JP5919252B2 - 加温加湿装置およびそれを組み込んだ装置。 - Google Patents

Description

本発明は、導入した気体を加温加湿して所定の湿度および温度にして排出する加温加湿装置およびそれを組み込んだ装置に関するものである。特に、小さな筐体で効率的に水蒸気を生成せしめ、湿度および温度を容易に制御することができる小型の加温加湿装置に関するものである。

食品製造時の加熱用、工業用、家庭用など様々な装置類において、装置内や室内のガス雰囲気の温度と湿度をコントロールするニーズが存在する。例えば、食品調理工場などで食材を一定の温度・湿度で加熱する工程などがある。また、工場の製造設備などにおいても原材料を一定の温度・湿度で加熱する工程などがある。また、家庭用としても室内の湿度を保つ保湿機など温度と湿度をコントロールするニーズが存在する。

工業用途として簡単な構造でガス雰囲気の温度と湿度を制御する技術として、たとえば、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉が知られている。
一般に、熱処理炉では、鋼板の種類によっては、所望の品質を得るために露点を調整された雰囲気ガス中で脱炭処理を行う場合がある。脱炭は、雰囲気ガス中の水蒸気と鋼板中の炭素分との間で、下記反応を行わせ、鋼板中の炭素分を減少させる処理である。
Ｈ2Ｏ＋Ｃ→Ｈ2＋ＣＯ
露点は、雰囲気ガス中の水蒸気が結露し始める温度であり、一般に、熱処理炉内の水蒸気量の管理は、露点を調整することにより行っている。したがって、雰囲気ガスの露点制御を精度よく行うためには、熱処理炉内の水蒸気量を高精度にコントロールすることが重要である。

そこで、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉では、水を微粒化し、かつ均一に噴射することができる噴霧ノズルを用いている。図７は、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉のうち、温度と湿度の制御手段としての水蒸気発生機構を中心に示した図である。

図７に示すように、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉は、加熱可能とされた蒸発板（１Ａ）により供給水を蒸発して水蒸気を発生させ、蒸気通路を介して水蒸気を送り出すように構成されている水蒸気発生用容器（１）と、蒸発板（１Ａ）を加熱するための加熱手段（２）と、供給水の水量を調整可能に構成されている水供給手段（５）とを備えた水蒸気の発生装置において、供給水を粒子状の噴霧水として噴射可能な噴霧ノズル（７）を水供給手段に取り付け、蒸発板（１Ａ）にノズル口を向けて配置してなることを特徴とするものである。

特開２００３−５００２６号公報

従来技術で説明した特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉の水蒸気発生機構は、効率よく水分を加熱蒸発させて水蒸気を生成できるものである。
しかし、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉の水蒸気発生機構は、噴霧ノズルから供給される水分量を正確には調整できないものである。

霧状の噴霧水は、貯水状態の水塊よりも蒸発しやすいため、効率的に水蒸気を生成できるが、特開２００３−５００２６号公報に記載されたものは、いわゆる蒸発板（１Ａ）に対して噴射水を継続的に噴霧するものであり、水溜りができるほどのものであった。それゆえ、ドレン抜き５Ａが設けられた構造となっている。つまり、特開２００３−５００２６号公報の熱処理炉の水蒸気発生機構は、それ自体で湿度をコントロールするものではなく、水蒸気を効率的に発生させることに主眼があり、ガス雰囲気の湿度コントロールは、炉の方で行う構成となっている。つまり、単なる水蒸気発生器に過ぎないことが分かる。

もし、特開２００３−５００２６号公報の水蒸気発生機構は加熱炉という大きな装置を対象にしたものであり、他の装置類に組み込もうとすると、やはり大きく、水蒸気を導入する装置の外に水蒸気発生機構を配置し、外部から水蒸気を導入する仕組みとなってしまい、装置が大型化してしまうという問題がある。

そこで、上記問題に鑑み、本発明は、小型の水蒸気発生機構でありながら、効率的に水蒸気を発生できるとともに、加熱器に導入する水分量を細かく正確に制御することにより、小型で簡単な構造ながらも気体の温度と湿度を精度良くコントロールできる加温加湿装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、機能を兼用できる箇所は兼用せしめて部品点数を低減し、筐体を小型化せしめた加温加湿装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の加温加湿装置は、加熱加湿対象となる気体を導入する気体導入部と、前記気体導入部から導入された前記気体を予熱する第１の加熱器と予熱空間とを提供する予熱部と、前記予熱空間を経て導入された前記気体を加熱する第２の加熱器と、水飛沫噴射部から噴射された水飛沫を前記第２の加熱器に衝突させつつ水蒸気まで加熱し、前記気体を加熱加湿する加熱加湿空間を提供する加温加湿部と、前記加温加湿部を経て導入された加湿済みの前記気体を第３の加熱器で加熱し、前記気体が所定の温度、所定の湿度になるよう加温を調整する加温調整空間を提供する加温調整部を備え、
前記予熱部、前記加温加湿部、前記加温調整部の順に隣接して設けられ、前記予熱部と前記加温加湿部との間が第１の隔壁、前記加温加湿部と前記加温調整部との間が第２の隔壁で区分けられ、前記予熱部の一端部付近から導入されて内部を通過した前記気体が他端部付近で折り返されて前記加温加湿部の一端部付近に導入され、前記加温加湿部の一端部付近から導入されて内部を通過した加湿済みの前記気体が他端部付近で折り返されて前記加温調整部の一端部付近に導入されることを特徴とする加温加湿装置である。

