JP3802398B2 - 水蒸気移動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通気性及び透湿性を有する膜体とその配列で水蒸気の移動方向を制御することにより調湿装置として利用される水蒸気移動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１３に示すように、通気性及び透湿性を有する膜体１００，１０１，１０２によって区画された複数の小室２００，２０１が、函体３００の内部に形成された密閉空間３０１と外気３０２との間に形成されている水蒸気移動制御装置が知られている。
また、中空糸膜などを使用したモジュールとして、基本的な原理を説明するために模式的に描くと、図１４に示すように、直径の異なる筒状の膜体４００，４０１，４０２によって区画された複数の小室５００，５０１を有する分離モジュールが知られている。
【０００３】
図１３の水蒸気移動制御装置では、分離経過における水蒸気ならびに空気の透過特性を利用し、各小室２００、２０１において水蒸気の移動量を外気３０２の変動周期に合わせ、かつ密閉空間３０１の容積ならびに各小室２００、２０１の容積を決定して密閉空間３０１の調湿を行っていた。
又、図１４に示すようなモジュール構造では、水蒸気の分離過程において膜体４００，４０１，４０２の表面積に制限が発生しにくいように中空糸膜を用いているが、この場合には、分離するガス体をポンプで圧送する必要があり、ポンプの別設は必要な条件であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示すような基本構造を有する水蒸気移動制御装置は、調湿の対象となる密閉空間３０１の容積に対して、膜体１００、１０１，１０２の面積は、温度調整の目的から小さく設定したほうが有利であった。
このために調湿対象となる密閉空間３０１の容積に制限が発生していた。また、調湿できる条件には、外気３０２の温度変動が必要であり、温度の周期的な変動及び温度の急激な上昇を利用した密閉空間３０１の圧力変動を併用するために、その調湿時間ならびに水蒸気の移動制御を行うことができる時間に制限が発生していた。
【０００５】
図１４に示すような基本原理は、中空糸膜では単に水蒸気分離を行うための限界を形成する限外分離の作用を活用しているのみで、図１３に示すような膜体の前後における温度調整能力に劣るため、温度変動を活用した濃度勾配の形成は外部に別設したポンプなどから通気口６００より圧送または通気口６０１より吸引を行い、断熱的に考えた場合のこれらの圧力変動時に発生する断熱冷却現象または断熱膨張現象を活用していたものもあった。
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、内部に複数の小室を形成した分離膜回転体を回転させて、遠心力による増圧を用いて膜体による水蒸気移動を促進させ、そのときの角速度を調節することにより、水蒸気の移動方向、移動量の調整、及び空気の移動方向、移動量の調整ができ、また、分離膜回転体の目詰まり防止、並びに、膜体の表面積の拡大による水蒸気移動処理能力の向上ができるようにした水蒸気移動制御装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の水蒸気移動制御装置（請求項１）は、
調湿対象となる第１密閉空間と、ケーシングの内部に形成された第２密閉空間とが往側通気路及び戻側通気路を介して連通され、
前記第２密閉空間には、複数個の分離膜回転体が回転軸上に軸方向に並べて配置され、
この各分離膜回転体は、通気性及び透湿性を有し、膜の表面積が表裏で異なる膜体で形成された直径の異なる筒状膜を回転軸上に同芯配置して形成され、
この分離膜回転体には、各筒状膜で区画された複数個の小室が形成されると共に、さらに各小室内を区画するようにそれぞれ吸気用フィンが取り付けられ、
かつ前記回転軸に遠心ファンが取り付けられ、この遠心ファンの回転により、第１密閉空間と第２密閉空間とで往側通気路及び戻側通気路を介して空気を循環させると共に、第２密閉空間内に与圧をかけるように形成され、
前記分離膜回転体の最内小室が前記回転軸の内部に形成した排気通路を介して外気に連通され、
