JP5071463B2 - 加湿装置 - Google Patents

Description

本発明は、加湿空気を渦輪状に形成して遠方まで搬送することのできる加湿装置に関するものである。

従来から、加湿空気を生成する手段として、水を保持した気化エレメントに対して通風することにより加湿空気を搬送する方式や水を超音波振動により水界面で微細粒子を生成して霧化する方式、または、水を加熱手段で加熱して蒸発する方式が知られており、いずれの場合も生成した加湿空気はファンを用いて気流に乗せて遠方領域に搬送されるものであった。このような従来の方式では、吹き出し口より放出された加湿空気はすぐに拡散してしまうため、部屋全体と比べて吹き出し口近傍の加湿量が多くなってしまい、これによって、部屋全体を加湿するために必要な加湿量が増加してしまい、結果として部屋の大きさに比べて大きな加湿性能を備えた加湿装置が必要になるという課題があった。また、人や特定の場所だけ加湿したいという場合においても、部屋全体を加湿する必要があり、結果として窓の結露や部屋のカビ繁殖の原因となるという課題があった。

そこで、上記の課題を解消する方式として、加湿空気を加圧して渦輪状空気を生成し、これによって加湿空気を遠方に搬送する手段がある。加湿空気を渦輪状にすることによって、空気中に放出された加湿空気は、徐々に拡散しながらも渦輪の形を維持しながら、渦輪が対象物と衝突して崩壊するまで搬送することができる。また、上記性質を利用して、加湿したい領域を制御することが可能であり、所定の空間を迅速に加湿することが可能となる。(例えば、特許文献１)

特許第３６７５２０３号

しかしながら、上記の従来技術を用いた加湿装置では、水蒸気発生装置と加圧室は蒸気供給管で連結されているため、生成した水蒸気が蒸気供給管内で結露してしまい、加圧室内に供給される蒸気量が十分に得られないという課題があった。また、加圧室内においても同様に結露が生じてしまい、供給された蒸気量に対して渦輪として搬送される蒸気量は少なくなってしまうという課題があった。

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、加圧室内に溜めることができる蒸気量を増やすことにより、加湿効率の高い加湿装置を提供するものである。

本発明に係る加湿装置は、内部に水を貯留する貯水部と、該貯水部の側部または底部に設けられ該貯水部の内部に貯留された水を加熱する加熱手段と、加熱手段の加熱によって発生する水蒸気を貯める加圧室と、該加圧室内の気体に圧力を加える加圧手段と、該加圧手段にて圧力が加えられた水蒸気を含む気体を加圧室外に渦輪状空気として排出する吹き出し口とを備えた加湿装置において、貯水部は、加圧室の底部に配置されると共に、加圧室と一体に設けられ、加熱手段は加圧室の壁面を加熱し、貯水部に貯留される水の水位が、加圧室の底部の近傍に位置する。

これにより、本発明は、加圧室壁面を高温にすることが出来るので加圧室壁面での水の結露を抑制できるとともに、加圧室内に溜めることができる蒸気量を増やすことが出来るので、高湿度な渦輪を生成することができ、これにより加湿装置の加湿効率を向上することができるものである。

本発明の実施の形態１における加湿装置の側断面概略図である。 本発明の実施の形態１における加湿装置の正面概略図である。 本発明の実施の形態２における加湿装置の側断面概略図である。 本発明の実施の形態３における加湿装置の側断面概略図である。 本発明の実施の形態４における加湿装置の側断面概略図である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１、図２を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態１における加湿装置１００の側断面概略図であり、図２は本発明の実施の形態１における加湿装置１００の正面概略図である。
１は所定の水を貯水できる貯水タンクであり、貯水タンク設置部２に貯水タンク１が置かれると、貯水タンク１の給排水口１ａに設けられた弁１ｂが開口し、貯水タンク１から流出した水は配水管３を経由して貯水部４に所定の水面位置まで貯水される。５は、貯水部４を加熱するための加熱手段であるヒータであり、貯水部４の周囲に設けられている。なお、加熱手段として、ヒータ５の代わりに、例えば電磁誘導加熱方式などを用いても良い。６は、貯水部４と一体に形成された加圧室であり、貯水部４とは連結口７を介して連通している。８は、加圧室６内の気体を加圧する加圧手段であるスピーカであり、スピーカ８に設けられた加圧板８ａを加圧室６の内側へ駆動することによって加圧室６内を加圧することができ、加圧室６のスピーカ８に対向する面には加圧室６内外を連通する吹き出し口９が設けられている。ここで、加圧手段として、実施の形態１ではスピーカ８を用いているが、例えばソレノイドやピストン、ゴムやバネを用いて加圧板８ａを駆動させるような構成を用いても良い。また、吹き出し口９の開口面積は、加圧板８ａの面積（つまりは加圧室６内を加圧する面積）より、小さくなるように構成されている。

