JP2984266B1 - 湿度調整装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 微小重力下でも用いることができるバブンリ
グ操作を用いた湿度調整装置を提供する。 【解決手段】 水を貯留する容器９の空気供給口１１に
は多孔質材料から成り、水のみを通過させる供給側気液
分離部材１３が設けられ、空気排出口１２には同様に多
孔質材料から成る排出側気液分離部材１４が設けられ
る。水循環手段１５は空気排出口１２寄りの水排出口１
６から排出される空気を空気供給口１１寄りの水供給口
１７に供給して容器９内で空気供給口１１から空気排出
口１２に向けて水を流す。したがって、チャンバ３から
供給された空気は供給側気液分離部材１３から気泡とし
て発生し、水流にのって排出側気液分離部材１４まで移
動して気泡は消滅して飽和状態となった気泡内の空気も
排出し、空気戻り管路５を介してチャンバ３に戻され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内の湿度を調整
する湿度調整装置に関し、特に重力が微小な宇宙機など
で使用可能な湿度調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からバブリング操作を用いて室内の
湿度を調整する湿度調整装置が存在する。バブリング操
作とは、液相中に気泡をくぐらせて気液接触させること
によって、気泡内の水蒸気量をそのときの温度、圧力に
おいて飽和させる操作である。このような湿度調整装置
としては、たとえば水を貯留する容器の下端から空気を
供給して気泡を発生させる。発生した気泡は容器内を上
昇して水面上で消滅するが、その間に気泡内の空気はそ
のときの温度、圧力における飽和状態となる。

【０００３】したがって、容器の上端から排出されるバ
ブリング操作後の飽和状態の空気を低湿度の空気、また
は容器に供給する以前に分流させた空気と混合させた
り、あるいは容器中の水温を調整することによって、任
意の湿度の空気を供給することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の湿度
調整装置では、水中内で気泡を上昇させ、水面上で気泡
が消滅して気液分離する現象を利用しており、このよう
な現象は重力が作用する地上では問題なく利用すること
ができるが、たとえばロケット、スペースシャトル、ま
たは宇宙ステーションなどの宇宙機内など微小重力下で
利用する場合には、気泡が水中内で上昇しなくなり、水
と気泡とを分離できず、湿度調整装置が機能しなくなる
といった問題を有する。

【０００５】また、バブリング操作を用いるのでなく、
室内に直接蒸気を発生させたり、空気を冷却させて湿度
を調整する湿度調整装置も考えられるが、この場合には
ドレインが発生してしまう。特に宇宙機内ではドレイン
の発生は好ましくなく、ドレインの発生はできるだけ避
けたいので、ドレインの発生しないバブリング操作を用
いた湿度調整装置を微小重力下で用いる技術の開発が望
まれている。

【０００６】本発明の目的は、微小重量下でも用いるこ
とができるバブリング操作を用いた湿度調整装置を提供
することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、水を貯留し、空気が供給される空気供給口および空
気を排出する空気排出口を有する容器と、容器の空気供
給口と水貯留空間とを仕切り、空気のみを通過させる多
孔質材料から成る供給側気液分離部材と、容器の空気排
出口と水貯留空間とを仕切り、空気のみを通過させる多
孔質材料から成る排出側気液分離部材と、容器の空気排
出口寄りに設けられる水排出口から排出される水を、容
器の空気供給口寄りに設けられる水供給口に供給して水
を循環させる水循環手段とを備えることを特徴とする湿
度調整装置である。

【０００８】本発明に従えば、容器の空気供給口に供給
された空気は供給側気液分離部材を通過して容器内の水
貯留空間に供給される。供給側気液分離部材は空気のみ
を通過させる多孔質材料から成るので、供給された空気
は水貯留空間内に気泡として供給される。水循環手段は
容器の空気供給口寄りの水供給口に水を供給し、容器の
空気排出口寄りの水排出口から排出させて水を循環させ
るので、容器内では空気供給口側から空気排出口側に向
かって流れる水流が形成されることになる。したがっ
て、供給側気液分離部材で発生した気泡は水流にのって
空気排出口側に流れることになる。空気排出口には、空
気のみを通過させる多孔質材料から成る排出側気液分離
部材が設けられるので、水流にのって空気排出口側に移
動した気泡はこの排出側気液分離部材で消滅し、気泡内
の空気のみが排出側気液分離部材を通過して容器の空気
排出口から排出される。したがって、微小重量下におい
ても供給側気液分離部材から発生した気泡は確実に排出
側気液分離部材まで移動して空気排出口から排出するこ
とができる。

