JP4919708B2

JP4919708B2 - 湿度調整システム

Info

Publication number: JP4919708B2
Application number: JP2006166095A
Authority: JP
Inventors: 恭弘山下; 雅直大脇; 一治堀内
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007333310A

Description

本発明は、室内の湿度を調整する湿度調整システムに関するもので、特に、冬季などの乾燥期や梅雨時期などに、室内の湿度が適切になるように加湿もしくは除湿を行う湿度調整システムに関する。

近年、空気調和装置(エアコン)では、冷房時と同様に、屋外熱交換器を蒸発器に、屋内熱交換器が凝縮器となるように圧縮機を作動させて冷媒を循環させ、吸込んだ外気を除湿して室内に供給する除湿機能を有しているものが多く用いられている。しかしながら、エアコンは加湿機能を有しないので、冬季など乾燥期においては、一般に、ヒータで水を蒸発させる簡易加湿器などにより、室内が過剰に乾燥しないようにしている。
一方、室内の湿度を調整する装置としては、加湿器と除湿器とを備え、吸込んだ外気を加湿もしくは除湿するとともに、この湿度調整された空気を室内供給する調湿換気装置が知られている。上記調湿換気装置の除湿器はエアコンと同様の構成である。また、加湿器としては、合成樹脂材料から構成された多数の微細孔を有する複数の透湿膜パイプを平行に配置するとともに、これらの透湿膜パイプの周囲に加湿水を配置して構成した透湿膜加湿器が用いられている。上記透湿膜パイプは、液状の水は通さず、水蒸気のみを透過させるので、この透湿膜パイプを介して吸込んだ外気を室内に供給すれば、上記透湿膜パイプを通過した空気は上記水蒸気により加湿されるので、加湿された空気を室内に供給することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６９４５号公報

しかしながら、上記の簡易加湿器などでは、単に室内に水蒸気を供給しているだけなので、室内を適切な湿度に制御することは困難である。
また、上記調湿換気装置は加湿器の構造が複雑であるだけでなく、外気を室内に取り込むための給気経路や吸気ファン、及び、室内の空気を室外に排出するための排気経路や排気ファンなどが必要なことから、装置が大掛かりになるので、一般の住宅、特に、集合住宅などの室内の加湿には不向きであった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で加湿もしくは除湿を行って、室内の湿度を適切に調整することのできる湿度調整システムを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、冬季などの乾燥期において、室内の湿度を適切に調整するための湿度調整システムであって、セラミック多孔質体から構成され吸水用の貫通孔が設けられた吸湿体とこの吸湿体に加水する加水手段とを備えた湿度調整用ユニットと、上記吸湿体の表面に送風する送風手段と、上記吸湿体を加熱する加熱手段と、湿度調整を行う室内に設けられた湿度センサーと、上記湿度センサーで検知した当該室内の湿度に基づいて、上記吸湿体に加水する水量を制御して当該室内を加湿する湿度制御手段とを備え、上記加水手段が、多数の穴を有し上記貫通孔に埋設されるパイプと、上記埋設されたパイプの一端に取付けられて上記埋設されたパイプに水を導入する水導入用のパイプと、上記埋設されたパイプの上記水導入用のパイプが取付けられている側とは反対側の端部に取付けられて上記埋設されたパイプ内の水を回収する水回収用のパイプとを備え、上記送風手段が上記吸湿体の室内側である表面側の下側に配置され、上記加熱手段が上記吸湿体の室内側とは反対側である裏面側に取付けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、湿度調整を行う室内に、セラミック多孔質体から構成される吸湿体とこの吸湿体に加水する加水手段とを備えた湿度調整用ユニットを設け、湿度センサーで検知した当該室内の湿度に基づいて、上記吸湿体に加水する水量を制御し、当該室内を加湿する際に、上記吸湿体に吸水用の貫通孔を設けるとともに、上記加水手段を、多数の穴を有し上記貫通孔に埋設されるパイプと、上記埋設されたパイプの一端に取付けられて上記埋設されたパイプに水を導入する水導入用のパイプと、上記埋設されたパイプの上記水導入用のパイプが取付けられている側とは反対側の端部に取付けられて上記埋設されたパイプ内の水を回収する水回収用のパイプとを備えた構成としたので、簡単な構成で室内の加湿を行うことができる。また、冬季などの乾燥期においても、室内の湿度を適切に調整することができる。
このとき、上記吸湿体の室内側とは反対側である裏面側に上記吸湿体を加熱する加熱手段を取付けて上記吸湿体の温度を高めたり、上記吸湿体の室内側である表面側の下側に上記吸湿体の表面に送風する送風手段を配置して上記吸湿体の湿気の放出を助長するようにしたので、室内の加湿を更に効率よく行うことができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
最良の形態１．
図１は、本発明の最良の形態１に係る湿度調整システムを備えた実験棟１０の一例を示す平面図で、図２は本発明による湿度調整システム２０の構成を示すブロック図である。各図において、２１Ａ，２１Ｂは実験棟１０の西側の壁１１の近傍に配置された第１及び第２の調湿パネルで、この第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ、吸湿体であるセラミック多孔質体から成る複数の湿度調整部材（以下、調湿材という）２１ａと、この調湿材２１ａに加水する加水手段２１ｂと、上記調湿材２１ａを加熱するための加熱手段２１ｃと、上記調湿材２１ａの表面に風を送るための送風手段２１ｄとを備えている。
２２は実験棟１０の西側の壁１１及び東側の壁１２，１３とにそれぞれ設置されたパネルヒータ、２３は灯油ボイラー２３ａで暖めた不凍液を上記実験棟１０の床部１４内に配管されたパイプ２３ｂに循環させて、上記床部１４を介して上記実験棟１０内を暖房する床暖房装置で、上記パネルヒータ２２と床暖房装置２３とにより、本システムの暖房手段２４を構成する。

