JP4547075B2 - 水蒸気移動制御装置 - Google Patents
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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】
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】
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密閉空間とが大径通気口及び小径通気口を介して連通され、
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を同一回転軸上に配置し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内にそれぞれシロッコフィンが取り付けられると共に、側面に遠心ファンが設けられ、
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外気通気ロを介して外気に連通されている構成とした。
【０００８】
本発明の水蒸気移動制御装置において、前記分離膜回転体の側面に空隙を保持して対向するように第２密閉空間内に熱緩衝体が設けられている態様（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、前記分離膜回転体の側面に熱緩衝体が一体に連結されている態様（請求項３）がある。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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２９及び図３０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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
同様に図８（イ〜ハ）ならびに図９（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、図中１２における小室１，２，３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１体と膜体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が発生し、断熱圧縮が発生した場合には温度上昇が発生する。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２９、図３０のときには水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するならば、移動する熱エネルギー量が保存されるものと仮定するならば、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。
【００１９】
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の間の移動速度が早い場合には、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早い場合には、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早い場合には、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２９における絶対湿度の変動グラフは、図３０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、同じに濃度の上昇が生じ、約５０ｍｂの圧力上昇となっている。
【００２０】
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、通気口４から通気口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、通気口４よりも通気口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。
【００２１】
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。
【００２２】
【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。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の斜視図である。
【００２３】
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とが大径通気口４と及び小径通気口６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（３個）の直径の異なる筒状膜体１ａ，２ａ，３ａを同一回転軸２１上に配置した分離膜回転体２８が軸支され、前記各筒状膜体１ａ，２ａ，３ａで区画された小室３０，３１及び最内空間３２内にそれぞれシロッコフィン３０ｆ、３１ｆ、３２ｆが取り付けられると共に、前記大径通気口４及び小径通気口６に面した側の分離膜回転体２８の側面に遠心ファン７が設けられ、又、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がケーシング２９ｂに取り付けられ、前記最内空間３２が回転軸２１の内部に形成した外気通気路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。
前記回転軸はステンレス製であり、又、熱伝達部材２１ｂは、熱伝導速度が速いアルミニウム製で、ケーシング２９ｂに螺合又は接合し、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。
【００２４】
この場合、分離膜回転体２８における大径通気口４及び小径通気口６に面していない側の側面に空隙２６を保持して対向するように熱緩衝体２７が第２密閉空間２９内に設けられている。尚、この熱緩衝体２７の外周面は熱交換効率を上げるためにＶ字状の傾斜面に形成されている。尚、熱緩衝体２７の外周面に熱交換効率を高めるフィンを設けてもよい。
又、大径通気口４の口径は、小径通気口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（回転機）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２２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。
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。尚、図中、２２および３５は軸受で、この軸受２２，３５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。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
次に、前記各筒状膜体１ａ，２ａ，３ａの構成を図３１（イ〜ハ）で説明する。
