JPH0124981B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〈産業上の利用分野〉 本発明は、水蒸気選択透過膜を使用した恒湿装
置に関する。この恒湿装置は、理化学実験用、工
業製品の検査用および美術工芸品の保存用などに
利用することができ、広範な用途を有するもので
ある。 〈従来の技術〉 恒湿槽は、従来より例えば理化学実験の分野に
おいてよく利用されており、特にセンサ、電子部
品等の耐湿性評価や、湿度センサの特性評価等に
は必要な試験装置である。そして、この恒湿槽
は、一般に、湿度を広い範囲に亘つて設定でき、
また湿度変化に対する応答が迅速であるなどの性
能を有することが求められる。よつて、この要求
を満足するために、従来の恒湿槽の多くは、上記
の性能を十分に発揮するように大がかりな加湿機
構および除湿機構を夫々別個に備えた構造のもの
であつた。そして、従来、この加湿機構には、水
を加熱して気化させる加熱方式の装置や超音波に
より振動を与えて微小な水滴を飛散させる超音波
方式の装置等が使用され、また除湿機構には、冷
却して水蒸気を液化し除去する冷却方式の装置が
使用されていた。 〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、従来の恒湿槽は、上述したように大型
であるだけでなく、その加湿機構がいずれの方式
であつても水の補給が不可欠であるという欠点を
有していた。その上、加熱方式の加湿装置にあつ
ては、恒湿槽内の気体の温度上昇を抑えるため、
冷却器を併せて備える必要がある点で問題があ
り、また超音波方式の加湿装置にあつては、作動
時水中の溶解無機塩が水と共に恒湿槽内部へ飛散
することがあり、また長期間継続使用すると細菌
やカビ等の微生物が槽内部に繁殖するなどの問題
点を有していた。 一方、冷却方式の従来の除湿装置は、恒湿槽内
の気体の温度低下を抑えるため加熱器を併用する
必要があること、著しい乾燥状態にまで除湿する
ことが困難であること、および装置が一般に大規
模であることなどの問題点を有していた。これら
問題点を解消する一の手段として、吸湿剤例えば
五酸化リンによつて恒湿槽内の気体の水分を吸収
させて除湿する方法が考えられる。しかしなが
ら、吸収すべき水分量が多い故吸湿剤が速く劣化
しその耐用期間が著しく短いことから、前記の方
法は従来より殆ど採用されていない。 本発明の目的は、上記の問題点を解消し、小型
であつて広範囲に亘つて調湿可能な恒湿装置を提
供することにある。 〈問題点を解決するための手段〉 本発明者は、全く新規な調湿方式を開発するべ
く鋭意研究を重ねた結果、特願昭58−207112号等
に示される水蒸気選択透過膜を使用し、水蒸気含
有の気体をその透過膜の一方側に供給すると共に
その透過膜の他方側を減圧して、水蒸気分圧差を
透過膜の一方側と他方側との間に作ると、水蒸気
が透過膜を透過し、この結果その膜の一方側には
水分の除去された除湿（乾燥）気体が生成され、
一方その膜の他方側には水分の濃縮された加湿気
体が生成されることを見い出し、よつてこれら両
気体を流路の切換によつて調湿対象の空間に随時
供給すれば調湿が可能となることに着想し、本発
明を完成するに至つた。 すなわち、本発明の恒湿装置は、保湿室と該保
湿室および外部と夫々連通する副室と、前記保湿
室と副室の連通口および外部と副室の連通口のう
ちの一方を開きかつ他方を閉じるようにこれら両
連通口の開閉を切り換える開閉切換手段と、前記
副室内に例えば膜を介して隔てるように設けられ
た水蒸気選択透過膜と、前記連通口からの水蒸気
含有の気体を該透過膜の一方側に供給する供給手
段と、前記透過膜の他方側気体を減圧する減圧機
構と、前記透過膜の他方側と前記保湿室および外
部との間の双方の連絡流路を、その一方を通じか
つ他方を絶つように切り換えて、前記透過膜の他
方側に得られる加湿気体を保湿室または外部と通
気せしめる流路切換手段と、前記保湿室の湿度を
測定する湿度センサを備えてなることを特徴とす
るものである。 本発明の恒湿装置においては、開閉切換手段に
よつて副室と外部を連通させかつ保湿室をこれら
と遮り、給気手段例えば送風フアンによつて水蒸
気の含有する外気を連通口より副室内の水蒸気選
択透過膜の一方側に供給し、一方減圧機構例えば
真空ポンプによつて水蒸気選択透過膜の他方側気
体を減圧する。すると、水蒸気分圧の差が水蒸気
