JP2016044915A - 気化式加湿器及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送風ファンの過剰運転に伴う電力コストの削減を図るとともに、空調系統への微生物の導入を防止する。【解決手段】加湿エレメント２１上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメント２１に空気を流通させる電力使用の送風ファン３０とを備えた気化式加湿器の運転に際し、前記加湿部より上流側の入側空気の入側露点と、出側空気の出側露点とを検出する露点検出手段４１，４２を設け、給水運転停止後において、前記入側露点と出側空気との露点温度差が３．８℃〜１．０℃の温度範囲内で前記送風ファン３０の作動を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、気化式加湿器及びその運転方法に関する。

病院、介護・医療施設、事務所ビル、住宅、学校、食品工場、医薬品工場などにおいて加湿器が使用されている。
健康の維持又は製品の品質管理などを目的とした、主に業務用又は産業用の加湿方式としては、水をその温度の水蒸気に気化して加湿する気化方式、水を１００℃または１００℃以上の蒸気にして噴霧する蒸気方式、微細な水滴を直接空気に噴霧する水噴霧方式などがある。

なかでも、気化式加湿器は、業務用又は産業用の主流の加湿器であり、加湿（気化）エレメントに水道水を滴下、浸透させ、濡れ状態とした表面に処理空気を通風し、水分を気化させることで空気の加湿を行うものである。
加湿器への給水は、建築物衛生法により水道法第４条に定める水道水を使用しなければならない。これはレジオネラ属菌などの病原体により居室内の空気が汚染されることを防止するために、給水の水質を定めるものである。

しかしながら、不織布やセラミックペーパーなどを材質とする加湿エレメントは、処理空気中の浮遊菌及び微生物の栄養分となる塵埃を捕捉し、細菌または真菌の繁殖し易い条件を作り出している。その結果、病院など衛生面で特に配慮すべき施設では気化式加湿器の使用が控えられている。

一方、近年、改正省エネ法の施行などに伴い、空調の省エネルギー化が急速に進められている中で、蒸気や噴霧動力の不要な、省エネ度が高い方式として気化式加湿器の優位性が注目を浴びている。

気化式加湿器の加湿エレメントにおける細菌の繁殖については、特許文献１では、加湿エレメントを疎水性にすることを提案し、特許文献２では、気化部に可視光を照射して殺菌するとともに、水に銀イオンを含ませ、加湿エレメントが乾燥したときに銀を付着させ抗菌作用を生じさせることを提案している。
なお、特許文献３は、加湿エレメントを通った空調用空気の湿度を検出する露点センサーを設け、露点センサーの検出結果に基づいて空調用空気の湿度が所定値に維持されるよう散水を作動停止させるようにしたことを開示する。なお、この特許文献３は、加湿をどの時点で停止するかの技術であって、乾燥段階の停止に関するものではない。

特開２００８−２６１５８５ 特開２００９−１３９００８ 特開２００６−１１８７２４

しかし、従来技術では効果を得るために現状の加湿器の大幅な改造が必要となる。そこで、加湿器のメーカーでは、加湿エレメント表面の細菌、真菌の繁殖を防止するために、運転停止後は加湿器への給水を停止し、送風ファンのみを運転すること、その送風ファンのみの運転時間として約２時間を推奨している。

しかるに、本発明者らの研究による知見では、加湿エレメントが乾燥しているにもかかわらず、送風ファンを運転し続けることになり、省エネ度が高い方式としての気化式加湿器優位性を低下しかねない状態であることが判った。
また、送風ファンを作動し続けると、外気由来の微生物を空調機に持ち込む要因となり、加湿エレメントや空調機内を微生物で汚染させる状況を招来することになることも判った。

したがって、本発明の主たる課題は、送風ファンの過剰運転に伴う電力コストの削減を図るとともに、空調系統への微生物の導入を防止又は抑制できる気化式加湿器及びその運転方法を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。

