JP4326851B2 - 加湿エレメント、抗菌加湿エレメント、加湿装置及び換気装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然蒸発式の加湿装置に使う加湿エレメント及び抗菌加湿エレメントの改良及びこれらを使用する加湿装置及び換気装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自然蒸発式の加湿装置としては、つぎのものがある。
シート状の多孔質材料よりなる導水部材を、水は透過しないが、水蒸気は透過する透湿膜により形成した袋状の膜体内に封入し、両者の結合した複合構造の扁平な導水体を構成する。この導水体の一表面に互いに平行な複数の通気路を形成する複列のリブと、この導水体内に水を供給する導水体内と連通する給水孔を有する給水部材とを接合して通水可能な加湿機能体を構成し、この加湿機能体を給水部材が互いに密着するように複数積層し、リブによる送気層と導水体による保水層とが一層おきの層構造をなすように構成する(例えば、特許文献1参照。)。
その他、関連する従来技術を記載するものがある(例えば、特許文献2、特許文献3参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−219505号公報(第6頁、図1〜図4)
【特許文献2】
特開平8−100935号公報(第2頁〜第5頁、図1)
【特許文献3】
特開2002−310589号公報(第3頁、第4頁、図1、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の加湿装置においては、多孔質材料よりなる導水部材を封入する透湿膜は水分拡散性に乏しいために加湿性能の向上には限界があった。
【0005】
本発明は、上記の状況に鑑み、加湿性能の向上を図るためになされたものであって、自然蒸発式の加湿装置に使う加湿エレメントの加湿量の増大により加湿性能のさらなる向上を図ることを目的とする。
また、加湿性能の向上に加えて、殺菌、抗菌機能をもたせることを目的とする。
また、これらの加湿エレメント及び抗菌加湿エレメントを使用することによって、加湿装置又は換気装置の性能の改良を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の加湿エレメントは、水の供給部と、供給部と接触し供給部より供給された水を表面から気中へ蒸発させる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、通水層とスペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、通水層とスペーサとを、親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を利用した接着剤で固定し積層したものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の換気装置を示す構成図(横から見た図)であり、図2は、図1に使用する加湿エレメントの斜視図であり、図3は、図2の加湿エレメントの断面図であり、図4は、図3の加湿エレメントの導水体の断面図である。図1において、本換気装置1は筐体内に、給気流4aを加湿する加湿エレメント2、給気流4aと排気流5aとを熱交換する熱交換エレメント3、給気通路4、排気通路5、給気用送風機6及び排気用送風機7を収容し、給気用送風機6により戸外の新鮮な空気を取入れ、給気通路4の給気流4aを室内に給気し、また、排気用送風機7により室内の空気を、排気通路5の排気流5aとして戸外に排気する。
その際、給気流4aは排気口側に配置した熱交換エレメント3において排気流5aと混合することなく熱交換し室温に近ずき、ついで、給気通路4の熱交換エレメント3より下流側の給気口側で、下部に設置されている加湿エレメント2で水分が付与される。
【0008】
換気装置1の給気通路4の給気口側に配置された加湿エレメント2は、図2、図3に示すように、水を貯える通水層13と空気(給気)を通す送気層14とが一層おきに複数層形成され、外観は六面体の箱型である。通水層13には給水部26より給水される自然蒸発式のものである。
通水層13は、図4に示すように、導水体9からなり、導水体9は導水部材9aとこれを覆う透湿体である透湿膜9bから構成される。導水部材9aは、剛直性と通水性を持つ多孔板であり、厚さ1mmから2mmで空孔率50%の親水性ポリエチレンの焼結多孔板もしくはポリエステルのニットにより構成される。導水部材9aには外部の給水部26から供給される水が供給される。
また、透湿膜9bは、水は透過しないが水蒸気についてはこれを透過する膜であり、厚さ10μm〜100μm程度の例えばパーフルオロスルホン酸膜である。
【0009】
導水体9は、このような導水部材9aを透湿膜9bで両面を挟み、三層構造体とし、この三層構造体の複合シートの対向する二辺端部のそれぞれの透湿膜9b同士を水密状態に融着等により封着し、他の二辺端部は開放するか、または、四辺端部の全てを封着する長方形や正方形の扁平部材として構成されている。
