(57)【要約】      （修正有）【課題】６０％未満の低湿度の環境下においても、実用的でかつ効率的な除湿を可能にするセラミックス多孔質体、水蒸気分離体、及び調湿装置の提供。【解決手段】第１の空間に存在する水蒸気を第２の空間に透過させるために用いられ、水蒸気分離体が、第１の面と、第１の面と対向する第２の面と、第１の面から第２の面に通じる細孔とを有するセラミックス多孔質体１６を具備し、セラミックス多孔質体１６が、複数の第１の無機材料粒子１８が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクス１９と、多孔質マトリクス１９内に不規則に配置され、第１の無機材料粒子の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子２０とを備え、第２の無機材料粒子２０の体積割合が、第１の無機材料粒子の体積の０．００１〜１０体積％である水蒸気分離体。【選択図】図３
2018150206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の無機材料粒子が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクスと、
前記多孔質マトリクス内に不規則に配置され、前記第１の無機材料粒子の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子とを具備し、
前記第２の無機材料粒子の体積割合は、前記第１の無機材料粒子の体積の０．００１体積％以上１０体積％以下である、セラミックス多孔質体。
【請求項２】
第１の空間と第２の空間との間に配置され、前記第２の空間内の水蒸気圧を前記第１の空間内の水蒸気圧より低くすることにより、前記第１の空間内に存在する水蒸気を前記第２の空間に透過させる水蒸気分離体であって、
第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に通じる細孔とを有するセラミックス多孔質体を具備し、
前記セラミックス多孔質体は、複数の第１の無機材料粒子が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクスと、前記多孔質マトリクス内に不規則に配置され、前記第１の無機材料粒子の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子とを備え、前記第２の無機材料粒子の体積割合は前記第１の無機材料粒子の体積の０．００１体積％以上１０体積％以下である、水蒸気分離体。
【請求項３】
さらに、前記セラミックス多孔質体の前記細孔内に存在する水溶性吸湿材を具備する、請求項２に記載の水蒸気分離体。
【請求項４】
さらに、前記セラミックス多孔質体の前記細孔内に保持された水を具備する、請求項２又は請求項３に記載の水蒸気分離体。
【請求項５】
前記第１の無機材料粒子の平均粒子径が１００ｎｍ以下である、請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項６】
前記セラミックス多孔質体内に存在する前記細孔の平均孔径が０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項７】
前記セラミックス多孔質体の体積気孔率が１０％以上８０％以下である、請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項８】
前記第１及び第２の無機材料粒子は、それぞれ独立に、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、チタン、ジルコニウム、又は銅の酸化物、窒化物、炭化物、及びケイ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項２ないし請求項７のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項９】
第１の空間と、
前記第１の空間に通じる第２の空間と、
前記第１の面を前記第１の空間に露出させ、かつ前記第２の面を前記第２の空間に露出させつつ、前記第１の空間と前記第２の空間との間を仕切るように設けられた、請求項２ないし請求項８のいずれか１項に記載の水蒸気分離体と、
前記第２の空間の水蒸気圧が前記第１の空間の水蒸気圧より低くなるように、前記第２の空間の水蒸気圧を調整する水蒸気圧調整部とを具備し、
前記第１の空間に存在する水蒸気を、前記水蒸気分離体を介して前記第２の空間に透過させる、調湿装置。
【請求項１０】
前記水蒸気圧調整部は、前記第２の空間の圧力を前記第１の空間の圧力より減圧する圧力調整機構を備える、請求項９に記載の調湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、セラミックス多孔質体、水蒸気分離体、及び調湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用エアコン等の空調技術においては、冷媒及びエネルギー効率の両面で技術が進展し、それに伴ってより快適な生活環境が求められている。このため、温度ばかりでなく、調湿、換気、気流調整、空気清浄等の空気調和機の多機能化が進んできている。エネルギー効率の向上は、ここ最近のエネルギー不足からも最重要課題となっている。高温多湿のアジア諸国においても、生活水準の向上に伴って、調湿、特に除湿は重要と考えられており、これを省エネで行うことで環境負荷の小さい空調が求められている。現在主流となっているコンプレッサー等を用いた冷媒冷却による除湿では、空気を冷却して水蒸気を凝縮すると共に、冷却した空気を再加熱して温度調整するため、多大のエネルギーを要する。このため、消費電力が増加することから、環境負荷の大きさが課題となっている。
