JP4327451B2 - 水蒸気移動制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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等として利用される水蒸気移動制御装置(調湿装置)に関する。
【0002】
【従来の技術】
背景技術
従来、図1に示すように、通気性及び透湿性を有する膜体1,2,3によって区画された複数の小室12,13が、函体11bの内部に形成された密閉空間11と外気15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2に示すように、直径の異なる筒状の膜体1,2,3によって区画された複数の小室12,13を有する分離モジュールが知られている。
【0003】
図1の水蒸気移動制御装置における駆動源としては、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てそれぞれの小室12、13において水蒸気の移動量を外気15の変動周期に合わせ、かつ密閉空間11の容積ならびに各小室12、13の容積を決定して密閉空間11の調湿を行っていた。
又、図2に示すようなモジュール構造では、分離経過において膜体1,2,3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1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11の容積に対して、膜体1、2、3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。このために調湿可能な密閉空間11(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15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部を利用した密閉空間11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2に示すような基本原理は、中空糸膜では単に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1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16より圧送または通気口17より吸引を行い、こ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。
また、図2に示すモジュールでは機能を発揮するためには前述した駆動源にモータを使用し、この発熱現象を無視していたので、保温のための装置の小型化に特に問題が発生しやすいという問題があった。
また、配管などが複雑であって、これらの接合部において不純物が混入したりすると、機能不全に陥りやすいという問題があったし、また、コンプレッサ(圧縮機)を使用する場合には、振動も無視できなかった。
【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、小型で、分離効率をモーターの回転数により微調整することができ、かつ振動が少なく、しかもモータなどの回転機の発熱現象を応用した省エネルギーに富む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】
発明の開示
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密閉空間とが第1通気路を介して連通され、
前記第2密閉空間には、通気性及び透湿性を有する膜体で形成された複数個の直径の異なる筒状膜体が同一回転軸上に配置されると共に、各筒状膜体の両開口部を閉鎖するように側面板が取り付けられた分離膜回転体が軸支され、
かつ分離膜回転体の回転機から分離膜回転体への熱伝達部材を備え、
前記分離膜回転体の最内空間が前記回転軸の内部に形成した第2通気路を介して第1密閉空間に連通され、
前記第2密閉空間が外気通気路を介して外気に連通されている構成とした。
【0008】
本発明にかかる水蒸気移動制御装置の背景技術について説明する。
従来の図1に示す水蒸気移動制御装置は、膜体1、2、3に対して、ガスの移動方向は垂直または通過方向に制限されていた。この点は、図2に示すような中空糸膜によるモジュールでも、又、本発明でも共通している。
【0009】
図3にモデルとして密閉空間11、内側小室12、外側小室13、外気15(または排気側空間)の湿度を10%ごとに区分したモデルを考える。尚、図3及び以下の図5、図6、図7、図8、図9、図10、図11において、膜体をmbと略称し、膜体1を1mb、膜体2を2mb、膜体3を3mbとして符号表示した。
