JPH10235133A - 水蒸気を選択的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、気体中の水蒸気を分別回収し
て、有効利用できる蒸気に形態変更して熱エネルギの回
収する水蒸気処理装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 選択的水蒸気透過モジュール５２が筐体
５１内を第１および第２の閉空間５１ａ、５１ｂに画成
するように配設されている。第１の閉空間５１ａには気
液接触器５３が接続され、第２の閉空間５１ｂには圧縮
機５６が接続されている。そして、送風機５４により強
制循環された気体は、気液接触器５３で水と接触し、加
湿されて第１の閉空間５１ａに戻される。一方、第２の
閉空間５１ｂ内は圧縮機５６により減圧され、第１の閉
空間５１ａ内の加湿空気中の水蒸気のみが第２の閉空間
５１ｂに透過される。そして、圧縮機５６は第２の閉空
間５１ｂ内の空気を吸引圧縮して、高温高圧蒸気を生成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、空気中の水蒸気
を選択的に通過させることができる選択的水蒸気透過膜
を利用し、空気と水蒸気との混合ガスから水蒸気を選択
的に回収して、利用可能な蒸気あるいは熱水を生成して
再利用できるようにする水蒸気を選択的に透過させる機
能膜を用いた水蒸気処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水蒸気選択透過膜を用いて、空間
内の湿度を定められた範囲内の維持する装置として、例
えば特公平１−２４９８１号公報に記載された恒温装置
が提案されている。図１０は特公平１−２４９８１号公
報に記載された従来の恒温装置を示す断面図である。図
において、恒温装置１は、箱型の保湿室２と、該保湿室
２に付設された小型の副室３とから構成されている。こ
の保湿室２は開閉可能な出し入れ扉４を備え、副室３は
保湿室２および外部とそれぞれ上下２箇所にて連通して
いる。保湿室２と副室３との連通口５Ａ、５Ｂおよび外
部と副室３との連通口６Ａ、６Ｂは、それぞれ互いに隣
接しており、かつ、流路切換扉７Ａ、７Ｂを回動自在に
取り付けている。即ち、流路切換扉７Ａ、７Ｂがそれぞ
れ連通口５Ａ、５Ｂおよび連通口６Ａ、６Ｂのうち一方
を開き、かつ、他方を閉じるようになっており、双方の
連通口の開閉を切り換えることができるようになってい
る。

【０００３】副室３は、多数の中空糸状の水蒸気選択透
過膜１０を水平に、かつ、互いに適当な間隔を設けて配
置、収容している。この水蒸気選択透過膜１０は、厚さ
方向に、即ち中空糸の半径方向に連通した多数個の細孔
を有する有機多孔質膜、例えば多孔質化した硼硅酸ナト
リウムガラス膜を使用している。水蒸気選択透過膜１０
の両端部と副室３の外壁８との間はそれぞれ板状のシー
ル材１２Ａ、１２Ｂによって閉塞されており、副室３の
上下両側空間１３Ａ、１３Ｂと左右両側空間１４Ａ、１
４Ｂとが隔てられるとともに、その左側空間１４Ａと右
側空間１４Ｂとが水蒸気選択透過膜１０の内部を介して
互いに連通している。左側空間１４Ａは、連絡管１５に
より隔壁９内の流路切換弁１６（三方弁）を経由し、さ
らに流量調節弁１７Ａ、１７Ｂを介して保湿室２内部お
よび外部とそれぞれ連絡されている。一方、右側空間１
４Ｂは、減圧機構であるダイヤフラム型真空ポンプ１８
と接続され、その上該ポンプ１８の排気口は連絡管１９
により流路切換弁２０（三方弁）を介して保湿室２内部
および外部とそれぞれ連絡されている。

【０００４】従って、真空ポンプ１８の作動によって、
透過膜１０の内部および左右両側空間１４Ａ、１４Ｂが
減圧され、これにより減圧された気体は切換弁２０を介
して保湿室２内部または外部へ流出するようになってお
り、その上必要により保湿室２内部の気体または外気が
切換弁１６を介して透過膜１０の内部に導入できるよう
になっている。また、副室３の上側空間１３Ａには、送
風ファン２１が取り付けられ、ファン２１の作動によっ
て保湿室２内気体または外気を連通口５Ａまたは６Ａか
ら透過膜１０に供給し、その後連通口５ｂまたは６ｂか
ら保湿室２内または外部へ流出させるようになってい
る。また、保湿室２の内部には、湿度センサ２２および
循環用ファン２３が設けられている。この湿度センサ２
２は、流路切換扉７Ａ、７Ｂおよび流路切換弁１６、２
０の開閉切換、真空ポンプ１８の作動、流路調整弁１７
Ａ、１７Ｂの開度調整を上述の如く制御する制御系２４
と接続されている。

