JP2010038515A - 散水管および加湿器ならびに加湿器の散水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿材の散水量を節水しても効果的に加湿することができる散水管および加湿器ならびに散水方法を提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の散水管３０は、加湿材２０の上部に前記加湿材２０の長手方向に沿って配管を取り付け、前記配管から前記加湿材２０の上面開口２６に散水する複数の散水ノズル３６を設けた散水管３０であって、前記複数の散水ノズル３６は、配管流路の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔位置を変えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に外調機等に用いる節水能力の優れた散水管および加湿器ならびに加湿器の散水方法に関する。

半導体などの製造・検査を行うクリーンルームがある。クリーンルームは高い清浄度に維持されており、室内に導入する外気は、外調機により温湿度、気中化学成分などが厳しく管理されている。図６は従来の外調機の構成概略を示す図である。図示のように外調機１００は、一例として外気流路１０２の上流側からプレフィルタ１０４、予熱ヒータ１０６、加熱コイル１０８、気化式加湿器１１２、加熱コイル１０８、気化式加湿器１１２、冷却コイル１１０、再熱ヒータ１１４、給気ファン１１６が設けられている。この構成において、給気ファン１１６により外気流路１０２の上流側から外気が導入し、プレフィルタ１０４で外気中の塵埃が除去されて予熱ヒータ１０６で予熱される。ついで外気は加熱コイル１０８により所定温度に調整される。そして気化式加湿器１１２により、給気に必要とされる湿度に調整されるとともに、外気中の水溶性化学物質が除去される。気化式加湿器１１２で加湿処理後の外気は必要により加熱コイル１０８でさらに加湿処理される。次に冷却コイル１１０、再熱ヒータ１１４により再び温湿度調整されて室内に供給される。

図７は気化式加湿器の構成概略を示す図である。図示のように気化式加湿器１１２は、加湿材１２０と散水手段１２２とドレンパン１２４とから構成されている。加湿材１２０は、例えば特許文献１に示すような波形シートを複数積層させてハニカム形状に構成した斜行ハニカムを用いることができる。散水手段１２２は、加湿材１２０の上方に取り付け、上面開口から散水している。ドレンパン１２４は、加湿材１２０の底面に取り付け、加湿材１２０の下面開口から排出される排水を受けるものである。このような構成により加湿材１２０の側面開口から外気が導入され、上面開口から浸透した水と外気の接触率が高まり加湿される。
特開２００６−１１８７２４号公報

このような気化式加湿器は、散水手段による散水に偏りが生じると加湿材を浸透した水と外気の接触が不十分となる箇所が生じる。そうすると、加湿あるいは水溶性化学物質の除去にばらつきが生じて十分に行えない。したがって散水手段による加湿材の散水を均一かつ十分に行う必要がある。このため従来の加湿器は、加湿材の最大加湿必要量と、この最大加湿必要量の数倍の余剰水量を散水している。したがって水の使用量が多く、稼動コストが高くなる。

