(57)【要約】【課題】混入空気がある場合でも、連続運転を可能とした分離膜使用減圧除湿システムを提供する。【解決手段】密閉された容器状に形成され、その内部が水蒸気分離膜により空調空間（３）と水蒸気空間（２）とに仕切られた減湿ユニットＡと、容器状に形成され、その内部が水蒸気分離膜により放湿空間（１１，２１）と排気空間（１４，２４）とに仕切られた第１の放湿ユニットＢ及び第２の放湿ユニットＣを備え、前記減湿ユニットＡの水蒸気空間（２）と前記第１の放湿ユニットＢの放湿空間（１１）とを、除湿用ブロア（１２）を備えた配管によって接続し、さらに、この放湿空間（１１）に、抽気用配管を介して抽気用ブロア（２０）を接続し、この抽気用ブロア及び抽気用配管を介して、前記第１の放湿ユニットＢの放湿空間（１１）を第２の放湿ユニットＣの放湿空間（２１）に接続し、この放湿空間（２１）に、排気用配管を介して排気用ブロア（３０）を接続する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間（３）と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間（２）とに仕切られた減湿ユニットＡと、
容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間（１１）と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間（１４）とに仕切られた放湿ユニットＢを備え、
前記減湿ユニットＡの水蒸気空間（２）と前記放湿ユニットＢの放湿空間（１１）とが、除湿用ブロア（１２）を備えた配管によって接続され、
この除湿用ブロアにより、前記水蒸気空間（２）及び放湿空間（１１）内の圧力が、それぞれ前記空調空間（３）及び排気空間（１４）内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間（２）の水蒸気分圧が空調空間（３）の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間（１１）の水蒸気分圧が排気空間（１４）の水蒸気分圧よりも高く設定され、
前記減湿ユニットＡ及び放湿ユニットＢに使用される水蒸気分離膜が、温度４０℃、湿度９０％の空気に対する透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であり、かつ、ガーレー透気抵抗度が１０００００秒以上の高遮蔽型無孔系全熱交換シートにより構成されていることを特徴とする除湿システム。
【請求項２】
密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間（３）と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間（２）とに仕切られた減湿ユニットＡと、
容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間（１１，２１）と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間（１４，２４）とに仕切られた第１の放湿ユニットＢ及び第２の放湿ユニットＣを備え、
前記減湿ユニットＡの水蒸気空間（２）と前記第１の放湿ユニットＢの放湿空間（１１）とが、除湿用ブロア（１２）を備えた配管によって接続され、
この除湿用ブロア（１２）により、前記水蒸気空間（２）及び放湿空間（１１）内の圧力が、それぞれ前記空調空間（３）及び排気空間（１４）内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間（２）の水蒸気分圧が空調空間（３）の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間（１１）の水蒸気分圧が排気空間（１４）の水蒸気分圧よりも高く設定され、
前記第１の放湿ユニットＢの放湿空間（１１）には、抽気用配管（２３）を介して、第１の放湿ユニットＢの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間（１１）内に残存する水蒸気及びエアを抽出する抽気用ブロア（２０）が接続され、
この抽気用ブロア（２０）及び抽気用配管（２３）を介して、前記第１の放湿ユニットＢの放湿空間（１１）が第２の放湿ユニットＣの放湿空間（２１）に接続され、この抽気用ブロア（２０）により、第２の放湿用ユニットＣの放湿空間（２１）の水蒸気分圧が排気空間（２４）の水蒸気分圧よりも高く設定され、
前記第２の放湿ユニットＣの放湿空間（２１）には、排気用配管を介して、第２の放湿ユニットＣの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間（２１）内に残存する水蒸気及びエアを加圧して外部に排出する排気用ブロア（３０）が接続されていることを特徴とする除湿システム。
【請求項３】
密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間（３）と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間（２）とに仕切られた減湿ユニットＡと、
容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間（１１）と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間（１４）とに仕切られた放湿ユニットＢを備え、
前記減湿ユニットＡの水蒸気空間（２）と前記放湿ユニットＢの放湿空間（１１）とが、除湿用ブロア（１２）を備えた配管によって接続され、
この除湿用ブロア（１２）により、前記水蒸気空間（２）及び放湿空間（１１）内の圧力が、それぞれ前記空調空間（３）及び排気空間（１４）内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間（２）の水蒸気分圧が空調空間（３）の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間（１１）の水蒸気分圧が排気空間（１４）の水蒸気分圧よりも高く設定され、
前記放湿ユニットＢの放湿空間（１１）には、抽気用配管を介して、放湿ユニットＢの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間内に残存する水蒸気及びエアを抽出する抽気用ブロア（２０）が接続され、この抽気用ブロア及び抽気用配管を介して、前記放湿ユニットの放湿空間が水分凝縮ユニットＤの給気側（９３）に接続され、
前記水分凝縮ユニットＤの排気側には、排気用配管を介して、水分凝縮ユニットＤにおいて水蒸気を凝縮分離された後の空気及び水蒸気を加圧して外部に排出する排気用ブロア（３０）が接続されていることを特徴とする除湿システム。
【請求項４】
密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間（３）と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間（２）とに仕切られた減湿ユニットＡと、
容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間（１１）と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間（１４）とに仕切られた放湿ユニットＢを備え、
前記減湿ユニットＡの水蒸気空間（２）と前記放湿ユニットＢの放湿空間（１１）とが、除湿用ブロア（１２）を備えた配管によって接続され、
この除湿用ブロア（１２）により、前記水蒸気空間（２）及び放湿空間（１１）内の圧力が、それぞれ前記空調空間（３）及び排気空間（１４）内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間（２）の水蒸気分圧が空調空間（３）の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間（１１）の水蒸気分圧が排気空間（１４）の水蒸気分圧よりも高く設定され、