【0010】
図1に示す水蒸気移動制御装置の移動の現象を説明するモデルとして、図4に示す模式図で説明する。この図4において、Apとは透気性(透気度の逆数)、Mpとは透湿度(透湿性)を示す。
図4に示すように、膜体1と膜体2では透気性と透湿性との性質は、透過量における差があるのみであるが、膜体2と膜体3では異なり、膜体2と膜体3は透湿性はあまり変わらないにもかかわらず、膜体2と膜体3では透気性に差が認められる。このために、膜体2を通過した水蒸気を含む空気は膜体3を通過する場合に、物理的な環境に変化が現れる。
さらに、膜体1よりも膜体3では、透気性に差が設定されている。このため、膜体1を通過した一定容量の空気が全量、膜体2、膜体3を通過するものとすると、その容積は拡大し得るので断熱冷却現象が発生し得る。また逆方向の移動である膜体3から膜体2、膜体1の方向への移動では断熱圧縮現象が発生し得る。これらの断熱圧縮又は冷却は、50mb以下の圧力変動下にて生じていたことを利用して、温度上昇を抑制して、水蒸気の移動を促進する。
これらの水蒸気の移動を妨げる要素として、本出願人において、膜体が保有する固有表面電位に影響をうける表面の電界に着目し、静電気による影響と温度勾配を形成する界面を形成する膜体との近傍に導電性多孔体を配置して、これらの微弱な調整を行うことができた。
【0011】
また、実際の屋外機器に対する適応を行うために、図1に示す基本構造の試作機により測定した結果を図33及び図34のグラフに示す。
このグラフによれば、温度上昇に伴い、函体内部の密閉空間の絶対湿度は著しい上昇を示しているが、各日の温度変動に伴う微弱なゆるやかに反復する温度下降に伴って、函体内部の湿度は次第に下降していることが判る。
図1に示す基本構造を有する水蒸気移動制御装置では、この特性を活用して密閉空間11に対する外気15の温度変動が重要な意味を持ち、密閉空間11と外気15との温度の変化の速度差並びに周期が水蒸気の移動方向を決定づける上で重要な要素となっていた。
【0012】
この説明のために、図5に示すようなモデルを考える。
各四角の1こまは図3と同様に、湿度10%に相当し、密閉空間11、内側小室12、外側小室13、外気15が全て60%に定常の状態に安定している状態に到達して、密閉空間11または外気15が10%低下した場合を個別に仮定するものとする。
この場合、10%低下した側とは最も反対側がそれぞれ100%の条件を与えられた場合を図6(イ〜ヘ)、図7(イ〜ヘ)に示した。尚、この場合、図1にあげた基本モデルを模式的にエルゴート性として表したものとし、各境界の膜体1、膜体2、膜体3はそれぞれ1こまづつを移動しうる能力を持つものと仮定している。
ある時点から、図6では密閉空間11が100%となり外気15が50%に変化した場合を示す。また同様に、ある時点から、図7では密閉空間11が50%となり外気15が100%の条件を与えられたものと仮定する。
【0013】
各移動のステップを図6(イ〜ヘ)、図7(イ〜ヘ)に区分して模式図としてまとめた。
図6に示すこれらの図のように、密閉空間11に対しては、外気15との経路は小室12、13を経過してのみ与えられるので、密閉空間11の圧力減少が密閉空間11から外気15の方向への移動に従って発生し、移動速度は次第に減少していく。
一方、外気15では圧力を制限する要素は無いものとすると、密閉空間11から外気15への移動では外気15の圧力変動は発生しない。つまり外気15への小室13からの水蒸気の移動では圧力変動は外気15には現れない。
反対に、図7に示すこれらの図のように、外気からの移動では濃度勾配に逆向する拡散が次第に発生しうるものと仮定するならば、外気15から密閉空間11方向への移動では密閉空間11の圧力の上昇が発生する。またこのとき、逆の勾配にはなり得ないという境界膜の間の条件を与えるならば、移動時間は密閉空間11の1こまの上昇に対して小室13、12の上昇を満足しなければならないので、小室12と13を満たすまでに要する時間分のみ、つまり2こま分遅れて移動が起こることを示す。
【0014】
同様に図8(イ〜ハ)ならびに図9(イ〜ハ)を境界膜のもつ制限要素を透湿性(mp)と透気性(ap)間に差がある条件を付加したものと仮定する。
移動条件が図4に示した膜体1の要素をそれぞれ、透湿性と透気性で1こま分と仮定した場合に、図8(イ)から図8(ハ)、ならびに図9(イ)から図9(ハ)への移動を模式的に表現した。
【0015】
移動方向は図8では密閉空間11の圧力減少方向、図9では密閉空間11の圧力増加方向への移動を示している。
この2つの図より、この配列関係にある場合、2つの方向の移動により、密閉空間11が圧力変動に制限を受けない外気15に対して3こま分低い濃度に安定しやすいことがわかる。
