WO2024090131A1 - 除湿デバイス、除湿デバイス用ヒーターエレメント及び車室除湿システム - Google Patents

除湿デバイス、除湿デバイス用ヒーターエレメント及び車室除湿システム Download PDF

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WO2024090131A1
WO2024090131A1 PCT/JP2023/035483 JP2023035483W WO2024090131A1 WO 2024090131 A1 WO2024090131 A1 WO 2024090131A1 JP 2023035483 W JP2023035483 W JP 2023035483W WO 2024090131 A1 WO2024090131 A1 WO 2024090131A1
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WO
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dehumidifying
dehumidifying device
electrode
honeycomb structure
face
Prior art date
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PCT/JP2023/035483
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊樹 岩月
由紀夫 宮入
昌明 桝田
拓哉 中島
徹 早瀬
浩文 山口
Original Assignee
日本碍子株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26Drying gases or vapours
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic

Definitions

  • the present invention relates to a dehumidifying device, a heater element for a dehumidifying device, and a vehicle interior dehumidifying system.
  • a dehumidifying device that reduces the humidity in the vehicle cabin by adsorbing moisture in the vehicle cabin to a dehumidifying material in a dehumidifier, and heats the air to a high temperature using a heating device disposed upstream of the dehumidifier, and then circulates the air through the dehumidifier to release moisture outside the vehicle and regenerate the dehumidifying material in the dehumidifier (see, for example, Patent Document 1).
  • the heating device used in this dehumidifying device uses a heater element that utilizes Joule heat, or the like.
  • heater elements that utilize Joule heat tend to be large, taking up space inside the vehicle. For this reason, it is desirable to use a more compact heater element.
  • heater elements equipped with a honeycomb structure that has PTC characteristics are advantageous because they can increase the heat transfer area per unit volume and prevent excessive heat generation (for example, Patent Document 2).
  • Patent No. 6513170 International Publication No. 2020/036067
  • Existing dehumidification devices have a heating device (heater element) installed upstream of the dehumidifying material, which requires space to accommodate both the dehumidifying material and the heating device, making them prone to becoming large. Furthermore, existing dehumidification devices indirectly heat the dehumidifying material that has adsorbed moisture with air heated by the heating device, which means that the efficiency of regenerating the dehumidifying material is insufficient. Furthermore, depending on the type of dehumidifying material used in the dehumidifying device, the temperature at which the adsorbed moisture can be released may be high, which may require a large amount of electricity to increase the heating temperature.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a dehumidifying device that has high regeneration efficiency of the desiccant and can be made compact and consume less power, a heater element for the dehumidifying device that is useful for producing this dehumidifying device, and a vehicle interior dehumidifying system equipped with this dehumidifying device.
  • the present invention is exemplified as follows.
  • a honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall to define a plurality of cells that become flow paths extending from a first end face to a second end face, at least the partition walls being made of a material having a PTC characteristic; and a heater element including a pair of electrodes provided on the honeycomb structure; a dehumidifying material-containing layer provided on a surface of the partition wall and containing a dehumidifying material having a water release temperature of 30 to 70°C.
  • dehumidifying device any one of (1) to (3), wherein the dehumidifying material is one or more selected from aluminosilicates, silica gel, silica, graphene oxide, polymer adsorbents, polystyrene sulfonic acid, and metal-organic frameworks.
  • the dehumidifying material is one or more selected from aluminosilicates, silica gel, silica, graphene oxide, polymer adsorbents, polystyrene sulfonic acid, and metal-organic frameworks.
  • a dehumidifying device according to any one of (1) to (4), in which the material having PTC properties is mainly composed of barium titanate.
  • the barium titanate has the following properties [i] to [iii]: [i] (Ba1 -xySrxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.15 to 0.25, and y is 0.0001 to 0.01). [ii] (Ba1 -xySnxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.05 to 0.15, and y is 0.0001 to 0.01). [iii] (Ba1 -xyZrxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.12 to 0.18, and y is 0.0001 to 0.01).
  • a dehumidifying device according to any one of (1) to (6), wherein the dehumidifying material-containing layer further contains an antibacterial material.
  • the antibacterial material is one or more selected from a visible light responsive photocatalyst, silver, copper, and zinc.
  • a honeycomb structure including an outer peripheral wall, and partition walls disposed inside the outer peripheral wall and defining a plurality of cells that become flow paths extending from a first end face to a second end face, the partition walls being made of a material having a PTC characteristic, and a pair of electrodes provided on the honeycomb structure,
  • the material having PTC properties has a Curie point of 30 to 70° C., and is used as a heater element for a dehumidifying device.
  • the barium titanate has the following properties [i] to [iii]: [i] (Ba1 -xySrxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.15 to 0.25, and y is 0.0001 to 0.01). [ii] (Ba1 -xySnxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.05 to 0.15, and y is 0.0001 to 0.01). [iii] (Ba1 -xyZrxAy ) TiO3 ( wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.12 to 0.18, and y is 0.0001 to 0.01).
  • the heater element for a dehumidifying device according to (12) which is one or more selected from the following:
  • a dehumidifying device according to any one of (1) to (10), a battery capable of applying a voltage to the dehumidification device; an inlet pipe communicating between a vehicle interior and an inlet of the dehumidifying device; an outlet pipe communicating an outlet of the dehumidifying device with the vehicle interior and the outside of the vehicle; a switching valve provided in the outflow piping and capable of switching the flow of air passing through the outflow piping to the vehicle compartment or to the outside of the vehicle.
  • the present invention provides a dehumidifying device that has high regeneration efficiency of the desiccant and can be made compact and consume less power, a heater element for the dehumidifying device that is useful for producing the dehumidifying device, and a vehicle interior dehumidifying system that includes the dehumidifying device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a first end face side of a dehumidifying device according to one embodiment of the present invention. This is a schematic diagram of a cross section taken along line a-a' in Figure 1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a first end face side of a dehumidifying device according to another embodiment of the present invention. This is a schematic diagram of a cross section taken along line a-a' in Figure 3.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle compartment dehumidification system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle compartment dehumidification system according to another embodiment of the present invention.
  • a dehumidifying device comprises a honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall to define a plurality of cells that serve as flow paths extending from a first end face to a second end face, with at least the partition walls being made of a material having PTC (Positive Temperature Coefficient) characteristics; a heater element including a pair of electrodes provided on the honeycomb structure; and a dehumidifying material-containing layer provided on a surface of the partition walls and containing a dehumidifying material having a water release temperature of 30 to 70°C.
  • the "water release temperature" of a desiccant means the temperature at which the moisture adsorbed in the desiccant can be released.
  • the dehumidifying device can be miniaturized by being configured as described above, since the space for arranging the dehumidifying material separately from the heater element can be omitted.
  • the dehumidifying material-containing layer can be directly heated by the heater element, the regeneration efficiency of the dehumidifying material can be improved.
  • the water release temperature of the dehumidifying material contained in the dehumidifying material-containing layer is controlled, the amount of electricity required to increase the heating temperature can be reduced.
  • a heater element for a dehumidifying device includes a honeycomb structure having an outer peripheral wall and partition walls arranged inside the outer peripheral wall and defining a plurality of cells which serve as flow paths extending from a first end face to a second end face, at least the partition walls being made of a material having PTC characteristics, and a pair of electrodes provided on the honeycomb structure, wherein the material having PTC characteristics has a Curie point of 30 to 70°C.
  • the vehicle compartment dehumidification system comprises the dehumidification device, a battery capable of applying a voltage to the dehumidification device, an inlet pipe connecting the vehicle compartment with an inlet of the dehumidification device, an outlet pipe connecting the outlet of the dehumidification device with the vehicle compartment and the outside of the vehicle, and a switching valve provided in the outlet pipe and capable of switching the flow of air passing through the outlet pipe to the vehicle compartment or the outside of the vehicle.
  • the vehicle compartment dehumidifying system according to the embodiment of the present invention, configured as described above, can be made smaller and consume less power.
  • the dehumidifying device according to the embodiment of the present invention can be suitably used to adjust the indoor humidity in various vehicles such as automobiles.
  • vehicles include, but are not limited to, automobiles and trains.
  • automobiles include, but are not limited to, gasoline vehicles, diesel vehicles, gas-fueled vehicles that use CNG (compressed natural gas) or LNG (liquefied natural gas), fuel cell vehicles, electric vehicles, and plug-in hybrid vehicles.
  • CNG compressed natural gas
  • LNG liquefied natural gas
  • the dehumidifying device according to the embodiment of the present invention can be suitably used in vehicles that do not have an internal combustion engine, such as electric vehicles and trains.
  • the dehumidification device according to the embodiment of the present invention can also be used to adjust the indoor humidity in buildings such as homes, offices, factories, stores, and warehouses, as well as in vehicles such as ships and airplanes.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a first end face side of a dehumidifying device 100 according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a cross section taken along line aa' in Fig. 1.
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a first end face side of a dehumidifying device 100 according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a schematic diagram of a cross section taken along line aa' in Fig. 3.
  • the dehumidifying device 100 includes a honeycomb structure having an outer peripheral wall 101 and partition walls 102 disposed inside the outer peripheral wall 101, a heater element including a pair of electrodes (a first electrode 110a and a second electrode 110b) provided on the honeycomb structure, and a dehumidifying material-containing layer 120 provided on the surface of the partition wall 102.
  • the partition wall 102 defines a plurality of cells 104 serving as flow paths extending from a first end face 103a to a second end face 103b.
  • honeycomb structure The shape of the honeycomb structure is not particularly limited as long as it has an outer peripheral wall 101 and partition walls 102 arranged inside the outer peripheral wall 101 and partitioning a plurality of cells 104 that become flow paths extending from a first end face 103a to a second end face 103b.
  • the outer shape of a cross section perpendicular to the extension direction of the flow path of the honeycomb structure can be a polygon (a quadrangle (rectangle, square), pentagon, hexagon, heptagon, octagon, etc.), a round shape (a circle, an ellipse, an oval, an egg shape, an oval, a rounded quadrangle (each side and each corner is formed by a curve, the radius of curvature of each side is larger than the radius of curvature of each corner, and a quadrangle formed by curves overall), etc.).
  • the corners may be chamfered.
  • the dehumidifying device 100 of Figs. 1 and 2 shows an example in which the outer shape of the cross section of the honeycomb structure is circular, and the outer shape of the honeycomb structure as a whole is cylindrical.
  • the dehumidifying device 100 of Figs. 3 and 4 shows an example in which the outer shape of the cross section of the honeycomb structure is rectangular with R-chamfered edges, and the outer shape of the honeycomb structure as a whole is a square pillar with R-chamfered edges.
  • the opening shape of the cells 104 is not particularly limited, but may be polygonal (quadrilateral (rectangle, square), pentagon, hexagon, heptagon, octagon, etc.), round (circular, elliptical, oval, egg, oval, etc.), etc. in a cross section perpendicular to the direction in which the flow path of the honeycomb structure extends. These shapes may be a single shape or a combination of two or more shapes. Among these shapes, a quadrangle or hexagon is preferable. By providing cells 104 of such a shape, it is possible to reduce pressure loss when air flows. When the opening shape of the cells 104 is polygonal, the corners may be rounded. In the dehumidifying device 100 of Figures 1 to 4, a case in which the opening shape of the cells 104 of the honeycomb structure is square is shown as an example.
  • the honeycomb structure may be a honeycomb joint having a plurality of honeycomb segments and a joint layer that joins the outer peripheral surfaces (the outer peripheral surfaces parallel to the direction in which the flow passages of the honeycomb segments extend) of the plurality of honeycomb segments.
  • the joint layer can be formed using a joint material.
  • the joint material is not particularly limited, but a paste made by adding a solvent such as water to a ceramic material can be used.
  • the joint material may contain a material having PTC properties, or may contain the same material as the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102. In addition to the role of joining the honeycomb segments, the joint material can also be used as an outer peripheral coating material after joining the honeycomb segments.
  • the thickness, cell density, and cell pitch (or the opening ratio of the cells 104) of the partition walls 102 are appropriately determined taking into consideration the strength of the honeycomb structure, the reduction of pressure loss when air passes through the cells 104, the amount of dehumidifying material-containing layer 120 supported, the contact area with the air flowing within the cells 104, the electrical resistance between the end faces, etc.
  • the "thickness of the partition wall 102" refers to the length of a line segment that crosses the partition wall 102 when the line segment connects the centers of gravity of adjacent cells 104 in a cross section perpendicular to the extension direction of the flow channel.
  • the thickness of the partition wall 102 refers to the average value of the thicknesses of all the partition walls 102.
  • the "cell density” is a value obtained by dividing the number of cells by the area of one end face of the honeycomb structure (the total area of the partition walls 102 and the cells 104 excluding the outer peripheral wall 101).
  • the "cell pitch” refers to a value calculated by the following calculation. First, the area per cell is calculated by dividing the area of one end face of the honeycomb structure (the total area of the partition walls 102 and the cells 104 excluding the outer peripheral wall 101) by the number of cells. Next, the square root of the area per cell is calculated, and this is defined as the cell pitch.
  • the "opening ratio of the cells 104" refers to a value obtained by dividing the total area of the cells 104 partitioned by the partition walls 102 in a cross section perpendicular to the extension direction of the flow paths of the honeycomb structure by the area of one end face (the total area of the partition walls 102 and the cells 104 excluding the outer peripheral wall 101). Note that, when calculating the opening ratio of the cells 104, layers provided on the partition walls 102, such as the pair of electrodes (first electrode 110a and second electrode 110b) and the dehumidifying material-containing layer 120, are not taken into consideration.
  • the thickness of the partition wall 102 is 0.180 mm or less, the cell density is 100 cells/ cm2 or less, and the cell pitch is 1.0 mm or more. In a preferred embodiment, the thickness of the partition wall 102 is 0.150 mm or less, the cell density is 95 cells/ cm2 or less, and the cell pitch is 1.2 mm or more. In a more preferred embodiment, the thickness of the partition wall 102 is 0.120 mm or less, the cell density is 90 cells/ cm2 or less, and the cell pitch is 1.3 mm or more.
  • the lower limit of the thickness of the partition walls 102 is preferably 0.010 mm or more, more preferably 0.020 mm or more, and even more preferably 0.030 mm or more.
  • the lower limit of the cell density is preferably 30 cells/cm2 or more, more preferably 35 cells/ cm2 or more, and even more preferably 40 cells/ cm2 or more.
  • the upper limit of the cell pitch is preferably 2.0 mm or less, more preferably 1.8 mm or less, and even more preferably 1.6 mm or less.
  • the thickness of the partition walls 102 is 0.08 mm to 0.36 mm, the cell density is 2.54 cells/cm 2 to 140 cells/cm 2 , and the opening ratio of the cells 104 is 0.70 or more.
  • the thickness of the partition walls 102 is 0.09 mm to 0.35 mm, the cell density is 15 cells/cm 2 to 100 cells/cm 2 , and the opening ratio of the cells 104 is 0.75 or more.
  • the thickness of the partition walls 102 is 0.10 mm to 0.30 mm, the cell density is 20 cells/cm 2 to 90 cells/cm 2 , and the opening ratio of the cells 104 is 0.77 or more.
  • the upper limit of the opening ratio of the cells 104 is preferably 0.94 or less, more preferably 0.92 or less, and even more preferably 0.90 or less.
  • the thickness of the outer peripheral wall 101 is not particularly limited, but is preferably determined based on the following viewpoints.
  • the thickness of the outer peripheral wall 101 is preferably 0.05 mm or more, more preferably 0.06 mm or more, and even more preferably 0.08 mm or more.
  • the thickness of the outer peripheral wall 101 is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, even more preferably 0.4 mm or less, and even more preferably 0.3 mm or less.
  • the thickness of the outer peripheral wall 101 refers to the length in the normal direction of the outer peripheral surface from the boundary between the outer peripheral wall 101 and the outermost cell 104 or partition wall 102 to the outer peripheral surface of the honeycomb structure in a cross section perpendicular to the extension direction of the flow path.
  • the honeycomb structure in the direction in which the flow channels extend and the cross-sectional area perpendicular to the direction in which the flow channels extend, and these may be adjusted according to the required size of the dehumidification device 100.
  • the honeycomb structure when used in a compact dehumidification device 100 while ensuring a predetermined function, may have a length in the direction in which the flow channels extend of 2 to 50 mm, typically 5 to 50 mm, and a cross-sectional area perpendicular to the direction in which the flow channels extend of 30 to 400 cm 2 , typically 50 to 150 cm 2 .