上記構成により、水飛沫噴射部から高速噴射された水飛沫とは、いわゆるインクジェットで噴射される液体のように非常に微細な水飛沫であれば、第２の加熱器に衝突した後、水溜りを形成することなく、速やかに蒸発させることができ、水蒸気を効率よく生成できる。また、水飛沫噴射部から噴射された水飛沫の噴射１回あたりの水分量は正確なものとすることができ、時間当たりの噴射回数を自在に供給できるため、小さな空間で簡単な構成でありながらも、水蒸気量、湿度を精密にコントロールすることが可能となる。また、加温する熱量の調整も第１の加熱器、第２の加熱器、第３の加熱器により容易に制御することができる。
また、３つの空間が折り返されながらつながっており、筐体全体を小型化できる。また、予熱部と加温加湿部との間の第１の隔壁を第１の加熱器および第２の加熱器として兼用した構造とすれば、さらに筐体全体を小型化できる。

ここで、第１の隔壁が加熱手段を備え、当該第１の隔壁が第１の加熱器と第２の加熱器とを兼用した構成とすることができる。

ここで、加温加湿部と加温調整部との間の第２の隔壁に開口を設けておき、水飛沫噴射部により加温調整部内に噴射した水飛沫が、第２の隔壁の開口を通過して加温加湿部の第２の加熱器の壁面に衝突する構造とすることができる。
上記構成によれば、予熱部、加温加湿部、加温調整部の折り返しにより小型化した構造において、水分の供給機構である水飛沫噴射部から、折り返しの壁面を貫いて水飛沫を水蒸気発生機構である第２の加熱器まで到達させることができ、装置をきわめて小型化することができる。

次に、上記構成において、加熱調整部に以下の工夫を加えることができる。
加熱調整部が内部の折り返し部で折り返され、第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間を備えた構造とする工夫である。第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間との間が第３の隔壁により区分けられているが、この第３の隔壁が第３の加熱器を兼用した構成とすることができる。加熱調整部の一端部付近から第１の加熱調整空間内に導入された気体が折り返し部で折り返されて第２の加熱調整空間内に導入され、気体が第１の加熱調整空間および第２の加熱調整空間の通過中において第３の加熱器により加温加湿調整され、加温加湿調整済みの気体が装置外に放出される構造としたものである。
上記構成とすることにより、各部を折り返しながら積み重ねた構造とするとともに、兼用できる部材を兼用することにより、筐体を小さく抑えることができる。また、折り返しているので気体が通過する長さ自体は長く確保することができ、加温、加湿の調整に時間を確保することができる。

ここで、上記構成において、加温加湿部と加温調整部との間の第２の隔壁に第１の開口を設けておき、加熱調整部の第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間との間の第３の隔壁である第３の加熱器に第２の開口を設けておき、水飛沫噴射部の噴射口からみた第１の開口と第２の開口が重なるように配置し、水飛沫噴射部が加温加湿部の第２の加熱調整空間内に噴射した水飛沫が、第２の開口を通過して第１の加熱調整空間に入り、さらに、第２の隔壁の第１の開口を通過して第２の加熱器の壁面に衝突する構造とすることができる。

上記構成によれば、予熱部、加温加湿部、加温調整部を折り返し、さらに、加温調整部を中間で折り返した小型化した構造において、水分の供給機構である水飛沫噴射部から、折り返しの壁面を貫いて水飛沫を水蒸気発生機構である第１の加熱器まで到達させることができ、装置をきわめて小型化することができる。

湿度、温度の調整は、フィードバック制御を行うものであることが好ましい。つまり、加温調整部から排出される加温加湿調整済みの気体の温度と湿度と、目標値である温度と湿度とを比較して、第１の加熱器および第２の加熱器の加熱および水飛沫噴射部から噴射する水分量をフィードバック制御するフィードバック機構を備えた構成とする。

上記に示した本発明の加温加湿装置において、予熱部に導入される気体としては通常は空気であるが、空気以外の気体を用いることもできる。例えば、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンなどの不活性ガスなど、様々な気体に適用できる。また気体は単体でもよく、複数の気体の混合ガスでも良い。また、導入する気体として複数の気体を切り換えて用いることもできる。この場合、気体導入部が取り扱う気体が複数あり、気体導入部がそれら気体の導入を切り換えることにより本発明の加温加湿装置において予熱部に導入される気体を切り換えることができる。