次に、加圧室６の構造について図１、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態１における加湿装置１００の側断面概略図である。実施の形態１では、加圧室１は略円筒形となっており、吹き出し口９に向かってテーパ状に絞られており、これによって加圧板８ａによって加圧された加圧室６内部の気体が吹き出し口９に向かって流れる時、その流れを層流にすることができる。流れが層流になることで吹き出し口９から吹き出す気流の流速が早くなり、これによって加圧室６から放出される渦輪の飛行距離を伸ばすことが出来る。加圧室６と貯水部４は一体に構成されており、それぞれ熱伝導性の良い材料（例えば鉄やＳＵＳ、鉄にアルミや銅を合金した素材等）が用いられている。これにより、ヒータ５の熱は、貯水部４を加熱して貯水部４内に貯水された水４ａから蒸気を生成するだけでなく、加圧室６壁面の温度も高めることができ、加圧室６の貯水部４と対向する位置となる上面６ａにおいても、およそ６０℃以上の温度まで加熱することが出来るように構成されている。これにより、加圧室６内に溜めることができる蒸気量を増やすことが出来る。なお、実施の形態１では加圧室６を略円筒形に形成したものを用いているが、加圧板８ａの駆動による加圧室６の圧力変動に耐えられる強度を持っていれば略円筒形で無くても良く、例えば直方体や球体、多数の面で構成された立方体などでも良い。

次に、加熱手段であるヒータ５について図１を用いて説明する。実施の形態１では、ヒータ５を貯水部４の外側に接するように設けており、ヒータ５に通電することによって発生する熱が、効率よく貯水部４に伝熱するように構成されている。なお、ヒータ５から貯水部４への伝熱を効率良く行う為に、例えばヒータ５の外側をカバーや断熱材で覆ったり、ヒータ５を貯水部４壁面に埋め込んで接触面積を増やしたり、ヒータ５を貯水部４内の水中に水没させるように設置しても良い。また、貯水部４に貯水される水４ａの水面４ｂ位置は、貯水タンク１に形成された突起部１ｃによって決まる貯水タンク設置部２にできる水面２ａ位置と同じ位置になるものであるが、ヒータ５はこの貯水部４に貯水される水４ａの水面４ｂ位置よりも上方にまで設置されている。このような構成にすることにより、加圧室６に伝導する熱量を十分に確保し、単一の加熱手段によって蒸気の生成と加圧室６の加熱を効率良く行うことが出来る。

次に、貯水部４について図１を用いて説明する。貯水部４は加圧室６と一体に構成されており、加圧板８ａの圧力によって発生する加圧室６内の気流の障害とならないよう、加圧室６の底部の平坦な位置に設けられている。これによって、加圧板８ａによって発生する気流は層流となり、これによって生成される渦輪の速度を速めることができ、その結果渦輪を遠方まで搬送することが出来る。

次に、スピーカ８について図１を用いて説明する。スピーカ８は、コイル８ｂによって発生する磁力と磁石８ｃの磁力によって発生する反発力によって加圧板８ａを前方（図中の吹き出し口９の方向）へ駆動するものである。なお、加圧板８ａと加圧室６との間は弾性体８ｄによって密閉されており、加圧板８ａが前方へ駆動した時に加圧室６内の気体が加圧板８ａの裏に回り込んだりスピーカ８を抜けて加圧室６の外に漏れないようにしている。これにより、加圧室６内部の気体が確実に吹き出し口９から放出されるようになっている。ここで、弾性体８ｄは上述の効果を得られれば良いものであり、例えば加圧板８ａとスピーカ８の一部の間を密閉する構造であっても良い。また、加圧板８ａの表面は、蒸気を吸収しないように、表面が撥水性を有するように構成されている。また、加圧板８ａに熱伝導性の良い材料を用いることにより、加圧室６と同様に蒸気の結露を防止して、加圧室内に溜めることができる蒸気量を増やすことが出来る。