  • the partition walls 102 that make up the honeycomb structure are made of a material that can generate heat when electricity is passed through them, specifically, a material that has PTC properties. If necessary, the outer peripheral wall 101 may also be made of a material that has PTC properties, just like the partition walls 102.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 is provided on the partition 102, it is possible to directly heat the dehumidifying material-containing layer 120 by heat transfer from the heat-generating partition 102 (and the outer peripheral wall 101, if necessary).
  • materials with PTC properties have the property that when the temperature rises and exceeds the Curie point, the resistance value rises suddenly and it becomes difficult for electricity to flow. Therefore, when the heater element becomes hot, the partition 102 (and the outer peripheral wall 101, if necessary) limits the current flowing therethrough, thereby suppressing excessive heat generation by the heater element. Therefore, it is also possible to suppress thermal deterioration of the dehumidifying material-containing layer 120 caused by excessive heat generation.
  • the lower limit of the volume resistivity of a material having PTC characteristics at 25°C is preferably 0.1 ⁇ cm or more, more preferably 0.5 ⁇ cm or more, even more preferably 1 ⁇ cm or more, and even more preferably 2 ⁇ cm or more, from the viewpoint of obtaining appropriate heat generation.
  • the upper limit of the volume resistivity of a material having PTC characteristics at 25°C is preferably 50 ⁇ cm or less, preferably 30 ⁇ cm or less, more preferably 18 ⁇ cm or less, and even more preferably 16 ⁇ cm or less, from the viewpoint of generating heat at a low driving voltage.
  • the range of the volume resistivity of a material having PTC characteristics at 25°C can be, for example, 0.1 ⁇ cm to 50 ⁇ cm.
  • the volume resistivity of a material having PTC characteristics at 25°C is measured in accordance with JIS K6271:2008.
  • the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 are preferably made of a material mainly composed of barium titanate (BaTiO 3 ), and more preferably made of ceramics composed of a material mainly composed of barium titanate (BaTiO 3 )-based crystal particles in which part of Ba is replaced with a rare earth element.
  • the term "main component” means a component whose proportion of the total components exceeds 50 mass %.
  • the content of BaTiO 3 -based crystal particles can be determined by fluorescent X-ray analysis. Other crystal particles can also be measured in the same manner.
  • composition formula of BaTiO3 -based crystal particles in which a portion of Ba is replaced by a rare earth element can be expressed as (Ba1 -xAx ) TiO3 , where A represents one or more rare earth elements and 0.0001 ⁇ x ⁇ 0.010.
  • A is not particularly limited as long as it is a rare earth element, but is preferably one or more selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Y and Yb, and more preferably La.
  • x is preferably 0.001 or more, more preferably 0.0015 or more, from the viewpoint of suppressing the electrical resistance at room temperature from becoming too high.
  • x is preferably 0.009 or less, from the viewpoint of suppressing the electrical resistance at room temperature from becoming too high due to insufficient sintering.
  • the content of BaTiO3 -based crystal particles in the ceramics, in which a part of Ba is replaced by a rare earth element is not particularly limited as long as it is the amount that is the main component, but is preferably 90 mass% or more, more preferably 92 mass% or more, and even more preferably 94 mass% or more.
  • the upper limit of the content of BaTiO3 -based crystal particles is not particularly limited, but is generally 99 mass% or less, preferably 98 mass% or less.
  • the material used for the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 contains substantially no lead (Pb).
  • the Pb content of the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 is preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.001% by mass or less, and even more preferably 0% by mass.
  • the Pb content of the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102, converted to PbO is preferably less than 0.03% by mass, more preferably less than 0.01% by mass, and even more preferably 0% by mass.
  • the lead content can be determined by ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry).
  • the Curie point of the material that constitutes the outer wall and partition is generally a high temperature of 100°C to 300°C.
  • a dehumidifying material with a water release temperature in this temperature range is used in the dehumidifying material-containing layer.
  • this dehumidifying material requires a high temperature of 100°C or more to release and regenerate the adsorbed moisture, which requires a large amount of power.
  • the battery consumes more power, and the driving range of an electric vehicle, for example, is reduced.
  • high temperatures of 100°C or more can have a thermal effect on the casing parts that house the heater element and other surrounding parts, which can affect their function and durability.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 used in the dehumidifying device 100 uses a dehumidifying material with a water release temperature of 30 to 70°C
  • the Curie point of the material constituting the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 can also be made low.
  • the Curie point of the material constituting the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 is preferably 30°C or higher, more preferably 40°C or higher, and even more preferably 50°C or higher, from the viewpoint of efficiently heating the dehumidifying material-containing layer 120.
  • the Curie point is preferably 70°C or lower, more preferably 60°C or lower, and even more preferably 50°C or lower, from the viewpoint of safety as a part placed indoors, particularly in the vehicle cabin or near the vehicle cabin, and reducing the amount of power required. Therefore, the Curie point range of the material constituting the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 can be, for example, 30°C to 70°C. The Curie point of the material constituting the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 may be 100° C. or higher. However, in order to use the material in the dehumidifying device 100, it is necessary to control the amount of power so that the heating temperature of the dehumidifying material-containing layer 120 does not become too high.
  • the Curie point of the material constituting the outer peripheral wall 101 and the partition wall 102 can be adjusted by the type and amount of the shifter added.
  • the Curie point of barium titanate ( BaTiO3 ) is about 120°C, but by substituting part of the Ba and Ti with one or more of Sr, Sn, and Zr, the Curie point can be shifted to a lower temperature.
  • Barium titanate having a Curie point of 30° C. to 70° C. is not particularly limited, but can be represented by, for example, the following composition formulas [i] to [iii].
  • [ii] (Ba1 -xySnxAy ) TiO3 wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.05 to 0.15, and y is 0.0001 to 0.01).
  • [iii] (Ba1 -xyZrxAy ) TiO3 wherein A represents one or more rare earth elements, x is 0.12 to 0.18, and y is 0.0001 to 0.01).
  • the Curie point is measured by the following method.
  • a sample is attached to a sample holder for measurement and placed in a measurement tank (e.g., MINI-SUBZERO MC-810P, manufactured by Espec Corporation), and the change in electrical resistance of the sample relative to temperature change when the temperature is raised from 10°C is measured using a DC resistance meter (e.g., multimeter 3478A, manufactured by YOKOGAWA HEWLETT PACKARD, LTD.).
  • the Curie point is determined as the temperature at which the resistance value is twice the resistance value at room temperature (20°C) based on the electrical resistance-temperature plot obtained by the measurement.
  • Electrodes A pair of electrodes (first electrode 110a and second electrode 110b) are provided at any position of the honeycomb structure.
  • the pair of electrodes can be provided at positions facing each other, for example, on the first end face 103a and the second end face 103b of the honeycomb structure, or on the surface of the outer wall 101 parallel to the direction in which the flow path of the honeycomb structure extends.
  • the first electrode 110a covers a part or the whole of the surface of the partition 102 forming the first end face 103a.
  • the second electrode 110b covers a part or the whole of the surface of the partition 102 forming the second end face 103b.
  • the first electrode 110a preferably covers 80% or more of the area of the part (partition part and outer wall part) of the first end face 103a excluding the opening of the cell 104, more preferably covers 90% or more, and even more preferably covers 99% or more.
  • the second electrode 110b preferably covers 80% or more of the area of the part (partition part and outer wall part) of the second end face 103b excluding the opening of the cell 104, more preferably covers 90% or more, and even more preferably covers 99% or more.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b are not particularly limited, and may be, for example, a metal or alloy containing at least one selected from Cu, Ag, Al, Ni, and Si. In a preferred embodiment, the first electrode 110a and the second electrode 110b contain pure aluminum and/or an aluminum alloy.
  • An ohmic electrode capable of making ohmic contact with the outer peripheral wall 101 and/or the partition wall 102 having PTC characteristics may also be used.
  • the ohmic electrode may be, for example, an ohmic electrode containing at least one selected from Al, Au, Ag, and In as a base metal and at least one selected from Ni, Si, Zn, Ge, Sn, Se, and Te for n-type semiconductors as a dopant.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b may have a single-layer structure or a laminated structure of two or more layers.
  • the materials of the layers may be the same or different.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b have a single layer of pure aluminum, a two-layer structure of an Al-Ni alloy layer and a pure silver layer, a two-layer structure of a pure aluminum layer and a pure silver layer, or a two-layer structure of an Al-Ni alloy layer and a pure aluminum layer.
  • the thickness of the first electrode 110a and the second electrode 110b is not particularly limited, and can be set appropriately depending on the method for forming the first electrode 110a and the second electrode 110b.
  • methods for forming the first electrode 110a and the second electrode 110b include metal deposition methods such as sputtering, vapor deposition, electrolytic deposition, and chemical deposition.
  • the electrodes can also be formed by applying an electrode paste and then baking it, or by thermal spraying. Furthermore, the electrodes can be formed by joining a metal plate or alloy plate such as a punched metal having a through hole at a location corresponding to the opening of the cell 104.
  • the average thickness of the first electrode 110a and the second electrode 110b is not limited, but can be, for example, 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness of the first electrode 110a and the second electrode 110b is set to 5 ⁇ m or more, preferably 10 ⁇ m or more, and more preferably 20 ⁇ m or more, the advantage of being able to avoid abnormal heat generation in the electrodes is obtained.
  • the upper limit of the average thickness of the first electrode 110a and the second electrode 110b to 100 ⁇ m or less, preferably 80 ⁇ m or less, and more preferably 60 ⁇ m or less, the rigidity of the electrodes can be suppressed, and the advantage of being less likely to peel off from the end face of the honeycomb structure is obtained.
  • the average thickness of the first electrode 110a is measured by the following procedure. First, a cross-sectional image of the first electrode 110a is obtained at about 50 times magnification using a scanning electron microscope or the like. The cross section is parallel to the direction in which the flow path of the honeycomb structure extends. In the cross-sectional image, the first electrode 110a is visible for each partition wall 102, so for each first electrode 110a, the thickness is measured at the center position of the length in the direction perpendicular to the flow path extension direction of the partition wall 102 that forms the first end face 103a covered by the first electrode 110a. The thickness direction is parallel to the direction in which the flow path extends.
  • first electrode 110a multiple cross-sectional images of the first electrode 110a are obtained without bias from the vicinity of the first end face 103a of the heater element, and the thicknesses of the first electrode 110a at five or more points are measured. The average value of all the measured thicknesses is taken as the average thickness of the first electrode 110a. The average thickness of the second electrode 110b is also measured in the same manner.
  • the lower limit of the volume resistivity of the first electrode 110a and the second electrode 110b at 25°C is not particularly limited, but the range that can be realized is usually 1.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or more.
  • the upper limit of the volume resistivity of the first electrode 110a and the second electrode 110b at 25°C is preferably 1.0 ⁇ 10-5 ⁇ cm or less, more preferably 1.0 ⁇ 10-6 ⁇ cm or less, more preferably 5.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or less, and even more preferably 3.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or less.
  • the range of the volume resistivity of the first electrode 110a and the second electrode 110b at 25°C can be, for example, 1.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or more and 1.0 ⁇ 10-5 ⁇ cm or less.
  • the volume resistivity at 25° C. of the first electrode 110a and the second electrode 110b is measured in accordance with JIS K6271:2008.
  • the heater element may further include terminals (first terminal 111a and second terminal 111b) connected to the pair of electrodes (first electrode 110a and second electrode 110b) in order to facilitate connection to an external power source.
  • the first terminal 111a is connected to a part of the outer surface of the first electrode 110a.
  • the second terminal 111b is connected to a part of the outer surface of the second electrode 110b.
  • the method of connection between the first electrode 110a and the first terminal 111a, and between the second electrode 110b and the second terminal 111b is not particularly limited as long as the two are conductive, and can be connected by, for example, welding, brazing, or mechanical contact.
  • the material of the first terminal 111a and the second terminal 111b is not particularly limited, and can be, for example, a metal.
  • the metal a single metal or an alloy can be used, but from the viewpoint of selecting a material that is difficult to oxidize in a humid environment, difficult to cause migration or electrolytic corrosion even under wet conditions, and easy to join with the electrode, it is preferable to contain one or more types selected from pure aluminum, aluminum alloy, and stainless steel, and for example, it can be made of pure aluminum, aluminum alloy, or stainless steel.
  • an alloy containing at least one type selected from the group consisting of Cr, Fe, Co, Ni, Cu, and Ti can also be used, and among them, Fe-Ni alloy and phosphor bronze can be preferably used.
  • the terminal is made of a material close to the electrode layer on the end face from the viewpoint of avoiding electrolytic corrosion.
  • both the electrode layer and the terminal are made of pure aluminum and/or an aluminum alloy.
  • the shape of the first terminal 111a and the second terminal 111b is not limited, but may be, for example, flat.
  • the thickness of the terminal is not limited, but may be, for example, 0.1 to 4 mm, and is preferably 0.3 to 2 mm.
  • the area of the portion of the first end face 103a covered by the first terminal 111a is not particularly limited, but if the first terminal 111a is too small, it becomes difficult to connect a conductive component to the first terminal 111a. Conversely, if the first terminal 111a is too large, the area blocking the opening of the cell 104 becomes large, and the flow rate of air that can be passed through the heater element decreases. Therefore, the lower limit of the ratio of the area of the first end face 103a covered by the first terminal 111a to the area of the first end face 103a is preferably 0.5% or more, more preferably 1% or more, and even more preferably 2% or more.
  • the upper limit of the ratio of the area of the first end face 103a covered by the first terminal 111a to the area of the first end face 103a is preferably 10% or less, more preferably 8% or less, and even more preferably 5% or less. Therefore, the ratio of the area of the first end face 103a covered by the first terminal 111a to the area of the first end face 103a can be in the range of, for example, 0.5% to 10%. The same applies to the ratio of the area of the second end face 103b covered by the second terminal 111b to the area of the second end face 103b.
  • the lower limit of the volume resistivity of the first terminal 111a and the second terminal 111b at 25°C is not particularly limited, but the normally possible range is 1.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or more.
  • the upper limit of the volume resistivity of the first terminal 111a and the second terminal 111b at 25°C is preferably 1.0 ⁇ 10-6 ⁇ cm or less, more preferably 5.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or less, more preferably 3.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or less, and even more preferably 2.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or less.
  • the range of the volume resistivity of the first terminal 111a and the second terminal 111b at 25°C can be, for example, 1.0 ⁇ 10-7 ⁇ cm or more and 1.0 ⁇ 10-6 ⁇ cm or less.
  • the volume resistivity at 25° C. of the first terminal 111a and the second terminal 111b is measured in accordance with JIS K6271:2008.
  • the heater element may further include current-carrying parts (first current-carrying part 112a and second current-carrying part 112b) connected to the terminals in order to facilitate connection to an external power source.
  • the first current-carrying part 112a and the second current-carrying part 112b are connected to the first terminal 111a and the second terminal 111b, respectively.
  • Examples of conductive materials constituting the first current-carrying part 112a and the second current-carrying part 112b include stainless steel, aluminum, aluminum alloy, copper alloy, and copper.
  • the method of connection between the first terminal 111a and the first current-carrying part 112a and between the second terminal 111b and the second current-carrying part 112b is not particularly limited as long as they are conductive, and can be connected by, for example, welding, brazing, or mechanical contact.
  • the first current-carrying part 112a and the second current-carrying part 112b may be the electric wire itself between the external power source and the first terminal 111a (second terminal 111b), that is, a copper wire, a copper alloy wire, an aluminum wire, an aluminum alloy wire, or a stainless steel wire.
  • first current-carrying part 112a and the second current-carrying part 112b may be an intermediate part that connects the electric wire and the first terminal 111a (second terminal 111b).
  • the intermediate part can be connected to the electric wire by, for example, welding, soldering, brazing, crimping, or bolting, or by other methods.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 contains a dehumidifying material having a water release temperature of 30 to 70°C. By using such a dehumidifying material, the adsorbed moisture can be released and regenerated at a low temperature range of 30 to 70°C. This reduces the amount of power required to regenerate the dehumidifying material-containing layer 120 and reduces the amount of electricity consumed stored in the battery, thereby extending the driving range of the electric vehicle.
  • the water release temperature of the dehumidifying material is preferably 35 to 65°C, more preferably 40 to 60°C.
