特許 6899739 ガス分離体及びガス分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6899739

(24)【登録日】2021年6月17日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】ガス分離体及びガス分離装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 71/02 20060101AFI20210628BHJP

   B01D 69/10 20060101ALI20210628BHJP

   B01D 69/00 20060101ALI20210628BHJP

   B01D 53/26 20060101ALI20210628BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20210628BHJP

   C01F 7/02 20060101ALI20210628BHJP

   F24F 3/14 20060101ALI20210628BHJP

【ＦＩ】

   B01D71/02 500

   B01D69/10

   B01D69/00

   B01D53/26

   B01D53/22

   C01F7/02 D

   F24F3/14

【請求項の数】12

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-167037(P2017-167037)

(22)【出願日】2017年8月31日

(65)【公開番号】特開2019-42654(P2019-42654A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2019年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 耕一

(72)【発明者】

【氏名】米津 麻紀

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 ひとみ

(72)【発明者】

【氏名】末永 誠一

【審査官】 小川 慶子

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５６２１９６５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００３−２７５５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６５３８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／２２、６１／００−７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２６−５３／２８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に通じる細孔とを有する多孔質基材と、
前記多孔質基材の前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方に、前記細孔の少なくとも一部を塞ぐように設けられ、繊維状無機物質を含む多孔質膜とを具備し、
前記多孔質膜の一部は、前記多孔質基材の前記細孔の内壁に沿って侵入しており、前記多孔質膜の前記細孔に対する平均進入深さが前記多孔質膜の平均膜厚以上であり、
前記多孔質基材は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、又は銅の酸化物、窒化物、炭化物、及びケイ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む多孔質セラミックスであり、
前記繊維状無機物質は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、又は銅の水和物を含む酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、ガス分離体。

【請求項2】

前記繊維状無機物質は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の平均直径を有する、請求項１に記載のガス分離体。

【請求項3】

前記多孔質膜の平均細孔径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載のガス分離体。

【請求項4】

前記多孔質膜の平均膜厚は０．５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項5】

前記繊維状無機物質は、ベーマイト及び擬ベーマイトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含み、前記多孔質セラミックスはアルミナを含む、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項6】

前記多孔質基材の平均細孔径が０．１５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項7】

前記多孔質基材の体積気孔率が２０％以上７０％以下である、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項8】

空気透過率が１×１０^−１６ｍ^２以上１×１０^−１０ｍ^２以下である、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項9】

第１の空間と第２の空間との間に配置され、前記第２の空間内の分離対象ガスの分圧を前記第１の空間内の前記分離対象ガスの分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前記分離対象ガスを前記第２の空間に透過させるガス分離体として用いられる、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のガス分離体。

【請求項10】

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８のいずれか１項に記載のガス分離体と、
前記第２の空間の分離対象ガスの分圧が前記第１の空間の前記分離対象ガスの分圧より低くなるように、前記第２の空間の前記分離対象ガスの分圧を調整するガス圧調整部とを具備し、
前記第１の空間に存在する前記分離対象ガスを、前記ガス分離体を介して前記第２の空間に透過させる、ガス分離装置。

【請求項11】

前記ガス圧調整部は、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１０に記載のガス分離装置。

【請求項12】

前記分離対象ガスは水蒸気であり、前記第１の空間に存在する前記水蒸気を、前記ガス分離体を介して前記第２の空間に透過させる、請求項１０又は請求項１１に記載のガス分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ガス分離体及びガス分離装置に関する。

【背景技術】

【0002】

家庭用エアコン等の空調技術においては、冷媒及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きている。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求められている。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、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】

デシカント空調等のガス分離装置は、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、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、例えばセラミックス多孔質体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、吸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、吸湿材を加熱して水を排出させることにより行われる。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。

【0004】

一方、計装機器等に用いられる空気を脱湿するために、ゼオライト膜のような吸湿膜を用いた脱湿装置が知られている。ゼオライト膜を用いた脱湿装置は、水蒸気の吸湿性能に優れる反面、水蒸気の透過流量や透過速度が小さいという問題を有している。空調用途等では流量や流速を確保する必要があるため、ゼオライト膜を用いた脱湿装置では実用的な空調装置を構成することができない。ゼオライトを吸湿材として用いる場合、膜以外には粉末成形体を用いることが検討されている。しかしながら、結合剤を用いた成形体は、結合剤により粒子表面が覆われてしまうため、ゼオライト本来の吸湿性能を得ることができない。ゼオライト粉を圧縮して固めた圧粉体は、初期性能に優れる反面、時間の経過による劣化が著しく、ゼオライト膜と同様に実用的な空調装置を構成することができない。

【0005】

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ガス分離体を、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。

【0006】

また、例えばアルコール水溶液から水を分離したり、水蒸気とそれとは異種の気体との混合気体から異種気体を分離する無機分離膜として、多孔質材料からなる支持体の一方の面上に、３０〜５０００の平均アスペクト比を有する繊維状アルミナ粒子を一方向に並列して重積した多孔質薄膜層を設けた分離膜が提案されている。このような分離膜においては、例えば平均短径が１〜１０ｎｍで、平均長径が１００〜１００００ｎｍの繊維状アルミナ粒子が用いられており、重積された繊維状アルミナ粒子間に設けられる細孔を利用して液体や気体の分離性能を得ている。しかしながら、繊維状アルミナ粒子を多孔質の支持体上に単に重積した構造では、繊維状アルミナ粒子で構成した多孔質薄膜層に使用時に繊維状アルミナ粒子の配列方向に亀裂が生じ、支持体から徐々に剥離してしまうおそれがある。このため、分離性能を継続して得ることができないという課題を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１６−１７６６７４号公報

【特許文献2】特開２００３−３３６８６３号公報

【特許文献3】特許第５６２１９６５号公報

【特許文献4】特開２０１６−１２３８９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、実用的なガス分離性能を維持しつつ、空調等に応用可能な性能、強度、信頼性等を得ることを可能にしたガス分離体とそれを用いたガス分離装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態のガス分離体は、第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、前記第１の面から前記第２の面に通じる細孔とを有する多孔質基材と、前記多孔質基材の前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方に、前記細孔の少なくとも一部を塞ぐように設けられ、繊維状無機物質を含む多孔質膜とを具備し、前記多孔質膜の一部は、前記多孔質基材の前記細孔の内壁に沿って侵入しており、前記多孔質膜の前記細孔に対する平均進入深さが前記多孔質膜の平均膜厚以上であり、前記多孔質基材は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、又は銅の酸化物、窒化物、炭化物、及びケイ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む多孔質セラミックスであり、前記繊維状無機物質は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、又は銅の水和物を含む酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。

