本開示に係る液体吸湿材料を用いた調湿システムは、空気中に含まれる水分を液体吸湿材料により吸湿する吸湿部と、前記液体吸湿材料が吸湿した水分を空気中に放湿する放湿部と、放湿された水分を空気に放散させて加湿する加湿部と、を備え、前記液体吸湿材料は、少なくとも0℃~5℃の範囲内において液体であり、かつ、含水率によりその粘度が低下するイオン液体を含有し、さらに、前記放湿部は、前記液体吸湿材料に対して、前記イオン液体に対する非相溶性を有する液体である吸湿材料加熱媒体を添加する、加熱媒体添加部と、前記吸湿材料加熱媒体が添加された前記液体吸湿材料から、当該吸湿材料加熱媒体を分離する加熱媒体分離部と、前記吸湿材料加熱媒体を加熱する加熱媒体加熱部と、を備えている構成である。
前記構成によれば、液体吸湿材料として、低温で液体であるイオン液体を少なくとも用いるので、低温環境でも良好に空気を除湿したり加湿したりすることができる。しかも、放湿部において液体吸湿材料に対して液体の吸湿材料加熱媒体を添加することにより、液体吸湿材料と吸湿材料加熱媒体とが液体同士で直接接触することになる。それゆえ、吸湿材料加熱媒体から液体吸湿材料に対して直接的な熱伝達が行われる。これにより、液体吸湿材料を加熱するための加熱源の温度をより高温化しなくても、液体吸湿材料を効率的に加熱することができるとともに、液体吸湿材料そのものの過度な加熱も抑制することができる。その結果、放湿部において液体吸湿材料から良好に水分を放湿できるだけでなく、液体吸湿材料の加熱の省エネルギー化を図ることができる。
前記構成の調湿システムにおいては、前記加熱媒体添加部は、前記液体吸湿材料に前記吸湿材料加熱媒体を添加したときには、当該吸湿材料加熱媒体を前記イオン液体に分散させた分散液を形成する構成であってもよい。
前記構成によれば、加熱媒体添加部が吸湿材料加熱媒体をイオン液体に分散した分散液を形成することで、吸湿材料加熱媒体と液体吸湿材料との接触面積が大きくすることができる。これにより、液体吸湿材料を吸湿材料加熱媒体により良好に加熱することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記加熱媒体添加部は、前記液体吸湿材料に前記吸湿材料加熱媒体を添加して得られる混合物における前記吸湿材料加熱媒体の重量比が、前記液体吸湿材料の重量比よりも大きくなるように、当該吸湿材料加熱媒体を添加する構成であってもよい。
前記構成によれば、加熱媒体添加部は、液体吸湿材料および吸湿材料加熱媒体の混合物において、吸湿材料加熱媒体の重量比が液体吸湿材料の重量比よりも大きくなるように吸湿材料加熱媒体を添加するため、吸湿材料加熱媒体により液体吸湿材料をより良好に加熱することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記吸湿材料加熱媒体は、前記イオン液体よりも比重が大きい構成であってもよい。
前記構成によれば、吸湿材料加熱媒体がイオン液体よりも比重が大きいので、液体吸湿材料の加熱時には、吸湿材料加熱媒体が下層側に位置し、液体吸湿材料の主成分であるイオン液体が上層側に位置する。これにより、上層に位置するイオン液体は空気との接触面積を良好に確保することができるので、放湿部では、当該イオン液体から良好に水分を放湿することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記液体吸湿材料を貯留する貯留部と、前記液体吸湿材料を循環させて前記吸湿部および前記放湿部に供給する循環供給部と、をさらに備えている構成であってもよい。
前記構成によれば、液体吸湿材料を循環供給部により吸湿部および放湿部に循環させることができるとともに、液体吸湿材料を貯留部に貯留することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記吸湿部および前記放湿部が一体化されている構成であってもよい。
前記構成によれば、吸湿部および放湿部が一体化されることにより調湿システムの構成を簡素化することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記液体吸湿材料の温度を測定する吸湿材料温度測定器と、前記液体吸湿材料を加熱する吸湿材料加熱部と、制御部と、を備え、当該制御部は、前記液体吸湿材料の温度に基づいて、前記吸湿材料加熱部による前記液体吸湿材料の加熱、および、前記加熱媒体加熱部による前記吸湿材料加熱媒体の加熱の少なくとも一方を制御する構成であってもよい。
前記構成によれば、制御部が、液体吸湿材料の温度に基づいて吸湿材料加熱部の動作(吸湿材料加熱部による液体吸湿材料の加熱)を制御する。また、制御部は、液体吸湿材料の温度に基づいて加熱媒体加熱部の動作(加熱媒体加熱部による吸湿材料加熱媒体の加熱)を制御する。これにより、放湿部における液体吸湿材料の温度を好適な範囲内に維持することができる。そのため、液体吸湿材料からの放湿をより効率化することができるとともに、吸湿材料加熱部を効率的に動作させることが可能となる。その結果、調湿システムの省エネルギー化を図ることができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記吸湿材料加熱部は、PTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有するものであり、当該吸湿材料加熱部は、前記放湿部に設けられている構成であってもよい。
前記構成によれば、吸湿材料加熱部がPTC特性を有するため、一定の温度に達した時点でそれ以上の温度上昇が回避される。それゆえ、制御部からの制御がなくても吸湿材料加熱部の過剰な温度上昇が抑制されるので、液体吸湿材料を不用意に加熱することが回避される。また、吸湿材料加熱部の制御構成の簡素化を図ることもできる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記放湿部は、前記液体吸湿材料から水分が放湿された被放湿空気の温度を測定する被放湿空気温度測定器、および、前記被放湿空気の湿度を測定する湿度測定器の少なくとも一方を備え、前記制御部は、測定された前記被放湿空気の温度および湿度の少なくとも一方に基づいて、前記吸湿材料加熱部による前記液体吸湿材料の加熱を制御する構成であってもよい。
前記構成によれば、制御部は、液体吸湿材料の温度だけでなく、被放湿空気の温度または湿度もしくはその両方に基づいて吸湿材料加熱部の動作を制御する。これにより、放湿部における液体吸湿材料の温度をより一層好適な範囲内に維持することができる。そのため、液体吸湿材料からの放湿をより一層効率化することができるとともに、吸湿材料加熱部を効率的に動作させることが可能となる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記吸湿部および前記放湿部は、前記液体吸湿材料を流動させる吸湿材料流動経路を備えており、当該吸湿材料流動経路は、その内部が複数の経路内流路に区画されており、全ての前記経路内流路の流路幅の和を通流断面全長としたときに、前記放湿部の通流断面全長は、前記吸湿部の通流断面全長よりも大きい構成であってもよい。
前記構成によれば、放湿部の通流断面全長を吸湿部の通流断面全長よりも大きくすることで、放湿部における液体吸湿材料の液膜の厚みが相対的に小さくなる。これにより、放湿部においては、液体吸湿材料から空気へ放湿効率を向上させることができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記吸湿材料流動経路は、当該吸湿材料流動経路の延伸方向に沿って複数の平行配置部材を平行配置することにより構成され、前記平行配置部材の表面には、凹凸形状、孔形状、および割れ目形状の少なくともいずれかを含む物理形状が形成され、前記通流断面全長は、前記流路幅と前記平行配置部材の表面積との積として算出される構成であってもよい。
前記構成によれば、吸湿材料流動経路が、微細な物理形状を表面に有する平行配置部材により構成されているため、当該平行配置部材すなわち吸湿材料流動経路の表面積が増大する。これにより、液体吸湿材料と空気との接触をより一層促進することができるので、吸放湿の効率をより一層向上することができる。
また、前記構成の調湿システムにおいては、前記放湿部が備える前記吸湿材料流動経路には、前記液体吸湿材料が流入する側の端部に、当該端部の開口の広がり方向に前記液体吸湿材料を展開(拡散)させて当該開口に導入する、吸湿材料展開部が設けられている構成であってもよい。
前記構成によれば、放湿部の通流断面全長が相対的に大きく吸湿材料流動経路の開口面積(通流断面積)が相対的に大きくなっても、当該吸湿材料流動経路内全体に液体吸湿材料を良好に導入することができる。
また、本開示に係る空気調和装置は、前記構成の調湿システムを備えている構成であればよい。
前記構成によれば、空気調和装置が前記調湿システムを備えるため、冷房および暖房だけでなく調湿を行うことが可能になる。
前記構成の空気調和装置においては、室内機および室外機を備え、当該室外機の内部に、前記調湿システムのうち少なくとも前記吸湿部および前記放湿部が設けられ、当該調湿システムでは、前記吸湿部により、前記液体吸湿材料により空気中の水分を吸湿し、前記放湿部により前記液体吸湿材料から水分を回収し、前記加湿部により室内空気を加湿する構成であってもよい。
前記構成によれば、調湿システムの主構成を室外機に設けることになるので、外気から加湿用の空気を回収できるとともに室内機をコンパクト化できる。
以下、本発明の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
(実施の形態1)
まず、本開示に係る調湿システムの代表的な構成例について、図1および図2(A)、図2(B)を参照して具体的に説明する。
[調湿システムの構成例]
図1に示すように、本実施の形態に係る調湿システム10は、吸湿部11、放湿部12、加湿部13、循環供給部14、および貯留部15を備えており、吸湿部11、放湿部12、循環供給部14、および貯留部15は吸湿材料配管16により接続されている。また加湿部13は放湿部12に対して加湿用配管17を介して接続されている。吸湿材料配管16には、液体吸湿材料が流通しており、この液体吸湿材料は、後述するように、少なくともイオン液体を含んでいる。
吸湿部11は、空気中に含まれる水分を液体吸湿材料により吸湿する。放湿部12は、液体吸湿材料が吸湿した水分を空気中に放出する。吸湿部11および放湿部12の具体的な構成は特に限定されないが、本開示においては、吸湿部11および放湿部12の少なくとも一方に空気接触部20が設けられている構成である。図1に示す調湿システム10では、吸湿部11および放湿部12のいずれにも空気接触部20が設けられている。
