JP2006043581A - 吸湿性フィルタおよびその製造方法および再生方法および加湿装置および除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内を加湿する加湿装置において、加湿フィルタ上に析出物が生じても加湿能力を維持でき、長期間にわたって手入れが不要な加湿装置を提供することを目的としている。
【解決手段】空気が通過できる空隙６を有する発泡体２と親水性の無機材料５と無機材料５を固定化するバインダーを備え、発泡体２の外面４にいくほど親水性の無機材料５を多く担持してあるため、水濡れ性と保水性に優れ、かつ毛細管現象による水の吸い上げを利用しないため、ミネラル分の付着に対する吸湿性の低下が少ない吸湿性フィルタ１を提供することができる。また、前記吸湿性フィルタ１を利用して、乾燥と湿潤が繰り返される環境下で長期間にわたってフィルタ強度が維持できる加湿装置または除湿装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加湿装置や除湿装置に使用される吸湿性フィルタとその製造方法に関する。

従来の加湿装置の一例を図４に示す。すなわち加湿装置４１において、不織布で構成される吸湿性フィルタ４２がその下方の一部を水槽４４の水４５に浸らせた状態で配置され、吸湿性フィルタ４２が毛細管現象によって水槽４４の水４５を吸い上げ、送風手段４３によって加湿装置４１に矢印の示す方向に沿って導入された乾燥空気が、吸湿性フィルタ４２の水に浸っていない部分を通過する。そのとき吸湿性フィルタ４２の吸い上げた水が気化して空気は高湿度となり、その高湿度な空気を室内へ供給するという方式が一般に知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１-１６６４１３号公報

この方式は、水を吸い上げた吸湿性フィルタがそれを通過する乾燥空気を加湿させながら吸湿性フィルタ自身が乾燥し、毛細管現象によって水槽の水に浸っていた吸湿性フィルタの下方部分から水に接触していない他の部分全域に水分を浸透させながら常時フィルタを湿った状態に保つものである。

このような吸湿性フィルタは、水道水に含まれる珪素やカルシウム、マグネシウムなどのミネラル分がフィルタ上に析出して毛細管現象による水の吸い上げを妨げるため、長期間の使用により吸湿性能が低下してしまうという課題があった。

本発明は上記課題を解決するため、加湿フィルタ上に析出物が生じても加湿能力を維持でき、長期間にわたって手入れが不要な加湿装置を提供することを目的としている。

本発明の吸湿性フィルタは、上記目的を達成するために請求項１記載の通り、空気が通過できる空隙を有する発泡体と親水性の無機材料と無機材料を固定化するバインダーを備え、発泡体の内面から外面にいくほど無機材料を多く担持したことを特徴としたものである。

また、請求項２記載の吸湿性フィルタは、請求項１記載の吸湿性フィルタにおいて、空気が通過できる空隙を有する発泡体がウレタンであることを特徴としたものである。

また、請求項３記載の吸湿性フィルタは、請求項１または２記載の吸湿性フィルタにおいて、親水性の無機材料がシリカゲル、ゼオライト、珪藻土、アパタイトのいずれか１つ以上を含むことを特徴としたものである。

また、請求項４記載の吸湿性フィルタは、請求項１乃至３いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、脱臭触媒を担持したことを特徴としたものである。

また、請求項５記載の吸湿性フィルタは、請求項１乃至４いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、抗菌剤を担持したことを特徴としたものである。

また、請求項６記載の吸湿性フィルタは、請求項１乃至５いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、防カビ剤を担持したことを特徴としたものである。

また、請求項７記載の吸湿性フィルタは、請求項１乃至６いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、光触媒を担持したことを特徴としたものである。

また、請求項８記載の吸湿性フィルタの製造方法は、請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、親水性の無機材料をシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、シリケート化合物あるいはチタネート化合物の加水分解物の中から選ばれる少なくとも一種類以上を含むバインダーと混合し、スプレー噴霧して発泡体に担持することを特徴としたものである。

また、請求項９記載の吸湿性フィルタの製造方法は、請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、シリケート化合物あるいはチタネート化合物の加水分解物の中から選ばれる少なくとも一種類以上を含むバインダーを、スプレー噴霧して発泡体に担持した後、バインダーが硬化する前に親水性の無機材料を付着させることを特徴としたものである。

また、請求項１０記載の吸湿性フィルタの製造方法は、請求項８または９いずれかに記載の吸湿性フィルタの製造方法において、発泡体の両面からスプレー噴霧することを特徴としたものである。