また、２５は当該実験棟１０の室内中央部に設置され、室内の相対湿度（％）を計測する室内用湿度センサ、２６は上記相対湿度センサ２５に近接して設置された室内用温度センサ、２７，２８は当該実験棟１０の東側の外部にそれぞれ設置された室外用湿度センサと室外用温度センサ、２９ａ，２９ｂは上記第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの各調湿材２１ａ，２１ａの温度を検出するための調湿材用温度センサで、本発明の実験用湿度調整システム２０は、上記の第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂ、暖房手段２４、室内外の温度及び湿度を計測する各センサ２５〜２８、調湿材用温度センサ２９ａ，２９ｂとに加えて、上記室内用湿度センサ２５及び調湿材用温度センサ２９ａ，２９ｂの検出出力に基づいて、当該実験棟１０の室内湿度が予め設定された湿度になるように、上記第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂを制御する第１及び第２の調湿パネル制御手段３０Ａ，３０Ｂと、上記室内外の温度及び湿度を計測する各センサ２５〜２８の出力をモニターする調湿システムモニター手段３１とから構成される。
なお、上記室外用湿度センサ２７、室外用温度センサ２８、及び、調湿システムモニター手段３１は、第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの性能を評価するために本実験棟１０に限って設けられたもので、本発明による湿度調整システム２０を通常の建物に適用する場合には設ける必要はない。

第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂは、詳細には、図３（ａ）に示すように、約３０ｃｍ角の厚さが７ｍｍ程度のセラミック多孔質体から成る調湿材２１ａを枠体２１ｍに９枚隙間なく貼付けるとともに、上記枠体２１ｍの直上に、図示しないガーゼ状の薄い布で包んだ、微小な穴が多数設けられた細いビニールパイプ２１ｐを配置し、このガーゼ状の布で包んだビニールパイプ２１ｐ内に加水槽２１ｑ内に設けられた加水用ポンプ２１ｒから水を供給することにより上記ビニールパイプ２１ｐに加水する。これにより、上記の微小な穴から霧状の水が各調湿材２１ａの表面に供給されて、上記調湿材２１ａに水分が補給される。上記ビニールパイプ２１ｐは、ガーゼ状の薄い布で包まれているので、上記調湿材２１ａには上記ガーゼ状の布を介して水分が供給される。したがって、上記調湿材２１ａの表面を均一に加水することができる。なお、上記ビニールパイプ２１ｐに供給された水は図示しない排水槽に送られるが、所定期間内であれば、上記加水槽２１ｑに戻してもよい。また、室外などに貯水槽を別途設けておき、上記加水槽２１ｑの貯水量が少なくなった場合には、上記加水槽２１ｑに供給するようにしておけば、上記加水槽２１ｑを室内に配置した場合でも、その容量を小さくできる。また、配置上可能であれば、上記ビニールパイプ２１ｐもしくは上記加水槽２１ｑを水道管に接続して自動給水するようにしてもよい。
本例では、更に、上記第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの下側に送風手段２１ｄを配置して上記調湿材２１ａの表面に送風することができるようにするとともに、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、上記調湿材２１ａの裏面側に当該調湿材２１ａを加熱する、例えば、フィルム状の抵抗から成る電気ヒータなどの加熱手段２１ｃを取付けて上記調湿材２１ａの温度を高め、上記調湿材２１ａからの湿気の放出を助長することができるようにしている。なお、加熱手段２１ｃを取付ける際には、上記調湿材２１ａの裏面側を防水処理するとともに、上記加熱手段２１ｃの裏面側を断熱材２１ｎにて覆ってやることが望ましい。
また、上記調湿材２１ａを枠体２１ｍに貼付ける際には、調湿材２１ａの一方の側面に所定の間隔で穴部を設け、他方の側面に上記穴部に嵌入する突起部を設けて、隣接する調湿材２１ａ同士を接続したり、上記の図３（ａ）に示すように、接続時に互いに係合する凹部や凸部を有する複数のタイプの調湿材２１ａを準備し、これらを係合するようにすれば、枠体２１ｍへの貼付けが容易となる。

