JP2010169394A - 加湿装置および加湿機能付き空気清浄機 - Google Patents

加湿装置および加湿機能付き空気清浄機 Download PDF

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Abstract

【課題】気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力の低下を抑制することができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機を提供する。
【解決手段】複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、湿潤したフィルタ基材に対して空気を送り、連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより加湿空気を送り出す送風装置とを備え、気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力の低下を抑制できる加湿装置を提供する。また、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率を高めることができ、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、乾燥した室内空気を加湿する加湿装置および加湿機能付き空気清浄機に関する。
従来、このような加湿装置においては、湿潤状態とされたフィルタ(気化フィルタ)に対して、送風装置により空気を送って、フィルタ基材に接触させることにより、水分を気化させて加湿空気を得る構造の装置が用いられている。
従来の加湿装置の一例を図11に示す。図11の加湿装置100は、吸水性の気化フィルタ101がその下方の一部を水槽102の水103に浸った状態で配置されており、気化フィルタ101の前段にはヒータ104が配置されている。水槽102から水103を吸上げた気化フィルタ101に、ヒータ104によって加熱された空気を通過させることにより、加湿空気を得るものである(例えば、特許文献1参照)。
また、従来の加湿装置に用いる気化フィルタとしては、図12の加湿装置200に示すように、三次元骨格構成を有する中空円筒状の気化フィルタ201が、下部を貯水202に浸しながら回転することにより、気化フィルタ201全体への給水を強制的に行うものがある(例えば、特許文献2参照)。
また、空気中の水分を吸着して、加湿や除湿などの湿度調節を行うための吸着素子がある。図13に示すように、円筒状の吸着素子301は、ハニカム構造体に吸着材を保持させてなり、周面に通気用のセル302が多数設けられている(例えば、特許文献3参照)。
また、このような従来の加湿装置が有する加湿機能を、空気の浄化を行う空気清浄機に追加したもの、すなわち空気の清浄化と加湿とを行う加湿機能付き空気清浄機も知られている(例えば、特許文献4参照)。
特許第2514145号公報 特開2005−274096号公報 特開2006−305482号公報 特開2005−61655号公報
このような従来の加湿装置および加湿機能付き空気清浄機では、一般的に供給する水は水道水であり、水はケイ素やカルシウム、マグネシウムなどの元素を微量に含むために、その水を供給した気化フィルタが乾燥していく過程でフィルタの表面にスケールとなって析出する。図11の加湿装置100のように気化フィルタ101への給水が自然吸上げによる場合、このスケール析出に伴って水の吸上げ効果が著しく低下する。そのため、加湿能力を維持するには、定期的に気化フィルタ上の析出物を除去する必要があり、このような析出物を除去する作業の軽減、すなわちメンテナンスの軽減が求められている。
また、気化フィルタ201を回転させて強制的に給水を行う図12に示すような加湿装置200では、気化フィルタ201の三次元骨格構成が水をよく保持するために、気化フィルタ201上には過剰な水が存在しやすい。そのため、圧力損失の増大が避けられず、気化フィルタの低圧力損失化が要求されていた。
また、図13のハニカム構造体に吸着材を保持させてなる吸着素子301では、空気と吸着素子301とが接触する通気用のセル302が、波板状のシートと平板状のシートに囲まれて壁面を形成しているが、壁面が平面であるため表面積が小さい。そのため、加湿を行う場合には、空気と吸着素子との接触面積が少ないために水分の気化効率が低く、高い加湿性能を得るためには気化フィルタのサイズを増大する必要がある。また、吸着素子による加湿の場合は、空気中の湿分を利用しているために、短時間で安定的な湿潤空気を得るための加湿装置としては好適でない。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力の低下を抑制することができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機を提供することにある。また、圧力損失を低減して静音で加湿運転をすることができるとともに、気化フィルタの表面積を増大することにより、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率を高めることができ、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の加湿装置は、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、湿潤したフィルタ基材に対して空気を送り、連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより加湿空気を送り出す送風装置とを備えるものである。
また、本発明の加湿機能付き空気清浄機は、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、空気を浄化する空気浄化フィルタと、気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、空気浄化フィルタを通過させて浄化された空気を湿潤したフィルタ基材に送り、フィルタ基材において連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより浄化された加湿空気を送り出す送風装置とを備えるものである。
本発明によれば、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタが用いられているため、フィルタ基材において、空気を通過させるための連通された開口が確保される。したがって、水の気化により気化フィルタ上にスケールが析出しても、保水力や通気性が低下しにくく、加湿能力を維持することができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機を提供することができる。また、フィルタ基材に連通された開口が確保されているため、圧力損失を低減することができ、静音で加湿運転ができる。また、連結繊維の表面性質や数を変えることによって気化フィルタ上に存在する水の量を最適に保つことができるために、圧力損失が低く、静音で加湿運転をすることができる。また、連結繊維が、連結繊維間で水を保持する、あるいは連結繊維表面に付着させて水を保持することにより、気化フィルタの表面積を増大することができる。そのため、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率が高まり、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機を提供することができる。
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
図1は、本発明の第1実施形態の加湿装置の概略断面図であり、 図2は、第1実施形態の変形例の加湿装置の概略断面図であり、 図3は、本発明の第2実施形態の加湿装置の概略断面図であり、 図4は、本発明の第3実施形態の気化フィルタの構造を示す概略斜視図であり、 図5は、本発明の第4実施形態の気化フィルタの構造を示す概略斜視図であり、 図6は、第4実施形態の変形例にかかる気化フィルタの構造を示す概略斜視図であり、 図7は、本発明の第6実施形態の加湿装置の概略断面図であり、 図8は、本発明の第7実施形態の加湿機能付き空気清浄機の概略断面図であり、 図9は、本発明の実施例1の測定結果を示すグラフであり、 図10は、本発明の実施例2の測定結果を示すグラフであり、 図11は、従来例の加湿装置を示す概略斜視図であり、 図12は、従来例の加湿装置を示す概略断面図であり、 図13は、従来例の吸湿素子を示す概略断面図であり、 図14は、本発明の第8実施形態の気化フィルタの構造を示す概略斜視図であり、 図15は、図14の気化フィルタの概略部分拡大斜視図であり、 図16は、本発明の第9実施形態の気化フィルタの構造を示す概略斜視図であり、 図17は、本発明の実施例4の測定結果を示すグラフであり、 図18は、実施例4の測定結果を示すグラフであり、 図19は、本発明の実施例5の測定結果を示すグラフであり、 図20は、本発明の実施例6の測定結果を示すグラフであり、 図21は、本発明の実施例7の測定結果を示すグラフであり、 図22は、本発明の実施例8の測定結果を示すグラフであり、 図23は、本発明の実施例9の測定結果を示すグラフであり、 図24は、第8実施形態の気化フィルタにおける水保持状態を示す模式図であり、 図25は、図24の気化フィルタに対する比較例(連結繊維の本数をさらに増加させたフィルタ基材)における水保持状態を示す模式図である。
本発明にかかる実施の形態を説明するに先立って、本発明の幾つかの態様について、その特徴および効果と関連付けてまず説明する。
本発明の一の態様にかかる加湿装置は、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、湿潤したフィルタ基材に対して空気を送り、連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより加湿空気を送り出す送風装置とを備えるものである。
このような構成によれば、フィルタ基材において第1基材の開口と第2基材の開口とが互いに連通されて空気の通路が確保されているために、気化フィルタ上にスケールが析出しても保水力や通気性が低下しにくく、スケール析出による加湿能力の低下を抑制することができる。また、給水量の制御や、気化フィルタを構成する三次元構造体の連結繊維の表面性質や数を変えることによって気化フィルタ上に存在する水の量を最適に保つことができるために、圧力損失が低く、静音で加湿運転をすることができる。また、第1基材と第2基材とを連結する連結繊維が、連結繊維間で水を保持する、あるいは連結繊維表面に付着させて水を保持したりすることにより、気化フィルタの表面積を増大することができる。したがって、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率が高まり、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる加湿装置を提供することができる。
