JP6994109B2 - 霧化装置および調湿装置 - Google Patents

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Description

本発明は、霧化装置および調湿装置に関する。
本願は、２０１８年５月１５日に日本に出願された特願２０１８－０９３７８７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、吸湿剤を用いるデシカント式除湿機には、吸湿剤の吸湿性能を回復させるため、吸湿剤を加熱して吸湿剤が吸着した水を蒸発させ分離する分離装置が備えられている。しかしながら、この種の分離装置では、水の液体から気体への状態変化を伴うため、水の潜熱量以上の熱エネルギーを与える必要があり、消費電力が高くなるという問題があった。
これに対し、液体に超音波を照射して液体を霧化する振動子を備えた超音波霧化装置が知られている。特許文献１には、複数の成分を含む混合液体を超音波振動させて霧状微粒子に霧化して霧状微粒子と空気との混合流体とする霧化装置と、この霧化装置で得られる混合流体から空気を分離して霧化成分を回収する回収装置と、超音波振動で霧化される液体の液面に供給する搬送気体を加温する外気熱交換器と、を備えた分離装置が開示されている。
特許文献１には、その分離装置が、エネルギー消費を少なくして、霧状微粒子を効率よく発生させて、混合液体を高効率に分離できることが記載されている。この理由として、特許文献１には、その分離装置が、混合液体を超音波振動で霧状微粒子に霧化、回収して含有成分量の異なる液体に分離すると共に、外気の熱エネルギーを有効に利用して、効率よく分離することが記載されている。
この種の霧化装置は、水の液体から気体への状態変化を伴わないため、熱エネルギーを少なくすることができ、消費電力が低くなると考えられる。
特開２００６－０５１４４２号公報
しかしながら、この種の霧化装置を液体の吸湿剤から水を分離する用途で用いた場合に、必ずしも霧化効率が高くなかった。
本発明の一態様はこのような事情に鑑みてなされたものであって、高い霧化効率で水を分離することができる霧化装置および調湿装置を提供することを目的とする。
なお、本明細書において、「霧化量」とは、超音波により霧化させる液体の霧化前後での減少量を意味する。
本明細書において、「霧化効率」とは、霧化量を振動子に投入された電力量で除した値を意味する。
霧化効率が低下する要因について、発明者らが鋭意検討した結果、以下の要因が考えられる。霧化装置の内部空間の気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が液体（吸湿剤）の飽和水蒸気圧よりも高い場合があることが分かった。この場合、吸湿剤の飽和水蒸気圧と当該水蒸気圧とを平衡状態に戻すため、気体中の水分が吸湿剤に移動すると考えられる。したがって、霧化効率が低下する要因は、吸湿剤に水分が移動する（すなわち、吸湿剤が吸湿する）ことであると考えられる。発明者らは、以下の態様を有する霧化装置により、高い霧化効率で水を分離することができる霧化装置が得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の一態様は、吸気口および排気口が設けられた筐体と、筐体に貯留された吸湿性物質を含む吸湿性液体の少なくとも一部に超音波を照射し、水分を含む霧状液滴を発生させる超音波発生部と、筐体の内部空間の少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が、吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように、相対湿度を調整する調整部と、を備えた霧化装置を提供する。
本発明の一態様においては、吸気口に接続され、内部空間に気体を供給する供給流路を備え、調整部は、供給流路の一部に接続され、気体を冷却することにより、気体に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する冷却凝縮部を有する構成としてもよい。
本発明の一態様においては、排気口と供給流路の一部とを接続する輸送流路を備え、輸送流路の接続部は、冷却凝縮部の流入側に配置されている構成としてもよい。
本発明の一態様においては、調整部は、内部空間の少なくとも気液界面の一部を加熱する加熱部を有する構成としてもよい。
本発明の一態様においては、加熱部は、超音波発生部の上方に配置されている構成としてもよい。
本発明の一態様においては、吸気口に接続され、内部空間に気体を供給する供給流路を備え、加熱部が、供給流路の一部に設けられている構成としてもよい。
本発明の一態様においては、吸気口に接続され、内部空間に気体を供給する供給流路を備え、調整部は、供給流路の一部に接続され、気体を冷却することにより、気体に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する冷却凝縮部を有し、加熱部が、冷却凝縮部と吸気口との間に設けられている構成としてもよい。
