(57)【要約】【課題】実用的でかつ効率的な除湿を可能にする水蒸気分離体を提供する。【解決手段】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、第２の空間の水蒸気圧を第１の空間の水蒸気圧より低くすることにより、第１の空間内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る。実施形態の水蒸気分離体１２は、第１の空間に接する、凹凸構造を有する第１の面１４ａと、第２の空間に接する第２の面１４ｂと、第１の面１４ａの少なくとも凹凸構造を構成する壁面１５ａから第２の面１４ｂに通じる細孔１３とを有する多孔質体１４と、多孔質体１４の細孔１３内に存在する水とを備える。【選択図】図２
2017159268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の空間と第２の空間との間に配置され、前記第２の空間の水蒸気圧を前記第１の空間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、
前記第１の空間に接する、凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の空間に接する第２の面と、前記第１の面の少なくとも前記凹凸構造を構成する壁面から前記第２の面に通じる細孔とを有する多孔質体と、前記多孔質体の前記細孔内に存在する水とを具備する水蒸気分離体。
【請求項２】
さらに、前記多孔質体の前記細孔内に存在する水溶性吸湿剤を具備し、
前記水は前記水溶性吸湿剤に保持されている、請求項１に記載の水蒸気分離体。
【請求項３】
前記水溶性吸湿剤は、第１族元素または第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、および硫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に記載の水蒸気分離体。
【請求項４】
前記凹凸構造を有する前記第１の面は、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、および十点平均粗さＲｚの少なくとも１つが１μｍ以上１ｍｍ以下である表面粗さを有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項５】
前記凹凸構造を有する前記第１の面は、凹凸の平均間隔Ｓｍおよび局部山頂の平均間隔Ｓの少なくとも１つが１μｍ以上１０ｍｍ以下である表面粗さを有する、請求項１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】
前記多孔質体の体積気孔率が１０％以上８０％以下である、請求項１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】
前記多孔質体の前記細孔は、孔径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の細孔を５０体積％以上含む、請求項１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】
前記多孔質体の前記細孔の最大孔径が３μｍ以下である、請求項１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】
前記多孔質体は、セラミックス材料、金属材料、および炭素材料から選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項１０】
前記多孔質体の体積に対する前記水の体積の比が０．０１以上４以下である、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の水蒸気分離体。
【請求項１１】
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１ないし請求項１０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、除湿装置。
【請求項１２】
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１１に記載の除湿装置。
【請求項１３】
前記圧力調整機構は、前記第２の空間の圧力が前記第１の空間の圧力に対して−５０ｋＰａ以下となるように制御される、請求項１２に記載の除湿装置。
【請求項１４】
前記水蒸気分離体は、気体を透過する支持体により支持されている、請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の除湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水蒸気分離体とそれを用いた除湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用エアコン等の空調技術においては、冷媒およ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実現できる。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に、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】
これに対して、デシカント空調等の除湿装置は、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に、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、例えば多孔質セラミックス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。しかしながら、吸湿材（調湿材）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、吸着した水を排出させるために、吸湿材を加熱することにより行われる。このような吸湿材の再生処理を冷房と併用することは、非効率的であると指摘されている。