図３１（イ）で示す筒状膜体１ａ、図３１（ロ）で示す筒状膜体２ａ、図３１（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とでサンドイッチにした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とでサンドイッチにした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とでサンドイッチにした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。
【００２７】
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。
【００２８】
熱緩衝体２７は、大径通気口４からの流入経路４ａを経過して第２密閉空間２９の内部気体が、分離膜回転体２８の回転に伴って発生する乱流により発生する渦を調整する緩衝体として作用すると共に温度調整の作用を有する。
又、分離膜回転体２８と熱緩衝体２７との間の空隙２６は回転軸２１を中心とする同心円の溝状に形成され、この空隙２６は分離膜回転体２８と熱緩衝体２７との空間の空気抵抗を低下させるためのエアーシール部となるもので、分離膜回転体２８の回転による遠心力により第２密閉空間２９のエアーが軸方向に漏出するのを予防すると共に、第２密閉空間２９の空気のスムーズな流束の形成を促進する。又、図には記載してないが、熱緩衝体２７を通気口４、６側にも設け、遠心ファン７の温度変動が分離膜回転体２８に伝達する速度を調整するようにしてもよい。
【００２９】
大径通気口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小径通気口６から函体１１ｂ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。
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により与圧されう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及び外気通気路３４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。
【００３０】
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の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、これらの膜体ではクヌーセン拡散は生じないが、結露を用いてこのような効果を発生させる。
【００３１】
尚、図２２（イ、ロ）は大径通気口４と小径通気口６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が小径通気口６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の最外周部が小径通気口６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。更に、図示してないが、分離膜回転体２８の外周を円形に形成し、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いようにしてもよい。
【００３２】
次に、図１９は本発明の実施の第２形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図、図２０は分離膜回転体２８の斜視図である。
この場合、熱緩衝体２７が分離膜回転体２８の内部の温度勾配を促進するようにするために、熱緩衝体２７と分離膜回転体２８とを一体に連結して、熱緩衝体２７と分離膜回転体２８が同時に回転するようにした構造になっている。このとき、熱緩衝体２７の表面の温度変動を分離膜回転体２８に反影することができる。
又、図示してないが、遠心ファン７（ターボスクリュー型）と分離膜回転体２８との間にも熱緩衝体２７を介在させて、分離膜回転体２８を両側面から熱緩衝体２７，２７で挟み込むようにしてもよい。
尚、大径通気口４の口径に対して小径通気口６の口径を小さくしなくても、小径通気口６（側副循環口）に流量を調節するためのバルブ６ａ、例えば、ピンチバルブ又はニードルバルブなどを設けて、第２密閉空間２９の圧力減少を抑制することも可能である。
【００３３】
図２１は本発明の実施の第３形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
この場合、分離膜回転体２８の外気通気路３４の内径を大きくして小室３１から最内空間３２への拡散を促進するようにした構造になっている。
尚、最内空間３２から外気１５への経路にスクリュー状のフィンなどや扇形フィンを設定して、最内空間３２から外気１５への移動を促進するようにして、かつ低回転速度における、逆流現象に拮抗するようにしてもよい。
又、この場合のケーシング２９ｂは、外気通気路３４を大径にしたことに伴って、軸受３５の内径が大径に形成され、又、熱緩衝体２７の外周面がテーパ面に形成されている。
又、熱緩衝体２７やその他のケーシング２９ａ、分離膜回転体２８などの材質としては、難燃性材質の多孔質体として、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。
【００３４】
図２４は本発明の実施の第４形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
このように、大径通気口４及び小径通気口６が上向きで、外気通気路３４が下向きになるように水蒸気移動制御装置を上下方向に配置すると、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。
【００３５】
図２５は本発明の実施の第５形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
このように、大径通気口４及び小径通気口６が下向きで、外気通気路３４が上向きになるように水蒸気移動制御装置を上下方向に配置すると、外気通気路３４および大径通気口４、小径通気口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、水蒸気移動制御装置の設置方向に関わらず、大径通気口４及び外気通気路３４にエアーフイルタや防滴傘を設けるようにしてもよい。
【００３６】
図２６はケーシング２９ｂの角隅部が角状に形成されて、分離膜回転体２８による流路に角張りが生じる場合を示した断面図で、流路に阻害しうる乱流が発生する可能性を示唆するために明示した。
このように、ケーシング２９ｂの角隅部に角部を有すものでは、第２密閉空間２９の空気の流れに乱れが生じるために、第２密閉空間２９に水滴の貯留障害を招き易くなる。
尚、ケーシンク゜２９ｂは難燃性樹脂やアルミ、ステンレス、鉄などから構成するが、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。
【００３７】
図２７および図２８は、小径通気口６の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図で、ケーシング２９ａの奥壁（熱緩衝体２７側の壁面）にも小径通気口６が形成され、これらの水蒸気移動制御装置では、大径通気口４と小径通気口６の略断面積差は、図示省略したが、図１６、図１９、図２１、図２４、図２５などの場合に必要な大径通気口４と小径通気口６との関係を満足するものとする。
【００３８】
尚、前記分離膜回転体２８を、気流が密閉空間１１→大径通気口４→第２密閉空間２９→小径通気口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。モータ２１ａ（回転機）としては、３相モータ、直流ブラシレス・コアレスモータなどがよい。