また、請求項１１記載の吸湿性フィルタの再生方法は、請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタにおいて、吸湿性フィルタと送風手段を備え、吸湿性フィルタに通風することにより吸湿された水を脱離することを特徴としたものである。

また、請求項１２記載の加湿装置は、吸湿性フィルタと送風手段と水供給手段を備え、吸湿性フィルタが水供給手段から得た水を気化させることにより高湿度空気を室内へ供給することを特徴としたものである。

また、請求項１３記載の加湿装置は、請求項１２記載の加湿装置において、吸湿性フィルタと送風手段と水供給手段と加熱手段を備え、送風手段と加熱手段により温風を吸湿性フィルタに吹付け、水供給手段から得た水が吸湿性フィルタから気化することにより、下流側に高湿度空気を供給することができることを特徴としたものである。

また、請求項１４記載の除湿装置は、吸湿性フィルタと送風手段と加熱手段と水蒸気の回収手段を備え、送風手段により水を含んだ空気を吸湿性フィルタに吹付け、下流側に除湿された空気を得るとともに、水を含んだ吸湿性フィルタを加熱して気化させた後、水蒸気の回収手段で回収することを特徴としたものである。

本発明によれば、空気が通過できる空隙を有する発泡体と親水性の無機材料と無機材料を固定化するバインダーを備え、発泡体の外面にいくほど無機材料を多く担持してあるため、水濡れ性と保水性に優れ、かつ毛細管現象による水の吸い上げを利用しないため、ミネラル分の付着に対する吸湿性の低下が少ない吸湿性フィルタを提供することができる。また、前記吸湿性フィルタを利用して、乾燥と湿潤が繰り返される環境下で長期間にわたってフィルタ強度が維持できる加湿装置または除湿装置を提供できる。

本発明の吸湿性フィルタは、空気が通過できる空隙を有する発泡体と親水性の無機材料と無機材料を固定化するバインダーを備え、発泡体の外面にいくほど無機材料を多く担持したことを特徴とする。図１に示すように、吸湿性フィルタ１は、その断面図において発泡体２の内面３から外面４に向かうにつれて親水性の無機材料５の担持量が多くなるように制御されている。吸湿性フィルタ１に水を含ませた場合、空隙６への物理的作用による水膜の形成と親水性の無機材料５の水分吸着作用によって、吸湿性フィルタ１が水を保持することができる。保水した吸湿性フィルタ１に乾燥した空気を吹き込んだ場合、水蒸気が揮発して乾燥空気が加湿されるが、このとき外面に近い場所ほど水の保持量が多くなる構成となっているので、内面３に水が保持されている場合にくらべてより早く水の蒸発が進むと考えられる。乾燥した後の吸湿性フィルタに吸水する場合にも、外面４の水濡れ性がよいためより早く内面３まで水が浸透するという効果を得ることができる。

本発明の発泡体としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリアミド、ウレタン等の有機樹脂が挙げられる。これらの中でも発泡ウレタン樹脂は、内部に多くの空隙を有しているため通気性能に優れている上、安価で柔軟性があり加工が容易であることから、本発明の目的に好適な材料である。

親水性の無機材料としては、シリカゲル、ゼオライト、珪藻土、アパタイトなどの合成および天然鉱物、リチウム・カリウム・ナトリウムなどアルカリ金属の炭酸塩・硝酸塩・酸化物・塩化物、カルシウム・マグネシウムなどアルカリ土類金属の炭酸塩・硝酸塩・酸化物・塩化物、アルミニウムや亜鉛の硫酸塩などが挙げられ、吸水性を持つ無機材料であればなんら限定されるものではない。

本発明の吸湿性フィルタに脱臭触媒を担持することにより、フィルタを通過する空気の脱臭が可能となる。脱臭触媒としてはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくともひとつ以上の金属を含む化合物がよく、さらにＰｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｄから選ばれる少なくともひとつ以上の貴金属を含むものはなお効果的である。

本発明の吸湿性フィルタは抗菌剤および／または防カビ剤を含んでいても良い。吸湿性フィルタを通過する空気中に含まれる雑菌やカビの胞子は、吸湿性フィルタの表面に堆積し繁殖する恐れがある。フィルタは吸湿性であるため、微量の水分によってフィルタ表面には抗菌剤および／または防カビ剤が溶出した状態になっていると考えられるので、雑菌やカビ胞子は付着と同時に不活化され、フィルタ上での繁殖を防ぐことができる。

