JP2003262366A

JP2003262366A - 乾燥空気の加湿装置及び加湿方法

Info

Publication number: JP2003262366A
Application number: JP2002064243A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tanaka; 宏史田中; Tokumitsu Kadota; 徳光門田; Michiro Nonaka; 道郎野中
Original assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Current assignee: Nittetsu Mining Co Ltd
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】加湿速度が速く、過剰加湿が起らず、エネル
ギー効率がよく、メンテナンスフリーで、運転コストの
安い加湿技術の提供。【解決手段】水貯蔵槽中に貯蔵した水の中に気泡発生
装置を浸漬設置し、該貯蔵槽中の水を該気泡発生装置に
循環供給して、該発生装置内に負圧を発生させ、この負
圧により気泡発生装置内に乾燥空気を吸引し、気泡発生
装置の気泡放出口における水の剪断力により、吸引した
空気を気泡として水貯蔵槽内の貯蔵水中に分散し、気泡
内の乾燥空気を加湿し、気泡の上昇により水表面に到達
した気泡内から開放された加湿空気を乾燥空気中に放出
して乾燥空気を加湿する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、個人住宅等の居室
空間、事務室、生産工場等の各種の室内空間あるいはそ
れに近い閉鎖空間内に存在する乾燥空気を加湿する装置
及び方法に関するものである。より詳しくは従来の加湿
方法とは異なる機能により乾燥空気を加湿する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加湿方法には、大別して超音波を
利用してミストを発生させる噴霧式加湿方法と、水を加
熱又は非加熱で蒸発させる気化式加湿方法とがあり、更
には、これら両者を組み合わせたハイブリット式加湿方
法も見られる。このような中にあって、過剰加湿を避け
るため、最近では気化式加湿が好まれるようになってき
た。

【０００３】この気化式加湿方法では、多孔質の吸水体
を用いて水を吸い上げ、吸い上げた水をファンの回転を
利用して気化し、乾燥空気中に放出する方法や、水の一
部を強制的に微細化し、ファンの回転により気化して、
乾燥空気中に放出する方法等が行われている。しかし、
このような従来の気化式加湿方法では、多孔質吸水体の
寿命が短く、機能低下が起るとたちまち加湿性能が悪く
なるという問題点がある。また、水を微細化する噴霧式
では、気化効率が悪く、加湿に時間がかかるという欠点
がある。

【０００４】これらの問題点は、エネルギー効率の面か
ら見ると、低効率、あるいは効率の低下をもたらすもの
であり、省エネルギーという観点からも問題がある。ま
た、加湿性能を改善するために、例えば、多孔質吸水体
をたびたび洗浄する必要性があるなど、メンテナンスの
上で問題点がある。さらに、多孔質吸水体の場合、交換
部品の価格が高く、コスト面での問題点もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題点を克服
するため、加湿速度が速く、過剰加湿が起らず、エネル
ギー効率がよく、メンテナンスフリーで、運転コストの
安い、加湿技術の開発が望まれていた。第１に解決しな
ければならない課題は、加湿速度が速くて過剰加湿が起
らないエネルギー効率のよい加湿方法を確立することで
ある。第２に解決しなければならない課題は、加湿運転
時のメンテナンスがほとんど必要でなく運転コストの安
い加湿方法を確立することである。したがって、本発明
の課題は、かかる問題を解消した乾燥空気を加湿する技
術を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明が前記課題を解消
するために提供する手段は、乾燥空気を加湿する装置及
び方法であって、そのうちの加湿する装置は、水貯蔵
槽、水導入口と気泡放出口とを備え、水導入口から供給
された流動水を駆動力にして負圧を発生させ空気を吸引
し気泡を該貯蔵槽内に放出する該貯蔵槽内に浸漬設置さ
れた気泡発生装置、放出された気泡中の空気を分離し外
部に供給する該貯蔵槽に設置された加湿空気供給口、及
び一端を該導入口に接続し、他端を該貯蔵槽の水吸入口
に接続し、両者間に循環ポンプを有する水循環装置を具
備することを特徴とする。