【０００３】
デシカント空調等のガス分離装置は、水蒸気を吸着する吸湿材を用いた吸湿器で室内の水分を吸着した後、これを温めて屋外に排出するため、冷媒式の除湿より省エネ性に優れている。吸湿材としては、例えばセラミックス多孔質体やゼオライト等の多孔質体に、ナトリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム等の塩化物や臭化物からなる潮解性物質を含浸担持させたものが知られている。しかし、吸湿材は水を吸着し続けることで飽和するため、再生処理が必要となる。吸湿材の再生処理は、吸湿材を加熱して水を排出させることにより行われる。吸湿材の再生処理を冷房と併用することは、非効率的である。
【０００４】
現行の空調方式に代わる省エネで低コストの手法として、再生処理を必要としない水蒸気分離体を用いた連続除湿方式が検討されている。水蒸気分離体を用いた調湿装置の構造としては、ポリエチレンやフッ素樹脂等を用いた２枚の水蒸気透過性膜間に塩化リチウム水溶液等の液体吸収剤を充填したガス分離体を、調湿する室内等の空間と室外等の空間との間に配置した構造が挙げられ、室内の空気と液体吸収剤との間で水蒸気透過性膜を介して水蒸気の授受が行われる。しかしながら、水蒸気透過性膜は破損しやすく、さらにこの方式では水蒸気の移動速度が遅いため、効率的に除湿を行うことが難しい。
【０００５】
また、従来の水蒸気分離体を用いた連続除湿方式は、例えば湿度が６０％以上の比較的高湿度での除湿を目的としており、水蒸気分離体もそのような湿度での除湿に適合するような構成を有している。そのような水蒸気分離体を用いた場合、湿度が低下すると共に除湿速度が遅くなるという課題がある。例えば、空調で重要視される相対湿度が７０％以上の高湿度側では良好な除湿速度が得られる反面、相対湿度が６０％未満というような低湿度側では除湿速度が急速に低下する。室内の除湿のみを想定した場合、特に問題とはならないが、より低湿度が要求される装置、例えば乾燥装置に水蒸気分離体を用いた連続除湿方式を適用した場合、低湿度側での除湿速度が問題となる。このような点から、相対湿度が６０％未満というような低湿度の環境下においても除湿速度を高めることが可能な水蒸気分離体、及びそのような水蒸気分離体を用いた除湿装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１７６６７４号公報
【特許文献２】特開２００３−３３６８６３号公報
【特許文献３】特開平７−３２８３７５号公報
【特許文献４】特開２００６−３２７８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、低湿度側の環境下においても、実用的でかつ効率的な除湿を可能にするセラミックス多孔質体、水蒸気分離体、及び調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】
【０００８】
実施形態のセラミックス多孔質体は、複数の第１の無機材料粒子が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクスと、前記多孔質マトリクス内に不規則に配置され、前記第１の無機材料粒子の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子とを具備し、前記第２の無機材料粒子の体積割合は、前記第１の無機材料粒子の体積の０．００１体積％以上１０体積％以下である。
【０００９】
実施形態の水蒸気分離体は、第１の空間と第２の空間との間に配置され、前記第２の空間内の水蒸気圧を前記第１の空間内の水蒸気圧より低くすることにより、前記第１の空間内に存在する水蒸気を前記第２の空間に透過させる水蒸気分離体であって、第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に通じる細孔とを有するセラミックス多孔質体を具備する。前記セラミックス多孔質体は、複数の第１の無機材料粒子が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクスと、前記多孔質マトリクス内に不規則に配置され、前記第１の無機材料粒子の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子とを備え、前記第２の無機材料粒子の体積割合は前記第１の無機材料粒子の体積の０．００１体積％以上１０体積％以下である。
【００１０】
実施形態の調湿装置は、第１の空間と、前記第１の空間に通じる第２の空間と、前記第１の面を前記第１の空間に露出させ、かつ前記第２の面を前記第２の空間に露出させつつ、前記第１の空間と前記第２の空間との間を仕切るように設けられた、実施形態の水蒸気分離体と、前記第２の空間の水蒸気圧が前記第１の空間の水蒸気圧より低くなるように、前記第２の空間の水蒸気圧を調整する水蒸気圧調整部とを具備し、前記第１の空間に存在する水蒸気を、前記水蒸気分離体を介して前記第２の空間に透過させる装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の調湿装置を示す図である。
【図２】図１に示す調湿装置に用いられる水蒸気分離体を示す断面図である。
【図３】図２に示す水蒸気分離体の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】図２に示す水蒸気分離体を構成する無機材料粒子の粒径を測定する方法を説明するための図である。
【図５】図２に示す水蒸気分離体の使用例を示す断面図である。
