JP3578495B2 - 加湿エレメント - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は業務用としても家庭用としても使用できる加湿器における加湿エレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
疎水性高分子の多孔質シートを用いた自然蒸発式加湿器が知られている。これは、図８に示すように、水の通過を阻止し、水蒸気の通過を許容する疎水性多孔質膜２００に補強材３００を積層したシートを用いて袋帯状の中空構造体を形成し、内部には水の流路を確保するためのスペーサー８００を配置し、図９に示すように、通風路を確保するためのセパレータ７００と共に渦巻状に巻き上げ、取付枠５００に収納したものである。この加湿器を運転するには、注水口６００より加湿用の水を袋帯状の中空構造体の内部に供給し、取付枠５００の開口部へと空気を送る。これにより、中空構造体の内部の水は、疎水性多孔質膜を介して水蒸気として外部へ放出され、加湿される。
ところが、このタイプの加湿器は、前記袋帯状の中空構造体の内部に給水されると、中空構造体が膨張して空気の通路を狭くするために、加湿効率が低下したり、空気の圧力損失を増大させる。また、内部水圧によるシートの破壊を防ぐために、補強材が不可欠であった。
【０００３】
このため、特開昭６１−１８０８４２号公報には、中空構造体の中空部を複数本の通路に分割し且つ給水量を制御するための制御部を設けることが提案されている。しかしながら、この方法は構造が複雑となり、コスト上からも実用的でない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題点を解消するものであって、給水後も空気の圧力損失が変化せず、補強材の不要な加湿膜を用いた加湿エレメントを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を達成するために、加湿エレメントについていろいろな角度から研究・検討を行なってきた結果、不織布、編布又は織布等の布帛からなり加湿用の水を保持することが可能な含水層の両面に、水不透過性でかつ水蒸気透過性の樹脂からなる水蒸発層を一体的に積層させることにより良好な結果が得られることを見出した。本発明はこれに基づいてなされたものである。
【０００６】
即ち、本発明によれば、加湿用の水を保持することが可能な布帛からなる含水層の両面に、水不透過性でかつ水蒸気透過性の樹脂からなる水蒸発層を一体的に設けた略方形の加湿膜よりなり、該加湿膜の幅方向の両端部および長さ方向の両端部は閉じられており、該加湿膜には含水層に給水するための給水口が設けられており、該含水層の幅方向の端部の近辺には、長さ方向と平行に水流路用の溝が形成されて給水口と連絡していることを特徴とする加湿エレメントが提供される。
また本発明によれば、前記加湿エレメントにおいて、▲１▼前記加湿用の水の流れを幅方向に規制するための融着部が、幅方向と平行に、一定の間隔をもって複数個設けられていることを特徴とするもの、▲２▼前記▲１▼の融着部には、加湿すべき空気を通過させるための切り込みが形成されていることを特徴とするもの、も提供される。
【０００７】
以下に、本発明を図面を参照しながら更に詳細に帰明する。図１、図２及び図３は本発明の加湿エレメントを製造過程順に表わしたものである。
本発明の加湿エレメントは、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、含水層１１を挟むようにして水蒸発層１２、１２’が重ねられた加湿膜からなっている。ここで、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面を表わしており、図中の２２、２２’は水流路用の溝を表わしている。水流路用の溝２２、２２’は左右の端部寄りで含水層１１上に設けられる。
【０００８】
含水層１はこれに供給された加湿用水を保持するのに役立ち、この加湿用水は水蒸発層１２、１２’を通して水蒸気としてシート外へ（外部へ）と放出される。
含水層１１を構成する材料としては、アクリル樹脂、ジアセテート樹脂、ナイロン等から得られる不織布、編布、織布などを用いることができるが、加湿器運転時の目詰まり防止等の観点から不織布、編布が特に好ましい。
また、含水層１１の厚さは任意の値をとることができるが、通常１〜１０ｍｍ好ましくは３〜５ｍｍである。また、目付けは不織布の場合、２０〜２００ｇ／ｍ、特に３０〜７０ｇ／ｍ程度が好ましい。
【０００９】
水蒸発層１２、１２’は、既述のとおり、含水層１の両面に一体的に配置され、含水層１に保持されている水を水蒸気として外部に放出する機能を有するものであり、無孔質透湿性樹脂、疎水性多孔質膜、或いは無孔質透湿性樹脂を多孔質高分子膜の少なくとも一方の面に含浸及び／又は積層した構造からなる。