【０００９】このようにして湿度調整装置を微小重力下
においても使用する場合においても、容器の空気供給口
に供給された空気をバブリング操作によって飽和状態と
して空気排出口から排出することができる。

【００１０】請求項２記載の本発明は、容器内の水の温
度を調整する水温調整手段を備えることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、水温調整手段によって容
器内の水の温度を調整することができるので、たとえば
水の温度を低下させると気泡内の空気の飽和蒸気量が低
下、すなわち絶対湿度が低下するので、空気排出口から
排出される空気の絶対湿度を低下させることができる。
逆に水の温度を上昇させて排出される空気の絶対湿度を
上げることができる。このようにして、水温調整手段に
よって水の温度を調整することによって排出する空気の
湿度を調整することが可能となる。

【００１２】請求項３記載の本発明は、湿度が調整され
るべき空間を規定するチャンバと、チャンバと容器の空
気供給口とを連通する空気供給管路と、容器の空気排出
口とチャンバとを連通する空気戻り管路と、チャンバ内
の空気を容器の空気供給口に送給する空気送給手段とを
備えることを特徴とする。

【００１３】本発明に従えば、湿度が調整されるべき空
間は、たとえば人が居住するチャンバである。このチャ
ンバ内の空気が空気送給手段によって空気供給管路を介
して容器の空気供給口に供給される。空気排出口から排
出される空気は空気戻り管路を介してチャンバ内に供給
される。したがって、チャンバ内の空気は容器内のバブ
リング操作によって適度に湿度が調整されてチャンバ内
に戻され、チャンバ内の湿度を調整することができる。
また、本発明の湿度調整装置はバブリング操作によって
湿度を調整するので、チャンバまたは管路内にドレイン
が発生するといったことが確実に防がれる。

【００１４】また、請求項２に記載される水温調整手段
によって容器内の水温を調整することによって、容器か
ら排出する空気の湿度を調整し、これによってチャンバ
内の湿度を容易に調整することが可能となる。

【００１５】請求項４記載の本発明は、空気供給管路と
空気戻り管路とを連通するバイパス管路と、空気供給管
路に介在される空気供給弁と、バイパス管路に介在され
るバイパス弁とを備えることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、空気供給管路と空気戻り
管路とを連通するバイパス管路が設けられるので、容器
を通過して飽和状態となった空気と、容器を通過せずに
バイパス管路を通過してバイパスした空気とが混合され
てチャンバ内に戻されることになる。したがって、空気
供給弁とバイパス弁とを調整することによってチャンバ
内の湿度を調整することができる。さらに、請求項２に
記載される水温調整手段と組合わせることによって高精
度にチャンバ内の湿度を調整することができる。

【００１７】請求項５記載の本発明は、チャンバ内に供
給される空気の温度を調整する空気温度調整手段を備え
ることを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、空気温度調整手段によっ
てチャンバ内に供給される空気の温度を調整することに
よってチャンバ内の温度を調整することができるととも
に、チャンバに供給する空気の温度調整によって空気の
相対湿度も調整することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある湿度調整装置１の構成を示す模式図である。湿度調
整装置１は、バブリング操作によって空気を飽和させる
調湿装置２と、人が居住し、調湿装置２によって湿度が
調整されるべき空間であるチャンバ３とを有し、たとえ
ば宇宙機などの微小重量下で用いられる。

