JP6696565B2

JP6696565B2 - 流体噴霧システム

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Publication number: JP6696565B2
Application number: JP2018505924A
Authority: JP
Inventors: 寧森園
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: JPWO2017159630A1; WO2017159630A1

Description

本発明の実施形態は、流体を噴霧する流体噴霧システムに関する。

従来、噴霧ノズルにより純水を粒子にして室内空間に供給することにより、室内空間を加湿する加湿システムがある。

加湿システムでは、噴霧した純水粒子が帯電し、噴霧ノズル本体、噴霧ノズル周囲にある壁、柱、配管、機器、付近を通る人、又は、製品に、クーロン力で引き寄せられて付着することがある。

これにより、水濡れ又は静電気による機器の故障、感電、若しくは、空中放電の問題を引き起こす為、狭くて障害物が多い場所、電子機器の有る場所、人が通る場所、濡れの許されない場所、又は、防爆仕様の要求される場所で、純水を噴霧することが困難である。

特開２００４−３４４８２１号公報特許第２９２１７６２号公報特開２０１４−１８８２８４号公報

本発明の目的は、噴霧することにより、少なくとも特定の箇所を濡らさないようにする流体噴霧システムを提供することにある。

本発明の観点に従った流体噴霧システムは、
第一の圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と、
純水と比抵抗が１［ＭΩ・ｃｍ］を超える水とから成る群から選択した一つの水を供給する水供給源と、
前記圧縮空気供給源から供給される前記第一の圧縮空気をレギュレータで圧力制御することで第二の圧縮空気を生成し、前記第二の圧縮空気を前記水供給源から供給される前記水に溶解させることで前記水の導電率を調整する導電率調整手段と、
前記導電率調整手段により調整された前記水と前記圧縮空気供給源から供給された前記第一の圧縮空気を混合させて、霧化した流体を噴霧することで加湿を行う加湿用二流体ノズルと
を備え、
前記水供給源から供給される前記水を蓄える第一タンクを備え、
前記導電率調整手段は、前記第二の圧縮空気を前記第一タンクの下側から入れることで、前記第二の圧縮空気を前記第一タンクの中の前記水に溶解させ、
前記水供給源から供給される前記水を蓄える第二タンクを備え、
前記導電率調整手段は、前記第一の圧縮空気を前記第二タンクの下側から入れることで前記第一の圧縮空気を前記第二タンクの中の前記水に溶解させ、
前記第一タンクは、前記第二タンクを介して前記第一の圧縮空気が溶解された前記水を取得するように構築されたものである。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体噴霧システムの構成を示す構成図である。図２は、第１の実施形態に係る純水の比抵抗と炭酸ガスの溶解量との関係を示すグラフ図である。図３は、第１の実施形態に係る空気と炭酸ガスとの関係を示す対応図である。図４は、第１の実施形態に係る調節計を設定するための対応図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る流体噴霧システムの構成を示す構成図である。図６は、本発明の第３の実施形態に係る流体噴霧システムの噴霧中の構成を示す構成図である。図７は、本発明の第４の実施形態に係る流体噴霧システムにおける循環ダクトの構成を示す構成図である。図８は、第４の実施形態に係る支柱の防滴効果を示す構成図である。図９は、第４の実施形態に係る支柱の構成の具体例を示す構成図である。図１０は、第４の実施形態に係る二流体ノズル付近の構成を示す構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体噴霧システム１０の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

初めに、流体噴霧システム１０により噴霧する流体について説明する。

例えば、流体は、純水である。純水は、主に水道水を精製することにより得られる。例えば、純水は、次のように作る。

まず、逆浸透膜（ＲＯ(reverse osmosis)膜）を用いて、水道水から不純物を取り除くことで、ＲＯ水を作る。このＲＯ水から、イオン交換樹脂を用いて、イオン成分及び残存する微細な不純物を取り除くことで、脱イオン水を作る。この脱イオン水が純水となる。一般に、水は、純度が高いほど比抵抗が高くなる。水の比抵抗が高くなると、水を粒子にした場合に、粒子が帯電し易くなる。具体的には、水の比抵抗が約１［ＭΩ・ｃｍ］を超えると、帯電するようになる。上述のように作られた純水の比抵抗は、１［ＭΩ・ｃｍ］を超えるため、噴霧すると帯電する。

なお、流体噴霧システム１０で用いる純水２は、純度を高くするために精製された水であれば、上述の方法以外で精製されたものでもよい。例えば、純水２は、ＲＯ水、又は、ＲＯ水を介さない脱イオン水でもよい。