【００１０】
無孔質透湿性樹脂は透湿性樹脂の連続被膜を形成するものであり、このようなものとしては、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基等の親水性基を持つ高分子であって、水膨潤性でかつ水不溶性のものが好ましく用いられる。例えば、少なくとも一部が架橋されたポリビニルアルコール、酢酸セルロース、硝酸セルロース等の親水性ポリマーや、ポリアミノ酸、ポリウレタン、親水性含フッ素ポリマー、シリコーン樹脂等が使用可能であるが、耐熱性、耐薬品性、加工性、透湿度等を考慮に入れるとポリウレタン樹脂、フッ素系透湿性樹脂が好ましい。
【００１１】
ポリウレタン樹脂としては、無孔質の親水性ポリウレタン系樹脂を用いる。これは通常親水性の高いポリオールとポリイソシアネート化合物を主原料として反応させて得られる。親水性の高いポリオールとしては、例えばポリオキシエチレングリコールを用いることができるが、透湿性の向上、硬化速度の向上等を目的としてポリオキシアルキレンポリオールの使用も有効である。またジオール類を併用することもできる。この反応により得られたイソシアネート基含有プレポリマーは、このプレポリマーの硬化剤との組み合わせにより二液型の組成物として用いることができる。硬化剤としては、ジオールやジアミンが用いられる。また、硬化剤を含まない一液型の組成物として、空気中の水分などにより硬化させるようにしてもよい。あるいは、二液型組成物と一液型組成物を併用することもできる。
一方、フッ素系透湿性樹脂としてはスルホン酸系パーフルオロイオン交換樹脂、特開平４−１３９２３７号に開示されている含フッ素モノマーと親水基含有モノマーとのコポリマーなどの使用が望ましい。
【００１２】
無孔質透湿性樹脂層の厚さは、通常３〜４００μｍ、好ましくは５〜３０μｍである。このものの厚さが厚すぎると水蒸気透過量の低下をもたらし、加湿能力が不十分となる。従って、無孔質透湿性樹脂で必要とされる機械的強度、耐用性を満足させる範囲で極力薄い方が好ましい。また、この無孔質透湿性樹脂の透湿度は、少なくとも１００００ｇ／ｍ^２・ｄａｙ以上、好ましくは３００００〜７００００ｇ／ｍ^２程度あった方がよい。
【００１３】
本発明に用いる多孔質高分子膜は、高分子樹脂より得られる多孔質膜であり、水蒸発層１２、１２’においては、先に触れたように、無孔質透湿性樹脂の基体にもなるものである。無孔質透湿性樹脂をこの多孔質高分子膜の少なくとも一方の面に含浸、塗布、張り合わせ等をすることにより、均一で薄層の水蒸発層を得ることができ、水蒸気の透過量を向上させることができる。
【００１４】
多孔質高分子膜における高分子樹脂としては、耐熱性、耐腐食性を有するものが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂の多孔質体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル等の多孔質体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂の多孔質体等が使用できるが、なかでもポリテトラフルオロエチレンを延伸処理して得られる多孔質膜は、耐熱性、耐薬品性に優れ好ましい。
【００１５】
含浸及び／又は積層タイプの水蒸発層１２、１２’における多孔質高分子膜の平均孔径は０．０１〜１０μｍ好ましくは０．１〜１μｍである。この孔径が大きすぎると、特に透湿性樹脂を含浸により複合化する場合に薄層化が困難になる。空孔率は、５〜９５％、特に８０〜９５％のものが好ましい。空孔率が小さすぎると水蒸発層の水蒸気透過量が減少し、また大きすぎると多孔質膜の強度が低下する。厚みについては５〜１０００μｍのものが好ましく、あまり薄いものでは透湿性樹脂を複合化するための基体として十分ではない。
【００１６】
多孔質高分子膜の上に無孔質透湿性樹脂を複合化する方法としては、透湿性樹脂がポリウレタン系の場合には、ポリオールとポリイソシアネートの２成分を混合し硬化反応が終了する前の流動性がある状態で塗布した後、加熱硬化させる方法が挙げられる。
また、透湿性樹脂がフッ素系樹脂の場合には、アルコール、ケトン、エステル、アミドあるいは炭化水素のような有機溶媒中に溶解させた溶液を塗布した後、脱溶剤する方法が挙げられる。
さらに、透湿性樹脂がシリコーン樹脂の場合には、トルエン等の有機溶媒中に溶解させ、その溶液を塗布した後、脱溶媒する方法が挙げられる。
【００１７】
塗布の具体的方法としては、グラビアロール、リバースロール、ドクターロール、キスロール等を用いた方法やディッピング法等が挙げられる。
また、透湿性樹脂単独で薄いフィルムを形成した後、これを多孔質高分子膜上に積層することも可能である。
【００１８】
