(57)【要約】 【課題】シックハウス症候群など健康に悪影響を及ぼす可能性のある高密閉・断熱型の住居、オフィス、工場などで、空気混合の発生が無く、かつ高効率な水蒸気の交換、熱の交換（換気）技術を提供する。【解決手段】担持体として板材１１を用い、その開口部１２に水蒸気選択透過性を有する吸放湿剤１４を含んだ膜部１３が形成された吸放湿性膜を備えたデバイス１０を用いて熱交換を行う。この構成により、室内からの空気と室外からの空気との間で、二酸化炭素やアンモニア等の有害物を遮断するにもかかわらず水分の移動を可能として熱交換を行う。【選択図】図１
2015012398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸放湿性膜を備えたデバイスであって、
開口部を有する担持体と、
前記開口部に形成されて吸放湿を行う膜部を有し、
前記膜部は、吸放湿剤を含み、吸湿により前記吸放湿剤に取り込まれた水分の前記吸放湿剤内での移動が許容される、吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項２】
前記吸放湿材により前記吸放湿剤に吸湿された水分が液相となって前記吸放湿剤を含む膜内での移動が許容される、請求項１に記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項３】
前記開口部は、前記膜部におけるひび割れの発生を防ぐ大きさで複数形成されている、請求項１又は２に記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項４】
前記担持体は、前記開口部内に形成された膜部を固定及び支持するように、前記膜部よりも剛性が高い材質で形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項５】
前記開口部は、前記担持体における開口率が５０％以上で、かつ、等価水力直径が５ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項６】
前記開口部の等価水力直径が２ｍｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項７】
前記担持体は、厚さ１ｍｍ以下の平板状あるいはチューブ状の形状である、請求項１〜６のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項８】
前記膜部は、前記吸放湿剤と接着性バインダーとの混合物を前記開口部内に配した後に、前記混合物を乾燥させることにより前記担持体の開口部に形成される、請求項１〜７のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項９】
前記混合物には、更に植物性繊維とガラス繊維との少なくとも一方が含まれる、請求項８に記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項１０】
前記担持体は、厚さ１ｍｍ以下でかつ縦横の細線ピッチが２ｍｍ以下の網状体である、請求項１〜９のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項１１】
前記担持体は、導電性の金属材あるいは非導電性のプラスチック材により形成される、請求項１〜１０のいずれかに記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項１２】
前記複数の開口部のそれぞれは、互いに異なる寸法及び形状を有する、請求項３に記載の吸放湿性膜を備えたデバイス。
【請求項１３】
吸放湿性膜を備えたデバイスの製造方法であって、
シート状の担持部材に吸放湿剤を担持させ、前記吸放湿剤は、吸湿により前記吸放湿剤に取り込まれた水分の前記吸放湿剤内での移動が許容されるものであり、
開口部を有する第１担持体と前記吸放湿剤が担持された担持部材とを、前記開口部において前記担持部材が露出するように重ねて固定し、これにより、前記開口部で露出した前記担持部材が吸放湿性膜となる、方法。
【請求項１４】
開口部を有する第２担持体と前記第１担持体との間に、前記吸放湿剤が担持された担持部材を挟んで固定し、
前記第２担持体の開口部は、前記固定された状態において、前記第１担持体の開口部と前記第２担持体の開口部とが少なくとも一部が重なるように形成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記担持部材、前記第１担持体及び前記第２担持体は、これらを貫通する貫通部、前記貫通部に結合するとともに前記第１担持体から突出する第１ヘッド部、及び前記貫通部に結合するとともに前記第２担持体から突出する第２ヘッド部とを備えた固定部材により固定される、方法。
【請求項１６】
開口部が形成された担持体と、前記開口部に形成されて水分を吸放湿する吸放湿剤を含む膜部と、を有する吸放湿性膜を備えたデバイスと、
互いに前記吸放湿性膜を備えたデバイスを介して接すると共に、それぞれ気体が流通される第１流通路及び第２流通路と、
を有する水蒸気分離器であって、
水蒸気分離時には、前記第１流通路を流れる気体と前記第２流通路を流れる気体との間で、一方の流通路を流れる気体の水分が、前記膜部の一方の表面で前記吸放湿剤により吸湿され、その後に前記膜部内を移動して前記膜部の他方の表面に移動して気化することで前記他方の流通路を流れる気体に移動する、水蒸気分離器。
【請求項１７】
前記吸放湿性膜を備えたデバイスはチューブ状とされ、前記チューブ内に形成される流通路が前記第１流通路、前記チューブ外が前記第２流通路とされてシェルアンドチューブ型水蒸気交換器を構成する、請求項１６に記載の水蒸気分離器。
【請求項１８】
前記デバイスは、前記担持体と、前記吸放湿剤が担持された担持部材と、を前記デバイス表面から突出する突出部を備えた固定具で固定することで形成されたものであり、
前記第１流通路及び前記第２流通路は、前記デバイスを重ねた際に前記突出部により前記デバイス間に形成された間隙によって形成される、請求項１６に記載の水蒸気分離器。
【請求項１９】
開口部が形成された担持体と、前記開口部に形成されて水分を吸放湿する吸放湿剤を含む膜部と、を有する吸放湿性膜を備えたデバイスと、
互いに前記吸放湿性膜を備えたデバイスを介して接すると共に、それぞれ気体が流通される第１流通路及び第２流通路と、
を有する水蒸気分離器の製造方法であって、
複数の前記デバイスをそれぞれ離間して支持する支持部と、開放部と、を備えた筐体を形成し、
前記支持部によって前記デバイスがそれぞれ離間した状態で支持されるように、前記デバイスを前記開放部から前記筐体内に挿入し、これにより形成される前記デバイス同士の間の間隙によって、前記第１流通路及び第２流通路が形成され、
前記開放部をカバー部材によって塞ぐことを含み、
水蒸気分離時には、前記流通路のうちの１つを流れる気体と前記第２の流通路を流れる気体との間で、一方の流通路を流れる気体の水分が、前記膜部の一方の表面で前記吸放湿剤により吸湿され、その後に前記膜部内を移動して前記膜部の他方の表面に移動して気化することで前記他方の流通路を流れる気体に移動する、水蒸気分離器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換を行う技術に関し、主に顕熱及び潜熱の双方の熱交換を行うための吸放湿性膜を備えたデバイス及びこの吸放湿性膜を備えたデバイスを備えた水蒸気分離器及び熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や化石燃料の価格高騰、原子力発電所の事故に起因する停電等が問題になってきており、その対策として、エネルギーの高効率使用や省エネルギー活動等が進められている。
その一方で、民生分野（家庭、業務）の空調設備は導入件数ならびに使用頻度が増加しつつあり、エネルギー使用量は拡大しつつあるため、その削減に向けた空調機器・システムの効率改善は喫緊の課題である。【０００３】
例えば、エアコンによる室内除湿空調では、空気を露点以下に冷却除湿して水蒸気を分離した後に、低温となった空気を再度加熱して相対湿度調整を実施するなど効率の悪い調湿が行われている。【０００４】
エネルギーの高効率使用の一環として、居住空間の高気密化がなされている。そのため、住居、事務所、商業施設、体育館、イベント会場、工場、自動車などの室内空間を、高気密化を達成しつつ衛生的な空気環境に保つことが求められている。しかし、高気密化を行うことで、居住環境の換気が疎かになると空気質悪化に起因するシックハウス症候群が誘発されるおそれがある。このため、室内あるいは車内に人間が居る条件においては、２４時間連続の換気が望ましい。【０００５】
しかしながら、換気を強化すると、空気質の悪化は防ぐことができるものの、換気を行うことによる室内空調負荷、とりわけ除湿や加湿などの潜熱負荷の増大を招いてしまう。従って、省エネルギーという目的に反して空調に要するエネルギーが大きくなるという弊害が生じている。【０００６】
上記弊害を解消するために、和紙などの水分透過性を有する薄膜を備えた熱交換用構造体を介して接する２つの流通路のうち一方の流通路に室内からの空気を流通させて排気し、他方の流通路には室外からの空気を流通させて室内に導入するという換気装置が全熱交換器として市販されている。【０００７】
この換気装置では、室内からの空気と室外からの空気との間で、上記構造体に備えられた和紙等を介して熱交換及び水分の移動が行われる。例えば冬期においては室内の空気は高温かつ高湿度となっており、外気は低温かつ低湿度となっている。換気装置で熱交換を行うことで、室内からの空気により室外からの空気が暖められ、更に、室内からの空気に含まれる水蒸気が和紙を通じて室外側の空気に移動し、水分の移動もなされる。従って、外気は室内からの空気により加温及び加湿されて室内へと導入される。
夏期においては、この逆に、室内からの低温低湿度空気と室外からの高温高湿度空気との間で熱交換及び水分移動が行われ、室外からの空気は相対的に低温低湿となったうえで室内へと導入される。【０００８】
しかしながら、このような従来技術で用いられる熱交換用構造体においては、水蒸気を透過する膜である和紙等は気密性を有するものではなく、二酸化炭素やアンモニアガスは和紙等を通過してしまう。その結果、この構造体を用いた熱交換器では、室外からのフレッシュな空気に、室内からの空気から移動した二酸化炭素やアンモニアガス等の汚染成分が混合してしまうという難点がある。熱交換器における混合問題、つまりコンタミの発生を防止するために、和紙等の厚さや枚数を増すことも可能ではあるが、この場合、顕熱交換性能と潜熱交換（水蒸気交換）性能が低下すると言う難点も生じる。【０００９】
また、熱交換を行うことは必須ではないが、一方の気体から他方の気体へと水分を移動させることが望まれることもある。