流体噴霧システム１０は、加湿をするのであれば、冷却又は加熱などの温度調節を同時に行ってもよい。流体噴霧システム１０は、二流体ノズル１、ポンプユニット３、材料溶解ユニット４、レギュレータ７、材料供給弁１４、調節計１５、及び、材料供給源１７を備える。圧縮空気６は、レギュレータ７を介して、二流体ノズル１に供給される。

圧縮空気６が流れる空気供給路８は、圧縮空気６の供給源からレギュレータ７を介して二流体ノズル１に設けられた空気供給口に供給されるように設けられる。純水２が流れる水供給路５は、純水２の供給源からポンプユニット３及び材料溶解ユニット４を順次に介して、二流体ノズル１に設けられた水供給口に供給されるように設けられる。

二流体ノズル１は、液体と気体を混合させて、霧化された流体を噴霧するノズルである。本実施形態では、液体は純水２であり、気体は圧縮空気６である。

ポンプユニット３は、純水２の供給源から材料溶解ユニット４を介して、二流体ノズル１に純水２を送り込むための機器である。

レギュレータ７は、圧縮空気６を二流体ノズル１に送り込むための機器である。

材料供給源１７は、導電率調整材料を蓄えるユニットである。導電率調整材料は、純水２の導電率を高くするために、純水２に溶解させるための材料である。導電率調整材料は、二流体ノズル１から噴霧された空間の環境になるべく影響を与えないものが望ましい。但し、噴霧される空間が許容するのであれば、導電率調整材料は、どのようなものでもよい。例えば、炭酸ガスは、空気中に含まれる成分であるため、噴霧しても環境への影響はほぼ無い。以降では、導電率調整材料は、主に炭酸ガスとして説明する。

調節計１５は、材料供給弁１４の開度を調節するための指示値を材料供給弁１４に出力する。調節計１５には、純水２の導電率が目標とする値（目標導電率）になるように、指示値が設定される。

材料供給弁１４は、材料供給源１７から材料溶解ユニット４に供給する炭酸ガスの量を調節するための弁である。材料供給弁１４は、調節計１５から受信した指示値により、開度を決定する。材料供給弁１４の開度が大きいほど、材料溶解ユニット４に供給される炭酸ガスの量は多くなる。材料供給弁１４から供給する炭酸ガスの量が多くなるほど、純水２の導電率は高くなる。

材料溶解ユニット４は、材料供給源１７から供給される炭酸ガスを純水２に溶解させるユニットである。材料溶解ユニット４の内部には、例えば中空糸膜又はセラミックが収納されている。材料溶解ユニット４は、純水２に炭酸ガスを混入する。炭酸ガスが純水２に溶解することで、純水２が目標導電率になる。例えば、目標導電率として、純水２の比抵抗を１．０ＭΩ・ｃｍ以下にする。材料溶解ユニット４は、炭酸ガスを純水２に溶解させ、目標導電率に達した純水２を二流体ノズル１に供給する。

二流体ノズル１は、材料溶解ユニット４から供給される炭酸ガスが溶解した純水２とレギュレータ７から供給される圧縮空気６を混合して噴霧する。これにより、二流体ノズル１は、純水２を微細な粒子にして噴霧する。

図２を参照して、純水２の導電率と炭酸ガスの溶解量との関係について説明する。図２において、縦軸は比抵抗（導電率）を示し、横軸は炭酸ガスの溶解量を示す。

純度が１００％で、炭酸が溶解していない純水２の比抵抗は、約１８．２ＭΩ・ｃｍである。純水２の目標導電率（比抵抗）を１．０ＭΩ・ｃｍとした場合、１Ｌの純水に０．６ｍｇ以上の炭酸ガスを溶解させることで目標導電率まで下がる。

図３を参照して、空気中の炭酸ガスを純水２に溶解させる場合について説明する。この場合、材料供給源１７には、空気が蓄えられる。

重量が１２９３ｍｇ／Ｌで、炭酸ガス濃度が４００ｐｐｍの空気の場合、この空気には、０．５１７ｍｇ／Ｌの炭酸ガスが含まれる。このように、炭酸ガスの濃度が分かれば、必要な炭酸ガスを含む空気重量が求まる。

