JP2005249256A

JP2005249256A - 中空糸膜式加湿器

Info

Publication number: JP2005249256A
Application number: JP2004058432A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Fujita; 俊彦藤田; Satoshi Fujii; 聡藤井; Yoshihiro Nishitsuru; 芳寛西水流
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】空気の加湿に利用される中空糸膜式加湿器において、膜汚れを除去し長期にわたり加湿性能を維持することを目的とする。
【解決手段】送風機１を停止し、送風前弁１０、送風後弁１１、送水前弁１２、送水後弁１３、気水連絡経路弁９ｂ、９ｄを閉じ、気水連絡経路弁９ａ、９ｃを開くことにより、ポンプ４から送水された加湿水が加湿モジュール１０１の中空糸１０２の空気側を通りタンク５に戻る。この時、中空糸１０２の空気の経路に水が流れ、水流により空気の経路の表面に付着した膜汚れを膜表面より分離し水流に乗せてタンク５まで押し流すことにより、中空糸１０２の水の透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調、住宅、家電、燃料電池などの分野において、加湿に使用される中空糸膜式加湿器の中空糸の洗浄に関する。

近年、健康、清潔指向の高まりの中で住空間をより快適にする要求が高まっている。室内の環境条件の中で、温度については高度な機能と省エネ性を兼ね備えたエアコンが登場し、ほぼ要求を達成した状況であるが、湿度についていえばエアコンには通常加湿機能が無く、特に冬場などの乾燥期にエアコンを使用すると相対湿度が下がって乾燥がさらにすすみ、喉や目の痛み、手肌の乾燥などを訴えるケースが増えてきている。また約５０％以上の湿度でウイルスの活性が低下することが知られるようになり加湿の重要性の認識が高まってきている。このような中で、加湿器に対する要求もますます高まっており、低コスト、小型、省エネ、低騒音、低消費電力といった基本性能の向上だけでなく、抗菌、殺菌機能があるものや、マイナスイオンを付加するタイプ、アレルギーやウイルスを除去するフィルターを備えたタイプなど多種多様な付加機能を有するものが登場している。ここで、従来の加湿器に用いられている加湿方式としては大きく分けると気化式、スチームファン式、超音波式がよく知られているが、各方式に一長一短があり、現在のところ消費者の全ての要求を満足できる加湿方式は登場していない。中でも超音波加湿器は、低騒音、低消費電力と大きな加湿力を備え、一時期爆発的に普及したが、水タンク中に発生した雑菌を水滴と共に飛散させる恐れがあること、水滴中の金属イオンが水の蒸発と共に白い粉末となって析出するいわゆる白粉問題が発生したため市場から姿を消し、現在では、雑菌や白粉の発生がない気化式が主流となっている。気化式加湿器は水を含んだフィルターに空気を接触させ、空気中から蒸発潜熱を奪って水を気化するのであるが、この方式の場合、加湿効率を向上するためには圧力損失をできるだけ小さくしつつ水と空気の接触面積を増加させることが必要である。一方、近年、水の透過性を備えた多孔性膜の性能の向上が目覚しく、気化式加湿器のフィルターとして多孔性膜が利用されるようになってきた。特に最近では燃料電池に用いられる加湿器として多孔性膜を中空円筒状に形成した中空糸を束ね、中空糸の内外に乾燥空気と水や湿潤空気を流して加湿する中空糸膜式加湿器が、加湿効率が非常に高い気化式加湿器として採用されてきており、さらに中空糸膜式加湿器を家庭用の加湿器へ応用する取り組みも行われている。

以下、その中空糸膜式加湿器について図を参照しながら説明する。

図１２は従来の中空糸膜式加湿器の加湿モジュール１０１を示している。図において加湿モジュール１０１は多数本の所定長さの中空糸１０２を平行に、かつ円筒状に収束して収束物となし、個々の中空糸１０２の両端部が開口した状態で固定部１０３に円筒状に固定され、両端の固定部１０３がそれぞれ水流入口１０４を備えた水供給部１０５、水流出口１０６を備えた水排出部１０７に挿入され固定されたものである。このような構成の加湿モジュール１０１において水を水流入口１０４から供給すると、水は中空糸１０２の開口端からその内部へと拡散する。そして中空糸１０２内部の水は水蒸気となって中空糸１０２の内側から外側に移動し、中空糸１０２の外表面の微細孔から滲出される。そして残余の水は水排出部１０７に集水され、水流出口１０６から排水される。この時、加湿モジュール１０１の側方から空気を圧送してやれば、中空糸１０２表面の水蒸気が空気中に移行し、空気を加湿することができる。
特開平１１−５１４２７号公報

しかしながら、このような従来の中空糸膜式加湿器では、加湿水として一般の水道水を使用した場合、水中の固形物等が中空糸の表面および微細孔に付着して目詰まりが生じ加湿性能が低下するという課題があり、水道水を使用しても長期にわたり加湿性能を維持できる中空糸膜式加湿器が要求されている。

また、水道水の場合は水中の電解質が中空糸表面の気液接触面にスケールとして析出し中空糸の表面および微細孔に付着して目詰まりが生じ加湿性能が低下するという課題があり、水道水を使用してもスケールが付着せず長期にわたり加湿性能を維持できる中空糸膜式加湿器が要求されている。

