(57)【要約】【課題】熱源の少ない自動車においても使用できる中空糸膜を利用した車両用除湿装置を提供すること。【解決手段】複数の中空糸膜を有する中空糸膜モジュールと、中空糸膜モジュールを通過する前の車室外から導入した空気を圧縮する圧縮機と、車室外の空気を圧縮機に導入する導入管と、圧縮機で圧縮された空気を中空糸モジュールに導入する導入管と、車室内の空気を導入する導入管と、中空糸モジュール内に導入された空気を導出する複数の導出管と、を備える除湿装置を提供する。【選択図】図１
2020032941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外管と、
内部通気路を有するとともに、前記外管の内部に配される複数の中空糸膜と、を備え、
前記中空糸膜は、前記外管の内壁との間、および、隣り合う前記中空糸膜の外壁同士の間に外部通気路を形成し、
車室内に連通する車室内導入口から導入される第一の空気が前記内部通気路および外部通気路のうちの一方を通過し、
車室外に連通する車室外導入口から導入される、第一の空気よりも低い湿度を有する第二の空気が、前記内部通気路および外部通気路のうちのもう一方を通過して、
中空糸膜を介して、第一の空気の水分が、第二の空気に移動して、第一の空気が除湿され、
除湿された第一の空気が車室内に連通する車室内導出口から車室内に返還される、車両用除湿装置であって、
第二の空気を圧縮させる圧縮機が、第二の空気が通過する、前記内部通気路または外部通気路と前記車室外に連通する車室外導入口との間に配されていることを特徴とする、車両用除湿装置。
【請求項２】
前記中空糸膜の有効長が５０〜５００ｍｍである、前記請求項１に記載の車両用除湿装置。
【請求項３】
前記中空糸膜の厚さが２０μｍ〜０．５ｍｍである、前記請求項１または２に記載の車両用除湿装置。
【請求項４】
前記中空糸膜の充填率が１０〜６０％である、前記請求項１から３のいずれか1項に記載の車両用除湿装置。
【請求項５】
前記中空糸膜の外径が０．３〜６．０ｍｍである、前記請求項１から４のいずれか1項に記載の車両用除湿装置。
【請求項６】
電気自動車に適用される、前記請求項１に記載の車両用除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除湿装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車室内の相対湿度が高いときに、窓が曇ることにより視認性が悪くなったり、車室内環境が悪くなったりすることがある。この問題を解決するため、窓を開けて外気を取り込むまたは空調システムを使用するなどして除湿する方法がある。しかし、車室外の気温が極端に低いまたは高い場合や、花粉やＰＭ２．５などの粒子状物質が浮遊している場合には、窓を開けることにより、車室内が快適な空間でなくなる可能性がある。よって、空調システムを使用することが一般的である。
【０００３】
空調システムにおける除湿の方法としては、外気循環モードでの運転による外気の導入、デフロスターからフロントガラスに大量の温かい空気を吹き付ける方法が一般的に用いられてきた。しかし、外気を導入すると、冬場では昇温した、夏場では降温した室内空気を排気することで著しく冷暖房効率が低下する。そこで、近年は中空糸膜を利用した除湿方法が注目されている。
【０００４】
特許文献１には、中空糸膜を利用した除湿装置の発明が記載されている。中空糸膜を利用した除湿装置は、膜で隔てられた空気の水蒸気分圧差を除湿の駆動力としている。すなわち、電力を使用することなく除湿できる。しかし、中空糸膜を利用した除湿装置は、除湿したい空気よりも湿度の低い空気を必要とする。特許文献１の発明の除湿装置は、除湿したい空気よりも湿度の低い空気を供給するため、ゼオライトやシリカゲル等の吸着材を備えている。この吸着剤は、自動車のエンジンの排熱によって加熱される領域に配置することにより再生されるため、補充や交換をすることなく長期間使用できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０００−３６２８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、電気エネルギーを動力源とし、ＣＯ２排出量が少なく地球環境への影響が少ない電気自動車が実用化されてきている。しかし、電気自動車は航行可能距離が短いことが課題となっている。この課題を解決する手段としては、消費電力の抑制が考えられる。すなわち、電力を使わずに空気の除湿を行う中空糸膜を利用した除湿装置は、電気自動車の空調システム用の除湿装置として適している。