次に、実施の形態１に係る加湿装置１００の動作について説明する。まず初めに、内部に水を貯めた貯水タンク１を、貯水タンク設置部２に設置する。すると、貯水タンク１に設けられた弁１ｂが貯水タンク設置部２に当たって押し上げられ、貯水タンク１内の水が給排水口１ａを通って配水管３を経由して貯水部４に流れ込み、貯水タンク１の突起部１ｃが水没して貯水タンク１内に空気が入らなくなるまで流出する。このとき、貯水部４に溜まる水４ａの水面４ｂは、貯水タンク設置部２に溜まった水の水面２ａと同様の位置となる。

次に、ヒータ５に通電して貯水部４を加熱し、貯水部４に溜まった水４ａを加熱する。そして、貯水部４内の水４ａが１００℃を超えると蒸気が発生し始め、その発生した蒸気は連結口７を通って加圧室６内に溜まっていく。一方、ヒータ５の熱は貯水部４だけでなく、貯水部４と一体に構成された加圧室６にも伝熱していき、例えばヒータ５から最も遠く且つ放熱しやすい場所である加圧室６の貯水部４と対向する位置となる上面６ａにて、６０℃を超える温度まで加熱される。これにより、加圧室６内の温度が高まるので加圧室６内に溜められる蒸気量を増やすことができると共に、加圧室６内に溜まった蒸気が加圧室６壁面に冷やされて結露することが抑制されるので貯水部４にて生成された蒸気を効率よく加圧室６内に溜めることができる。

加圧室６内に蒸気が十分溜まると、加圧室６内に設けられたスピーカ８のコイル８ｂに通電し、コイル８ｂに通電することによって発生する磁力と磁石８ｃとの反発力によって加圧板８ａを前方へ駆動する。すると、加圧室６内の圧力が上昇し、加圧室６内の蒸気を含んだ気体は、加圧室６に設けられた吹き出し口９から一気に放出される。このとき、吹き出し口９の端面９ａ付近を流れる蒸気を含んだ気体は、端面９ａとの摩擦によりその流速が吹き出し口９中央付近を流れる蒸気を含んだ気体よりも遅くなる。この風速分布により吹き出し口９を放出した蒸気を含む気体は、渦輪状になって放出される。ここで、一つの渦輪に含まれる蒸気量は、加圧室６内の蒸気量と比例するので、上記のように加圧室６内の蒸気量を増やす構成にすることによって、一度の渦輪生成によって搬送できる蒸気量を増やすことができる。

加圧室６から放出された渦輪は、蒸気と気体が塊となったまま直進していく。このとき、渦輪の回転速度は、空気抵抗によって徐々に遅くなっていく。そして所定の回転速度より遅くなった時点で、渦輪を形成し続けることができなくなり、渦輪を形成していた蒸気と気体は周囲に拡散し湿度を上昇させる。また、渦輪が例えば部屋の壁面に衝突した場合も、渦輪を形成し続けることができなくなり、渦輪を形成していた蒸気と気体は周囲に拡散し湿度を上昇させる。このような渦輪の特性を利用することによって、所定の空間を効率よく加湿することができるものである。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態２における加湿装置１００の側断面概略図である。なお、図中において実施の形態１と同じ機能を有する部分には同一の符号を付している。以下に、実施の形態２が、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図３において、加圧室６の上面６ａを、加圧室６を構成する材料よりも熱伝導性の低い断熱材１０で覆うように構成されている。ここで、断熱材１０の材料は、一般的に用いられているグラスウールなどの無機繊維系のもの以外でも、例えばポリエチレンフォームなどの発泡プラスチック系などを用いても良い。