空気接触部20は、空気流動経路21を備えており、この空気流動経路21に空気を流しながら液体吸湿材料を供給することにより、この液体吸湿材料と空気とを接触させる。空気接触部20が吸湿部11に設けられている場合には、液体吸湿材料と空気とを接触させることにより、空気中の水分を液体吸湿材料が吸湿する。空気接触部20が放湿部12に設けられている場合には、液体吸湿材料と空気とを接触させることにより、液体吸湿材料に含まれる水分を空気に放湿する。なお、空気接触部20のより具体的な構成例については後述する。
放湿部12では、液体吸湿材料を加熱することによって、当該液体吸湿材料が吸湿した水分が放出される。液体吸湿材料の加熱方法は特に限定されないものの、本開示においては、液体吸湿材料に対して、予め加熱された液体である吸湿材料加熱媒体を添加することにより当該液体吸湿材料を加熱している。そのため、放湿部12には、空気接触部20に加えて、加熱媒体添加部25、加熱媒体分離部26および加熱媒体加熱部27を備えている。放湿部12による液体吸湿材料の加熱に関しては後に詳述する。
加湿部13は、放湿部12により液体吸湿材料から放湿された水分を空気に放散させて加湿する。本実施の形態では、吸湿部11は、例えば外気から水分を液体吸湿材料に吸湿させて放湿部12に放湿させる。放湿部12において空気流動経路21内に流動する空気に放湿された水分は、例えば加湿用配管17を介して加湿部13に供給されるので、加湿部13は、供給された水分を例えば室内空気を加湿するために放散する。それゆえ、吸湿部11および放湿部12は、外気から水分を回収する「水分回収部」として機能し、加湿部13は、「水分回収部」により回収された水分を利用して室内空気を加湿することになる。
放湿部12とは別に加湿部13を備えることにより、「水分回収部」で回収した水分を効率的に加湿に用いることができるとともに、加湿のために外部から水分を供給する必要がなくなるので、加湿に関してメンテナンスフリーまたはそれに準ずる状況を実現することが可能となる。また、加湿部13は、必要に応じて室内の湿度を測定する湿度計を備えており、湿度に応じて加湿を制御するように構成されてもよい。これにより、室内の湿度に応じて好適な加湿が可能となる。
循環供給部14は、液体吸湿材料を循環させて空気接触部20に供給する。貯留部15は、液体吸湿材料を貯留する。図1に示すように、吸湿材料配管16は、吸湿部11および放湿部12を相互に接続されているので、液体吸湿材料は、循環供給部14により吸湿材料配管16を介して吸湿部11および放湿部12を循環するように流通可能となっている。なお、本実施の形態では、吸湿材料配管16のうち、吸湿部11から放湿部12に向かって液体吸湿材料が流れる部分を、説明の便宜上「第一配管16a」と称し、放湿部12から吸湿部11に向かって液体吸湿材料が流れる部分を、説明の便宜上「第二配管16b」と称する。
また、図1に示すように、放湿部12においては、第一配管16aに加熱媒体添加部25が接続され、第二配管16bには加熱媒体分離部26が接続されている。加熱媒体添加部25および加熱媒体分離部26は、加熱媒体加熱部27を介して加熱媒体配管16cにより相互に接続されている。したがって、第一配管16aおよび第二配管16bは、放湿部12の空気接触部20を介して互いに接続されているとともに、加熱媒体配管16cを介して互いに接続されていることになる。
ここで、図1に示す模式的な構成では、循環供給部14および貯留部15は、第二配管16bに設けられており、放湿部12から、貯留部15および循環供給部14を介して吸湿部11に液体吸湿材料が流れるようになっているが、この構成は便宜的なものであり、本開示は図1に示す構成に限定されない。例えば、循環供給部14は、第一配管16aに設けられてもよいし、第一配管16aおよび第二配管16bの双方に設けられてもよいし、第一配管16aまたは第二配管16bに限定されず吸湿材料配管16のいずれかの箇所に複数の循環供給部14が設けられてもよい。
貯留部15についても循環供給部14と同様に図1に示す構成に限定されない。例えば、第二配管16bではなく第一配管16aに貯留部15が設けられてもよいし、吸湿材料配管16のいずれかの箇所に複数の貯留部15が設けられてもよい。また、貯留部15は、他の構成に一体化されてもよい。例えば、吸湿部11または放湿部12の一部に液体吸湿材料を貯留する槽としての貯留部15が設けられてもよい。
本開示に係る調湿システム10においては、吸湿部11、放湿部12、加湿部13、循環供給部14、貯留部15、吸湿材料配管16、および加湿用配管17のより具体的な構成は特に限定されず、公知の各種構成を好適に用いることができる。吸湿部11および放湿部12は、少なくとも空気接触部20を備えていればよく、吸湿部11または放湿部12には、空気接触部20以外の構成が設けられてもよいし、空気接触部20のみで構成されてもよい。吸湿部11または放湿部12が、空気接触部20のみで構成されているのであれば、調湿システム10は、吸湿部11となる「第一の空気接触部20」と放湿部12となる「第二の空気接触部20」とを備えている、ということもできる。
空気接触部20のより具体的な構成についても、吸湿部11、放湿部12、加湿部13等と同様に特に限定されないが、代表的な構成として、例えば、図2(A)または図2(B)に示すように、鉛直方向に沿って配置され、その上方から液体吸湿材料を流入させて下方から流出させる吸湿材料流動経路22を備えている構成を挙げることができる。例えば、吸湿部11であれば、図2(A)に示すように、吸湿材料配管16のうち第二配管16bが上方に位置し、第一配管16aが下方に位置し、これらの間に鉛直方向に沿って吸湿材料流動経路22が位置する構成を挙げることができる。
このとき、空気接触部20が備える空気流動経路21は、吸湿材料流動経路22と同じく鉛直方向に沿って配置されてもよいが、図2(A)に示すように、吸湿材料流動経路22に交差するように設けられてもよい。図2(A)に示す例では、空気流動経路21は吸湿材料流動経路22に対して直交するように設けられている。そのため、鉛直方向に流れる液体吸湿材料に対して水平方向から空気が流動することになる。これにより、液体吸湿材料と空気とを良好に接触させることができる。
図2(B)に例示する放湿部12も、図2(A)に例示する吸湿部11と同様に、吸湿材料流動経路22が鉛直方向に沿って配置され、空気流動経路21が吸湿材料流動経路22に交差するように(図2(B)では直交する方向に)配置されていればよい。放湿部12では、液体吸湿材料に含まれる水分を放散させるので、上方には第一配管16aが位置し下方には第二配管16bが位置する。なお、図2(A)および図2(B)においては、吸湿材料流動経路22における液体吸湿材料の流動方法を矢印c0で図示している。その他の矢印については、後述する調湿システム10の動作例において説明する。
また、図2(B)に示すように、吸湿材料流動経路22には、吸湿材料加熱部24が設けられてもよい。吸湿材料加熱部24により吸湿した液体吸湿材料を加熱することにより、当該液体吸湿材料から水分をより放湿させやすくすることができる。吸湿材料加熱部24の具体的な構成は特に限定されないが、図2(B)に示す例では、吸湿材料加熱部24は、空気流動経路21内に熱空気流Hを送風する構成となっている。
前記の通り、吸湿材料流動経路22に沿って鉛直方向に流れる液体吸湿材料に対して、空気流動経路21に沿って水平方向から空気が流動するが、吸湿材料加熱部24の熱空気流Hは、液体吸湿材料の流動方向および空気の流動向のそれぞれに交差するように送風されればよい。図2(B)に示す例では、熱空気流Hは、紙面に対する垂直方向の手前側に送風されている。この場合、液体吸湿材料の流動方向、空気の流動方向、および熱空気流Hの送風方向のいずれも直交することになる。
なお、液体吸湿材料の流動方向、空気の流動方向、および熱空気流Hの送風方向は、これらが互いに直交する方向に限定されない。液体吸湿材料から水分をより放湿させやすくすることが可能であれば、これら各方向は諸条件に応じて好適な交差関係となるように適宜設定することができる。例えば、熱空気流Hは、空気の流動方向(後述する高温低湿空気B1の流動方向)と互いに直交しているが、熱空気流Hを空気の流動方向(高温低湿空気B1の流動方向)に一致させてもよい。
空気流動経路21または吸湿材料流動経路22の具体的な構成は特に限定されず、空気または液体吸湿材料が流動可能であり、かつ、空気および液体吸湿材料が接触可能に構成されていればよい。本実施の形態では、空気流動経路21は、通常の管状部材であればよいが、代表的な一例としては、吸湿材料流動経路22は、当該吸湿材料流動経路22の延伸方向(すなわち液体吸湿材料の流動方向)に沿って複数の線状体、棒状体、または板状体を平行配置し、これら線状体、棒状体または板状体に液体吸湿材料を伝わせるように流通させるとともに、線状体、棒状体または板状体に交差(または直交)する方向に空気を流通させる構成を挙げることができる。
さらに、前記の線状体、棒状体、または板状体を、説明の便宜上、吸湿材料流動経路22に平行配置される「平行配置部材」とすれば、これら平行配置部材の表面は平滑であってもよいが、その表面には凹凸形状、孔形状、または割れ目形状等の物理形状が形成されてもよい。平行配置部材の表面が、凹凸形状、孔形状、または割れ目形状等の物理形状を有することで、当該平行配置部材の表面積が増大する。これにより、液体吸湿材料と空気との接触が促進されるので、吸放湿の効率が向上する。
平行配置部材の表面に形成される前記物理形状の具体的な構成は特に限定されない。例えば、凹凸形状としては、線状体の線がうねる(曲がりくねる、波打つ)形状、同じく棒状体の棒がうねる形状、同じく板状体の板がうねる形状等が挙げられる。孔形状としては、平行配置部材の表面に複数の孔が形成された形状、平行配置部材そのものが多孔体で形成されている構成等が挙げられる。割れ目形状としては、線または棒の分岐、板状体の一部に形成された割れ目等が挙げられる。これら物理形状は、平行配置部材に対して1種類のみ形成されてもよいし、2種類以上が組み合わせられて形成されてもよい。
吸湿材料流動経路22の具体的な一例としては、図2(A)および図2(B)に示すように、液体吸湿材料の流動方向に沿って展開面22sを備える構成を挙げることができる。液体吸湿材料は、この展開面22s上を展開して流れることにより、空気流動経路21を流動する空気流と良好に接触することができる。また、吸湿材料加熱部24が熱空気流Hを送付する構成であれば、展開面22s上に展開する液体吸湿材料は、熱空気流Hに接触しやすくなる。それゆえ、当該液体吸湿材料に含まれる水分をより効率的に放湿させることが可能になる。
なお、吸湿材料加熱部24の他の構成としては、例えば、吸湿材料流動経路22の上流側となる位置に設けられ、液体吸湿材料を加熱する構成を挙げることができる。吸湿材料加熱部24の位置は特に限定されず、第一配管16aに設けられてもよいし、吸湿材料流動経路22の上流側の位置に設けられてもよいし、第一配管16aおよび吸湿材料流動経路22の間に加熱領域を設け、この加熱領域に吸湿材料加熱部24を配置してもよい。また、吸湿材料加熱部24による液体吸湿材料の加熱方法は、熱空気流に限定されず、第一配管16a内を流動する液体吸湿材料、もしくは、吸湿材料流動経路22に流入する液体吸湿材料を間接的または直接的(加熱領域を設ける場合等)に加熱する構成であってもよい。