【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水蒸気分離体を、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４３３５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９４６３６号公報
【特許文献３】特開平７−３２８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、実用的でかつ効率的な除湿を可能にする水蒸気分離体とそれを用いた除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】
【０００７】
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の空間の水蒸気圧を前記第１の空間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、前記第１の空間に接する、凹凸構造を有する第１の面と、前記第２の空間に接する第２の面と、前記第１の面の少なくとも前記凹凸構造を構成する壁面から前記第２の面に通じる細孔とを有する多孔質体と、前記多孔質体の前記細孔内に存在する水とを具備する。
【０００８】
実施形態の除湿装置は、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】
【０００９】
【図１】実施形態の除湿装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す除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第１変形例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の第２変形例の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図２に示す水蒸気分離体の第３変形例の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】図２に示す水蒸気分離体の内部構造の一例を拡大して示す断面図である。
【図７】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８】図１に示す除湿装置の第１変形例を示す図である。
【図９】図１に示す除湿装置の第２変形例を示す図である。
【図１０】図１に示す除湿装置の第３変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の水蒸気分離体とそれを用いた除湿装置について、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。
【００１１】
図１は実施形態の除湿装置の構成を示している。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１は、除湿対象の空間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。ここで、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。
【００１２】
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。
【００１３】
水蒸気分離体１２は、図２に示すように、細孔（開放気孔）１３を有する多孔質体１４と、多孔質体１４の細孔１３内に存在する水（図示せず）とを備えている。細孔１３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。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に水を移動させることによって、空間Ｒｘを除湿してもよい。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、これに限定されるものではない。細孔１３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。
【００１４】
多孔質体１４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１４ａと、減圧室１０内（第２の空間Ｓ２）に露出される第２の面１４ｂと有している。第１の面１４ａには、凹凸構造が設けられている。図２に示す第１の面１４ａの凹凸構造は、複数の角溝状凹部１５を有しているが、これに限定されるものではない。多孔質体１４内に設けられた細孔１３は、第１の面１４ａから第２の面１４ｂに通じている。細孔１３の少なくとも一部は、凹部１５の壁面（凹凸構造を構成する壁面）１５ａから第２の面１４ｂに通じている。
【００１５】
第１の面１４ａに設けられる凹凸構造は、図２に示す角溝状の凹部１５を有するものに限らない。凹凸構造は、例えば第１の面１４ａに図２とは反転構造の凸部を形成することにより設けてもよい。図３は第１の面１４ａにＶ溝状の凹部１６を形成することによって、凹凸構造を設けた第１の面１４ａを有する多孔質体１４を示している。図４は第１の面１４ａに逆Ｖ字状の凸部１７を形成することによって、凹凸構造を設けた第１の面１４ａを有する多孔質体１４を示している。凸部１７を有する凹凸構造の場合、細孔１３の少なくとも一部が凸部１７の壁面１７ａから第２の面１４ｂに通じている。凹部１５、１６や凸部１７は、規則的に設けたものに限らず、不規則に設けられていてもよい。さらに、図５に示すように、第１の面１４ａに不規則な凹凸部１８を設けてもよい。このように、多孔質体１４の第１の面１４ａに設けられる凹凸構造の具体的な形状は、特に限定されるものではなく、種々の凹部、凸部、凹凸部等に基づく凹凸形状を適用することができる。凹凸構造は多孔質体１４の第２の面１４ｂに形成されていてもよい。