ところで気化式加湿器を用いて外気中の化学物質を除去する場合に、気中化学物質の吸着能力が大きい純水を散水している。化学的処理して得られる純水は水道水に比べ高価である。このため、純水を用いた場合には、加湿能力を維持しつつ散水量を必要最小限の水量に減らすことが望ましい。しかしながら従来の気化式加湿器は、必要最小限の水量で散水されるように散水管からの散水量を減らす（節水する）と次のような問題があった。
＜１＞散水量を減らすと散水手段（散水管）の配管を流れる水が減って管内に空気溜りが発生する。この空気溜りにより水の流路が阻害されてしまい配管から均一に滴下させることができない。
＜２＞散水管の散水ノズルの孔径が小さいため、散水ノズルから滴下する際に受ける水の表面張力の影響が大きくなる。図８は従来の散水管の滴下の説明図であり、散水管の散水ノズル部分の断面を拡大した図である。図示のように配管２００の丸孔（散水ノズル２１０）から管内の水が流れ出ると、（１）に示すように水滴は表面張力で孔面に均一に広がり孔外よりの大気圧に押されて滴下しにくくなる。そして（２）に示すように水滴は周囲が円状のため球状に成長する。ついで（３）に示すように水滴が落下する。このように散水管の散水ノズルの孔径が小さいと表面張力の影響を受けて滴下が阻害され易くなり、散水ノズルから出る水量が不均一となる。
＜３＞散水ノズルの水平方向の位置により滴下量が異なる。図９は従来の散水管の説明図であり、同図（１）は下流側の配管側面図を、（２）は上流側の配管側面図を示した図である。図示のように散水管（配管２００）の底面側に穿孔した散水ノズル２１０から水を滴下させるとき、管内の水位は上流側が高く、下流に進むにつれて次第に低くなる。したがって配管上流側では滴下量が多く、下流側では滴下量が少なくなって均一に滴下させることができない。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、加湿材の散水量を節水しても効果的に加湿することができる散水管および加湿器ならびに加湿器の散水方法を提供することを目的としている。

［適用例１］本発明の散水管は、加湿材の上部に前記加湿材の長手方向に沿って配管を取り付け、前記配管から前記加湿材の上面開口に散水する複数の散水ノズルを設けた散水管であって、前記複数の散水ノズルは、配管流路の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔位置を変えたことを特徴としている。これにより管内水面と散水ノズルの水平高さとの差を一定として水頭圧を均一化することができる。よって管内を流れる水が下流側で少なくなっても散水ノズルから均一に滴下することができる。

［適用例２］前記複数の散水ノズルは、前記配管の軸心を通る垂直線の最下点から前記軸心を中心として前記水位に応じた角度で穿孔したことを特徴としている。これにより、管内水面と散水ノズルの水平高さとの差を一定として水頭圧を均一化することができ、水位が減って管内の表面張力の影響を受けることなく均一に滴下させることができる。

［適用例３］前記複数の散水ノズルは、前記配管の外面に前記配管の軸心に沿って、Ｖ字状の切り込み部を設けたことを特徴としている。これにより、少ない散水量でも散水ノズルから表面張力の影響を受けることなく均一に滴下させることができる。

［適用例４］前記配管は、上部に空気抜け孔を複数設けたことを特徴としている。これにより、配管内に溜まった空気を管外へ排気することができる。よって管内に空気溜りにより水の流路が阻害されることがない。

［適用例５］本発明の加湿器は、無機繊維エレメントを用いた斜行ハニカム構造の加湿材と、前記加湿材の上部に前記加湿材の長手方向に沿って取り付けた適用例１乃至適用例４のいずれか１に記載の散水管と、を備えたことを特徴としている。これにより、散水量を節水しても、散水管から加湿材に均一に滴下することができ、無機繊維エレメントを用いた加湿材の気液接触面積を確保することができる。

［適用例６］本発明の加湿器の散水方法は、加湿材の上部に、前記加湿材の長手方向に沿って取り付けた散水管に給水して、前記散水管の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔した散水ノズルから前記加湿材に散水することを特徴としている。これにより管内水面と散水ノズルの水平高さとの差を一定として水頭圧を均一化することができる。よって管内を流れる水が下流側で少なくなっても散水ノズルから均一に滴下することができる。

上記構成による本発明の散水管および加湿器ならびに加湿器の散水方法によれば、配管の上流側から下流側に向かって、配管の側面から下面に散水ノズルを穿孔しているので、加湿材の上部の散水管から均一に滴下することができる。よって散水量を減らしても加湿材に均一に散水することができ効率的に加湿することができる。

本発明の散水管および加湿器ならびに加湿器の散水方法の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は本発明の加湿器の構成概略図である。図示のように加湿器１０は、主に加湿材２０と散水管３０とドレンパン５０とから構成されている。