選択透過膜の一方側と他方側との間に形成される
ため、外気中の水蒸気が前記透過膜の一方側より
他方側へ透過し、前記透過膜の他方側には水分の
濃縮された加湿気体が生成される。従つて、流路
切換手段によつて前記透過膜の他方側と保湿室を
連絡させ、加湿気体を保湿室の内部に供給するこ
とにより、保湿室を加湿することができる。な
お、前記透過膜の一方側に供給され水分を除去さ
れた乾燥外気は、その後副室内より再び外部へ流
出される。逆に、開閉切換手段によつて副室と保
湿室を連通させかつ外部をこれらと遮り、給気手
段によつて水蒸気を含有する保湿室内の気体を連
通口より副室内の水蒸気選択透過膜の一方側に供
給し、一方減圧機構によつて水蒸気選択透過膜の
他方側気体を減圧する。すると、透過膜の両側間
の水蒸気分圧差によつて保湿室内気体中の水蒸気
が前記透過膜の一方側より他方側へ透過し、前記
透過膜の一方側には水分の除去された除湿気体が
生成される。従つて、この除湿気体を副室より連
通口を経て保湿室の内部に供給することにより、
保湿室を除湿することができる。なお、これと共
に流路切換手段によつて前記透過膜の他方側と外
部とを連絡させることにより、水分の濃縮された
透過膜の他方側気体は外部へ流出される。 従つて、本発明の恒湿装置は、保湿室内部の相
対湿度を湿度センサにより測定し、その測定湿度
が目的とする相対湿度より低い場合には上記の加
湿手順に従つて保湿室を加湿し、一方前記測定湿
度が目的とする相対湿度より高い場合には上記の
除湿手段に従つて保湿室を除湿することにより、
保湿室内の相対湿度を目的とする値に調節するこ
とができる。 その上、本発明の恒湿装置は、湿度センサによ
り得られる保湿室の湿度情報に従つて開閉切換手
段、減圧機構および流路切換手段を自動的に作動
させる制御系を備えることにより、保湿室の湿度
の自動制御が可能となる。 さらに、本発明の恒湿装置は、希釈用気体とし
て保湿室内の気体または外気を水蒸気選択透過膜
の他方側気体の中に導入する気体導入手段を備
え、加湿時には保湿室内の気体を透過膜の他方側
に導入しその後再び保湿室内に戻し、循環させ、
一方除湿時には外気を透過膜の他方側に導入しそ
の後外部へ排出することにより、透過膜における
水蒸気透過作用が促進され、加湿および除湿の効
率が向上する。従つて、上記の制御系は、透過膜
の他方側に導入される希釈用気体の流量を湿度セ
ンサからの情報に従つて自動調節する機能を有す
るものであるとより好ましい。 本発明で用いる保湿室は、目的の調湿対象物例
えば保存試料等を収容できる部屋であればよく、
その形状は、特に限定されず例えば球形、円筒
形、箱形等のいずれでもよい。しかし、保湿室
は、調湿対象物の出し入れを可能とするため、開
閉可能な扉等を備えたものであることが必要とさ
れる。しかしながら、この扉等の構造および開閉
様式は何等限定されない。また、保湿室は、その
材質が特に限定されるものではないが、水蒸気難
透過性の材質例えばガラス、金属およびプラスチ
ツク類例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹
脂等よりなるものが好ましい。 また、本発明で用いる副室は、その形状や構造
等が特に限定されるものではないが、保湿室に付
設された構造であると、装置全体を一層小型にで
きるのでより好ましい。また、副室の材質につい
ては保湿室の場合と同様な点を考慮するとよい。 また、保湿室と副室の連通部および外部と副室
の連通部は、保湿室内の気体または外気が連通口
より副室内に流入しその後副室内より連通口を経
て保湿室または外部に流出し得る構造のものであ
ればよく、連通口の位置、形状、構造および数等
については特に限定されない。しかし、これら連
通部は、連通個所を２個所設けることにより、ま
たはひとつの連通路を仕切り壁によつて複数の区
画を区切ることにより、流入用の連通口と流出用
の連通口を夫々別個に有するようにすると、気体
の流通が著しく効果的になるのでより好ましい。 また、本発明で用いる開閉切換手段は、上記の
両連通部を開閉し、保湿室内部と副室内部および
外部と副室内部の夫々の連通、遮断を切り換える
機能を有する、例えば扉構造や弁構造の手段であ
ればよいが、保湿室および外部と副室との連通口
を密閉でき遮断を完全に行なうことができる構造
のものがより好ましい。連通口の開閉機構は、手
動式のものでもモータや電磁石等により自動的に