【００１６】
凹凸構造が設けられた第１の面１４ａを有する多孔質体１４によれば、空間Ｒｘから除湿室９内に送られた空気との接触面積が増加すると共に、その壁面から第２の面１４ｂに通じる細孔１３が設けられた凹部１５、１６、凸部１７、凹凸部１８等により水蒸気を捕捉しやすくなるため、除湿室９から減圧室１０への水の移動を促進することができる。第１の面１４ａが平坦である場合、空気中に存在する水分のうち、平坦面に垂直成分を持つ速度を有する水分子以外は捉えるのが困難であるのに対し、凹凸構造が設けられた第１の面１４ａによれば、それ以外の水分子も捉えることができるようになる。水分子の捕捉性を考慮すると、凹凸構造は図３ないし図５に示すように、第１の面１４ａに対して斜面を有する凹部１６、凸部１７、凹凸部１８を有することが好ましい。さらに、第１の面１４ａに沿って空気を送った際に、平坦時とは異なり、凹凸構造により複雑な流れが生じるため、多孔質体１４の細孔１３で水分を捕捉しやすくなる。これらによって、除湿装置１による空間Ｒｘ内の除湿速度や除湿性能を向上させることが可能になる。
【００１７】
第１の面１４ａの凹凸構造による水蒸気の捕捉性を高める上で、凹凸構造を有する第１の面１４ａの表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４）により規定される、算術平均粗さＲａ、最大高さＲｙ、および十点平均粗さＲｚの少なくとも１つが１μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。これによって、凹凸構造による水蒸気の捕捉性を向上させることができる。除湿速度と多孔質体１４の強度のバランスから、表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｚの少なくとも１つは１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。さらに、凹凸構造を有する第１の面１４ａの表面粗さは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１（１９９４）により規定される、凹凸の平均間隔Ｓｍおよび局部山頂の平均間隔Ｓの少なくとも１つが１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。これによっても、凹凸構造による水蒸気の捕捉性を向上させることができる。除湿速度と形成のしやすさの点から、上記した表面粗さＳｍ、Ｓの少なくとも１つは１０μｍ以上１ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１８】
多孔質体１４は、セラミックス材料、金属材料、炭素材料、もしくはこれらの複合材料等の無機材料により構成することが好ましい。セラミックス材料としては、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（以下、元素Ａとも言う。）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。多孔質体１４は、ゼオライトのような材料で構成してもよい。金属材料としては、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、コバルト、鉄、チタン、ジルコニウム、銅等の金属元素（以下、元素Ｂとも言う。）やこれらを含む合金が挙げられる。多孔質体１４は、場合によっては有機材料により構成してもよい。
【００１９】
多孔質体１４の体積気孔率（多孔質体１４内の細孔１３の体積率）は１０〜８０％の範囲であることが好ましい。多孔質体１４の体積気孔率が１０％未満であると、細孔１３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および減圧室１０への水分の放出量が不十分になるおそれがある。多孔質体１４の体積気孔率が８０％を超えると、多孔質体１４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、多孔質体１４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、多孔質体１４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。
【００２０】
多孔質体１４の細孔１３は、孔径が１０ｎｍ〜１μｍの範囲の細孔を５０体積％以上含んでいることが好ましい。細孔１３の最大孔径は３μｍ以下であることが好ましい。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１μｍ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３μｍを超えると、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、除湿性能が低下するおそれがある。上記した孔径を有する細孔の量は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１３の最大孔径は２μｍ以下であることがより好ましく、さらに１μｍ以下であることが望ましい。なお、多孔質体１４の体積気孔率や細孔１３の形状（細孔の体積率や最大孔径）は、水銀圧入法により測定した値を示すものである。
【００２１】
さらに、細孔１３の孔径は水蒸気分離体１２に求められる特性に応じて設定することが好ましい。例えば、水蒸気分離体１２による水蒸気分離率を高めたい場合、細孔１３は孔径が１０〜１００ｎｍの範囲の細孔を５０体積％以上含んでいることが好ましい。この場合、細孔１３の最大孔径は３００ｎｍ以下であることが好ましい。一方、水蒸気分離体１２による水蒸気透過速度を高めたい場合、細孔１３は孔径が１００ｎｍ〜１μｍの範囲の細孔を５０体積％以上含んでいることが好ましい。この場合、細孔１３の最大孔径は３μｍ以下であることが好ましく、さらに２μｍ以下であることがより好ましい。水蒸気分離体１２の特性は、多孔質体１４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１３の孔径を設定することが好ましい。