加湿材２０は、本実施形態では公知の斜行ハニカムを用いている。斜行ハニカムは、一方向に向かって伝播する波形形状を有する波形シートを１枚おきに隣り合う波形の山と谷が斜めに交差するように複数積層させており、前面、後面、上面、下面に複数の開口を形成している。

また斜行ハニカムの材質は、表面に凹凸があり、内部が多孔質である材料を用いている。一例として、斜行ハニカムは３次元網目構造を有して所定の繊維間空隙率を有するものであればよく、アルミナ、シリカ、チタニアなどの結合材を含有するガラス繊維、セラミック繊維、アルミナ繊維などの浸透性のある無機繊維エレメントを用いることができる。

これにより斜行ハニカムはエレメントの表面積を大きく採れ、エレメントに浸透して流下する水が適度の保水性を示すとともに濡れやすく乾きやすくなる。
散水管３０は図１に示すように、加湿材２０の上面開口２６から純水を散水する配管である。本実施形態の散水管３０は、主配管３２と環状配管３４から構成されている。主配管３２は、一端が図示しない給水源と接続し、他端が後述する環状配管３４と接続する配管である。一方、環状配管３４は略矩形状に形成し、長辺を加湿材の長手方向の長さ以上に設定した配管である。また、一対の長辺３５ａ、３５ｂは加湿材２０の上面開口２６に沿って取り付けている。一方の長辺３５ａは、加湿材２０の上面開口２６の中心に所定間隔を開けて取り付けている。また他方の長辺３５ｂは、中心に主配管３２が接続している。この構成により散水管３０は、主配管３２から供給された水が図１の矢印に示すように、主配管３２の先端で接続する環状配管３４の他方の長辺３５ｂの配管中で左右に均等に分かれ、一方の長辺３５ａの配管の両端から中心に向かって水が流れている。

一方の長辺３５ａの配管の底面には複数の散水ノズル３６を穿孔してある。図２は本発明の散水ノズルの説明図である。同図（１）は散水管３０の端部および中央部の拡大底面図を、（２）は散水管の断面図を、（３）は散水ノズルの拡大平面図を、（４）は散水ノズルの拡大断面図をそれぞれ示している。図３は本発明の散水管の説明図である。同図（ａ）は散水管の中央部の側面図を、（ｂ）は散水管の端部の側面図をそれぞれ示している。

ここで前述の図９に示すように必要最小限の水量を流す散水管は、端部（上流側）から中心（下流側）に進む間に散水ノズルから外部へ滴下するため、管内を流れる水の水量が次第に減少する。したがって配管の底面に設けた散水ノズルは、水位の高い上流側で多量に滴下され、水位の低い下流側で滴下が少なくなる。

そこで本発明の散水ノズル３６は、配管流路の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔位置を変えている。すなわち図３に示すように配管両端（端部）の水量が多い箇所（ｂ）では、散水ノズル３６を水位に合わせた配管側面側の箇所に穿孔している。このとき、開口の上端部が管内を流れる水の水面と一致する箇所に穿孔するとよい。一方、配管の中央部の水量の少ない箇所（ａ）では、散水ノズル３６を水位に合わせた配管底面側の箇所に穿孔している。このとき、開口の上端部が管内を流れる水の水面と一致する箇所に穿孔するとよい。このほか、散水管３０の端部と中央部の間の散水ノズル３６は、管内を流れる水の水位に合わせた任意の箇所に穿孔することができる。なお散水ノズル３６を散水管３０に穿孔する際の基準となる水位は、予め加湿材２０を均一に加湿でき、かつ、節水（散水量を低減）した場合を想定している。

散水ノズル３６は、前述のように管内を流れる水の水位に合わせて穿孔しているが、本発明の散水ノズル３６は水位に合わせた箇所に予め定めた所定の角度を付けて穿孔している。より具体的には図２（２）に示すように、散水管３０の配管端部に穿孔する散水ノズル３６ａは、散水管３０の軸心ｃを通る垂直線ｖの最下点ｌから軸心ｃを中心として水位に応じて３０度上方に回転した側面に穿孔している。