また、加湿運転をした場合、水道水に添加されいる塩素は直ちに空気中に飛散してしまい殺菌力が無くなり、加湿モジュール内部の水中に微生物が繁殖しやすく、多量の微生物が中空糸の表面および微細孔に付着してバイオフィルムを形成し中空糸の目詰まりが生じ加湿性能が低下するという課題があり、バイオフィルムが付着せず長期にわたり加湿性能を維持できる中空糸膜式加湿器が要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、水道水を使用しても長期にわたり加湿性能を維持できる中空糸膜式加湿器を提供することを目的としている。

本発明の中空糸膜式加湿器は上記目的を達成するために、水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、前記中空糸の内外の一方に気体を他方に水を流し、膜を透過した水が気体に接触し水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、中空糸表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えるとしたものである。

これにより、水道水を使用しても長期にわたり加湿性能を維持できる中空糸膜式加湿器が得られる。

また、他の手段は、空気を送風する送風手段と水を送水する送水手段を備え、水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、これを水流入口及び水流出口を備えたケーシング内に収納し、前記ケーシングの両端部において前記中空糸の内側と外側が連通しないように複数の前記中空糸の間を封止し前記中空糸の一端を空気流入口、他端を空気流出口とし、前記空気流入口から空気を、前記水流入口からは水を流すことにより、前記中空糸膜の外側から透過した水が前記中空糸の内周面に接触する気体に水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、前記中空糸の表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ除去手段として、膜汚れを中空糸から分離して除去する膜汚れ分離手段を備えるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、水流により膜汚れを除去するとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側に水を流し膜汚れを除去するとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側、水側双方に水を流し膜汚れを除去するとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側の流れを塞ぐ空気流閉鎖手段を備え、前記中空糸の空気側から水を流し、水を逆流させて水側から出すとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の流速を断続的に変化させるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分離手段として、ケーシング内部の水に気泡を発生させる気泡発生手段を備え、気泡が膜汚れを分離するとしたものである。

また他の手段は、気泡発生手段として、空気流出口を塞ぐ空気流出口閉鎖手段を備え、送風手段により空気流入口へ空気を送風し中空糸の水側へ空気を送りこんで気泡を発生させるとしたものである。

また他の手段は、気泡発生手段として、水流入口の上流側に気泡発生部を備え、送風手段から空気を気泡発生部に送りこむとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ除去手段として、中空糸または及び水に振動を与えて膜汚れを分離する振動発生手段を備えるとしたものである。

また他の手段は、振動発生手段として、複数の中空糸を束ねた中空糸束が回転またはおよび振動するとしたものである。

また他の手段は、振動発生手段として、ケーシング内部の水に超音波振動を与える超音波振動子を備えるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ除去手段として、膜汚れを分解して除去する膜汚れ分解手段を備えるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分解手段として、有機成分を分解する波長を持った紫外線を中空糸に照射するとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分解手段として、中空糸表面に光触媒を塗布し、光触媒を活性化させる紫外線を中空糸に照射するとしたものである。

また他の手段は、紫外光源がＬＥＤであるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分解手段として、中空糸に酸性水を流す酸性水発生手段を備えるとしたものである。

また他の手段は、酸性水発生手段として、電解水発生装置を備えるとしたものである。

また他の手段は、膜汚れ分解手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の温度を上げ下げして膜汚れの溶解度を上げるとしたものである。

さらに他の手段は、膜汚れの除去を行う時、中空糸の空気側、水側双方とも水を通水した状態で処理を行うとしたものである。

本発明によれば、長期にわたり加湿性能を維持できる効果のある中空糸膜式加湿器を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、前記中空糸の内外の一方に気体を他方に水を流し、膜を透過した水が気体に接触し水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、中空糸表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えるとしたものであり、中空糸表面や微細孔に付着した汚れを除去するという作用を有する。

また、空気を送風する送風手段と水を送水する送水手段を備え、水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、これを水流入口及び水流出口を備えたケーシング内に収納し、前記ケーシングの両端部において前記中空糸の内側と外側が連通しないように複数の前記中空糸の間を封止し前記中空糸の一端を空気流入口、他端を空気流出口とし、前記空気流入口から空気を、前記水流入口からは水を流すことにより、前記中空糸膜の外側から透過した水が前記中空糸の内周面に接触する気体に水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、前記中空糸の表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えるとしたものであり、中空糸表面や微細孔に付着した汚れを除去する作用を有する。

また、膜汚れ除去手段として、膜汚れを中空糸から分離して除去する膜汚れ分離手段を備えるとしたものであり、中空糸や微細孔に付着した汚れを中空糸表面から分離する作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、水流により膜汚れを除去するとしたものであり、中空糸に接触する水の流れが中空糸や微細孔に付着した汚れを水中に分離しケーシング外部へ排出する作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側に水を流し膜汚れを除去するとしたものであり、空気流入口から水を流すことにより中空糸の空気側面に付着した汚れを水中に分離しケーシング外部へ排出する作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側、水側双方に水を流し膜汚れを除去するとしたものであり、中空糸内外に水が流れることにより中空糸内外に付着した膜汚れを同時に分離するという作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側の流れを塞ぐ空気流閉鎖手段を備え、前記中空糸の空気側から水を流し、水を逆流させて水側から出すとしたものであり、空気流出口が塞がっていることにより、空気流入口から入った水は中空糸の微細孔を逆流し水側へと流れ、この時、微細孔に堆積した汚れは水流により水側へと押し流されケーシング外部へ排出するという作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の流速を断続的に変化させるとしたものであり、水の流速を断続的に変化させることにより中空糸に付着した汚れの分離を促進するという作用を有する。

