(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように前記第１気体よりも相対湿度が低い第２気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記第１多孔質膜の延びている方向と交差する方向における前記空気層の寸法は、０．３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下である湿度交換器。
【請求項２】
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように前記第１気体よりも相対湿度が低い第２気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記第１多孔質膜の膜厚方向の熱抵抗をＲ１（ｍ２・Ｋ／Ｗ）、前記第２多孔質膜２２の膜厚方向の熱抵抗をＲ２（ｍ２・Ｋ／Ｗ）とした時、前記空気層の厚み方向の熱抵抗Ｒ３（ｍ２・Ｋ／Ｗ）は、
Ｒ３＞Ｒ１ かつ  Ｒ３＞Ｒ２
になるように前記空気層は、その厚み寸法を有する湿度交換器。
【請求項３】
前記第１気体を加熱して前記第２気体を生成する加熱部を備える請求項１又は請求項２に記載の湿度交換器。
【請求項４】
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に設けられ、前記第１多孔質膜よりも水蒸気の吸着性が高い第１吸着層を備える請求項１又は請求項２に記載の湿度交換器。
【請求項５】
前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側に設けられ、前記第２多孔質膜よりも水蒸気の吸着性が高い第２吸着層を備える請求項１又は請求項２に記載の湿度交換器。
【請求項６】
前記第１多孔質膜は、固体高分子膜およびガラス繊維膜のいずれかである請求項１又は請求項２に記載の湿度交換器。
【請求項７】
前記第１多孔質膜は、円筒形をなし、
前記第２多孔質膜は、前記第１多孔質膜の内側に配置されるとともに円筒形をなし、
前記第２気体の相対湿度は、前記第１気体の相対湿度よりも低い請求項１又は請求項２に記載の湿度交換器。
【請求項８】
湿度交換器を具備する空気調和システムであって、
前記湿度交換器は、
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように前記第１気体よりも相対湿度が低い第２気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記第１多孔質膜の延びている方向と交差する方向における前記空気層の寸法は、０．３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下である空気調和システム。
【請求項９】
湿度交換器を具備する空気調和システムであって、
前記湿度交換器は、
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように前記第１気体よりも相対湿度が低い第２気体を供給する気体供給部と、
を備え、
前記第１多孔質膜の膜厚方向の熱抵抗をＲ１（ｍ２・Ｋ／Ｗ）、前記第２多孔質膜２２の膜厚方向の熱抵抗をＲ２（ｍ２・Ｋ／Ｗ）とした時、前記空気層の厚み方向の熱抵抗Ｒ３（ｍ２・Ｋ／Ｗ）は、
Ｒ３＞Ｒ１ かつ  Ｒ３＞Ｒ２
になるように前記空気層は、その厚み寸法を有する空気調和システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、２つの気体間で湿度交換可能な湿度交換器、空気調和システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの気体間に含まれる水分を交換する装置として、多孔質膜を用いた湿度交換器が知られている。多孔質膜の一方の面に水分濃度の高い第１気体を流し、他方の面に第１気体に対して相対的に水分濃度の低い第２気体を流し、多孔質膜を介して気体間の水分を交換する（特許文献１参照）。
【０００３】
水蒸気の透過が可能な装置の他の例として、潜熱交換膜がある。この潜熱交換膜では、断熱基材により断熱基材の両側にある気体間で熱の移動を抑制しつつ、部分的に設けた親水性有機高分子膜により水蒸気を透過させる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２９３９１号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多孔質膜の厚さおよび多孔質膜の湿度交換量はトレードオフの関係にある。このため、湿度交換量を増やすには多孔質膜を薄膜化する必要がある。一方、水分のみを選択的に交換させたい場合であっても、第１気体と第２気体との間で温度が異なる場合には、薄膜化によって両者間の温度交換が促進されてしまう。一方、特許文献２のように、断熱基材を設ける場合でも、断熱基材自体が湿度交換できないため、湿度交換量が低い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の湿度交換器は、水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、前記第１の多孔膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように第２気体を供給する気体供給部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態の空気調和システムの全体構成を示した模式図。
【図２】図１に示す空気調和システムの湿度交換器を拡大して示した模式図。
【図３】第２実施形態の空気調和システムの湿度交換器を示した模式図。
【図４】第３実施形態の空気調和システムの湿度交換器を示した模式図。
【図５】第４実施形態の空気調和システムの湿度交換器を示した模式図。
【図６】第５実施形態の空気調和システムの湿度交換器を示した模式図。
【図７】第６実施形態の空気調和システムの湿度交換器を示した模式図。
【図８】第７実施形態の空気調和システムの全体構成を示した模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[第１実施形態] 
