JP2014001866A - 加湿処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿制御と薬液洗浄を効率的に行い得る有効適切な加湿処理装置を提供する。
【解決手段】加湿水を保持可能かつ処理対象空気が接触しつつ通過可能な加湿エレメント１０を処理対象空気が通過する通風路２の内部に単一でもしくは複数台組み合わせて配置し、加湿エレメントの上方から加湿水を供給して加湿エレメントの上部から下部に向かって流下させて保持せしめることにより、処理対象空気に対して加湿処理を行う加湿処理装置において、加湿エレメントの上部から下部に向かって流下する加湿水の流路１１の幅寸法を通風路の下部において上部よりも狭くなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は空調設備や空気清浄システムに備えられて処理対象空気の湿度を調整する加湿処理装置に関する。

周知のように、この種の加湿処理装置としては、たとえば特許文献１や特許文献２に示されるような気化式加湿器が広く用いられている。
これは、多孔質材料のような保水性及び通風性を有する素材からなる加湿エレメントを通風路内に設置して、加湿水をその上方から撒布して加湿エレメントの表面に保持せしめておくことにより、処理対象空気が加湿水に接触しつつ加湿エレメントを通過する際に加湿水が気化することによって処理対象空気に対して加湿がなされる構成のものである。

この種の気化式加湿器においては加湿水として常温水（水温が8〜15℃程度）を使用することが一般的であり、特許文献１に示されているように過剰な加湿を防ぐために加湿水の供給水量を調整する制御が行われている。

また、加湿エレメントの表面は常に濡れ面となっていて微生物（細菌やカビなど）が発生し繁殖し易いことから、その防止のために定期的に温水洗浄や薬液撒布、温風による乾燥運転を行ったり、あるいは特許文献２に示されているように紫外線やマイクロ波の照射による殺菌処理も行われている。

特開２００６−１６２１６７号公報 特開２０１２−７８０７１号公報

ところで、この種の気化式加湿器においては、加湿効率を向上させる目的で加湿水として常温水よりも気化し易い温水（たとえば水温が40℃以上の温水）を用いる場合もあるが、従来一般の気化式加湿器において加湿水として温水を用いることは、適切な加湿制御を行うことが必ずしも容易ではないので好ましくない。

そのことについて図７を参照して説明する。
図７（ａ）,（ｂ）は従来一般的な気化式加湿器の基本構造を模式的に示すもので、（ａ）に示すような加湿エレメント１を（ｂ）に示すように処理対象空気が通過する通風路２（通常は空調機や空気清浄システムにおけるケーシングがこれに相当する）内に配置し、その上方に設けたヘッダ３から加湿水を撒布して加湿エレメント１の表面に保持せしめておく（保水状態を維持しておく）ものである。
図示例の場合は、加湿エレメント１として通風路２の横断面形状に対応するほぼ正方形状のものを単一で用いており、その加湿エレメント１を通風路２の横断面に沿って配置している。
そして、（ｂ）に示すように処理対象空気を加湿エレメント１の上流側（（ｂ）において左奥側）から下流側（同、右手前側）に向けて送風することにより、処理対象空気が加湿エレメント１を通過する際にそれに保持されている加湿水が処理対象空気に接触して気化し、それによって処理対象空気に対する加湿がなされるようになっている。

この場合において、加湿水の撒布量（加湿エレメント１に対する供給量）は、処理対象空気に対する所望の加湿量（気化量）に応じて適宜調整すれば良く、理想的には撒布量と気化量とが完全にバランスするように制御すれば撒布した加湿水の全量が過不足なく気化することにはなる。しかし、実際上はそのようなことは不可能であるから、通常は撒布量を加湿量よりも十分に多く設定する必要があり、そのため撒布した加湿水の一部（ないし大半）は気化することなく余剰水として加湿エレメント１の表面をそのまま流下してしまうから、加湿エレメント１の下方に排水パン４（図７（ｃ）,（ｄ）参照）を設置しておいて余剰水を回収し、排水あるいは循環再使用するようにしている。

