JP2014211275A - 加湿装置 - Google Patents

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    • F24F6/04Air-humidification, e.g. cooling by humidification by evaporation of water in the air using stationary unheated wet elements

Abstract

【課題】本発明は、加湿体内にスケール分等が析出した場合においても排水効率を一定に維持することで、加湿能力の低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る加湿装置は、保水可能な導水体を備えた加湿体を所定の間隔で配列した加湿ユニットと、給水源からの水を前記加湿ユニットに供給する給水管と、前記加湿ユニットへ供給する水の圧力を調節可能な圧力調整弁と、を備え、前記加湿体の鉛直方向最上部まで水が到達しないように前記圧力調整弁の開度を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図6

Description

本発明は、自然蒸発式の加湿装置に関する。
自然蒸発式の加湿装置はランニングコストやイニシャルコストが低く、安全性が高いことが知られている。その中でも、雑菌や炭酸カルシウム等の微粉末の飛散がなく、高い加湿能力を得ることが出来る透湿膜加湿方式(透湿膜により形成された袋状の加湿体内に水を供給し、加湿体内の水が自然蒸発することで近傍の空気を加湿する方式)が注目を浴びている(特許文献1)。
この透湿膜加湿方式は、加湿体内のゴミや水に溶けているスケール分(炭酸カルシウム分等)が加湿体外へ出ないため清潔に加湿を行えるという利点がある。しかしながら、加湿を行うにつれて加湿体内の水分量が減少し、溶け切れなくなったスケール分が加湿体内で析出してしまう。この析出したスケール分が加湿体を構成する透湿膜の孔に詰まり、加湿能力が低下するという問題があった。この問題を解消するため、加湿体内の水を排水する機能を備え、加湿運転の終了時や一定時間毎に加湿体内の水を排水するものがある(特許文献2)。
特開平8−219505号公報 特開平8−247509号公報
特許文献2に記載の加湿装置は加湿体内の水を一定時間毎に排水することで、スケール分を水と一緒に加湿体外に排出している。このため、使い始めは排水率が高く保たれ、加湿能力は維持できていた。しかし、一定時間毎に排水を行ったとしても透湿膜に付着等したスケール分は完全には排出できないため、スケール分が徐々に加湿体内に溜まってしまう。そして加湿体内に溜まったスケール分が徐々に透湿膜の孔に詰まることで、加湿体外への水蒸気の通過だけでなく加湿体内への空気の通過も阻害してしまうため、排水の際加湿体内が負圧となり排水効率を低下させてしまう。このように、排水効率が悪くなると、所定の時間内に加湿体内の水を完全に排出することが出来なくなるため、透湿膜内のスケールの濃度が高くなってしまい加湿能力が低下するとういう課題があった。
本発明は、加湿体内にスケール分等が析出した場合においても排水効率を一定に維持することで、加湿能力の低下を抑制することを目的とする。
本発明に係る加湿装置は、
保水可能な導水体を備えた加湿体を所定の間隔で配列した加湿ユニットと、
給水源からの水を前記加湿ユニットに供給する給水管と、
前記加湿ユニットへ供給する水の圧力を調節可能な圧力調整弁と、を備え、
前記加湿体の鉛直方向最上部まで水が到達しないように前記圧力調整弁の開度を制御する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る加湿装置は加湿ユニット内に水を給水した際、加湿体の鉛直方向最上部まで水が来ないので、加湿体の最上部近傍はスケール分が析出せず通気性を保つことが可能となる。よって、排水の際に加湿体内が負圧にならず排水効率を一定に保つことができるため、加湿性能の低下を抑制することができる。
本発明の実施の形態1に係る加湿装置の構成を示す図。 本発明の実施の形態1に係る加湿装置の加湿ユニット周辺部の斜視図。 本発明の加湿ユニットを形成する加湿体を複数毎並べた構成を示す図。 本発明の加湿ユニットを形成する加湿体の構成を示す図。 本発明の実施の形態1に係る加湿ユニットと圧力調整弁の配置関係を示す図。 本発明の実施の形態1に係る加湿体内部の給排水の様子を示す模式図。 本発明の実施の形態2及び3に係る加湿の加湿ユニット周辺部の斜視図。 本発明の実施の形態2に係る給水タンク内部の構成を示す図。 本発明の実施の形態2の加湿ユニットと水位調整穴下端との高さ関係を示す図。 本発明の実施の形態3の給水タンク内部の構成を示す図。 本発明の実施の形態3の加湿ユニットと水位センサの高さ関係を示す図。
実施の形態1