また、1つのフィルタ基材の開口と、別の1つのフィルタ基材の開口の少なくとも一部とが連通されるようにそれぞれのフィルタ基材が積層されて、三次元構造体が形成されるようにしてもよい。これにより、気化フィルタにおける空気の通路を確保しながら、積層により厚みを増大させた気化フィルタにおいて形状および強度を維持することができる。
また、第1基材および第2基材が、1種類以上の繊維部材により形成されているようにしてもよい。繊維部材の一例としては、天然繊維、金属繊維、樹脂繊維といったものが挙げられる。繊維部材の種類を選択することにより、例えば硬質の繊維部材を用いれば開口形状を維持することができ、柔軟性のある繊維部材を含ませれば成形性を良くすることができ、また、吸水性のある繊維を用いれば気化フィルタの水なじみをより向上させたりすることができる。
また、気化フィルタのフィルタ基材が、2種類以上の異なる繊維部材により形成されているようにしてもよい。このように、繊維部材の種類を選択することにより、吸水性や撥水性、柔軟性など、必要な箇所に必要な機能を持たせることができる。
また、繊維部材は樹脂材料により形成されていてもよい。例えば、繊維部材が吸水性のある樹脂材料を含む場合には、より多くの水を気化フィルタに保持させることができ、空気と水との接触効率が高まり、高い加湿性能を得ることができる。また、繊維部材に吸水性のない(あるいは吸水性の低い)樹脂材料を含めば、保持した水を離しやすいために、その量を変えることにより気化フィルタ上の保水量や圧力損失を制御することができる。また、樹脂材料により形成された繊維部材を用いる場合には、金属などの重い繊維部材を用いる場合に比べて、気化フィルタを軽量化することができる。
また、連結繊維は、第1基材および第2基材よりも高い柔軟性を有しているようにしてもよい。三次元構造体を構成する繊維が柔軟であれば、フィルタの成形、加工が容易になる。ここでいう柔軟性とは、折り曲げる力がかかっても破断しないものをいう。また、弾性を兼ね備えた繊維を含めば、変形しても元に戻るという効果が得られる。
連結繊維が吸水性を有してもよい。連結繊維が吸水性を有すれば、フィルタ基材がより多くの水を保持することができ、通過空気はより多くの水と接触することができ、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。
また、連結繊維が保水性を有してもよい。連結繊維の内部まで水を吸込まず、表面にのみ水を付着させて保持する場合には、水分の放出が容易であり、加湿スピードが速いという利点が得られる。同時に、繊維表面にしか水や汚れが付着しないため、洗浄が容易になるという効果が得られる。
また、連結繊維の表面に凹凸が形成されているようにしてもよい。連結繊維表面に微細な凹凸を形成して、この凹凸に水滴を保持させることにより、連結繊維はより多くの水を保持することができ、通過空気と水との接触効率を高めることができ、高い加湿性能が得られる。このような微細な凹凸とは、例えば、100μm以下の深度をもつものを表し、深度0(ゼロ)は含まない。
連結繊維の表面に添着材を担持させることにより、凹凸が形成されるようにしてもよい。微細な凹凸が添着材の担持、すなわち固定によって得られるものであれば、気化フィルタに水を与えた場合には、凹凸への物理的作用による水膜の形成によって広く水を保持できる。また、保水した気化フィルタに空気を流せば、凹凸に広く保持された水が揮発して加湿されるという作用を有し、高い加湿性能が得られる。例えば、添着材の粒子径を選択することにより、容易に凹凸のサイズを変更することができる。また、添着材とバインダの性質を選択することにより、保水量の制御をすることもできる。また、連結繊維同士がバインダで接着固定されるため、ほつれにくく強度の強い気化フィルタを得ることができる。
また、担持する添着材が撥水性であれば、添着材の表面にしか水や汚れが付着しないため、洗浄が容易になるという効果が得られる。
第1基材の開口を画定する部分と、第2基材の開口を画定する部分とが、連結繊維により連結され、フィルタ基材において、1つの開口に対して連結繊維が3本以上あるようにしてもよい。これにより、連結繊維が十分な水量を保持することができる。さらに18本以上であれば、通過空気と保持された水との接触面積とのバランスが向上して良い。
また、連結繊維が直径1mm以下であれば、空気の通路に対し繊維の占める体積を減らすことにより、空気の通路を確保することができる。
第1基材および第2基材の開口が略円形状または多角形状に形成され、その直径または最長対角線が2mm以上であるようにしてもよい。このようにすることで、水が膜状になって開口をふさぐことがないために、給水時の圧力損失の上昇を抑制することができ、静音で加湿運転ができるという効果が得られる。
また、第1基材および第2基材の開口の形状が、略円形または正多角形とすれば、水が膜状になって開口をふさぐことがないために、給水時の圧力損失の上昇を抑制することができる。
また、フィルタ基材の厚みが5mm以上とすれば、厚みすなわち連結繊維によって保持される水の量が十分に得られ、同時に、気化フィルタを通過する空気が水と接触する時間も十分に得られるために、高い加湿性能を得ることができる。
また、第1基材および第2基材の表面に対し、送風装置が垂直方向に空気を送るようにすれば、連通された開口により形成された空気の通路により低い圧力損失にて空気を通過させることができる。
また、気化フィルタが抗菌性または/および抗カビ性を有するものであれば、気化フィルタにおける菌やカビの繁殖を抑制することにより、気化フィルタを清潔に保つことができる。
また、気化フィルタが親水性を有するものであれば、給水した水が、気化フィルタ上に薄く広がるため、通過空気と水との接触効率が向上し、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。
また、第1基材が円筒外周面に位置し、第2基材が円筒内周面に位置するように、フィルタ基材が円筒形状に形成され、給水装置は、水平方向に配置された円筒形状の中心を回転軸として回転されるフィルタ基材の下部を浸積させる水槽を備えるようにしてもよい。このような構成によれば、円筒形状の気化フィルタを回転させることにより、気化フィルタ全体に水を均一に供給することができるため、長時間にわたって安定して加湿を行うことができる。特に、気化フィルタの下部を水槽に浸漬しながら回転させることにより、給水装置としてのノズルやポンプを設ける必要がなく、水槽をもって水供給を行うことができる。また、円筒形状の気化フィルタを回転させる場合には、回転速度を変更することにより、気化フィルタ上に保持する水の量を制御することもできる。
また、第1基材がその外周面に位置し、第2基材がその内周面に位置するように、フィルタ基材がベルト状に形成され、給水装置は、走行駆動されるベルト状のフィルタ基材の一部を浸積させる水槽を備えるようにしてもよい。このように、気化フィルタがベルト状であり、例えば2つ以上の軸を使って回転させることにより、気化フィルタを薄型にすることができる。また、気化フィルタ全体に水を均一に供給することができるため、長時間にわたって安定して加湿を行うことができる。特に、気化フィルタの下部の一部を水槽に浸漬しながら回転させれば、給水装置としてのノズルやポンプを設ける必要がなく、水槽をもって水供給を行うことができる。また、ベルト状の気化フィルタを走行、すなわち回転させる場合には、走行速度(回転速度)を変更することにより、気化フィルタ上に保持する水の量を制御することもできる。
また、第1基材および第2基材が複数の開口を有する編地であり、複数の連結繊維により2枚の編地が間隔をあけて連結されて、編地および連結繊維間に水を保持する立体編物がフィルタ基材として構成され、フィルタ基材において、一方の編地において一の開口を画定する部分が有する複数の編目のうちの少なくとも1つの編目から、他方の編地において相対する一の開口を画定する部分が有する編目に、4本以上の連結繊維が延在して、互いの開口を画定する編地同士が連結されているようにしてもよい。なお、本発明において、「編地」とは、繊維部材を編むことによって作られた構造体、すなわち生地を意味する。一方の編地の編目から、4本以上の連結繊維が他方の編地の編目に向けて延在するような構造が採用されていることにより、隣接する連結繊維間にて水を保持させることができ、十分な水保持量を確保することができる。さらに、このような連結繊維は、互いの開口が連結して形成されて空気の通過経路に接して配置されることとなるため、開口を通過する空気と、連結繊維間に保持されている水との接触性を高めることができる。したがって、十分な水保持量を得ながら圧力損失が低く、かつ水と空気との接触効率の良い気化フィルタを提供することができる。
具体的には、一方の編地の編目から他方の編地の編目へと延在する連結繊維は4本以上50本以下の繊維束となっていることが好ましく、より好ましくは6本以上30本以下、さらに好ましくは8本以上26本以下である。繊維を水に浸漬すると、繊維の表面には水が付着する。複数の繊維を近接して並べると、繊維表面への付着に加えて、毛細管現象によって繊維間にも水を保持することができる。すなわち、連結繊維はつねに4本以上の束になって編地間に存在しているために、繊維間に水を保持することができ、単繊維の表面のみに水を付着させて保持する場合に比べ、より多くの水を保持できる。このような構造において、連結繊維の表面積を増加させれば、保持された水と通過する空気との接触効率を増加させることができる。
また、一方の編地の開口と、相対する他方の編地の開口とを連結させることにより、空気の通路を確保することができ、水保持による圧力損失の増大を抑制できるという効果が得られる。また、複数の連結繊維間に保持されている水は、空気通路に接した状態とされるため、開口から導入した空気との効果的な接触を実現することができる。
したがって、空気を流すために多量のエネルギを必要とせず、より省エネルギに気液接触させることができる気化フィルタを提供することができる。特に、開口を有する2枚の編地、すなわち表面と裏面の編地を形成する繊維よりも、2枚の編地を連結する複数の連結繊維に、より多くの水を保持させることにより、圧力損失の低い気化フィルタを得ることができる。これは、空気導入時の圧力損失が主に2枚の編地の形状と開口面積によって支配され、連結繊維の形状の影響は少ないためである。さらに、水を、複数の連結繊維間に保持することにより、開口から導入した空気との接触面積を増大することができ、保持材からの水の気化速度を高めることができる。
また、連結繊維の単繊維の断面の外周が45μm以上としてもよい。連結繊維の単繊維の断面の外周は45μm以上450μm以下であることが好ましく、より好ましくは80μm以上300μm、さらに好ましくは100μm以上250μmである。このような外周の単繊維は、連結繊維の少なくとも一部に用いられていればよく、異なる断面の外周の単繊維と複合されていても良い。
