JP2014190588A - ハイブリッドミスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内における湿度調整を快適な生活が行えるようにすると共に、空気中に含まれる人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の有害成分を除去又は低減するようにする。
【解決手段】７ＭＰａ以上のポンプ水圧で加圧水を吐出する高圧水ポンプ１１と、ミストを噴霧するノズル１０と、室内の所要箇所に設置された湿度センサー１３と、該湿度センサーの出力信号に基づいて室内の相対湿度が４５％〜５５％の範囲内になるように、前記高圧水ポンプ１１を制御するコントローラー１２とでハイブリッドミスト装置１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、事務所、工場、学校、幼稚園、保育園、病院、ホテル、銀行、スポーツ施設、老人ホーム、市町村役場等のあらゆる施設、特に多数人が集まる公共の施設において、温度調節を行うと同時に、高圧ポンプを利用してミストを噴霧し、湿度を５０％±５％の範囲内に調節することで、ウィルス対策、集団感染対策、静電気の除去、防塵対策、ヒートアイランド対策、花粉症対策、シックハウス対策、ドライアイ対策等に効果が期待できるハイブリッドミスト装置に関するものである。

通常、快適な生活環境を整えるための手段の一つとして、温度と湿度をコントロールする空調が行われている。温度コントロールは冷暖房装置により行われ、湿度コントロールは加湿器により行われるのが一般的である。
而して、空気中には人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の成分が含まれていたり、浮遊している。健康促進のために、これらの空気中に存在する有害成分を除去又は低減することが強く要望されている。これらの有害成分を除去する手段として、空気清浄機のフィルタを利用して空気を清浄にする方法や、空気清浄機に消臭機能や脱臭機能を付加して空気の浄化と消臭又は脱臭を同時に行うようにした方法等が知られている。また最近では、菌やウィルス、揮発性有機化合物や臭い成分などあらゆる汚染物質に対して効果を持つとして注目されている方法としてプラズマによる空気清浄技術がある。

ところが、フィルタを利用した空気清浄機では菌やウィルスに対しては効果がなく、またフィルタを通過するような微粉塵に対しては機能を果たすことができなかった。プラズマによる空気清浄機では、プラズマを発生させるための装置が必要であった。しかも、このプラズマによる空気清浄機で、大きな室内空間の空気を浄化するためには相当数の空気清浄機を設置する必要があった。

一方、空気中に存在する前記有害成分は、ミストを噴霧して空気中でこれに担持させて落下させれば、空気中に浮遊する有害成分を除去できることが知られている。このようなミストを噴霧する装置として特許文献１乃至３に示す技術が公知である。

特許文献１の技術は、空調機の熱交換器二次側の面に、直径５．０ｃｍ程度の小さな円盤一個を設置し、円盤から略８ｃｍ風下側に設置した略０．４ｍｍ孔の噴射ノズルから略０．５ＭＰａのポンプ水圧で純水を高速で円盤に衝突させ、コロイドミストを多量に含む微細霧を発生させている。そして、発生した微細霧を空調機の風流によって室内へ拡散させるようにしている。コロイドより大きなミストは粘性と慣性力で円盤に沿って風流の断面方向に同心円状に広がって熱交換器表面を薄く濡らすため直ぐ蒸発される。またさらに大きな細霧は蒸発しきれずに、空気中の塵埃を吸着しながら質量力で落下しドレンパンに溜まるようになる。ドレンパンに溜まった水は高水圧ポンプで吸水させ、半透膜を通過させることで無菌クリーンの純水にし、噴射ノズルから円盤に再度噴射させるようにしている。

特許文献２に示す技術は、空調対象空間内の気体を処理空間に吸引して前記空調対象空間に戻す送風路を備えた空調装置にあって、前記処理空間にマイクロプラズマ発生手段を配設し、またこのマイクロプラズマ発生手段に送られる気体を加湿する加湿手段を備えている。この加湿手段によって、マイクロプラズマ発生手段に送られる気体は、適切に加湿される。このとき湿度調整手段によって、加湿手段はマイクロプラズマの除菌能を維持できる好適な湿度範囲となるように気体を加湿する。よって、マイクロプラズマ発生手段の除菌効率を高めることが出来る。