上記のような従来一般的な気化式加湿器では、加湿水として常温水を用いる場合にはその水量を制御することでほぼ支障なく適切な加湿制御を行い得るが、加湿水として温水を用いる場合にはやや事情が異なり、単なる水量制御では適切な加湿制御が困難である。
すなわち、（ｃ）に示すように加湿水として温水を用いる場合においては、温水は常温水に比べて格段に気化し易いことから過剰な加湿となりがちであり、多量の結露が生じやすいという問題がある。
そのため、温水を用いる場合には常温水を用いる場合に比べて加湿水量を抑制する必要が生じるが、その場合は撒布された温水が撒布直後に直ちに気化してしまってその時点で気化熱を放熱して水温が急激に低下するから、加湿エレメント１の下部にまで流下した時点では既に常温程度にまで水温が低下してしまい、温水を用いることによる大きな加湿効果が得られない。
したがって、この種の気化式加湿器において加湿水として温水を用いる場合には単に加湿水の水量を調節することでは適切な加湿制御は困難である。

さらに、従来の気化式加湿器において温水を用いる場合には、上記のような制御上の問題とは別に、加湿エレメントに対して薬液撒布により殺菌を行う場合においても次のような問題もある。
すなわち、図７に示した気化式加湿器においては、加湿エレメント１の表面に発生し繁殖した微生物を殺菌するために（ｄ）に示すようにヘッダ３から加湿水に代えて薬液（たとえば過酸化水素水など）を撒布する場合があるが、その際、撒布された薬液は撒布直後には高濃度であるものの加湿エレメント１の表面を流下していくにつれて濃度が次第に低下していき、下部に達した時点では低濃度となってしまってそこでは十分な殺菌効果が得られない場合がある。

以上のように、従来一般の気化式加湿器は、特に加湿水として温水を用いる場合における制御上の問題と、薬液撒布により殺菌を行う場合における殺菌効果上の問題を有していることから、これらの問題を解決し得る有効適切な加湿処理装置の開発が望まれていた。

請求項１記載の発明は、加湿水を保持可能かつ処理対象空気が接触しつつ通過可能な加湿エレメントを主体として構成される加湿処理装置であって、前記加湿エレメントを前記処理対象空気が通過する通風路の内部に単一でもしくは複数台を組み合わせて該通風路の横断面に沿って配置して、該加湿エレメントの上方から前記加湿水を供給することにより、該加湿水を前記加湿エレメントの上部から下部に向かって流下させて該加湿エレメントに対して保持せしめて、前記処理対象空気が前記加湿エレメントを通過する際に前記加湿水が気化して加湿処理がなされる構成とされ、かつ、前記加湿エレメントの上方から供給されて該加湿エレメントの上部から下部に向かって流下する前記加湿水の流路の幅寸法を、前記通風路の下部において上部よりも狭くなるように設定してなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の加湿処理装置であって、前記加湿エレメントを殺菌するための薬液を、前記加湿水としての温水とともに前記加湿エレメントの上方から供給して前記流路を流下可能に構成してなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の加湿処理装置であって、前記通風路の内面と前記流路との間を加湿に寄与しないブランク部として、該ブランク部を前記処理対象空気の通過を阻止する閉塞部としたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の加湿処理装置であって、前記通風路の内面と前記流路との間を加湿に寄与しないブランク部として、該ブランク部を前記処理対象空気を加湿することなく通過させるためのバイパス流路としたことを特徴とする。

本発明の加湿処理装置では、加湿エレメントに対して加湿水の流路を設定してその流路の下部における幅寸法を上部における幅寸法よりも小さく設定したことにより、流路の上部では十分な加湿効率が得られるとともに流路の下部では余分な加湿量の削減を図ることができ、特に加湿水として温水を用いる場合においても適切かつ効率的な加湿制御が可能となる。
また、殺菌のための薬剤を散布する場合には下部における薬液濃度の低下が抑制されるので、下部においても上部と同様に十分な殺菌効果が得られる。

