JP2012078071A - 気化式加湿器 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿エレメントの表面だけでなく内部までも確実に殺菌することが可能な気化式加湿器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる気化式加湿器１１０の構成は、通風路１０２ｃ内に配置され、加湿用水を保持する多孔質材料からなるフィン１１２ａが充填された加湿エレメント１１２と、加湿エレメントに加湿用水を供給する給水手段１１８と、加湿エレメントにマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段１１４と、を備え、フィンには、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水を気化させて空気の加湿を行う気化式加湿器に関するものである。

クリーンルームや工場の生産ライン等では、室内空間の温度および湿度を所定温度および所定湿度に保つために空気調和機（外気のみを処理して送風する空調機は外気調和機と称されることもある。以下、「空調機」と称する。）が設置されている。かかる空調機には、室内空間の湿度を所定湿度に調節するために加湿器が設けられている。加湿器は方式によって、気化式加湿器、蒸気式加湿器、水噴霧式加湿器に大別される。これらの中でも、気化式加熱器は、火気を用いないため火災のおそれが生じず、また高い加湿効率を得ることができるので、工場等に設置される空調機に導入する加湿器として最も好適である。

気化式加湿器は、空気の顕熱を水の潜熱に代えることにより常温の水を蒸発させ、加湿を行う。詳述すると、気化式加湿器には、微細な空孔を多数有する多孔質材料からなるフィンが充填された加湿エレメントが設けられており、加湿エレメントのフィンは、給水手段により供給された加湿用水を自体が有する空孔に保持する。そして、空調機に供給された空気が気化式加湿器の加湿エレメントを通過することで、保持された加湿用水が気化し、空気の加湿が行われる。

上述したように、加湿器の運転中、加湿エレメントには加湿用水がほぼ常時供給されている。このため、加湿エレメントのフィンは常に湿潤しており、細菌が増殖しやすい状態となる。そこに、外気または循環空気等の給気や、滴下水、加湿用水から細菌が持ち込まれ、フィンにおいて細菌が増殖してしまうと、加湿エレメントを通過した空気に細菌が含まれ、空気と共に細菌が室内に送出されるおそれがある。

そこで、気化用部材（加湿エレメント）に紫外線を照射するための紫外線ランプを設ける技術が開示されている（特許文献１）。特許文献１によれば、紫外線の殺菌効果により気化用部材を清潔に保つことができ、また紫外線ランプを気化用部材の近くに配置すれば、紫外線ランプが発する熱により気化用部材からの水蒸気の放出を促進することが可能となるとしている。更に、紫外線を照射することにより気化用部材の親水性の向上、ひいては加湿器の加湿効率の向上を図ることも可能であるとしている。

特開２００３−２４０２８３号公報

しかし、特許文献１のように紫外線を用いた場合、加湿エレメントにおける、紫外線が照射される側の表面は十分に殺菌することができるが、その内部にまで紫外線が到達しないため内部の殺菌が不十分になるおそれがある。内部にまで紫外線が十分に到達するようにするためには、紫外線ランプの紫外線強度を高めればよいものの、これによって紫外線ランプの消費電力が増大してしまう。また紫外線ランプの紫外線強度を高めると、紫外線ランプから近い位置、すなわち紫外線が照射される側の表面において不必要に大量の紫外線が照射されることとなり、非効率的である。

本発明は、このような課題に鑑み、加湿エレメントの表面だけでなく内部までも確実に殺菌することが可能な気化式加湿器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる気化式加湿器の代表的な構成は、通風路内に配置され、加湿用水を保持する多孔質材料からなるフィンが充填された加湿エレメントと、加湿エレメントに加湿用水を供給する給水手段と、加湿エレメントにマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、を備え、フィンには、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されていることを特徴とする。

マイクロ波照射手段からのマイクロ波が加湿エレメントに照射されると、加湿エレメントに充填されているフィンに保持されている加湿用水（水）が発熱する。加湿用水は加湿エレメントの表面だけでなく全体に浸潤している（保持されている）ため、加湿エレメント全体（フィン全体）が高温になって殺菌される。特に、フィンにマイクロ波吸収体を塗布、含浸、蒸着または混練させる（以下、これらを含有と総称する。）ことで、フィンに保持されている加湿用水だけでなく、マイクロ波吸収体もマイクロ波を吸収して発熱する。これにより、マイクロ波の吸収率を高め、ひいては発熱効率の向上を図れるため、より好適に殺菌することができる。したがって、上記構成によれば、加湿エレメントの表面だけでなく内部までも確実に殺菌することが可能となる。

