(57)【要約】空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得る調湿装置、及び調湿方法の提供。導電性高分子からなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめ得る調湿装置である。吸水性膜はエチレングリコール又はジメチルスルホキシドからなる有機溶媒にチオフェン系導電性高分子を加えてなる膜体であることを特徴とする。また、調湿方法は、チオフェン系導電性高分子をその導電性を高めるように有機溶媒であるエチレングリコール又はジメチルスルホキシドに加えてなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性高分子からなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめ得る調湿装置であって、
前記吸水性膜はエチレングリコール又はジメチルスルホキシドからなる有機溶媒にチオフェン系導電性高分子を加えてなる膜体であることを特徴とする調湿装置。
【請求項２】
前記チオフェン系導電性高分子はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳであることを特徴とする請求項１記載の調湿装置。
【請求項３】
前記吸水性膜は３００Ｓ／ｃｍ以上の電気伝導度であることを特徴とする請求項２記載の調湿装置。
【請求項４】
前記吸水性膜は表面温度を５℃以内で通電制御されて重量比で３０％以上の水を可逆的に放出及び吸収する膜厚さを有することを特徴とする請求項３記載の調湿装置。
【請求項５】
前記吸水性膜は両主面を空間に露出させていることを特徴とする請求項４記載の調湿装置。
【請求項６】
前記通電制御は電流制御であることを特徴とする請求項５記載の調湿装置。
【請求項７】
チオフェン系導電性高分子をその導電性を高めるように有機溶媒であるエチレングリコール又はジメチルスルホキシドに加えてなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめることを特徴とする調湿方法。
【請求項８】
前記チオフェン系導電性高分子はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳであることを特徴とする請求項７記載の調湿方法。
【請求項９】
前記吸水性膜は３００Ｓ／ｃｍ以上の電気伝導度であることを特徴とする請求項８記載の調湿方法。
【請求項１０】
前記吸水性膜は表面温度を５℃以内で通電制御されて重量比で３０％以上の水を放出及び吸収する膜厚さを有することを特徴とする請求項９記載の調湿方法。
【請求項１１】
前記吸水性膜は両主面を空間に露出させ水分を可逆的に放出及び吸収させ得ることを特徴とする請求項１０記載の調湿方法。
【請求項１２】
前記通電制御は電流制御であることを特徴とする請求項１１記載の調湿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間内の湿度を上下に制御せしめ得る調湿装置及び調湿方法に関し、特に、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得る調湿装置及び調湿方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
居住空間の如きを除湿し及び加湿をするための調湿装置（湿度制御器）が知られている。空間容積が大きくなり、調湿による変化させるべき水分量が大きくなると、装置規模も大きくなる。一方、比較的容積の小さい空間を除湿し及び加湿をするための小型の調湿装置も提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１では、このような小型の調湿装置として、冷却時に空気中の水分を吸収し且つ加熱時に吸収した水分を空気中に発散する高分子吸収体を用いて、この高分子吸収体をペルチェ素子の上に設けて湿度を制御する調湿装置を開示している。湿度センサの検出値に応じてコントローラがペルチェ素子の通電状態を制御し高分子吸収体内の水分量を変化させてその外部の調湿を行う。かかる高分子吸収体としては、アクリル系のポリアクリル酸ナトリウム架橋体を１例として挙げ、イオン性の基を有する水溶性の電解質ポリマーに軽度の架橋結合を導入した３次元網目構造を備えてなる天然高分子類や合成高分子類からなる層状成形物を用い得るとしている。【０００４】
また、特許文献２では、吸湿性を有する吸湿剤をエキスパンドメタルの表面に層状に形成し、この吸湿剤層に水分を吸着させる時はエキスパンドメタルに非通電とし、吸湿剤層から水分を脱離させる時はエキスパンドメタルに通電する調湿装置を開示している。吸湿剤層は無機材料からなり、少なくともゼオライト、シリカゲル、アルミナのいずれか１種以上を用いている。吸湿を冷却によらないため、ペルチェ素子の如き特別な通電素子を用いずとも調湿装置を与え得るとしている。【０００５】
更に、特許文献３では、セルロースを主成分とする繊維からなる基材部の外表面に導電性材料を与えた調湿素子を開示している。該導電性材料に非通電状態において、該導電性材料及び基材部によって空間の水分を吸着し、通電状態において、吸着している水分を基材部から該導電性材料を介して空間に放出する。かかる導電性材料としては、導電性高分子等を挙げているが、特に、チオフェン系導電性高分子であるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホン酸））が放出する水分の粒径を小さくできて好ましいとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６１５２８号公報