上記抗菌剤としては、銀・銅・亜鉛などの金属イオンを溶出する無機化合物、銀・銅・亜鉛の金属微粒子、銀ゼオライト、銀含有リン酸ジルコニウム、ヨウ素化合物類、フェノール類、第４アンモニウム塩類、イミダゾール化合物類、安息香酸類、過酸化水素、クレゾール、クロルヘキシジン、イルガサン、アルデヒド類、ソルビン酸、等の薬剤やリゾチーム・セルラーゼ・プロテアーゼなどの酵素製剤、カテキン類、竹抽出物、ヒノキ抽出物、わさび抽出物、からし抽出物などの天然成分抽出物などが挙げられる。

上記防カビ剤としては、有機窒素化合物・硫黄系化合物、有機酸エステル類、有機ヨウ素系イミダゾール化合物、ベンザゾール化合物などが挙げられる。

本発明の吸湿性フィルタは光触媒を含んでいても良い。吸湿性フィルタに光触媒を担持し、太陽光、紫外線ランプ、蛍光灯など光触媒を活性化することができる光を照射することによって、吸湿性フィルタに付着した雑菌や悪臭成分を分解することができる。

光触媒としては、酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化タングステン、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化鉄、酸化ビスマスなどの金属酸化物、硫化亜鉛、硫化カドミウム、硫化モリブデンなどの金属硫化物、チタンナイトライドなどの窒化物が挙げられ、安全性、経済性などの面から、酸化チタンが好ましい。

酸化チタンとしては、二酸化チタンのほか、含水酸化チタン、水和酸化チタン、メタチタン酸、オルトチタン酸、水酸化チタン、酸素欠損型酸化チタンなどが挙げられる。光触媒活性を有していれば結晶形については特に制限はなく、無定形、アナータス形、ルチル形、ブルカイト形のいずれでもよい。ルチル型とアナターゼ型酸化チタンの組み合せなど、結晶形の違う成分を複合してもなんら問題はない。

本発明の親水性の無機材料を発泡体機材に担持する方法として、バインダーを用いることが考えられる。撥水性のバインダーは吸湿性フィルタの吸湿性能を低下させるため、親水性のバインダーが望ましく、かつ長期間にわたって吸湿・乾燥を繰返しても親水性の無機材料を剥離させないものが求められる。この要求を満たすバインダーとしては、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、シリケート化合物あるいはチタネート化合物の加水分解物などが挙げられ、シリケート化合物の加水分分解物が好適である。

シリケート化合物としては、テトラエトキシシランおよびその重合体であるメトキシポリシロキサン、エトキシポリシロキサン、ブトキシポリシロキサン、リチウムシリケートなどが挙げられ、チタネート化合物としては、テトラプロポキシチタンおよびその重合体などが挙げられる。これらの金属アルコキシド類は、水と酸または塩基によって加水分解され、バインダーとして用いることができる。

発泡体の外面にいくほど親水性の無機材料を多く担持した吸湿性フィルタを製造する方法としては、親水性の無機材料と上記バインダーを混合分散して作成したスラリー液をスプレー噴霧して発泡体に吹きつけた後、乾燥させる方法が挙げられる。発泡体の発泡構造のため、噴霧したスラリーは物理的な障害のため内面には侵入しにくいため、スラリーの付着量分布は、外面ほど多くなる。この状態を保ったまま乾燥させることにより、スラリー中の溶媒だけが揮発して、外面ほど親水性の無機材料が多い吸湿性フィルタを製造することができる。

別の製造方法としては、上記バインダー液をスプレー噴霧して発泡体に吹きつけた後、バインダーが硬化する前に親水性の無機材料を付着させる方法が挙げられる。付着後に乾燥させることにより、外面ほど親水性の無機材料が多い吸湿性フィルタを製造することができる。バインダーは、親水性の無機材料が剥離しない程度の密着性を確保する必要があり、吸湿性フィルタを３０ｃｍの高さから落下させて粉の剥離が認められない程度以上の密着度が望ましい。バインダーは乾燥時間が長く、温度が高い条件になるほど硬化が進むため、スプレー噴霧の条件管理が必要である。親水性の無機材料を付着させる方法としては、無機材料をふりかける方法、無機材料を水やアルコールなどに分散させた液をスプレー噴霧する方法などが挙げられる。

上記発泡体へのスプレー噴霧は、基材の裏表の両面から行うことが望ましい。両面から吹き付けることによって基材のどちらから風を吹き付けても同じように吸湿、放湿することができる吸湿性フィルタを得ることができる。

