JP6076544B2 - 加湿装置、及び加湿装置を備えた空気調和機 - Google Patents
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Description
(加湿装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る加湿装置9の構成図である。
図1に示すように、本実施の形態1に係る加湿装置9は、加湿空間へ加湿する加湿水1を貯留する供給部2と、この供給部2から加湿水1を水抑制部5からなる水抑制ユニット56を有する吸水性加湿材4に供給する給水手段であるノズル3と、少なくとも1つ以上立設する吸水性加湿材4と、互いに隣り合う吸水性加湿材4との間の空間に空気7を流す送風機8と、吸水性加湿材4からの余剰水を受けるドレンパン6と、で構成したものである。
加湿水1は、加湿空間の加湿を目的とする場合、純水、水道水、軟水、及び硬水のいずれを使用しても構わない。しかし、炭酸カルシウムに代表されるスケールによる吸水性加湿材4の空隙部10の閉塞を低減するために、供給水としては、カルシウムイオン又はマグネシウムイオンを含むミネラル成分が少ないもの、例えば純水がより好ましい。ミネラル成分が多い加湿水1を使用すると、溶液中のイオン成分と二酸化炭素とが反応して固形物が生成され、吸水性加湿材4の空隙部10を閉塞させる可能性があるためである。なお、陽イオン用又は陰イオン用のイオン交換膜等を使用してイオン成分を取り除いた加湿水1を使用してもよい。また、吸水性加湿材4の空隙部10については後述する。
吸水性加湿材4が樹脂の場合、その材質は特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、吸水する材質、構造を有するものであればよい。
吸水性加湿材4が繊維の場合、その材質として、アセテート、ポリエステル、ナイロン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、樹脂を材質として多孔質体を形成したものに、金属の粉末をコーティングしたものを用いてもよい。
吸水性加湿材4の形状についても特に限定されるものではなく、例えば、図4に示すように、平板形状(A)、四角柱形状(B)、又は円柱形状(C)としてもよく、また、内部に空洞を有する円型筒状形状(D)、四角型筒形状(E)、又は三角型筒形状(F)でもよく、製造する加湿装置9の大きさに合わせて適宜調整すればよい。
水の流れ53を完全に遮る構成としては、例えば、吸水性加湿材4の一部にスリットを設け機械的に抑制する、または吸水性加湿材4の一部に切り込み、または切り欠きを入れて機械的に抑制しても良い。または吸水性加湿材4の一部を圧縮し空隙部10(図2参照)を閉塞する、熱融着で空隙部10を閉塞する、空隙部10に接着材を充填することで毛細管現象を抑える、または吸水性加湿材4の一部に疎水性物質を塗布することで空隙部10への侵入を防ぐ、または複数枚の吸水性加湿材4でユニット化する際に各吸水性加湿材4に貫通孔を設け、この貫通孔に複数枚の各吸水性加湿材4を固定する吸水性が低いスペンサを挿入することで水の流れ53を抑制する方法が挙げられる。なお、スペンサとして、吸水性が低い材質が好ましく、PTFE、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂でもよく、これらに限定されるものではない。また、スペンサの形状は、円柱状、角柱状など複数の吸水性加湿材4を空気7の通風方向に対して水平方向に一定間隔で積層することができるものであれば良い。
水の流れ53を完全に遮るものでない場合の構成としては、例えば、上記の吸水性加湿材4の圧縮で空隙部10を閉塞する場合の圧縮量を調整する方法がある。吸水性加湿材4の空隙部10の閉塞する量を調整し、圧縮されていない部位に対して水の流れ53の抵抗を高くすることで、水が拡散する抵抗を高め、吸水性加湿材4内に含まれた水の拡散を抑えることが可能となる。この一例として、吸水性加湿材4の風上側端部40から風下側端部41に至る吸水性加湿材4の圧縮量を増加させた場合、水の流れ53は風下側端部41より風上側端部40の方が拡散し易くなる。このため、吸水性加湿材4の圧縮量の分布を空気7の流れ方向に持たせてもよい。さらに吸水性加湿材4の上端42から下端43の上下方向に圧縮量の違いを持たせてもよい。また、上記の熱融着、接着材の充填、及び疎水性物質の塗布をする工程において、空隙部10の閉塞量を調整することも可能である。
送風機8は、少なくとも1つ以上の吸水性加湿材4が立設する空間に、吸水性加湿材4の面に沿って平行に空気7を流すものであり、シロッコファン、プロペラファン、ラインフローファンなど適宜選択すればよい。