本発明の実施形態である加湿処理装置の概要を示す図であって、（ａ）は加湿エレメントを示す図、（ｂ）は加湿エレメントに通風路内に設置した状態を示す図、（ｃ）は加湿エレメントに加湿水として温水を撒布している状況を示す図、（ｄ）は加湿エレメントに殺菌用の薬液を撒布している状況を示す図である。 本発明の他の実施形態である加湿処理装置の概要を示す図であって、（ａ）は加湿エレメントに加湿水として温水を撒布している状況を示す図、（ｂ）は加湿エレメントに殺菌用の薬液を撒布している状況を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態である加湿処理装置の概要を示す図であって、（ａ）は加湿エレメントに加湿水として温水を撒布している状況を示す図、（ｂ）は加湿エレメントに殺菌用の薬液を撒布している状況を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態である加湿処理装置の概要を示す図であって、（ａ）は複数の加湿エレメントにより構成される加湿モジュールを示す図、（ｂ）は加湿モジュールを通風路内に設置した状態を示す図である。 本発明のさらに他の実施形態である加湿処理装置の概要を示す図であって、（ａ）は複数の加湿エレメントにより構成される加湿モジュールを示す図、（ｂ）は加湿モジュールを通風路内に設置した状態を示す図である。 本発明の加湿処理装置によるコスト削減効果についての説明図である。 従来一般の気化式加湿器の概要を示す図であって、（ａ）は加湿エレメントを示す図、（ｂ）は加湿エレメントに通風路内に設置した状態を示す図、（ｃ）は加湿エレメントに加湿水として温水を撒布している状況を示す図、（ｄ）は加湿エレメントに殺菌用の薬液を撒布している状況を示す図である。

図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の基本的な実施形態を示すものであるが、これは、基本的な構成が図７に示した従来一般的な気化式加湿器と共通しているものであるので、両者に共通の構成要素には同一符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態の加湿処理装置は、基本的には図７に示した従来一般的な気化式加湿器と同様に、加湿水を保持可能かつ処理対象空気が接触しつつ通過可能な加湿エレメント１０を主体として構成されたもので、（ａ）に示すようなほぼ正方形状の単一の加湿エレメント１０を（ｂ）に示すように処理対象空気が通過する通風路２の内部にその横断面に沿って配置したものである。
そして、加湿エレメント１０の上方に設けたヘッダ３から加湿エレメント１０に対して加湿水を供給して、その加湿水を加湿エレメント１０の上部から下部に向かって流下させるとともに加湿エレメント１０に対して保持せしめ、その状態で加湿エレメント１０に処理対象空気を通過させることにより、処理対象空気が加湿水に接触しつつ通過することによって処理対象空気に対する加湿処理がなされるように構成されている。
なお、本実施形態の加湿処理装置においては加湿水として常温水を用いることも勿論可能であるが、後述するように加湿水として温水（たとえば４０℃以上の温水）を用いることが好適である。
また、本実施形態の加湿処理装置は、従来のものと同様に（ｄ）に示すようにヘッダ３から殺菌のための薬液を撒布することにより、加湿エレメント１０の表面において発生し繁殖した微生物を殺菌し得るものであるが、後述するようにその薬液と加湿水としての温水を同時に撒布可能に構成することが好ましい。
また、加湿エレメント１０の下方には従来と同様に余剰の加湿水および薬液を受けるための排水パン４を設けておくと良い。

以上で説明した基本構成は従来のものと同様であるが、本実施形態の加湿処理装置が従来の気化式加湿器と異なる点は、加湿エレメント１０に対して加湿水の流下領域と流下方向を規制するための流路１１を設定するとともに、その流路１１の幅寸法を加湿エレメント１０の下部においては上部よりも小さくなるように設定した点にある。