【００２２】
多孔質体１４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、アルミナや酸化亜鉛等のセラミックス材料を用いる場合には、原料粉末を成型した後に焼結して多孔質体１４を作製する方法を適用することができる。多孔質体１４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。多孔質体１４の構成材料としてゼオライト等を用いる場合、原料粉末を加圧成型して多孔質の圧粉体（１４）を作製してもよい。また、多孔質支持体上にゼオライト膜を形成して多孔質体１４としてもよい。金属材料を用いる場合には、原料粉末を成型した後に焼結して多孔質体１４としたり、原料粉末とスペーサ材料粉末との混合粉末を成型して焼結した後に、スペーサ材料を取り除いて多孔質体１４とする方法を適用することができる。また、多孔質体１４として発泡金属を用いてもよい。
【００２３】
上述したような多孔質体１４の第１の面１４ａに対する凹凸構造の形成方法は、特に限定されるものではないが、以下に示すような方法が適用される。例えば、ダイサーのような切削装置や切断装置を用いて、上述した多孔質焼結体や多孔質圧粉体の表面に所定の幅および深さを有する溝を形成することによって、多孔質体１４の表面１４ａに凹凸構造を形成する。また、多孔質焼結体や多孔質圧粉体の表面を、ブラスト加工等により所定の表面粗さとなるように粗面化することによって、多孔質体１４の表面１４ａに凹凸構造を形成してもよい。多孔質焼結体の形成材料となる成型体や多孔質圧粉体を作製する金型の表面に凹凸を設けておき、これを成型体や多孔質圧粉体の表面に転写することによっても、多孔質体１４の表面１４ａに凹凸構造を形成することができる。薄膜状の多孔質体１４を適用する場合には、多孔質支持体の表面に凹凸を設けておくようにしてもよい。
【００２４】
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６に示すように、多孔質体１４の細孔１３内に存在する水溶性吸湿剤１９を備えることが好ましい。水溶性吸湿剤１９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１９としては、第１族元素や第２族元素（以下、元素Ｃとも言う。）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。図６では水溶性吸湿剤１９が細孔１３内に偏析しているように示しているが、水溶性吸湿剤１９の存在形態はこれに限られるものではなく、細孔１３の内壁全体または一部に薄く均一に付着していてもよい。
【００２５】
水溶性吸湿剤１９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。
【００２６】
多孔質体１４の細孔１３内に存在させる水溶性吸湿剤１９の量は、多孔質体１４をセラミックス材料や金属材料で構成する場合、セラミックス材料を構成する元素Ａまたは金属材料を構成する元素Ｂに対する水溶性吸湿剤１９を構成する元素Ｃの比（Ｃ／ＡまたはＣ／Ｂ：原子比）が０．００４〜０．４の範囲となるように調整することが好ましい。Ｃ／Ａ比またはＣ／Ｂ比が０．００４未満であると、水溶性吸湿剤１９の量が不十分になるおそれがある。また、Ｃ／Ａ比またはＣ／Ｂ比が０．４を超えるほど、多孔質体１４の細孔１３内に水溶性吸湿剤１９を存在させることは困難である。Ｃ／Ａ比またはＣ／Ｂ比は０．００８〜０．２５の範囲であることがより好ましい。
【００２７】
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１９を備えない場合には、前述した方法で作製した多孔質体１４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１９を備える場合には、前述した方法で作製した多孔質体１４に、水溶性吸湿剤１９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。多孔質体１４の原料粉末に水溶性吸湿剤１９を混ぜた後に、成型および焼結してもよい。
【００２８】
除湿装置１に用いられる水蒸気分離体１２は、図７に示すように、気体を透過する支持体２０により支持されていてもよい。図７は一対の支持体２０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２０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２０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２０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。
【００２９】
水蒸気分離体１２は、支持体２０上に直接形成してもよい。例えば、コールドスプレー法やエアロゾルデポジション法等により支持体２０上に多孔質体１４を形成したり、またそのような多孔質体１４に水溶性吸湿剤１９を含浸させる等の方法で作製してもよい。また、孔径の大きな生セラミックス基材上に、孔径がより細かい水蒸気分離体１２の多孔質体１４を形成する生セラミックス材を層状に形成し、これを焼結することで多層の多孔質材としてもよい。ここでの多層多孔質材はセラミックスとしたが、これに限定されるものではなく金属等で形成してもよい。形状もシート状に限定されるものではなく、ハニカム状やチューブ状であってもよい。
【００３０】