行なう方式のものでもよい。 また、本発明で用いる水蒸気選択透過膜は、副
室の内部空間がその透過膜を介して少くとも２以
上の空間に隔てられるように副室内に設けること
が必要とされる。例えば、中空糸状の透過膜を使
用した場合には、中空糸状膜の内部及びこれに通
じる空間と中空糸状膜の外側空間とが互いに隔て
られるように透過膜を副室内に設置することが必
要とされる。また、平面状等の透過膜を使用した
場合には、平面状膜のみであるいは平面状膜と副
室の内壁とで囲まれ形成された減圧用空間が該膜
の外側空間と隔てられるように透過膜を副室内に
設置することが必要とされる。水蒸気選択透過膜
を境にして、水分の濃縮された加湿気体と水分の
除去された除湿気体を夫々生成し、これら両気体
の混合を防止するためである。また、本発明で用
いる水蒸気選択透過膜とは、膜の一方側と他方側
とにおいて水蒸気分圧差があるとき、その差圧に
よつて水蒸気が透過される膜であつて、水蒸気の
透過性が他のガス例えば空気のそれより大きいも
のをいう。この透過膜としては、例えば厚さ方向
に連通した多数個の細孔を有し、且つ細孔半径が
窒素吸着法により求めて50Å以下である層を有す
る親水性無機多孔質膜、または少くとも一部に均
質な層を有する親水性高分子膜等が利用され得
る。 親水性無機多孔質膜としては、熱処理により高
温の酸溶液に溶出する軟相と溶出しない硬相とに
分相する組成のガラス膜を軟相の酸溶出により多
孔質したガラスの多孔質膜、例えばかかる組成の
硼硅酸ナトリウムガラス、硼硅酸カリウムガラ
ス、ソーダガラス等の多孔質膜；およびその他親
水性の無機多孔体から成る膜、例えばガラス焼結
体、アルミナ焼結体、金属アルコキシド加水分解
物等の多孔質膜が使用できるが、好ましいのは上
記硼硅酸ナトリウムガラス多孔質膜である。 無機多孔質膜の細孔半径は、50Å以下、好まし
くは20Å以下で、好ましくは２Å以上である。但
し、かかる細孔は必ずしも膜全体がそうである必
要はなく、凝縮性ガスが膜の一方側から他方側へ
通過する際、該ガスの実質的に全部が孔径50Å以
下の細孔部分を通過するように、かかる細孔が分
布していればよい。例えばかかる細孔が層状に分
布していてもよい。この場合の該層厚は好ましく
は２Å以上、特に50Å以上である。また該層は平
面状、曲面状のいずれでもよい。例えば一方の表
面から0.1μｍまでは孔径20Å以下の層を有し、他
の部分は20Å以上の大きな孔径の膜厚方向に連通
する孔を有する、異方性多孔質膜を用いることが
できる。或いは細孔が膜厚方向のみ連通し、各連
通孔は互いに交差しない場合は、各連通孔が50Å
以下の孔径部分を有すればよい。この場合、孔径
50Å以下の部分が２Å以上、特に50Å以上の長さ
で存在するのが好ましい。 該膜は通常1μｍ〜５mm、好ましくは5μｍ〜１
mmの膜厚を有する。膜の形状は特に限定されるも
のではなく、平膜状、パイプ状、中空糸状および
その他であり得るが、単位容積当りの膜面積が最
も大きく且つ膜厚を薄くできる形状、例えば中空
糸の形状が望ましい。 また、親水性高分子膜はその材質が限定される
ものではなく、該高分子膜としては、ナフイオン
膜等に代表されるイオン交換膜、ポリビニルアル
コール膜および酢酸セルロース膜等が使用され得
る。また、この高分子膜は、膜全体が均質である
必要はないが、少なくとも一部に均質な層を有す
ることを要する。均質層のある膜としては、例え
ばロブ膜として知られる異方性膜や、プラズマ重
合膜を多孔質膜上に形成した複合膜なども使用す
ることができる。高分子膜は通常1μｍないし５
mm、好ましくは5μｍないし１mmの膜厚を有する
とよい。また、高分子膜の形状は特に限定され
ず、平膜状、パイプ状、中空糸状等であつてもよ
い。単位面積当りの膜面積が最も大きく且つ膜厚
を薄くすることが可能な形状であることから、例
えば中空糸形状の膜が好ましい。 また、本発明で用いる給気手段は、上記両連通
口からの水蒸気含有の気体を水蒸気選択透過膜ま
で給送する機能を有する送風器等であればよく、
その方式や形式については特に限定されない。該
手段としては、例えば、送風フアンや送風ポンプ
等が使用され得る。この水蒸気含有気体と接触す
る面は、水蒸気選択透過膜のどちらか一方側の表
面であればよく、例えば中空糸状やパイプ状の該
透過膜には膜の外周面または内周面のどちらかで
よい。また、給気手段は、給気能力が極端に低い
