JP4953787B2 - 加湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯留水を用いた加湿装置に関し、より詳細には、水面上を、気体を流通させて加湿する加湿装置に関する。

静電気予防、作業者の風邪予防、糸や紙の調湿、パン生地の乾燥防止等のため、室内の加湿が実施されている。そのほか、半導体製造装置や燃料電池の評価システム等において、ＣＭＰ（化学機械平坦化）スラリー圧送用の窒素ガスや、燃料ガスの加湿も行われている。これらの加湿は、従来、次の方法によって行われている。

その１つは、噴霧加湿である（例えば、特許文献１、２参照）。この噴霧加湿は、ノズル等から霧状の水を噴霧し、気体の湿度を高くする方法である。この方法は、水を噴霧するための散水ノズルと、その散水ノズルに水を供給するためのポンプとを備える加湿装置により実施することができる。

もう１つは、充填材加湿である（例えば、特許文献３〜５参照）。この充填材加湿は、充填材の表面を湿らせ、充填材間に気体を通過させて加湿する方法である。この方法は、水を保持するための多孔質充填材が充填された容器を備える加湿装置により実施することができる。なお、気体の通過により、保持する水分量が次第に減少していくが、適当な時期に取り出し、水に浸漬させて、あるいは充填材に散水して、充填材が保持する水分量を増加させることができる。

室内で発生する一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、粉塵、臭いといった汚染物質や湿気等を室外に強制的に排出し、フレッシュな外気を入れて、室内をきれいな空気に保持するために、換気設備が設けられる。この換気設備は、室内の空気を機械的に入れかえる設備で、給気ファンと排気ファンの両方を備えるもの、給気側が給気口とされ、排気側が排気ファンとされるもの、給気側が給気ファンとされ、排気側が排気口とされるものがある。

加湿装置と換気設備とを備える環境では、換気設備に連通するダクト（風導管）間に加湿装置が接続される。換気設備は、フレッシュな外気を吸引し、室内に給気するが、その途中、加湿装置によって加湿され、加湿された空気が室内へ供給される。この加湿装置として、上記の充填材加湿を実施するための充填材加湿装置および上記の噴霧加湿を実施するための噴霧加湿装置を用いることができる。充填材加湿装置は、噴霧加湿装置に比較して、散水ノズルおよびその散水ノズルに水を供給するためのポンプが不要であるため、電力コストおよびメンテナンスコストを削減することができるという利点がある。その反面、充填材を通過する際の圧力損失が大きいため、換気設備として設けられるファンの能力を大きくする必要があり、換気設備がコストアップするという欠点がある。
特開２００３−１３０４０３号公報 特開平８−５２１５号公報 特開２００５−１５６０７７号公報 特開２００２−３７２２６２号公報 特開平５−２８０７９４号公報

上記のように、噴霧加湿装置においては、散水ノズルの閉塞、その交換等による維持管理上の問題、ポンプ等の電力コストの問題があり、充填材加湿装置においては、充填材間を通過させることによる圧力損失によって、換気設備がコストアップするという問題があった。

そこで、維持管理上の問題をなくし、電力コストを削減し、かつ圧力損失を低減させて換気設備のコストアップを抑制することができる加湿装置が望まれている。

本発明の発明者らは、鋭意検討の結果、貯留水の水面上を、気体を流通させることで、気体を加湿することができ、これにより、散水ノズルやそのノズルに供給するためのポンプを使用することなく、また、充填材間を通過させないため、圧力損失を低減させることができ、換気設備のコストダウンが可能となることを見出した。本発明は、これらのことを見出すことによりなされたものであり、上記課題は、本発明の加湿装置を提供することにより解決される。

本発明によれば、側上部に気体供給口と気体排出口とを備え、下部に水が貯留される容器と、
気体供給口と気体排出口との間に配設され、気体を水面に向けて流入させ、水面上を流通させる流路を形成する遮蔽板とを備える、加湿装置が提供される。

加湿装置は、遮蔽板の気体供給口に対向する表面に配設され、その表面から気体供給口に向けて延びる複数の仕切板をさらに備えることができる。これら複数の仕切板は、遮蔽板に衝突した後の、気体供給口から遮蔽板に向いた左右方向への気体の流れを抑制して、下方である水面方向へ適切に流すためのガイド機構として作用する。また、加湿を補助するために、表面に沿って水を流下させるが、これら複数の仕切板によって、その表面積を増加させ、より効果的に加湿することができる。

容器の上部に給水用容器をさらに備え、その給水用容器から水を供給し、遮蔽板および複数の仕切板の表面に沿って水を流下させることができる。ポンプが不要となり、適宜、遮蔽板や複数の仕切板の表面、あるいは多孔質材料を湿らせ、気体の加湿を補助することができる。