  • the dehumidifying material refers to a substance that has the property of being able to adsorb 5 g/g or more of water per 1 g of its dry mass when left for one hour in an environment at room temperature (25°C) and a relative humidity of 50%, and is also called a moisture absorbent.
  • the moisture absorbent preferably adsorbs moisture at a temperature between -20°C and less than 30°C.
  • the dehumidifying material has the function of adsorbing moisture at temperatures between -20°C and below 30°C and desorbing moisture at temperatures between 30°C and 70°C, so the dehumidifying function can be repeatedly obtained by repeatedly turning on and off a current.
  • the temperature difference between the water release temperature of the dehumidifying material and the Curie point of the material having PTC characteristics is preferably within ⁇ 10°C, more preferably within ⁇ 8°C, and even more preferably within ⁇ 5°C.
  • This configuration makes it possible to prevent the dehumidifying material from being excessively heated and deteriorating, and therefore makes it possible to maintain the functionality of the dehumidifying material-containing layer 120 for a long period of time.
  • the type of dehumidifying material is not particularly limited as long as the water release temperature is between 30 and 70°C, but examples include aluminosilicates, silica gel, silica, graphene oxide, polymer adsorbents, polystyrene sulfonic acid, and metal organic frameworks (MOFs). These may be used alone or in combination of two or more types.
  • the aluminosilicate it is preferable to use AFI-type, CHA-type or BEA-type zeolite; or porous clay minerals such as allophane and imogolite. In addition, it is preferable that the aluminosilicate is amorphous.
  • the silica gel it is preferable to use type A silica gel.
  • the polymer adsorbent is preferably one having a polyacrylic acid polymer chain, for example, sodium polyacrylate.
  • the metal organic framework is a crystalline hybrid material containing metal ions and organic molecules (organic ligands).
  • the metal ions are preferably hydrophilic metal ions (e.g., aluminum ions).
  • the dehumidifying material-containing layer 120 may further contain a binder.
  • a binder By including a binder, the retention function of the dehumidifying material-containing layer 120 on the surface of the partition wall 102 can be improved.
  • organic binders and inorganic binders can be used as binders, inorganic binders are preferred.
  • inorganic binders There are no particular limitations on the type of inorganic binder, but examples include alumina sol, silica sol, montmorillonite, boehmite, gamma alumina, and attapulgite. These may be used alone or in combination of two or more types. Among these, alumina sol and silica sol are preferred, and silica sol is more preferred, because they are easier to ensure adhesive strength.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 may further contain an antibacterial material.
  • an antibacterial material By including an antibacterial material, it is possible to suppress a decrease in the functionality of the dehumidifying material-containing layer 120 due to the generation of mold and the like, and to suppress the deterioration of the environment inside the vehicle cabin due to the scattering of mold into the vehicle cabin.
  • the type of antibacterial material is not particularly limited as long as it has an antibacterial effect and does not inhibit the functionality of the dehumidifying material, and examples include visible light responsive photocatalysts such as titanium oxide, silver, copper, and zinc. These may be used alone or in combination of two or more types. Among these, titanium oxide is preferable, and porous titanium oxide is more preferable.
  • the average thickness of the dehumidifying material-containing layer 120 is not particularly limited, but can be, for example, 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the average thickness of the dehumidifying material-containing layer 120 is set to 10 ⁇ m or more, preferably 30 ⁇ m or more, and more preferably 50 ⁇ m or more, sufficient moisture absorption performance can be ensured.
  • the upper limit of the average thickness of the dehumidifying material-containing layer 120 to 500 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or less, and more preferably 200 ⁇ m or less, the rigidity of the dehumidifying material-containing layer 120 can be reduced, making it less likely to peel off.
  • the average thickness of the dehumidifying material-containing layer 120 is measured by the following procedure. First, a cross-sectional image of the dehumidifying material-containing layer 120 is obtained at about 50 times magnification using a scanning electron microscope or the like. The cross section is parallel to the direction in which the flow path of the honeycomb structure extends.
  • each dehumidifying material-containing layer 120 is calculated by dividing the entire cross-sectional area from the first end face 103a to the second end face 103b of each dehumidifying material-containing layer 120 by the length from the first end face 103a to the second end face 103b of the partition wall 102 covered by the dehumidifying material-containing layer 120. Then, a large number of cross-sectional images of the dehumidifying material-containing layer 120 are obtained without bias, and the thicknesses of the dehumidifying material-containing layer 120 at five or more points are measured. The average value of the thicknesses of all the measured dehumidifying material-containing layers 120 is taken as the average thickness of the dehumidifying material-containing layer 120.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 is provided on the surface of the partition wall 102.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 may also be provided on a part of the outer surface of the first electrode 110a and the second electrode 110b. Furthermore, the dehumidifying material-containing layer 120 may also be provided on the side surfaces of the first electrode 110a and the second electrode 110b.
  • the outer surface of the first electrode 110a refers to the surface opposite to the surface where the first electrode 110a contacts the first end surface 103a.
  • the outer surface of the second electrode 110b refers to the surface opposite to the surface where the second electrode 110b contacts the second end surface 103b.
  • the side surface of the first electrode 110a refers to a surface parallel to the thickness direction of the first electrode 110a.
  • the side surface of the second electrode 110b refers to a surface parallel to the thickness direction of the second electrode 110b.
  • the reason why the dehumidifying material-containing layer 120 is provided on a "part" of the outer surface of the first electrode 110a is because the dehumidifying material-containing layer 120 should not be provided on the part of the outer surface of the first electrode 110a to which the first terminal 111a is connected.
  • the reason why the dehumidifying material-containing layer 120 is provided on a "part" of the outer surface of the second electrode 110b is because the dehumidifying material-containing layer 120 should not be provided on the part of the outer surface of the second electrode 110b to which the second terminal 111b is connected.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 is preferably provided on 80% or more of the area of the outer surface of the first electrode 110a to which the first terminal 111a is not connected, more preferably on 90% or more, and even more preferably on 99% or more.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 is preferably provided on 80% or more of the area of the outer surface of the second electrode 110b to which the second terminal 111b is not connected, more preferably on 90% or more, and even more preferably on 99% or more.
  • the dehumidifying device 100 may further include additional components known in the art, as necessary.
  • the dehumidifying device 100 may further include a frame capable of holding the heater element. The protective effect of the frame makes the heater element less susceptible to damage when the heater element is installed in the air passage, and the heater element can be made to have a shape that is easy to install in the air conditioning system while ensuring electrical insulation from surrounding components.
  • the frame that holds the heater element
  • the frame can be configured to clamp the heater element from the first end face 103a side and the second end face 103b side.
  • the frame can be configured to hold the heater element from the outer peripheral surface side of the outer peripheral wall 101.
  • the method for manufacturing the honeycomb structure constituting the heater element includes a molding step and a firing step.
  • a clay containing ceramic raw materials including BaCO3 powder, TiO2 powder, and powder of rare earth nitrate or hydroxide is formed to produce a honeycomb formed body having a relative density of 60% or more.
  • the ceramic raw material can be obtained by dry mixing each powder so as to obtain a desired composition.
  • the clay can be obtained by adding a dispersion medium, a binder, a plasticizer, and a dispersant to a ceramic raw material and kneading the mixture.
  • the clay may contain additives such as a sifter, a metal oxide, a property improver, and a conductive powder, as necessary.
  • the blending amount of components other than the ceramic raw materials is not particularly limited as long as the amount is such that the relative density of the honeycomb formed body is 60% or more.
  • the dispersion medium can be water or a mixture of water and an organic solvent such as alcohol, but water is particularly suitable.
  • binders include organic binders such as methyl cellulose, hydroxypropoxyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and polyvinyl alcohol. In particular, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose in combination.
  • the binder may be used alone or in combination of two or more types, but it is preferable that it does not contain an alkali metal element.
  • plasticizers include polyoxyalkylene alkyl ethers, polycarboxylic acid polymers, and alkyl phosphate esters.
  • dispersants surfactants such as polyoxyalkylene alkyl ethers, ethylene glycol, dextrin, fatty acid soaps, and polyalcohols can be used.
  • the dispersants may be used alone or in combination of two or more.
  • Honeycomb molded bodies can be produced by extruding clay.
  • a die having the desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density, etc. can be used.
  • the lower limit of the relative density of the honeycomb molded body obtained by extrusion molding is preferably 60% or more, and more preferably 65% or more. By controlling the relative density of the honeycomb molded body within this range, it is possible to densify the honeycomb molded body and reduce its electrical resistance at room temperature.
  • the upper limit of the relative density of the honeycomb molded body is not particularly limited, but is generally 80% or less, and preferably 75% or less.
  • the honeycomb molded body can be dried before the firing process.
  • the drying method is not particularly limited, but any conventionally known drying method can be used, such as hot air drying, microwave drying, dielectric drying, reduced pressure drying, vacuum drying, and freeze drying. Among these, a drying method that combines hot air drying with microwave drying or dielectric drying is preferred, since it allows the entire molded body to be dried quickly and uniformly.
  • the firing step involves holding at 1150-1250° C., followed by heating to a maximum temperature of 1360-1430° C. at a heating rate of 20-600° C./hour and holding for 0.5-10 hours.
  • a honeycomb structure mainly composed of BaTiO 3 crystal particles in which part of the Ba has been substituted with a rare earth element.
  • Ba 2 TiO 4 crystal particles formed during the firing process are easily removed, making it possible to densify the honeycomb structure portion.
  • by setting the heating rate from 1150-1250° C. to the maximum temperature of 1360-1430° C. at 20-600° C./hour it is possible to produce 1.0-10.0 mass % of Ba 6 Ti 17 O 40 crystal particles in the honeycomb structure portion.
  • the holding time at 1150 to 1250° C. is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 10 hours. By setting the holding time in this range, Ba 2 TiO 4 crystal particles generated during the firing process can be stably and easily removed.
  • the firing step preferably includes holding the mixture at 900 to 950° C. for 0.5 to 5 hours during heating.
  • the mixture preferably includes holding the mixture at 900 to 950° C. for 0.5 to 5 hours during heating.
  • BaCO 3 is efficiently decomposed, and a honeycomb structure having a predetermined composition is easily obtained.
  • a degreasing step may be carried out to remove the binder.
  • the degreasing step is preferably carried out in an air atmosphere in order to completely decompose the organic components. Moreover, it is preferable that the firing step be performed in an air atmosphere from the viewpoints of controlling electrical characteristics and reducing manufacturing costs.
  • the firing furnace used in the firing step and the degreasing step is not particularly limited, but an electric furnace, a gas furnace, or the like can be used.
  • a pair of electrodes (first electrode 110a and second electrode 110b) are bonded to the honeycomb structure thus obtained.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b can be formed on the first end face 103a and the second end face 103b of the honeycomb structure by a metal deposition method such as sputtering, vapor deposition, electrolytic deposition, or chemical deposition.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b can also be formed by applying an electrode paste to the first end face 103a and the second end face 103b of the honeycomb structure and then baking it. They can also be formed by thermal spraying.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b may be composed of a single layer, but can also be composed of multiple electrode layers with different compositions.
  • the methods of forming the first electrode 110a and the second electrode 110b include, but are not limited to, baking of electrode paste, dry plating such as sputtering and vapor deposition, wet plating such as thermal spraying, electrolytic deposition and chemical deposition, and bonding of metal or alloy plates.
  • Each method has a suitable thickness range.
  • the thickness can be about 5 to 30 ⁇ m, for dry plating such as sputtering and vapor deposition, about 100 to 1000 nm, for thermal spraying, about 10 to 100 ⁇ m, and for wet plating such as electrolytic deposition and chemical deposition, about 5 to 30 ⁇ m.
  • the thickness of the electrode can be about 5 to 100 ⁇ m.
  • the first terminal 111a is connected to the outer surface of the first electrode 110a, and the second terminal 111b is connected to the outer surface of the second electrode 110b.
  • methods for connecting the two include welding, brazing, and mechanical contact.
  • the first terminal 111a (second terminal 111b) may be connected by simultaneously baking the electrode paste to form the first electrode 110a (second electrode 110b).
  • the first current-carrying part 112a and the second current-carrying part 112b are connected to the first terminal 111a and the second terminal 111b, respectively.
  • methods for connecting the two include welding, brazing, mechanical contact, and the like.
  • a dehumidifying material-containing layer 120 is formed at a predetermined position of the heater element obtained as described above. Specifically, the dehumidifying material-containing layer 120 is provided on the surface of the partition wall 102 of the honeycomb structure constituting the heater element, and on a part of the outer surface or side surface of the first electrode 110a and the second electrode 110b.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 formed at each position may be formed individually or simultaneously.
  • the dehumidifying material-containing layer 120 can be formed simultaneously, for example, by the following steps.
  • the heater element before forming the dehumidifying material-containing layer 120 is immersed for a predetermined time in a slurry containing a dehumidifying material, an antibacterial material if necessary, a binder, a dispersion medium, etc., and excess slurry on the outer peripheral surface of the honeycomb structure is removed by blowing and wiping.
  • the slurry is then dried to form the dehumidifying material-containing layer 120.
  • the drying can be performed while heating the heater element to a temperature of, for example, about 120 to 600°C.
  • the series of steps of immersion, slurry removal, and drying may be performed only once, but the dehumidifying material-containing layer 120 of the desired thickness can be formed by repeating the steps multiple times.
  • an organic binder may be used as the binder
  • an inorganic binder because there is a concern that the heat will cause smoke, and that the components in the smoke will flow into the vehicle interior and worsen the vehicle interior environment.
  • the suitable types of inorganic binders are as described above.
  • the dispersion medium can be water, an organic solvent (e.g., toluene, xylene, ethanol, n-butanol, ethyl acetate, butyl acetate, terpineol, dihydroterpineol, texanol, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether), or a mixture thereof.
  • an organic solvent e.g., toluene, xylene, ethanol, n-butanol, ethyl acetate, butyl acetate, terpineol, dihydroterpineol, texanol, ethylene glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, diethylene glycol
  • the vehicle compartment dehumidifying system according to the embodiment of the present invention can be used in various vehicles such as automobiles.
  • the vehicle compartment dehumidifying system according to the embodiment of the present invention can be suitably used in vehicles that do not have an internal combustion engine, such as electric vehicles and trains.
  • the vehicle interior dehumidification system according to the embodiment of the present invention can also be used to adjust the humidity in the indoor space of buildings such as houses, offices, factories, stores, warehouses, and freezers, and vehicles such as ships and airplanes.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle compartment dehumidification system 1000 according to one embodiment of the present invention.
  • the vehicle interior dehumidification system 1000 includes a dehumidifying device 100, a battery 200 capable of applying a voltage to the dehumidifying device 100, an inflow pipe 400 communicating between the vehicle interior and an inlet (inlet end face) of the dehumidifying device 100, an outflow pipe 500 communicating between an outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100 and the inside of the vehicle or the outside of the vehicle, and a switching valve 300 provided in the outflow pipe 500 and capable of switching the flow of air flowing through the outflow pipe 500 between the vehicle interior or the outside of the vehicle.
  • the outflow pipe 500 has a first path 500a communicating between the outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100 and the inside of the vehicle, and a second path 500b communicating between the outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100 and the outside of the vehicle.
  • the vehicle compartment dehumidifying system 1000 further includes a fan 600 for directing air from the vehicle compartment through the inlet pipe 400 into the inlet (inlet end surface) of the dehumidifying device 100 .
  • the dehumidification device 100 is arranged so that the inlet (inlet end face) is the first end face 103a and the outlet (outlet end face) is the second end face 103b.
  • the dehumidification device 100 can also be arranged so that the inlet is the second end face 103b and the outlet is the first end face 103a.
  • the vehicle interior dehumidification system 1000 includes: a first mode in which the voltage applied from the battery 200 is turned off, the switching valve 300 is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500 passes through the first path 500a, and the ventilator 600 is turned on; A second mode in which the voltage applied from the battery 200 is turned on, the switching valve 300 is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500 passes through the second path 500b, and the ventilator 600 is turned on;
  • the vehicle may have the following operating modes:
  • the vehicle compartment dehumidification system 1000 can include a control unit 900 capable of switching between the first mode and the second mode.
  • the control unit 900 can be configured to alternate between the first mode and the second mode, for example. By repeatedly switching between the first mode and the second mode in a constant cycle, it becomes possible to stably discharge moisture (water vapor) from the vehicle compartment to the outside of the vehicle.