と、副室または保湿室内の気体の流れが悪くなる
ので、少くとも毎分当り保湿室容積の1/10以上の
流量の気流を副室内にて作り得る能力を有するも
のが好ましい。 また、本発明で用いる減圧機構は、水蒸気選択
透過膜の他方側気体を減圧する機能を有する装
置、例えば真空ポンプ等であればよい。真空ポン
プとしては、例えばダイアフラム型ポンプやベー
ン型ポンプ等が好ましい。なぜなら、この型式の
真空ポンプであると、透過膜の他方側より取り出
された気体中の水分がポンプ内部にて凝縮する虞
れが殆ど無く、また真空オイル使用の真空ポンプ
であると、該オイル中のミストが透過膜の他方側
より取り出された気体の中に混入する虞れがある
ためである。 また、本発明で用いる湿度センサは、保湿室内
部の相対湿度を好ましくは０℃〜60℃の温度範囲
にて確実に測定できるものであればよく、その型
式や構造が限定されるものではない。しかし、手
動により温度調節を行なう場合には例えば毛髪湿
度計や乾湿湿度計等が使用可能であるが、自動制
御により調湿を行なう場合には、例えば電気抵抗
を検知しその値の信号を出力する抵抗変化型セン
サ、電気容量を検知し信号を出力する容量変化型
センサ、および伸縮率の変化を測定する伸縮型セ
ンサ等が使用され得る。 また、本発明で用いる流路切換手段は、水蒸気
選択透過膜の他方側と保湿室内部および外部との
間に夫々連絡流路を形成し、その流路の切換によ
つて透過膜の他方側に得られる加湿気体を保湿室
内部または外部と通気せしめる装置であればよ
く、例えば透過膜の他方側と連通する真空ポンプ
の排気口と、保湿室内部および外部との間を夫々
ガス管等で連絡させ、かつ流路切換弁例えば三方
弁や二方弁をその連絡管の中途に接続してなるも
の等が使用され得る。三方弁を使用して連絡管を
三叉に分岐させてなる方式でも、二方弁および連
結管を夫々２個ずつ使用する方式でもよい。ま
た、流路切換弁としては、手動による制御の場合
にも自動制御の場合にもその型式が限定されるも
のではないが、自動制御の場合には例えば電気信
号により流路を自動的に切り換える型式の弁、例
えば電磁弁や隔壁往復動式弁等が好ましい。 また、本発明で用いる制御系は、下記の調湿方
法に従つて、保湿室と副室の連通口および外部と
副室の連通口の夫々の開閉を切り換え、かつ真空
ポンプ等を連続的にあるいは断続的に運転させ、
また水蒸気選択透過膜の他方側と保湿室および外
部との連絡流路を切り換え、さらに好ましくは希
釈用気体の流量を調節する機能を有するものであ
ればよい。また、下記の式(1)ないし式(3)に基づい
て制御系の機能を調整することにより、使用条
件、例えば外気の流入によつて保湿室内部の湿
度、温度等が変化しても、最適の運転状態、即ち
最大の加湿あるいは除湿効率が得られる状態を確
保するように制御することが可能である。 また、本発明で用いる気体導入手段としては、
例えば上記の流路切換手段と同様に、透過膜の他
方側と保湿室内部および外部とを夫々切換弁を介
して結ぶ連絡管等が使用され、その上好ましくは
導入される保湿室内の気体および外気の流量を調
節する流量調節弁（好ましくは上記の制御系と接
続されたもの。）を備えたものが使用される。流
量調節弁は、手動式のものも自動制御式のものも
型式が限定されるものではないが、例えば電気信
号に従つてモータ等によつて流量を自動的に変化
せしめる型式の弁が好ましい。 次に、以上の構成よりなる本発明の恒湿装置の
典型的な調湿方法を説明する。まず、最初にある
水準の湿度に調節する場合または湿度をある水準
から他の水準に変更する場合には、湿度センサに
より保湿室内部の相対湿度を測定し、この測定湿
度値に基づき、上記の加湿、除湿手順に従つて、
好ましくは制御系の作用によつて連通口の開閉、
真空ポンプ等の作動、および夫々の流路の切換を
行なつて、保湿室の内部を目的とする相対湿度と
なるまで加湿または除湿し、その後保湿室の湿度
が目的とする相対湿度に達したとき、真空ポンプ
等の作動を停止するかまたは連通口の閉鎖等によ
つて保湿室を副室とも外部とも遮断して、加湿作
用も除湿作用も行なわれなくする。保湿室内部が
外気と完全に遮断されかつ保湿室に収容された調
湿対象物や保湿室の内壁が水蒸気の発散、吸収を
全く行なわず、保湿室の湿度が経時的に変化しな
い場合には上記の調湿方法のみで十分に恒湿装置
として機能する。しかし、実際には、外気の流入
や調湿対象物の水発散、水吸収等によつて保湿室