【０００５】つぎに、上記従来の恒温装置１の動作につ
いて説明する。湿度センサ２２により測定された保湿室
２内の湿度が目的とする相対湿度より高い場合には、制
御系２４の作用により、流路切換扉７Ａ、７Ｂが連通口
６Ａ、６Ｂを閉じて保湿室２と副室３とが連通されると
ともに、流路切換弁１６、２０が流路を切り換えられて
透過膜１０の内部が外部と連絡される。そして、送風フ
ァン２１の作動により、保湿室２内の気体が連絡口５Ａ
より透過膜１０に供給されて透過膜１０の外面に接触す
る。一方、真空ポンプ１８の作動により、透過膜１０の
内部が減圧され、保湿室２内の気体より低圧の減圧気体
を透過膜１０の内面に接触せしめる。すると、透過膜１
０の内外両面において、水蒸気分圧差が形成され、気体
中の水蒸気が透過膜１０の外面から内面に透過する。こ
の結果、透過膜１０の外側気体は水分が除去されたもの
となり、その後この除湿気体は連通口５Ｂより保湿室２
内に再び流入する。従って、保湿室２内部は除湿される
ことになる。なお、水分の凝縮された透過膜１０内部の
気体は、真空ポンプ１８の作用により、切換弁２０を経
て外部に排出される。また、透過膜１０内部に導入され
る希釈用外気の流量は、調節弁１７Ｂによって調節され
る。

【０００６】逆に、湿度センサ２２により測定された保
湿室２内の湿度が目的とする相対湿度より低い場合に
は、制御系２４の作用により、流路切換扉７Ａ、７Ｂが
連通口５Ａ、５Ｂを閉じて外部と副室３とが連通される
とともに、流路切換弁１６、２０が流路を切り換えられ
て透過膜１０の内部が保湿室２内部と連絡される。そし
て、送風ファン２１の作動により、外気が連絡口６Ａよ
り透過膜１０に供給される。一方、真空ポンプ１８の作
動により、透過膜１０の内部が減圧される。すると、透
過膜１０の内外両面において、水蒸気分圧差が形成さ
れ、気体中の水蒸気が透過膜１０の外面から内面に透過
する。この結果、透過膜１０の内部気体は水分が凝縮さ
れたものとなり、その後この加湿気体は真空ポンプ１８
の作動により切換弁２０を経て保湿室２内に流入する。
従って、保湿室２内部は加湿されることになる。また、
透過膜１０内部に導入される希釈用外気の流量は、調節
弁１７Ａによって調節される。なお、水分の除去された
透過膜１０の外側気体は、連通口６Ｂより外部に再び流
出される。

【０００７】かくして、蒸気の除湿または加湿を行い、
保湿室２内の湿度が目的の相対湿度となった時に、真空
ポンプ１８等の作動を止め、恒温装置１の運転を停止す
る。そして、湿度が経時的に変化する場合には、上述の
調湿方法に従って保湿室２内の湿度を一定に保つように
する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の恒温装置は以上
のように、保湿室２内の空気中の水蒸気を水蒸気選択透
過膜１０を介して選択的に吸い出し外気に放出して保湿
室２内を減湿したり、外気中の水蒸気を水蒸気選択透過
膜１０を介して選択的に取り込んで保湿室２内を加湿し
たりして、１つの閉空間（保湿室２）の湿度を制御する
ようにしている。そこで、従来の恒温装置は、空間の湿
度を一定の値に保つ目的に対しては有効な方法である
が、湿度制御することによって得られる乾燥空気を別の
目的に使用したり、選択的に吸い出した水蒸気を回収し
て有効利用したりすることを目的としていなかった。ま
た、湿度の低い空気を使って仕事をする工業的用途とし
ては、例えば熱風乾燥がある。これは、外部から熱を供
給して熱風を生成し、該熱風を被乾燥物と接触させて被
乾燥物が含む水分を強制的に蒸発させるとともに、水分
を吸収した空気を系外に放出することによって乾燥運転
を行っている。しかしながら、この方法においても、空
気中の水蒸気を分別して回収し再利用できる技術がない
ため、乾燥のために投入した熱エネルギによって蒸発し
た水蒸気は回収再使用されることなく、すべて系外に放
出されてしまっていた。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、空気中に含まれる水蒸気を分別
回収して、従来使用できなかった廃蒸気を有効利用でき
る蒸気に形態変更して熱エネルギの回収および有効利用
を図ることができる水蒸気を選択的に透過させる機能膜
を用いた水蒸気処理装置を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水蒸気を
選択的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置は、
筐体と、定められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を
選択的に透過する機能膜で構成され、上記筐体内を第１
および第２の閉空間に画成するように配設された選択的
水蒸気透過モジュールと、気体と水とを直接接触させる
気液接触器と、上記第１の閉空間内の気体を上記気液接
触器に供給し、気体と水とを直接接触させて気体を加湿
させた後、加湿された気体を該第１の閉空間に返流させ
る強制気体循環手段と、上記第２の閉空間内の気体を吸
引して第１および第２の閉空間間の圧力差を定められた
範囲内に維持し、第１の閉空間内の気体中の水蒸気を選
択的に上記選択的水蒸気透過モジュールを介して第２の
閉空間に透過させ、第２の閉空間内の空気を吸引圧縮し
て単一成分の高温高圧蒸気を生成させる圧縮機とを備え
たものである。