本発明の一態様においては、排気口と供給流路の一部とを接続する輸送流路を備え、輸送流路の接続部は、冷却凝縮部の流入側に配置されている構成としてもよい。
本発明の一態様は、吸湿性液体と空気とを接触させることにより、空気に含まれる水分の少なくとも一部を吸湿性液体に吸収させる吸湿部と、吸湿部から供給された吸湿性液体に含まれる水分の少なくとも一部を霧化し、除去することによって吸湿性液体を再生する霧化再生部と、吸湿部と霧化再生部とを接続する液体輸送流路と、を備え、霧化再生部は、上記の霧化装置を備えた調湿装置を提供する。
本発明の一態様においては、吸湿部は、吸湿性液体を貯留する吸湿槽を有し、吸湿槽の内部空間と吸気口とを接続する流路を有する構成としてもよい。
本発明の一態様によれば、高い霧化効率で水を分離することができる霧化装置および調湿装置が提供される。
図１は、第１実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。 図２は、第１実施形態の調湿装置１０の構成を示す概略図である。 図３は、第２実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。 図４は、第３実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。 図５は、加熱部３０Ａを示す概略図である。 図６は、加熱部３０Ｂを示す概略図である。 図７は、第４実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。 図８は、第５実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。 図９は、第６実施形態の調湿装置の構成を示す概略図である。
＜第１実施形態＞
［霧化装置］
以下、図１を参照しながら、第１実施形態における霧化装置について説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
各図に適宜示した３次元直交座標系（ＸＹＺ座標系）において、Ｚ軸方向は、上下方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向はＺ軸方向と直交する水平方向の一方向であり、互いに直交する方向とする。
図１は、第１実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。図１に示すように、霧化装置１は、霧化再生槽１２１と、ブロワ１２２と、超音波発生部１２３と、誘導管１２４と、冷却凝縮部１２５と、供給流路１６と、放出流路１８と、を備えている。
本明細書において、「再生」とは、吸湿性液体から水分を分離させて、吸湿性液体の水分を吸収する性能を回復させることを意味する。
本明細書において、霧化再生槽１２１は、特許請求の範囲における「筐体」に相当する。
本明細書において、冷却凝縮部１２５は、特許請求の範囲における「調整部」に相当する。
霧化再生槽１２１は、内部空間１２１ｃを有している。霧化再生槽１２１は、内部空間１２１ｃに吸湿性液体Ｗを貯留する。吸湿性液体Ｗについては、後述する。霧化再生槽１２１における吸湿性液体Ｗの液面の上方には、吸気口１６ａおよび排気口１８ａが設けられている。吸気口１６ａは、霧化再生槽１２１の側面に設けられている。排気口１８ａは、霧化再生槽１２１の上面に設けられている。
（供給流路）
供給流路１６の一端は、吸気口１６ａに接続されている。一方、供給流路１６の他端は、気体Ｇ１の供給源（図示なし）に接続されている。気体Ｇ１は、後述するブロワ１２２によって供給源から供給流路１６に供給される。
気体Ｇ１としては、特に限定されないが、例えば空気や不活性ガスなどが挙げられる。
（冷却凝縮部）
冷却凝縮部１２５は、供給流路１６の途中に接続されている。冷却凝縮部１２５は、気体Ｇ１を冷却することにより、気体Ｇ１に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する。
冷却凝縮部１２５は、冷却器を備えている。冷却器としては、例えばペルチェ素子が挙げられる。また、霧化装置１をエアコンの室外機に設置する場合、暖房時における熱交換器を冷却器として用いてもよい。これにより、霧化装置１の消費エネルギーを低く抑えられる。
（ブロワ）
ブロワ１２２は、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの気液界面に水分が除去された気体Ｇ１Ｄを供給する。気体Ｇ１Ｄは、吸気口１６ａから排気口１８ａに向かう気流を形成する。
（超音波発生部）
超音波発生部１２３は、水分を含む吸湿性液体Ｗの一部に超音波を照射し、吸湿性液体Ｗから水分を含む霧状液滴Ｗ３を発生させる。霧状液滴Ｗ３の粒径は、サブミクロンオーダーからナノオーダーの範囲であることが好ましい。
超音波発生部１２３は、霧化再生槽１２１の外側の底面（－Ｚ方向の面）に接している。なお、超音波発生部１２３の設置場所は、吸湿性液体Ｗから霧状液滴Ｗ３を発生させることができる限り特に限定されない。