【図６】図１に示す調湿装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態のセラミックス多孔質体及び水蒸気分離体とそれを用いた調湿装置について、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。
【００１３】
図１は実施形態の調湿装置の構成を示している。図１に示す調湿装置１は、処理対象の空間Ｒｘ内の空気から水蒸気（水分）を除去する除湿装置として機能するものである。図１において、Ｒは除湿の対象空間Ｒｘを構成する部屋を示しており、部屋Ｒは吸気口Ｒａを有している。除湿装置（調湿装置）１は、空間Ｒｘ内の空気から水蒸気（水分）を除去するために、部屋Ｒに設けられている。空間Ｒｘ内の空気は、基本的に水蒸気（水分）と乾燥空気とにより構成されている。除湿装置１は、除湿モジュール２と、空間Ｒｘ内の空気を除湿モジュール２に送る送風機３と、除湿モジュール２の一部を減圧する減圧ポンプ４とを備えている。空間Ｒｘと送風機３とは配管５により接続され、送風機３と除湿モジュール２とは配管６により接続され、除湿モジュール２と空間Ｒｘとは配管７により接続されている。除湿モジュール２と減圧ポンプ４とは、配管８により接続されている。
【００１４】
除湿モジュール２は、第１の空間Ｓ１を構成する除湿室（第１の通風路）９と、第２の空間Ｓ２を構成する減圧室（第２の通風路）１０と、除湿室９と減圧室１０とを接続する接続路１１と、除湿室９と減圧室１０とを仕切るように、接続路１１内に配置された水蒸気分離体１２とを有している。除湿モジュール２の除湿室９内には、送風機３を稼働させることにより配管５、６を介して空間Ｒｘ内の空気が送られる。除湿室９内で除湿された空気は、配管７を介して空間Ｒｘに返送される。減圧室１０は、除湿室９内の圧力（第１の空間Ｓ１の圧力）と減圧室１０内の圧力（第２の空間Ｓ２の圧力）との間に差が生じるように、減圧ポンプ４により排気される。減圧室１０には、外部の空気を取り込む配管１３が接続されており、配管１３は弁１４を有している。配管１３は必要に応じて減圧室１０に接続され、場合によっては設置しなくてもよい。
【００１５】
水蒸気分離体１２は、図２に示すように、細孔（開放気孔）１５を有するセラミックス多孔質体１６と、セラミックス多孔質体１６の細孔１５内に存在する水（図示せず）とを備えていることが好ましい。細孔１５内に存在する水は、水蒸気分離体１２にウエットシールを形成する。後に詳述するように、ウエットシールが形成された水蒸気分離体１２を介して、除湿室９から減圧室１０に水を移動させることによって、空間Ｒｘから除湿室９内に送られた空気中の水分量を減少させて除湿が行われる。水蒸気分離体１２は、セラミックス多孔質体１６の細孔１５内に存在する水溶性吸湿剤１７を備えていてもよい。水溶性吸湿剤１７はウエットシールの形成性を高めるものであり、後に詳述する。
【００１６】
また、別の方法として水を吸着するような非水系液体を共存させることでシールを行い、そのようなシールが形成された水蒸気分離体１２を介して除湿室９から減圧室１０に水を移動させるようにしてもよい。このような場合にも、空間Ｒｘを除湿することができる。非水系液体としては、イオン性液体（イミダゾリウム型、アンモニウム型、ピリジニウム型）が例示されるが、これに限定されない。細孔１５内に存在させる水とは、化学記号Ｈ２Ｏで表される物質、もしくはそれを含む水和物、付着物、含有物の全てを意味する。例えば、水を含んだイオン性液体やトリエチレングリコール等も含まれる。
【００１７】
セラミックス多孔質体１６は、例えば直方体形状を有し、除湿室９内（第１の空間Ｓ１）に露出される第１の面１６ａと、減圧室１０内（第２の空間Ｓ２）に露出される第２の面１６ｂと有している。セラミックス多孔質体１６内に設けられた細孔１５は、第１の面１６ａから第２の面１６ｂに通じている。セラミックス多孔質体１６は、図３に示すように、複数の第１の無機材料粒子１８が等方的にネッキング（結合）することにより構成された多孔質マトリクス１９と、多孔質マトリクス１９内に不規則に配置された第２の無機材料粒子２０とを備えている。ネッキングされた第１の無機材料粒子１８は、第２の無機材料粒子２０を含めて多孔質状態の多結晶焼結体を形成している。第１の無機材料粒子１８と第２の無機材料粒子２０とは、単に接触しているだけでもよいし、一部ネッキングしていてもよい。第２の無機材料粒子２０は、第１の無機材料粒子１８の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有している。第２の無機材料粒子２０は、その体積（Ｖ２）の第１の無機材料粒子１８の体積（Ｖ１）に対する割合（Ｖ２／Ｖ１）が０．００１〜１０体積％の範囲となるように多孔質マトリクス１９内に配置されている。
【００１８】
第１及び第２の無機材料粒子１８、２０の構成材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、銅（Ｃｕ）等の元素の酸化物、窒化物、炭化物、ケイ酸塩、もしくはこれらの複合化合物が挙げられる。第１の無機材料粒子１８と第２の無機材料粒子２０とは、同一の無機材料（セラミックス材料）から構成されていてもよいし、異なる無機材料（セラミックス材料）から構成されていてもよい。
【００１９】
