JP2016176674A - 水回収システム、加湿システムおよび空気調和システム - Google Patents

Abstract

【課題】 実施形態の水回収システム、加湿システムおよび空気調和システムは、効率的に水回収を行う。【解決手段】 実施形態の水回収システムは、第１室と第２室に水透過膜で隔てられた水供給部と、減圧手段と、水回収部と、第１切替バルブと水回収部を冷却する冷却手段と、第１室に第１の気体を送風する送風手段と、を有し、第２室と、減圧手段と、水回収部と第１切替バルブとが第２の気体が流れる第１回路を構成し、減圧手段は、第１回路を流れる第２の気体を減圧して、水回収部で水を回収し、冷却手段は、水回収部内を通る第２の気体を冷却して第２の気体に含まれる気体水を液化させることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

実施形態は、水回収システム、加湿システムおよび空気調和システムに関する。

家庭やオフィス空間の快適性向上のため、空間の湿度を制御する調湿モジュールが知られている、除湿膜を備えた除湿膜モジュールと、吸着材を備えた吸着手段と、除湿膜モジュール及び吸着手段に空気を供給するための空気供給手段とを有し、除湿膜の一方の面に除湿すべき空気を供給し、もう一方の面に減圧した空気を供給することで、除湿すべき空気中に含まれる水分を除湿膜を介して減圧した空気側へと排出し、除湿された空気を得る方法が提案されている。また、フッ素計樹脂等の高分子膜を有する水蒸気分離器と減圧ポンプを用い、室内から室外に排出される空気から分離回収した蒸気を、室外から室内に供給される空気へと直接供給することで、室内を加湿する方法が提案されている。

このような湿度交換膜を用いた調湿モジュールを用い、家庭やオフィス空間の除湿、加湿を行うことを想定した場合、モジュールの駆動動力低減（低消費電力）、低騒音化、およびモジュール全体の小型化が求められている。

特開２００３−３３６８６３号公報

実施形態の水回収システム、加湿システムおよび空気調和システムは、効率的に水回収を行う。

実施形態の水回収システムは、第１室と第２室に水透過膜で隔てられた水供給部と、減圧手段と、水回収部と、第１切替バルブと水回収部を冷却する冷却手段と、第１室に第１の気体を送風する送風手段と、を有し、第２室と、減圧手段と、水回収部と第１切替バルブとが第２の気体が流れる第１回路を構成し、減圧手段は、第１回路を流れる第２の気体を減圧して、水回収部で水を回収し、冷却手段は、水回収部内を通る第２の気体を冷却して第２の気体に含まれる気体水を液化させることを特徴とする。

図１は、実施形態の水回収システムの模式図である。 図２は、実施形態の水回収サイクルのチャート図である。 図３は、実施形態の加湿システムの模式図である。 図４は、実施形態の加湿サイクルのチャート図である。 図５は、実施形態の空気調和システムの模式図である。 図６は、実施形態の空気調和サイクルのチャート図である。

（実施形態１）
実施形態１は、水回収システムおよび水回収方法に関する。図１に実施形態１の水回収（水回収装置）システム１００の模式図を示す。図１の水回収システム１００は、第１室１と第２室２に水透過膜３で隔てられた水供給部と、減圧手段である減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８と、冷却手段７と、送風手段４と、を有する。第１室１には第１の気体が流れ、第２室２には第２の気体が流れる。液体水は、水回収部６で回収される。送風手段４、減圧ポンプ５、冷却手段７と第１切替バルブ８などは、制御部Ｃでその動作が制御されることが好ましい。制御部Ｃは、図示しない配線で減圧ポンプ５などと接続される。第２室２と、減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８とが第２の気体が流れる第１回路を構成する。第１回路は、第２の気体が循環する閉回路を構成する。ラインＬ１〜Ｌ５は第２の気体が流れる配管である。水回収システム１００は、例えば、調湿を行う装置に液体水を供給するシステムとして用いることができる。また、水電解反応を行う装置に水回収システム１００を用いて、水回収システム１００の水回収部６を水電解反応で消費される水の供給源としてもよい。実施形態１の水回収システムは、室内もしくは室外に設けられ、室外に設けられることが好ましい。

水供給部は、第１室１と、第２室２と、水透過膜３とを有する。第１室１は、第１の気体が流れる空間である。第１の気体は、例えば水（気体水）を含む大気などの気体である。第１室１を第１の気体が通ると、減圧ポンプ５で減圧された第１回路側の第２室２へ第１の気体に含まれる気体水の一部が水透過膜３を通って移動する。

第２室２は、第１回路に含まれ、減圧ポンプ５と水回収部６の間に存在する。第２室２と減圧ポンプ５は、ラインＬ１で接続される。また、第２室２と水回収部６は、ラインＬ４で接続される。第２室２は、第１室１から水透過膜３を通って移動した気体水が第２の気体と混合する領域である。第１室１からの気体水を含んだ第２の気体の水蒸気量は増加する。

水透過膜３は、第１室１と第２室２を隔てる膜である。水透過膜３は、窒素、酸素の透過に対して水蒸気の透過性が高い特徴を有する膜であり、例えば、固体高分子膜（ナフィオン（商標）など）、アクリル樹脂を含む膜、アクリル樹脂からなる膜やシリカ膜などのうちのいずれか１種以上を用いることができる。シリカ膜とは、ヒドロポリシラザンを基本ユニットとして含む樹脂膜であり、より具体的には、パーヒドロポリシラザンからなる膜である。ここで、水蒸気の透過性は、大気圧（１ａｔｍ）の２５℃相対湿度９０％以上の飽和空気と大気圧（１ａｔｍ）の２５℃相対湿度５％の飽和空気を水透過膜３で隔てて、２５℃相対湿度９０％以上の飽和空気を単位面積（ｍ^２）当たり１００ｍ^３／ｈｏｕｒ／ｍ^２供給した時、膜を通した水の透過量が１００ｇ／ｈｏｕｒ／ｍ^２以上有するものを水蒸気の透過性を有する膜と定義する。水透過膜３は、水を透過し、窒素、酸素および有機物を透過しないため、回収される水の汚染を防ぐ効果も有する。水透過膜３は、水のみを透過する選択性がより高い膜がより好ましい。