【０００７】
しかし、電気自動車においては、排熱が少ない。そのため、特許文献１の除湿装置を電気自動車に適用した場合、吸着剤を再生することができない。よって、吸着剤を補充するまたは交換する手間が発生する。
また、寒冷地において、中空糸膜を用いた除湿装置を使用すると、装置内を冷たい空気が通り、装置全体の温度が低下する。この時、装置を循環している室内空気が冷却されるため、暖房効率が低下するという問題がある。更に、中空糸膜には、除湿対象の空気から移動してきた水分が存在するため、零度以下に装置が冷えると中空糸膜を利用した除湿装置自体が凍り、除湿機能を発揮しない可能性がある。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、その目的とするところは、熱源の少ない自動車、例えば電気自動車においても使用できる中空糸膜を利用した車両用除湿装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の中空糸膜を有する中空糸膜モジュールと、中空糸膜モジュールを通過する前の車室外から導入した空気を圧縮する圧縮機と、車室外の空気を圧縮機に導入する導入管と、圧縮機で圧縮された空気を中空糸モジュールに導入する導入管と、車室内の空気を導入する導入管と、中空糸モジュール内に導入された空気を導出する複数の導出管と、を備える除湿装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
空気は、圧縮されることにより、圧縮される前と比べて温度が高くなり、相対湿度は下がる。すなわち、圧縮機を用いることにより、圧縮する前と比べて相対湿度が低い空気を中空糸膜モジュールに提供できる。また、圧縮されたことにより温度が高くなった乾燥空気を中空糸膜モジュールに通すことで、寒冷地におけるモジュール自体の凍結を防ぐことができる。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、排熱が少ない自動車、例えば電気自動車においても使用できる中空糸膜を利用した除湿装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の除湿装置の実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの模式図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】本発明における中空糸膜の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。但し、この図面は本発明の範囲を限定するものではない。
【００１４】
また、本明細書と特許請求の範囲において使用する用語の定義は以下の通りとする。
【００１５】
第一の空気：車室内に連通する車室内導入口から導入される空気（除湿対象の車室内の空気）
第二の空気：車室外に連通する車室外導入口から導入される、第一の空気よりも低い湿度を有する空気（車室外の空気）
有効長：内部通気路と外部通気路とを有する中空糸膜の長さ
図１は本発明の除湿装置の一例を示す概略斜視図であり、図２は図１の中空糸膜モジュールの外管の一部を切り欠いた模式図である。以下、図１および図２について説明する。
【００１６】
除湿装置は、中空糸膜モジュール１、圧縮機２、および導入管３１、３２、３３、導出管３４、３５を備える。
【００１７】
中空糸膜モジュール１は、外管１１と中空糸膜１２とを備える。外管１１の中に、複数の中空糸膜が配されている。内部通気路１３は、中空糸膜１２の中空内部に形成されている。外部通気路１４は、中空糸膜１２の外壁と外管の内壁との間、および、隣り合う中空糸膜の外壁同士の間、に形成されている。
【００１８】
導入管３１は内部通気路１３に空気を導入する管であり、導出管３４は内部通気路１３から空気を導出する管である。導入管３２は外部通気路１４に空気を導入する管であり、導出管３５は外部通気路１４から空気を導出する管である。導入管３３は、圧縮機２に空気を導入する管である。
【００１９】
圧縮機２は、導入管３１および３３に連結している。
【００２０】
次に、本発明の除湿装置の原理を説明する。
【００２１】
中空糸膜は、膜で隔てられた空気の水蒸気圧分差によって除湿作用を発現する。すなわち、中空糸膜によって湿度の高い空気と湿度の低い空気とを隔てると、湿度の高い空気中の水分が、中空糸膜を通って湿度の低い空気の方へ移動する。