セラミックス多孔質体１６の細孔１５は、孔径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲の細孔を５０体積％以上含んでいることが好ましく、７０体積％以上であることがより好ましく、さらに１００体積％であることが望ましい。細孔１５の平均孔径は０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることがより好ましい。細孔１５の最大孔径は１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらに５０ｎｍ以下であることがより好ましい。上記した孔径を有する細孔の量が５０体積％未満（例えば、孔径が５０ｎｍを超えるような細孔の体積率が多い）であったり、また最大孔径が１００ｎｍを超えると、相対湿度が６０％未満というような低湿度環境下におけるウエットシール性が低下したり、また除湿室９内からの水分の吸収と減圧室１０への水分の放出のバランスが低下し、低湿度環境下での除湿性能を十分に高めることができない。
【００２０】
なお、セラミックス多孔質体１６の体積気孔率や細孔１５の形状（細孔の体積率、平均孔径、最大孔径等）は、基本的には水銀圧入法により測定した値を示すものである。ただし、細孔１５の孔径が１ｎｍ付近になると、そのような孔径を水銀圧入法では求められないため、そのような場合にはＢＥＴ法により評価した値を用いるものとする。水蒸気分離体１２の特性は、セラミックス多孔質体１６の体積気孔率にも影響されるため、体積気孔率を考慮して細孔１５の孔径を設定することが好ましい。
【００２１】
セラミックス多孔質体１６の体積気孔率（セラミックス多孔質体１６内の細孔１５の体積率）は１０〜８０％の範囲であることが好ましい。セラミックス多孔質体１６の体積気孔率が１０％未満であると、細孔１５を通過できる水蒸気が減少するため、除湿室９内からの水分の吸収量及び減圧室１０への水分の放出量が不十分になるおそれがある。セラミックス多孔質体１６の体積気孔率が８０％を超えると、セラミックス多孔質体１６の強度が低下し、除湿装置１の連続運転を妨げるおそれがある。除湿速度の観点から、セラミックス多孔質体１６の体積気孔率は１０〜５０％の範囲であることがより好ましく、さらに２０〜５０％の範囲であることが望ましい。ただし、セラミックス多孔質体１６の体積気孔率は、水蒸気分離体１２に求められる性質に応じて設定することが好ましい。例えば、除湿速度を高めたい場合には、体積気孔率を比較的高めに設定することが好ましい。一方、水蒸気分離体１２の機械的強度等を高めたい場合、あるいは水蒸気分離体１２を低コスト化したい場合には、体積気孔率を比較的低めに設定することが好ましい。
【００２２】
セラミックス多孔質体１６の多孔質マトリクス１９は、図２及び図３に示すように第１の面１６ａから第２の面１６ｂに通じる細孔１５を有している。多孔質マトリクス１９を構成する第１の無機材料粒子１８の平均粒子径は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。第１の無機材料粒子１８の平均粒子径は、１０〜１００ｎｍであることがより好ましい。平均粒子径が１００ｎｍ以下というように微細な第１の無機材料粒子１８を等方的にネッキングさせて多孔質マトリクス１９を構成することによって、孔径（最大孔径）が１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下というような微細な細孔１５をセラミックス多孔質体１６内に形成することができる。例えば、孔径が５０ｎｍ以下の微細な細孔１５を有するセラミックス多孔質体１６を水蒸気分離体１２として用いることで、相対湿度が６０％未満というような低湿度の環境下においても、ウエットシールが形成された水蒸気分離体１２を介して除湿室９から減圧室１０に水を効率よく移動させることができ、これによって低湿度環境下で実用的な除湿速度を得ることが可能になる。
【００２３】
ただし、平均粒径が１００ｎｍ以下というような第１の無機材料粉末（第１の無機材料粒子１８の集合体）のみを用いて、セラミックス多孔質体１６を形成した場合、原料粉末としての第１の無機材料粉末の成形体の形成過程やそれ以前の工程で凝集し、焼成工程により得られるセラミックス多孔質体（多孔質焼結体）中の細孔の孔径を、材料粉末の平均粒径から期待されるような孔径、例えば最大孔径が１００ｎｍ以下というような孔径にすることが難しい。そこで、実施形態のセラミックス多孔質体１６においては、第１の無機材料粒子１８を等方的にネッキングさせることにより構成された多孔質マトリクス１９内に、第１の無機材料粒子１８の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子２０を不規則に配置している。粒径が大きい第２の無機材料粒子２０を多孔質マトリクス１９内に配置することによって、セラミックス多孔質体１６の製造工程で第１の無機材料粒子１８の二次粒子（凝集粒子）の解砕が期待される。従って、材料粉末の平均粒径から期待される、最大孔径が１００ｎｍ以下というような孔径を有する細孔１５を備えるセラミックス多孔質体１６を得ることができる。
【００２４】
第１の無機材料粒子１８の平均粒子径に応じた孔径を有する細孔１５を得るために、第１の無機材料粒子１８の最大粒子径より３倍以上の平均粒子径を有する第２の無機材料粒子２０を多孔質マトリクス１９内に配置している。第２の無機材料粒子２０の平均粒子径が第１の無機材料粒子１８の最大粒子径の３倍未満であると、第２の無機材料粒子２０による二次粒子の解砕効果等を十分に得ることができない。このため、セラミックス多孔質体１６内に大きな細孔が生じやすくなり、低湿度環境下で除湿速度等の除湿性能が低下しやすくなる。第２の無機材料粒子２０の平均粒子径は、第１の無機材料粒子１８の最大粒子径より５倍以上であることがより好ましい。
【００２５】
