Glasbehälter wurden 34,7 g (0,089 mol) eines Monomers A, 8,3 g (0,089 mol) eines Monomers B und 37 mg (40 μmol) Trityltetra(pentafluorphenyl)borat {[Ph₃C][B(C₆F₅)₄]} in 140 ml Toluol gelöst. Eine separat hergestellte Katalysatorlösung (eine Katalysatorlösung, die durch Lösen von 9 mg (40 μmol) Cyclopentadienyl(allyl)palladium [C₅H₅PdC₃H₅] und 12 mg (40 μmol) Tricyclohexylphosphin [PCy₃] in 15 ml Toluol hergestellt worden ist) wurde der Lösung zugesetzt und eine Polymerisationsreaktion wurde 5 Stunden bei Raumtemperatur (25°C) durchgeführt.
Nach dem Ende der Reaktion wurde das Produkt in eine große Menge Methanol eingebracht, um ein Polymer abzuscheiden. Nach dem Filtrieren und Waschen wurde das Polymer unter vermindertem Druck 5 Stunden bei 60°C getrocknet. Es wurden 30,5 g eines Polymers B erhalten.
Das mittels GPC-Messung bestimmte Molekulargewicht des erhaltenen Polymers betrug Mn = 726000 und dessen Molekulargewichtsverteilung betrug Mw/Mn = 1,51. Aufgrund des ¹H-NMR-Spektrums wurde bestätigt, dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer A abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation A/B = 46/54 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 3: Synthese von Tris(trimethylsiloxy)silylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer C)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 2 durchgeführt, jedoch betrugen die eingesetzten Mengen des Monomers A und des Monomers B 44,7 g (0,115 mol) des Monomers A bzw. 5,8 g (0,062 mol) des Monomers B. Es wurden 34,1 g eines Polymers C erhalten. Es wurde bestätigt, dass dessen Molekulargewicht Mn = 601000 betrug, dessen Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn = 1,49 betrug und dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer A abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation A/B = 67/33 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 4: Synthese von Bis(trimethylsiloxy)methylsilylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer D)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 2 durchgeführt, jedoch wurde anstelle des Monomers A das Monomer C, das durch die Formel (13) dargestellt ist, verwendet, und es wurden 28,0 g (0,089 mol) des Monomers C verwendet. Es wurden 29,4 g eines Polymers D erhalten. Es wurde bestätigt, dass dessen Molekulargewicht Mn = 892000 betrug, dessen Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn = 1,62 betrug und dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer C abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation C/B = 46/54 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 5: Synthese von Bis(trimethylsiloxy)methylsilylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer E)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 4 durchgeführt, jedoch betrugen die eingesetzten Mengen des Monomers C und des Monomers B 36,2 g (0,115 mol) des Monomers C bzw. 5,8 g (0,062 mol) des Monomers B. Es wurden 29,4 g eines Polymers E erhalten. Es wurde bestätigt, dass dessen Molekulargewicht Mn = 724000 betrug, dessen Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn = 1,38 betrug und dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer C abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation C/B = 68/32 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 6: Synthese von Bis(trimethylsiloxy)methylsilylnorbornen-Additionspolymer (Polymer F)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 4 durchgeführt, jedoch wurden 55,7 g (0,177 mol) des Monomers C allein anstelle der Verwendung des Monomers C und des Monomers B eingesetzt. Es wurden 30,6 g eines Polymers F erhalten. Dessen Molekulargewicht betrug Mn = 632000 und dessen Molekulargewichtsverteilung betrug Mw/Mn = 1,39.