【0010】

実施形態のガス分離装置は、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、実施形態のガス分離体と、前記第２の空間の前記分離対象ガスの分圧が前記第１の空間の前記分離対象ガスの分圧より低くなるように、前記第２の空間の前記分離対象ガスの分圧を調整するガス圧調整部とを具備し、前記第１の空間に存在する前記分離対象ガスを、前記ガス分離体を介して前記第２の空間に透過させるガス分離装置である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態のガス分離装置の構成を示す図である。

【図2】図１に示すガス分離装置のガス分離体の概略構造を示す断面図である。

【図3】図２に示すガス分離体の微細構造の一例を模式的に示す部分断面図である。

【図4】図２に示すガス分離体の微細構造の他の例を模式的に示す部分断面図である。

【図5】図２に示すガス分離体の使用例を示す断面図である。

【図6】図１に示すガス分離装置を除湿装置として用いた第１の例を示す図である。

【図7】図１に示すガス分離装置を除湿装置として用いた第２の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態のガス分離体とそれを用いたガス分離装置について、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。説明中の上下等の方向を示す用語は、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は実施形態によるガス分離装置の構成を示している。図１に示すガス分離装置１は、処理対象の空間（被処理空間）内に存在する、例えば水蒸気や有機溶剤系ガス（有機溶剤蒸気）等のガス（分離対象ガス）を含む空気等の被処理気体から分離対象ガスを分離し、被処理空間のガス濃度を低下させる装置である。ガス分離装置１は、第１の空間Ｓ１を構成する分離室２と、第２の空間Ｓ２を構成する減圧室３と、分離室２と減圧室３とが通じるように接続する接続路４と、分離室２と減圧室３との間を仕切るように、接続路４内に配置されたガス分離体５と、分離対象ガスを含む被処理気体を分離室２に送る送風機６と、減圧室４内を減圧する減圧ポンプ７とを備えている。

【0014】

分離室２は吸入口８Ａと吐出口９Ａとを有し、吸入口８Ａは配管１０を介して送風機６と接続されている。減圧室３は吸入口８Ｂと吐出口９Ｂとを有し、吐出口９Ｂは配管１１を介して減圧ポンプ７と接続されている。分離室２内の第１の空間Ｓ１には、送風機６を稼働させることにより、配管１０を介して分離対象ガスを含む空気等の被処理気体が送られる。被処理気体は、例えば水蒸気や有機溶剤系ガス等の分離対象ガスの濃度を低減する部屋、装置内部、工場内部（密閉空間等）、保管庫、貯蔵庫等の被処理空間（図示せず）から配管１２を介して送風機６に導入される。分離室２内で分離対象ガスが分離され、ガス濃度が低減された被処理気体は、配管１３を介して被処理空間に返送される。

【0015】

減圧室３内の第２の空間Ｓ２は、減圧ポンプ７を稼働させることにより、分離室２内の圧力（第１の空間Ｓ１の圧力）と減圧室３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される。被処理気体から分離された水蒸気や有機溶剤系ガス等のガスは、減圧ポンプ７に接続された配管１４を介して排出される。分離されたガス（減圧室３に透過したガス）は、大気中に放出されたり、必要に応じて回収される。減圧室３の吸入口８Ｂには、減圧室３の内部に外部の空気等を取り込みながら減圧するように、配管１５が接続されている。配管１５には、必要に応じて弁（図示せず）を設けてもよい。また、配管１５は場合によっては省くことができる。

【0016】

ガス分離体５について、図２ないし図４を参照して述べる。図２はガス分離体５の概略構造を示す断面図、図４はガス分離体５の微細構造の一例を模式的に示す部分断面図、図５はガス分離体５の微細構造の他の例を模式的に示す部分断面図である。これらの図に示すように、ガス分離体５は多孔質基材２１と多孔質基材２１の一方の面に設けられた多孔質膜２２とを有している。多孔質基材２１は、上面２１ａと、上面２１ａと対向する下面２１ｂと、上面２１ａから下面２１ｂに通じる複数の細孔（図２では図示せず）とを有する。多孔質膜２２は、多孔質基材２１の複数の細孔の少なくとも一部を塞ぐように、多孔質基材２１の上面２１ａ及び下面２１ｂの少なくとも一方に設けられている。図２では多孔質基材２１の上面２１ａに多孔質膜２２を形成した状態を示しているが、これに限定されるものではなく、多孔質膜２２は多孔質基材２１の下面２１ｂに設けてもよいし、また上面２１ａ及び下面２１ｂの両面に設けてもよい。

【0017】

多孔質膜２２は繊維状無機物質を含んでおり、そのような繊維状無機物質を多孔質基材２１の表面（上面２１ａ及び下面２１ｂの少なくとも一方）に堆積させることにより形成されている。多孔質膜２２は、多孔質基材２１と接する接触面２２ａと、外部に露出する露出面２２ｂとを有している。多孔質膜２２は堆積された繊維状無機物質間の隙間に設けられた複数の微細孔（図示せず）を有しており、これらの微細孔の少なくとも一部は接触面２２ａから露出面２２ｂに通じている。多孔質膜２２内に設けられた微細孔は、後に詳述するように、例えばウエットシールを形成して分離対象ガスの移動経路を構成するものであり、分離対象ガスが微細孔内を接触面２２ａから露出面２２ｂ又は露出面２２ｂから接触面２２ａに向けて移動することによって、被処理気体から水蒸気や有機溶剤系ガス等の分離対象ガスが分離される。微細孔のウエットシールは必要に応じて形成され、場合によってはウエットシールを形成することなく水蒸気等を分離することもできる。

【0018】

実施形態のガス分離体５において、多孔質膜２２の一部２２Ｘ、言い換えると多孔質膜２２を構成する繊維状無機物質の一部は、図３及び図４に示すように、多孔質基材２１の細孔２３の内壁２３ａに沿って、細孔２３内に侵入している。多孔質膜２２の侵入部２２Ｘの細孔２３に対する平均進入深さは、多孔質膜２２の平均膜厚以上とされている。多孔質膜２２の一部２２Ｘを、細孔２３内に対して平均膜厚以上に内壁２３ａに沿って侵入させることによって、多孔質膜２２の亀裂や多孔質膜２２の多孔質基材２１からの剥離を抑制することができる。多孔質膜２２の細孔２３に対する平均進入深さが多孔質膜２２の平均膜厚未満であると、多孔質膜２２の亀裂や剥離を十分に抑制することができない。