さらに、図6および図7からこの傾向は、小室12、13を経過する時間量分遅延を受けることになる。
【0016】
仮に、図8および図9に対して、境界膜の配列のうち、膜体2と膜体3が入れ換えられた場合を考察するために、図中において膜体2と膜体3を入れ換えてそのほかの条件を図8と図9の条件として仮定した模式図を図10(イ〜ハ)、ならびに図11(イ〜ハ)に示す。
この場合の図4における透気性と透湿性に関する模式的な配列図を図12に示す。ただし、図12における小室12,13は変化しないものとする。
本図に従うならば、密閉空間11から小室12への移動では、一定容積の気体が密閉空間11から小室13に移動したものと仮定すると、経路を形成する膜体1と膜体3により断熱冷却がおこりうる条件が与えられていることになる。一方この経路を通過してさらに膜体2を経過すると、移動し得る水蒸気量は変化せずに断熱圧縮がおこり得る条件が与えられている。断熱冷却が発生した場合には温度下降(露点下降)が発生し、断熱圧縮が発生した場合には温度上昇(露点上昇)が発生する。但し、このような断熱冷却又は断熱圧縮は、十分な圧力変動を得るに足りる温度変動が必要である。
温度下降に従い、移動する水蒸気は圧力変動に加えて露点下降を生じ、また温度上昇に従って露点上昇を生じる。
温度を一定の環境でこの現象を考察する場合には、露点が下降した条件では、結露しやすいので移動は抑制されやすく、露点が上昇した条件では境界面での移動は抑制されにくいものと考えられ得る。また、これらの膜体の表面には、図33、図34のときには水分が付着しているものと考えられる。
図1、図4、図12にあげた、移動境界面を形成する膜体1,2,3とこれらの膜体により形成される小室12,13との温度は隣接する密閉空間11の温度により強く影響を受けるためである。
これらの露点下降と露点上昇を考察し、移動する熱エネルギー量が保存されるものと仮定する。図4では密閉空間11から外気15への移動に従って次第に露点は下降するのであるが、図12におけるモデルでも、図4の場合と同様に、密閉空間11から外気15への移動に従って、膜体1と膜体2に従う露点傾斜が形成されることになる。
【0017】
これらの熱エネルギー量が保存されるものと仮定して、図13と図14(イ、ロ)に示すような各露点をエンタルピー曲線上に、比率として表現するものとする。
実際には、図1、図4、図12においては、環境温度の変動により温度伝達に要する時間遅延が生じるので、図13のように、それぞれの透気性ならびに透湿性を示す比率をエンタルピー曲線上にプロットしたものと仮定する。
このとき、図14(イ)に示すN、LはKとMの間の移動速度が速い場合には、つまりは膜体1から膜体3を経過して膜体2を通過する場合、または、膜体2から膜体3を経過して膜体1を通過する場合の移動速度が速い場合には、図14(ロ)のように、膜体2による影響が低くなり易い。
逆に、N、LはKとMの間の移動速度が遅い場合には、つまりは膜体1から膜体3を経過して膜体2を通過する場合、または、膜体2から膜体3を経過して膜体1を通過する場合の移動速度が速い場合には、図14(ロ)のように、膜体2による影響が反映されやすく、また小室12ならびに小室13における熱エネルギーの傾斜に影響されやすいことになる。
図33における絶対湿度の変動グラフは、図34における温度の変動に対応するが、温度の上昇に伴い、密閉空間11の圧力上昇が生じるときに、同時に濃度の上昇が生じ、約50mbの圧力上昇となっている。つまり、温度の上昇を伴う圧力変動による変化が表れているのであるが、逆に圧力を変化させるだけでも同等の変化をもたらすことができることを、この装置では利用し、発熱量を最小限に抑えて水蒸気の移動を制御する。
【0018】
ここで、図1において、図2で示したような平面の境界膜を活用して圧送を行う系を図15(イ、ロ)に示す。
図15(イ)の系では通過する膜体の孔径により支配を受け、通過が行われるので、流入する空気の不純物、例えば空気中の粉塵やオイルミストなどの影響を直接的に受けることになる。
図15(ロ)は側副路を設けた場合の経路を示すが、この場合には膜体1の表面は、通気路4から通気路6を経過する空気により扇がれることになり、図中の膜体1に相当する部位において、温度変動を受けやすい。
この場合、熱エネルギーが保存されうるものと仮定すると、通気路4よりも通気路6の通過略断面積を小さくすると、この影響は相殺されうることになる。しかし、通過する空気の速度が遅い場合には、これらの通気量の抵抗による相殺は無視されてしまうほど小さなものとなり、実際には温度の変化はほとんど発生しないように見える。
【0019】