例えば、自動車からの酸素が希薄化されている排気ガスを再度エンジンに再供給することで、排気中のＮＯｘを減少させる技術が知られている。この技術においては、酸素濃度を低く保ったままで排気ガスの湿度を低くすることが強く望まれている。従って、排気ガスと外気との間で、排気ガスの水蒸気を外気に移動させ、かつ、外気に含まれる酸素は排気ガスに移動させないことが望ましい。
従って、一定以上の気密性を保ちながら水蒸気を選択的に透過させるための吸放湿性膜を備えたデバイスも望まれている。【００１０】
これらの問題点を解決するために、例えば下記特許文献１には、吸湿剤を板材などの表面に担持させて相対湿度の高い空気に接触させ水蒸気を吸着し、その後相対湿度の低い空気と吸湿剤を担持した板材を接触させることで加湿対象の空気へ水蒸気を移動させるデシカント換気システムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４３４１９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記特許文献１記載のデシカント換気システムでは、相対湿度の高い空気が流れる流通路側にて吸湿剤が水蒸気を吸湿した後、この吸湿剤を低相対湿度の空気が流れる流通路へ移動させるための駆動装置が必要となる。
また、駆動装置を設ける必要があることから、デシカント換気システムの装置構成が複雑化し、また、コストの上昇や装置構成の大型化等が生じてしまうという課題を有している。【００１３】
従って、水分の移動を可能としながら気体成分の移動を防ぐとともに気密性を向上した、吸放湿性膜を備えたデバイスが求められており、また、このデバイスを用いて熱交換を行うことが求められている。更に、これらのデバイスを用いて水蒸気の分離を行う水蒸気分離器や、顕熱交換及び／又は潜熱交換を行うことが可能である熱交換器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態においては、担持体、前記担持体に形成された開口部、及び、前記開口部に形成され、水分を吸放出する吸放出剤を含む膜部を有する吸放湿性膜を備えたデバイスが提供される。
好ましくは、前記膜部は、気密性を有する。
また、前記吸放湿性膜を備えたデバイスは、好ましくは、気密性を有するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る、担持体として板材を用いた吸放湿性膜を備えたデバイスの斜視図であり、図１（ｂ）は、その断面図である。
【図２】図２（ａ）は、実施例２に係る、担持体としてメッシュ材を用いた吸放湿性膜を備えたデバイスの斜視図であり、図２（ｂ）は、その一部拡大図である。
【図３】図３は、本発明の実施例３に係るシェルアンドチューブ型熱交換器の説明図である。
【図４】図４は、シェルアンドチューブ型熱交換器に用いられる、メッシュ状とされた吸放湿性膜を備えたデバイスの説明図であり、（ａ）は全体説明図、（ｂ）は膜部の拡大図、（ｃ）は水分の移動の説明図、（ｄ）は開口部における吸放湿剤とバインダーとの状態の説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施例４に係るプレートフィン型全熱交換器の説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施例４に係るプレートフィン型全熱交換器を通過する夏季の外気ならびに室内気の湿度・温度変化の概要図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の実施例５に係る吸放湿性膜を備えたデバイスの斜視図、図７（ｂ）はその一部断面図、図７（ｃ）は、デバイスを固定するリベットの断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例６に係る熱交換器の断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施例９に係る熱交換器の一部透過斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の実施例９に係る熱交換器を前面側から見た一部透過図、図１０（ｂ）はその前面側の平面図、図１０（ｃ）はその横断面図、図１０（ｄ）はその右側面図である。
【図１１】図１１は、吸放湿剤の一例における相対湿度に対する吸湿率を表すグラフである。
【図１２】図１２は、吸放湿剤の平均粒径と透湿度との相関を表すグラフである。
【図１３】図１３は、透湿剤シートの透湿度と通気度の比較試験結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
本発明の一実施形態では、吸放湿性膜を備えたデバイスとして、担持体と、担持体に形成された複数の開口部と、この開口部に設けられた、水分を吸放湿する吸放湿剤を含む膜部とを備えた吸放湿性構造体を形成している。吸放湿性構造体自体は必ずしも完全な気密性を有するものとする必要はない。しかし、吸放湿性構造体を熱交換器に適用する場合等のように、吸放湿性構造体に対して実質的な気密性が必要とされる場合がある。また、吸放湿性構造体自体を完全に気密とする必要はないものの、ある程度以上の気密性が必要となる場合もある。
従って、吸放湿性構造体に対してどの程度の気密性が要求されるかに応じて、担持体と膜部とについて、実質的に気密なもの、または要求される気密性を満足する程度の気密性を有するものを選択することができる。
【００１７】
なお、膜部に含まれる吸放湿剤は、高湿度下で水分を吸収し、かつ低湿度下で水分を放出することが可能なものであれば、用途に応じて任意のものを用いることができる。
【００１８】
以下の実施形態では、吸湿性及び放湿性を有する吸放湿剤として特開２００９−７４０９８号に記載される収着剤あるいは吸放湿性重合体を用いているが、吸放湿剤はこれに限られるものではない。例えば、全熱交換器等の、膜部の一方側の面から他方側の面への膜部を通じた水分移動が必要となる用途においては、吸放湿剤は、
１）高湿度の気体に接する側の膜部表面で吸放湿剤により水蒸気を水分として吸収し、かつ、
２）低湿度の気体に接する側の膜部表面で吸放湿剤から水分を水蒸気として放散する、
ことができるものであればよい。通常は、吸放湿剤の微粒子を接着性の液状バインダーに混合し、この混合物を担体に担持して乾燥させることで、水蒸気透過性膜を形成する。
【００１９】
高湿度下で水分を吸収し、かつ低湿度下で水分を放出する物質には種々の名称が付されており、例えば、特開２０１３−１０７０７０では「吸脱湿剤」、特開２００１−１１３２０号では「吸放湿性重合体」、「多孔質吸放湿性重合体」、「有機高分子系収着剤」、特開２０００−１７１０１号では「多孔質吸放湿性重合体」と称されている。
これらの物質は、その名称にかかわらず、高湿度下で水分を吸収し、かつ低湿度下で水分を放出するものであれば水蒸気選択透過性膜の形成に用いることができる。本明細書では、これらの物質を「吸放湿剤」として記載する。
【００２０】
例えば特開２００９−７４０９８号公報に記載された収着剤は、吸放湿剤として好適な性能を有する。この収着剤の相対湿度に対する吸湿率（％重量）を表すグラフを図１１に示す。
図１１に示されるように、特開２００９−７４０９８号公報に記載された収着剤は、相対湿度の高い空気中で水蒸気を吸湿する。この際に吸湿熱が発生する。また、相対湿度の低い空気中で、水分を水蒸気として放出し、この際に周囲の熱を奪う。なお、この動作は、温度には依存せずに相対湿度のみに依存する。但し、空気の温度変化に伴って相対湿度も変化するので、見かけ上は、この動作は温度の影響を受けることになる。
図示されるように、特開２００９−７４０９８号公報に記載された収着剤は、他の吸湿剤、即ちシリカゲルA、シリカゲルB及びアクティブカーボンに比較して、相対湿度が高いときにおける吸湿率が非常に高い。
そして、相対湿度が低くなると、吸湿率も低くなるので、それまでに吸湿されていた水分が放出される。また、図１１に示されるように、相対湿度が高いときにおける吸湿率と、相対湿度が低いときにおける吸湿率との差が大きい。従って、高湿度の気体からは多量に水分を吸湿し、かつ、低湿度の気体へと水分を多量に放出すると共に吸湿された水分子は収着剤の内部を移動できるので、水蒸気選択透過性膜に適している。
【００２１】
また、この収着剤は、透湿度が高い一方で、通気度が低く、水蒸気選択透過性膜として優れた性質を有する。
図１２に、収着剤における透湿度及び通気度を基準として、市販されている透湿防水性シートにおける透湿度通気度とを測定した結果を表形式で表した説明図を示す。
この図に示されるように、収着剤を塗布したシート（エマルション０．１[μm]）における透湿度を１として、Ａ社製透湿防水シートの透湿度は０．５、Ｂ社製透湿防水性シートの透湿度は０．８である。従って、Ａ社製透湿防水性シート、Ｂ社製透湿防水性シートは、共に、収着剤を塗布したシートよりも水蒸気が移動しにくいことが示される。通気度に関しては、収着剤を塗布したシートにおける通気度を１として、Ａ社製透湿防水シートの通気度は６、Ｂ社製透湿防水性シートの通気度は１５である。
従って、Ａ社製透湿防水性シート、Ｂ社製透湿防水性シートは、共に、収着剤を塗布したシートよりも通気性が高く、従って、Ａ社製透湿防水性シート、Ｂ社製透湿防水性シートは、共に、収着剤を塗布したシートよりも、水蒸気選択透過や熱交換を行う気体同士の間で不快成分等を含んだ空気が互いに混入しやすくなっていることが示される。以上のことから、水蒸気分離や熱交換は、適宜水蒸気分離膜や熱交換膜を選択することが可能であるが、特に、特開２００９−７４０９８号公報に記載された収着剤が好適であることが示される。
【００２２】
本発明の実施形態に係る吸放湿性膜を備えたデバイスを介して気体同士を接触させることで、これらの気体の間で水蒸気を移動させることができる。この際、このデバイスを介して熱交換を行うこともできる。特に、この吸放湿性膜を備えたデバイスは、顕熱及び潜熱を交換する全熱交換器、例えば室内からの空気と室外からの空気との間で熱交換及び水分移動を行う全熱交換器に適している。
なお、本発明は、空気同士に限られず、気体同士での水蒸気移動や熱交換に一般的に使用することが可能である。室内からの空気と室外からの空気とをこの吸放湿性構造体を介して形成された第１の流通路と第２の流通路にそれぞれ流通させることで、室内からの空気と室外からの空気との間で、水蒸気選択透過性膜を通じて水分移動がなされる。また、吸放湿性構造体を介して室内からの空気と室外からの空気との間で熱移動が行われる。従って、室外からの空気を、その温度及び湿度を室内からの空気に適合するよう調整したうえで室内に導入することが可能となる。
【００２３】
特に、室内からの空気は、人間の呼吸に起因して二酸化炭素の濃度が高く、また、人間及び室内の物質から発生するアンモニアや臭気成分等、人体にとって有害な成分や不快成分が含まれる場合もある。しかし、上記のように吸放湿性構造体は気密性を有するので、室内からの空気に含まれるこのような望ましくない気体成分が室外からの空気に移動することが防がれる。従って、室外からの新鮮な空気を、その温度及び湿度を室内の空気に近くなるよう調整し、かつ室内からの空気に含まれる望ましくない気体成分を室内からの新鮮な空気に混入させることなく室内へと導入することが可能となる。