以下、実施の形態に係る空気調和システムを、図１、図２を参照して詳細に説明する。本実施形態の空気調和システムは、室内の換気を行うとともに室内の湿度の調節を行うことで、室内にいる人の快適性を向上する目的で設けられている。
【０００９】
図１に示すように、空気調和システム１１は、建物内部の室内空間１２と、建物外に設けられた湿度交換器１３と、湿度交換器１３と室内空間１２とを接続する接続配管１４と、を具備している。接続配管１４は、第１通風路１６の出口と室内空間１２とを接続する。
【００１０】
図２に示すように、湿度交換器１３は、箱状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部に設けられた第１通風路１６および第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、第２通風路１７に供給される気体を加熱する加熱部２４と、を有している。
【００１１】
気体供給部２３は、第１通風路１６および加熱部２４に第１気体を供給することが可能な送風部２５と、第１通風路１６および第２通風路１７の両方に接続するように分岐した分岐配管２６と、を有する。分岐配管２６は、第１通風路１６に接続した第１分岐２６Ａと、第２通風路１７に接続した第２分岐２６Ｂと、を有している。送風部２５は、一般的に入手可能な送風ブロワや空気ポンプ等で構成されている。第１気体は、例えば湿気（水分）を含んだ空気（外気）で構成されている。
【００１２】
加熱部２４は、第２分岐２６Ｂの途中に設けられている。加熱部２４は、送風部２５から供給された第１気体に熱を加えることが可能な熱交換器である。加熱部２４は、加熱熱源としてヒータやヒートポンプを含んでいる。加熱部２４の加熱熱源としては、これらに限定されるものではなく、例えば、エアコンの排熱や、工場から排出された温水、或いは家庭内で使用された温水等を用いることができる。加熱部２４は、送風部２５から供給された第１気体を温めて、第２通風路１７に供給する第２気体を生成することができる。第２気体は、第１気体から生成されるため、その組成は第１気体と同様であるが、第１気体よりも温度が高い。このため、第２気体の相対湿度は、第１気体の相対湿度よりも小さくなっている。
【００１３】
第１通風路１６は、除湿対象となる気体（第１気体）が通される除湿側通風路であり、本体ケース１５の内部でダクト状に形成されている。第１通風路１６には、第１気体が例えば鉛直方向の下側から上側に向かって流される。第２通風路１７は、加湿対象となる気体（第２気体）が通される加湿側通風路であり、第１通風路１６と同様に本体ケース１５の内部でダクト状に形成されている。第２通風路１７には、第２気体が第１気体とは逆向きに流される。すなわち、第２気体は、鉛直方向の上側から下側に向かって流されている。
【００１４】
第１多孔質膜２１は、水蒸気の透過性および吸着性を有する。第１多孔質膜２１は、例えば固体高分子膜（ナフィオン（登録商標））で構成されている。第１多孔質膜２１は、固体高分子膜に限定されるものではなく、例えば、ガラス繊維膜、アクリル樹脂膜、シリカ膜、ポリエステル樹脂膜などを用いることもできる。なお、ここでは、ＪＩＳ Ｌ−１０９９  Ａ−１法で定義されている透湿度の評価にて、膜を通した水の透過量が１００g/hour/m2以上有するものを水蒸気の透過性を有する膜と定義している。第１多孔質膜２１の厚み寸法は、数μｍから数十μｍの範囲で設定される。
【００１５】
第２多孔質膜２２は、水蒸気の透過性および吸着性を有する膜である。第２多孔質膜２２は、第１多孔質膜２１と同様に、例えば固体高分子膜（ナフィオン（登録商標））で構成されている。第２多孔質膜２２は、固体高分子膜に限定されるものではなく、例えば、ガラス繊維膜、アクリル樹脂膜、シリカ膜、ポリエステル樹脂膜などを用いることもできる。第２多孔質膜２２の厚み寸法は、数μｍから数十μｍの範囲で設定される。
【００１６】
空気層１８の内部には、空気が保持されている。空気層１８は、第１多孔質膜２１と第２多孔質膜２２とが直接的に接触することを防止する役割を果たす。第１多孔質膜２１の延びている方向と交差する方向における空気層１８の寸法δ（幅寸法）は、好ましくは０．３〜１０ｍｍの範囲で設定される。
【００１７】
空気層１８の内部には、空気の代わりに空気を内部に含む多孔体を充填しても良い。多孔体は、第１多孔質膜２１から第２多孔質膜２２の方向に向けて水蒸気を透過できるもの、例えば互いに連通した微細孔を有しているものが好ましい。多孔体としては、例えばウレタン樹脂や発泡金属などを用いることができる。空気層１８の内部に充填された多孔体は、第１多孔質膜２１と第２多孔質膜２２との間の距離を一定に維持しつつ、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２の変形を防止することができる。
【００１８】
図１、図２を参照して、本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態の空気調和システム１１は、主として夏の高温多湿の環境下において、除湿した空気を建物内部の室内空間１２に供給することができる。
【００１９】
湿度交換器１３が作動すると、外気を取り込んだ送風部２５は、分岐配管２６の第１分岐２６Ａを介して第１気体を第１通風路１６に供給する。これによって、第１気体と接する第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面の含水率が上昇する。その結果、第１多孔質膜２１の第１通風路１６と接する面の含水率は、第１多孔質膜２１の空気層１８と接する面の含水率よりも高くなる。したがって、第１多孔質膜２１内では、第１通風路１６側の面から空気層１８側の面に向かうにつれて、水分濃度が低下するような濃度勾配を生じる。第１多孔質膜２１では、この濃度勾配に従って第１通風路１６側の面から空気層１８側の面に水が輸送（拡散）される。空気層１８中に放出された水蒸気は、拡散によって第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に輸送される。
【００２０】