本実施の形態1に係る加湿装置9を備えた空気調和機14は、図5に示すように、送風機8を含む加湿装置9と、フィルタ12と、熱交換器13と、で構成されるものであり、加湿装置9は熱交換器13の風下側に配置されて、熱交換器13で熱交換された空気7を通気して空間の加湿を行うものである。
次に、図1、図2、図3、図4を参照しながら、本実施の形態1に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について説明する。
供給部2に貯留されている加湿水1は、ノズル3へ搬送され、加湿水1が搬送されたノズル3は、吸水性加湿材4の上方から、吸水性加湿材4の加湿性能が高い部分である風上側部分44、またはそれ以外の吸水性加湿材4の上端42へ向けて加湿水1を滴下することによって、吸水性加湿材4に加湿水1が供給される。吸水性加湿材4は、加湿水1を吸水性加湿材4内に拡散させるために、自身の毛細管力を利用すると共に、加湿水1の重力を利用することができる。そのため、加湿水1は、吸水性加湿材4の空隙部10を通じて、吸水性加湿材4に拡散される。ここで加湿水1は、吸水性加湿材4に加湿水1が供給される位置より風下側に設けられている水抑制部5で、吸水性加湿材4の水抑制部5より風上側である風上側部分44に重点的に流れる。
ここで、吸水性加湿材4からの加湿メカニズムについて図6を用いて説明する。
加湿水1を含む吸水性加湿材4から空気中への水蒸気の拡散現象は、拡散速度Naに支配されており、拡散係数をDe、空気7中の水分濃度をCa、吸水性加湿材4中の水分濃度をCo、水蒸気の飽和境膜層厚さ15をδとすると、拡散速度Naは式(1)で与えられる。
Na=De×(Co−Ca)/δ (1)
δ=L/(0.644×Pr1/3×(ρ×U×L/V)1/2) (2)
加湿装置9を備えた空気調和機14は、図4に示すように送風機8で空気調和機14内に空気7を引き込む。空気7には微粒子が含まれるため、微粒子はフィルタ12で捕集され、空気7は熱交換器13で空気7は加熱、又は冷却されて、加湿装置9内へ通風され、加湿される。
以上の構成のように、本実施の形態1に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14において、吸水性加湿材4において加湿性能が最も高い領域である風上側端部40の上部から加湿水1を供給し、加湿水供給箇所の風下側に水抑制部5を設けることで、最も加湿性能が高い領域に加湿水1を重点的に供給できる。これで、吸水性加湿材4の風上側端部40の周辺部分において加湿水1が蒸発しスケール成分が濃縮されることを防止するために供給する無駄な水を増やすことなく、この領域(風上側端部40周辺部分、つまり風上側部分44)でのスケール成分の濃縮を抑え、吸水性加湿材4の空隙部10がスケールにより閉塞することを防止し、吸水性を維持することによって、吸水性加湿材4の長寿命化を図ることができる。また、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における単数、または複数個の水抑制部5から構成される水抑制ユニット56の風下端位置54の風上側にあっても同様な効果が得られる。
本実施の形態2に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について、実施の形態1と相違する点を中心に説明する。
図7は、本発明の実施の形態2に係る加湿装置9の吸水性加湿材4を側面から見た図である。図7では、水抑制部5は、吸水性加湿材4の加湿水1が供給される場所の風下側に設けられ、つまり、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における水抑制部5の風下端位置54よりも風上側であって、水抑制部5は、空気7の通風方向に対して垂直方向に間欠的に複数設けられている。加湿装置9のその他の構成は図1と同じである。
水抑制部5を空気7の通風方向に対して垂直方向に間欠的に複数設けることで水抑制部5の風下側部分45に加湿水1を供給し易くなるため、水抑制部5の風上側部分44への加湿水1の過剰供給を抑えることができ、風上側部分44での過剰分の加湿水1を水抑制部5の風下側部分45にも加湿水1を供給することができる。よって、水抑制部5の風下側部分45にも加湿水1を供給することができるため、本実施の形態に係る加湿装置9は、水抑制部5の風上側部分44でのスケール析出を抑えつつ実施の形態1に係る加湿装置よりも高い加湿性能が得られる。
本実施の形態3に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について、実施の形態1と相違する点を中心に説明する。