前記分離膜回転体を回転させて、遠心力による増圧を用いて筒状膜の水蒸気移動を促進させ、そのときの角速度を調節することにより、水蒸気の移動方向、移動量の調整、及び空気の移動方向、移動量の調整を行うように形成したもので、
前記分離膜回転体の遠心力による圧力が遠心ファンにより得られる与圧よりも下回った低速回転の場合には、外側から内側に向けて水蒸気を移動させて排気通路から外気に排出させるように形成した構成とした。
【０００８】
本発明の水蒸気移動制御装置において、分離膜回転体は、直径が異なる複数の回転膜部材を組み合わせて形成され、各回転膜部材には、円盤状枠体の内側に吸気用フィンが取り付けられると共に、この吸気用フィンを覆うように円盤状枠体の上から筒状膜が取り付けられている態様（請求項２）がある。
【０００９】
又、本発明の水蒸気移動制御装置において、各筒状膜の外周に、金属又は合成樹脂で形成された多孔体が、筒状膜との間に僅かな間隔を保持して張設されている態様（請求項３）がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１１】
尚、本発明の具体的な構成は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は本発明の実施の１形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図、図２はこの水蒸気移動制御装置に設けた分離膜回転体の略断面図である。
【００１３】
図において、１は調湿対象となる函体で、この函体１の内部に形成された第１密閉空間１１と、水蒸気移動制御装置２のケーシング２０の内部に形成された第２密閉空間２１とが往側通気路２２と戻側通気路２３を介して連通されている。
【００１４】
前記第２密閉空間２１には、複数個（図面では４個）の分離膜回転体４が回転軸５に軸方向に並べて配置されている。
この各分離膜回転体４は、通気性及び透湿性を有する膜体で形成された直径の異なる複数（図面では３個）の筒状膜４０，４１，４２を、図２に示すように、ケーシング２０に軸支した回転軸５上に同芯配置して形成されている。
この場合、分離膜回転体４には、各筒状膜４０，４１，４２で区画された複数個の小室、即ち、外側小室６１，中間小室６２，最内小室６３が形成されると共に、各小室６１，６２，６３内にそれぞれ吸気用フィン７１，７２，７３が、その回転により空気（水蒸気を含む）を外側から内側に吸引する方向（外側小室６１から最内小室６３に向かう方向）に取り付けられている。尚、小室は少なくとも１室以上であればよく、１室の場合、２個の直径の異なる筒状膜を用いて小室を区画する。
尚、前記吸気用フィン７１，７２，７３の突出幅は、各小室６１，６２，６３内を完全に区画するように形成してもよいし、不完全に区画するように形成してもよい。
【００１５】
前記各分離膜回転体４は、直径が異なる円盤状枠体４５ａ，４５ｂ，４５ｃを、パッキン４９を介して重ねる状態に、大径回転膜部材４ａ、中径回転膜部材４ｂ、小径回転膜部材４ｃを組み合わせることで回転軸５上に同芯配置されている。この場合、パッキン４９に軸方向の圧迫が加えられると、パッキン４９が軸方向に変形するため、同芯配置する際のセンターが取り易くなる。又、円形の平パッキンを円盤状枠体４５ａ，４５ｂ，４５ｃ間に挟み込むようにしてもよく、この場合も、中央に向けて傾斜させておけば、同芯配置する際のセンターが取り易くなる。又、パッキンの代わりにＯリングを用いることができる。
これらの各回転膜部材４ａ，４ｂ，４ｃには、図２で示すように、分離膜回転体４，４間の隔壁になる円盤状枠体４５ａ，４５ｂ，４５ｃの内側に吸気用フィン７１，７２，７３が取り付けられると共に、この吸気用フィン７１，７２，７３を覆うように円盤状枠体４５ａ，４５ｂ，４５ｃの上から筒状膜４０，４１，４２が取り付けられている。
尚、大径回転膜部材４ａの骨組み構造（中径回転膜部材４ｂ、小径回転膜部材の骨組み構造も同様）は、円盤状枠体４５ａの内側に複数個（図２では１２個）の吸気用フィン７１を取り付けると共に、各吸気用フィン７１の先端同士を連結したスケルトン構造となっており、この骨組み構造をテーパ形状に形成してもよい。