【００１１】また、上記気液接触器の水を発熱体と熱的
に接触させて該発熱体の熱を吸熱させた後、上記強制気
体循環手段により該気液接触器内に供給された気体と直
接接触させて該気体を加湿するようにしたものである。

【００１２】また、上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設
し、該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を
系外に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにし、か
つ、該凝縮器と上記気液接触器とを返水管で連結し、該
凝縮器で凝縮された凝縮水を該気液接触器に返水するよ
うにしたものである。

【００１３】また、上記強制気体循環手段により上記気
液接触器に供給される気体と上記圧縮機で生成された高
温高圧蒸気とを熱交換させ、該気体を加熱して該気液接
触器に供給するようにしたものである。

【００１４】また、筐体と、定められた圧力差の範囲内
で気体中の水蒸気を選択的に透過する機能膜で構成さ
れ、上記筐体内を第１および第２の閉空間に画成するよ
うに配設された選択的水蒸気透過モジュールと、系外の
加湿気体を上記第１の閉空間に導入する気体導入手段
と、上記第２の閉空間内の気体を吸引して第１および第
２の閉空間間の圧力差を定められた範囲内に維持し、第
１の閉空間内の気体中の水蒸気を選択的に上記選択的水
蒸気透過モジュールを介して第２の閉空間に透過させ、
第２の閉空間内の空気を吸引圧縮して単一成分の高温高
圧蒸気を生成させる圧縮機とを備えたものである。

【００１５】また、上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設
し、該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を
系外に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにしたも
のである。

【００１６】また、上記圧縮機の吸気側に、上記第２の
閉空間からの吸引気体と該圧縮機からの吐出気体との間
で熱交換を行わせる熱交換器を配設し、該吸引気体が加
熱されて該圧縮機に吸気されるようにしたものである。

【００１７】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、定められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択
的に透過する機能膜を複数枚重ね合わせてなる積層体構
造に構成されているものである。

【００１８】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、定められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択
的に透過する機能膜と気体の通気が自在な多孔性通気部
材とを交互に複数回重ね合わせてなる積層体構造に構成
されているものである。

【００１９】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、上記積層体がコルゲート状に成形されているもので
ある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る水
蒸気選択透過膜を用いた水蒸気処理装置を水蒸発式冷却
装置に適用した場合の冷却システムを示す構成図、図２
は選択的水蒸気透過モジュールを示す構成断面図であ
る。図１において、水蒸気分離器５０は筐体５１とこの
筐体５１の中に収納された選択的水蒸気透過モジュール
５２とから構成されている。この選択的水蒸気透過モジ
ュール５２は、気密構造で筐体５１の内壁面に固定さ
れ、筐体５１内を第１および第２の閉空間５１ａ、５１
ｂに分割している。また、筐体５１には、第１の空間５
１ａに面して流入口５１ｃと流出口５１ｄとが設けら
れ、第２の空間５１ｂに面して流出口５１ｅが設けられ
ている。気液接触器５３は、密閉容器５３ａの内部に充
填層５９が取り付けられ、頂部に散水管６０が取り付け
られて構成されている。そして、該密閉容器５３ａの底
部と散水管６０とが配管３０により連結され、この配管
３０の経路中に発熱体６２および循環ポンプ６１が配設
されている。そこで、底部に貯液されている水３１は、
循環ポンプ６１の作用により、汲み上げられ、発熱体６
２に通水された後、散水管６０から充填層５９の頂部に
散水され、充填層５９中を通って底部に滴下するように
なっている。また、密閉容器５３ａには、充填層５９を
挟んで流入口５３ｂおよび流出口５３ｃが設けられてい
る。なお、充填層５９は、密閉容器５３ａ内を上下に分
割するようにラシヒリングに代表される充填材を該密閉
容器５３ａ内に充填して構成されている。凝縮器５７
は、放熱フィン５７ｂが密閉容器５７ａの外壁面に形成
されて構成されている。

【００２１】ここで、筐体５１の流入口５１ｃが配管３
２により密閉容器５３ａの流出口５３ｃに連結され、筐
体５１の流出口５１ｄが配管３３ａにより送風機５４の
吸気側に連結され、送風機５４の排気側が配管３３ｂに
より密閉容器５３ａの流入口５３ｂに連結されている。
そこで、強制気体循環手段としての送風機５４の作用に
より、第１の閉空間５１ａ内の空気は、配管３３ａ、３
３ｂを通って気液接触器５３の底部側に送り込まれ、充
填層５９中を頂部側に送られ、流出口５３ｃから配管３
２を通り、流入口５１ｃから第１の空間５１ａ内に流入
するように、強制循環される。また、筐体５１の流出口
５１ｅが配管３４ａにより圧縮機５６の吸気側に連結さ
れ、圧縮機５６の吐出側が配管３４ｂにより凝縮器５７
に連結されている。この配管３４ａの経路中には、熱交
換器５５が配設され、配管３４ｂが該熱交換器５５中を
貫通している。さらに、気液接触器５３の底部と凝縮器
５７の底部とが返水管５８により連結され、凝縮器５７
で凝縮された水３１が気液接触器５３の底部に自動的に
返水されるようになっている。