上記のフィンは、通風路における空気の進行方向に沿って延び、且つ通風路の幅方向に複数並設され、複数のフィンのうち、少なくとも１以上のフィンにマイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されているとよい。

かかる構成によれば、マイクロ波が照射されると、複数のフィンのうち、マイクロ波吸収体を含有しないフィン（以下、他のフィンと称する。）は加湿用水のみが発熱し、マイクロ波吸収体を含有するフィンは、加湿用水およびフィン自体の両方が発熱する。その結果、マイクロ波吸収体を含有するフィンは極めて高温となり、他のフィンはそれよりも低い温度となるが、マイクロ波吸収体を含有するフィンの熱が他のフィンにも伝わるため他のフィンの温度も更に上昇する。したがって、複数のフィンのうち、少なくとも１以上のフィンにマイクロ波を含有させれば、上述した効果を十分に得つつ、マイクロ波吸収体に要するコストを削減することができる。

上記のマイクロ波吸収体は、フィンの、マイクロ波の照射を受ける面とは反対側の面の近傍にのみ、塗布、含浸、蒸着または混練されているとよい。フィンにおいて、マイクロ波の照射を受ける面は照射量が十分であるが、その反対側の面では照射量が不十分になる可能性がある。そこで、かかる構成のようにマイクロ波の照射を受ける面とは反対側の面の近傍にマイクロ波吸収体を含有させることにより、反対側の面の近傍におけるマイクロ波の吸収率の向上を図り、高い殺菌効果を確保することができる。

またマイクロ波は、加湿エレメント（フィン）を通過するにしたがって加湿用水に吸収されるため、マイクロ波の照射を受ける面から反対側の面に至るまでにその量が減少してしまう。そこで、反対側の面の近傍のみにマイクロ波吸収体を含有させることにより、マイクロ波の照射を受ける面から反対側の面の近傍に至るまでにおけるマイクロ波の過剰な吸収を防ぐことができる。したがって、反対側の面まで透過するマイクロ波の量を増やすことができ、かかる面の近傍における殺菌効率を高めることが可能となる。

本発明によれば、加湿エレメントの表面だけでなく内部までも確実に殺菌することが可能な気化式加湿器を提供することができる。

本実施形態にかかる気化式加湿器を備える空調機の構成を示す図である。 加湿エレメントの他の例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

理解を容易にするために、以下の実施形態では、気化式加湿器が設けられる装置として空調機を例示して説明する。しかし、これに限定するものではなく、本実施形態にかかる気化式加湿器（以下、単に加湿器と称する）は、独立した加湿器であってもよいし、生産機械や乾燥機など他の装置に設けられてもよい。

図１は、本実施形態にかかる気化式加湿器を備える空調機の構成を示す図である。なお、図１中、一点鎖線は制御部との接続関係を示す。以下、空調機の構成について一通り説明をした後に本実施形態にかかる加湿器について詳述する。

図１に示すように、本実施形態にかかる加湿器１１０は空調機１００に設けられている。空調機１００のケーシング１０２には、上流端に外気口１０２ａが、下流端に給気口１０２ｂが形成されている。またケーシング１０２の内部には通風路１０２ｃが形成されている。

外気口１０２ａから空調機１００に供給された外気（ＯＡ：Outside Air）すなわち空気の温度および湿度は、通風路１０２ｃを通過しながら所定温度および所定湿度に調整される。その後、空気は処理空気すなわち供給空気（ＳＡ：Supply Air）として給気口１０２ｂから所定流速で室内空間（不図示）に供給される。なお、これに限定するものではなく、外気口１０２ａ、またはこれとは別に回収空気口（不図示）を設け、室内空間からの回収空気（ＲＡ：Return Air）を空調機１００に供給してもよい。

空調機において通風路１０２ｃの最上流側にはプレフィルタ１０４が設けられている。これにより、空調機１００に供給された空気に含まれる粒径の大きい、すなわち粗い塵埃を空気中から除去することが可能となる。またプレフィルタ１０４の下流側には、プレフィルタ１０４よりも目の細かい中性能フィルタ１０６が設けられている。これにより、プレフィルタ１０４を通過した微細な塵埃を空気中から除去することができる。