【０００７】また、乾燥空気を加湿する方法は、水貯蔵
槽中に貯蔵した水の中に気泡発生装置を浸漬設置し、該
貯蔵槽中の水を該気泡発生装置に循環供給して、該発生
装置内に負圧を発生させ、この負圧により気泡発生装置
内に乾燥空気を吸引し、気泡発生装置の気泡放出口にお
ける水の剪断力により、吸引した空気を気泡として水貯
蔵槽内の貯蔵水中に分散し、気泡内の乾燥空気を加湿
し、気泡の上昇により水表面に到達した気泡内から開放
された加湿空気を乾燥空気中に放出することを特徴とす
る。

【０００８】そして、本発明では、乾燥空気の加湿を、
超音波を利用する噴霧式でもなく、また水を加熱もしく
は非加熱で蒸発させる気化式でもない、新たな手段を採
用したものである。その手段は、流動する水により負圧
を発生させ、その負圧により乾燥空気を吸引して、気泡
を発生させる気泡発生装置を利用することにより加湿す
るものである。

【０００９】すなわち、本発明の乾燥空気の加湿は、水
中に浸漬した気泡発生装置に、水貯蔵槽中の水を循環供
給し、該発生装置内に負圧を発生させ、この負圧により
気泡発生装置内に乾燥空気を吸引し、気泡発生装置の気
泡放出口における水の剪断力により、吸引した空気を気
泡として水貯蔵槽内の貯蔵水中に分散し、気泡内の乾燥
空気を加湿し、気泡の上昇により水表面に到達した気泡
内から開放された加湿空気を乾燥空気中に放出すること
により行うものである。

【００１０】本発明の加湿装置、すなわち気泡発生装置
を利用した乾燥空気の加湿する技術を用いると、発生し
た気泡が水中に分散した後上昇するため、水中での気泡
の滞留時間が長く、気泡を形成している水膜から、気泡
内の乾燥空気中へ水の気化が充分に行われる。また、水
中に分散する気泡数が多ければ、気化する水の量も多
く、分散する気泡数が少なければ、気化する水の量も少
なくなり、気泡数を操作量として加湿能力を制御するこ
とができる特徴がある。さらに、その発生する気泡数
は、吸引する乾燥空気流量を調節することにより簡単に
制御できる。

【００１１】特に、請求項２記載の加湿装置で用いる気
泡発生装置は、駆動水が円筒状部を有する旋回流形成槽
の円筒状部の接線上に供給され、旋回流により生ずる負
圧を利用して空気を吸引するので乾燥空気の吸引流量を
大きくすることができ、加湿速度を向上できるという特
徴がある。この気泡発生装置（以下、旋回流型気泡発生
装置という）では、水の循環流量が一定のとき、気泡放
出口の断面積を小さくすれば、水の旋回流速及び軸方向
流速が増大し、水の剪断力が大きくなるため、発生する
気泡サイズが小さくなり、したがって、気泡数も多くな
り、加湿効率を高めることができるという特徴がある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明するが、この図面は好適な実施
の形態を示すものであって、本発明はこれによって限定
されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特
定されるものであることはいうまでもない。

【００１３】図１は、旋回流型気泡発生装置を利用した
本発明の乾燥空気の加湿装置を示するもので、その加湿
装置は、気泡発生装置１、水貯蔵槽２、乾燥空気吸引パ
イプ３、循環ポンプ４、水循環パイプ５、吸引パイプ
６、乾燥空気流量制御パネル７、加湿空気供給口８、気
泡混入防止板９及び加湿空気室１０を具備する構造とな
っており、水循環装置は、一端を該導入口に接続し、他
端を該容器の水吸入口に接続する水循環パイプ５と循環
ポンプ４とから構成される。なお、この加湿装置では、
循環ポンプ４及び水循環パイプ５等は外部に露出してい
るが、製品化する場合には、水貯蔵槽２と同様の形状及
び素材のケースでこれらを収納するのが好ましい。

