JP5822307B2

JP5822307B2 - 加湿器及び加湿方法

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Publication number: JP5822307B2
Application number: JP2012256950A
Authority: JP
Inventors: 俊一中井; 石井　清; 清石井
Original assignee: MARRONNIER RESEARCH LABO. CO. LTD.
Current assignee: MARRONNIER RESEARCH LABO. CO. LTD.
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2032-05-01
Also published as: JP2013230344A

Description

本発明は、加湿器及び加湿方法に関する。

従来、空気や水を浄化する装置として光触媒を利用した装置が知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。光触媒には、抗菌効果、消臭効果及び清浄効果があるため、空気清浄装置、排ガス浄化装置或いは加湿器等の機器に用いられている。光触媒の性質を利用して空気や水を浄化する場合には、光触媒と空気又は水との接触面積を大きくするために、多孔質又はスポンジ状の基体に光触媒を担持させるといった工夫がなされている。

また、光触媒は、紫外線(UV: ultraviolet)の照射によって活性化される。このため、紫外線の照射を併用することが有用であることが知られている（例えば特許文献３参照）。

特開平７−６００５８号公報特開２０１１−１５３７２８号公報特開２０１１−４５８１０号公報

光触媒を用いて空気や水を浄化する場合には、より効果的に紫外線を照射できるようにすることが望ましい。また、光触媒による浄化機能をより長く維持できるようにすることが望まれる。

そこで、本発明は、紫外線を照射することによって光触媒の性質を、より効果的に利用することが可能な加湿器及び加湿方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る加湿器は、浄化体と、前記浄化体の一部に水を付着させるための容器と、前記浄化体に紫外線を照射する光源と、前記浄化体を回転移動又は平行移動させる動力源と、前記浄化体に向けて空気を送る送風機とを備える。前記浄化体は、表面の一部又は全部を光触媒でコーティングした複数の金属板と、前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させる回転軸とを有する。前記加湿器は、前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させながら前記送風機から送られる空気によって前記金属板に付着した水を蒸発させ、水蒸気が空気と混合することによって加湿された空気を、前記紫外線の照射により活性化される前記光触媒の浄化作用によって浄化するように構成される。
また、本発明の実施形態に係る加湿方法は、表面の一部又は全部を光触媒でコーティングした複数の金属板と、前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させる回転軸とを有する浄化体を動力源で回転移動又は平行移動させることによって前記浄化体の一部に水を付着させるステップと、前記浄化体に紫外線を照射するステップと、前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させながら空気を送ることによって前記金属板に付着した水を蒸発させ、水蒸気が空気と混合することによって加湿された空気を、前記紫外線の照射により活性化される前記光触媒の浄化作用によって浄化するステップとを有する。

本発明の実施形態に係る加湿器及び加湿方法によれば、紫外線を照射することによって光触媒の性質を、より効果的に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る浄化体及び浄化装置の構成図。図１に示す浄化装置のＡ−Ａ位置における断面図。図１に示す浄化体の第１の変形例を示す構成図。図１に示す浄化体の第２の変形例を示す構成図。図１に示す浄化体の第３の変形例を示す構成図。本発明の第２の実施形態に係る浄化装置の構成図。図６に示す浄化装置のＢ−Ｂ位置における断面図。図８は本発明の第３の実施形態に係る浄化装置の構成図。図８に示す浄化装置のＣ−Ｃ位置における断面図。

本発明の実施形態に係る浄化装置及び浄化方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成および機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る浄化装置の構成図である。また、図２は、図１に示す浄化装置１のＡ−Ａ位置における断面図である。

第１の実施形態における浄化装置１は、空気浄化機能付の加湿器として機能する。浄化装置１は、ケーシング２、浄化体３、光源４、モータ５、送風機６及び給水系７を有する。

ケーシング２内には、単一又は複数の浄化体３が設けられる。図１に示す例では、２つの浄化体３がケーシング２内に設けられている。また、ケーシング２内には、浄化体３の一部に付着する程度の水が溜められる。このため、ケーシング２は、浄化体３の一部に水を付着させるための容器として機能する。

浄化体３は、複数の板状部材８及び回転軸９を有する。複数の板状部材８は回転軸９に固定される。また、複数の板状部材８の厚さ方向が回転軸９の回転方向となるように各板状部材８の位置が決定される。このため、回転軸９によって複数の板状部材８を回転移動させることができる。すなわち、複数の板状部材８が回転軸９に放射状に固定された水車が浄化体３として形成される。