図8は、本発明の実施の形態3に係る加湿装置9の吸水性加湿材4を側面から見た図である。図8では、水抑制部5は、吸水性加湿材4の加湿水1が供給される場所の風下側に空気7の通風方向に対し垂直方向に間欠して2箇所に設けられ、上側に配置されている水抑制部5aは、上端42に対し下端43が風下側に位置して斜めに配置され、下側に配置されている水抑制部5bは、間欠部分52を挟んで水抑制部5aと通風方向の垂直方向に対称に配置されている。つまり、風上側に対して間隔の広い側を向け、風下側に間隔の狭い側を向けたハの字形状に水抑制部5を設けている。即ち、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における水抑制部5の風下端位置54よりも風上側に構成される。加湿装置9のその他の構成は図1と同じである。
なお、水抑制部5a及び水抑制部5bは、配置される角度及び空気7の通風方向の相対的な位置について、同一である必要はなく、吸水性加湿材4のサイズ、強度、加湿水1を保持する性能、加湿水1を拡散させる性能や、加湿水1を吸水性加湿材4へ供給する量、ノズル3の数及び位置を考慮して適宜設定すればよい。また、図8において空気7の通風方向に沿って備える水抑制部5a、および水抑制部5bは一カ所のみの構成であるが、空気7の通風方向に沿って複数個配置しても良い。
上記のように、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における水抑制部5の風下端位置54よりも風上側に構成した上で、上側の水抑制部5aの下端が上端に対し風下側に位置して設けることで、水抑制部5の風上側部分44の上部の加湿水1の過剰分を風下側部分45流しやすくし、風上側部分44への加湿水1が重力に従って下方向に拡がるとともに風下方向へも広がりやすくなる。また、下側の水抑制部5bの上端が下端に対し風下側に位置して設けられることで、吸水性加湿材4の上端42側に対し加湿水1の含まれる量が少なくなりやすい下端43側の加湿水1が風下側に拡散しすぎないようにし、加湿水1を風上側部分44側に保持しやすくなる。よって、吸水性加湿材4に含まれる加湿水1の分布を実施の形態2よりも適正に調整することができるため、水抑制部5の風上側部分44でのスケール析出を抑えつつ、実施の形態1及び2に係る加湿装置よりも高い加湿性能が得られる。
本実施の形態4に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について、実施の形態1と相違する点を中心に説明する。
図9に示すように、本実施の形態に係る加湿装置9は、加湿空間へ加湿する加湿水1を貯留する供給部2と、この供給部2から水抑制部5を有する吸水性加湿材4に加湿水1を供給する給水手段であるノズル3と、少なくとも1つ以上立設し、接地電位と同電位である吸水性加湿材4と、吸水性加湿材4の面と所定の距離を有して対向する電極17と、電極17に電圧を印加する電源18と、吸水性加湿材4と電極17との間の空間に空気7を流す送風機8と、吸水性加湿材4からの余剰水を受けるドレンパン6と、で構成したものである。
図10に示すように、電極17の両面にはそれぞれ導電性の突起部17aが、電極17と対向する吸水性加湿材4の面に対して垂直に形成されている。また、図11に示すように電極17に電圧を印加すると、突起部17aから吸水性加湿材4の面の法線方向へ向かってイオン風19が発生する。そして、そのイオン風19が吸水性加湿材4に衝突することで加湿性能を大幅に向上させることができる。なお、この原理については後述する。
ワイヤ形状の電極17は図13に示すように、電極17の内部に等間隔で直径0.1〜1mmのワイヤ線17bが配置されたものである。電極17に対向する吸水性加湿材4を接地させ、電極17に電圧を印加することでワイヤ線17bの周囲の電界強度が高まり、コロナ放電を発生することができる。そのため、吸水性加湿材4の面に対して法線方向に向かってイオン風19を発生することができる。なお、電極17の突起部17aは、電極17と対向する吸水性加湿材4の面に対して垂直方向に形成されていることが望ましいが、送風機8からの通風方向と同じ方向に角度90°未満の一定角度で形成されていてもよい。これで送風機8の通風方向と、イオン風19の方向を近づけることができ、イオン風19で送風機8の空気7の流れの圧力損失を低減することができる。
印加する極性としては、直流電圧でもよく、オゾンの生成量が少ない正極性の電圧を印加する方が望ましい。また、電極17に直流電圧にパルス状電圧を重畳させた重畳パルス状電圧を印加してもよい。この場合、コロナ放電開始電圧以下の直流電圧を印加することで電極17と吸水性加湿材4との間に静電界が形成され、直流電圧にパルス状電圧を重畳することで吸水性加湿材4の面方向にパルス状電圧でイオンが放出され、放出されたイオンは、静電界で加速されたイオン風19を発生する。コロナ放電開始電圧以下の直流電圧の印加で、一定周波数のパルス状電圧を重畳することで、低消費電力、低オゾン生成量でイオン風19を発生させることができ、ひいては加湿を促進することができる。なお、直流電圧入力値、パルス状電圧入力値は、吸水性加湿材4と電極17の突起部17aの先端との距離に応じて決定すれば良い。