同様に、湿度交換器１３が作動すると、送風部２５は、外気を取り込んで、分岐配管２６の第２分岐２６Ｂを介して第１気体を加熱部２４に供給する。加熱部２４に供給された第１気体は熱源によって加熱され、温度上昇した第２気体となり第２通風路１７へと供給される。温度上昇した状態の第２気体では相対湿度が下がっている。このため、第２気体と接する第２多孔質膜２２の第２通風路１７側の面の含水率は低下する。一方、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面では、第１多孔質膜２１側から水蒸気の供給を受けることで含水率が上がる。したがって、第２多孔質膜２２において、空気層１８と接する面の含水率は、第２通風路１７と接する面の含水率よりも高くなる。よって、第２多孔質膜２２内では、空気層１８側の面から第２通風路１７側の面へ向かうにつれて、水分濃度が低下するような濃度勾配を生じる。この濃度勾配に従って、第２多孔質膜２２では空気層１８側の面から第２通風路１７側の面に水が輸送（拡散）される。
【００２１】
このようにして、第１通風路１６を流れる第１気体に含まれる湿気（水蒸気）は第１多孔質膜２１、空気層１８、第２多孔質膜２２を通して第２通風路１７に移動し、第２気体中に水蒸気として取り込まれる。この水蒸気を取り込んだ第２気体は、排気口を介して外気に排出される。一方、第１通風路１６において除湿された第１気体（空気）は、接続配管１４を介して室内空間１２に供給される。
【００２２】
ここで、本実施形態のように、湿度交換器１３に空気層１８を設けたことの技術的意義について説明する。例えば、空気層１８が設けられず多孔質膜が１つで構成される湿度交換器を考える。この湿度交換器において、第１気体と第２気体との間で水分濃度が同じであるが両者の温度が異なる場合には、当該多孔質膜を介して第１気体と第２気体との間で熱交換を生じる。例えば、第１気体に対して第２気体の水分濃度が低く、かつ第１気体よりも第２気体の温度が高い場合には、第２気体から第１気体への熱の移動を生じることとなる。
【００２３】
一般に、多孔質膜の含水率は、多孔質膜に接する気体の相対湿度に依存する。このため、熱の移動により第１気体の温度が上昇すると第１気体の相対湿度が低下し、多孔質膜の第１通風路１６（除湿側通風路）側の面の含水率が低下する。一方、第２気体の温度が下がると第２気体の相対湿度が増加し、多孔質膜の第２通風路１７（加湿側通風路）側の面の含水率が増加する。これにより、多孔質膜内での水分濃度（含水率）の濃度勾配が小さくなり、水の移動量が低下してしまう恐れがある。
【００２４】
本実施形態では、第１多孔質膜２１と第２多孔質膜２２の間に空気層１８を配置することで、第１気体と第２気体との間を熱的に遮断し、両気体間での熱交換を防止できる。また、空気層は、第１多孔質膜２１の膜厚方向の熱抵抗をＲ１（ｍ２・Ｋ／Ｗ）、第２多孔質膜２２の膜厚方向の熱抵抗をＲ２（ｍ２・Ｋ／Ｗ）とした時、空気層１８の厚み方向の熱抵抗Ｒ３（ｍ２・Ｋ／Ｗ）が式（１）になるように空気層１８の厚み寸法δ（幅寸法）が調整される。
【００２５】
Ｒ３＞Ｒ１ かつ  Ｒ３＞Ｒ２  …  式（１）
熱抵抗は、材料（空気層）の厚みに比例し、材料（空気）の熱伝導率に反比例する。また、空気層１８の厚み方向に関する熱抵抗値は、厚み寸法δがある一定以上になると空気層１８内で対流が発生して値が低下する。よって、空気層１８の厚み寸法δは、空気層１８内に対流が発生しない範囲、好ましくはδ＝０．３〜１０ｍｍの範囲で設定されることが好ましい。これにより、第１気体−第２気体間の熱交換を抑制できる。また、上記厚み寸法であれば、空気層１８内の水の透過抵抗を第１多孔質膜２１内および第２多孔質膜２２内の水の透過抵抗よりも小さくできる。これにより、空気層１８を設けたことに起因した水輸送性能の低下を抑制できる。以上より、第１気体から第２気体への水の受け渡しを促進できる。
【００２６】
第１実施形態によれば、空気調和システム１１は、湿度交換器１３を具備し、湿度交換器１３は、水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜２１と、第１多孔質膜２１と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜２２と、第１多孔質膜２１と第２多孔質膜２２との間に設けられた空気層１８と、第１多孔質膜２１の空気層１８と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、第２多孔質膜２２の空気層１８と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように第２気体を供給する気体供給部２３と、を備える。
【００２７】
一般に、多孔質膜を介する湿度交換量は、第１気体と接する多孔質膜の表面と第２気体と接する多孔質膜の表面との水分濃度差（含水率差）に比例し、多孔質膜の厚みに反比例する。そして、湿度交換量を増加させるために多孔質膜を薄くすると、第１気体と第２気体との間の熱交換が促進されてしまう問題がある。
【００２８】
上記の構成によれば、空気層１８によって第１気体と第２気体との間の熱交換を抑制することができる。これによって、第２気体から第１気体への熱の移動を防止して、第１気体の相対湿度の低下および第２気体の相対湿度の上昇を防止できる。このため、第１気体−第２気体間の相対湿度の差を維持して、第１多孔質膜２１における含水率の勾配および第２多孔質膜２２における含水率の勾配を保持できる。同様に、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２の薄型化を図ることができ、これにより第１気体−第２気体間の湿度交換を促進できる。以上より、第１気体から第２気体への水の移動、すなわち第１気体の除湿を促進することができる。したがって本実施形態の空気調和システム１１によれば、除湿された第１気体を室内空間１２に供給することで、室内にいる人の快適性を向上できる。
【００２９】
また、上記構成によれば、一般的なエアコンに設けられるコンプレッサーが不要であり、単に送風を行う気体供給部２３が設けられていればよい。このため、本実施形態の空気調和システム１１によれば、コンプレッサーを有するエアコンに比して、少ない電力で室内にいる人の快適性を向上できる。これによって、空気調和システム１１の省電力化を促進できる。