  • moisture in the air is removed.
  • air from the vehicle compartment flows through the inlet (inlet end face) of the dehumidifying device 100 via the inlet pipe 400, passes through the inside of the dehumidifying device 100, and then flows out from the outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100.
  • Moisture in the air from the vehicle compartment is removed by being adsorbed by the dehumidifying material in the dehumidifying material-containing layer 120 while passing through the dehumidifying device 100.
  • the air from which moisture has been removed and flows out from the outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100 is returned to the vehicle compartment through the first path 500a of the outlet pipe 500.
  • This air may be supplied to another air conditioning system (e.g., a vehicle HVAC).
  • the dehumidifying material in the dehumidifying material-containing layer 120 is regenerated. Specifically, air from the vehicle compartment flows through the inlet pipe 400 and flows into the dehumidifying device 100 from the inlet (inlet end face), passes through the inside of the dehumidifying device 100, and then flows out from the outlet (outlet end face) of the dehumidifying device 100.
  • the dehumidifying device 100 generates heat when electricity is applied, which heats the dehumidifying material-containing layer 120 supported on the dehumidifying device 100, causing the moisture adsorbed in the dehumidifying material-containing layer 120 to be released (desorbed) from the dehumidifying material-containing layer 120.
  • the desiccant In order to promote the release of moisture adsorbed in the desiccant-containing layer 120, it is preferable to heat the desiccant to a temperature equal to or higher than the water release temperature depending on the type of desiccant. For example, it is preferable to heat at least a part of the desiccant, and preferably the entirety, to 30 to 70°C, more preferably to 35 to 65°C, and even more preferably to 40 to 60°C. It is also preferable to carry out the second mode for a period of time until the desiccant is sufficiently regenerated. Although it depends on the type of desiccant, for example, it is preferable to heat the desiccant to the above temperature range for 1 to 10 minutes, more preferably to heat for 2 to 8 minutes, and even more preferably to heat for 3 to 6 minutes.
  • air from the vehicle compartment flows out of the outlet (outlet end surface) of the dehumidifying device 100 while carrying moisture released from the dehumidifying material while passing through the dehumidifying device 100.
  • the moisture-containing air flowing out of the outlet (outlet end surface) of the dehumidifying device 100 passes through the second path 500b of the outlet pipe 500 and is discharged outside the vehicle.
  • the voltage applied to the dehumidifying device 100 can be switched on and off, for example, by electrically connecting the battery 200 and a pair of terminals (first terminal 111a and second terminal 111b) of the dehumidifying device 100 with an electric wire 810 and operating a power switch 910 provided in the middle of the connection.
  • the control unit 900 can operate the power switch 910.
  • the ventilator 600 can be switched on and off by, for example, electrically connecting the control unit 900 and the ventilator 600 via an electric wire 820 or wirelessly, and operating a switch (not shown) of the ventilator 600 with the control unit 900.
  • the ventilator 600 can also be configured so that the amount of ventilation can be changed by the control unit 900.
  • the switching valve 300 can be switched, for example, by electrically connecting the control unit 900 and the switching valve 300 via an electric wire 830 or wirelessly, and operating a switch (not shown) of the switching valve 300 using the control unit 900.
  • the switching valve 300 is not particularly limited as long as it is a valve that is electrically driven and has the function of switching the flow path, but examples include a solenoid valve and an electric valve.
  • the switching valve 300 includes an opening/closing door 312 supported on a rotating shaft 310, and an actuator 314 such as a motor that rotates the rotating shaft 310.
  • the actuator 314 is configured to be controllable by the control unit 900.
  • the vehicle compartment dehumidification system 1000 In order to stably ensure the above-mentioned functions, it is desirable for the vehicle compartment dehumidification system 1000 to have the dehumidification device 100 disposed close to the vehicle compartment. Therefore, in order to prevent electric shock, it is preferable for the driving voltage to be 60V or less.
  • the honeycomb structure used in the dehumidification device 100 has low electrical resistance at room temperature, so the honeycomb structure can be heated at this low driving voltage.
  • the lower limit of the driving voltage is not particularly limited, but is preferably 10V or more. If the driving voltage is less than 10V, the current when the honeycomb structure is heated will be large, so the electric wire 810 needs to be thicker. Therefore, the driving voltage of the vehicle compartment dehumidification system 1000 can be, for example, 10V or more and 60V or less.
  • the ventilator 600 is installed upstream of the dehumidification device 100. More specifically, the ventilator 600 is installed midway through the inlet pipe 400 that connects the dehumidification device 100 to the room, and the air that has passed through the ventilator 600 flows into the dehumidification device 100 so as to be forced therethrough. Alternatively, the ventilator 600 may be installed downstream of the dehumidification device 100. In this case, the ventilator 600 may be installed, for example, midway through the outlet pipe 500, and the air that has passed through the inlet pipe 400 flows into the dehumidification device 100 so as to be sucked therein.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a vehicle compartment dehumidifying system 2000 according to another embodiment of the present invention.
  • the vehicle compartment dehumidification system 2000 includes a first dehumidifying device 100A, a battery 200 capable of applying a voltage to the first dehumidifying device 100A, a first inflow piping 400A connecting the vehicle compartment with an inflow port (inlet end surface) of the first dehumidifying device 100A, an outflow piping 500A having a first path 500a connecting the outflow port (outlet end surface) of the first dehumidifying device 100A with the vehicle compartment and a second path 500b connecting the outflow port (outlet end surface) of the first dehumidifying device 100A with the outside of the vehicle, and a switching valve 300A capable of switching the flow of air passing through the outflow piping 500A between the first path 500a and the second path 500b.
  • the vehicle compartment dehumidification system 2000 also includes a second dehumidification device 100B, a battery 200 capable of applying a voltage to the second dehumidification device 100B, a second inflow pipe 400B that connects the vehicle compartment with the inflow port (inlet end face) of the second dehumidification device 100B, an outflow pipe 500B having a first path 500c that connects the outflow port (outlet end face) of the second dehumidification device 100B with the vehicle compartment and a second path 500d that connects the outflow port (outlet end face) of the second dehumidification device 100B with the outside of the vehicle, and a switching valve 300B that can switch the flow of air passing through the outflow pipe 500B between the first path 500c and the second path 500d.
  • the vehicle cabin dehumidification system 2000 also includes an inlet pipe 400 that branches downstream into a first inlet pipe 400A and a second inlet pipe 400B, and a fan 600 for directing air from the vehicle cabin through the inlet pipe 400 into the inlets (inlet end faces) of the first dehumidification device 100A and the second dehumidification device 100B.
  • the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B are arranged such that the inlet (inlet end face) is the first end face 103a and the outlet (outlet end face) is the second end face 103b.
  • the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B can also be arranged such that the inlet (inlet end face) is the second end face 103b and the outlet (outlet end face) is the first end face 103a.
  • the vehicle interior dehumidification system 2000 can be equipped with a switching valve 300C that can switch the flow of air circulating through the inlet pipe 400 between the first inlet pipe 400A and the second inlet pipe 400B.
  • the switching valve 300C can be set to supply the flow of air circulating through the inlet pipe 400 to both the first inlet pipe 400A and the second inlet pipe 400B, while changing the ratio of air flowing through both.
  • the vehicle interior dehumidification system 2000 has the advantage that it can continue to operate even if one of the systems fails.
  • the vehicle interior dehumidification system 2000 includes: The voltage applied to the first dehumidification device 100A from the battery 200 is turned on.
  • the switching valve 300A is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500A passes through the second path 500b,
  • the voltage applied to the second dehumidification device 100B from the battery 200 is turned off.
  • the switching valve 300B is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500B passes through the first path 500c
  • the switching valve 300C is set so that the air flowing through the inlet pipe 400 can be supplied to both the first inlet pipe 400A and the second inlet pipe 400B, Turn on the ventilator 600; It can be operated in a first mode.
  • the vehicle interior dehumidification system 2000 includes: The voltage applied to the first dehumidification device 100A from the battery 200 is turned off.
  • the switching valve 300A is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500A passes through the first path 500a
  • the voltage applied to the second dehumidification device 100B from the battery 200 is turned on.
  • the switching valve 300B is switched so that the air flowing through the outflow pipe 500B passes through the second path 500d
  • the switching valve 300C is set so that the air flowing through the inlet pipe 400 can be supplied to both the first inlet pipe 400A and the second inlet pipe 400B, Turn on the ventilator 600; It can be operated in a second mode.
  • the first dehumidifying device 100A regenerates the dehumidifying material in the dehumidifying material-containing layer 120, while the second dehumidifying device 100B removes moisture from the air.
  • the first dehumidifying device 100A removes moisture from the air
  • the second dehumidifying device 100B regenerates the dehumidifying material in the dehumidifying material-containing layer 120. That is, the vehicle compartment dehumidifying system 2000 can simultaneously remove the dehumidifying material in the dehumidifying material-containing layer 120 and moisture.
  • the second dehumidifying device 100B can remove moisture from the air, and vice versa.
  • the switching valve 300C In the first mode, it is preferable to set the switching valve 300C so that the flow rate of air flowing to the second dehumidifying device 100B is increased. In the second mode, it is preferable to set the switching valve 300C so that the flow rate of air flowing to the first dehumidifying device 100A is increased. This can improve the performance of removing moisture from the air by the dehumidifying material of the dehumidifying material-containing layer 120.
  • the air from which moisture has been removed and flows out from the outlet (outlet end surface) of the first dehumidifying device 100A (second dehumidifying device 100B) is returned to the vehicle cabin through the first path 500a (first path 500c) of the outlet pipe 500A (outlet pipe 500B).
  • This air may be supplied to another air conditioning system (e.g., the vehicle's HVAC).
  • the air carrying moisture released from the dehumidifying material-containing layer 120 and flowing out from the outlet (outlet end surface) of the first dehumidifying device 100A (second dehumidifying device 100B) is discharged outside the vehicle through the second path 500b (second path 500d) of the outlet pipe 500A (outlet pipe 500B).
  • the vehicle compartment dehumidifying system 2000 can include a control unit 900 capable of switching between the first mode and the second mode.
  • the control unit 900 may be configured to alternate between the first mode and the second mode, for example. By repeating switching between the first mode and the second mode in a constant cycle, moisture in the vehicle compartment can be stably discharged outside the vehicle.
  • the vehicle compartment dehumidifying system 2000 can continuously remove moisture by alternately repeating the first mode and the second mode, thereby solving the problem of not being able to remove moisture while the desiccant is being regenerated.
  • the voltage applied to the first dehumidification device 100A and the second dehumidification device 100B can be switched on and off, for example, by electrically connecting the battery 200 to a pair of terminals (first terminal 111a and second terminal 111b) of the first dehumidification device 100A (second dehumidification device 100B) with an electric wire 810 and operating a power switch 910 provided in the middle of the connection.
  • the control unit 900 can operate the power switch 910.
  • the ventilator 600 can be switched on and off by, for example, electrically connecting the control unit 900 and the ventilator 600 via an electric wire 820 or wirelessly, and operating a switch (not shown) of the ventilator 600 with the control unit 900.
  • the ventilator 600 can also be configured so that the amount of ventilation can be changed by the control unit 900.
  • Switching between the switching valves 300A, 300B, and 300C can be achieved, for example, by electrically connecting the control unit 900 to the switching valves 300A, 300B, and 300C via an electric wire 830 or wirelessly, and operating the switches (not shown) of the switching valves 300A, 300B, and 300C using the control unit 900.
  • the switching valves 300A, 300B, and 300C are not particularly limited as long as they are electrically driven and have the function of switching the flow path, but examples include solenoid valves and motorized valves.
  • the switching valves 300A, 300B, and 300C include an opening/closing door 312 supported by a rotating shaft 310, and an actuator 314 such as a motor that rotates the rotating shaft 310.
  • the actuator 314 is configured to be controllable by the control unit 900.
  • the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B of the vehicle compartment dehumidifying system 2000 are disposed in a position close to the vehicle compartment. Therefore, in order to prevent electric shock, it is preferable that the driving voltage is 60V or less.
  • the honeycomb structure used in the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B has a low electrical resistance at room temperature, so that the honeycomb structure can be heated at this low driving voltage.
  • the lower limit of the driving voltage is not particularly limited, but is preferably 10V or more.
  • the driving voltage of the vehicle compartment dehumidifying system 2000 can be, for example, 10V or more and 60V or less.
  • the ventilator 600 is installed upstream of the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B. More specifically, the ventilator 600 is installed in the middle of the inlet pipe 400, and the air that has passed through the ventilator 600 flows into the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B so as to be pushed therethrough. Alternatively, the ventilator 600 may be installed downstream of the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B.
  • the ventilator 600 may be installed, for example, in the middle of the outlet pipes 500A and 500B, and the air that has passed through the inlet pipe 400 flows into the first dehumidifying device 100A and the second dehumidifying device 100B so as to be sucked therein.