【００１４】図２及び３は、本発明の加湿装置に使用す
る好ましい旋回流型気泡発生装置１を図示するもので、
図２は平面図、図３は縦断面図であり、ここに図示され
た装置は本出願人企業の研究者が開発し提案したもので
ある（特開平１０−２３０１５０号公報）。この旋回流
型気泡発生装置には、改良型も提案しており（特開２０
０１−２５９３９５号公報）、本発明では勿論それも使
用可能である。

【００１５】この旋回流型気泡発生装置１は、旋回流形
成槽１１、水導入口１ａ、空気を吸引する乾燥空気吸引
パイプ３、気泡放出口１ｂを具備する構造となってい
る。その乾燥空気吸引パイプ３は、旋回流形成槽１１内
に垂直方向に延びる空気芯を形成するように該形成槽１
１の上部中央から気泡放出口１ｂに向かって延びてい
る。その乾燥空気吸引パイプ３の下端部は安定した空気
芯が形成されるために必要な位置まで延びていることが
好ましく、そのために旋回流形成槽の中央より下側まで
延びるのが好ましい。

【００１６】また、水導入口は、旋回流形成槽側部に形
成され、それには水循環パイプ５に連結する水流入パイ
プ５ａが接続されている。このように接続された水流入
パイプ５ａから供給された水は、旋回流形成槽に、その
水平断面の接線方向から供給されるようにするために、
水流入パイプ５ａが該接線上に接続されている。さら
に、この図示の気泡発生装置１では、その内部の旋回流
を安定に保つため、水導入口及びそれに接続する水流入
パイプ５ａを面対称となるよう２箇所に設けているが、
前記旋回流を発生させるためには、水導入口及び水流入
パイプ５ａは１箇所に設けるだけでもよい。

【００１７】次ぎに、この図示された加湿装置の作動に
ついて説明する。すなわち、この加湿装置を用いて乾燥
空気を加湿する方法を説明する。吸引パイプ６から、ポ
ンプ４に導入された水を、水循環パイプ５及びそれに連
結した水流入パイプ５ａを介して、水貯蔵槽２内の貯水
中に浸漬した気泡発生装置１に供給すると、該気泡発生
装置の旋回流形成槽１１内に旋回流が発生する。なお、
水貯蔵槽２内への水の供給及び補給については、図示さ
れていない開口を該貯蔵槽上部に別途設置してもよい
が、加湿空気供給口８を利用して行うこともできる。さ
らに、排出ついては、前記開口で兼用してもよいが、別
途排出弁付きのパイプを水貯蔵槽２下部に設置もよい。

【００１８】その旋回流の中心部が負圧となり乾燥空気
吸引パイプ３から乾燥空気が、該形成槽内に吸引され
る。この吸引された乾燥空気は、旋回流形成槽内の乾燥
空気吸引パイプ３の開口と、気泡放出口１ａとの間に空
気芯を形成し、その後気泡放出口１ｂから水と共に噴流
として吐出され、水貯蔵槽内の貯水と噴流との速度差に
よって発生する剪断力により、空気は気泡となって、水
貯蔵槽内の貯水中に分散する。分散した気泡内では、気
泡水膜から水が気化し、気泡内の乾燥空気は加湿され
る。

【００１９】この気泡は、浮力により貯水の表面に上昇
し、気泡内の加湿空気は開放されて、加湿空気室１０か
ら、加湿空気供給口８を経て住宅あるいは事務室等の屋
内の乾燥空気中に放出される。その際には、気泡発生装
置内へ吸引される乾燥空気流量は、乾燥空気流量制御パ
ネル７により調節できる。また、水循環装置の循環ポン
プ４に接続される吸引パイプ６に、貯水中に分散した気
泡が混入するのを防止するため気泡混入防止部材９が水
貯蔵容器２の下部に設置されている。

【００２０】この気泡混入防止部材としては、気泡発生
装置によって発生した気泡が循環ポンプ４に同伴される
のを防止できる機能を有するものあれば、特に制限され
ることなく使用可能であり、そのようなものとしては、
金属製板、プラスチック板あるいは細かい目開きの金網
等が例示できる。また、循環ポンプとしては、小型で、
かつ脈動がなく運転時の騒音や発熱がないものであれ
ば、特に制限なく使用可能であり、そのようなものとし
ては、遠心ポンプあるいは渦流ポンプ等が例示できる。