また、複数の編目を有する多角形状の編地の開口は、その最長対角線が3mmより大きく形成されているようにしてもよい。また、この最長対角線が12mm以下であることが好ましい。最長対角線が3mmより大きければ、水を保持したときに、開口に水膜を生じにくいという効果が得られる。水膜を生じると、急激な圧力損失上昇が起き、空気の効率的な通過を阻害する。また、最長対角線が12mm以下であれば、保持された水に接触せず通過する空気の量を低減することができ、水を保持した保持材と、開口から導入する空気との接触効率を高めることができるという効果が得られる。
また、立体編物において、2.54cm角(すなわち1インチ四方)にある連結繊維のそれぞれの断面の総周が、700mm以上としてもよく、700mm以上3000mm以下であることが好ましい。連結繊維の断面の総周はより好ましくは750mm以上2500mm以下、さらに好ましくは800mm以上2000mm以下である。これにより、より多くの水を保持できる。
本発明において連結繊維のそれぞれの断面の外周(あるいは総周)は、例えば、立体編物の連結繊維を表裏の編地の中間部分で直角方向に切断し、この切断面の拡大写真から単繊維の断面の外周を求め、2.54cm角当たりの単繊維の本数に積算する方法や、単繊維が丸断面の場合は、単繊維の直径を厚み計や拡大写真から測定することにより断面の外周を求め、2.54cm角当たりの単繊維の本数に積算する方法等で算出できるものである。なお、連結繊維の断面の総周は、連結繊維の単繊維の断面の外周と単位面積(2.54cm角)当たりの単繊維の本数で決定される。単繊維の断面の外周が45μm以上450μm以下の繊維が4本以上50本以下収束した連結繊維としては、マルチフィラメントを用いるのが良い。マルチフィラメントの配合割合を増加させれば、単位体積あたりの繊維原材料の使用量を同等に保ちながら、気化フィルタ全体の表面積を増加させることができ、高効率で経済性に優れた気化フィルタを得ることができる。また、単繊維径の外周を45μm以上にすることにより、適度な反発力と強度を有し、2枚の編地が形成する間隔、すなわち厚みを安定的に保つことができ、形状安定性に優れた気化フィルタを得ることができる。
また、断面の外周が45μm以上450μmの単繊維を単独もしくは異なる外周の単繊維と引き揃えて4本以上50本以下の繊維束とし、立体編物2.54cm角にある連結繊維の断面の総周が700mm以上3000mm以下とすることにより、より多くの水を保持でき、かつ、表面積が増加し、保持された水と通過する空気との接触効率を増加させることができる。
また、立体編物の単位重量あたりの水保持量が1.45g/g以上2.55g/g以下であり、水保持状態において、2枚の編地の開口に対して空気を任意の面風速V(m/sec)で垂直に導入した際の水保持時の単位厚みあたりの圧力損失P(Pa/mm)が(0.64×V−0.28×V)<P<(1.53×V+0.52×V)の範囲にあれば、水保持量が適量であり、かつ、水を保持したフィルタ基材と、開口から導入する空気との接触効率が適量であるために、多量のエネルギを必要とせず、より省エネに気液接触させることができる。
また、編地を構成する繊維および/または連結繊維が合成樹脂を含むようにすることもでき、このような場合にあっては、柔軟性、耐候性、耐水性に優れたフィルタ基材を得ることができる。また、軽量化を実現することができる。吸水性の少ない合成繊維を選択した場合には、保持する水が単繊維の深部まで入り込まないため、放しやすく、水を気化させて空気に移動させる場合には、そのスピードを高めることができる。同時に、水を必要なところにだけ供給できるため、汚れを伝播しにくく、フィルタ基材を清潔に保つことができる。
また、編地の開口形状が略正多角形であるようにすることもできる。このような構成では、表裏編面に、同じ形状または同じサイズの開口を連続して設けることができ、閉塞部を作ることなく連続的な開口を得ることができる。また、正多角形であれば、開口に液膜を生じにくいという効果も得られる。
また、2枚の編地が形成する間隔、すなわち立体編物の厚みが2mm以上30mm以下であるようにしてもよい。空気の圧力損失は、主に表面と裏面の編地の形状と開口面積によって支配され、連結繊維の形状の影響は少ないと考えられる。厚みを2mm以上30mm以下とすることにより、圧力損失を低く保ちながら、表面と裏面の間に十分な水量を保持することができる。また、保持された水と、そこを通過する空気との接触時間も十分に得られる。
また、2枚の編地が連結された状態において、連結繊維が曲線状の形態を有するようにしてもよい。すなわち、連結繊維にて連結される編目間の距離よりも連結繊維の長さを長くすることにより、連結繊維を曲線状の形態とすることができる。このような構成を採用することにより、開口に導入した空気が、連結繊維によって作られる曲線的な通路にそって移動するため、直線的である場合に比べて、厚みが同じであっても、水と空気との接触時間を長くすることができ、コンパクトでも高い接触効率を得ることができる。また、水保持量も向上させることができる。
また、加湿機能付き空気清浄機において、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、空気を浄化する空気浄化フィルタと、気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、空気浄化フィルタを通過させて浄化された空気を湿潤したフィルタ基材に送り、フィルタ基材において連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより浄化された加湿空気を送り出す送風装置とを備えるようにすることができる。このような構成によれば、空気を浄化して加湿するだけでなく、気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力を維持することができ、湿度を充分に付与することができるという効果が得られる。
本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
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。
(第1実施形態)
本発明の第1の実施形態にかかる加湿装置10の概略断面図を図1に示す。図1に示すように、加湿装置10は、気化フィルタ14と、気化フィルタ14に水を供給して湿潤状態とさせる給水装置の一例である散水ノズル15と、湿潤された気化フィルタ14に空気を送り、水分を気化させて加湿空気を室内に送る送風装置の一例であるファン16とを備えている。
気化フィルタ14は、複数の開口11aを有する第1基材11と、複数の開口12aを有する第2基材12とを、互いの開口11a、12aが連通されるように複数の連結繊維13で連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする。
散水ノズル15は、気化フィルタ14の上部に配置され、パイプ等を通じて供給された水を気化フィルタ14の上部に散水して供給する。
ファン16は、気化フィルタ14よりも空気の流れ方向の下流側に配置され、気化フィルタ14を通過させた空気を吸い込んで、空気を室内に向けて供給する。なお、ファン16は、フィルタ14よりも空気の流れ方向の上流側に配置されるような場合であってもよい。また、ファン16の駆動により形成される気化フィルタ14の前後の空気の流れ方向は、第1基材11および第2基材12の表面に対して、垂直な方向とされることが好ましい。
このような構成の加湿装置10においては、まず、散水ノズル15より気化フィルタ14に対して散水が行われ、気化フィルタ14が湿潤状態とされる。このような湿潤状態においては、例えば、第1基材11および第2基材12を連結する複数の連結繊維13の表面に水が付着して保持される、あるいは複数の連結繊維13間にて水が保持される、あるいは連結繊維13に水が吸い込まれて保持される、などにより供給された水が気化フィルタ14に保持された状態とされる。このような状態にて、ファン16を駆動することにより、第1基材11の開口11aを通して気化フィルタ14内に空気が導入され、導入された空気が第2基材12の開口12aを通して気化フィルタ14外へ導出される。このとき、第1基材11の開口11aと第2基材12の開口12aとが連通されることにより形成される空気の通路を、導入された空気が通過するとともに、この通過の際に、連結繊維13にて保持されている水が気化されて、通過される空気が加湿される。気化フィルタ14から得られた加湿空気は、ファン16により室内に向けて送り出される。
また、本第1実施形態の加湿装置は、図1の加湿装置10の構成のみに限定されるものではなく、例えば、変形例にかかる加湿装置20の概略断面図を図2に示す。図2の加湿装置20は、気化フィルタ24が、三次元構造体であるフィルタ基材を2つ積層して構成されてものである。図2に示すように、一方のフィルタ基材における開口、例えば第2基材22の開口22aと、他方のフィルタ基材における開口、例えば第1基材21の開口21aとが連通されるように、2つのフィルタ基材が積層されている。なお、それぞれのフィルタ基材において、第1基材21と第2基材22とが複数の連結繊維23により連結された構造を有する点については、図1の気化フィルタ14と同様な構成を有している。このような構成の加湿装置20においても、散水ノズル15より気化フィルタ24に水を供給して、気化フィルタ24を湿潤状態とさせて、ファン16を運転することで、気化フィルタ24内の連通された空気の通路に空気を通過させて、加湿空気を得ることができる。
複数の開口を有する第1基材と、複数の開口を有する第2基材とを複数の連結繊維で連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタに給水を行うような構成の加湿装置では、連通された開口により気化フィルタ内にて空気の通路が確保されているために、気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力の低下を抑制することができ、加湿能力を維持することができる。開口の大きさとしては、直径または最長対角線が2mm以上の円や正多角形が良い。また、第1基材および第2基材自体を形成する繊維部材、あるいはそれらを連結する連結繊維の種類や数、形状を変更することにより、気化フィルタ上に保持する水の量を制御することができる。そのため、過剰な水を気化フィルタ上に過剰に存在させないようにすることができ、圧力損失を低減することができる。また、繊維部材の種類や数、形状を変更することにより、気化フィルタの表面積を増大することもでき、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率を高めることができるため、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。