【0019】

多孔質膜２２の多孔質基材２１の細孔２３に対する侵入部２２Ｘの形状としては、図３に示すように、細孔２３の内壁２３ａに沿って、多孔質膜２２の一部が細孔２３の深さ方向に侵入した形状が挙げられる。この場合、多孔質膜２２は細孔２３の上面２１ａに開放された部分を閉塞するのみならず、多孔質基材２１内を様々な方向に延びる細孔２３の開放部を閉塞するように形成されるため、多孔質膜２２による分離対象ガスの吸収性及びそれに基づく分離性を高めることができる。さらに、多孔質膜２２の細孔２３に対する侵入部２２Ｘの形状は、図４に示すように、細孔２３の内部を遮るように多孔質膜２２の一部が存在するような形状であってもよい。多孔質膜２２の細孔２３の内部を遮る部分２２Ｙは、細孔２３の上面開放部を閉塞する多孔質膜２２に加えて、細孔２３を二重に塞ぐことになるため、分離対象ガスの吸収性及びそれに基づく分離性をさらに高めることができる。多孔質膜２２で細孔２３の内部を塞ぐ部分２２Ｙの形状は、図４に示す二重構造に限らず、三重もしくはそれ以上であってもよい。

【0020】

また、多孔質膜２２の細孔２３内への侵入量に関しては、多孔質膜２２部分を構成する繊維状無機物質の質量Ａに対する細孔２３内に侵入している部分Ｘの繊維状無機物質の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）が０．１を超えて１未満となるように設定することが好ましい。Ｂ／Ａ比が０．１以下であると、多孔質基材２１と多孔質膜２２との密着性が低下するだけでなく、ガス分離率も低下する。Ｂ／Ａ比が１以上であると、多孔質膜２２のガス分離に寄与しない部分が増加し、ガス分離性能が低下すると共に、ガス透過速度も低下する。Ｂ／Ａ比は０．２を超えて０．５未満であることが好ましい。

【0021】

多孔質膜２２の平均膜厚は、以下のようにして測定するものとする。ガス分離体５から無作為に多孔質膜２２内の６点を選択する。選択した各点の断面を、断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、又は断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察して観察像を得る。観察像の膜内に膜厚方向に直線を引き、膜の上面及び下面と交わる２点の距離が最短となる長さを求める。１視野について３箇所以上で、上面及び下面と交わる２点間の最短距離を求めて平均値を算出する。選択した６点の各視野で、２点間の最短距離の平均値を求め、これらの値の平均値を多孔質膜２２の平均膜厚とする。

【0022】

多孔質膜２２の細孔２３に対する平均侵入深さは、以下のようにして測定するものとする。ガス分離体５から無作為に多孔質膜２２内の６点を選択する。選択した各点の断面を、断面ＳＥＭ、又は断面ＴＥＭにより観察して観察像を得る。観察像において、多孔質膜２２が多孔質基材２１の深さ方向にどこまで侵入しているかを特定し、侵入部先端と多孔質基材２１の表面との最短距離を求める。観察像内の全ての侵入部について、侵入部先端と基材表面との最短距離を求め、そのうちの最大値を選択する。この侵入部先端の距離（最大値）を選択した６点の各視野で求め、これらの値の平均値を多孔質膜２２の細孔２３に対する平均侵入深さとする。また、Ｂ／Ａ比は侵入深さを求めた観察像から多孔質膜２２の断面積Ａ’と細孔２３内への侵入部分２２Ｘの断面積Ｂ’を求め、これらの比（断面積Ｂ’／断面積Ａ’）から求めるものとする。

【0023】

多孔質基材２１の構成材料は、特に限定されるものではなく、繊維状無機物質により構成される多孔質膜２２の支持体としての機能を維持し得ると共に、分離対象ガスを含む被処理気体の通過を妨げない材料からなるものであればよい。多孔質基材２３の構成材料としては、酸化物系、窒化物系、酸窒化物系、炭化物系のようなセラミックス材料、樹脂材料、炭素材料、金属材料等が用いられる。多孔質基材２１の具体例としては、多孔質セラミックス、有機多孔質体、カーボン繊維成形体、合成繊維や天然繊維の成形体（紙を含む）や不織布等が挙げられる。多孔質基材２１の具体的な構成材料としては、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）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、又は銅（Ｃｕ）の酸化物、窒化物、炭化物、及びケイ酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つの化合物が挙げられ、これらは混合物又は複合物を構成していてもよい。

【0024】

多孔質基材２１として多孔質セラミックスを用いる場合、多孔質セラミックスの構成粒子は一般的な球状又はそれに近い形状を有する粒状の粒子であってもよいが、板状の粒子であることがより好ましい。多孔質セラミックスを構成する板状粒子は、断面のアスペクト比が２以上である形状を有することが好ましく、さらに断面のアスペクト比が４以上である形状を有することがより好ましい。このような板状粒子で構成した多孔質セラミックスを多孔質基材２１として用いることによって、多孔質膜２２の一部を細孔２３の内壁に沿って侵入させやすくすることができる。また、多孔質基材２１として繊維の集合体や成形体を用いる場合にも、多孔質基材２１を構成する繊維は平坦な形状を有することが好ましく、断面のアスペクト比は２以上であることが好ましく、さらに断面のアスペクト比は４以上であることがより好ましい。

【0025】

多孔質基材２１の形状に関しては、平均細孔径が０．１５μｍ以上５０μｍ以下であり、体積気孔率（多孔質基材２１内の細孔の体積率）は２０％以上７０％以下であることが好ましい。多孔質基材２１の平均細孔径が０．１５μｍ未満であると、分離対象ガスを含む被処理気体の通過性が低下しやすくなる。さらに、多孔質基材２１の平均細孔径が小さすぎると、その上に多孔質膜２２を形成した際に、繊維状無機物質の平均直径や平均長さにもよるが、細孔２３内に繊維状無機物質を十分に侵入させることができない。このような点から、多孔質基材２１の平均細孔径は０．５μｍ以上であることがより好ましい。また、多孔質基材２１の平均細孔径が５０μｍを超えると、被処理気体の透過量が多くなりすぎて、多孔質膜２２によるガス分離性能が低下しやすくなる。さらに、多孔質基材２１の平均細孔径が大きすぎると、その上への多孔質膜２２の形成性が低下し、多孔質膜２２によるガス分離性能を十分に得ることができないおそれがある。このような点から、多孔質基材２１の平均細孔径は２０μｍ以下であることがより好ましい。