【００２４】
このように、熱（顕熱）交換と水蒸気（潜熱）交換を行うことで室内空調負荷の増大を防いでエネルギー損失を抑制しながら換気を行うことができる。
また、このような吸放湿性構造体においては、気密性を維持することが重要となる場合がある。この場合、担持体自体は気密性を有する必要があることに加えて、担持体上に形成された膜部を気密なものとし、その気密性を維持する必要がある。
【００２５】
なお、吸放湿性構造体の膜部を貫通するクラックが生じた場合、あるいは吸放湿性構造体の担持体が完全には気密なものではない場合、吸放湿性構造体は完全に気密にはならない。しかし、用途によっては、吸放湿性構造体に完全な気密性が必要ではない場合もある。
例えば、全熱交換器に吸放湿性構造体を用いる場合、吸放湿性構造体自体の気密性が完全ではないと空気の漏洩が生じてしまう。しかし、その漏洩量が許容量以下であれば、吸放湿性構造体が完全に気密でない吸放湿性構造体であっても全熱交換器に用いることができる。この場合の許容量は任意に定めることができる。室内からの臭気成分を含む空気と室内に導入される新鮮な外気との間で全熱交換を行う場合は、室内に導入される外気に臭気が生じない漏洩量を、空気の漏洩量の許容値とすることができる。
【００２６】
膜部自体の気密性を確保するために、水蒸気を透過する膜部を構成する材料、好ましくは水蒸気選択透過性材料にバインダーを混合することもできる。例えば水蒸気を透過する材料だけで担持体の開口部に膜部を形成した場合、膜部が多孔性であり、又は、膜部自体が気密であっても、形成される膜部が脆くクラックが発生しやすい等の理由で気密性が不十分になるおそれが生じる場合もある。この場合、水蒸気を透過する材料とバインダーとの混合物を担持体の開口部に配置して乾燥させることで膜部を形成して充分な気密性を得ることもできる。
【００２７】
また、水蒸気を透過する材料として粒状の吸放湿剤を用いて膜部を形成する場合、粒状の吸放湿剤に接着剤としてバインダーを混合し、この混合物を開口部に配置した後に乾燥等を行うことで気密性を有する膜部を形成することもできる。
この場合、バインダーに対しては、吸放湿剤同士を、形成される膜部にクラック等が生じない程度に強く結合することが求められる。更に、吸放湿剤を通じた水分の移動を許容するものであることが求められる。バインダーが水分を透過せず、かつ、吸放湿剤をバインダーが完全に被覆した場合には、吸放湿剤を通じた水分移動が不可能になるからである。
吸放湿剤内では水分は液相で移動することから、バインダーは、液相の水に対して透過性を有するものであることが好ましい。
【００２８】
更に、水蒸気を透過する材料を開口部のみに配置して膜部を形成するものとしても良いが、開口部だけでなく担持体上をも膜状に覆うように配置する構成としても良い。吸放湿性構造体の担持体部分においては主に顕熱交換が行われるので、この顕熱交換を許容されるのであれば、水蒸気を透過する材料を担持体部分に配置しても良いからである。
この場合、担持体上に形成された膜を通じて、開口部に形成された膜部にまで水分が移動することで、水分が吸放湿性構造体の一方側から他方側に移動することが可能となる。更に、担持体上に形成された水蒸気を透過する材料による膜が、担持体の開口部に形成された膜部を強固に固定することも可能である。特に、担持体表面に吸放湿剤をバインダーで接着する構成とした場合には、開口部の吸放湿剤をより堅固に固定することも可能である。
【００２９】
一方、膜自体が気密性を有しても、膜にひび割れやクラック等が発生して気密性が維持できなくなるおそれもある。このようなひび割れが発生すると、吸放湿性構造体により分離されている気体同士がひび割れを通過して混合してしまう。例えば、室内からの空気と室外からの空気を、水蒸気選択透過性構造体を介して全熱交換する場合、水蒸気選択透過性膜に生じたクラックを通じて、室内からの空気に含まれる二酸化炭素や不快物質等を含む気体成分が室外からの新鮮な空気に混入してしまう。また、ある程度の空気の漏洩が許容される用途においても、漏洩の原因となるクラック等の発生をできるだけ抑えることが望ましい。
【００３０】
このようなクラックの主な発生原因としては、膜部の強度や膜部に係る応力が挙げられる。特に、膜部の面積が大きくなると、膜部に係る応力も大きくなり、膜を貫通するクラックやひび割れが生じやすくなる。
従って、本実施形態では、担持体に形成される開口部を、クラックやひび割れが生じない大きさとし、開口部の面積を比較的小さくしている。例えば、等価水力直径を５ｍｍ以下、好ましくは等価水力直径を２ｍｍとすることで、クラックやひび割れが生じないか、あるいは膜の表面にクラックやひび割れが生じたとしても、膜を貫通するクラックやひび割れが生じないようにし、気密性を保つようにしている。なお、完全な気密性が必要ではない場合には、等価水力直径を例えば７ｍｍ以下、１０ｍｍ以下として、開口部の面積をより大きくすることもできる。
【００３１】
また、開口部の形状も、応力の集中によるクラックやひび割れの発生を防ぐ形状とすることが望ましいが、上記のように開口部の面積を小さくすることで、クラックやひび割れの発生を防ぐことができるのであれば、開口部を六角形や四角形としても良い。好ましくは、六角形や四角形の角の部分を丸めることで、角の部分における応力の集中を防ぐことができる。また、開口部を円形とすることで、応力の集中を避けるようにしてもよい。
【００３２】
以下の実施例では、特段の記載がない限りは、担持体として板材やチューブ材を用い、多数の開口部を設けると共に、各開口部の水力等価直径を２ｍｍ以下とした。各開口部には、水蒸気を吸湿する吸放湿剤と接着性を有するバインダー、好ましくはセルロースなどの微細繊維を混合した混合物を塗布し、その後乾燥させることで、水蒸気選択透過性膜を形成した。なお、吸放湿剤としては、例えば日本エクスラン工業株式会社による特開２００９−７４０９８号公報に記載される収着剤を用いることができる。
【００３３】
その結果、開口部には吸放湿剤が接着性を有するバインダーを介して膜状に固定された状態となる。この状態であれば、乾燥後に膜部に微細なひび割れが生じても、そのひび割れは小さく、膜部の全体を貫通することが無いので、気密性が維持される。なお、上述のように、開口部を大きくすると、クラック等が発生しやすくなるが、これら発生したクラック等による空気の漏洩量が許容量以下となる範囲内であれば、開口部をより大きくすることも可能である。
【００３４】
一方、吸放湿性構造体の開口部に形成された膜部に形成されて空気面に露出する吸放湿剤の膜は相対湿度の高い空気中から水蒸気を吸湿し、水分子の状態で結合水として吸放湿剤中に取り込む。この際、水は気相から液相へと相転移するので凝縮熱が発生する。吸放湿剤中に液相となって取り込まれた水分子は吸放湿剤の中を移動し、相対湿度の低い空気側に接する吸放湿剤の露出面から、空気中へと水蒸気として放散される。この際、水は液相から気相へと相転移するので、周囲から気化熱を奪う。
【００３５】
このように、一方の流通路を流通する、相対湿度の高い空気内の気相の水蒸気は、吸着剤内を液相の水として移動し、更に、他方の流通路を流通する相対湿度の低い空気内に気相の水蒸気として移動する。また、膜自体は比較的薄いので、膜の一方側で水が気相から液相に相転移する際に発生した凝縮熱は、膜の反対側における液相から気相への相転移時に必要となる気化熱の熱源として消費される。従って、発生した凝縮熱を気化熱に活用することができ、熱エネルギーが無駄になることもない。
【００３６】
この様に、相対湿度の高い空気に含まれる水蒸気は、見かけ上は、相対湿度の低い空気側に直接移動するようにみえる。また、水蒸気選択透過性膜を介して流れる流体の間で温度差がある場合は、水蒸気選択透過性膜及び担持体を通じて高温側から低温側へと熱が移動可能である。
【００３７】
従って、熱及び水蒸気は、吸放湿性構造体を介して移動するが、炭酸ガスやアンモニアガス等の気体成分は、吸放湿性構造体を殆ど通過しないので、室内からの空気に含まれるこれらの汚染成分によって室外からの新鮮な空気が汚染されてコンタミが発生することを防ぐことができる。
【００３８】
また、このような特性を有する水蒸気選択透過性膜を形成する板材、チューブ材、メッシュ材などは、その開口部に形成される水蒸気選択透過性膜を補強できる程度の強度があればよく、強度や形状の設計自由度が高い。従って、これら板材等として適切な材料を選択して、シェルアンドチューブ型やプレートフィン型等の全熱交換器を容易に製造することができる。
なお、水蒸気の移動を促進する意味で、開口部の総面積（開口率）は大きいことが望ましいものの、その開口部に形成される水蒸気選択透過性膜の強度や貫通孔発生を防ぐために、形状、サイズが制限される。従って、開口部は一定の形状やサイズである必要は無い。担持体の開口部の寸法、形状が均一ではないものとすることが好ましい場合もある。
また、水蒸気選択透過性膜の透湿度は、吸放湿剤の平均粒径によって定まる。
【００３９】
吸放湿剤の平均粒径を変化させたときの透湿度の相対変化を表すグラフを図１３に示す。なお、この図において縦軸は透湿度、横軸は平均粒径（単位：０．０１[μm]）を表す。また、この図で透湿度の値「１」は、１７[g／m2hr]に相当する。粒径による通気度は差圧５[kPa]まで、ほぼ無視可能であった。図１３では、差圧５[ｋPa]における透湿度と平均粒径との相関を表している。
この図に示されるように、平均粒径が小さいと吸放湿剤同士の距離が小さくなるので透湿度も小さくなる。平均粒径がある程度大きくなると透湿度は急激に上昇して平均粒径が約０．２[μm]で透湿度は最大値約２．７５となる。
吸放湿剤の平均粒径が０．１５〜０．３[μm]で透湿度は２．５以上となり、平均粒径が０．１〜０．４５[μm]で透湿度は２以上になることから、吸放湿剤の平均粒径は、好ましくは０．１〜０．４５[μm]、より好ましくは０．１５〜０．３[μm]である。
【００４０】
［実施例１］
図１（ａ）に、本発明の実施例１に係る吸放湿性構造体１０の斜視図を示し、また、その断面図を図１（ｂ）に示す。
これらの図に示されるように、吸放湿性構造体１０は、担持体として板材１１を用いており、板材１１の開口部１２に水蒸気選択透過性を有する吸放湿剤として高分子吸放湿剤１４を含んだ膜部１３が形成されている。この膜部１３が水蒸気選択透過性膜となる。板材１１の材質はアルミあるいは銅、プラスチックなどが用いられ、その厚みは１ｍｍ以下で０．２〜０．３ｍｍが好ましい。高分子吸着剤としては、例えば特開２００９−７４０９８号に記載される吸放湿性重合体を用いることができる。
【００４１】
また、バインダーとして、接着性樹脂を用いた。なお、この実施例１では板材１１を平面状としたが、板材１１をチューブ状あるいは曲面状とすることも可能である。また、この吸放湿性構造体において開口率は５０％、特に７０％以上とすることが好ましく、この実施例１では開口部１２の形状、サイズをそれぞれ異なるものとして、開口率を７０％、等価水力直径は５ｍｍ以下とした。