【００２０】調湿装置２は、空気供給口１１および空気
排出口１２を有し、水が貯留され断熱性を有する容器９
と、容器９内の水を循環させる水循環手段１５とを備
え、チャンバ３と容器９の空気供給口１１とは空気供給
管路４によって連通し、容器９の空気排出口１２とチャ
ンバ３とは空気戻り管路５によって連通し、空気供給管
路４と空気戻り管路５とはバイパス管路６によって連通
する。

【００２１】容器９の空気供給口１１と水貯留空間と
は、空気のみを通過させる多孔質材料から成る供給側気
液分離部材１３によって仕切られ、同様に空気排出口１
２と水貯留空間とは、多孔質材料から成る供給側気液分
離部材１２によって仕切られる。バイパス管路６と空気
供給管路４との接続点とチャンバ３との間の空気供給管
路４にはチャンバ３内の空気を送給するブロア３５が介
在される。したがって、ブロア３５によって送給された
空気は容器９の空気供給口１１から多孔質材料から成る
供給側気液分離部材を通過し、容器９内に気泡を発生さ
せる。

【００２２】水循環手段１５はポンプ２１を有し、容器
９の空気排出口１２寄りに設けられる水排出口１６から
容器９内の水を吸引して排出し、容器９の空気供給口１
１寄りに設けられる水供給口１７に水を供給する。この
ような水循環手段１５によって、容器９の水貯留空間内
では空気供給口１１側から空気排出口１２側に向けて水
が流れることになる。したがって、供給側気液分離部材
１３で発生した気泡は水の流れにのって空気排出口１２
に向けて移動することになる。また、水循環手段１５
は、容器９内の余剰な水の排出、あるいは水の不足分の
供給も行う。

【００２３】空気排出口１２寄りに設けられる水排出口
１６は、多孔質材料から成り、水のみを通過させる循環
水用気液分離部材１８によって塞がれる。したがって、
水の流れにのって空気排出口１２側に移動してきた気泡
が水排出口１６から排出されることなく水のみが循環す
ることになる。

【００２４】このようにして、空気供給口１１から気泡
として供給された空気は水貯留空間内に滞在する間に気
泡内の温度および圧力における飽和状態となる。このよ
うな気泡が排出側気液分離部材１４に達すると、気泡が
消滅し、気泡内の飽和状態となった空気が多孔質材料か
ら成る排出側空気分離部材１４を通過して空気排出口１
２から排出され、空気戻り管路５を介してチャンバ３に
戻される。

【００２５】前記バイパス管路６には、バイパス弁３１
が介在され、同様にバイパス管路６と空気供給管路４と
の分岐点と調湿装置２との間の空気供給管路４には空気
供給弁３０が介在される。したがって、このバイパス弁
３１と空気供給弁３０とを制御することによって、調湿
装置２から排出されて飽和状態となった空気と、空気供
給管路４からバイパスされて調湿装置２を通過しない空
気との混合する割合を調整することによってチャンバ３
に供給する空気の湿度を高精度に調整することができ
る。

【００２６】また調湿装置２には、ヒータおよびクーラ
を備え、容器９内の水温を調整する水温調整手段２２が
設けられる。水中の気泡内の空気の温度は熱伝達によっ
て水温と等しくなるので、水温調整手段２２によって容
器９内の水温を調整すると、水中の各気泡内の温度もそ
れに応じて調整される。気泡内の空気の蒸気量はそのと
きの温度によって決定されるので、水温調整手段２２に
よって容器９内の水温を調整することによって各気泡内
の水蒸気量、すなわち絶対湿度を調整することができ
る。したがって、たとえば水温調整手段２２によって容
器９内の水温を上昇させると調湿装置２から排出される
空気の絶対湿度を増加させることができ、逆に水温調整
手段２２によって水温を低下させると排出される空気の
絶対湿度を低下させることができる。

【００２７】また調湿装置２には、たとえばベローズか
ら成り、容器９内の水圧を一定に保つアキュムレータ２
０が設けられる。このアキュムレータ２０によって容器
９内の水圧を一定に保つことができる。また、このアキ
ュムレータ２０を調整して容器９内の水圧を調整するこ
とによって、気泡内の絶対湿度を調整するようにしても
よい。