【0026】

また、多孔質基材２１の体積気孔率が２０％未満であると、多孔質基材２１内を通過できる被処理気体の量が低下し、分離室２からの分離対象ガスの吸収量及び減圧室３への分離対象ガスの放出量が不十分になるおそれがある。さらに、多孔質基材２１の体積気孔率が小さすぎると、その上に多孔質膜２２を形成した際に、細孔２３内に繊維状無機物質を十分に侵入させることができない。このような点から、多孔質基材２１の体積気孔率は３０％以上であることがより好ましい。また、多孔質基材２１の体積気孔率が７０％を超えると、多孔質基材２１の強度が低下して、ガス分離装置１の連続運転を妨げるおそれがある。さらに、多孔質基材２１の体積気孔率が大きすぎると、その上への多孔質膜２２の形成性が低下し、多孔質膜２２によるガス分離性能を十分に得ることができない。このような点から、多孔質基材２１の体積気孔率は６０％以下であることがより好ましい。なお、多孔質基材２１の体積気孔率や細孔２３の形状（平均細孔径）は、水銀圧入法により測定した値を示すものとする。

【0027】

多孔質基材２１の厚さは特に限定されるものではないが、３０μｍ以上３ｍｍ以下の範囲であることが好ましい。多孔質基材２１の厚さが薄すぎると、ハンドリングの際にたわみ等の変形が生じ、多孔質膜２２に亀裂等の欠陥が生じるだけでなく、破損するおそれがある。また、多孔質基材２１の厚さが厚すぎると、水蒸気透過速度等の分離対象ガスの透過速度が遅くなり、ガス分離性能が低下するだけでなく、熱伝導性が低下するために、被処理気体から対象ガスを分離する際の熱交換にロスが生じやすくなる。多孔質基材２１の全体形状は、特に限定されるものではなく、ガス分離装置１の構成に応じてディスク状（円柱状）や直方体状等の各種形状を適用することができる。

【0028】

多孔質膜２２を構成する繊維状無機物質は、分離対象ガスに応じて選択することが好ましい。分離対象ガスとしては、水蒸気や有機溶剤系ガスが挙げられる。これら分離対象ガスを含む被処理気体としては、分離対象ガスを含む空気が挙げられるが、必ずしもこれに限定されない。有機溶剤系ガスとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓ−ブタノール、ｔ−ブタノール、酢酸エチル、酢酸ｎ−エチル、ギ酸ｉ−ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルエーテル、ジイソプロパノール、トリクロロエチレン、ｎ−ヘキサン等の蒸気が挙げられる。

【0029】

多孔質膜２２を構成する繊維状無機物質は、分離対象ガスが水蒸気である場合、親水性材料であることが好ましい。繊維状無機物質の構成材料としては、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）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、又は銅（Ｃｕ）の酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物、ケイ酸塩、炭酸塩、及びリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも１つが挙げられる。

【0030】

繊維状無機物質には、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｆｅ等の酸化物（水和物を含む）、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ等の水酸化物、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等の炭酸塩、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のリン酸塩のような化合物、又はこれらの複合物や混合物等を用いることができる。また、金属水酸化物を前駆体とし、これを加水分解等で結合させ、反応を途中で止める等によって、ＯＨ基を制御した金属化合物であってもよい。繊維状無機物質の構成材料の具体例としては、アルミナ（水和物を含む）、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、カルシア、酸化亜鉛、フェライト、チタン酸バリウム等が挙げられ、また繊維状無機物質の具体例としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ｚｎ等の金属の水酸化物ファイバ、アルミナやシリカ等の酸化物ファイバ、金属ファイバ等が挙げられる。繊維状無機物質は、さらにベーマイト及び擬ベーマイトからなる群より選ばれる少なくとも１つを含むことがより好ましい。アルミナの水和物であるベーマイト（ＡｌＯＯＨ）及び擬ベーマイトは、水との親和性に優れることから、ベーマイトや擬ベーマイトの繊維状物質で多孔率膜２２を構成することによって、水蒸気の吸収性及び分離性を高めることができる。

【0031】

分離対象ガスが有機溶剤ガスである場合、繊維状無機物質には上述した親水性の化合物粒子の格子内にチャージバランスを崩す添加元素を導入した複合材料粒子や、親水性の化合物粒子の格子内に酸素空孔のような原子空孔を導入した欠陥導入材料粒子が用いられる。親水性化合物は上述した通りであり、そのような化合物粒子の格子内に導入する添加元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。ただし、化合物粒子を構成する陽イオン元素と重複する元素は除かれる。これらの元素を格子内に導入したり、あるいは格子内に酸素空孔等を導入することで、有機溶剤に対する親和性が得られる。

【0032】

上述したような繊維状無機物質の形状に関しては、平均直径ｄが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲であることが好ましく、また平均長さｌが０．５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。このような繊維状無機物質からなる多孔質膜２２内には、繊維状無機物質の隙間に微細孔が形成される。多孔質膜２２の平均細孔径は１ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。平均直径ｄが１〜１０ｎｍの範囲の繊維状無機物質で多孔質膜２２を構成することによって、多孔質膜２２内に上記したような平均細孔径を有する微細孔を適度な量で形成することができる。繊維状無機物質の平均直径ｄは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲であることがより好ましい。

【0033】

上記したような微細孔を有する多孔質膜２２によれば、分離対象ガスの液化物、例えば水蒸気であれば水、また有機溶剤系ガスであれば有機溶剤を微細孔内に保持し、多孔質膜２２内にウエットシールを形成することができる。分離室２内の被処理気体から分離対象ガスを、ウエットシールが形成された多孔質膜２２により吸収し、多孔質膜２２内の分離対象ガスを分離室２と減圧室３との圧力差に基づいて減圧室３内に排出させることによって、被処理気体から分離対象ガスを分離することができる。なお、多孔質膜２２を有するガス分離体５は、当初より分離対象ガスの液化物を含んでいてもよいし、ガス分離体５の使用時に液化物を含ませるようにしてもよい。