疎水性多孔質膜は、含水層の両面に一体的に積層され、含水層に保持されている水の外部への漏れ出しを防ぎ、この水を水蒸気として外部に放出する機能を有するものである。この様なものとしては、合成樹脂より得られる公知の疎水性の連続多孔質体が使用可能であり、ポリオレフィン樹脂系の多孔質膜、フッ素樹脂系の多孔質膜等が挙げられる。ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂の連続多孔質体を用いる場合は、フッ素系撥水剤、シリコーン系撥水剤等により撥水処理を付与することが出来る。フッ素樹脂系多孔質体としては、ポリテトラフルオロエチン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の多孔質体が使用出来るが、なかでもポリテトラフルオロエチレンを延伸処理して得られる多孔質膜は、耐薬品性、耐熱性、耐圧性に優れ好ましい。
【００１９】
疎水性多孔質膜の平均孔径は０．０１〜１０μｍ好ましくは０．１〜１μｍである。０．０１μｍより小さいと膜製造上の困難さがあり、逆に、１０μｍを超えると、不純物、異物が付着しやすくなって好ましくない。空孔率は５０〜９８好ましくは６０〜９５％である。５０％より小さいと水蒸気の透過量が少なくなって、加湿量が不十分になり、逆に、９８％を超えると膜の強度が低下してします。また、疎水性多孔質膜の厚さは５〜３００μｍ好ましくは３０〜６０μｍが適当であり、５μｍより薄いと製造時の取扱い性に問題が生じ、３００μｍを超えると水蒸気の透過効率が低下し十分な加湿量がとれない。
【００２０】
本発明の加湿エレメントは、図２および図３にみられるように、周囲には水の流出を防ぐように融着部（周囲融着部３１）が設けられるが、これは接着剤により接合することもできる。また、水流路用の溝２２、２２’は含水層１１の厚さ方向の一定の深さに形成され、これを給水口につないで、給水口から供給された加湿用水の流路とする。これを設けることにより、含水層への加湿用水の供給を容易にすることが出来る。溝の形成は、一方の幅方向の端部近辺だけに設けてもよいが、他方の幅方向の端部近辺にも設けた方が好ましい。
また、水流路用の溝２２、２２’とは垂直になるようにかつそれらとは重ならないように、複数の水流路規制のための融着部３２を設けることができる。この水流路規制のための融着部３２は水の流れを均一にし、空気流路確保のための切り込み６を行っても水の流出を防止する作用をもつものである。
なお、前記の熱融着は、例えば、温度１９５℃、圧力３ｋｇ／ｃｍ、速度１ｍ／分の条件で熱ロールを用いることにより含水層材料を溶かして行うことができる。
【００２１】
前記したように、加湿膜には給水口４がとりつけられる。これは例えば一方端が含水層に通じ他端が外部に露出しているプラスチックチューブを設ける等して行う。
また、本発明の加湿エレメントには、必要に応じて排水口５を設け、加湿エレメント内に給水された加湿用水を加湿エレメントの洗浄のために排出したり、あるいは、加湿器の運転中に排水口から一定量の水を連続的に又は間欠的に排出して、加湿用水の流れを作り、加湿エレメントの目詰まりが発生しにくくすることができる。これら給水口４、排水口５の加湿エレメントへの接合は熱融着又は接着剤により行われる。
【００２２】
空気流路確保のための切り込み６はセパレーター７を加湿膜１の前後に合わせ交互に折り返した時に切り込み６が広がり空気の流路を作り出す作用を有する（図３及び図４）。
セパレーター（間隙形成材）７は乾燥空気が加湿膜１の全面に行き渡るようにして加湿効果を上げるのに用いられる。このものはポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどからなる厚さ０．１〜１ｍｍの波形（山と谷との距離は２．０〜３．０ｍｍ、山と山との間隔は６．０〜７．０ｍｍくらいが適当である）またはこれに近い形状のものが使用できる。また、各種材料から作られた不織布も使用できる。
【００２３】
本発明の加湿エレメントは、これが組み立てられた場合には大よそ図５に示したようになり、更に取付け枠８に収納されると図６のようになる。なお、図中、９は加湿エレメントを固定するためのホットメルトを表わしている。
【００２４】
実際に本発明の加湿エレメントを製造するには、例えば図１に示したように、含水層１１の表面に２〜５ｍｍくらいの深さの水流路用の溝２２、２２’を設けた後、これの両面に水蒸発層１２、１２’を重ね合わせ、熱ロールにより融着、一体化する。これを図１に示したように所望の大きさに切断した後、図２に示したように周囲融着部３１及び水流路規制のための融着部３２を設ける。続いて、図３に示したように、含水層１１の一方の水流路用の溝２２に給水口４、必要に応じて他方の水流路用の溝２２’に排出口５を差込んた後、これらを熱融着固定させた後、水流路規制のための融着部３２の中央をカッターで切断し空気流路確保のための切り込み６を設ければよい。
【００２５】
