JP2006314873A - 水分透過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続的に、かつ効率良く除湿又は加湿することができ、しかも駆動エネルギーが小さく、装置構成も簡単な水分透過装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 空気が流通する第１の空間２ａと第２の空間２ｂとを備え、それら２つの空間２ａ，２ｂの間を所定の水分透過膜３を介して仕切るとともに、上記第１の空間２ａ又は第２の空間２ｂの内の何れか一方側に所定の周波数の電磁波を照射する電磁波照射手段６を設けている。
このような構成によれば、電磁波の照射により、一方川空間内の空気中の水分のクラスター構造が壊されるか又は細径化されて水分子量が増大して分圧値が上昇する。その結果、水分透過膜３部分では、分圧値の高い空間側から低い空間側へ当該水分透過膜を介して効率良く水分を移動させることができるようになり、上記の目的に応え得る水分透過装置を実現することができる。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、高分子透過膜を使用した水分透過装置に関するものである。

これまで大気中の湿度を調節する一般的な方法として、例えばシリカゲルやゼオライトなどの固体吸湿材を利用した調湿デバイスが知られている。

この種の調湿デバイスには、上記固体吸湿材として、これまで例えばセラミックス繊維又はガラス繊維と山皮とを主成分とする無機繊維紙をコルゲート加工してできたハニカム構造体に対して、固体吸湿剤を含浸担持させたものが多く使用されてきた。

このような調湿デバイスは、例えば上記のような成分の無機繊維紙をコルゲート加工し、加熱成形することによって、先ず所望の形状のハニカム構造体を形成する。

次に、該ハニカム構造体を、粉体状の吸湿剤とシリカゾル、アルミナゾル等無機バインダーの分散体とを混合した混合液の中に入れてディッピングさせ、そのハニカム構造部の外周面全体に吸湿剤を含浸付着させる。

最後に、該ディッピングによりハニカム構造部の外周面全体に吸湿剤が含浸付着したハニカム構造体を上記混合液中から取り出して、加熱乾燥させることによって吸湿剤の付着状態を安定化させて、最終的な吸湿デバイスを得る。

該完成した吸湿デバイスは、例えば中央部に軸支用の穴を有する一方、そのハニカム構造部に吸湿材が含浸付着した多数の通気孔を有するドーナツ状のものとなり、例えば空気清浄機や空気調和機などの低圧損の除湿又は加湿デバイスとして利用されている（例えば特許文献１参照）。

しかし、該固体吸湿材を用いた調湿デバイスの場合、次のような問題点がある。

（１） 各完成品単位のハニカム構造体を作って、それらの各々を混合液にディッピングして吸湿剤を含浸付着させる構造および製造方法であるために、各製品毎に全ての工程を必要とし、同時に多数の製品を製造することができない。したがって、きわめて製造効率が悪く、非常にコストが高い。

（２） 水分の吸着と放湿を交互に繰り返すため、機械的な稼働部分が必要であり、デバイスとして構成した時に、装置が大型化する。

（３） また放湿時に多量の熱エネルギーを必要とし、省エネ性能に欠ける。

そこで、このような問題を解決するために、例えば、それぞれ空気が流通する加湿通路と除湿通路とを設けるとともに、それら２つの通路の間を所定の水分透過膜を介して仕切り、上記除湿通路側に加圧手段を設け、上記除湿通路を通る空気の圧力を高くすることにより、上記除湿通路側の水分が上記水分透過膜を介して上記加湿通路側に移動するようにすることが考えられる。

しかし、単に除湿側通路の空気圧を上げただけでは必ずしも効果的に水分の透過量が上昇するわけではなく、また現実問題として高分子透過自体の耐圧強度は高くないので、実現は難しい。

このような事情に鑑み、本願発明者は、上記加圧方式の場合と同様に、それぞれ空気が流通する加湿通路と除湿通路とを設けるとともに、それら２つの通路の間を所定の水分透過膜を介して仕切り、上記除湿通路側に相対湿度可変手段としての放電装置を設け、該放電装置部分を通る空気中の水滴成分に対して放電エネルギーを作用させることにより、同水滴成分を蒸発させて相対湿度を高くし、それにより上記除湿通路側の水分が上記水分透過膜を介して上記加湿通路側に移動するようにした調湿デバイスを先に提案した（特許文献２参照）。