【0034】

多孔質基材２１の平均細孔径や体積気孔率にもよるが、平均長さｌが０．５〜１０μｍの繊維状無機物質を用いて多孔質膜２２を形成することによって、多孔質膜２２の一部を多孔質基材２１の細孔内に良好に侵入させることができる。繊維状無機物質の平均長さｌが１０μｍを超えると、細孔内に繊維状無機物質を十分に侵入させることができない。また、繊維状無機物質の平均長さｌが０．５μｍ未満であると、多孔質膜２２の形成性が低下し、ガス分離体５としての機能が低下する。繊維状無機物質の平均長さｌは１μｍ以上３μｍ以下であることがより好ましい。繊維状無機物質の平均長さｌは、多孔質基材２１の平均細孔径を考慮して設定することが好ましい。すなわち、多孔質基材２１の平均細孔径が繊維状無機物質の平均長さｌの２倍以上３０倍以下となるように、繊維状無機物質の平均長さｌを設定することが好ましい。多孔質基材２１の平均細孔径は繊維状無機物質の平均長さｌの３倍以上１０倍以下であることがより好ましい。

【0035】

また、多孔質膜２２の平均細孔径を１ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることによって、分離対象ガスの通り道である微細孔内に分離対象ガスの液化物を保持しやすくなり、多孔質膜２２内にウエットシールが形成されやすくなると共に、分離対象ガスの適度な透過流量を確保することができる。多孔質膜２２の平均細孔径が１ｎｍ未満であると、分離対象ガスの透過流量が低下しやすくなる。また、多孔質膜２２の平均細孔径が４０ｎｍを超えると、ウエットシールの形成性が低下し、また分離室２内からの分離対象ガスの吸収と減圧室３への分離対象ガスの放出のバランスが低下し、ガス分離性能が低下しやすくなる。多孔質膜２２の平均細孔径は２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0036】

上述したような繊維状無機物質で構成された多孔質膜２２は、０．５μｍ以上５０μｍ以下の平均膜厚を有することが好ましい。このような平均膜厚を有する多孔質膜２２にウエットシールを形成することによって、良好なガス分離性能を得ることができる。多孔質膜２２の平均膜厚が０．５μｍ未満であると、ウエットシールの形成量等が不足し、十分なガス分離性能を得ることができないおそれがある。また、多孔質膜２２の平均膜厚が５０μｍを超えると、分離対象ガスの透過流量が低下しやすくなる。多孔質膜２２の平均膜厚は５μｍ以上２５μｍ以下であることがより好ましい。

【0037】

多孔質膜２２の平均細孔径は、物理ガス吸着法のＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ，Ｊｏｙｎｅｒ，Ｈａｌｌｅｎｄｅｒ）法により評価することができる。また、繊維状物質の多孔質堆積層における繊維状物質の平均直径は、平均細孔径の２〜４倍であるため、平均細孔径から繊維状無機物質の平均直径を換算値として求めることができる。多孔質膜２２が繊維状無機物質から構成されていることは、多孔質膜２２を有するガス分離体５を折り曲げて破断させ、破断面の繊維状組織を観察することにより確認することができる。曲がりやすい多孔質基材２１を用いた場合、大きく曲げることで多孔質膜２２が裂けるため、そのような多孔質膜２２の膜表面をＳＥＭにより観察することによって、繊維状組織を有することを確認することができる。また、多孔質膜２２の組成は、膜表面をＸＲＤで分析することにより結晶構造が特定できるため、多孔質膜２２の構成材料を特定することができる。

【0038】

上述した多孔質膜２２を有する多孔質基材２１からなるガス分離体５は、多孔質膜２２内の微細孔や多孔質膜２２内の細孔に基づいて、１×１０^−１６ｍ^２以上１×１０^−１０ｍ^２以下の空気透過率Ｋを有することが好ましい。このような空気透過率を有するガス分離体５を用いることによって、多孔質膜２２内に形成されたウエットシールを介して、分離室２内の被処理気体中に含まれる分離対象ガスを良好に減圧室３内に移動させることができる。複合部材２１の空気透過率Ｋが１×１０^−１６ｍ^２未満であると、分離対象ガスの透過速度が低下する。空気透過率Ｋが１×１０^−１２ｍ^２を超えると空気漏れが生じ、ウエットシール性が低下して分離対象ガスの分離率α等が低下しやすくなる。ガス分離体５の空気透過率Ｋは、１×１０^−１４ｍ^２以上１×１０^−１２ｍ^２以下であることがより好ましい。

【0039】

ここで、空気透過率Ｋは、一定容量の空気を試料の垂直方向に通過させ、その際の流入と流出の圧力差ΔＰ［単位：ｋＰａ］と流速Ｑ_ａｉｒ［単位：ｃｍ^３／ｍｉｎ］から、下記の（１）式に基づいて求められる。（１）式において、δは試料の厚さ、Ａは試料の面積、μ_ａｉｒは空気の粘性（１８．５７μＰａ・ｓ）である。
Ｋ＝（Ｑ_ａｉｒ／ΔＰ）・（μ_ａｉｒ／Ａ）・δ …（１）

【0040】

ガス分離体５を水蒸気分離体として用いる場合、水蒸気分離体（５）は多孔質膜２２の微細孔内に存在する水溶性吸湿剤を備えていてもよい。水溶性吸湿剤は水分を吸収して保持するため、多孔質膜２２内にウエットシールを形成しやすくなる。水溶性吸湿剤としては、第１族元素や第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、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。水溶性吸湿剤は微細孔内に偏析させて存在させてもよいし、微細孔の内壁全体又は一部に薄く均一に付着させてもよい。水蒸気分離体（５）は多孔質膜２２の微細孔内に存在するイオン性液体等のガス吸着液体を備えていてもよい。

【0041】

水溶性吸湿剤の具体例としては、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、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（Ｎａ_２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）、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（ＣａＣＯ_３）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ_３）、炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）、リン酸ナトリウム（Ｎａ_３ＰＯ_４）、リン酸カリウム（Ｋ_３ＰＯ_４）、クエン酸ナトリウム（Ｎａ_３（Ｃ_３Ｈ_５Ｏ（ＣＯＯ）_３）等）、クエン酸カリウム（Ｋ_３（Ｃ_３Ｈ_５Ｏ（ＣＯＯ）_３）等）、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）、硫酸カリウム（Ｋ_２ＳＯ_４）、硫酸リチウム（Ｌｉ_２ＳＯ_４）等やこれらの水和物が挙げられる。

【0042】

ガス分離装置１に用いられるガス分離体５は、図５に示すように、気体を透過する支持体３１により支持されていてもよい。図５は一対の支持体３１をガス分離体５の両面に沿って配置した状態を示しているが、支持体３１はガス分離体５の一方の面のみに沿って配置してもよい。支持体３１には、例えば紙、パンチングメタル、ポリイミド多孔体等が用いられ、これら以外のメッシュ状物質であってもよい。支持体３１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。