また、吸湿材料流動経路22は、展開面22sを備える構成に限定されず、流動する液体吸湿材料に空気を良好に接触させる「高表面積部」として機能するものであれば他の構成を採用することができる。例えば、図示しないが、管状部材内に空間充填立体が充填されている構成であってもよい。空間充填立体の具体的な構成は特に限定されないが、代表的には、液体吸湿材料の流動方向に沿って中空の柱状体を充填した構成を挙げることができ、より具体的には、例えば、ハニカム構造体を挙げることができる。ハニカム構造体等の空間充填立体は、単なる管状部材に比較して非常に表面積が大きいため、吸湿材料流動経路22を「高表面積部」として構成することができる。これにより、液体吸湿材料と空気とを高頻度で接触させることが可能になり、水分を効率的に吸放湿させることができる。
[液体吸湿材料]
次に、本開示に係る調湿システム10に好適に用いられる液体吸湿材料について具体的に説明する。
本開示に係る液体吸湿材料は、少なくとも0℃~5℃の範囲内において液体であり、かつ、含水率(吸湿率)によりその粘度が低下するイオン液体を含有するものであればよい。なお、含水率は、イオン液体および水の総重量に対する水の重量の百分率(%)で定義される。すなわち、イオン液体および水の総量を100重量%としたときの水の重量%が含水率である。含水率の具体的な測定方法は特に限定されず、重量(または質量)を基準とした公知の方法を用いればよい。
イオン液体は、アニオンおよびカチオンからなる液体であり、例えば、融点が300℃以下または100℃以下のイオン性物質を指すと言われるが、使用条件で液体であれば、必ずしも融点については限定されない。本開示においては、調湿システム10において吸湿材料として用いられるものであるため、当該調湿システム10の使用条件に基づいて、少なくとも0℃~5℃の温度範囲内で液体であるイオン性物質であればよい。本開示に係る液体吸湿材料が、この温度範囲で液体でないイオン液体を含有すると、特に冬季において、吸湿部11が水分を吸湿したり放湿部12が吸湿した水分を放湿したりすることができなくなり、調湿システム10が良好に動作できなくなる。
0℃~5℃の温度範囲を、便宜上「必要温度範囲」とすれば、本開示においてイオン液体が液体である温度範囲は、必要温度範囲を含んでいればよく、その上限および下限は特に限定されない。上限については、例えば、常温(20℃±15℃すなわち5℃~35℃)の範囲内もしくは常温を超える温度範囲であってもよい。常温を含む温度範囲でイオン液体が液体であれば、その温度においても調湿システム10を良好に動作させることができる。また、下限については、例えば-20℃以上を挙げることができる。-20℃以上でイオン液体が液体であれば、ほとんどの寒冷地においても調湿システム10を良好に動作させることができる。
なお、本開示においては、イオン液体は、必要温度範囲内で液体であれば、他の温度範囲で液体でなくてもよい。本開示における必要温度範囲は、冬季に想定される温度範囲であるので、必要温度範囲内で液体であるイオン液体は、ほとんどの場合、常温でも液体である。
本開示に係る液体吸湿材料においては、前記の通り、イオン液体は、その含水率によりその粘度が低下するものであればよい。すなわち、本開示において用いられるイオン液体は、含水率が低ければ粘度が高く含水率が高ければ粘度が低いものであればよい。イオン液体が低含水率で高粘度であれば、吸湿部11では、粘度の高い液体吸湿材料を供給することができる。これにより、吸湿対象である空気と液体吸湿材料との接触時間を良好に確保することができる。また、イオン液体が高含水率で低粘度であれば、放湿部12では、含水率の低下により粘度が上昇することになるので、液体吸湿材料に含まれる水分を十分空気に放散する接触時間を確保することができる。なお、イオン液体の具体的な粘度については特に限定されず、適度な流動性を実現できる範囲内であればよい。
イオン液体の具体的な種類は特に限定されない。一般に、イオン液体は、その使用目的に応じて、カチオンまたはアニオンの具体的な構造、カチオンおよびアニオンの組合せ等により自由な分子設計が可能である。ただし、イオン液体の物性とカチオンまたはアニオンの構造との関係性については、未だに十分な解明が進んでいない。そのため、本開示においては、前記の通り、必要温度範囲で液体であるものを用いればよい。ただし、イオン液体の分子量については、100~300未満の範囲内であればよい。
本発明者らの鋭意検討によれば、吸湿材料として望ましいイオン液体では、カチオンおよびアニオン間のイオン強度が中庸であることが望ましく、イオン強度が強すぎたり弱すぎたりするものは望ましくない。イオン液体の分子量が100未満であったり300を超えたりするものは、カチオンまたはアニオンの分子が小さすぎたり大きすぎたりして中庸のイオン強度が得られず、良好な吸湿性能が得られないおそれがある。
より具体的なイオン液体の種類については特に限定されない。代表的なカチオンとしては、例えば、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、アンモニウム、ホスホニウム、モルホリニウム、ピペリジニウム、スルホニウム等を挙げることができる。これらの中でも、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、アンモニウム、ホスホニウムを好ましく用いることができる。また、カチオンは1種類のみ選択してもよいし複数種類のカチオンを混合して用いてもよい。
具体的なイミダゾリウムとしては、例えば、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム、1-ブチル-3-ドデシルイミダゾリウム、1-ブチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム、1,3-ジメチルイミダゾリウム、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウム、2,3-ジメチル-1-プロピルイミダゾリウム、1-デシル-3-メチルイミダゾリウム、1-エチル-3-メチルイミダゾリウム、1-エチル-2,3-ジメチルイミダゾリウム、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウム、1-(2-ヒドロキシエチル)-3-メチルイミダゾリウム、1-(3-ヒドロキシプロピル)-3-メチルイミダゾリウム、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウム、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウム、1-メチル-3-オクチルイミダゾリウム、1-メチル-3-ペンチルイミダゾリウム、1-アリル-3-メチルイミダゾリウム、1-ドデシル-3-メチルイミダゾリウム等が挙げられるが特に限定されない。
また、具体的なピリジニウムとしては、例えば、1-エチルピリジニウム、1-プロピルピリジニウム、1-ブチルピリジニウム、1-ヘキシルピリジニウム、1-オクチルピリジニウム、1-ブチル-3-メチルピリジニウム、1-ブチル-4-メチルピリジニウム、1-ヘキシル-4-メチルピリジニウム、1-エチル-3-(ヒドロキシメチル)ピリジニウム、1-オクチル-4-メチルピリジニウム等が挙げられるが特に限定されない。
また、具体的なピロリジニウムとしては、例えば、1-メチル-1-プロピルピロリジニウム、1-エチル-1-メチルピロリジニウム、1-ブチル-1-メチルピロリジニウム、1-(2-メトキシエチル)-1-メチルピロリジニウム等が挙げられるが特に限定されない。
また、具体的なアンモニウムとしては、例えば、トリメチルプロピルアンモニウム、ブチルメチルアンモニウム、ジエチル(メチル)プロピルアンモニウム、アミルトリエチルアンモニウム、メチルトリオクチルアンモニウム、トリメチルヘキシルアンモニウム、トリブチルメチルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウム、シクロヘキシルトリメチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラヘプチルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、テトラアミルアンモニウム等が挙げられるが特に限定されない。
また、具体的なホスホニウムとしては、例えば、トリブチルメチルホスホニウム、トリブチルオクチルホスホニウム、トリブチルヘキサデシルホスホニウム、トリブチルドデシルホスホニウム、トリブチル(2-メトキシエチル)ホスホニウム、トリヘキシル(テトラデシル)ホスホニウム、テトラブチルホスホニウム、テトラオクチルホスホニウム等が挙げられるが特に限定されない。
また、代表的なアニオンとしては、Cl- ,Br- ,I- 等のハロゲンイオン;NO2
-,NO3
-等の酸化窒素系(NO系)イオン;BF4
-,PF6
-,AlCl4
-,AsF6
-,SbF6
-,NbF6
-,TaF6
-等のハロゲン系無機酸イオン;(CH3O)HPO2
-,CH3PO3-等のホスホン酸系イオン;(CH3O)2PO2
-,(C2H5O)2PO2
-等のリン酸系イオン;CH3COO-,CH3SO3
-,CH3CH2OSO3
-等の有機酸イオン;CF3COO-,CF3SO3
-,(CF3SO2)3C-,CF3CF2CF2COO-,CF3CF2CF2CF2COO-等のハロゲン系有機酸イオン;(CF3SO2)2N-,(CF3CF2SO2)2N-,(CF3SO2)(CF3CO)N-,(CN)2N-等のアミド系イオン;等が挙げられるが特に限定されない。
本開示において好適に用いられる具体的なイオン液体としては、代表的には、置換炭素鎖が短い(炭素数の合計が6以下)カチオンと、カルボン酸系またはホスホン酸系アニオンとの組合せを挙げることができる。より具体的には、例えば、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアセテート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルスルファート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメタンスルフォネート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルフォネート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジシアナミド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムジメチルホスフェート,1-エチル-3-メチルイミダゾリウムエチルホスフェート,1-エチル-3-メチルイミダゾリウムメチルホスホネート等を挙げることができる。