気化フィルタにおいて、第1基材および第2基材が1種類以上の繊維部材で構成されている場合、繊維部材の種類を選択することにより、例えば硬質の繊維部材として金属線を用いれば開口形状を維持することが容易となる。また、金属繊維が、例えば銅や銀などの抗菌性を有する金属を含むものであれば、気化フィルタに抗菌性を持たせることもできる。また、柔軟性のある繊維部材として、ナイロンやポリエステルなどの樹脂繊維を用いれば、成形性を良くすることができる。また、吸水性のあるレーヨンやコットン、パルプなどの繊維部材を含めば、気化フィルタの水なじみを向上させることができる。弾性、耐熱性などを得るために、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、アモルファス金属繊維などの高機能繊維を含んでも良い。
気化フィルタにおいて、第1基材、第2基材および連結繊維が、2種類以上の異なる繊維部材によって構成されている場合、その繊維部材の種類を選択することにより、吸水性や撥水性、柔軟性など、必要な箇所に必要な機能を持たせることができる。例えば、第1基材と第2基材はポリエステル繊維、連結繊維がコットン繊維で構成されていれば、三次元構造体は柔軟であり、任意の形状に成形することができる。また、コットン繊維は吸水性に優れるために、多くの水を保持することができる。ここで、吸水性とは、材料自身が内部に水を吸込む性質を表す。以後、吸水性と保水性という表現を併記するが、保水性とは、材料自身または材料が作り出す構造がその表面に水を保つ性質を表す。さらに、親水性とは吸水性または保水性を意味して使用している。すなわち、吸水性も保水性も親水性に含まれる。
また、コットン繊維は吸水性に優れるために、多くの水を保持することができる。気化フィルタの製造方法の一例としては、例えば、第1基材および第2基材を金属繊維によって形成することで形状を維持し、第1基材と第2基材とを、連結繊維として樹脂繊維を熱溶着することによって連結して製造することができる。また、第1基材および第2基材を、柔軟性をもつポリエステル繊維を編むことによって構成し、このような第1基材と第2基材とを、同じポリエステル繊維を編みこんで連結することもできる。
このように複数の開口を有する第1基材と第2基材とを複数の連結繊維で連結して形成された三次元構造体では、シートを波板成形して作成するハニカム構造体と比較して、その表面積が大きいという優位性がある。例えば、開口が一辺2mmの正六角形で、厚みが10mmの気化フィルタで比較すると、シート状では一面の表面積が20mmである。これに対して、一面を直径100μmの連結繊維20本で連結した三次元構造体では一面の表面積が約63mmとなり、ハニカム構造体の約3倍の表面積を得ることができる。
気化フィルタとして、三次元構造体を複数積層することにより、三次元構造体の内部に、第1基材および第2基材の表面同士が重なる部分が形成される。これにより、気化フィルタの厚み、すなわち表面と裏面の距離を増大した場合にも、気化フィルタが支えられ、形状および強度を維持することができる。また、重なりあう表面と裏面の開口の大きさを変えたり位置をずらしたりすることによって、空気の流れ方を制御することができ、圧力損失や加湿効率を変化させることができる。すなわち、フィルタ基材の積層構造においては、一方のフィルタ基材の開口と、他方のフィルタ基材の開口の少なくとも一部とが連通されるように、フィルタ基材が積層されていればよい。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態にかかる加湿装置30の概略断面図を図3に示す。図3に示すように、本第2実施形態の加湿装置30が備える気化フィルタ34は中空円筒形状を有している。具体的には、第1基材31が円筒外周面に位置し、第2基材32が円筒内周面に位置するようにフィルタ基材が円筒形状に形成されている。すなわち、第1基材31の開口31aと第2基材32の開口32aとが連通されて、円筒外周面と内周面とを連通する空気の通路が形成されるように、第1基材31と第2基材32とが複数の連結繊維33により連結されている。また、図3に示すように、給水装置の一例として水槽35が備えられており、円筒形状の中心軸を水平方向に配置された気化フィルタ34の下部が水槽35内の水に浸積されている。これにより、気化フィルタ34は、水槽35から自ら汲み上げた水を気化フィルタ34上に保持することができる。さらに、気化フィルタ34は、三次元構造体の表面に添着材を担持することにより微細な凹凸を形成しており、その凹凸によって水を保持した気化フィルタ34に、ファン16によって空気を通過させ、加湿空気を室内に送ることができる。
また、この円筒形状の中心軸を回転軸として気化フィルタ34を回転させることにより、気化フィルタ34全体に水を均一に供給することができる。その結果、長時間にわたって安定して加湿を行うことができる。また、気化フィルタ34の下部の一部を水槽35に浸漬しながら回転させれば、給水装置としてのノズルやポンプを設ける必要がなく、水槽35により水供給を行うことができる。また、円筒形状の気化フィルタ34を回転させる場合には、回転速度を変更することにより、気化フィルタ34上に保持する水の量を制御することもできる。気化フィルタ34の保水性や、サイズによっても最適な回転速度は変動するが、例えば、全体が親水性の直径100mmの気化フィルタでは、2rpm程度で回転させれば良い。円筒形状の気化フィルタは、中空でなくても良い。なお、本第2実施形態の加湿装置30では、円筒形状の気化フィルタ34を回転させることで、湿潤状態とさせる場合を一例として説明するが、このような場合に代えて、気化フィルタの回転を行わず、散水等の手法を用いて、気化フィルタに給水を行うような場合であってもよい。
また、三次元構造体が親水性であれば、給水した水が、気化フィルタ上に薄く広がるため、通過空気と水との接触効率が向上し、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。親水性加工の方法として、親水性材料を担持被覆すれば、三次元構造体の構成材料の性質に関わらず、気化フィルタを親水性に加工することができる。親水性材料を担持被覆する際の固定化には、バインダを用いても良い。バインダとしては、例えば、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、チタネート化合物、樹脂エマルジョンなどを用いることができる。また、親水性材料が、例えばゼオライトやシリカゲル、アルミナゲル、活性炭のように、不純物除去作用を持つものであれば、給水された水に含まれる不純物を気化フィルタ上で除去することができ、加湿には浄化された水を用いることができる。さらに、親水性材料が無機物質であれば、長期間にわたって気化フィルタを保護する作用を付与でき、高い耐久性を得ることができる。親水性無機材料としては、例えば、ゼオライトやシリカゲル、カオリン、セピオライト、珪藻土などの天然および合成鉱物、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るが、親水性を有するものであればこれらに限定するものではない。
気化フィルタが、フィルタ基材の表面に微細な凹凸を有するものであれば、繊維表面の微細な凹凸に水滴を保持することができ、連結繊維はより多くの水を保持することができる。その結果、通過空気と水との接触効率を高めることができる。ここで、微細な凹凸とは、100μm以下の深度を有するものであり、ただし深度0(ゼロ)は含まない。添着材がタルクのように撥水性の粒子であっても、粒子が担持されて形成する空隙に水を保持することが可能である。添着材が撥水性の場合は、内部まで水を吸込まず、表面にのみ存在する水を放出して加湿するので、加湿スピードが速いというメリットが得られる。また、添着材として、アクリルーコロイダルシリカ重合樹脂などの合成樹脂材料を用いれば、これを分散したエマルジョンを基材に塗布することにより、乾燥時には、シリカ粒子により凹凸が形成され、それを合成樹脂としてのアクリルがバインダとして働き固定化するため、容易に微細な凹凸を得ることができる。コロイダルシリカのサイズを変更すれば、凹凸の深度や孔径も可変である。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態にかかる加湿装置が備える気化フィルタ44の構造の一例を示す概略斜視図を図4に示す。図4に一例を示すように、気化フィルタ44のフィルタ基材としての三次元構造体45は、複数の開口41aを有する第1基材41と、複数の開口42aを有する第2基材42とを複数の連結繊維43にて連結して、開口41aと開口42aとを連通させて空気の通路が形成された構造を有している。また、第1基材41および第2基材42のそれぞれの開口41a、42aは、例えば六角形形状を有している。三次元構造体45は、開口41a、42aの最長対角線Aが2mm、厚みBが5mm、連結繊維43の径が1mm、連結繊維44がひとつの開口に対し18本設けられている。
開口の最長対角線Aが2mmより小さい場合、給水装置によって給水される水が、気化フィルタの開口に膜状になって開口をふさぐことがある。給水時の圧力損失の上昇を容易に抑制するためには、最長対角線Aを2mm以上にすれば良い。開口の具体的な形状としては、円形や多角形があるが、多角形の場合、すべての辺の長さが等しい正多角形であれば、そうでないものに比べ水が膜状になって開口をふさぐのを抑制しやすい。開口の形状はすべて同じでなくても良く、例えば、六角形と三角形を組み合わせて形成することも可能である。同様に、開口のひとつひとつのサイズについても、必ずしも均一にする必要はなく、必要に応じたサイズの組合せを選べばよい。
また、第1基材と第2基材との間隔であるフィルタ基材の厚みBが5mm以上であれば、連結繊維によって保持される水の量が加湿に必要な量と同等以上に得られるために、通過空気と水との接触効率を高めることができる。厚みBが5mmより薄い場合、気化フィルタ上に十分な水が存在せず、また、通過する空気が水と接触する時間が短いために、十分な加湿性能が得られない。
また、連結繊維の径が1mm以下であれば、空気の通路に対し繊維の占める体積を減らすことにより、空気の通路を確保することができる。また、1mmより太い繊維を使用するときに比べて、繊維の占める体積が同じ場合に、水を保持する表面積を増大することができるために、空気と水の接触効率を高めることができる。例えば、連結繊維の径が1mmのときと3mmのときとを比較すると、径1mmを20本使用するのと径3mmを2本使用するのとが空気の通路に対し繊維の占める体積としてはほぼ同じになる。このとき、水を保持する表面積としては、連結繊維の径が1mmのほうが、径3mmを使用する場合に比べて約3倍の面積を得ることができる。