送風手段４は、第１室１と接続し、第１の気体を第１室１へ送る手段である。送風手段４としては、例えば、ブロアやファンを用いることが好ましい。空気中に含まれる水分量が少ない場合であっても、短時間で、水回収量を確保するために、送風手段４を用いることが好ましい。

減圧ポンプ５は、減圧手段であって、第１回路内を流れる第２の気体を減圧する装置である。ラインＬ１は、減圧ポンプ５の吸気側と第２室２を接続する。また、ラインＬ２は、減圧ポンプ５の排気側と第１切替バルブ８を接続する。また、減圧ポンプ５は、第２の気体を送気する手段である。減圧ポンプ５によって、第２の気体の圧力は、第１の気体よりも圧力が低くなる。減圧ポンプ５によって第２の気体を減圧にすることで、第１室１に含まれる気体水を第２室２への第２の気体へ移動させて、水回収部６で液体水を回収する。減圧ポンプ５としては、例えば、ダイアフラム型真空ポンプやスクロール型真空ポンプを用いることができる。第２の気体には、気体水を含んだ、外気空気や窒素などが用いられる。

水回収部６は、第２室２と第１切替バルブ８の間に存在する。ラインＬ４は、水回収部６と第２室２を接続する。ラインＬ３は、水回収部６と第１切替バルブ８を接続する。水回収部６は、第２の気体を冷却して第２の気体に含まれる気体水を凝集して液体水を回収する。水回収部６は、気液分離手段を有することが好ましい。気液分離手段は、液体水が気化することを防ぎ、回収された液体水がたまる領域と第２の気体が流れる領域を分けるものであればよい。気液分離手段は、ラインＬ３とラインＬ４に回収された液体水が第１回路を循環することを妨げる仕切りとしての機能を兼ね備えることがより好ましい。気液分離手段としては、例えば、重力を利用し、密度の高い液体水を下に貯め分離する手段が用いられる。回収された液体水は、加湿等に用いられることが好ましい。

冷却手段７は、水回収部６を冷却する。冷却手段７によって、水回収部６が冷却される。そして、水回収部６が冷却されることによって、水回収部６を流れる第２の気体が冷却される。このように冷却手段７は、第２の気体を冷却して、第２の気体に含まれる気体水を液化する。液体水は、水回収部６で回収される。冷却手段７は、低温空気、熱交換器やペルチェ素子もしくは氷など、例えば、水回収部６を外気温度（水回収部６の外部の温度、例えば、屋外の温度）よりも低い温度に冷却することが可能なものであれば特に限定されない。典型的には、水回収部６が外気温度より２℃〜１５℃低いことが好ましい。冷却手段７は、水回収部６と熱的に連結していることが好ましい。

第１切替バルブ８は、減圧ポンプ５と水回収部６の間に配置される。第１切替バルブ８は、減圧ポンプ５の排気側、水回収部６と第１回路外へ排気する配管であるラインＬ５と接続する。ラインＬ２は、第１切替バルブ８と減圧ポンプ５を接続する。ラインＬ４は、第１切替バルブ８と水回収部６とを接続する。第１切替バルブ８は、減圧ポンプ５から水回収部６へ第２の気体が流れる第１流体経路と、減圧ポンプ５から第１回路外へ排気する配管であるラインＬ５へ第２の気体が流れる第２流体回路とを切り替える。第１切替バルブ８がラインＬ２とラインＬ３を導通させるように切り替えられると、第１回路は閉回路となり、第２の気体は減圧ポンプ５から水回収部６へ流れて第１回路を循環する。また、第１切替バルブ８がラインＬ２とラインＬ５を導通させるように切り替えられると、第１回路は開回路となり、減圧ポンプ５から送り出される第２の気体は、ラインＬ５を通り、第１回路の外部へ排気され、第１回路内の気圧は減圧される。減圧ポンプ５の動作と第１切替バルブ８の切り替えによって、第１回路内の圧力が調整される。第１回路内の圧力は、図示しない圧力センサを設けて測定してもよいし、減圧ポンプ５と第１切替バルブ８の動作から推定してもよい。第１切替バルブ８は、例えば、三方弁である。

制御部Ｃは、送風手段４、減圧ポンプ５、冷却手段７と第１切替バルブ８などと接続し、その動作を制御する。制御部Ｃは、マイコンやＰＬＤ（プログラマブルロジックデバイス）などの集積回路を用いてもよいし、手動の動作スイッチを用いてもよいし、集積回路とスイッチの両方を用いてもよい。図示しない水回収量を計測するセンサを用いて、水回収量を基に水回収システムの動作を制御してもよい。また、図示しない第２気体の圧力を測定するセンサを用いて、圧力を基に水回収システム１００の動作を制御してもよい。