【００２２】選択的水蒸気透過モジュール５２は、図２
に示すように、機能膜としての選択的水蒸気透過膜６３
と多孔性通気部材６４とを交互に複数重ね合わせ、該積
層体の周辺をシール部材６５によりモールドし、水蒸気
が該積層体の積層方向に透過し、周辺が気密構造に構成
されている。この選択的水蒸気透過膜６３には、例えば
４弗化テトロフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のフィルム
に微細な細孔を多数形成したものを用いている。また、
多孔性通気部材６４には、シート、網体、布体等気体の
通過が自在なものであればよく、モールド５２の一方の
面を減圧して使用するような用途では、平面度を維持す
るために必要に応じて金網、多孔板等の機械的剛性の強
い材料を選択している。

【００２３】つぎに、この選択的水蒸気透過モジュール
５２の水蒸気の選択的透過性について、図３に示される
試験装置を用いて試験した結果を図４および図５に示
す。この選択的水蒸気透過モジュール５２が密閉箱６６
に気密状態で固定され、第１および第２の閉空間６６
ａ、６６ｂが形成される。この第１の閉空間６６ａの内
部には湿度センサ６９およびファン７０が配設されてい
る。第２の閉空間６６ｂには、通気管６８ａが連結さ
れ、乾燥空気を通気できるようになっている。さらに、
第２の閉空間６６ｂには、通気管６８ｂが連結され、真
空ポンプ７１により減圧できるようになっている。そし
て、第２の閉空間６６ｂ内の圧力を測定する圧力計７２
が設けられ、真空ポンプ７１により排気される空気流量
を測定する流量計７３が設けられている。なお、この選
択的水蒸気透過モジュール５２の水蒸気透過面は７０ｍ
ｍ×７０ｍｍに構成され、第１の閉空間６６ａの内容積
は２０Ｌに構成されている。

【００２４】まず、乾燥空気を通気管６８ａから第２の
閉空間６６ｂに通気させ、第１の閉空間６６ａ内の湿度
の変化を湿度センサ６９で測定した結果を図４に示す。
この時、ファン７０を作動させて第１の閉空間６６ａ内
の空気を撹拌し、均一な湿度となるようにしている。図
４から、第１の閉空間６６ａ内の湿度が時間とともに低
下していくことがわかる。即ち、第１の閉空間６６ａ内
の空気中の水蒸気が選択的水蒸気透過モジュール５２を
透過して第２の閉空間６６ｂに移動したことになる。こ
のことは、選択的水蒸気透過膜６３の面間に湿度差ある
いは水蒸気分圧の差があれば、水蒸気が透過して移動す
ることを示している。

【００２５】ついで、通気管６８ａのバルブを閉じ、真
空ポンプ７１を作動させ、通気管６８ｂを介して第２の
閉空間６６ｂ内を減圧させながら、第２の閉空間６６ｂ
内の圧力変化を圧力計７２で測定し、かつ、真空ポンプ
７１で排気される空気流量を流量計７３で測定した結果
を図５に示す。図５から、第２の閉空間６６ｂ内の圧力
が−３０ｃｍ・Ｈｇより低くなると、真空ポンプ７１で
排気される空気流量は急激に増加することがわかる。こ
のことは、選択的水蒸気透過膜６３の面間の圧力差が一
定の圧力差以内であれば、空気が選択的水蒸気透過膜６
３を透過して流れることはないことを示している。

【００２６】図４および図５の結果から、この選択的水
蒸気透過膜６３を複数枚重ね合わせ、１枚の膜間に発生
する圧力差を規定圧力差以内に維持するようにして積層
体の一側を減圧していけば、真空度を上げても空気中に
含まれる空気成分は該積層体を通過せず、水蒸気のみを
選択的に透過させる選択的水蒸気透過モジュール５２が
得られることがわかる。従って、この選択的水蒸気透過
モジュール５２を用いて空気から水蒸気のみを抽出する
ことにより、単成分の水蒸気とともに、減湿された乾燥
空気を得ることができる。

【００２７】一般に、乾燥空気と水とが直接接触した場
合には、水の温度は乾燥空気の湿球温度まで温度降下す
る。図６は空気の相対湿度と湿球温度との関係を示した
ものである。例えば、周囲温度が３０℃で空気の相対湿
度が２０％の場合、水温は点Ｑで示される１７℃まで冷
却される。この原理を活用することにより、周囲温度以
下の温度を実現することができる。ここで、図１に示さ
れる冷却システムは、この原理を利用して冷水を生成
し、該冷水により発熱体を冷却しようとするものであ
る。