【００２８】バイパス管路６と空気戻り管路５との接続
点とチャンバ３との間の空気戻り管路５にはヒータおよ
びクーラを備え、チャンバ３に供給する空気の温度を調
整する空気温度調整手段３２が設けられる。この空気温
度調整手段３２によってチャンバ３に供給する空気の温
度を調整することによってチャンバ３内の温度を調整す
ることができるとともに、チャンバ３に供給する空気の
相対湿度も調整することができる。すなわち、空気の温
度を上昇させて膨張させることにより、相対湿度を低下
させることができ、逆に空気温度を低下させることによ
って相対湿度を増加させることができる。

【００２９】前記供給側気液分離部材１３および排出側
気液分離部材１４はそれぞれ四フッ化エチレン樹脂から
作られた疎水性の多孔質のメンブランフィルタであり、
性能の一例を挙げると、孔径は０．１０μｍであり、多
孔度は６８％であり、重量は４．９ｍｇ／ｃｍ²であ
り、厚さは７０μｍである。このような各気液分離部材
１３，１４は疎水性膜であるので、差圧が約４ｋｇ／ｃ
ｍ²以下では水の表面張力によって水は細孔を通過する
ことができず、空気のみ通過することになる。たとえ
ば、ブロア３５によって供給側気液分離部材１３に１．
３ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力で空気を送給することによっ
て、空気のみを通過させて容器９内に連続して確実に気
泡を発生させることができる。

【００３０】循環水用気液分離部材１８は、親水性の多
孔質のメンブランフィルタであり、性能の一例を挙げる
と、孔径は０．１０μｍであり、多孔度は７１％であ
り、重量は２．２ｍｇ／ｃｍ²であり、厚さは３５μｍ
である。循環水用気液分離部材１８は親水性膜であるの
で、気泡の通過を阻止し、水のみを選択的に通過させて
水のみを効果的に循環させることができる。

【００３１】また調湿装置２の容器９内には粗メッシュ
を素材としたチャネル壁３３が設けられる。チャネル壁
３３は複数枚設けられ、それぞれ供給側気液分離部材１
３から排出側気液分離部材１４にわたって設けられ、容
器９内を複数の空間に分割する。各チャネル壁３３は水
の通過のみ許容し、気泡の通過を阻止するので、供給側
気液分離部材１３から発生した気泡はチャネル壁３３に
沿って移動し、水排出口１６近辺に溜まるといったこと
が防がれ、気泡を容器９内に均一に分散させてバブリン
グ操作を効果的に行うことができる。

【００３２】気泡内の空気を完全に飽和状態とするには
気泡の水中での滞留時間を必要とする。そのために、ラ
シヒリングなどのビーズ状またはペレット状の充填物を
容器９内に投入する。このような充填物の投入量を調整
することによって供給側気液分離部材１３から発生し、
排出側気液分離部材１４で消滅するまでの気泡の滞留時
間を調整することができ、確実に気泡を飽和状態とする
ことができる。

【００３３】このような調湿装置２を用いて以下の条件
で実験したところ１００％の気液分離が達成され、気液
分離後の空気はほぼ飽和状態であることが確認できた。 気液流量（＝空気流量／水流量） ５〜１００ 容器９内の気液比（空気／水） 約０．１ 空気流量 ５〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ 水流量 ５〜１０ｃｃ／ｍｉｎ 空気温度 約２０℃ 水温度 約２０℃ 気液分離部材１３，１４の膜面積 １２５７ｍｍ²（４０ｍｍφ） 気液分離部材１３，１４の孔径 ０．１０μｍ

【００３４】次に湿度調整装置１の制御方法を説明す
る。湿度調整装置１には空気供給弁３０、バイパス弁３
１、水温調整手段２２および空気温度調整手段３２を制
御する制御手段３４が設けられている。制御手段３４
は、チャンバ３内の空気の温度を検出する温度検出器３
６およびチャンバ３内の湿度を検出する湿度検出器３７
の検出出力に基づいて各流調弁３０，３１および、水お
よび空気温度調整手段２２，３２を制御する。