導水体9への給水は、開放二辺端部の一辺端部を、給水部26に連通する給水容器である給水皿に受容させることにより行う。この際、他の一辺部は天部構造で被冠する。また、四辺端部の全てを封着する場合は、透湿膜9bに給水部26に連通する通水穴を設けて導水部材9aに水が供給されるようにする。
【0010】
ここで、透湿膜9bの素材は水分拡散性の極めて大きいフッ素系イオン交換樹脂膜を採用した。具体的には例えば、燃料電池の電解質に使用されるようなパーフルオロスルホン酸膜であり、該パーフルオロスルホン酸樹脂膜は強酸基であるスルホン酸基を有する。この透湿膜9bは極めて水分拡散性が大きく、透湿度を測定したところ、従来の加湿エレメントに使用されている膜厚35μm、気孔率90%のパーフルオロエチレン膜に対して、膜厚約60μmの該透湿膜9bは110%の透湿度を得た。該透湿膜9bで構成した加湿エレメント2は従来の加湿エレメントに比べて加湿能力が増加した。
【0011】
なお、透湿膜9bは、パーフルオロスルホン酸樹脂膜に限らず、部分的にスルホン酸化したスチレンとエチレンの共重合体(炭化水素系イオン交換樹脂)の膜でもよく、同様に加湿効果の増加がみられた。この共重合体の膜は、平均分子量20000程度、スチレンが全体の20〜80重量%、スチレンのうちスルホン酸基が結合しているのが30〜50モル%のスチレン・エチレン共重合体膜がより望ましい。
さらに、透湿膜9bは、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体で、アリルビニル単量体が全体の20〜80重量%、アリルビニル単量体のうちスルホン酸基が結合しているのが30〜50モル%、アリルビニル単量体がスチレンの他ビニルトルエン、α−メチルトルエンであるものでも同様に加湿効果の増加がみられた。
【0012】
送気層14は、導水体9の表面にスペーサ10である断面矩形のリブ部材10aを等間隔に複数固定し、即ち、隣接導水体9間に梯子形状に形成されるスペーサ10及びスペーサ10間の送気隙間で形成され、この隙間を給気流4aが通過する。導水体9とリブ部材10aとの固定は、水分拡散性の大きい接着剤で行えば、加湿膜9bとスペーサ10(リブ部材10a)の接着面積分を有効加湿面積として利用でき、加湿量の増加を図ることができる。この接着剤の例としては、透湿膜9bに使用のパーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体(特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体)を有機溶剤に溶解又は分散させたもの、エマルジョン化したもの、またはこれらの熱溶着したものを使用する。
そして、給気流4aが送気層14を貫通する際に、隣接の通水層13(導水体9)から吸湿する。
水分拡散性の大きい接着剤で導水体9とスペーサ10を接着固定した場合は、導水体9の透湿膜9aは、従来のパーフルオロエチレン膜を使用しても従来の加湿エレメントに比べて加湿量の増加が得られる。
【0013】
送気層14を構成するスペーサ10は、断面矩形のリブ部材10aの代わりに図5に示すように、給気流4aの方向と直交する方向に波状に形成したコルゲート形状部材10bでもよい。コルゲート形状部材10bは、隣接する両側の導水体9に部分的に、例えば接着剤で固定される。この際、同様に水分拡散性の大きい接着剤を使用することで、加湿膜9bとスペーサ10(コルゲート形状部材10b)の接着面積分を有効加湿面積として利用でき、加湿量の増加を図ることができる。
【0014】
図6に示すのは、スペーサ10をさらに改良したものである。このスペーサ10(コルゲート形状部材10b)は、導水部材9aを中にして両側を透湿膜9bで挟んだ三層構造体をコルゲート形状のスペーサ10とし、導水体9と同様に導水部材9aに水を供給する。
また、導水部材9aの表面に、水分拡散性の大きいパーフルオロスルホン酸樹脂、または部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体の共重合体をコーテイングする、またはこれらの膜をラミネートする等により被膜層を形成し、透湿体9bとしても同様の効果が得られる。
このようにスペーサ10内部に通水層を形成することによってスペーサ10自体も加湿機能を持つようになり、有効面積が大幅にアップするようになり、加湿能力が増大する。
【0015】
なお、リブ部材10aのスペーサ10もこのように構造体とすれば、同様により給湿能力が増大する。
また、スペーサ10をこのような構造とすれば、導水体9の透湿膜9aは、従来のパーフルオロエチレン膜を使用しても従来の加湿エレメントに比べて加湿量の増加が得られる。
即ち、従来の加湿エレメントに比べて加湿量を増加するには、前記のような導水体9の改良、接着剤の改良及びスペーサ10の改良のいずれかを実施することにより達成でき、組合せることで更に加湿量の増加が図れる。殺菌性能に関しても同様である。
【0016】
また、導水体9の透湿膜9b、三層構造体のスペーサ10及び接着剤12のうち、少なくともどれかにスルホン酸基のような強酸基を有するものを使用することにより、殺菌導水体9、殺菌接着剤または殺菌スペーサ10により送気層14内の環境を強い酸性とすることができ、この環境内で、細菌等の殺菌が可能となり、加湿エレメント2が加湿抗菌エレメントとして利用できる。
【0017】
実施の形態2.