【特許文献２】特開２００５−４６７９６号公報
【特許文献３】特開２０１７−１４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
吸水性と導電性とを兼ね備える導電性高分子材料を閉空間に配置し、この高分子材料を通電加熱させて、可逆的に水分を吸着及び放出させて調湿装置を得ることができる。一方、高分子材料の通電加熱により閉空間の温度も上昇し、場合によっては、閉空間の飽和水蒸気量を変化させてしまうこともある。【０００８】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得る調湿装置、及び調湿方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、吸水性を有する導電性高分子からなる帯状シート体に可逆的に水分を吸着及び放出させるにあたって、効率のよい通電加熱をすることで、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得る調湿装置、及び内部温度の変化の小さい調湿ケースを提供できるのではないかと考えて本発明に到った。【００１０】
本発明による調湿装置は、導電性高分子からなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめ得る調湿装置及び方法であって、前記吸水性膜はエチレングリコール又はジメチルスルホキシドからなる有機溶媒にチオフェン系導電性高分子を加えてなる膜体であることを特徴とする。また、本発明による調湿方法は、チオフェン系導電性高分子をその導電性を高めるように有機溶媒であるエチレングリコール又はジメチルスルホキシドに加えてなる吸水性膜に通電することで水分を放出させて空間の湿度を制御せしめることを特徴とする。【００１１】
かかる発明によれば、チオフェン系導電性高分子をエチレングリコール（ＥＧ）又はジメチルスルホキシドからなる有機溶媒に加えることで可逆的な吸水性を失わせることなく電気伝導度を高めた吸水性膜を得ることが出来て、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得るのである。【００１２】
上記した発明において、前記チオフェン系導電性高分子はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳであることを特徴としても良い。かかる発明によれば、可逆的に大きな水分の吸収及び放出が可能となって、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得るのである。【００１３】
上記した発明において、前記吸水性膜は３００Ｓ／ｃｍ以上の電気伝導度であることを特徴としてもよい。また、前記吸水性膜は表面温度を５℃以内で通電制御されて重量比で３０％以上の水を可逆的に放出及び吸収する膜厚さを有することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、空間内の温度を変化させることなく調湿を与え得るのである。【００１４】
上記した発明において、前記吸水性膜は両主面を空間に露出させていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、空間内の温度を変化させることなくより安定的に調湿を与え得るのである。【００１５】
上記した発明において、前記通電制御は電流制御であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、空間内の温度を変化させることなく安定的に調湿を与え得るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による１つの実施例における調湿ケースのブロック図である。
【図２】本発明による１つの実施例における調湿装置の要部の正面図である。
【図３】シート体の水分による重量変化を示す図である。
【図４】ＥＧの添加量によるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの電気伝導度を示す図である。
【図５】シート体に電流を付与したときの重量変化を示す図である。
【図６】調湿装置による容器内の温度及び湿度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の１つの実施例である調湿装置及びその調湿方法について、図に沿ってその詳細を説明する。
【００１８】
図１に示すように、調湿ケース２０は、内部を閉空間とできるケース体２１と、ケース体２１内部の湿度を測定できる湿度測定部２２と、ケース体２１の内部に備えられる調湿装置１０と、調湿装置１０に電流を付与できる電源部２３とを含む。電源部２３は、湿度測定部２２に接続されており、測定された湿度に応じて調湿装置１０に付与する電流値を制御できる。内部を閉空間とできるケース体２１としては、例えばデシケータなどが挙げられる。
【００１９】
図２に示すように、調湿装置１０は、両主面から水分を可逆的に放出及び吸収させ得る帯状の膜体であるシート体１と、シート体１に通電させて加熱するための電極２とを含む、シート体１は、吸水性を有するフリースタンディング膜であり、その両主面を周囲に曝すよう電極２によって支持されるとよい。電極２は、電源部２３に接続される。また、電極２は、シート体１の全体に一様なジュール熱を発生させ得るよう、シート体１の長手方向両端部において、シート体１の全幅に亘って接続されていることが好ましい。
【００２０】