の相対湿度が経時的に変化する場合が多く、この
湿度の経時的変化を補償する必要がある。従つ
て、保湿室の相対湿度が経時的に変化する場合に
は、例えば湿度センサにより保湿室の湿度の変化
を検出し、この湿度変化に応じて、例えば真空ポ
ンプを保湿室の湿度が目的とする相対湿度となる
まで作動させてその後停止するという真空ポンプ
の断続運転を行なうか、または真空ポンプを連続
的に作動させるが、保湿室の湿度が目的とする相
対湿度となつたとき気体の流路を保湿室内部と遮
断するように切り換えるという流路の断続切換を
行ない、保湿室を断続的に加湿または除湿する。
さらに、湿度の経時的変化がある場合には、気体
流路の切換により加湿および除湿を交互に行な
い、保湿室の湿度を一定に保つ調湿方法や、希釈
用気体を導入しその流量の調節によつて透過膜の
水蒸気透過量を調整して、保湿室の湿度変化と加
湿若しくは除湿能力とを均衡させる調湿方法や保
湿室の湿度が目的とする相対湿度に達した後にお
いては希釈用気体の流量調節によつて透過膜の水
蒸気透過作用即ち加湿若しくは除湿作用が殆ど営
まれない状態にする調湿方法等を採用してもよ
い。 本発明の恒湿装置の加湿、除湿方法は、水蒸気
選択透過膜の水蒸気透過作用に基づくものであ
る。この透過作用は水蒸気分圧差の大きさに支配
されており、従つて装置の操作条件例えば圧力、
相対湿度、および流量等の値によつて水蒸気透過
量は相当に変動する。希釈用気体を導入する場合
の透過膜の水蒸気（水）透過量は次式(1)のように
表わされる。 ｘ＝Ｃ・ＳPsat.・RH₁／100−Psat・RH₂・Ｆ／7600＋
0.5x／Ｆ＋0.5x・Ｐ…(1) ここにおいて、 ｘ：水の透過量 Ｃ：水蒸気選択透過膜の水蒸気透過速度、 Ｓ：水蒸気選択透過膜の表面の面積、 Psat：飽和水蒸気圧（cmHg）、 RH₁：水蒸気含有気体の相対湿度（％）、 RH₂：希釈用気体の相対湿度（％）、 Ｆ：希釈用気体の流量（大気圧換算）、 Ｐ：減圧気体の圧力（cmHg）。 但し、減圧気体の水蒸気分圧は、最終的に透過
する水の量の1/2量が透過した時点での水蒸気圧
とした。 上記の式(1)より、一定量の膜面積当りの水蒸気
透過量ｘは、水蒸気含有気体の相対湿度RH₁が
高い程、また希釈用気体の相対湿度RH₂が低い
程増大することがわかる。また、透過量ｘは、希
釈用気体の流量Ｆが大きい程、また減圧気体の圧
力Ｐが低い程増大することがわかる。しかし、真
空ポンプによる減圧では、一般に気体の圧力が真
空に近づく程排気量が減少する。よつて、水蒸気
透過量ｘは、希釈用気体の流量変化または減圧気
体の圧力変化に対して極大となる値を有し、そし
て水蒸気含有気体の各湿度につきその極大値を
夫々有することがわかる。従つて、使用する水蒸
気含有気体即ち保湿室内気体および外気の湿度に
応じて、気釈用気体の流量調節等を行なうことに
より、水蒸気透過量即ち加湿若しくは除湿の効率
が最大となるように、あるいは水蒸気透過作用即
ち加湿若しくは除湿が全く営まれないように恒湿
装置の運転条件を設定できることがわかる。 また、除湿運転を行なつた場合の保湿室内部の
最低到達湿度は次式(2)のように表わされる。 RH₁＝RH₂・Ｐ／76 …(2) ここにおいて、 RH₁：保湿室内部の最底到達相対湿度（％）、 RH₂：希釈用気体の相対湿度（％）、 Ｐ：減圧気体の圧力（cmHg）。 この式(2)より、保湿室内部の最低到達相対湿度
RH₁は、減圧気体の圧力Ｐが小さい程即ち希釈
用気体の流量が小さい程低くなることがわかる。
従つて、希釈用気体の流量調節によつて保湿室内
部の最低到達湿度を制御できることがわかる。 さらに、水蒸気選択透過膜の他方側に得られる
加湿気体の相対湿度は、次式(3)に従つて算出する
ことができる。 RH＝7600x＋Psat.・RH₂・Ｆ／（Ｆ＋ｘ）・Psat…(3) ここにおいて、 RH：加湿気体の相対湿度（％）、 ｘ：水蒸気透過量、 Psat：飽和水蒸気圧（cmHg）、 RH₂：希釈用気体の相対湿度（％）、 Ｆ：希釈用気体の流量。 この式(3)より、加湿気体の相対湿度RHは、希
釈用気体の流量Ｆが小さい程増大することがわか
る。また式(3)より、希釈用気体の流量等を調節す
ることにより、所望湿度の加湿気体が得られるこ
とがわかる。例えば、RHが100％以上となる条
件で恒湿装置を運転すれば、水蒸気の凝縮が生じ
て水滴を含む状態の加湿気体が得られることにな