中性能フィルタ１０６の下流側には温水コイル１０８が設けられている。温水コイル１０８は、温水供給装置（不図示）から温水が供給され、かかる温水を熱源として用いて空気を加熱する。これにより、空調機１００に供給された空気の温度を上昇させ所定温度に調節することが可能となる。また温度を上昇させることにより、空気に含まれる熱（顕熱）が増大するため、空気が後述する加湿器１１０を通過した際に加湿用水を高効率で蒸発させることができ、加湿効率が向上する。

なお、温水供給装置としては、ボイラー等様々なものがあるが、最も好適なものとしてはヒートポンプを例示することができる。温水供給装置としてヒートポンプを用いることにより、ボイラー等の燃焼式装置を用いた場合と比較し、省エネルギーおよび二酸化炭素排出量の削減を図ることができ、エネルギーの有効活用、および温室効果ガスの排出量削減の促進が可能となる。

温水コイル１０８および後述する加湿器１１０の下流側には冷水コイル１２２が設けられている。冷水コイル１２２は、冷水供給装置（不図示）から冷水が供給され、かかる冷水を用いて空気を冷却する。これにより、空調機１００に供給された空気の温度を低下させ所定温度に調節することが可能となる。また空気の温度を低下させることにより、空気の絶対湿度を低下させて除湿を行い、空気の湿度を所定湿度に調節することが可能となる。

なお、本実施形態においては、温水コイル１０８と冷水コイル１２２とを設ける構成としたが、これに限定するものではなく、空気の加熱および冷却の両方を行うことが可能な冷温水コイルを設けてもよい。また温水コイル１０８、後述する加湿器１１０および冷水コイル１２２が設けられる位置についても限定するものではなく、これらが設けられる順番は異なっていてもよい。

本実施形態では、上述した温水コイル１０８の下流側および冷水コイル１２２の上流側にシールド１０９ａおよび１０９ｂを設けている。これにより、後述するマイクロ波照射手段１１４から照射されるマイクロ波の温水コイル１０８および冷水コイル１２２への照射（漏れ）を防ぎ、マイクロ波が温水コイル１０８や冷水コイル１２２に与える影響を回避することができる。したがって、コイルの発熱等の不具合の発生を防ぐことが可能となる。

冷水コイル１２２の下流側には送風機１２４が設けられている。送風機１２４は、通風路１０２ｃに設けられた温水コイル１０８、加湿器１１０および冷水コイル１２２を通過することにより温度および湿度が調節された空気、すなわち空調機１００において所定温度および所定湿度となった空気（処理空気）を給気口１０２ｂを通じて室内空間に送出する。また送風機１２４の下流側にはＨＥＰＡフィルタ１２８が設けられており、処理空気に含まれている粒径が極めて小さい微細な粉塵を捕捉する。

入気温湿度センサ（以下、センサ１３０ａと称する）は、外気口１０２ａの近傍に配置され、当該空調機１００に供給される空気の温度および湿度を検知する。室内温湿度センサ（以下、センサ１３０ｂと称する）は、室内空間の中に配置され、空調機１００から室内に供給された空気の温度および湿度を検知する。なお、センサ１３０ａ、１３０ｂが検知する温度や所定温度は、乾球温度または湿球温度のいずれの値を用いてもよい。同様にセンサ１３０ａ、１３０ｂが検知する湿度や所定湿度は、相対湿度または絶対湿度のいずれの値を用いてもよい。

制御部１３２は、センサ１３０ａ、１３０ｂが検知した空気の温度および湿度に基づいて空調機１００全体の動作を制御する。また制御部１３２は、後述する加湿器１１０に設けられる給水手段１１８の給水弁１２０に接続されており、給水手段１１８による加湿エレメント１１２への加湿用水の供給も制御する。

次に、本実施形態にかかる加湿器１１０について説明する。上述したように、通風路１０２ｃ内において温水コイル１０８と冷水コイル１２２の間には、本実施形態にかかる加湿器１１０が配置される。加湿器１１０は、給水手段１１８を通じて加湿用水が供給され、空調機１００に供給された空気が当該加湿器１１０を通過することで、空気の顕熱を水の潜熱に代えて加湿用水を蒸発させ、空気の加湿を行う。