このようにして得られた加湿エレメントを用いて加湿器を作製するには、図４および図５に示したように空気流路確保用のセパレーター７１、７２を表裏に合わせて折りかえし積層し、この形状をホットメルト９によって固定した後、図６に示したように取付け枠８に収めればよい。勿論、加湿膜に設けられる給水口４は図示されていない給水配管に接続される。
【００２６】
本発明によれば、加湿膜の含水層に水流路用の溝を形成し、また加湿膜の周囲及び流路規制部を接合することにより加湿用水の流路を確保し、規制部の中央を切断することにより空気流路が確保される。注水チューブより注水された加湿用水は、水流路用の溝および流路規制部を流れ、速やかに含水層全体に行き渡る。加湿は含水層中の水が加湿膜の外へ水蒸気状態で移動し行なわれる。
【００２７】
【実施例】
次に実施例にあげて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２８】
図７のような製造装置により巾１．２ｍ、長さ５０ｍの三層一体加湿膜を作成した。この時、含水層として７０％アクリル樹脂、３０％ＰＰ樹脂の混合品、厚さ３ｍｍ、目付１５０ｇ／ｍ^２の不織布を使用し、水蒸発層はＰＴＦＥ多孔質膜（空孔率８０％、厚さ４０μｍ）を上下に使用した。また、水流路用の溝は巾２０ｍｍ、深さ２ｍｍとした。この三層一体加湿膜を図１のように長さ１ｍに切断し、図２のように巾２０ｍｍで周囲及び流路規制部を熱融着した。尚流路規制部のピッチは１５０ｍｍとした。
次に図３のように内径６ｍｍ、外径８ｍｍの二本のＰＰチューブを不織布の水流路用の溝に押込んだ後、熱により融着固定して、注水チューブ及びドレンチューブとした。
次に水流路規制のための融着部の中央を図３のようにカッターで切断して、本発明の加湿エレメントを得た。
その後、空気流路確保用のセパレーターを表裏に合わせ図４のように折り返して、図５のように積層し、これの形状を固定する為にホットメルト接着を行った。ホットメルトで形状を固定した後、図６のような取付枠に入れ、加湿器加湿部を作成した。加湿部の注水チューブに給水配管を行い、この加湿部の一方から乾燥空気を吹付け、加湿が行なわれていることを確認した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の加湿エレメントは、含水層と水蒸発層とを一体構造とすることにより入水時の膜の膨れはなくなり、空気の圧力損失は安定ないし減少する。また、加湿用水が速やかに加湿膜に浸透して効率よく加湿できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における加湿エレメントを製造する過程を表わしたもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図。
【図２】本発明における加湿膜を製造する過程を表わした図。
【図３】本発明における加湿エレメントの概略平面図。
【図４】本発明における加湿エレメントを用いて加湿ユニットを組み立てる途中の斜視図。
【図５】本発明における加湿エレメントを用いて加湿ユニットを組み立てる途中の斜視図。
【図６】本発明における加湿エレメントを用いて得られた加湿ユニットの概略斜視図。
【図７】本発明における加湿膜を連続的に製造する様子を表わした図。
【図８】従来の加湿エレメントの説明図。
【図９】従来の加湿器の説明図。
【符号の説明】
１ 加湿膜
４ 給水口（４ａ注水チューブ融着部）
５ 排水口（５ａドレンチューブ融着部）
６ 空気流路確保のための切り込み
７ セパレーター（７１ 表側セパレーター、７２ 裏側セパレーター）
８ 取付け枠
９ ホットメルト
１１ 含水層
１２，１２’ 水蒸発層
２０ 水流路用の溝形成ロールカッター
２２，２２’ 水流路用の溝
３０ 熱融着ロール
３１，３２ 融着部
２００ 疎水性多孔質膜
３００ 補強材
５００ 注水口
７００ セパレーター
８００ 水流路確保用スペーサー
９００ 袋状加湿器用膜材

Claims (3)

1. 加湿用の水を保持することが可能な布帛からなる含水層の両面に、水不透過性でかつ水蒸気透過性の樹脂からなる水蒸発層を一体的に設けた略方形の加湿膜よりなる加湿エレメントであって、該加湿膜の幅方向の両端部および長さ方向の両端部は閉じられており、該加湿膜には該含水層に給水するための給水口が設けられており、該含水層の幅方向の端部の近辺には、長さ方向と平行に水流路用の溝が形成されて該給水口と連絡していることを特徴とする加湿エレメント。
2. 前記加湿用の水の流れを幅方向に規制するための融着部が、幅方向と平行に、一定の間隔をもって複数個設けられていることを特徴とする請求項１記載の加湿エレメント。
3. 前記融着部には、加湿すべき空気を通過させるための切り込みが形成されていることを特徴とする請求項２記載の加湿エレメント。

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