【0043】

分離対象ガスを含む空気等の被処理気体は、上述したように送風機６を稼働させることにより分離室２内に送られる。送風機６と同時に減圧ポンプ７を稼働させ、減圧室３内を減圧することによって、分離室２内の圧力と減圧室３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３内の水蒸気圧等の分離対象ガスの分圧（第２の空間Ｓ２の分離対象ガスの分圧（以下、単にガス分圧ともいう））が分離室２内の水蒸気圧等のガス分圧（第１の空間Ｓ１のガス分圧）より小さくなる。ガス分離体５は多孔質膜２２の微細孔内に保持された分離対象ガスの液化物によりウエットシールを形成しているため、分離室２内と減圧室３内との間にガス分圧差を生じさせることで、ガス分離体５を介して配置された分離室２と減圧室３との間で分離対象ガスの移動が起こる。

【0044】

ガス分離体５を介して分離対象ガスの移動を生じさせるにあたって、減圧室３内の圧力が分離室２内の圧力に対して−５０ｋＰａ以下となるように、減圧ポンプ７で減圧室３内を減圧することが好ましい。言い換えると、分離室２内の圧力と減圧室３内の圧力との差が５０ｋＰａ以上となるように、減圧室３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、分離室２内から減圧室３内への分離対象ガスの移動を十分に促進できないおそれがある。さらに、分離室２と減圧室３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、ガス分離体５を構成する多孔質基材２１や多孔質膜２２が破損するおそれが生じる。分離室２と減圧室３との圧力差は８０〜９０ｋＰａの範囲であることがより好ましい。ただし、分離対象ガスの蒸気圧にも依存するため、必ずしもこの限りではない。

【0045】

図１に示すガス分離装置１においては、減圧室３内を減圧する減圧ポンプ７で分離室２と減圧室３との間にガス分圧差を生じさせているが、ガス分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３（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。これによっても、分離室２と減圧室３との間に水蒸気圧差等のガス分圧差を生じさせることができる。図１に示すガス分離装置１において、分離室２と減圧室３との間にガス分圧差を生じさせるガス圧調整部は、特に限定されるものではなく、ガス分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。

【0046】

ガス分圧が相対的に高い分離室２内の被処理気体中に含まれる分離対象ガスは、ガス分離体５内に形成されるウエットシール、具体的には多孔質膜２２の微細孔内に保持された分離対象ガスの液化物に吸収される。ガス分離体５内の分離対象ガスの液化物は、ガス分圧が相対的に低い減圧室３内に透過する。分離室２内のガス分圧と減圧室３内のガス分圧とガス分離体５内の分離対象ガスの液化物量等のバランスによって、分離室２内の被処理気体中に含まれる分離対象ガスのガス分離体５による吸収とガス分離体５内の分離対象ガスの減圧室３内への放出とが連続して起こる。

【0047】

上述した分離対象ガスのガス分離体５による吸収及びガス分離体５内の分離対象ガスの減圧室３内への放出が連続して起こることによって、分離室２内（第１の空間Ｓ１）の分離対象ガスの濃度、さらには分離室２と送風機６を介して接続された被処理空間の分離対象ガスの濃度を連続的に低下させることができる。分離対象ガスが水蒸気である場合、分離室２内及び被処理空間の水蒸気量を減少させて除湿することができる。ガス濃度を低下させた空気等の被処理気体は、分離室２から被処理空間に返送される。減圧室３内に透過した水蒸気等の分離対象ガスは、配管１１、減圧ポンプ７、及び配管１４を介して外部に排出される。分離対象ガスが水蒸気である場合、減圧室３内に透過した水分を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。また、分離対象ガスが有機溶剤ガスである場合、必要に応じて有機溶剤やそのガスが回収される。

【0048】

実施形態のガス分離装置１においては、ガス分離体５がウエットシールを形成しているため、分離室２内の空気等の被処理気体中に含まれる分離対象ガスのみを減圧室３内に移動させることができる。例えば、ガス分離装置１を除湿装置として使用する場合、分離室２と減圧室３との間で、基本的には空気中の水分のみが移動し、空気中の乾燥空気はほとんど移動しない。従って、除湿対象の被処理空間の温度をほとんど変動させることがない。被処理空間の温度をほとんど変動させることなく、空間内を除湿することによって、例えば空間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。除湿装置を冷房と併用する際の熱効率を高めることができる。

【0049】

図２ないし図４に示したガス分離体５は、前述したように多孔質基材２１とその少なくとも一方の表面に形成され、繊維状無機材料の堆積層からなると共に、繊維状無機材料間に微細孔を有する多孔質膜２２とを備えている。ガス分離体５は１×１０^−１６ｍ^２以上１×１０^−１２ｍ^２以下の空気透過率を有している。このようなガス分離体５を用いることによって、ガス分離体５内に形成されたウエットシールを介して、分離室２内の被処理気体中に含まれる分離対象ガスを良好にかつ実用的な透過速度で減圧室３内に移動させることができる。すなわち、分離対象ガスの実用的な分離率α、例えば３〜１００程度の分離率αを維持しつつ、分離対象ガスの透過速度Ｖを向上させることができる。これらによって、実用的に空調等に応用可能な性能、強度、信頼性等を有するガス分離体５及びそれを用いた再生処理を必要としないガス分離装置１を提供することができる。

【0050】

ガスの分離率αは、例えば水のようなガスの液化物と被処理気体を構成する乾燥空気の透過量の割合であり、下記の（２）式で定義される。
α＝（Ｎ４_{ｌｉｑｕｉｄ}／Ｎ４_ａｉｒ）／（Ｎ３_{ｌｉｑｕｉｄ}／Ｎ３_ａｉｒ） …（２）
式（２）において、（Ｎ３_{ｌｉｑｕｉｄ}／Ｎ３_ａｉｒ）は分離室２（第１の空間Ｓ１）に供給させる被処理気体（空気）に含まれるガスの液化物と乾燥空気のモル比、（Ｎ４_{ｌｉｑｕｉｄ}／Ｎ４_ａｉｒ）は減圧室３（第２の空間Ｓ２）から排出される被処理気体（空気）に含まれるガスの液化物と乾燥空気のモル比である。αが１であれば、分離側空間Ｓ１から減圧側空間Ｓ２にガスの液化物（水等）と乾燥空気が同じ割合で流れることを意味する。αが１００であれば、除湿側空間Ｓ１から減圧側空間Ｓ２へのガスの液化物（水等）の透過に対して乾燥空気の透過が１／１００に低減されることを意味する。