る。 以上の式(1)ないし式(3)より明らかなように、希
釈用気体の流量調節によつて、加湿並びに除湿の
効率、保湿室内部の最低到達湿度、および加湿気
体の相対湿度を制御することができ、保湿室の湿
度を一定に保つことが可能であることがわかる。 また、本発明の恒湿装置は、加熱器や冷却器等
を本装置の構成の他に備えて温度の制御を可能と
し、恒温恒湿装置として機能するようにしてもよ
い。また、本発明の加湿機能または除湿機能のう
ちのどちらか一方のみを有する装置であつても、
加湿制御のみが必要とされる場合または除湿制御
のみが必要とされる場合において有用である。 〈実施例〉 次に、本発明の実施例を図面により説明する。 第１図ないし第３図において、実施例の恒湿装
置１は、箱型の保湿室２にこれより小型の副室３
を付設してなる。保湿室２は開閉可能な出し入れ
扉４を備え、副室３は保湿室２および外部と夫々
上下２個所にて連通している。保湿室２と副室３
の連通口５Ａ，５Ｂおよび外部と副室３の連通口
６Ａ，６Ｂは夫々互いに隣接しており、かつ開閉
切換手段としての流路切換扉７Ａ，７Ｂを回動自
在に取り付けてなる。即ち、流路切換扉７Ａ，７
Ｂが夫々連通口５Ａ，５Ｂおよび連通口６Ａ，６
Ｂのうちの一方を開きかつ他方を閉じるようにな
つており、双方の連通口の開閉を切り換えること
ができるようになつている。 また、副室３は、第２図および第３図に示すよ
うに、多数の中空糸状の水蒸気選択透過膜１０…
を水平にかつ互いに適当な間隔を設けて配置、収
容してなる。水蒸気選択透過膜１０は、厚さ方向
に即ち中空糸の半径方向に連通した多数個の細孔
を有する無機多孔質膜（例えば多孔質化した硼硅
酸ナトリウムガラス膜）を使用してなる。中空糸
状透過膜１０の両端部と副室３の外壁８並びに内
側隔壁９との間は夫々板状のシール材１２Ａ，１
２Ｂによつて閉塞されており、副室３の上下両側
空間１３Ａ，１３Ｂと左右両側空間１４Ａ，１４
Ｂとが隔てられると共に、その左側空間１４Ａと
右側空間１４Ｂが透過膜１０…の内部を介して互
いに連通してなる。左側空間１４Ａは、気体導入
手段としての連絡管１５により隔壁９内の流路切
換弁１６（三方弁である。）を経由しさらに流量
調節弁１７Ａ，１７Ｂを介して保湿室内部および
外部と夫々連絡されており、一方右側空間１４Ｂ
は減圧機構としてのダイヤフラム型真空ポンプ１
８と接続され、その上該ポンプ１８の排気口は流
路切換手段としての連絡管１９により同手段の流
路切換弁２０（三方弁である。）を介して保湿室
内部および外部と夫々連絡されている。従つて、
真空ポンプ１８の作動によつて透過膜１０…の内
部および左右両側空間１４Ａ，１４Ｂが減圧さ
れ、これにより除去された気体は切換弁２０を介
して保湿室内部または外部へ流出するようになつ
ており、その上必要により保湿室内の気体または
外気が切換弁１６を介して透過膜１０…の内部に
導入できるようになつている。また、副室３は、
給気手段としての送風フアン２１を上側空間１３
Ａに取付けてなり、フアン２１の作動によつて保
湿室内気体または外気を連通口５Ａまたは６Ａか
ら透過膜１０…に供給し、その後連通口５Ｂまた
は６Ｂより保湿室内または外部へ流出させるよう
になつている。さらに、保湿室２は、その内部に
湿度センサ２２および循環用フアン２３を設けて
なり、また該センサ２２は、流路切換扉７Ａ，７
Ｂ、流路切換弁１６，２０の開閉切換、真空ポン
プ１８の作動および流量調節弁１７Ａ，１７Ｂの
開度調整を上述の如く制御する制御系２４と接続
されている。 而して、湿度センサ２２により測定された保湿
室２の湿度が目的とする相対湿度より高い場合に
は、第４図に示すように、制御系２４の作用によ
り、流路切換扉７Ａ，７Ｂが連通口６Ａ，６Ｂを
閉じて保湿室２と副室３を連通させると共に、流
路切換弁１６，２０が流路を切り換えて透過膜１
０…の内部を外部と連絡せしめ、そして送風フア
ン２１の作動によつて保湿室内の気体を連通口５
Ａより水蒸気選択透過膜１０…に供給し膜１０の
外面に接触せしめ一方真空ポンプ１８の作動によ
つて透過膜１０…の内部を減圧して保湿室内気体
より低圧の減圧気体を透過膜１０…の内面に接触
せしめる。すると、透過膜１０の内外両面におい
て水蒸気分圧差が形成されるため、気体中の水蒸
気が膜１０…の外面より内面へ透過する。この結
果、透過膜１０の外側気体は水分が除去されたも
のとなり、その後この除湿気体は連通口５Ｂより