また、膜汚れ分離手段として、ケーシング内部の水に気泡を発生させる気泡発生手段を備え、気泡が膜汚れを分離するとしたものであり、水中に発生した気泡が中空糸の壁面に沿って流れ、汚れに衝突して分離するという作用を有する。

また、気泡発生手段として、空気流出口を塞ぐ空気流出口閉鎖手段を備え、送風手段により空気流入口へ空気を送風し中空糸の水側へ空気を送りこんで気泡を発生させるとしたものであり、空気流出口を塞いで空気流入口から空気の圧力をることにより、中空糸の微細孔より気泡を多量に発生させるという作用を有する。

また、気泡発生手段として、水流入口の上流側に気泡発生部を備え、送風手段から空気を気泡発生部に送りこむとしたものであり、気泡発生部から発生した気泡が中空糸表面に付着した汚れを分離するという作用を有する。

また、膜汚れ除去手段として、中空糸または及び水に振動を与えて膜汚れを分離する振動発生手段を備えるとしたものであり、中空糸または及び水が振動することにより中空糸表面に付着した汚れを分離するという作用を有する。

また、振動発生手段として、複数の中空糸を束ねた中空糸束が回転またはおよび振動するとしたものであり、中空糸束が回転または及び振動し、遠心力や慣性力により汚れを分離するという作用を有する。

また、振動発生手段として、ケーシング内部の水に超音波振動を与える超音波振動子を備えるとしたものであり、ケーシング内部の水に超音波振動を付加することにより水中にキャビテーションを生じさせ、キャビテーションにより生じた空隙が破裂する時の衝撃力により中空糸に付着した汚れを分離するという作用を有する。

また、膜汚れ除去手段として、膜汚れを分解して除去する膜汚れ分解手段を備えるとしたものであり、中空糸に付着した汚れを分解して水中に溶かすことにより加湿性能が回復するという作用を有する。

また、膜汚れ分解手段として、有機成分を分解する波長を持った紫外線を中空糸に照射するとしたものであり、紫外線により中空糸の表面に付着した有機物を分解するという作用を有する。

また、膜汚れ分解手段として、中空糸表面に光触媒を塗布し、光触媒を活性化させる紫外線を中空糸に照射するとしたものであり、紫外線により中空糸表面に塗布された光触媒が活性化され表面にOHラジカルが発生し、ラジカルの酸化力により中空糸の表面に付着した汚れを酸化分解するという作用を有する。

また、紫外光源がＬＥＤであるとしたものであり、紫外線源にＬＥＤを使用することにより中空糸束の深部にまで紫外線を到達させるという作用を有する。

また、膜汚れ分解手段として、中空糸に酸性水を流す酸性水発生手段を備えるとしたものであり、酸性水を流すことにより中空糸表面に付着した炭酸カルシウム等の酸溶解性スケールを分解するという作用を有する。

また、酸性水発生手段として、電解水発生装置を備えるとしたものであり、水に直流電圧を印加して電気分解することにより酸性水を得るという作用を有する。

また、膜汚れ分解手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の温度を上げ下げして膜汚れの溶解度を上げるとしたものであり、水温の上げ下げにより温度によって溶解度が変化する性質の膜汚れを溶解するという作用を有する。

また、膜汚れの除去を行う時、中空糸の空気側、水側双方とも水を通水した状態で処理を行うとしたものであり、中空糸全体を水中に没した状態で膜汚れ去手段を行うことにより水に接触する面積が増え、空気側面に付着した汚れをも除去するという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
従来例と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。図１に示すように、本発明の中空糸膜式加湿器は、被加湿空気を吸入し加湿された空気を外部に送風するための送風手段としての送風機１と、空気を送風するための送風経路２と送風機１により送られてきた空気を加湿するための加湿モジュール１０１と、加湿モジュール１０１に水を循環させるための加湿水循環経路３と加湿水循環経路３内の水を循環させるための送水手段としてのポンプ４と、加湿水循環系路３上で加湿水を貯留するためのタンク５と、タンク５の水を系外に排出するための排水口６と排水を制御する排水弁７を備えている。また、送風経路２は加湿モジュール１０１の前後で加湿水循環経路３と接続する気水連絡経路８を２本ずつ備えており、気水連絡経路８には開閉により経路を遮断する気水連絡経路弁９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが配置されている。さらに送風経路２、加湿水循環経路３上の、２本の気水連絡経路８の分岐点の間には送風前弁１０、送風後弁１１、送水前弁１２、送水後弁１３が配置されている。

また、加湿モジュール１０１は図２に示すように水の透過性を有する多孔性膜を管状に形成した中空糸１０２を複数本束ね、略円筒形状のケーシング１４内に収納し、その両端部において、中空糸１０２の内側と外側が連通しないように複数の中空糸の間をエポキシなどの樹脂によりなる封止部１５により封止してある。ケーシング１４には中空糸１０２の内側の流路に空気を供給するための空気流入口１６、中空糸１０２内部の流路から空気を排出するための空気流出口１７、中空糸１０２の外側でケーシング１４の内側に水を供給するための水流入口１０４、中空糸１０２の外側でケーシング１４の内側を流通してきた水を加湿モジュール１０１の外部へと排出するための水流出口１０６が設けられている。