さらに、実施形態のセラミックス多孔質体１６においては、第１の無機材料粒子１８の体積（Ｖ１）に対する第２の無機材料粒子２０の体積（Ｖ２）の割合（Ｖ２／Ｖ１×１００［％］）を０．００１〜１０体積％の範囲としている。第２の無機材料粒子２０の体積割合（Ｖ２／Ｖ１）が０．００１体積％未満の場合、二次粒子の解砕効果等を十分に得ることができない。このため、セラミックス多孔質体１６内に大きな細孔が生じやすくなる。第２の無機材料粒子２０の体積割合（Ｖ２／Ｖ１）が１０体積％を超えると、粒径が大きい第２の無機材料粒子２０に基づいて大きな細孔が生じやすくなる。いずれにしても、低湿度環境下で除湿速度等の除湿性能が低下する。第２の無機材料粒子２０の体積割合（Ｖ２／Ｖ１）は０．００１〜１体積％の範囲であることがより好ましい。
【００２６】
セラミックス多孔質体１６の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下に示すような製法が適用される。例えば、第１の無機材料粒子１８の原料となる第１の無機材料粉末に、第２の無機材料粒子２０の原料となる第２の無機材料粉末を、０．００１〜１０体積％の範囲で添加する。これらを通常のセラミックス合成プロセスにしたがって、例えば乳鉢やボールミルを用いて混合する。このようにして得た混合粉末にバインダを添加して所望形状に成型した後、脱脂工程や焼成工程を施すことによって、目的とするセラミックス多孔質体１６を作製する。セラミックス多孔質体１６は、ロックウール、セラミックウール、ガラスウール等の無機繊維を含んでいてもよい。
【００２７】
第１の無機材料粉末は、目的とする細孔径の３倍程度の平均粒径を有することが好ましい。また、第２の無機材料粉末は、第１の無機材料粉末の最大粒径より３倍以上の平均粒径を有することが好ましいが、これに限定されるものではなく、粒度分布により示される平均粒径のピークが十分にずれていれば、上述したようなセラミックス多孔質体１６を得ることができる。このようにして作製されたセラミックス多孔質体１６は、等方的であり、第１の無機材料粒子１８がネッキングすることにより構成された多孔質マトリクス１９内に、第１の無機材料粒子１８より十分に大きい粒子径を有する第２の無機材料粒子２０を不規則に配置し、第２の無機材料粒子２０の体積割合（Ｖ２／Ｖ１）を０．００１〜１０体積％の範囲とした構造を得ることができる。
【００２８】
第１及び第２の無機材料粒子１８、２０の粒径及び体積比は、以下のようにして求めた値を示すものである。セラミックス多孔質体１６内の無機材料粒子１８、２０の粒径は、以下の方法により求める。まず、評価するセラミック多孔質体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、適当なＳＥＭ像を複数得る。このとき、どの視野を選ぶかは意図的ではなく、無作為に選ぶこととする。また可能な限り、多数の視野画像（ＳＥＭ像）を得ることが好ましく、第２の無機材料粒子２０の粒子径や添加量にも依存するが、少なくとも３視野以上のＳＥＭ像を得ることが好ましい。
【００２９】
得られたＳＥＭ像の第１及び第２の無機材料粒子１８、２０のサイズを決定する。ＳＥＭ像上で第１の無機材料粒子１８の粒径を評価するには、一般的にインターセプト法が知られるが、多孔質体では多くの空隙が存在するため、この方法をそのまま適応することができない。そのため、次の方法を適用する。図４に示すように、画像内に長さｌの直線Ｘを引き、この直線Ｘの第１の無機材料粒子１８と重なる長さを、それぞれの粒子に対してｌ１、ｌ２、…ｌｎとする。各粒子の平均長さＬを、Ｌ＝（ｌ１＋ｌ２＋…ｌｎ）／ｎとして、第１の無機材料粒子１８の粒子径Ｄ１を、Ｄ１＝ｋＬ（ｋは定数）として算出する。粒子形状が球径の場合、ｋ＝１．５である。複雑な粒子形状であっても、焼結体である場合にはこれを球形と近似して計算を行う。このようにして複数の画像上で求めた粒子の粒子径Ｄ１の平均値を、第１の無機材料粒子１８の平均粒子径Ｄ１ａｖｅとする。また、複数のＳＥＭ像から計測した第１の無機材料粒子１８の粒子径のうち、最大の粒子径を第１の無機材料粒子１８の最大粒子径Ｄ１ｍａｘと見なす。
【００３０】
また、第２の無機材料粒子２０については、第１の無機材料粒子１８の最大粒子径Ｄ１ｍａｘの３倍（３Ｄ１ｍａｘ）以上の粒径を有する粒子を第２の無機材料粒子２０と見なす。第２の無機材料粒子２０は、画像上で第１の無機材料粒子１８の数よりも極端に数が少ないため、上述した方法は適応できない。第２の無機材料粒子２０については、画像上で粒子の最大長さと最小長さの平均長さを求め、これを１．２倍したものを第２の無機材料粒子２０の粒子径Ｄ２とする。複数の画像上で複数の第２の無機材料粒子２０の粒子径Ｄ２を求め、それらの平均値を第２の無機材料粒子２０の平均粒子径Ｄ２ａｖｅとする。
【００３１】
第１及び第２の無機材料粒子１８、２０の体積率は、次のようにして求める。まず、第２の無機材料粒子２０が複数観察できる視野を選択し、ＳＥＭ像の全体の面積Ｓを求める。次いで、当該多孔質体の空隙率を求める。空隙率は、寸法と質量から求めてもよいし、水銀圧入法で求めてもよい。このようにして求めた空隙率をｐとする。等方的な多孔質体の体積空隙率は、面積空隙率に等しいから、面積空隙率にもこの値を適応する。次に、画面上で粒子の投影図としての面積Ｓ１を求める。第２の無機材料粒子２０の添加は、ほとんど空隙率に影響を与えない。次に、第２の無機材料粒子２０の平均面積Ｓ２を平均粒子径Ｄ２ａｖｅより円の面積として求める。画像上の第２の無機材料粒子２０の個数がｍである場合、ｍＳ２が第２の無機材料粒子２０の占める投影面積である。その結果、Ｓ１＝（１−ｐ）（Ｓ−ｍＳ２）と計算できる。第１の面積Ｓ１と第２の面積Ｓ２は、それぞれ第１の無機材料粒子１８と第２の無機材料粒子２０の投影面積である。空隙率と同様に、体積比は投影面積比と等しいとして、Ｓ１及びＳ２を用いて体積比を計算する。つまり、第１の無機材料粒子１８の体積をＶ１、第２の無機材料粒子２０の体積Ｖ２としたとき、第２の無機材料粒子２０の体積率は、Ｖ１／Ｖ２＝Ｓ１／Ｓ２となる。このようにして複数の画像で求めたＳ１及びＳ２の平均値より平均の体積率を求める。