次に、本湿度調整システム２０の動作について説明する。
まず、暖房手段２４であるパネルヒータ２２，２２と床暖房装置２３をともに稼動させるとともに、実験棟１０内の室温が所定の温度（例えば、２０℃）に保つように、パネルヒータ２２，２２への供給電力量と灯油ボイラー２３ａの図示しないバーナーの燃焼量とを上記室内用温度センサ２６の検出出力に基づいて制御する。
次に、第１及び第２の調湿パネル制御手段３０Ａ，３０Ｂにより、室内用湿度センサ２５で計測した室内の相対湿度（％）に基づいて、加水手段２１ｂの加水用ポンプ２１ｒを稼動させてビニールパイプ２１ｐに加水し、第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの各調湿材２１ａに水分を補給することにより、室内を加湿する。
具体的には、図４に示すように、室内用湿度センサ２５で計測した実験棟１０内の相対湿度が、例えば、６０％を下まわると、加水手段２１ｂが作動して、ガーゼ状の薄い布に包んだビニールパイプ２１ｐから各調湿材２１ａの表面に水が供給され、各調湿材２１ａに水分が補給されて、室内の相対湿度が上昇する。そして、室内の相対湿度が６０％に達すると、水分の補給は中断される。このように、加水手段２１ｂをシーケンス制御すれば、各調湿材２１ａには、上記水分の補給により、十分な水分が貯えられている。したがって、湿度の低下に伴って上記各調湿材２１ａに貯えられている水分が室内に放出されるので、長時間水分の補給が中断されていても、室内の湿度が急激に低下することはない。
このように、従来の簡易加湿器では、乾燥した冬季においては、頻繁に水を沸騰させて水蒸気を室内に供給する必要があったが、本発明の湿度調整システム２０では、上記各調湿材２１ａを構成するセラミック多孔質体には十分な水分が保持されているので、上記加水処理は湿度が下降したときにのみ行えばよい。また、従来の簡易加湿器では湿度の制御ができないのに対し、本発明の湿度調整システム２０では湿度の制御が可能なので、室内の相対湿度を設定湿度に確実に保持することができる。
このとき、送風手段２１ｄを稼動させて上記調湿材２１ａの表面に送風するようにすれば、上記調湿材２１ａからの湿気の放出が助長されるので、室内の相対湿度を速やかに設定湿度に到達させることができる。
また、上記調湿材２１ａは、室内が低湿度でかつ調湿材２１ａの空隙２１ｖに捕獲している水分ｗが多い場合でも、温度を上げると、上記調湿材２１ａは水分ｗをより保水することができるようになる。したがって、図５に示すように、加熱により増加した上記調湿材２１ａの空隙２１ｖに捕獲されている水分ｗが室内に放出され、加湿が助長される。
そこで、調湿材２１ａの温度が低い場合や湿度を急速に高めたい場合などには、加熱手段２１ｃを稼動させるとともに、調湿材用温度センサ２９ａ，２９ｂで検出した調湿材２１ａの温度が予め設定された所定温度になるまで上記調湿材２１ａを加熱して上記調湿材２１ａの温度を高めるようにすれば、上記のように、セラミック多孔質体に保持されている水分が増加し、その結果水分の放出が促進されるので、室内の相対湿度を速やかに設定湿度に到達させることができる。

