JP2009270723A - 加湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透湿膜を用いた加湿装置において、透湿膜に対して偏って蒸発残留物が析出するのを防いで透湿膜の長寿命化を図ることができる加湿装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明の加湿装置３０は、エアーが通過可能とされた加湿風路１０ｃと、水蒸気を透過させる透湿膜を備えるとともに加湿風路内に配置され、透湿膜の一方の面に水を接触させて他方の面上を通過するエアーを水蒸気で加湿する加湿部３６と、透湿膜の面上を通過するエアーの流れ方向を、加湿部３６を挟んだ一方の側から加湿部３６を挟んだ他方の側へと向かう方向と、加湿部３６を挟んだ他方の側から加湿部３６を挟んだ一方の側へと向かう方向とに反転させる風向反転部１０ａ，１０ｂと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透湿膜を用いてエアーを加湿する加湿装置に関するものである。

近年では、外気導入空気や室内空気等のエアーを加湿する加湿装置として、透湿膜を使用したものが提案されている。上記加湿装置に使用される透湿膜には疎水性の多孔質膜が使用され、その多孔質膜が有する特性、すなわち水蒸気は通過させるが、水は通過させない特性（透湿性）が利用される。つまり、この透湿膜を境界面として、一方の領域に加湿用の水を、他方の領域に加湿されるべき被処理空気を配置することにより、この透湿膜を経由して水蒸気を移動させ、被処理空気を加湿するように構成されている。

上記透湿膜を用いた加湿装置としては、例えば、水を保持することが可能な親水性不織布を、水蒸気は通すが水は通さない透湿膜で両面からサンドイッチ状に挟みこみ、透湿膜同士をその周囲で熱融着した３層構造体を用いる。この３層構造体の端部に給水用の給水口を開け、通気層を確保するためのリブと給水口を有するプラスチック枠と合わせて接着し、これを複数枚積層した加湿ユニットを用いて加湿装置を構成する。

この加湿ユニットを、送風機を有する送風装置の風路内に組み込んで、加湿ユニットの通気層に被処理空気としての加湿前空気を通過させる。このように、加湿前空気を３層構造体の表面を接して流れるようにすることで、加湿前空気を加湿し、加湿後空気とする形態が多く用いられる（特許文献１参照）。

特開２００２−１６８４８４号公報

上記の加湿ユニットにおいては、加湿ユニットに通気される加湿前空気の風向は連続して略一定方向である。透湿膜を用いた加湿は自然蒸発、すなわち気化式であるため、加湿前空気は３層構造体の風上部分から徐々に水蒸気を与えられ、風下部分に行くに従って加湿前空気の水蒸気量は増加してゆき、最終的には加湿用途として必要な水蒸気を含んだ加湿後空気となる。

加湿用に供給される加湿水は、通常は水道水などの上水であり、多数の種類の蒸発残留物を含有している。本透湿膜を用いた加湿方法では、加湿水の水蒸気のみが使用され、含有していた蒸発残留物は３層構造体の透湿膜の内側に残留し、析出する。析出した蒸発残留物は、多孔質である透湿膜の内部を被覆し、水蒸気が透湿膜を通過する際の抵抗となり、加湿ユニットの加湿性能を低下させる。

透湿膜を用いた加湿方法は、気化式であるため、３層構造体の風上部分は、風下方向部分よりも透湿膜を通過する水蒸気の量が多い。すなわち、得られる加湿量のうち大部分をこの風上部分が占めていることになる。結果として透湿膜の内部に析出する蒸発残留物を考えた場合、風上部分は風下方向部分よりも水蒸気の通過量が多いため、相対的に早期に蒸発残留物の析出が始まることになり、早期に加湿性能が低下することになる。したがって、この状態で連続して加湿ユニットを使用し続けると、加湿ユニットとしての加湿量確保に重要な風上部分の性能が早期に低下しまい、３層構造体の加湿に使用される面積が早期に減少し、加湿ユニット全体としての加湿性能も早期に低下してしまうという欠点があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、透湿膜を用いた加湿装置において、透湿膜に対して偏って蒸発残留物が析出するのを防いで透湿膜の長寿命化を図ることができる加湿装置を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の加湿装置は、エアーが通過可能とされた加湿風路と、水蒸気を透過させる透湿膜を備えるとともに加湿風路内に配置され、透湿膜の一方の面に水を接触させて他方の面上を通過するエアーを水蒸気で加湿する加湿部と、透湿膜の他方の面上を通過するエアーの流れ方向を、加湿部を挟んだ一方の側から加湿部を挟んだ他方の側へと向かう方向と、加湿部を挟んだ他方の側から加湿部を挟んだ一方の側へと向かう方向とに反転させる風向反転部と、を有する。