前記放湿ユニットＢの放湿空間（１１）には、排気用配管を介して、放湿ユニットＢの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間（１１）内に残存する水蒸気及びエアを加圧して外部に排出する排気用ブロア（２０）が接続されていることを特徴とする除湿システム。
【請求項５】
前記減湿ユニット及び放湿ユニットに設けられた水蒸気分離膜が、温度４０℃、湿度９０％の空気に対する透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であり、かつ、ガーレー透気抵抗度が１０００００秒以上の高遮蔽型無孔系全熱交換シートにより構成されていることを特徴とする請求項２、請求項３または請求項４に記載の除湿システム。
【請求項６】
前記放湿ユニットが、それぞれ水蒸気分離膜によって分離された放湿空間と排気空間とを備えた複数のブロックから構成され、
各ブロックの放湿空間同士、排気空間同士が順次接続され、放湿ユニットに送り込まれた水蒸気が、各ブロックの放湿空間を通過するごとに、順次水蒸気分離膜を通じて対応するブロックの排気空間に移動するように構成され、
前記各ブロックにおける放湿空間の流路断面積が、放湿ユニットの後段の放湿空間ほど小さく設定されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システム。
【請求項７】
前記放湿ユニットの上部に、水蒸気が送り込まれてくる入口部が設けられ、その下部に残存水蒸気及び残存エアを排出する出口部が設けられ、放湿空間内部に形成される水蒸気及び残存エアの気流方向が下向きに形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システム。
【請求項８】
前記水蒸気分離膜が、前記減湿ユニットあるいは放湿ユニットの低圧側の空間に配置され且つ水蒸気分離膜を挟んだ空間の圧力差によって変形することのない多孔質材料により支持され、この多孔質材料によって水蒸気分離膜の低圧側の空間が確保されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システム。
【請求項９】
シート状に形成された水蒸気分離膜と、前記水蒸気分離膜をその一方の側から支持する板状の多孔質材料と、前記多孔質材料によって確保された低圧側の空間とによって膜モジュールが形成され、
高圧側の空間を形成するためのセパレータを、前記膜モジュールにおける前記水蒸気分離膜の他方の側に積層して積層単位モジュールが形成され、
この積層単位モジュールが複数段積層されて積層モジュールが形成され、
この積層モジュールを構成する複数の膜モジュールにおける低圧側空間の入口側及び出口側には、それぞれ各膜モジュールの低圧側空間と連通するチャンバが形成されていることを特徴とする請求項８に記載の除湿システム。
【請求項１０】
前記減湿ユニットあるいは放湿ユニットが、空間の圧力差によって変形することのない多孔質パイプによって形成され、このパイプの外周又は内周に前記水蒸気分離膜が積層され、この水蒸気分離膜の積層された側に高圧側の空間が確保されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気分離膜を用いた減圧除湿システムに係り、特に、吸湿した低圧気体を大気圧以下の中間圧力に昇圧し、水蒸気分離膜を介して水蒸気を大気へ放出することにより、小さなエネルギで除湿を行うことを可能とした省エネ型除湿システムに関するものである。
また、本発明は、真空系に洩入したエアの排除におけるエネルギー効率の大幅な向上を図った省エネ型除湿システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から用いられている代表的な除湿手段として最も一般的なのは、「冷却除湿法」であるが、この冷却除湿法においては、水蒸気を一旦結露させるため、水蒸気１ｋｇ当たり５３９ｋｃａｌもの凝縮エネルギーを必要としていた。また、冷凍機を成績係数の悪い低温域で運転せざるを得ないという弊害を伴っていた。
【０００３】
また、特許文献１に記載されるような吸収または吸着を除湿原理に用いる方法は、分離再生のために高温熱源を必要とするため、排熱を利用することができる場所以外では、省エネ的手段とはいえなかった。
【０００４】
また、特許文献２に記載されるような空気を通さず水蒸気だけを透過させるガス・ガス分離膜（以下、水蒸気分離膜という）を利用した除湿法は、小容量の中空糸型で実用化されてきたが、高い圧力差を必要とし、処理風量も小さく、空調には適していなかった。例えば、特許文献２の発明では、入口側を５ｋｇ／ｃｍ２（５００ｋＰａ）程度に加圧し、透過側を減圧している。このように、水蒸気分離膜を空調用に用いる場合、大量の処理空気を加圧することは省エネに反するため、透過側を１ｋＰａ程度に真空引きすることになるが、従来技術では、このブロアに大気圧との差圧（１００ｋＰａ）に相当する能力が必要とされていた。
【０００５】
一方、特許文献３に記載される発明は、水蒸気透過膜を介して被冷却空気から水蒸気を分離するものであって、特に、水蒸気透過膜を利用した除湿システムとして空調にも利用できることが文献中に示されている。
【０００６】
しかし、以下に詳述するように、この特許文献３に記載の発明は、（ａ）使用する水蒸気透過膜の圧力損失が高い、（ｂ）除湿のために乾燥空気を使用しているため、空気の乾燥装置が必要であり、機構的に複雑で高価なシステムとなる、（ｃ）除湿系に空気の洩入があると、その空気を大気に排出するために大きなエネルギーを必要とする等といった不都合があり、実用化が困難であった。以下、この特許文献３の発明の問題点をより具体的に説明する。
【０００７】
すなわち、特許文献３に記載の発明は、図２０に示したように、容器状に形成された水蒸気分離部１２５を備え、この水蒸気分離部１２５の内部には、水蒸気を透過させる水蒸気透過膜１２６により仕切られて、空気空間１２７と水蒸気空間１２８とが区画形成されている。この空気空間１２７には、加湿冷却部１２０で加湿により冷却された被冷却空気が導入される。一方、水蒸気分離部１２５の水蒸気空間１２８は閉空間に形成され、その内圧は、空気空間１２７に導入された被冷却空気の水蒸気分圧よりも低く設定されている。このため、水蒸気分離部１２５における水蒸気透過膜１２６の両側では水蒸気圧の差が存在し、この水蒸気圧差によって水蒸気透過膜１２６を水蒸気が透過し、被冷却空気から水蒸気を減少させることができる。
【０００８】
また、水蒸気系統１１２は、上記水蒸気分離部１２５と、昇圧手段である圧縮機１３０と、水蒸気放出手段である水蒸気放出部１４０とが順に接続されている。この水蒸気系統１１２は、水蒸気分離部１２５における水蒸気空間１２８の水蒸気を圧縮機１３０へ送り込むと共に、圧縮機１３０から流出した水蒸気を水蒸気放出部１４０へ送り込む。圧縮機１３０は、水蒸気分離部１２５の水蒸気空間１２８から水蒸気を吸引し、吸引した水蒸気を圧縮して昇圧させる。
【０００９】
また、水蒸気放出部１４０は容器状に形成され、その内部は、水蒸気を透過させる水蒸気透過膜１４１によって仕切られ、水蒸気空間１４２と空気空間１４３とが区画形成されている。この水蒸気放出部１４０の水蒸気空間１４２は閉空間に形成され、この水蒸気空間１４２には、上記圧縮機１３０で圧縮されて昇圧した水蒸気が導入される。一方、水蒸気放出部１４０の空気空間１４３は、放湿系統１１３に接続され、この空気空間１４３には、放湿系統１１３を通じて放湿用空気が導入される。
【００１０】
すなわち、前記放湿系統１１３は、室外空気を放湿用空気として取り込み、取り込んだ放湿用空気を除湿機構１６０の吸湿部１６２に送り込むもので、吸湿部１６２で除湿された放湿用空気は、水蒸気放出部１４０の空気空間１４３へ送り込まれる。また、放湿系統１１３は、水蒸気放出部１４０の空気空間１４３から排出された放湿用空気を、除湿機構１６０の再生部１６３を通じて室外に排出する。
【００１１】