吸水性加湿材4と電極17の突起部17aの先端との距離は、3mm以上であることが望ましい。もし3mm未満である場合、電極17に正極性直流電圧を印加するとグローコロナから直接火花放電になるため、イオン風19が発生せず、吸水性加湿材4の面近傍の飽和空気層を攪拌できない。
次に、図9、図10を参照しながら、本実施の形態4に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14の動作について説明する。
供給部2に貯留されている加湿水1はノズル3へ搬送され、加湿水1が搬送されたノズル3は、吸水性加湿材4の上方から、吸水性加湿材4の加湿性能が高い部分である風上側部分44へ向けて加湿水1を滴下することによって、吸水性加湿材4に加湿水1が供給される。吸水性加湿材4は、毛細管力を有すると共に、加湿水1の重力を利用することができる。そのため、加湿水1は、吸水性加湿材4の空隙部10を通じて、吸水性加湿材4に拡散される。また、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における水抑制部5の風下端位置54より風上側に構成しても良い。
図14は、図9に示す加湿装置9において、多孔質の金属で構成され、空気7の通風方向に長さ100mmの吸水性加湿材4と電極17の突起部17aの先端との距離を5mm、電極17の突起部17aの高さを2mmとし、送風機8で吸水性加湿材4と電極17との間の空間に、平均風速2.5m/sにて通風した場合の、空気7の通風方向に対する電極17の設置位置による加湿性能比を調べた結果である。
図14の横軸は電極17へ印加した電圧値と吸水性加湿材4への放電電流との積で示される放電電力、縦軸に示す性能比は、電極17に電圧を印加しない場合の加湿性能を基準とし、放電のジュール熱による蒸発性能を除いたイオン風19の作用による加性能比率を示したものである。なお、本試験では電極17に正極性直流電圧を印加し、吸水性加湿材4を接地した。
なお、電極17の構成は同じであり空気7の通風方向に沿って電極17を風上側に設けた条件を条件201、風下側に電極17を設けた条件を条件202とした。
電極17は、吸水性加湿材4の全面に対向させて設置しても良いし、風上側部分44にのみ対向させて設置しても良い。電極17に突起部17a又はワイヤ線17bを設ける場合も、吸水性加湿材4の全面にわたって対向して設けても良いし、風上側部分44に対向する部分のみに設けても良い。どちらの場合においても、必要な加湿性能に応じて、電圧を印可する箇所を制御し、イオン風19を当てる領域を風上側部分44だけにする場合や、さらに風下側部分45にもイオン風19を当てる場合を切り替えたり、電圧の印可を止めてイオン風19の発生を無くしたりするなどして、加湿量の増減を制御することができる。
以上の構成のように、本実施の形態4に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14において、空気7の通風方向に対してイオン風19を発生させる電極17、及び突起部17aをそれぞれ風上側から複数個配置し、必要加湿性能で各々の電極17に電圧を入力することで各々の領域で吸水性加湿材4に対してイオン風19を当てることが可能であり加湿性能を制御することができる。また、必要加湿性能に対して、電圧を印加する電極17を変えることで、吸水性加湿材4の最もイオン風19の効果が高い領域だけではなく、吸水性加湿材4の全面にスケールが析出する負荷を分散することができ、吸水性加湿材4の長寿命化を図ることができる。
本実施の形態5に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について、実施の形態1と相違する点を中心に説明する。
上記のように、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aが、水平方向における水抑制部5の風下端位置54の風上側に配置されるように構成した上で、空気7の通風方向と垂直方向に水抑制部5を千鳥状に設けることで水抑制部5が抵抗体となり吸水性加湿材4の風下側部分45へ供給される時間あたりの加湿水1の流れ53が少なくなる。このため、ノズル3を含む供給部2から供給される加湿水1は、加湿性能が高い吸水性加湿材4の風上側部分44への時間当たりの加湿水1の流れが大きくなり、スケール成分の濃縮度を低下することができる。この結果、本実施の形態5に係る加湿装置9は、水抑制部5の風上側部分44でのスケール析出を抑えることができる。
本実施の形態6に係る加湿装置9、及び加湿装置9を備えた空気調和機14について、実施の形態1と相違する点を中心に説明する。