【００４２】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施例１に係る吸放湿性構造体１０においては、担持体である板材１１の開口部１２及びその周囲の板材表面に膜部１３が形成されている。この実施例では、吸放湿性構造体１０の上面側に高温・高湿度の空気を接触させ、吸放湿性構造体１０の下面側に低温・低湿度の空気を接触させた。その結果、高温・高湿度の空気における熱と水蒸気は、吸放湿性構造体１０の下面側の低温・低湿度の空気へとそれぞれ伝達されることが確認できた。その際の水蒸気透過率は、開口部を含む板材の有効面積に対して、２０ｇ／ｍ２・ｈであった。
【００４３】
顕熱交換について説明すると、熱は、板材１１と開口部１２に形成された膜部１３とを通じて伝導により移動する。従って、吸放湿性構造体１０を通じた平均熱伝導率は、板材１１の熱伝導率と板厚及び膜部１３の熱伝導率及び膜厚に影響される。膜部１３は、使用する高分子吸放湿剤１４及びこの高分子吸放湿剤１４と共に膜部を形成するバインダーとの混合により形成された水蒸気選択性透過膜である。図１は、膜部１３の乾燥後の状態を示しており、バインダーは、高分子吸放湿剤１４間に介在してこれらを接着している。従って、高分子吸放湿剤１４とバインダーの熱伝導率により、膜部１３における熱伝導率が定まる。板材１１に関しては、必要な強度及び膜部１３との接着性等の条件を満たした上で熱伝導率の高い材料を選択することで、平均熱伝導率の向上をはかることができる。
【００４４】
なお、この実施例では、高分子吸放湿剤１４と接着性バインダーとの混合物を板材表面及び開口部１２内に配した後に、この混合物を乾燥させることにより担持体である板材１１の開口部に膜部を形成した。しかし、この混合物を開口部１２内にのみ配置して乾燥することにより膜部１３を形成することもできる。更に、この混合物に植物性繊維及びガラス繊維の少なくとも一方を含ませても良い。
【００４５】
一方、潜熱交換については、吸放湿性構造体１０の上面側の高温・高湿の空気内に含まれる気相の水蒸気は、開口部１２内の膜部１３内部の高分子吸放湿剤１４に吸湿され、凝縮熱を放出して液相となる。その後、液相となった水分子は、膜部１３内を水分濃度に従って膜部１３の下面側へと移動し、膜部１３下面側の低温・低湿の空気に晒される。その後、液相の水は、周囲から気化熱を奪って気化し、気相の水蒸気となって低温・低湿の空気内に移動する。
【００４６】
この際、水蒸気の移動先となる空気は低温であるが、膜部１３には、吸放湿性構造体１０の上面側の高温空気から熱伝導により熱が供給され、かつ、膜部１３の上面側で発生した凝縮熱も熱伝導により膜部１３の下面側へと移動する。従って、これらが気化熱の供給源となって液相の水分子が気化熱を奪って気化することが可能となる。
【００４７】
また、この吸放湿性構造体においては膜部１３にクラックやひび割れの発生は認められなかった。熱交換を連続して５時間行っても、吸放湿性構造体１０の上面側及び下面側の空気やその他空気に含まれる気体成分が、膜部１３を通じて互いに混入するという現象は認められなかった。
【００４８】
更に、アンモニア等の水溶性の気体成分についても、膜部１３を通じての混入は認められなかった。これは、膜部１３においては水分子が高分子吸放湿剤に吸放湿され、一方でアンモニアは高分子吸放湿剤に吸放湿されないため、膜部１３を透過しないからである。従って、この吸放湿性構造体においては、気体成分が水溶性であっても、水分と共に気体成分が混入することが防がれている。
【００４９】
更にまた、上記吸放湿性構造体１０と同様の構造で、開口率を５０％とし、等価水力直径をそれぞれ３．５ｍｍ、２ｍｍとした吸放湿性構造体を製造して上述のように熱交換を行った結果、いずれの吸放湿性構造体においても顕熱交換及び潜熱交換が行われ、かつクラックやひび割れの発生もなく、気体の混合も生じないことが確認された。
【００５０】
一方、等価水力直径を５ｍｍとしたうえで、開口率を６０％、７０％、とした吸放湿性構造体を製造して上述のように熱交換を行った結果、いずれの吸放湿性構造体においても顕熱交換及び潜熱交換が行われ、かつクラックやひび割れの発生もなく、気体の混合も生じないことが確認された。
好ましくは等価水力直径を５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下とすることで、クラックやひび割れの発生による気体の混入を防ぎ、かつ、全熱交換を行うことが可能であることが確認された。
【００５１】
膜部の大きさは、膜部におけるクラックやひび割れの発生を防ぐ大きさであれば良い。クラックやひび割れの発生しやすさは、担持体の強度及びフレキシビリティに依存するので、担持体の材質によって膜部の大きさあるいは等価水力直径を調整することも可能である。
なお、潜熱交換を充分に行うことができるように開口率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。しかし、潜熱交換が必要充分に行われるのであれば、開口率を５０％以下とすることも可能である。
【００５２】
更に、担持体１１及び膜部１３の厚みは、膜部１３及び担持体に必要な強度が得られる程度に厚く、かつ、顕熱交換及び潜熱交換が十分になされる程度に薄いものであることが好ましい。この実施例では担持体の厚みを０．５〜１ｍｍとしたが、高分子吸放湿剤を高密度に担持する目的で、膜部の厚みを１ｍｍ以上とした吸放湿性構造体においても、膜部１３に必要な強度を得ることができ、かつ、充分な熱交換を行うことができた。好ましくは、膜部１３を固定及び支持してクラック等の発生を防ぐために、担持体の材質は、膜部の剛性よりも高い材質で形成することが好ましい。
【００５３】
以上のように、実施例１では、担持体として板材１１を用いた平面型の吸放湿性構造体１０を用いて全熱交換が行われることが確認できた。なお、板材は、熱交換が可能となるに充分な伝熱性及び膜部１３を担持するに必要な強度を有する任意の材質を用いることができる。
【００５４】
［実施例２］
図２（ａ）に、本発明の実施例２に係る吸放湿性構造体２０の斜視図を示し、また、その一部拡大図を図２（ｂ）に示す。
【００５５】
これらの図に示されるように、吸放湿性構造体２０は、担持体としてメッシュ材２１を用いており、メッシュ材２１の開口部２２に水蒸気選択性を有する高分子吸放湿剤２４を含んだ膜部２３が形成されている。メッシュ材２１の材質は、アルミ、銅、ステンレス、鉄などの汎用材が使用可能である。メッシュ材の厚みは１ｍｍ以下が好ましい。高分子吸着剤としては、特開２００９−７４０９８号に記載される吸放湿性重合体を用いた。また、バインダーとしては、従来から一般的に高分子吸放湿剤との混合担持に用いられている接着性バインダーを用いた。
また、この吸放湿性構造体における開口率は８５％であり、等価水力直径は約３ｍｍである。
【００５６】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の実施例２に係る吸放湿性構造体２０においては、担持体であるメッシュ材２１の開口部２２に膜部２３が形成されている。この実施例２では、実施例１と同様に、吸放湿性構造体２０の上面側に高温・高湿度の空気を接触させ、吸放湿性構造体２０の下面側に低温・低湿度の空気を接触させた。その結果、高温・高湿度の空気における熱と水蒸気は、吸放湿性構造体２０の下面側の低温・低湿度の空気へとそれぞれ伝達されることが確認できた。
【００５７】
顕熱交換について説明すると、熱は、メッシュ材２１と開口部２２に形成された膜部２３とを通じて伝導により移動する。従って、吸放湿性構造体２０を通じた熱伝導率は、メッシュ材２１の熱伝導率と膜部２３の熱伝導率及び膜厚に影響される。ただし、この実施例２におけるメッシュ材２１自体の面積は、実施例１における板材１１の面積よりも小さい。従って、原則的には、吸放湿性構造体２０における熱伝導率は、実施例１に比較して、膜部２３における熱伝導率の影響が大きくなる。
【００５８】
膜部２３に関しては、使用する高分子吸放湿剤２４及びこの高分子吸放湿剤２４と共に膜部を形成するために適したバインダー（膜部２３は、バインダーと高分子吸放湿剤との混合により形成されている）のそれぞれの熱伝導率により、膜部２３における熱伝導率が定まる。メッシュ材２１に関しては、必要な強度及び膜部２３との接着性等の条件を満たした上で熱伝導率の高い材料を選択することで、熱伝導率の向上をはかることができる。
【００５９】
一方、潜熱交換については、吸放湿性構造体２０の上面側の高相対湿度の空気内に含まれる気相の水蒸気は、開口部２２内の膜部２３内部の高分子吸放湿剤２４に吸湿され、凝縮熱を放出して液相となる。その後、液相となった水分子は、膜部２３内を水分濃度に従って膜部２３の下面側へと移動し、膜部２３下面側の低相対湿度の空気に晒される。その後、液相の水は、周囲から気化熱を奪って気化し、気相の水蒸気となって低相対湿度の空気内に移動する。
【００６０】
この際、膜部２３には、吸放湿性構造体２０の上面側で発生した凝縮熱が熱伝導により膜部２３の下面側へと移動する。従って、これが気化熱の供給源となって液相の水分子が気化熱を奪って気化することが可能となる。
【００６１】
また、この吸放湿性構造体においては、膜部２３にクラックやひび割れの発生は認められなかった。熱交換を５時間程度行っても、吸放湿性構造体２０の上面側及び下面側の空気やその他空気に含まれる気体成分が、膜部２３を通じて互いに混入するという現象は認められなかった。
【００６２】
更に、アンモニア等の水溶性の気体成分についても、膜部２３を通じての混入は認められなかった。これは、膜部２３においては水分子が高分子吸放湿剤に吸放湿され、一方でアンモニアは高分子吸放湿剤に吸放湿されないため、膜部２３を透過しないからである。従って、この吸放湿性構造体においては、気体成分が水溶性であっても、水分と共に気体成分が混入することが防がれている。
【００６３】
更にまた、上記吸放湿性構造体２０と同様の構造で、開口率を８５％とし、等価水力直径をそれぞれ２ｍｍ、１ｍｍとした吸放湿性構造体を製造して上述のように熱交換を行った結果、いずれの吸放湿性構造体においても顕熱交換及び潜熱交換が行われ、かつクラックやひび割れの発生もなく、気体の混合も生じないことが確認された。
【００６４】
一方、等価水力直径を３ｍｍとしたうえで、開口率を７０％、８０％、とした吸放湿性構造体を製造して上述のように熱交換を行った結果、いずれの吸放湿性構造体においても顕熱交換及び潜熱交換が行われ、かつクラックやひび割れの発生もなく、気体の混合も生じないことが確認された。
【００６５】
従って、好ましくは等価水力直径を３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下とすることで、クラックやひび割れの発生による気体の混入を防ぎ、かつ、全熱交換を行うことが可能であることが判明した。
【００６６】