ところで、このような構成を有する特許文献３の発明において、従来では、水蒸気放出部１４０を構成する水蒸気透過膜１４１としては、極めて圧力損失の高いものが使用されていた。そのため、原理的には、水蒸気透過膜１４１を挟んだ水蒸気空間１４２と空気空間１４３との間で水蒸気分圧差が存在すれば水蒸気は水蒸気空間１４２から空気空間１４３に移動するのであるが、実際には、水蒸気透過膜１４１の圧力損失が高いため、圧縮機１３０によって、水蒸気放出部１４０の水蒸気空間１４２に導入される水蒸気の圧力を、空気空間１４３に導入される放湿用空気の水蒸気分圧よりもかなり高い圧力にまで昇圧させる必要が生じる。
【００１２】
そのため、特許文献３の発明では、圧縮機１３０による昇圧量を低減するために、放湿用空気を除湿機構１６０によって除湿することで、空気空間１４３に導入する放湿用空気の水蒸気分圧を低下させ、たとえ圧縮機１３０による昇圧量を少なくしても、水蒸気空間１４２と空気空間１４３との間で水蒸気透過膜１４１の圧力損失を越えて水蒸気が移動できるような水蒸気分圧差を得るようにしていた。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−５５２６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１９０２５号公報
【特許文献３】
特開２００１−７４３３５号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献３の発明では、上述したようにして圧縮機１３０による昇圧量を低減しても、放湿用空気を乾燥させるための除湿機構１６０が必要であり、また、除湿機構１６０の性能を維持するために再生部１６３を設け、この再生部１６３に再生用の加熱空気を送り込むなどの構成も必要であった。そのため、装置全体が複雑化すると共に、圧縮機１３０以外に除湿機構１６０を運転するためのエネルギーも必要となるといった不都合があった。
【００１５】
その上、特許文献３のようなシステムを実際に運転した場合、水蒸気分離部１２５の空気空間１２７や放湿系統１１３に空気が混入することは避けられず、混入空気の処理が困難であった。すなわち、空気の混入がない理想状態では、放湿ユニットは連続的に水分を放出することができるが、実際には、接合部や膜そのものの不完全さからエアの洩入があり、このエアの蓄積によりサイクルが止まってしまう。しかし、特許文献３にはそのような洩入エアについての対策は何ら開示されていない。
【００１６】
このような洩入エアの蓄積によるシステムの停止を避けるには、水蒸気と共に放湿系統１１３に導かれた混入空気を、何らかの手段で外気や室内空間に排気する必要がある。しかし、この放湿系統１１３に流入した混入空気の圧力は、圧縮機１３０により加圧されているとはいえ、大気圧に比較すると格段に低いものである。
【００１７】
具体的には、除湿ユニットとして使用される水蒸気分離部１２５において、除湿されて室内に供給される空気は２６℃、湿度５０％程度であるが、この室内空気の水蒸気分圧は１．７ｋＰａである。そのため、この室内空気から水蒸気を除去するためには、水蒸気空間１２８の水蒸気分圧を、室内空気が流れる空気空間１２７の水蒸気分圧よりも低い圧力、例えば１ｋＰａ程度の水蒸気分圧となるように減圧する必要がある。そのため、放湿系統に混入した空気も減圧されるので、その後に圧縮機１３０で加圧されたとしても、大気圧１００ｋＰａに比較すると格段に低圧であるから、この混入空気をシステムから除去するには、除湿後において更に大気圧以上に昇圧する必要がある。
【００１８】
しかし、このように混入空気を除去するために昇圧作業が必要であると、たとえ水蒸気透過膜を使用したり、放湿用空気として乾燥空気を用いることで省エネルギー化を図った除湿システムであっても、システム全体としてのエネルギー効率は悪化し、実用性に乏しいものとなる。
【００１９】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、第１の目的は、前記水蒸気放出部における水蒸気透過膜として、圧力損失が少なく、低い水蒸気分圧差で水蒸気を透過する素材、例えば、高遮蔽型無孔系全熱交換シートを採用することにより、放湿用空気として、特許文献３のような乾燥空気を使用することなく、夏季には水蒸気分圧が３ｋＰａ程度に達する外気や、温度２６℃／湿度５０％として水蒸気分圧が１．７ｋＰａ程度の室内空気や室内排気をそのまま利用することのできる除湿システムを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、混入空気があった場合でも、水蒸気とエアの再混合を防ぐべく流路を工夫し、エア比率の高くなった少量の気体をブロアで昇圧し、２段目放湿ユニット等を通して、更に気体容量を小さくしてから排気用ブロアで排出することにより、連続運転を可能とした除湿システムを提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、前記水蒸気透過膜を使用して水蒸気を移動させるに当たり、圧力差による水蒸気透過膜の破損を防止する保持構造や、水蒸気の移動性能に改良を施した除湿システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の除湿システムは、密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間とに仕切られた減湿ユニットと、容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間と、放湿用空気に連通した排気空間とに仕切られた放湿ユニットを備え、前記減湿ユニットの水蒸気空間と前記放湿ユニットの放湿空間とが、除湿用ブロアを備えた配管によって接続され、この除湿用ブロアにより、前記水蒸気空間及び放湿空間内の圧力が、それぞれ前記空調空間及び排気空間内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間の水蒸気分圧が空調空間の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間の水蒸気分圧が排気空間の水蒸気分圧よりも高く設定され、前記減湿ユニット及び放湿ユニットに使用される水蒸気分離膜が、温度４０℃、湿度９０％の空気に対する透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であり、かつ、ガーレー透気抵抗度が１０００００秒以上の高遮蔽型無孔系全熱交換シートにより構成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
上記のような構成を有する請求項１に記載の除湿システムによれば、減湿ユニット及び放湿ユニットに使用する水蒸気分離膜として、高遮蔽型無孔系全熱交換シートを用いることにより、放湿系統内の水蒸気分圧と空調空気あるいは排気用空気の水蒸気分圧との分圧差が小さくても済むため、少ないエネルギーで、しかも排気用空気として乾燥空気を使用しなくても十分な水蒸気の移動量を得ることが可能となる。その結果、従来用いられていた乾燥用空気を得るための設備も不要となり、簡単な構成で省エネ的な除湿を行うことが可能となる。
【００２４】
請求項２に記載の除湿システムは、密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間とに仕切られた減湿ユニットと、容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間とに仕切られた第１及び第２の放湿ユニットを備え、前記減湿ユニットの水蒸気空間と前記第１の放湿ユニットの放湿空間とが、除湿用ブロアを備えた配管によって接続され、この除湿用ブロアにより、前記水蒸気空間及び放湿空間内の圧力が、それぞれ前記空調空間及び排気空間内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間の水蒸気分圧が空調空間の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間の水蒸気分圧が排気空間の水蒸気分圧よりも高く設定され、前記第１の放湿ユニットの放湿空間には、抽気用配管を介して、第１の放湿ユニットの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間内に残存する水蒸気及びエアを抽出する抽気用ブロアが接続され、この抽気用ブロア及び抽気用配管を介して、前記第１の放湿ユニットの放湿空間が第２の放湿ユニットの放湿空間に接続され、この抽気用ブロアにより、第２の放湿用ユニットの放湿用空間の水蒸気分圧が排気空間の水蒸気分圧よりも高く設定され、前記第２の放湿ユニットの放湿空間には、排気用配管を介して、第２の放湿ユニットの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間内に残存する水蒸気及びエアを加圧して外部に排出する排気用ブロアが接続されていることを特徴とするものである。