【００２２】
本発明の除湿装置においても、湿度の異なる二つの空気、すなわち、第一の空気（除湿対象の車室内の空気）、および、第二の空気（車室外の空気）を、中空糸膜によって隔てることで車室内から取り込んだ除湿対象の空気の除湿を行う。
【００２３】
次に、本発明の除湿装置における空気の流れおよび作用を、図１を用いて説明する。
【００２４】
第一の空気は、導入管３２を通って外部通気路１４に導入される。
【００２５】
第二の空気は、導入管３３を通して圧縮機２に導入される。ボイル＝シャルルの法則により、圧縮された空気の温度は、圧縮前よりも高くなる。圧縮された空気を、中空糸膜モジュール１に導入することにより、寒冷地における中空糸膜モジュール１の凍結を防ぐことができる。また、温度上昇により、圧縮された空気の相対湿度は、圧縮前よりも低くなる。圧縮された第二の空気は、導入管３１を通して内部通気路１３に導入される。
【００２６】
第一の空気が外部通気路１４に取り込まれ、圧縮された第二の空気が内部通気路１３に取り込まれると、中空糸膜が湿度の異なる二つの空気を隔てることになる。すると、第一の空気の中の水分が、中空糸膜を通って、圧縮した第二の空気の方に移動する。
【００２７】
内部通気路１３を通って水分量が増えた空気は、導出管３４から車室外に導出される。また、外部通気路１４を通って水分量が減った、すなわち、除湿された空気は、導出管３５から車室内に導出される。
【００２８】
第二の空気を導入管３３に取り込む方法としては、消費電力を抑える観点から、自動車の走行時に自動的に空気が入ってくる位置に導入管３３を備えるなど、動力を必要とする送風機等を使用しない形態を採用することが好ましい。
【００２９】
第一の空気を取り込む際には、第二の空気を取り込むときとは異なり、空気の流れが少ない車室内から空気を取り込まなくてはならない。そのため、送風機等によって第一の空気を送風する方法が好ましい。自動車既存の空調設備の中に本発明の除湿装置を備え、空調設備の送風機等によって湿潤空気を送風する方法が更に好ましい。前記の方法を採用することにより、自動車の空調設備とは別の送風機等を備える場合と比べて、電力の消費を抑えることができる。
【００３０】
ところで、人間一人が一日にかく汗の量は、１０００ｇ／ｄａｙと言われている。これを２４時間で割ると、４１．７ｇ／ｈである。自動車に２人乗車すると仮定すると、４１．７×２＝８３．４ｇ／ｈの速度で、車室内に汗が排出されていると考えられる。すなわち、快適な車室内環境を提供するためには、除湿能力の高い除湿装置が求められる。高い除湿能力を発揮するための、除湿装置の好ましい態様を以下に示す。
【００３１】
中空糸膜モジュール１における空気の流速は、１０Ｌ／ｍｉｎ以上、１０００Ｌ／ｍｉｎ以下が好ましい。１０Ｌ／ｍｉｎ以上のとき、第一の空気から、圧縮された第二の空気の方に、充分に水分を移動させることができる。また、１０００Ｌ／ｍｉｎ以下であれば、圧縮機や送風機等が充分に小型で、騒音も少ない。
【００３２】
外管の形状に特に制限はないが、円筒、楕円、長方形などが挙げられる。
【００３３】
外管の素材に特に制限はないが、中空糸膜を外管に接着させるときに用いられる接着材との接着性が良い材質が好ましい。また、中空糸膜が膨潤したときの圧力に耐えられる素材であることが好ましい。
【００３４】
管の形状に特に制限はないが、配管接続の容易さから、円筒が好ましい。
【００３５】
中空糸膜の形態としては、多孔質膜、非多孔質膜が挙げられる。その中でも、非多孔質膜が好ましい。非多孔質膜は、第一の空気から、圧縮された第二の空気の方に、効率よく水分を移動させることができる。
【００３６】
また、中空糸膜の材質に特に制限はないが、フッ素系樹脂が好ましく、フッ素系イオン交換樹脂が更に好ましい。
【００３７】
フッ素系イオン交換樹脂としては、テトラフルオロエチレン（以下、ＴＦＥという）に基づく繰り返し単位とイオン交換基を有する繰り返し単位とを有する共重合体が好ましく、ＴＦＥに基づく繰り返し単位とスルホン酸基を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく繰り返し単位とを有する共重合体がより好ましい。
【００３８】
中空糸膜の厚さは、水分の移動効率と中空糸膜の強度の観点から、２０μｍ〜０．５ｍｍが好ましく、３０μｍ〜０．２５ｍｍがより好ましい。２０μｍ以上であれば、空気の通過に耐えられる強度を有する。また、中空糸膜自体がある程度の水分を保持できる。０．５ｍｍ以下であれば、水分が中空糸膜を効率よく通過できる。