次に、実施の形態２に係る加湿装置１００の動作について実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
ヒータ５に通電して貯水部４を加熱し、貯水部４に溜まった水４ａを加熱する。そして、貯水部４内の水４ａが１００℃を超えると蒸気が発生し始め、その発生した蒸気は連結口７を通って加圧室６内に溜まっていく。一方、ヒータ５の熱は貯水部４だけでなく、貯水部４と一体に構成された加圧室６にも伝熱していき、例えばヒータ５から最も遠く且つ放熱しやすい場所である加圧室６の貯水部４と対向する位置となる上面６ａにて、６０℃を超える程度まで加熱される。加圧室６内に蒸気が十分溜まった後、加圧室６内に設けられたスピーカ８を駆動して加圧室６内の蒸気を含んだ気体を加圧し、該蒸気を含んだ気体を吹き出し口９から渦輪の状態で放出する。ここで、加圧室６の上面６ａが加圧室６の材料よりも熱伝導性の低い材料で覆われているので、加圧室６の上面６ａからの放熱が減り、これにより加圧室６の上面６ａの到達温度を上昇させることができる。その結果、加圧室６内の温度が実施の形態１よりも更に高めることができるので、加圧室６内に溜められる蒸気量を増やすことができると共に、加圧室６内に溜まった蒸気が加圧室６壁面に冷やされて結露することを更に抑制することができ、貯水部４にて生成された蒸気を効率よく加圧室６内に溜めることができる。上記のように加圧室６内の蒸気量を増やす構成にすることによって、一度の渦輪生成によって搬送できる蒸気量を増やすことができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について図４を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態３における加湿装置１００の側断面概略図である。なお、図中において実施の形態１及び実施の形態２と同じ機能を有する部分には同一の符号を付している。以下に、実施の形態３が、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図４において、加圧室６の上面６ａを、加圧室６を構成する他の面の板厚よりも薄くなるように構成されている。ここで、実施の形態３では、加圧室６の上面６ａすべてを薄肉化しているが、例えば加圧室６の上面６ａの一部を薄肉化するように構成しても良い。

次に、実施の形態３に係る加湿装置１００の動作について実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
ヒータ５に通電して貯水部４を加熱し、貯水部４に溜まった水４ａを加熱する。そして、貯水部４内の水４ａが１００℃を超えると蒸気が発生し始め、その発生した蒸気は連結口７を通って加圧室６内に溜まっていく。一方、ヒータ５の熱は貯水部４だけでなく、貯水部４と一体に構成された加圧室６にも伝熱していき、例えばヒータ５から最も遠く且つ放熱しやすい場所である加圧室６の貯水部４と対向する位置となる上面６ａにて、６０℃を超える程度まで加熱される。加圧室６内に蒸気が十分溜まった後、加圧室６内に設けられたスピーカ８を駆動して加圧室６内の蒸気を含んだ気体を加圧し、該蒸気を含んだ気体を吹き出し口９から渦輪の状態で放出する。ここで、加圧室６の上面６ａが加圧室６を構成する他の面の板厚よりも薄くなるように構成されているので、加圧室６の上面６ａの熱容量が減り、これにより加圧室６の上面６ａの温度上昇を速めることが出来る。その結果、加圧室６の上面６ａの温度上昇が実施の形態１よりも早めることができるので、蒸気が発生初期段階において加圧室６の上面６ａの温度がまだ十分に上昇しておらず結露してしまうことを抑制することができる。これにより、蒸気が発生初期段階における蒸気量の低下を防ぐことができると共に、加圧室６内の蒸気量を速く高めることができるので、ヒータ５通電から渦輪を生成するまでの時間を短くすることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４について図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態４における加湿装置１００の側断面概略図である。なお、図中において実施の形態１〜３と同じ機能を有する部分には同一の符号を付している。以下に、実施の形態４が、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図５において、加圧室６の吹き出し口９付近に、吹き出し口９を開閉可能にする開閉弁１１が設けられている。実施の形態４において、開閉弁１１は、加圧室６の吹き出し口９の上下に設けられており、それぞれ一対の板１１ａと板１１ａと接続し板１１ａを回動可能にする回動軸１１ｂと図示しないモータで構成されており、モータ駆動により回動軸１１ｂ及び板１１ａを回動させることによって、加圧室６の吹き出し口９の開閉を任意に選択できるように構成されている。なお、開閉弁１１の構造は、例えば一対の板１１ａと回動軸１１ｂのみで構成したり、逆に２つ以上の一対の板１１ａと回動軸１１ｂで構成しても良い。また、板１１ａをスライドさせたり、折りたたんだりして加圧室６の吹き出し口９を開閉可能にしても良い。