本発明によれば、透湿膜の面上を通過するエアーの流れ方向を風向反転部で反転させるので、透湿膜に対して蒸発残留物が偏って析出するのを防止することができ、透湿膜の長寿命化を図ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る加湿装置の概略構成を示す図である。加湿装置３０は、加湿前空気（エアー）１４および加湿後空気（エアー）１５を搬送するダクト１が加湿装置３０の外郭２にフランジ３で接続されている。加湿装置３０の内部は、風上側チャンバー１０ａと風下側チャンバー１０ｂと加湿空間（加湿風路）１０ｃとに区切られている。風上側チャンバー１０ａは、加湿前空気１４を加湿空間１０ｃへ流入させる第１流入口９ａと第２流入口９ｂを有する。風下側チャンバー１０ｂは、加湿後空気１５を加湿空間１０ｃから流出させる第１流出口９ｃと第２流出口９ｄを有する。風上側チャンバー１０ａと風下側チャンバー１０ｂとの間の加湿空間１０ｃには、加湿空間１０ｃを２分する形で加湿ユニット４が設置されている。また、加湿ユニット４を挟んだ一方の側の加湿空間１０ｃに第１流入口９ａと第１流出口９ｃとが形成され、加湿ユニットを挟んだ他方の側の加湿空間１０ｃに第２流入口９ｂと第２流出口９ｃとが形成されるようになっている。さらに、加湿装置３０は各流入口９ａ，９ｂのいずれか一方を開とし、他方を閉とする風上側ダンパー（風向反転部）５ａ及び各流出口９ｃ，９ｄのいずれか一方を開とし、他方を閉とする風下側ダンパー（風向反転部）５ｂを備える。

図２は、加湿ユニット４の内部に積層される加湿用３層構造体３６の断面図である。加湿用３層構造体３６は、親水性不織布３８の両面が透湿膜４０で覆われて、透湿膜４０と親水性不織布３８とで３層構造をなしている。加湿用３層構造体３６には、給水口（図示せず）が形成され、外郭２の外部に接続されたパイプ（図示せず）により給水口に加湿用水が一定の圧力を保って連続供給されている。親水性不織布３８は、給水口を通過する水を吸水する。親水性不織布３８に吸水された水は、透湿膜４０の内側面（一方の面）４０ａに接触する。

透湿膜４０は、水は透過させないが水蒸気は透過させる性質を有する。したがって、透湿膜４０の内側面４０ａに接触した水は、透湿膜４０を透過して加湿用３層構造体３６の外部に漏れることがない。また、親水性不織布３８の両面を覆う透湿膜４０同士が、その端部で熱融着されており、加湿用３層構造体３６の周囲から水が漏れることもない。

加湿ユニット４の内部には、加湿前空気１４が通過できる空間を設けて加湿用３層構造体３６が積層されている。したがって、加湿前空気１４は加湿ユニット４を通過する際に、透湿膜の外側面（他方の面）４０ｂ上を通過して、透湿膜４０を透過した水蒸気によって加湿される。

風上側ダンパー５ａと風下側ダンパー５ｂは、それぞれ風上側ダンパー作動装置６ａと風下側ダンパー作動装置６ｂとにより作動する。各ダンパー作動装置６ａ，６ｂの駆動のために、制御装置７と各ダンパー作動装置６ａ，６ｂとの間にダンパー作動用信号線１１を設ける。また、ヒューミディースタット等の湿度検知装置８と制御装置７との間には湿度用信号線１２が設けられ、湿度用信号線１２を介して湿度検知装置８から送信された信号を制御装置７が受信する構成となっている。