【００２８】ついで、この実施の形態１の動作について
説明する。この冷却システムの運転中は、送風機５４、
圧縮機５６および循環ポンプ６１が作動されている。圧
縮機５６の作動により、第２の閉空間５１ｂ内の空気
は、流出口５１ｅから配管３４ａを通って吸引され、圧
縮機５６で圧縮され高温高圧となって配管３４ｂを通っ
て凝縮器５７に送り込まれる。この圧縮機５６の作動に
より、第２の閉空間５１ｂ内は減圧され、第１および第
２の閉空間５１ａ、５１ｂ間に圧力差が発生する。な
お、上述のように、選択的水蒸気透過モジュール５２を
構成する各選択的水蒸気透過膜６３間に発生する圧力差
が規定圧力差以内に維持されるように圧縮機５６で第２
の閉空間５１ｂ内を減圧している。そこで、第１の閉空
間５１ａ内の空気に含まれる水蒸気のみが選択的水蒸気
透過モジュール５２を透過して第２の閉空間５１ｂに移
動する。即ち、第１の閉空間５１ａ内の空気は、減湿さ
れ、乾燥空気となる。配管３４ａ内を流通する空気は、
熱交換器５５にて配管３４ｂを流通する高温高圧の空気
と熱交換されて加熱され、圧縮過程における空気中に含
まれる水蒸気の結露が防止される。そして、凝縮器５７
に送り込まれた気体は、熱が放熱フィン５７ｂを介して
外部に放熱されて、含まれる水蒸気が凝縮液化される。
この凝縮された水は凝縮器５７の底部から通水管５８を
介して気液接触器５３の底部に返水される。

【００２９】送風機５４の作動により、第１の閉空間５
１ａ内の乾燥空気は、配管３３ａ、３３ｂを通って流入
口５３ｂから気液接触器５３の底部側に送り込まれ、充
填層５９中を通って頂部側に送られ、流出口５３ｃから
配管３２を通り、流入口５１ｃから第１の空間５１ａ内
に流入するように、強制循環される。一方、循環ポンプ
６１の作動により、密閉容器５３ａの底部に貯液されて
いる水３１は、汲み上げられ、発熱体６２に通水された
後、散水管６０から充填層５９の頂部に散水され、充填
層５９中を通って底部に滴下するように、循環される。
そこで、充填層５９において、散水管６０から散水され
た水が流入口５３ｂから送り込まれた乾燥空気と直接接
触し、該乾燥空気の湿球温度まで温度降下する。同時
に、流入口５３ｂから送り込まれた乾燥空気は、散水管
６０から散水された水と直接接触し、加湿される。そし
て、温度降下した水は、底部から汲み上げられて発熱体
６２中を通水する際に、発熱体６２の熱を吸収し、温度
上昇して散水管６０から散水される。また、加湿された
空気は、配管３２を介して第１の閉空間５１ａ内に送り
込まれ、第１および第２の閉空間５１ａ、５１ｂ間の圧
力差に起因して水蒸気のみが第２の閉空間５１ｂに抽出
され、乾燥空気となり、散水管６０から散水された水の
冷却に供せられる。

【００３０】このように、この実施の形態１によれば、
選択的水蒸気透過膜６３の特性を利用し、選択的水蒸気
透過膜６３の膜間に所定の圧力差を生じさせて高湿度の
空気から空気成分と水蒸気成分とを分別し、さらに該水
蒸気成分を吸引圧縮させることにより、高湿度の空気か
ら有効利用できる乾燥空気と高温高圧蒸気とを生成する
ことができる水蒸気処理装置が得られる。

【００３１】また、圧縮機５６で生成した高温高圧蒸気
を凝縮器５７で凝縮液化するようにしているので、水蒸
気が含有する熱エネルギを凝縮熱として取り出すことが
でき、有効活用できる。また、気液接触器５３内の水３
１を発熱体６２と接触させて発熱体６２の熱を吸熱さ
せ、その後気液接触器５３に戻して第１の閉空間５１ａ
から送られてきた乾燥空気と気液接触させて温度降下さ
せているので、水３１を冷媒としたフロンレスの冷却シ
ステムが得られる。この時、凝縮器５７で凝縮された凝
縮水を返水管５８を介して気液接触器５３自動的に返水
するようにしているので、密閉系の冷却システムが得ら
れる。

【００３２】また、選択的水蒸気透過膜６３を多数枚重
ね合わせて積層体構造としているので、該積層体を介し
て水蒸気のみを透過させる第１および第２の閉空間５１
ａ、５１ｂ間の圧力差が大きくとれ、第１の閉空間５１
ａに導入される高湿度の空気から低湿度の空気を効率よ
く得ることができる。また、選択的水蒸気透過膜６３と
多孔性通気部材とを交互に多数枚重ね合わせて積層体構
造としているので、該積層体の耐圧が大きくなり、第１
および第２の閉空間５１ａ、５１ｂ間の圧力差を大きく
できる。また、圧縮機５６の吸気側に熱交換器５５を配
設し、第２の閉空間５１ｂからの吸引空気と圧縮機５６
の吐出空気とを熱交換するようにしているので、第２の
閉空間５１ｂからの吸引空気が加熱されて水蒸気の乾き
度を向上された後圧縮機５６に吸引され、圧縮機５６内
の圧縮過程での水蒸気の凝縮が防止される。

【００３３】実施の形態２．上記実施の形態１では、選
択的水蒸気透過膜６３と多孔性通気部材６４とを交互に
複数重ね合わせた積層体を平板状に成形した選択的水蒸
気透過モジュール５２を用いるものとしているが、この
実施の形態２では、図７に示されるように、選択的水蒸
気透過膜６３と多孔性通気部材６４とを交互に複数重ね
合わせた積層体を波形（コルゲート状）に成形された選
択的水蒸気透過モジュール５２Ａを用いるものとしてい
る。この場合、選択的水蒸気透過モジュール５２Ａは膜
面が立体的に形成されているので、水蒸気の分離機能が
向上され、水蒸気分離器の小型化が図られる。