詳細には、加湿器１１０は、通風路１０２ｃ内に配置される加湿エレメント１１２を備える。かかる加湿エレメント１１２には、通風路１０２ｃにおける空気の進行方向に沿って延びるフィン１１２ａが通風路１０２ｃの幅方向に複数（本実施形態においては８つ）並設されている（充填されている）。フィン１１２ａは、多数の空孔を有する多孔質材料からなり、その空孔に加湿用水が保持される。また本実施形態の特徴として、フィン１１２ａにはマイクロ波吸収体が含有されているが、これについては後に詳述する。

上述した加湿エレメント１１２には、給水設備（不図示）からの加湿用水を供給する給水手段１１８が接続されていて、給水手段１１８には給水弁１２０が設けられている。そして、制御部１３２は、給水弁１２０の開閉状態を制御することにより給水手段１１８による加湿用水の供給量を調節する。

また本実施形態では、加湿器１１０にマイクロ波照射手段１１４（以下、照射手段１１４と称する。）および反射板１１６が設けられている。照射手段１１４は加湿エレメント１１２にマイクロ波を照射する。照射手段１１４の構成については周知であるため簡略に説明すると、照射手段１１４には、マグネトロンやクライストロン等からなりマイクロ波を発生させるマイクロ波管（不図示）が内蔵されている。マイクロ波管によって発生したマイクロ波は、照射手段１１４とケーシング１０２とを接続する導波管１１４ａを通じてケーシング１０２内の通風路１０２ｃに伝送される。すなわち、照射手段１１４からマイクロ波が照射される。なお、上記説明した照射手段１１４の構成は理解を容易にするための例であり、これに限定するものではない。

照射手段１１４から照射されたマイクロ波は、通風路１０２ｃに設置された反射板１１６によって反射されて加湿エレメント１１２に照射される。換言すれば、照射手段１１４から照射されたマイクロ波は反射板１１６を介して間接的に加湿エレメント１１２に照射される。このように間接的な照射とすることにより、照射手段１１４のケーシング１０２外への設置が可能となる。したがって、加湿用水や湿気（水分）に起因する照射手段１１４の故障を防止できると同時に、照射手段１１４のメンテナンスを容易に行うことができる。

なお、本実施形態では、照射手段１１４をケーシング１０２外に設けたが、これに限定するものではない。水分に起因する故障やメンテナンスに対する対策が施せるのであればケーシング１０２内に照射手段１１４を設けてもよく、この場合、反射板１１６は必ずしも必要ではない。

照射手段１１４からのマイクロ波が加湿エレメント１１２に照射されると、加湿エレメント１１２に充填されているフィン１１２ａに保持されている加湿用水（水）が発熱する。このとき、加湿用水は加湿エレメント１１２（厳密にはフィン１１２ａ）の表面だけでなく全体に保持されているため、加湿用水の発熱により加湿エレメント１１２全体が高温になる。これにより、加湿エレメント１１２は、マイクロ波が照射される側の面だけでなく、その内部においても加熱殺菌される。

また本実施形態においては、フィン１１２ａには、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されている（含有されている）。これにより、加湿エレメント１１２にマイクロ波が照射されると、加湿用水だけでなく、マイクロ波吸収体もマイクロ波を吸収して発熱する。したがって、マイクロ波の吸収率を高め、ひいては発熱効率の向上を図ることができ、加湿エレメントをより確実に殺菌することが可能となる。

上記のマイクロ波吸収体としては、磁性材料や導電性材料を好適に用いることができる。具体的には、導電性カーボンブラックや、鉄、チタン、アルミ等の金属や、それら金属の酸化物や合金、混合物が例示される。なお、マイクロ波吸収体をフィン１１２ａに含有させる方法としては、上記の物質をフィン１１２ａに蒸着させてもよいし、かかる物質を溶解させた溶液をフィン１１２ａに塗布または含浸させてもよい。更には、かかる物質を、粉末状としたものをフィン１１２ａに混練してもよいし、シート状や薄膜にしてフィン１１２ａに貼付してもよい。すなわち、フィン１１２ａへのマイクロ波吸収体の含有には如何なる手段を用いてもよい。

なお、上記説明した加湿エレメント１１２では、通風路１０２ｃの幅方向に複数並設されたフィン１１２ａの全てにマイクロ波吸収体が含有されていたが、かかる構成は一例であり、これに限定するものではない。例えば、以下に説明するような構成とすることもできる。