このような構成によれば、除湿通路側に吸込まれた空気中の水分に対し放電時の放電エネルギーが作用して、水分を蒸発させる。その結果、室内に給気される空気中の気体状水分が増加して相対湿度が上昇する。そして、該相対湿度が高くなった空気が、上記水分透過膜部分で、その湿度差に応じて効率良く加湿通路側に透過して行く。そして、それにより除湿されて相対湿度が低下する一方、加湿側通路の空気は相対湿度が高くなる。除湿側通路の空気は外気給気口から室内に供給されて行く。

特開平５−６４７４５号公報（明細書第１−３頁） 特開２００４−２７０９７７号公報（明細書第１−４頁）

しかし、後者の放電方式の場合、連続的な放電状態の継続が困難であり、水分の蒸発効率の点からも必ずしも満足し得るものではないこと、また放電電極や高圧電源を必要とし、複雑かつ高コストなものになること、などの点で課題が残されていた。

本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、上記調湿デバイスのような少なくとも水分透過膜を採用した水分透過装置において、より簡便かつ低コストな構成で、有効に水分透過量を向上させ得るようにした水分透過装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、それぞれ次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、空気が流通する第１の空間２ａと第２の空間２ｂとを備え、それら２つの空間２ａ，２ｂの間を所定の水分透過膜３を介して仕切るとともに、上記第１の空間２ａ又は第２の空間２ｂの内の何れか一方側に所定の周波数の電磁波を照射する電磁波照射手段６を設けたことを特徴としている。

水分透過膜３中を気相中の水分子が透過する現象は、同水分透過膜３の両側での水の分圧値（濃度）の差に比例している。一方、気相中での水分子は、数十個の水分子が水素結合やファンデアワールス力で集まり、クラスター化している。

そこで、上記電磁波照射手段６により、同クラスター構造の水分子に対して電磁波を照射すると、その水素結合等が破壊されて、水分子又はクラスター寸法がより小さなクラスター構造に変化する。

その結果、水分子および水分子クラスターの数が増えて、分圧値が増大し、水分透過膜３の水分透過量が増加する。

（２） 第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、所定の周波数の電磁波が遠赤外線であり、電磁波照射手段６は、遠赤外線照射手段であることを特徴としている。

このような構成によると、遠赤外線照射手段６により照射される遠赤外線によって、効果的に水分子のクラスター構造が破壊又は細径化され、水分子および水分子クラスターの数が増えて、上記第１又は第２の何れか一方側空間の分圧値（水分濃度）が上昇する。その結果、水分透過膜３の水分透過量が増加する。

（３） 第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、水分透過装置が、空気調和機用の調湿ユニットとして構成されていることを特徴としている。

このような構成によると、連続的な除湿又は加湿機能を備えた空気調和機に最適な高効率の調湿ユニットを実現することができる。

以上の結果、本願発明によると、空気中の水分に対して遠赤外線等所定の周波数の電磁波を照射するだけで、連続的にかつ効率の高い除湿又は加湿機能を実現することができる。しかも、構成が簡単で、運転時の消費電力も小さくて済む。しかも部品点数も少なく、新たな稼働部分もないため、信頼性や省エネ性能にも優れている。

したがって、空気調和機等の調湿ユニットとして最適なものとなる。

先ず図１〜図３は、一例として空気調和機の調湿ユニットとして構成した本願発明の実施の形態に係る水分透過装置の構成および作用、並びに同装置における一般的な水分子のクラスター構造をそれぞれ示している。

次に、同図１〜図３を参照して、本願発明の実施の形態に係る水分透過装置の構成および作用について説明する。

この実施の形態は、例えば所定の周波数（１０⁹〜１０¹⁴ヘルツ）の電磁波として遠赤外線を採用し、該遠赤外線により大気中の水分子のクラスター構造を破壊又は小径化することにより、室外空気又は室内空気等被処理空気の相対湿度を高くするようにする一方、給気通路（室外から室内への空気通路）と排気通路（室内から室外への空気通路）相互間を所定の水分透過膜を介して仕切り、同水分透過膜部分で水分濃度（相対湿度）の高い通路側から低い通路側へ当該水分透過膜を介して水分を効率良く移動させることにより、有効な調湿機能を実現することができるようにしたことを特徴とするものである。