Polymerherstellungsbeispiel 7: Synthese von Trimethylsiloxymethylphenylsilylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer G)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 2 durchgeführt, jedoch wurde anstelle des Monomers A das Monomer D, das durch die Formel (14) dargestellt wird, verwendet, und es wurden 27,0 g (0,089 mol) des Monomers D verwendet. Es wurden 18,5 g eines Polymers G erhalten. Es wurde bestätigt, dass dessen Molekulargewicht Mn = 736000 betrug, dessen Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn = 1,24 betrug und dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer D abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation D/B = 49/51 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 8: Synthese von Bis(trimethylsiloxy)methylsilylnorbornen-b-norbornen-Additionscopolymer (Polymer H)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 7 durchgeführt, jedoch betrugen die eingesetzten Mengen des Monomers D und des Monomers B 34,8 g (0,115 mol) des Monomers D bzw. 5,8 g (0,062 mol) des Monomers B. Es wurden 20,7 g eines Polymers H erhalten. Es wurde bestätigt, dass dessen Molekulargewicht Mn = 479000 betrug, dessen Molekulargewichtsverteilung Mw/Mn = 1,32 betrug und dass das Zusammensetzungsverhältnis der von dem Monomer D abgeleiteten Struktur und der von dem Norbornen abgeleiteten Struktur während der Polymerisation D/B = 66/34 (mol/mol) betrug.
Polymerherstellungsbeispiel 9: Synthese von Bis(trimethylsiloxy)methylsilylnorbornen-Additionspolymer (Polymer I)
Ein Experiment wurde in der gleichen Weise wie im Polymerherstellungsbeispiel 7 durchgeführt, jedoch wurden 53,6 g (0,177 mol) des Monomers D allein anstelle der Verwendung des Monomers D und des Monomers B eingesetzt. Es wurden 25,7 g eines Polymers I erhalten. Dessen Molekulargewicht betrug Mn = 467000 und dessen Molekulargewichtsverteilung betrug Mw/Mn = 1,35.
Herstellung eines Gewebes mit verbesserter Oberflächenhaftung
Ein Haftungsverbesserungsmittel X-92-470 (von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. hergestellt, 10% Feststoffgehalt, Toluol-Ethylacetat-Lösungsmittel) wurde gleichmäßig auf die Oberfläche eines Gewebes aufgebracht (Material: PET, Öffnungsanteil: 46%, Öffnungsdurchmesser: 85 μm) und bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Anschließend wurde 5 Minuten bei 120°C erwärmt, wobei ein Gewebe erhalten wurde, dessen Oberflächenhaftung verbessert war.
Herstellung einer asymmetrischen Membran
Beispiel 1
Das Polymer A wurde in einer Mischlösung aus Tetrahydrofuran (THF) und Methanol gelöst, um eine Lösung zur Herstellung einer asymmetrischen Membran herzustellen. Die Zusammensetzung der Lösung war Tetrahydrofuran/Methanol/Polymer A: 85/10/5 Massen-%.
Ein Rahmen mit einer Dicke von 180 μm wurde auf einer Glasplatte angeordnet und ein Gewebe (Material: PET, Öffnungsanteil: 45%, Öffnungsdurchmesser: 85 μm) wurde innerhalb des Rahmens eingelegt. Die vorstehend genannte Lösung wurde in der Dicke des Gewebes eingegossen. Anschließend wurde die Lösung 2 Sekunden bei 25°C getrocknet, um eine dichte Schicht auf einem Oberflächenschichtteil davon zu bilden. Als nächstes wurde die gesamte Glasplatte in Methanol eingetaucht, wobei es sich um ein verfestigendes Lösungsmittel handelt. Dann wurde auf der Seite der Glasplatte eine poröse Schicht gebildet. Dabei wurde eine asymmetrische Membran (Dicke: 20 μm) gebildet, welche die poröse Schicht und die dichte Schicht aufwies.
Beispiel 2
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurden der Lösung zur Herstellung einer asymmetrischen Membran 100 Massenteile „NanoTek SiO₂” (Marke, von C. I. Kasei Co., Ltd. hergestellt, keine feinen Poren, Teilchengröße (Mittelwert): 25 nm, Oberflächeneigenschaft: hydrophil), wobei es sich um Siliziumdioxidteilchen handelt, auf der Basis von 100 Massenteilen des Polymers A zugesetzt.
Beispiel 3
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer B verwendet.
Beispiel 4
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer C verwendet.
Beispiel 5
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer D verwendet.
Beispiel 6
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer E verwendet.
Beispiel 7
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer F verwendet.