  • REFERENCE SIGNS LIST 100 Dehumidifying device 101 Outer peripheral wall 102 Partition wall 103a First end surface 103b Second end surface 104 Cell 110a First electrode 110b Second electrode 111a First terminal 111b Second terminal 112a First current-carrying part 112b Second current-carrying part 120 Dehumidifying material-containing layer 200 Battery 300, 300A, 300B, 300C Switching valve 310 Rotating shaft 312 Opening/closing door 314 Actuator 400 Inlet pipe 400A First inlet pipe 400B Second inlet pipe 500, 500A, 500B Outlet pipe 500a, 500c First path 500b, 500d Second path 600 Ventilator 810, 820, 830 Electric wire 900 Control unit 910 Power switch 1000, 2000 Vehicle compartment dehumidification system

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Abstract

外周壁101と、外周壁101の内側に配設され、第1端面103aから第2端面103bまで延びる流路となる複数のセル104を区画形成する隔壁102とを有し、少なくとも隔壁102がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及びハニカム構造体に設けられた一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)を含むヒーターエレメントと、隔壁102の表面に設けられ、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層120とを備える除湿デバイス100とする。

Description

除湿デバイス、除湿デバイス用ヒーターエレメント及び車室除湿システム
 本発明は、除湿デバイス、除湿デバイス用ヒーターエレメント及び車室除湿システムに関する。
 地球温暖化対策として、自動車のCO2排出量を低減する要求が高まっている。また、大気汚染対策として、自動車の窒素酸化物などの排出量を低減する要求が高まっている。これらの対策に有効な電気自動車が注目されている。
 しかしながら、電気自動車は、従来の自動車において暖房の熱源としていた内燃機関を有していないので、暖房の熱源が不足するという問題がある。暖房エネルギーの多くは換気により失われるため、換気を少なくすることが考えられる。しかし、換気を行わないと、人の呼気からの水分(水蒸気)によって車室の湿度が上昇し、冷たい窓ガラスに触れて曇りを生じるため、運転安全性が損なわれる。
 そこで、車室内の水分を除湿器の除湿材に吸着させることによって車室の湿度を低減するとともに、除湿器の上流に配置された加熱装置で空気を高温にし、その空気を除湿器へ流通させることによって水分を車外に放出し、除湿器の除湿材を再生する除湿デバイスが提案されている(例えば、特許文献1)。この除湿デバイスに用いられる加熱装置には、ジュール熱を利用したヒーターエレメントなどが用いられている。
 しかしながら、ジュール熱を利用したヒーターエレメントは、大型化し易く、車内スペースを圧迫するという問題がある。そのため、よりコンパクトなヒーターエレメントを用いることが望ましい。この点、PTC特性をもつハニカム構造体を備えたヒーターエレメントは、単位体積当たりの熱伝達面積を大きくすることができ、また、過剰発熱を防止できるため有利であることが知られている(例えば、特許文献2)。
特許第6513170号公報 国際公開第2020/036067号
 既存の除湿デバイスは、除湿材の上流に加熱装置(ヒーターエレメント)が設けられているため、除湿材及び加熱装置の両方を配置するスペースが必要となり、大型化し易い。また、既存の除湿デバイスは、加熱装置によって加熱された空気によって、水分を吸着した除湿材を間接的に加熱しているため、除湿材の再生効率が十分とはいえない。また、除湿デバイスに用いられる除湿材の種類によっては、吸着した水分を放出可能な温度が高い場合もあるので、加熱温度を高めるために必要な電力量が多くなることもある。
 本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、除湿材の再生効率が高く、小型化及び消費電力量の低減が可能な除湿デバイス、この除湿デバイスを作製するのに有用な除湿デバイス用ヒーターエレメント、及びこの除湿デバイスを備える車室除湿システムを提供することを課題とする。
 本発明者らは、除湿デバイスの構造について鋭意研究を行った結果、ヒーターエレメントを構成するハニカム構造体の隔壁の表面に、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層を設けることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
(1) 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含むヒーターエレメントと、
 前記隔壁の表面に設けられ、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層と
を備える除湿デバイス。
(2) PTC特性を有する前記材料は、キュリー点が30~70℃である、(1)に記載の除湿デバイス。
(3) 前記除湿材の水放出温度とPTC特性を有する前記材料のキュリー点との温度差が±10℃以内である、(2)に記載の除湿デバイス。
(4) 前記除湿材は、アルミノケイ酸塩、シリカゲル、シリカ、酸化グラフェン、高分子吸着材、ポリスチレンスルホン酸及び金属有機構造体から選択される1種以上である、(1)~(3)のいずれか一つに記載の除湿デバイス。
(5) PTC特性を有する前記材料は、チタン酸バリウムを主成分とする、(1)~(4)のいずれか一つに記載の除湿デバイス。
(6) 前記チタン酸バリウムは、以下の[i]~[iii]:
[i](Ba1-x-ySrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.15~0.25、yが0.0001~0.01である)
[ii](Ba1-x-ySnxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.05~0.15、yが0.0001~0.01である)
[iii](Ba1-x-yZrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.12~0.18、yが0.0001~0.01である)
から選択される1種以上である、(5)に記載の除湿デバイス。
(7) 前記除湿材含有層は、抗菌材を更に含有する、(1)~(6)のいずれか一つに記載の除湿デバイス。
(8) 前記抗菌材は、可視光応答型光触媒、銀、銅及び亜鉛から選択される1種以上である、(7)に記載の除湿デバイス。
(9) 一対の前記電極が、前記第1端面及び前記第2端面に設けられている、(1)~(8)のいずれか一つに記載の除湿デバイス。
(10) 一対の前記電極に接続された端子を更に備える、(9)に記載の除湿デバイス。
(11) 外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含み、
 PTC特性を有する前記材料は、キュリー点が30~70℃である除湿デバイス用ヒーターエレメント。
(12) PTC特性を有する前記材料は、チタン酸バリウムを主成分とする、(11)に記載の除湿デバイス用ヒーターエレメント。
(13) 前記チタン酸バリウムは、以下の[i]~[iii]:
[i](Ba1-x-ySrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.15~0.25、yが0.0001~0.01である)
[ii](Ba1-x-ySnxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.05~0.15、yが0.0001~0.01である)
[iii](Ba1-x-yZrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.12~0.18、yが0.0001~0.01である)
から選択される1種以上である、(12)に記載の除湿デバイス用ヒーターエレメント。
(14) (1)~(10)のいずれか一つに記載の除湿デバイスと、
 前記除湿デバイスに電圧を印加することが可能なバッテリーと、
 車室と前記除湿デバイスの流入口とを連通する流入配管と、
 前記除湿デバイスの流出口と前記車室及び車外とを連通する流出配管と、
 前記流出配管に設けられ、前記流出配管を流通する空気の流れを前記車室又は前記車外に切替え可能な切替えバルブと
を備える車室除湿システム。
 本発明によれば、除湿材の再生効率が高く、小型化及び消費電力量の低減が可能な除湿デバイス、この除湿デバイスを作製するのに有用な除湿デバイス用ヒーターエレメント、及びこの除湿デバイスを備える車室除湿システムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係る除湿デバイスの第1端面側の模式図である。 図1のa-a’線の断面の模式図である。 本発明の別の実施形態に係る除湿デバイスの第1端面側の模式図である。 図3のa-a’線の断面の模式図である。 本発明の一実施形態に係る車室除湿システムの構成を示す模式図である 本発明の別の実施形態に係る車室除湿システムの構成を示す模式図である。
 本発明の実施形態に係る除湿デバイスは、外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含むヒーターエレメントと、前記隔壁の表面に設けられ、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層とを備える。
 ここで、本明細書において除湿材の「水放出温度」とは、除湿材に吸着された水分の放出が可能となる温度のことを意味する。
 本発明の実施形態に係る除湿デバイスは、上記のような構成とすることにより、ヒーターエレメントとは別に除湿材を配置するスペースが省略できるため、小型化することができる。また、ヒーターエレメントによって除湿材含有層を直接加熱できるため、除湿材の再生効率を高めることができる。さらに、除湿材含有層に含まれる除湿材の水放出温度を制御しているため、加熱温度を高めるために必要な電力量を低減することもできる。
 また、本発明の実施形態に係る除湿デバイス用ヒーターエレメントは、外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含み、PTC特性を有する前記材料は、キュリー点が30~70℃である。
 本発明の実施形態に係る除湿デバイス用ヒーターエレメントは、上記のような構成とすることにより、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層を設けることが可能となる。
 さらに、本発明の実施形態に係る車室除湿システムは、前記除湿デバイスと、前記除湿デバイスに電圧を印加することが可能なバッテリーと、車室と前記除湿デバイスの流入口とを連通する流入配管と、前記除湿デバイスの流出口と前記車室及び車外とを連通する流出配管と、前記流出配管に設けられ、前記流出配管を流通する空気の流れを前記車室又は前記車外に切替え可能な切替えバルブとを備える。
 本発明の実施形態に係る車室除湿システムは、上記のような構成とすることにより、小型化及び消費電力量の低減が可能となる。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。
(1.除湿デバイス)
 本発明の実施形態に係る除湿デバイスは、自動車などの各種車両における室内湿度の調整のために好適に使用できる。車両としては、特に限定されないが、自動車及び電車が挙げられる。自動車としては、特に限定されないが、ガソリン車、ディーゼル車、CNG(圧縮天然ガス)やLNG(液化天然ガス)などを用いるガス燃料車、燃料電池自動車、電気自動車及びプラグインハイブリッド自動車が挙げられる。本発明の実施形態に係る除湿デバイスは、特に電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
 また、本発明の実施形態に係る除湿デバイスは、車両以外にも、住宅、オフィス、工場、店舗、倉庫のような建築物、及び、船舶、飛行機のような乗り物の室内湿度の調整のために使用できる。
 図1は、本発明の一実施形態に係る除湿デバイス100の第1端面側の模式図である。図2は、図1のa-a’線の断面の模式図である。図3は、本発明の別の実施形態に係る除湿デバイス100の第1端面側の模式図である。図4は、図3のa-a’線の断面の模式図である。
 除湿デバイス100は、外周壁101と、外周壁101の内側に配設された隔壁102とを有するハニカム構造体、及びハニカム構造体に設けられた一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)を含むヒーターエレメントと、隔壁102の表面に設けられた除湿材含有層120とを備える。隔壁102は、第1端面103aから第2端面103bまで延びる流路となる複数のセル104を区画形成する。
 以下、除湿デバイス100の各構成部材について詳細に説明する。
(1-1.ヒーターエレメント)
(A)ハニカム構造体
 ハニカム構造体の形状は、外周壁101と、外周壁101の内側に配設され、第1端面103aから第2端面103bまで延びる流路となる複数のセル104を区画形成する隔壁102とを有していれば特に限定されない。例えば、ハニカム構造体の流路の延びる方向(セル104の延びる方向)に直交する断面の外形を、多角形(四角形(長方形、正方形)、五角形、六角形、七角形、八角形など)、ラウンド形状(円形、楕円形、オーバル形、卵形、長円形、丸みのある四角形(各辺及び各角が曲線で構成され、各辺の曲率半径が各角の曲率半径よりも大きい、全体的に曲線で構成された四角形)など)などにすることができる。また、当該断面の外形が多角形の場合、角部は面取りしてもよい。ハニカム構造体の破損防止、及び外周壁101の表面に緩衝材などの他の部材を取り付け易いという理由により、角部は特にR面取りされた形状とすることが好ましい。なお、端面(第1端面103a及び第2端面103b)は、当該断面と同一の形状である。図1及び2の除湿デバイス100では、ハニカム構造体の当該断面の外形が円形であり、ハニカム構造体の外形が全体として円柱状である場合を一例として示している。図3及び4の除湿デバイス100では、ハニカム構造体の当該断面の外形がR面取りされた長方形であり、ハニカム構造体の外形が全体としてR面取りされた四角柱状である場合を一例として示している。
 セル104の開口形状は、特に限定されないが、ハニカム構造体の流路の延びる方向に直交する断面において、多角形(四角形(長方形、正方形)、五角形、六角形、七角形、八角形など)、ラウンド形状(円形、楕円形、オーバル形、卵形、長円形など)などにすることができる。これらの形状は、単一であってもよいし、又は二種以上を組み合わせてもよい。また、これらの形状の中でも四角形又は六角形が好ましい。このような形状のセル104を設けることにより、空気が流通する際の圧力損失を小さくすることができる。セル104の開口形状が多角形の場合、角部はR面取りしてもよい。なお、図1~4の除湿デバイス100では、ハニカム構造体のセル104の開口形状が正方形である場合を一例として示している。
 ハニカム構造体は、複数のハニカムセグメントと、複数のハニカムセグメントの外周面(ハニカムセグメントの流路の延びる方向に平行な外周面)同士間を接合する接合層とを有するハニカム接合体であってもよい。ハニカム接合体を用いることにより、クラックの発生を抑えながら空気の流量確保に重要なセル104の総断面積を増やすことが可能となる。接合層は、接合材を用いて形成することができる。接合材としては、特に限定されないが、セラミックス材料に、水等の溶媒を加えてペースト状にしたものを用いることができる。接合材は、PTC特性を有する材料を含有してもよく、外周壁101及び隔壁102と同一の材料を含有してもよい。接合材は、ハニカムセグメント同士を接合する役割に加えて、ハニカムセグメントを接合した後の外周コート材として用いることも可能である。
 隔壁102の厚さ、セル密度、及びセルピッチ(又はセル104の開口率)は、ハニカム構造体の強度確保、空気がセル104を通過する際の圧力損失の低減、除湿材含有層120の担持量確保、及びセル104内を流れる空気との接触面積の確保、端面間の電気抵抗などを考慮して適宜決定することが好ましい。
 本明細書において「隔壁102の厚さ」とは、流路の延びる方向に直交する断面において、隣接するセル104の重心同士を線分で結んだときに当該線分が隔壁102を横切る長さを指す。隔壁102の厚さは、全ての隔壁102の厚さの平均値を指す。
 本明細書において「セル密度」とは、ハニカム構造体の一方の端面の面積(外周壁101を除く隔壁102及びセル104の合計面積)でセル数を除して得られる値である。
 本明細書において「セルピッチ」とは、以下の計算によって求められる値を指す。まず、セル数で、ハニカム構造体の一方の端面の面積(外周壁101を除く隔壁102及びセル104の合計面積)を除して1セル当たりの面積を算出する。次いで、1セル当たりの面積の平方根を算出し、これをセルピッチとする。
 本明細書において「セル104の開口率」とは、ハニカム構造体の流路の延びる方向に直交する断面において、隔壁102によって区画されるセル104の合計面積を、一方の端面の面積(外周壁101を除く隔壁102及びセル104の合計面積)で除して得られた値である。なお、セル104の開口率を算出するに当たり、一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)、除湿材含有層120などの隔壁102上に設けられる層は考慮しない。
 十分な量の除湿材含有層120を担持する観点で有利な態様としては、隔壁102の厚さが0.180mm以下、セル密度が100セル/cm2以下、及びセルピッチが1.0mm以上である。好ましい態様としては、隔壁102の厚さが0.150mm以下、セル密度が95セル/cm2以下、及びセルピッチが1.2mm以上である。より好ましい態様としては、隔壁102の厚さが0.120mm以下、セル密度が90セル/cm2以下、及びセルピッチが1.3mm以上である。
 ハニカム構造体の強度を確保すること、及び電気抵抗を低く保つ観点から、隔壁102の厚さの下限は、0.010mm以上であることが好ましく、0.020mm以上であることがより好ましく、0.030mm以上であることが更により好ましい。
 ハニカム構造体の強度を確保すること、電気抵抗を低く保つこと、及び表面積を増やして除湿材含有層120による反応、吸着、離脱を促進する観点から、セル密度の下限は、30セル/cm2以上であることが好ましく、35セル/cm2以上であることがより好ましく、40セル/cm2以上であることが更により好ましい。
 ハニカム構造体の強度を確保すること、電気抵抗を低く保つこと、及び表面積を増やして除湿材含有層120による反応、吸着、離脱を促進する観点から、セルピッチの上限は、2.0mm以下であることが好ましく、1.8mm以下であることがより好ましく、1.6mm以下であることが更により好ましい。
 圧力損失の低減と強度の維持とを両立する観点で有利な態様としては、隔壁102の厚さが0.08mm~0.36mm、セル密度が2.54セル/cm2~140セル/cm2、及びセル104の開口率が0.70以上である。好ましい態様としては、隔壁102の厚さが0.09mm~0.35mm、セル密度が15セル/cm2~100セル/cm2、及びセル104の開口率が0.75以上である。より好ましい態様としては、隔壁102の厚さが0.10mm~0.30mm、セル密度が20セル/cm2~90セル/cm2、及びセル104の開口率が0.77以上である。