【００３２】
水蒸気分離体１２にウエットシールを形成するにあたって、水蒸気分離体１２は図２に示したように、セラミックス多孔質体１６の細孔１５内に存在する水溶性吸湿剤１７を備えていてもよい。水溶性吸湿剤１７は水分を吸収して保持するため、水蒸気分離体１２にウエットシールを形成しやすくなる。水溶性吸湿剤１７としては、第１族元素や第２族元素のクエン酸塩、炭酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物塩、酸化物塩、水酸化物塩、硫酸塩等が用いられる。これらの化合物は単独で用いてもよいし、複合して用いてもよい。なお、図２では水溶性吸湿剤１７が細孔１５内に偏析しているように示しているが、水溶性吸湿剤１７の存在形態はこれに限られるものではない。水溶性吸湿剤１７は、細孔１５の内壁全体又は一部に薄く均一に付着していてもよい。
【００３３】
水溶性吸湿剤１７の具体例としては、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）、炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）、リン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）、リン酸カリウム（Ｋ３ＰＯ４）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ３（Ｃ３Ｈ５Ｏ（ＣＯＯ）３）等）、クエン酸カリウム（Ｋ３（Ｃ３Ｈ５Ｏ（ＣＯＯ）３）等）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）等やこれらの水和物が挙げられる。
【００３４】
水蒸気分離体１２の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば以下のようにして作製される。水蒸気分離体１２が水溶性吸湿剤１７を備えない場合には、前述した方法で作製したセラミックス多孔質体１６を水蒸気分離体１２として使用する。水蒸気分離体１２が水溶性吸湿剤１７を備える場合には、前述した方法で作製したセラミックス多孔質体１６に、水溶性吸湿剤１７を水に溶解した水溶液を含浸させてから乾燥させることによって、水蒸気分離体１２が得られる。乾燥させるのは取扱上便利なためであり、乾燥させなくてもよい。水蒸気分離体１２は、当初から水分を含んでいてもよい。セラミックス多孔質体１６の原料粉末に水溶性吸湿剤１７を混ぜた後に、成型及び焼結してもよい。
【００３５】
除湿装置１に用いられる水蒸気分離体１２は、図５に示すように、気体を透過する支持体２１により支持されていてもよい。図５は一対の支持体２１を水蒸気分離体１２の両面に沿って配置した状態を示しているが、支持体２０は水蒸気分離体１２の一方の面のみに沿って配置してもよい。支持体２１には、セラミックス材料、金属材料、炭素材料、有機材料、もしくはこれらの複合材料からなる、開放気孔を有する多孔質体、パンチング材料、メッシュ材料等が用いられる。そのような支持体２１の具体例としては、例えば紙、ポリイミド多孔体、パンチングメタル等が例示される。支持体２１は、数μｍ径以上の貫通孔を有していることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３６】
実施形態の除湿装置１において、水蒸気分離体１２は少なくとも除湿装置１の運転時に水分を含んでいる。除湿対象の空間Ｒｘ内の空気は、送風機３により除湿モジュール２の除湿室９内に送られる。送風機３と同時に減圧ポンプ４を稼働させ、減圧室１０内を減圧することによって、除湿室９内の圧力と減圧室１０内の圧力との間に差を生じさせる。この圧力差によって、減圧室１０内の水蒸気圧（第２の空間Ｓ２の水蒸気圧）が除湿室９内の水蒸気圧（第１の空間Ｓ１の水蒸気圧）より小さくなる。この水蒸気圧差と水蒸気分離体１２内に存在する水分とによって、水蒸気分離体１２を介して配置された除湿室９と減圧室１０との間で水蒸気（水分）の移動が起こる。
【００３７】
水蒸気分離体１２を介して水蒸気（水分）を移動させるにあたって、減圧室１０内の圧力が除湿室９内の圧力に対して−５０ｋＰａ以下となるように、減圧ポンプ４で減圧室１０内を減圧することが好ましい。言い換えると、除湿室９内の圧力と減圧室１０内の圧力との差が５０ｋＰａ以上となるように、減圧室１０内を減圧することが好ましい。この圧力差が５０ｋＰａ未満であると、除湿室９内から減圧室１０内への水蒸気（水分）の移動を十分に促進できないおそれがある。さらに、除湿室９と減圧室１０との圧力差は１００ｋＰａ未満であることが好ましい。圧力差が大きすぎると、水蒸気分離体１２を構成するセラミックス多孔質体１６が破損するおそれが生じる。除湿室９と減圧室１０との圧力差は８０〜９０ｋＰａの範囲であることがより好ましい、
【００３８】
図１に示す除湿装置１においては、減圧室１０内を減圧する減圧ポンプ４で除湿室９と減圧室１０との間に水蒸気圧差を生じさせているが、水蒸気圧の調整部はこれに限られるものではない。例えば、減圧室１０（第２の空間Ｓ２）に乾燥空気や加熱空気を導入するようにしてもよい。これらによっても、除湿室９と減圧室１０との間に水蒸気圧差を生じさせることができる。図１に示す除湿装置１において、除湿室９と減圧室１０との間に水蒸気圧差を生じさせる水蒸気圧調整部は、特に限定されるものではなく、水蒸気圧差を生じさせることが可能な各種の機構を適用することができる。
【００３９】