そこで、本発明では、前述した図12における膜体1と膜体3との特性差を生かし、かつ移動速度が低速時における膜体3から膜体2、1における温度変動を保存しやすくするために、圧力を発生する遠心力を用いると共に、この遠心力による増圧を用いて膜体の水蒸気移動を促進し、かつ攪拌による熱エネルギー伝達速度の調整、温度の変動による膜体間の水蒸気移動速度差を利用した水蒸気移動制御装置を提供するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。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。
図16は本発明の実施の第1形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図、図17は図16中、A−Aにおける分離膜回転体28の略断面図、図18は分離膜回転体28の側面図である。
【0021】
この水蒸気移動制御装置は、調湿対象となる函体11bの内部に形成された第1密閉空間11と、ケーシング29bの内部に形成された第2密閉空間29とが第1通気路4を介して連通され、前記第2密閉空間29には、通気性及び透湿性を有する膜体で形成された複数個の直径の異なる筒状膜体1a,2a,3aが同一回転軸21上に配置されると共に、各筒状膜体1a,2a,3aの両開口部を閉鎖するように側面板28m,28nが取り付けられた分離膜回転体28が軸支され、この分離膜回転体28には、各筒状膜体1a,2a,3aで区画された複数個の小室30,31と最内空間32が形成され、かつ内在する気体の遠心力の発生を促進させるシロッコフィン30f、31f、32fが取り付けられると共に、前記第1通気路4に面して取り付けられた前記側面板28mの外面に遠心フィン7(ターボスクリュー型)が設けられ、かつ分離膜回転体28のモータ21a(回転機)から分離膜回転体28への熱伝達部材21bを備え、前記分離膜回転体28の最内空間32が前記回転軸21の内部に形成した第2通気路6を介して第1密閉空間11に連通され、前記第2密閉空間29が外気通気路34を介して外気15に連通された構造になっている。
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体を用いて小室を区画する。小室内に保温材として、グラスウール、発泡スチロール球体の粒体(φ2〜5mm)、又は小室内のフィン、フレームなどを防錆加工としてアルミナ処理などを施してもよい。
前記回転軸21はステンレス製であり、温度伝達はモータ21aから熱伝達部材21bを介して回転軸21から分離膜回転体28に、又は回転軸21からケーシング29bに伝達され、小室30,31及び最内空間32内部の温度勾配を形成する。
この場合、図示していないが、分離膜回転体28の側面に空隙を保持して対向するように、又は分離膜回転体28の側面に一体的に熱緩衝体を設けるようにしてもよい。
又、第1通気路4の口径は、第2通気路6の口径よりも大きく形成され、これにより、第2密閉空間29の圧力減少を抑制している。
又、ケーシング29bは、保温層29cによって覆われ、この保温層29cに近接接触するように取り付けたモータ21a(回転機)により回転軸21を中心として分離膜回転体28が回転する。このモータ21aから熱伝達部材21bを介してケーシング29b並びに回転軸21に熱伝達が行われる。この場合、回転軸21への熱伝達を遮蔽する構造としてもよいし、軸受に熱伝達部材21bからの熱伝達が行われるようにしてもよい。尚、軸受と回転軸21aとのシール部材として、磁性流体を使用するようにしてもよい。又、モータ21aとしては、回転方向が正逆転できる駆動回転機として、3相モータ、直流ブラシレス・コアレスモータなどがよい。
又、ケーシング29bは、本体部材29b−1に蓋部材29b−2をビス29b−3により止め付けることで、分離膜回転体28の組み付け時や取り外し時に分解できるようにしている。
又、ケーシング29bの角隅部分は面取り形成され、内部の第2密閉空間29における気流をスムーズにして水滴の貯留障害を防止している。
【0023】
又、前記分離膜回転体28は、回転軸21に対して着脱可能に形成されている。
その着脱構造を図18、図19の例、及び図20の例で説明する。
図18、図19の着脱構造は、遠心フィン7のベース70を分離膜回転体28と一体に形成し、他方、回転軸21の先端に3個の係止片22が放射状に突設されている。そして、各係止片22と着脱可能に係合する3個の係合溝71が前記ベース70に形成された軸孔72の内周に放射状に形成され、この軸孔72に係止片22を挿入して一定角度回転させることにより、前記係止片22が係合溝71内に嵌合して係止されるようになっている。尚、73はストッパ用ネジである。