次に、本発明の中空糸膜式加湿器が通常の加湿運転を行う場合の動作を説明する。図１に示ように通常の加湿時においては、送風前弁１０、送風後弁１１、送水前弁１２、送水後弁１３を開に、全ての気水連絡経路弁９を閉にする。ここで加湿水循環経路３上のタンク５からポンプ４により送水された加湿用水は加湿モジュール１０１の水流入口１０４より加湿モジュール１０１内の中空糸１０２の外側、ケーシング１４の内側の流路へと供給される。加湿水は加湿モジュール１０１内で水の透過性をもつ中空糸１０２の内側の流路を通る空気と熱交換及び水蒸気の移行を行って低温となった後、水流出口１０６を経て水流出口１０６に接続された加湿水循環経路３へと排出される。加湿水循環経路３に排出された加湿後の残余水は再びタンク５へと戻される。一方、送風機１により送風された被加湿空気は送風経路２を通って空気流入口１６から加湿モジュール１０１内へと送り込まれ、中空糸１０２の内部で中空糸１０２の外側から透過してきた水分と接触して加湿され空気流出口１７より送風経路２を通って送風される。

尚、本実施の形態において、空気の流れを太字の点線、加湿水の流れを太い実線、流れのない経路を細い実線、弁は図1の送風後弁１１に示すように開状態で白抜き、排水弁７に示すように閉状態では黒塗りで表示してある。

ここで、加湿器を連続的に長期間運転した場合、加湿モジュール１０１内の中空糸１０２の表面には水中の汚れ成分、いわゆる膜汚れが付着し、水分が中空糸１０２の膜を透過する割合である水透過率が低下し加湿性能が次第に低下してくる。膜汚れは大きく分けると、水中の微粒子、スケール、バイオフィルムに大別でき、膜汚れが微細孔の深部に堆積したり表面に付着して膜の微細孔を閉塞したりして水透過率が減少する。膜汚れのうち微粒子は水に溶解していない固形成分で中空糸１０２表面に電気的、化学的に吸着する。また、スケールは中空糸１０２における膜内部および表面の気液界面において、蒸発による水分の減少により水中の電解質成分が局所的に溶解度を越えて濃縮され、空気中の二酸化炭素等と結合して難溶性の塩として析出してくるものである。特に微細孔内部に析出したスケールを放置しておくと微細な結晶粒を形成しながら徐々に成長し非常に強力に膜表面に固着し、容易に除去することができなくなる。また、加湿モジュール１０１内部には、加湿水中や送風機１から送り込まれる空気に乗って微生物が侵入してくるが、加湿モジュール１０１内部の水に微生物が大量に繁殖した場合、微生物は膜表面や微細孔内部に付着し、微生物の死骸や粘ちょう性の代謝物を伴いながらバイオフィルム、いわゆるスライムを形成して中空糸１０２の水透過率を大幅に低下させる恐れがある。

ここで、本実施の形態は、膜汚れ除去手段として定期的に、中空糸１０２内部に付着した膜汚れを水流により膜表面から分離することにより、水透過率を回復させ、長期間にわたり加湿性能を維持する膜汚れ分離手段を備えるとしたものである。以下、加湿モジュールの内部の中空糸に付着した膜汚れ分離手段について具体的に説明する。

図３は本実施の形態の中空糸膜式加湿器において中空糸１０２の空気側に水を流すことにより膜汚れを分離する例を示している。図３の（ａ）において送風機１を停止し、送風前弁１０、送風後弁１１、送水前弁１２、送水後弁１３、気水連絡経路弁９ｂ、９ｄを閉じ、気水連絡経路弁９ａと９ｃを開くことにより、ポンプ４から送水された水が加湿モジュール１０１の中空糸１０２の空気側を通りタンク５に戻る。この時、図３の（ｂ）に示すようにに、中空糸１０２の内側の空気の経路に水が流れ、水流により空気の経路の表面に付着した膜汚れを膜表面より分離し水流に乗せてタンク５まで押し流すことができる。タンク５には汚れが排出されてくるので排水弁７を開き系外へ汚れを排出する。

同様に、図４は本実施の形態の別の例として図３で説明した状態で送水前弁１２、送水後弁１３を開いた場合であり、中空糸１０２の内外両面に水を流すことにより膜の内外両方の表面に付着した膜汚れを同時に除去することができる。

図５はさらに別の例を示す。図５（ａ）では空気流閉鎖手段としての送風前弁１０、送風後弁１１、送水前弁１２、気水連絡経路弁９ｂ、９ｃ及び９ｄを閉じ、気水連絡経路弁９ａと送風後弁１１を開くことにより、ポンプ４から送出された加湿水は加湿モジュール１０１の空気流出口１７より流入するが、空気流入口１６の出口が塞がっていることにより、図５（ｂ）に示すように中空糸１０２の内側から外側へ向かって圧力がかかり、膜表面の微細孔から加湿水が中空糸１０２の外側へと透過して流れ、水流出口１０６からタンク５へと回収される。この時、加湿水の流れ方向は通常の加湿時における水の透過方向と逆方向に進行しいわゆる逆洗状態となり、微細孔の内部に堆積した膜汚れは膜表面から分離され中空糸の外側へ押し戻され水流に乗って加湿モジュール１０１の外部へ排出される。