【００３０】
この場合、空気調和システム１１は、第１気体を加熱して前記第２気体を生成する加熱部２４を備える。この構成によれば、第２気体の温度を上昇させて第２気体の相対湿度を低下させることができる。これによって、第１気体−第２気体間の湿度交換量を増大させることができ、空気調和システム１１の除湿効率の高くすることができる。
【００３１】
第１多孔質膜２１の延びている方向と交差する方向における空気層１８の寸法は、０．３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下である。この構成によれば、空気層１８の厚み寸法δを空気層１８内に対流が発生しない範囲で設定することができ、空気層１８の熱抵抗を高くすることができる。これによって、第１気体と第２気体との間の熱交換を抑制して、第１気体から第２気体への水の移動を促進できる。
【００３２】
[第２実施形態]
続いて、図３を参照して、空気調和システム１１の第２実施形態について説明する。空気調和システム１１の第２実施形態は、湿度交換器１３の気体供給部２３の構成が異なる点、および加熱部２４が設けられない点で、第１実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第１実施形態と同じである。このため、主として第１実施形態と異なる部分について以下に説明し、第１実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００３３】
気体供給部２３は、第１通風路１６に第１気体を供給することが可能な第１送風部２５と、第２通風路１７に第２気体を供給することが可能な第２送風部２５と、を有する。第１送風部２５は、第１通風路１６と直結されている。第２送風部２５は、第２通風路１７と直結されている。第１送風部２５および第２送風部２５は、一般的に入手可能な送風ブロワや空気ポンプ等で構成されている。
【００３４】
第１気体は、例えば湿気（水分）を含んだ空気（外気）で構成されている。第２気体は、第１気体と同じ種類（組成）の気体、すなわち、空気で構成されている。本実施形態では、第１気体よりも気体中に含まれる水分濃度（絶対湿度ｍｏｌ／ｍ３）が小さいものを第２気体として使用する。第１実施形態と同様に、空気層１８の内部には、空隙を有する多孔体を充填しても良い。
【００３５】
本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態の空気調和システム１１は、例えば、夏の高温多湿の環境下において、除湿した空気を建物内部の室内空間１２に供給できる。
【００３６】
湿度交換器１３が作動すると、第１送風部２５が第１気体（外気）を取り込んで、第１気体を第１通風路１６に供給する。これと同時に、第２送風部２５が第２気体を取り込んで、第２気体を第２通風路１７に供給する。そして、第１気体に含まれる水分は第１多孔質膜２１に吸着され、第１多孔質膜２１の含水率が増加する。一方、第２気体に含まれる水分も第２多孔質膜２２に吸着されるが、第２気体に含まれる水分濃度が第１気体よりも低いため、第２多孔質膜２２の含水率は第１多孔質膜２１よりも低くなる。その結果、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２のそれぞれにおいて、第１通風路１６側から第２通風路１７側に向かうにつれて水分濃度が低下するように濃度勾配を生じる。この水分濃度（含水率）の勾配にしたがって、第１気体から第２気体に水が受け渡される。
【００３７】
第１通風路１６において除湿された第１気体は、接続配管１４を介して室内空間１２に供給される。また、第１気体に含まれる湿気（水蒸気）は、第１多孔質膜２１、空気層１８、第２多孔質膜２２を介して第２気体に受け渡される。水蒸気を取り込んだ第２気体は、排気口を介して外気へと排出される。
【００３８】
第２実施形態によれば、気体供給部２３として第１送風部２５と第２送風部２５とを設けた場合であっても、第１気体の除湿および第２気体の加湿を効率よく行うことができる。そして、室内空間１２に除湿された第１気体を供給することで、室内にいる人の快適性を向上できる。また、上記構成によれば、コンプレッサーが不要であるため、極めて少ない電力で室内にいる人の快適性を向上できる。これによって、省電力化した空気調和システム１１を提供できる。
【００３９】
[第３実施形態]
続いて、図４を参照して、空気調和システム１１の第３実施形態について説明する。第３実施形態の空気調和システム１１は、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面に第１吸着層３１が設けられる点で第２実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第２実施形態と同じである。このため、主として第２実施形態と異なる部分について以下に説明し、第２実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００４０】
湿度交換器１３は、箱状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部に設けられた第１通風路１６および第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面に設けられた第１吸着層３１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、を有している。
【００４１】
第１吸着層３１は、第１多孔質膜２１よりも吸湿性の高い物質で構成されている。第１吸着層３１としては、例えば、ゼオライトを用いることができる。第１吸着層３１は、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側（空気層１８と対向する側とは反対側）の面に対して接着されている。第１吸着層３１は、第１多孔質膜２１と一体になるように第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面上に形成されていてもよい。