このように、本最良の形態１によれば、実験棟１０の室内に、セラミック多孔質体から成る複数の調湿材２１ａと、この調湿材２１ａを加水する加水手段２１ｂとを備えた第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂを設置するとともに、当該実験棟１０の室内中央部に室内の相対湿度（％）を計測する室内用湿度センサ２５を設置し、この室内用湿度センサ２５の出力に基づいて、上記調湿材２１ａに加水して室内の加湿を行うようにしたので、簡単な構成で室内の加湿を行うことができるとともに、室内の湿度を適切に調整することができる。
更に、上記第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの下側に送風手段２１ｄを配置して上記調湿材２１ａの表面に送風したり、上記調湿材２１ａの裏面側に加熱手段２１ｃを取付けて上記調湿材２１ａの温度を高めたりなどして、上記調湿材２１ａからの湿気の放出を助長するようにすれば、室内の相対湿度を速やかにかつ効率よく設定湿度に到達させることができる。

なお、上記最良の形態１では、セラミック多孔質体から成る調湿材２１ａを９枚貼付けた２枚の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂを用いて室内の調湿を行ったが、調湿パネル２１Ａ，２１Ｂを構成する調湿材２１ａの数や形状、あるいは、調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの数や形状についてはこれに限るものではなく、調湿する部屋の大きさや建物の構造、外部環境などにより適宜決定されるものである。
また、上記例では、調湿材２１ａとしてセラミック多孔質体を用いたが、調湿材２１ａの材質はこれに限るものではなく、パーライトやカーボンなどの他の吸湿体を用いてもよい。
また、上記例では、上記ビニールパイプ２１ｐ、加水槽２１ｑ、加水用ポンプ２１ｒを備えた加水手段２１ｂを第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂの共通の加水手段としたが、第１及び第２の調湿パネル２１Ａ，２１Ｂにそれぞれ加水手段２１ｂを設けるようにしてもよい。また、加水手段２１ｂも上記例に限るものではなく、調湿材２１ａに所定量の水分を加水できるものであれば、他の構成であってもよい。
また、調湿材２１ａの組立て方法としては、図６（ａ）に示すように、各調湿材２１ａに給水用の貫通孔２１ｈを設け、この貫通孔２１ｈに多数の微小な穴を有するパイプ２１Ｐを埋設し、隣接する調湿材２１ａ同士を中空状の連結部材２１Ｑで連結するようにしてもよい。そして、図６（ｂ）に示すように、上記連結された調湿材２１ａのうちの端部に位置する調湿材２１ａに埋設された各パイプ２１Ｐに水導入用の分岐パイプ２１Ｍを取付け、他方の端部に位置する調湿材２１ａに埋設された各パイプ２１Ｐに水回収用の分岐パイプ２１Ｎを取付けて、上記各パイプ２１Ｐに加水すれば、上記各調湿材２１ａに水分を補給することができる。
また、上記給水用の貫通孔２１ｈとは別に、上記調湿材２１ａに通風用のパイプ状の小穴を複数個設けて上記小穴に送風し、上記調湿材２１ａからの湿気の放出を助長するようにしてもよい。

最良の形態２．
上記最良の形態１では、冬季などの乾燥期において室内を加湿するのに用いられる湿度調整システムについて説明したが、上記調湿材２１ａを用いて、梅雨時期などに当該室内を除湿するための湿度調整システムを構築することも可能である。
上記調湿材２１ａを湿度が高い状態で長時間放置すると、調湿材２１ａの空隙２１ｖに捕獲している水分ｗが殆ど満杯の状態になる。そこで、梅雨時期などには、上記調湿材２１ａの温度を上げて調湿材２１ａの吸水性を高めるようにすれば、図７に示すように、室内の湿度が高くなった場合には、水分ｗが吸水性が高まった調湿材２１ａの空隙２１ｖに捕獲されるので、室内の除湿を容易に行うことができる。
図８は、本最良の形態２に係る湿度調整システム２０Ｚの構成を示す図で、本例の湿度調整システム２０Ｚは、図１に示す湿度調整システム２０において、室内用湿度センサ２５の出力に基づいて、第１及び第２の調整パネル２１Ａ，２１Ｂの各調湿材２１ａの温度を、加熱手段２１ｃ，２１ｃにて制御するという簡単な構成で室内の除湿を行うことができる。また、通常のエアコンによる除湿では、空気流をある程度冷やすことで除湿しているが、本例では、室内の温度に影響を与えることなく除湿ができる。

なお、上記最良の形態１，２では、湿度調整用ユニットとして、調湿材２１ａを枠体２１ｍにパネル状に配置した調湿パネル２１Ａ，２１Ｂを用いたが、湿度調整用ユニットの形態はこれに限るものではなく、例えば、断熱された箱に調湿材２１ａを貼り付けた形態など、他の形態であってもよい。このような箱状の湿度調整用ユニットを天井部分などに設置するとともに、自動給水装置を取付け、これを集合住宅の換気システムに接続して加湿や除湿を行うようにすれば、室内のみならず、集合住宅等の建物についても容易に湿度調整を行うことも可能である。