以上のように、加湿モジュール１０１の空気流出口１７から水を送出することにより中空糸１０２表面に付着した膜汚れを水流を用いて膜表面から分離させ、加湿モジュール１０１の外部へ排出することにより、中空糸１０２の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。

この時、ポンプ４を断続的に動作させたり、水が流れる経路の途中にある弁を断続的に開閉させることにより、水流に脈動を生じさせ、流速を一時的に増減することにより、水流による膜汚れの分離作用をさらに促進することができる。

また、本発明の実施の形態では上述の３つのパターン全てが可能なように、構成したが、このうちの１つあるいは、２つの組み合わせだけで処理を行う場合、構成はさらに簡略化できる。

また、上記の３つのパターンを組み合わせて用いることも可能であり、この場合、膜汚れの除去効果はさらに高められる。

（実施の形態２）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態は、膜汚れ分離手段として気泡発生手段を備え、気泡発生手段により水流に気泡を発生させ、気泡により中空糸１０２内部に付着した膜汚れを膜表面から分離することにより、水透過率を回復させ長期間にわたり加湿性能を維持するとしたものである。以下、加湿モジュール１０１の内部の気泡発生手段を説明する。

図６は加湿モジュール１０１内部の水に気泡を発生させる気泡発生手段の一例を示している。図６（ａ）に示すように、送風前弁１０、送水前弁１２、送水後弁１３を開き、空気流閉鎖手段としての送風後弁１１および全ての気水連絡経路弁９を閉じることにより、送風機１から送出された空気は加湿モジュール１０１の空気流入口１６より流入するが、空気流出口１７の出口側が塞がっていることにより、図６（ｂ）に示すように中空糸１０２の内側から外側へ向かって空気の圧力がかかり、膜表面の微細孔から空気が中空糸の外側へと透過して流れ、大量の微細な気泡が発生し膜表明を流れることにより膜表面に付着した膜汚れを分離し、膜汚れは水流に乗って水流出口１０６からタンク５へと排出される。この時、気泡は膜の空気側から発生し、膜の微細孔内部に付着した膜汚れをも除去することができる。また、気泡はタンク５により大気へと開放される。

尚、本実施の形態において、空気の流れを太字の点線、加湿水の流れを太い実線、流れのない経路を細い実線、弁は開状態で白抜き、閉状態では黒塗りで表示してあり、特に加湿モジュールから送水経路を通ってタンクへと排水される気泡を含んだ気液混相流は太字の破線で示している。

また、図７は気泡発生手段の別の例を示しており、図７の（ａ）は本実施の形態の中空糸式加湿器の構成を示しており、送風経路２は加湿モジュール１０１の前で加湿水循環経路３に備えられた気泡発生手段としての気泡発生部１８と接続する気泡発生部連絡経路１９を備えており、気泡発生部連絡経路１９には開閉により経路を遮断する気泡発生部連絡経路弁２０が配置されている。

また、加湿モジュール１０１には図７（ｂ）に示すように水流入口１０４の上流側に気泡発生部連絡経路１９と接続した気泡発生部１８が接続されており、気泡発生部１８はエアーストーン等多孔質の素材で形成されている。

ここで、気泡発生路連絡経路弁２０を開き、送風前弁１０を閉じることにより、送風機１から送出された空気は気泡発生部連絡経路１９より気泡発生部１８へと送りこまれる。このとき空気は気泡発生部１８の微細孔より水流入口１０４から送水されている水へと微細な気泡となって送り込まれ、加湿モジュール１０１内部を流れる水に大量の微細な気泡が発生し、気泡は中空糸１０２の膜表面を流れることにより付着した膜汚れに衝突して中空糸より分離し、膜汚れは水流に乗って水流出口１０６からタンク５へと排出される。

尚、本実施の形態において気泡発生手段について二つの例を用いて説明したが、加湿モジュール１０１の内部を流れる水流に気泡を発生する手段であれば、例えば電気分解による水素発生などの方法を用いても同様の効果が期待できる。

（実施の形態３）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態は、膜汚れ分離手段として振動発生手段を備え、振動発生手段により加湿モジュール内の水または及び中空糸１０２に振動を発生させることにより中空糸１０２内部に付着した膜汚れを膜表面から分離することにより、水透過率を回復させ長期間にわたり加湿性能を維持するとしたものである。以下、加湿モジュール１０１の内部の振動発生手段を説明する。

図８は本実施の形態の加湿モジュール１０１を示している。（ａ）において、加湿モジュール１０１内部の中空糸１０２を束ねた中空糸束２１は中空糸１０２及び封止部１５と一体に形成されており、中空糸束２１はケーシング１４内部において水密を維持しながら長軸方向に回転自在なように配置されている。また、中空糸束２１の側面一端には円筒棒状の軸２２が接続され、軸２２は空気流入口１６を通ってモーター２３に接続されている。（ｂ）は中空糸束２１の斜視図を示している。ここで、モーター２３に電力を投入して中空糸束２１を回転させると、中空糸１０２の膜表面に付着した膜汚れは遠心力により水中へと分離し、水流により加湿モジュール１０１の外部へ排出することにより、中空糸１０２の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。