【００１６】
又、前記吸気用フィン７１，７２，７３は、金属又は合成樹脂で形成されている。
筒状膜４０，４１，４２を形成する各膜体は、密度が小さいので、熱伝導効率について、膜体から空気（水蒸気）への熱伝達は小さい。そこで、密度の高い（熱伝導速度が速い）金属あるいは密度の小さい（熱伝導速度が遅い）合成樹脂で吸気用フィンを形成することで、熱伝導速度を調節することができる。
尚、熱伝導性と、電気伝導性は、ほぼ一致しているので、各分離膜回転体４の円盤状枠体４５ａ，４５ｂ，４５ｃに、例えば、金属の蒸着（メッキ）加工を施すことも考えられる。
【００１７】
また、前記回転軸５には遠心ファン８が取り付けられており、この場合、前記往側通気路２２及び戻側通気路２３に面した側の分離膜回転体４の側面に取り付けられている。
この遠心ファン８の回転により、第１密閉空間１１と第２密閉空間２１とで往側通気路２２及び戻側通気路２３を介して空気を循環させながら、第２密閉空間２１内に与圧をかけるようにしている。このため、戻側通気路２３の口径を往側通気路２２の口径よりも小径に形成している。尚、戻側通気路２３の口径と往側通気路２２の口径を同一にして、戻側通気路２３に流量絞りバルブ（例えば、ピンチバルブやニードルバルブ等）を設けるようにしてもよく、このように往側通気路２２と戻側通気路２３を共通させることで、部品コストの節約ができる。
この遠心ファン８の回転による与圧は、遠心ファン８の回転（角速度）により得られる圧縮能力によって制限を受けることから、これを考慮して遠心ファン８の回転数と共に往側通気路２２及び戻側通気路２３の口径を設定する必要がある。
【００１８】
前記回転軸５は、その両端部がケーシング２０にベアリング軸受２４，２５により軸支され、その一端に駆動用の電動モータ５０が連結されている。尚、回転軸５の他端側に設けたベアリング軸受２４は、ケーシング２０にネジ２６で螺合され、このネジ２６による移動で回転軸５に引っ張り力を加えることで、回転軸５の撓みを防止するようになっている。
尚、回転軸５と両軸受２４，２５とのシールに、それぞれ磁性流体を使用し、気密を図るようにすることができる。
【００１９】
又、回転軸５の内部には排気通路５１が形成され、この排気通路５１が連通孔５２を介して前記分離膜回転体４の最内小室６３に連通されると共に、回転軸５の端部に開口した排気口５３を介して外気１５に連通されている。 尚、装置内部への塵埃や虫等の侵入は、膜体の目詰まりの原因になるなど、水蒸気移動能力に大きな影響を及ぼす結果になるため、前記往側通気路２２と戻側通気路２３にそれぞれエアフィルタ１７を取り付け、又、排気口には防虫ネット１８を取り付けている。
また、本発明の水蒸気移動制御装置は、従来技術（図１４）のようなポンプ等の付属機器を必要とせず、このため、その付属機器がケーシング２０の外面に付設されていない。従って、ポンプ等の付属機器からの騒音や振動による悪影響を受けることがないし、省エネによる低エネルギー性の水蒸気移動制御装置を提供できる。
【００２０】
前記ケーシング２０は、保温層２０ａを備え、この保温層２０ａによって外気温を断熱し、外気１５の温度変化による装置内部の結露等を防止している。
尚、このケーシング２０を熱伝導速度が遅い合成樹脂により形成することも可能であり、ＰＥ、ＰＶＣ、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いるほか、ラミネート構造で形成することも可能である。
【００２１】
前記分離膜回転体４を構成する各筒状膜４０，４１，４２は、前記吸気用フィンの上に膜体を張設することで形成され、この各筒状膜４０，４１，４２の外周には、当該筒状膜４０，４１，４２の垂みを防止する目的で、金属又は合成樹脂により形成された多孔体９（メッシュプレート）が筒状膜４０，４１，４２との間に僅かな間隔を保持して張設されている。
膜体は、熱交換効率を高くする上で質量を小さくするのが好ましいが、この場合には、熱伝導効率が材質に影響されにくい。
そこで、補助的に表面温度の調整用として、密度の高い（熱伝導速度が速い）金属あるいは密度の小さい（熱伝導速度が遅い）合成樹脂による多孔体９を用いて、表面温度の調整を行うと同時に、筒状膜４０，４１，４２の垂みを防止させるようにしている。