 ハニカム構造体の強度を確保する観点から、セル104の開口率の上限は、0.94以下であることが好ましく、0.92以下であることがより好ましく、0.90以下であることが更により好ましい。
 外周壁101の厚さは、特に限定されないが、次の観点に基づいて決定することが好ましい。まず、ハニカム構造部を補強するという観点から、外周壁101の厚さは、好ましくは0.05mm以上、より好ましくは0.06mm以上、更に好ましくは0.08mm以上である。一方、電気抵抗を大きくして初期電流を抑える観点、及び空気が流通する際の圧力損失を低減する観点から、外周壁101の厚さは、好ましくは1.0mm以下、より好ましくは0.5mm以下、更に好ましくは0.4mm以下、更により好ましくは0.3mm以下である。
 本明細書において外周壁101の厚さとは、流路の延びる方向に直交する断面において、外周壁101と最も外周側のセル104又は隔壁102との境界からハニカム構造体の外周面までの、当該外周面の法線方向の長さを指す。
 ハニカム構造体の流路の延びる方向の長さ及び流路の延びる方向に直交する断面積は、要求される除湿デバイス100のサイズに合わせて調整すればよく、特に限定されない。例えば、所定の機能を確保しつつコンパクトな除湿デバイス100に用いられる場合、ハニカム構造体は、流路の延びる方向の長さを2~50mm、典型的には5~50mm、流路の延びる方向に直交する断面積を30~400cm2、典型的には50~150cm2とすることができる。
 ハニカム構造部を構成する隔壁102は、通電によって発熱可能な材料で構成されており、具体的にはPTC特性を有する材料で構成される。必要に応じて外周壁101も隔壁102と同様にPTC特性を有する材料で構成されていてもよい。
 隔壁102上に除湿材含有層120を設けるため、発熱する隔壁102(及び必要に応じて外周壁101)からの伝熱によって除湿材含有層120を直接加熱することが可能である。また、PTC特性を有する材料は、温度が上昇してキュリー点を超えると、急激に抵抗値が上昇して電気が流れ難くなるという特性を有する。そのため、隔壁102(及び必要に応じて外周壁101)は、ヒーターエレメントが高温になったときに、これらに流れる電流が制限されるので、ヒーターエレメントの過剰な発熱が抑制される。従って、過剰な発熱に起因する除湿材含有層120の熱劣化を抑制することも可能である。
 PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率の下限は、適度な発熱を得る観点からは、0.1Ω・cm以上であることが好ましく、0.5Ω・cm以上であることがより好ましく、1Ω・cm以上であることが更に好ましく、2Ω・cm以上であることが更により好ましい。PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率の上限は、低い駆動電圧で発熱させるという観点からは、50Ω・cm以下であることが好ましく、30Ω・cm以下であることが好ましく、18Ω・cm以下であることがより好ましく、16Ω・cm以下であることが更に好ましい。従って、PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率の範囲は、例えば0.1Ω・cm~50Ω・cmとすることができる。本明細書において、PTC特性を有する材料の25℃における体積抵抗率はJIS K6271:2008に従って測定される。
 通電発熱可能であり、且つ、PTC特性を有するという観点から、外周壁101及び隔壁102は、チタン酸バリウム(BaTiO3)を主成分とする材料であることが好ましく、Baの一部が希土類元素で置換されたチタン酸バリウム(BaTiO3)系結晶粒子を主成分とする材料で構成されるセラミックスであることがより好ましい。なお、本明細書において「主成分」とは、成分全体に占める割合が50質量%を超える成分のことを意味する。BaTiO3系結晶粒子の含有量は、蛍光X線分析により求めることができる。その他の結晶粒子についても、この方法と同様にして測定することができる。
 Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子の組成式は、(Ba1-xx)TiO3で表すことができる。組成式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、0.0001≦x≦0.010である。
 Aは、希土類元素であれば特に限定されないが、好ましくはLa、Ce、Pr、Nd、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Y及びYbからなる群から選択される一種以上であり、より好ましくはLaである。xは、室温における電気抵抗が高くなり過ぎることを抑制する観点から、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.0015以上である。一方、xは、焼結不足となって室温における電気抵抗が高くなりすぎることを抑制する観点から、好ましくは0.009以下である。
 Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子のセラミックスにおける含有量は、主成分となる量であれば特に限定されないが、好ましくは90質量%以上、より好ましくは92質量%以上、更により好ましくは94質量%以上である。なお、BaTiO3系結晶粒子の含有量の上限値は、特に限定されないが、一般的に99質量%以下、好ましくは98質量%以下である。
 外周壁101及び隔壁102に用いられる材料は、環境負荷を軽減するという観点から、鉛(Pb)を実質的に含まないことが望ましい。具体的には、外周壁101及び隔壁102は、Pb含有量が、好ましくは0.01質量%以下、より好ましくは0.001質量%以下、更に好ましくは0質量%である。Pb含有量が少ないことにより、例えば、発熱中の隔壁102に接触させることで加温された空気をヒトなどの生物に安全に当てることができる。なお、外周壁101及び隔壁102において、Pb含有量は、PbOに換算すると、好ましくは0.03質量%未満、より好ましくは0.01質量%未満、更に好ましくは0質量%である。鉛の含有量は、ICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析)により求めることができる。
 従来のヒーターエレメントにおいて、外周壁及び隔壁を構成する材料のキュリー点は一般的に100℃~300℃の高温である。そのため、除湿材含有層には、この温度域に水放出温度がある除湿材が用いられる。しかしながら、この除湿材は、吸着した水分を放出して再生するのに100℃以上の高温が必要になるため、要求される電力量が多くなる。その結果、バッテリーの電力消費量が多くなってしまい、例えば、電気自動車の航続距離が低下してしまう。また、100℃以上の高温により、ヒーターエレメントを収容するケーシング部品やその他の周囲の部品に熱的な影響を及ぼし、それらの機能や耐久性に影響を及ぼすこともある。
 これに対して除湿デバイス100に用いられる除湿材含有層120には、水放出温度が30~70℃の除湿材が用いられるため、外周壁101及び隔壁102を構成する材料のキュリー点も低くすることができる。外周壁101及び隔壁102を構成する材料のキュリー点は、除湿材含有層120を効率良く加熱する観点から、好ましくは30℃以上、より好ましくは40℃以上、更に好ましくは50℃以上である。また、キュリー点は、室内、特に車室又は車室近傍に置かれる部品としての安全性や、必要な電力量を低減する観点から、好ましくは70℃以下であり、より好ましくは60℃以下であり、更に好ましくは50℃以下である。従って、外周壁101及び隔壁102を構成する材料のキュリー点の範囲は、例えば30℃~70℃とすることができる。
 なお、外周壁101及び隔壁102を構成する材料のキュリー点は、100℃以上であってもよいが、除湿デバイス100に用いるためには、除湿材含有層120の加熱温度が高くなりすぎないように電力量を制御することが必要である。
 外周壁101及び隔壁102を構成する材料のキュリー点は、シフターの種類及び添加量によって調整可能である。例えば、チタン酸バリウム(BaTiO3)のキュリー点は約120℃であるが、Ba及びTiの一部をSr、Sn及びZrの一種以上で置換することにより、キュリー点を低温側にシフトさせることができる。
 キュリー点が30℃~70℃のチタン酸バリウムは、特に限定されないが、例えば、以下の[i]~[iii]の組成式によって表すことができる。
[i](Ba1-x-ySrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.15~0.25、yが0.0001~0.01である)
[ii](Ba1-x-ySnxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.05~0.15、yが0.0001~0.01である)
[iii](Ba1-x-yZrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.12~0.18、yが0.0001~0.01である)
 本明細書において、キュリー点は以下の方法により測定される。試料を測定用の試料ホルダーに取りつけ、測定槽(例:MINI-SUBZERO MC-810P エスペック株式会社製)内に装着して、10℃から昇温したときの温度変化に対する試料の電気抵抗の変化を、直流抵抗計(例:マルチメーター3478A YOKOGAWA HEWLETT PACKARD,LTD製)を用いて測定する。測定により得られた電気抵抗-温度プロットにより、抵抗値が室温(20℃)における抵抗値の2倍になるときの温度をキュリー点とする。
(B)電極
 一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)は、ハニカム構造体の任意の箇所に設けられる。一対の電極は、対向するような位置、例えば、ハニカム構造体の第1端面103a及び第2端面103bや、ハニカム構造体の流路の延びる方向に平行な外周壁101の表面に設けることができる。特に、ハニカム構造体を効率的に発熱させる観点からは、ハニカム構造体の第1端面103a及び第2端面103bに一対の電極を設けることが好ましい。すなわち、第1電極110aは第1端面103a上に設けられ、第2電極110bは、第2端面103b上に設けられる。そして、第1電極110aと第2電極110bとの間に電圧を印加することで、ジュール熱によりハニカム構造体を発熱させることが可能となる。
 具体的には、第1電極110aは、第1端面103aを形成する隔壁102の表面の一部又は全部を被覆する。第2電極110bは、第2端面103bを形成する隔壁102の表面の一部又は全部を被覆する。電流を第1端面103aの全体に広げやすくするため、第1電極110aは、第1端面103aにおけるセル104の開口部を除く部分(隔壁部分及び外周壁部分)の面積のうち、80%以上を被覆することが好ましく、90%以上を被覆することがより好ましく、99%以上を被覆することが更により好ましい。同様に、電流を第2端面103bの全体に広げ易くするため、第2電極110bは、第2端面103bにおけるセル104の開口部を除く部分(隔壁部分及び外周壁部分)の面積のうち、80%以上を被覆することが好ましく、90%以上を被覆することがより好ましく、99%以上を被覆することが更により好ましい。
 第1電極110a及び第2電極110bとしては、特に限定されないが、例えば、Cu、Ag、Al、Ni及びSiから選択される少なくとも一種を含有する金属又は合金を使用することができる。好ましい態様において、第1電極110a及び第2電極110bは、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を含有する。また、PTC特性を有する外周壁101及び/又は隔壁102とオーミック接触が可能なオーミック電極を使用することもできる。オーミック電極は、例えば、ベース金属としてAl、Au、Ag及びInから選択される少なくとも一種を含有し、ドーパントとしてn型半導体用のNi、Si、Zn、Ge、Sn、Se及びTeから選択される少なくとも一種を含有するオーミック電極を使用することができる。また、第1電極110a及び第2電極110bは、1層構造としてもよいし、2層以上の積層構造としてもよい。第1電極110a及び第2電極110bが2層以上の積層構造を有する場合、各層の材質は、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。好ましい態様において、第1電極110a及び第2電極110bは、純アルミニウムの単層、Al-Ni合金層と純銀層の二層構造、純アルミニウム層と純銀層の二層構造、又は、Al-Ni合金層と純アルミニウム層の二層構造を有する。
 第1電極110a及び第2電極110bの厚みは、特に限定されず、第1電極110a及び第2電極110bの形成方法に応じて適宜設定することができる。第1電極110a及び第2電極110bの形成方法としては、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法が挙げられる。また、電極ペーストを塗布した後、焼き付ける方法や、溶射によっても電極を形成することもできる。さらに、セル104の開口部に対応する箇所に貫通穴を有するパンチングメタルのような金属板又は合金板を接合することによって電極としてもよい。
 第1電極110a及び第2電極110bの平均厚みは、限定的ではないが、例えば5μm以上100μm以下とすることができる。第1電極110a及び第2電極110bの平均厚みの下限が5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上であることによって、電極での異常発熱が回避できるという利点が得られる。第1電極110a及び第2電極110bの平均厚みの上限が100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは60μm以下であることによって、電極の剛性を抑制でき、ハニカム構造体の端面から剥がれ難いという利点が得られる。
 第1電極110aの平均厚みは、以下の手順で測定される。まず、走査型電子顕微鏡などで50倍程度の第1電極110aの断面画像を取得する。断面としては、ハニカム構造体の流路の延びる方向に平行な断面である。断面画像においては、隔壁102毎に第1電極110aが視認されるので、それぞれの第1電極110aについて、当該第1電極110aによって被覆される第1端面103aを形成する隔壁102の流路の延びる方向に垂直な方向の長さの中央位置における厚みを測定する。厚みの方向は、流路の延びる方向に平行な方向である。そして、第1電極110aの多数の断面画像をヒーターエレメントの第1端面103a近傍から偏りなく取得し、5箇所以上の第1電極110aの厚みを測定する。測定されたすべての厚みの平均値を第1電極110aの平均厚みとする。第2電極110bの平均厚みについても同様の手順で測定する。
 第1電極110a及び第2電極110bの25℃における体積抵抗率の下限は、特に制限は無いが、通常実現可能な範囲は1.0×10-7Ω・cm以上である。第1電極110a及び第2電極110bの25℃における体積抵抗率の上限は、面内に十分電流が行き渡り温度分布を均一にする観点からは、1.0×10-5Ω・cm以下であることが好ましく、1.0×10-6Ω・cm以下であることが好ましく、5.0×10-7Ω・cm以下であることがより好ましく、3.0×10-7Ω・cm以下であることが更に好ましい。従って、第1電極110a及び第2電極110bの25℃における体積抵抗率の範囲は、例えば1.0×10-7Ω・cm以上1.0×10-5Ω・cm以下とすることができる。本明細書において、第1電極110a及び第2電極110bの25℃における体積抵抗率はJIS K6271:2008に従って測定される。
(C)端子
 ヒーターエレメントは、外部電源との接続を容易にする観点から、一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)に接続された端子(第1端子111a及び第2端子111b)を更に備えることができる。第1端子111aは、第1電極110aの外表面の一部に接続される。また、第2端子111bは、第2電極110bの外表面の一部に接続される。
 第1電極110aと第1端子111aとの間、及び第2電極110bと第2端子111bとの間の接続方法は、両者が導通していれば特に限定されず、例えば、溶接、ろう付け又は機械的接触などによって接続することができる。第1端子111a及び第2端子111bの材質としては、特に限定されないが、例えば、金属とすることができる。金属としては、単体金属及び合金などを採用することもできるが、湿度の高い環境で酸化し難く、湿潤条件でもマイグレーションや電蝕を起こし難く、電極との接合が容易である材料を選択するという観点から、純アルミニウム、アルミニウム合金及びステンレスから選択される1種又は2種以上を含有することが好ましく、例えば、純アルミニウム製、アルミニウム合金製又はステンレス製とすることができる。その他、Cr、Fe、Co、Ni、Cu及びTiよりなる群から選択される少なくとも一種を含む合金を用いることもでき、中でもFe-Ni合金及びリン青銅は好適に使用できる。端子は、端面上の電極層に近い材質であることが電蝕回避の観点から好ましい。例示的には、電極層及び端子が共に純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金であることが好ましい。
 第1端子111a及び第2端子111bの形状は、限定的ではないが、例えば、平板状とすることができる。その場合の端子の板厚は、限定的ではないが、例えば、0.1~4mmとすることができ、0.3~2mmとすることが好ましい。
 第1端子111aによって被覆される第1端面103aの部分の面積は、特に制限はないが、第1端子111aが小さ過ぎると、第1端子111aに通電部品を接続する場合に、その接続が難しくなる。逆に、第1端子111aが大き過ぎると、セル104の開口部を塞ぐ面積が大きくなり、ヒーターエレメントに流すことのできる空気の流量が低下する。そこで、第1端面103aの面積に対して、第1端子111aが第1端面103aを被覆する面積の割合の下限は、0.5%以上であることが好ましく、1%以上であることがより好ましく、2%以上であることが更により好ましい。また、第1端面103aの面積に対して、第1端子111aが第1端面103aを被覆する面積の割合の上限は、10%以下であることが好ましく、8%以下であることがより好ましく、5%以下であることが更により好ましい。従って、第1端面103aの面積に対して、第1端子111aが第1端面103aを被覆する面積の割合の範囲は、例えば0.5%~10%とすることができる。第2端面103bの面積に対して、第2端子111bが第2端面103bを被覆する面積の割合についても同様である。
 第1端子111a及び第2端子111bの25℃における体積抵抗率の下限は、特に制限はないが、通常可能な範囲は1.0×10-7Ω・cm以上である。第1端子111a及び第2端子111bの25℃における体積抵抗率の上限は、端子での発熱・エネルギーロス低減観点からは、1.0×10-6Ω・cm以下であることが好ましく、5.0×10-7Ω・cm以下であることが好ましく、3.0×10-7Ω・cm以下であることがより好ましく、2.0×10-7Ω・cm以下であることが更に好ましい。従って、第1端子111a及び第2端子111bの25℃における体積抵抗率の範囲は、例えば1.0×10-7Ω・cm以上1.0×10-6Ω・cm以下とすることができる。本明細書において、第1端子111a及び第2端子111bの25℃における体積抵抗率はJIS K6271:2008に従って測定される。
(D)通電部品
 ヒーターエレメントは、外部電源との接続を容易にする観点から、端子に接続された通電部品(第1通電部品112a及び第2通電部品112b)を更に備えることができる。第1通電部品112a及び第2通電部品112bは、第1端子111a及び第2端子111bにそれぞれ接続される。