【００２５】
上記のような構成を有する請求項２に記載の除湿システムによれば、減湿ユニットから排出された水蒸気中にエアの洩入がある場合であっても、放湿手段を多段に構成することにより、順次、水蒸気を透過放出させ、最終段においてわずかに残った水蒸気と累積された洩入エアで構成される少量の気体を大気中に排出することができるので、除湿システム全体の運転効率を向上させることができる。
【００２６】
請求項３に記載の除湿システムは、密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間とに仕切られた減湿ユニットと、容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間とに仕切られた放湿ユニットを備え、前記減湿ユニットの水蒸気空間と前記放湿ユニットの放湿空間とが、除湿用ブロアを備えた配管によって接続され、この除湿用ブロアにより、前記水蒸気空間及び放湿空間内の圧力が、それぞれ前記空調空間及び排気空間内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間の水蒸気分圧が空調空間の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間の水蒸気分圧が排気空間の水蒸気分圧よりも高く設定され、前記放湿ユニットの放湿空間には、抽気用配管を介して、放湿ユニットの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間内に残存する水蒸気及びエアを抽出する抽気用ブロアが接続され、この抽気用ブロア及び抽気用配管を介して、前記放湿ユニットの放湿空間が水分凝縮器の給気側に接続され、前記水分凝縮器の排気側には、排気用配管を介して、水分凝縮器において水蒸気を凝縮分離された後の空気及び水蒸気を加圧して外部に排出する排気用ブロアが接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】
上記のような構成を有する請求項３に記載の除湿システムにおいても、減湿ユニットから排出された水蒸気中にエアの洩入がある場合であっても、放湿手段を多段に構成することにより、順次、水蒸気を透過放出させ、最終段においてわずかに残った水蒸気と累積された洩入エアで構成される少量の気体を大気中に排出することができるので、除湿システム全体の運転効率を向上させることができる。
【００２８】
請求項４に記載の除湿システムは、密閉された容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、空調対象となる空気が流れる空調空間と、前記空調対象となる空気から分離された水蒸気が移動する水蒸気空間とに仕切られた減湿ユニットと、容器状に形成され、その内部が、水蒸気のみを透過させる水蒸気分離膜により、密閉された放湿空間と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間とに仕切られた放湿ユニットを備え、前記減湿ユニットの水蒸気空間と前記放湿ユニットの放湿空間とが、除湿用ブロアを備えた配管によって接続され、この除湿用ブロアにより、前記水蒸気空間及び放湿空間内の圧力が、それぞれ前記空調空間及び排気空間内の圧力よりも低圧に設定されると共に、前記水蒸気空間の水蒸気分圧が空調空間の水蒸気分圧よりも低く、放湿空間の水蒸気分圧が排気空間の水蒸気分圧よりも高く設定され、前記放湿ユニットの放湿空間には、排気用配管を介して、放湿ユニットの水蒸気分離膜を通して水蒸気を分圧差で放出した後にその放湿空間内に残存する水蒸気及びエアを加圧して外部に排出する排気用ブロアが接続されていることを特徴とするものである。
【００２９】
上記のような構成を有する請求項４に記載の除湿システムによれば、放湿ユニットの水蒸気分離膜を介して水蒸気が排気空間に放出された後、放湿ユニットの放湿空間の水蒸気の質量流量は、放湿ユニットに導入されたときに比べて大幅に減少している。従って、このエアを大気中に放出するための加圧動力は、従来の方法に比べて少ない動力で済む。
【００３０】
請求項５に記載の除湿システムは、請求項２、請求項３または請求項４に記載の除湿システムにおいて、前記減湿ユニット及び放湿ユニットに設けられた水蒸気分離膜が、温度４０℃、湿度９０％の空気に対する透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であり、かつ、ガーレー透気抵抗度が１０００００秒以上の高遮蔽型無孔系全熱交換シートにより構成されていることを特徴とするものである。
【００３１】
上記のような構成を有する請求項５に記載の除湿システムによれば、請求項２、請求項３または請求項４に記載の除湿システムに用いられる減湿ユニット及び放湿ユニットに使用する水蒸気分離膜として、高遮蔽型無孔系全熱交換シートを用いることにより、放湿系統内の水蒸気分圧と空調空気あるいは排気用空気の水蒸気分圧との分圧差が小さくて済むため、少ないエネルギーで、しかも排気用空気として乾燥空気を使用しなくても十分な水蒸気の移動量を得ることが可能となる。その結果、従来用いられていた乾燥用空気を得るための設備も不要となり、簡単な構成で省エネ的な除湿を行うことが可能となる。
【００３２】
請求項６に記載の除湿システムは、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システムにおいて、前記放湿ユニットが、それぞれ水蒸気分離膜によって分離された放湿空間と排気空間とを備えた複数のブロックから構成され、各ブロックの放湿空間同士、排気空間同士が順次接続され、放湿ユニットに送り込まれた水蒸気が、各ブロックの放湿空間を通過するごとに、順次水蒸気分離膜を通じて対応するブロックの排気空間に移動するように構成され、前記各ブロックにおける放湿空間の流路断面積が、放湿ユニットの後段の放湿空間ほど小さく設定されていることを特徴とするものである。
【００３３】
上記のような構成を有する請求項６に記載の除湿システムによれば、放湿ユニットにおいて、排出系側の水蒸気分離膜流路内において水蒸気が透過流出することによりエアが取り残され、エアの成分比が高まっていくと同時に、気体流量が減るため、出口に行く程気体流速が低下することに起因する出口側からのエア成分の拡散・逆流を防止することができる。
【００３４】
請求項７に記載の除湿システムは、請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システムにおいて、前記放湿ユニットの上部に水蒸気が送り込まれてくる入口部が設けられ、その下部に残存水蒸気及び残存エアを排出する出口部が設けられ、放湿空間内部に形成される水蒸気及び残存エアの気流方向が下向きに形成されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項７に記載の除湿システムによれば、残存エアの比率が高くなる程、気体の比重が重くなる性質を利用して、エアと水蒸気の混合を防止することができる。
【００３５】
請求項８に記載の除湿システムは、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システムにおいて、前記水蒸気分離膜が、前記減湿ユニットあるいは放湿ユニットの低圧側の空間に配置され且つ水蒸気分離膜を挟んだ空間の圧力差によって変形することのない多孔質材料により支持され、この多孔質材料によって水蒸気分離膜の低圧側の空間が確保されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項８に記載の除湿システムによれば、水蒸気分離膜が、圧力差によって変形することのない多孔質材料により支持されているので、水蒸気分離膜を真空に耐え得る構造とすることができる。