本発明の実施の形態1に係る加湿装置の構成について図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施の形態1に係る加湿装置の構成図であり、図2は本発明の実施の形態1に係る加湿装置の加湿ユニット周辺部の斜視図である。図1に示すように、加湿装置1は、内部を通過する空気を加湿する加湿ユニット2と、この加湿ユニット2に水を供給する給水部3と加湿ユニット2内に蓄えられた水を排出する排水部4と、加湿ユニット2に空気を通過させる送風機5とを備えている。
また、給水部3は、水道等の給水源と加湿ユニット2を接続する給水管3aと、給水管3aに取り付けられ、給水源から加湿ユニット2に流れる水を開放したり、遮断したりする給水弁3bと、加湿ユニット2へ供給する水の圧力を調節する圧力調整弁3cを備えている。給水管3aは加湿ユニット2に形成された給水口2aと接続されている。給水源から供給された水は給水管3aを通り、給水口2aから加湿ユニット2内に浸入する。
排水部4は、加湿ユニット2内の水を加湿装置1外に排水する排水管4aと、排水管4aに取り付けられ、加湿ユニット2内に水を維持したり、加湿ユニット2外に排水したりする排水弁4bとを備えている。排水管4aは加湿ユニット2に形成された排水口4c(図示せず)と接続されている。加湿ユニット2に蓄えられた水は排水口4cから加湿ユニット2外へ排出され、排水管4aを通り加湿装置1外へ排水される。
加湿装置1は、さらに、送風機5の運転のON/OFF、給水弁3bの開閉、排水弁4bの開閉及び、圧力調整弁3cの開度を制御する制御装置8を備えている。また、加湿装置1は利用者等が操作可能なリモコン8aを備え、例えば利用者等がリモコン8aの加湿運転開始ボタン又は加湿運転停止ボタンを操作すると制御装置8に加湿運転開始指令又は加湿運転停止指令を与える。また、図2に記載の加湿装置1では、加湿ユニット2は2個配置されているが、もちろん2個に限らず加湿量に応じて変更してよい。
つづいて、加湿ユニット2の構成について図3及び図4を参照して説明する。図3は本発明の加湿ユニットを形成する加湿体を複数毎並べた構成を示す図であり、図4は本発明の加湿ユニットを形成する加湿体の構成を示す図である。
図3に示すように、加湿ユニット2は加湿体2bを複数枚並べたものを外郭体2c(図2に記載)内に収容することで構成される。外郭体2cは外郭側面部2d、外郭天面部2e及び外郭底天部2fからなり、加湿ユニット2の給気部9a及び排気部9bを形成する対向する二面は開口している。加湿ユニット2の両側面はそれぞれ外郭側面部2dにより、天面は外郭天面部2eと底面は外郭底面部2fによりそれぞれ閉止されている。外郭側面部2dの下部で給気部9a部近傍には給水管3aが接続可能な給水口2aが設けられている。なお、加湿ユニット2は被加湿空気を通す通風路9と水を蓄える加湿体2bとが一層おきに形成された構成となっている。
図4(a)〜図4(c)に示すように、加湿体2bは保水可能な導水体2gと樹脂枠を張り合わせて構成され、下端部には加湿ユニット2の給水口2aから浸入してきた水が通過する給水穴2hがある。この加湿体2bの樹脂枠は加湿体2bの外形を形成する外枠2iと、隣の加湿体2bとの間隔を確保して通風路9を形成する間隔リブ2jが梯子状に構成されている。図4(d)に示すように導水体2gは、シート状の多孔質材料からなる導水部材2kを、水は透過しないが水蒸気は透過する透湿膜2lの間に挟むことで構成される。また、加湿ユニット2は各々の間隔リブ2j同士が向き合わないように加湿体2bを並べることで構成される。
本実施の形態1に係る加湿装置1の給水及び排水動作について図5及び図6を参照して説明する。図5は本発明の実施の形態1に係る加湿ユニットと圧力調整弁の配置関係を示す図であり、図6は本発明の実施の形態1に係る加湿体2b内部の給排水の様子を示す模式図である。なお、加湿装置1による運転は、給水源から加湿体2bへ水を供給する給水運転と、送風機5により送風された空気を加湿する加湿運転と、加湿体2bから加湿ユニット2外に水を排出する排水運転と、に大きく分けられる。
加湿装置1の給水運転及び加湿運転について説明する。
加湿装置1の運転が停止状態であるときは、送風機5の運転は停止し、給水弁3b、排水弁4b及び圧力調整弁3cは閉弁している。加湿装置1の運転が停止状態である場合において、利用者がリモコン8aで加湿運転開始ボタンを選択すると、リモコン8aは制御装置8に加湿運転開始指令を与える。指令を受けた制御装置8は、送風機5に送風開始指令を与え、給水弁3bに開弁指令を与え、圧力調整弁3cに開度調整指令を与える。すると、送風機5の運転が開始し、給水弁3bが開き、圧力調整弁3cが開き、給水源から加湿ユニット2内へ水の供給が開始する。
圧力調整弁3cの開度については以下のように制御を行う。図5に示すように圧力調整弁3cの出口の高さを基準(X=0)とし、加湿体2bの鉛直方向最高点の高さをH[mm]、供給される水の加湿体2b内での到達点をa[mm]とすると、