Beispiel 8
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer G verwendet.
Beispiel 9
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer H verwendet.
Beispiel 10
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer I verwendet.
Beispiel 11
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer B verwendet.
Beispiel 12
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer E verwendet.
Beispiel 13
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, jedoch wurde anstelle des Polymers A das Polymer F verwendet.
Beispiel 14
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 12 hergestellt, jedoch wurde das Gewebe, dessen Oberflächenhaftung verbessert worden ist, als das Gewebe verwendet.
Beispiel 15
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 13 hergestellt, jedoch wurde das Gewebe, dessen Oberflächenhaftung verbessert worden ist, als das Gewebe verwendet.
Beispiel 16
Eine asymmetrische Membran wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 hergestellt, jedoch wurde das Gewebe, dessen Oberflächenhaftung verbessert worden ist, als das Gewebe verwendet.
Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran
Vergleichsbeispiel 1
Das Polymer A wurde in Toluol gelöst, um eine Lösung zur Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran herzustellen. Die Konzentration des Polymers A betrug 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmasse der Lösung. Unter Verwendung dieser Lösung wurde die Membran mit einem Wasseroberflächenausbreitungsverfahren auf einem Isopore-Träger (von Nihon Millipore K. K. hergestellt, Material: Polycarbonat, durchschnittliche Porengröße 0,22 μm) gebildet. Anschließend wurden Toluol und Feuchtigkeit mit einem Trockner entfernt, wobei eine Membran mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Das Polymer C wurde in Toluol gelöst, umeine Lösung zur Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran herzustellen. Die Konzentration des Polymers C betrug 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmasse der Lösung. Unter Verwendung dieser Lösung wurde die Membran mit einem Wasseroberflächenausbreitungsverfahren auf einem Isopore-Träger (von Nihon Millipore K. K. hergestellt, Material: Polycarbonat, durchschnittliche Porengröße 0,22 μm) gebildet. Anschließend wurden Toluol und Feuchtigkeit mit einem Trockner entfernt, wobei eine Membran mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 3
Das Polymer E wurde in Toluol gelöst, um eine Lösung zur Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran herzustellen. Die Konzentration des Polymers E betrug 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmasse der Lösung. Unter Verwendung dieser Lösung wurde die Membran mit einem Wasseroberflächenausbreitungsverfahren auf einem Isopore-Träger (von Nihon Millipore K. K. hergestellt, Material: Polycarbonat, durchschnittliche Porengröße 0,22 μm) gebildet. Anschließend wurden Toluol und Feuchtigkeit mit einem Trockner entfernt, wobei eine Membran mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 4
Das Polymer H wurde in Toluol gelöst, um eine Lösung zur Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran herzustellen. Die Konzentration des Polymers H betrug 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmasse der Lösung. Unter Verwendung dieser Lösung wurde die Membran mit einem Wasseroberflächenausbreitungsverfahren auf einem Isopore-Träger (von Nihon Millipore K. K. hergestellt, Material: Polycarbonat, durchschnittliche Porengröße 0,22 μm) gebildet. Anschließend wurden Toluol und Feuchtigkeit mit einem Trockner entfernt, wobei eine Membran mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 5
Das Polymer F wurde in Toluol gelöst, um eine Lösung zur Herstellung einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran herzustellen. Die Konzentration des Polymers F betrug 5 Massen-% auf der Basis der Gesamtmasse der Lösung. Unter Verwendung dieser Lösung wurde die Membran mit einem Wasseroberflächenausbreitungsverfahren auf einem Isopore-Träger (von Nihon Millipore K. K. hergestellt, Material: Polycarbonat, durchschnittliche Porengröße 0,22 μm) gebildet. Anschließend wurden Toluol und Feuchtigkeit mit einem Trockner entfernt, wobei eine Membran mit einer durchschnittlichen Dicke von 0,1 μm erhalten wurde.