すなわち、従来の気化式加湿器における加湿エレメント１では図７に示したように加湿水が単に全面的に均等に流下するものであったが、本実施形態では図１（ａ）に示すように加湿エレメント１０の両側部に上部から下部に向かって斜めに傾斜する傾斜板１３を設置して、それら両側の傾斜板１３の内側に区画形成される逆台形状の領域を加湿水の流路１１として設定している。
したがって本実施形態における加湿エレメント１０では、加湿エレメント１０の上方からその全幅にわたって撒布された加湿水のうち中央部に撒布された加湿水はそのまま直下に向かって流下するが、両側部に対して撒布された加湿水は（ｂ）に示すようにそのまま直下へは流下し得ず、傾斜板１３に沿って中心側に向かって流下するようになっている。

なお、加湿エレメント１０の全体のうちの流路１１以外の部分（傾斜板１３の外側の部分。すなわち流路１１と通風路２の内面との間に形成される三角形状の部分）は加湿に寄与しないブランク部１２となるので、そのブランク部１２にはたとえばステンレス板等の金属板を装着して処理対象空気の通過を阻止する閉塞部としておくと良い。その場合、通風路２を流れる処理対象空気の全量がブランク部１２を迂回して流路１１を通過するから、そこで加湿されると同時に処理対象空気中に含まれている微粒子（粉塵、浮遊筋、カビ胞子など）を加湿エレメント１０の流路１１において捕集することができる。
但し、この場合は、従来一般の加湿エレメント１に比べてブランク部１２の面積分だけ通過面積が小さくなるので、その分だけ通過風速や通風抵抗は大きくなる。

あるいは、ブランク部１２を上記のような閉塞部とすることに代えて、ブランク部１２を処理対象空気を加湿水に接触させることなく単に通過させてしまうバイパス流路としておくことも考えられる。この場合、バイパス流路としてのブランク部１２を通過する風量はバイパス流路の面積とそこを通過する際の通過風速や通風抵抗によって決まる。
この場合には、処理対象空気の一部はバイパス流路を通過してそこでは加湿がなされないので全体として加湿効率は低下するが、加湿処理後の出口温度は高くなるため加湿空気が飽和状態になり難く結露が生じ難くなる利点がある。
また、ブランク部１２をバイパス流路とする場合、そのバイパス流路を通過する処理対象空気に対しては加湿水による微粒子の捕集効果は得られないので、ブランク部１２にフィルタを設けておいて処理対象空気中の微粒子をそのフィルタにより捕集することが好ましい。

上記のように、本実施形態の加湿処理装置では、加湿エレメント１０に加湿水の流路１１を設定してその流路１１の下部における幅寸法を上部における幅寸法よりも小さく設定したので、特に加湿水として温水を用いる場合において効率的な加湿を行い得る。
すなわち、図１（ｃ）に示すように、加湿エレメント１０の上部から加湿水としての温水を撒布すると、加湿エレメント１０の上部においては従来と同様に温水が速やかに気化して自ずと十分な加湿効率を確保し得る。
一方、加湿エレメント１０の下部においては流路１１の幅寸法が小さくなっているので、そこでは余分な加湿量の削減を図ることができ、従来のように加湿エレメント１０下部において過剰な加湿が生じることが自ずと抑制される。それにより、結露の発生を防止することができるし、全体として無駄のない効率的な加湿制御が可能となる。
但し、本実施形態においては、加湿エレメント１０の上部において温水を十分に気化させて十分な加湿効率を確保する必要があることから、加湿エレメント１０の上部での気化熱放熱による急激な水温低下を抑制する必要があり、そのためには加湿水としての温水を十分に撒布することが必要である。温水の水量が不十分であると加湿エレメント１０の上部において直ちに気化・放熱して常温水になってしまうので、それ以降は十分な加湿を行えなくなる場合がある。