本発明の加温加湿装置によれば、インクジェットで噴射される液体のように非常に微細な水飛沫を水飛沫噴射部から高速噴射して、加熱器に衝突した後、水溜りを形成することなく、速やかに蒸発させることができ、水蒸気を効率よく生成できる。また、水飛沫噴射部から噴射される１回あたり水飛沫の水分量は精密に既知であるので、噴射回数を制御することで水分供給量を正確に制御することができ、小さな空間において、水蒸気量、湿度をコントロールすることが可能となる。また、所望の温度および湿度にする加温調整も後段の加熱器により容易に制御することができる。
また、本発明の加温加湿装置によれば、予熱部、加温加湿部、加温調整部を折り返して小型化した構造において、水分の供給機構である水飛沫噴射部から、折り返しの壁面を貫いて水飛沫を水蒸気発生機構である加熱器まで到達させることができ、装置をきわめて小型化することができる。
本発明の加温加湿装置を組み込む装置として、食品調理加熱装置や、各種工業製造装置、家庭用の保湿機などの家電製品などがあり得る。

以下、図面を参照しつつ、本発明の加温加湿装置の実施形態を説明する。ただし、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に示した具体的な用途や形状・寸法などには限定されない。

図１は本発明の加温加湿装置１００の構成例を簡単に示す図である。
図１では内部の構造が分かりやすいように、本発明を理解する上で必要な部材のみを図示しており、他の一部の部材については図示していない場合もある。

図１の構成例は、加温加湿装置１００は、気体導入部１１０、予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０、水飛沫噴射部１５０、気体排出部１６０を備えた構成となっている。なお、図示していないが、それら構成要素を駆動させる制御装置が搭載されている。また、加温加湿装置１００により加温加湿された気体を導入する装置である加熱加湿空気導入装置２００が併せて示されている。
特に、この構成例では、図１に示すように、予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０の順に設けられていることを示しており、各部の折り返しによる筐体の小型化などの工夫については、実施例２以降で述べる。

各部の構成要素を説明する。
気体導入部１１０は、加熱加湿対象となる気体を導入する部分である。
この構成例では、加熱加湿対象となる主たる気体は空気である。この構成例では、空気供給部１１１から空気が供給される仕組みとなっている。なお、この気体導入部１１０の構成例は、空気供給部１１１しか装備していないが、後述する実施例のように、気体供給部を複数装備し、それら気体の種類を切り換えながら装置を稼動させることも可能である。

予熱部１２０は、気体導入部１１０から導入された気体を予熱する予熱空間１２１を提供する部分である。水蒸気を加えて湿度制御および温度制御するためには、導入された気体の温度がある程度まで上昇している必要があるためである。ここでは空気が導入されているため、通常の空気を加熱したり加湿したりする。
予熱部１２０における加熱要素は第１の加熱器１２２である。ここで、予熱部１２０により昇温する温度は加温加湿装置１００の使用目的により設定すれば良いが、この構成例では加熱加湿空気導入装置２００に用いるため、加温加湿装置１００が排出する空気は４０℃から６０℃程度に設定されるものとし、予熱部１２０において４０℃付近まで昇温するものとする。

加温加湿部１３０は、予熱部１２０の予熱空間を経て導入された空気に対して水蒸気を加えて加湿し、さらに加熱により空気を加温する部分である。加温加湿部１３０における加熱要素は第２の加熱器１３２である。第１の加熱器１２２と第２の加熱器１３２を一つの加熱器で兼用した構成については実施例２において述べる。

ここで、加温加湿部１３０は、水飛沫噴射部１５０から供給された水分を加熱して、水蒸気を効率よく発生する水蒸気発生機構を備えている。
水蒸気発生機構としては様々な構造の物が適用できるが、この構成例では、水蒸気を効率的に発生させる水飛沫噴射部１５０と第２の加熱器１３２を用いて水飛沫の微細水滴を瞬時に蒸発させる方式を採用している。

この構成例では、水飛沫噴射部１５０は、微細な水滴を高速で噴射する高速噴射器となっており、いわゆるインクジェット方式のヘッドのように、水飛沫を打ち出すことができるものとなっている。例えば、水飛沫噴射部１５０として、インクジェット方式のヘッド同様、ノズル１５１付近に微小なキャビティがあり、そのキャビティの側壁面に圧電素子が組み込まれており、圧電素子の変形に伴ってキャビティから水滴が噴射するという仕組みがある。

図１に示すように、この構成例では、加温加湿部１３０の外部から加温加湿空間１３１内部に向けて水飛沫噴射部１５０のノズル１５１が設けられており、その先には第２の加熱器１３２があり、水飛沫噴射部１５０から水飛沫を第２の加熱器１３２の壁面に狙い撃つ構造となっている。
上記したように、水飛沫噴射部１５０の高速噴射器から噴射された水分は打ち出し速度が十分に早く、水飛沫が直線状に飛行するため、水飛沫噴射部１５０のノズル１５１からその前方にある第２の加熱器１３２の壁面に水飛沫を当てることができる。