図１中の、符号１は空気調和機の調湿ユニットを構成する水分透過装置、２は同装置１の箱形の本体ケーシング、３は高分子透過膜により形成された水分子透過膜である。水分透過膜３は、本体ケーシング２内の中央部にあって、本体ケーシング２内の空間を除湿空間２ａと加湿空間２ｂとの２つの対称な空間に仕切っている。

また除湿空間２ａには除湿通路の入口側通路４Ａと出口側通路４Ｂとが相互に連通する状態で連結されており、また加湿空間２ｂには加湿通路の入口側通路５Ａと出口側通路５Ｂとが相互に連通する状態で連結されている。

そして、上記除湿空間２ａ内には、例えば加熱されることにより遠赤外線を発生する遠赤外線発生デバイス６ｂと該遠赤外線発生デバイス６ｂを駆動する駆動手段（加熱ヒータ等）６ａとからなる遠赤外線照射手段６が設置されており、上記除湿側の入口通路４Ａを介して供給された除湿空間２ａ内の径の大きなクラスター構造の水分子（図３参照）に遠赤外線を照射することにより、その水素結合又はファンデルワース結合状態を破壊して径の小さなクラスター構造又は個々の径の小さな多数の水分子Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂Ｏ・・・に分解する。

その結果、除湿空間２ａ内の水分の分圧値（水分濃度）が上昇し、水分透過膜３を介した除湿空間２ａ側と加湿空間２ｂ側との間の分圧差が増大し（水分濃度の勾配が大きくなり）、水分透過膜３を介して除湿空間２ａ側から加湿空間２ｂ側への水分子Ｈ₂Ｏの透過量（移動量）が増え、除湿空間２ａ側では空気中の水分濃度（相対湿度）が低下する。そして、この水分濃度が低下し、除湿された空気Ａ₁が出口側通路２Ｂから排出される。

他方、加湿空間２ｂ側では、加湿側の入口側通路５Ａを介して供給される所定水分濃度の空気Ａに対して上記除湿空間２ａ側から透過して来た水分子Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂Ｏ・・・が付加されることから、その水分濃度（相対湿度）は高くなる。

この場合、該加湿空間２ｂ側では、電磁波としての遠赤外線が照射されていないために、上記分解又は小径化された水分子Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂Ｏ・・・は、加湿空間２ｂ側で再び結合して元のクラスター構造に戻り、上記入口側通路５Ａから供給される空気Ａ中のクラスター構造の水分子（図３）とともに高水分濃度の空気Ａ₂として出口側通路５Ｂから排出される。

図２のグラフは、これらの関係を示している。

なお、以上の遠赤外線照射手段６（その駆動手段６ａ）は、例えばマイクロコンピュータよりなる所望のマイコン制御ユニット７を使用し、上記各入口側通路４Ａ，５Ａ、出口側通路４Ｂ，５Ｂに各々設けた例えばヒュミセラム等の湿度センサ（図示省略）により、出口側空気Ａ₁，Ａ₂の相対湿度が所望の設定湿度になるように、その遠赤外線照射量が適切にコントロールされる。

本願発明の実施の形態に係る水分透過装置の除加湿状態における構成と作用を示す断面図である。 同水分透過装置の遠赤外線照射による除加湿作用を示す特性図である。 空気中の水分子の一般的なクラスター構造を示す概念図である。

符号の説明

１は水分透過装置、２は本体ケーシング、２ａは除湿空間、２ｂは加湿空間、３は水分透過膜、４Ａ，５Ａは入口側通路、４Ｂ，５Ｂは出口側通路、６は遠赤外線照射手段、７はマイコン制御ユニット７である。

Claims (3)

1. 空気が流通する第１の空間（２ａ）と第２の空間（２ｂ）とを備え、それら２つの空間（２ａ），（２ｂ）の間を所定の水分透過膜（３）を介して仕切るとともに、上記第１の空間（２ａ）又は第２の空間（２ｂ）の内の何れか一方側に所定の周波数の電磁波を照射する電磁波照射手段（６）を設けたことを特徴とする水分透過装置。
2. 所定の周波数の電磁波が遠赤外線であり、電磁波照射手段（６）は、遠赤外線照射手段であることを特徴とする請求項１記載の水分透過装置。
3. 水分透過装置が、空気調和機用の調湿ユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の水分透過装置。

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