a<H ・・・・式(A)

の関係を満たすような範囲で圧力調整弁3cの開度を制御する必要がある。また、圧力P[MPa]と水の到達点[mm]との関係は1MPa=101972kg/m2より、1MPa=101972mmH2Oである。この101972が圧力と水の高さの単位の変換係数である。このため、式(A)を満たすためには圧力調整弁3cにより調整する圧力Pは、

P<H/101972 ・・・式(B)

の関係を満たせばよい。よって、圧力調整弁3cの開度を上記式(B)の関係を満たす範囲内で調整することで、給水源から加湿ユニット2に供給される水が加湿体2b内で最高点まで到達しない。
続いて、給水時の加湿体2b内での水位の変化について図6を用いて説明する。
上記の式(B)の関係を満たす範囲内で圧力調整弁3cを調整すると目標とするa[mm]に達するまで給水を続ける(図6(a))。そして、徐々に水位が上昇していき、目標とするa[mm]に水が達すると給水は完了する(図6(b))。なお、圧力調整弁3cにより供給される圧力Pと水の重力による圧力P’はつりあっている。また、加湿体2b内の最上部には水が到達しない空間である未給水空間10を有する。給水が完了すると、制御装置8は給水弁3b及び圧力調整弁3cを閉弁する指令を与え、給水弁3b及び圧力調整弁3cを閉弁させる。その後は送風機5のみ運転し、被加湿空気を加湿ユニット2内に吸い込み、加湿ユニット2内で自然蒸発により加湿し、加湿ユニット2外に排出する加湿運転を行う。
つづいて、加湿装置1の排水運転について説明する。
加湿装置1が加湿運転状態のときは、送風機5は運転し、給水弁3b、排水弁4b及び圧力調整弁3cは閉弁状態である。加湿装置1が加湿運転状態である場合において、利用者がリモコン8aで加湿運転停止ボタンを選択すると、リモコン8aは制御装置8に加湿運転停止指令を与える。指令を受けた制御装置8は送風機5に送風停止指令を与え、排水弁4bに開弁指令を与える。すると、送風機5の運転が停止し、排水弁4bが開くことで、加湿ユニット2内の水が排水管4aを通り、加湿装置1外へ排水される。なお、上記では排水運転の際に送風機5の運転を停止したが、排水運転中、送風機5を運転させていてももちろんよい。
上記したように、給水時に式(B)の関係を満たしているため、加湿体2bの最上部に未給水空間10を有する。図6(c)に示すように、未給水空間10には給水された水が到達しないため、スケール分が析出することはない。よって、未給水空間10では空気の流通が十分に行われるため、排水時の加湿体2b内部が負圧になることを防ぐことができる。この効果は加湿ユニット2を長期間使用し、加湿体2b内部にスケールが十分付着した状態でも同様である。そのため、長期間使用しても排水効率は高いまま維持され、加湿ユニット2の加湿能力の低下を抑制することが出来る。また、加湿ユニット2の加湿能力の低下を抑制できると、加湿ユニット2を交換する期間を延ばせるので、省資源化にも繋がる。また、圧力調整弁3cを使用することにより、加湿ユニット2まで外界に触れずに給水することができ、臭いやホコリ、汚れ等が入ることが無いため、衛生面でも優れた効果を有する。ただし、圧力調整弁3cの圧力設定時に式(B)を満たす場合であってもあまりに圧力Pを小さくしてしまうと加湿体2b内の水位が低下し、加湿能力が初期から低下することとなる。そのため、圧力Pはなるべく式(B)を満たす範囲内で大きい値のほうが望ましい。
そして、排水運転が所定の時間経過すると、制御装置8は排水弁4bに閉弁する指令を与え、排水弁4bは閉弁する。こうして、排水運転が終了し、加湿装置1の運転が終了する。
本発明の実施の形態1に係る加湿装置1は、給水した際に加湿体2bの鉛直方向最上部まで水が来ないので、加湿ユニット2の最上部近傍ではスケール分が析出せず通気性を保つことが可能となる。よって、排水の際に透湿膜2l内が負圧にならず排水効率を一定に保つことができるため、加湿性能の低下を抑制することができる。