【００２１】本発明の加湿装置に用いる気泡発生装置に
ついては、流動水を駆動力にして負圧を形成し、この負
圧により空気を吸引し、それを水の中に放出する能力を
有するものであれば、各種のタイプのものが制限される
ことなく使用可能である。かかる気泡発生装置としては
旋回流型が特に好ましく、それにより前述したとおり乾
燥空気の吸引流量を大きくすることができ、加湿速度を
向上できるので、小型で充分な機能を発現することがで
きる。前記した負圧により吸引する機能を有するものは
前記旋回流型気泡発生装置以外には、エゼクターが例示
でき、このエゼクターを気泡発生装置として利用する加
湿装置は請求項３ないし５に記載の発明である。

【００２２】この場合には、エゼクターの気泡放出口
は、パイプ先端に設置されるものであるから、その部分
を可撓性材料あるいは柔構造とせしめること等で、その
方向を可動自在にでき、放出される気泡流の方向を任意
に選択することができるので、最適な気泡分散・滞留条
件を設定できるという特徴がある。また、エゼクターを
特殊なコアンダエゼクターとせしめ、駆動水を曲線傾斜
状の内周壁に沿ってオリフィス内周壁に導入し、中心部
に負圧を発生させて空気を吸引することにより、通常の
エゼクターを気泡発生装置とした場合に比べて、エネル
ギー効率がよく、吸引乾燥空気流量を向上できる。

【００２３】このように、本発明の加湿装置では、前記
した範囲でいかなる気泡発生装置を採用した場合におい
ても、稼動部は水循環用のポンプのみであるため、ほと
んどメンテナンスフリーであり、乾燥空気を気泡内に分
散して水分を取り込む特殊な気化式加湿であるため、加
湿効率がよく、したがってエネルギー効率もよい。ま
た、前記のような特殊な気化式加湿であるため、過剰加
湿の心配はまったくない。さらに、本発明では、消耗部
品を全く使用しないため、部品交換などに要するコスト
が皆無である。

【００２４】本発明の加湿装置を使用して乾燥空気を加
湿する実験を行った結果を図４に示す。この実験に使用
した加湿装置の全体構造は、図１に図示するとおりのも
のであるが、この加湿装置に使用した気泡発生装置は、
水流入パイプ５ａを除き図２及び３に図示された構造の
ものを使用した。すなわち、両図の気泡発生装置には水
流入パイプ５ａが面対称に２箇所設置されているが、こ
の実験では１箇所だけに設置されたものを使用した。

【００２５】その際加湿装置を１０５分間連続運転し、
毛髪湿度計を使用して相対湿度の測定を行った。その測
定は、乾燥空気吸引パイプ３に吸入する未加湿空気（入
気）の相対湿度を測定すると共に加湿装置の供給口８か
ら放出される加湿空気（排気）の相対湿度を測定するも
のであり、その結果を図４に示した。この結果によれ
ば、加湿装置の運転開始直後から放出される空気の湿度
が急速に上昇し、時間の経過とともに高湿度に移行して
いく様子がわかる。

【００２６】より具体的には、相対湿度約５０％前後の
入気を使用して前記加湿装置による加湿を行ったとこ
ろ、運転開始直後から相対湿度が急激増加し、その５分
後には８０％、同１５分後には９０％に達し、その後も
徐々に増加し、６０後には９５％程度になることがわか
る。

【００２７】

【発明の効果】以上のとおりであるから、本発明の加湿
装置及び加湿方法を用いると、加湿速度が速く、過剰加
湿が起らず、エネルギー効率がよく、メンテナンスフリ
ーで、運転コストの安い加湿を行うことができる。より
具体的には、発生した気泡が水中に分散した後上昇する
ため、水中での気泡の滞留時間が長く、気泡を形成して
いる水膜から、気泡内の乾燥空気中へ水の気化が充分に
行われる。また、水中に分散する気泡数が多ければ、気
化する水の量も多く、分散する気泡数が少なければ、気
化する水の量も少なくなり、気泡数を操作量として加湿
能力を制御することができ、その発生する気泡数は、吸
引する乾燥空気流量を調節することにより簡単に制御で
きる。