図４を参照して、調節計１５の設定方法について説明する。

調節計１５を設定するには、純水２の目標導電率に対して、純水２に溶解させる炭酸ガス注入量又は必要な空気量を求める。例えば、図４では、目標導電率（比抵抗）が１．０ＭΩ・ｃｍの場合、１Ｌの純水２に対する炭酸ガス注入量は０．６ｍｇであり、１Ｌの純水２に対する必要な空気量は１．２Ｌである。目標導電率（比抵抗）が０．６ＭΩ・ｃｍの場合、１Ｌの純水２に対する炭酸ガス注入量は２ｍｇであり、１Ｌの純水２に対する必要な空気量は３．９Ｌである。

このように求めた炭酸ガス注入量又は必要な空気量に基づいて、材料供給弁１４の開度を決定するための指示値を求める。このように求めた指示値が調節計１５に設定される。

本実施形態によれば、純水２に導電率調整材料を溶解させることで、噴霧された純水２を帯電させないようにすることができる。これにより、流体噴霧システム１０により噴霧された純水２の粒子で、あらゆる物を濡らさないようにすることができる。例えば、噴霧ノズル本体、噴霧ノズル周囲にある壁、柱、配管、機器、付近を通る人、又は、製品などを、流体噴霧システム１０による噴霧で濡らすことがない。したがって、これらの物を防滴加工又は防水加工する必要はない。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る流体噴霧システム１０Ａの構成を示す構成図である。

流体噴霧システム１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る流体噴霧システム１０において、調節計１５を調節計１５Ａに代え、導電率計１６を追加したものである。

導電率計１６は、二流体ノズル１と材料溶解ユニット４とを接続する水供給路５に設けられる。導電率計１６は、水供給路５に流れる純水２の導電率を測定する。導電率計１６は、測定した導電率を調節計１５Ａに送信する。

調節計１５Ａは、導電率計１６による測定結果に基づいて、材料供給弁１４の開度を決定する指示値を決定する。調節計１５Ａは、設定された指示値を修正してもよいし、新たに指示値を計算してもよい。調節計１５Ａは、決定した指示値を材料供給弁１４に出力する。

本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。導電率計１６を設けて、純水２の導電率を測定することで、純水２の導電率を制御することができる。これにより、純水２の導電率が低く過ぎることを防止することができる。また、純水２の導電率が高い場合、材料供給弁１４の開度を低くして、炭酸ガスの供給を抑えることで、炭酸ガスの余剰な供給を防止することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る流体噴霧システム１０Ｂの噴霧中の構成を示す構成図である。ここでは、第１の実施形態と異なる部分について主に説明する。

流体噴霧システム１０Ｂは、二流体ノズル１、圧力タンク３１、供給タンク３２、水供給弁３３、６つの逆止弁３４，３５，３６，３７，３８，３９、水用電空レギュレータ４０、空気用電空レギュレータ４１、及び、三方弁４２を備える。これらの機器は、水供給路５又は空気供給路８などの配管で接続されている。

空気用電空レギュレータ４１は、圧縮空気６の供給源と二流体ノズル１との間の空気供給路８に設けられている。空気用電空レギュレータ４１は、二流体ノズル１に供給される圧縮空気６の圧力を所望の値にする。

水用電空レギュレータ４０は、圧縮空気６の供給源と圧力タンク３１との間の空気供給路８に設けられている。水用電空レギュレータ４０は、圧力タンク３１に供給する圧縮空気６の圧力を制御する。例えば、水用電空レギュレータ４０は、４００ｋＰａの圧力で、圧縮空気６を圧力タンク３１に送り込む。また、水用電空レギュレータ４０は、水排気系９に設けられた排気弁に開放指令又は閉路指令を与える。

三方弁４２は、圧縮空気６の供給源と供給タンク３２との間の空気供給路８に設けられている。三方弁４２により、供給タンク３２に圧縮空気６が送り込まれる。

逆止弁３７は、水用電空レギュレータ４０と圧力タンク３１との間に設けられている。逆止弁３８は、逆止弁３７及び圧力タンク３１の両端を接続するように設けられている。逆止弁３５は、三方弁４２と供給タンク３２との間に設けられている。逆止弁３６は、逆止弁３５及び供給タンク３２との両端を接続するように設けられている。圧力タンク３１と供給タンク３２との間の水供給路５には逆止弁３９が設けられている。