【００３６】
請求項９に記載の除湿システムは、請求項８に記載の除湿システムにおいて、シート状に形成された水蒸気分離膜と、前記水蒸気分離膜をその一方の側から支持する板状の多孔質材料と、前記多孔質材料によって確保された低圧側の空間とによって膜モジュールが形成され、高圧側の空間を形成するためのセパレータを、前記膜モジュールにおける前記水蒸気分離膜の他方の側に積層して積層単位モジュールが形成され、この積層単位モジュールが複数段積層されて積層モジュールが形成され、この積層モジュールを構成する複数の膜モジュールにおける低圧側空間の入口側及び出口側には、それぞれ各膜モジュールの低圧側空間と連通するチャンバが形成されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項９に記載の除湿システムによれば、減湿ユニット及び放湿ユニットの構成部材がモジュール化されているため、減湿ユニット及び放湿ユニットの製作工程が簡略化される。
【００３７】
請求項１０に記載の除湿システムは、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の除湿システムにおいて、前記減湿ユニットあるいは放湿ユニットが、水蒸気分離膜を挟んだ空間の圧力差によって変形することのない多孔質パイプによって形成され、このパイプの外周又は内周に前記水蒸気分離膜が積層され、この水蒸気分離膜の積層された側に高圧側の空間が確保されていることを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項１０に記載の除湿システムによれば、パイプ状の部材を用いて本除湿システムを構成することができるので、設置スペース等に制約がある場所でも適用することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照して具体的に説明する。
【００３９】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態の除湿システムは、図１に示すように、大別して減湿ユニットＡと放湿ユニットＢ、これらのユニットを接続する配管１３及びこの配管１３上に設けられて、減湿ユニットＡと放湿ユニットＢの空間内の圧力を調整するブロア１２（以下、後述する第２実施形態以降に記載する他のブロアと区別するため、１段目ブロアと呼ぶ）から構成されている。なお、この１段目ブロアが、請求項にいう除湿用ブロアに対応する。
【００４０】
また、前記減湿ユニットＡは密閉された容器状に形成され、その内部は、水蒸気のみを低圧損で透過させる第１の水蒸気分離膜１により、水蒸気空間２と空調空間３とに仕切られている。なお、第１の水蒸気分離膜１により仕切られた水蒸気空間２は閉空間とされ、その内圧は、前記１段目ブロア１２により、約１．０ｋＰａ程度となるように調整されている。
【００４１】
一方、放湿ユニットＢは、前記減湿ユニットＡと同様に容器状に形成され、その内部は、水蒸気のみを低圧損で透過させる第２の水蒸気分離膜１０により仕切られ、密閉された放湿空間１１と、大気あるいは室内排気に連通した排気空間１４が形成されている。すなわち、前記放湿ユニットＢの排気空間１４には、放湿用空気として外気又は室内の排気が供給され、この放湿用空気が、第２の水蒸気分離膜１０を透過した水蒸気を吸収して、大気中に放出されるように構成されている。
【００４２】
また、前記減湿ユニットＡの水蒸気空間２と放湿ユニットＢの放湿空間１１とは、前記１段目ブロア１２を備えた配管１３によって連通されている。この場合、１段目ブロア１２は、放湿ユニットＢの放湿空間１１への吐出圧を、３ｋＰａ以上、５０ｋＰａ以下（本第１実施形態では１０ｋＰａ）に昇圧するように調整されている。なお、本実施形態で用いる減湿ユニットＡ及び放湿ユニットの詳細な構成については、後述する。
【００４３】
また、本実施形態においては、前記水蒸気分離膜１及び１０として、従来全熱交換器用のエレメントとして使用されている高遮蔽型無孔系全熱交換シートを用いる。この高遮蔽型無孔系全熱交換シートとしては、例えば、三菱製紙株式会社製の「高遮蔽性全熱交換用紙ＥＲ紙」を用いることができる。
【００４４】
なお、この高遮蔽型無孔系全熱交換用紙は、熱交換器用のエレメントとしては知られているが、本実施形態のように、これを放湿ユニットあるいは減湿ユニットの水蒸気分離膜として使用することは、従来なかったものである。すなわち、この高遮蔽型無孔系全熱交換用紙は、「紙」と呼ばれるように、柔軟で強度も低いものであるため、これによって区切られた２つの熱交換空間の間の圧力差がない場合に使用されており、本発明のように、真空圧に近い１〜１０ｋＰａと大気圧である１００ｋＰａもの圧力差がある場所に使用することは全く想定されていなかった。
【００４５】
また、この高遮蔽型無孔系全熱交換シートとしては、温度４０℃、湿度９０％の空気に対する透湿度が、３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であることが好ましく、６０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以上であることがより好ましい。透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）未満であると、後述するように、水蒸気分圧差１ｋＰａあたりの水分移動量が半減するので、空調空気の除湿用としては実用性に乏しいものとなる。
【００４６】
また、透湿度が３０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）未満の場合に、所望の水分移動量を確保するために水蒸気分圧差を大きくすると、本発明の目的とする省エネが困難となり、従来技術と同様な問題が生じる。そのため、本発明においては、水蒸気分離膜の透湿度を上記のような値に設定することが望ましい。
【００４７】
上述したように、透湿度は高い方が良いが、同時にエアも透過したのでは、真空度を維持するためのブロア動力が増大してしまう。そこで、分離膜には、高い透湿度と同時に、十分な空気遮蔽性能が要求される。
【００４８】
表１に、三菱製紙株式会社製の「高遮蔽性全熱交換用紙ＥＲ紙」の性能表（「建築設備と配管工事」２００１年１２月増刊号Ｐ１２３に掲載）を示す。なお、表中のガーレー透気抵抗度の測定不能とは、空気を通さないことを意味している。また、透湿度とは、分離膜を介して多湿空気側から乾燥空気側へ移動する水分量を示す値である。
【００４９】
【表１】
2004286262.tif 000003
【００５０】
従来から用いられている中空糸タイプの水蒸気分離膜（例えば、宇部メンブレンドライヤーＤＭ，ＵＭシリーズ）は、処理対象空気を５〜７気圧に加圧することを要していたが、本実施形態に用いられる三菱製紙株式会社製の「高遮蔽性全熱交換用紙ＥＲ紙」は、単に、室内排気と屋外空気との水蒸気分圧差だけで水分移動を図る全熱交換型換気扇のエレメントとして実用されている。このように透湿性能の高い全熱交換用紙は従来からもあったが、空気に対して「高遮蔽性」を併せ持つ製品は従来なかった。
【００５１】
（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態の除湿システムの作用を、図１及び表２を参照して説明する。なお、表２は、本実施形態における各部位（１段目ブロア１２の入口側ａ、吐出側ｂ及び放湿ユニットＢの吐出側ｃ）における分圧と、質量流量を示したものである。
【００５２】
【表２】
2004286262.tif 000004
【００５３】
すなわち、減湿ユニットＡの空調空間３に外気が取り入れられると、この減湿ユニットＡに設けられた第１の水蒸気分離膜１の両側の水蒸気分圧の差によって、第１の水蒸気分離膜１を水蒸気が透過する。すなわち、一般に空調対象となる外気の水蒸気分圧は、もっとも高い夏季であっても３ｋＰａであるのに対して、水蒸気分離膜１を挟んだ水蒸気空間２の内圧は約１．０ｋＰａ程度に設定されているため、その圧力差により、空調空間３に取り入れられた外気中の水蒸気が、第１の水蒸気分離膜１を透過して水蒸気空間２に移動する。その結果、空調空間３を通過した外気は、減湿された空調空気として室内に供給される。
