JPS61252441A - 恒湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
亘って設定でき、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。よって、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ｔこ備えた構造のものであった。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っても水の
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っては、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っては、
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ーの手段として、
吸湿剤例えば五酸化リンによっ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放牧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、小型であって
広範器に亘っ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、よってこれら真気体
を流路の切換によっ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
った。

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
通口上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速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、開閉切換手段によって副
室と外部を連通させかつ保湿室をこれらと遮り、給気手
段例えば送風ファンによっ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って水蒸気選択透過
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。従って、流路切換手段によって前
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、開閉切換手段によって副室と保湿室を
連通させかつ外部をこれらと遮り、給気手段によって水
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、一方減圧機構によっ
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って保湿室内気体中
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。従って、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って
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。

従って、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って保湿室
を加湿し、一方的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っ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１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って開閉切換手段、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、−万障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。従って、上記の制御系は一透過膜の他方側
に導入される希釈用気体の光景を湿度センサからの情報
に従って自動調節する模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、開閉可能な鵬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
閉様式は同等限定されない。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ック類例えばアク
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って複数の区
画に区切ることにより、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右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６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層の外側空間と
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、その差圧によっ
て水蒸気が透過される膜であって、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５０Ａ
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
液に溶出する軟和と溶出しない硬相とに分相する組成の
ガラス膜を軟和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、５０Ａ以下、好ある。但し
、かかる細孔は必ずしも裏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５０Ａ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５０八以上である。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２０Ａ以下の層を有し
、他の部分は２０Ａ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５゜Ａ以下の孔径部分を
有すればよい。この場合、以上の長さで存在するのが好
ましい。

該層は通常１μｍ〜５Ｍ、好ましくは５μｎｙ−１−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、ナフィ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、
裏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／ｗ、好まし
くは５顯ξいし１＋ｗ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
空糸状等であってもよい。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、上記両速通口からの
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
ファ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／、。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榛構は、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
電気抵抗を検卸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っ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１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、下記の調湿一方法に従
って、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ｌこ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って保湿室内部の湿
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１１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、１ｉ１節弁（好まし
くは上記の制御系と接綬されたもの。）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ってモータ等によって流量を自動的
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
順に従って、好ましくは制御系の作用によって連通口の
開閉、真空ポンプ等の作動、および夫々の流路の切換を
行なって、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り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
よっ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。従って
、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
止するという真亜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っ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
によっ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りて透過膜の
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、従って装置
の操作条件例えば圧力、相対湿度、および流量等の値に
より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体）透過量は次式（１１の
ように表わされる。

ここにおいて、 ２：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（ｍＨ，＠）、ＲＨ，：水蒸気
含有気体の相対湿度（至）、Ｒ）ｌ、　：希釈用気体の
相対湿度（財）、Ｆ：希釈用気体の流量（大気圧換算）
、Ｐ：減圧気体の圧力（ｔｘ　Ｈ，！ｉ’）。

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４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運過
量２は、水蒸気含有気体の相対湿度ＲＨ。

が高い程、また希釈用気体の相対湿度ＲＨｔが低い程増
大することがわかる。また、透過量２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
。よって、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。従って、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、除湿運転を行なっ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！ＲＨ！ＩＩＰ／７６　・・・（２）ここにおい
て、 ＲＨ，：保湿室内部の最低到達相対湿度（財）、Ｒ）Ｉ
、　：希釈用気体の相対湿度（至）。

Ｐ　：減圧気体の圧力（傷Ｈｇ）。

この式（２）より、保湿室内部の最低到達相対湿度ＲＨ
，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。従って、希釈用気
体の流量調節によっ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）に従って算出することができ
る。

ここにおいて、 ＲＨ：加湿気体の相対湿度（％）、 Ｓ　＝水蒸気透過量、 Ｐｓａｔ　：飽和水蒸気圧（ｃｍ　Ｈｇ）、ＲＨｔ　：
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って、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ｊ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
する装置であっても、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Ｍ１は、
箱型の保湿室２にこれより小型の副室３を伺設してなる
。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ｌこて連通してい
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６７Ａ、７Ｂを回動
自在に取り付けてなる。即ち、流路切換ｉ７Ａ、７Ｂが
夫々連通口５Ａ、　５Ｂおよび連通口６Ａ、　６ｆ３の
うちの一方を開きかつ他方を閉じるようになっており、
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
っている。