【００３５】すなわち、予め希望するチャンバ３内の温
度および湿度を制御手段３４に設定しておき、温度検出
器３６および湿度検出器３７の検出出力基づいてチャン
バ３内の空気が設定した温度および湿度になるように制
御手段３４は各弁３０，３１および、水および空気温度
調整手段２２，３２を制御する。以下に示す表１は、制
御手段３４の制御の一例を示す表である。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１において水温調整手段２２は前述した
ように、容器９内の水温を調整することによって気泡内
の絶対湿度を調整する。また、空気温度調整手段３２は
チャンバ３に戻される空気の温度を調整することによっ
て相対湿度を調整する。次に表１に沿って制御手段３４
の制御状態を説明する。

【００３８】チャンバ３内の温度および相対湿度が設定
した温度および相対湿度よりも低くなった場合には、チ
ャンバ３に戻される空気の温度および相対湿度を高くす
る必要がある。この場合には表１においてリターンエア
の温度を「高」、相対湿度を「高」とする第１行に示さ
れるように制御する。すなわち、水温調整手段２２のヒ
ータを用いて水温を上昇させることによって絶対湿度を
増加させ、空気温度調整手段３２のヒータを用いて空気
温度を上昇させる。また各弁３０，３１はどちらも開
く。

【００３９】チャンバ３内の温度を高くし、相対湿度を
低くさせる場合には、表１の２行目に示されるように水
温調整手段２２のクーラを用いて調湿装置２を通過する
空気の絶対湿度を低下させ、空気温度調整手段３２のヒ
ータを用いてチャンバ３に戻される空気温度を高くす
る。すると、チャンバ３に戻される空気温度が高くなる
とともに、相対湿度も低下する。また空気供給弁３０は
開き、バイパス弁３１は開いても閉じてもよく、消費電
力が小さくなるように適宜選択する。

【００４０】また、チャンバ３内の温度を高くし、相対
湿度を低くする場合に、表１の３行目に示されるように
空気供給弁３０を閉じてバイパス弁３１を開いて調湿装
置２に空気を供給せず、チャンバ３内の空気を空気温度
調整手段３２のヒータを用いて加熱してチャンバ３に戻
すように制御してもよい。この場合にも空気温度調整手
段３２によって戻される空気の温度が上がるとともに、
相対湿度を低下させることができる。

【００４１】チャンバ３内の空気の温度を低下し、相対
湿度を上げる場合には表１の４行目に示されるように水
温調整手段２２のヒータを用いて絶対湿度を上げ、空気
温度調整手段３２のクーラを用いてチャンバ３に戻され
る空気の相対湿度を低下させる。このとき空気供給弁３
０は開き、バイパス弁３１は開いても閉じてもよい。

【００４２】チャンバ３内の温度を低下し、相対湿度を
高くする場合には、表１の５行目に示されるように空気
供給弁３０を閉じて調湿装置２に空気を供給せず、バイ
パス弁３１を開き、空気温度調整手段３２のクーラを用
いてチャンバ３内の空気の温度を低下してチャンバ３に
戻すように制御してもよい。このとき、空気温度調整手
段３２によって空気温度が低下するとともに相対湿度も
低下する。

【００４３】チャンバ３内の温度を低下し、相対湿度も
低下させるときには、表１の６行目に示されるように水
温調整手段２２のクーラを用いて絶対湿度を低下させ、
空気温度調整手段３２のクーラを用いてチャンバ３に戻
される空気の温度を低下させ、空気供給弁３０およびバ
イパス弁３１を共に開ける。空気温度調整手段３２のク
ーラによって空気温度を低下させると相対湿度が高くな
るため、チャンバ３内の湿度の低減は調湿装置２におい
て行う必要がある。すなわち、調湿装置２におけるバブ
リング操作によって絶対湿度を低下させる必要があり、
そのためには水温調整手段２２によって水温をチャンバ
３内の温度よりも充分低下させる必要がある。