【００３９】
中空糸膜の外径は、内部通気路を通る空気の移動効率、中空糸膜の強度、中空糸膜の含水量の観点から、φ０．３〜６．０ｍｍが好ましく、φ０．５〜３．０ｍｍがより好ましい。中空糸膜の外径が、０．３ｍｍ以上であれば、効率よく空気を通すことができる。６．０ｍｍ以下であれば、充分な強度を有する。
【００４０】
中空糸膜は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂によって外管に固定される。
【００４１】
中空糸膜は、膜で隔てられた空気の水蒸気分圧差によって除湿作用を発現する。すなわち、外管に固定された結果、内部通気路のみを有し、外部通気路を持たない中空糸膜は、除湿作用に大きく影響しない。有効長は、５０〜５００ｍｍが好ましく、１００〜３００ｍｍがより好ましい。有効長が５０ｍｍ以上であれば、第一の空気および圧縮された第二の空気が中空糸膜と充分接触でき、除湿効果が期待できる。有効長５００ｍｍ以下であれば、空気を通過させるときの圧力損失が少なく、内部通気路に空気を通しやすい。
【００４２】
中空糸膜は、外管内に密に配されると、導入された空気と効率良く接触できなくなり、除湿能力が低下する。そのため、外管内に配される複数の中空糸膜は、中空糸膜同士が接触しないように配されるのが好ましい。例えば、外管内で中空糸膜をたわませて配してもよい。また、中空糸膜と中空糸膜との間に空気が通るように、被覆材を備えた中空糸膜を外管内に配してもよい。
【００４３】
中空糸膜の充填率（％）は、内部通気路の断面積に対する中空糸膜の断面積の割合である。詳細には、下記の式１の通りに計算される。
【００４４】
｛π×（ｒ／２）２×ｎ｝／｛π×（Ｒ／２）２｝×１００  …  式１
（但し、πは円周率、ｒは中空糸膜の外径、ｎは中空糸膜の本数、Ｒは外管の内径である。）
中空糸膜の充填率は、１０〜６０％が好ましく、２０〜４５％がより好ましい。中空糸膜の充填率が、１０％以上であれば、充分な水分除去能力を有する。２０％以上であれば、より多くの水分を除去できる。６０％以下であれば、中空糸膜が効率よく空気と接触する。４５％以下であれば、より効率よく空気と接触する。
【００４５】
除湿効率の観点から、導入管３２および導出管３５の位置は、導入または導出する空気が効率よく中空糸膜と接触するように配されるのが好ましい。外部通気路への導入口および導出口は、図１に示されるように概略対角線上に配されるのが、より好ましい。
【００４６】
被覆材の形態に特に制限はないが、編組状が好ましい。
【００４７】
被覆材の材料に特に制限はないが、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリプロピレン、レーヨン、アセテート、ビニロン、ポリ塩化ビニル、およびポリウレタンなどを用いても良い。
【００４８】
圧縮機の形式としては、ターボ式、スクリュー式、レシプロ式、スクロール式等が例示される。省電力と軽量化の観点から、自動車のような移動体では、ターボ式圧縮機が好ましい。走行する車の前面に吸気装置（ラジエター吸気装置など）を設け、走行時の風圧を利用してターボチャージャーを回転させ、もう一方の圧縮羽によって外気を圧縮すれば、電力を利用せず、外気を圧縮することができる。ターボチャージャーは、例えばシングルヘリカムギヤターボで回転数を２０００〜３００００回転で圧縮することが好ましく、５０００〜１５０００回転で圧縮することがより好ましい。圧縮比は１．１〜２．０が好ましく、１．２〜１．５に圧縮することがより好ましい。これにより、第二の空気の温度を２０〜４６．３℃上昇させることができる。
【００４９】
本発明の除湿装置の配置に特に制限はないが、第二の空気の取り込みやすさから、車体の前方に配置することが好ましい。また、除湿装置の凍結をより効果的に防止するため、走行動力モーターやバッテリーなどの熱源となる装置付近に配置することが好ましい。
【００５０】
以下、図３および図４を用いて、本発明の他の実施形態について説明する。
【００５１】
図３は、本発明の別の実施形態を示す概略斜視図である。図３においては、圧縮機２が導入管３２に連結している。すなわち、第一の空気が内部通気路１３を通り、圧縮された第二の空気は外部通気路１４を通る。
【００５２】