本開示に係る液体吸湿材料は、前記のイオン液体を含んでいればよいが、イオン液体以外の成分を含んでいてもよい。したがって、本開示に係る液体吸湿材料は、イオン液体そのものであってもよいし、イオン液体を含有するとともに他の成分を含有する組成物であってもよい。具体的な他の成分は特に限定されないが、難燃剤、着色剤、着香剤(香料)、防かび剤、消泡剤、粘度調整剤等の公知の添加剤を挙げることができる。また、イオン液体は2種類以上を用いてもよいが、イオン液体以外の吸湿剤(乾燥剤)を混合してもよい。
これらの中でも代表的な他の成分としては、難燃剤を挙げることができる。特許文献1にも記載されているように、イオン液体は、技術常識的には、不揮発性、不燃性または難燃性を有するものであると考えられてきた。ところが、本発明者らの鋭意検討の結果、イオン液体の中には、引火性を有するものが存在することが明らかとなった。それゆえ、本開示に係る液体吸湿材料には、イオン液体の種類にもよるが難燃剤を含有することが好ましい。
難燃剤としては、イオン液体の種類にもよるが、イオン液体に溶解または分散可能なものであれば公知のものを好適に用いることができる。具体的な難燃剤としては、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、無機系難燃剤、アンチモン系難燃剤、シリコーン化合物、ヒンダートアミン化合物、有機金属化合物、窒素含有化合物等が挙げられるが特に限定されない。これら難燃剤は1種類のみを用いてもよいし、2種類以上を適宜組み合わせてもよい。
より具体的な難燃剤としては、例えばハロゲン系難燃剤としては、テトラブロモビスフェノールA(TBBA)、TBBA-ビス(ジブロモプロピルエーテル)、デカブロモジフェニルエーテル(Deca-BDE)、トリブロモフェール、ビス(ペンタブロモフェニル)エタン、1,2‐ビス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)エタン、ヘキサブロモシクロドデカン(HBCD) 、エチレンビス(テトラブロモフタルイミド)、ポリ(ジブロモフェノール)、ヘキサブロモベンゼン(HBB)、ポリ臭素化ジフェニルエーテル(PBDE)等の臭素系難燃剤;塩素化パラフィン、クロロシクロアルカン系(商品名デクロラン)、クロレンド酸類等の塩素系難燃剤;等を挙げることができる。
また、例えばリン系難燃剤としては、トリフェニルホスフェート(TPP)、トリクレジルホスフェート(TCP)、トリキシレニルホスフェート(TXP)、クレジルジフェニルホスフェート(CDP)、2-エチルヘキシルジフェニルホスフェート、t-ブチルフェニルジフェニルホスフェート、ビス(t-ブチルフェニル)フェニルホスフェート、トリス(t-ブチルフェニル)ホスフェート、イソプロピルフェニルジフェニルホスフェート、ビス(イソプロピルフェニル)ジフェニルホスフェート、トリス(イソプロピルフェニル)ホスフェート等の芳香族リン酸エステル; ビスフェノールAビス-ジフェニルホスフェート(BDP)、レゾルシノールビス-ジフェニルホスフェート(RDP)、レゾルシノールビス-ジキシレニルホスフェート(RDX)、ビフェニルビス-ジフェニルホスフェート等の縮合リン酸エステル;トリス(ジクロロプロピル)ホスフェート、トリスクロ(β-クロロプロピール)、トリスクロロエチルホスフェート等の含ハロゲンリン酸エステルまたは含むハロゲン縮合リン酸エステル;ポリリン酸塩類;赤リン類;リン酸エステルアミド;等を挙げることができる。
また、例えば無機系難燃剤としては、水酸化アルミニウム 、水酸化マグネシウム等の水酸化金属化合物;ホウ酸亜鉛、スズ酸亜鉛、硫化亜鉛等の亜鉛系化合物;ゼオライト、酸化チタン、シリカ、カーボン等のナノフィラー類;三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、四酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム等のアンチモン化合物;モリブデン化合物;等を挙げることができる。
また、例えば窒素含有化合物としては、スルファミン酸グアニジン等のグアニジン化合物;硫酸メラミン等のメラミン化合物;等を挙げることができる。
本開示に係る液体吸湿材料においては、これら難燃剤の含有量は特に限定されず、イオン液体を主成分とする液体吸湿材料に難燃性を付与できる程度の量であればよい。一般的に、難燃剤を含有する材料においては、当該材料における難燃剤の含有量は、難燃対象となる材料の重量を基準とする難燃剤の配合量として規定される。それゆえ、本開示においても、液体吸湿材料における難燃剤の含有量を、イオン液体を基準とした配合量として規定する。
本開示に係る液体吸湿材料において、難燃剤の配合量の一例としては、例えば、液体吸湿材料が含有するイオン液体100重量部に対して1~50重量部の範囲内を挙げることができる。言い換えれば、液体吸湿材料が含有するイオン液体の重量に対して1重量%以上50重量%以下の範囲内で難燃剤を配合すればよい。
また、難燃剤の配合量の好ましい下限としては、イオン液体の重量(100重量部)に対して3重量%(3重量部)以上であってもよく、5重量%(5重量部)以上であってもよい。また、難燃剤の配合量の好ましい上限としては、イオン液体の重量(100重量部)に対して40体積%(40重量部)以下であってもよく、35重量%(35重量部)以下であってもよく、30重量%(30重量部)以下であってもよい。好ましい配合量の範囲は、難燃剤の種類によって適宜設定することができる。
また、本開示に係る液体吸湿材料においては、前記の通り、主成分であるイオン液体が、少なくとも0℃~5℃の範囲内において液体であり、かつ、含水率(吸湿率)によりその粘度が低下するイオン液体を含有するものであればよい。本開示においては、主成分であるイオン液体は、0℃~5℃の範囲内での飽和含水率が20重量%を超えていること(飽和含水率条件)が好ましく、また、周囲の相対湿度が30~95%の範囲内にある状態で、1時間経過した後に、その含水率が10重量%を超えている(周囲湿度含水率条件)ことが好ましい。
イオン液体が、これら飽和含水率条件または周囲湿度含水率条件の少なくとも一方を満たすことで、調湿システム10が加湿運転していないときに液体吸湿材料が周囲から吸湿して多くの水分を蓄積することができる。そのため、調湿システム10が加湿運転を開始したときには、蓄積した水分を一挙に放出して迅速に加湿することが可能となる。
なお、周囲湿度含水率条件は周囲の相対湿度に基づいて規定される含水率である。そこで、本開示においては、周囲湿度含水率条件は、一般的な含水率の測定方法とは異なり、次に説明する含水率の測定方法で評価する。具体的には、温度5℃、湿度50%に調整した恒温恒湿室内に、測定対象のイオン液体を液膜厚が約0.6mmになるようにシャーレに入れて静置する。このとき、イオン液体の初期の含水率は0.5重量%以下とする。その後、風速2m/秒で1時間放置したときのイオン液体の重量変化を測定する。この重量変化(重量増加)を当該イオン液体の吸湿量と判断して、重量の変化率を当該イオン液体の含水率(吸湿率)として算出する。
この含水率の測定方法では、トリエチレングリコールを標準物質として用い、測定対象のイオン液体の含水率の測定について妥当性を判断することができる(つまり、トリエチレングリコールの含水率の測定を、イオン液体の含水率の測定についてのコントロール実験として取り扱うことができる)。この測定方法によりトリエチレングリコールの含水率が9~13重量%の範囲内に入っていれば、イオン液体の含水率の測定結果は精度良いものと判断することができる。
[吸湿材料加熱媒体]
本開示に係る調湿システム10に用いられる吸湿材料加熱媒体は、特に放湿部12において液体吸湿材料を加熱するために用いられる。吸湿材料加熱媒体には、液体吸湿材料の主成分であるイオン液体に対する非相溶性を有する液体であるという条件1を少なくとも満たしてればよいが、イオン液体よりも比重が大きいという条件2を満たしていることが好ましい。また、調湿システム10における液体吸湿材料の使用条件にもよるが、その粘度が200mPa・s以下であるという条件3を満たすことがより好ましい。
吸湿材料加熱媒体が条件1を満たすことによって、液体吸湿材料に対して吸湿材料加熱媒体を添加しても当該吸湿材料加熱媒体を液体吸湿材料から容易に分離することができる。そのため、放湿部12のみにおいて液体吸湿材料に吸湿材料加熱媒体を添加して当該液体吸湿材料を良好に加熱できるとともに、放湿部12から液体吸湿材料が流出する前に実質的に吸湿材料加熱媒体のみを液体吸湿材料から分離することができる。
また、吸湿材料加熱媒体が条件2を満たすことによって、特に、吸湿材料流動経路22が水平方向(または水平方向に準じた方向)に沿って配置されているときに、放湿部12における液体吸湿材料からの水分の放湿をより効率化することができる。さらに、吸湿材料加熱媒体が条件3を満たすことで、液体吸湿材料に吸湿材料加熱媒体を添加しても良好な流動性を実現することができる。
吸湿材料加熱媒体において、前述した条件1~3の各条件の具体的な評価方法は特に限定されない。条件1については、イオン液体に十分に攪拌混合して所定時間が経過した後に放湿抑制剤が分離するか否かで容易に評価することができる。また、条件2については、イオン液体および吸湿材料加熱媒体の比重をそれぞれ比較すればよい。条件3についても、放湿抑制剤の粘度で評価すればよい。
本開示においては、吸湿材料加熱媒体は、加熱媒体分離部26により液体吸湿材料(特にイオン液体)から分離される。そこで、本開示においては、液体吸湿材料からの分離に特に寄与する条件1について、次に説明する層分離試験およびイオン液体含有量試験により評価することができる。
まず、層分離試験は、液体吸湿材料の主成分である任意のイオン液体と、水と、吸湿材料加熱媒体の候補となる液体(候補液体)とを、重量比1:1:1で容器に入れて攪拌子により攪拌し、この攪拌を継続しながら予め設定される所定温度(攪拌設定温度)になるまで加熱する。攪拌設定温度に到達した後も少なくとも1分以上攪拌を継続してから攪拌を停止する。攪拌停止から10秒経過した後に、容器内の液体が少なくとも2層に分離しているか否かを確認する。2層に分離していない場合には、候補液体はイオン液体に対して相溶性を有すると判定し、2層以上に分離していれば、候補液体はイオン液体に対して非相溶性を有する可能性があると判定する。