尚、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、遠心ファン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。
【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（請求項１）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。
【００４０】
又、第２密閉空間内に熱緩衝体を設けると（請求項２）、モータなどの回転機の発熱現象を効率よく応用できるし、特に、熱緩衝体を分離膜回転体に一体に連結すると（請求項３）、更に効率よく発熱現象を応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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１６中、Ａ−Ａにおける分離膜回転体の略断面図である。
【図１８】分離膜回転体の斜視図である。
【図１９】本発明の実施の第２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２０】分離膜回転体の斜視図である。
【図２１】本発明の実施の第３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２２】大径通気口と小径通気口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】大径通気口と小径通気口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】本発明の実施の第４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２５】本発明の実施の第５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２６】ケーシングの角隅部が角状に形成されている場合を示した断面図である。
【図２７】小径通気口の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図である。
【図２８】小径通気口の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図である。
【図２９】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３０】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。
【図３１】円筒膜体の構造図である。
【符号の説明】
１ａ 筒状膜体
２ａ 筒状膜体
３ａ 筒状膜体
１１ 密閉空間
１５ 外気
２１ 回転軸
２１ａ モータ（回転機）
２１ｂ 熱伝達部材
２７ 熱緩衝体
２８ 分離膜回転体
２９ 第２密閉空間
２９ｂ ケーシング
３０ 小室
３１ 小室
３２ 最内空間
３０ｆ シロッコフィン
３１ｆ シロッコフィン
３２ｆ シロッコフィン
３４ 外気通気ロ
４ 大径通気口
６ 小径通気口
７ 遠心ファン
【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】
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】
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密閉空間とが大径通気口及び小径通気口を介して連通され、
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を同一回転軸上に配置し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内にそれぞれシロッコフィンが取り付けられると共に、側面に遠心ファンが設けられ、
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外気通気ロを介して外気に連通されている構成とした。
【０００８】
本発明の水蒸気移動制御装置において、前記分離膜回転体の側面に空隙を保持して対向するように第２密閉空間内に熱緩衝体が設けられている態様（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、前記分離膜回転体の側面に熱緩衝体が一体に連結されている態様（請求項３）がある。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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２９及び図３０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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
同様に図８（イ〜ハ）ならびに図９（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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、図中１２における小室１，２，３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１体と膜体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が発生し、断熱圧縮が発生した場合には温度上昇が発生する。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２９、図３０のときには水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するならば、移動する熱エネルギー量が保存されるものと仮定するならば、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。
【００１９】
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の間の移動速度が早い場合には、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早い場合には、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早い場合には、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２９における絶対湿度の変動グラフは、図３０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、同じに濃度の上昇が生じ、約５０ｍｂの圧力上昇となっている。
【００２０】
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、通気口４から通気口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、通気口４よりも通気口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。
【００２１】
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。
【００２２】