次に、通常の加湿運転時の動作について説明する。図３は通常の加湿運転時において加湿前空気１４の流れ方向を反転させる状態を示す図である。まず、加湿運転を行う場合、制御装置７により各ダンパー作動装置６ａ，６ｂが駆動される。各ダンパー作動装置６ａ，６ｂの駆動によって、風上側ダンパー５ａが左側（第１流入口９ａ側）に移動して、第１流入口９ａを閉とし、第２流入口９ｂを開とする。一方、風下側ダンパー５ｂは右側（第２流出口９ｄ側）に移動して第１流出口９ｃを開とし、第２流出口９ｄを閉とする。その結果、加湿ユニット４を挟んだ他方の側から一方の側（図示上右側から左側）へ通過する方向で加湿空間１０ｃ内を加湿前空気１４が流れるようになる。これにより、加湿前空気１４は加湿ユニット４を通過する際に加湿されて、加湿後空気１５として加湿装置３０の外郭２に接続されたダクト１へ導かれる。

制御装置７は内部にタイマーを有し、状態１による運転時間が一定時間を経過すると各ダンパー作動装置６ａ，６ｂにダンパーを移動するように信号を送信する。すると風上側ダンパー５ａは右側（第２流入口９ｂ側）に、風下側ダンパー５ｂは左側（第１流出口９ｃ側）に移動され、状態２に示す状態となる。この状態では、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れる方向は状態１に対して反対方向となる。

制御装置７が有するタイマーにて一定時間間隔で各ダンパー５ａ，５ｂが各流入口９ａ〜９ｃの開閉動作を交互に切り替えることで、上記のような状態１、状態２の各状態が繰り返される。これにより、一定時間間隔で加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れ方向、つまり透湿膜４０の外側面４０ｂ上を通過する加湿前空気１４の流れ方向を反転することができる。

図２に戻って説明するが、透湿膜４０の外側面４０ｂ上を通過する加湿前空気１４は、下流領域（風下部分）４０ｄに向かう過程で徐々に加湿される。下流領域４０ｄを通過するエアーは、すでに上流領域４０ｃにおいてある程度加湿されているので、上流領域（風上部分）４０ｃでの加湿量に比べて下流領域４０ｄでの加湿量のほうが少なくなる。その分、上流領域４０ｃでは加湿量が増え、透湿膜４０を透過する水蒸気の量も増える。これにより、透湿膜４０の上流領域４０ｃで析出する蒸発残留物が多くなり、上流領域４０ｃの方が先に加湿性能が低下してしまう。

しかし、本実施の形態１では、加湿装置３０の加湿運転中に、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の風向を定期的に反転させることができるため、加湿ユニット４に使用されている透湿膜４０の上流領域４０ｃに偏って蒸発残留物が析出するのを防いで、透湿膜４０の両端で負担することができるため、加湿量の低下を抑止することができる。

なお、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れ方向の反転は、加湿装置自体に対するエアーの流入方向及び流出方向を反転させることでも実現できる。しかし、一般的な空調システムではエアーの流れ方向が一定方向であることが多く、加湿装置自体に対するエアーの流入方向及び流出方向を反転させることは困難である。しかし、本実施の形態１では、流入側ダンパー５ａと流出側ダンパー５ｂとを移動することで、加湿空間１０ｃ内の加湿前空気１４の流れ方向を反転させて、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れ方向を反転させており、加湿装置３０自体に対するエアーの流入方向及び流出方向は変化しない。したがって、本実施の形態１の加湿装置３０であれば、一般的な空調システムの途中に設置することができ、かつ透湿膜４０の長寿命化を図ることもできる。

実施の形態２．
図４は本実施の形態２に係る加湿装置の非加湿運転時におけるバイパス風路の形成状態を示す図である。本実施の形態２に係る加湿装置の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１のものと同じ符号を用いて説明する。湿度検知装置８からの加湿信号を制御装置７が受信すると、制御装置７によって各ダンパー作動装置６ａ，６ｂが駆動される。各ダンパー作動装置６ａ，６ｂの駆動によって、風上側ダンパー５ａが左側（第１流入口９ａ側）に移動され、風下側ダンパー５ｂが右側（第２流出口９ｄ側）に移動されて、状態１に示す状態となる。その結果、加湿ユニット４を図示上右から左へ通過する方向で加湿前空気が流れるようになる。これにより、加湿前空気１４が加湿ユニット４を通過する際に加湿されて、加湿後空気１５として加湿装置３０の外郭２に接続されたダクト１へ導かれる。