また散水管３０の中央部の散水ノズル３６ｂは、配管の軸心ｃを通る垂直線ｖの最下点ｌから軸心を中心として１０度上方に逆回転した側面下方に穿孔している。そして散水管３０の両端から中央部の間の散水ノズル３６は、前述の散水ノズル３６ａ，３６ｂの間の任意の角度で穿孔している。

なお散水ノズル３６は、散水管３０の長さまたは散水量に応じて所定の孔径、ピッチ（ノズル間の距離）に設定することができる。本発明の散水ノズル３６は、一例として孔径を２ｍｍとし、散水ノズル３６のピッチを２０ｍｍに設定している。

散水管３０に所定の孔径で穿孔した散水ノズル３６は丸孔であり、この配管外側には、切り込み部３８を形成している。切り込み部３８は、図２（３），（４）に示すように配管を穿孔した後、散水管３０の流路方向（散水管の軸心）に沿って散水ノズル３６の孔にＶ字状の切り込みを入れて形成している。なお切り込み部３８の長さ２ｎは散水ノズル３６の孔径と同じ長さかそれ以上（散水ノズルの孔径：切り込み部の長さ２ｎ＝１：１以上の長さ）に設定するとよい。

また散水管３０は、配管上部に空気抜き孔４０を形成している。空気抜き孔４０は図２（１），（２）に示すように散水ノズル３６と対向する配管の上面、すなわち配管の頂点（軸心ｃを通る垂直線ｖの頂点）に穿孔している。なお空気抜き孔４０は散水管３０の長さおよび散水量に応じて所定の孔径、ピッチ（空気抜き孔間の距離）に設定することができる。本発明の空気抜き孔４０は一例として、空気抜き口４０の孔径を２ｍｍとし、空気抜き口４０のピッチを１００ｍｍに設定している。

ドレンパン５０は加湿材２０の下面開口と対向するように設けている。ドレンパン５０は、加湿材２０の下方から排出される排出水を受けるトレイ状に形成したものである。

次に上記構成による加湿器１０の散水方法について以下説明する。
加湿材２０の上面開口２６から所定間隔を開けて取り付けた散水管３０に給水する。散水管３０の主配管３２から導入された水は、環状配管３４に流れ込み、配管の両端から中心に向かって水が流れる。そして散水管３０に複数設けた散水ノズル３６から下方の加湿材２０に向かって水が滴下する。

図４は散水管の滴下の説明図である。同図（１）に示すように、散水管３０の散水ノズル３６では、配管内側から外側に向かって水が流れ出る。このとき散水ノズル３６の外側に露出した水滴は表面張力によって散水管３０の長手方向に沿って形成した切り込み部３８をノズル孔の中心から外側に広がるように伝わる。そして（２）に示すように切り込み部３８を伝わる水滴は散水管３０の長手方向を長軸とする楕円状に成長する。ついで（３）に示すように重力により水滴が落下する。

また散水ノズル３６は、ノズルの水平高さと管内水面の高さの差を一定とするように、散水管３０の円周上に角度をつけて穿孔配置されている。この際、散水ノズル３６のＶ字状の切れ込み部３８が配管円周に対して垂直（配管水平）方向にカットされていることにより、孔の角度に関係なく孔内の水が切れ込み部３８に伝わることができ、孔外部へ水を浸出する効果を発揮することにより散水ノズルの表面張力効果による悪影響を緩和している。

散水管３０の散水ノズル３６から加湿材２０に滴下させている間、配管内に溜まった空気溜まりは、配管上部に形成した空気抜き孔４０から外部へ排気することができる。

図５は、本発明の加湿器の作用効果を示すグラフである。図５の加湿器は、いずれも本発明の散水管および無機繊維エレメントの加湿材を用いた加湿器（Ａ）と、本発明の散水管および樹脂性の加湿材を用いた加湿器（Ｂ）を用いている。