【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。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の斜視図である。
【００２３】
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とが大径通気口４と及び小径通気口６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（３個）の直径の異なる筒状膜体１ａ，２ａ，３ａを同一回転軸２１上に配置した分離膜回転体２８が軸支され、前記各筒状膜体１ａ，２ａ，３ａで区画された小室３０，３１及び最内空間３２内にそれぞれシロッコフィン３０ｆ、３１ｆ、３２ｆが取り付けられると共に、前記大径通気口４及び小径通気口６に面した側の分離膜回転体２８の側面に遠心ファン７が設けられ、又、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がケーシング２９ｂに取り付けられ、前記最内空間３２が回転軸２１の内部に形成した外気通気路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。
前記回転軸はステンレス製であり、又、熱伝達部材２１ｂは、熱伝導速度が速いアルミニウム製で、ケーシング２９ｂに螺合又は接合し、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。
【００２４】
この場合、分離膜回転体２８における大径通気口４及び小径通気口６に面していない側の側面に空隙２６を保持して対向するように熱緩衝体２７が第２密閉空間２９内に設けられている。尚、この熱緩衝体２７の外周面は熱交換効率を上げるためにＶ字状の傾斜面に形成されている。尚、熱緩衝体２７の外周面に熱交換効率を高めるフィンを設けてもよい。
又、大径通気口４の口径は、小径通気口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（回転機）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２２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。
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。尚、図中、２２および３５は軸受で、この軸受２２，３５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。
【００２５】
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。
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。
【００２６】
次に、前記各筒状膜体１ａ，２ａ，３ａの構成を図３１（イ〜ハ）で説明する。
図３１（イ）で示す筒状膜体１ａ、図３１（ロ）で示す筒状膜体２ａ、図３１（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とでサンドイッチにした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とでサンドイッチにした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とでサンドイッチにした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。
【００２７】
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】
【００２８】
熱緩衝体２７は、大径通気口４からの流入経路４ａを経過して第２密閉空間２９の内部気体が、分離膜回転体２８の回転に伴って発生する乱流により発生する渦を調整する緩衝体として作用すると共に温度調整の作用を有する。
又、分離膜回転体２８と熱緩衝体２７との間の空隙２６は回転軸２１を中心とする同心円の溝状に形成され、この空隙２６は分離膜回転体２８と熱緩衝体２７との空間の空気抵抗を低下させるためのエアーシール部となるもので、分離膜回転体２８の回転による遠心力により第２密閉空間２９のエアーが軸方向に漏出するのを予防すると共に、第２密閉空間２９の空気のスムーズな流束の形成を促進する。又、図には記載してないが、熱緩衝体２７を通気口４、６側にも設け、遠心ファン７の温度変動が分離膜回転体２８に伝達する速度を調整するようにしてもよい。
【００２９】
大径通気口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小径通気口６から函体１１ｂ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。
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により与圧されう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及び外気通気路３４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。
【００３０】
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の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、これらの膜体ではクヌーセン拡散は生じないが、結露を用いてこのような効果を発生させる。
【００３１】
尚、図２２（イ、ロ）は大径通気口４と小径通気口６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が小径通気口６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の最外周部が小径通気口６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。更に、図示してないが、分離膜回転体２８の外周を円形に形成し、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いようにしてもよい。
【００３２】
次に、図１９は本発明の実施の第２形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図、図２０は分離膜回転体２８の斜視図である。
この場合、熱緩衝体２７が分離膜回転体２８の内部の温度勾配を促進するようにするために、熱緩衝体２７と分離膜回転体２８とを一体に連結して、熱緩衝体２７と分離膜回転体２８が同時に回転するようにした構造になっている。このとき、熱緩衝体２７の表面の温度変動を分離膜回転体２８に反影することができる。
又、図示してないが、遠心ファン７（ターボスクリュー型）と分離膜回転体２８との間にも熱緩衝体２７を介在させて、分離膜回転体２８を両側面から熱緩衝体２７，２７で挟み込むようにしてもよい。
尚、大径通気口４の口径に対して小径通気口６の口径を小さくしなくても、小径通気口６（側副循環口）に流量を調節するためのバルブ６ａ、例えば、ピンチバルブ又はニードルバルブなどを設けて、第２密閉空間２９の圧力減少を抑制することも可能である。
【００３３】
図２１は本発明の実施の第３形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