次に、イオン液体含有量試験は層分離試験に引き続いて行われる。層分離試験の結果、容器内に生じた複数層からそれぞれ一部をサンプリングし、液体クロマトグラフィーで各層の成分を定量する。候補液体をもっとも多く含有する層中において、イオン液体の含有量が10重量%未満であるか否かを確認する。候補液体の層にイオン液体が10重量%以上含有されていれば、当該候補液体は、イオン液体から分離可能であるもののイオン液体に相溶性を有すると判定する。一方、候補液体の層におけるイオン液体の含有量が10重量%未満であれば、当該候補液体は、イオン液体に対して非相溶性を有すると判定する。
なお、層分離試験における攪拌設定温度は特に限定されないが、層分離試験におけるサンプリングまでに、混合した水の蒸発量(重量)が初期量の2割以下(20重量%以下)となるような温度に設定することが好ましい。一般的には攪拌設定温度は40~80℃の範囲内であればよく、好ましくは60℃±5℃程度の範囲内を挙げることができる。攪拌設定温度が高すぎて水が2割を超えて蒸発すると、層分離試験およびイオン液体含有量試験により候補液体の非相溶性を適切に評価できないおそれがある。
本開示において、液体吸湿材料に対する吸湿材料加熱媒体の添加量については特に限定されず、液体吸湿材料を良好に加熱できる程度の量が添加されればよい。したがって、放湿部12においては、例えば、液体吸湿材料の温度に応じて吸湿材料加熱媒体の添加量を増減させてもよい。
ここで、液体吸湿材料に吸湿材料加熱媒体を添加して得られる混合物を想定したときに、この混合物に含有される吸湿材料加熱媒体の重量比は、当該混合物に含有される液体吸湿材料の重量比よりも大きくなることが好ましい。すなわち、加熱媒体添加部25は、液体吸湿材料以上の重量となるように吸湿材料加熱媒体を添加するように構成されていればよい。
吸湿材料加熱媒体の具体的な種類は特に限定されないが、代表的には、シリコーンオイルおよびフッ素オイルを挙げることができる。これらオイルは、いずれもイオン液体に対して良好な非相溶性を有している(条件1を満たす)。また、これらオイルとしてはさまざまな種類のものが知られているので、これらの中から粘度も低いもの(条件3)を選択することができる。特にフッ素オイルは、相対的に比重の大きい種類のものが知られているので、これらの中から用いられるイオン液体よりも比重の大きいもの(条件2)を選択することができる。
代表的なシリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチル水素(ハイドロジェン)シリコーンオイル等のストレートシリコーンオイル;アルキル変性シリコーンオイル、アラルキル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイル、アルキル/アラルキル変性シリコーンオイル、アルキル/ポリエーテル変性シリコーンオイル、高級脂肪酸エステル変性シリコーンオイル、高級脂肪酸アミド変性シリコーンオイル、フルオロアルキル変性シリコーンオイル等の非反応性変性シリコーンオイル;アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシ変性シリコーンオイル、ハイドロジェン変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、アミノ/ポリエーテル変性シリコーンオイル、エポキシ/ポリエーテル変性シリコーンオイル、エポキシ/アラルキル変性シリコーンオイル等の反応性変性シリコーンオイル;等が挙げられるが、特に限定されない。これらシリコーンオイルは1種類のみを用いてもよいし2種類以上を適宜選択して用いてもよい。
また、代表的なフッ素オイルとしては、パーフルオロポリエーテル(PFPE)油、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)油、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が挙げられるが、特に限定されない。これらフッ素オイルは1種類のみを用いてもよいし2種類以上を適宜選択して用いてもよい。さらに、シリコーンオイルおよびフッ素オイルをそれぞれ選択して適宜組み合わせて用いてもよい。
このような吸湿材料加熱媒体を液体吸湿材料に添加する加熱媒体添加部25の具体的な構成は特に限定されない。例えば、第一配管16aを流動する液体吸湿材料に対して、所定量の吸湿材料加熱媒体を一定間隔で添加する構成を挙げることができる。ここで、吸湿材料加熱媒体により液体吸湿材料を加熱する場合には、これらの接触面積ができるだけ大きいことが好ましい。そこで、加熱媒体添加部25は、液体吸湿材料に吸湿材料加熱媒体を添加したときには、当該吸湿材料加熱媒体をイオン液体に分散させた分散液を形成するよう構成されてもよい。分散液を形成する方法は特に限定されず、公知の攪拌手段により液体吸湿材料および吸湿材料加熱媒体を攪拌すればよい。
吸湿材料加熱媒体を当該液体吸湿材料から分離する加熱媒体分離部26の具体的な構成も特に限定されない。吸湿材料加熱媒体は液体吸湿材料に対して非相溶性を有しているので、公知の液液分離遠心機、液液分離用膜、液液分離用フィルター等を好適に用いることができる。吸湿材料加熱媒体を加熱する加熱媒体加熱部27の具体的な構成も特に限定されない。吸湿材料加熱部24と同様に公知の加熱装置等を好適に用いることができる。
[調湿システムの動作例]
次に、前記構成の調湿システム10の動作の一例について、図1~図4を参照して具体的に説明する。
まず、図1において網掛けの二重線ブロック矢印A1で示すように、低温で高湿の空気が吸湿部11に設けられる空気接触部20に導入される。これを低温高湿空気A1とすれば、この低温高湿空気A1は例えば外気であればよく、調湿システム10は、このような外気を導入可能な公知の構成を備えていればよい。低温高湿空気A1は、空気接触部20の空気流動経路21に流入する。本実施の形態では、空気接触部20は、図2(A)に示すように、鉛直方向に配置される吸湿材料流動経路22を備えており、この吸湿材料流動経路22は空気流動経路21に対して交差(例えば直交)して設けられている。吸湿材料流動経路22の配置方向(上下方向)を縦方向とすれば、空気流動経路21の配置方向(左右方向)は横方向ということができるので、低温高湿空気A1は、吸湿材料流動経路22に対して横方向から流入することになる。
吸湿材料流動経路22には、図1および図2(A)において点線の矢印で示すように、吸湿材料配管16のうち第二配管16bから、低含水率の液体吸湿材料が供給される。これを低含水吸湿材料c2とすれば、図2(A)に示すように、低含水吸湿材料c2は、吸湿材料流動経路22の上方から下方に向かって矢印c0に示すように流れることになる。これに対して、低温高湿空気A1は、縦方向(上下方向)に交差(直交)する横方向から流入するので、低含水吸湿材料c2の流れに対して側方からの低温高湿空気A1の流れが衝突することになる。
ここで、前述したように、吸湿材料流動経路22は「高表面積部」(例えば。展開面22sを備えている構成、空間充填立体(ハニカム構造体等)そのものである構成、吸湿材料流動経路22の本体となる管状部材の内部に空間充填立体が充填されている構成等)であればよい。このような「高表面積部」では、横方向(交差、直交する方向)からの送風により空気が流通し、縦方向(上下方向)には液体吸湿材料が流通することになる。それゆえ、吸湿材料流動経路22を流れる低含水吸湿材料c2は、高い表面積の流動経路を流れることになるので、低温高湿空気A1と効率的に接触することができる。さらに、吸湿材料流動経路22が展開面22sを有していれば、液体吸湿材料はこの展開面22sに沿って流動するので、低温高湿空気A1とより良好に接触することができる。
加えて、液体吸湿材料の主成分はイオン液体であり、このイオン液体は、本開示においては含水率によりその粘度が低下するものである。低含水吸湿材料c2は含水率が低いため、相対的に粘度が高くなり、高表面積の吸湿材料流動経路22を相対的に緩やかに流れることになる。これにより、液体吸湿材料と低温高湿空気A1との接触頻度をより一層向上することができるので、低温高湿空気A1に含まれる水分を液体吸湿材料により効率的に吸湿させることが可能になる。
その結果、低温高湿空気A1は、吸湿材料流動経路22を通過すると、網掛けなしの二重線ブロック矢印A2で示すように、低温で低湿の空気すなわち低温低湿空気A2となって、空気流動経路21から排出される。また、低含水吸湿材料c2は、吸湿材料流動経路22から流出すると、実線の矢印で示すように、含水率の高い液体吸湿材料すなわち高含水吸湿材料c1となって、第一配管16aに流入する。
その後、高含水吸湿材料c1は、第一配管16aを流通して放湿部12に到達する。ここで、放湿部12では、加熱媒体添加部25により高含水吸湿材料c1に対して吸湿材料加熱媒体が添加される。吸湿材料加熱媒体は、加熱媒体加熱部27により予め加熱され、図1において白抜きの矢印mで示すように、加熱媒体配管16cを介して加熱媒体添加部25に送出される。それゆえ、高含水吸湿材料c1に添加された吸湿材料加熱媒体は予め加熱されている。
吸湿材料加熱媒体が添加された高含水吸湿材料c1は、図1において矢印c1+mで示すように、空気接触部20に導入される。この空気接触部20には、例えば、調湿対象である室内空気も導入される。室内空気は外気に比べて相対的に高温であり湿度が低いので、図1および図2(B)において網掛けなしの太線ブロック矢印で示すように、高温低湿空気B1として空気流動経路21に流入する。
本実施の形態では、放湿部12に設けられる空気接触部20は、吸湿部11と同様に、図2(B)に示すように、鉛直方向に配置される吸湿材料流動経路22を備えており、この吸湿材料流動経路22は空気流動経路21に対して交差(例えば直交)して設けられている。それゆえ、高温低湿空気B1は、縦方向に配置する吸湿材料流動経路22に対して横方向から流入することになる。
吸湿材料流動経路22には、図1および図2(B)において実線の矢印で示すように、第一配管16aから、高含水吸湿材料c1が供給される。吸湿材料流動経路22は縦方向に配置されているので、図2(B)に示すように、高含水吸湿材料c1は、吸湿材料流動経路22の上方から下方に向かって矢印c0に示すように流れることになる。このとき、吸湿材料加熱部24は、空気流動経路21内において、液体吸湿材料の流動方向および空気の流動方向に対して直交する方向に熱空気流Hを送風する。
しかも、前記の通り、高含水吸湿材料c1には、加熱された吸湿材料加熱媒体が添加されている。液体吸湿材料がイオン液体で構成されている場合には、例えば図3(A)または図3(B)に模式的に示すように、イオン液体41は、吸湿材料加熱媒体42が混合した状態で吸湿材料流動経路22を流れることになる。
図3(A)に示す模式的な例は、液体吸湿材料(高含水吸湿材料c1)に対して吸湿材料加熱媒体42が一定量ずつ添加される場合に相当する。この例では、吸湿材料流動経路22の展開面22s上をイオン液体41の層と吸湿材料加熱媒体42の層とが交互に流れることになる。それゆえ、吸湿材料加熱媒体42の層から隣接するイオン液体41の層に対して、図中細線破線の矢印で示すように熱移動(熱交換)が生じる。