Bewertung einer Membran
(1) Prüfung bezüglich der Gegenwart von Poren
Die Oberfläche (auf der Seite der dichten Schicht in den asymmetrischen Membranen) der in den Beispielen erhaltenen asymmetrischen Membranen und der in den Vergleichsbeispielen erhaltenen, auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membranen wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) untersucht und die Gegenwart von Poren wurde geprüft. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die 13 zeigt ein SEM-Bild der asymmetrischen Membran gemäß Beispiel 12, die 15 zeigt ein SEM-Bild der asymmetrischen Membran gemäß Beispiel 14 und die 16 zeigt ein SEM-Bild der auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran gemäß Vergleichsbeispiel 3.
(2) Gasdurchlässigkeitskoeffizient
Verfahren bei einheitlichem Druck
Die in den Beispielen erhaltenen asymmetrischen Membranen und die in den Vergleichsbeispielen erhaltenen, auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membranen wurden bezüglich der Gasdurchlässigkeitskoeffizienten bezüglich Sauerstoff und Kohlendioxid (P(O₂) und P(CO₂)) unter den nachstehend angegebenen Messbedingungen unter Verwendung einer Vorrichtung zum Messen der Gasdurchlässigkeit bei einheitlichem Druck (von Denso Corporation hergestellt, vgl. die Vorrichtung zum Bewerten der Gasdurchlässigkeit in der 17) gemessen. Die erhaltenen Gasdurchlässigkeitskoeffizienten (P(O₂) und P(CO₂)) wurden durch die Dicke der Membran (L) dividiert, um die jeweiligen Gasdurchgangsraten (P(O₂)/L bzw. P(CO₂)/L) zu bestimmen. Das Trennverhältnis α (= P(O₂)/P(CO₂)) wurde ebenfalls berechnet. Das Ergebnis ist in der Tabelle 1 gezeigt.
Bezüglich der Anfangsumgebung in der Bewertungskammer wurde die Umgebung mit der Anfangskonzentration durch Einbringen des Gases in eine Bewertungskammer von einem Zylinder erzeugt, dessen Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen im Vorhinein eingestellt worden sind (z. B. Sauerstoffkonzentration: 20,5%, Kohlendioxidkonzentration: 4000 ppm). Außerhalb der Bewertungskammer lag atmosphärische Luft vor (Sauerstoffkonzentration: 20,8 bis 20,9%, Kohlendioxidkonzentration: 400 bis 600 ppm). Eine Trennplatte (nicht gezeigt) wurde in einem Membraneinbauelement bereitgestellt, um die Membran vor dem Beginn der Bewertung durch die Trennplatte von Außenluft abzuschirmen. Die Bewertung der Membran wurde unter den nachstehend angegebenen Messbedingungen initiiert, und zwar durch Entfernen der Trennplatte in dem Membraneinbauelement und es wurde ein Austausch der Gase zwischen dem Äußeren und dem Inneren der Bewertungskammer durchgeführt. Insbesondere wurden die Gasdurchgangsraten bezüglich Sauerstoff und Kohlendioxid auf der Basis von Änderungen bei den Konzentrationen der zwei gasförmigen Komponenten innerhalb der Bewertungskammer gemessen. In der Umgebung mit der Anfangskonzentration war die Richtung der Ströme der zu messenden Gase bezüglich der Membran derart, dass Sauerstoff von außen nach innen strömte und Kohlendioxid von innen nach außen strömte. Die Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentrationen innerhalb und außerhalb der Bewertungskammer wurden mit einem Sauerstoffsensor (von China Corporation hergestellt, Modell: MG1200) bzw. einem Kohlendioxidsensor (von Vaisala Corporate hergestellt, Modell: GMP343) gemessen und die Messergebnisse wurden auf einem Messwerterfassungsgerät (von China Corporation hergestellt, Modell: KIDS ver6) aufgezeichnet.