実施形態の配管であるラインＬは、金属製や樹脂製の配管を用いることができる。配管を通す流体に応じて好適な素材、外形、内径等を選択することができる。

実施形態１の水回収方法である水回収システム１００の水回収サイクルについて、説明する。図２に、実施形態１の水回収サイクルのチャート図を示す。図２のチャート図に示す水回収サイクルは、水回収開始工程（Ｓ１−１）、送風手段運転開始工程（Ｓ１−２）、冷却手段運転開始工程（Ｓ１−３）、切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ５）工程（Ｓ１−４）、減圧ポンプ運転開始工程（Ｓ１−５）、圧力比較（Ｐ≦Ｐ_ＳＥＴ）工程（Ｓ１−６）、切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ３）工程（Ｓ１−７）、水回収量比較（Ｖ≧Ｖ_ＳＥＴ１）工程（Ｓ１−８）、減圧ポンプ運転停止工程（Ｓ１−９）、冷却手段運転停止工程（Ｓ１−１０）と水回収停止工程（Ｓ１−１１）とを有する。図２中の矢印は、以下に説明する運転サイクルの流体の流れる方向を示している。

水回収開始工程（Ｓ１−１）は、例えば、水の回収を開始するための制御部Ｃからの指示である。制御部Ｃからの指示は、水の回収量が定められた量を下回った時機、制御部Ｃで設定された時機や操作者によるスイッチの操作などである。

送風手段運転開始工程（Ｓ１−２）は、第１の気体を第１室１に送る送風手段４の運転を開始する工程である。送風量は、冷却手段７の冷却能力や第１の気体の温度や湿度に応じて好適な量に定められる。送風手段４の運転は、連続的でも間欠的であってもよい。

冷却手段運転開始工程（Ｓ１−３）は、冷却手段７を運転して水回収部６の冷却を開始する工程である。冷却手段７に用いる装置によって、本工程は異なる。冷却手段７が低温空気の場合は、例えば、低温空気を生成する装置を作動し、水回収部６に向けて低温空気を送風する。冷却手段７が熱交換器の場合は、例えば、空気調和機の暖房サイクルにおいて、液体冷媒を気化させる際に熱交換器で生じる気化熱で水回収部６を冷却する。冷却手段７がペルチェ素子の場合は、ペルチェ素子と接続した電源を動作させて、ペルチェ素子の一方の面を冷却して、ペルチェ素子の低温側で水回収部６を冷却する。冷却手段運転開始工程（Ｓ１−３）は、Ｓ１−２の工程以後のＳ１−８より前に行えばよい。冷却手段７は、連続的又は間欠的に動作して、水回収部６内の領域を冷却し、水回収部６内の飽和水蒸気量を減らして、蒸気を液化させる。

切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ５）工程（Ｓ１−４）は、第１切替バルブ８を操作して、ラインＬ２からラインＬ５に第２の気体が流れるようにする工程である。第２の気体は第２流体経路を流れる。第１切替バルブ８を操作すると第１回路は閉回路から開回路となり、ラインＬ５から第２の気体が排出されて、減圧が可能となる。

減圧ポンプ運転開始工程（Ｓ１−５）は、減圧ポンプ５の運転を開始して、第２の気体をラインＬ５から排出する工程である。減圧ポンプ５で送気された第２の気体は、ラインＬ２およびラインＬ５を通り、ラインＬ５から排出される。そして、減圧された第２の気体が流れることで、第１の気体から第２の気体へ気化水が移動しやすくなる。減圧ポンプ５の送気量を増やして、減圧速度および第２の気体の流速を変えることができる。圧力が低く第２の気体の流速が早いと、水透過膜３から第二の気体への物質移動抵抗が低減し，第１の気体から第２の気体への気体水の移動が促進される傾向がある。減圧ポンプ５は、水透過膜３の特性、水回収量、水回収時間等の条件を考慮して好適な条件で運転されることが好ましい。

圧力比較（Ｐ≦Ｐ_ＳＥＴ１）工程（Ｓ１−６）は、第２の気体の圧力Ｐが設定された圧力Ｐ_ＳＥＴ１以下の圧力まで低下したか判定する工程である。Ｐ≦Ｐ_ＳＥＴ１を満たす時（ｔｒｕｅ）、次工程に移行する。Ｐ≦Ｐ_ＳＥＴを満たさない時（ｆａｌｓｅ）、第１切替バルブ８を切り替えずに減圧ポンプ５による減圧動作を続ける。Ｐ_ＳＥＴ１は、水透過膜３の特性、水回収量、水回収時間等の条件を考慮して好適な条件で運転されることが好ましい。Ｐ_ＳＥＴ１は第１の気体の圧力をＰ１とする時、Ｐ１より小さい数値であり、例えば、Ｐ_ＳＥＴ１は、０．９Ｐ１とすることができる。

切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ３）工程（Ｓ１−７）は、第１切替バルブ８を操作して、ラインＬ２からラインＬ３に第２の気体が流れるようにする工程である。第１切替バルブ８を操作すると第１回路は開回路から閉回路となり、第２の気体が第１回路を循環する。第２の気体は第１流体経路を流れる。第２の気体が第１回路を循環すると、第１の気体から第２の気体へ気体水が移動して、第２の気体の湿度がより上昇する。第１回路を循環する第２の気体は、水回収部６を通る際に冷却される。冷却された第２の気体の飽和水蒸気量は低下し、過飽和となった分の気体水が液化して液体水を回収することができる。第２の気体の循環を続けることで、水の回収量を増やすことができる。Ｓ１−７より前の工程でも、本工程よりも回収速度は遅いが、同様の機序によって気体水が液化して液体水が回収される。なお、水の回収を続けると第２の気体の圧力が上昇する場合がある。図２の水回収サイクルのチャート図では省略しているが、Ｓ１−７とＳ１−８の間の工程において、切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ５）工程（Ｓ１−４）、圧力比較（Ｐ≦Ｐ_ＳＥＴ１）工程（Ｓ１−６）と切替バルブ切替（Ｌ２→Ｌ３）工程（Ｓ１−７）を繰り返し行なってもよい。かかる繰り返しの工程を行う前に、第２の気体の圧力Ｐが設定された圧力Ｐ_ＳＥＴ２以下であるかどうか判定し、第２の気体の圧力Ｐが設定された圧力Ｐ_ＳＥＴ２より高ければ、再度、第２の気体を減圧することが好ましい。圧力Ｐ_ＳＥＴ２は、例えば、圧力Ｐ_ＳＥＴ１以上の値が好ましい。