この構成によれば、マイクロプラズマ発生手段に送られる気体の温度と湿度の両方を調整することができるので、結露の発生を抑制してマイクロプラズマを良好に発生しながら、マイクロプラズマを用いた除菌において、より高い効果を発揮できる空調装置を提供することができる。

特許文献３に示す技術は、外気取入口から床下吹出室へ導入する外気に第１のミスト吹付装置によりミストを吹き付けることによって、導入する外気を加湿冷却するようにしている。これにより、特に夏期において外気冷房の効果を有効に発揮することができて、省エネを実現している。また、空調対象室から排出された温度の高いリターン空気に対して第２のミスト吹付装置によりミストを吹き付けることによって、加湿効率を高めるようにしており、特に冬期において空調対象室の湿度を良好に保つことが可能である。

特開２０１２−０７８０４５号公報 特開２０１２−２０２６３７号公報 特開２０１２−２３７４６９号公報

前記特許文献１に示す技術では、０．５ＭＰａのポンプ水圧を利用して細かい霧を生成するようにしているが、そのままの水圧では微細な霧を発生させること自体が困難である。そのため、特許文献１では、空調機の熱交換器二次側の面に、小さな円盤一個を設置し、円盤の風下側に噴射ノズルを設置し、該ノズルから０．５ＭＰａのポンプ水圧で純水を高速で円盤に衝突させ、コロイドミストを多量に含む微細霧を発生させるという特殊構造を採用しなければならないという欠点があった。

しかも、０．５ＭＰａ程度のポンプ水圧では、大きな室内空間の全体へ生成した微細な霧を放出するだけの出力を得ることは不可能であり、小さな室内空間に制限されるという欠点があった。
それに加えて、この特許文献１の技術では、ポンプ水圧が低いために微細な霧の粒子の大きさが極めて大きく、室内の塵埃を吸着しながら床面のドレンパンへ落下収容されるようになっている。従って、室内の床面全体をドレンパン構造としなければならず、その使用場所が制限されるという欠点があった。

また特許文献２等に示す技術では、加湿手段によりマイクロプラズマによる除菌効果が効率よく行われる湿度となるように空調を行っている。しかも、マイクロプラズマ装置へ送る空気の湿度調整の範囲は、相対湿度で５０％以上〜９０％以下の範囲、好ましくは７０％以上〜８５％以下であるとされている。この湿度コントロールは、マイクロプラズマ装置で最も活性種を大量に発生させることができる条件である。
従って、特許文献２の技術では、マイクロプラズマ装置の能力を最大限に発揮できるように湿度調整を行っているのみである。そのため、空調対象空間である室内における湿度調整を快適な生活が行えるようにすることはできず、また空気中に含まれる人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の有害成分を除去又は低減することもできないという欠点があった。

特許文献３に示す技術では、コンピュータルームの外気導入口近傍と、循環流路であるリターンチャンバとに、第一及び第二のミスト吹付装置を設置して空気流路を切り替えて運転することで、夏季と冬季における外気を冷房することの効率性を確保するようにしている。
しかしながら、この特許文献３の技術の場合も、特許文献２と同様に、室内における湿度調整を快適な生活が行えるようにすることはできず、また空気中に含まれる人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の有害成分を除去又は低減することもできないという欠点があった。

本発明は、従来の前記問題点に鑑みてこれを改良除去したものであって、室内における湿度調整を快適な生活が行えるようにすると共に、空気中に含まれる人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の有害成分を除去又は低減するようにしたハイブリッドミスト装置を提供せんとものである。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、７ＭＰａ以上のポンプ水圧で加圧水を吐出する高圧水ポンプと、ミストを噴霧するノズルと、室内の所要箇所に設置された湿度センサーと、該湿度センサーの出力信号に基づいて室内の相対湿度が４５％〜５５％の範囲内になるように、前記高圧水ポンプを制御するコントローラーとで構成したことを特徴とするハイブリッドミスト装置である。
７ＭＰａ以上の極めて高いポンプ水圧で噴霧ノズルから吐出させると、毎分３００ｃｃの水を１０〜２０μｍ以下のミストにして噴霧することができる。このように高いポンプ水圧でミストを生成することで、大容量の室内であっても短時間で目的とする湿度に調整することが可能である。実験によれば、７００平方メートルの床面積を有する室内空間の場合、本ミスト装置では絶対湿度３５％の状態から２０分間で絶対湿度５０％にすることができた。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項２の手段は、ミストを噴霧するノズルを空調機の吹出し口に設置した前記請求項１に記載のハイブリッドミスト装置である。
ミストの噴霧ノズルを空調機の吹出し口に設置することにより、室内温度を目的とする温度に調節し、更に絶対湿度を４５％〜５５％の範囲内になるように調整することが可能である。