尚、本実施の形態において、加湿水の流れを太い実線で表示してある。

尚、本実施の形態では、中空糸束２１を回転する手段として、軸２２を加湿モジュール１０１の外部に出し、モーター２３によって回転させる方法を示したが、中空糸１０２を回転するのであれば、別の手段、例えば中空糸１０２に磁石を貼り付け、外部より磁場を与えて回転させる方法や、中空糸束２１の外部を流れる水流を円周方向に与えて回転させる方法等も考えられ、同様の効果が期待できる。

尚、本実施の形態では、中空糸束２１を回転し、遠心力により膜汚れを分離する方法で説明したが、モーター２３の代りに中空糸束２１を直接振動させる振動発生手段を使用し、中空糸の往復振動により膜汚れを分離しても同様の効果が期待できる。

また、図９は振動発生手段としてケーシング１４に超音波振動子２４を設置した例である。超音波振動子２４は超音波発振回路２５に接続されており、超音波発振回路２５は電源装置（図示せず）に接続されている。ここで超音波振動子２４によりケーシング１４内面と中空糸１０２外面と間の空間を流れる水に数十〜数百Ｈｚの超音波振動を印加した場合、水中に超音波による疎密が発生し疎の状態で圧力の減少により気泡が発生し、気泡が消滅する際には気泡の周囲の水が衝突し強い衝撃波を発生する。これはキャビテーション現象と呼ばれており、キャビテーションにより生じた衝撃波が膜表面に付着している膜汚れを破砕して水中へと分離し加湿モジュール１０１の外部へ排出することにより、中空糸膜の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。

（実施の形態４）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図１０は本実施の形態の加湿モジュールを示している。図１０において、中空糸１０２の表面は膜汚れ除去手段としての膜汚れ分解手段として酸化チタンを主成分とした光触媒が塗布されている。また、ケーシング１４内面には約３８０ｎｍ以下の波長を有した広角紫外ＬＥＤ２６が備えられている。また、中空糸１０２と中空糸１０２の間の空間には同様の波長を有した狭角紫外ＬＥＤ２７が配置されている。各ＬＥＤは外部に設置された電源（図示せず）と配線（図示せず）により接続されている。光触媒は光活性効果を有する酸化チタンを主成分としている。酸化チタンはｎ型半導体に属し約３９０ｎｍ以下波長の電磁波が照射されると酸化チタンを構成している価電子が励起され正孔と伝導帯電子が生じ、酸化チタンと接触している水と酸素を酸化還元して水酸化物ラジカル（・ＯＨ）や過酸化水素を発生させ、これらの強力な酸化力により有機物を分解する。ここで、本実施の形態においては、ＬＥＤを用いて紫外線を照射し、光触媒の分解作用により中空糸１０２の表面に付着したバイオフィルム等の有機物による膜汚れを分解して水中に溶解させ、加湿モジュール１０１の外部へ排出することにより、中空糸１０２の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。

ところで、光触媒の分解作用が持続する為には連続的に紫外線を照射しなければならない。紫外線源としては真空中に水銀を封入したランプ（ブラックライト）を用いてもよいが、ブラックライトは消費電力が大きいうえサイズが大きく、外側の中空糸１０２を照射するのが限界であり、深部にある中空糸１０２に紫外線を照射することが困難である。そこで本実施の形態においては、紫外線を放射する光源としてＬＥＤを使用している。ＬＥＤは低消費電力かつ小型であり、中空糸１０２と中空糸１０２の間の空間に複数個設置可能である。本実施の形態においては、低距離広範囲に照射できる広角紫外ＬＥＤ２６と長距離狭範囲に照射できる狭角紫外ＬＥＤ２７を併用しており、ケーシング１４内面に設置されたＬＥＤは広角タイプで外周の中空糸１０２を広範囲に渡り照射する。一方狭角タイプは、中空糸１０２と中空糸１０２の間に設置し、中空糸１０２の軸方向に紫外線を照射することができる。

以上のように、中空糸１０２内部にＬＥＤを複数個組み合わせて設置することにより、中空糸１０２の全体に紫外線を照射することができ、中空糸１０２表面の光触媒の活性を維持することができる。

尚、本実施の形態におけるＬＥＤの配置はほんの一例であり、中空糸１０２のサイズや形状、ＬＥＤの種類形状により様々な配置が考えられ、本実施の形態で説明した配置に限定されるものではない。

尚、中空糸１０２は有機系高分子が用いられる事が多く、光触媒は有機物を分解する作用があるので、中空糸１０２の表面に塗布する場合、無機系の下地剤で処理し、膜を保護することが必要である。また、本実施の形態において光触媒の皮膜を形成する場合、膜表面の微細孔を塞がないように処理してある。

また、本実施の形態では膜汚れ分解手段として光触媒の酸化作用により有機物を分解するが、光触媒を用いず紫外線単独の殺菌、有機物分解作用を用いることもできる。この場合、紫外線は殺菌線２５３．７ｎｍや有機物分解作用のある１８５ｎｍと短い波長の紫外線を用いる。現在のところこのような短い波長のＬＥＤは実用化されていないので、光源としてＬＥＤを用いることはできず、低圧水銀ランプを用いることになるが、将来的にＬＥＤが実用化された場合は本実施の形態のように配置することも可能となる。