この場合、分離膜回転体２８の外気通気路３４の内径を大きくして小室３１から最内空間３２への拡散を促進するようにした構造になっている。
尚、最内空間３２から外気１５への経路にスクリュー状のフィンなどや扇形フィンを設定して、最内空間３２から外気１５への移動を促進するようにして、かつ低回転速度における、逆流現象に拮抗するようにしてもよい。
又、この場合のケーシング２９ｂは、外気通気路３４を大径にしたことに伴って、軸受３５の内径が大径に形成され、又、熱緩衝体２７の外周面がテーパ面に形成されている。
又、熱緩衝体２７やその他のケーシング２９ａ、分離膜回転体２８などの材質としては、難燃性材質の多孔質体として、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。
【００３４】
図２４は本発明の実施の第４形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
このように、大径通気口４及び小径通気口６が上向きで、外気通気路３４が下向きになるように水蒸気移動制御装置を上下方向に配置すると、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。
【００３５】
図２５は本発明の実施の第５形態にかかる水蒸気移動制御装置を示す断面図である。
このように、大径通気口４及び小径通気口６が下向きで、外気通気路３４が上向きになるように水蒸気移動制御装置を上下方向に配置すると、外気通気路３４および大径通気口４、小径通気口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、水蒸気移動制御装置の設置方向に関わらず、大径通気口４及び外気通気路３４にエアーフイルタや防滴傘を設けるようにしてもよい。
【００３６】
図２６はケーシング２９ｂの角隅部が角状に形成されて、分離膜回転体２８による流路に角張りが生じる場合を示した断面図で、流路に阻害しうる乱流が発生する可能性を示唆するために明示した。
このように、ケーシング２９ｂの角隅部に角部を有すものでは、第２密閉空間２９の空気の流れに乱れが生じるために、第２密閉空間２９に水滴の貯留障害を招き易くなる。
尚、ケーシンク゜２９ｂは難燃性樹脂やアルミ、ステンレス、鉄などから構成するが、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。
【００３７】
図２７および図２８は、小径通気口６の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図で、ケーシング２９ａの奥壁（熱緩衝体２７側の壁面）にも小径通気口６が形成され、これらの水蒸気移動制御装置では、大径通気口４と小径通気口６の略断面積差は、図示省略したが、図１６、図１９、図２１、図２４、図２５などの場合に必要な大径通気口４と小径通気口６との関係を満足するものとする。
【００３８】
尚、前記分離膜回転体２８を、気流が密閉空間１１→大径通気口４→第２密閉空間２９→小径通気口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。モータ２１ａ（回転機）としては、３相モータ、直流ブラシレス・コアレスモータなどがよい。
尚、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、遠心ファン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。
【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（請求項１）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。
【００４０】
又、第２密閉空間内に熱緩衝体を設けると（請求項２）、モータなどの回転機の発熱現象を効率よく応用できるし、特に、熱緩衝体を分離膜回転体に一体に連結すると（請求項３）、更に効率よく発熱現象を応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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１６中、Ａ−Ａにおける分離膜回転体の略断面図である。
【図１８】分離膜回転体の斜視図である。
【図１９】本発明の実施の第２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２０】分離膜回転体の斜視図である。
【図２１】本発明の実施の第３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２２】大径通気口と小径通気口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】大径通気口と小径通気口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】本発明の実施の第４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２５】本発明の実施の第５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２６】ケーシングの角隅部が角状に形成されている場合を示した断面図である。
【図２７】小径通気口の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図である。
【図２８】小径通気口の配置に関する例を示す水蒸気移動制御装置の断面図である。
【図２９】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３０】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。
【図３１】円筒膜体の構造図である。
【符号の説明】
１ａ 筒状膜体
２ａ 筒状膜体
３ａ 筒状膜体
１１ 密閉空間
１５ 外気
２１ 回転軸
２１ａ モータ（回転機）
２１ｂ 熱伝達部材
２７ 熱緩衝体
２８ 分離膜回転体
２９ 第２密閉空間
２９ｂ ケーシング
３０ 小室
３１ 小室
３２ 最内空間
３０ｆ シロッコフィン
３１ｆ シロッコフィン
３２ｆ シロッコフィン
３４ 外気通気ロ
４ 大径通気口
６ 小径通気口
７ 遠心ファン
Claims (3)
- 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密閉空間とが大径通気口及び小径通気口を介して連通され、
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を同一回転軸上に配置し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内にそれぞれシロッコフィンが取り付けられると共に、側面に遠心ファンが設けられ、
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外気通気ロ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。 - 前記分離膜回転体の側面に空隙を保持して対向するように第２密閉空間内に熱緩衝体が設けられている請求項１記載の水蒸気移動制御装置。
- 前記分離膜回転体の側面に熱緩衝体が一体に連結されている請求項１記載の水蒸気移動制御装置。
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