式(1)、式(2)から加湿性能の吸水性加湿材4の空気7の通風方向に対する面分布を考察すると吸水性加湿材4の風上側部分44での加湿性能が最も高い。また、前記の加湿性能の面分布を考慮し、さらに吸水性加湿材4の上端42から下端43までのスケール成分の濃度の面分布を考慮すると、ノズル3を含む供給部2を吸水性加湿材4の上端42の外部から加湿水1を供給するため、スケール成分の濃度は上端42の方が低く、下端43になるに従いスケール成分の濃度は高くなる。このため、吸水性加湿材4の風上側部分44の下部が最もスケール成分濃度が高くなり、この部分での析出が最も多くなると考えられる。このため、上記のように、水平方向におけるノズル3を含む供給部2の風下端位置3aを、水平方向における複数の水抑制部5から構成される水抑制ユニット56の風下端位置54の風上側に構成した上で、水抑制部5の下端に対し上端が風下側に位置して斜めに配置することで、ノズル3を含む供給部2から供給された加湿水1は、吸水性加湿材4の風上側部分44の下部へ誘導することができる。そのため、吸水性加湿材4の風上側部分44の下部でのスケール成分の濃縮を低下することができる。この結果、本実施の形態6に係る加湿装置9は、スケール析出が最も多い水抑制ユニット56の風上側部分44の下部でのスケール析出を抑えることができる。
Claims (16)
- 少なくとも1つ以上の吸水性加湿材と、
前記吸水性加湿材の上端風上側にある給水部位へ外部から加湿水を供給する給水手段と、
前記吸水性加湿材に沿って通風させる送風機と、を備えた加湿装置において、
前記吸水性加湿材は、
前記給水手段が供給した前記加湿水が前記給水部位よりも風下側へ向かうことを抑制する水抑制ユニットを備える、加湿装置。 - 前記給水手段には、前記吸水性加湿材の上側に接して吸水体を設けた、請求項1に記載の加湿装置。
- 前記水抑制ユニットは、単数、または複数個の水抑制部から構成される、請求項1又は2に記載の加湿装置。
- 前記水抑制部は、
前記吸水性加湿材の一部に設けられたスリットである、請求項3に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記吸水性加湿材の一部に設けた切り込みである、請求項3に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記吸水性加湿材の一部を圧縮して形成された、請求項3に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記吸水性加湿材の複数枚を固定するスペンサである、請求項3に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記吸水性加湿材の上端及び下端から離して設けられた、請求項3〜7の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記送風機による通風方向に対し垂直方向に間隔を持って複数設けられた、請求項3〜8の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
略長方形であり、前記送風機による通風方向に対し垂直方向に並んで同一形状で2箇所に設けられ、
前記給水手段に近い側の前記水抑制部は、
前記給水手段に近い側の端部に対し他方の端部が風下側に位置するよう斜めに配置され、
前記給水手段から遠い側の前記水抑制部は、
前記給水手段に近い側の端部に対し他方の端部が風上側に位置して斜めに配置された請求項3〜9の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記送風機による通風方向に千鳥状に設けられる、請求項3〜10の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記水抑制部は、
前記給水手段に近い側の端部に対し他方の端部が風上側に位置して斜めに配置される、請求項3〜9の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記吸水性加湿材に対向して設置された導電性の電極と、
前記電極に電圧を印加する電源と、を備え、
前記吸水性加湿材は、
前記電極の対向電極としての機能を有し、
前記電極は、
電圧を印加されることで前記電極から前記吸水性加湿材へ向かうイオン風を発生させる、請求項1〜12の何れか1項に記載の加湿装置。 - 前記電極は、
風上側の部位に限定して電圧が印可され、前記吸水性加湿材の風上側部分に限定してイオン風を発生させる、請求項13に記載の加湿装置。 - 前記電極は、
風上側の部位に少なくとも1つ以上の導電性の突起部を有し、
前記突起部は、
前記電極と対向する前記吸水性加湿材の面に対して垂直方向に形成されている、又は、前記送風機からの通風方向と同じ方向に角度90°未満の一定角度で形成されている、請求項13又は14に記載の加湿装置。 - 請求項1〜15の何れか1項に記載の加湿装置を備えた空気調和機。
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