遮蔽板および複数の仕切板は、それぞれの表面に、多孔質材料が接着または溶着されていてもよい。この多孔質材料は、湿らせた後に設置してもよいし、設置後、水を流下させ、水を保持させるようにしてもよい。

遮蔽板および複数の仕切板は、それぞれの表面に、複数の凹部または凸部の少なくとも一方を備えることができる。これら複数の凹部または凸部またはその両方に水を保持させることができ、これに接触した気体を加湿することができる。

本発明の加湿装置を提供することにより、散水ノズル、その散水ノズルに供給するためのポンプが不要で、充填材間を通過させることがないため、電力コストおよびメンテナンスコストを削減することができ、圧力損失を低減することができる。

上記のように、散水ノズルやポンプが不要のため、維持管理が容易となり、また、圧力損失を低減できるため、換気設備のコストダウンを実現することができる。また、圧力損失を低減できるため、換気設備をコンパクトにすることができ、省スペース化を図ることができる。

さらに、貯留水による加湿と、水を流下させることによる加湿とを併用することにより、湿度調節が可能となる。

本発明の加湿装置は、上記の換気設備に連通するダクト間に接続して用いられるほか、気体の加湿を必要とする装置であればいかなる装置にも適用できるものである。したがって、気体は、空気に限られるものではなく、窒素、酸素、水素、二酸化炭素等であってもよい。以下、換気設備に連通するダクト間に接続され、一方のダクトから空気が供給され、加湿装置を通して加湿され、他方のダクトへと排出されるものとして説明する。

図１は、加湿装置の第１実施形態を示した断面図である。図１に示す加湿装置１０は、側上部に、気体供給口１１と気体排出口１２とを備え、下部に水１３が貯留される容器１４と、その気体供給口１１と気体排出口１２との間に配設され、空気を水面に向けて流入させ、水面上を流通させる流路を形成する遮蔽板１５とを備えている。

気体供給口１１と気体排出口１２は、いずれもダクトに接続されており、空気を流入させ、また、空気を排出することができる。図１において容器１４は、気体供給口１１および気体排出口１２としてノズルを備える構成とされているが、単なる開口や、フランジを備えた構成とすることもできる。また、気体供給口１１と気体排出口１２は、容器１４の側上部に対向するように設けられているが、側上部であれば対向していなくてもよい。容器１４は、円筒形または箱形等とすることができ、適切に加湿することができるように、容器上部を閉鎖する蓋１６を備える。容器１４は、ダクト配管の材質に合わせて、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウムのほか、使用温度にもよるが、プラスチック樹脂、圧縮されて強化された強化ガラス等から作製することができる。プラスチック樹脂としては、ポリ塩化ビニル、繊維強化プラスチック、アクリル樹脂等を挙げることができる。また、空気等の漏洩を少なくするため、ゴムパッキンやガスケットを介して蓋１６で覆い、ボルトやナット等の締結手段を用いて容器本体と蓋１６とを締結することができる。容器１４は、蓋１６を開き、ホースや小型ポンプ等を使用して水を供給することができる。容器１４の底には、排水ライン１７および弁１８が設けられていて、貯留した水を排出することができる。水を貯留する場合には、この弁１８を閉止した後、蓋１６を開いて水を供給し、水を排出する場合には、この弁１８を開いて排出する。

遮蔽板１５は、気体供給口１１と気体排出口１２との間に、蓋１６から容器１４内の底部に向けて延び、気体供給口１１側と気体排出口１２側とを仕切るように配設される。ただし、その底部に向けて延びる長さは、下部に貯留される水１３の水面に達しない長さで、かつ、空気が気体供給口１１から気体排出口１２へ直線的に流れないように遮蔽できる長さとされる。これは、空気を水面方向に向けて流入させて水面に接触させるとともに、水面上を、空気が流通するようにするためである。このような空気の流路を形成するためには、遮蔽板１５と蓋１６との間、遮蔽板１５と容器１４の内壁との間に隙間が生じないようにすることが好ましい。例えば、遮蔽板１５の、蓋１６および内壁に接する部分の材質をゴム製としたり、また、蓋１６および容器１４の内壁にそれぞれ嵌合溝を設け、遮蔽板１５の両縁部を内壁の嵌合溝に嵌合させ、上部からスライドするように挿入し、遮蔽板１５を蓋１６の嵌合溝に挿入して組み立てる構造のもの、さらには、蓋１６または内壁と遮蔽板１５とを接着または溶着するなどして接合することができる。遮蔽板１５は、容器１４と同じ材質の平板とすることができ、空気の流速等により折れ曲がらない強度を有するように、材質に応じて厚さを決定することができる。