【００４２】
なお、基材の吸湿性は、一定の水蒸気濃度の環境下に基材の膜もしくは層を配置して、単位重量あたりの重量変化を測定することで算出できる。すなわち、水蒸気による重量増加が多いほど吸湿性が高い基材といえる。また、第１実施形態と同様に、空気層１８の内部には、空隙を有する多孔体を充填しても良い。
【００４３】
本実施形態の空気調和システムの作用について説明する。本実施形態では、吸湿性の高い第１吸着層３１が設けられているため、第２実施形態に比して、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面の含水率を高くすることができる。このため、第１多孔質膜２１内に設けられる水分濃度の勾配（第１通風路１６側の面から空気層１８側の面に向かうにつれて、含水率が低下する勾配）は、第２実施形態よりも急になっている。このため、本実施形態では、第１多孔質膜２１における濃度勾配による輸送（拡散）が第２実施形態よりも促進され、第１気体から第２気体への水の受け渡しがより効率的になされる。
【００４４】
第３実施形態によれば、空気調和システム１１は、第１多孔質膜２１の空気層１８と対向する側とは反対側に設けられ、第１多孔質膜２１よりも水蒸気の吸着性が高い第１吸着層３１を備える。この構成によれば、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面で吸湿性を向上することができ、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側の面と空気層１８側の面との間で含水率（水分濃度）に十分な差を持たせることができる。これによって、含水率差（水分濃度差）に依存した水の輸送（拡散）を促進することができ、第１気体の除湿および第２気体の加湿を効率よく行うことができる。これによって、より省電力化した空気調和システム１１を提供できる。なお、本実施形態の空気調和システム１１に第１実施形態の加熱部２４と分岐配管２６とを適用することもできる。
【００４５】
[第４実施形態]
続いて、図５を参照して、空気調和システム１１の第４実施形態について説明する。第４実施形態の空気調和システム１１は、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に第２吸着層３２が設けられる点で第２実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第２実施形態と同じである。このため、主として第２実施形態と異なる部分について以下に説明し、第２実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００４６】
湿度交換器１３は、箱状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部に設けられた第１通風路１６および第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に設けられた第２吸着層３２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、を有している。
【００４７】
第２吸着層３２は、第２多孔質膜２２よりも吸湿性の高い物質で構成されている。第２吸着層３２としては、例えば、ゼオライトを用いることができる。第２吸着層３２は、第２多孔質膜２２の空気層１８と対向する側の面に対して（空気層１８に面して）接着されている。第２吸着層３２は、第２多孔質膜２２と一体になるように第２多孔質膜２２の空気層１８側の面上に形成されていてもよい。なお、第１実施形態と同様に、空気層１８の内部には、空隙を有する多孔体を充填しても良い。
【００４８】
本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態では、吸湿性の高い第２吸着層３２が設けられているため、第２実施形態に比して、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面の含水率を高くすることができる。このため、第２多孔質膜２２内に設けられる水分濃度の勾配（空気層１８側の面から第２通風路１７側の面に向かうにつれて、含水率が低下する勾配）は、第２実施形態よりも急になっている。このため、本実施形態では、第２多孔質膜２２における濃度勾配による輸送（拡散）が第２実施形態よりも促進され、第１気体から第２気体への水の受け渡しがより効率的になされる。
【００４９】
第４実施形態によれば、空気調和システム１１は、第２多孔質膜２２の空気層１８と対向する側に設けられ、第２多孔質膜２２よりも水蒸気の吸着性が高い第２吸着層３２を備える。この構成によれば、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面で吸湿性を向上することができ、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面と第２通風路１７側の面との間で含水率（水分濃度）に十分な差を持たせることができる。これによって、含水率差（水分濃度差）に依存した水の輸送（拡散）を促進することができ、第１気体の除湿および第２気体の加湿を効率よく行うことができる。これによって、より省電力化した空気調和システム１１を提供できる。なお、本実施形態の空気調和システム１１に第１実施形態の加熱部２４と分岐配管２６とを適用することもできる。
【００５０】
[第５実施形態]
続いて、図６を参照して、空気調和システム１１の第５実施形態について説明する。第５実施形態の空気調和システム１１は、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に第２吸着層３２が設けられる点で図４に示す第３実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第３実施形態と同じである。このため、主として第３実施形態と異なる部分について以下に説明し、第３実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００５１】