図１に示すような実験棟を建設し、この実験棟に本発明による調湿システムを適用し、冬季(乾燥期)において加湿を行って、当該実験棟内の湿度を調整した。なお、この実験棟は、床面積１１．４ｍ²、気積２４．０４ｍ³で、壁面には、５０ｍｍ圧の発泡系断熱材を内張りし、内装仕上げを石膏ボードとした。
図９は、モニター手段にてモニターした、実験棟内の室内気温(℃)、相対湿度（％）、加水手段のＯＮ−ＯＦＦ状態（加水のシーケンス制御）、及び、その時の加水量（ｇ）の時間変化を示す図である。本実施例では、室温を２０℃に保持している。なお、図には記載していないが、外気温は−１２℃〜８℃まで変化している。
ここで、設定相対湿度を６０％に設定し、室内用湿度センサで計測した室内の相対湿度が６０％を下回った場合に加水を行って室内の湿度制御を行った。その結果、加水手段のＯＮ−ＯＦＦ状態のみによる加湿で相対湿度（％）がほぼ６０％に保持されていることから、本発明による、セラミック多孔質体に加水するという簡単な構成の調湿システムを用いても、室内の湿度を適切に調整することができることが確認された。また、昼間は外気温の変化による影響が大きいだけでなく、室内で人が出入りしたり活動することにより湿度の変化が大きくなっているにもかかわらず、室内の相対湿度（％）はほぼ一定に保持されていることから、本発明の調湿システムは湿度の変化に十分に追従できていることが分かる。

このように、本発明によれば、乾燥期においては、調湿材に加水するという、簡単な構成で室内の加湿を行うことができるとともに、室内の湿度を適切に調整することができるので、大型の加湿器を用いることなく、室内の空気を所定の湿度に保持することができる。また、梅雨時期には、上記調湿材を加熱するだけで除湿を行うことができるので、室内の温度に影響を与えることなく室内の除湿が可能となる。

本発明の最良の形態１に係る湿度調整システムを備えた実験棟の一例を示す平面図である。本発明による湿度調整システムの構成を示すブロック図である。本最良の形態１に係る調湿パネルの詳細を示す図である。本湿度調整システムにおける相対湿度と加水のシーケンス動作状況の例を示す図である。乾燥期における調湿材の作用を示す図である。本発明における調湿パネルの他の例を示す図である。梅雨時期における調湿材の作用を示す図である。最良の形態２に係る湿度調整システムの構成を示すブロック図である。実験棟における室温及び相対湿度と加水のシーケンス動作状況を示す図である。

符号の説明

１０実験棟、１１西側の壁、１２，１３東側の壁、１４床部、
２０湿度調整システム、２１Ａ第１の調湿パネル、２１Ｂ第２の調湿パネル、
２１ａ湿度調整部材（調湿材）、２１ｂ加水手段、２１ｃ加熱手段、
２１ｄ送風手段、２２パネルヒータ、２３床暖房装置、２３ａ灯油ボイラー、
２３ｂパイプ、２４暖房手段、２５室内用湿度センサ、２６室内用温度センサ、２７室外用湿度センサ、２８室外用湿度センサ、
２９ａ，２９ｂ調湿材用温度センサ、３０Ａ第１調湿パネル制御手段、
３０Ｂ第２の調湿パネル制御手段、３１調湿システムモニター手段。

Claims

吸水用の貫通孔が設けられた吸湿体とこの吸湿体に加水する加水手段とを備えた湿度調整用ユニットと、
上記吸湿体の表面に送風する送風手段と、
上記吸湿体を加熱する加熱手段と、
湿度調整を行う室内に設けられた湿度センサーと、
上記湿度センサーで検知した当該室内の湿度に基づいて、上記吸湿体に加水する水量を制御して当該室内を加湿する湿度制御手段とを備えた湿度調整システムであって、
上記吸湿体がセラミック多孔質体であり、
上記加水手段が、
多数の穴を有し上記貫通孔に埋設されるパイプと、上記埋設されたパイプの一端に取付けられて上記埋設されたパイプに水を導入する水導入用のパイプと、上記埋設されたパイプの上記水導入用のパイプが取付けられている側とは反対側の端部に取付けられて上記埋設されたパイプ内の水を回収する水回収用のパイプとを備え、
上記送風手段が上記吸湿体の室内側である表面側の下側に配置され、上記加熱手段が上記吸湿体の室内側とは反対側である裏面側に取付けられていることを特徴とする湿度調整システム。