また、連結繊維がひとつの開口に対し18本以上あれば、連結繊維がより多くの水を保持でき、通過空気と水との接触効率を高めることができ、高い加湿性能が得られる。三次元構造体45は、図4に示すように、第1基材41において隣接する開口41a同士が連なって配置されており、また、第2基材42においても隣接する開口42a同士が連なって配置されている。このとき、ひとつの開口41aあるいは42aに対して存在する連結繊維43は、各辺において隣り合う開口に共有されていることがある。ひとつの開口に対して存在する連結繊維の数え方としては、二辺で共有している場合にも半量と考えるのではなく、その開口に連結されているすべての連結繊維を数えるものとする。例えば、一辺に4本の連結繊維を有する正六角形の開口が連なっている場合、すべての辺は隣り合う開口に共有されているが、ひとつの開口に注目した場合には3本×6辺の計18本の繊維が存在していることになる。連結繊維の数は、開口のサイズによって変更すると良い。十分な加湿性能を得るためには、十分な保水量と空気流路の確保が必要である。例えば、開口の最長対角線が2mmでひとつの開口が連結繊維18本を有する場合は、保水量は十分だが圧力損失が高く空気の通過が困難である。このとき、連結繊維の密度は3.46本/mmである。一方、開口の最長対角線が5mmでひとつの開口が連結繊維18本を有する場合は、連結繊維の密度は0.55本/mmであり、保水量と圧力損失のバランスが良く加湿効率が向上する。
この密度を開口の最長対角線が2mmの場合に適用すれば、ひとつの開口に対して存在する連結繊維の数は3本となる。連結繊維は、同径のものを18本以上使用しても良いし、異なる径のものを混合して使用しても良い。例えば、径1mmの太い繊維5本と径0.05mmの細い繊維100本を組み合わせて使用すれば、太い繊維によって気化フィルタの形状を維持しつつ、細い繊維によって気化フィルタの表面積を増大させて、加湿効率を向上させることもできる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態にかかる加湿装置が備える気化フィルタの構成を示す概略斜視図(フィルタ基材の一部を示す図)を図5に示す。図5に示すように、開口51aを有する第1基材51と、開口52aを有する第2基材52とを、開口51aと開口52aとが連通されるように、複数の連結繊維53にて連結して、フィルタ基材となる三次元構造体55が形成されている。この三次元構造体55においては、第1基材51および第2基材52が繊維部材にて形成されており、連結繊維53を含めた繊維部材が、柔軟性のある樹脂繊維によって構成されている。また、連結繊維53を構成する樹脂繊維は、その表面に微細な凹凸を有する。
三次元構造体を構成する繊維部材が樹脂材料(樹脂繊維)により形成されていれば、気化フィルタを軽量化することができる。樹脂繊維の一例としては、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン、キュプラ、ナイロン、アクリルなどが挙げられる。また、例えばレーヨンのような吸水性のある樹脂を含めば、より多くの水を気化フィルタに保持させることができ、通過空気と水との接触効率を高めることができる。また、吸水性のない樹脂を含めば、保持した水を離しやすいために、その量を調節することにより気化フィルタ上の保水量を制御することができる。
また、三次元構造体を構成する繊維部材が柔軟であれば、フィルタの成形、加工が容易になる。また、弾性を兼ね備えた繊維部材を含めば、変形しても元に戻るという効果が得られる。
ここで、本第4実施形態の変形例にかかる気化フィルタの構造を示す概略斜視図(フィルタ基材の一部を示す図)を図6に示す。図6に示すように、開口61aを有する第1基材61と、開口62aを有する第2基材62とを、開口61aと開口62aとが連通されるように、複数の連結繊維63にて連結して、フィルタ基材となる三次元構造体65が形成されている。また、この三次元構造体65においては、図6に示すように、それぞれの連結繊維63が、柔軟性のある樹脂繊維を用いてらせん状に形成されている。すなわち、その一端が第1基材61に固定され、その他端が第2基材62に固定された状態の連結繊維63は、一端と他端との間で、例えば複数回旋回して形成されており、らせん形状を有している。このように連結繊維63がらせん状に形成されていることにより、通過空気と水との接触効率を高めながら、空気の通路を確保することができるとともに、連結繊維の表面積を増大してより多くの水を保持させることもできる。
また、連結繊維の表面に微細な凹凸を設ければ、繊維表面の微細な凹凸に水滴を保持することができる。これにより、連結繊維はより多くの水を保持することができることになり、通過空気と水との接触効率を高めることができる。ここで、微細な凹凸とは、100μm以下の深度をもつものをいう。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態にかかる加湿装置が備える気化フィルタについて説明する。本第5実施形態の気化フィルタは、フィルタ基材となる三次元構造体の形態(外観的な構造)は、上述の実施形態と同様な形態を有している。すなわち、開口を有する第1基材と、開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように、複数の連結繊維にて連結して、フィルタ基材となる三次元構造体が形成されている。本第5実施形態の三次元構造体においては、第1基材および第2基材が繊維部材にて形成されており、連結繊維が吸水性を有している。
連結繊維が吸水性を有すれば、連結繊維が水を保持することにより、通過空気はより多くの水と接触することができ、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる。吸水性のある繊維としては、例えば、コットンやレーヨンなどを用いることができる。また、吸水性のない樹脂や金属繊維の表面に、吸水性のある微細繊維や粒子などを付着させて用いることもできる。
気化フィルタが保水すると、水中の微生物が気化フィルタに付着する可能性があるが、気化フィルタが抗菌性または/および抗カビ性を有すれば、気化フィルタにおける菌やカビの繁殖を抑制することにより、気化フィルタを清潔に保つことができる。抗菌剤としては、銀・銅・亜鉛などの金属イオンを溶出するもの、それらの金属粒子や、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級アンモニウム塩類、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、ソルビン酸類等の薬剤や、リゾチーム、セルラーゼ、プロテアーゼ等の酵素製剤、カテキン類、竹抽出物、ヒノキ抽出物、わさび抽出物、からし抽出物等の天然成分抽出物などがある。また、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等も有効である。これらの成分を、編地を構成する繊維に練りこんでも良いし、編地を形成した後に塗布して含ませても良い。また、抗菌剤や防カビ剤は気化フィルタへの着色成分を含んでいても良い。例えば、抗菌作用を有する植物性色素を用いて緑色に着色したフィルタは、水道水中に含まれるスケール成分が付着した際にも、その色の違いから、使用者が汚れを容易に認識でき、洗浄を促す効果を得ることができる。抗菌剤や防カビ剤の成分以外で気化フィルタを着色した場合にも、汚れの認識効果を得ることができる。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態にかかる加湿装置70の概略断面図を図7に示す。図7の加湿装置70は、気化フィルタ74をベルト状に形成して、その下部の一部が水槽35内に浸積された状態のベルト状の気化フィルタ74を走行させることにより、気化フィルタ74全体に水を保持させて湿潤状態とさせるという構成を有している。具体的には、図7に示すように、第1基材71を外周面に位置させ、第2基材72を内周面に位置させるように、複数の連結繊維73にて連結されたフィルタ基材をベルト状に形成して三次元構造体である気化フィルタ74が形成されている。また、ベルト状の気化フィルタ74は、水平方向に配置された2本の軸76によりその内周面が接した状態で支持されている。また、気化フィルタ74の下方には水槽35が配置されており、気化フィルタ74の下部の一部が水槽35内の水に浸積されている。このような構成の加湿装置70にて、軸76を駆動させてベルト状の気化フィルタ74を走行(あるいは回転)させることにより、気化フィルタ74の一部を順次水槽35内に浸積させて、気化フィルタ74上に水を保持させることができる。さらにこのような状態にて、ファン16を駆動させて、気化フィルタ74の第1基材71および第2基材72の表面に対して垂直な方向に空気を通過、すなわち第1基材71の開口71aと第2基材72の開口72aとが連通されて形成された空気の通路に沿って空気を通過させて加湿空気が室内に送られる。
気化フィルタをベルト状にすることで、気化フィルタを薄型にすることができ、加湿装置をコンパクトにすることができる。また、気化フィルタ全体に水を均一に供給することができるため、長時間にわたって安定して加湿を行うことができる。
また、気化フィルタをベルト状にした場合、軸付近では気化フィルタが変形する。シートを波板成形して作成するハニカム構造体の場合には、厚みが増すほど形状保持性が増し、柔軟性がなくなるため、本第6実施形態のように気化フィルタをベルト状にすることは困難である。しかしながら、複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを連結繊維にて連結して形成される本第6実施形態の三次元構造体は、連結部分が繊維であるために変形しても元に戻るため好適である。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態にかかる加湿機能付き空気清浄機80の概略断面図を図8に示す。図8に示すように、加湿機能付き空気清浄機80は、上記第2実施形態の加湿装置30に対して、気化フィルタ34の空気流れ方向における上流側に空気浄化フィルタを設けた構成を有している。図8に示すように、空気浄化フィルタは、集塵フィルタ85と脱臭フィルタ86とを備えており、それぞれのフィルタ85および86は積層されて配置されている。
このような構成を有する加湿機能付き空気清浄機80では、ファン16を運転させることにより、集塵フィルタ85および脱臭フィルタ86を空気が通過して、浄化された空気が気化フィルタ34に送り込まれる。さらに、浄化された空気が、気化フィルタ34を通過することにより、浄化された加湿空気を得ることができ、この空気が室内に供給される。
加湿機構と空気浄化フィルタを備えた加湿機能付き空気清浄機は、空気を浄化するだけでなく、湿度を付与することができるために、空気調和装置として有用である。空気浄化フィルタとしての集塵フィルタを、空気の流れに対し気化フィルタの前段に配置すれば、気化フィルタにはつねに浄化された空気が導入されるために、気化フィルタが汚れにくいという利点がある。
なお、湿度の高い空間で装置を運転する場合には、気化フィルタ34への空気量をダンパ(空気調整弁:図示せず)の開閉などによって制御することにより、必要以上に空間の湿度を上昇させないようにしてもよい。