気体供給口１１から流入した空気は、正面にある遮蔽板１５に衝突し、その後、水面方向へと流れ、水面に接触する。遮蔽板１５は、水面に達しない長さとされているため、気体供給口１１から気体排出口１２に至るまで、矢線に示す、空気を流通させることができる流路を形成する。その流路を流通させる際、空気を水面に接触させ、さらに、その水面上を流通させることにより加湿する。水面と遮蔽板１５とによって形成される開口部分の流路面積、遮蔽板１５と容器１４の内壁とによって形成される流路面積は、圧力損失を小さくするために、ダクトの流路面積とほぼ同じであることが好ましい。

ダクトにおける空気の圧力は、大気圧に近いことから、その空気中に含むことができる蒸気の最大の蒸気圧は、その温度における飽和蒸気圧となる。空気中の蒸気の分圧が飽和蒸気圧に等しい場合には、それ以上の蒸気を含むことができない。これは、ある量の水が水面から蒸発したとしても、同量の蒸気が凝縮するからである。これに対し、空気中の蒸気の分圧が飽和蒸気圧に達していない場合には、水面からの蒸発量のほうが多く、飽和蒸気圧に達するまでこの状態が継続する。このため、容器１４内に供給される空気中の蒸気の分圧がその飽和蒸気圧に達していない場合には、容器１４の下部に貯留された水の蒸発によって空気中の蒸気量が増大し、これによって、空気が加湿される。

図１に示すように、この加湿装置は、散水ノズルやその散水ノズルに水を供給するためのポンプが不要で、充填材を充填し、その充填材間を通過させることがないため、電力コストやメンテナンスコストを削減することができ、かつ圧力損失を低減することができる。また、小型化することができ、設置スペースが小さくて済む。なお、加湿装置は、直列に複数設置することができ、これにより、加湿能力を増強することができる。

図２および図３は、加湿装置の第２実施形態を示した図である。第２実施形態では、図２に示すように、遮蔽板１５の気体供給口１１に向いた表面に、その気体供給口１１に向けて延びる複数の仕切板２０が設けられている。また、容器１４の蓋１６には、複数の小さな給水用ノズル２１が設けられ、蓋１６上には、給水用容器２２が設置され、それら給水用ノズル２１と給水用容器２２とが給水ライン２３によって接続されている。また、給水ライン２３には、弁２４が設けられ、必要に応じて水を供給し、その供給を停止することができるようにされている。

仕切板２０は、遮蔽板１５と同じ材質で作製されており、図３に示すように、遮蔽板１５の一つの面に対して垂直に、接着または溶着するなどして接合されている。仕切板２０は、所定間隔で互いに離間して設けられており、ほぼ同じ幅の、空気が流れる通路を形成している。また、仕切板２０は、その長手方向の長さが、遮蔽板１５の長さと同じとされ、すべての仕切板２０の幅も同じとされている。容器１４が、箱形であれば、中空部分の断面が矩形で、すべて同じ幅の仕切板２０を配設しても、容器１４内に収容することができるが、円筒形である場合には、中空部分の断面が円形であるため、遮蔽板１５の中央部分に配設するものが最も幅が広く、縁部に向けて幅が狭くなるように形成された仕切板２０を配設することができる。

気体供給口１１から流入した空気は、遮蔽板１５に衝突し、仕切板２０によって仕切られた各通路を通り水面に向けて流れ、水面に接触後、水面上に沿って流れ、気体排出口１２から排出される。

この仕切板２０は、遮蔽板１５に衝突した後の、気体供給口１１から遮蔽板１５に向いた左右方向への空気の流れを抑制して、下方である水面方向へ適切に流すためのガイド機構として作用する。

給水用容器２２内には、水が貯留され、弁２４を開くことにより給水ライン２３および給水用ノズル２１を通して、遮蔽板１５上および複数の仕切板２０上に水を供給することができる。遮蔽板１５上および複数の仕切板２０上に供給された水は、遮蔽板１５の表面に沿って、および、複数の仕切板２０の各表面に沿って流下し、その後、下部に貯留された水１３へと落下する。この表面に沿った流下により、遮蔽板１５および複数の仕切板２０の表面を湿らせ、それらの表面に沿って流れる空気を接触させて、加湿を補助することができる。この操作は、貯留水による加湿では不充分な場合や、湿度を調節するために実施することができる。この湿度は、水を流下させる量を弁２４によって制御することで調節することができる。給水用容器２２への給水は、上部の蓋を開いて行うこともできるし、ホース等を接続しておき、小型のポンプを使用して行うこともできる。この給水量は、従来の噴霧加湿装置の散水ノズルに供給する給水量に比較して著しく少ないものである。

この給水は、連続して行うこともできるが、所定時間間隔ごとに行うこともできる。容器１４が強化ガラスやアクリル樹脂等の透明度の高い材料から作製されたものであれば、遮蔽板１５の表面および複数の仕切板２０の表面が乾燥したことを目視することにより行うことができる。また、給水する場合には、給水量と加湿量とが同じであれば、貯留水の水面は一定に保持されるが、給水量が多い場合には、水面が上昇し、遮蔽板１５と水面との間の流路を閉鎖してしまう。したがって、この流路を閉鎖しないように、容器１４の底に設けられた弁１８を適宜開き、排水する。