【００３４】実施の形態３．図８はこの発明の実施の形
態３に係る水蒸気選択透過膜を用いた水蒸気処理装置を
乾燥装置に適用した場合のシステムを示す構成図であ
る。図８において、筐体５１の流入口５１ｃが配管３２
により乾燥機本体７４の排気側に連結され、筐体５１の
流出口５１ｄが配管３３ａにより送風機５４の吸気側に
連結され、さらに送風機５４の排気側が配管３３ｂによ
り乾燥機本体７４の吸気側に連結されている。そこで、
送風機５４の作用により、第１の閉空間５１ａ内の空気
は、配管３３ａ、３３ｂを通って乾燥機本体７４に送り
込まれ、乾燥機本体７４内に収納された被乾燥体７６の
水分と接触した後、配管３２を通り、流入口５１ｃから
第１の空間５１ａ内に流入するように、強制循環され
る。また、送風機５４の排気側に熱交換器７５が配設さ
れ、配管３３ｂ内を流通する気体と圧縮機５６から吐出
された高温高圧蒸気との間で熱交換が行われるようにな
っている。ここで、乾燥機本体７４は被乾燥体７６に含
まれる水と第１の閉空間５１ａから送り込まれた空気と
気液接触することから気液接触器として機能することに
なる。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構
成されている。

【００３５】つぎに、この実施の形態３による動作につ
いて説明する。送風機５４の作動により、流出口５１ｄ
から配管３３ａを通って配管３３ｂに送り出された第１
の閉空間５１ａ内の乾燥空気は、熱交換器７５にて、圧
縮機５６から吐出された高温高圧蒸気と熱交換して加熱
され、熱風となって乾燥機本体７４に送り込まれる。乾
燥機本体７４に送り込まれた熱風は、被乾燥体７６と接
触し、被乾燥体７６に含まれる水を蒸発させ、高湿度の
空気となって、第１の閉空間５１ａ内に流入する。第１
および第２の閉空間５１ａ、５１ｂ間には、所定の圧力
差が形成されているので、第１の閉空間５１ａに流入し
た高湿度の空気は、水蒸気のみが選択的水蒸気透過モジ
ュール５２を透過して第２の閉空間５１ｂに移動し、乾
燥空気となって、被乾燥体７６の乾燥に供せられる。一
方、第２の閉空間５１ｂ内の空気は、第１の閉空間５１
ａからの水蒸気により加湿され、熱交換器５５で加熱さ
れた後、圧縮機５６に吸引される。そして、圧縮機５６
で圧縮されて高温高圧蒸気となる。

【００３６】このように、この実施の形態３によれば、
圧縮機５６の圧縮により生成された高温高圧蒸気を熱源
として、第１の閉空間５１ａから送り出された乾燥空気
を加熱し、得られた熱風で被乾燥体７６を乾燥するよう
にしているので、被乾燥体７６に含まれる水分を蒸発さ
せるために必要な熱が、被乾燥体７６から蒸発された水
分を含む混合気体から該水分が分別され、高温高圧蒸気
に生成されて、被乾燥体７６に含まれる水分を蒸発させ
るために必要な熱エネルギとして回収再利用でき、効率
的な熱風乾燥システムが得られる。

【００３７】実施の形態４．図９はこの発明の実施の形
態４に係る水蒸気選択透過膜を用いた水蒸気処理装置を
高温高湿気体から熱エネルギを回収する熱エネルギ回収
装置に適用した場合のシステムを示す構成図である。図
９において、筐体５１の流入口５１ｃは、配管４０ａを
介して送風機５４の排気側に連結され、流出口５１ｄに
は配管４１が連結されている。そして、他の系統で発生
する空気と水蒸気の混合気体、即ち高温高湿度の空気を
供給するための配管４０ｂが送風機５４の吸気側に連結
されている。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同
様に構成されている。

【００３８】つぎに、この実施の形態４による動作につ
いて説明する。気体導入手段としての送風機５４の作動
により、他の系統で発生した高温高湿度の空気が第１の
閉空間５１ａ内に送り込まれる。そして、第１および第
２の閉空間５１ａ、５１ｂ間には、所定の圧力差が形成
されているので、第１の閉空間５１ａに流入した高温高
湿度の空気は、水蒸気のみが選択的水蒸気透過モジュー
ル５２を透過して第２の閉空間５１ｂに移動し、乾燥空
気となって、配管４１から流出される。一方、第２の閉
空間５１ｂ内の空気は、第１の閉空間５１ａからの水蒸
気により加湿され、熱交換器５５で加熱された後、圧縮
機５６に吸引される。そして、圧縮機５６で圧縮されて
高温高圧蒸気となる。

【００３９】このように、この実施の形態４によれば、
他の系統で生成された高温高湿度の気体から水蒸気成分
のみを分別回収し、利用可能な高温高圧蒸気を生成でき
るので、排熱エネルギの回収再利用を可能とすることが
できる。