図２は、加湿エレメントの他の例を示す図である。図２（ａ）および（ｂ）では、加湿エレメントの右側が外気口１０２ａ側すなわちマイクロ波の照射を受ける面であり、左側が給気口１０２ｂ側すなわちマイクロ波の照射を受ける面とは反対側の面であるとする。また加湿エレメントにおいて、上述したマイクロ波吸収体を含有する部分を太実線で示し、マイクロ波吸収体を含有しない部分を太破線で示す。

図２（ａ）に示す加湿エレメント２１２では、複数のフィンは、マイクロ波吸収体を含有するフィン１１２ａと、マイクロ波吸収体を含有しないフィン２１２ａとから構成される。かかる構成によれば、照射手段１１４からのマイクロ波が照射されると、複数のフィンのうち、マイクロ波吸収体を含有しないフィン２１２ａでは加湿用水のみが発熱し、マイクロ波吸収体を含有するフィン１１２ａでは、加湿用水およびフィン自体（厳密にはマイクロ波吸収体）の両方が発熱する。すると、フィン１１２ａのほうがフィン２１２ａよりも高温となるが、高温となったフィン１１２ａの熱がフィン２１２ａにも伝わるためフィン２１２ａの温度も上昇させることができる。したがって、上述した効果を十分に得つつ、マイクロ波吸収体に要するコストの削減を図れる。

なお、上記説明した加湿エレメント２１２では、複数（８つ）のフィンのうち、マイクロ波吸収体を含有するフィン１１２ａとマイクロ波吸収体を含有しないフィン２１２ａとを４つずつとし、それらを交互に配置したが、これに限定するものではない。複数のフィンのうち、少なくとも１以上のフィンがマイクロ波吸収体を含有するフィン１１２ａであればよく、それが配置される位置についても任意に定めることが可能である。

図２（ｂ）に示す加湿エレメント３１２では、フィン３１２ａの、マイクロ波の照射を受ける面（外気口１０２ａ側）とは反対側の面（給気口１０２ｂ側）の近傍にのみ、マイクロ波吸収体が含有されている。かかる構成によれば、フィン３１２ａにおいて、マイクロ波の照射量が不十分になりがちな給気口１０２ｂ側の面の近傍におけるマイクロ波の吸収率を向上させることができ、高い殺菌効果を確保することが可能となる。また反対側の面の近傍のみにマイクロ波吸収体を含有させることにより、マイクロ波の照射を受ける面から反対側の面の近傍に至るまでにおけるマイクロ波の過剰な吸収を防ぐことができる。したがって、反対側の面まで透過するマイクロ波の量を増やし、かかる面の近傍における殺菌効率を高めることが可能となる。

なお、上述した実施形態では、加湿エレメント１１２、２１２および３１２のいずれにおいても、フィンを８つ並設する場合を例示したが、フィンの数はこれに限定されず、適宜変更することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、水を気化させて空気の加湿を行う気化式加湿器として利用することができる。

１００…空調機、１０２…ケーシング、１０２ａ…外気口、１０２ｂ…給気口、１０２ｃ…通風路、１０４…プレフィルタ、１０６…中性能フィルタ、１０８…温水コイル、１０９ａ・１０９ｂ…シールド、１１０…加湿器、１１２…加湿エレメント、１１２ａ…フィン、１１４…照射手段、１１４ａ…導波管、１１６…反射板、１１８…給水手段、１２０…給水弁、１２２…冷水コイル、１２４…送風機、１２８…ＨＥＰＡフィルタ、１３０ａ…センサ、１３０ｂ…センサ、１３２…制御部、２１２…加湿エレメント、２１２ａ…フィン、３１２…加湿エレメント、３１２ａ…フィン

Claims (3)

1. 通風路内に配置され、加湿用水を保持する多孔質材料からなるフィンが充填された加湿エレメントと、
   前記加湿エレメントに前記加湿用水を供給する給水手段と、
   前記加湿エレメントにマイクロ波を照射するマイクロ波照射手段と、
   を備え、
   前記フィンには、前記マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されていることを特徴とする気化式加湿器。
2. 前記フィンは、前記通風路における空気の進行方向に沿って延び、且つ該通風路の幅方向に複数並設され、
   前記複数のフィンのうち、少なくとも１以上のフィンに前記マイクロ波吸収体が、塗布、含浸、蒸着または混練されていることを特徴とする請求項１に記載の気化式加湿器。
3. 前記マイクロ波吸収体は、前記フィンの、前記マイクロ波の照射を受ける面とは反対側の面の近傍にのみ、塗布、含浸、蒸着または混練されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気化式加湿器。

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