室内空気が設定湿度まで加湿されると、湿度検知装置８から加湿停止信号が送信される。制御装置７は、加湿停止信号を受信すると、状態２のバイパスモードに移行するように各ダンパー５ａ，５ｂを制御する。状態２のバイパスモードでは、風下側ダンパー作動装置６ｂの駆動により、風下側ダンパー５ｂが左側（第１流出口９ｃ側）に移動する。これにより、風下側ダンパー５ｂと風上側ダンパー５ａが加湿ユニット４に対して同じ側の流入口、流出口を閉とするようになる。この状態では、加湿前空気１４が加湿ユニット４を通過しない。これにより、透湿膜４０の外側面４０ｂ上に加湿前空気１４を通過させないバイパス風路が形成され、加湿ユニット４による加湿前空気１４への加湿が行われなくなる。したがって、加湿前空気１４はそのまま風下側チャンバー１０ｂの第２流出口９ｄに導かれて加湿装置３０から排出される。

図５は、加湿運転から非加湿運転への移行による加湿運転の停止制御を行った場合における、加湿ユニット４からの加湿量を比較した図である。従来の加湿装置では、非加湿運転に移行する際に、例えば、加湿ユニット４への加湿水の給水を停止することが行われていた。しかし、加湿ユニット４への給水が停止しても、親水性不織布３８には加湿水が内包されているため、加湿量は急にはゼロにはならず、親水性不織布３８に内包された加湿水が蒸発するにつれてゆっくりと時間を掛けて逓減する傾向を示す。したがって、従来は加湿停止要求に即時に応答することができず、加湿運転の停止制御の応答性がよくなかった。

一方、本実施の形態２に係る加湿装置３０では、状態１の加湿運転から状態２のバイパスモードに移行すると、ほとんどの加湿前空気１４が加湿ユニット４を通過しないため、加湿前空気１４への加湿がほとんど行われない。図５に示すように、本実施の形態２では非加湿運転への移行により加湿量は急激にゼロに近い値になっており、加湿運転の停止制御の応答性がよいことが分かる。

室内空気の湿度が低下し、再び湿度検知装置８からの加湿信号を制御装置７が受信すると、状態３の加湿運転状態に移行する。非加湿運転（状態２）となる前の状態である状態１の各ダンパー５ａ，５ｂの状態を制御装置７は記憶しており、制御装置７は風上側ダンパー５ａと風下側ダンパー５ｂの位置が状態１に対して相対的に反対になるようにダンパー作動装置６ａ，６ｂを制御する。その結果、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れ方向は状態１と状態３とでは反転する。

その後、時間が経過し、再度室内空気が設定湿度まで加湿されると、制御装置７は湿度検知装置８からの加湿停止信号を受け、状態４のバイパスモードに移行するように各ダンパー５ａ，５ｂを制御する。状態４のバイパスモードは、状態２と反対の第１流入口９ａと第１流出口９ｃとが閉とされるようになっている。状態４においても、状態２と同様にほとんどの加湿前空気１４が加湿ユニット４を通過しないため、加湿運転の停止制御に対する良好な応答性を得ることができる。

以上のように、図４における状態１から状態４のサイクルを繰り返す制御を行うことにより、加湿運転の停止制御に対し良好な応答性を得ることができる。さらに、加湿運転が行われる状態１と状態３とで加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４の流れ方向が反転するので、透湿膜４０の長寿命化を図ることもできる。

実施の形態３．
図６は、本実施の形態３に係る加湿装置の概略構成を示す図である。実施の形態１のものと同じ部分については、実施の形態１のものと同じ符号を用い、それらについての説明は省略する。本実施の形態３は、加湿装置が送風機を有する点を特徴とする。

加湿装置３０の風上側チャンバー１０ａには送風機４２が内蔵されている。送風機４２によって、ダクト１からの加湿前空気１４が風上側チャンバー１０ａ内に給気され、風上側ダンパー５ａにて閉とされていないいずれか一方の流入口９ａ，９ｂから排気される。

本実施の形態３では、加湿装置３０の本体内に送風機４２を有していることから、一般的な空調システムの途中に設置される場合以外の用途、例えば加湿量不足の室内を補助的に加湿する独立した加湿システムを追加設置したい場合に有用である。