＜請求項１記載の発明＞
加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器であって、
前記加湿部より上流側の入側空気の入側露点と、出側空気の出側露点とを検出する露点検出手段と、
前記入側露点と出側空気との露点温度差が所定の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止する制御手段とを備えることを特徴とする気化式加湿器。

＜請求項２記載の発明＞
加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器の運転に際し、
前記加湿部より上流側の入側空気の入側露点と、出側空気の出側露点とを検出する露点検出手段を設け、
給水運転停止後において、前記入側露点と出側空気との露点温度差が３．８℃〜１．０℃の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止することを特徴とする気化式加湿器の運転方法。

＜請求項３記載の発明＞
前記露点温度差が２．５℃〜１．５℃の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止する請求項２記載の気化式加湿器の運転方法。

（作用効果）
前述のように、加湿（気化）エレメントが乾燥しているにもかかわらず、送風ファンを運転し続けることは省エネルギーの観点から避ける必要がある。しかるに、本発明に従って、所定の露点温度差になった場合、たとえば露点温度差が３．８℃〜１．０℃、より好ましくは２．５℃〜１．５℃の温度範囲内となった場合には、加湿エレメントの乾燥が必要十分なものとして送風ファンを停止するので、運転電力コストが低減する。
他方、現状に触れながら説明すると、通常の空調機では、微生物を完全に捕捉するＨＥＰＡフィルターを装着しておらず、粗塵フィルターや中性能フィルターが装着されているだけである。
そのために、給水を停止した後、送風ファンを運転する乾燥運転段階では、外気由来または室内空気由来の浮遊微生物を取り込んでしまうことになる。
加湿運転段階では加湿エレメントに連続的な給水が行われているので、加湿エレメントに侵入した微生物は洗い流され、微生物の堆積は防止されるものと考えられる。しかし、乾燥運転では、給水がないので微生物の導入に伴う加湿エレメントでの増殖、堆積が進行するものと推測できる。
本発明では、給水を停止した後、送風ファンを運転する乾燥運転段階の時間を適確に短くできるので、加湿エレメントでの微生物の増殖、堆積を防止できる。
このようにして、病院など衛生面で特に配慮すべき施設であっても、気化式加湿器の使用が問題なく可能となる点で、大きな利点がある。

＜請求項４記載の発明＞
加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器の運転に際し、
前記加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出し、前記温度及び湿度と乾燥時間との関係から求められ、かつ、４分〜６０分の時間範囲内で求められる設定乾燥時間を定め、
給水運転停止後において、前記設定乾燥時間経過した後に前記送風ファンの作動を停止することを特徴とする気化式加湿器の運転方法。

（作用効果）
前述の発明では、入側露点と出側空気との露点温度差が所定の温度範囲内で送風ファンの作動を停止するようにした。しかるに、そもそも給水運転停止後、送風ファンの作動による乾燥時間の経時によって、一般細菌数及び真菌数はたとえば図３のように変化する。
そこで、常時露点温度差を求めるのではなく、加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出によって知ることができれば、温度及び湿度と乾燥時間との関係から、送風ファンによる必要な乾燥時間を求めることができる。ちなみに、温度が高く、湿度が低いほど送風ファンによる必要な乾燥時間は短くなり、逆であれば、必要な乾燥時間は長くなる傾向があることは知見されている。
かかる知見に基づけば、本請求項記載の発明に従って、加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出し、前記温度及び湿度と乾燥時間との関係から求められ、かつ、４分〜６０分の時間範囲内で求められる設定乾燥時間を定め、給水運転停止後において、前記設定乾燥時間経過後に送風ファンの作動を停止するようにしてもよい。
この場合、図３が参照されるように、設定乾燥時間は、一般細菌数及び真菌数共に少ない４分〜６０分が望ましく、かつ、従来において推奨されていた２時間より十分短い。

以上のとおり、本発明によれば、送風ファンの過剰運転に伴う電力コストの削減を図るとともに、空調系統への微生物の導入を防止又は抑制できるなどの利点をもたらす。

本発明に係る気化式加湿器の概要を示す斜視図である。 本発明に係る気化式加湿器の制御系の概要を示す斜視図である。 乾燥時間と菌数との相関を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１は、本発明に係る気化式加湿器の一実施態様を示すものである。