【0051】

ガス（液化物）の透過速度Ｖは、下記の（３）式で定義される。
Ｖ＝ΔＭ_{ｌｉｑｕｉｄ}／Ａ／Δｔ …（３）
式（３）において、ΔＭ_{ｌｉｑｕｉｄ}は減圧側空間Ｓ２で回収されるガス液化物の量であり、Ａはガス分離体５の面積、Δｔは時間である。

【0052】

（第２の実施形態）
次に、第１の実施形態によるガス分離装置１を除湿装置として用いた構成例について、図６及び図７を参照して説明する。図６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。図６に示す除湿装置１は、減圧室３（第２の空間Ｓ２）に外部の空気を取り込む配管１５が接続された構造を有している。除湿装置１では、減圧室３内に外部の空気を取り込みながら減圧室３内が減圧される。配管１５は弁１６を有している。配管１５は省いてもよい。

【0053】

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の分離室（除湿室）２内には、送風機６を稼働させることにより配管１２、１０を介して空間Ｒｘ内の空気が送られる。分離室２内で除湿された空気は、配管１３を介して空間Ｒｘに返送される。ガス分離体５を用いた除湿動作（ガス分離動作）は、第１の実施形態で詳述した通りである。すなわち、ウエットシールが形成されたガス分離体５を介して、分離室２から減圧室３に水分が透過する。このような分離室２内の空気中の水分のガス分離体５による吸収とガス分離体５内の水分の減圧室３への放出とが連続して起こるため、再生処理を伴わない連続除湿による除湿速度等の除湿性能を高めることできる。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。

【0054】

実施形態の除湿装置１の適用構造は、図６に示す構造に限定されるものではない。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６では第１の空間Ｓ１を除湿装置１の分離室２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７に示すように、第１の空間Ｓ１は除湿の対象空間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３を、第１の空間Ｓ１となる対象空間Ｒｘとガス分離体５を介して配置してもよい。この場合、減圧室３を減圧することによって、除湿の対象空間Ｒｘ（第１の空間Ｓ１）の空気から水蒸気（水分）が直接除去される。第１の空間Ｓ１及び第２の空間Ｓ２の設定は、種々に変更することができる。

【0055】

なお、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恒湿槽の中に、直径１０ｍｍの穴の開いた１リットル容器により空間Ｒｘを設ける。このような構造において、図１に示した除湿装置（ガス分離装置）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、特定の相対湿度からそれより１０％低い相対湿度まで除湿したときの時間を水蒸気分離体（ガス分離体）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の円形（面積：７８．５４ｍｍ^２）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】

【0056】

次に、実施例とその評価結果について述べる。

【0057】

（実施例１）
まず、多孔質基材として、平均細孔径が３．４μｍ、体積気孔率が４０％、厚さが１ｍｍ、直径が２０ｍｍのディスク状のアルミナセラミックス製多孔体を用意した。このアルミナセラミックス製多孔体の一方の表面に、繊維状ベーマイト分散液（アルミナゾル液Ｆ１０００（平均直径ｄ＝４ｎｍ、平均長さｌ＝１．４μｍ）、川研ファインケミカル社製）を、スライドグラスを用いたキャスト法により塗布し、４０℃で乾燥させた後、２００℃で熱処理して、ベーマイトを含む繊維状無機物質からなる多孔質膜を形成することによって、ガス分離体を作製した。

【0058】

上記した多孔質膜を有するアルミナセラミックス製多孔体からなるガス分離体の形状や特性を以下のようにして測定、評価した。まず、ガス分離体の空気透過率を前述した方法により測定したところ、空気透過率Ｋは５×１０^−１３ｍ^２であった。また、多孔質膜をＸＲＤ法により評価したところ、ベーマイト相が確認された。多孔質膜の平均膜厚及び平均細孔径を前述した方法にしたがって測定したところ、平均膜厚は１７μｍ、平均細孔径は１．４ｎｍであった。平均細孔径から換算される繊維状無機物質の平均直径は約４．２ｎｍであり、原料分散液中の繊維径（平均直径ｄ）とほぼ一致した。さらに、多孔質膜の断面ＴＥＭ観察において、繊維状無機物質からなる多孔質膜の一部は、基材となるアルミナセラミックス製多孔体の細孔内に侵入していることが確認された。多孔質膜の細孔内への平均侵入深さ及び膜質量Ａに対する侵入部分の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）を前述した方法にしたがって測定したところ、平均侵入深さは２０μｍ、質量比Ｂ／Ａは０．５であった。

【0059】

上述したガス分離体を水蒸気分離体として用いて、水蒸気分離率α及び水蒸気透過速度Ｖを測定したところ、除湿側への供給空気の温度が４０℃、飽和蒸気の条件において、水蒸気分離率α＞１００（測定限界以上、以下同じ）、水蒸気透過速度Ｖ＝５９０ｇ／ｈ／ｍ^２であった。また、ガス分離体を水蒸気分離体として用いて、１リットルの容器中の除湿を行った。容器内を減圧し、分離体を通して１時間除湿したところ、相対湿度９０％であった除湿前の湿度が３０％まで低減され、除湿速度は６０％／ｈであった。さらに、除湿試験を数回繰り返し行ったところ、いずれも同様な結果が得られた。

【0060】

（実施例２）
実施例１と同一のアルミナセラミックス製多孔体に、実施例１と同一の繊維状ベーマイト分散液（アルミナゾル液Ｆ１０００）をディップコートし、４０℃で乾燥させた後、２００℃で熱処理することによって、ベーマイトを含む繊維状無機物質からなる多孔質膜を形成した。なお、繊維状ベーマイト分散液のディップと乾燥は３回繰り返し行った。

【0061】

上記した多孔質膜を有するアルミナセラミックス製多孔体からなるガス分離体の形状や特性を実施例１と同様にして測定、評価した。その結果、空気透過率Ｋは８×１０^−１３ｍ^２であり、多孔質膜をＸＲＤ法による評価からはベーマイト相が確認された。多孔質膜の平均膜厚は７μｍ、平均細孔径は１．４ｎｍであった。さらに、多孔質膜の断面ＴＥＭ観察において、繊維状無機物質からなる多孔質膜の一部は、基材となるアルミナセラミックス製多孔体の細孔内に侵入していることが確認された。また、多孔質膜は図４に示したように、細孔内に侵入した多孔質膜の一部が細孔の内部を塞ぐように存在していることが確認された。多孔質膜の細孔内への平均侵入深さは２０μｍ、膜質量Ａに対する侵入部分の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）は０．７であった。