水を吸湿した吸湿性フィルタは、吸湿性フィルタに乾燥した空気を通過させることにより、水が気化して空気を加湿することができる。逆に、高湿度の空気を通過させる場合は、フィルタを通過する際に水が吸湿されるので、除湿された空気を得ることができる。これらの作用を組合せて吸湿・放湿をすることによって、空気の加湿と除湿を行い任意の湿度に制御することができる。

請求項１２記載の加湿装置は、吸湿性フィルタと送風手段と水供給手段を備え、吸湿性フィルタが水供給手段から得た水を気化させることにより高湿度空気を室内へ供給することを特徴としたものであり、吸湿性フィルタを水供給手段で強制的に湿らせた状態に保つことにより、そこを通過する空気に水分を与え、高湿度の空気を室内に供給することができる。ここで、温度の高い空気ほどたくさんの水分を保持することができるという性質を利用して、通過する空気を加熱手段で加熱して温風にすることにより、より多量の水分を含む空気を室内に供給することができる。送風手段としてはファン、ポンプなどが利用できる。加熱手段としては、ヒータ、高温の空気・ガス・水を利用した熱交換器、バーナーなどが利用できる。

請求項１４記載の除湿装置は、吸湿性フィルタと送風手段と加熱手段と水蒸気の回収手段を備え、送風手段により水を含んだ空気を吸湿性フィルタに吹付け、下流側に除湿された空気を得るとともに、水を含んだ吸湿性フィルタを加熱して気化させた後、水蒸気の回収手段で回収することを特徴としたものであり、乾燥した吸湿性フィルタに水を含んだ空気を吹き付けることにより、除湿された空気を室内に供給することができる。吸湿性フィルタが水を含んで吸湿性が低下した際には、吸湿性フィルタを暖めて水分を気化させ、気化した水分を水蒸気の回収手段で回収することにより、室内に水を放出することなく吸湿性フィルタを乾燥状態にすることができる。水蒸気の回収手段としては、空冷・水冷・ガス式の熱交換器などが利用できる。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明は、以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。

（実施例１）吸湿性フィルタの作成
テトラエトキシシランにエタノールと１Ｎ塩酸を加え、接着剤の加水分解を行い、バインダー液を作成した。バインダー液に、親水性のゼオライトおよび抗菌剤として１，１‘−ヘキサメチレンビス〔５−（４−クロロフェニル）ビグアナイド〕ジハイドロクロライド、防カビ剤としてチアベンダゾールを混合し、ボールミルにいれて攪拌・分散を５時間行いスラリーを作成した。

作成したスラリーを塗装用のスプレーガンに入れ、ウレタンフォームの表裏両面にスプレー噴霧した。その後、約１００℃で約２０分間乾燥させて吸湿性フィルタＡを作成した。ウレタンフォームは黒色のものを用い、親水性のゼオライトは白色のものを用いたので、吸湿性フィルタＡを切断すると、図１に示すような断面が色の違いから観察できた。

（比較例）比較用フィルタの作成
実施例１と同様の方法でスラリーを作成し、作成したスラリーを入れた容器にウレタンフォームを浸漬して数秒間浸した後、引揚げて余剰の液を振り払い、約１００℃で約２０分間乾燥させ、親水性の無機材料が内部まで均一な分布で担持されている吸湿性フィルタＢを得た。

（実施例２）加湿装置
図２にその概略断面図を示す加湿装置２１は、送風手段としてのファン２３と吸湿性フィルタ２２と水供給手段２４を備えてなり、ファン２３と吸湿性フィルタ２２の間に空気加熱手段としてヒータ２６を配している。ファン２３によって加湿装置２１内へ取り入れられた乾燥空気２７は、ヒータ２６で約５０℃まで温められた後、吸湿性フィルタ２２に接触し抜けていく。このとき、吸湿性フィルタ２２は、水供給手段２４から水２５を受けて湿った状態にあるので水が気化し、下流側には高湿度な空気２８が供給される。

加湿装置２１に実施例１および比較例で作成した吸湿性フィルタをいれ、装置を運転してそれぞれのフィルタの加湿量（水の気化量）を測定した。表に示すように、本発明品である吸湿性フィルタＡは、フィルタＢの３１％しかゼオライトを担持していないのに、フィルタＢよりも多い加湿量を得ることできた。これは、フィルタの内部に担持されて水と接触しがたいゼオライトが存在するためではないかと推測している。加湿量が向上したのは、担持量を減らすことにより吸湿性フィルタの圧力損失が低下して空気が通りやすくなったためではないかと考えている。