各板状部材８の表面の一部又は全部は光触媒でコーティングされる。浄化機能を十分に得る観点からは、板状部材８の全面を光触媒でコーティングすることが望ましい。板状部材８は、金属、セラミック又は樹脂等の所望の材料で構成することができる。但し、金属板で板状部材８を構成すれば、加工性が良く、安価であることから量産に適している。価格、加工性及び入手容易性等の観点から実用性が高い金属板としてはチタンやアルミニウムが挙げられる。一方、光触媒の代表的な材料としては、二酸化チタン(TiO₂)が知られている。

金属板の表面の一部又は全部を二酸化チタンでコーティングする場合には、陽極酸化法によって金属板の表面に二酸化チタンの膜を形成することができる。但し、板状部材８及び光触媒の材質に応じて任意の製法を採用することができる。例えば、光触媒の粉末を溶液中に分散させてスプレーや刷毛による塗装によって板状部材８に塗布することもできる。

モータ５は、浄化体３の回転軸９を回転移動させるための動力源である。このモータ５によって浄化体３の回転軸９を直接的又は間接的に回転させることができる。図１に示す例では、モータ５の動力がベルト５Ａを介して浄化体３の回転軸９に伝達されるように構成されている。

光源４は、浄化体３に向けて紫外線を照射するLED (light emitting diode)等の発光体である。このため、光源４は、浄化体３の板状部材８に向けて紫外線を照射できる位置に設置される。図１に示す例では、ケーシング２の上方から下方に向けて紫外線を照射する光源４が設けられている。

そして、浄化装置１は、モータ５を動力源とする回転軸９の回転によって、光触媒でコーティングされた浄化体３の板状部材８が、回転中心よりも低い位置となるように調整された水面に到達したときに水と接触する一方、板状部材８が、回転中心よりも高い所定の位置に到達したときに紫外光が照射される構造となる。

ところで、紫外線は、波長によりUV-A帯、UV-B帯及びUV-C帯に分類される。UV-A帯、UV-B帯及びUV-C帯の紫外線は、それぞれ波長が315nmから400nm、280nmから315nm及び280nm未満の紫外線である。このうち、UV-C帯の紫外線は、殺菌効果が高いことが知られている。一方、二酸化チタンを主成分とする光触媒は、UV-A帯の紫外線により活性化される。

但し、珪酸化物と二酸化チタンとを、二酸化チタンの重量が珪酸化物の重量の２倍以上５倍以下の重量となるように混合して成る光触媒は、UV-C帯の紫外線で活性化することができる。そこで、重量比でTiO₂:SiO_x=2:1〜5:1となるように二酸化チタンと珪酸化物とを混合した光触媒で板状部材８をコーティングし、かつ光源４として波長が280nm未満のUV-C帯の紫外線を照射する光源４を使用すれば、紫外線自体による殺菌作用及び光触媒の活性化による浄化作用の双方を得ることができる。

この場合、板状部材８を金属で構成すれば、他の材料で構成する場合に比べて、紫外線の照射による劣化を低減させることができる。従って、珪酸化物と二酸化チタンとを混合して得られる上述の光触媒で板状部材８をコーティングする場合には、板状部材８を金属で構成することが好適である。

尚、二酸化チタンの結晶系には、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型及び非晶質型がある。珪酸化物と混合してUV-C帯の紫外線で活性化する光触媒を作成する場合には、アナターゼ型の二酸化チタン又はアナターゼ型とルチル型とを混合した二酸化チタンを用いることが好適である。

一方、光源４としては、UV-C帯の紫外線を照射できれば、UV LED、殺菌灯、ブラックライト、半導体レーザ、水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ、冷陰極放電管等の任意の光源４を用いることができる。

送風機６は、浄化体３に向けて空気を送る装置である。図１に示す例では、送風機６としてシロッコファンがケーシング２の外部の側面に取り付けられている。そして、シロッコファンの送風口は、ケーシング２に空気の入口として設けられた貫通孔１０Ａと連結される。一方、ケーシング２の他の部分には、空気の出口として貫通孔１０Ｂが設けられる。このため、シロッコファンの送風口からケーシング２の出口に向かう空気の流れが形成される。