この水飛沫噴射部１５０はいわゆるスプレー方式の噴霧器とは異なるものである。スプレー方式の噴霧器から噴霧された水分は微細な水滴であることに変わりはないが、打ち出し速度が遅く、空気抵抗を受けて霧状に拡散していくものである。事実、一般的なスプレー噴霧器から水分を噴霧すれば霧状の水分が拡散しつつ浮遊する。そのため、一般的なスプレー噴霧器では、水分を加温加湿部１３０の加温加湿空間１３１を超えるように飛行させ、その先にある第２の加熱器１３２を正確に狙い撃つように飛行制御することはできない。
特に、図１の構成では、噴霧水が飛行する方向と交差する方向に空気が流れており、霧状のスプレーは流されてしまい直進は難しいと言える。つまり、水飛沫噴射の方向は図中垂直方向であるが、予熱部１２０から導入された空気の流れは図中水平方向であり両者が交差するところ、霧状のスプレーはどうしても空気の流れの影響を受けて、加温加湿空間１３１を上から下へ渡って第２の加熱器１３２に到達するまでに空気が流れる方向にずれてしまう。

一方、水飛沫噴射部１５０の高速噴射器から噴射された水分は微細な水滴でありつつも打ち出し速度が十分に早く、水滴として水飛沫が直線状に飛行するものである。事実、一般的なインクジェット方式の噴射器から水分を噴射すれば、十分速い速度で水滴が真っ直ぐ飛行してゆく。それゆえ、水飛沫噴射部１５０を用いれば、水分を加温加湿部１３０の加温加湿空間１３１を超えるように飛行させ、その先にある第２の加熱器１３２を正確に狙い撃つように飛行制御することができる。上記したように、噴射された水飛沫が飛行する方向と交差する方向に空気が流れていたとしても影響を受けることなく、直進性を保って第２の加熱器１３２の狙った位置に到達できる。
このように、本発明では、いわゆるインクジェット方式の水飛沫噴射部１５０から噴射で射出した水分量はロスすることなく全量が加温加湿部１３０に供給できる。

この微小キャビティと圧電素子を用いた水飛沫噴射部１５０では、微小キャビティの容積は既知であり、１回分の噴射量を正確に制御でき、かつ、その全量が加温加湿部１３０に供給できることから、時間あたりの噴射回数を制御すれば、時間当たりに加温加湿部１３０に対して供給する水分量を正確に制御することができる。
つまり、水飛沫噴射部１５０での水飛沫噴射の回数を制御すれば、加温加湿部１３０に対する水分供給量を正確に算出することができるのである。

水飛沫噴射部１５０は、制御装置（図示せず）によって制御可能となっており、間歇的に打ち出すタイミングや回数を制御することにより、自在に水分の供給量を精密に調整できる。そのため、小さな空間において、水蒸気量、湿度を正確にコントロールすることが可能となる。つまり、湿度が下がって来たら水飛沫噴射部１５０の打ち出し回数を増やすように水分量を調整でき、また、湿度が上がり過ぎれば水飛沫噴射部１５０の打ち出し回数を減らすように水分量を細かく精密に調整できる。
また、所望の温度および湿度にする加温調整も、加温加湿部１３０の第２の加熱器および後段の加温調整部１４０の第３の加熱器１４２により容易に制御することができる。

図２は、第２の加熱器１３２の壁面に当たった水飛沫がさらに細かく飛散する様子を簡単に示す図である。高速噴射された水飛沫は第２の加熱器１３２の壁面に当たった後、跳ね返って四方八方に飛び散り、さらに細かい水滴として周囲に飛散して第２加熱器１３２の壁面に拡がって付着する。そのため、第２の加熱器１３２の壁面においえ極めて効率よく蒸発させて水蒸気を得ることができる構造となっている。

加温加湿部１３０は、水飛沫噴射部１５０により供給水分量を調整しつつ、第２の加熱器１３２で水蒸気を発生させて空気を加温加湿するが、例えば、湿度４０％から６０％、温度４０℃から６０℃の空気を生成する。

加温調整部１４０は、加温加湿部１３０を経て導入された加湿済みの空気を第３の加熱器１４２で加熱し、空気が所定の温度、所定の湿度になるよう加温を調整する空間を提供する部分である。この構成例では、加温調整部１４０の加熱要素は、第３の加熱器１４２である。
本実施例１では、加温調整部１４０は内部の空気の通路が特に折り返されることなく、図中右から図中左へ抜ける構成例となっているが、加温調整部１４０が内部の折り返し部で折り返され、第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間を隔壁で区分けした構造となった構成例は実施例２以降で説明する。
加温調整部１４０による加温調整は、加温加湿装置１００により加温加湿ガスを供給する先の装置側での要求によるが、例えば、湿度５０％、温度５０℃の空気が供給できるように加湿と加温を調整する。
なお、この例では、最終的に調整された空気の湿度５０％、温度５０℃となるよう調整したが、空気の湿度や温度は、予熱部１２０や加温加湿部１３０や加温調整部１４０各々の加熱量の調整や、水飛沫噴射部１５０からの供給水分量の調整により、生成される空気を、湿度４０％から８０％、温度４０℃から６０℃などの数値範囲となるよう調整は可能であることは言うまでもない。さらに、工業用加工装置向けなどに対して供給する空気の場合、さらに高湿度・高温の空気を生成して供給することも可能である。