(第8実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態にかかる加湿装置が備える気化フィルタの構造を示す概略斜視図を図14に示す。図14に示すように、気化フィルタのフィルタ基材を構成する三次元構造体511は、略正六角形の複数の開口512を有する2枚の編地513、514と、それぞれの編地513、514を、間隔をあけて互いに連結する複数の連結繊維515とにより構成されている。なお、本第8実施形態では、編地513が第1基材の一例となっており、編地514が第2基材の一例となっている。この三次元構造体511の大きさの一例を示すと、例えば、開口512の最長対角線Aは5mm、三次元構造体511の厚みB、すなわち2枚の編地513、514の間隔Bは8mmである。連結繊維515には単繊維径55μm(330/10dtex)のポリエステルマルチフィラメントを使用している。このような三次元構造体511の構成例において、立体編物2.54cm角(すなわち、1インチ四方)の中に、一方の編地を構成する編目が310個存在し、ひとつの編目から20本の繊維束として収束した連結繊維515が、他方の編地を構成する編目に延在しており、一方の編地の編目と他方の編地の編目とが、連結繊維515により連結されている。また、2.54cm角にある連結繊維515の断面の総周は1071mmである。
ここで、図14の三次元構造体511の模式部分拡大斜視図を図15に示す。図15においては、編地513の複数の開口512のうちの1つの開口512を形成(画定)する開口形成部521と、編地513の開口512と相対する編地514の開口512を形成(画定)する開口形成部522との複数の連結繊維515による連結構造を模式的に示している。なお、図15においては、以降の説明の理解を容易なものとするために、編地513、514および連結繊維515の一部を実線にて示し、一部を点線にて示している。
図15に示すように、開口形成部521は、繊維部材が編み込まれて形成された大略環状の形状を有しており、複数の編目523を有している。開口形成部522は、開口形成部521と略同様な形状を有しており、複数の編目524を有している。また、一方の編地513の開口形成部521が有する複数の編目523のうちのひとつから、例えば4本の束状の連結繊維515が、他方の編地514の開口形成部522が有する編目524に延在して、対向する2つの開口形成部521、522が互いに連結されている。一方の開口形成部521の1つの編目523から、他方の開口形成部522の編目524へ延在する連結繊維515の束は、例えば、4本以上50本以下であればよい。また、開口形成部521、522において、必ずしも全ての編目523、524が連結繊維515の束により連結されている必要はなく、少なくとも1つの編目523と編目524とが連結されていればよい。また、図15に示す連結構造では、1つの編目523から延在する4本の束状の連結繊維515は、複数の編目524に分散するように連結されている。このような構造を採用することで、隣接する連結繊維515間に形成される間隙525の面積を大きくすることができる。なお、このような場合に代えて、1つの編目523から1つの編目524に4本の連結繊維515が連結されるような構成を採用することもできる。
また、図15に示す三次元構造体511では、互いに連結される開口形成部521の編目523と開口形成部522の編目522との間の距離寸法(図14に示す例えば、三次元構造体511の厚みB)よりも、これらの編目521、522を連結する連結繊維515の長さが長くなるように設定している。このようにすることで、図15に示すように、連結繊維515を曲線状の形態とすることができ、隣接する連結繊維515間に形成される間隙525を大きくすることができ、間隙525の間に保持される水の保持量を大きくすることができる。さらに、このように連結繊維515を曲線状の形態とすることで、開口形成部521、522を連結することで形成される2つの開口512間の空気通路を曲線的な通路とすることができる。この通路が直線的に形成される場合と比べ、2枚の編地間隔、すなわち厚みBが同じであっても、空気と保持水との接触時間を長く得ることができる。また、開口形成部521を構成する編目523のうちのひとつから4本以上の連結繊維515が延在している構成において、連結繊維515の曲率を少しずつ変化させることで、水保持量を増やすことができる。例えば、硬さの異なるポリエステルとナイロンを束ねて連結繊維515とすることにより、曲率を変化させることができる。ただし、隣り合う連結繊維515同士の間隔が、その円弧においてもっとも離れた位置で3mmより広くなるような配置では、水の保持は困難になることを考慮して、連結繊維の曲線状の形態を決定することが好ましい。
このような三次元構造体511の構成において、開口形成部521を構成する編目523のうちのひとつから4本以上50本以下の束の連結繊維515を他方の編目524に延在させる方法としては、連結繊維515にマルチフィラメントを用いる方法、あるいは複数本のモノフィラメントを束ねて用いる方法がある。モノフィラメントを複数本束ねて用いる場合には、マルチフィラメントを用いる場合に比べ、表面積が少なく、水と通過する空気との接触効率が劣るが、形状安定性に優れたフィルタ基材を得ることができるという効果を得ることができる。このとき、単繊維の断面の外周が45μm以上のマルチフィラメントを用いれば、束状に存在する単繊維間に水を保持し、より多くの水を保持することができるとともに、適度な反発力と強度を有し、表面と裏面の距離、すなわち厚みを安定的に保つことができ、かつ形状安定性にも優れたフィルタ基材を得ることができる。また、モノフィラメントとマルチフィラメントを混在させて束ねて使用しても良い。その場合には、マルチフィラメントの配合割合を変化させることにより、強度と水保持量のバランスを調整することができる。例えば、マルチフィラメントを増加させれば、単位体積あたりの繊維原材料の使用量を同等に保ちながら、フィルタ基材全体の表面積を増加させることができ、高効率で経済性に優れたフィルタ基材を得ることができる。連結繊維の単繊維の断面形状は、丸、三角、四角、扁平、多角形、多葉形、中空、W型、I型などが挙げられる。連結繊維によって形成される間隙525に水を保持する構成であれば、例えば編地が撥水性であった場合でも、表面に水を付着させることなく連結繊維間に水を保持させることもできるために、低い圧力損失を維持しながら、十分な水量を保持することができる。
また、連結繊維515が4本以上50本以下の束として設けられていれば、図24の模式図に示すように、複数の連結繊維515が近接して少なくとも4本以上の束になって並ぶために、繊維表面への付着に加えて、毛細管現象によって繊維間(すなわち間隙525)にも水を保持することができる。単繊維の表面のみに水を付着させて保持する場合に比べ、より多くの水を保持できる。同時に、表面積を増加させることにより、水と通過する空気との接触効率を増加させることができる。
連結繊維555が50本より多い場合、図25の模式図(比較例)に示すように、水保持量が過剰となる場合があり、空気導入時の圧力損失の増大につながるおそれがある。また、保持された水が繊維束の体積以上の大きさをもつ滴になりやすく、このような場合にあっては十分な気液接触面積が得られないため、連結繊維の収束数は50本以下であることが望ましい。なお、図24および図25では、繊維間に保持される水Wを図示ハッチング模様にて示している。
開口512に水が膜を形成すると、開口512に空気を導入する際の圧力損失が急激に増大するため、開口512は水によってふさがれにくい形状またはサイズを選択するのが良い。
開口512の形状としては、三角形や四角形、六角形などの多角形であれば、編地513、514において同じ形状およびサイズの開口を連続して設けることができ、編地における開口の配置としてはもっとも効率的である。また、例えば同じ四角形であっても、長方形やひし形の開口に比べ、正方形の開口は対向する辺のすべてがもっとも離れた配置になるため、液膜の形成を避けることができる。
開口512のサイズは、最長対角線Aが3mm以下の場合、保持した水が膜を形成して開口をふさぐことがあるため、水保持時の圧力損失上昇を抑えるためには、最長対角線Aを3mmより大きくすればよい。
また、三次元構造体511の厚みBが2mm以上であれば、厚み部分に存在する連結繊維515によって保持される水量が十分に得られる。また、このような大きさに厚みBが設定されていれば、開口512に空気を通過させる際には、通過する空気と保持された水との十分な接触時間が得られるため、例えば水を気化させる用途においては、三次元構造体511からの水の気化量を増大することができる。また、空気を水に溶解する用途においては、その溶解量を増大することができる。なお、通過空気が三次元構造体511を通過する際の面風速は5m/sec以下とするのが良い。面風速が5m/secより速い場合には、水が液体のまま飛散する恐れがある。
三次元構造体511が保持する水量は、1.45g/g以上2.55g/g以下が良い。立体編物の単位重量(すなわち三次元構造体511の乾燥状態での単位重量)あたりの水保持量が1.45g/gより少ない場合には、例えば水を気化させる用途においては、開口512から導入する空気に対し、十分な量の水を気化させることができない。また、通過空気を三次元構造体511に保持されている水に溶解する用途においては、必要な水量を保持することができない。一方、水保持量が2.55g/gより多いときには、保持された水が繊維束の体積以上の大きさをもつ滴になりやすく、十分な気液接触面積が得られない。同時に、保持水自身が圧力損失の原因となりうるため、空気を通過させるために過剰なエネルギが必要になる。水保持量が1.45g/g以上2.55g/g以下であれば、十分な水保持量を得ても圧力損失が低く、かつ十分な気液接触面積が得られるため、効率が良い。
また、水保持状態において、空気を、2枚の編地513、514の開口512に対して垂直に面風速V(m/sec)で導入した際、単位厚みあたりの圧力損失P(Pa/mm)は(0.64×V−0.28×V)<P<(1.53×V+0.52×V)の範囲にあるのが良い。単位厚みあたりの圧力損失Pが(0.64×V−0.28×V)より小さい場合、水を保持した三次元構造体511と空気との接触面積が小さいために、水と空気が十分に接触しない。また、単位厚みあたりの圧力損失Pが(1.53×V+0.52×V)より大きい場合、空気を通過させることが困難となり、水を保持することはできても水と空気との接触効率が著しく低下する。または、空気を通過させるために過大なエネルギの投入が必要となる。ここで、水と空気が十分に接触できるフィルタ基材とは、例えば、任意の風速において、温度20℃湿度40%RHの空気に対し、湿度を60%RHまで上昇させることができるものなどである。