図４は、加湿装置の第３実施形態を示した図である。容器１４は、図１または図２に示す容器と同様であるが、遮蔽板１５および複数の仕切板２０の表面上に多孔質材料４０が接着または溶着されている。図４では、図１または図２に示す容器と同様であるため、容器１４については図示していない。

多孔質材料４０は、板状体とされ、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム、鉄ニッケル合金等を網目状構造にしたものや、多孔質セラミックスや、使用温度によって上記プラスチック樹脂材料からなる多孔質プラスチックを用いることができる。

多孔質材料４０は、水で湿らせると、その水を各孔内に保持し、流入する空気と接触すると、蒸発して空気を加湿する。これも、加湿を補助するために使用することができ、貯留水による加湿では不充分な場合に実施することができる。したがって、図２に示すような給水用容器２２等を設け、加湿開始時には、貯留水のみの加湿とし、排出される空気中の蒸気濃度を計測して不足する場合に、給水して多孔質材料４０を湿らせることができる。

多孔質材料４０を設けることで、一度湿らせると、長期間にわたって水を保持することができるため、給水用容器２２からの給水を頻繁に実施する必要がなくなる。これにより、給水用容器２２への水の供給作業を減少させることができる。

図５は、加湿装置の第４実施形態を示した図である。容器１４は、図１または図２に示す容器と同様であるが、遮蔽板１５および複数の仕切板２０の表面に凹部５０および凸部５１が設けられている。図５においても、図１または図２に示す容器と同様であるため、容器１４については図示していない。

図５に示す凹部５０および凸部５１は、図４に示す多孔質材料４０と同様、水を保持するために設けられる。図５（ａ）では、凹部５０がくぼみとされ、凸部５１が突起とされている。図５（ｂ）では、一部のみ示すが、凹部５０が、水面に対して平行に設けられる溝とされ、凸部５１が、同じく水面に対して平行に設けられる突出部とされ、この溝と突出部とが交互に設けられている。凹部５０および凸部５１を備える表面に沿って、水を流下させると、凹部５０内および凸部５１上にそれぞれ水が保持され、保持された水に空気が接触することにより、空気を加湿することができる。これも、加湿を補助するために使用することができ、貯留水による加湿では不充分な場合に実施することができる。したがって、図２に示すような給水用容器２２等を設け、加湿開始時には、貯留水のみの加湿とし、排出される空気中の蒸気濃度を計測して不足する場合に、給水して凹部５０内および凸部５１上に水を保持させることができる。ここでは、これらの凹部５０および凸部５１の両方を備える構造としたが、一方のみを備える構造であってもよい。

これまで図面を参照して、図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

したがって、図１では給水用容器２２等が設けられていないが、給水用容器２２等が設けられた構成であってもよい。また、給水用容器２２等を備える構成として説明したが、給水用容器２２を設けず、ホース等を給水ライン２３に接続し、ホース等から直接、水を供給することもできる。容器１４の内壁に、上記の多孔質材料や、凹部や凸部を設けることもできる。

加湿装置の第１実施形態を示した図。 加湿装置の第２実施形態を示した図。 図２に示す加湿装置に用いられる遮蔽板および複数の仕切板を例示した図。 加湿装置の第３実施形態を示した図。 加湿装置の第４実施形態を示した図。

符号の説明

１０…加湿装置、１１…気体供給口、１２…気体排出口、１３…水、１４…容器、１５…遮蔽板、１６…蓋、１７…排水ライン、１８…弁、２０…仕切板、２１…給水用ノズル、２２…給水用容器、２３…給水ライン、２４…弁、４０…多孔質材料、５０…凹部、５１…凸部

Claims (4)

1. 側上部に気体供給口と気体排出口とを備え、下部に水が貯留される容器と、
   前記気体供給口と前記気体排出口との間に配設され、気体を水面に向けて流入させ、前記水面上を流通させる流路を形成する遮蔽板と、
   前記遮蔽板の前記気体供給口に対向する表面に配設され、前記表面から前記気体供給口に向けて延びる複数の仕切板とを備える、加湿装置。
2. 前記容器の上部に給水用容器をさらに備え、前記遮蔽板および前記複数の仕切板の表面に沿って水を流下させる、請求項１に記載の加湿装置。
3. 前記遮蔽板および前記複数の仕切板は、それぞれの表面に、多孔質材料が接着または溶着されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の加湿装置。
4. 前記遮蔽板および前記複数の仕切板は、それぞれの表面に、複数の凹部または凸部の少なくとも一方を備える、請求項１または２に記載の加湿装置。

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