膜部の大きさは、膜部におけるクラックやひび割れの発生を防ぐ大きさであれば良い。クラックやひび割れの発生しやすさは、担持体の強度及びフレキシビリティに依存するので、担持体の材質によって膜部の大きさあるいは等価水力直径を調整することも可能である。
【００６７】
なお、潜熱交換を充分に行うことができるように開口率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。しかし、潜熱交換が必要充分に行われるのであれば、開口率を５０％以下とすることも可能である。
【００６８】
更に、担持体２０及び膜部２３の厚みは、膜部２３及び担持体に必要な強度が得られる程度に厚く、かつ、顕熱交換及び潜熱交換が十分になされる程度に薄いものであることが好ましい。この実施例では担持体及び膜部の厚みを１ｍｍとしたが、膜部の厚みを１ｍｍ以下とした吸放湿性構造体においても、膜部２３に必要な強度を得ることができ、かつ、充分な熱交換を行うことができた。以上のように、実施例２では、担持体としてメッシュ材２１を用いた吸放湿性構造体２０を用いて全熱交換が行われることが確認できた。なお、メッシュ材は、熱交換が可能となるに充分な伝熱性及び膜部２３を担持するに必要な強度を有する任意の材質を用いることができる。
【００６９】
実施例１、２のいずれにおいても、高分子吸放湿剤とバインダーとを混合し、この混合物を開口部に塗布した後に乾燥させることで膜部を形成した。この手法に限らず、開口部に塗布するに適した粘度が得られ、かつ、乾燥後に形成される膜部に必要な強度及びクラックやひび割れが発生しにくくなるように、高分子吸放湿剤に対して、セルロース繊維（例えば微細セルロース繊維や植物性繊維）及びガラス繊維等から１つ以上を適宜選択して混合することで、膜部を形成することができる。
【００７０】
膜部の厚みは、担持体の厚みとほぼ同程度であり、実施例１では板材の厚み、実施例２ではメッシュ材の厚みと同程度とした。しかし、膜部の強度を保てるのであれば、膜部の厚みを適宜調整して担持体の厚みよりも厚くしても良く、また、薄くしても良い。
【００７１】
バインダーとしては、高分子吸放湿剤を含んだ気密性を有する膜を形成することができるものであれば、接着性樹脂等を用いることができる。ただし、バインダーは、乾燥後に高分子吸放湿剤の空気との接触面において、空気中の水蒸気の高分子吸放湿剤への接触を阻害しない特性を有することが要求される。また、実施例１、２では、高分子吸放湿剤とバインダー等を混合した混合物を開口部に塗布したが、混合物の粘度に応じて、塗布に代えて浸漬等を行うこともできる。
【００７２】
開口部に担持されている高分子吸放湿剤は、バインダーと微細セルロース繊維により母材（板材、チューブ材、メッシュ材など）に堅固に固定されるので、乾燥工程で膜部にひび割れが生じにくい。また、膜部の表面にひび割れが発生しても、そのひび割れはごく浅く、膜部を貫通することはなかった。従って、一方側の空気から他方側への空気の流通を許さないことから、高分子吸放湿剤を空気タイトな状態で担持することが可能となっている。その結果、相対湿度の高い空気側から高分子吸放湿剤に吸湿された水蒸気は、液相として高分子吸放湿剤の内部を通過し、相対湿度の低い空気側にて、気相の水蒸気として空気中へ放散される現象が可能となる。
【００７３】
次に、上述の吸放湿性構造体を用いた熱交換器を説明する。熱交換器は、この吸放湿性構造体を介して接する気体同士で全熱交換を行う構成であれば特に限定はない。以下の実施例では、シェルアンドチューブ型熱交換器において上述の吸放湿性構造体を採用して全熱交換を行った。
【００７４】
［実施例３］
図３に示す実施例では、室外の空気を室内へ供給する給気ダクトと室内の空気を室外へ排出する排気ダクトとを独立的に形成し、給気ダクトと排気ダクトとをシェルアンドチューブ型の全熱交換器のシェル側（チューブ外側）とチューブ側（チューブ内側）に対してそれぞれ接続した。なお、この構成とは逆に、給気ダクトと排気ダクトとをシェルアンドチューブ型の全熱交換器のチューブ側とシェル側とに対してそれぞれ接続する構成とすることも可能である。
【００７５】
また、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を向上するために、シェル側における空気の流通方向とチューブ側を流れる空気の流通方向とは、これらの向きが逆向きになる、いわゆる対向流式となるようにした。
原理的には、並向流式とすることも可能であるが、顕熱交換効率及び潜熱交換効率を向上する上では対向流式とすることが好ましい。
【００７６】
この様な流路構成のシェルアンドチューブ型熱交換器における熱交換チューブを、図４に示すように実施例１における板状の吸放湿性構造体をチューブ状に形成することで製造した。シェル側には、給気ダクトを通じて室外からの空気が流通され、チューブ側には、排気ダクトを通じて室内からの空気が流通される。室外からの空気と室内からの空気との間では、チューブの担持体及び高分子吸放湿剤膜を通じて相対温度差に応じて顕熱交換がなされ、チューブ表面に担持されている高分子吸放湿剤膜を介して相対湿度差に応じて潜熱交換がなされて水分が移動する。
【００７７】
実施例１に示されるように、チューブ表面に担持されている高分子吸放湿剤膜は膜厚さが１ｍｍ以下の薄膜であるから、温度差に起因する熱移動は容易に発生する。一方、空気及び空気に混入している気体、例えばアンモニアや二酸化炭素、臭気成分等に関しては、担持体及び膜部は気密性を有するので、チューブ側とシェル側との間で移動できない。
【００７８】
しかしながら、水蒸気は高相対湿度側の空気から高分子吸放湿剤に取り込まれ、高分子吸放湿剤中を水の形態で移動する。この熱交換器において、湿度の高い側の空気から相対的に湿度の低い側の空気へと水分が移動し、空気中へ水蒸気として放出されることが確かめられた。
【００７９】
その結果、シェルアンドチューブ型の全熱交換器内で、温度差、相対湿度差に起因して、シェル側の空気とチューブ側の空気との間で、熱および水蒸気の移動が達成されている。
【００８０】
本発明の実施例３に係るシェルアンドチューブ型の全熱交換器５０を図３に示す。
この図に示されるように、全熱交換器５０は、左側ヘッダカバー５３Ｌ、シェル５４及び右側ヘッダカバー５３Ｒを有し、左側ヘッダカバー５３Ｌは左側ヘッダ５７Ｌを介してシェルに対して気密に設けられている。また、右側ヘッダカバー５３Ｒは、右側ヘッダ５７Ｒを介してシェルに対して気密に設けられている。
左側ヘッダ５７Ｌ及び右側ヘッダ５７Ｒには、空気漏えいの無いタイトな状態でチューブ５１が複数本固定されている。また、シェル内には、空気流路を調整するための整流板５２が設けられている。
【００８１】
この実施例では、チューブ５１は、実施例２に示される、担持体としてメッシュ材を用いた吸放湿性構造体１０をチューブ状としたものを用いた。
シェル５４には、流入口５５ａ及び排出口５５ｂが設けられている。流入口５５ａには、室外（図中にＢで示す）からの空気を取り入れるためのダクト４１が、流出口５５ｂには、熱交換を終えた空気を室内（図中にＡで示す）に導入するためのダクト４２が、それぞれ接続されている。
【００８２】
また、左側ヘッダカバー５３Ｌには流入口５６ａが、右側ヘッダカバー５３Ｒには排出口５６ｂが設けられている。流入口５６ａには、室内からの空気を取り入れるためのダクト３１が、排出口５６ｂには、熱交換を終えた空気を室外に排気するためのダクト３２が、それぞれ接続されている。
なお、各ダクトに通気ファン及び空気フィルター等（図示せず）を設けることもできる。
【００８３】
この全熱交換器５０において、室内からの空気は、ダクト３１から流入口５６ａを通じて、全熱交換器５０の左側ヘッダカバー５３Ｌとヘッダ左側５７Ｌとにより形成される空間に流入する。その後、室内からの空気は、各チューブ５１の内部を流通してシェル５４内を流通する室外からの空気と熱交換を行った後に、右側ヘッダ５７Ｒと右側ヘッダカバー５３Ｒとにより形成される空間に排出される。その後、室内からの空気は、排出口５６ｂから排出ダクト３２を通じて室外へと排出される。
【００８４】
一方、室外からの空気は、ダクト４１から流入口５５ａを通じて、シェル５４とその両端に気密に設けられた右側ヘッダ５７Ｒ、左側ヘッダ５７Ｌとの間に形成される空間に流入する。その後、室外からの空気は、シェル５４のこの空間内で、各チューブ５１内を流れる室内からの空気と熱交換を行った後に、排出口５５ｂからダクト４２を通じて室内へと導入される。
このように、シェル５４内では、チューブ内を流れる室内からの空気と、チューブ外を流れる室外からの空気との間で熱交換が行われる。
【００８５】
この実施例３では、各チューブ５１は、チューブ状とされた吸放湿性構造体から形成されている。また、そのメッシュ面に担持されている、高分子吸放湿剤とバインダー等により形成される膜部を介して、チューブの内外を流通する空気の間で水蒸気の移動が行われる。従って、潜熱交換が行われて、湿度の高い側の空気から湿度の低い側の空気に移動する。また、メッシュ面及び膜部を含むチューブ全体を通じて顕熱交換もなされる。従って、室内からの空気と、室外からの空気との間で連続して全熱交換が行われるので、調湿、調温された外気を室内に供給することが可能である。
【００８６】
次に、図４を用いて、実施例３に示した本発明によるシェルアンドチューブ型全熱交換器の詳細構成について説明する。
図４（ａ）は、図３に示されるシェルアンドチューブ型熱交換器で用いられる、メッシュ材を担持体とするチューブ５１及びその開口部に形成された膜部５１ａを示す図であり、図４（ｂ）はその拡大図である。図４（ｂ）に示されるように、各チューブ５１の開口部５１ｂには、高分子吸放湿剤５１ｃ同士がバインダー５１ｄにより接着されて担持されている。これにより、メッシュ材５１ｅの開口部５１ｂ内に膜部５１ａが形成される。
【００８７】
なお、図４では膜部５１ａの一部のみを示したが、実際にはチューブ５１の円筒形側面の全面にわたって膜部５１ａが形成されている。
図４（ｃ）に矢線で示されるように、膜部５１ａの一方側の空気における気相の水蒸気Ｈ２Ｏ（Ｖ）は膜部５１ａに接触する。その後、高分子吸放湿材５１ｃに吸湿された水蒸気は、液相の水Ｈ２Ｏ（Ｌ）となって膜部５１ａ内を移動し、更に、矢線で示されるように、再度気相の水蒸気Ｈ２Ｏ（Ｖ）となって膜部５１ａの他方側の空気に移動する。
この膜部５１ａの膜の厚さを１ｍｍ以下としているので、高い熱交換性が得られた。また、見掛け上で、高い水蒸気透過性が確保されている。更に、実施例１と同様に、アンモニアや二酸化炭素、気体の不快物質等の混入は認められなかった。これは、図４（ｄ）に示されるように、高分子吸放湿剤５１ｃを接着剤としてのバインダー５１ｄと共にメッシュの開口部５１ｂに緊密に充填担持させているからである。なお、説明のために、図４（ｄ）では高分子吸放湿剤５１ｃを拡大して示している。
【００８８】
従って、気相の水蒸気は高湿度側で吸湿性を有する高分子吸放湿剤などの吸湿性樹脂に吸湿され、樹脂内に液相の水として取り込まれる。取り込まれた水は樹脂内を低湿度側へ移動し、低湿度側の空気中へ気相の水蒸気となって蒸散する。