湿度交換器１３は、箱状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部に設けられた第１通風路１６および第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に設けられた第２吸着層３２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、を有している。
【００５２】
第２吸着層３２は、第２多孔質膜２２よりも吸湿性の高い物質で構成されている。第２吸着層３２としては、例えば、ゼオライトを用いることができる。第２吸着層３２は、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に対して接着されているか、或いは第２多孔質膜２２と一体になるように第２多孔質膜２２の空気層１８側の面上に形成されている。なお、第１実施形態と同様に、空気層１８の内部には、空隙を有する多孔体を充填しても良い。
【００５３】
本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態では、第１多孔質膜２１に第１吸着層３１を設けることに加えて、第２多孔質膜２２に第２吸着層３２を設けているため、第３実施形態に比して、第２多孔質膜２２の空気層１８側の面の含水率を高くすることができる。このため、第２多孔質膜２２内に設けられる水分濃度の勾配（空気層１８側の面から第２通風路１７側の面に向かうにつれて、含水率が低下する勾配）を第３実施形態よりも急にすることができる。これにより、本実施形態では、第２多孔質膜２２における濃度勾配による水の輸送（拡散）が第３実施形態よりも促進される。
【００５４】
本実施形態によれば、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２において、含水率差（水分濃度差）に依存した水の輸送（拡散）を促進することができ、第１気体の除湿および第２気体の加湿を効率よく行うことができる。これによって、より省電力化した空気調和システム１１を提供できる。なお、本実施形態の空気調和システム１１に第１実施形態の加熱部２４と分岐配管２６とを適用することもできる。
【００５５】
[第６実施形態]
続いて、図７を参照して、空気調和システムの第６実施形態について説明する。空気調和システムの第６実施形態は、湿度交換器１３の本体ケース１５、第１多孔質膜２１、第２多孔質膜２２、および空気層１８が円筒形をなしている点で、第２実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第２実施形態と同じである。このため、主として第２実施形態と異なる部分について以下に説明し、第２実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００５６】
湿度交換器１３は、円筒状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部で本体ケース１５側（外側）に設けられた第１通風路１６と、本体ケース１５の内部で中心側（内側）に設けられた第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置で円筒状に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、を有している。
【００５７】
気体供給部２３は、第１通風路１６に第１気体を供給することが可能な第１送風部２５と、第２通風路１７に第２気体を供給することが可能な第２送風部２５と、を有する。第１送風部２５は、第１通風路１６と接続されている。第２送風部２５は、第２通風路１７と接続されている。第１送風部２５および第２送風部２５は、一般的に入手可能な送風ブロワや空気ポンプ等で構成されている。
【００５８】
第１気体は、例えば湿気（水分）を含んだ空気（外気）で構成されている。第２気体は、第１気体と同じ種類（組成）の気体、すなわち空気で構成されている。本実施形態では、第１気体よりも気体中に含まれる水分濃度（絶対湿度ｍｏｌ／ｍ３）が小さいものを第２気体として使用する。
【００５９】
第１通風路１６は、除湿対象となる気体（第１気体）が通される除湿側通風路であり、円筒状に設けられている。第１通風路１６内において、第１気体は、例えば、図中の右側から左側に流される。第２通風路１７は、加湿される気体（第２気体）が通される加湿側通風路であり、円形に設けられている。第２通風路１７内において、第２気体は第１気体とは逆向きにながされる。第２気体は、図中の左側から右側に向かって流されている。
【００６０】
第１多孔質膜２１は、水蒸気の透過性および吸着性を有する。第１多孔質膜２１の組成は、第２実施形態と同様である。第１多孔質膜２１の組成は、第２実施形態と同様である。第１多孔質膜２１は、円筒状をなしている。第１多孔質膜２１の厚み寸法は、数μｍから数十μｍの範囲で設定される。
【００６１】
第２多孔質膜２２は、水蒸気の透過性および吸着性を有する膜である。第２多孔質膜２２の組成は、第２実施形態と同様である。第２多孔質膜２２は、第１多孔質膜２１よりも直径が小さい円筒状をなしており、第１多孔質膜２１の内側に配置されている。第２多孔質膜２２の厚み寸法は、数μｍから数十μｍの範囲で設定される。
【００６２】
空気層１８の内部には、空気が保持されている。第１多孔質膜２１の延びている方向と交差する方向における空気層１８の寸法δ（幅寸法）は、好ましくは０．３〜１０ｍｍの範囲で設定される。なお、第１実施形態と同様に、空気層１８の内部には、空隙を有する多孔体を充填しても良い。
【００６３】
本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態の空気調和システム１１は、例えば、夏の高温多湿の環境下において、除湿した空気を建物内部の室内空間１２に供給できる。
【００６４】
湿度交換器１３が作動すると、第１送風部２５が第１気体（外気）を取り込んで、第１気体を第１通風路１６に供給する。これと同時に、第２送風部２５が第２気体を取り込んで、第２気体を第２通風路１７に供給する。そして、第１気体に含まれる水分は第１多孔質膜２１に吸着され、第１多孔質膜２１の含水率が増加する。一方、第２気体に含まれる水分も第２多孔質膜２２に吸着されるが、第２気体に含まれる水分濃度が第１気体よりも低いため、第２多孔質膜２２の含水率は第１多孔質膜２１よりも低くなる。