実施の形態2
実施の形態1は給水部3に圧力調整弁3cを設け、圧力調整弁3cの開度を制御することで加湿体2bの最上部まで水が来ないようにしたのに対し、本実施の形態2は、給水部3に給水タンク11を備え、その給水タンク11の構成に特徴を有するものである。その他の構成については実施の形態1と同様であるため、説明は省略する。実施の形態2の説明について図7から図9を用いて説明する。図7は本発明の実施の形態2及び3に係る加湿の加湿ユニット2周辺部の斜視図であり、図8は本発明の実施の形態2に係る給水タンク11内部の構成を示す図であり、図9は本発明の実施の形態2の加湿ユニット2と水位調整穴下端との高さ関係を示す図である。
図7に示すように、本実施の形態2に係る給水部3は、給水源からの水を前記給水タンク11を経由し前記加湿ユニット2に供給する給水管3aと、前記給水管3a内の水を開放又は遮断する給水弁3bと、給水源から供給された水を内部に貯水可能な給水タンク11と、を備えている。給水弁3bを開くと、給水源から給水管3aを通って給水タンク11に水が供給され、給水タンク11から給水管3aを通って加湿ユニット2に水が供給される。給水タンク11は図8に示すような構成をしている。給水タンク11には内部の水を外部に放出する水位調整穴12を有する。給水源から給水タンク11に水が供給され、時間の経過と共に次第に給水タンク11内の水位が上昇していき、水位調整穴12の最下点である水位調整穴下端13に達すると水位調整穴12から水がオーバーフローする。こうして、給水タンク11内では水位は水位調整穴下端13の高さで一定に保たれる。
給水タンク11の設置位置は、図9に示すように、水位調整穴下端13が加湿ユニット2の加湿体2bの鉛直方向で一番高い位置より低い位置になるように設置する。こうすることで、加湿体2b内の水面は水位調整穴下端13と同じ高さまでしか上昇しないため、加湿体2b上部にスケール分が付着しない未給水空間10を作ることが出来る。
実施の形態2に係る加湿装置1の給水運転及び加湿運転について説明する。
加湿装置1の運転が停止状態のときは、送風機5の運転は停止し、給水弁3b、排水弁4bは閉弁状態である。この加湿装置1の運転が停止状態である場合において、利用者がリモコン8aで加湿運転開始ボタンを選択すると、リモコン8aは制御装置8に加湿運転開始指令を与える。指令を受けた制御装置8は送風機5に送風開始指令を与え、給水弁3bに開弁指令を与える。すると、送風機5の運転が開始し、給水弁3bが開くことで給水源から給水タンク11へ水の供給が開始される。さらに、給水タンク11に供給された水は給水タンク11から給水管3aを通って加湿ユニット2に供給される。時間の経過と共に給水タンク11内の水位及び加湿ユニット2内の水位は上昇し、給水タンク11内の水位が水位調整穴下端13に達すると給水タンク11内の水がオーバーフローする。すると給水タンク11内の水位は水位調整穴下端13の高さで一定に保たれ、加湿ユニット2内の水位も水位調整穴下端13と同じ高さで保たれる。最後に、給水タンク11及び加湿ユニット2の水位が水位調整穴下端13に達したと推定される所定の時間の経過後に制御装置8は給水弁3bに給水弁3bを閉める指令を与え、給水弁3bが閉弁することで給水運転は終了する。給水運転が終了すると、制御装置8は給水弁3bを閉める指令を与え、給水弁3bを閉弁させる。その後は送風機5のみ運転し、被加湿空気を加湿ユニット2内に吸い込み、加湿ユニット2内で自然蒸発により加湿し、加湿ユニット2外に排出する加湿運転を行う。
つづいて、実施の形態2に係る加湿装置1の排水運転について説明する。