除湿装置１に用いられる水蒸気分離体１２は、少なくとも除湿装置１の運転時において、水分を含んでいる。水蒸気分離体１２に含まれる水分量は、多孔質体１４の体積（細孔１３の体積を除く多孔質体１４の実体積）Ｖ１に対する水の体積Ｖ２の比（Ｖ２／Ｖ１）が０．０１〜４の範囲となるように設定することが好ましい。体積比Ｖ２／Ｖ１が０．０１未満であると、水蒸気分離体１２によるウエットシール性が低下するおそれがある。体積比（Ｖ２／Ｖ１）が４を超えるほど、多孔質体１４中に水分を存在させることは困難である。多孔質体１４とそれに含まれる水の体積比（Ｖ２／Ｖ１）は０．５〜４の範囲であることがより好ましく、さらには０．５〜１の範囲であることが望ましい。なお、水蒸気分離体１２の細孔１３内に水溶性吸湿剤１９が存在している場合、水の体積Ｖ２とは水溶性吸湿剤１９を含んだ状態での体積を意味している。
【００３１】
実施形態の除湿装置１において、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。
【００３２】
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を構成する多孔質体１４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、
【００３３】
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。
【００３４】
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１９を有する場合、水蒸気（水分）は水溶性吸湿剤１９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および減圧ポンプ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。
【００３５】
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内を除湿することによって、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。
【００３６】
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るものではない。図８は減圧室１０（第２の空間Ｓ２）に外部の空気を取り込む配管２１を接続した構造を示している。図８に示す除湿装置１では、減圧室１０内に外部の空気を取り込みながら減圧室１０内が減圧される。配管２１は弁２２を有している。実施形態の除湿装置１は、種々に変形することができる。図１および図８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９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および第２の空間Ｓ２の設定は、種々に変更することができる。また、図１０に示すように、減圧室１０（第２の空間Ｓ２）に外部の空気を取り込む配管２１を接続してもよい。
【００３７】
実施形態の水蒸気分離体１２を用いた除湿装置１によれば、水蒸気分離体１２にウエットシールを形成しているため、再生処理を伴わない連続除湿およびその際の除湿性能を高めることできる。さらに、水蒸気分離体１２を構成する多孔質体１４の第１の面（第１の空間Ｓ１に露出させる面）１４ａに凹凸構造を形成しているため、水分子の捕捉性を高めて除湿速度を向上させることができる。従って、実用的でかつ効率的な除湿装置１を提供することが可能となる。水蒸気分離体１２の特性は、求められる除湿性能だけでなく、水蒸気分離体１２が設置される環境等に応じて設定することができる。例えば、除湿性能が多少低下しても、水蒸気分離体１２が設置される過酷な環境等に対応させたいような場合には、水蒸気分離体１２の機械的強度等をより一層高めることが好ましい。さらに、除湿性能に関しても、到達湿度と除湿速度のいずれが重視されるかによって、水蒸気分離体１２の構成や特性を設定するようにしてもよい。
【００３８】
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高湿槽の中に、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１０に示した除湿装置により第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、相対湿度が７０％から６０％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７０％から６０％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】
【００３９】
次に、実施例とその評価結果について述べる。
【００４０】
（実施例１）
平均粒径が０．１８μｍの高純度Ａｌ２Ｏ３粒子（純度９９．９９％以上）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の多孔質焼結体を作製した。多孔質焼結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１０〜２００ｎｍであり、孔径が１０〜１００ｎｍの細孔の比率は９０体積％、孔径が１０ｎｍ〜１μｍの細孔の比率は１００体積％であった。また、多孔質焼結体の体積気孔率は４２％であった。
【００４１】
次に、多孔質焼結体の表面にダイサーにて深さ１００μｍ、幅１００μｍの溝を１００μｍ間隔で形成し、さらにこれらと直交するように同形状の溝を形成した。このようにして、多孔質焼結体の表面に１辺が１００μｍの立方体を突出させた凹凸構造を形成した。この凹凸構造を有する表面の表面粗さＲａは５０μｍに相当し、また凹凸の平均間隔Ｓｍは２００μｍに相当する。凹凸構造を有する表面の表面積は、ダイサーで溝を加工する前の表面積に対して１％増えたことになる。
【００４２】
上記した多孔質焼結体に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Ｃａ／Ａｌ比は０．１１であった。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、除湿速度Ｖは１７％／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。測定後に多孔質体の体積に対する水の体積の比を求めたところ、０．７２であった。