図４は、本発明の別の実施形態を示す概略斜視図である。本発明の除湿装置において、導入管３２および導出管３５の配される位置に特に制限はないが、車内の他の装置の位置との兼ね合いから、図４のように、導入管３２および導出管３５を通る空気が、側面視において同じ方向から出入りするように配置してもよい。
【００５３】
本発明の除湿装置は、防曇コーティングを施したガラス、導電ワイヤー封入ガラス、または透明導電膜をコートしたガラス等を使用した車両用ガラスとともに、車両に使用することができる。これにより、フロントガラスの結露防止効果をさらに高めることができる。
【実施例】
【００５４】
以下の実施例により本発明を具体的に説明する。
【００５５】
まず、実施例において使用した除湿装置について説明する。
【００５６】
実施例において使用した外管の材質は、ポリカーボネートである。外管は内径がφ３１ｍｍの円筒である。中空糸膜の外径はφ１．３ｍｍ、内径はφ１．０ｍｍであり、膜厚は１５０μｍである。中空糸膜は、被覆材により覆われており、被覆材の外径はφ２．５ｍｍ、内径はφ１．５ｍｍである。中空糸膜の有効長は１００ｍｍである。外管内部には、前記中空糸膜が１２０本配されている。外管に固定されている部分における中空糸膜の充填率は、２１％である。
【００５７】
実施例の実験条件は以下の通り。
【００５８】
第一の空気（導入管入口において、温度２５℃±３℃、湿度７０％±６％）を、外部通気路に取り込こんだ。
【００５９】
第二の空気（導入管入口において、温度３５℃±２℃、湿度５％±１％）を、内部通気路に取り込んだ。
【００６０】
表１、２に記載の流量で、３０分間、第一の空気および第二の空気を中空糸膜モジュールに導入し続けた。
【００６１】
但し、温度は、二宮電線工業製（型番：０．３２×１Ｐ  Ｋ−２−６Ｆ−Ｊ２）の熱電対と、ＨＩＯＫＩ製（型番：ＬＲ８４３２）のデータロガーを使用して測定した。湿度は神栄テクノロジー製（型番：Ｓ−１Ｍ、Ｓ−２Ｓ）の湿度計で測定した。水分量は、温度と湿度の値から算出した。流量は、コフロック製（型番：ＫＲ  １４００）の流量計で測定した。
【００６２】
実験結果は表１、２の通りである。
【００６３】
【表１】
2020032941.tif 000003
【００６４】
【表２】
2020032941.tif 000004
【００６５】
本発明の除湿装置は、本実施例に限定されない。除湿装置に配される中空糸の厚さ、径、有効長、充填率等を適切に選択することにより、更に除湿装置の性能を向上させることができる。
【００６６】
上表の結果を参照すると、例１０の除湿装置を２つ使用することで、４９．５２×２＝９９．０４ｇ／ｈの水分を除くことができる。前述の通り、自動車に２人が乗車時に排出される汗は、８３．４ｇ／ｈであるので、本発明の除湿装置を２つ使うことにより、車室内の空気を充分に除湿することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明によれば、排熱の少ない自動車においても、中空糸膜を利用した除湿装置を使用することで、除湿装置の凍結を防ぎながら、視認性の高く、快適な車室内環境を提供できる。
【００６８】
特に電気自動車においては、冬場の暖房で消費する電力により、走行距離が大幅に短くなるという課題があるが、その最大のエネルギーロスは除湿のための外気導入で昇温空気を排気することによって生じている。一般的な電気自動車の電力消費量はＪＣ０８モードで０．１ｋＷｈ／ｋｍ前後であり、ヒーターの最大出力下での電気自動車の電力消費量は０．２ｋＷｈ／ｋｍ前後である。本発明の除湿装置を使うことで、外気導入率を低下させ、ヒーター出力を低減することができるため、冬場のエネルギーロスを最大５０％減らすことが可能となり、充電一回あたりの走行距離を大幅に伸ばしたり、搭載する蓄電池を小型化したりすることが可能になる。
【符号の説明】
【００６９】
１                    中空糸膜モジュール
１１                外管
１２                中空糸膜
１２ａ              被覆材
１３                内部通気路
１４                外部通気路
２                    圧縮機
３１、３２、３３      導入管
３４、３５              導出管
【図１】
2020032941.tif 000005
【図２】
2020032941.tif 000006
【図３】
2020032941.tif 000007
【図４】
2020032941.tif 000008
【図５】
2020032941.tif 000009