【００２２】
前記各筒状膜４０，４１，４２に用いる膜体としては、ナイロン系不織布、ポリオレフィン系不織布、ＰＥ多孔質膜、ポリウレタン系不織布等が用いられ、かつその外側面と内側面とで表面積が異なるものが用いられている。
この場合、最内小室６３と中間小室６２の間の筒状膜４２と、中間小室６２と外側小室６１との間の筒状膜４１には、内側面を表面積が小さな平滑面（撥水面）とし、外側面を表面積が大きな起毛状面として使用し、又、最外側の筒状膜４０には、外側面を表面積が小さな平滑面にし、内側面を表面積が大きな起毛状面にして使用している。
筒状膜４２及び筒状膜４１のように、外側面を表面積が大きな起毛状面にすると、この起毛状面は表面積が大きい分、蒸発速度が大きくなり、温度低下を促す。これにより、水蒸気が吸い寄せられ、水蒸気濃度が上昇し、量が多くなり、外側から内側への水蒸気移動が促進される。
尚、最外側の筒状膜４０に関しては、塵埃の付着による目詰まりが懸念されるため、外側面を表面積が小さな平滑面（撥水面）にして、塵埃の付着を防止するようにしている。
尚、膜体の孔形状については、ストレートに形成しても、テーパ状に傾斜して形成しても良く、又、透湿量又は透気度による水蒸気の移動量の傾斜は任意である。但し、断熱的に考察した場合には、移動方向に向かって断熱圧縮が生じ、温度上昇が得られるときには、水蒸気は結露しにくいので、移動は抑制されにくいが、反対に移動方向に向かって断熱冷却が生じ、温度下降の原因により結露が生じ易くなり（露点下降により）、移動は抑制され易い。
【００２３】
本発明の水蒸気移動制御装置は、分離膜回転体４を回転させて、遠心力による増圧を用いて膜体（筒状膜）の水蒸気移動を促進させ、そのときの角速度を調節することにより、水蒸気の移動方向、移動量の調整、及び空気の移動方向、移動量の調整を行うことが要点であり、以下に、分離膜回転体４の角速度と水蒸気の移動との関係を図３〜図１２により説明する。
【００２４】
回転体圧力及び温度計算法は、以下のような計算式になる（図３参照）
１） 質点Ｂの回転数と角速度の変換
角速度ω：［ｒａｄ／ｓ］
回転数Ｎ：［ｒｐｍ］
Ｎ［ｒｐｓ］＝Ｎ×２π［ｒａｄ／ｓ］
Ｎ［ｒｐｍ］＝６０×Ｎ×２π［ｒａｄ／ｓ］
２） 回転系での質点Ｂの等速度円運動の遠心力
Ｆ＝ｍ_ｖｒω^２
水蒸気Ｂの遠心力Ｆ：［ｍ・ｋｇ・ｓ^−２］
水蒸気Ｂの質量ｍ_ｖ：［ｋｇ］
回転系の半径ｒ：［ｍ］
角速度ω：［ｒａｄ／ｓ］
３） 等速円運動の遠心力により生じる圧力
圧力とは、単位面積にかかる力であるから小室での圧力は単位面積あたりの遠心力である。

単位膜面積あたりの圧力Ｐ：［Ｐａ］＝［ｍ^−１・ｋｇ・ｓ^−２］
膜面積Ｓ：［ｍ^２］
膜の高さｈ：［ｍ］
１），２），３）より遠心力による圧力と回転数の関係式は、

【００２５】
次に、状態方程式による圧力と温度の関係は、以下のような計算式になる。
４） 状態方程式による圧力と温度の関係
ＰＶ＝ｎＲＴ
単位膜面積あたりの圧力Ｐ：［Ｐａ］＝［ｍ^−１・ｋｇ・ｓ^−２］
１［ａｔｍ］＝１０１３２５［Ｐａ］
小室の体積Ｖ：［ｍ^３］
Ｖ＝πｒ^２Ｈ
水蒸気のモル数ｎ：［ｍｏｌ］

水蒸気質量ｍ_ｖ：［ｋｇ］
水のモル質量Ｍ_ｖ＝１８．０１５２８×１０^−３［ｋｇ・ｍｏｌ^−１］
気体定数Ｒ＝８．３１４５１０［Ｊ・ｍｏｌ^−１・Ｋ^−１］
温度Ｔ：［Ｋ］
１），２），３），４）より分離膜回転体での温度Ｔ，圧力Ｐ，回転数Ｎの関係式は、

【００２６】
上式により遠心力による回転数、圧力、温度の関係を示したが、フィンを組込んだ小室では、フィンの係数Ｋが上式で考慮され、圧力、温度に関する値が変わってくる（図４参照）。
【００２７】
図５において、第１膜、第２膜、第３膜とは、膜の種類を示すものであり、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３とは、小室の膜表面積を示すものである。
例えば、３個の小室を組み合わせた場合においては、図５に示すように、それぞれの小室により膜の表面積は、Ｓ_１＜Ｓ_２＜Ｓ_３という関係を持ち得る。
又、膜の水蒸気は、面積比によりその移動が決まるが、