気体排出部１６０は、加温調整部１４０により湿度、温度とも調整された気体が排出される部分である。この例では、加熱加湿空気導入装置２００に対して調整済みの空気が供給される。

なお、ここで図示した加熱加湿空気導入装置２００は、所定温度、所定湿度の空気の供給を受ける装置であれば限定されない。例えば、食材を所定温度で加熱したり所定湿度の蒸気で蒸したりする調理を行う食品加熱調理装置や、工業原材料を所定の温度、所定の湿度で加熱加湿して加工する工業製造装置や、部屋の湿度を所定範囲に保つように加湿する加湿装置などがあり、加温加湿調整済みの空気を導入するように加温加湿装置１００と接続した構成となっている。

以上、実施例１の本発明の加温加湿装置１００によれば、水飛沫噴射部１５０によりインクジェットで噴射される液体のように非常に微細な水飛沫を高速噴射し、対面する加熱器に供給することができ、加熱器壁面において水溜りを形成することなく速やかに蒸発させることができ、水蒸気を効率よく生成できる。また、水飛沫噴射部１５０から高速噴射された水飛沫を間歇的に自在に供給できるため、小さな空間において、水蒸気量、湿度をコントロールすることが可能となる。また、所望の温度および湿度にする加温調整も後段の加熱器により容易に制御することができる。

実施例２の本発明の加温加湿装置１００ａは、筐体の小型化の工夫を施した構成例である。
なお、実施例１の構成と同様で良い部分の説明は適宜省略している。
図３は、実施例２にかかる本発明の加温加湿装置１００ａの構成を簡単に示す図である。
また、図３には、実施例１の図１と同様、加温加湿装置１００ａにより加温加湿された空気を導入する装置である加熱加湿空気導入装置２００が併せて示されている。

実施例２の加温加湿装置１００ａは、装置の小型化のため、実施例１に比べて３つほど工夫が盛り込まれている。第１の工夫は、本発明の加温加湿装置１００ａは基本構成として予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０を備えるが、それらの接続関係を折り返すようにして接続して筐体全体を小型化させるものである。さらに、加温調整部１４０が内部の折り返し部で折り返されて２層化され、第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間を隔壁で区分けした構造とする工夫も盛り込まれている。第２の工夫は、水飛沫噴射部１５０を加温調整部１４０の外部に設けながら、筐体内部にある加温加湿部１３０の第２の加熱器１３２を狙い打てるようにしたものである。第３の工夫は、予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０の各構成を区切る隔壁を利用して加熱要素などと兼用したことである。
以下、順に述べる。

まず、実施例２の加温加湿装置１００ａの第１の工夫について説明する。
第１の工夫は、３つの構成要素である予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０を折り返しながら構成することにより筐体全体の大きさを小型化した点である。なお、それぞれの間に隔壁（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２、隔壁１７０、第３の加熱器１４２）を設けることで区分けしている。

図３は、実施例２にかかる装置構成を簡単に示した図である。この構成例では、図１と同様、予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０の順に隣接して設けられているが、予熱部１２０と加温加湿部１３０との接続関係において、隔壁となる第１／第２の加熱器１２２／１３２で区分けられており、予熱部１２０の一端部（図中右）付近から導入されて内部を通過した空気が他端部（図中左）付近で折り返されて加温加湿部１３０の一端部（図中左）付近に導入されるようになっている。また、加温加湿部１３０と加温調整部１４０との接続関係において、隔壁１７０で区分けられており、加温加湿部１３０の一端部（図中左）から内部を通過した加湿済みの空気が他端部（図中右）付近から加温調整部１４０内に導入される。

ここで、加温調整部１４０が内部の折り返し部で折り返されて２層化され、第１の加熱調整空間１４１−１と第２の加熱調整空間１４１−２を隔壁（第３の過熱器１４２）で区分けされた構造となっている。このように内部で折り返すことにより、空気の通過経路の距離が長くなり、加温調整の時間を確保できる仕組みとなっている。つまり、加温調整部１４０の一端部側（図中右）から導入されて第１の過熱調整空間１４１−１を通過した空気は、加温調整部１４０の内部の折り返し部で折り返されて第２の過熱調整空間１４１−２に導入され、第２の過熱調整空間１４１−２を通過して他端部（図中右）付近まで導かれるようになっている。
このように折り返して形成すれば、空気の加熱・加湿を行う経路の距離は確保しつつ、装置全体の大きさをコンパクトにできる。また、筐体の外壁面の表面積が比較的小さくなるため外壁面を介した放熱などの熱ロスを小さく抑えることができる。