【００４４】制御手段３４は設定されたチャンバ３の湿
度および温度が設定された値となるように、かつ消費電
力が最低となるように上述した表１の制御状態を適宜選
択して制御する。

【００４５】また本実施形態の制御状態では、各弁３
０，３１はそれぞれ開くか閉じるかの２つの状態を取る
ように制御したが、これに代えて各弁３０，３１を、空
気の流量を調整する流調弁とし、流調弁の弁開度を制御
するようにしてもよい。これによってチャンバ３内の湿
度をさらに高精度に制御することができる。

【００４６】また、制御手段３４は水温調整手段２２、
空気温度調整手段３２、および各流調弁３０，３１のみ
を制御する場合に限らず、ブロア３５および水循環手段
１５のポンプ２１も制御するように構成してもよい。

【００４７】このような湿度調整装置１は水循環手段１
５によって水を循環させて気泡を移動させるので、宇宙
機内など１／１００〜１／１０００Ｇ程度の微小重力
下、もしくは１／６Ｇ程度の月面などで好適に用いるこ
とができる。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、水循環
手段を用いて供給側気液分離部材で発生した気泡を排出
側気液分離部材へ移動させることができるので、微小重
力下においてもバブリング操作を用いて湿度調整を行う
ことができる。

【００４９】請求項２記載の本発明によれば、水温調整
手段によって容器内の水温を調整することによって絶対
湿度を調整することができる。

【００５０】請求項３記載の本発明によれば、人が居住
するチャンバ内の湿度を容易に調整することができる。

【００５１】請求項４記載の本発明によれば、空気供給
弁とバイパス弁とを調整することによってチャンバ内の
湿度を高精度に調整することができる。

【００５２】請求項５記載の本発明によれば、空気温度
調整手段を用いることによってチャンバ内の温度および
相対湿度を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である湿度調整装置１の
構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 湿度調整装置 ２ 調湿装置 ３ チャンバ ４ 空気供給管路 ５ 空気戻り管路 ６ バイパス管路 ９ 容器 １１ 空気供給口 １２ 空気排出口 １３ 供給側気液分離部材 １４ 排出側気液分離部材 １５ 水循環手段 １６ 水排出口 １７ 水供給口 ２２ 水温調整手段 ３０ 空気供給弁 ３１ バイパス弁 ３２ 空気温度調整手段 ３３ ブロア ３４ 制御手段

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を貯留し、空気が供給される空気供給
   口および空気を排出する空気排出口を有する容器と、 容器の空気供給口と水貯留空間とを仕切り、空気のみを
   通過させる多孔質材料から成る供給側気液分離部材と、 容器の空気排出口と水貯留空間とを仕切り、空気のみを
   通過させる多孔質材料から成る排出側気液分離部材と、 容器の空気排出口寄りに設けられる水排出口から排出さ
   れる水を、容器の空気供給口寄りに設けられる水供給口
   に供給して水を循環させる水循環手段とを備えることを
   特徴とする湿度調整装置。
2. 【請求項２】 容器内の水の温度を調整する水温調整手
   段を備えることを特徴とする請求項１記載の湿度調整装
   置。
3. 【請求項３】 湿度が調整されるべき空間を規定するチ
   ャンバと、 チャンバと容器の空気供給口とを連通する空気供給管路
   と、 容器の空気排出口とチャンバとを連通する空気戻り管路
   と、 チャンバ内の空気を容器の空気供給口に送給する空気送
   給手段とを備えることを特徴とする請求項１または２記
   載の湿度調整装置。
4. 【請求項４】 空気供給管路と空気戻り管路とを連通す
   るバイパス管路と、 空気供給管路に介在される空気供給弁と、 バイパス管路に介在されるバイパス弁とを備えることを
   特徴とする請求項３記載の湿度調整装置。
5. 【請求項５】 チャンバ内に供給される空気の温度を調
   整する空気温度調整手段を備えることを特徴とする請求
   項３または４記載の湿度調整装置。