水蒸気移動量Ｓ_１×ｍ_ｖ１，Ｓ_２×ｍ_ｖ２，Ｓ_３×ｍ_ｖ３は，吸気用フィンをつけた小室を回転させることでフィンの係数Ｋと遠心力による圧力の関係からｍ_ｖ３＞ｍ_ｖ２である場合に、
Ｓ_３×ｍ_ｖ２′＞Ｓ_１×ｍ_ｖ２，Ｓ_３×ｍ_ｖ３′＞Ｓ_１×ｍ_ｖ３となる。
【００２８】
又、小室は、必ずしも３つ配列しなくてもよい。例えば、最内小室と中間小室に第３膜、第２膜を配置した分離膜回転体では、表面積と水蒸気質量は以下のような関係を持つ。
Ｓ_１＝２πｒ_１ｈ_１［ｍ^２］
Ｓ_２＝２πｒ_２ｈ_２［ｍ^２］
第２膜の水蒸気質量：ｍ_ｖ２［ｋｇ］
第３膜の水蒸気質量：ｍ_ｖ３［ｋｇ］
とすると、
Ｓ_１×ｍ_ｖ３＝２πｒ_１ｈ_１×ｍ_ｖ３［ｋｇ×ｍ^２］
Ｓ_２×ｍ_ｖ２＝２πｒ_２ｈ_２×ｍ_ｖ２［ｋｇ×ｍ^２］
もしくは、
Ｓ_１×ｍ_ｖ２＝２πｒ_１ｈ_１×ｍ_ｖ２［ｋｇ×ｍ^２］
Ｓ_２×ｍ_ｖ３＝２πｒ_２ｈ_２×ｍ_ｖ３［ｋｇ×ｍ^２］
又、ｍ_ｖ２≧ｍ_ｖ３，Ｓ_１≦Ｓ_２
であるから、第２膜と第３膜の水蒸気質量が等しくなる（水蒸気移動がない）条件としては、

となり、水蒸気質量ｍ_ｖ２，ｍ_ｖ３と膜表面積２πｒ_２ｈ_２，２πｒ_１ｈ_１が上式を満たす際に、第２膜と第３膜の水蒸気質量が等しくなり、水蒸気の移動がとまりやすくなる。
又、分離膜回転体が回転している時の膜にかかる圧力は、最内小室に第３膜配置した場合には、

Ｐ_１：第３膜にかかる圧力
ｒ_１：最内小室半径
ｍ_ｖ３：第３膜水蒸気質量
ｈ_１：第３膜の高さ
Ｎ：回転数
となる。
中間小室に第２膜を配置した場合では、

Ｐ_２：第２膜にかかる圧力
ｒ_２：中間小室半径
ｍ_ｖ２：第２膜水蒸気質量
ｈ_２：第２膜の高さ
Ｎ：回転数
となり、第３膜と第２膜の圧力は、図６に示すように、分離膜回転体の回転数を上げるに従い、その圧力は増大する。
【００２９】
又、分離膜回転体が回転している時の膜の温度は、最内小室に第３膜を配置した場合には、

Ｐ_１：第３膜にかかる圧力
ｒ_１：最内小室半径
ｍ_ｖ３：第３膜水蒸気質量
ｈ_１：第３膜の高さ
Ｎ：回転数
Ｈ_１：最内小室の高さ
Ｍ_ｖ：水のモル質量
π：円周率
Ｔ_１：第３膜の温度
Ｖ_１：最内小室体積
となる。
中間小室に第２膜を配置した場合では、

Ｐ_２：第２膜にかかる圧力
ｒ_２：中間小室半径
ｍ_ｖ２：第２膜水蒸気質量
ｈ_２：第２膜の高さ
Ｎ：回転数
Ｈ_２：中間小室の高さ
Ｍ_ｖ：水のモル質量
π：円周率
Ｔ_２：第２膜の温度
Ｖ_２：中間小室体積
となり、第３膜と第２膜の圧力は、図７に示すように分離膜回転体を上げるに従い、その温度は上昇する。
【００３０】
又、水蒸気は、温度が下降すると露点が下降し、反対に温度が上昇すると露点が上昇する。水蒸気の移動の境界を形成する膜の孔径は温度変化に伴なう膜自体の吸水状態に影響を受ける。即ち、温度が下降した場合には膜が吸水し、温度が上昇した場合には膜が吸水する可能性は低くなる。
膜が薄い場合には、移動の境界となる膜の前後の温度関係によって、水蒸気の移動に伴う温度変化も影響を受ける。
移動する水蒸気を断熱的に考えた場合、移動方向に圧縮を受ける場合には露点は上昇し、逆に移動方向に減圧を受ける場合には露点は下降する。断熱的に考慮した場合には、上記のＰ_１とＰ_２は回転に伴う圧力の変化を示した図（図６）であるが、この変化に伴って、温度の変化を示すＴ_１，Ｔ_２（図７）のように変化する。
そこで、移動を促進する場合には温度が低い方から高い方へ、圧力の場合には圧力の高い方から低い方への移動が優位である。移動する水蒸気の時間変化を膜の伸び、又は伸展を抑制する多孔体の配置によって遠心力がかかる方向の緊張を抑制する共に、多孔体並びに小室構造（回転膜部材）の熱伝導性を考慮して水蒸気の移動促進を行う。
図１で空間２１の圧力が遠心ファン８によって上昇し、同時に各小室の圧力上昇が前述したように、回転数の上昇に伴って発生する。そこで、遠心力に伴う上昇と、移動することができる水蒸気の質量が移動の境界をなす膜ならびに多孔体および小室構造（回転膜部材）によって形成されるので、空間２１の水蒸気が圧縮されて小室への移動が促進される関係式は断熱的に考えた場合、