また、図3(A)に示すように、理想的には、展開面22sをはさんでイオン液体41の層と吸湿材料加熱媒体42の層とが交互になるように流動すれば、展開面22sを介してイオン液体41に吸湿材料加熱媒体42からの熱移動が生じる。さらに、前記の通り、吸湿材料加熱部24の熱空気流Hが、吸湿材料流動経路22の配置方向(矢印c0方向)に直交するように送風されている。それゆえ、イオン液体41に対しては熱空気流Hからも熱移動が生じることになる。その結果、イオン液体41は、吸湿材料加熱媒体42および熱空気流Hにより良好に加熱される。
また、図3(B)に示す模式的な例は、液体吸湿材料(高含水吸湿材料c1)に対して吸湿材料加熱媒体42が添加された上で分散液が形成される場合に相当する。この例では、イオン液体41および吸湿材料加熱媒体42が液体同士で分散した状態にあるので、これら液体の接触面積がより一層増加する。それゆえ、図3(A)に示す模式的な例に比べて、より一層効率的に熱移動(熱交換)が生じる。さらに、図3(A)と同様に、イオン液体41および吸湿材料加熱媒体42の混合物(分散液)に対しては、吸湿材料加熱部24の熱空気流Hからも熱移動が生じる。その結果、イオン液体41は、吸湿材料加熱媒体42および熱空気流Hにより良好に加熱される。
なお、図3(C)に示す模式的な例は、液体吸湿材料(高含水吸湿材料c1)に対して吸湿材料加熱媒体42が添加されない場合に相当する。この場合、吸湿材料流動経路22にはイオン液体41のみが流動することになる。イオン液体41は展開面22s上を流動するので、吸湿材料加熱部24の熱空気流Hから良好な熱移動が生じるが、吸湿材料加熱媒体42が添加されていないので、吸湿材料加熱媒体42からの熱移動は生じない。
図2(B)に示す例では、放湿部12では、高温低湿空気B1は、吸湿材料流動経路22に対して横方向(交差または直交方向)から流入するので、良好に加熱された高含水吸湿材料c1の流れに対して側方からの高温低湿空気B1の流れが衝突する。吸湿材料流動経路22は、好ましくは高表面積な構造体として構成されている。それゆえ、高含水吸湿材料c1は、円滑に吸湿材料流動経路22を流れ、効率的に高温低湿空気B1に接触することができる。
ここで、高含水吸湿材料c1は、低含水吸湿材料c2に比べて低粘度であるため、吸湿材料流動経路22を流通する時間が短くなる。単純に考えれば、流通時間が短ければ液体吸湿材料と空気との接触頻度が低下し、効率的な放湿ができない可能性が出てくる。しかしながら、そもそも放湿部12に導入される高温低湿空気B1は、相対的に高温であるため低温の空気に比べて飽和水蒸気圧が高くなっているとともに湿度が低い状態である。それゆえ、吸湿部11に比べて相対的に空気への接触時間が短くても、液体吸湿材料から空気に対して良好に放湿することが可能となる。
しかも、本実施の形態では、前記の通り、吸湿材料流動経路22に流入する高含水吸湿材料c1は、吸湿材料加熱部24および吸湿材料加熱媒体により良好に加熱されている。これにより、液体吸湿材料に含まれる水分は蒸発し易くなっているので、飽和水蒸気圧が高く低湿である高温低湿空気B1に対して、さらに一層良好に放湿することが可能になる。言い換えれば、吸湿部11では、空気が低温であるので、効率的な吸湿を目指す上では液体吸湿材料が高粘度であることが特に望ましく、放湿部12では、空気が高温であるので、液体吸湿材料が低粘度であっても効率的な放湿が可能になる。
このように、吸湿材料流動経路22を高含水吸湿材料c1が流れて高温低湿空気B1に効率的に接触することにより、高含水吸湿材料c1から高温低湿空気B1に対して効率的に水分が放散される。その結果、高温低湿空気B1は、吸湿材料流動経路22を通過すると、図2(B)において網掛けの太線ブロック矢印B2で示すように、高温で高湿の空気すなわち高温高湿空気B2となって、空気流動経路21から排出される。
高温高湿空気B2は、図1に示すように、加湿用配管17を介して加湿部13に導入される。加湿部13では、高温高湿空気B2に含まれる水分を供給することにより室内空気を加湿する。ここで、前述したように、加湿部13が湿度を測定可能であれば、室内の湿度に応じて加湿することが可能である。このように、放湿部12で排出される高温高湿空気B2をそのまま室内に循環させるのではなく、加湿部13により加湿を制御することで、室内空気を良好に加湿することができる。
ここで、図2(B)または図3(A),(B)に示すように、高含水吸湿材料c1は、吸湿材料流動経路22から流出すると、点線の矢印で示すように、低含水吸湿材料c2となって、第二配管16bに流入する。その後、図1に示すように、低含水吸湿材料c2は、第二配管16bから加熱媒体分離部26に到達する。加熱媒体分離部26では、低含水吸湿材料c2に添加されている吸湿材料加熱媒体を分離し、加熱媒体配管16cを介して加熱媒体加熱部27に導入する(図中白抜きの矢印m)。
吸湿材料加熱媒体は、液体吸湿材料に熱を与えたために温度が低下している。そこで、加熱媒体加熱部27で再び加熱され、加熱媒体添加部25に送出され、加熱媒体添加部25では、加熱した吸湿材料加熱媒体を高含水吸湿材料c1に添加する。また、図1に示すように、加熱媒体分離部26により吸湿材料加熱媒体が分離された低含水吸湿材料c2は、第二配管16b(貯留部15および循環供給部14)を介して吸湿部11に再び導入されるので、前述した吸湿および放湿が繰り返される。
前述した図2(B)および図3(A),(B)に示す構成では、吸湿材料流動経路22が鉛直方向またはこれに準じた方向(縦方向)に配置され、液体吸湿材料は上から下に流れ落ちる構成となっている。これに対して、本開示においては、吸湿材料流動経路22は、前記の通り、水平方向またはこれに準じた方向(横方向)に配置されてもよい。
この場合、例えば、図4(A),(B)に示すように、展開面22sの上で水平方向(図中矢印c0方向)に液体吸湿材料が流動する。このとき、吸湿材料加熱媒体42が条件2を満たしていれば、すなわち、吸湿材料加熱媒体42がイオン液体41よりも比重が大きければ、図4(A)に示すように、吸湿材料加熱媒体42が下層側に位置し、イオン液体41が上層側に位置する。これにより、上層に位置するイオン液体41(すなわち液体吸湿材料)は空気との接触面積を良好に確保することができるので、イオン液体41から良好に水分を放湿することができる。
特に、吸湿材料加熱部24が吸湿材料流動経路22において熱空気流Hを送風する構成(図2(B)参照)であって、液体吸湿材料の流動方向に沿って熱空気流Hが送風されていれば、上層側を流れるイオン液体41に対してさらに上層の熱空気流Hから熱移動が生じる(破線細線矢印)とともに、イオン液体41の下層を流れる吸湿材料加熱媒体42からも熱移動が生じる。それゆえ、イオン液体41(液体吸湿材料)をより効率的に加熱することが可能になる。
なお、吸湿材料加熱媒体42の比重がイオン液体41よりも小さければ、図4(B)に示すように、吸湿材料加熱媒体42が上層を流れイオン液体41が下層を流れる。そのため、吸湿材料加熱媒体42に対して熱空気流Hから熱移動が生じる。それゆえ、図4(A)に示すようにイオン液体41に対して上下双方からの熱移動に比べて、イオン液体41(液体吸湿材料)の加熱の効率性は劣る。しかしながら、加熱された吸湿材料加熱媒体42が下層のイオン液体41に良好に接触しているため、吸湿材料加熱媒体42を添加しない場合に比較すれば、イオン液体41(液体吸湿材料)を良好に加熱することができる。
また、本開示に係る調湿システム10においては、吸湿部11と放湿部12とが別々に設けられ、液体吸湿材料がこれら吸湿部11および放湿部12を循環しながら吸放湿を繰り返す構成となっている。これにより、従来の固体吸湿材料(ゼオライト等)を用いる構成に比較して、消費エネルギーを低減することができる。
具体的には、従来の固体吸湿材料を用いる構成では、固体吸湿材料そのものと、この固体吸湿材料を担持させる基体との双方を昇降温させる必要がある。これに対して、本開示のように、液体吸湿材料を循環させる構成であれば、実質的に液体吸湿材料のみを昇降温させるだけでよい。また、吸湿部11および放湿部12を空間的に区画することにより、吸湿部11を常に相対的に低温に保持することができ、放湿部12を常に相対的に高温に保持することができる。
このように、本開示によれば、液体吸湿材料として、低温で液体であるイオン液体を少なくとも用いるとともに、吸湿部11または放湿部12には、空気流動経路21に空気を流しながら液体吸湿材料を供給する空気接触部20が設けられている。これにより、低温環境でも良好に空気を除湿したり加湿したりすることができるとともに、流動する空気に液体吸湿材料を供給することで、空気と液体吸湿材料とを効率的に接触させ、効率的な空気の除湿または加湿を実現することができる。
特に、液体吸湿材料が含有するイオン液体は、含水率により粘度が変化するものである。それゆえ、吸湿部11では粘度の高い液体吸湿材料を供給することにより、吸湿対象である空気と液体吸湿材料との接触時間を良好に確保することができる。また、放湿部12では、含水率が高く粘度が低い状態であっても空気が相対的に高温であれば、液体吸湿材料に含まれる水分を十分空気に放散することが可能となる。
[変形例等]
本実施の形態では、前述した通り、図1に示すように、吸湿部11および放湿部12のいずれにも空気接触部20が設けられているが、本開示はこれに限定されず、吸湿部11または放湿部12のいずれか一方が空気接触部20を備える構成であってもよい。例えば、図5に示すように、吸湿部11のみが空気接触部20を備えており、放湿部12は空気接触部20を備えていない構成であってもよい。
特に、吸湿部11では、低温の空気に対して液体吸湿材料を接触させることになるので、吸湿部11は、液体吸湿材料が高粘度であるとともに高表面積部(吸湿材料流動経路22)を含む空気接触部20を備えていることが好ましい。一方、放湿部12では、空気が相対的に高温であり、液体吸湿材料も加熱することにより水分を放散させやすいので、必ずしも空気接触部20を備えていなくてもよい。放湿部12は、高含水吸湿材料c1から水分を放散させて加湿用の水分を回収できる構成であればよい。
なお、図5に示す調湿システム10においては、放湿部12は、空気接触部20を備えていない代わりに、当該空気接触部20とは異なる放湿機構(放湿手段)12aを備えていればよい。図5では、他の放湿機構12aを模式的に図示している。この他の放湿機構12aの具体的構成は特に限定されず、液体吸湿材料から水分を放散できるものであればよい。