【００８９】
このような水蒸気の移動メカニズムを有する薄膜であることから、見掛け上は水蒸気のみが通過し、他の気体は通過できない膜となるため、従来の和紙を用いた膜に比してコンタミの発生は大幅に抑制された上、良好な熱交換性を有する。
【００９０】
［実施例４］
実施例４においては、図５に示される、実施例１に示した吸放湿性構造体１０を断面Lの字形と逆Lの字型に成形して交互に連結して段をなす形状となるよう成形したシート状の吸放湿性構造体８０、端板６１、側板６２、６３、６４により形成されるプレートフィン型熱交換器６によって、室内からの空気と室外からの空気との間で熱交換及び水分移動を行った。また、側板６２、６３、６４には、間隙部７１、７２、７３及び７４が設けられている。
なお、吸放湿性構造体８０は、実施例１に示した吸放湿性構造体１０をコの字型に曲げて成形し、図５に示されるようにこれらコの字型の吸放湿性構造体１０を側面部の連結板８１を介して接着することで形成することも可能である。
【００９１】
室外からの空気は、間隙部７１を通じて矢線で示されるように吸放湿性構造体８０の奇数段に導入されて段内を流通し、間隙部７２を通じて室内へと導入される。図中においては、奇数段の例として、９段目がＳ９として示されている。
一方、室内からの空気は、間隙部７３を通じて矢線で示されるように吸放湿性構造体８０の偶数段に導入されて段内を流通し、間隙部７４を通じて室外へと排気される。図中においては、偶数段の例として、２段目がＳ２として示されている。このように、図５のプレートフィン型熱交換器６の奇数段と偶数段とは吸放湿性構造体８０により分離されて対向流型の流路が形成されている。その結果、奇数段内と偶数段内を流通する空気との間で、実施例１、２で説明したように吸放湿性構造体８０を通じて全熱交換が行われる。
【００９２】
図６に、本発明によるシェルアンドチューブ型全熱交換器における、室内からの空気と室外からの空気との間における熱交換を説明するための湿り空気線図を示す。
例えば夏季運転の場合、図６の湿り空気線図に示すように、全熱交換器内を通過する両空気は、外気（Ａ点）と室内気（Ｂ点）でのＡ点が示す（高温度、高湿度）とＢ点が示す（低温度、低湿度）によって囲まれる矩形内部を移動して、夫々の出口状態（通過外気の出口Ｃ点、通過室内空気の出口Ｄ点）に到達する。基本的に通過する外気と室内気の流量は同一であるから、Ａ点とＣ点のエンタルピー差と、Ｂ点とＤ点のエンタルピー差は等しく、それらの値に対するＡ点とＢ点のエンタルピー差の比率が全熱交換率となる。
【００９３】
［実施例５］
図７（ａ）は、実施例５に係る吸放湿性膜を備えたデバイスである、平板状の吸放湿性構造体９０の斜視図を示し、その一部の断面図を図７（ｂ）に示す。また、この吸放湿性構造体９０の固定部材であるリベットの断面図を図７（ｃ）に示す。
図７（ａ）に示されるように、吸放湿性構造体９０は、薄板状の吸放湿部９１を、それぞれ開口部９４が複数形成されたプレート状の第１担持体９２と第２担持体９３で挟んで固定している。固定手段は特に限定されないが、この実施例では、固定部材としてのリベット部９５でこれら薄板状の吸放湿部９１、第１担持体９２及び第２担持体９３を図７（ｂ）に示されるように固定している。
【００９４】
図７（ｃ）に示されるように、このリベット部９５は、吸放湿部９１、第１担持体９２及び第２担持体９３を貫通する貫通部９６、この貫通部９６に結合するとともに第１担持体９２から突出する第１ヘッド部９７、及びこの貫通部に結合するとともに第２担持体９３から突出する第２ヘッド部９８により構成される。第１ヘッド部９７、第２ヘッド部９８はそれぞれ貫通部９６よりも大径となっており、吸放湿部９１等は、これらのヘッド部９７、９８により挟まれて固定される。
【００９５】
第１担持体９２と第２担持体９３との各開口部９４は、吸放湿部９１を挟んだ状態で、２つの開口部９４同士が少なくとも一部が重なって開口部を形成するよう配置されている。
従って、開口部９４における吸放湿部９１の露出部分を通じて水分の移動や全熱交換を行うことが可能である。このようにして吸放湿性構造体９０の開口部に露出した吸放湿部９１が、吸放湿性構造体９０の開口部に形成された、吸放湿剤を含む膜部となる。なお、第１担持体の開口部９４と第２担持体開口部９４とが一致しない場合、吸放湿部９１は一方の担持体では露出されるが、他方の担持体で覆われて露出しない状態となる。この部分においては、吸放出部の露出された側で水分を吸湿しても、吸放出部の他方側は露出されていないので、吸湿された水分の放出が困難となる。従って、この実施例では、吸放湿部９１を挟んだ状態で、第１担持体及び第２担持体の２つの開口部９４同士が重なり、この部分において吸放湿部が第１担持体、第２担持体どちらにおいても露出するように、それぞれの担持体の開口部を形成した。
【００９６】
吸放湿部９１は、紙又はガラス繊維等により形成されるシート状の担持部材に高分子吸放湿剤を担持させて形成される。この例では、高分子吸放湿剤と液状のバインダーとの混合物に紙を浸して乾燥することで、高分子吸放湿剤及びバインダーを紙に担持させることで、吸放湿部９１を形成した。なお、この例では担持部材として厚さ０．０５[mm]程度の紙を用いたが、担持部材の材質は、高分子吸放湿剤を担持させることができ、かつ、透水性を有するものであれば特に限定はない。また、高分子吸放湿剤及びバインダーは、実施例１と同じ材質のものを用いた。
このように形成された吸放湿部が十分な強度を有するものであれば、そのまま吸放湿性構造体として使用することができる。この実施例では、担持部材として紙を用いており、そのまま吸放湿性構造体として用いるには強度が不足するおそれがある。したがって、吸放湿性構造体の強度を増すために、吸放湿部９１を、開口部を有する第１担持体９２と開口部を有する第２担持体９３で挟んで固定した。これら第１担持体９２、第２担持体９３は、それぞれが吸放湿部の補強部材となる。
【００９７】
実施例５においては、これら第１、第２担持体は、いずれも厚さ０．１[mm]で、開口部９４が複数形成されたアルミニウムにより形成した。アルミニウムに代えて銅やプラスチック等を用いることも可能である。また、可撓性を有する素材を用いることで、吸放湿性構造体９０の変形を可能としてもよい。
従って、紙にバインダー及び吸放湿剤を担持させて形成された吸放湿部９１は、第１担持体９２及び第２担持体９３に挟まれることで強度が向上する。なおかつ、これら補強部材に形成された開口部９４において吸放湿部９１が露出する。従って、実施例１における膜部１３と同様に、開口部９４で露出した吸放湿部９１を通じて全熱交換を行うことができる。
【００９８】
なお、吸放湿性構造体９０における薄板状の吸放湿部９１、第１担持体９２及び第２担持体９３の固定手段として、この実施例ではリベット部９５を用いたが、固定手段は特にリベットに限定されるものではなく、リベット以外の固定手段、例えば接着剤等を用いることも可能である。また、上述のように、吸放湿部９１の厚さは０．０５[mm]、第１担持体９２、第２担持体９３はそれぞれ０．１[mm]なので、吸放湿性構造体９０の厚さは０．２５[mm]である。
吸放湿性構造体９０の一部断面図である図７（ｂ）に示されるように、リベット部９５は吸放湿性構造体９０の表面から突出する。リベット部９５の突出する高さは所望により任意に変更でき、特に限定はないが、例えば１[mm]〜５[mm]程度とすることができる。この例ではリベット部９５は吸放湿性構造体表面から３[mm]突出するものとした。
【００９９】
この吸放湿性構造体９０においても、実施例１と同様に、開口率は５０％、特に７０％以上とすることが好ましい。開口部９４の形状、サイズ等のその他の条件も、実施例１における形状やサイズと同様とできるが、この実施例では、図７（ａ）に示されるように、第１担持体９２と第２担持体９３との開口部を一致させる必要があることから、開口部はいずれも同じ形状で、略円形とした。これにより、各補強部材の製造が容易で、かつ、開口部を一致させることも簡単になる。
なお、開口部９４はすべて同じ形状としても良いが、少なくとも一部が異なるものとしても良い。この実施例では、開口率を７０％、等価水力直径は５ｍｍ以下とした。また、この吸放湿性構造体９０においても、実施例１の吸放湿性構造体１０と同様に全熱交換を行うことが確かめられた。
【０１００】
この実施例では、第１担持体９２及び第２担持体９３として、開口部９４を有するプレートを用いたが、その他の形状を有する部材で吸放湿部９１を挟むことも可能である。例えば補強部材の形状を金網やメッシュ状としても良い。この場合、実施例２で図２（ａ）に示したようなメッシュ材を第１担持体９２、第２担持体９３として用いることができる。また、メッシュ材を用いた吸放湿性構造体の開口率は、メッシュ材を用いた実施例２に示した開口率と同様とすることができる。
【０１０１】
また、実施例５では、第１担持体９２と第２担持体９３とによって吸放湿部９１を挟む構成としたが、第１担持体９２と吸放湿部９１との充分な接着性や強度が得られるのであれば、第２担持体９３は用いずに、第１担持体９２に吸放湿部９１を接合あるいは接着により固定するという簡易な構成で吸放湿性構造体９０を形成してもよい。第２担持体９３を用いない構成とすることで、吸放湿性構造体９０の製造コストを抑えることができ、経済的にも有利となる。この場合も、固定部材としてのリベット部９５で第１担持体９２に吸放湿部９１を固定することができる。
【０１０２】
［実施例６］
実施例６では、実施例５で形成した吸放湿性構造体９０を複数枚重ねて配置することで、リベット部９５をスペーサとして吸放湿性構造体９０間に複数の間隙を形成した。この間隙部を介して２種類の気体を流通させることで、吸放湿性構造体９０を介して接触する気体間で全熱交換を行うことができる。このように形成された熱交換器１００の断面図を図８に示す。
この実施例では、気密性を有する筐体１０３内に、そのリベット部９５同士が重なることがないように吸放湿性構造体９０を複数枚配置した。そして、吸放湿性構造体９０間に形成された第１間隙部１０１、第２間隙部１０２にそれぞれ自動車からの排気ガスと外気とを向流式に流通させて熱交換を行った。なお、図７の例では一般的な丸頭リベットを用いたが、吸放湿性構造体を重ねたときの安定性を向上するために平頭リベットを採用してもよい。また、実施例５と同様に、吸放湿部９１の厚さは０．０５[mm]、第１担持体９２、第２担持体９３はそれぞれ０．１[mm]とし、吸放湿性構造体９０の厚さは０．２５[mm]とした。
【０１０３】
吸放湿性構造体９０からリベット部９５が突出する高さは所望により任意に変更でき、特に限定はないが、例えば１[mm]〜５[mm]程度とすることができる。実施例５と同様に、リベットは吸放湿性構造体表面から３[mm]突出するものとした。
図８の例では、吸放湿性構造体９０から３[mm]突出するリベット部分が一致しないように吸放湿性構造体９０を重ねており、吸放湿性構造体９０同士の間隔は３[mm]になる。この場合、好適には、それぞれリベット部をずらして配置されている二種類の吸放湿性構造体を用意する。これら二種類の吸放湿構造体９０を交互に重ねることで、図８のように、リベット同士がずれた状態で、吸放湿構造体９０を配置することができる。