【００６５】
したがって、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２の両方において、第１通風路１６側から第２通風路１７側に向かうにつれて水分濃度（含水率）が低下するように濃度勾配を生じる。ところで、一般的な多孔質膜は、含水率が高くなるにつれて体積が膨張（膨潤）する傾向がある。多孔質膜は、最も水分を含んだ状態で、その体積が１０％程度増加する。本実施形態では、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２のいずれにおいても、含水率が高くなる面が外側に位置される。したがって、例えば、第１多孔質膜２１の第１通風路１６側が膨張したとしても、第１多孔質膜２１には、第１多孔質膜２１の空気層１８側が円弧の内側になるように曲がる力が発生する。このため、第１多孔質膜２１は、元の円筒形の形状を保持しやすい。同様に、第２多孔質膜２２の空気層１８側が膨張したとしても、第２多孔質膜２２には、第２多孔質膜２２の第２通風路１７側が円弧の内側になるように曲がる力が発生する。このため、第２多孔質膜２２においても、元の円筒形の形状を保持しやすい。このため、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２の変形が防止され、空気層１８の厚みが一定に維持される。
【００６６】
上記した第１多孔質膜２１の水分の濃度勾配および第２多孔質膜２２の水分の濃度勾配に基づいて、第１気体側から第２気体側に水が受け渡される。第１通風路１６において除湿された第１気体は、接続配管１４を介して室内空間１２に供給される。また、第１気体に含まれる湿気（水蒸気）は、第１多孔質膜２１、空気層１８、第２多孔質膜２２を介して第２気体に受け渡される。水蒸気を取り込んだ第２気体は、例えば排気口を介して外気へと排出される。
【００６７】
本実施形態によれば、第１多孔質膜２１は、円筒形をなし、第２多孔質膜２２は、第１多孔質膜２１の内側に配置されるとともに円筒形をなし、前記第２気体の相対湿度は、前記第１気体の相対湿度よりも低い。
【００６８】
この構成によれば、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２が水分を含んで膨張したとしても、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２では、内周面側が円弧の内側になるように曲がる力を受ける。このため、第１多孔質膜２１および第２多孔質膜２２において元の円筒形の形状を保持しやすくなり、空気層１８の厚さを維持して当初の性能を維持することができる。また、経年劣化にも強い空気調和システム１１を提供することができる。
【００６９】
なお、本実施形態の空気調和システム１１に第１実施形態の加熱部２４と分岐配管２６とを適用することもできる。また、本実施形態の空気調和システム１１に、第３実施形態の第１吸着層３１および第４実施形態の第２吸着層３２の少なくとも一方を適用することもできる。
【００７０】
[第７実施形態]
続いて、図８を参照して、空気調和システム１１の第７実施形態について説明する。空気調和システム１１の第７実施形態は、第２気体を建物内部の室内空間１２に供給する点で、第１実施形態とは異なっているが、それ以外の部分は第２実施形態と同じである。このため、主として第１実施形態と異なる部分について以下に説明し、第１実施形態と共通する部分については図示または説明を省略する。
【００７１】
図１に示すように、空気調和システム１１は、建物内部の室内空間１２と、建物外に設けられた湿度交換器１３と、湿度交換器１３と室内空間１２とを接続する接続配管１４と、を具備している。第１実施形態とは異なり、接続配管１４は、第２通風路１７の出口と室内空間１２とを接続する。
【００７２】
湿度交換器１３は、箱状の本体ケース１５と、本体ケース１５の内部に設けられた第１通風路１６および第２通風路１７と、第１通風路１６と第２通風路１７との間の位置に設けられた空気層１８と、第１通風路１６と空気層１８との間を仕切る第１多孔質膜２１と、第２通風路１７と空気層１８との間を仕切る第２多孔質膜２２と、第１通風路１６および第２通風路１７に気体を供給する気体供給部２３と、第２通風路１７に供給される気体を加熱する加熱部２４と、を有している。
【００７３】
気体供給部２３は、第１通風路１６および加熱部２４に第１気体を供給することが可能な送風部２５と、第１通風路１６および第２通風路１７の両方に接続するように分岐した分岐配管２６と、を有する。分岐配管２６は、第１通風路１６に接続した第１分岐２６Ａと、第２通風路１７に接続した第２分岐２６Ｂと、を有している。送風部２５は、一般的に入手可能な送風ブロワや空気ポンプ等で構成されている。第１気体は、例えば湿気（水分）を含んだ空気（外気）で構成されている。
【００７４】
加熱部２４は、第２分岐２６Ｂの途中に設けられている。加熱部２４は、送風部２５から供給された第１気体に熱を加える熱交換器である。加熱部２４は、加熱熱源としてヒータやヒートポンプを用いている。加熱部２４の加熱熱源としては、これらに限定されるものではなく、例えば、エアコンの排熱や、工場から排出された温水、或いは家庭内で使用された温水等を用いることができる。加熱部２４は、送風部２５から供給された第１気体を温めて、第２通風路１７に供給する第２気体を生成することができる。第２気体は、第１気体から生成されるため、その組成は第１気体と同様であるが、第１気体よりも温度が高い。このため、第２気体の相対湿度は、第１気体の相対湿度よりも小さくなっている。
【００７５】
第１通風路１６は、除湿対象となる気体（第１気体）が通される除湿側通風路であり、本体ケース１５の内部でダクト状に形成されている。第１気体は、鉛直方向の下側から上側に向かって第１通風路１６内を流される。第２通風路１７は、加湿される気体（第２気体）が通される加湿側通風路であり、第１通風路１６と同様に本体ケース１５の内部でダクト状に形成されている。第２通風路１７内を第２気体が流れる向きは第１通風路１６とは逆向きである。第２気体は、鉛直方向の上側から下側に向かって流されている。