加湿装置1が加湿運転状態のときは、送風機5は運転し、給水弁3b、排水弁4bは閉弁状態である。加湿装置1が加湿運転状態の場合において、利用者がリモコン8aで加湿運転停止ボタンを選択すると、リモコン8aは制御装置8に加湿運転停止指令を与える。つづいて、指令を受けた制御装置8は送風機5に送風停止指令を与え、排水弁4bに開弁指令を与える。すると送風機5の運転が停止し、排水弁4bが開くことで加湿ユニット2内の水は排水管4aを通り、加湿装置1外へ排水される。なお、上記では排水運転の際に送風機5の運転を停止したが、排水運転中、送風機5を運転させていてももちろんよい。そして、排水動作が所定の時間経過すると、制御装置8は排水弁4bに閉弁する指令を送り、排水弁4bを閉弁する。こうして、排水運転が終了する。
本発明の実施の形態2に係る加湿装置1は、給水した際に加湿体2bの鉛直方向最上部まで水が到達しないように制御するので、加湿ユニット2の最上部近傍ではスケール分が析出せず通気性を保つことが可能となる。よって、排水の際に透湿膜2l内が負圧にならず排水効率を一定に保つことができるため、加湿性能の低下を抑制することができる。また、上記のような構成にすることで水面の上下変動をほとんど生じずに水位を調整することが出来るため、より確実に加湿体2b内の水位の調整が行える。また構成部品も圧力調整弁3cが不要となるため簡略となり、一層の省資源化を達成することができる。
実施の形態3
実施の形態3は実施の形態2で示した加湿装置1の給水タンク11内の構成を変更したものである。その他の構成は実施の形態2と同じである。従って、実施の形態1及び2と同じ構成については説明を省略し、相違点のみ説明する。実施の形態3の説明について図10及び図11を用いて説明する。図10は本発明の実施の形態3の給水タンク11内部の構成を示す図であり、図11は本発明の実施の形態3の加湿ユニットと水位センサの高さ関係を示す図である。
本実施の形態3にかかる給水タンク11の構成は図10に示すように、給水タンク11内には給水タンク11内部の水位を検知する水位センサ14を有する。制御装置8は水位センサ14で検知された水位に基づいて給水弁3bの開閉を制御する。水位センサ14は給水タンク11内の水位が設定された上限水位値A以上となったことを検知すると、その信号を制御装置8へ送り、制御装置8は給水弁3bを閉弁する。また、水位センサ14は給水タンク11内の水位が設定された下限水位値B以下となったことを検知すると、その信号を制御装置8へ送り、制御装置8は給水弁3bを開弁する。この動作の繰り返しにより給水タンク11内の水位は水位センサ14の下限水位値B以上、上限水位値A以下の範囲に制御される。
図11に示すように上限水位値Aが、加湿ユニット2の加湿体2bの鉛直方向で一番高い位置より低い位置になるように設定する。こうすることで、給水タンク11内の水面の上限水位値Aと同じ高さまでしか加湿体2b内部の水面は上がらないため、加湿体2bにスケール分が付着しない未給水空間10を作ることが出来る。
実施の形態3に係る加湿装置1は、給水した際に加湿体2bの鉛直方向最上部まで水が来ないように制御するので、加湿ユニット2の最上部近傍ではスケール分が析出せず通気性を保つことが可能となる。よって、排水の際に透湿膜2l内が負圧にならず排水効率を一定に保つことができるため、加湿性能の低下を抑制することができる。また、水をオーバーフローさせている実施の形態2に係る加湿装置1よりも必要な水の量が少なくなるので、より省資源化を促進できる。また水位の調整を水位センサ14の設定で行うことが出来るため、実施の形態1に係る加湿装置1よりも水位の調整が容易である。
1 加湿装置、2 加湿ユニット、2a 給水口、2b 加湿体、2c 外郭体、2d 外郭側面部、2e 外郭天面部、2f 外郭底面部、2g 導水体、2h 給水穴、2i 外枠、2j 間隔リブ、2k 導水部材、2l 透湿膜、3 給水部、3a 給水管、3b 給水弁、3c 圧力調整弁、4 排水部、4a 排水管、4b 排水弁、4c 排水口、5 送風機、8 制御装置、8a リモコン、9 通風路、9a 給気部、9b 排気部、10 未給水空間、11 給水タンク、12 水位調整穴、13 水位調整穴下端、14 水位センサ、