保湿室２内へ再び流入する。従つて、保湿室２の
内部は除湿されることになる。なお、水分の濃縮
された透過膜内部の気体は、真空ポンプ１８の作
動によつて切換弁２０を経て外部へ排出される。
また、透過膜内部に導入される希釈用外気の流量
は、調節弁１７Ｂによつて調節される。 逆に、湿度センサ２２により測定された保湿室
２の湿度が目的とする相対湿度より低い場合に
は、第５図に示すように、制御系２４の作用によ
り、切換扉７Ａ，７Ｂが連通口５Ａ，５Ｂを閉じ
て外部と副室３を連通させると共に、切換弁１
６，２０が流路を切り換えて透過膜１０…の内部
を保湿室２の内部と連絡せしめ、そして送風フア
ン２１の作動によつて外気を連通口６Ａより透過
膜１０…に供給し、一方真空ポンプ１８の作動に
よつて透過膜１０…の内部を減圧する。すると、
膜１０の内外両面における水蒸気分圧の差によつ
て気体中の水蒸気が膜１０…の外面より内面へ透
過し、この結果、透過膜１０の内部気体は水分が
濃縮されたものとなり、その後この加湿気体は真
空ポンプ１８の作動によつて切換弁２０を経て保
湿室２の内部へ流入する。従つて、保湿室２の内
部は加湿されることとなる。また、この場合膜１
０の内部に導入される希釈用気体の流量は調節弁
１７Ａによつて調節される。なお、水分の除去さ
れた透過膜１０の外側気体は、連通口６Ｂより外
部へ再び流出される。 斯くして上記の除湿または加湿を行い、保湿室
２の湿度が目的の相対湿度となつたとき真空ポン
プ１８等の作動を止め恒湿装置１の運転を停止す
る。そして、湿度が経時的に変化する場合には、
上述の調湿方法に従つて保湿室２の湿度を一定に
保つようにする。 上記の基本構成を有する次の実施例の恒湿装置
を製作しその調湿性能を調べた。 実施例 １ この恒湿装置１は、水蒸気選択透過膜１０…と
して、外径250μｍ、内径220μｍの中空糸の形状
をなし、その外表面から約1000Åまでの表層部で
は半径約６Åの細孔を有しそれよりも深い深奥部
では半径12Åの細孔を有する異方性多孔質ガラス
500本を備えてなる。即ち、有効面積は260cm²であ
る。また、保湿室２は容量50のアクリル樹脂製
ハウジングを使用し、流路切換扉７Ａ，７Ｂおよ
び流路切換弁１６，２０は電磁開閉式の扉や弁を
使用し、また流量調節弁１７Ａ，１７Ｂは手動式
ニードルバルブを使用してなる。そして、外気お
よび保湿室内の気体として温度25℃、相対湿度36
％の空気を使用し、希釈用気体の流量が1.6／
分となるようにかつ中空糸状膜１０の内部圧力
（減圧気体の圧力）が11.5cmHgとなるように設定
して、上記の調湿操作に従つて恒湿装置１の除湿
運転、続いて加湿運転最後に除湿運転を行なつ
た。この運転中湿度センサ２２により測定された
保湿室２の相対湿度の経時変化を第６図に示す。
この図より、実施例１の恒湿装置は、保湿室２の
相対湿度を13％から95％までの広範囲に亘つて変
化させることができることがわかる。 また、この恒湿装置１の保湿機能を調べてみ
た。制御系２４は、湿度センサ２２による測定湿
度値が設定値より高い場合には上記の除湿動作を
行なわしめ、一方測定湿度値が設定値より低い場
合には上記の加湿動作を行なわしめ、そして測定
湿度値が設定値に達したとき装置全体の運転を停
止し、さらにその後の経過において測定湿度値が
設定値の±0.1％の範囲を越えて変化したときに
は真空ポンプ等を自動的に起動させ測定湿度値が
設定値に達するまで作動せしめる機能を有するも
のを使用した。そして、保湿室内気体および外気
として温度25℃、相対湿度34％の空気を使用し、
希釈用気体の流量が1.6／分となるようにかつ
減圧気体の圧力が11.5cmHgとなるように設定し
て、装置を運転させ、目的とする相対湿度を20
％、50％、75％および40％の順に設定変更し、そ
して各設定湿度に達した後約30分間設定値をその
ままに保つた。湿度センサ２２により得られた保
湿室２の湿度経過を第７図に示す。この図より、
実施例１の恒湿装置は、設定湿度値が高くとも低
くとも、あるいはそれが広範囲に亘つて変化して
も、常に保湿室の湿度を±0.2％以内の高い精度
で一定に保つことができることがわかる。 次に、上記の如き中空糸状多孔質ガスの透過膜
１０の水蒸気透過試験を行なつた。この試験は、
細孔半径が異なる各種の中空糸状多孔質ガラスを
使用し、相対湿度60％、温度25℃の空気を各中空
糸状ガラスの外面に吹き付けると共に、該中空糸