【００５４】
一方、水蒸気空間２に移動した水蒸気は、１段目ブロア１２によって大気圧以下の所定の圧力（本実施形態では、１０ｋＰａ）に昇圧され、放湿ユニットＢの放湿空間１１に導入される（表２−ａ、ｂ参照）。このようにして放湿空間１１に昇圧された水蒸気が導入されると、第２の水蒸気分離膜１０を挟んで水蒸気圧の差が生じる。具体的には、大気に開放された側の水蒸気分圧は約３．０ｋＰａであり、放湿空間１１の水蒸気分圧は約１０ｋＰａであるため、放湿空間１１に導入された水蒸気は、連続的に第２の水蒸気分離膜１０を透過して、大気中に放出される。
【００５５】
このように、減湿ユニットＡ、配管１３及び放湿ユニットＢからなる放湿系統に空気の洩入がない状態においては、放湿系内部の水蒸気分圧と空調空気及び排気空気の水蒸気分圧との間で所定の分圧差が確保されるため、空調空気に含まれていた水蒸気が、放湿系統を通じて大気中に排出されることになる。
【００５６】
（１−３）効果
このように、本実施形態においては、減湿ユニットＡを経た水蒸気を、水蒸気分離膜を有する放湿ユニットを介して大気中に放出するため、放湿ユニットの放湿空間１１内の圧力を、放湿用空気の水蒸気分圧（約３．０ｋＰａ）よりも高い圧力（ここでは、１０ｋＰａ）とすれば良いので、減湿ユニットＡで除去した水蒸気を直接放湿用空気中に放出する場合のように、大気圧まで加圧する必要がなくなる。
従って、従来、水蒸気を大気中に直接放出するために１００ｋＰａに加圧していた場合に比べて、１／１０の加圧で済むので大幅な省エネが可能となると共に、加圧用の圧縮機が不要となり、設備的にも優れている。
【００５７】
また、放湿ユニットを備えた前記特許文献３の発明と比較しても、以下のような利点がある。すなわち、特許文献３の発明では、放湿ユニットＢに供給する放湿用空気として、除湿された乾燥空気が必要であったが、本実施形態においては、外気又は室内の排気を用いることができるため、除湿機構が不要となる。
【００５８】
すなわち、本発明においては、前記のように、減湿ユニットＡ及び放湿ユニットＢに使用する水蒸気分離膜１及び１０として、圧力損失の少ない水蒸気分離膜を利用することにより、放湿系統内の水蒸気分圧と空調空気あるいは放湿用空気の水蒸気分圧との分圧差が非常に小さくて済むため、少ないエネルギーで、しかも放湿用空気として乾燥空気を使用しなくても十分な水蒸気分圧差を得ることが可能となる。その結果、乾燥用空気を得るための設備も不要となり、簡単な構成で効果的な除湿を行うことが可能となる。
【００５９】
この点を、水蒸気分離膜として、前記表１に性能表を示した三菱製紙株式会社製の「高遮蔽性全熱交換用紙ＥＲ紙」を使用した場合を例にとって、具体的に説明する。
まず、この水蒸気分離膜における単位面積及び単位時間当たりの水分移動量を求める。すなわち、表１の「透湿度」の欄に記載された４０℃、湿度９０％の水蒸気分圧は６．６４６ｋＰａであるから、水蒸気分圧差１ｋＰａあたりの水分移動量は次式で求められる。
【数１】
６０００ｇ／（ｍ２・２４ｈ）÷（６．６４６ｋＰａ×２４ｈ）＝３７．６ｇ／（ｍ２・ｈ・ｋＰａ）
【００６０】
この水分移動量から、本実施形態で用いる水蒸気分離膜１ｍ×１ｍを高さ方向に１ｃｍピッチで１ｍ（１００段分）積み重ねた直交流型の交換器（水蒸気分離膜の面積は、１００ｍ２）の水分移動量を計算する。すなわち、夏季外気の水蒸気分圧３ｋＰａを分離膜を介して１ｋＰａで吸引したとすると、水分移動量は次式により求められる。
【００６１】
【数２】
水分移動量＝３７．６ｇ／（ｍ２・ｈ・ｋＰａ）×１００ｍ２×（３ｋＰａ−１ｋＰａ）＝７．５Ｋｇ／ｈ
なお、この除湿量は、夏季外気７５０ｍ３／ｈの除湿処理に相当し、空調に適用可能なレベルということができる。
【００６２】
（２）第２実施形態
本実施形態においては、水蒸気分離膜として、前記第１実施形態に使用したのと同じ水蒸気分離膜、すなわち、水蒸気分圧差が少なくても水蒸気を効率良く透過する三菱製紙株式会社製の「高遮蔽性全熱交換用紙ＥＲ紙」を使用したが、必ずしもこれに限られるものではなく、減湿ユニットや多段に構成した放湿ユニットに配設された水蒸気分離膜内外の圧力差を適宜設定すれば、従来から公知の水蒸気分離膜を使用することもできる。
【００６３】
（２−１）構成
本実施形態は、減湿ユニットＡを経た水蒸気中に、エアの洩入が０．５％ある場合についてのものである。以下の説明においては、例として１段目ブロアの入口圧力を１ｋＰａ、出口圧を４ｋＰａとしているが、原理的には、入口圧は１．７ｋＰａ（一般空調室内の設計空気；２６℃、湿度５０％の水蒸気分圧）以下、出口圧は３．０ｋＰａ（夏季の東京の設計外気；３３．４℃、湿度５７．８％の水蒸気分圧）以上であれば良く、ブロア等の機器特性や規模によって適切な圧力や段数を設定する。また原理説明のため、分離膜は十分な接触面積を持っているものとする。
【００６４】
本実施形態の除湿システムは、図２に示すように、放湿手段を多段に構成したものである。すなわち、上記第１実施形態の図１に示した放湿ユニットＢの下流側に、２段目ブロア２０（請求項にいう抽気用ブロア）を介して、放湿ユニットＢと同様の構成を有する２段目放湿ユニットＣが配設されている。この２段目放湿ユニットＣの内部は、水蒸気のみを低圧損で透過させる第３の水蒸気分離膜２２により仕切られ、第２の放湿空間２１が形成されている。そして、前記１段目放湿ユニットＢの放湿空間１１と２段目放湿ユニットＣの第２の放湿空間２１とが、２段目ブロア２０を備えた配管２３（請求項にいう抽気用配管）によって連通されている。
【００６５】
なお、本実施形態においては、２段目放湿ユニットＣを１段目放湿ユニットＢの後段に１段のみ設けたが、放湿ユニットを多段に設けて、順次その放湿空間内の水蒸気を水蒸気分離膜により分離することで、放湿空間に残存する空気の濃度をより高くしてから、外部に排気することも可能である。また、本実施形態における各ユニットの具体的構成については、後述する。
【００６６】
（２−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態の除湿システムの作用を、図３及び表３を参照して説明する。なお、図３は、本実施形態における系内の全圧と水蒸気分圧の分布を示す図であり、表３は、本実施形態における各部位における分圧と質量流量を示したものである。
【００６７】
【表３】
2004286262.tif 000005
【００６８】
すなわち、第１実施形態と同様にして、減湿ユニットＡの水蒸気空間２内を１ｋＰａ程度とすることによって、水蒸気分離膜１を介して水分を排出系側に取り込む。ここで、例えば０．５％のエアの洩入があった場合を想定すると、１段目ブロア１２に導入される水蒸気分圧は０．９９５ｋＰａ、洩入エアの分圧は０．００５ｋＰａとなる（表３−ａ参照）。
【００６９】
続いて、減湿ユニットＡから供給された気体は、例えばルーツブロア型のメカニカルブースタ等の１段目ブロア１２によって大気圧以下の所定の圧力（本実施形態では、４ｋＰａ）に昇圧され、１段目放湿ユニットＢの放湿空間１１に導入される。この場合、１段目ブロア１２による圧縮比は４倍なので、１段目ブロア１２の出口においては、水蒸気分圧は３．９８ｋＰａ、洩入エアの分圧は０．０２ｋＰａとなる（表３−ｂ参照）。
【００７０】
このようにして放湿空間１１に昇圧された気体が導入されると、第２の水蒸気分離膜１０を挟んで水蒸気分圧の差が生じる。具体的には、大気に開放された側の水蒸気分圧は約３．０ｋＰａであり、放湿空間１１の水蒸気分圧は３．９８ｋＰａであるため、放湿空間１１に導入された水蒸気は、その水蒸気分圧が３ｋＰａとなるまで、第２の水蒸気分離膜１０を透過して大気中に放出される。このため、放湿空間１１には連続的に気体を導入することができる。
【００７１】
一方、放湿空間１１においては、取り残されたエアの比率が高まり、エアの分圧は遂には１ｋＰａとなる。すなわち、１段目放湿ユニットＢにおいて、出入口で圧力は同じ４ｋＰａなので、残りの分圧１ｋＰａはエアが占めてバランスする。このことは、放湿空間１１内のエアが、入口におけるエア濃度に比べ５０倍に濃縮されたことを意味する（表３−ｃ参照）。