シート体１は、チオフェン系の導電性高分子に有機溶媒、特に、エチレングリコール（ＥＧ）を添加し導電性を高めたものであり、乾燥重量に対して３０％以上の水を吸収することの可能な膜厚さを有する。また、チオフェン系導電性高分子としては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホン酸））を用いると、水分の放出及び吸収に対して効率よく通電加熱できて好ましい。また、ＥＧの添加によってシート体１はチオフェン系導電性高分子の可逆的な給水（吸湿）性を失わせることなく電気伝導度を高められて、通電加熱の温度を高めずとも水分の蒸散量を多くするような制御が容易となる。つまり、周囲の温度変化をごくわずかに抑えつつ水分の放出を可能とするような効率のよい通電加熱制御が容易である。つまり、通電加熱による熱のより多くを水分の放出に用い効率のよい制御とするのである。なお、チオフェン系導電性高分子の電気伝導度を高めるために、ＥＧ以外にも、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの高沸点溶媒を添加してもよい。
【００２１】
また、シート体１は、導電性高分子、特に、チオフェン系の導電性高分子の電気伝導度をＥＧなどで高めるように調整され、さらにその厚さ、幅及び長さを調整されることで全体の抵抗を調整される。これによって、シート体１への通電加熱と水分の放出とをバランスさせて、温度を高めずに水分の蒸散量を多くするような通電制御、特に、電流制御を容易とする。
【００２２】
このような調湿装置１０によれば、シート体１に通電することでシート体１の両主面から水分を空間に放出させるとともに、通電を停止してシート体１に空間内の水分を吸収させることができる。そのため、シート体１の両主面を空間に露出さえることが好ましい。これにより、通電の制御によって調湿装置１０の設置された空間内の温度を変化させずに、飽和水蒸気量を変化させることなく調湿を可能とする。つまり、調湿ケース２０においては、ケース体２１の内部空間の温度変化を小さくしつつ内部空間の調湿を可能とするのである。
【００２３】
特に、シート体１は表面温度を５℃以内で通電制御、通常、電流制御されて重量比で３０％以上の水を放出及び吸収する膜厚さとされることが好ましく、これによって調湿装置１０の設置された空間内の温度を変化させることなく調湿することがより容易となる。また、シート体１は両主面から水分の放出及び吸収を可能とするよう、例えばフリースタンディング膜とすることで水分の放出量を多くでき、これによっても空間の温度変化を小さくできる。
【００２４】
［実施例］
上記したチオフェン系導電性高分子によるシート体１を用いて各種調査を行った結果について説明する。
【００２５】
図３に示すように、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳによるシート体１を空間中に曝すと、最大で１．３０倍以上の重量になった。ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの重量の増加は水分によるものであるから、シート体１は乾燥重量に対して３０％以上の水を吸収し得ることが判る。
【００２６】
図４に示すように、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳにＥＧを添加すると、その電気伝導度は添加前の数Ｓ／ｃｍに比べて１００〜１０００倍程度（２〜３桁）まで高くなり、このような調湿に使用するにあたって、少なくとも、３００Ｓ／ｃｍ、好ましくは、５００Ｓ／ｃｍ以上であり、典型的には、６００〜１０００Ｓ／ｃｍとされる。つまり、ＥＧの添加によってＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの電気伝導度を高くするとともにその値をＥＧの添加量によって制御できて、効率の良い通電加熱をより容易とし得る。なお、ＥＧの添加によるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの電気伝導度の増大は、その結晶構造の規則性の増大によるものであることが、Ｘ線結晶構造解析によりわかっている。
【００２７】
図５に示すように、ＥＧを添加したＰＥＤＯＴ／ＰＳＳをシート体１に電流を付与したところ、水分を放出又は吸収してその重量を変化させた。使用したシート体１は、５０ｍｍ×２６ｍｍ×５０μｍの帯状膜であり、乾燥重量は１００ｍｇ、電極間の抵抗値は５．４Ω（電気伝導度は８００Ｓ／ｃｍ）であった。シート体１は、付与する電流値を増大させることで水分を放出して重量を減少させ、電流値を減少させることで水分を吸収して重量を増加させて元に戻ることが判る。
【００２８】
図６に示すように、このシート体１を０．５Ｌの閉空間を有する容器内に配置して、シート体１に電流を付与しながら容器内の温度と湿度を測定した。電流値を変化させるだけで容器内の温度をほとんど変化させずに相対湿度を２０〜９０％の広範囲で制御できた。
【００２９】
以上のように、ＥＧを添加したチオフェン系導電性高分子による吸水性膜であるシート体１を用いた調湿装置１０によれば、シート体１に通電することで、空間内の温度を変化させることなく調湿できるのである。
【００３０】
以上、本発明による実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００３１】
１    シート体
２    電極
１０    調湿装置
２０    調湿ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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