水蒸気圧が相対的に高い除湿室９内の空気中に含まれる水蒸気（水分）は、水蒸気分離体１２内のウエットシールに吸収される。水蒸気分離体１２が水溶性吸湿剤１７を有する場合、水蒸気（水分）は水溶性吸湿剤１７に吸収される。水蒸気分離体１２内の水分は、水蒸気圧が相対的に低い減圧室１０内に透過する。除湿室９内の水蒸気圧と減圧室１０内の水蒸気圧と水蒸気分離体１２内の水分量等のバランスによって、除湿室９内の空気中に含まれる水分の水蒸気分離体１２による吸収と水蒸気分離体１２内の水分の減圧室１０内への放出とが連続して起こる。従って、空間Ｒｘから除湿室９内に送られた空気中の水分量を減少させて除湿することができる。除湿された空気は、空間Ｒｘに返送される。減圧室１０内に透過した水分は、配管８及び減圧ポンプ４を介して外部に排出される。減圧室１０内に透過した水分は、加湿が必要な部屋等の第３の空間に送るようにしてもよい。実施形態の水蒸気分離体１２は、除湿と加湿とを兼ねる装置に使用することもできる。
【００４０】
実施形態の除湿装置１においては、水蒸気分離体１２がウエットシールを形成しているため、除湿室９内の空気中に含まれる水分のみを減圧室１０内に移動させることができる。すなわち、除湿室９と減圧室１０との間では、基本的には空気中の水分のみを移動させ、空気中の乾燥空気はほとんど移動しない。従って、除湿対象の空間Ｒｘの温度をほとんど変動させることがない。空間Ｒｘの温度をほとんど変動させることなく、空間Ｒｘ内を除湿することで、例えば空間Ｒｘの冷房と併用する場合においても、熱効率を低下させるおそれがない。除湿装置１を冷房と併用する際の熱効率を高めることができる。
【００４１】
さらに、実施形態の除湿装置１においては、水蒸気分離体１２に用いるセラミックス多孔質体１６に、複数の第１の無機材料粒子１８が等方的にネッキングすることにより構成された多孔質マトリクス１９内に第２の無機材料粒子２０を不規則に配置した構造を適用しているため、セラミックス多孔質体１６内に例えば最大孔径が１００ｎｍ以下というような孔径を有する微細な細孔１５を安定的に存在させることができる。このような微細な細孔１５を有するセラミックス多孔質体１６を水蒸気分離体１２として用いることによって、相対湿度が６０％未満というような低湿度の環境下においても、ウエットシールが形成された水蒸気分離体１２を介して除湿室９から減圧室１０に水を効率よく移動させることができ、これによって低湿度環境下で実用的な除湿速度を得ることが可能になる。
【００４２】
実施形態の除湿装置１の構造は、図１に示す構造に限られない。図１では第１の空間Ｓ１を除湿モジュール２の除湿室９に設定したが、第１の空間Ｓ１はこれに限定されるものではない。図６に示すように、第１の空間Ｓ１は除湿対象の空間Ｒｘそのものであってもよい。すなわち、第２の空間Ｓ２となる減圧室１０を、第１の空間Ｓ１となる空間Ｒｘと水蒸気分離体１２を介して配置してもよい。この場合、減圧室１０を減圧することによって、除湿対象の空間Ｒｘ（第１の空間Ｓ１）内の空気から水蒸気（水分）が直接除去される。第１の空間Ｓ１及び第２の空間Ｓ２の設定は、種々に変更することができる。
【００４３】
除湿速度Ｖは、以下のようにして測定された値を示す。まず、湿度と温度を一定に保持された恒温恒湿槽の中に、直径１０ｍｍの穴の開いた１Ｌ容器により空間Ｒｘを設ける。このような構造において、図１に示した除湿モジュールにより第１の空間に対する第２の空間の圧力を−８０ｋＰａに設定して除湿を行い、特定の相対湿度からそれより１０％低い相対湿度まで除湿したときの時間を水蒸気分離体の面積換算した値とする。測定温度は４０℃、水蒸気分離体の実行面積は直径１０ｍｍとする。例えば、相対湿度が４０％から３０％まで低下したときの時間が１時間であれば、除湿速度Ｖは１０％／ｈとなる。
【実施例】
【００４４】
次に、実施例とその評価結果について述べる。
【００４５】
（実施例１）
平均粒径が１４ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第１の粒子）に、平均粒径が１８０ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を０．０５体積％添加し、さらに濃度５％のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）のアセトン溶液を添加し、乳鉢で混合した後に、金型に充填して１ｔ／ｃｍ２の圧力で成型し、さらに１０００℃で焼結することによって、厚さ１ｍｍのセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の細孔形状等を水銀圧入法により測定したところ、細孔径はおよそ３〜３０ｎｍであり、平均孔径は１１ｎｍであった。セラミックス多孔質体の体積気孔率は４８％であった。さらに、セラミックス多孔質体を構成する第１の粒子の形状を前述した方法にしたがって測定したところ、平均粒子径は３０ｎｍ、最大粒子径は５０ｎｍであった。また、第２の粒子の平均粒子径は２００ｎｍであった。
【００４６】
上記したセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは１０％／ｈであった。また、除湿試験時における除湿対象空間の温度は４０℃±１℃の範囲で安定していた。さらに、１カ月後に同様の測定をしても変化は認められなかった。
【００４７】
（実施例２）
平均粒径が３０ｎｍの高純度（純度：９９．９９％）のＡｌ２Ｏ３粉末（第１の粒子）に、平均粒径が１８０ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を０．１体積％添加し、さらに濃度５％のＰＶＢのアセトン溶液を添加し、乳鉢で混合した後に、金型に充填して１ｔ／ｃｍ２の圧力で成型し、さらに１０００℃で焼結することによって、厚さ１ｍｍのセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の細孔形状等を水銀圧入法により測定したところ、細孔径は５〜１２０ｎｍであり、平均孔径は１８ｎｍであった。セラミックス多孔質体の体積気孔率は４６％であった。さらに、セラミックス多孔質体を構成する第１の粒子の形状を前述した方法にしたがって測定したところ、平均粒子径は６０ｎｍ、最大粒子径は７０ｎｍであった。また、第２の粒子の平均粒子径は２００ｎｍであった。