【００２８】さらに言及すると、特に請求項２記載の加
湿装置で用いる旋回流型気泡発生装置は、駆動水が、円
筒状の旋回流形成槽接線上に供給され、旋回流により生
ずる負圧を利用して空気を吸引するので乾燥空気の吸引
流量を大きくすることができ、加湿速度を向上できると
いう特徴がある。この気泡発生装置では、水の循環流量
が一定のとき、気泡放出口の断面積を小さくすれば、水
の旋回流速及び軸方向流速が増大し、水の剪断力が大き
くなるため、発生する気泡サイズが小さくなり、したが
って、気泡数も多くなり、加湿効率を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾燥空気の加湿装置の全体像を示
す。

【図２】本発明の加湿装置に使用する旋回流型気泡発
生装置の平面図。

【図３】図２に図示する前記旋回流型気泡発生装置の
Ａ−Ａ断面矢視図。

【図４】本発明の加湿装置による加湿実験結果を示
す。

【符号の説明】

１気泡発生装置１ａ水導入口１ｂ気泡放出口２水貯蔵容器３乾燥空気吸引パイプ３、４ポンプ５水循環パイプ５ａ水流入パイプ６吸引パイプ７乾燥空気流量制御パネル８加湿空気供給口９気泡混入防止板 10 加湿空気室 11 旋回流形成槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門田徳光東京都西多摩郡日の出町平井８番地１日鉄鉱業株式会社内 (72)発明者野中道郎東京都杉並区下高井戸１−31−20 Ｆターム(参考） 3L055 DA01 DA05 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水貯蔵槽、水導入口と気泡放出口とを備
え、水導入口から供給された流動水を駆動力にして負圧
を発生させ空気を吸引し気泡を該貯蔵槽内に放出する該
貯蔵槽内に浸漬設置された気泡発生装置、放出された気
泡中の空気を分離し外部に供給する該貯蔵槽に設置され
た加湿空気供給口、及び一端を該導入口に接続し、他端
を該貯蔵槽の水吸入口に接続し、両者間に循環ポンプを
有する水循環装置を具備することを特徴とする乾燥空気
の加湿装置。
【請求項２】気泡発生装置が、円筒状部を有する旋回
流形成槽と、その円筒状部水平断面の接線方向に配置さ
れた駆動水供給管と、その下部中央の気泡放出口と、そ
の上部中央から該気泡放出口に向かって延びる空気吸引
管と具備するものである請求項１記載の乾燥空気の加湿
装置。
【請求項３】気泡発生装置が、水を駆動力とするエゼ
クターである請求項１記載の乾燥空気の加湿装置。
【請求項４】エゼクターが、駆動水をオリフィス中央
部に放出し、その外側に負圧を発生させて空気を吸引す
るものである請求項３記載の乾燥空気の加湿装置。
【請求項５】エゼクターが、コアンダエゼクターであ
って、駆動水が曲線傾斜状の内周壁に沿ってオリフィス
内周壁に導入され、中心部に負圧を発生させて空気を吸
引する請求項３記載の乾燥空気の加湿装置。
【請求項６】水貯蔵容器内の水吸入口手前に気泡混入
防止部材を備える請求項１ないし５のいずれか１項に記
載の乾燥空気の加湿装置。
【請求項７】水貯蔵槽中に貯蔵した水の中に気泡発生
装置を浸漬設置し、該貯蔵槽中の水を該気泡発生装置に
循環供給して、該発生装置内に負圧を発生させ、この負
圧により気泡発生装置内に乾燥空気を吸引し、気泡発生
装置の気泡放出口における水の剪断力により、吸引した
空気を気泡として水貯蔵槽内の貯蔵水中に分散し、気泡
内の乾燥空気を加湿し、気泡の上昇により水表面に到達
した気泡内から開放された加湿空気を乾燥空気中に放出
することを特徴とする乾燥空気の加湿方法。