また、副室５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、１２
Ｂによって閉塞されており、副室３の上下両側空間１３
Ａ、１３Ｂと左右両側空間１４Ａ、１４Ｂとが隔てられ
ると共に、その左側空間１４Ａ　と右側空間１４３３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、　１７　Ｂを介して保湿
室内部および外部と夫々連絡されており、一方布側空間
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、その上肢ポンプ１ａの排ｚ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。従って、真空ポンプ１８の作動によ
って透過膜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
っており、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
きるようになっている。また、副室５は、給気手段とし
ての送風ファン２１を上側空間１３Ａに増刊けてなり、
ファン２１の作動によっ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
出させるようになっている。

さらに、保湿室２は、その内部に湿度センサ２２および
循環用ファン２５を設けてなり、また該センサ２２は、
流路切換扉７Ａ、７Ｂ、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、１
７Ｂ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１０・・
・の内部を外部と連絡せしめ、そして送風ファン２１の
作動によって保湿室内の気体を連通口５Ａ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１Ｂの作動によって透過膜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
′ｌａ、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。従って、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の作動によって切換
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によって調
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１６．２０が流路を切り換えて透過膜１
０・・・の内部を保湿室２の内部と連絡せしめ、そして
送風ファン２１の作動によって外気を連通口６Ａより透
過膜１０・・・に供給し、一方真空ポンプ１８の作動に
よって透過膜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
っ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
の作動によって切換弁２０を経て保湿室２の内部へ流入
する。

従って、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１０の内部に導入される希釈用気体の流量
は調節弁１７Ａによって調節される。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ったとき真空ポンプ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って保湿
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・・・とじて
、外径２５０μｍ１内径２２０μｍの中空糸の形状をな
し、その外表面から約１００ＯＡまでの表層部では半径
的６Ａの細孔を有しそれよりも深い深奥部では半径１２
Ａ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２６０６１１”である。また、
保湿室２は容量５０１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１６．２
０は電磁開閉式の扉や弁を使用し、また流量調節弁１７
Ａ、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．
６１７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１１．５ＣＩＬＨ１１となるように
設定して、上記の調湿操作に従って恒湿装置１の除湿運
転、続いて加湿運転最後に除湿運転を行なった。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
での広範囲に亘っ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、−力測定湿
度値だ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±（１１％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５４％の空気を使用し、希釈用気体の流量が１
．　ａ　ｌ　７分となるようにかつ減圧気体の圧力が１
１．５　ｃｍ　Ｈｇ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った。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っ
て変化しても、常に保湿室の湿度を土α２％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った。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って捕捉し、
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った。

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った。これ
らの結果を下記の第１表に示す。

第１表 中空糸状多孔質ガラス製の水蒸気選択 透過膜の気体透過特性 ａ）窒素吸着法より求めた値 ｂ）中空糸状多孔質ポリプロピレン（対照透過膜） Ｃ）気体状態での換算値 第１表より、細孔半径が５ＯＡ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。

従って、上記の、多孔質ガラス製透過膜は、細孔半径が
５０Ａ以下であることが好ましい。また、同表より、細
孔半径が小さい和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〜
２ｏ＾と相対的に大きい透過膜であっても、使用目的や
使用条件によっては、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っては有利になる。

〈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ｉこ
よる水蒸気分離現象を利用した調湿ｄ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
って調湿対象の部屋に給送する装置であり、外気の湿度
等によっ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りて調節
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。従って、
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Ｉ−１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・・・流路切換罪（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） ２１・・・送風ファン（給気手段） ２２・・・湿度センサ 特許出願人　株式会社　豊田中央研究所代理人　弁理士
　萼　　　　優　美ばか１名第１図 １・・・＠：Ｊ１芙Ｉ ２・・・保３１１ｔ’！− ３・・・＃ｌＪ宣 ５Ａ５Ｂ・・保ｊ星！と纏り宣の芝垣口６４６Ｂ・・外
部上側室の遭芝ロ アＡ７Ｂ・・流路切硬扉 １０・・・水黒気逗択透過頴 １５１９・・・芝井管 １６２０・・・流井切撲押 １７Ａ１７Ｂ−Ａ　ｌ　ｔ１節弁 １８・・・真空ポン７ Ｚ・・・遮風ファン η・・・温度乞ンザ 私・・・＃ＪＩｌ）糸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （２）湿度センサにより得られる保湿室の湿度情報に従
   って開閉切換手段、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. （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。