給水系７は、ケーシング２内に水を供給する機能を有する。給水系７は、例えば、水を貯留したタンク７Ａを容器７Ｂに挿入し、タンク７Ａの下部に出口７Ｃを設けて構成することができる。容器７Ｂとケーシング２とは貫通孔１０Ｃにより連結される。そして、ケーシング２内の水面の高さが貫通孔１０Ｃよりも低くなると、給水系７の容器７Ｂから水が供給されるようになっている。

（動作および作用）
次に浄化装置１の動作および作用について説明する。

予め給水系７からケーシング２内に水が供給される。そして、ケーシング２内における水面の高さが少なくとも浄化体３の板状部材８と接触するように調整される。一方、光源４が点灯し、光源４から浄化体３に向けて紫外光が照射される。この状態で、モータ５が駆動し、モータ５の動力が回転軸９に伝達されることによって浄化体３が回転する。更に、送風機６が駆動し、浄化装置１の周辺における空気が取り込まれてケーシング２内に導かれる。

浄化体３の板状部材８をコーティングする光触媒は、多孔質である。このため、ケーシング２の底面に近い板状部材８の先端付近からケーシング２内の水が表面張力によって板状部材８に吸い上げられる。このため、水が付着した板状部材８が回転して上方に移動すると、光源４からの紫外光によって照射される。この結果、板状部材８を覆う光触媒が活性化する。

一方、送風機６から送られてくる空気によって板状部材８に付着した水が蒸発する。これにより生じた水蒸気は、空気と混合して加湿空気となってケーシング２の出口に向かう。このとき、加湿された空気は、活性化された光触媒の作用によって浄化される。更に、UV-C帯の紫外線で活性化する光触媒にUV-C帯の紫外線が照射される場合には、紫外線の作用により殺菌される。そして、浄化及び殺菌された加湿空気は、送風機６によって形成された空気の流れに沿ってケーシング２の出口から放出される。これにより、浄化装置１が設置されたエリアの空気浄化及び加湿を行うことができる。

つまり以上のような浄化装置１は、光触媒でコーティングした水車を回転させて紫外線を照射し、空気を送風することによって加湿及び空気の浄化を行うようにしたものである。

（効果）
浄化装置１では、光触媒が板状部材８に塗布される。このため、光触媒の表面積を大きくすることができる。また、板状部材８を羽根として浄化体３が回転するため、光触媒に向けて紫外線を照射させた場合に陰が生じない。従って、効率的に光触媒を活性化させることができる。この結果、より少ないエネルギで効率的に水を浄化することが可能となる。

また、浄化装置１では、光触媒を塗布する対象が板状部材８であるため、フィルタのように目詰まりすることがない。このため、光触媒部分の洗浄が容易である。また、汚れが付着し難いため、フィルタに比べて浄化体３を長期間使用することができる。この結果、浄化装置１では、メンテナンスが非常に容易となる。

（変形例）
浄化体３の構造は、上述した例に限らず様々な構造とすることができる。

図３は、図１に示す浄化体３の第１の変形例を示す構成図である。

図３に示すように、複数の板状部材８を外側に固定する閉曲面状の移動体２０を複数の回転軸９を用いて内側から移動させるように浄化体３を構成することもできる。この場合、板状部材８は、部分的に平行移動し、回転軸９付近では、部分的に回転移動することとなる。図３に示す例では、２つの回転軸９が鉛直方向に配置されている。このため、浄化体３の板状部材８は、部分的に鉛直方向に平行移動する。

図４は、図１に示す浄化体３の第２の変形例を示す構成図である。

図４に示すように、複数の板状部材８のそれぞれの一方の面を閉曲面状の移動体２０に接着することによって浄化体３を構成することもできる。特に、移動体２０を移動させるための２つ以上の回転軸９を水平方向に配置すれば、浄化体３がキャタピラ状となる。この場合、板状部材８を水に付着させる時間及び紫外線を照射する時間の双方を増加させることが可能となる。

図５は、図１に示す浄化体３の第３の変形例を示す構成図である。

図５に示すように、複数の板状部材８に縁３０を設けてそれぞれ容器形状とすることもできる。更に、容器形状の板状部材８を回転機構３１によって常に同じ向きとなるようにすることができる。この場合、板状部材８に接触させる水量を多くすることができる。