【００４０】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４１】この発明によれば、筐体と、定められた圧
力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択的に透過する機能
膜で構成され、上記筐体内を第１および第２の閉空間に
画成するように配設された選択的水蒸気透過モジュール
と、気体と水とを直接接触させる気液接触器と、上記第
１の閉空間内の気体を上記気液接触器に供給し、気体と
水とを直接接触させて気体を加湿させた後、加湿された
気体を該第１の閉空間に返流させる強制気体循環手段
と、上記第２の閉空間内の気体を吸引して第１および第
２の閉空間間の圧力差を定められた範囲内に維持し、第
１の閉空間内の気体中の水蒸気を選択的に上記選択的水
蒸気透過モジュールを介して第２の閉空間に透過させ、
第２の閉空間内の空気を吸引圧縮して単一成分の高温高
圧蒸気を生成させる圧縮機とを備えたので、水蒸気の持
つ熱エネルギを利用できる形態で回収し、熱エネルギの
有効利用を可能にする水蒸気を選択的に透過させる機能
膜を用いた水蒸気処理装置が得られる。

【００４２】また、上記気液接触器の水を発熱体と熱的
に接触させて該発熱体の熱を吸熱させた後、上記強制気
体循環手段により該気液接触器内に供給された気体と直
接接触させて該気体を加湿するようにしたので、フロン
レスの無公害の冷却システムが得られる。

【００４３】また、上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設
し、該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を
系外に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにし、か
つ、該凝縮器と上記気液接触器とを返水管で連結し、該
凝縮器で凝縮された凝縮水を該気液接触器に返水するよ
うにしたので、密閉系の冷却システムが得られる。

【００４４】また、上記強制気体循環手段により上記気
液接触器に供給される気体と上記圧縮機で生成された高
温高圧蒸気とを熱交換させ、該気体を加熱して該気液接
触器に供給するようにしたので、第１の閉空間内の気体
の水蒸気のみを分別して生成される高温高圧蒸気を気液
接触器に供給される気体の熱源として再利用でき、効率
的な熱風乾燥システムが得られる。

【００４５】また、筐体と、定められた圧力差の範囲内
で気体中の水蒸気を選択的に透過する機能膜で構成さ
れ、上記筐体内を第１および第２の閉空間に画成するよ
うに配設された選択的水蒸気透過モジュールと、加湿気
体を上記第１の閉空間に導入する気体導入手段と、上記
第２の閉空間内の気体を吸引して第１および第２の閉空
間間の圧力差を定められた範囲内に維持し、第１の閉空
間内の気体中の水蒸気を選択的に上記選択的水蒸気透過
モジュールを介して第２の閉空間に透過させ、第２の閉
空間内の空気を吸引圧縮して単一成分の高温高圧蒸気を
生成させる圧縮機とを備えたので、排熱エネルギの回収
再利用が可能となる。

【００４６】また、上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設
し、該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を
系外に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにしたの
で、水蒸気が含有する熱エネルギを凝縮熱として取り出
せ、有効活用が図られる。

【００４７】また、上記圧縮機の吸気側に、上記第２の
閉空間からの吸引気体と該圧縮機からの吐出気体との間
で熱交換を行わせる熱交換器を配設し、該吸引気体が加
熱されて該圧縮機に吸気されるようにしたので、圧縮機
の圧縮過程での水蒸気の凝縮が防止される。

【００４８】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、定められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択
的に透過する機能膜を複数枚重ね合わせてなる積層体構
造に構成されているので、高い真空度まで第２の閉空間
を減圧でき、低湿度の空気を得ることができる。

【００４９】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、定められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択
的に透過する機能膜と気体の通気が自在な多孔性通気部
材とを交互に複数回重ね合わせてなる積層体構造に構成
されているので、積層体構造の耐圧が大きくなり、高い
真空度まで第２の閉空間を減圧でき、低湿度の空気を得
ることができる。

【００５０】また、上記選択的水蒸気透過モジュール
は、上記積層体がコルゲート状に成形されているので、
小さな空間に大きな水蒸気透過面を形成でき、装置の小
型化が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る水蒸気選択透
過膜を用いた水蒸気処理装置を水蒸発式冷却装置に適用
した場合の冷却システムを示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る水蒸気選択透
過膜を用いた水蒸気処理装置に適用される選択的水蒸気
透過モジュールを示す構成断面図である。

【図３】 この発明に係る水蒸気選択透過膜の特性試験
装置を示す構成図である。

【図４】 この発明に係る水蒸気選択透過膜の水蒸気透
過試験結果を示す図である。

【図５】 この発明に係る水蒸気選択透過膜の水蒸気透
過試験結果を示す図である。

【図６】 この発明に係る水蒸発式冷却方法の原理を説
明する図である。

【図７】 この発明の実施の形態２に係る水蒸気選択透
過膜を用いた水蒸気処理装置に適用される選択的水蒸気
透過モジュールを示す構成断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態３に係る水蒸気選択透
過膜を用いた水蒸気処理装置を乾燥装置に適用した場合
のシステムを示す構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態４に係る水蒸気選択透
過膜を用いた水蒸気処理装置を高温高湿気体から熱エネ
ルギを回収する熱エネルギ回収装置に適用した場合のシ
ステムを示す構成図である。