Claims (5)

  1. 保水可能な導水体を備えた加湿体を所定の間隔で配列した加湿ユニットと、
    給水源からの水を前記加湿ユニットに供給する給水管と、
    前記加湿ユニットへ供給する水の圧力を調節可能な圧力調整弁と、を備え、
    前記加湿体の鉛直方向最上部まで水が到達しないように前記圧力調整弁の開度を制御する制御装置と、を備えた加湿装置。
  2. 前記制御装置は、
    前記圧力調整弁の開度を調節することにより前記加湿ユニットへ供給する水の圧力をP、
    前記加湿体の鉛直方向最高点の高さをH、とした場合に、
    P<H/101972
    の関係を満たすように前記圧力調整弁の開度を制御することを特徴とする請求項1に記載の加湿装置。
  3. 保水可能な導水体を備えた加湿体を所定の間隔で配列した加湿ユニットと、
    内部に貯水可能な給水タンクと、
    給水源からの水を前記給水タンクを経由し前記加湿ユニットに供給する給水管と、
    前記給水タンクの側面に内部の水を外部に放出する水位調整穴を有し、前記水位調整穴の下端が前記加湿体の鉛直方向最高点より低い位置になるように設けたことを特徴とする加湿装置。
  4. 保水可能な導水体を備えた加湿体を所定の間隔で配列した加湿ユニットと、
    内部に貯水可能な給水タンクと、
    給水源からの水を前記給水タンクを経由し前記加湿ユニットに供給する給水管と、
    前記給水管内の水を開放又は遮断する給水弁と、
    前記給水タンク内の水位を検知する水位センサと、
    前記加湿ユニットへの水の供給量を制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記加湿体の鉛直方向最上部まで水が到達しないように、前記水位センサの検知結果に基づいて前記給水弁の開閉を制御することを特徴とする加湿装置。
  5. 前記制御装置は、所定の上限水位値及び所定の下限水位値を有し、前記水位センサの検知結果が前記上限水位値以上の場合は前記給水弁を閉弁し、前記水位センサの検知結果が前記下限水位値以下の場合は前記給水弁を開弁することを特徴とする請求項4に記載の加湿装置。
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