また、吸放湿性構造体９０の一方辺と、これに対向する他方の辺と、においてリベットの配置位置をずらすようにしてもよい。このように構成された吸放湿構造体９０の上に、同様に構成された吸放湿性構造体９０を１８０度回転させて配置する。これにより、下方の吸放湿性構造体９０の一方の辺及び他方の辺には、上方の吸放湿性構造体９０の他方側の辺及び一方の辺がそれぞれ重なり、図８に示されるようにリベット同士が重ならない配置が可能となる。
【０１０４】
図７（ａ）、（ｂ）に示されるリベット部９５は、その第１ヘッド部９７、第２ヘッド部９８を半球状とした。しかし、リベット部を一致させて吸放湿性構造体９０を重ねる場合は、好適には、平頭リベットを用いる。この場合、第１ヘッド部９７、第２ヘッド部９８の頭部が平面となるので、吸放湿性構造体９０同士を重ねた場合の安定性が向上する。この場合、吸放湿性構造体９０同士の間隔は６[mm]になる。勿論、間隙の大きさは、用途に応じて適宜選択することができる。
【０１０５】
このように、実施例６における熱交換器１００は比較的サイズが小さいので、小型化が要求される用途に適しており、特に自動車の熱交換器に適している。そこで、自動車の排気ガスと外気との間で、実施例６に係る熱交換器１００により、吸放湿性構造体９０を水蒸気分離膜として用いて水分交換を行った。
自動車の排気ガスは、高湿であり二酸化炭素及び窒素がリッチである。現在、二酸化炭素及び窒素含有率が高く酸素含有率が低い排気ガスを再度エンジンに供給することで、排気ガス中のＮＯｘを低減する技術が知られている。この技術においては、排気ガス中の水分量をある程度除去することが望ましいことから、この実施例では、図８に示される熱交換器１００の第１間隙部１０１に排気ガスを流通させ、第２間隙部１０２に外気を流通させた。これにより、排気ガス中の水分を外気に移動させて、排気ガスの湿度を低くした。
【０１０６】
なお、一般に排気ガスの温度は２００℃以上で、場合によっては１０００℃に達することから、排気ガスを予め吸放湿性構造体１００の使用可能温度、ここでは１００℃程度にまで冷却したうえで吸放湿性構造体に流通させた。その結果、排気ガスの絶対湿度は、吸放湿性構造体１００に流入する時点では２００ｇ／ｍ３以上であったものが、吸放湿性構造体から流出する時点では１００ｇ／ｍ３以下となっており、排気ガスから外気へと水分が移動していることが確かめられた。
【０１０７】
［実施例７]
吸放湿部９１、第１担持体９２及び第２担持体９３をフレキシブルに形成することで、吸放湿性構造体９０をフレキシブルなものとすることもできる。特に、実施例５、６では、紙の厚さは０．０５[mm]、アルミニウム製の補強部材は厚さ０．１[mm]であるので、フレキシブル性を有し、また、折り曲げることも可能である。
従って、図７（ａ）に示した吸放湿性構造体９０を、図４に示される円筒形の構造とすることもできる。この場合、円筒形の吸放湿性構造体９０の曲率のとり得る範囲は、吸放湿性構造体９０のフレキシビリティに依存する。吸放湿部９１、第１担持体９２及び第２担持体９３のフレキシビリティが小さく、結果として吸放湿性構造体９０のフレキシビリティが小さい場合には、円筒形の直径を大きくする、つまり吸放湿性構造体を比較的大きくする必要がある。
【０１０８】
一方、吸放湿部９１、第１担持体９１及び第２担持体９２のフレキシビリティが大きく、結果として吸放湿性構造体９０のフレキシビリティが大きい場合には、円筒形状の直径を小さくすることができる。従って、この場合には、吸放湿性構造体９０のフレキシビリティが小さい場合に比較して、吸放湿性構造体９０を相対的に小型化することが可能となる。
また、実施例５では、第１担持体９２と第２担持体９３とにより吸放湿部９１を挟む構成としたが、第１担持体９２と吸放湿部９１との充分な接着性や強度が得られるのであれば、第２担持体９３は用いずに、第１担持体９２に吸放湿部９１を接合あるいは接着するという簡易な構成で吸放湿性構造体９０を形成してもよい。第２担持体９３を用いない構成とすることで、吸放湿性構造体９０の製造コストを抑えることができ、経済的にも有利となる。
【０１０９】
特に、吸放湿性構造体９０を円筒形とする場合には、第１担持体９２を円筒状に形成したうえで、その円筒内部に図７（ａ）に示される吸放湿部９１を円筒状に形成して配置することもできる。この場合、円筒の露出している外面側は、他の物体等との接触により吸放湿部９１が破損することがないように、第１担持体で保護される。一方で円筒の内面側は、他の物体と接触するおそれが小さいので、第２担持体９３の配置を省略することも可能である。
また、第１担持体９２を円筒状に形成する一方で、吸放湿部９１は平板状に形成し、この吸放湿部９１を丸めたうえで第１担持体９２内に配置することも可能である。この場合、吸放湿部９１をフレキシブルなものとすることで、丸められた吸放湿部９１が平板状に戻ろうとする復元力が得られる。この復元力により、吸放湿部９１は第１担持体９２に密着し、両者の間の摩擦によって吸放湿部９１を補強部材９２に固定することも可能である。
【０１１０】
［実施例８］
実施例８では、実施例５の図７（ａ）、図７（ｂ）に示した平板状の吸放湿性構造体９０を用いて、実施例４の図５に示される熱交換器６における吸放湿性構造体８０と同様の形状を有する吸放湿性構造体を形成した。
この実施例８では、一枚の平板状の吸放湿性構造体９０を繰り返し折り曲げることで、図５に示される多段形状の吸放湿性構造体８０と同様の吸放湿性構造体を製造した。これにより、吸放湿性構造体８０を容易に製造することができた。なお、吸放湿性構造体の特性、例えば開口率等は、実施例４と同様とした。また、折り曲げ部分には開口部９４を形成せず、これにより、折り曲げ部分で開口部に露出した吸放湿部９１が割れて気密性が損なわれることを避けるようにした。
【０１１１】
なお、実施例５に示した吸放湿性構造体９０をＬ字型に曲げて成形し、これらＬ字型の吸放湿性構造体１０をＬ字型と逆Ｌ字型に重ねることで、図５に示される多段形状の吸放湿性構造体８０と同様の吸放湿性構造体を製造することもできる。
このようにして製造した吸放湿性構造体を図５に示される熱交換器６における吸放湿性構造体８０として用いたところ、実施例４と同様に全熱交換を行うことができた。
【０１１２】
[実施例９]
実施例９では、例えば図１や図７に示されるような吸放湿構造体がセットされる熱交換器の筐体を予め作成し、作成された筐体に吸放湿構造体をセットすることで、熱交換器を得た。
従って、この実施形態では、予め作成された筐体に対して吸放湿構造体をセットするだけで容易かつ安価に水蒸気交換器を製造することができる。
図９に、本発明の実施例９に係る熱交換器の筐体１１０内に吸放湿構造体１１３を配置した状態での一部透過斜視図を示す。この図において、説明のために、筐体１１０の壁面は透明にし、その内部を透過して見ることができるようにしている。
【０１１３】
筐体１１０には、熱交換器の整流板となるバッフルプレート１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃが設けられている。また、筐体１１０には、前面吸気口１１２ＦＳと前面右排気口１１２ＦＤとが設けられている。図面では見えない位置にあるが、筐体背面には背面左吸気口と背面右排気口とが設けられている。
複数の吸放湿構造体１１３は、筐体１１０に設けられた支持部１２１Ａ、Ｂにより、図示されるように筐体１０内に支持される。これら支持部１２１Ａ、Ｂは、図１０（ａ）〜（ｄ）を参照して後述する。
【０１１４】
製造時においては、筐体１１０を、その一部が開放された状態で形成し、吸放湿性構造体１１３をこの筐体１１０に挿入する。その後に、筐体１１０の開放された部分を壁面により気密に塞ぐことで、熱交換器を完成する。
詳細には、筐体１１０は、その左壁面を形成せず、従って、左側面が開放面とされた状態で形成される。吸放湿性構造体１１３は、それぞれ、図９のＳで示されるように、左側面から挿入され、支持部１２１Ａ、Ｂにより支持される。これら支持された複数の吸放湿性構造体１１３同士の間には間隙部が形成される。図９において、１段目の間隙部がＸで示され、８段目の間隙がＹで示されている。その後に、別途形成された左壁面を、筐体１１０の左側面に気密に接着する。
バッフルプレート１１１Ａは、筐体１１０の前面を、前面吸気口１１２ＦＳが設けられた左領域と、前面排気口１１２ＦＤが設けられた右領域とに分割する。バッフルプレート１１１Ｂは、この左領域において、吸放湿性構造体１１３の奇数段の間隙部を塞ぐように配置されている。また、バッフルプレート１１Ｃは、右領域において、吸放湿性構造体１１３の偶数段の間隙部を塞ぐように配置されている。
図示されていないが、筐体１１０の背面側には、バッフルプレート１１１Ａ、Ｂ及びＣが筐体の中心に関して点対称に配置されている。従って、筐体１１０の背面側でも左領域及び右領域が形成され、これらの領域はバッフルプレート１１１Ａにより分離される。
この筐体１１０に吸放湿性構造体１１３が複数配置された状態で、２つの気体の間で熱交換を行うことができる。この実施例では、室内からの空気と室外からの空気との間で全熱交換を行った。
【０１１５】
熱交換時において、室内からの空気は、図９においてＩinで示されるように前面左吸気口１１２ＦＳを通じて筐体１１０内に流入される。流入した空気は、筐体１１０前面側の左領域に入るが、バッフルプレート１１１Ａにより区切られた右領域には流入しない。
また、バッフルプレート１１１Ｂによって左領域の奇数段の間隙が塞がれていることから、室内からの空気は空隙部の偶数段に流入する。一方、筐体１１０の背面側においては、バッフルプレート１１１Ａ、Ｂ及びＣが上記のように点対称に配置されていることから、筐体１１０の背面側の左領域の間隙部の偶数段はバッフルプレートで塞がれている。しかし、筐体１１０の背面側の右領域の間隙部の偶数段はバッフルプレートで塞がれてはいない。
従って、流入した室内の空気は、偶数段の間隙部を通じて筐体１１０の背面の右側領域へと流れ、図中Ｉｏｕｔで示されるように図示しない背面排気口を通じて筐体１１０の外部へと排出される。
【０１１６】
一方、室外からの空気は、筐体１１０の背面側から図中Ｏinで示されるように背面左吸気口（図示せず）を通じて筐体１１０内に流入される。流入した空気は、筐体１１０背面側の左領域に入るが、バッフルプレートにより区切られた右領域には流入しない。
また、上述のように点対称に配置されたバッフルプレートによって背面側左領域の偶数段の間隙が塞がれていることから、室外からの空気は背面側左領域において、空隙部の偶数段に流入する。一方、筐体１１０の前面側においては、筐体１１０の前面側の左領域の間隙部の奇数段はバッフルプレートで塞がれている。しかし、筐体１１０の前面側の右領域の間隙部の奇数段はバッフルプレートで塞がれてはいない。
従って、室外からの空気は、間隙部の奇数段を通じて筐体１１０の前面の左側領域へと流れ、図中Ｏｏｕｔで示されるように前面排気口１１２ＦＤを通じて筐体１１０の外部へと排出される。