上述の例の他、例えば、トタン板のように板状部材８の表面に凹凸を設けることによって光触媒の表面積を大きくすることもできる。また、浄化体３の移動方法を振り子のように往復移動させたり、平行移動のみの往復移動としてもよい。更に、タービンの翼や扇風機の羽根のように任意の羽根状の板状部材８を回転軸９に固定して浄化体３を構成してもよい。

このように、浄化体３は、表面の一部又は全部を光触媒でコーティングした任意形状の複数の板状部材８と、複数の板状部材８を回転移動又は平行移動させる任意の数の回転軸９とによって様々な形状に構成することができる。

尚、図１に示す浄化装置１において動力源としてのモータ５を省略し、浄化体３に向けて空気を送ることによって浄化体３を回転移動又は平行移動させるようにしてもよい。すなわち、送風機６を浄化体３の動力源として設けてもよい。この場合、浄化体３は風車としても機能することとなる。また、浄化体３を移動させるための送風機６と空気を取り込んでケーシング２内に導くための送風機６を共通としても良いし、独立して設けてもよい。

（第２の実施形態）
図６は本発明の第２の実施形態に係る浄化装置の構成図である。また、図７は図６に示す浄化装置１のＢ−Ｂ位置における断面図である。

図６に示された第２の実施形態における浄化装置１Ａは、液体又は気体の浄化装置として機能するようにした構成が図１に示す浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示す浄化装置１と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

浄化装置１Ａでは、ケーシング２に水を溜めた状態と水を溜めない状態でモータ５を駆動させることによって浄化体３を回転させることができる。ケーシング２に水を溜めた状態でモータ５により浄化体３を回転させ、かつ送風機６から送風を行えば、ケーシング２内において紫外光が照射された光触媒の作用で浄化された水が空気の流れによって気化する。そして、ケーシング２の出口からは浄化された水蒸気を含む空気が放出される。このため、浄化装置１Ａは、浄化機能付の加湿器として機能する。

また、送風機６をOFFにすれば、浄化装置１Ａは、水の浄化装置として機能する。すなわち、紫外光が照射された光触媒の作用で浄化された水が浄化体３の回転によって再びケーシング２の底側に戻される。尚、水以外の液体をケーシング２内に供給し、浄化装置１Ａで任意の液体を浄化できるようにしてもよい。

一方、ケーシング２に水を溜めない状態又は浄化体３に水が接触しない状態で、モータ５により浄化体３を回転させると、浄化体３の回転によって空気の流れが形成される。すなわち、浄化体３が送風用のシロッコファンとして機能する。このため、浄化装置１Ａは、空気の浄化装置として機能する。また、浄化装置１Ａを浄化対象となる気体の雰囲気中に設置すれば、気体の浄化装置として機能する。

尚、浄化装置１Ａを、加湿用、液体の浄化用及び気体の浄化用に用いる場合において、用途ごとに浄化体３の回転速度を変えるようにしてもよい。すなわち、加湿モード、液体浄化モード及び気体浄化モードを切換可能に浄化装置１Ａに設け、モード毎に適した回転速度で浄化体３を回転させることができる。この場合には、モータ５に回転速度制御機構が設けられる。

つまり、第２の実施形態における浄化装置１Ａは、板状部材８の表面を流体の受け面とする水車又は風車として浄化体３を用いるようにしたものである。このため、浄化装置１Ａを排ガス浄化用或いは排液浄化用等の様々な用途に使用することができる。

尚、第２の実施形態においても、図３、図４及び図５に例示されるように様々な構造を有する浄化体３を用いることができる。すなわち、板状部材８を流体の受け面とする任意形状の浄化体３をモータ５等の動力源によって回転移動又は平行移動させることができる。

（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態に係る浄化装置の構成図である。また、図９は図８に示す浄化装置１ＢのＣ−Ｃ位置における断面図である。

図８に示された第３の実施形態における浄化装置１Ｂでは、浄化体３に接触する流体の流れを利用して光源４用の電力を得るようにした構成が図１に示す浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示す浄化装置１と実質的に異ならないため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。