又、図20の着脱構造は、遠心フィン7のベース70を回転軸21と一体に形成し、他方、分離膜回転体28の側面に3個の係止片22が放射状に突設されている。そして、各係止片22と着脱可能に係合する3個の係合溝71が前記ベース70に形成された軸孔72の内周に放射状に形成され、この軸孔72に係止片22を挿入して一定角度回転させることにより、係止片22が係合溝71内に嵌合して係止されるようになっている。
【0024】
前記各筒状膜体1a,2a,3aは、多角形(12角形)のアルミニウム製の枠体48上に膜体を張設することで形成され、この各筒状膜体1a,2a,3aの外周には導電性多孔体または非導電性多孔体49が僅かな間隔を保持して張設され、又、前記シロッコフィン30f、31f、32fは各枠体48に一体に取り付けられている。尚、膜体1a,2a,3aは、それぞれ回転時に遠心力により緊張して通気性、透湿性が変性してしまわないように枠体48により支持されている。
尚、非導電性多孔体49は、熱伝導性の高い物質で構成した場合、分離膜回転体28の円周における温度ムラを無くす効果が得られる。又、吸水又は吸湿した膜体が伸展した形状を回転阻害する形状にならないように維持する効果が得られる。
各小室30,31及び最内空間32は、それぞれの空間略断面積を下回るシロッコフィンにより攪拌され、かつ内在する気体の遠心力の発生を促進するとともに、濃度差が発生しにくいようにする効果を有する。
尚、図示していないが、筒状膜体1a,2a,3aの内周に導電性多孔体または非導電性多孔体を僅かな間隔を保持して張設するようにしてもよい。
又、非導電性多孔体49の帯電をアースするための接地線21cがモータ21aから延長して配線されている。
【0025】
次に、前記各筒状膜体1a,2a,3aの構成を図21(イ〜ハ)で説明する。
図21(イ)で示す筒状膜体1a、図21(ロ)で示す筒状膜体2a、図21(ハ)で示す筒状膜体3aは、それぞれ3層構造に形成されている。
筒状膜体1aは、中央の特殊多孔質膜1a−1をナイロン系不織布1a−2と、PE多孔質膜1a−3とでラミネート構造にした3層構造である。
筒状膜体2aは、中央の特殊多孔質膜2a−1をポリオレフィン系不織布2a−2と、PE多孔質膜2a−3とでラミネート構造にした3層構造である。
筒状膜体3aは、中央の特殊多孔質膜3a−1をポリオレフィン系不織布3a−2と、PE多孔質膜3a−3とでラミネート構造にした3層構造である。
尚、その他の材質として、PE多孔質膜、ポリオレフィン系不織布、ポリウレタン等を用いることができる。
【0026】
次に、各筒状膜体1a,2a,3aの透湿度、通気度、最大孔径、膜厚を以下の表1に示す。
【表1】
尚、膜体の孔径については、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、傾斜方向を反転させて使用することもできる。
【0027】
次に、図22(イ、ロ)は第1通気路4と外気通気路34の位置と分離膜回転体28との位置関係を示している。
この場合、図22(イ)及び図22(ロ)に示すように、分離膜回転体28の最外周角部28a及び最外周平面部28bが外気通気路34にラップしないように間隔T1及び間隔T2を設定している。
図23に示すように、分離膜回転体28の最外周部が外気通気路34にラップした場合には、第2密閉空間29の圧力変動が波動状になり、機能不全の原因になるのでこれを明示した。
【0028】
次に、図24は分離膜回転体28の他例を示すもので、この場合、各筒状膜体1a,2a,3aは、円形の枠体48上に膜体を張設することで形成され、又、最内空間32にのみシロッコフィン32fが設けられ、このシロッコフィン32fから放射状に仕切壁28aが形成されて小室30,31を複数の小室区画に区分したものになっている。このように、シロッコフィンの外側と内側の幅を変化させてもよい。これにより、外側小室区画と内側小室区画の内部気体の与圧状態に勾配を付与し、与圧勾配を得ることにより、小室間の温度勾配の発生を促進することができる。
このように、分離膜回転体28の外周を円形に形成すると、分離膜回転体28の回転に伴って第2密閉空間29の圧力変動が発生しにくくなる。
又、シロッコフィンは、内在する気体の遠心力の発生を促進させるものであれば、例えば、小室30にのみ設けるようにしてもよく、また、内在する気体が最内空間32と分離膜回転体28の外周との間で回転運動を付与されるように流動するものであれば、仕切壁28aを形成することに支障はないし、例えば、仕切壁28aの間隔を更に狭くしたり、また、仕切壁28aを半径方向への放射状ではなく、分離膜回転体28の中心からずれた斜め方向の放射状に設けてもよいし、また、筒状膜体1aと筒状膜体2aの間及び筒状膜体2aと筒状膜体3aの間に多数の管体を放射状に設けて、最内空間32と分離膜回転体28の外周との間で気体を流動させる構造にもできる。