（実施の形態５）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施の形態の中空糸膜式加湿器は、図１１の（ａ）に示すように、加湿モジュール１０１とタンク５を繋ぐ加湿水循環経路３から電解水経路２８が分岐され、電解水経路２８は膜汚れ分解手段としての酸性水発生手段としての電解水発生装置２９に接続されている。電解水発生装置２９からは酸性水供給管３０およびアルカリ性水供給管３１がそれぞれタンク５と排水口６に接続されている。また、加湿モジュール１０１とタンク５を繋ぐ加湿水循環経路３のタンク５との接続点より前段側には送水後弁１３が、電解水経路２８には電解水弁３２がそれぞれ接続されている。ここで、送風機１を停止し電解水弁３２を開き、送水後弁１３を閉じることにより、ポンプ４から送り込まれた加湿水は加湿モジュール１０１を出た後、電解水経路２８を通って電解水発生装置２９へと送り込まれる。

図１１の（ｂ）は二層式の電解水発生装置２９を模式的に表した図であり、電解槽３３内部に直流電源３４に接続された陽極３５と陰極３６が隔膜としてのイオン交換膜３７を隔てて配置されている。水道水等電解質を含んだ水に直流電圧を印加すると、陽極３５側では水が分解されて酸素と水素イオンが発生すると共に水中の塩素イオンが結合して塩素が発生し、陰極３６側では水が分解されて水素と水酸化物イオンが発生する。この時、陽極３５側で発生した塩素が水に溶けて次亜塩素酸となり陽極３５側の水は酸性を示す。反対に陰極３６側の水はアルカリ性を示す。電解水発生装置２９を通電した状態でポンプ４を連続運転した場合、電解水発生装置２９から酸性水が酸性水供給管３０を通ってタンク５に回収され、加湿モジュール１０１を流れる加湿水は酸性となり、陰極３６側のアルカリ性水はアルカリ性水供給管３１を通って排出される。

尚、本実施の形態において、空気の流れを太字の点線、加湿水の流れを太い実線、流れのない経路を細い実線、弁は開状態で白抜き、閉状態では黒塗りで表示してある。

このように、加湿モジュール１０１内部に酸性の水を流すことにより中空糸１０２の膜に付着した炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなど酸溶解性のスケールが溶解されると共に、次亜塩素酸の酸化力により微生物やバイオフィルムなどの有機物を殺菌、分解することができ、分解した膜汚れは水流に乗ってタンク５へと回収される。このようにして中空糸１０２の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができる。

ここで、水の電気分解は通常水道水を用いる。この場合ｐＨは３．５程度が限度であるが、別途塩化ナトリウムなどの電解質を投入することによりｐＨを２．７以下の強酸性にすることも可能であり、膜汚れの除去効果をさらに高めることができる。

また、本実施の形態では、アルカリ性水を排水して用いていないが、構成を逆にして酸性水を捨て、アルカリ性水を流すことによりアルカリ溶解性の膜汚れの分解に用いてもよい。さらに、これらを組み合わせて用いることも可能である。

尚、本実施の形態では、電解により次亜塩素酸による酸性水を作製したが、水のｐＨを下げるのであれば電解以外の方法であっても同様の効果が期待できる。

また、本実施の形態においては膜汚れ溶解手段として酸性水を用いたが、膜汚れを分解する手段として、水温を一定時間上下させる方法も考えられる。水温を上げた場合は高温で溶解度が増すシリカ系のスケールやバイオフィルムを溶解することができ、水温を下げた場合は、炭酸塩系の低温で溶解度が増すスケールを溶解することができる。対象となる膜汚れに対し選択して用いるとよい。

これまで、説明した実施の形態１、２、３、４、５を用いることにより、膜汚れを除去し中空糸１０２の水透過率を回復させ加湿性能の低下を防ぐことができるが、各実施の形態において、基本的には中空糸１０２の外部に水を通水し、内側については実施の形態１を除き特に言及しなかったが、中空糸１０２の内側の空気の経路に水を流し中空糸内外に通水した状態で処理を行うことによりさらに一層膜汚れの分離、分解効果が促進される。

さらに本発明の実施の形態では、加湿モジュール１０１の中空糸１０２の内側に空気を流し、外側に水を流して加湿する構成で説明したが、水と空気を逆にした配置の構成とした加湿器においても本発明の各本実施の形態を適用可能である。