図７は、その一例として、本実施の形態３に係る加湿装置３０を有して構成された独立加湿システムの概略構成を示す図である。室内１９の天井部に加湿装置３０が設置され、室内の給気ダクト１６ａおよび室内の排気ダクト１６ｂと加湿装置２がダクト１により接続されている。この状態で加湿装置３０を運転することにより、室内１９の不足した湿度を独立して補う制御が可能となる。また、加湿ユニット４を通過する加湿前空気１４を一定時間間隔で反転する機能、および加湿停止をするバイパスモードを設けることで、加湿装置３０の運転時間の累積に伴って発生する加湿量の低下を抑止するとともに、加湿運転の停止制御に対し応答性が良い加湿システムを実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る加湿装置の概略構成を示す図である。 加湿ユニットの内部に積層される加湿用３層構造体の断面図である。 加湿運転時において加湿前空気の流れ方向を反転させる状態を示す図である。 本実施の形態２に係る加湿装置の非加湿運転時におけるバイパス風路の形成状態を示す図である。 加湿運転の停止制御を行った場合における、加湿ユニットからの加湿量を比較するための図である。 本実施の形態３に係る加湿装置の概略構成を示す図である。 本実施の形態３に係る加湿装置を有して構成された独立加湿システムの概略構成を示す図である。

符号の説明

１ ダクト
２ 外郭
３ フランジ
４ 加湿ユニット
５ａ 風上側ダンパー（風向反転部）
５ｂ 風下側ダンパー（風向反転部）
６ａ 風上側ダンパー作動装置
６ｂ 風下側ダンパー作動装置
７ 制御装置
８ 湿度検知装置
９ａ 第１流入口
９ｂ 第２流入口
９ｃ 第１流出口
９ｄ 第２流出口
１０ａ 風上側チャンバー
１０ｂ 風下側チャンバー
１０ｃ 加湿空間（加湿風路）
１１ ダンパー作動用信号線
１２ 湿度用信号線
１４ 加湿前空気（エアー）
１５ 加湿後空気（エアー）
１６ａ 給気ダクト
１６ｂ 排気ダクト
１９ 室内
３０ 加湿装置
３６ 加湿用３層構造体（加湿部）
３８ 親水性不織布
４０ 透湿膜
４０ａ 内側面（一方の面）
４０ｂ 外側面（他方の面）
４０ｃ 上流領域（風上部分）
４０ｄ 下流領域（風下部分）
４２ 送風機

Claims (6)

1. エアーが通過可能とされた加湿風路と、
   水蒸気を透過させる透湿膜を有するとともに前記加湿風路内に配置され、前記透湿膜の一方の面に水を接触させて他方の面上を通過する前記エアーを前記水蒸気で加湿する加湿部と、
   前記透湿膜の面上を通過するエアーの流れ方向を、前記加湿部を挟んだ一方の側から前記加湿部を挟んだ他方の側へと向かう方向と、前記加湿部を挟んだ他方の側から前記加湿部を挟んだ一方の側へと向かう方向とに反転させる風向反転部と、を備えることを特徴とする加湿装置。
2. 前記加湿部を挟んだ一方の側の前記加湿風路に形成され、前記エアーを前記加湿風路内に流入可能とする第１流入口と、
   前記加湿部を挟んだ一方の側の前記加湿風路に形成され、前記エアーを前記加湿風路外に流出可能とする第１流出口と、
   前記加湿部を挟んだ他方の側の前記加湿風路に形成され、前記エアーを前記加湿風路内に流入可能とする第２流入口と、
   前記加湿部を挟んだ他方の側の前記加湿風路に形成され、前記エアーを前記加湿風路外に流出可能とする第２流出口と、をさらに有し、
   前記風向反転部が、前記第１流入口と前記第２流入口の一方を開とし、他方を閉とするとともに前記第１流出口と前記第２流出口の一方を開とし、他方を閉とする開閉動作を交互に切り替えることで前記透湿膜の面上を通過するエアーの流れ方向を反転させることを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
3. 前記風向反転部を制御して所定の時間間隔で前記透湿膜の面上を通過するエアーの流れ方向を反転させる風向制御部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の加湿装置。
4. 前記風向反転部が、前記第１流入口と前記第１流出口とを閉とするか、又は前記第２流入口と前記第２流出口とを閉とすることで、前記透湿膜の面上にエアーを通過させないバイパス風路を形成すること特徴とする請求項２又は請求項３に記載の加湿装置。
5. 前記加湿風路内に流入する前のエアーの湿度を検出する湿度検知部と、
   前記湿度検知部の検知結果に基づいて前記風向反転部を制御して前記非加湿運転を行わせる加湿制御部と、をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の加湿装置。
6. 前記加湿風路内にエアーを通過させる送風機をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の加湿装置。

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