圧力タンク３１及び供給タンク３２のそれぞれの内部には、高位液面センサＨと低位液面センサＬが設けられている。これらのセンサＬ，Ｈに基づいて制御することで、次のような動作が行われる。供給タンク３２の純水が少なくなると、供給タンク３２に純水２が自動的に補給される。供給タンク３２の純水２が満タンになると、純水２の供給が自動的に停止される。圧力タンク３１の純水２は、噴霧時に、二流体ノズル１に供給される。圧力タンク３１の純水２が少なくなると、供給タンク３２の純水２が圧力タンク３１に自動的に移送される。

圧縮空気６の供給源から、水用電空レギュレータ４０及び逆止弁３８を介して圧力タンク３１の下側から内部に、圧縮空気６が供給される。圧力タンク３１の内部に圧縮空気６の体積が増えた分だけ二流体ノズル１から純水２が噴霧される。圧力タンク３１の下側から圧縮空気６を入れることで、空気が圧力タンク３１の内部の純水２を下から上に通り抜ける。圧力タンク３１の純水２を空気に触れさせることで、空気（炭酸ガス）を純水２に溶解させる。

圧力タンク３１には、供給タンク３２から逆止弁３９を介して、純水２が供給される。

圧縮空気６の供給源から、三方弁４２及び逆止弁３６を介して供給タンク３２の下側から内部に、圧縮空気６が供給される。供給タンク３２に圧縮空気６の体積が増えた分だけ圧力タンク３１に純水２が移る。供給タンク３２の下側から圧縮空気６を入れることで、空気が供給タンク３２の内部の純水２を下から上に通り抜ける。供給タンク３２の純水２を空気に触れさせることで、空気を純水２に溶解させる。

供給タンク３２には、純水２の供給源から、水供給弁３３及び逆止弁３４を順次に介して、純水２が供給される。

水供給弁３３から供給される純水２は、１．０ＭΩ・ｃｍ以上の帯電し易い導電率（比抵抗）である。圧力タンク３１及び供給タンク３２で、純水２を空気に多く触れさせるようにすることで、純水２の導電率が上がる。これにより、圧力タンク３１から二流体ノズル１に供給される純水２は、比抵抗が１．０ＭΩ・ｃｍ未満の帯電し難い導電率になる。なお、純水２の導電率が十分に上がるのであれば、圧力タンク３１又は供給タンク３２のいずれか１つで、空気を純水２に溶解させるように構成してもよい。

本実施形態によれば、炭酸ガスなどの導電率調整材料を用いなくても、噴霧される純水２の導電率を上げることができる。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る流体噴霧システムにおける循環ダクト２０の構成を示す構成図である。

本実施形態に係る流体噴霧システムの基本的な構成は、第１から第３の実施形態のいずれかの流体噴霧システム１０〜１０Ｂにおいて、純水２に導電率調整材料を混ぜる構成を取り除いたものと同様である。したがって、本実施形態では、純水２に導電率調整材料を混ぜずに噴霧するため、噴霧された純水粒子（噴霧粒子）は帯電する性質を持つ。

循環ダクト２０は、二流体ノズル１から噴霧して、流入する空気を加湿し、加湿された空気を送り出すダクトである。循環ダクト２０を通り抜ける空気の流れＳａは、二流体ノズル１が設けられている側から水平方向に入り、垂直上方向に出る。循環ダクト２０は、金属で形成されている。循環ダクト２０は、内部に設けられた金属製の支柱２１で支えられている。例えば、支柱２１の高さは、約３メートルである。

図８は、支柱２１の防滴効果を示す構成図である。

支柱２１の外周は、完全に一周するように、絶縁部材６０で覆われる。絶縁部材６０は、電気絶縁をする部材である。例えば、絶縁部材６０は、ポリプロピレン、弗素樹脂、塩化ビニール、又は、ポリエチレンなどである。

絶縁部材６０で覆われていなければ、金属製である支柱２１は、帯電した噴霧粒子を引き寄せる。一方、支柱２１を覆う絶縁部材６０は、帯電した噴霧粒子と同極性（正極）に帯電する。したがって、空気の流れＳａに乗って噴霧粒子が支柱２１に向かってきても、噴霧粒子の流れＳｇは、クーロン力により反発して離れていく。これにより、噴霧粒子による支柱２１の濡れを抑制する。

支柱２１の外周が絶縁部材６０で完全に一周覆われていない場合、絶縁部材６０が覆われていない箇所に集中して噴霧粒子が引き寄せられる。したがって、絶縁部材６０は、支柱２１の外周を一周以上して、重なる部分が出るぐらいの長さが望ましい。