第２の工夫は、３つの構成要素である予熱部１２０、加温加湿部１３０、加温調整部１４０を区切る隔壁として、加熱器を兼用し、その隔壁自体に加熱機能を持たせる工夫である。
図３に示すように、予熱部１２０と加温加湿部１３０との間の隔壁が、第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２となっている。実施例１の例では、予熱部１２０には第１の加熱器１２２、加温加湿部１３０には第２の加熱器１３２がそれぞれ存在したが、この構成例では、両者の間の隔壁として１つの加熱器として第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２を設けておき、予熱部１２０に面した側は第１の加熱器１２２、加温加湿部１３０に面した側は第２の加熱器１３２として機能することができる。このように、加熱器を兼用したことにより筐体が小型化できるとともに、コストも抑えることができる。

第３の工夫は、水飛沫噴射部１５０を加温調整部１４０の外部に設けながら、筐体内部にある加温加湿部１３０の第２の加熱器１３２を狙い打てるように工夫を施した工夫である。
図３の構成は、加温調整部１４０の外部から第２の加温調整空間１４１−２内部に向けて水飛沫噴射部１５０が設置されており、水飛沫を打ち出すことができるが、第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）に到達するまで、２つの隔壁を越えて行かねばならない。１つは、第１の加熱調整空間１４１−１と第２の加熱調整空間１４１−２を隔壁（第３の過熱器１４２）であり、もう１つは、加温加湿部１３０と加温調整部１４０との間の隔壁１７０である。
両者とも、水飛沫噴射部１５０のノズルに正対する位置に開口が設けられており、噴射された水飛沫が開口を通過することにより、隔壁を通過できるよう工夫がされている。つまり、第３の過熱器１４２には開口１４３が設けられており、隔壁１７０には開口１７３が設けられている。

図４は、空気の流れおよび水飛沫噴射部１５０から噴射された水飛沫が第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）に到達する様子を簡単に示した図である。図４に示すように、水飛沫噴射部１５０から噴射された水飛沫が開口１４３および開口１７３を通過して第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）の壁面に打ち出される。
ここで、水飛沫噴射部１５０から噴射された水飛沫は、比較的高速で第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）に到達するが、その経路において、予備加熱が行われるというメリットもある。つまり、水飛沫は、飛行の過程において、第２の加温調整空間１４１−２、第３の加熱器１４２、第１の加温調整空間１４１−１を経る際に、それら空間や第３の加熱器１４２から熱を与えられる。また、隔壁１７３を超えて加温加湿空間１３１においても熱を与えられる。このように飛行途中で予備加熱が行われるので、より一層効率的な水蒸気発生が可能となる。
なお、第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）の壁面に当たった水飛沫が跳ね返りさらに細かい微小水滴として周囲に拡散する様子は図２と同様である。

以上の構成の実施例２にかかる加温加湿装置１００ａの動作について簡単にまとめておく。

［ウォーミングアップ］
まず、ウォーミングアップとして、空気が予熱部１２０の予熱空間に導入される。空気が予熱部１２０の予熱空間１２１を通過する間、第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２により加熱される。

次に、予熱空間１２１を通過すると左端部で折り返され、加温加湿空間１３１に導入される。ウォーミングアップ時は、水飛沫噴射部１５０から水の供給を行う運用もあり、水の供給をしない運用もあり得る。ここでは、水の供給を行うものとする。

水飛沫噴射部１５０から噴射された水飛沫が開口１４３および開口１７３を通過して第２の加熱器（第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２）の壁面に当たり、効率よく水蒸気が発生する。この通過点において、空気の湿度が上昇する。加温加湿空間１３１の通過中、空気に対する第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２により加温も行われる。

加温加湿空間１３１を通過すると、右端部で折り返され、第１の加温調整空間１４１−１に導入され、さらに、左端部で折り返され、第２の加温調整空間１４１−２に導入され、第２の加温調整空間１４１−２も通過する。加温調整部１４０を通過する間、第３の加熱器１４２により加温が調整される。なお、所望の湿度、所望の温度となるよう、水飛沫噴射部１５０の噴射回数を調整し、第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２、第３の加熱器１４２の温度調整を行う。
この調整により、所望の温度、所望の湿度の空気にまでの加温加湿ができておれば、ウォーミングアップが完了する。

［本番稼動］
予熱空間１２１に導入された後の空気の流れ、空気に対する加湿・加温は上記のウォーミングアップ時と同じである。
なお、所望の湿度、所望の温度となるよう、水飛沫噴射部１５０の噴射回数を調整し、第１／第２兼用の加熱器１２２／１３２、第３の加熱器１４２の温度調整を行う。
所望の温度、所望の湿度の空気が、排出部１６０から排出され、加熱加湿空気導入装置２００内に導入される。