加湿系統を構成するダクト１０の途中に加湿器２０を設け、取り込んだ外気又は室内空気を送風ファン３０により加湿器２０に通風させ、サージ空気としてダクト１０の出口に設けた吹出し口３１から室内に吹出すように構成されている。

加湿器２０は、加湿エレメント２１上からこれに水分を給水する（水道水を滴下する）ようになっている。水道水の滴下ために、加湿エレメント２１の下方には、一時貯留器２２が設けられ、その内部の水を、流量調整弁２３を介して循環ポンプ２４により汲み上げ、供給流量計２５を通って、加湿エレメント２１の上方に配置した滴下ヘッダ２６の各滴下口から、分散用パンチングメタル２７を介して加湿エレメント２１上滴下するように構成してある。加湿エレメント２１を流下した水は、一時貯留器２２に貯留され、一部循環使用される。
かかる加湿エレメント２１への循環供給手段は、本発明における「加湿部」を構成してある。

本発明においては、たとえば図２に概要を示すように、加湿器２０より上流側に設けた露点検出器４１により入側空気の入側露点を検出するとともに、下流側に設けた露点検出器４２により出側空気の出側露点を検出する。
これらの入側露点と出側露点信号は、制御器４３に取込み、入側露点と出側空気との露点温度差Ｔｄが所定の温度範囲内であるとき、送風ファン３０の作動を停止する制御手段を備えている。

本発明における加湿エレメントとしては、その材質や構造が限定されるものではない。不織布やセラミックペーパーなどを材質とするほか、プラスチックや金属であってもよい。ただし、水が流下し、ある程度の時間滞留することが必要であるために、繊維系のものが望ましい。
たとえば、無機繊維吸湿材が、アルミナ、シリカ及びチタニアから選ばれる１又は２以上の結合材を含有するガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維などを使用できる。
かかる無機繊維吸湿材の乾燥速度、吸水速度、単位質量当りの保水量などは、加湿エレメントの形状や材質の選定によって選択できる。
他方、化学分野での気液接触を図るために汎用されている「規則充填物」なども優位に使用できる。

本発明における露点検出器４１、４２としては、公知ものを使用でき、たとえば高分子式の静電容量式露点計、酸化アルミ式の静電容量式露点計、塩化リチウム露点計などを例示できる。

本発明における露点検出器４１、４２の設置場所としては、加湿エレメントでの加湿に影響を受けない範囲で、加湿エレメントとあまり離間していないことが望ましく、たとえば加湿エレメントの入側では、２０ｃｍ〜５００ｃｍの離間距離をもって、出側では２０ｃｍ〜２００ｃｍ離間距離をもって、露点検出器４１、４２を設置するのが望ましい。

他方、加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出し、前記温度及び湿度と乾燥時間との関係から求められ、かつ、４分〜６０分の時間範囲内で求められる設定乾燥時間を定め、 給水運転停止後において、前記設定乾燥時間経過した後に送風ファンの作動を停止する形態において、加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出する位置は、限定されるものではなく、加湿エレメントと、たとえば２０ｃｍ以上離間しておればよく、送風ファンが室内空気を取り込むものであれば、その室内での温度及び湿度であってもよい。

次に実験例及びその結果を示しながら本発明をさらに説明する。

＜実験装置＞
図１と基本的には同様の小型加湿器を製作した。処理風量１０９ｍ³／ｈｒ（エレメント部の面風速で２．５ｍ／ｓｅｃ）、送風は実験室内空気とした。
また、送風ファン吸気口に粗塵フィルタを設置した。加湿エレメントとしては、ウエットマスター社製の汎用加湿エレメント（サイズ１１０×１１０×６０ｍｍ）を使用した。加湿給水は、循環使用とし、加湿による損失分のみ水道水を補給した。加湿エレメントへの滴下量（循環水量）は１２ｍｌ／ｍｉｎとした。