また、本実施形態の加湿処理装置によれば、図１（ｄ）に示すように薬剤（過酸化水素水など）をヘッダ３により散布して加湿エレメント１０に対して殺菌を行う場合、撒布された薬剤は流路１１を流下するにつれて中央側の狭い領域に集中してくることになるから、加湿エレメント１０の下部における薬液濃度の低下が抑制され、したがって加湿エレメント１０の全面に対してほぼ均等な殺菌効果を得ることが可能となる。

なお、殺菌のための薬液における殺菌作用や酸化作用は温度の上昇とともに急速に高まりから、本発明においてはそのような薬液と加湿水としての温水とを同時に撒布して流下可能に構成しておくことにより、殺菌効果と加湿効果の双方を相乗効果的に高めることも可能である。
すなわち、図７（ａ）に示したような従来の単なる加湿エレメント１に対して薬液と温水とを同時使用することは、加湿エレメント１の上部では有効であるものの下部においては薬液濃度が低下してしまうとともに温水の水温も低下してしまい、したがって上部と下部とで殺菌効果および加湿効果の双方において顕著なムラが生じてしまうからさして有効ではない。
それに対し、本実施形態の加湿処理装置では、加湿エレメント１０における加湿水の流路１１の幅寸法を下部において上部よりも小さくしたことによって、下部においても薬液の濃度が高く維持され、かつ温水の温度低下も従来にくらべて抑制される効果が期待できることから、薬液と温水とを同時使用することにより下部においても上部と同様に十分な殺菌効果と加湿効果が得られて顕著なムラが生じることがなく、その点で極めて有効である。

さらに、図１（ａ）に示したような流路１１を設定した本実施形態の加湿エレメント１０は、図７（ａ）に示したような単なる従来一般の加湿エレメント１に比べて加湿効率に優れることから、これを用いることで加湿処理装置での所要加湿量を削減できるものであり、それにより図６に示すようにランニングコストを削減できる。しかも、従来一般の加湿エレメント１に比べての加湿に寄与する有効面積を小さくできるから、同じく図６に示すようにイニシャルコストも削減できる。

以上で本発明の実施形態について説明したが、以下、他の実施形態を列挙する。
図２および図３に示す実施形態は加湿エレメント１０における流路１１の形状を変更したものである（図２および図３における（ａ）は加湿水として温水を撒布している状況、（ｂ）は殺菌のための薬液を撒布している状況を示している）。
すなわち、図１に示した実施形態では流路１１を単なる逆台形状にしていたが、図２に示すものでは流路１１の上部は矩形部として残してそこから下部を逆台形状として全体としては変形六角形の流路１１としたものである。また、図３に示すものは加湿エレメント１０の下部での幅寸法を十分に小さくしてを実質的にほぼ逆三角形状の流路１１としたものである。
これらの実施形態では、いずれも流路１１の下部の幅寸法を上部の幅寸法よりも小さく設定したことにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。

上記実施形態は、本発明の加湿処理装置を単一の加湿エレメント１０によって構成した場合の例であるが、図４および図５に示す実施形態は構成の異なる複数台の加湿エレメント１０（図４および図５においては１０ａ〜１０ｅの符号を付して区別する）を組み合わせて構成した場合の例を示すものである。
すなわち、図４および図５に示す実施形態の加湿処理装置は、いずれも全９台の加湿エレメント１０を３列×３段に配列した加湿モジュールとして通風路内に配置するとともに、各加湿エレメント１０に対して流路１１とブランク部１２とを適切に配置することにより、加湿モジュールの全体に対してその上部での幅寸法が大きく下部での幅寸法が小さい流路１１を設定するようにしたものである。