以上が、実施例２にかかる加温加湿装置１００ａの動作の概略である。
以上、実施例２の加温加湿装置によれば、予熱部、加温加湿部、加熱調整部を折り返しながらコンパクトに構成することができ、さらに、隔壁と加熱器を兼用させることと、水飛沫噴射部から飛行する水飛沫の経路の工夫などにより、筐体の小型化を実現するものとなっている。

実施例３は、排出部１６０の一部にフィードバック制御要素１８０を設ける構成例である。
本発明の加温加湿装置は、例えば、加熱加湿空気導入装置２００に対して所望の温度、所望の湿度の空気を供給することを目的とするが、装置稼動条件の変化、筐体の外壁面からの放熱、設置場所の室温変化、室内の湿度変化、天候の変化などに応じて、第１の加熱器１２２から第３の加熱器１４２の加熱量、水飛沫噴射部１５０からの水分供給量を微調整する必要が生じる場合がある。そこで、それらの変化に対して細かく対応できるよう、フィードバック制御要素１８０を取り付ける構成も可能である。

図５は、実施例３の加温加湿装置１００ｂを簡単に示した図である。
図５に示した構成は、図１に示した構成と同様の構成であるが、排出部１６０の一部にフィードバック制御要素１８０が設けられ、フィードバック制御要素１８０から、第１の加熱器１２２、第２の加熱器１３２、第３の加熱器１４２に対する温度調整のフィードバック制御ループが構築されており、また、フィードバック制御要素１８０から水飛沫噴射部１５０に対して水分供給量調整のフィードバック制御ループが構築されている点が異なっている。

フィードバック制御要素１８０は、温度、湿度に対する目標値を記憶しておき、また、排出部１６０から排出される空気の温度、湿度の実測値を取得する機能を備えている。さらに、その温度、湿度の目標値と実際の排出部１６０から排出される空気の温度、湿度の実測値との差分を埋める方向に、加熱器の温度の上げ下げ、水飛沫噴射部１５０の噴射回数の増減を制御するよう制御信号を発する。

第１の加熱器１２２、第２の加熱器１３２、第３の加熱器１４２は、各々、フィードバック制御要素１８０の制御信号を受けて、加熱量を変化させるコントローラが内蔵されており、制御信号に従って供給熱量を調整する。同様に、水飛沫噴射部１５０は、フィードバック制御要素１８０の制御信号を受けて、噴射タイミングを変化させるコントローラが内蔵されており、制御信号に従って噴射タイミングを調整する。

このように、第１の加熱器１２２、第２の加熱器１３２、第３の加熱器１４２に対する温度調整のフィードバック制御ループと、水飛沫噴射部１５０に対する水分供給量調整のフィードバック制御ループが構築されていることにより、利用者の発汗、体温変化、筐体の外壁面からの放熱、設置場所の室温変化、室内の湿度変化、天候の変化などに応じて細かく対応して調整することができ、より一層、安定した装置の稼動が可能となる。

実施例４として、気体導入部が、気体供給部を複数装備し、それら気体の種類を切り換えながら装置を稼動させる構成例である。
図６は、気体導入部が気体供給部を複数装備している構成例を示す図である。
図６に示すように、気体導入部１１０ｃは、実施例１に示した空気供給部１１１以外に他の種類のガスを供給するボンベなどのガス供給部１１２を装備している。他の種類のガスとしては、窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンなどの不活性ガスなど、様々な気体があり得る。また気体は単体でもよく、複数の気体の混合ガスでも良い。また、導入する気体として複数の気体を切り換えて用いることもできる。気体導入部１１０ｃには切り換え手段が装備されており、図６の構成例では、それぞれの空気供給部１１１、ガス供給部１１２にレギュレーターが設けられており、供給オンオフの切り替え、供給量の調整ができるものとなっている。

以上、本発明の加温加湿装置によれば、水飛沫噴射部により正確な量の水分を、非常に微細な水飛沫として高速噴射して加熱器に供給し、水溜りを形成することなく、速やかに蒸発させることにより水蒸気を効率よく生成できる。また、水飛沫噴射部から高速噴射された水飛沫は１回の噴射量を正確に制御でき、かつその噴射するタイミングを間歇的に自在に供給できるため、供給水分量を正確に制御することにより水蒸気量、湿度をコントロールすることが可能となる。
また、本発明の加温加湿装置によれば、予熱部、加温加湿部、加熱調整部を折り返しながらコンパクトに構成することができ、さらに、隔壁と加熱器を兼用させること、水飛沫噴射部から飛行する水飛沫の経路の工夫などにより、筐体の小型化を実現するができる。
また、本発明の加温加湿装置によれば、フィードバック制御要素を加えることにより、一層安定した加温加湿調整を行うことできる。

以上、本発明の加温加湿装置の実施例を説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。

本発明は、簡単で小型の構成にて、所望の温度、所望の湿度の空気を生成する加温加湿装置として広く適用することができる。また、本発明の加温加湿装置を組み込む装置として、所望の温度、所望の湿度の空気を導入する食品調理加熱装置や、各種工業製造装置、家庭用の保湿機などの家電製品などに広く適用することができる。