超音波発生部１２３は、１つの振動子を備えている。なお、超音波発生部１２３が備える振動子の数は、２つ以上であってもよい。
超音波発生部１２３が吸湿性液体Ｗに超音波を照射する際、吸湿性液体Ｗの液面に吸湿性液体Ｗの液柱Ｃが生じることがある。上述の霧状液滴Ｗ３は、液柱Ｃから多く発生する。
超音波発生部１２３は、超音波の照射条件を制御することにより、霧状液滴Ｗ３の発生量や粒径を制御できる。具体的に、超音波の照射条件としては、超音波の周波数や、超音波発生部１２３の投入電力などが挙げられる。
超音波の周波数は、例えば１．０ＭＨｚ以上５．０ＭＨｚ以下の範囲であることが好ましい。超音波の周波数が上記範囲内であると、霧状液滴Ｗ３の発生量を多くすることができる。また、超音波の周波数が１．０ＭＨｚ以上であると、霧状液滴Ｗ３の粒径をサブミクロンオーダーからナノオーダーの範囲とすることができる。
超音波発生部１２３の投入電力は、例えば１つの振動子につき２Ｗ以上が好ましく、１０Ｗ以上がより好ましい。超音波発生部１２３の投入電力が２Ｗ以上であると、波圧により吸湿性液体Ｗの液柱Ｃが形成されるので、吸湿性液体Ｗを霧化しやすい。その結果、霧状液滴Ｗ３の発生量を多くすることができる。
調湿装置１０は、超音波発生部１２３の表面から吸湿性液体Ｗの液面までの深さを調整することによっても、霧状液滴Ｗ３の発生量を制御できる。
霧化再生槽１２１の底面から吸湿性液体Ｗの液面までの深さは、１ｃｍ以上６ｃｍ以下の範囲であることが好ましい。上記深さが１ｃｍ以上であると、空焚きのリスクが低く、霧状液滴Ｗ３の発生量が十分多くすることができる。また、上記深さが６ｃｍ以下であると吸湿性液体Ｗの液柱Ｃが発生しやすくなる。その結果、効率的に霧状液滴Ｗ３を発生させることができる。
（放出流路）
放出流路１８の一端は、排気口１８ａに接続されている。一方、放出流路１８の他端は、霧化再生槽１２１の外側に配置されている。
霧化装置１を上方（＋Ｚ方向）から見たとき、超音波発生部１２３と、排気口１８ａとが平面的に重なっている。このような超音波発生部１２３と排気口１８ａとの位置関係によれば、霧化装置１を上方から見たときに、排気口１８ａと平面的に重なる位置に液柱Ｃが生じる。
（誘導管）
誘導管１２４は、吸湿性液体Ｗから発生した霧状液滴Ｗ３を排気口１８ａに誘導する。誘導管１２４は、調湿装置１０を上方から見たとき、排気口１８ａを平面的に囲んでいる。
霧化装置１では、超音波発生部１２３と、誘導管１２４と、排気口１８ａとの位置関係によれば、液柱Ｃの周囲を、誘導管１２４が囲むことになる。これにより、吸湿性液体Ｗの液面から上方に向かう気流によって、液柱Ｃから発生する霧状液滴Ｗ３が排気口１８ａへと運ばれる。
（吸湿性液体）
本実施形態の吸湿性液体Ｗは、吸湿性を示す液体であり、２５℃、５０％相対湿度、大気下の条件で吸湿性を示す液体が好ましい。
本実施形態の吸湿性液体Ｗは、吸湿性物質を含む。また、本実施形態の吸湿性液体Ｗは、吸湿性物質と溶媒とを含んでもよい。このような溶媒としては、吸湿性物質を溶解させる、または吸湿性物質と混和する溶媒が挙げられ、例えば水である。
吸湿性物質は、有機材料であっても、無機材料であってもよい。
吸湿性物質として用いられる有機材料としては、例えば２価以上のアルコール、ケトン、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料などが挙げられる。
なかでも、親水性が高いことから、吸湿性物質として用いられる有機材料としては、２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料が好ましい。
２価以上のアルコールとしては、例えばグリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、またはトリエチレングリコールなどが挙げられる。
アミド基を有する有機溶媒としては、例えばホルムアミド、またはアセトアミドなどが挙げられる。
糖類としては、例えばスクロース、プルラン、グルコース、キシロール、フラクトース、マンニトール、ソルビトールなどが挙げられる。
保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料としては、例えば２－メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、ベタイン、ヒアルロン酸、コラーゲンなどが挙げられる。
吸湿性物質として用いられる無機材料としては、塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛,塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウムなどが挙げられる。