その例として、分離膜回転体28の中心からずれた斜め方向の放射状に設けたものを、図25〜図28に示す。
図25は仕切壁28aを渦状に配置したもので、遠心フィン7により発生した高い圧力を含む第2密閉空間29から最内空間32に至る各小室区画が回転方向に対して最内空間32から第2密閉空間29に移動する傾向の方が高い図例である。分離膜回転体28の回転に従い、小室区画の内部気体が中心から外周に向けて移動するに際し、第2密閉空間29から最内空間32に至る経路の圧力勾配を調整し、スムーズな水蒸気移動を促進する作用が得られる。
図26は仕切壁28aを図25の場合と逆向きに設けた例で、このように、回転方向に対して外周からすくい上げる方向の面を持つ仕切壁28aの場合には、水蒸気の移動量が大きくなり過ぎて結露してしまい、外気通気路34から水となって排水してしまうことを予防することができる。つまり、これらの仕切壁28aにより、図26に示すように、遠心力に拮抗する力を得られる。
又、図27は図25の仕切壁28aを、又、図28は図26の仕切壁28aを各小室30,31間で分断してズラした配置にした例で、気流の流れを小室30,31間で互いに影響し合う攪拌効果を調整することができる。
【0029】
尚、第1通気路4の口径と第2通気路6の口径の大きさは特に制限はなく、第2通気路6(側副循環口)及び外気通気路34に流量を調節するためのバルブ6a、34a、例えば、ピンチバルブ又はニードルバルブなどを設けて流量の調整を行うことができるし、第2通気路6の口径を第1通気路4の口径よりも大きくすることにより、空気の循環をスムーズにすることができる。
【0030】
従って、第1通気路4から入った気体は、遠心フィン7により遠心力を受けて第2密閉空間29に流入するとともに、分離膜回転体28の回転に遭遇しながら一部は外気通気路34から外気に排出される。
又、分離膜回転体28内では、小室30,31及び最内空間32が筒状膜体1a,2a,3aによって分画されているので、遠心フィン7により与圧され得るよりも下回った低速回転の場合には、内部空気の小室30,31方向への遠心力による移動が発生するために、最内空間32及び第2通気路6は減圧が発生し得る。
低速から高速に変動する回転に従い、分離膜回転体28の表面は冷却を受け、小室30→小室31→最内空間32の順に断熱冷却が生じる。
しかし、膜体の配列は最終的に増圧する経路、膜体1、膜体2、膜体3という図12に示す配列を膜30m、31m、32mと配列しているので、第2密閉空間29の圧力の上昇が外気通気路34の減圧を上回るに十分な適度な回転速度に到達した場合、水蒸気は最内空間32から小室30の方向へ流れるよりも、小室30から最内空間32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まぬがれるので、次第に小室30から最内空間32方向への移動が勝るようになり、外気通気路34から外気15に水蒸気が排出される。
【0031】
原理的な説明として、図12を補助的に使用すると、Kにおける水蒸気圧とMにおける水蒸気圧が、分離膜回転体28の傾斜に従って増加する遠心力により増圧する媒体として空気の移動圧に拮抗する方向の圧力が加えられることによる逆浸透現象が膜体表面上に形成された水分により発生した現象として説明することができるものと考えられる。通常では、これらのような大きな孔径の膜体ではクヌーセン拡散または選択的透過は生じないが、結露又は吸湿性を用いてこのような効果を発生させることができる。これらの膜は水に対して耐久性が高く、安価である。
【0032】
尚、本発明の水蒸気移動制御装置において、ケーシング29a、分離膜回転体28などの材質として、難燃性材質の多孔質体である発泡スチロールやPEや吸水性の低いPVなどの空洞体、アルミニウム塊などの小室30,31、最内空間32の温度勾配を形成しやすい材質を用いてもよい。又、小室30,31、最内空間32の温度勾配を回転時に促進しないように、分離膜回転体28の外周部と内側で材質を変え、温度勾配が発生しないようにしてもよい。
【0033】
又、分離膜回転体28を、気流が密閉空間11→第1通気路4→第2密閉空間29→分離膜回転体28→第2通気路6→密閉空間11の順に循環するように回転させた場合は、密閉空間11から分離膜回転体28、外気通気路34を通して外気15に水蒸気を排出させるように調湿作用し、逆に回転させた場合には、外気15から外気通気路34、分離膜回転体28を通して密閉空間11に水蒸気を取り込むように調湿作用するもので、必要に応じて、正回転又は逆回転を選択する。
【0034】