編地513、514を構成する繊維および連結繊維としては、ポリエステル、ナイロン、アクリル等の合成繊維、羊毛、綿等の天然繊維、あるいはキュプラ等の再生繊維など、各種材質を用いることができる。繊維の材質を選択することにより、例えばた、ポリエステルなど硬質の繊維を用いた場合には、開口512の形状や厚み、三次元構造体511の形状を維持することが容易となる。また、連結繊維515に吸水性の繊維として綿を用いた場合には、水保持量を増やすことができる。編地513、514を構成する繊維および/または連結繊維が合成繊維を含めば、三次元構造体511の軽量化や耐久性の向上が期待できる。ポリエステルなど、それ自身にほとんど吸湿性のない繊維を用いれば、繊維間に保持した水を放しやすいために、水を気化させる用途においては、三次元構造体511からの水の気化速度を高めることができる。同時に、水を必要なところにだけ供給できるため、汚れを伝播しにくく、三次元構造体511を清潔に保つことができる。吸水性の有無については、JISL0105に定められる方法で測定した公定水分率にて判断すれば良い。例えば、公定水分率が5.0%以下の繊維は吸水性がないものとすれば、ポリエステル(0.4%)やアクリル(2.0%)、ビニロン(5.0%)などが挙げられる。また、公定水分率が5.0%より大きいものを、吸水性を有する繊維とすれば、例えば綿(8.5%)、アセテート(6.5%)、セルロース(11.0%)などが挙げられる。
(第9実施形態)
次に、本発明の第9の実施形態にかかる加湿装置が備える気化フィルタの概略斜視図を図16に示す。なお、図16においては、気化フィルタのフィルタ基材を構成する三次元構造体531の一部断面も示している。図16に示すように、本第9実施形態の三次元構造体531は、上記第8実施形態の三次元構造体511を2枚重ね、これらの2枚の三次元構造体511を円筒形状に成形したものである。すなわち、図16に示すように、円筒外面には、複数の開口512が配置されており、これらの開口512を通して、円筒の内外に空気を通過させることが可能とされている。なお、本第9実施形態において、上記第8実施形態と同じ構成部材には、同じ参照符号を付してその説明を省略する。
フィルタ基材は、必ずしもブロック状やシート状である必要はなく、立体編物を重ねたり、様々な形状に成形したりするのも良い。複数の立体編物を重ねてフィルタ基材とする場合には、厚みの内部に、編地の重なる部分が形成されることにより、フィルタ基材の厚み、すなわち2枚の編地間距離を増大した場合にも、フィルタ基材が支えられ、連結繊維を長くして厚みを増す場合に比べ優れた形状および強度を維持することができる。また、重なりあう編地の開口のサイズを変えたり位置をずらしたりすることによって、空気の流れ方を制御することができ、圧力損失を変化させることもできる。
また、フィルタ基材の形状としては、図16に示すように、例えば円筒形状であれば、それを回転させることにより、水を全体に均一に保持させることが容易になる。水は、三次元構造体(フィルタ基材)531を水槽に浸しながら毛細管現象により自然に吸上げ供給しても良いし、回転して自ら水を汲み上げ掛けて供給しても良いし、また、周囲から散布しても良い。
また、表面には水保持性を向上させるための加工を施しても良い。例えば、親水性の加工方法としては、PEG(ポリエチレングリコール)を、立体編物を構成する繊維の表面に塗布するなどの方法がある。
また、フィルタ基材は抗菌剤または/および抗カビ剤を含んでいても良い。これらは繊維の製造段階で練りこんでも良いし、編地に塗布しても良い。これにより、フィルタ基材がつねに湿った状態に保たれても菌やカビの繁殖を抑制し、フィルタ基材を清潔に保つことができる。
(実施例1)
直径0.69mmの針金を用いて、対角線長を任意に選択した正方形を作成することによって三次元構造体の開口(すなわち、第1基材あるいは第2基材の開口)モデルを作成した。同時に、親水性シリコンを塗布して親水性に加工した同径の針金、および、フッ素樹脂を塗布して撥水性に加工した同径の針金でも、同様の正方形状の開口モデルを作成した。これらの正方形状の開口モデルを、水に浸漬したときに、水膜が形成されるかどうか、また、水膜が形成された場合には、その水膜の壊れやすさを、水膜強度として評価した。
その結果の一例を、図9に示す。図9に示すグラフにおいて、縦軸は水膜強度を表す。このとき、水膜強度とは、0:水膜ができない、1:すぐに消える、2:風を与えれば消える、3:強い風を与えないと消えない水膜を示す。無処理の針金では、対角線長が11mm以下の場合に、水膜強度3の強い風を与えないと消えない水膜が形成された。一方、親水性や撥水性処理を施した針金では、無処理の場合に比べて水膜は形成されにくく、どちらも対角線長が2mm以上であれば、水膜強度2以下であった。また、直径0.49mmの針金を用いた場合でも、同様に、親水性や撥水性の処理を施せば、対角線長が2mm以上のときに水膜強度は2以下であった。このことから、気化フィルタを構成する三次元構造体の開口は、その対角線が2mm以上であれば、水が膜状になって開口をふさぐことがないために、給水時の圧力損失の上昇を抑制することができるといえる。
(実施例2)
開口を有する第1基材と開口を有する第2基材とを連結して形成される三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタに空気を通過させ、気化フィルタ通過後の空気の相対湿度を測定し、加湿性能として評価した。サンプルには、開口の最長対角線が5mmの正六角形で、厚みが10mm、20mm、30mmとした三次元構造体を用いた。
その結果の一例を、図10に示す。図10に示すグラフにおいて、縦軸は気化フィルタ通過後の空気湿度、すなわち加湿性能を表す。加湿性能は、気化フィルタの厚みを増す、もしくは通過空気の風速を低減することにより、空気と気化フィルタ上の水との接触時間を長くすることができるため向上する。ただし、風速を低減していくと、気化フィルタの体積が一定の場合には風量が減少するため、加湿装置としての加湿性能、すなわち一定時間あたりの加湿量が減少することになる。よって、風速を低減するには限界があり、加湿装置としては、気化フィルタの厚みが重要なパラメータとなる。風速を変化させたときにも気化フィルタ通過後に60%以上の空気湿度を得るためには、5mm以上の厚さとするのが良い。
(実施例3)
フィルタ基材である三次元構造体の表面に微細な凹凸を設けた2種類の気化フィルタおよび凹凸を設けていない気化フィルタを作成した。
(A)アクリルーコロイダルシリカ重合樹脂エマルジョンを塗布、乾燥して三次元構造体表面に深度0.1μm程度の凹凸を設けた気化フィルタ
(B)アクリルーコロイダルシリカ重合樹脂エマルジョンをバインダとして、5μmのタルク粉末を三次元構造体表面に固定化し、気化フィルタ(A)の凹凸に深度5μm程度の凹凸を加えた気化フィルタ
(C)表面に加工を施していない三次元構造体基材を円筒形に成形した気化フィルタ
これら(A)、(B)、および(C)の気化フィルタを、上記第5実施形態に示した加湿装置に搭載し、それぞれの気化フィルタの加湿性能を測定した。結果は、加湿効率(一定空気量あたりが含む湿分)として表1に示す。凹凸を設けていない無処理フィルタ基材(C)に対して、(A)および(B)の気化フィルタのように凹凸が増大するほど加湿効率も向上することがわかる。
(実施例4)
最長対角線5mmの略正六角形の開口を有する2枚の編地を構成する編目のうちのひとつから4本以上の連結繊維が延びている三次元構造体であるフィルタ基材について、編目の大きさの制約から、その連結繊維の単繊維径および繊維量を変動させたフィルタ基材を作成した。ひとつの編目から延在する連結繊維の本数としては、4本、10本、12本、24本、36本、48本の6種類とし、連結繊維の本数の多いフィルタ基材は、単繊維径を小さく、連結繊維の本数の少ないフィルタ基材は、単繊維径を大きくした。フィルタ基材の厚みはすべて8mmである。各フィルタ基材がつねに湿った状態に保たれるよう連続的に水を供給しながら、温度20℃湿度40%RHの空気を、フィルタ基材に対し面風速0.86m/sec、1.55m/sec、2.07m/secで導入し、水を気化させ、フィルタ基材(気化フィルタ)通過後の空気の相対湿度および圧力損失を測定した。その結果を図17に示す。
図17に示すグラフにおいて、縦軸はフィルタ基材通過後の空気の相対湿度、横軸はフィルタ基材の圧力損失である。いずれの面風速においても、フィルタ基材通過後の空気の相対湿度は圧力損失に対して放物線を描き、放物線における圧力損失が低い領域と高い領域に60%RH以上の湿度が得られない領域を有する。水を気化させる用途において、湿度が60%RHより低い空気は、通過させる空気量を大幅に増大させなければ十分な量の水を気化させることができないため、決して加湿性能が高いとはいえない。圧力損失が低い領域では、水を保持したフィルタ基材と通過する空気との接触面積が十分に得られない、または水が十分に保持されていないために十分に水を気化させることができない。また、圧力損失が高い領域では、水を保持しすぎるために通過する空気との接触面積が十分に得られない、または空気を導入することが困難となるために十分に水を気化させることができない。この結果から、図17における放物線が、フィルタ基材通過後の湿度60%RHの直線と交わる2点が、湿度60%RH以上の空気を得ることのできる境界であり、すなわち、この2点が、フィルタ基材に保持された水と通過空気との十分な接触面積を得るために必要な圧力損失の下限値および上限値となる。
これらは図18に示すように、面風速に対して二次曲線を描く。図18における縦軸は、図18における圧力損失の値をフィルタ基材の厚みで除した値であり、単位厚みあたりの圧力損失として表したものである。十分に水を気化させるためには、水の圧力損失は図18中の矢印で示すような圧力損失の上限と下限の間の領域にあれば良く、具体的には2枚の編地の開口に対して空気を面風速V(m/sec)で垂直に導入した際の水保持時の単位厚みあたりの圧力損失P(Pa/mm)が(0.64×V−0.28×V)<P<(1.53×V+0.52×V)の範囲であれば良い。
(実施例5)
連結繊維がマルチフィラメントであり、かつ編地の開口形状が略正六角形である三次元構造体としてのフィルタ基材について、そのマルチフィラメントの単繊維径および開口の最長対角線を変動させたフィルタ基材を作成した。水保持材の厚みはすべて8mmである。各フィルタ基材を10cm×10cmの大きさに切断し、全体を水槽に30秒間浸漬した後、フィルタ基材の角を持って静かに引き上げ、引き上げから30秒経過後の水保持量を測定した。また、これらの水保持材に面風速1m/secで温度20℃湿度40%RHの空気を流したときの、フィルタ基材通過後の空気の相対湿度を測定し、これを水気化量として、水保持量との関係を評価した。
図19にその結果を示す。図19に示すグラフにおいて、縦軸はフィルタ基材通過後の空気の相対湿度すなわち水気化量を示し、横軸はフィルタ基材の水保持量を示す。水保持量が増加し、その量が過剰になると、水は滴となって圧力損失の上昇原因となる。同時に、連結繊維上に過剰な水が存在するために、連結繊維の表面積が活用されず、流れる空気と接触する面積は水滴の表面積となるため、結果として、水の気化量も減少する。反対に、水保持量が減少すれば、流れる空気が含むことのできる水量に対し、フィルタ基材上の水量が不足し、十分な水の気化量が得られない。十分な水気化量、すなわち温度20℃湿度40%RHの空気をフィルタ基材に通過させ湿度60%RH以上の空気を得るためには、立体編物の単位重量あたりの水保持量が1.45g/g以上2.55g/g以下であることが望ましい。
(実施例6)