Messbedingungen:

Temperatur: 23 ± 2°C
Druckdifferenz über die Membran: Null
Partialdruckdifferenzen in den Gasen über die Membran: Sauerstoff: 0,0013 bis 0,0066 atm Kohlendioxid: 0,0001 bis 0,0011 atm

(3) SPM-Blockierungsverhältnis
Gemäß dem nachstehenden Verfahren wurde das SPM-Blockierungsverhältnis unter Verwendung einer Messvorrichtung (vgl. die 18) gemessen, bei der eine Schicht A, die mit einem Nanoteilchenerzeuger (von Palas hergestellt, Modell: GFG-1000) verbunden ist, und eine Schicht B, die mit einem Teilchenzähler (von TSI Incorporated hergestellt, Modell: SMPS-3034) verbunden ist, mittels eines Halters verbunden sind, in dem eine Membranprobe angeordnet wird. Das Ergebnis ist in der Tabelle 1 gezeigt.

i) Kohlenstoffteilchen mit Teilchengrößen von 10 bis 500 nm wurden durch den Nanoteilchenerzeuger erzeugt und in der Schicht A abgelagert.
ii) Eine Probe einer asymmetrischen Membran (einer auf einer Wasseroberfläche ausgebreiteten Membran) wurde auf dem Probenhalter angeordnet (Membranfläche: maximal 16 cm²) und ein Ventil V1 zwischen dem Probenhalter und der Schicht B wurde geschlossen, um den Druck in der Schicht B zu vermindern, bis die Druckdifferenz zwischen der Schicht A und der Schicht B 1 kPa erreichte.
iii) Das Ventil V1 wurde geöffnet und die Kohlenstoffteilchen wurden der Membran zusammen mit Gasen zugeführt, die hindurchtraten, als der Druck in der Schicht B wieder auf Atmosphärendruck zurückgeführt wurde, und die durch die Membran hindurchgetretenen Kohlenstoffteilchen wurden in der Schicht B abgelagert.
iv) Die Konzentration der Kohlenstoffteilchen in der Schicht B wurde unter Verwendung des Teilchenzählers gemessen.
v) Das SPM-Blockierungsverhältnis wurde auf der Basis des folgenden Ausdrucks berechnet: SPM-Blockierungsverhältnis [Massen-%] = 100 × {(Cein-Caus)/Cein}, wobei Cein die Teilchenkonzentration [μg/ml] in der Schicht A und Caus die Teilchenkonzentration [μg/ml] in der Schicht B ist.

(4) Festigkeit der Membran
Die Festigkeit der Membran wurde unter Verwendung einer in der 19 gezeigten Vorrichtung gemessen. Diese Vorrichtung umfasst einen aus Aluminium hergestellten Behälter mit 7 Liter, der ein Membrananbringungselement aufweist, auf dem eine Membran angebracht wird (von Denso Corporation hergestellt), ein Lufteinführungselement, das Luft in den Behälter einführt, ein Druckmesselement (Druckmessgerät), das den Druck in dem Behälter misst, und ein Element zum Messen der eingeführten Luft (Durchflussmessgerät), das die Menge der in den Behälter eingeführten Luft misst.
Das Lufteinführungselement kann jedwedes Element sein, das Druckluft zuführen kann, wie z. B. ein Kompressor, und das Luft innerhalb eines Raums zuführen kann. Das Druckmesselement ist ein Element, das eine Bewertung durch Einführen von Luft in den Behälter durchführt, in dem ein Druckmessgerät (von Nidec Copal Electronics Corp. hergestellt, Modell: PG-30-101R oder PG-30-102R) eingebaut ist (z. B. von 1 bis 50 kPa). Das Luftmesselement misst eine Menge eines Gasstroms (z. B. von 1 bis 200 sccm) bei einem willkürlichen Druck (im Bereich von 1 bis 50 kPa) mit einem Massenstrommessgerät (von Kojima Instruments, Inc. hergestellt, Modell 3100). Bezüglich des Druckmessgeräts und des Massenstrommessgeräts wird vorzugsweise eine Kombination aus einem Druckmessgerät und einem Massenstrommessgerät gemäß dem Widerstand und der Festigkeit der Membran geändert (insbesondere in dem Fall, bei dem eine Bewertung bei einem Druck von nicht mehr als 1 kPa erforderlich ist).
Ein Bewertungsverfahren ist nachstehend beschrieben. In dem Beispiel ist ein Verfahren zum Messen des Innendrucks eines Behälters bei einer festgelegten Strömungsgeschwindigkeit beschrieben, obwohl auch das umgekehrte Verfahren eingesetzt werden kann.