【００４８】
上記したセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは８％／ｈであった。また、除湿試験時における除湿対象空間の温度は４０℃±１℃の範囲で安定していた。さらに、１カ月後に同様の測定をしても変化は認められなかった。
【００４９】
（実施例３）
平均粒径が６０ｎｍの高純度（純度：９９．９９％）のＡｌ２Ｏ３粉末（第１の粒子）に、平均粒径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を０．０３体積％添加し、さらに濃度５％のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）のアセトン溶液を添加し、乳鉢で混合した後に、金型に充填して１ｔ／ｃｍ２の圧力で成型し、さらに１０００℃で焼結することによって、厚さ１ｍｍのセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の細孔形状等を水銀圧入法により測定したところ、細孔径はおよそ４〜４０ｎｍであり、平均孔径は１３ｎｍであった。セラミックス多孔質体の体積気孔率は５９％であった。さらに、セラミックス多孔質体を構成する第１の粒子の形状を前述した方法にしたがって測定したところ、平均粒子径は６５ｎｍ、最大粒子径は７５ｎｍであった。また、第２の粒子の平均粒子径は１．５μｍであった。
【００５０】
上記したセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは１２％／ｈであった。また、除湿試験時における除湿対象空間の温度は４０℃±１℃の範囲で安定していた。さらに、１カ月後に同様の測定をしても変化は認められなかった。
【００５１】
（比較例１）
平均粒径が１８０ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を添加しないことを除いて、実施例１と同一条件でセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の体積気孔率は実施例１と同程度であったが、細孔径がばらついており、孔径が１１ｎｍ程度の細孔に加えて孔径が１００ｎｍ程度の細孔が多く観察された。このセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは１％／ｈであった。
【００５２】
（比較例２）
平均粒径が１８０ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を添加しないことを除いて、実施例２と同一条件でセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の体積気孔率は実施例２と同程度であったが、細孔径がばらついており、孔径が１８ｎｍ程度の細孔に加えて孔径が２７ｎｍ程度の細孔が多く観察された。このセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは３％／ｈであった。
【００５３】
（比較例３）
平均粒径が１．５μｍのＡｌ２Ｏ３粉末（第２の粒子）を添加しないことを除いて、実施例３と同一条件でセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の体積気孔率は実施例３と同程度であったが、細孔径がばらついており、孔径が１３ｎｍ程度の細孔に加えて孔径が３０ｎｍ程度の細孔が多く観察された。このセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは５％／ｈであった。
【００５４】
（比較例４）
平均粒径が１８０ｎｍのＡｌ２Ｏ３粉末に、濃度５％のポリビニルブチラール（ＰＶＢ）のアセトン溶液を添加し、乳鉢で混合した後に、金型に充填して１ｔ／ｃｍ２の圧力で成型し、さらに１０００℃で焼結することによって、厚さ１ｍｍのセラミックス多孔質体を作製した。セラミックス多孔質体の細孔形状等を水銀圧入法により測定したところ、細孔径はおよそ４０〜１７０ｎｍであり、平均孔径は７０ｎｍであった。セラミックス多孔質体の体積気孔率は４２％であった。このセラミックス多孔質体にＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、目的とする水蒸気分離体を得た。水蒸気分離体の除湿速度Ｖを前述した条件で測定したところ、相対湿度４０％での除湿速度Ｖは０％／ｈであった。
【００５５】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１…調湿（除湿）装置、２…除湿モジュール、３…送風機、４…減圧ポンプ、９…除湿室、１０…減圧室、１１…接続路、１２…水蒸気分離体、１５…細孔、１６…セラミックス多孔質体、１７…水溶性吸湿材、１８…第１の無機材料粒子、１９…多孔質マトリクス、２０…第２の無機材料粒子、Ｓ１…第１の空間、Ｓ２…第２の空間。
【図１】
2018150206.tif 000003
【図２】
2018150206.tif 000004
【図３】
2018150206.tif 000005
【図４】
2018150206.tif 000006
【図５】
2018150206.tif 000007
【図６】
2018150206.tif 000008