【０１１７】
このように筐体１１０と吸放湿性構造体１１３から形成される熱交換器の前面側からみた一部透過図を図１０（ａ）に、その平面図を図１０（ｂ）に、その横断面図を図１０（ｂ）に、また、その正面図を図１０（ｄ）に示す。
図１０（ａ）では、説明のために、筐体１１０の前面側の壁面は透明なものとしている。図１０（ａ）に示されるように、吸放湿構造体１１３同士の間に形成される間隙部は、バッフルプレート１１１Ｂにより左領域の奇数段が塞がれ、バッフルプレート１１１Ｃにより右側領域の偶数段が塞がれる。また、図１０（ｂ）に示されるように、室内からの空気が前面吸気口１１２ＦＳを通じて筐体１１０内に流入し、一方、室外からの空気は前面排気口１１２ＦＤを通じて筐体１１０の外部に排出される。
【０１１８】
図１０（ｂ）に示されるように、筐体１１０の左右側面には支持部１２１Ａが、前面側には支持部１２１Ｂが設けられている。また、図示されていないが、筐体１１０の背面側にも支持部１２１Ｂが設けられており、これら支持部１２１Ａ、Ｂにより吸放湿性構造体１１３が支持される。
これら支持部１２１Ａ、Ｂは、図１０（ｃ）に示されるようにスライドレール形状をしており、こららスライドレール形状の各支持部に形成されたコの字型の空隙部に吸放湿性構造体１１３がスライド式に挿入されて支持される。なお、図１０（ｃ）は、左側壁が接着された状態を示しており、左側壁にも支持部１２１Ａが設けられた例を示している。しかし、気密性及び強度が確保できるのであれば、左側壁には支持部１２１Ａを設けないようにして、前面側及び背面側に設けられた支持部１２１Ｂと、右側壁に設けられた支持部１２１Ａとにより、３方向で吸放湿性構造体１１３を支持するものとしてもよい。
【０１１９】
なお、筐体１１０は、この実施例のように、その左壁面がない状態で形成し、吸放湿性構造体１１３を挿入した後に、左側面を形成することが好ましい。この際、筐体１１０の形成手法には特に制限はなく、周知の手法で形成して良い。好ましくは、筐体１１０を３次元プリンタで形成する。これにより、支持部１２１Ａ、Ｂ及びバッフルプレート１１１Ａ〜Ｃ等を備えた複雑な形状を有する筐体１１０を、樹脂等により容易に形成することができる。
【０１２０】
以上説明したように、本発明による吸放湿性構造体は、例えば板材、チューブ材、メッシュ材等を担持体として、その開口部に強固に高分子吸放湿剤を含む膜部を担持させ、かつ気密なものとすることが可能となる。その結果、この吸放湿性構造体に気体が接すると、見掛け上、水蒸気のみがこの吸放湿性構造体を通じて移動する。また、膜部及び担持体は、気密性が確保できる限りにおいて、薄くすることが好ましい。熱交換を行う上では、膜厚は薄い方が有利だからである。
【０１２１】
また、吸放湿性構造体は気密性を有するので、その他の気体成分が吸放湿性構造体を通じて移動することを防ぐことができるという特性を発揮する。従って、例えば室内からの空気と室外からの空気との間でこの吸放湿性構造体を用いて熱交換を行うことで、室内の空気に含まれるアンモニアや二酸化炭素、あるいは臭気成分等の望ましくない気体成分が新鮮な空気に混入することを防ぎ、かつ、水蒸気と顕熱を高効率に交換可能である。更に、吸放湿性構造体の担持体として、薄肉で熱伝導性の良い材料を用いることで高い熱交換特性が期待できる。
【０１２２】
更に、実施例３、４では、外気を室内へ導入すると共に室内気を室外へ排出する際の室内気の保有する顕熱（温熱または冷熱のための空調負荷）ならびに潜熱（加湿または除湿のための空調負荷）を高効率に導入外気へ転嫁するシェルアンドチューブ型、プレートフィン型の全熱交換器が提供される。これらの熱交換器において、吸湿剤が行う吸湿と再生の行程を同時かつ同一部分（吸湿剤膜の表裏）で発生させることが可能となり、流路切り替えのための駆動装置や複雑な配管構成を省略することが可能となる。
【０１２３】
なお、上述の実施例においては、吸放湿性構造体を通じて全熱交換を行っている。しかしながら、熱交換を行うことは必須ではない。例えば、相対湿度の異なる気体の間に吸放湿性構造体を介在させることで、双方の気体間に温度差がない場合であっても、吸放湿性構造体を通じて、一方の気体から他方の気体へと水分の移動を行うことができる。この際、上述の各実施例と同様に、気密性を保持するか、あるいは、許容される程度の気密性を確保したうえで、水分の移動を行うことが可能である。従って、いずれの実施例においても、吸放湿性構造体を用いて水蒸気分離や水蒸気の移動を行うことができる。
【０１２４】
例えば、室内と外気とに温度差がない場合であっても、各実施例に記載された吸放湿性構造体を用いることで、水分の移動を行うことができる。一例として、不快成分等を含みかつ湿度の高い室内の空気と湿度の低い新鮮な外気との間で、室内空気から水分を移動させたうえで新鮮な外気を室内にとりこむ場合が挙げられる。
また、いずれの実施例においても、開口率等は一例を示すものであり、用途に応じて開口率等の値を変更してよい。例えば、開口率は５０％以上とすることが好ましいが、吸放湿性構造体に高い強度が求められる場合には、開口率を５０％以下としてもよい。
【図１】
2015012398.tif 000003
【図２】
2015012398.tif 000004
【図３】
2015012398.tif 000005
【図４】
2015012398.tif 000006
【図５】
2015012398.tif 000007
【図６】
2015012398.tif 000008
【図７】
2015012398.tif 000009
【図８】
2015012398.tif 000010
【図９】
2015012398.tif 000011
【図１０】
2015012398.tif 000012
【図１１】
2015012398.tif 000013
【図１２】
2015012398.tif 000014
【図１３】
2015012398.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月23日(2015.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が流通される流通路を備えた水蒸気分離で用いられる、吸放湿性膜を備えた水蒸気分離器用デバイスであって、
前記吸放湿性膜は、開口部が形成された担持体と、水分を吸放湿する吸放湿剤が担持されるとともに前記担持体に覆われてかつ前記開口部で露出される担持部材と、を有し、
前記担持体と前記担持部材とを固定するとともに前記担持体の表面又は前記担持部材の表面から突出する突出部を備えた固定具とを備え、
前記水蒸気分離器用デバイスを重ねた際に前記突出部により前記水蒸気分離器用デバイス間に間隙が形成され、この間隙部によって前記流通路の少なくとも一部が形成可能とされている、水蒸気分離器用デバイス。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
（削除）
【請求項１２】
（削除）
【請求項１３】
（削除）
【請求項１４】
（削除）
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
開口部が形成された担持体と、水分を吸放湿する吸放湿剤が担持されるとともに前記担持体に覆われてかつ前記開口部で露出される担持部材と、を有する吸放湿性膜を備えたデバイスと、
互いに前記デバイスを介して接すると共に、それぞれ気体が流通される第１流通路及び第２流通路と、
を有する水蒸気分離器であって、
前記デバイスは、前記担持体と前記担持部材とを固定するとともに前記担持体の表面又は前記担持部材の表面から突出する突出部を備えた固定具を備え、
前記第１流通路及び前記第２流通路は、前記デバイスを重ねた際に前記突出部により前記デバイス間に形成された間隙によって形成される、水蒸気分離器。
【請求項１７】
前記吸放湿性膜を備えたデバイスはチューブ状とされ、前記チューブ内に形成される流通路が前記第１流通路、前記チューブ外に形成される通路が前記第２流通路とされてシェルアンドチューブ型水蒸気交換器を構成する、請求項１６に記載の水蒸気分離器。
【請求項１８】
水蒸気分離時には、前記第１流通路を流れる気体と前記第２流通路を流れる気体との間で、一方の流通路を流れる気体中の水分が、前記開口部で前記一方の流通路に露出された前記担持部材の一方の表面で、前記担持された吸放湿剤により吸湿され、その後に前記担持部材内を水分子として移動して前記担持部材の他方の表面から気化することで前記他方の流通路を流れる気体に移動する、請求項１６に記載の水蒸気分離器。
【請求項１９】
（削除）
【請求項２０】
前記担持体は、第１担持体と第２担持体とを含み、前記デバイスは、前記第１担持体と前記第２担持体との間に前記担持部材が設けられており、前記突出部は、前記第１担持体の表面及び第２担持体の表面から突出されている、請求項１６又は１８に記載の水蒸気分離器。
【請求項２１】
前記第１担持体の開口部と前記第２担持体の開口部とは、前記担持部材を挟んだ状態で少なくとも一部が重なるように設けられている、請求項１６、１８又は２０のいずれか一項に記載の水蒸気分離器。
【請求項２２】
前記担持部材は、繊維体からなるシート状の担持部材に高分子吸放湿剤を担持させたものである、請求項１６、１８、２０又は２１のいずれか一項に記載の水蒸気分離器。
【請求項２３】
前記第１担持体と前記第２担持体とは、可撓性を有する素材で形成されている、請求項１６、１８、２０、２１又は２２のいずれか一項に記載の水蒸気分離器。
【請求項２４】
前記突出部は、平頭状の頭部を有する、請求項１６、１８、２０、２１、２２又は２３のいずれか一項に記載の水蒸気分離器。
【請求項２５】
前記突出部は、丸頭状の頭部を有する、請求項１６、１８、２０、２１、２２又は２３のいずれか一項に記載の水蒸気分離器。
【請求項２６】
開口部が形成された担持体と前記開口部に形成されて水分を吸放湿する吸放湿剤を含む膜部とを有する吸放湿性膜を備えて気密性を有するデバイスと、
互いに前記吸放湿性膜を備えたデバイスを介して接すると共に、それぞれ気体が流通される第１流通路及び第２流通路と、
を有する水蒸気分離器であって、
前記開口部は、前記膜部におけるひび割れの発生を防ぐ大きさで複数形成されており、
前記第１流通路を流れる気体の流通方向と前記第２流通路を流れる気体の流通方向は、互いに向流をなしており、
水蒸気分離時には、前記第１流通路を流れる気体と前記第２流通路を流れる気体との間で、その相対湿度差に応じて一方の流通路を流れる気体中の水蒸気が、前記膜部の一方の表面で前記吸放湿剤により吸湿され、その後に前記膜部内を液相の水として移動して前記膜部の他方の表面に移動し、前記他方の表面で気化することで前記他方の流通路を流れる気体に移動する、水蒸気分離器。
【国際調査報告】
2015012398.tif 000016
2015012398.tif 000017
2015012398.tif 000018
2015012398.tif 000019