（実施例３）除湿装置
図３にその概略断面図を示す除湿装置３１は、送風手段としてのファン３３と吸湿性フィルタ３２と水蒸気の回収手段３５と水タンク３４を備えてなり、ファン３３と吸湿性フィルタ３２の間に空気加熱手段としてヒータ３６を配している。ファン３３によって除湿装置３１内に取り入れられた湿潤空気３７は、吸湿性フィルタ３２に接触し、乾燥空気３８となって抜けていく。継続使用によって吸湿性フィルタ３２の水分吸湿効率が低下した場合には、ヒータ３６で加熱することにより、加熱された空気の作用によって吸湿性フィルタ３２から水蒸気を脱離させるとともに、冷却された水蒸気の回収手段３５によって水蒸気を結露させて、結露した水蒸気を水タンク３４に回収する。これらの作用をくりかえし行うことによって、室内に乾燥した空気を供給する除湿機を提供することができる。

本発明の加湿構造体を用いることにより、スケール付着や洗浄による加湿能力の低下が少ない加湿方法を提供することができ、家庭用・業務用加湿装置などの用途がある。

本発明の実施例１の吸湿性フィルタの概略断面図 本発明の実施例２の加湿装置の概略断面図 本発明の実施例３の加湿装置の概略断面図 従来例の加湿装置の概略断面図

符号の説明

１ 吸湿性フィルタ
２ 発泡体
３ 発泡体の内面
４ 発泡体の外面
５ 親水性の無機材料
６ 空隙
２１ 加湿装置
２２ 吸湿性フィルタ
２３ ファン
２４ 水供給手段
２５ 水
２６ ヒータ
２７ 乾燥空気
２８ 高湿度な空気
３１ 除湿装置
３２ 吸湿性フィルタ
３３ ファン
３４ 水タンク
３５ 水蒸気の回収手段
３６ ヒータ
３７ 湿潤空気
３８ 乾燥空気
４１ 加湿装置
４２ 吸湿性フィルタ
４３ 送風手段
４４ 水槽
４５ 水
４６ 加熱手段

Claims (14)

1. 空気が通過できる空隙を有する発泡体と親水性の無機材料と無機材料を固定化するバインダーを備え、発泡体の内面から外面にいくほど無機材料を多く担持したことを特徴とする吸湿性フィルタ。
2. 空気が通過できる空隙を有する発泡体がウレタンであることを特徴とする請求項１記載の吸湿性フィルタ。
3. 親水性の無機材料がシリカゲル、ゼオライト、珪藻土、アパタイトのいずれか１つ以上を含むことを特徴とする請求項１または２記載の吸湿性フィルタ。
4. 脱臭触媒を担持したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の吸湿性フィルタ。
5. 抗菌剤を担持したことを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の吸湿性フィルタ。
6. 防カビ剤を担持したことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の吸湿性フィルタ。
7. 光触媒を担持したことを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の吸湿性フィルタ。
8. 親水性の無機材料をシリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、シリケート化合物あるいはチタネート化合物の加水分解物の中から選ばれる少なくとも一種類以上を含むバインダーと混合し、スプレー噴霧して発泡体に担持することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタの製造方法。
9. シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸リチウム、シリケート化合物あるいはチタネート化合物の加水分解物の中から選ばれる少なくとも一種類以上を含むバインダーを、スプレー噴霧して発泡体に担持した後、バインダーが硬化する前に親水性の無機材料を付着させることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタの製造方法。
10. 発泡体の両面からスプレー噴霧することを特徴とする請求項８または９記載の吸湿性フィルタの製造方法。
11. 吸湿性フィルタと送風手段を備え、吸湿性フィルタに通風することにより吸湿された水を脱離することを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の吸湿性フィルタの再生方法。
12. 吸湿性フィルタと送風手段と水供給手段を備え、吸湿性フィルタが水供給手段から得た水を気化させることにより高湿度空気を室内へ供給することができる加湿装置。
13. 吸湿性フィルタと送風手段と水供給手段と加熱手段を備え、送風手段と加熱手段により温風を吸湿性フィルタに吹付け、水供給手段から得た水が吸湿性フィルタから気化することにより、下流側に高湿度空気を供給することができる請求項１２記載の加湿装置。
14. 吸湿性フィルタと送風手段と加熱手段と水蒸気の回収手段を備え、送風手段により水を含んだ空気を吸湿性フィルタに吹付け、下流側に除湿された空気を得るとともに、水を含んだ吸湿性フィルタを加熱して気化させた後、水蒸気の回収手段で回収することを特徴とする除湿装置。

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