放湿機構12aの一例としては、液体吸湿材料で占められない空間(非占有空間)を有し、かつ、当該非占有空間の一部に冷却器が設けられる構成を挙げることができる。このような構成であれば、加熱された液体吸湿材料から放湿された水蒸気が、非占有空間を満たし、さら当該非占有空間に設けられる冷却器により水蒸気が凝縮されることで、液体吸湿材料から水分が放散されて回収されることになる。このような構成では、外部の空気を流通させることなく(空気接触部20を設けることなく)水分を回収することができる。なお、放湿機構12aの構成はこれに限定されず、例えば、調湿装置等の分野で公知のさまざまな構成を適用することができる。
また、本実施の形態では、放湿部12の空気流動経路21から排出される高温高湿空気B2は、加湿用配管17を介して加湿部13に導入されるが、本開示はこれに限定されず、例えば、図6に示すように、放湿部12および加湿部13の間に水凝縮部18を備える構成であってもよい。
水凝縮部18の具体的な構成は特に限定されず、放湿部12から放湿された水分を凝縮するものであれば公知の構成を好適に用いることができる。例えば、水凝縮部18は、空気流動経路21から加湿用配管17を介して流入する高温高湿空気B2を冷却することにより、高温高湿空気B2に含まれる水蒸気を凝縮させて液体の水分(凝縮水)として一時的に貯留する。水凝縮部18に貯留された凝縮水は、図6において実線の矢印dに示すように、加湿用配管17を介して加湿部13に必要に応じて供給され、加湿部13は、供給された凝縮水を利用して室内空気を加湿する。
なお、前述した放湿機構12aの一例が備える冷却器は特に限定されないが、一例として、水凝縮部18を挙げることができる。水凝縮部18が放湿機構12aの非占有空間内に設けられていれば、水凝縮部18により凝縮された水分(凝縮水)は加湿部13に導入されることで、加湿用の水分としてもちいることができる。
このように、調湿システム10が水凝縮部18を備えることにより、高温高湿空気B2に含まれる水分を気体(水蒸気)ではなく液体に相転移させるので、加湿部13では液体の水分を利用して空気を加湿することが可能となる。また、水凝縮部18が凝縮した水分を貯留可能とする構成であれば、加湿部13において高温高湿空気B2に含まれる水分を全て加湿に利用しない場合には、余剰の水分を貯留しておくことができる。しかも、水凝縮部18で水分を貯留しておけば、吸湿部11および放湿部12により十分に水分を回収できない場合でも、加湿部13による加湿を実行することができる。
なお、吸湿部11により液体吸湿材料に吸湿させた水分は、放湿部12を介して水凝縮部18で貯留してもよいが、例えば、第一配管16aに貯留部15を設けることにより、高含水吸湿材料c1に含有させた状態で貯留することもできる。
また、本実施の形態では、図1、図5または図6に示すように、吸湿部11および放湿部12がそれぞれ独立した構成となっているが、本開示はこれに限定されず、例えば、図7に示すように、吸湿部11および放湿部12が一体化された吸放湿部19を備える構成であってもよい。
吸放湿部19の具体的な構成は特に限定されず、例えば、図7に示すように、吸湿部11用の空気接触部20(図1参照)と他の放湿機構12a(図5参照)とを備える構成であってもよいし、吸湿部11用の空気接触部20と放湿部12用の空気接触部20とを2つ備える構成であってもよい。あるいは、吸放湿部19には、放湿部12用の空気接触部20を備え、吸湿部11用としては、空気接触部20とは異なる吸湿機構(吸湿手段)を備える構成であってもよい。
あるいは、吸放湿部19は、同一の空気接触部20を、ある時間帯では吸湿に利用し他の時間帯では放湿に利用する構成であってもよいし、液体吸湿材料を加熱する機構(吸湿材料加熱部24、加熱媒体添加部25あるいは他の加熱手段)が移動することで吸放湿を繰り返す構成であってもよい。また、図5に示すように、吸放湿部19と加湿部13との間に介在する水凝縮部18を備える構成であってもよい。
さらに、本実施の形態では、図2(A),(B)に示すように、空気接触部20としては、吸湿材料流動経路22が展開面22sを備える構成、あるいは、空間充填立体を備える構成を例示したが、本開示はこれに限定されず、前述したように、流動する液体吸湿材料に空気を良好に接触させる「高表面積部」として機能するものであればよい。
例えば、吸湿部11が備える空気接触部20では、図8(A)に示すように、吸湿材料流動経路22Aが複数枚の縦長フィン121を並列させた構成であってもよいし、放湿部12が備える空気接触部20では、図8(B)に示すように、吸湿材料流動経路22Bが横長フィン122を並列させた構成であってもよい。このように、空気接触部20が板状体を平行配置させた構成であっても「高表面積部」として有効に機能する。
なお、縦長フィン121は、吸湿材料流動経路22Aにおける液体吸湿材料の流動方向(矢印c0)に延伸する長方形状の板状部材であればよく、横長フィン122は、吸湿材料流動経路22Bにおける液体吸湿材料の流動方向(矢印c0)に対して交差(特に直交)する方向に延伸する長方形状の板状部材であればよい。縦長フィン121および横長フィン122の具体的な構成は特に限定されず、液体吸湿材料の吸放湿に影響を及ぼさない公知の材質で構成されればよい。また、縦長フィン121および横長フィン122のサイズ、並列枚数、並列間隔等についても特に限定されず、諸条件に応じて適宜設定することができる。
また、吸湿材料流動経路22Aおよび吸湿材料流動経路22Bのいずれにおいても、液体吸湿材料が流入する側の端部を流入端部22pと称し、液体吸湿材料が流出する側の端部を流出端部22qと称する。図8(A),(B)においては、吸湿材料流動経路22Aおよび吸湿材料流動経路22Bのいずれにおいても、図中上側が流入端部22pであり図中下側が流出端部22qである。さらに、隣接する縦長フィン121の間、もしくは、隣接する横長フィン122の間は、液体吸湿材料の流動経路であり、経路内流路22rと称する。これは、吸湿材料流動経路22Aおよび吸湿材料流動経路22Bのいずれにおいても、一つの流動経路内が複数のフィン121または122によって区画されていると見なすことができるためである。
ここで、図8(A)および図8(B)に示すように、吸湿部11が備える吸湿材料流動経路22Aの方が、放湿部12が備える吸湿材料流動経路22Bよりも、流動経路の開口が小さく、かつ、流動経路の全長が長くなるように構成されている。言い換えれば、放湿部12が備える吸湿材料流動経路22Bの方が、吸湿部11が備える吸湿材料流動経路22Aよりも、流動経路の開口が大きく、かつ、流動経路の全長が短くなるように構成されている。
また、図8(A)に示す縦長フィン121の幅L1は、図8(B)に示す横長フィン122の幅L2よりも小さい(L1<L2)が、これらフィン121または122の幅は、経路内流路22rの流路幅であるということができる。そこで、この流路幅の和を吸湿材料流動経路22A,22Bの通流断面全長と定義すれば、放湿部12の通流断面全長は、吸湿部11の通流断面全長よりも大きくなることが好ましい。
例えば、図8(A)に示す吸湿材料流動経路22A(吸湿部11)は5枚の縦長フィン121で構成され、吸湿材料流動経路22B(放湿部12)も5枚の横長フィン122で構成されている。縦長フィン121の幅L1および横長フィン122の幅L2を、それぞれ吸湿材料流動経路22Aまたは22Bの流路幅とすれば、吸湿材料流動経路22Aの通流断面全長Lc1はLc1=5×L1であり、吸湿材料流動経路22Bの通流断面全長Lc2はLc2=5×L2である。L2の方がL1よりも大きいので、吸湿材料流動経路22Bの通流断面全長Lc2は、吸湿材料流動経路22Aの通流断面全長Lc1よりも大きくなる(Lc2>Lc1)。
放湿部12における通流断面全長Lc2を吸湿部11における通流断面全長Lc1よりも大きくすることで、放湿部12における液体吸湿材料の液膜の厚みが相対的に小さくなる。液膜の厚みが小さくなることで、吸湿材料流動経路22Bにおける液体吸湿材料の流速が相対的に低下して、液体吸湿材料と空気との接触時間が長くなる。これにより、放湿部12においては、液体吸湿材料から空気への放湿効率の向上が可能となる。しかも、例えば、吸湿材料加熱部24が、空気流動経路21内に熱空気流を送風する構成であれば、けでなく、液膜が薄くなることにより、吸湿材料加熱部24による液体吸湿材料の加熱の効率化も可能となる。
加えて、本実施の形態では、図8(C)に示すように、放湿部12の吸湿材料流動経路22Bには、流入端部22pに吸湿材料展開部123が設けられていることが好ましい。この吸湿材料展開部123は、流入端部22pの開口の広がり方向に液体吸湿材料を展開または拡散させた上で、当該開口に導入するものであればよい。吸湿材料展開部123の具体的な構成は特に限定されないが、例えば、図8(C)に示すような多孔体(スポンジ等)であってもよいし、網状体(メッシュ等)であってもよい。このような吸湿材料展開部123を設けることによって、通流断面全長Lc2が相対的に大きく吸湿材料流動経路22Bの開口面積(通流断面積)が相対的に大きくなっても、当該吸湿材料流動経路22B内全体に液体吸湿材料を良好に導入することができる。
なお、前述した例では、吸湿材料流動経路22が板状体(縦長フィン121または横長フィン122等)を並列させた構成を挙げているが、単純な板状体以外に、前述したように凹凸形状、孔形状、割れ目形状等の物理形状を有する板状体でもよい。また、吸湿材料流動経路22が、ハニカム構造体、線状体、または棒状体で構成される場合であっても、同様に通流断面全長を定義し、放湿部12の通流断面全長を吸湿部11の通流断面全長よりも大きくすればよい。さらに、吸湿材料流動経路22を構成する平行配置部材(線状体、棒状体、または板状体等)の表面に対して、前述したような物理形状を導入した場合、当該物理形状も含めて通流断面全長を定義すればよい。この場合、通流断面全長は、例えば、物理形状を有する平行配置部材の表面積と流路幅との積として定義することができる。これらにより、板状体で構成される場合と同様に、放湿効率を向上することが可能となる。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、本開示に係る調湿システム10について、液体吸湿材料、並びに、液体吸湿材料を用いた吸湿部11および放湿部12の動作に着目して説明したが、本実施の形態2では、本開示に係る調湿システム10について、その制御構成に着目して図9~図11を参照して説明する。
本実施の形態2に係る調湿システム10は、前記実施の形態1に係る調湿システム10と同様であるが、図9に示すように、制御部50および吸湿材料温度測定器51を備えている。前記実施の形態1に係る調湿システム10も図示しない制御部を備え、調湿システム10の動作を制御する構成であってもよいが、本実施の形態2では、制御部50は、さらに、少なくとも吸湿材料温度測定器51の測定結果すなわち液体吸湿材料の温度に基づいて、吸湿材料加熱部24による液体吸湿材料の加熱を制御するよう構成されている。