＜試験項目＞
下表の乾燥条件で、１条件につき９：００〜１７：００加湿運転、その後、乾燥運転を実施運転期間は各条件とも３日間
実験１：乾燥なし
実験２：入出露点温度差＝２℃
実験３：入出露点温度差＝１℃
実験４：乾燥時間２時間（メーカー推奨時間）

＜分析項目＞
循環水の水中菌を分析した。具体的には、３日間の運転終了後に循環水をサンプリングし、加湿エレメントで細菌、真菌が増殖すると、ドレン水中に細菌・真菌が検出されるのを分析した。
培養方法は、１００μｌを一般細菌測定用ＳＣＤ寒天培地、３６℃・４８時間培養、 真菌用ＣＰ加ポテトデキストロース寒天培地、２６℃×４８時間培養

試験結果を図３に示した。
図３は、乾燥時間との対比で、一般細菌数の変動グラフをＸとし、真菌数の変動グラフをＹとして示したものである。

この結果は複雑である。とりわけ、一般細菌数と真菌数との乾燥時間との関係で一様でない点である。
一般細菌では、乾燥なしの場合（実験１）は加湿エレメントが湿潤状態にあるので、微生物が繁殖し易い。実験２（入出露点温度差＝２℃）の場合には、最も微生物の繁殖を防止できた。実験３（入出露点温度差＝１℃）の場合や、実験４（乾燥時間２時間）の場合には、加湿エレメントの乾燥は進行するが、乾燥空気中に浮遊する細菌を取込み、加湿エレメントを汚損するものと考えられる。
他方、乾燥時間の長時間化に伴って、真菌数は増加傾向になった。さらに、グラフＹを精査すると、加湿エレメント表面での増殖より、乾燥空気中に浮遊する真菌を取込み、加湿エレメントを汚損するものと考えられる。

上記実験を踏まえて、加湿エレメントの材質及び形状の変更、並びに送風量の変化を行ないながら各種実験を繰り返したところ、グラフＸはグラフＸ１にまで変動することが判った。
この種の微生物数の変化傾向、一般細菌数と真菌数との変動、並びに省エネルギーの観点から乾燥運転時間は可能な限り短い方が好ましいとの観点などから総合的に判断するのが望ましいと考えると、露点温度差（Ｔｄ）は、３．８℃〜１．０℃の温度範囲になった時点で、特に２．５℃〜１．５℃の温度範囲内になった時点で送風ファンを停止するのが望ましいと判明した。

１０…ダクト、２０…加湿器、２１…加湿エレメント、２２…一時貯留器、２４…循環ポンプ、２６…滴下ヘッダ、３０…送風ファン、４１、４２…露点検出器、４３…制御器。

Claims (4)

1. 加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器であって、
   前記加湿部より上流側の入側空気の入側露点と、出側空気の出側露点とを検出する露点検出手段と、
   前記入側露点と出側空気との露点温度差が所定の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止する制御手段とを備えることを特徴とする気化式加湿器。
2. 加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器の運転に際し、
   前記加湿部より上流側の入側空気の入側露点と、出側空気の出側露点とを検出する露点検出手段を設け、
   給水運転停止後において、前記入側露点と出側空気との露点温度差が３．８℃〜１．０℃の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止することを特徴とする気化式加湿器の運転方法。
3. 前記露点温度差が２．５℃〜１．５℃の温度範囲内で前記送風ファンの作動を停止する請求項２記載の気化式加湿器の運転方法。
4. 加湿エレメント上からこれに水分を給水する加湿部と、前記加湿エレメントに空気を流通させる電力使用の送風ファンとを備えた気化式加湿器の運転に際し、
   前記加湿部への入側空気の温度及び湿度を検出し、前記温度及び湿度と乾燥時間との関係から求められ、かつ、４分〜６０分の時間範囲内で求められる設定乾燥時間を定め、
   給水運転停止後において、前記設定乾燥時間経過した後に前記送風ファンの作動を停止することを特徴とする気化式加湿器の運転方法。

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