水回収量比較（Ｖ≧Ｖ_ＳＥＴ１）工程（Ｓ１−８）は、水の回収量（水残量）Ｖが定められた量Ｖ_ＳＥＴ１以上になったかどうかを判定する工程である。Ｖ≧Ｖ_ＳＥＴ１を満たす時（ｔｒｕｅ）、次工程に移行する。Ｖ≧Ｖ_ＳＥＴ１を満たさない時（ｆａｌｓｅ）、水の回収を続ける。定められた量Ｖ_ＳＥＴ１は、必要な水回収量によって、好適に定められてもよい。なお、水回収量は、実際の水の量を測定してもよいし、第１の気体の温度および湿度や水回収システム１００の動作履歴等の情報を解析して推定した値であってもよい。

減圧ポンプ運転停止工程（Ｓ１−９）は、減圧ポンプ５の運転を停止する工程である。

冷却手段運転停止工程（Ｓ１−１０）は、冷却手段７の運転を停止する工程である。Ｓ１−９とＳ１−１０の工程の順番は、どちらが先でもよい。

水回収停止工程（Ｓ１−１１）は、水回収の全ての工程が終了し、次の水回収サイクルが開始するまで待機する工程である。

上記に説明した工程によって、水が効率的に回収される。水透過膜３を通った気体水を液体水として回収するため、実施形態で回収される水は、低汚染もしくは汚染されていないため、衛生的観点および保存性の観点から好ましい。

（実施形態２）
実施形態２は、加湿システムおよび加湿方法に関する。図３に実施形態２の加湿システム（加湿装置）２００の模式図を示す。図３の加湿システム２００は、第１室１と第２室２に水透過膜３で隔てられた水供給部と、減圧手段である減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８と、冷却手段７と、送風手段４と、液体水気化手段１０と、制御部Ｃとを有する。第１室１と第２室２に水透過膜３で隔てられた水供給部と、減圧手段である減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８と、冷却手段７と、送風手段４とは実施形態１の水回収システム１００と共通する。水回収部６と、送液ポンプ９と、液体水気化手段１０は第２回路を構成する。第２回路は、水回収部６で回収した液体水が流れる開回路である。ラインＬ６〜Ｌ７は、水回収部６で回収した液体水が流れる配管である。加湿システム２００は、例えば、空気調和装置や加湿器などの室内の調湿を行う装置に用いることができる。実施形態２の加湿システム２００は、水回収システム部分が室外に設けられ、液体水気化手段１０が加湿対象の空間である室内に設けられることが好ましい。図４中の矢印は、以下に説明する運転サイクルの流体の流れる方向を示している。

実施形態２の水回収システムは、実施形態１の水回収システム１００と水回収方法と共通する。実施形態２と実施形態１とで共通する構成、工程、動作方法等に関しては、その説明を省略する。

送液ポンプ９は、水回収部６で回収された液体水を液体水気化手段１０に送る送液手段である。送液ポンプ９としては、例えば、チューブポンプやダイアフラム送液ポンプを用いることができる。ラインＬ６は、送液ポンプ９と水回収部６を接続する。また、ラインＬ７は、送液ポンプ９と液体水気化手段１０を接続する。送液ポンプ９中の逆止弁またはラインＬ７中にバルブを設け、送液ポンプ９の停止中に液体水が逆流することを防ぐことが好ましい。ラインＬ７中には、図示しない３方バルブを設けて、一方を送液ポンプ９側と接続し、もう一方を液体水気化手段１０と接続し、他方をドレイン配管と接続し、加湿終了時や長期間加湿を行わない時に水回収部６からラインＬ７間に存在する液体水を排出してもよい。送液ポンプ９は、液体水を輸送するため、水を含んだ湿り空気を輸送する場合に比べて水輸送能力（ｇ／ｈｏｕｒ）あたりのポンプの輸送エネルギーをあまり要しない。したって、送液ポンプ９の動作時の音の発生を抑えることができるという観点から、液体水を輸送する加湿システムは好ましい。

液体水気化手段１０は、液体水を吸水して、吸水した水を気化させる手段である。液体水気化手段１０としては、親水性多孔体を少なくとも有することが好ましい。親水性多孔体は、吸水性（多孔性）と親水性を備えた例えば不織布構造を有する高分子繊維（例えば、ポリエステル繊維やレーヨン繊維）、不織布構造を有する高分子繊維をフェノール樹脂等の強化剤で強化したもの（例えば、ユニペックス ＳＢ）、ポリオレフィン系の樹脂を焼結したものや不織布構造を有するパルプ（例えば、キムタオル）などである。親水性多孔体は、吸水した液体水を気化させるが、気化速度を速めるために、液体水気化手段１０に親水性多孔体へ風を当てる送風機を用いることがより好ましい。

制御部Ｃは、さらに、送液ポンプ９や液体水気化手段１０の送風機を制御することが好ましい。制御部Ｃは、加湿システム１００によって、湿度の変化を図示しない湿度センサで検知して、検知した湿度情報をもとに加湿運転を制御することができる。