 第1通電部品112a及び第2通電部品112bを構成する導通材料としては、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、銅が挙げられる。第1端子111aと第1通電部品112aとの間、及び第2端子111bと第2通電部品112bとの間の接続方法は、両者が導通していれば特に限定されず、例えば、溶接、ろう付け又は機械的接触などによって接続することができる。第1通電部品112a及び第2通電部品112bは一態様において、外部電源と第1端子111a(第2端子111b)との間の電線自体、すなわち銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、ステンレス線であってもよい。第1通電部品112a及び第2通電部品112bは、別の態様において、電線と第1端子111a(第2端子111b)とを接続する仲介部品であってもよい。仲介部品は、例えば溶接、ハンダ付け、ろう付け、加締め、及びボルト締めの何れか、その他の方法で電線に接続することができる。
(1-2.除湿材含有層)
 除湿材含有層120は、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する。このような除湿材を用いることにより、吸着した水分を30~70℃の低温域で放出して再生することができる。そのため、除湿材含有層120の再生に必要な電力量を低減し、バッテリーに蓄電されている電気消費量を削減できるので、電気自動車の航続距離を延ばすことができる。除湿材の水放出温度は、35~65℃が好ましく、40~60℃がより好ましい。
 ここで、本明細書において、除湿材とは、室温(25℃)、相対湿度50%の環境下に一時間放置したときに、自身の乾燥質量1g当たりが吸着できる水の質量(g)が5g/g以上である性質を有する物質を指し、吸湿材とも称される。吸湿材は、水分を-20℃~30℃未満で吸着することが好ましい。
 除湿材は、水分を-20℃~30℃未満で吸着し、30~70℃で脱離する機能を有するため、通電と非通電とを繰り返すことで除湿材の機能を繰り返し得ることができる。
 除湿材の水放出温度とPTC特性を有する材料(ハニカム構造体の外周壁101及び隔壁102を構成する材料)のキュリー点との温度差は、±10℃以内であることが好ましく、±8℃以内であることがより好ましく、±5℃以内であることが更に好ましい。このような構成とすることにより、除湿材が過度に加熱されて劣化することを抑制することができるため、除湿材含有層120の機能を長期間にわたって維持することが可能となる。
 除湿材の種類は、水放出温度が30~70℃であれば特に限定されないが、アルミノケイ酸塩、シリカゲル、シリカ、酸化グラフェン、高分子吸着材、ポリスチレンスルホン酸及び金属有機構造体(MOF:Metal Organic Framework)が挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 アルミノケイ酸塩としては、AFI型、CHA型又はBEA型のゼオライト;アロフェン、イモゴライトなどの多孔質粘土鉱物を用いることが好ましい。また、アルミノケイ酸塩は、非晶質であることが好ましい。
 シリカゲルとしては、A型シリカゲルを用いることが好ましい。
 高分子吸着材としては、ポリアクリル酸系高分子鎖を有するものが好ましい。例えば、高分子吸着材として、ポリアクリル酸ナトリウムなどを用いることができる。
 金属有機構造体は、金属イオンと有機分子(有機配位子)とを含む結晶性のハイブリッド材料である。金属イオンは、親水性を有する金属イオン(例えば、アルミニウムイオン)であることが好ましい。
 除湿材含有層120は、バインダを更に含有してもよい。バインダを含有させることにより、隔壁102の表面に対する除湿材含有層120の保持機能を高めることができる。バインダとしては有機バインダ及び無機バインダの両者が挙げられるが、無機バインダが好ましい。無機バインダの種類には特に制限はないが、アルミナゾル、シリカゾル、モンモリロナイト、ベーマイト、ガンマアルミナ、アタパルジャイトが挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、接着力を確保しやすいという理由により、アルミナゾル、シリカゾルが好ましく、シリカゾルがより好ましい。
 除湿材含有層120は、抗菌材を更に含有してもよい。抗菌材を含有させることにより、カビなどの発生による除湿材含有層120の機能低下や、車室へのカビの飛散によって車室内の環境悪化を引き起こすことを抑制できる。抗菌材の種類は、抗菌作用を有しており且つ除湿材の機能を阻害しないものであれば特に限定されないが、例えば、酸化チタンなどの可視光応答型光触媒、銀、銅及び亜鉛が挙げられる。これらは、単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、これらの中でも酸化チタンが好ましく、多孔質の酸化チタンがより好ましい。
 除湿材含有層120の平均厚みは、特に限定されないが、例えば10μm以上500μm以下とすることができる。除湿材含有層120の平均厚みの下限を10μm以上、好ましくは30μm以上、より好ましくは50μm以上とすることによって、吸湿性能を十分確保できる。除湿材含有層120の平均厚みの上限を500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは200μm以下とすることによって、除湿材含有層120の剛性を小さくし、剥がれ難くすることができる。
 除湿材含有層120の平均厚みは、以下の手順で測定される。まず、走査型電子顕微鏡などで50倍程度の除湿材含有層120の断面画像を取得する。断面としては、ハニカム構造体の流路の延びる方向に平行な断面である。断面画像においては、隔壁102毎に隔壁102を挟む二箇所の除湿材含有層120が視認されるので、それぞれの除湿材含有層120の第1端面103aから第2端面103bまでの全体の断面積を、当該除湿材含有層120によって被覆されている隔壁102の第1端面103aから第2端面103bまでの長さで除することでそれぞれの除湿材含有層120の厚みを算出する。そして、除湿材含有層120の多数の断面画像を偏りなく取得して、5箇所以上の除湿材含有層120の厚みを測定する。測定されたすべての除湿材含有層120の厚みの平均値を除湿材含有層120の平均厚みとする。
 除湿材含有層120は、隔壁102の表面に設けられる。また、除湿材含有層120は、第1電極110a及び第2電極110bの外表面の一部にも設けることができる。さらに、除湿材含有層120は、第1電極110a及び第2電極110bの側面にも設けることができる。このような構成とすることにより、電極中の金属成分がマイグレーションを起こして電極間で短絡するのを抑制可能である。
 ここで、第1電極110aの外表面とは、第1電極110aが第1端面103aと接する面の反対側の面を指す。第2電極110bの外表面とは、第2電極110bが第2端面103bと接する面の反対側の面を指す。また、第1電極110aの側面とは、第1電極110aの厚み方向に平行な面を指す。第2電極110bの側面とは、第2電極110bの厚み方向に平行な面を指す。
 除湿材含有層120が第1電極110aの外表面の「一部」に設けられることとしたのは、第1電極110aの外表面のうち、第1端子111aが接続される部分は、除湿材含有層120が設けられるべきではないためである。同様に、除湿材含有層120が第2電極110bの外表面の「一部」に設けられることとしたのは、第2電極110bの外表面のうち、第2端子111bが接続される部分は、除湿材含有層120が設けられるべきではないためである。
 短絡予防効果を高めるためには、除湿材含有層120は第1電極110aの外表面のうち、第1端子111aが接続されていない部分の面積の80%以上に設けられていることが好ましく、90%以上に設けられていることがより好ましく、99%以上に設けられていることが更により好ましい。同様に、除湿材含有層120は第2電極110bの外表面のうち、第2端子111bが接続されていない部分の面積の80%以上に設けられていることが好ましく、90%以上に設けられていることがより好ましく、99%以上に設けられていることが更により好ましい。
(1-3.その他の追加部品)
 除湿デバイス100は、必要に応じて、当該技術分野において公知の追加部材を更に備えていてもよい。例えば、除湿デバイス100は、ヒーターエレメントを保持可能な枠体を更に備えることができる。枠体による保護作用によって、ヒーターエレメントを通風路内に設置するときにヒーターエレメントが損傷を受けにくくなり、また、周囲部品との電気絶縁性を確保しつつ、空調システム内へ装着し易い形状とすることができる。
 ヒーターエレメントを保持する枠体としては、特に制限はないが、一態様に係る枠体は、ヒーターエレメントを第1端面103a側及び第2端面103b側から挟持することができるように構成することができる。別の一態様に係る枠体は、ヒーターエレメントを外周壁101の外周面側から保持することができるように構成することができる。
(2.除湿デバイスの製造方法)
 次に、除湿デバイス100の製造方法について例示的に説明する。
 まず、ヒーターエレメントを構成するハニカム構造体の製造方法は、成形工程及び焼成工程を含む。
 成形工程では、BaCO3粉末、TiO2粉末、及び希土類の硝酸塩又は水酸化物の粉末を含むセラミックス原料を含有する坏土を成形し、相対密度が60%以上のハニカム成形体を作製する。
 セラミックス原料は、所望する組成となるように各粉末を乾式混合することによって得ることができる。
 坏土は、セラミックス原料に、分散媒、バインダ、可塑剤及び分散剤を添加して混練することによって得ることができる。坏土には、シフター、金属酸化物、特性改善剤、導電体粉末等の添加剤を必要に応じて含有させてもよい。
 セラミックス原料以外の成分の配合量は、ハニカム成形体の相対密度が60%以上となるような量であれば特に限定されない。
 ここで、本明細書において「ハニカム成形体の相対密度」とは、セラミックス原料全体の真密度に対するハニカム成形体の密度の割合のことを意味する。具体的には、以下の式によって求めることができる。
 ハニカム成形体の相対密度(%)=ハニカム成形体の密度(g/cm3)/セラミックス原料全体の真密度(g/cm3)×100
 ハニカム成形体の密度は、純水を媒体とするアルキメデス法により測定することができる。また、セラミックス原料全体の真密度は、各原料の質量を合計した値(g)を、各原料の実の体積を合計した値(cm3)で除することによって求めることができる。
 分散媒としては、水、又は水とアルコールなどの有機溶媒との混合溶媒などを挙げることができるが、特に水を好適に用いることができる。
 バインダとしては、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコールなどの有機バインダを例示することができる。特に、メチルセルロース及びヒドロキシプロポキシルセルロースを併用することが好適である。バインダは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよいが、アルカリ金属元素を含有していないことが好ましい。
 可塑剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリカルボン酸系高分子、アルキルリン酸エステルなどを例示することができる。
 分散剤としては、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコールなどの界面活性剤を用いることができる。分散剤は、一種を単独で使用するものであっても、二種以上を組み合わせて使用するものであってもよい。
 ハニカム成形体は、坏土を押出成形することによって作製することができる。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。
 押出成形によって得られるハニカム成形体の相対密度の下限は、好ましくは60%以上であり、より好ましくは65%以上である。このような範囲にハニカム成形体の相対密度を制御することにより、ハニカム成形体を緻密化し、室温における電気抵抗を低下させることが可能となる。なお、ハニカム成形体の相対密度の上限は、特に限定されないが、一般に80%以下であり、好ましくは75%以下である。
 ハニカム成形体は、焼成工程の前に乾燥させることができる。乾燥方法としては、特に限定されないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥方法を用いることができる。これらの中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することができる点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。
 焼成工程は、1150~1250℃で保持した後、20~600℃/時の昇温速度で1360~1430℃の最高温度に昇温させて0.5~10時間保持することを含む。
 ハニカム成形体を1360~1430℃の最高温度で0.5~10時間保持することにより、Baの一部が希土類元素で置換されたBaTiO3系結晶粒子を主成分とするハニカム構造部を得ることができる。
 また、1150~1250℃で保持することにより、焼成過程で生成するBa2TiO4結晶粒子が除去され易くなるため、ハニカム構造部を緻密化させることができる。
 さらに、1150~1250℃から1360~1430℃の最高温度までの昇温速度を20~600℃/時とすることにより、1.0~10.0質量%のBa6Ti1740結晶粒子をハニカム構造部に生成させることができる。
 1150~1250℃での保持時間は、特に限定されないが、好ましくは0.5~10時間である。このような保持時間とすることにより、焼成過程で生成するBa2TiO4結晶粒子が安定して除去され易くなる。
 焼成工程は、昇温時に900~950℃で0.5~5時間保持することを含むことが好ましい。900~950℃で0.5~5時間保持することにより、BaCO3が効率良く分解し、所定の組成を有するハニカム構造体が得られ易くなる。
 なお、焼成工程の前には、バインダを除去するための脱脂工程を行ってもよい。脱脂工程の雰囲気は、有機成分を完全に分解するために大気雰囲気とすることが好ましい。
 また、焼成工程の雰囲気も、電気特性の制御と製造コストの観点から大気雰囲気とすることが好ましい。
 焼成工程や脱脂工程に用いられる焼成炉としては、特に限定されないが、電気炉、ガス炉などを用いることができる。
 このようにして得られたハニカム構造体に、一対の電極(第1電極110a及び第2電極110b)を接合する。第1電極110a及び第2電極110bは、ハニカム構造体の第1端面103a及び第2端面103bに、スパッタリング、蒸着、電解析出、化学析出のような金属析出法によって形成することができる。また、第1電極110a及び第2電極110bは、ハニカム構造体の第1端面103a及び第2端面103bに、電極ペーストを塗布した後、焼き付けることによって形成することもできる。更には溶射によって形成することもできる。第1電極110a及び第2電極110bは単層で構成してもよいが、組成の異なる複数の電極層で構成することもできる。上記の方法で第1電極110a及び第2電極110bを端面上に形成するとき、電極の厚みを過度に大きくならないように設定すれば、セル104を塞がないようにすることができる。
 第1電極110a及び第2電極110bの形成方法は、限定的ではないが、電極ペーストの焼付け、スパッタリング及び蒸着のような乾式めっき、溶射、電解析出及び化学析出のような湿式めっき、金属板又は合金板の接合が挙げられる。それぞれの方法において好適な厚み範囲がある。電極ペーストの焼付けでは5~30μm程度、スパッタリング及び蒸着のような乾式めっきでは100~1000nm程度、溶射では10~100μm程度、電解析出及び化学析出のような湿式めっきでは5~30μm程度とすることができる。また、金属板又は合金板の接合では電極の厚みを5~100μm程度とすることができる。
 次いで、第1電極110aの外表面に第1端子111aを、第2電極110bの外表面に第2端子111bを接続する。両者の接続方法としては、先述したように、溶接、ろう付け又は機械的接触などの方法が挙げられる。また、第1電極110a(第2電極110b)を形成するための電極ペーストの焼付け時に、第1端子111a(第2端子111b)を同時に焼き付けすることで接続してもよい。
 次いで、必要に応じて、第1端子111a及び第2端子111bに第1通電部品112a及び第2通電部品112bをそれぞれ接続する。両者の接続方法としては、先述したように、溶接、ろう付け又は機械的接触などの方法が挙げられる。
 上記のようにして得られたヒーターエレメントの所定の位置に除湿材含有層120を形成する。具体的には、ヒーターエレメントを構成するハニカム構造体の隔壁102の表面、第1電極110a及び第2電極110bの外表面の一部や側面に除湿材含有層120が設けられる。各位置に形成される除湿材含有層120は、個別に形成してもよいし、同時に形成してもよい。
 除湿材含有層120は、例えば、以下の工程により同時に形成可能である。除湿材、必要に応じて抗菌材、バインダ及び分散媒などを含むスラリーに、除湿材含有層120を形成する前のヒーターエレメントを所定時間浸漬し、ハニカム構造体の外周面の余分なスラリーをブロー及び拭き取りによって除去する。その後、スラリーを乾燥させることによって除湿材含有層120を形成することができる。乾燥は、例えば120~600℃程度の温度にヒーターエレメントを加熱しながら行うことができる。浸漬、スラリー除去、及び乾燥の一連の工程は1回のみ実施してもよいが、複数回繰り返すことによって所望の厚さの除湿材含有層120を形成することができる。
 バインダとしては有機バインダを使用してもよいが、熱によって発煙し、煙中の成分が車室へ流れ込んで車室環境を悪化する懸念があるという理由により、無機バインダを使用することが好ましい。無機バインダの好適な種類は先述した通りである。
 分散媒としては、水、有機溶媒(例:トルエン、キシレン、エタノール、n-ブタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、テルピネオール、ジヒドロテルピネオール、テキサノール、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル)又はこれらの混合液とすることができる。
(3.車室除湿システム)
 本発明の実施形態に係る車室除湿システムは、自動車などの各種車両に用いることができる。特に、本発明の実施形態に係る車室除湿システムは、電気自動車及び電車のような内燃機関を持たない車両に好適に利用可能である。
 なお、本発明の実施形態に係る車室除湿システムは、住宅、オフィス、工場、店舗、倉庫、冷凍庫のような建築物、船舶、飛行機のような乗り物の室内空間の湿度の調整のためにも利用できる。
(3-1.車室除湿システムの構成例1)
 図5は、本発明の一実施形態に係る車室除湿システム1000の構成を示す模式図である。
 車室除湿システム1000は、除湿デバイス100と、除湿デバイス100に電圧を印加することが可能なバッテリー200と、車室と除湿デバイス100の流入口(入口端面)とを連通する流入配管400と、除湿デバイス100の流出口(出口端面)と室内又は車外とを連通する流出配管500と、流出配管500に設けられ、流出配管500を流通する空気の流れを車室又は車外に切替え可能な切替えバルブ300とを備える。流出配管500は、除湿デバイス100の流出口(出口端面)と室内とを連通する第一経路500aと、除湿デバイス100の流出口(出口端面)と車外とを連通する第二経路500bとを有する。また、車室除湿システム1000は、車室からの空気を、流入配管400を介して除湿デバイス100の流入口(入口端面)に流入させるための通風機600を更に備える。
 図5に示す車室除湿システム1000において、除湿デバイス100は、流入口(入口端面)が第1端面103aであり、流出口(出口端面)が第2端面103bであるように配置されている。しかしながら、除湿デバイス100は、流入口が第2端面103bであり、流出口が第1端面103aであるように配置することも可能である。除湿デバイス100は一つでもよいが、直列又は並列に複数配置してもよい。
 車室除湿システム1000は、
 バッテリー200からの印加電圧をオフとし、流出配管500を流通する空気が第一経路500aを通るように切替えバルブ300を切替え、通風機600をオンとする第1のモードと、
 バッテリー200からの印加電圧をオンとし、流出配管500を流通する空気が第二経路500bを通るように切替えバルブ300を切替え、通風機600をオンとする第2のモードと、