又、分離膜回転体28に付着したゴミ等の清掃に際し、逆流を発生することができるように、遠心フィン7に渦巻き状のカーブを設けたターボフィンを用いて、分離膜回転体28を逆回転させることによる逆流によって分離膜回転体28の内部に洗浄用の水を取り込むようにすれば、分離膜回転体28に付着したゴミ等を水洗することができる。
【0035】
次に、図29は水蒸気移動制御装置の他の実施の形態を示す断面図で、この水蒸気移動制御装置では、分離膜回転体28の最内空間32が回転軸21dの内部に形成した第2通気路6と、循環路60を介して第1密閉空間11に連通されたものになっている。この場合、モータ21aに連結された回転軸は中実に形成され、又、回転軸21dと循環路60とは回転継手21eを介して連結されている。尚、その他の構成は、図16の水蒸気移動制御装置と同様である。
このように構成すると、分離膜回転体28を左右の回転軸21,21dで支持することができ、図16の場合のように分離膜回転体28を一方の回転軸21で片持ち支持した場合に比べて分離膜回転体28の支持が安定する。
次に、図30及び図31は図29の水蒸気移動制御装置を向きを変えて設置した場合を示している。
この場合、図30のように、第1通気路4が上向きで、第2通気路6及び外気通気路34が下向きになるように配置すると、外気通気路34は結露による通気経路を封ぐ事故にはなりにくいが、第2密閉空間29の底部への水の貯留事故を招きやすい。尚、図中23aはドレン口である。
又、図31のように、第1通気路4が下向きで、第2通気路6及び外気通気路34が上向きになるように配置すると、外気通気路34及び第2通気路6は、結露による水の貯留事故を招きにくい配置となるが、屋外設置の場合には、外気通気路34に日除けまたは防滴傘を装着する必要がある。尚、図中23bはドレン口である。
尚、水蒸気移動制御装置の設置方向に関わらず、第1通気路4及び外気通気路34にエアーフィルタや防滴傘を設けるようにしてもよい。
又、外気通気路34の数、位置、向きは任意に設定することができる。
【0037】
又、図32は水蒸気移動制御装置の他の実施の形態を示す断面図である。
この場合、第1通気路4がモータ21aのモータ駆動部21gを避ける状態でモータケーシング21f内を通って第2密閉空間29に連通するように形成されている。尚、その他の構成は、図29の水蒸気移動制御装置と同様である。
このように構成すると、第1通気路4を通る空気がモータ21aの発熱により加熱されるため、相対湿度が下がり、各部に結露が生じにくくなる。
【0038】
又、図16に示す水蒸気移動制御装置では、この水蒸気移動制御装置を検査するための構成として、第2通気路6と第1通気路4との間をバイパスしてフローメータ90が設けられている。
このフローメータ90は、分離膜回転体28の回転に伴う第2通気路6の気流の状態を測定する手段として用いられるもので、正常時は内部に設けたフロート90aが中間位置に位置するように設定しておき、気流の状態に乱れが生じた場合に、フロート90aが上方又は下方に移動し、その移動方向により異常の状態を把握するようにしている。
【0039】
即ち、図16に示す水蒸気移動制御装置を検査する場合、分離膜回転体28を回転させながら、この分離膜回転体28の回転による第2通気路6の気流の状態をフローメータ90により測定する。
この場合、分離膜回転体28の回転により、第1密閉空間11→第1通気路4→第2密閉空間29→分離膜回転体28→第2通気路6→第1密閉空間11という気流の循環が生じ、このとき、分離膜回転体28の筒状膜体1a,2a,3aに外気から侵入したホコリ等で目詰まりが生じていれば、第2通気路6の流量が正常時よりも減少するから、バイパスを通して第1通気路4から第2通気路6へ気流のリークが生じ、これに伴いフロート90aが中間位置から下方に移動する。
逆に、分離膜回転体28の筒状膜体1a,2a,3aが破損(ピンホール等)していたり、気密不良や製造工程における接着不良があったりすると、第2通気路6の流量が正常時よりも増加するから、バイパスを通して第2通気路6から第1通気路4へ気流のリークが生じ、これに伴いフロート90aが中間位置から上方に移動する。
このように、フロート90aの上下移動を見ることにより、水蒸気移動制御装置の正常・異常を検査することができる。
【0040】
【発明の効果】
産業上の利用可能性
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、小型で、分離効率を分離膜回転体の回転数により微調整することができ、かつ振動が少なく、しかも分離膜回転体を回転させるためのモータなどの回転機の発熱現象を応用した省エネルギーに富む水蒸気移動制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は従来の水蒸気移動制御装置を示す概略断面図である。