実施形態２の加湿方法である加湿システム２００の加湿サイクルについて、説明する。図４に、実施形態２の加湿サイクルのチャート図を示す。図４のチャート図に示す加湿サイクルは、水回収工程Ｓ１、加湿運転開始工程（Ｓ２−１）、送液ポンプ運転開始工程（Ｓ２−２）、湿度比較（β≧β_ＳＥＴ１）工程（Ｓ２−３）、送液ポンプ運転停止工程（Ｓ２−４）と加湿運転停止工程（Ｓ２−５）とを有する。

水回収工程Ｓ１は、実施形態１で説明した、水回収システム１００の水回収サイクルの工程Ｓ１−１からＳ１−１１である。なお、水回収量（水残量）Ｖが定められた量Ｖ_ＳＥＴ２以上であれば水回収工程Ｓ１を省略して、加湿運転工程Ｓ２を行ってもよい。また、任意の時機に加湿運転工程Ｓ２を行えるように、加湿運転を行っていない期間に水回収工程Ｓ１を行ってもよい。水量Ｖ_ＳＥＴ２は、加湿条件から適した値が定められることが好ましい。

加湿運転開始工程Ｓ２−１は、制御部Ｃからの加湿運転を開始するための指示である。制御部Ｃからの指示は、加湿対象の空間の湿度βが定められた湿度β_ＳＥＴ２以下になった時機、制御部Ｃで設定された時機や操作者によるスイッチの操作などである。加湿運転と水回収運転は、同時には行わないため、水回収工程Ｓ１の終了後に加湿運転を行う。加湿運転と水回収運転を同時に行うと、送液ポンプ９を液体水が逆流して、液体水を安定に液体水気化手段１０へ送ることができなくなる場合があって好ましくない。湿度β_ＳＥＴ２は、加湿条件から適した値が定められることが好ましい。

送液ポンプ運転開始工程（Ｓ２−２）は、送液ポンプ９を動作させて、水回収部６の液体水を液体水気化手段１０へ送る工程である。ラインＬ６とＬ７を通った液体水は、液体水気化手段１０の親水性多孔体に吸水される。親水性多孔体に吸水された水が気化することで、加湿対象の空間内の水蒸気量を増加させることができる。加湿においける親水多孔体からの水の気化量は、送液ポンプ９と液体水気化手段１０の送風機の動作条件によって制御することができる。

湿度比較（β≧β_ＳＥＴ１）工程（Ｓ２−３）は、加湿対象の空間の湿度βが定められた湿度β_ＳＥＴ１以上になったかどうかを判定する工程である。加湿対象の空間には、図示しない湿度センサが用いられることが好ましい。β≧β_ＳＥＴ１を満たす時（ｔｒｕｅ）、次工程に移行する。β≧β_ＳＥＴ１を満たさない時（ｆａｌｓｅ）、加湿を続ける。湿度β_ＳＥＴ１は、予め定められた値、加湿対象の室内の温度、室外の気候等の条件を基に制御部Ｃが求めた値や操作者が設定した値などである。湿度は、相対湿度または絶対湿度のどちらかである。なお、本工程は、送液ポンプ９による液体水の送液量や加湿時間などから気化した水の量を計算もしくは推定して、設定された条件を満たす時にｔｒｕｅとして、次工程に移行してもよいし、設定された条件を満たさない時にｆａｌｓｅとして加湿を続けてもよい。また、水回収部６の水がなくなり、液体水気化手段１０へ水を送液することができなくなった時にもｔｒｕｅとして、次工程に移行することができる。Ｓ２−３工程とＳ２−４工程の間に、水回収部６からラインＬ７間にたまった液体水を排出する処理を行ってもよい。水回収部６からラインＬ７間にたまった液体水を排出する方法としては、例えば、ラインＬ７を図示しないドレインと接続して、ドレインから液体水を排出してもよいし、液体水がなくなるまで、液体水気化手段１０による液体水の気化を続けてもよい。

送液ポンプ運転停止工程（Ｓ２−４）は、送液ポンプ９の運転を停止する工程である。送液ポンプ９の運転を停止した後に、長期間、加湿運転を行わない場合は、ラインＬ７にたまった液体水や水回収部６にたまった液体水を図示しない排気経路を経由して排出してもよい。

加湿運転停止工程（Ｓ２−５）は、加湿の全ての工程が終了し、次のサイクルが開始するまで待機する工程である。本工程の次のサイクルは、水回収工程Ｓ１のサイクルでもよいし、十分量の液体水が残存していれば、加湿工程Ｓ２のサイクルでもよい。

上記に説明した工程によって、水が効率的に回収された液体水を用いて加湿を行うことができる。液体水を送液しているため、気体水を配管を通して加湿する場合よりも、短時間で、安定的にかつ効率的に加湿することが可能である。室外から回収した気体水をそのまま用いて加湿を行う場合、室外の空気の湿度が低ければ、湿度を上げるために大きなエネルギーを要するため、目的とする湿度にすることが困難である場合があるし、また、加湿に大きな騒音を伴うポンプを要してしまう。また、本実施形態の他の利点として、水透過膜３を通った気体水を液体水として回収するため、実施形態で回収される水は、低汚染もしくは汚染されていないため、加湿で放出される気化水も衛生的観点および保存性の観点から好ましい。