図7は、実施の形態2の加湿装置を示す図(横から見た図)である。
本加湿装置17は、筐体内に実施の形態1と同様な加湿エレメント2及び循環通路18を有し、循環用送風機19により室内の空気を加湿エレメント2を通して循環させる。加湿エレメント2からのドレンはドレンパン20で受ける。
本実施の形態の加湿装置17によれば、実施の形態1同様に加湿能力の高い加湿エレメント2による加湿ができるとともに、導水体9、スペーサ10、接着剤12のいずれかにスルホン酸基を持つ水分拡散性の大きいイオン交換樹脂を使用することにより、加湿殺菌エレメントとして殺菌作用の付与により加湿殺菌装置としても利用できる。
【0018】
実施の形態3.
図8は、実施の形態3の加湿エレメントを示す斜視図である。
本実施の形態の加湿エレメント2は、それぞれスペーサ10を有し、直交方向に水と空気がそれぞれ流通する通水層13と送気層14とで仕切板23を挟んだ構成である。
仕切板23は、剛直性と通水性を持つ多孔板であり、厚さ1mmから2mmで空孔率50%の親水性ポリエチレンの焼結多孔板もしくはポリエステルのニットである。これらの両面に実施の形態1に記載の水分拡散性の大きい樹脂、例えば、透湿体である透湿膜9bに使用のパーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体(特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体)をコーテイング、シートのラミネート等により被覆層を形成し、透湿体9bを形成したものである。即ち、仕切板23が導水体9に相当し、剛直性と通水性を持つ多孔板が導水部材9bに相当する。
本加湿エレメント2によれば、通水層13と送気層14とを互いに直交させて通水層13に存在する水を水分拡散性の大きい樹脂層を持つ仕切板23を介して水蒸気のみを送気層14側に供給するので、送気層14を通る空気は仕切板23から充分に加湿される。
【0019】
また、スペーサ10も仕切板23と同様に多孔板の両面を水分拡散性の大きい樹脂で覆う構造体とすれば、さらに加湿量が増加できる。
水分拡散性の大きい樹脂のスルホン酸基の酸性による殺菌作用も実施の形態1と同様であり、加湿殺菌エレメントとして利用できる。
本加湿エレメント2を図1の換気装置1の加湿エレメント2または図7の加湿装置17の加湿エレメント2に使用する。
【0020】
実施の形態4.