浄化装置１Ｂは、発電機能付の液体又は気体の浄化装置１Ｂとして機能する。具体的には、浄化体３が液体又は気体等の流体の流路４０内に流体と接触するように設けられる。図８は、水が鉛直方向に流れる水路内に浄化体３を配置した例を示す。このため、浄化体３は、板状部材８を流体の受け面とする水車又は風車として機能する。

一方、浄化体３の回転軸９には、発電部４１が取り付けられる。すなわち、回転軸９を動力軸として発電部４１が発電するように構成されている。発電部４１の出力先には、光源４が接続される。従って、発電部４１において生成された電力を利用して光源４から浄化体３に紫外線を照射することができる。このため、浄化体３の回転動力として利用される流体を、紫外光により活性化された光触媒で浄化することができる。

尚、光源４をLEDで構成すれば、小規模な流体の流れによって紫外光の発光に必要な電力を十分に生成することができる。

つまり以上のような浄化装置１Ｂは、液体の流れ又は気体の流れに水車又は風車として浄化体３を設置し、発電してLED等の光源４を点灯させて光触媒を活性化するようにしたものである。

第３の実施形態における浄化装置１Ｂでは、モータ等の特別な動力源を使用せずに良好な浄化機能を発揮させることができる。このため、浄化装置１Ｂを水道の蛇口に取り付けて浄水器として使用したり、自動車の排ガス処理装置として浄化装置１Ｂを使用することができる。

第３の実施形態においても、図３、図４及び図５に例示されるように様々な構造を有する浄化体３を用いることができる。すなわち、板状部材８を流体の受け面とする任意形状の浄化体３を液体又は気体の流路４０に設け、液体又は気体の流れを導いて浄化体３を回転移動又は平行移動させることができる。そして、浄化体３の回転移動又は平行移動に伴う回転軸９の回転動力を利用して発電部４１において紫外光用の電力を発電することができる。

尚、必要に応じて流路４０に、流体の流速を制御するための送風機又はポンプを設置するようにしてもよい。また、浄化体３の回転軸９に円盤状の回転体を固定し、ベルトを介して発電部４１に動力を伝達するようにしてもよい。すなわち、発電機の軸を回転させるための十分な回転トルクを得るために所望の構造を採用することができる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１、１Ａ、１Ｂ浄化装置
２ケーシング
３浄化体
４光源
５モータ
５Ａベルト
６送風機
７給水系
７Ａタンク
７Ｂ容器
７Ｃ出口
８板状部材
９回転軸
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ貫通孔
２０移動体
３０縁
３１回転機構
４０流路
４１発電部

Claims

浄化体と、
前記浄化体の一部に水を付着させるための容器と、
前記浄化体に紫外線を照射する光源と、
前記浄化体を回転移動又は平行移動させる動力源と、
前記浄化体に向けて空気を送る送風機とを備え、
前記浄化体は、
表面の一部又は全部を光触媒でコーティングした複数の金属板と、
前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させる回転軸とを有し、
前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させながら前記送風機から送られる空気によって前記金属板に付着した水を蒸発させ、水蒸気が空気と混合することによって加湿された空気を、前記紫外線の照射により活性化される前記光触媒の浄化作用によって浄化するように構成される加湿器。
前記浄化体は、
前記複数の金属板を外側に固定する閉曲面状の移動体を更に有し、
複数の回転軸を用いて前記移動体を内側から移動させるように構成される請求項１記載の加湿器。
前記複数の金属板を前記回転軸に、前記複数の金属板の厚さ方向が前記回転軸の回転方向となるように固定した請求項１記載の加湿器。
前記複数の金属板に珪酸化物と二酸化チタンとを、前記二酸化チタンの重量が前記珪酸化物の重量の２倍以上５倍以下の重量となるように混合して成る光触媒をコーティングした請求項１乃至３のいずれか１項に記載の加湿器。
表面の一部又は全部を光触媒でコーティングした複数の金属板と、前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させる回転軸とを有する浄化体を動力源で回転移動又は平行移動させることによって前記浄化体の一部に水を付着させるステップと、
前記浄化体に紫外線を照射するステップと、
前記複数の金属板を回転移動又は平行移動させながら空気を送ることによって前記金属板に付着した水を蒸発させ、水蒸気が空気と混合することによって加湿された空気を、前記紫外線の照射により活性化される前記光触媒の浄化作用によって浄化するステップと、
を有する加湿方法。