状ガラスの内部を減圧し、このガラスを透過した
水蒸気を五酸化リンによつて捕捉し、そのリン化
合物の重量変化より透過水蒸気量を測定して水蒸
気透過速度を決定し、一方減圧用の真空ポンプか
ら排出される空気の量より空気透過速度を求める
という方法により行なつた。なお、透過水蒸気の
流量が少ないときには置換用気体を中空糸状ガラ
スの内部に流すという手段を取つた。これらの結
果を下記の第１表に示す。

【表】 第１表より、細孔半径が50Åを越えると、分離
率が極めて小さくなり水蒸気選択透過膜としての
実用性に劣るようになることがわかる。従つて、
上記の多孔質ガラス製透過膜は、細孔半径が50Å
以下であることが好ましい。また、同表より、細
孔半径が小さい程水蒸気の選択分離特性が向上す
るという傾向がみられるが、細孔半径の最も小さ
い透過膜が全てにおいて有利であるわけではな
く、細孔半径が50〜20Åと相対的に大きい透過膜
であつても、使用目的や使用条件によつては、例
えば空気の浄化など空気透過量の多いことが求め
られる場合にあつては有利になる。 〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の恒湿装置は、透
過膜による水蒸気分離現象を利用した調湿器を備
え、そこで生成される加湿、除湿気体のうちの一
方を流路の切換によつて調湿対象の部屋に給送す
る装置であり、外気の湿度等によつて制限される
ことなく調湿対象の部屋の湿度を乾燥状態から湿
潤状態までの広い湿度範囲に亘つて調節でき、し
かもその湿度を高い精度で一定に保つことができ
る。また、冷却器や加熱器等が不要であり、装置
を格段に小型化でき、しかも温度変化による悪影
響が生じない。その上、水の補給が要らず、かつ
乾燥剤等も不要であり、長期間の連続運転が可能
でありしかも微生物の繁殖等の不具合も起きな
い。さらに、装置の構造が簡単であり、また耐久
性の面においても有利である。従つて、本発明の
恒湿装置は、理化学実験用、製品検査用、および
美術工芸品の保存用等として、広範な用途に利用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の恒湿装置を示す断面
図、第２図は第１図の恒湿装置の主要部を示す断
面図、第３図は第２図の−線における端面
図、第４図および第５図は除湿時および加湿時に
おける第１図の恒湿装置を夫々示す図、第６図お
よび第７図は第１図の装置の恒湿性能を夫々示す
図である。 図中、１…恒湿装置、２…保湿室、３…副室、
７Ａ，７Ｂ…流路切換扉（開閉切換手段）、５Ａ，
５Ｂ…保湿室と副室の連通口、６Ａ，６Ｂ…外部
と副室の連通口、１０…水蒸気選択透過膜、１８
…真空ポンプ（減圧機構）、｛１５，１９…連絡
管、１６，２０…流路切換弁｝流路切換手段、２
１…送風フアン（給気手段）、２２…湿度センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 保湿室と、該保湿室および外部と夫々連通す
   る副室と、前記保湿室と副室の連通口および外部
   と副室の連通口のうちの一方を開きかつ他方を閉
   じるようにこれら両連通口の開閉を切り換える開
   閉切換手段と、前記副室内に設けられた水蒸気選
   択透過膜と、前記連通口からの水蒸気含有の気体
   を該透過膜の一方側に供給する給気手段と、前記
   透過膜の他方側気体を減圧する減圧機構と、前記
   透過膜の他方側と前記保湿室および外部との間の
   双方の連絡流路を、その一方を通じかつ他方を絶
   つように切り換えて、前記透過膜の他方側に得ら
   れる加湿気体を保湿室または外部と通気せしめる
   流路切換手段と、前記保湿室の湿度を測定する湿
   度センサを備えてなることを特徴とする恒湿装
   置。 ２ 湿度センサにより得られる保湿室の湿度情報
   に従つて開閉切換手段、減圧機構および流路切換
   手段を自動的に作動させて、前記保湿室の湿度を
   制御する制御系を備えてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の恒湿装置。 ３ 希釈用気体として保湿室内の気体または外気
   を水蒸気選択透過膜の他方側気体の中に導入する
   気体導入手段を備えてなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の恒湿装置。