同図（１）は加湿飽和効率を示すグラフであり、縦軸は加湿飽和効率（％）、横軸は濾材面風速（ｍ／ｓ）をそれぞれ示している。（１）に示すように、濾材面風速が２．０ｍ／ｓから３．５ｍ／ｓに増加した場合、加湿器（Ａ）は加湿飽和効率が略８５％以上を維持するのに対し、加湿器（Ｂ）は８０％以下まで低下している。したがって無機繊維エレメントの加湿材を用いた加湿器（Ａ）は、加湿器（Ｂ）に比べて、本発明の散水量を低減して均一に滴下させる散水管３０を用いて加湿材中を均一に浸透すると外気をより効果的に加湿飽和に維持することができる。

また同図（２）はアンモニア除去率を示すグラフであり、縦軸はアンモニア（ＮＨ_３）ガス除去率（％）、横軸は加湿以外散布水／空気重量比（余剰水Ｌ／Ｇ）をそれぞれ示している。より具体的に（２）は、加湿飽和（１）と同様に本発明の散水量を低減して均一に滴下させる散水管３０を用いて、散水量を変化させながら水溶性化学物質であるアンモニアの吸収除去率を測定したものである。（２）に示すように加湿器Ａは、加湿器Ｂに対して水量の多少（０．００４〜０．０１）に係らず約２０％程度高いアンモニアガスの除去率を発揮することができる。

このような本発明の散水管によれば、管内を流れる水の水位に応じて散水ノズルを形成し、散水ノズルに所定の穿孔角度と切り込み部を設けているので、散水量を低減した場合でもエレメントに均一に滴下することができる。また本発明の加湿器は、無機繊維エレメントを用いた斜行ハニカム構造の加湿材と、上記散水管を備えている。よって樹脂性の加湿材に比べて散水量を低減した場合でもエレメントに均一に滴下することができる。

本発明の加湿器の構成概略を示す図である。 本発明の散水ノズルの説明図である。 本発明の散水管の説明図である。 散水管の滴下の説明図である。 本発明の加湿器の作用効果を示すグラフである。 従来の外調機の構成概略を示す図である。 従来の加湿器の説明図である。 従来の散水管の滴下の説明図である。 従来の散水管の説明図である。

符号の説明

１０………加湿器、２０………加湿材、３０………散水管、３２………主配管、３４………環状配管、３６………散水ノズル、３８………切り込み部、４０………空気抜き孔、１００………外調機、１０２………外気流路、１０４………プレフィルタ、１０６………予熱ヒータ、１０８………加熱コイル、１１０………冷却コイル、１１２………気化式加湿器、１１４………再熱ヒータ、１１６………給気ファン、１２０………加湿材、１２２………散水手段、１２４………ドレンパン、２００………配管、２１０………散水ノズル。

Claims (6)

1. 加湿材の上部に前記加湿材の長手方向に沿って配管を取り付け、前記配管から前記加湿材の上面開口に散水する複数の散水ノズルを設けた散水管であって、
   前記複数の散水ノズルは、配管流路の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔位置を変えたことを特徴とする散水管。
2. 前記複数の散水ノズルは、前記配管の軸心を通る垂直線の最下点から前記軸心を中心として前記水位に応じた角度で穿孔したことを特徴とする請求項１に記載の散水管。
3. 前記複数の散水ノズルは、前記配管の外面に前記配管の軸心に沿って、Ｖ字状の切り込み部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の散水管。
4. 前記配管は、上部に空気抜け孔を複数設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の散水管。
5. 無機繊維エレメントを用いた斜行ハニカム構造の加湿材と、
   前記加湿材の上部に前記加湿材の長手方向に沿って取り付けた請求項１乃至請求項４のいずれか1に記載の散水管と、
   を備えたことを特徴とする加湿器。
6. 加湿材の上部に、前記加湿材の長手方向に沿って取り付けた散水管に給水して、
   前記散水管の上流側から下流側に向かって流れる水の水位に応じて穿孔した散水ノズルから前記加湿材に散水することを特徴とする加湿器の散水方法。