【００７６】
本実施形態の空気調和システム１１の作用について説明する。本実施形態の空気調和システム１１は、主として冬の低温低湿の環境下において、加湿した空気を建物内部の室内空間１２に供給することができる。
【００７７】
湿度交換器１３が作動すると、外気を取り込んだ送風部２５は、分岐配管２６の第１分岐２６Ａを介して第１気体を第１通風路１６に供給する。これによって、第１多孔質膜２１内では、第１通風路１６側の面から空気層１８側の面に向かうにつれて、水分濃度が低下するように濃度勾配を生じる。第１多孔質膜２１内では、この濃度勾配に従って第１通風路１６側の面から空気層１８側の面に水が輸送（拡散）される。空気層１８中に放出された水蒸気は、拡散によって第２多孔質膜２２の空気層１８側の面に輸送される。
【００７８】
同様に、湿度交換器１３が作動すると、送風部２５は、外気を取り込んで、分岐配管２６の第２分岐２６Ｂを介して第１気体を加熱部２４に供給する。加熱部２４に供給された第１気体は熱源によって加熱され、温度上昇した第２気体となり第２通風路１７へと供給される。温度上昇した状態の第２気体では相対湿度が下がっており、第２気体と接する第２多孔質膜２２の第２通風路１７側の面の含水率が低下する。したがって、第２多孔質膜２２内では、空気層１８側の面から第２通風路１７側の面へ向かうにつれて、水分濃度が低下するように濃度勾配を生じる。第２多孔質膜２２内では、この濃度勾配に従って、空気層１８側の面から第２通風路１７側の面に水が輸送（拡散）される。
【００７９】
本実施形態では、第１通風路１６を流れる第１気体に含まれる湿気（水蒸気）は第１多孔質膜２１、空気層１８、第２多孔質膜２２を通して第２通風路１７に移動し、第２気体中に水蒸気として取り込まれる。第２通風路１７において加湿された第２気体（空気）は、接続配管１４を介して室内空間１２に供給される。一方、水蒸気が除去された第１気体は、排気口を介して外気に排出される。
【００８０】
本実施形態の空気調和システム１１によれば、冬の低温低湿の環境下において、加湿した空気を建物内部の室内空間１２に供給することができ、室内にいる人の快適性向上を図ることができる。また、加熱部２４で発生した熱エネルギーを第２気体とともに室内に供給できるため、冬期の室内の温度の維持にも寄与することができる。さらに、一般的なエアコンに設けられるコンプレッサーが不要であり、省電力化した空気調和システム１１を提供できる。
【００８１】
本実施形態の空気調和システム１１では、上記した湿度交換器に代えて、第２実施形態から第６実施形態に開示される湿度交換器１３を個別に用いることも、第２実施形態から第６実施形態に開示される湿度交換器１３を組み合わせて用いることも当然にできる。また、上記の実施形態では、室内にいる人の快適性を向上させる空気調和システム１１に湿度交換器１３を用いた例について説明したが、工業用の用途で湿度交換器１３を使用する場合には、第１気体および第２気体は、水蒸気を含んだ窒素ガス、或いは水蒸気を含んだ二酸化炭素等の排気ガスであってもよい。
【００８２】
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。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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同様に、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。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように第２気体を供給する気体供給部と、
を備える湿度交換器。
［２］
前記第１気体を加熱して前記第２気体を生成する加熱部を備える［１］に記載の湿度交換器。
［３］
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に設けられ、前記第１多孔質膜よりも水蒸気の吸着性が高い第１吸着層を備える［１］に記載の湿度交換器。
［４］
前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側に設けられ、前記第２多孔質膜よりも水蒸気の吸着性が高い第２吸着層を備える［１］に記載の湿度交換器。
［５］
前記第１多孔質膜の延びている方向と交差する方向における前記空気層の寸法は、０．３ｍｍ以上で１０ｍｍ以下である［１］に記載の湿度交換器。
［６］
前記第１多孔質膜は、固体高分子膜およびガラス繊維膜のいずれかである［１］に記載の湿度交換器。
［７］
前記第１多孔質膜は、円筒形をなし、
前記第２多孔質膜は、前記第１多孔質膜の内側に配置されるとともに円筒形をなし、
前記第２気体の相対湿度は、前記第１気体の相対湿度よりも低い［１］に記載の湿度交換器。
［８］
湿度交換器を具備する空気調和システムであって、
前記湿度交換器は、
水蒸気を吸着可能な第１多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と離間して配置されるとともに水蒸気を吸着可能な第２多孔質膜と、
前記第１多孔質膜と第２多孔質膜との間に設けられた空気層と、
前記第１多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に除去対象となる水蒸気を含む第１気体を供給するとともに、前記第２多孔質膜の前記空気層と対向する側とは反対側に当該除去対象となる水蒸気を受け取るように第２気体を供給する気体供給部と、
を備える空気調和システム。
【符号の説明】
【００８３】
１１…空気調和システム、１３…湿度交換器、１８…空気層、２１…第１多孔質膜、２２…第２多孔質膜、２３…気体供給部、２４…加熱部、３１…第１吸着層、３２…第２吸着層。
【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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