図９は、支柱２１の構成の具体例を示す構成図である。

絶縁部材６０は、ポリプロピレン製のフィルムである。絶縁部材６０の厚さは、０．２ｍｍ以上が望ましいが、少なくとも０．１ｍｍ以上は必要である。絶縁部材６０を支柱２１の外周を１．５周程度巻く。このように、絶縁部材６０が支柱２１に巻かれた状態で、インシュロック６１で固定する。

また、循環ダクト２０の内部の壁面及び床面などの表面も、支柱２１と同様に、ポリプロピレン製のフィルムなどの絶縁部材６０で覆うように隙間なく貼る。

図１０は、本実施形態に係る二流体ノズル１付近の構成を示す構成図である。

二流体ノズル１には、水供給路５及び空気供給路８が接続されている。水供給路５の材質は絶縁部材である。空気供給路８の材質は金属製である。したがって、空気供給路８は絶縁部材で覆う必要があり、水供給路５は絶縁部材で覆う必要はない。

次に、水供給路５を絶縁部材６２で覆う方法について説明する。

絶縁部材６２は、例えば、ポリプロピレン製の熱収縮するチューブである。

絶縁部材６２を熱収縮させずに空気供給路８に被せる。このとき、二流体ノズル１に空気供給路８を取り付けるためのニップルも覆うように被せる。なお、絶縁部材６２は、空気供給路８の二流体ノズル１に近い部分にのみ被せれば、空気供給路８の全てを覆う必要はない。

このように、流体噴霧システムの構成の一部で、濡らしたくない部位については、絶縁部材で覆う。その他に、流体噴霧システムの噴霧対象となる空間にあり、濡らしたくない物については絶縁部材で覆う。例えば、流体噴霧システムにより加湿を行う部屋で、水に弱い機器類は、絶縁部材で覆う。また、この部屋の内部の壁、柱、又は、床などを絶縁部材で覆ってもよい。なお、二流体ノズル１から噴霧された純水粒子は、空気中を漂う間に電荷を放出し、帯電していない状態になる。したがって、二流体ノズル１から一定以上離れた箇所は、絶縁部材で覆う必要はない。

本実施形態によれば、防滴対象物を絶縁部材で覆うことで、二流体ノズル１から噴霧された帯電した噴霧粒子をクーロン力で反発させて、防滴対象物に付着するのを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims

第一の圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と、
純水と比抵抗が１［ＭΩ・ｃｍ］を超える水とから成る群から選択した一つの水を供給する水供給源と、
前記圧縮空気供給源から供給される前記第一の圧縮空気をレギュレータで圧力制御することで第二の圧縮空気を生成し、前記第二の圧縮空気を前記水供給源から供給される前記水に溶解させることで前記水の導電率を調整する導電率調整手段と、
前記導電率調整手段により調整された前記水と前記圧縮空気供給源から供給された前記第一の圧縮空気を混合させて、霧化した流体を噴霧することで加湿を行う加湿用二流体ノズルと、
を備え、
前記水供給源から供給される前記水を蓄える第一タンクを備え、
前記導電率調整手段は、前記第二の圧縮空気を前記第一タンクの下側から入れることで、前記第二の圧縮空気を前記第一タンクの中の前記水に溶解させ、
前記水供給源から供給される前記水を蓄える第二タンクを備え、
前記導電率調整手段は、前記第一の圧縮空気を前記第二タンクの下側から入れることで前記第一の圧縮空気を前記第二タンクの中の前記水に溶解させ、
前記第一タンクは、前記第二タンクを介して前記第一の圧縮空気が溶解された前記水を取得するように構築された流体噴霧システム。
前記第一タンクの内部に前記第二の圧縮空気の体積が増えた分だけ前記加湿用二流体ノズルが前記流体の噴霧を実施するように構築された請求項１に記載の流体噴霧システム。
前記第一タンクと前記第二タンクとに液面センサが設けられ、
前記第二タンクの中の液面位置に応じて、前記第二タンクへの前記水の補給と補給停止とが自動的に実施され、
前記第一タンクの中の液面位置に応じて、前記第二タンクから前記第一タンクへの前記水の移送が自動的に実施されるように構築された請求項２に記載の流体噴霧システム。
前記第二タンクの内部に前記第一の圧縮空気の体積が増えた分だけ前記第二タンクから前記第一タンクへ前記水を移すように構築された請求項２または３に記載の流体噴霧システム。
前記導電率調整手段は、前記圧縮空気供給源から取り入れた圧縮空気を前記水に溶解させる手段のみで構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体噴霧システム。