【００７２】
なお、エアのモル流量は１段目放湿ユニットＢの出入口で不変であるが、次式から気体全体のモル流量も１／５０となったことが分かる。ここで、Ｑ１は気体の放湿ユニット入口のモル流量、Ｑ２は出口のモル流量を表す。
【数３】
2004286262.tif 000006
【００７３】
続いて、１段目放湿ユニットＢの放湿空間１１内に残存したエアは、２段目ブロア（抽気用ブロア）２０によって大気圧以下の所定の圧力（本実施形態では、２０ｋＰａ）に昇圧され、２段目放湿ユニットＣの第２の放湿空間２１に導入される。この場合、圧縮比は５倍なので、第２の放湿空間２１における水蒸気分圧は１５ｋＰａ、洩入エアの分圧は５ｋＰａとなる（表３−ｄ参照）。
【００７４】
このようにして第２の放湿空間２１に昇圧された水蒸気が導入されると、第３の水蒸気分離膜２２を挟んで水蒸気圧の差が生じる。具体的には、大気に開放された側の水蒸気分圧は約３．０ｋＰａであり、第２の放湿空間２１の水蒸気分圧は１５ｋＰａであるため、第２の放湿空間２１に導入された水蒸気は、その水蒸気分圧が３ｋＰａとなるまで、第３の水蒸気分離膜２２を透過して大気中に放出される。一方、第２の放湿空間２１のエアの分圧は、（２０ｋＰａ−３ｋＰａ＝）１７ｋＰａとなるため、第２の放湿空間２１のエアのモル流量は、入口に対して、５ｋＰａ／１７ｋＰａ＝０．３倍となる（表３−ｅ参照）。
【００７５】
そして、２つの放湿ユニットを通すことによって、モル流量が０．０２×０．３＝０．００６倍となった気体を、３段目ブロア（排気用ブロア）３０で大気圧まで昇圧して大気中に放出する。
なお、本実施形態において、多段に構成した放湿ユニットの１段目と２段目の役割は異なる。すなわち、１段目放湿ユニットＡの役割は、低い圧力差で水蒸気を排出することであり、２段目放湿ユニットＣ以降の役割は、洩入エア対策である。
【００７６】
（２−３）効果
このように、本実施形態においては、減湿ユニットＡを経た水蒸気中にエアの洩入が０．５％ある場合であっても、放湿手段を多段に構成することにより容易に対応することができる。また、エアの分圧が高くなる結果、その体積は圧縮されるため、２段目ブロア２０及び３段目ブロア３０の流量を小さくすることができるので、運転効率も向上する。
【００７７】
（３）第３実施形態
（３−１）構成
本実施形態は、上記第２実施形態の変形例であって、多段に構成した放湿手段の２段目を凝縮ユニットとしたものである。すなわち、本実施形態の除湿システムにおいては、図４に示すように、図１に示した放湿ユニットＢの下流側に、２段目ブロア２０を介して、凝縮ユニットＤが配設されている。
この凝縮ユニットＤとしては、例えば、図５に示すような縦型の放熱コイルによる水分凝縮器Ｅを用いてもよい。また、水冷式だけでなく、空冷式等種々の形態の凝縮ユニットを用いることができる。
【００７８】
なお、本実施形態においては、水分凝縮器を放湿ユニットＢの後段に１段だけ設けたが、水分凝縮器を多段に設けて、順次水蒸気を分離することで、放湿空間に残存する空気の濃度をより高くしてから、外部に排気することも可能である。また、上記第２実施形態に示した２段目放湿用ユニットＣとこの水分凝縮器を１段あるいは複数段ずつ組み合わせて１段目放湿ユニットＢに接続することで、より水分の除去率を向上させると共に空気の濃度を高くしてから外部に排出することもできる。
【００７９】
（３−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の除湿システムも、上記第２実施形態と同様の作用・効果を得ることができるだけでなく、放湿ユニットの２段目に、安価で丈夫な凝縮ユニットＤを用いることにより、コストの削減を図ることができる。
【００８０】
（４）第４実施形態
（４−１）構成
本実施形態は、洩入エアを２段目ブロア（抽気用ブロア）により直接大気に放出するようにしたものである。すなわち、処理空気量が多い場合は、動力の節減効果を図るべく、上記第２、第３実施形態に示したように放湿手段を多段に構成し、処理空気量が少ない場合は、装置の簡素化を図るべく、放湿手段を１段構成とし、２段目ブロア（抽気用ブロア）によって、洩入エアを直接大気に放出してもよい。
具体的には、図６に示すように、放湿ユニットＢの下流側に設けられた２段目ブロア２０で１００ｋＰａに昇圧した後、そのまま大気に放出するように構成されている。
【００８１】
（４−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態の除湿システムは、以下のように作用する。すなわち、上記第２実施形態で述べたように、放湿ユニットＢの第２の水蒸気分離膜１０を介して水蒸気が大気中に放出された後、放湿ユニットＢの放湿空間１１のエアの分圧は１ｋＰａとなるため、流量は１／５０に圧縮されている。従って、このエアを大気中に放出するために１００ｋＰａに加圧するのは、従来の方法に比べて、少ない動力で済む。
【００８２】
（５）減湿ユニット及び放湿ユニットの構成
続いて、上記減湿ユニット及び放湿ユニットの具体的な構成について説明する。まず、減湿ユニットＡは、例えば図７に示したように構成されている。すなわち、空調対象となる取入れ外気が流れる空調系エア流路３１（図１の空調空間３に相当する）と、この外気から分離された水蒸気が流れる水蒸気流路３２（図１の水蒸気空間２に相当する）とが、互いに直交する方向に交互に積層されている。また、水蒸気流路３２は、出口側チャンバ３３に取り付けられた配管３４（図１の配管１３に相当する）によって、１段目ブロアに接続されている。
【００８３】
また、放湿ユニットＢは、例えば図８に示したように構成されている。すなわち、１段目ブロアを経た水蒸気が流れる放湿系流路３５（図１の放湿空間１１に相当する）と、水蒸気分離膜を透過した水蒸気を大気中へ放出するための排気用空気（外気又は室内排気）が流れる排気系流路３６（図１の排気空間１４に相当する）とが、互いに直交する方向に交互に積層されている。また、１段目ブロアを経た水蒸気は、まず、入口側チャンバ３７を介して、放湿ユニットＢの内部に取り入れられ、出口側チャンバ３８に取り付けられた配管３９（図２の配管２３に相当する）によって、２段目ブロア（抽気用ブロア）に接続されている。
【００８４】
また、図７及び図８に示した各流路には、上記各実施形態で詳述した水蒸気分離膜を備えた膜モジュールが密着して配設されている。この膜モジュールは、各流路内を減圧吸引しても、水蒸気分離膜が破損することがないようにするため、以下に述べるような構成とされている。
なお、図７に示した減湿ユニットは、水蒸気分離膜を挟んで、空調用空気と除湿された水蒸気の流れる方向が互いに直交する直交流型であるが、これらの気体が対向して流れる対向流型とすることもできる。また、図８に示した放湿ユニットも同様である。
【００８５】
（５−１）膜モジュール
上記実施形態に示した水蒸気分離膜は、拡散用の不織布等と組み合わされて、膜モジュールを形成している。すなわち、膜モジュール４０は、図９に示すように、水蒸気分離膜本体４１、拡散用の不織布等４２、複数個の小さな穴が形成された第１のパンチングメタル４３、減圧吸引流路となる断面形状が波形のセパレータ４４及び第２のパンチングメタル４５とが、順次積層されて構成されている。そして、この膜モジュール４０と、空調系エア流路を構成する断面形状が波形のセパレータ４６とが、互いの流路が直交するように積層されて、積層単位モジュール４７が構成されている。
【００８６】
なお、この積層単位モジュール４７を所定個数積層することにより積層モジュールが形成され、さらにその側面に、入口チャンバや出口チャンバを取り付けることによって、上記減湿ユニット及び放湿ユニットが形成されている。また、上記拡散用の不織布等４２は、パンチングメタル４３，４５に形成された穴位置以外の水蒸気分離膜部分を有効にするために用いられている。
【００８７】
また、上記膜モジュールを作成する場合、図１０に示したように、水蒸気分離膜６１と拡散材６２とを予め複合素材として製造しておくこともできる。この場合、予め拡散機能付き水蒸気分離膜が得られているので、図９に示すような水蒸気分離膜と拡散材とを積層する工程が不要となるため、組立工程の簡略化が図れる。
【００８８】
（５−２）膜モジュールの補強部材