図9は、実施の形態4の加湿エレメントを示す斜視図である。
実施の形態1、2、3においては、給水源(給水容器等)からの水の供給は導水体9の導水部材9aの通水によりなされ、送気層14内で透湿体(透湿膜)9bから蒸発加湿していた。本実施の形態では、給水源(給水容器等)からの水の供給は導水体9の透湿体9bで行う。即ち、透湿体9bを形成する親水基を持つフッ素系イオン交換樹脂または炭化水素系イオン交換樹脂の大きい水分拡散性を利用する。
従って、本実施の形態の導水体9は透湿体9bのみで形成するか、または強度を付与するために内部に心材を使用する。この心材は必ずしも多孔体でなくてもよい(多孔体9aであれば通水上有利である)。
【0021】
本加湿エレメント2は、筐体を貫通して形成される給気通路4の開口部を除いた筐体壁部の上下左右の四面を給水タンク25で囲み、この囲まれた内部空間部に導水体9を送気用の隙間が生じるように、即ち、送気層14(黒い矢印で示す)が形成するように、ほぼ均一に配置する。本例では、左右方向の支え板上に中空にした角柱を配列した構成のものを導水体9として、上下方向に配列、配置した。この際、導水体9は連続体とし、給水源からの水が拡散するようにする。但し、全てを連続体とする必要はなく、加工し易いように分割し、それぞれ給水タンク25から給水する。
【0022】
この導水体9の透湿体9bを水分拡散性の大きい材料、例えば、パーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体(特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体)により形成した。そして、導水体9は端部等が部分的に給水タンク25の水に接触するようにするとともに適宜相互に部分的に接触部を有する連続体とする。
【0023】
このように構成することにより、外部の給水部26から給水タンク25に給水され、導水体9は給水タンク25に挿入された端部から給水され、水分が拡散し(図で白抜き矢印で示した)、送気層14を通過する給気を加湿する。
この構成による加湿エレメント2は、導水体9として水分拡散性の大きい材料を使用することにより、給気の加湿量の増加を図ることができるとともに、構成が簡単となり低コストな加湿エレメント2が実現できる。
【0024】
本加湿エレメント2の導水体9の構造は、左右方向の支え板上に中空にした角柱を送気方向に配列した構成のものに限らず、できるだけ均一な送気用の隙間が形成でき、かつ、給気にできるだけ均一な給湿が可能となる構成であればよい。また、給水タンク25から導水体9への給水は、給水タンク25の導水体9との接触部を共通の水分拡散性の大きい材料で形成し、給水タンク9内の水が接触部から拡散により導水体9に拡散するようにしてもよい。
また、給水タンク25は上下左右の四面に設置し、給水源を増やすのが望ましいが、減らしてもよい。
本加湿エレメント2も、加湿エレメント2、加湿殺菌エレメント2として、図1の換気装置1の加湿エレメント2または図7の加湿装置17の加湿エレメント2に使用する。
【0025】
【発明の効果】
本発明の 本発明の加湿エレメントは、水の供給部と、供給部と接触し供給部より供給された水を表面から気中へ蒸発させる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、通水層とスペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、通水層とスペーサとを、親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を利用した接着剤で固定し積層したので、加湿エレメントの加湿能力は従来の加湿エレメントに比べて増加する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1の換気装置を示す構成図である。
【図2】 図1の換気装置の加湿エレメントの斜視図である。
【図3】 図2の加湿エレメントの断面図である。
【図4】 図3の加湿エレメントの通水層である導水体を示す断面図である。
【図5】 本発明の実施の形態1の換気装置のコルゲート形状部材のスペーサを示す断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態1の換気装置の別のコルゲート形状部材のスペーサを示す断面図である。
【図7】 本発明の実施の形態2の加湿装置を示す構成図である。
【図8】 本発明の実施の形態3の加湿エレメントを示す斜視図である。
【図9】 本発明の実施の形態4の加湿エレメントを示す斜視図である。
【符号の説明】
1 換気装置、2 加湿エレメント(加湿殺菌エレメント)、3 熱交換エレメント、4 給気通路、5 排気通路、6 給気用送風機、7 排気用送風機、9 導水体(殺菌導水体)、9a 導水部材、9b 透湿体(透湿膜)、10 スペーサ、12 接着剤、13 通水層、14 送気層、17 加湿装置、18循環通路、19 循環送風機、23 仕切板、25 給水タンク。
Claims (18)
- 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から供給された水を表面から気中へ蒸発させる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記通水層と前記スペーサとを、親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を利用した接着剤で固定し積層したことを特徴とする加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から供給された水を表面から気中へ蒸発させる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサを有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記スペーサに親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を用いたことを特徴とする加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から供給された水を表面より気中へ蒸発させる通水層を複数有する加湿エレメントにおいて、