【0062】

上述したガス分離体を水蒸気分離体として用いて、水蒸気分離率α及び水蒸気透過速度Ｖを測定したところ、除湿側への供給空気の温度が４０℃、飽和蒸気の条件において、水蒸気分離率α＞１００、水蒸気透過速度Ｖ＝７２０ｇ／ｈ／ｍ^２であった。また、ガス分離体を水蒸気分離体として用いて、１リットルの容器中の除湿を行った。容器内を減圧し、分離体を通して１時間除湿したところ、相対湿度９０％であった除湿前の湿度が３０％まで低減され、除湿速度は６０％／ｈであった。さらに、除湿試験を数回繰り返し行ったところ、いずれも同様な結果が得られた。

【0063】

（実施例３）
実施例１と同一のアルミナセラミックス製多孔体に、実施例１と同一の繊維状ベーマイト分散液（アルミナゾル液Ｆ１０００）をスプレーコートし、４０℃で乾燥させた後、２００℃で熱処理することによって、ベーマイトを含む繊維状無機物質からなる多孔質膜を形成した。なお、繊維状ベーマイト分散液のスプレーと乾燥は３回繰り返し行った。

【0064】

上記した多孔質膜を有するアルミナセラミックス製多孔体からなるガス分離体の形状や特性を実施例１と同様にして測定、評価した。その結果、空気透過率Ｋは９×１０^−１３ｍ^２であり、多孔質膜をＸＲＤ法による評価からはベーマイト相が確認された。多孔質膜の平均膜厚は３μｍ、平均細孔径は１．４ｎｍであった。さらに、多孔質膜の断面ＴＥＭ観察において、繊維状無機物質からなる多孔質膜の一部は、基材となるアルミナセラミックス製多孔体の細孔内に侵入していることが確認された。多孔質膜の細孔内への平均侵入深さは３０μｍ、膜質量Ａに対する侵入部分の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ）は０．９であった。

【0065】

上述したガス分離体を水蒸気分離体として用いて、水蒸気分離率α及び水蒸気透過速度Ｖを測定したところ、除湿側への供給空気の温度が４０℃、飽和蒸気の条件において、水蒸気分離率α＞１００、水蒸気透過速度Ｖ＝７７０ｇ／ｈ／ｍ^２であった。また、ガス分離体を水蒸気分離体として用いて、１リットルの容器中の除湿を行った。容器内を減圧し、分離体を通して１時間除湿したところ、相対湿度９０％であった除湿前の湿度が２０％まで低減され、除湿速度は７０％／ｈであった。さらに、除湿試験を数回繰り返し行ったところ、いずれも同様な結果が得られた。

【0066】

（実施例４）
実施例１と同様にして作製したガス分離体を用いて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水の混合溶液からＩＰＡの分離実験を行った。混合溶液としては、ＩＰＡ：水＝１０：９０（質量％）の混合物、すなわちＩＰＡの１０％水溶液を使用し、これを気化して密閉容器に充填し、図１に示したガス分離装置で−９０ｋＰａに減圧することによりガス分離を行った。実験は４０℃の恒温槽内で行った。ガス分離膜を透過した気体は、アセトン・ドライアイスの冷媒で冷却して液化し、濃度を測定したところ、８０％のＩＰＡ溶液であることが確認された。さらに、上記したガス分離試験を数回繰り返し行ったところ、いずれも同様な結果が得られた。

【0067】

（比較例１）
多孔質基材として、平均細孔径が０．１μｍ、体積気孔率が４０％、厚さが１ｍｍ、直径が２０ｍｍのアルミナセラミックス製多孔体を用意した。このアルミナセラミックス製多孔体の一方の表面に、実施例１と同一の繊維状ベーマイト分散液（アルミナゾル液Ｆ１０００）を、スライドグラスを用いたキャスト法により塗布し、４０℃で乾燥させた後、２００℃で熱処理することによって、繊維状無機物質からなる多孔質膜を形成した。

【0068】

上記した多孔質膜を有するアルミナセラミックス製多孔体からなるガス分離体を水蒸気分離体として用いて、１リットルの容器中の除湿を行った。容器内を減圧し、分離体を通して１時間除湿したところ、相対湿度９０％であった除湿前の湿度が５０％まで低減され、除湿速度は４０％／ｈであった。また、再度、除湿試験を行ったところ、今度は除湿性能が得られなかった。ガス分離体の表面を肉眼で観察したところ、多孔質膜の剥離が認められた。多孔質膜の平均膜厚は１７μｍであった。多孔質膜の断面ＴＥＭ観察において、繊維状無機物質からなる多孔質膜の一部は、基材となるアルミナセラミックス製多孔体の細孔内に侵入していたが、多孔質膜の細孔内への平均侵入深さは５μｍであった。

【0069】

（比較例２）
多孔質基材として、平均細孔径が６０μｍ、体積気孔率が４０％、厚さが１ｍｍ、直径が２０ｍｍのアルミナセラミックス製多孔体を用意した。このアルミナセラミックス製多孔体の一方の表面に、実施例１と同一の繊維状ベーマイト分散液（アルミナゾル液Ｆ１０００）を、スライドグラスを用いたキャスト法により塗布し、４０℃で乾燥させた後、２００℃で熱処理することによって、繊維状無機物質からなる多孔質膜を形成した。

【0070】

上記した多孔質膜を有するアルミナセラミックス製多孔体からなるガス分離体を水蒸気分離体として用いて、１リットルの容器中の除湿を行った。容器内を減圧し、分離体を通して１時間除湿したところ、除湿性能は得られなかった。ガス分離体の表面を肉眼で観察したところ、多孔質膜は均一に形成されておらず、所々に孔のようなくぼみが観察された。また、多孔質膜をＳＥＭにて観察したところ、図３及び図４に示したような多孔質体の細孔を塞ぐような膜構造は観察されなかった。

【0071】

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】

【0072】

１…ガス分離装置、２…除湿室、３…減圧室、４…接続路、５…ガス分離体、６…送風機、７…減圧ポンプ、２１…多孔質基材、２２…多孔質膜、２３…細孔、Ｓ１…第１の空間、Ｓ２…第２の空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】