前記課題を解決するために本発明が採用した請求項３の手段は、前記湿度センサーの出力信号を空調機の制御回路へ出力し、送風温度及び風量をコントロールするようにした請求項２に記載のハイブリッドミスト装置である。
この発明によれば、湿度センサーの信号に基づいて空調機の送風温度と風量をコントロールすることができるので、湿度を温度を別々に管理して個別に調整する場合に比較して便利である。

本発明にあっては、事務所、工場、学校、幼稚園、保育園、病院、ホテル、銀行、スポーツ施設、老人ホーム、市町村役場等のあらゆる施設、特に多数人が集まる公共の施設において、温度調節を行うと同時に、高圧ポンプを利用してミストを大量に噴霧し、湿度を５０％±５％の範囲内に調節するようにしている。そのため、空気中に大量のミストが浮遊するようになり、空気中に浮遊する人体や家畜等の健康に影響を及ぼす菌やウィルス、花粉、粉塵、臭い等の成分をこれらのミストに付着させて落下させることができる。
これにより、ウィルス対策、集団感染対策、静電気の除去、防塵対策、ヒートアイランド対策、花粉症対策、シックハウス対策、ドライアイ対策等に効果が期待できる。

本発明の一実施の形態に係るハイブリッドミスト装置の概念を示す図面である。 カビ、ダニ等のアレルゲンが発生しやすい相対湿度を示すグラフである。 相対湿度とインフルエンザウィルス生存率との関係を示すグラフである。 本発明に係るハイブリッドミスト装置で湿度の変化を実験した結果を示すグラフである。

以下に、本発明の構成を図１に示す一実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。この場合のハイブリッドミスト装置１は、空調機本体２に空調設備３と、ミスト設備４とが一体的に組み込まれている。
空調設備３は、冷暖房の切り替えが可能な熱交換器５と、この熱交換器５の上流側に配設された外気導入ダクト６と、熱交換器５の下流側に配設された吹出しダクト７と、吹出しダクト７の途中に配設されたブロア８と、吹出し口９とを有している。

ミスト設備４は、吹出しダクト７のブロア８と吹出し口９との間に配設された噴霧ノズル１０と、この噴霧ノズル１０へ７ＭＰａ以上のポンプ水圧で加圧された水道水を供給する高圧水ポンプ１１とを有している。噴霧ノズル１０は、所定間隔ごとに複数個が併設されている（図１では一個のみが表されている）。また高圧水ポンプ１１の上流側は水道水に連通接続されている。
更に、高圧水ポンプ１１は、コントローラー１２によりその運転が制御されるようになっている。コントローラー１２は、室内の所要箇所に設置された湿度センサー１３からの出力信号により、室内の湿度が設定値の許容範囲内になるように高圧水ポンプ１１をＯＮ，ＯＦＦ制御する。

ところで、湿度は健康で快適な生活環境を維持する上で重要な要素である。湿度が高いと、夏場は不快感を与え、冬場は結露の原因になる。また、ダニやカビの発生を増加させ、アレルギーなどの要因にもなる。
一方、湿度が低すぎると、インフルエンザウィルスなどの活動を活発化させると共に、のどの保護作用が低下するため、ウィルスが体内に侵入しやすくなる。この他に、湿度が低すぎると、静電気が発生しやすくなるなど、不快な現象も引き起こす原因になる。

こうしたことから図２に示すように、相対湿度40〜70％の範囲に管理すればよいことが分かった。湿度の管理不良が健康に悪影響を与える事例としては、冬場の暖房期における低湿度が原因となるインフルエンザの流行が挙げられていることは周知である。現在、新型のインフルエンザによる世界的大流行が懸念されており、予防における湿度管理は非常に重要であると考えられる。

それに加えて、私たちが通常、風邪と呼んでいるのは正式には「普通感冒（かんぼう）」のこと。「インフルエンザ（流行性感冒）」や「気管支（きかんし）炎」など、上気道の炎症をあわせて「風邪症候群（しょうこうぐん）」と呼んでいる。風邪症候群の原因は80〜90パーセントがウィルスの感染である。ウィルスとは生きた細胞の中でだけ増殖する特異な微生物のことである。風邪のウィルスは200種類以上あるといわれているが、多くは冬場の低温乾燥の環境で空気中の飛散量が増加するようになる。