上記の膜モジュールを真空に耐え得る構造とするために、以下のような補強部材を用いることが望ましい。
例えば、図１１に示したように、焼結金属又は多孔質セラミック等の硬い材料からなるブロック状部材５０の内部に、減圧吸引流路となる貫通孔５１を形成して、膜モジュールの補強部材とすることができる。また、図１２に示したように、アルミ引き抜き材等でパンチングブロック７１を作成し、その内部に減圧吸引流路となる貫通孔７２を形成して、膜モジュールの補強部材とすることもできる。
【００８９】
また、図１３に示すように、パンチングメタル板７３に突起７４を設けたり、スペーサーを挿入して、減圧吸引流路７５を形成し、膜モジュールの補強部材とすることができる。さらに、図１４に示すようなパイプ型モジュールにおいては、流路を穴明きの金属パイプ、焼結金属、セラミックス、多孔質ガラス７６等で形成し、不織布等の拡散・クッション材７７を介在させた上で、分離膜７８を貼ることにより、吸引密着による分離膜の有効面積減少や応力による破損を防ぐことができる。
【００９０】
そして、図１５に示したように、直交流型または対向流型の積層モジュールにおいて、上記水蒸気流路３２あるいは放湿系流路３５を、上記ブロック状部材や多孔質材料９１（焼結金属、セラミックス、多孔質ガラス等）で形成し、その表面に不織布等の拡散・クッション材を介在させた上で、水蒸気分離膜を配設することにより、吸引密着による水蒸気分離膜の有効面積の減少や応力破損を防ぐことができる。
【００９１】
そして、上記水蒸気流路３２あるいは放湿系流路３５を形成する多孔質材料９１と水蒸気分離膜を有する膜モジュール４０を、空調系エア流路３１あるいは排気系流路３６を構成するセパレータと共に、互いの流路が直交するように積層して、減湿ユニットあるいは放湿ユニットを構成すれば、真空に耐え得る構造とすることができる。
【００９２】
（５−３）放湿ユニットの効率の向上
上記放湿ユニットにおいては、排出系側の水蒸気分離膜流路９２内において水蒸気が透過流出することにより、空気が取り残され、その成分比が高まっていく。それと同時に、ガス流量が減るため、出口に行く程、ガス流速が低下する。その結果、図１６に示すように、エアの拡散力が卓越してしまうため、濃縮したエアが入口側へ拡散・逆流し、入口部分の水蒸気分圧を下げ、排気側への透過流量を減らしてしまうおそれがある。
【００９３】
このようなガス拡散の影響を小さくするためには、出口付近の流速をある程度以上に保つ必要がある。このように出口付近の流速をある程度以上に保つ方法としては、流路の断面積を順次小さくしていく方法が考えられる。すなわち、図１７に示すように、１段目ブロアを介して、排気系空気を１段目放湿ユニット８０の入口チャンバ８２に導入した後、中間チャンバ８３ａ，８３ｂ，８３ｃで折り返す毎に、その流量に見合うような流路断面積に狭めていく。そして、２段目ブロア８４を介して接続される２段目放湿ユニットも同様の構成とすることにより、各段の放湿ユニットの出口付近の流速を、必要な最低流速以上に保つことができる。
【００９４】
また、放湿ユニットに水分凝縮器９３を用いた場合も、図１８に示すように、ヘッダー毎に細管９４の本数を減らすことにより、出口付近の流速を必要な最低流速以上に保つことができる。
【００９５】
なお、放湿ユニット全体の入口・出口の流量比が大きい場合は、ある最低速度以上を保てるように、折り返し回数を多くする。また、複数個の放湿ユニットを、その流路断面積を変えて直線的に配列することもできる。
また、外調機としての処理負荷が変動し、小さくなった場合（例えば、夏→秋）には、バンクを切り替えて一部のみを使う方法、ブロアから直接適当な中間チャンバへ導入する方法等を用いて、最低流速以上を保つようにすることもできる。
【００９６】
更に、気流方向を下向きとすることにより、エアと水蒸気の混合を防止することができる。すなわち、気体の重さはその質量数に比例し、Ｎ２の質量数は２８、Ｏ２は３２、Ｈ２Ｏは１８であるために、水蒸気よりエアのほうが重い。この性質を利用して、図１９に示すように、放湿ユニットの放湿系流路３５において、気流方向を下向きとすることにより、エアと水蒸気の混合を防ぐことができる。また、気流方向は必ずしも真下である必要はなく、水平からある角度をもって下方へ傾けた構造でもよい。
【００９７】
（６）他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。例えば、本発明に使用される高遮蔽型無孔系全熱交換シートとしては、パルプを抄紙することにより製造したものも使用することができるが、その他、多孔質ポリオレフィン樹脂フィルムなどの多孔質熱可塑性樹脂フィルムや、これらの樹脂にパルプなどの充填材を混合して成型したフィルムを使用することができる。
【００９８】
また、上記各実施形態では、除湿用ブロア、抽気用ブロア及び排気用ブロアを、それぞれ１台のブロアとして説明したが、加圧あるいは吸引する水蒸気や空気の圧力によっては、複数台の機器を組み合わせて各ブロアを構成することも可能である。また、本明細書では、水蒸気や空気を加圧吸引する装置をブロアと総称しているが、このブロアには、従来技術で述べられているような、圧縮機や真空ポンプ等、同様な機能を有する装置が含まれるものである。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、除湿に要するエネルギを小さくでき、空調におけるランニングコストの削減、ＣＯ２削減対策となる。また、冷凍機の容量を小さく選定でき、高温で運転できるため、ＣＯＰが向上し、省エネとなる。
【０１００】
具体的には、水蒸気分離膜として、圧力損失が少なく、低い水蒸気分圧差で水蒸気を透過する素材、例えば、高遮蔽型無孔系全熱交換シートを採用することにより、放湿用空気として乾燥空気を使用することなく、外気、室内空気や室内排気をそのまま利用することのできる除湿システムを提供することができる。
【０１０１】
また、混入空気があった場合でも、水蒸気とエアの再混合を防ぐべく流路を工夫し、エア比率の高くなった少量の気体をブロアで昇圧して、多段に構成した放湿ユニット等を通して、更に気体容量を小さくしてから排気用ブロアで排出することにより、連続運転を可能とした除湿システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る除湿システムの第１実施形態の構成を示す概略図
【図２】本発明に係る除湿システムの第２実施形態の構成を示す概略図
【図３】第２実施形態における系内の全圧と水蒸気分圧の分布を示す図
【図４】本発明に係る除湿システムの第３実施形態の構成を示す概略図
【図５】縦型の放熱コイルを用いた水分凝縮器の一例を示す斜視図
【図６】本発明に係る除湿システムの第４実施形態の構成を示す概略図
【図７】減湿ユニットＡの構成を示す斜視図
【図８】放湿ユニットＢの構成を示す斜視図
【図９】水蒸気分離膜を備えた膜モジュールの構成を示す分解斜視図
【図１０】拡散機能付き水蒸気分離膜の構成を示す斜視図
【図１１】膜モジュールの補強部材の一例を示す斜視図
【図１２】膜モジュールの補強部材の一例を示す斜視図
【図１３】膜モジュールの補強部材の一例を示す斜視図
【図１４】パイプ型モジュールの構成を示す斜視図
【図１５】積層モジュールの構成を示す斜視図
【図１６】排出系の水蒸気分離膜流路内におけるガスの流れ及び空気分子の動きを示す図
【図１７】下流側の流路断面積を順次狭めた放湿ユニットの構成を示す斜視図
【図１８】下流側の流路断面積を順次狭めた水分凝縮器の構成を示す斜視図
【図１９】気流方向を下向きにした放湿ユニットの構成を示す斜視図
【図２０】従来の除湿システムの構成を示す図
【符号の説明】
１…第１の水蒸気分離膜
２…水蒸気空間
３…空調空間
１０…第２の水蒸気分離膜
１１…放湿空間
１２…１段目ブロア（除湿用ブロア）
１３…配管
１４…排気空間
２０…２段目ブロア（抽気用ブロア）
２１…第２の放湿空間
２２…第３の水蒸気分離膜
２３…配管
３０…３段目ブロア（排気用ブロア）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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