式、Ｐ_１，Ｐ_２，Ｔ_１，Ｔ_２に示す式のように近似計算することができる。（参考文献：ポンプハンドブック第２版ｐ３０、ＩＳＢＮ４−８０５２−０５７４−１Ｃ３０５３、ターボ送風機と圧縮機ｐ１４４、ＩＳＢＮ４−３３９−０４２７９−Ｘ）
【００３１】
図８で、縦軸は水蒸気移動量、横軸は時間経過、
Ｓ_１×ｍ_ｖ２は表面積Ｓ_１の最内小室に第２膜を使用した時の水蒸気移動量、
Ｓ_３×ｍ_ｖ２′は表面積Ｓ_３の最外小室に第２膜を使用した時の水蒸気移動量、
Ｓ_１×ｍ_ｖ３は表面積Ｓ_１の最内小室に第３膜を使用した時の水蒸気移動量、
Ｓ_３×ｍ_ｖ３′は表面積Ｓ_３の最外小室に第３膜を使用した時の水蒸気移動量を示す。
ここで、Ｓ_３×ｍ_ｖ２′からＳ_１×ｍ_ｖ２に水蒸気が移動を行う際に、小室が回転することで小室内の圧力が変化し、それに従い温度も変化する。水蒸気はエネルギーが高い方から低い方へ移動を行う。つまり小室の回転の度合いにより圧力、温度が変化し、その変化により水蒸気の移動方向性が決まるという関係もありうる。
小室が回転してない場合においては、膜の水蒸気移動質量は図９のように９５％ＲＨから６５％ＲＨへの膜の水蒸気移動量、５０％ＲＨから６５％ＲＨへの膜の水蒸気移動量の測定結果より水蒸気移動量の差を求め、移動量比率計算より６５％ＲＨから６５％ＲＨへの膜の水蒸気移動量を求める。
【００３２】
このように水蒸気移動比率により求めた第１膜、第２膜、第３膜の移動前と移動後の水蒸気濃度が等しい６５％ＲＨから６５％ＲＨへの膜の水蒸気移動量を求める。
その結果、膜の撥水面と不織布面の表面積の違いによる膜そのものの透過性を評価することができる。
この結果は等しい水蒸気の濃度のほかに２１℃、１ａｔｍの環境下の測定結果である。
そこで小室の場合には与圧がかけられるので透過特性が膜の伸展によって変化しにくいように多孔体を使用することができる。
図８では、それぞれの初期値を０とし、それぞれの膜に対し、水蒸気移動量を、ｍ_ｖ１、ｍ_ｖ２、ｍ_ｖ３として求めた。
求めたｍ_ｖ１、ｍ_ｖ２、ｍ_ｖ３の値は図１０に示され、ここで、縦軸は水蒸気移動変動量、横軸は時間経過を示している。
多孔体を使用する場合、断熱された空間の中に熱伝導速度の速い物質を配置した場合には、冷却体として作用し、反対に断熱された空間の中に熱伝導速度の遅い物質を配置した場合には保温材として作用することが知られている。
そこで、熱伝導速度の速い物質として金属製メッシュ、例えば、銅製メッシュやステンレス製メッシュなどが考えられるが、熱伝導速度と電気伝導速度はほぼ比例することが知られている。また、微生物の繁殖を抑制するためにオリゴジナミーによる方法や、防カビ剤、また防カビ性のある人工樹脂を用いてもよい。
従って、小室の運動に伴う主として水、水蒸気、空気中に含まれる不純物質として排気ガス中のオイル、塵埃、海塩粒子、その他、空気中の浮遊粒子などによる帯電現象をこれらの多孔体を電気的に接地することによって予防することができる。
また、熱伝導速度の速い物質による多孔体を膜の近傍に配置した場合には、水蒸気の透過量を抑制することができるので、下記に上げた分圧による移動特牲のそれぞれの傾斜は多孔体の配置によって任意に調整し、設定することができる。
吸水牲の高い物質、たとえばナイロンを不織布材に使用した場合には吸水し、繊維の伸びが発生するとともに、透過水蒸気質量は吸水に伴って急速に低下する。一方、吸水性の低い物質、例えばポリオレフィンやポリエチレン、塩化ビニールなどではこの吸水が発生しにくいので水蒸気の透過質量は、表面の温度変化に伴って発生する吸水によって変化しにくい。そこで小室で熱の移動効率を考え、水蒸気を熱量の移動担体と考える場舎には移動方向によって、温度下降が発生し、小室の回転に伴って水蒸気が水に相変化してしまうことが考えられる。
ドレーン（排水路）を確保できる場台にはこの方法を用いることができるが、移動量は回転に伴う遠心力に依存する。
そこで、排水路が確保できない時には水蒸気のまま排出することが望まれるので、小室の構成膜には、この場合、吸水性の低い物質を配置する必要がある。
【００３３】
第１膜、第２膜、第３膜の配列の小室の水蒸気移動量をｍ_ｖ１、ｍ_ｖ２、ｍ_ｖ３の値を合成して計算したｍ_{ｖ１＋２＋３}の値を基準とし、ｍ_{ｖ１＋２＋３}に対してｍ_ｖ１、ｍ_ｖ２、ｍ_ｖ３の値の比率を水蒸気通過質量比率として計算した図を図１１に示す。