このウィルスは湿度の高い状況では、すぐに地面に落下してしまう。ところが、湿度が40パーセント以下になるとウィルスの水分が蒸発して軽くなるため、落下速度はゆるやかになり、約30分間、空気中を漂っている。空気中のウィルスは、人が息を吸い込むときに鼻やのどから感染して、流行しやすくなると考えられている。また、空気中を浮遊するウィルスが衣類や手などに付き、これが再び空気中を漂って、吸い込まれる場合もある。
さらに風邪のウィルスの多くは気温15〜18度以下の環境を好んで、活発に活動を始めるため、冬場、風邪の患者数が急増する。

一方で、1985 年ASHRAE(全米空調学会) 発表の「室内有害物質と相対湿度の相関」に拠れば年間屋内相対湿度を40〜60％RH に保つ事によって感染症、カビ、オゾンの発生等種々の有害物を抑制できるとされている。現在最も恐れられている問題は感染症であり、特に緊急性があるものとしてインフルエンザウィルスが挙げられる。近年特効薬タミフルの効かない症例が増加しつつあると聞く。また、より強力な変異種の登場も予想されている。湿度管理による効能について、図３に示す、1961 年G.J.Haperによって発表された＜Survival test with for viruses＞と題する論文が有名である。この発表によってインフルエンザウィルスは湿度に弱く、対処法として加湿による室内湿度管理が有効であることが確認された。

本発明者は、これらの湿度とダニやカビ等のアレルゲンとの関係や、湿度とインフルエンザウィルスとの関係、湿度と静電気との関係等、湿度が生活環境に与える影響を鋭意研究した結果、相対湿度を５０％±５％の範囲に保てばよいことを知見し、その相対湿度を大きな室内空間であっても短時間で達成することができる装置を開発するに至った。

図１に示す本発明に係るハイブリッドミスト装置１を用いて、７００平方メートルの床面積を有する室内空間を湿度３５％から湿度５５％まで上げる実験を行ったとところ、図４に示す結果が得られた。水量により湿度上昇の幅の違いはあるが、加湿時間30分までは急激な上昇が見られ、その後、緩やかに50％付近を維持する傾向であった。またこのときは、空調設備３で室内温度を20℃になるように熱交換器５及びブロア８を駆動させて行った。

本発明に係るハイブリッドミスト装置１は、高圧水ポンプ１１が７ＭＰａ以上の非常に高い水圧であるため、噴霧ノズル１０から吐出されるミストの量が非常に多く、大きな室内空間であっても、短時間で目的とする湿度範囲へ持っていくことが可能である。

ところで、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、適宜の変更が可能である。例えば、コントローラ１２は、湿度センサー１３からの出力信号に応じて、熱交換器５の温度及び風量を変更し、快適な湿度に保ちながら室内温度も管理できるようにすることも可能である。
また本発明のハイブリッドミスト装置は、室内空間の一部にスタンドアローン方式で設置する以外にも、ホテル等のように空調ダクトを天井裏に配設して各室の空調を管理する集中管理型の空調設備へ適用することも可能である。

１…ハイブリッドミスト装置
２…空調機本体
３…空調設備
４…ミスト設備
５…熱交換器
６…外気導入ダクト
７…吹出しダクト
８…ブロア
９…吹出し口
１０…噴霧ノズル
１１…高圧水ポンプ

Claims (3)

1. ７ＭＰａ以上のポンプ水圧で加圧水を吐出する高圧水ポンプと、ミストを噴霧するノズルと、室内の所要箇所に設置された湿度センサーと、該湿度センサーの出力信号に基づいて室内の相対湿度が４５％〜５５％の範囲内になるように、前記高圧水ポンプを制御するコントローラーとで構成したことを特徴とするハイブリッドミスト装置。
2. ミストを噴霧するノズルを空調機の吹出し口に設置した前記請求項１に記載のハイブリッドミスト装置。
3. 前記湿度センサーの出力信号を空調機の制御回路へ出力し、送風温度及び風量をコントロールするようにした請求項２に記載のハイブリッドミスト装置。