吸湿性物質の親水性が高いと、例えばこれらの材料を水と混合したときに、吸湿性液体Ｗの表面（液面）近傍における水分子の割合が多くなる。霧化装置１は、吸湿性液体Ｗの表面近傍から霧状液滴Ｗ３を発生させて、吸湿性液体Ｗ２から水分を分離する。そのため、吸湿性液体Ｗの表面近傍における水分子の割合が多いと、効率的に水分を分離できる。
また、吸湿性液体Ｗの表面近傍における吸湿性物質の割合が相対的に少なくなる。そのため、霧化装置１は、吸湿性物質の漏出を抑えられる。
吸湿性液体Ｗの総質量に対する吸湿性物質の含有濃度は、特に限定されないが、４０質量％以上が好ましい。
本実施形態の吸湿性液体Ｗは、２０℃における粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、５０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。これにより、吸湿性液体Ｗの液面に吸湿性液体Ｗの液柱Ｃが発生しやすくなる。そのため、吸湿性液体Ｗから効率的に水分を分離できる。また、本実施形態の吸湿性液体Ｗは、２０℃における粘度が、例えば１ｍＰａ・ｓ以上であってもよい。
発明者らが鋭意検討した結果、室温下では、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面（すなわち、気体と吸湿性液体との界面）の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも高い場合があることが分かった。この場合、吸湿性液体Ｗの飽和水蒸気圧と当該水蒸気圧とを平衡状態に戻すため、気体中の水分が吸湿性液体Ｗに移動する（つまり、吸湿性液体Ｗが吸湿する）と考えられる。
本明細書において、吸湿性液体Ｗの吸湿量がゼロと見積もられるとき、吸湿性液体Ｗの霧化量を「理論霧化量」と定義する。吸湿性液体Ｗの霧化量は、吸湿性液体Ｗの理論霧化量と、吸湿性液体Ｗの吸湿量との差分として得られる。したがって、超音波発生部１２３の振動子に投入された電力量に対して吸湿性液体Ｗの霧化量を増やすためには、吸湿性液体Ｗの吸湿量を低く抑えることが考えられる。
発明者らの検討により、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧を吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くすることにより、吸湿性液体Ｗの吸湿量を低く抑えられることが分かった。これを達成するためには、気液界面に供給される気体の水分量を低くすることが考えられる。
上述したように、冷却凝縮部１２５は、気体Ｇ１を冷却することにより、気体Ｇ１に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する。これにより、冷却凝縮部１２５は、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように相対湿度を調整する。相対湿度をこのように調整することで、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
（動作原理）
以下、霧化装置１の動作原理について説明する。
霧化装置１では、超音波発生部１２３を駆動させて、吸湿性液体Ｗの一部に超音波を照射し、吸湿性液体Ｗから霧状液滴Ｗ３を発生させる。これとは別に、気体Ｇ１の外部供給装置を駆動させ、供給流路１６に気体Ｇ１を供給する。
次に、冷却凝縮部１２５を用いて、気体Ｇ１を冷却することにより、気体Ｇ１に含まれる水分の少なくとも一部を凝集させ、除去する。ブロワ１２２を駆動させ、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの気液界面に水分が除去された気体Ｇ１Ｄを供給する。気体Ｇ１Ｄが供給された気液界面では、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなる。これにより、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃには、吸気口１６ａから排気口１８ａに向かう気流が形成されている。この気流により、霧状液滴Ｗ３を含む気体Ｇ２が霧化再生槽１２１の排気口１８ａから霧化再生槽１２１の外部の空気Ａ２に放出される。
霧化装置１によれば、高い霧化効率で水を分離することができる。
［調湿装置］
以下、図２を参照しながら、上述の霧化装置１を備えた調湿装置について説明する。図２は、第１実施形態の調湿装置１０の構成を示す概略図である。図２に示すように、本実施形態の調湿装置１０は、筐体１０１と、吸湿部１１と、霧化再生部１２と、第１液体輸送流路１３と、第２液体輸送流路１４と、を備えている。霧化再生部１２は、上述の霧化装置１を備えている。
本実施形態の筐体１０１は、内部空間１０１ａを有する。本実施形態の筐体１０１は、内部空間１０１ａに少なくとも吸湿部１１と、霧化再生部１２と、を収容する。
吸湿部１１および霧化再生部１２は、吸湿性液体Ｗを貯留する。
以下の説明では、吸湿部１１における処理に用いられる液体を「吸湿性液体Ｗ１」と称する。また、霧化再生部１２で処理される液体を「吸湿性液体Ｗ２」と称する。なお、吸湿性液体Ｗ１および吸湿性液体Ｗ２を合わせた構成を、「吸湿性液体Ｗ」と称する。