ここでは、縦軸に水蒸気通過質量比率を、横軸は時間経過を示している。
【００３４】
図１１に示した水蒸気通過質量比率を、初期値からＵ_１，Ｕ_３の間で、またＵ_１，Ｕ_３からＵ_２，Ｕ_４、そしてＵ_２，Ｕ_４以降の区間において、移動特性に伴いｍ_ｖ１／ｍ_{ｖ１＋２＋３}，ｍ_ｖ２／ｍ_{ｖ１＋２＋３}，ｍ_ｖ３／ｍ_{ｖ１＋２＋３}の値の合成を行い、第１膜、第２膜、第３膜の配列の小室の水蒸気透過係数とする。
この水蒸気透過係数を用いることにより、膜の撥水面と不織布面の表面積の違いによる膜そのものの透過性を評価することができる。
図１２は、小室に第１膜、第２膜、第３膜を使用した場合で、かつ回転していない静止した状態を示す。
第２膜、第３膜から成る小室では、図１２のように圧力分配がおこり、前述の回転力に伴う圧力増加によって分離効果が変化する。ここで、初期値からＸ_１の区間においてはＳ_３×ｍ_ｖ２′の方がエネルギー関係はＳ_１×ｍ_ｖ３の方よりも高くなる。そこで、静止状態の移動は、Ｙ_２からＸ_１、Ｘ_１からＹ_６へ経時的に変化する。これは回転に伴う温度変化を考えない場合であるが、回転に伴って温度が変化する場合は、Ｓ_３×ｍ_ｖ２′からＳ_１×ｍ_ｖ２に水蒸気が移動を行う際に小室内の圧力が変化し、それに伴い温度も変化する。
水蒸気はエネルギーが高い方から低い方へ移動を行う。つまり、小室の回転の度合いにより圧力、温度が変化し、その変化により水蒸気の移動方向性が決まる。また、小室内のフィンの効果によって排出を促進する。
【００３５】
従って、この水蒸気移動装置によれば、遠心ファン８の回転により往側通気路２２から第２密閉空間２１内に入った気体は、遠心ファン８により遠心力を受けて第２密閉空間２１を与圧するとともに、分離膜回転体４の回転に遭遇しながら戻側通気路２３から函体１の密閉空間１１との間で循環する。従って、第１密閉空間１１の気密度が高いほど循環効率は高くなる。
【００３６】
そして、分離膜回転体４内では、各小室６１，６２，６３が筒状膜４０，４１，４２によって分画されているので、分離膜回転体４の遠心力による圧力が遠心ファン８により得られる与圧よりも下回った低速回転の場合には、外側から内側に向けて（外側小室６１から最内小室６３に向けて）水蒸気の移動が発生するために、最内小室６３及び排気通路５１は減圧が発生し得るもので、水蒸気を排気通路５１から外気１５に排出させることができる。
低速（角速度小）から高速（角速度大）に変動する回転に従い、分離膜回転体４の表面は冷却を受け、外側小室６１→中間小室６２→最内小室６３の順に断熱冷却が生じる。
又、第２密閉空間２１の圧力の上昇が排気通路５１の減圧を上回るに十分な適度な遠心ファン８の角速度に到達した場合、水蒸気は内側から外側の方向へ流れるよりも、外側から内側の方向へ流れる方が露点上昇になり、膜の通過を阻害する要素から免れるので、次第に外側小室６１から最内小室６３の方向への移動が勝るようになり、水蒸気を排気通路５１から外気１５に排出させることができる。
【００３７】
又、第２密閉空間２１には、複数個の分離膜回転体４が回転軸５上に軸方向に並べて配置されているため、それだけ膜体表面積が拡大し、水蒸気移動の処理能力が向上する。
【００３８】
尚、本発明の水蒸気移動制御装置は、電動モータ５０側を下にして据え付けるのが、最も適切であり、これは、水蒸気の移動過程で水蒸気が水に変化した場合、この水で分離膜回転体４が水没してしまわないようにするためである。尚、水蒸気移動制御装置を横に向けて据え付けるようにしてもよく、この場合、戻側通気路２３が下になるようにして設置する。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の水蒸気移動制御装置によれば、上記のように構成したので、分離膜回転体の角速度を調整することにより、水蒸気の移動方向、移動量の調整、及び空気の移動方向、移動量の調整ができる。
【００４０】
又、分離膜回転体を複数個用い、これを回転軸上に軸方向に並べて配置したので、膜体の表面積の拡大による水蒸気移動処理能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す縦断面図である。