（実施形態３）
実施形態３は、空気調和システムおよび加湿方法に関する。図５に実施形態２の空気調和システム（空気調和装置）３００の模式図を示す。空気調和システム３００は、加湿システム２００とヒートポンプサイクルを有し、ヒートポンプサイクルの冷媒の吸熱によって水回収部６を冷却して水を回収し、加湿及び空気調和運転を行う。図５の空気調和システム３００は、第１室１と第２室２に水透過膜３で隔てられた水供給部と、減圧手段である減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８と、冷却手段である第３熱交換器７と、送風手段４と、送液ポンプ９と接続した液体水気化手段１０と、第１熱交換器１１と、圧縮器１２と、冷暖房切替用の四方弁１３と、第１膨張弁１４と、第２熱交換器１５と第２切替バルブ１６と、制御部Ｃとを有する。第１室１と第２室２に水透過膜３で隔てられた水供給部と、減圧手段である減圧ポンプ５と、水回収部６と、第１切替バルブ８と、冷却手段７と、送風手段４と、は実施形態１の水回収システム１００又は実施形態２の加湿システム２００と共通する。送液ポンプ９と液体水気化手段１０は、実施形態２の加湿システム２００と共通する。第１熱交換器１１と、圧縮器１２と、四方弁１３と、第１膨張弁１４と、第２熱交換器１５と第２切替バルブ１６と、第２膨張弁１７と第３熱交換器７は第３回路を構成する。第３回路は、冷媒が循環する回路である。ラインＬ８〜Ｌ１６は、冷媒が流れる配管である。四方弁１３がラインＬ８とラインＬ９を導通し、ラインＬ１２とラインＬ１３を導通するとき、空気調和システム３００は、暖房運転を行う。四方弁１３がラインＬ８とラインＬ１２を導通し、ラインＬ９とラインＬ１３を導通するとき、空気調和システム３００は、暖房運転を行う。実施形態３の空気調和システム３００は、第１熱交換器１１と液体水気化手段１０が加湿対象の空間である室内に設けられ、他は室外に設けられることが好ましい。なお、実施形態３では、冷却手段７として空気調和システム３００の冷媒を流して熱交換を行う第３熱交換器を用いている。冷却手段としては、第３熱交換器７に限定されるものではなく、ペルチェ素子や低温空気を用いてもよいし、これらを第３熱交換器と組み合わせてもよい。冷却手段７としてペルチェ素子や低温空気などの第３熱交換器７以外の冷却手段を用いる場合は、第２膨張弁１７、第２切替バルブ１６、ラインＬ１４、Ｌ１５、Ｌ１６を省略することができる。

圧縮機１２は、第１熱交換器１１と第２熱交換器１５との間に配置され、冷媒を圧縮する。圧縮機１２と第１熱交換器１１の間には、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁１３が配置される。ラインＬ８とラインＬ１３は、圧縮機１２と四方弁１３を接続する。圧縮機１２の一部に液冷媒を貯蔵するアキュムレーターが取り付けられている場合がある。暖房運転を行う場合、圧縮機１２を出た冷媒は、四方弁１３、第１膨張弁１４、第１熱交換器１１、第２熱交換器１５を経て圧縮機１２に再び吸い込まれる。もしくは、圧縮機１２を出た冷媒は、四方弁１３、第２切替バルブ１６、第２膨張弁１７、第３熱交換器７を経て、圧縮機１２に再び吸い込まれる。実施形態の冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボン等の空気調和装置に用いられる冷媒を用いることができる。

四方弁１３は、圧縮機１２と第１熱交換器１１及び圧縮機１２と第２熱交換器１５の間に配置される。ラインＬ９は、四方弁１３と第１熱交換器１１を接続する。ラインＬ１５は、四方弁１３と第２熱交換器１５を接続する。四方弁１３は、圧縮機１２で圧縮された冷媒の循環方向を切り替えることができる。圧縮された冷媒が第１交換器１１に向かう循環回路は、暖房時の回路である。暖房の場合は、暖められた空気が第１熱交換器１１から室内に向かって送風される。圧縮された冷媒が第２熱交換器１５に向かう循環回路は、冷房時の回路である。冷房の場合は、冷やされた空気が第１熱交換器１１から室内に向かって送風される。以下、実施形態は、暖房について説明し、冷房については省略するが、空気調和システム３００は、冷房と暖房の両機能を備えることができる。暖房のみの機能を有する空気調和システム３００は、四方弁１３を省略することができる。

第１熱交換器１１は、四方弁１３と第１膨張弁１４との間に配置される。ラインＬ９は、第１熱交換器１１と四方弁１３を接続する。ラインＬ１０は、第１熱交換器１１と第１膨張弁１４を接続する。第１熱交換器１１は、圧縮機１２で圧縮した高温高圧の冷媒と室内空気とを熱交換し、冷媒を凝縮させて昇温した空気を室内に放出する。熱交換した空気は、モーターで回転させたファンによる送風で室内に放出される。図５では、第１熱交換器１１中に液体水気化手段１０を配置している。これは、加湿及び加温された空気を共通の送風口から送風するためであるが、これに限定されるこのではない。例えば加湿された空気を送風する送風口と加温された空気を送風する送風口をそれぞれ別に設けることもできる。

第１膨張弁１４は、第１熱交換器１１と第２熱交換器１５の間に配置される。ラインＬ１０は、第１膨張弁１４と第１熱交換器１１を接続する。第１膨張弁１４と第２熱交換器１５は、ラインＬ１１で接続される。第１膨張弁１４は、第１熱交換器１１を経た冷媒を減圧させる部材である。

第２熱交換器１５は、第１膨張弁１４と四方弁１３との間に配置される。ラインＬ１１は、第２熱交換器１５と第１膨張弁１４を接続する。ラインＬ１２は、第２熱交換器１５と四方弁１３を接続する。第１膨張弁１４で減圧した低温低圧の冷媒と室外空気とを熱交換し、冷媒を蒸発させて降温した空気を室外に放出する部材である。