Als erstes wurde nach dem Anbringen einer Membran an dem Membrananbringungselement des Behälters Luft in den Behälter eingeführt und eine willkürliche Strömungsgeschwindigkeit (von 1 bis 200 sccm) wurde beibehalten. Nach der Stabilisierung des Innendrucks des Behälters wurde die Menge eines Stroms, der von der Membran bei dem Druck abgegeben wurde, als die Luftströmungsrate in dem Element zum Messen der eingeführten Luft betrachtet und als die Luftströmungsrate bei dem Druck verwendet. Die Messung wurde durch allmähliches Erhöhen der Luftströmungsrate ausgehend von der niedrigsten Luftströmungsrate durchgeführt (z. B. durch Erhöhen der Luftströmungsrate um jeweils 1%, bezogen auf den Maximalwert). Bei manchen Luftströmungsraten wird das Phänomen festgestellt, dass der Innendruck des Behälters vermindert wird. Als Index für die Festigkeit der Membran wurden die Druckdaten unmittelbar vor der Verminderung des Drucks verwendet. Die Daten sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

	Experimentelle Bedingungen
	Membrantyp	Träger	Polymer	Gegenwart von Siliziumdioxid	Verbesserung der Haftung
Beispiel 1	Asymmetrische Membran	Gewebe	A	Nein	Nein
Beispiel 2	Asymmetrische Membran	Gewebe	A	Ja	Nein
Beispiel 3	Asymmetrische Membran	Gewebe	B	Nein	Nein
Beispiel 4	Asymmetrische Membran	Gewebe	C	Nein	Nein
Beispiel 5	Asymmetrische Membran	Gewebe	D	Nein	Nein
Beispiel 6	Asymmetrische Membran	Gewebe	E	Nein	Nein
Beispiel 7	Asymmetrische Membran	Gewebe	F	Nein	Nein
Beispiel 8	Asymmetrische Membran	Gewebe	G	Nein	Nein
Beispiel 9	Asymmetrische Membran	Gewebe	H	Nein	Nein
Beispiel 10	Asymmetrische Membran	Gewebe	I	Nein	Nein
Beispiel 11	Asymmetrische Membran	Gewebe	B	Ja	Nein
Beispiel 12	Asymmetrische Membran	Gewebe	E	Ja	Nein
Beispiel 13	Asymmetrische Membran	Gewebe	F	Ja	Nein
Beispiel 14	Asymmetrische Membran	Gewebe	E	Ja	Ja
Beispiel 15	Asymmetrische Membran	Gewebe	F	Ja	Ja
Beispiel 16	Asymmetrische Membran	Gewebe	A	Ja	Ja
Vergleichsbeispiel 1	auf einer Wasseroberfläche ausgebreitete Membran	Isopore	A	Nein	Nein
Vergleichsbeispiel 2	auf einer Wasseroberfläche ausgebreitete Membran	Isopore	C	Nein	Nein
Vergleichsbeispiel 3	auf einer Wasseroberfläche ausgebreitete Membran	Isopore	E	Nein	Nein
Vergleichsbeispiel 4	auf einer Wasseroberfläche ausgebreitete Membran	Isopore	H	Nein	Nein
Vergleichsbeispiel 5	auf einer Wasseroberfläche ausgebreitete Membran	Isopore	F	Nein	Nein

Tabelle 1 (Fortsetzung)

	Gegenwart von Poren	Gasdurchgangsrate		Trennverhältnis	nSPM-Blockierungsverhältnis	Festigkeitsbewertung
	Gegenwart von Poren	P(O₂)/L	P(CO₂)/L	P(O₂)/P(CO₂)	Gew.-%	kPa
Beispiel 1	Ja	2,43·10^–2	1,93·10^–2	1,26	> 99,9	-
Beispiel 2	Ja	3,30·10^–2	2,71·10^–2	1,22	99,80	12,3
Beispiel 3	Ja	3,16·10^–2	2,46·10^–2	1,28	> 99,9	-
Beispiel 4	Ja	3,40·10^–2	2,69·10^–2	1,26	99,85	-
Beispiel 5	Ja	3,53·10^–2	2,62·10^–2	1,35	99,70	-
Beispiel 6	Ja	3,26·10^–2	2,74·10^–2	1,19	> 99,9	40,1
Beispiel 7	Ja	3,00·10^–2	2,30·10^–2	1,30	99,86	11,8
Beispiel 8	Ja	1,07·10^–2	1,00·10^–2	1,07	> 99,9	-