【図２】この水蒸気移動制御装置に設けた分離膜回転体の略横断面図である。
【図３】回転体での水蒸気の運動を示す略断面図である。
【図４】吸気用フィンを設けた場合での水蒸気の運動を示す略断面図である。
【図５】分離膜回転体の膜を切断して展開させた状態の側面図である。
【図６】最内小室に第３膜、中間小室に第２膜を配置した分離膜回転体を回転させた時の圧力変動を回転数の変化に伴い示した略図である。
【図７】最内小室に第３膜、中間小室に第２膜を配置した分離膜回転体を回転させた時の温度変動を回転数の変化に伴い示した略図である。
【図８】各分離膜回転体に配置した膜の水蒸気移動量を時間経過に伴い示した略図である。
【図９】各分離膜回転体が静止したときの膜の水蒸気移動量を実測値により算出し、膜の水蒸気移動量の理論値を時間経過に伴い示した略図である。
【図１０】膜を抵抗体として算出した主要３膜の水蒸気移動変化量を時間経過に伴い示した略図である。
【図１１】主要３膜を配置した小室を１つの抵抗体として基準とし、図８に示した主要３膜の水蒸気移動変化量に対して比率を算出した水蒸気通過質量比率を時間経過に伴い示した略図である。
【図１２】分離膜回転体が静止したときの分離膜回転体の最内小室から外側小室への膜の水蒸気移動量の変動を時間経過に伴い示した略図である。
【図１３】従来の水蒸気移動制御装置を示す概略断面図である。
【図１４】従来の水蒸気移動制御装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 函体
１１ 密閉空間
１５ 外気
２ 水蒸気移動制御装置
２０ ケーシング
２１ 密閉空間
２２ 往側通気路
２３ 戻側通気路
４ 分離膜回転体
４ａ 回転膜部材
４ｂ 回転膜部材
４ｃ 回転膜部材
４０ 筒状膜
４１ 筒状膜
４２ 筒状膜
５ 回転軸
５１ 排気通路
５２ 連通孔
５３ 排気口
６１ 外側小室
６２ 中間小室
６３ 最内小室
７１ 吸気用フィン
７２ 吸気用フィン
７３ 吸気用フィン
８ 遠心ファン
９ 多孔体

Claims (3)

1. 調湿対象となる第１密閉空間と、ケーシングの内部に形成された第２密閉空間とが往側通気路及び戻側通気路を介して連通され、
   前記第２密閉空間には、複数個の分離膜回転体が回転軸上に軸方向に並べて配置され、
   この各分離膜回転体は、通気性及び透湿性を有し、膜の表面積が表裏で異なる膜体で形成された直径の異なる筒状膜を回転軸上に同芯配置して形成され、
   この分離膜回転体には、各筒状膜で区画された複数個の小室が形成されると共に、さらに各小室内を区画するようにそれぞれ吸気用フィンが取り付けられ、
   かつ前記回転軸に遠心ファンが取り付けられ、この遠心ファンの回転により、第１密閉空間と第２密閉空間とで往側通気路及び戻側通気路を介して空気を循環させると共に、第２密閉空間内に与圧をかけるように形成され、
   前記分離膜回転体の最内小室が前記回転軸の内部に形成した排気通路を介して外気に連通され、
   前記分離膜回転体を回転させて、遠心力による増圧を用いて筒状膜の水蒸気移動を促進させ、そのときの角速度を調節することにより、水蒸気の移動方向、移動量の調整、及び空気の移動方向、移動量の調整を行うように形成したもので、
   前記分離膜回転体の遠心力による圧力が遠心ファンにより得られる与圧よりも下回った低速回転の場合には、外側から内側に向けて水蒸気を移動させて排気通路から外気に排出させるように形成したことを特徴とした水蒸気移動制御装置。
2. 請求項１記載の水蒸気移動制御装置において、分離膜回転体は、直径が異なる複数の回転膜部材を組み合わせて形成され、各回転膜部材には、円盤状枠体の内側に吸気用フィンが取り付けられると共に、この吸気用フィンを覆うように円盤状枠体の上から筒状膜が取り付けられている水蒸気移動制御装置。
3. 請求項１又は２記載の水蒸気移動制御装置において、各筒状膜の外周に、金属又は合成樹脂で形成された多孔体が、筒状膜との間に僅かな間隔を保持して張設されている水蒸気移動制御装置。

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