第２切替バルブ１６は、第１膨張弁１４と第２膨張弁１７の間に存在する。ラインＬ１０は、第２切替バルブ１６、第１熱交換器１１及び第１膨張弁１４を接続する。ラインＬ１４は、第２切替バルブ１６と第２熱交換器１５を接続する。第２切替バルブ１６は、第２膨張弁１７と第３熱交換器７への冷媒の流れを制御する。第２切替バルブ１６が開いていると、冷媒は第２膨張弁１７及び第３熱交換器７へ流れる。第２切替バルブ１６が閉じていると、冷媒は第２膨張弁１７及び第３熱交換器７へ流れない。

第２膨張弁１７は、第１熱交換器１１と第３熱交換器７の間に配置される。ラインＬ１０及びラインＬ１４は、第２膨張弁１７と第１熱交換器１１を接続する。ラインＬ１５は、第２膨張弁１７と第３熱交換器７を接続する。第２膨張弁１７は、第１熱交換器１１を経た冷媒を減圧させる部材である。

第３熱交換器７は、第２膨張弁１７で減圧した低温低圧の冷媒と水回収部６とを熱交換し、水回収部６を冷却する。ラインＬ１５は、第２膨張弁１７と第３熱交換器７を接続する。ラインＬ１６は、第３交換機７と第２熱交換器１５を接続する。ラインＬ１６及びラインＬ１２は、第２膨張弁１７と四方弁１３を接続する。水回収部６を冷却する時に第２切替バルブ１６を開けて、ラインＬ１０とラインＬ１４を導通させる。第３熱交換器７の熱交換は、水回収部６と直接熱交換してもよいし、空気等を媒体として用いて、間接的に熱交換してもよい。

なお、図５の模式図は、第２熱交換器１５と第３熱交換器７を並列に接続した形態であるが、接続方法は、図５の形態に限られず、例えば、第２熱交換器１５と第３熱交換器７を直列に接続することもでき、このとき等は第２切替バルブ１６を省略してもよい。

実施形態３の空気調和システム３００の加湿を行う空気調和サイクルについて、説明する。図６に、実施形態３の加湿を行う空気調和サイクルのチャート図を示す。図６のチャート図に示す加湿サイクルは、空気調和運転開始工程（Ｓ３−１）、水回収工程Ｓ１、加湿工程Ｓ２、圧縮機運転開始工程（Ｓ３−２）、送風開始工程（Ｓ３−３）と空気調和運転停止工程（Ｓ３−４）とを有する。なお、以下に説明する加湿を行う空気調和サイクルは、暖房運転に関して説明する。冷房運転を行う場合は、第２切替バルブ１６を閉じて、第２の膨張弁１７と第３熱交換器７を冷媒が流れないようにすることが好ましい。図６中の矢印は、以下に説明する運転サイクルの流体の流れる方向を示している。

空気調和運転開始工程（Ｓ３−１）は、例えば、空気調和運転を開始するための制御部Ｃからの指示である。制御部Ｃからの指示は、制御部Ｃで設定された時機や操作者によるスイッチの操作などである。

水回収工程Ｓ１は、実施形態１で説明した、水回収システム１００の水回収サイクルの工程Ｓ１−１からＳ１−１１である。なお、水回収量（水残量）Ｖが定められた水量Ｖ_ＳＥＴ２以上であれば水回収工程Ｓ１を省略して、加湿運転工程Ｓ２を行ってもよい。また、任意の時機に加湿運転工程Ｓ２を行えるように、加湿運転を行っていない期間に水回収工程Ｓ１を行ってもよい。また、空気調和運転を行わない期間に、水回収工程Ｓ１を行ってもよい。空気調和運転を行わない期間に、水回収工程Ｓ１を行う場合は、空気調和の予備運転時でもよいし、図示しないペルチェ素子等の冷却手段をさらに用いて水回収工程Ｓ１を単独で行ってもよい。水量Ｖ_ＳＥＴ２は、加湿条件から適した値が定められることが好ましい。

加湿工程Ｓ２は、実施形態で説明した加湿システム２００の加湿サイクル工程Ｓ２−１からＳ２−５である。なお、加湿工程Ｓ２の開始時機は、加湿対象の空間の湿度βが定められた湿度β_ＳＥＴ２以下になった時機や、水回収工程Ｓ１が終了した時機などである。加湿工程Ｓ２の終了後は、空気調和運転の停止まで待機してもよいし、加湿対象の空間の湿度βが定められた湿度β_ＳＥＴ３以下になった時機に再度加湿運転や水回収工程を再開してもよい。湿度β_ＳＥＴ２や湿度β_ＳＥＴ３は、加湿条件から適した値が定められることが好ましい。また、室内の湿度がβ_ＳＥＴ１になった後に、次の加湿工程Ｓ２に備えて、水回収工程Ｓ１を行ってもよい。また、空気調和運転中に加湿に用いる液体水が不足するなどの場合には、空気調和システム中の加湿システムを用いて水を回収する工程と、空気調和システム中の加湿システムを用いて回収した水を用いて加湿する工程と、を交互に行ってもよく、これらの工程を交互に繰り返し行ってもよい。言い換えると、空気調和運転中に水回収工程Ｓ１と加湿工程Ｓ２を交互に行ってもよく、これらの工程を交互に繰り返し行ってもよい。予め、水回収工程Ｓ１を行っている場合は、空気調和運転を開始して、水回収工程Ｓ１を行わずに加湿運転を行うことができる。