図9に示す構成では、制御部50は、吸湿部11、放湿部12、加湿部13、循環供給部14の動作を制御している。また、放湿部12は、前述したように吸湿材料加熱部24(図2(B)参照)を備えているので、制御部50は吸湿材料加熱部24の動作も制御している。図9では、制御部50からの制御指令を矢印で図示している。一方、制御部50は、吸湿材料温度測定器51の測定結果(液体吸湿材料の温度)に基づいて吸湿材料加熱部24の動作を制御する。それゆえ、図9では、吸湿材料温度測定器51のブロックから制御部50のブロックに対して測定結果の入力を示す矢印が図示されている。
制御部50の具体的な構成は特に限定されず、公知のマイクロコンピュータ、マイクロコントローラ等であればよい。また、吸湿材料温度測定器51の具体的な構成も特に限定されず、液体吸湿材料の温度を測定可能な公知の温度計を好適に用いることができる。さらに、吸湿材料温度測定器51による温度測定の位置も特に限定されない。代表的には、放湿部12を挙げることができ、より具体的には、放湿部12が備える吸湿材料加熱部24近傍において液体吸湿材料の温度を測定することが好ましい。
このように、制御部50が、液体吸湿材料の温度に基づいて吸湿材料加熱部24の動作(吸湿材料加熱部24による液体吸湿材料の加熱)を制御すれば、放湿部12における液体吸湿材料の温度を好適な範囲内に維持することができる。そのため、液体吸湿材料からの放湿をより効率化することができるとともに、吸湿材料加熱部24を効率的に動作させることが可能となり、調湿システム10の省エネルギー化を図ることができる。
さらに、本実施の形態2に係る調湿システム10は、図10に示すように、放湿部12が、空気温度測定器52および湿度測定器53を備えており、制御部50は、空気温度測定器52および湿度測定器53の測定結果の少なくとも一方を、吸湿材料温度測定器51の測定結果とともに用いて、吸湿材料加熱部24の動作(あるいは調湿システム10全体の動作)を制御するよう構成されてもよい。
空気温度測定器52は、放湿部12における液体吸湿材料から水分が放湿された空気(被放湿空気)、すなわち、図1または図2(B)等に例示する高温高湿空気B2(網掛けの太線ブロック矢印)の温度を測定するものである。また、湿度測定器53も、被放湿空気すなわち図1または図2(B)等に例示する高温高湿空気B2の湿度を測定するものである。空気温度測定器52または湿度測定器53の具体的な構成は特に限定されず、放湿部12において高温高湿空気B2の温度または湿度を測定できる公知の測定器を好適に用いることができる。
制御部50は、液体吸湿材料の温度だけでなく、高温高湿空気B2(被放湿空気)の温度または湿度もしくはその両方に基づいて吸湿材料加熱部24の動作を制御することにより、放湿部12における液体吸湿材料の温度をより一層好適な範囲内に維持することができる。そのため、液体吸湿材料からの放湿をより一層効率化することができるとともに、吸湿材料加熱部24を効率的に動作させることが可能となる。
ここで、吸湿材料加熱部24は、PTC(Positive Temperature Coefficient, 正温度計数)特性を有するものであることがより好ましい。PTC特性は、温度が上昇すると電気抵抗が増大して電流が流れにくくなり、温度が低下すると電気抵抗が低下して電流が流れやすくなる特性である。
吸湿材料加熱部24がPTC特性を有していれば、一定の温度に達した時点でそれ以上の温度上昇が回避される。それゆえ、制御部50からの制御がなくても吸湿材料加熱部24の過剰な温度上昇が抑制されるので、液体吸湿材料を不用意に加熱することが回避される。したがって、制御部50は、吸湿材料加熱部24のON/OFF等を制御すればよいことになり、省エネルギー化を図ることができるだけでなく、吸湿材料加熱部24の制御構成の簡素化を図ることもできる。
加えて、本実施の形態2に係る調湿システム10は、図11に示すように、制御部50が、加熱媒体加熱部27の動作を制御するよう構成されてもよい。この構成では、図10に示す調湿システム10と同様に、制御部50は、少なくとも吸湿材料温度測定器51の測定結果を用いて、好ましくは、放湿部12が備える空気温度測定器52および湿度測定器53の測定結果の少なくとも一方を用いて、加熱媒体加熱部27の動作を制御すればよい。もちろん制御部50は、加熱媒体加熱部27の動作だけでなく、吸湿材料加熱部24の動作を制御することもできる。
また、図示しないが、本実施の形態2に係る調湿システム10は、吸湿材料加熱媒体の温度を測定する加熱媒体温度測定器を備えており、制御部50は、この加熱媒体温度測定器の測定結果(すなわち吸湿材料加熱媒体の温度)を、加熱媒体加熱部27(および/または吸湿材料加熱部24)の動作を制御する構成であってもよい。
(実施の形態3)
前記実施の形態1または2では、イオン液体を主成分とする液体吸湿材料を用いた調湿システム10の代表的な構成例について説明したが、本実施の形態3では、前記実施の形態1で説明した調湿システム10を備える空気調和装置の代表的な構成例について、図12を参照して説明する。
図12に示すように、本開示に係る空気調和装置30は、室内機31および室外機32を備えており、室内機31および室外機32にまたがるように、冷凍サイクル33および調湿システム10が設けられている。
調湿システム10の構成は前記実施の形態1または2で説明した通りであり、詳細な説明は省略するが、図12においては、説明の便宜上、図1等に示す調湿システム10の構成を簡略化して図示している。
図12に示す空気調和装置30では、調湿システム10のうち吸湿部11および放湿部12、並びにこれらの間で液体吸湿材料を循環させるように接続する吸湿材料配管16は室外機32側に設けられている。なお、図12では、吸湿材料配管16は直線状に簡略化して記載している。一方、室内機31には、加湿部13が設けられている。加湿部13および放湿部12を接続する加湿用配管17は、室内機31および室外機32の間に設けられている。なお、図12では、循環供給部14、貯留部15、並びに、吸湿部11および放湿部12の少なくとも一方が備える空気接触部20については省略している。
冷凍サイクル33は、室内機31に設けられる室内機側熱交換器34と、室外機32に設けられる室外機側熱交換器35、圧縮機36、および減圧装置37とにより構成されている。これらは、室内機側熱交換器34、圧縮機36、室外機側熱交換器35、および減圧装置37の順で冷媒配管38により環状に接続されている。
なお、図示しないが、室内機側熱交換器34、圧縮機36、および室外機側熱交換器35を接続する冷媒配管38には、冷暖房切換用弁が設けられている。また、室内機31は、図示しない送風ファン、温度センサ、操作部等を備えており、室外機32は、図示しない送風機、アキュームレータ等を備えている。さらに、冷媒配管38には、冷暖房用切換弁以外にも図示しない各種弁装置およびストレーナ等が設けられている。
室内機側熱交換器34は、送風ファンにより室内機31の内部に吸い込まれた室内空気と、室内機側熱交換器34の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。室内機31は、暖房時には熱交換により暖められた空気を室内に送風し、冷房時には熱交換により冷却された空気を室内に送風する。室外機側熱交換器35は、送風機により室外機32の内部に吸い込まれた外気と室外機側熱交換器35の内部を流れる冷媒との間で熱交換を行う。
なお、室内機31および室外機32の具体的な構成、あるいは、室内機側熱交換器34または室外機側熱交換器35、圧縮機36、減圧装置37、送風ファン、温度センサ、操作部、送風機、アキュームレータ、弁装置、ストレーナ等の具体的な構成は特に限定されず、公知の構成を好適に用いることができる。
空気調和装置30における冷凍サイクル33の動作の一例について具体的に説明する。まず、冷房運転または除湿運転では、室外機32の圧縮機36はガス冷媒を圧縮して吐出し、これによりガス冷媒は室外機側熱交換器35に送出される。室外機側熱交換器35は外気とガス冷媒とを熱交換するので、ガス冷媒は凝縮して液化する。液化した液冷媒は減圧装置37により減圧され、室内機側熱交換器34に送出される。室内機側熱交換器34では、室内空気との熱交換により液冷媒が蒸発してガス冷媒となる。このガス冷媒は、室外機32の圧縮機36に戻る。圧縮機36はガス冷媒を圧縮して再び室外機側熱交換器35に吐出する。
また、暖房運転では、室外機32の圧縮機36はガス冷媒を圧縮して吐出し、これによりガス冷媒は室内機側熱交換器34に送出される。室内機側熱交換器34では、室内空気との熱交換によりガス冷媒が凝縮して液化する。液化した液冷媒は、減圧装置37により減圧されて気液二相冷媒となり、室外機側熱交換器35に送出される。室外機側熱交換器35は外気と気液二相冷媒とを熱交換するので、気液二相冷媒は蒸発してガス冷媒となり、圧縮機36に戻る。圧縮機36はガス冷媒を圧縮して再び室内機側熱交換器34に吐出する。
空気調和装置30における調湿システム10の動作は、前記実施の形態1で説明した通りであるが、特に室内の湿度が低下しやすい暖房運転を例に挙げて、調湿システム10の動作簡単に説明する。
例えば暖房運転において、室内の湿度が低下すると、吸湿部11は外気を導入して液体吸湿材料により外気中の水分を吸湿する。吸湿した液体吸湿材料は、前述した通り、高含水吸湿材料c1(図1等参照)として吸湿材料配管16を介して放湿部12に供給される。放湿部12では、高含水吸湿材料c1に含まれる水分を放湿させる。放湿された水分は、水蒸気の状態または水凝縮部18により凝縮された凝縮水の状態で加湿用配管17を介して加湿部13に供給される。加湿部13では、供給された水分を室内の加湿に利用する。水分が放散された液体吸湿材料は、前述した通り、低含水吸湿材料c2として吸湿部11に供給される。吸湿部11および放湿部12による外気からの水分の回収は、加湿部13に必要な水分量が得られるまで継続すればよい。
このように、本実施の形態3に係る空気調和装置30は、前記実施の形態1または2で説明した調湿システム10を備える構成となっている。空気調和装置30の構成は特に限定されないが、室内機31および室外機32を備えているが、調湿システム10のうち少なくとも吸湿部11および放湿部12が室外機32に設けられている構成を挙げることができる。調湿システム10では、吸湿部11により、液体吸湿材料により空気中の水分を吸湿し、放湿部12により液体吸湿材料から水分を回収する。これにより、加湿部13は室内空気を加湿することができる。
ここで、調湿システム10は、本実施の形態のように空気調和装置30に適用される構成に限定されず、そのまま調湿装置として構成されてもよいし、空気調和装置30以外の装置または設備に適用されてもよいことは言うまでもない。また、空気調和装置30の具体的な構成も本実施の形態3で説明した構成に限定されないことは言うまでもない。
なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。