【図2】 図2は従来の水蒸気移動制御装置を示す概略断面図である。
【図3】 図3は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図4】 図4は水蒸気移動制御装置の移動の現象を説明するモデルとしての模式図である。
【図5】 図5は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図6】 図6は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図7】 図7は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図8】 図8は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図9】 図9は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図10】 図10は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図11】 図11は密閉空間、内側小室、外側小室、外気の湿度を10%ごとに区分した場合のモデル図である。
【図12】 図12は図4における透気性と透湿性に関する模式的な配列図である。
【図13】 図13は移動する熱エネルギー量が保存されるものと仮定して、各露点をエンタルピー曲線上に比率として表現した図である。
【図14】 図14は移動する熱エネルギー量が保存されるものと仮定して、各露点をエンタルピー曲線上に比率として表現した図である。
【図15】 図15は図1において、図2で示したような平面の境界膜を活用して圧送を行う系を示す図である。
【図16】 図16は本発明の実施の第1形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
【図17】 図17は図16中、A−Aにおける分離膜回転体の略断面図である。
【図18】 図18は分離膜回転体の側面図である。
【図19】 図19は分離膜回転体と回転軸の着脱構造の例を示す断面図である。
【図20】 図20は分離膜回転体と回転軸の着脱構造の例を示す断面図である。
【図21】 図21は円筒膜体の構造図である。
【図22】 図22は第1通気路と第2通気路の位置と分離膜回転体との位置関係を示す図である。
【図23】 図23は第1通気路と第2通気路の位置と分離膜回転体との位置関係が不良の場合を示す図である。
【図24】 図24は分離膜回転体の他例を示す断面図である。
【図25】 図25は分離膜回転体の他例を示す断面図である。
【図26】 図26は分離膜回転体の他例を示す断面図である。
【図27】 図27は分離膜回転体の他例を示す断面図である。
【図28】 図28は分離膜回転体の他例を示す断面図である。
【図29】 図29は水蒸気移動制御装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図30】 図30は図29の水蒸気移動制御装置を向きを変えて設置した場合の断面図である。
【図31】 図31は図29の水蒸気移動制御装置を向きを変えて設置した場合の断面図である。
【図32】 図32は水蒸気移動制御装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図33】 図33は図1に示す水蒸気移動制御装置の基本構造の試作機により絶対湿度の変動を測定した結果を示すグラフ図である。
【図34】 図34は図1に示す水蒸気移動制御装置の基本構造の試作機により温度の変動を測定した結果を示すグラフ図である。
Claims (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密閉空間とが第1通気路を介して連通され、
前記第2密閉空間には、通気性及び透湿性を有する膜体で形成された複数個の直径の異なる筒状膜体が同一回転軸上に配置されると共に、各筒状膜体の両開口部を閉鎖するように側面板が取り付けられた分離膜回転体が軸支され、
この分離膜回転体には、各筒状膜体で区画された複数個の小室と最内空間が形成され、かつ内在する気体の遠心力の発生を促進させるシロッコフィンが取り付けられると共に、前記第1通気路に面して取り付けられた前記側面板の外面に遠心フィンが設けられ、
かつ分離膜回転体の回転機から分離膜回転体への熱伝達部材を備え、
前記分離膜回転体の最内空間が前記回転軸の内部に形成した第2通気路を介して第1密閉空間に連通され、
前記第2密閉空間が外気通気路を介して外気に連通されていることを特徴とした水蒸気移動制御装置。
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