また、以下の説明では、吸湿部１１で処理される空気を「空気Ａ１」と称する。吸湿部１１から放出される空気を「空気Ａ３」と称する。霧化再生部１２から放出される気体Ｇ２と混合される空気を「空気Ａ２」と称する。
第１液体輸送流路１３および第２液体輸送流路１４は、吸湿性液体Ｗを輸送する。第１液体輸送流路１３は、吸湿部１１から霧化再生部１２に吸湿性液体Ｗを輸送する。第２液体輸送流路１４は、霧化再生部１２から吸湿部１１に吸湿性液体Ｗを輸送する。第２液体輸送流路１４の途中には、吸湿性液体Ｗを循環させるポンプ１４１が接続されている。
空気供給流路１５は、吸湿部１１の内部空間と筐体１０１の外部とを連通する。空気供給流路１５は、筐体１０１の外部から吸湿部１１の内部空間に空気Ａ１を供給する。
空気放出流路１７は、吸湿部１１の内部空間と筐体１０１の外部とを連通する。空気放出流路１７は、吸湿部１１の内部空間から筐体１０１の外部に空気Ａ３を放出する。
（吸湿部）
吸湿部１１は、筐体１０１の外部の空気Ａ１を吸湿部１１の内部空間に送り、空気Ａ１と内部空間の吸湿性液体Ｗ１とを接触させ、空気Ａ１に含まれる水分を吸湿性液体Ｗ１に吸収させる。吸湿部１１は、吸湿槽１１１と、ブロワ１１２と、ノズル部１１３と、空気供給流路１５と、空気放出流路１７と、を備えている。
吸湿槽１１１は、吸湿性液体Ｗ１を貯留する。吸湿槽１１１の上部には、ブロワ１１２と、空気放出流路１７と、が接続されている。吸湿槽１１１の吸湿性液体Ｗ１の液面より上方には、第２液体輸送流路１４が接続されている。吸湿槽１１１の吸湿性液体Ｗ１の液面より下方には、第１液体輸送流路１３が接続されている。
空気供給流路１５の一端は、ブロワ１１２に接続されている。一方、空気供給流路１５の他端は、筐体１０１の外部に配置されている。
ブロワ１１２は、空気供給流路１５を介して空気Ａ１を吸湿槽１１１の内部空間に供給する。ブロワ１１２により送られた空気Ａ１は、ブロワ１１２から空気放出流路１７の排気口１７ａに向かう気流を形成する。
ノズル部１１３は、吸湿槽１１１の内部空間で吸湿性液体Ｗ１を略円柱状に重力方向に落下させる。このとき、吸湿槽１１１の内部空間では、ブロワ１１２により、空気Ａ１の気流が発生しているので、空気Ａ１と、吸湿性液体Ｗ１とを接触させることができる。このようにして、空気Ａ１に含まれる水分は、吸湿性液体Ｗ１に吸収される。上述したように、吸湿性液体Ｗにおける吸湿性物質の含有濃度は、４０質量％以上であることが好ましい。これにより、吸湿部１１は、吸湿性液体Ｗ１に効率的に水分を吸収させることができる。
本実施形態の空気Ａ１と吸湿性液体Ｗ１との接触方式は、一般に、流下方式と呼ばれる。ノズル部１１３は、吸湿槽１１１に貯留されている吸湿性液体Ｗ１の液面より上方に配置されている。ノズル部１１３は、第２液体輸送流路１４の一端と接続している。
上述したように、２０℃における吸湿性液体Ｗの粘度が１００ｍＰａ・ｓ近傍の高い値であっても、吸湿部１１は、空気Ａ１に吸湿性液体Ｗを効率的に接触させることができる。
吸湿部１１によって得られる空気Ａ３は、空気Ａ１から水分を除去して得られるため、空気Ａ１よりも乾燥している。
一方、霧化再生部１２によって得られる気体Ｇ２は、発生した霧状液滴Ｗ３を含むため、筐体１０１の外部の空気Ａ２よりも湿っている。
（動作原理）
以下、調湿装置１０の動作原理について説明する。なお、霧化再生部１２の動作原理については、上述のとおりである。
吸湿部１１では、ブロワ１１２を駆動させ、筐体１０１の外部の空気Ａ１を吸湿槽１１１の内部空間に供給する。このとき、吸湿槽１１１の内部空間には、空気Ａ１の気流が形成されている。一方、霧化再生部１２で再生された吸湿性液体Ｗ１は、ポンプ１４１によって、霧化再生槽１２１から吸湿槽１１１へ送られ、吸湿槽１１１の内部空間でノズル部１１３から重力落下している。これにより、吸湿性液体Ｗ１を、空気Ａ１に接触させ、空気Ａ１に含まれる水分を吸湿性液体Ｗ１に吸収させる。空気Ａ１から水分を除去して得られた空気Ａ３は、吸湿槽１１１の排気口１７ａから筐体１０１の外部に放出される。
調湿装置１０をエアコンに適用する場合、空気Ａ１は一方の空間（例えば、室内）に存在し、空気Ａ２は他方の空間（例えば、室外）に存在する。また、調湿装置１０を除湿機として使用する場合、空気Ａ１と空気Ａ２は同一の空間に存在するが、気体Ｇ２に含まれる霧状液滴Ｗ３は、放出流路１８に設けてもよい回収部によって回収するとよい。
調湿装置１０は、上述の霧化装置１を備えている。そのため、調湿装置１０は、吸湿性液体を低エネルギーで再生することが可能である。
＜第２実施形態＞
［霧化装置］
以下、図３を参照しながら、第２実施形態の霧化装置について説明する。図３は、第２実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。図３に示すように、霧化装置２は、第１実施形態の霧化装置１と一部共通している。異なるのは、霧化装置２が輸送流路２６を備えていることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