【００４３】
（実施例２）
平均粒径が０．１５μｍの高純度ＺｎＯ粒子（純度９９．９９％以上）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の多孔質焼結体を作製した。多孔質焼結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１０〜１５０ｎｍであり、孔径が１０〜１００ｎｍの細孔の比率は７０体積％、孔径が１０ｎｍ〜１μｍの細孔の比率は１００体積％であった。また、多孔質焼結体の体積気孔率は３５％であった。
【００４４】
次に、多孔質焼結体の表面にダイサーにて深さ１００μｍ、幅１００μｍの溝を１００μｍ間隔で形成し、さらにこれらと直交するように同形状の溝を形成した。このようにして、多孔質焼結体の表面に１辺が１００μｍの立方体を突出させた凹凸構造を形成した。この凹凸構造を有する表面の表面粗さＲａは５０μｍに相当し、また凹凸の平均間隔Ｓｍは２００μｍに相当する。凹凸構造を有する表面の表面積は、ダイサーで溝を加工する前の表面積に対して１％増えたことになる。
【００４５】
上記した多孔質焼結体に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Ｃａ／Ｚｎ比は０．１２であった。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、除湿速度Ｖは１３％／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。測定後に多孔質体の体積に対する水の体積の比を求めたところ、０．５４であった。
【００４６】
（実施例３）
実施例１で作製した水蒸気分離体をパンチングメタルで支持した状態で、実施例１と同様な除湿試験を行った。ただし、除湿試験時の圧力差は−９０ｋＰａに設定した。その結果、除湿速度Ｖは１９％／ｈであった。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。このように、水蒸気分離体をパンチングメタルで支持することによって、除湿時の圧力差を高めて除湿速度Ｖを向上させることができる。
【００４７】
（比較例１）
実施例１と同一条件で多孔質焼結体を作製した。多孔質焼結体の孔径や体積気孔率は実施例１とほぼ同様であった。多孔質焼結体の表面に凹凸構造を形成することなく、ＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、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、除湿速度Ｖは１５％／ｈであった。
【００４８】
（比較例２）
実施例２と同一条件で多孔質焼結体を作製した。多孔質焼結体の孔径や体積気孔率は実施例２とほぼ同様であった。多孔質焼結体の表面に凹凸構造を形成することなく、ＣａＣｌ２の飽和水溶液を含浸して乾燥させることによって、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、除湿速度Ｖは１２％／ｈであった。
【００４９】
（実施例４）
平均粒径が０．７μｍのゼオライト・ＤＤＺ−７０（商品名、ユニオン昭和社製）を金型に充填して１ｔ／ｃｍ２の圧力で成型し、厚さ１ｍｍの多孔質圧粉体を作製した。多孔質圧粉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１０〜５００ｎｍであり、孔径が１０〜１００ｎｍの細孔の比率は２０体積％、孔径が１０ｎｍ〜１μｍの細孔の比率は１００体積％であった。多孔質圧粉体の体積気孔率は３６％であった。
【００５０】
次に、多孔質圧粉体の表面にダイサーにて深さ１００μｍ、幅１００μｍの溝を１００μｍ間隔で形成し、さらにこれらと直交するように同形状の溝を形成した。このようにして、多孔質圧粉体の表面に１辺が１００μｍの立方体を突出させた凹凸構造を形成した。この凹凸構造を有する表面の表面粗さＲａは５０μｍに相当し、また凹凸の平均間隔Ｓｍは２００μｍに相当する。凹凸構造を有する表面の表面積は、ダイサーで溝を加工する前の表面積に対して１％増えたことになる。この多孔質圧粉体からなる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、除湿速度Ｖは４％／ｈであった。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３）
実施例４と同一条件で多孔質圧粉体を作製した。多孔質圧粉体の孔径や体積気孔率は実施例４とほぼ同様であった。多孔質圧粉体の表面に凹凸構造を形成することなく、水蒸気分離体として用いて、除湿速度Ｖを測定したところ、除湿速度Ｖは３％／ｈであった。
【００５２】
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】
【００５３】
１…除湿装置、２…除湿ユニット、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、１３…細孔、１４…多孔質体、１５，１６…凹部、１７…凸部、１８…凹凸部、１９…水溶性吸湿剤、２０…支持体、Ｓ１…第１の空間、Ｓ２…第２の空間。
【図１】
2017159268.tif 000003
【図２】
2017159268.tif 000004
【図３】
2017159268.tif 000005
【図４】
2017159268.tif 000006
【図５】
2017159268.tif 000007
【図６】
2017159268.tif 000008
【図７】
2017159268.tif 000009
【図８】
2017159268.tif 000010
【図９】
2017159268.tif 000011
【図１０】
2017159268.tif 000012