本発明にかかる中空糸膜式加湿器は、長期にわたり加湿性能を維持できる効果を有し、加湿、空調、燃料電池の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における中空糸膜式加湿器の構成と通常の加湿動作を示す概略図本発明の実施の形態１における加湿モジュールの構成を示す側面断面図（ａ）本発明の実施の形態１における中空糸加湿器の処理の１例を示す加湿モジュールの概略図（ｂ）同側面断面図（ａ）本発明の実施の形態１における中空糸加湿器の処理の１例を示す加湿モジュールの概略図（ｂ）同側面断面図（ａ）本発明の実施の形態１における中空糸加湿器の処理の１例を示す加湿モジュールの概略図（ｂ）同側面断面図（ａ）本発明の実施の形態２における中空糸加湿器の処理の１例を示す概略図（ｂ）同側面断面図（ａ）本発明の実施の形態２における中空糸加湿器の処理の１例を示す概略図（ｂ）同側面断面図（ａ）本発明の実施の形態３における中空糸加湿器の処理の１例を示す加湿モジュールの側面断面図（ｂ）同中空糸束の斜視図本発明の実施の形態３における中空糸加湿器の処理の１例を示す加湿モジュールの側面断面図本発明の実施の形態４における中空糸加湿器の構成を示す加湿モジュールの側面断面図（ａ）本発明の実施の形態５における中空糸膜式加湿器の構成を示す概略図（ｂ）同電解水発生装置の構成を示す概略図従来の中空糸膜加湿器の加湿モジュールの構成を示す斜視図

符号の説明

１送風機
２送風経路
３加湿水循環経路
４ポンプ
５タンク
８気水連絡経路
９気水連絡経路弁
１０送風前弁
１１送風後弁
１２送水前弁
１３送水後弁
１４ケーシング
１５封止部
１６空気流入口
１７空気流出口
１８気泡発生部
１９気泡発生部連絡経路
２０気泡発生部連絡経路弁
２１中空糸束
２３モーター
２４超音波振動子
２６広角紫外ＬＥＤ
２７狭角紫外ＬＥＤ
２９電解水発生装置
１０１加湿モジュール
１０２中空糸
１０４水流入口
１０６水流出口

Claims

水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、前記中空糸の内外の一方に気体を他方に水を流し、膜を透過した水が気体に接触し水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、中空糸表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えることを特徴とする中空糸膜式加湿器。
空気を送風する送風手段と水を送水する送水手段を備え、水分を透過する微細孔を有する膜を円筒状に形成した中空糸を複数本束ね、これを水流入口及び水流出口を備えたケーシング内に収納し、前記ケーシングの両端部において前記中空糸の内側と外側が連通しないように複数の前記中空糸の間を封止し前記中空糸の一端を空気流入口、他端を空気流出口とし、前記空気流入口から空気を、前記水流入口からは水を流すことにより、前記中空糸膜の外側から透過した水が前記中空糸の内周面に接触する気体に水分を供給することにより加湿する構成の中空糸膜式加湿器において、前記中空糸の表面に付着した膜汚れを除去する膜汚れ除去手段を備えることを特徴とする中空糸膜式加湿器。
膜汚れ除去手段として、膜汚れを中空糸から分離して除去する膜汚れ分離手段を備えることを特徴とする請求項２記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分離手段として、水流により膜汚れを除去することを特徴とする請求項３記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側に水を流し膜汚れを除去することを特徴とする請求項４記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側、水側双方に水を流し膜汚れを除去することを特徴とする請求項５記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分離手段として、中空糸の空気側の流れを塞ぐ空気流閉鎖手段を備え、前記中空糸の空気側から水を流し、水を逆流させて水側から出すことを特徴とする請求項５記載の中空糸膜式加器。
膜汚れ分離手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の流速を断続的に変化させることを特徴とする請求項４記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分離手段として、ケーシング内部の水に気泡を発生させる気泡発生手段を備え、気泡が膜汚れを分離することを特徴とする請求項３記載の中空糸膜式加湿器。
気泡発生手段として、空気流出口を塞ぐ空気流出口閉鎖手段を備え、送風手段により空気流入口へ空気を送風し中空糸の水側へ空気を送りこんで気泡を発生させることを特徴とする請求項９記載の中空糸膜式加湿器。
気泡発生手段として、水流入口の上流側に気泡発生部を備え、送風手段から空気を気泡発生部に送りこむことを特徴とする請求項９記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ除去手段として、中空糸または及び水に振動を与えて膜汚れを分離する振動発生手段を備えることを特徴とした請求項３記載の中空糸膜式加湿器。
振動発生手段として、複数の中空糸を束ねた中空糸束が回転またはおよび振動することを特徴とした請求項１２記載の中空糸膜式加湿器。
振動発生手段として、ケーシング内部の水に超音波振動を与える超音波振動子を備えることを特徴とする請求項１２記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ除去手段として、膜汚れを分解して除去する膜汚れ分解手段を備えることを特徴とする請求項２記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分解手段として、有機成分を分解する波長を持った紫外線を中空糸に照射することを特徴とする請求項１５記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分解手段として、中空糸表面に光触媒を塗布し、光触媒を活性化させる紫外線を中空糸に照射することを特徴とする請求項１６記載の中空糸膜式加湿器。
紫外光源がＬＥＤであることを特徴とする請求項１６および１７記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分解手段として、中空糸に酸性水を流す酸性水発生手段を備えることを特徴とする請求項１５記載の中空糸膜式加湿器。
酸性水発生手段として、電解水発生装置を備えることを特徴とする請求項１９記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れ分解手段として、水流入口からケーシング内部を流れる水の温度を上げ下げして膜汚れの溶解度を上げることを特徴とする請求項１５記載の中空糸膜式加湿器。
膜汚れの除去を行う時、中空糸の空気側、水側双方とも水を通水した状態で処理を行うことを特徴とする請求項３、４、５、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１記載の中空糸膜式加湿器。