本発明の加温加湿装置１００の構成例を簡単に示す図である。 第２の加熱器１３２の壁面に当たった水飛沫がさらに細かく飛散する様子を簡単に示す図である。 実施例２にかかる本発明の加温加湿装置１００ａの構成を簡単に示す図である。 空気の流れおよび水飛沫噴射部１５０から噴射された水飛沫の飛行する経路を簡単に示した図である。 実施例３の加温加湿装置１００ｂを簡単に示した図である。 気体導入部が気体供給部を複数装備している構成例を示す図である。 従来技術の特開２００３−５００２６号公報に開示された熱処理炉のうち温度と湿度の制御手段の水蒸気発生機構を中心に示した図である。

１００ 加温加湿装置
１１０ 気体導入部
１１１ 空気供給部
１１２ ガス供給部
１２０ 予熱部
１２１ 予熱空間
１２２ 第１の加熱器
１３０ 加温加湿部
１３１ 加温加湿空間
１３２ 第２の加熱器
１４０ 加温調整部
１４２ 第３の加熱器
１４３ 開口
１５０ 水飛沫噴射部
１６０ 気体排出部
１７０ 隔壁
１７３ 開口
１８０ フィードバック制御要素
２００ 加熱加湿空気導入装置

Claims (6)

1. 加熱加湿対象となる気体を導入する気体導入部と、
   前記気体導入部から導入された前記気体を予熱する第１の加熱器と予熱空間とを提供する予熱部と、
   前記予熱空間を経て導入された前記気体を加熱する第２の加熱器と、水飛沫噴射部から噴射された水飛沫を前記第２の加熱器に衝突させつつ水蒸気まで加熱し、前記気体を加熱加湿する加熱加湿空間を提供する加温加湿部と、
   前記加温加湿部を経て導入された加湿済みの前記気体を第３の加熱器で加熱し、前記気体が所定の温度、所定の湿度になるよう加温を調整する加温調整空間を提供する加温調整部を備え、
   前記予熱部、前記加温加湿部、前記加温調整部の順に隣接して設けられ、前記予熱部と前記加温加湿部との間が第１の隔壁、前記加温加湿部と前記加温調整部との間が第２の隔壁で区分けられ、
   前記予熱部の一端部付近から導入されて内部を通過した前記気体が他端部付近で折り返されて前記加温加湿部の一端部付近に導入され、
   前記加温加湿部の一端部付近から導入されて内部を通過した加湿済みの前記気体が他端部付近で折り返されて前記加温調整部の一端部付近に導入されることを特徴とする加温加湿装置。
2. 前記第１の隔壁が加熱手段を備え、前記第１の隔壁の加熱手段が前記第１の加熱器と前記第２の加熱器とを兼用した構成となっている請求項１に記載の加温加湿装置。
3. 前記加温加湿部と前記加温調整部との間の前記第２の隔壁に開口を設けておき、
   前記水飛沫噴射部により前記加温調整部内に噴射した前記水飛沫が、前記第２の隔壁の前記開口を通過して前記加温加湿部の前記第２の加熱器の壁面に衝突する構造としたことを特徴とする請求項２に記載の加温加湿装置。
4. 前記加温調整部が内部の折り返し部で折り返され、第１の加熱調整空間と第２の加熱調整空間を備えた構造であり、前記第１の加熱調整空間と前記第２の加熱調整空間との間が第３の隔壁により区分けられ、
   前記第３の隔壁が、前記第３の加熱器を兼用した構成であり、
   前記加温調整部の一端部付近から前記第１の加熱調整空間内に導入された気体が前記折り返し部で折り返されて前記第２の加熱調整空間内に導入され、前記気体が前記第１の加熱調整空間および前記第２の加熱調整空間の通過中において前記第３の加熱器により加温加湿調整され、加温加湿調整済みの前記気体が装置外に放出される構造としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の加温加湿装置。
5. 前記加温加湿部と前記加温調整部との間の前記第２の隔壁に第１の開口を設けておき、
   前記加温調整部の前記第１の加熱調整空間と前記第２の加熱調整空間との間の前記第３の隔壁である前記第３の加熱器に第２の開口を設けておき、
   前記水飛沫噴射部の噴射口からみた前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように配置されており、
   前記水飛沫噴射部が前記加温加湿部の前記第２の加熱調整空間内に高速噴射した前記水飛沫が、前記第２の開口を通過して前記第１の加熱調整空間に入り、さらに、前記第２の隔壁の前記第１の開口を通過して前記第２の加熱器の壁面に衝突する構造としたことを特徴とする請求項４に記載の加温加湿装置。
6. 前記加温調整部から排出される加温加湿調整済みの前記気体の温度と湿度と、目標値である温度と湿度とを比較して、前記第１の加熱器および前記第２の加熱器の加熱および前記水飛沫噴射部から噴射する水分量をフィードバック制御するフィードバック機構を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに加温加湿装置。

Images