前記通水層は、親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂のみの連続体から成ることを特徴とする加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から供給された水を表面より気中へ蒸発させる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサを有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記スペーサに親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を用い、かつ前記通水層と前記スペーサとを、親水性を持ち、水分拡散性の大きい樹脂を利用した接着剤で固定し積層したことを特徴とする加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から水を移動する媒体となると共に前記水が気化した水蒸気を気中へ蒸発させる透湿膜から成る通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成ることを特徴とする加湿エレメント。
- 前記水分拡散性の大きい樹脂として、親水基を持つフッ素系イオン交換樹脂を用いたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の加湿エレメント。
- 前記水分拡散性の大きい樹脂として、親水基を持つ炭化水素系イオン交換樹脂を用いたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の加湿エレメント。
- 前記炭化水素系イオン交換樹脂は、親水基を持つスチレン・エチレン共重合体から成る樹脂であることを特徴とする請求項6記載の加湿エレメント。
- 前記親水基はスルホン酸基であることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の加湿エレメント。
- 室内の空気を取入れ室外へ排気するための排気通路と、室外の空気を取入れ室内へ給気するための給気通路と、前記両通路の途中に設け、前記給気通路の給気と前記排気通路の排気とを混合することなしに熱交換する熱交換エレメントと、前記給気通路の前記熱交換エレメントの下流側に設け、熱交換後の給気を加湿する加湿エレメントと、前記給気通路の給気流を形成する給気用送風機と、前記排気通路の排気流を形成する排気用送風機とを備えた換気装置において、
前記加湿エレメントに請求項1〜9のいずれかに記載の加湿エレメントを用いたことを特徴とする換気装置。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から水を移動する媒体となる導水体および前記導水体を包み込み前記導水体が供給する水が気化した水蒸気を気中へ蒸発させる透湿膜からなる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記透湿膜に親水性で水分拡散性が大きく、かつ組成中に強酸基を有する樹脂を用いることを特徴とする抗菌加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から水を移動する媒体となる導水体および前記導水体を包み込み前記導水体が供給する水が気化した水蒸気を気中へ蒸発させる透湿膜からなる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサと、を有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記透湿膜および前記スペーサに親水性で水分拡散性が大きく、かつ組成中に強酸基を有する樹脂を用いることを特徴とする抗菌加湿エレメント。 - 水の供給部と、前記供給部と接触し前記供給部から水を移動する媒体となる導水体、および導水体を包み込み前記導水体が供給する水が気化した水蒸気を気中へ蒸発させる透湿膜からなる通水層と、隣接する通水層間に通気可能となる間隔を設けるためのスペーサを有し、前記通水層と前記スペーサを交互に積層して成る加湿エレメントにおいて、
前記透湿膜、前記スペーサおよび前記通水層と前記スペーサとを接着する接着剤に親水性で水分拡散性が大きく、かつ組成中に強酸基を有する樹脂を用いることを特徴とする抗菌加湿エレメント。 - 前記樹脂はスルホン酸基を持つフッ素系イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の抗菌加湿エレメント。
- 前記樹脂はスルホン酸基を持つ炭化水素系イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の抗菌加湿エレメント。
- 前記炭化水素系イオン交換樹脂はスルホン酸基を持つスチレン・エチレン共重合体から成る樹脂であることを特徴とする請求項15記載の抗菌加湿エレメント。
- 室内の空気を取入れ室外へ排気するための排気通路と、室外の空気を取入れ室内へ給気するための給気通路と、前記両通路の途中に設け、前記給気通路の給気と前記排気通路の排気とを混合することなしに熱交換する熱交換エレメントと、前記給気通路の前記熱交換エレメントの下流側に設け、熱交換後の給気を加湿する加湿エレメントと、前記給気通路の給気流を形成する給気用送風機と、前記排気通路の排気流を形成する排気用送風機とを備えた換気装置において、
前記加湿エレメントに請求項11〜16のいずれかに記載の抗菌加湿エレメントを用いたことを特徴とする換気装置。 - 空気を循環する風路と、前記風路の途中にあり前記空気を循環させるための送風機と、前記風路の途中にあり、循環空気を加湿する加湿エレメントとを備えた加湿装置において、
前記加湿エレメントに請求項11〜16の何れかに記載の抗菌加湿エレメントを用いたことを特徴とする加湿装置。
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