輸送流路２６は、供給流路１６と、放出流路１８と、を接続する。供給流路１６と輸送流路２６との接続部１６Ａは、冷却凝縮部１２５の流入側（＋Ｚ側）に設けられている。
霧状液滴Ｗ３を含む気体Ｇ２は、放出流路１８、輸送流路２６、供給流路１６の順に輸送される。輸送された気体Ｇ２は冷却凝縮部１２５に流入し、冷却凝縮部１２５で水分が除去され、気体Ｇ１Ｄとなる。気体Ｇ１Ｄは、再びブロワ１２２によって霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの気液界面に供給される。
霧化装置２によれば、高い霧化効率で水を分離することができる。
＜第３実施形態＞
［霧化装置］
以下、図４を参照しながら、第３実施形態の霧化装置について説明する。図４は、第３実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。図４に示すように、霧化装置３は、第１実施形態の霧化装置１と一部共通している。異なるのは、霧化装置３が冷却凝縮部１２５を備えておらず、加熱部３０を備えていることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
本明細書において、加熱部３０は、特許請求の範囲における「調整部」に相当する。
発明者らの検討により、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧を吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くするためには、気液界面の温度を上昇させることが考えられる。
加熱部３０は、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部を加熱する。図４では、加熱部３０はコイルヒーターを備えている。
加熱部３０は、超音波発生部１２３の上方（＋Ｚ方向）に配置されている。つまり、霧化装置３を上方から見たとき、超音波発生部１２３と、加熱部３０とが平面的に重なっている。
超音波発生部１２３と、加熱部３０とがこのような位置関係にあることにより、加熱部３０は、霧状液滴が多く発生する液柱Ｃの周辺を効率的に加熱することができる。これにより、加熱部３０は、液柱Ｃの気液界面において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように相対湿度を調整する。そして、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
なお、加熱部３０の設置場所は上述の場所に限定されない。加熱部３０が霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部を加熱できれば、加熱部３０の設置場所は特に限定されない。
また、加熱部３０はコイルヒーター以外のヒーターを備えていてもよい。例えば加熱部３０は赤外線ヒーターを備えていてもよい。
図５は、加熱部３０Ａを示す概略図である。図５に示す加熱部３０Ａは、シーズヒーターを備えている。加熱部３０Ａの少なくとも一部は、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃにおいて、霧化再生槽１２１に貯留された吸湿性液体Ｗ２の液面の下方に配置されている。
加熱部３０Ａのシーズヒーターの端部３０Ａａは、超音波発生部１２３の上方（＋Ｚ方向）に配置され、霧化再生槽１２１の底部から上方（＋Ｚ方向）に延びている。つまり、霧化装置３Ａを上方から見たとき、超音波発生部１２３と、シーズヒーターの端部３０Ａａとが平面的に重なっている。
超音波発生部１２３と、シーズヒーターの端部３０Ａａとがこのような位置関係にあることにより、加熱部３０Ａは、霧状液滴が多く発生する液柱Ｃを直接加熱することができる。これにより、加熱部３０Ａは、液柱Ｃの気液界面において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように相対湿度を調整する。そして、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
図６は、加熱部３０Ｂを示す概略図である。図６に示す加熱部３０Ｂは、加熱可能なノズルを備えている。加熱部３０Ｂの少なくとも一部は、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃにおいて、霧化再生槽１２１に貯留された吸湿性液体Ｗ２の液面の下方に配置されている。
加熱部３０Ｂのノズルの開口部３０Ｂａは、超音波発生部１２３の上方（＋Ｚ方向）に配置されている。つまり、霧化装置３Ｂを上方から見たとき、超音波発生部１２３と、ノズルの開口部３０Ｂａとが平面的に重なっている。これにより、ノズルの開口部３０Ｂａを通って液柱Ｃが形成される。