【図１０】 従来の恒温装置を示す断面図である。

【符号の説明】

３１ 水、５１ 筐体、５１ａ 第１の閉空間、５１ｂ
第２の閉空間、５２、５２Ａ 選択的水蒸気透過モジ
ュール、５３ 気液接触器、５４ 送風機（強制気体循
環手段、気体導入手段）、５５、７５ 熱交換器、５６
圧縮機、５７凝縮器、５８ 返水管、６２ 発熱体、
６３ 選択的水蒸気透過膜（機能膜）、６４ 多孔性通
気部材、７４ 乾燥機本体（気液接触器）。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筐体と、定められた圧力差の範囲内で気
   体中の水蒸気を選択的に透過する機能膜で構成され、上
   記筐体内を第１および第２の閉空間に画成するように配
   設された選択的水蒸気透過モジュールと、気体と水とを
   直接接触させる気液接触器と、上記第１の閉空間内の気
   体を上記気液接触器に供給し、気体と水とを直接接触さ
   せて気体を加湿させた後、加湿された気体を該第１の閉
   空間に返流させる強制気体循環手段と、上記第２の閉空
   間内の気体を吸引して第１および第２の閉空間間の圧力
   差を定められた範囲内に維持し、第１の閉空間内の気体
   中の水蒸気を選択的に上記選択的水蒸気透過モジュール
   を介して第２の閉空間に透過させ、第２の閉空間内の空
   気を吸引圧縮して単一成分の高温高圧蒸気を生成させる
   圧縮機とを備えたことを特徴とする水蒸気を選択的に透
   過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。
2. 【請求項２】 上記気液接触器の水を発熱体と熱的に接
   触させて該発熱体の熱を吸熱させた後、上記強制気体循
   環手段により該気液接触器内に供給された気体と直接接
   触させて該気体を加湿するようにしたことを特徴とする
   請求項１記載の水蒸気を選択的に透過させる機能膜を用
   いた水蒸気処理装置。
3. 【請求項３】 上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設し、
   該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を系外
   に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにし、かつ、
   該凝縮器と上記気液接触器とを返水管で連結し、該凝縮
   器で凝縮された凝縮水を該気液接触器に返水するように
   したことを特徴とする請求項２記載の水蒸気を選択的に
   透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。
4. 【請求項４】 上記強制気体循環手段により上記気液接
   触器に供給される気体と上記圧縮機で生成された高温高
   圧蒸気とを熱交換させ、該気体を加熱して該気液接触器
   に供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   水蒸気を選択的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理
   装置。
5. 【請求項５】 筐体と、定められた圧力差の範囲内で気
   体中の水蒸気を選択的に透過する機能膜で構成され、上
   記筐体内を第１および第２の閉空間に画成するように配
   設された選択的水蒸気透過モジュールと、系外の加湿気
   体を上記第１の閉空間に導入する気体導入手段と、上記
   第２の閉空間内の気体を吸引して第１および第２の閉空
   間間の圧力差を定められた範囲内に維持し、第１の閉空
   間内の気体中の水蒸気を選択的に上記選択的水蒸気透過
   モジュールを介して第２の閉空間に透過させ、第２の閉
   空間内の空気を吸引圧縮して単一成分の高温高圧蒸気を
   生成させる圧縮機とを備えたことを特徴とする水蒸気を
   選択的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。
6. 【請求項６】 上記圧縮機の吐出側に凝縮器を配設し、
   該圧縮機から吐出される高温高圧蒸気が有する熱を系外
   に放熱させて水蒸気を凝縮液化させるようにしたことを
   特徴とする請求項１または請求項５記載の水蒸気を選択
   的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。
7. 【請求項７】 上記圧縮機の吸気側に、上記第２の閉空
   間からの吸引気体と該圧縮機からの吐出気体との間で熱
   交換を行わせる熱交換器を配設し、該吸引気体が加熱さ
   れて該圧縮機に吸気されるようにしたことを特徴とする
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水蒸気を選択
   的に透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。
8. 【請求項８】 上記選択的水蒸気透過モジュールは、定
   められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択的に透
   過する機能膜を複数枚重ね合わせてなる積層体構造に構
   成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の
   いずれかに記載の水蒸気を選択的に透過させる機能膜を
   用いた水蒸気処理装置。
9. 【請求項９】 上記選択的水蒸気透過モジュールは、定
   められた圧力差の範囲内で気体中の水蒸気を選択的に透
   過する機能膜と気体の通気が自在な多孔性通気部材とを
   交互に複数回重ね合わせてなる積層体構造に構成されて
   いることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか
   に記載の水蒸気を選択的に透過させる機能膜を用いた水
   蒸気処理装置。
10. 【請求項１０】 上記選択的水蒸気透過モジュールは、
    上記積層体がコルゲート状に成形されていることを特徴
    とする請求項８または請求項９記載の水蒸気を選択的に
    透過させる機能膜を用いた水蒸気処理装置。