の運転モードを有することができる。
 車室除湿システム1000は、第1のモードと第2のモードとの間の切替えを実行可能な制御部900を備えることができる。制御部900は、例えば、第1のモードと第2のモードとを交互に実行することができるように構成してもよい。第1のモードと第2のモードとの切替えを一定サイクルで繰り返すことにより、車室の水分(水蒸気)を安定的に車外に排出することが可能となる。
 第1のモードでは、空気中の水分が除去される。具体的には、車室からの空気は、流入配管400を通って除湿デバイス100の流入口(入口端面)から流入し、除湿デバイス100内を通過した後、除湿デバイス100の流出口(出口端面)から流出する。車室からの空気の水分は除湿デバイス100を通過する間に除湿材含有層120の除湿材に吸着されることにより除去される。除湿デバイス100の流出口(出口端面)から流出する水分が除去された空気は、流出配管500の第一経路500aを通って車室へと返送される。当該空気は、他の空調システム(例:車両のHVAC)に供給してもよい。
 第2のモードでは、除湿材含有層120の除湿材の再生が行われる。具体的には、車室からの空気は、流入配管400を通って除湿デバイス100の流入口(入口端面)から流入し、除湿デバイス100内を通過した後、除湿デバイス100の流出口(出口端面)から流出する。除湿デバイス100は通電により発熱し、これにより除湿デバイス100に担持されている除湿材含有層120が加熱されるため、除湿材含有層120に吸着された水分が除湿材含有層120から放出(離脱)される。
 除湿材含有層120に吸着された水分の放出を促進するため、除湿材の種類に応じて水放出温度以上に除湿材を加熱することが好ましい。例えば、除湿材の少なくとも一部、好ましくは全部を30~70℃に加熱することが好ましく、35~65℃に加熱することがより好ましく、40~60℃に加熱することが更により好ましい。また、第2のモードは、除湿材の再生が十分に行われるまでの時間行うことが望ましい。除湿材の種類にもよるが、例えば、除湿材は上記温度範囲に1~10分間加熱されることが好ましく、2~8分間加熱されることがより好ましく、3~6分間加熱されることが更により好ましい。
 第2のモードでは、車室からの空気は、除湿デバイス100を通過する間に除湿材から放出された水分を同伴しながら除湿デバイス100の流出口(出口端面)から流出する。除湿デバイス100の流出口(出口端面)から流出する水分を含む空気は、流出配管500の第二経路500bを通って車外へと排出される。
 除湿デバイス100に対する印加電圧のオン及びオフの切替えは、例えば、バッテリー200と除湿デバイス100の一対の端子(第1端子111a及び第2端子111b)とを電線810で電気的に接続し、その途中に設けた電源スイッチ910を操作することで可能である。電源スイッチ910の操作は制御部900が実行可能である。
 通風機600のオン及びオフの切替えは、例えば、制御部900と通風機600を電線820又は無線で電気的に接続し、通風機600のスイッチ(図示せず)を制御部900によって操作することで可能である。通風機600は、通風量を制御部900によって変化させることができるように構成することもできる。
 切替えバルブ300の切替えは、例えば、制御部900と切替えバルブ300を電線830又は無線で電気的に接続し、切替えバルブ300のスイッチ(図示せず)を制御部900によって操作することで可能である。
 切替えバルブ300としては、電気で駆動し、流路を切替える機能を有するバルブであれば特に制限はないが、電磁弁及び電動弁が挙げられる。一態様において、切替えバルブ300は、回転軸310に支持された開閉ドア312と、回転軸310を回動操作するモータなどのアクチュエータ314を備える。アクチュエータ314は制御部900によって制御可能に構成される。
 車室除湿システム1000は、上記の機能を安定して確保する観点から、除湿デバイス100が車室に近い位置に配置されることが望ましい。よって、感電防止などの観点から、駆動電圧が60V以下であることが好ましい。除湿デバイス100に用いられているハニカム構造体は、室温における電気抵抗が低いため、この低い駆動電圧でのハニカム構造体の加熱が可能である。なお、駆動電圧の下限は、特に限定されないが、10V以上であることが好ましい。駆動電圧が10V未満であると、ハニカム構造体の加熱時の電流が大きくなるため、電線810を太くする必要がある。従って、車室除湿システム1000の駆動電圧は、例えば10V以上60V以下とすることができる。
 図5に示す実施形態において、通風機600は、除湿デバイス100の上流側に設置されている。より詳細には、通風機600は、除湿デバイス100と室内とを連通する流入配管400の途中に設置されており、通風機600を通過した空気が除湿デバイス100に対して押し込まれるように流入する。別法として、通風機600は、除湿デバイス100の下流側に設置してもよい。この場合、通風機600は例えば流出配管500の途中に設置することができ、流入配管400を通過した空気は除湿デバイス100に吸い込まれるように流入する。
(3-2.車室除湿システムの構成例2)
 図6は、本発明の別の実施形態に係る車室除湿システム2000の構成を示す模式図である。
 車室除湿システム2000は、第一除湿デバイス100Aと、第一除湿デバイス100Aに電圧を印加することが可能なバッテリー200と、車室と第一除湿デバイス100Aの流入口(入口端面)とを連通する第一流入配管400Aと、第一除湿デバイス100Aの流出口(出口端面)と車室とを連通する第一経路500a、及び第一除湿デバイス100Aの流出口(出口端面)と車外とを連通する第二経路500bを有する流出配管500Aと、流出配管500Aを流通する空気の流れを第一経路500aと第二経路500bの間で切替え可能な切替えバルブ300Aとを備える。
 また、車室除湿システム2000は、第二除湿デバイス100Bと、第二除湿デバイス100Bに電圧を印加することが可能なバッテリー200と、車室と第二除湿デバイス100Bの流入口(入口端面)とを連通する第二流入配管400Bと、第二除湿デバイス100Bの流出口(出口端面)と車室とを連通する第一経路500c、及び第二除湿デバイス100Bの流出口(出口端面)と車外とを連通する第二経路500dを有する流出配管500Bと、流出配管500Bを流通する空気の流れを第一経路500cと第二経路500dの間で切替え可能な切替えバルブ300Bとを備える。
 また、車室除湿システム2000は、下流側で第一流入配管400A及び第二流入配管400Bへと分岐する流入配管400と、車室からの空気を、流入配管400を介して第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bの流入口(入口端面)に流入させるための通風機600とを備える。
 車室除湿システム2000において、第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bは、流入口(入口端面)が第1端面103aであり、流出口(出口端面)が第2端面103bであるように配置されている。しかしながら、第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bは、流入口(入口端面)が第2端面103bであり、流出口(出口端面)が第1端面103aであるように配置することも可能である。第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bは、それぞれ一つでもよいが、直列又は並列に複数配置してもよい。
 車室除湿システム2000は、流入配管400を流通する空気の流れを第一流入配管400Aと第二流入配管400Bの間で切替え可能な切替えバルブ300Cを備えることができる。切替えバルブ300Cは、流入配管400を流通する空気の流れを第一流入配管400Aと第二流入配管400Bの両方に供給しつつも、両者に流す空気の割合を変化させるように設定することもできる。また、車室除湿システム2000は、第一除湿デバイス100Aを通過する系統及び第二除湿デバイス100Bを通過する系統の二系統を有することで、一方の系統が故障した場合にも、このシステムを稼働し続けられるという利点がある。
 車室除湿システム2000は、
 バッテリー200からの第一除湿デバイス100Aに対する印加電圧をオンとし、
 流出配管500Aを流通する空気が第二経路500bを通るように切替えバルブ300Aを切替え、
 バッテリー200からの第二除湿デバイス100Bに対する印加電圧をオフとし、
 流出配管500Bを流通する空気が第一経路500cを通るように切替えバルブ300Bを切替え、
 流入配管400を流通する空気を第一流入配管400Aと第二流入配管400Bの両方に供給可能となるように切替えバルブ300Cを設定し、
 通風機600をオンとする、
第1のモードで運転することができる。
 車室除湿システム2000は、
 バッテリー200からの第一除湿デバイス100Aに対する印加電圧をオフとし、
 流出配管500Aを流通する空気が第一経路500aを通るように切替えバルブ300Aを切替え、
 バッテリー200からの第二除湿デバイス100Bに対する印加電圧をオンとし、
 流出配管500Bを流通する空気が第二経路500dを通るように切替えバルブ300Bを切替え、
 流入配管400を流通する空気を第一流入配管400Aと第二流入配管400Bの両方に供給可能となるように切替えバルブ300Cを設定し、
 通風機600をオンとする、
第2のモードで運転することができる。
 第1のモードでは、第一除湿デバイス100Aにおいて除湿材含有層120の除湿材の再生が行われる一方、第二除湿デバイス100Bにおいて空気中の水分が除去される。第2のモードでは、第一除湿デバイス100Aにおいて空気中の水分が除去される一方、第二除湿デバイス100Bにおいて除湿材含有層120の除湿材の再生が行われる。すなわち、車室除湿システム2000では、除湿材含有層120の除湿材と水分の除去とを同時に行うことができる。第一除湿デバイス100Aにおいて除湿材含有層120の除湿材の再生が必要なときは第二除湿デバイス100Bにおいて空気中の水分の除去を行うことができ、逆もまた然りである。
 第1のモードでは、第二除湿デバイス100Bに流れる空気の流量が多くなるように切替えバルブ300Cを設定することが好ましい。また、第2のモードでは、第一除湿デバイス100Aに流れる空気の流量が多くなるように切替えバルブ300Cを設定することが好ましい。これにより、除湿材含有層120の除湿材による空気中の水分の除去性能を高めることができる。
 第一除湿デバイス100A(第二除湿デバイス100B)の流出口(出口端面)から流出する、水分が除去された空気は、流出配管500A(流出配管500B)の第一経路500a(第一経路500c)を通って車室へと返送される。当該空気は、他の空調システム(例:車両のHVAC)に供給してもよい。第一除湿デバイス100A(第二除湿デバイス100B)の流出口(出口端面)から流出する、除湿材含有層120から放出された水分を同伴する空気は、流出配管500A(流出配管500B)の第二経路500b(第二経路500d)を通って車外へと排出される。
 車室除湿システム2000は、第1のモードと第2のモードとの間の切替えを実行可能な制御部900を備えることができる。制御部900は、例えば、第1のモードと第2のモードとを交互に実行することができるように構成してもよい。第1のモードと第2のモードとの切替えを一定サイクルで繰り返すことにより、車室の水分を安定的に車外に排出することが可能となる。特に、車室除湿システム2000によれば、第1のモードと第2のモードとを交互に繰り返すことで水分の除去を継続して行うことができるため、除湿材を再生している間に水分の除去ができないといった問題が解決される。
 第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bに対する印加電圧のオン及びオフの切替えは、例えば、バッテリー200と第一除湿デバイス100A(第二除湿デバイス100B)の一対の端子(第1端子111a及び第2端子111b)とを電線810で電気的に接続し、その途中に設けた電源スイッチ910を操作することで可能である。電源スイッチ910の操作は制御部900が実行可能である。
 通風機600のオン及びオフの切替えは、例えば、制御部900と通風機600とを電線820又は無線で電気的に接続し、通風機600のスイッチ(図示せず)を制御部900によって操作することで可能である。通風機600は、通風量を制御部900によって変化させることができるように構成することもできる。
 切替えバルブ300A、300B、300Cの切替えは、例えば、制御部900と切替えバルブ300A、300B、300Cとを電線830又は無線で電気的に接続し、切替えバルブ300A、300B、300Cのスイッチ(図示せず)を制御部900によって操作することで可能である。
 切替えバルブ300A、300B、300Cとしては、電気で駆動し、流路を切替える機能を有するバルブであれば特に制限はないが、電磁弁及び電動弁が挙げられる。一態様において、切替えバルブ300A、300B、300Cは、回転軸310に支持された開閉ドア312と、回転軸310を回動操作するモータなどのアクチュエータ314を備える。アクチュエータ314は制御部900によって制御可能に構成される。
 車室除湿システム2000は、上記の機能を安定して確保する観点から、第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bが車室に近い位置に配置されることが望ましい。従って、感電防止などの観点から、駆動電圧が60V以下であることが好ましい。第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bに用いられているハニカム構造体は、室温における電気抵抗が低いため、この低い駆動電圧でのハニカム構造体の加熱が可能である。なお、駆動電圧の下限は、特に限定されないが、10V以上であることが好ましい。駆動電圧が10V未満であると、ハニカム構造体の加熱時の電流が大きくなるため、電線810を太くする必要がある。従って、車室除湿システム2000の駆動電圧は、例えば10V以上60V以下とすることができる。
 図6に示す実施形態において、通風機600は、第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bの上流側に設置されている。より詳細には、通風機600は、流入配管400の途中に設置されており、通風機600を通過した空気が第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bに対して押し込まれるように流入する。別法として、通風機600は、第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bの下流側に設置してもよい。この場合、通風機600は例えば流出配管500A、500Bの途中に設置することができ、流入配管400を通過した空気は第一除湿デバイス100A及び第二除湿デバイス100Bに吸い込まれるように流入する。
 100 除湿デバイス
 101 外周壁
 102 隔壁
 103a 第1端面
 103b 第2端面
 104 セル
 110a 第1電極
 110b 第2電極
 111a 第1端子
 111b 第2端子
 112a 第1通電部品
 112b 第2通電部品
 120 除湿材含有層
 200 バッテリー
 300,300A,300B,300C 切替えバルブ
 310 回転軸
 312 開閉ドア
 314 アクチュエータ
 400 流入配管
 400A 第一流入配管
 400B 第二流入配管
 500,500A,500B 流出配管
 500a,500c 第一経路
 500b,500d 第二経路
 600 通風機
 810,820,830 電線
 900 制御部
 910 電源スイッチ
 1000,2000 車室除湿システム

Claims (14)

  1.  外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含むヒーターエレメントと、
     前記隔壁の表面に設けられ、水放出温度が30~70℃の除湿材を含有する除湿材含有層と
    を備える除湿デバイス。
  2.  PTC特性を有する前記材料は、キュリー点が30~70℃である、請求項1に記載の除湿デバイス。
  3.  前記除湿材の水放出温度とPTC特性を有する前記材料のキュリー点との温度差が±10℃以内である、請求項2に記載の除湿デバイス。
  4.  前記除湿材は、アルミノケイ酸塩、シリカゲル、シリカ、酸化グラフェン、高分子吸着材、ポリスチレンスルホン酸及び金属有機構造体から選択される1種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の除湿デバイス。
  5.  PTC特性を有する前記材料は、チタン酸バリウムを主成分とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の除湿デバイス。
  6.  前記チタン酸バリウムは、以下の[i]~[iii]:
    [i](Ba1-x-ySrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.15~0.25、yが0.0001~0.01である)
    [ii](Ba1-x-ySnxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.05~0.15、yが0.0001~0.01である)
    [iii](Ba1-x-yZrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.12~0.18、yが0.0001~0.01である)
    から選択される1種以上である、請求項5に記載の除湿デバイス。
  7.  前記除湿材含有層は、抗菌材を更に含有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の除湿デバイス。
  8.  前記抗菌材は、可視光応答型光触媒、銀、銅及び亜鉛から選択される1種以上である、請求項7に記載の除湿デバイス。
  9.  一対の前記電極が、前記第1端面及び前記第2端面に設けられている、請求項1~3のいずれか一項に記載の除湿デバイス。
  10.  一対の前記電極に接続された端子を更に備える、請求項9に記載の除湿デバイス。
  11.  外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、第1端面から第2端面まで延びる流路となる複数のセルを区画形成する隔壁とを有し、少なくとも前記隔壁がPTC特性を有する材料で構成されたハニカム構造体、及び前記ハニカム構造体に設けられた一対の電極を含み、
     PTC特性を有する前記材料は、キュリー点が30~70℃である除湿デバイス用ヒーターエレメント。
  12.  PTC特性を有する前記材料は、チタン酸バリウムを主成分とする、請求項11に記載の除湿デバイス用ヒーターエレメント。
  13.  前記チタン酸バリウムは、以下の[i]~[iii]:
    [i](Ba1-x-ySrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.15~0.25、yが0.0001~0.01である)
    [ii](Ba1-x-ySnxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.05~0.15、yが0.0001~0.01である)
    [iii](Ba1-x-yZrxy)TiO3(式中、Aは一種以上の希土類元素を表し、xが0.12~0.18、yが0.0001~0.01である)
    から選択される1種以上である、請求項12に記載の除湿デバイス用ヒーターエレメント。
  14.  請求項1~3のいずれか一項に記載の除湿デバイスと、
     前記除湿デバイスに電圧を印加することが可能なバッテリーと、
     車室と前記除湿デバイスの流入口とを連通する流入配管と、
     前記除湿デバイスの流出口と前記車室及び車外とを連通する流出配管と、
     前記流出配管に設けられ、前記流出配管を流通する空気の流れを前記車室又は前記車外に切替え可能な切替えバルブと
    を備える車室除湿システム。
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