超音波発生部１２３と、ノズルの開口部３０Ｂａとがこのような位置関係にあることにより、加熱部３０Ｂは、霧状液滴が多く発生する液柱Ｃを直接加熱することができる。これにより、加熱部３０Ｂは、液柱Ｃの気液界面において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように相対湿度を調整する。そして、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
霧化装置３によれば、高い霧化効率で水を分離することができる。
＜第４実施形態＞
［霧化装置］
以下、図７を参照しながら、第４実施形態の霧化装置について説明する。図７は、第４実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。図７に示すように、霧化装置４は、第３実施形態の霧化装置３と一部共通している。異なるのは、供給流路１６の一部に加熱部３２が設けられていることである。したがって、本実施形態において第３実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
加熱部３２は、供給流路１６の一部に設けられている。加熱部３２は、供給流路１６を流通する気体Ｇ１を加熱する。加熱された気体Ｇ１Ｈは、ブロワ１２２によって、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの気液界面に供給される。これにより、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部が加熱される。
加熱部３２は、加熱器を備えている。加熱器としては、例えばヒーターが挙げられる。また、加熱器は、超音波発生部１２３の振動子の発熱を利用した熱交換器であってもよい。さらに、霧化装置４を上述の調湿装置に用いる場合、加熱器は、吸湿性液体の吸湿熱を利用した熱交換器であってもよい。さらに、霧化装置４をエアコンの室外機に設置する場合、冷房時における熱交換器を加熱器として用いてもよい。これらの熱交換器を加熱器として用いることにより、霧化装置４の消費エネルギーを低く抑えられる。
第４実施形態の霧化装置４によれば、高い霧化効率で水を分離することができる。
＜第５実施形態＞
［霧化装置］
以下、図８を参照しながら、第５実施形態の霧化装置について説明する。図８は、第５実施形態の霧化装置の構成を示す概略図である。図８に示すように、霧化装置５は、第１実施形態の霧化装置１（図１参照）と、第４実施形態の霧化装置４とを組み合わせたものである。したがって、本実施形態において第１実施形態および第４実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
加熱部３２は、冷却凝縮部１２５と吸気口１６ａとの間に設けられている。加熱部３２と、冷却凝縮部１２５と、吸気口１６ａとがこのような位置関係にあることにより、冷却凝縮部１２５によって気体Ｇ１から水分を除去して得られる気体を、加熱部３２によって加熱することができる。これにより、気液界面に供給される気体Ｇ１ＤＨの水分量を低くしつつ、気液界面の温度を上昇させることができる。
このような霧化装置５は、第１実施形態の霧化装置１や第４実施形態の霧化装置４と比べて、霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧を吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりもより低くすることができる。これにより、吸湿性液体Ｗの吸湿量がより低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量をより向上させることができる。
なお、霧化装置５は、第２実施形態の輸送流路２６（図３参照）を備えていてもよい。
第５実施形態の霧化装置５によれば、高い霧化効率で水を分離することができる。
＜第６実施形態＞
［調湿装置］
以下、図９を参照しながら、第６実施形態の調湿装置について説明する。図９は、第６実施形態の調湿装置の構成を示す概略図である。図９に示すように、調湿装置１１０は、第１実施形態の調湿装置１０と一部共通している。異なるのは、調湿装置１１０が供給流路１６の代わりに流路１９を備えていることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
流路１９は、吸湿槽１１１の内部空間と、霧化再生槽１２１の吸気口１６ａとを接続する。これにより、水分が除去された空気Ａ３を霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃの気液界面に供給することができる。
空気Ａ３が供給された気液界面では、相対湿度によって定まる水蒸気圧が吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなる。これにより、吸湿性液体Ｗの吸湿量が低く抑えられ、結果として吸湿性液体Ｗの霧化量を向上させることができる。