次に、実施の形態４に係る加湿装置１００の動作について実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
ヒータ５に通電して貯水部４を加熱し、貯水部４に溜まった水４ａを加熱する。このとき、加圧室６の吹き出し口９は、図５（ａ）に示すように開閉弁１１によって閉じられている。そして、貯水部４内の水４ａが１００℃を超えると蒸気が発生し始め、その発生した蒸気は連結口７を通って加圧室６内に溜まっていく。ここで、加圧室６内に溜まった蒸気は、吹き出し口９が開閉弁１１によって閉じられているので、吹き出し口９から外に漏れずに加圧室６内に留まっていく。一方、ヒータ５の熱は貯水部４だけでなく、貯水部４と一体に構成された加圧室６にも伝熱していき、例えばヒータ５から最も遠く且つ放熱しやすい場所である加圧室６の貯水部４と対向する位置となる上面６ａにて、６０℃を超える程度まで加熱される。加圧室６内に蒸気が十分溜まった後、図５（ｂ）に示すように開閉弁１１を動かして吹き出し口９を開口し、加圧室６内に設けられたスピーカ８を駆動して加圧室６内の蒸気を含んだ気体を加圧し、該蒸気を含んだ気体を吹き出し口９から渦輪の状態で放出する。このように、蒸気を加圧室６に貯めている間は、開閉弁１１を閉じて、加圧室６内の蒸気が吹き出し口９から外に漏れないようにすることによって、加圧室６内に溜めることが出来る蒸気量を増やすことが出来るので、一度の渦輪生成によって搬送できる蒸気量を増やすことができる。また、加圧室６内の蒸気が吹き出し口９から外に漏れないようにすることによって、蒸気を速く加圧室６内に溜めることができるので、ヒータ５通電から渦輪を生成するまでの時間を短くすることができる。

本発明は、加圧室内に溜めることができる蒸気量を増やすことにより、加湿装置の加湿効率を向上するものであり、例えば、貯水タンクに香料成分を加えた水溶液を貯留し、香料成分を含んだ気体を搬送するのに用いても良いし、該加湿装置を空気調和装置に搭載して使用するものでも良い。

１ 貯水タンク、１ａ 給排水口、１ｂ 弁、１ｃ 突起部、２ａ 水面、３ 配水管、４ 貯水部、４ａ 水、４ｂ 水面、５ ヒータ、６ 加圧室、６ａ 上面、７ 連結口、８ スピーカ、８ａ 加圧板、８ｂ コイル、８ｃ 磁石、８ｄ 弾性体、９ 吹き出し口、９ａ 端面、１０ 断熱材、１１ 開閉弁、１１ａ 板、１１ｂ 回動軸

Claims (6)

1. 内部に水を貯留する貯水部と、該貯水部の側部または底部に設けられ該貯水部の内部に貯留された水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の加熱によって発生する水蒸気を貯める加圧室と、該加圧室内の気体に圧力を加える加圧手段と、該加圧手段にて圧力が加えられた水蒸気を含む気体を前記加圧室外に渦輪状空気として排出する吹き出し口とを備えた加湿装置において、
   前記貯水部は、前記加圧室の底部に配置されると共に、前記加圧室と一体に設けられ、前記加熱手段は前記加圧室の壁面を加熱し、
   前記貯水部に貯留される水の水位が、前記加圧室の底部の近傍に位置することを特徴とする加湿装置。
2. 前記加熱手段は、前記貯水部に溜められた水の側方および水の上方の前記貯水部側部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
3. 前記加圧室の上方壁面を、前記加圧室の壁面よりも熱伝導性の低い材料で覆うよう構成することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の加湿装置。
4. 前記加圧室の上方壁面を、該上方壁面以外の前記加圧室の壁面より板厚を薄くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加湿装置。
5. 前記吹き出し口の開口を開閉可能にする開閉弁を備え、
   該開閉弁は、前記加熱手段によって水蒸気を生成する際は前記吹き出し口を閉じ、前記加圧手段によって水蒸気を含む気体を前記加圧室外に放出する際は前記吹き出し口を開くことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加湿装置。
6. 前記貯水部は、前記加圧手段よりも下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の加湿装置。

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