圧縮機運転開始工程（Ｓ３−２）は、圧縮機１２の運転を開始して、冷媒を循環させる工程である。圧縮機運転開始工程（Ｓ３−２）でヒートポンプサイクルの運転が開始する。低温低圧の気体状の冷媒は、圧縮機１２で圧縮されて気体状の高温高圧の冷媒となる。圧縮機１２で圧縮された冷媒は、四方弁１３を通り、第１熱交換器１１で凝縮して冷媒は液化する。液化した冷媒は、第１膨張弁１４で減圧されて冷却される。低温低圧の液化した冷媒は、第２熱交換器１５で冷媒が吸熱して液化する。第２熱交換器１５で液化した冷媒は、四方弁１３を通り、再び圧縮機１２へ戻る。ここで、水回収を行う時は、第２切替バルブ１６を開けて、第２膨張弁１７と第３熱交換器７へと冷媒を流す。第２膨張弁１７と第３熱交換器７へ流れた冷媒は、同様に減圧と吸熱を行う。第３熱交換器７での吸熱を水回収部６から行うことで、水回収部６の熱を奪い、水回収部６を冷却することができる。水回収工程Ｓ１は、第３熱交換器７を冷却手段として用い、水回収量がＶ_ＳＥＴ１以上になったら、水回収工程Ｓ１を終了して、加湿工程Ｓ２を開始する。なお、圧縮機１２の運転を開始した直後は、冷媒の圧力が十分に調整されないため、送風開始前に圧縮機１２で冷媒を循環させることが好ましい。

送風開始工程（Ｓ３−３）は、第１熱交換器１１と室内空気の熱交換によって暖められた空気を室内に送風する。圧縮機１２の運転や送風量は、空気調和の設定温度などによって、好適に調整される。送風は、液体水気化手段１０にも行ってもよい。第１熱交換器１１（液体水気化手段１０）からの送風は、加湿及び加温された空気を共通の送風口から送風してもよいし、または、加湿された空気と加温された空気をそれぞれ別の送風口から送風してもよい。

空気調和運転停止工程（Ｓ３−４）は、送風と圧縮機１２の運転を停止する工程である。室内の温度Ｔが定められた温度Ｔ_ＳＥＴ１になったり、操作者がスイッチ操作で、運転を停止したりした場合などに運転を停止する。

実施形態３は、実施形態１の水回収システムと実施形態２の加湿システムを有し、ヒートポンプサイクルの熱サイクルを利用して暖房運転中に効率的に水回収と回収し液体水を用いて加湿と空気調和を行うことができる。従って、実施形態３の空気調和システムは、低騒音で、高効率で、多湿な空気調和運転を１つの装置（システム）で行うことができる。本実施形態の他の利点として、水透過膜３を通った気体水を液体水として回収するため、実施形態で回収される水は、低汚染もしくは汚染されていないため、加湿で放出される気化水も衛生的観点および保存性の観点から好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…第１室、２…第２室、３…水透過膜、４…送風手段、５…減圧ポンプ、６…水回収部、７…冷却手段（第３交換機）、８…第１切替バルブ、９…送液ポンプ、１０…液体水気化手段、１１…第１熱交換器、１２…圧縮器、１３…四方弁、１４…第１膨張弁、１５…第２熱交換器、１６…第２切替バルブ、Ｃ…制御部、１００…水回収システム、２００…加湿システム、３００…空気調和システム

Claims (7)

1. 第１室と第２室に水透過膜で隔てられた水供給部と、
   減圧手段と、
   水回収部と、
   第１切替バルブと
   前記水回収部を冷却する冷却手段と、
   前記第１室に第１の気体を送風する送風手段と、を有し、
   前記第２室と、前記減圧手段と、前記水回収部と前記第１切替バルブとが第２の気体が流れる第１回路を構成し、
   前記減圧手段は、前記第１回路を流れる第２の気体を減圧して、前記水回収部で水を回収し、
   前記冷却手段は、前記水回収部内を通る前記第２の気体を冷却して前記第２の気体に含まれる気体水を液化させることを特徴とする水回収システム。
2. 前記減圧手段は、前記第２の気体の圧力を、前記第１の気体の圧力よりも低くし、
   前記水透過膜を通して前記第１の気体に含まれる気体水を前記第２の気体へ移動させることを特徴とする請求項１に記載の水回収システム。
3. 前記減圧手段の吸気側は、前記第２室と接続し、
   前記減圧手段の排気側は、前記第１切替バルブと接続し、
   前記第１切替バルブは、前記減圧手段の排気側、前記水回収部と前記第１回路外へ排気する配管と接続し、
   前記第１切替バルブは、前記排気手段から前記水回収部へ第２の気体が流れる第１流体経路と、前記排気手段から前記第１回路外へ前記第２の気体が流れる第２流体経路とを切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の水回収システム。
4. 前記水透過膜は、固体高分子膜、アクリル樹脂を含む膜とシリカ膜のうちのいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水回収システム。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水回収システムと、
   液体水を気化する液体水気化手段と、
   前記液体水気化手段へ前記水回収部で回収した液体水を送液する送液手段を有することを特徴とする加湿システム。
6. 前記請求項５に記載の加湿システムと、
   ヒートポンプサイクルを有し、
   前記ヒートポンプサイクルの冷媒の吸熱によって前記水回収部を冷却して水を回収し、加湿及び空気調和運転を行うことを特徴とする空気調和システム。
7. 前記加湿システムを用いて水を回収する工程と、前記加湿システムを用いて前記回収した水を用いて加湿する工程と，を交互に行うことを特徴とする請求項６に記載の空気調和システム。
   

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