調湿装置１１０は、上述の霧化装置１を備えている。そのため、調湿装置１１０は、吸湿性液体を低エネルギーで再生することが可能である。
特に、調湿装置１１０は、吸湿部１１によって得られた空気Ａ３を用いて、気液界面の相対湿度によって定まる水蒸気圧を吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くする。そのため、第１実施形態の調湿装置１０と比べて、装置を構成する部品の数が少なくなる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
上述の実施形態の霧化装置は、ブロワ１２２を備える代わりに、放出流路１８に設けられた吸引手段を備えていてもよい。この吸引手段により霧化再生槽１２１の内部空間１２１ｃを負圧とし、吸気口１６ａを介して内部空間１２１ｃに気体Ｇ１を導入して、気体Ｇ１の気流を形成することができる。
上述の実施形態の霧化装置は、誘導管を備えていなくてもよい。その場合、排気口１８ａは、霧化再生槽１２１の側面に設けられているとよい。
上述の実施形態の調湿装置において、霧化再生部１２は、上述の霧化装置２～５をそれぞれ備えることができる。このような調湿装置も、吸湿性液体を低エネルギーで再生することが可能である。
特に、霧化装置２を備えた調湿装置を除湿機として使用する場合、冷却凝縮部１２５が、気体Ｇ２中の霧状液滴Ｗ３を回収する回収部として機能する。そのため、霧化装置２には、放出流路１８に回収部を別途設ける必要がない。そのため、調湿装置を構成する部品の数が少なくなる。
上述の実施形態の調湿装置では、空気の接触方式は流下方式に限定されない。
空気の接触方式は、空気Ａ１の気流中で吸湿性液体Ｗ１を静置する方式、いわゆる静置方式であってもよい。
空気の接触方式は、空気Ａ１の気流中で霧状の吸湿性液体Ｗ１を吹き付ける方式、いわゆるスプレー方式であってもよい。
空気の接触方式は、空気Ａ１の気泡を吸湿性液体Ｗ１中で接触させる方式、いわゆるバブリング方式であってもよい。
空気の接触方式は、空気Ａ１の気流中で吸湿性液体Ｗをカラムやハニカム構造体に流下させ浸み込ませる方式であってもよい。

Claims (10)

  1. 吸気口および排気口が設けられた筐体と、
    前記筐体に貯留された吸湿性物質を含む吸湿性液体の少なくとも一部に超音波を照射し、水分を含む霧状液滴を発生させる超音波発生部と、
    前記筐体の内部空間の少なくとも気液界面の一部において、相対湿度によって定まる水蒸気圧が、前記吸湿性液体の飽和水蒸気圧よりも低くなるように、前記相対湿度を調整する調整部と、を備えた霧化装置。
  2. 前記吸気口に接続され、前記内部空間に気体を供給する供給流路を備え、
    前記調整部は、前記供給流路の一部に接続され、前記気体を冷却することにより、前記気体に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する冷却凝縮部を有する請求項１に記載の霧化装置。
  3. 前記排気口と前記供給流路の一部とを接続する輸送流路を備え、
    前記輸送流路の接続部は、前記冷却凝縮部の流入側に配置されている請求項２に記載の霧化装置。
  4. 前記調整部は、前記内部空間の少なくとも気液界面の一部を加熱する加熱部を有する請求項１に記載の霧化装置。
  5. 前記加熱部は、前記超音波発生部の上方に配置されている請求項４に記載の霧化装置。
  6. 前記吸気口に接続され、前記内部空間に気体を供給する供給流路を備え、
    前記加熱部が、前記供給流路の一部に設けられている請求項４に記載の霧化装置。
  7. 前記吸気口に接続され、前記内部空間に気体を供給する供給流路を備え、
    前記調整部は、前記供給流路の一部に接続され、前記気体を冷却することにより、前記気体に含まれる水分の少なくとも一部を凝縮させ、除去する冷却凝縮部を有し、
    前記加熱部が、前記冷却凝縮部と前記吸気口との間に設けられている請求項４に記載の霧化装置。
  8. 前記排気口と前記供給流路の一部とを接続する輸送流路を備え、
    前記輸送流路の接続部は、前記冷却凝縮部の流入側に配置されている請求項７に記載の霧化装置。
  9. 前記吸湿性液体と空気とを接触させることにより、前記空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記吸湿性液体に吸収させる吸湿部と、
    前記吸湿部から供給された前記吸湿性液体に含まれる水分の少なくとも一部を霧化し、除去することによって前記吸湿性液体を再生する霧化再生部と、
    前記吸湿部と前記霧化再生部とを接続する液体輸送流路と、を備え、
    前記霧化再生部は、請求項１～８のいずれか１項に記載の霧化装置
    を備えた調湿装置。
  10. 前記吸湿部は、前記吸湿性液体を貯留する吸湿槽を有し、
    前記吸湿槽の内部空間と前記吸気口とを接続する流路を有する請求項９に記載の調湿装置。
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