上記第8実施形態の三次元構造体511に水を保持させ、開口512に対し面風速1m/secで温度20℃湿度40%RHの空気を流したときの、フィルタ基材通過後の空気の相対湿度および圧力損失を測定した。フィルタ基材は、最長対角線5mmの略正六角形の開口を有する2枚の編地を、単繊維径の異なるマルチフィラメントで連結したもので、連結繊維が空間に占める総体積は同等とした。つまり、単繊維径の小さいマルチフィラメントは、繊維数が多く、単繊維径の大きいマルチフィラメントは繊維数が少ないことになる。単繊維径としては、15μm、16μm、18μm、55μm、127μmの5種類を用いた。
その結果を、図20に示す。図20に示すグラフにおいて、左縦軸はフィルタ基材通過後の空気の相対湿度、右縦軸は水保持時のフィルタ基材の単位厚みあたりの圧力損失、横軸はマルチフィラメントの単繊維の断面の外周を示す。図20のグラフ中の黒四角印はフィルタ基材通過後の空気の相対湿度の測定結果を示し、白三角印は圧力損失の測定結果を示す。マルチフィラメントの外周が45μmより小さい場合には、繊維間に保水はできるものの、その保水量が過剰であり、水は滴となって圧力損失の上昇原因となる。同時に、連結繊維上に過剰な水が存在するために連結繊維の表面積が活用されず、流れる空気と接触する面積は水滴の表面積となるため、結果として、水の気化量も減少する。また、マルチフィラメントの単繊維径が小さくなれば、弾力性も減衰していく。一方、マルチフィラメントの外周が450μmより大きい場合には、表面積が小さいために、十分な気液接触面積が得られない。また、編物の反発性が得られにくくなり、フィルタ基材を例えば円筒形状にするなどの成形が困難になるため、フィルタ基材の厚みおよび形状を維持し、かつ低い圧力損失と水気化量を両立するためには、マルチフィラメントの単繊維の断面の外周は45μm以上450μm以下であることが望ましい。
(実施例7)
フッ素樹脂を塗布して撥水性に加工した直径0.69mmの針金を用いて、対角線長を任意に選択した正方形を作成し、この正方形状の針金を、擬似的に編地の開口と見なして、開口のサイズと水膜の形成との関係を評価した。具体的には、これらの正方形状の針金を、水に浸漬したときに、水膜が形成されるかどうか、また、水膜が形成された場合には、その水膜の壊れやすさを、水膜強度として評価した。
その結果の一例を、図21に示す。図21に示すグラフにおいて、縦軸は水膜強度を表す。このとき、水膜強度とは、0:水膜ができない、1:すぐに消える、2:風を与えれば消える、3:強い風を与えないと消えない水膜を示す。撥水性処理を施した針金では、水膜は形成されにくく、対角線長が5mm以上のとき、水膜強度2以下であった。また、直径0.49mmの針金を用いた場合でも、同様に、撥水性の処理を施せば、対角線長が5mm以上のときに水膜強度は2以下であった。これらのデータから、フィルタ基材の編地の開口は、その対角線が3mmより大きければ、水が膜状になって開口をふさぐことがないために、水保持時の圧力損失の上昇を抑制することができるといえる。また、最長対角線が12mm以下であれば、保持された水に接触せずに通過する空気の量を低減することができ、水を保持した保持材と、開口から導入する空気との接触効率を高めることができる。
(実施例8)
上記第8実施形態の三次元構造体511に水を保持させ、開口512に対し温度20℃湿度40%RHの空気を面風速1m/secおよび2.5m/secで流したときの、フィルタ基材通過後の空気の相対湿度を測定した。フィルタ基材は、最長対角線5mmの略正六角形の開口を有する2枚の編地を、単繊維径55μmの繊維を10本束ねたポリエステルマルチフィラメントで連結したものであり、厚みを4mm、6mm、8mmと変化させた。
その結果を図22に示す。図22に示すグラフにおいて、縦軸はフィルタ基材通過直後の空気の相対湿度、すなわち、加湿性能を示す。加湿性能は、フィルタ基材の厚みを増す、もしくは通過空気の風速を低減することにより、空気とフィルタ基材上の水との接触時間を長くすることができるため向上する。ただし、フィルタ基材が風を受ける面積が一定の場合には、風速を低減していくと風量が減少するため、水を気化させる用途においては、一定時間あたりの水気化量が減少することになる。よって、この場合には、風速を低減するには限界があり、フィルタ基材の厚みが重要なパラメータとなる。風速を変化させたときにもフィルタ基材通過後に60%RH以上の空気の相対湿度を得るためには、2mm以上30mm以下の厚みとするのが良い。好ましくは4mm以上20mm以下の厚みが良い。
(実施例9)
最長対角線5mmの略正六角形の開口を有する2枚の編地を、単繊維径55μmの繊維を10本束ねたポリエステルマルチフィラメントで連結し、厚みを4mm、6mm、8mmと変化させたフィルタ基材、および最長対角線を5mm、6mm、7mmと変化させた略正六角形の開口を有する2枚の編地を、前記マルチフィラメントで連結し厚みを8mmとしたフィルタ基材を作成した。これらのフィルタ基材に水を保持させ、開口に対し面風速1m/secで空気を流したときの、圧力損失を測定した。
その結果を図23に示す。図23に示すグラフにおいて、左縦軸は厚み、右縦軸は開口の最長対角線、横軸は圧力損失を示す。図23のグラフ中の黒四角印は厚みを示し、白丸印は開口の最長対角線を示す。空気の圧力損失を増減させるパラメータのうち、厚みは開口の最長対角線に比べて影響が小さいことがわかった。これは、圧力損失は主に2枚の編地の開口のサイズによって支配され、連結繊維の長さの影響は少ないということである。開口のサイズを増大すれば、導入空気の通路が確保されるため、圧力損失は顕著に低減する。しかし、実際には保持水との接触効率も低減するため、開口のサイズを大きく増加させることにより低圧力損失を実現することは、フィルタ基材の用途として適当でない。一方、連結繊維の長さが圧力損失に与える影響は小さく、フィルタ基材の厚みを増して連結繊維の長さを延ばした場合には、圧力損失は増大させずに十分な水保持量を得ることができ、かつ導入空気との接触効率も高めることができる。これらのことから、十分に水を保持しても圧力損失が低く、かつ水と空気との接触面積が大きいフィルタ基材を得るためには、厚みは増大し、かつ開口の最長対角線は小さくすることが望ましいといえる。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
2007年5月21日に出願された日本国特許出願No.2007−133724号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容、並びに、2008年1月24日に出願された日本国特許出願No.2008−013318号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
気化フィルタ上にスケールが析出しても加湿能力を維持することができ、また、通過する空気と気化フィルタ上に存在する水との接触効率を高めることができるために、コンパクトでも高い加湿性能を得ることができる加湿装置および加湿機能付き空気清浄機が提供でき、家庭用および業務用加湿機、空気調和装置などへの用途にも適用できる。

Claims (23)

  1. 複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、
    気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、
    湿潤したフィルタ基材に対して空気を送り、連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより加湿空気を送り出す送風装置とを備える、加湿装置。
  2. 1つのフィルタ基材の開口と、別の1つのフィルタ基材の開口の少なくとも一部とが連通されるようにそれぞれのフィルタ基材が積層されて、三次元構造体が形成される、請求項1に記載の加湿装置。
  3. 第1基材および第2基材が、1種類以上の繊維部材により形成されている、請求項1に記載の加湿装置。
  4. 気化フィルタのフィルタ基材が、2種類以上の異なる繊維部材により形成されている、請求項1に記載の加湿装置。
  5. 繊維部材は樹脂材料により形成されている、請求項3または4に記載の加湿装置。
  6. 連結繊維は、第1基材および第2基材よりも高い柔軟性を有している、請求項1に記載の加湿装置。
  7. 連結繊維が吸水性を有する、請求項1に記載の加湿装置。
  8. 連結繊維が保水性を有する、請求項1の記載の加湿装置。
  9. 連結繊維の表面に凹凸が形成されている、請求項1に記載の加湿装置。
  10. 連結繊維の表面に添着材を担持させることにより、凹凸が形成されている、請求項9に記載の加湿装置。
  11. 添着材が撥水性を有する、請求項10に記載の加湿装置。
  12. 第1基材の開口を画定する部分と、第2基材の開口を画定する部分とが、連結繊維により連結され、
    フィルタ基材において、1つの開口に対して連結繊維が3本以上ある、請求項1に記載の加湿装置。
  13. フィルタ基材において、1つの開口に対して連結繊維が18本以上ある、請求項12に記載の加湿装置。
  14. 連結繊維の直径が1mm以上である、請求項1に記載の加湿装置。
  15. 第1基材および第2基材の開口が略円形状または多角形状に形成され、その直径または最長対角線が2mm以上である、請求項1に記載の加湿装置。
  16. 第1基材および第2基材の開口が、略円形状または正多角形状に形成されている、請求項1に記載の加湿装置。
  17. 第1基材の開口と第2基材の開口との距離であるフィルタ基材の厚みが、5mm以上である、請求項1に記載の加湿装置。
  18. 送風装置は、第1基材および第2基材の表面に対して垂直な方向に空気を送る、請求項1に記載の加湿装置。
  19. 気化フィルタが親水性を有する、請求項1に記載の加湿装置。
  20. 気化フィルタが抗菌性または/および抗カビ性を有する、請求項1に記載の加湿装置。
  21. 第1基材が円筒外周面に位置し、第2基材が円筒内周面に位置するように、フィルタ基材が円筒形状に形成され、
    給水装置は、水平方向に配置された円筒形状の中心を回転軸として回転されるフィルタ基材の下部を浸積させる水槽を備える、請求項1に記載の加湿装置。
  22. 第1基材がその外周面に位置し、第2基材がその内周面に位置するように、フィルタ基材がベルト状に形成され、
    給水装置は、走行駆動されるベルト状のフィルタ基材の一部を浸積させる水槽を備える、請求項1に記載の加湿装置。
  23. 複数の開口を有する第1基材と複数の開口を有する第2基材とを、互いの開口が連通されるように複数の連結繊維にて連結して形成された三次元構造体をフィルタ基材とする気化フィルタと、
    空気を浄化する空気浄化フィルタと、
    気化フィルタに水を供給して、フィルタ基材を湿潤させる給水装置と、
    空気浄化フィルタを通過させて浄化された空気を湿潤したフィルタ基材に送り、フィルタ基材において連通された開口に空気を通過させて、気化フィルタより浄化された加湿空気を送り出す送風装置とを備える、加湿機能付き空気清浄機。
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