Beispiel 9	Ja	3,15·10^–2	2,22·10^–2	1,42	> 99,9	-
Beispiel 10	Ja	2,97·10^–2	2,01·10^–2	1,48	> 99,9	-
Beispiel 11	Ja	3,66·10^–2	2,77·10^–2	1,32	99,87	-
Beispiel 12	Ja	3,77·10^–2	2,80·10^–2	1,35	99,80	37,2
Beispiel 13	Ja	3,69·10^–2	2,84·10^–2	1,30	99,73	11,3
Beispiel 14	Ja	3,73·10^–2	2,77·10^–2	1,35	99,81	43,2
Beispiel 15	Ja	3,75·10^–2	2,78·10^–2	1,35	99,75	12,1
Beispiel 16	Ja	3,72·10^–2	3,10·10^–2	1,22	-	17,4
Vergleichsbeispiel 1	Nein	2,99·10^–4	8,08·10^–4	0,37	> 99,9	-
Vergleichsbeispiel 2	Nein	3,43·10^–4	5,39·10^–4	0,64	> 99,9	-
Vergleichsbeispiel 3	Nein	8,80·10^–4	1,50·10^–3	0,58	> 99,9	-
Vergleichsbeispiel 4	Nein	4,05·10^–4	7,20·10^–4	0,56	> 99,9	-
Vergleichsbeispiel 5	Nein	3,45·10^–4	8,24·10^–4	0,42	> 99,9	-

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 05-7749 A [0005]
JP 06-188167 A [0005]
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JP 02-222715 A [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kagaku Daijiten 3 („Wörterbuch der Chemie, Band 3” [0042]
Kagaku Daijiten Henshu linkai („Herausgeberkommitee des Wörterbuchs der Chemie”), kleine Ausgabe, Seite 44 [0042]

Claims

Klimatisierungssystem, das einem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran ein Gas zuführt und/oder ein Gas aus dem zu klimatisierenden Raum durch eine durchlässige Membran abführt, wobei die durchlässige Membran eine asymmetrische Membran ist, die aus einem polymeren Material hergestellt ist, das durch Polymerisieren einer Monomerzusammensetzung hergestellt worden ist, die ein durch die Formel (1) dargestelltes Monomer enthält:
worin jedes R¹ unabhängig eine C_1-12-Alkylgruppe und/oder eine C_6-10-Arylgruppe ist, X eine durch die Formel (i) dargestellte Gruppe und/oder eine durch die Formel (ii) dargestellt Gruppe ist:
worin jedes R² unabhängig eine C_1-12-Alkylgruppe, ist, d eine ganze Zahl von 1 bis 5 ist und c eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist; a eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist und b eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1, bei dem das polymere Material ein Additionspolymer ist, das durch eine Additionspolymerisation einer Monomerzusammensetzung, die das durch die Formel (1) dargestellte Monomer enthält, hergestellt worden ist.
Klimatisierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das polymere Material ein polymeres Material ist, in dem ein Siliziumdioxidfüllstoff dispergiert ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffdurchlässigkeitskoeffizienten P(O₂) und dem Kohlendioxiddurchlässigkeitskoeffizienten P(CO₂) der asymmetrischen Membran bei 23 ± 2°C und ohne Druckdifferenz über die Membran der nachstehend angegebenen Formel (3) genügt: 1,0 < P(O₂)/P(CO₂) < 1,70 (3).
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Klimatisierungssystem ein Klimatisierungssystem für Fahrzeuge ist.
Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Klimatisierungssystem ein Klimatisierungssystem für Häuser ist.