具体的には、図４に示すものは、（ａ）に示すように全面を流路１１とした５台の加湿エレメント１０ａと、全面をブランク部１２とした２台の加湿エレメント１０ｂと、対角線に沿って２つの三角形状の部分に区画してその一方を流路１１とし他方をブランク部１２とした２台の加湿エレメント１０ｃを組み合わせて用いて、５台の加湿エレメント１０ａを上部および中央部にＴ状に配列するとともに、２台の加湿エレメント１０ｂを下部両側に配置してその直上部に２台の加湿エレメント１０ｃを配置することにより、（ｂ）に示すような加湿モジュール２０を構成し、その加湿モジュール２０の全体で上部での幅寸法が大きく下部での幅寸法が小さい流路１１を設定している。

また、図５に示すものは、（ａ）に示すように全面を流路１１とした５台の加湿エレメント１０ａと、幅方向の半分程度を流路１１とするとともに他の半分程度をブランク部１２とした２台の加湿エレメント１０ｄと、隅部を三角形状のブランク部１２として他の部分を流路１１とした２台の加湿エレメント１０ｅを組み合わせて用いて、５台の加湿エレメント１０ａを上部および中央部にＴ状に配列するとともに、２台の加湿エレメント１０ｄを下部両側に配置してその直上部に２台の加湿エレメント１０ｅを配置することにより、（ｂ）に示すような加湿モジュール２１を構成し、その加湿モジュール２１の全体で上部での幅寸法が大きく下部での幅寸法が小さい流路１１を設定している。

これらの実施形態においても、各加湿エレメント１０ａ〜１０ｅにおける流路１１とブランク部１２をそれぞれ適切に設定してそれらを適切に組み合わせることによって、加湿モジュール２０の全体で下部の幅寸法が上部の幅寸法よりも小さい流路１１を適切に設定することにより、図１〜図３に示したものと同様に機能し同様の効果が得られる。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨の範囲内において適宜の設計的変更や応用が可能であることは当然であり、特に加湿エレメントに形成する流路の形状やその上部および下部での幅寸法その他細部の具体的な構成や、各構成要素の具体的な諸元については、処理条件その他の諸条件を考慮して所望の加湿性能と加湿効率が得られるように最適設計すれば良いことはいうまでもない。

２ 通風路
３ ヘッダ
４ 排水パン
１０（１０ａ〜１０ｅ） 加湿エレメント
１１ 流路
１２ ブランク部
１３ 傾斜板
２０、２１ 加湿モジュール

Claims (4)

1. 加湿水を保持可能かつ処理対象空気が接触しつつ通過可能な加湿エレメントを主体として構成される加湿処理装置であって、
   前記加湿エレメントを前記処理対象空気が通過する通風路の内部に単一でもしくは複数台を組み合わせて該通風路の横断面に沿って配置して、該加湿エレメントの上方から前記加湿水を供給することにより、該加湿水を前記加湿エレメントの上部から下部に向かって流下させて該加湿エレメントに対して保持せしめて、前記処理対象空気が前記加湿エレメントを通過する際に前記加湿水が気化して加湿処理がなされる構成とされ、
   かつ、前記加湿エレメントの上方から供給されて該加湿エレメントの上部から下部に向かって流下する前記加湿水の流路の幅寸法を、前記通風路の下部において上部よりも狭くなるように設定してなることを特徴とする加湿処理装置。
2. 請求項１記載の加湿処理装置であって、
   前記加湿エレメントを殺菌するための薬液を、前記加湿水としての温水とともに前記加湿エレメントの上方から供給して前記流路を流下可能に構成してなることを特徴とする加湿処理装置。
3. 請求項１または２記載の加湿処理装置であって、
   前記通風路の内面と前記流路との間を加湿に寄与しないブランク部として、該ブランク部を前記処理対象空気の通過を阻止する閉塞部としたことを特徴とする加湿処理装置。
4. 請求項１または２記載の加湿処理装置であって、
   前記通風路の内面と前記流路との間を加湿に寄与しないブランク部として、該ブランク部を前記処理対象空気を加湿することなく通過させるためのバイパス流路としたことを特徴とする加湿処理装置。

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