JPH04340041A - 気化式精密加湿装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，空気の状態によって自
己調節される加湿量以外に加湿速度と加湿量を精密制御
できるようにした気化式加湿装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被処理空気を加湿する方式としては，超
音波や特殊ノズルを使用して微細な水滴を被処理空気流
中に噴霧する方式も存在するが，ミストの捕集や制御性
に問題があり，最も一般的には，親水性で保水性を有す
る樹脂や不織布を加湿メディアとして使用し，この加湿
メディアの毛細管現象を利用してメディアに水を湿潤さ
せるか，或いは該メディアに散水して湿潤させ，この湿
潤したメディアに被処理空気を通過させる気液接触型の
加湿方式が外調機そのほかに普通に採用されている。

【０００３】この気液接触型の気化式加湿法によれば，
湿潤メディアを通過する空気の風速，温度および湿度で
水の蒸発量が実質的に決まる。したがって，メディアの
湿潤状態をほぼ一定に維持しておけば，通過する空気の
風速，温度および湿度で加湿量が自己調節される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】湿潤メディアで気液接
触させる気化式加湿方式は前記のように加湿量が自己調
節される点で有利な面があるが，自己調節される加湿量
以外の加湿量を負荷側が要求したり，また任意の加速度
で加湿することが必要な場合には，これに対応できない
という問題がある。すなわちこの方式では，加湿量を制
御したいときは空気の流量を調節する方法しかない。し
かし，空気の流量を調節すると湿度の他に気流速度や温
度も変化し，他への影響がでる。このため，精密な加湿
制御を必要とする系では蒸気加熱を行なう以外には方策
はなかった。

【０００５】また，従来の気化式加熱システムでは断熱
変化で加湿が行われるので空調空気の温度が降下すると
いう不具合もあり，さらに，長時間の運転では樹脂や不
織布の加湿メディア中の防菌剤が溶出して防菌効果が薄
れ，微生物の繁殖地にもなるという問題があった。

【０００６】本発明はこのような問題の解決を目的とし
たものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，導電性
の多孔質セラミックスからなる空気透過性材料を空気通
路に配置し，この空気透過性材料に水を含浸または湿潤
させる水供給手段と該空気透過性材料に電圧を印加する
通電手段を設けたうえ，該印加電圧の調節装置を装備す
ることに特徴があり，これによって前記の問題の解決を
図ったものである。本発明装置で使用するセラミックス
としては，通電性の多孔質セラミックスであれば使用可
能であるが，炭化珪素を素材とするものが好適である。 この通電性セラミックスに印加する印加電圧の調節装置
は，相対湿度計または絶対湿度計の信号により調節操作
させることができる。

【０００８】

【実施例】以下に図面の実施例を参照しながら本発明装
置の構成と作用を具体的に説明する。

【０００９】図１と図２は本発明に従う気化式精密加湿
装置の要部を示したもので，炭化珪素を素材として作製
された導電性の多孔質セラミックスの空気透過性材料１
（以下，導電性多孔質セラミックス層１と呼ぶ）を，被
処理空気が一方向性に流れる空気通路２内に，その空気
の全量が通過するように配置したうえ，この導電性多孔
質セラミックス層１の上方に散水ノズル３を，またセラ
ミックス層１の下方にドレンパン４を配置してある。図
示の例では，方形の板体形状を有した導電性多孔質セラ
ミックス層１を装置ケーシング５の中に枠材６を用いて
装着させ，複数の散水ノズル３をもつ散水ヘッダー７を
この層１の上部に設置してある。散水ヘッダー７には電
磁弁８を介して水が供給される。散水ノズル３から導電
性多孔質セラミックス層１に散水されることにより，層
１の全体が湿潤し，余剰の水は落下してドレンパン４で
捕集され，ドレン抜き９から排出される。

【００１０】また，導電性多孔質セラミックス層１の両
側には電極１０ａ，１０ｂが層１のマトリックスと導通
関係をもって固設され，この電極１０ａと１０ｂの間に
電圧を印加することによってセラミックス自体にジュー
ル熱が発生し，その全体が加熱される。湿潤する水も電
流が流れる通路の一部となるが，セラミックスの孔内に
存在する水は蒸発によって一部が気化すると共に流動す
るので水によって短絡する距離は極めて短くなり，全体
としてはセラミックスのマトリックスを通じて流れる電
流量は比較的多くなり，その通電抵抗によって発熱する
。電極の端子１１ａ，１１ｂには電圧調節器１２を通じ
て通電される。この電圧調節器１２で印加電圧を制御す
ることによって発熱量が調節できる。

【００１１】一方，　本発明装置の出口側空気または空
調対象室内の空気の相対湿度を，　伝送器付きの相対湿
度計または絶対湿度計１３（以後単に湿度計１３と呼ぶ
ことがある）で計測し，この計測値をアイソレータ１４
に伝送し，ここで供給水制御用と印加電圧制御用に分け
，　前者は二位置制御器１５に，後者は比例制御器１６
に送信する。二位置制御器１５は補給水配管１７に介装
された電磁弁８の開閉を制御し，比例制御器１６は電圧
調節器１２の出力電圧を制御する。この制御動作は次の
とおりである。

【００１２】湿度計１３では必要な相対湿度または絶対
湿度を設定する。この設定値より低い湿度が検出される
と，起動時では二位置制御器１５によって電動弁８を開
き，導電性多孔質セラミックス層１に散水を開始する。 この散水によって，層１を通過する風速と空気の温度お
よび湿度によって加湿量は自己調節される。湿度計１３
の設定値がこの自己調節される湿度の範囲を外れている
場合，外れてはいなくても設定値に至る速度が遅い場合
，更には高度な制御精度を必要とする系において，湿度
計１３の指示値に応答して比例制御器１６が電圧調節器
１２を制御して比例電圧を印加する。これによって加熱
温度，ひいては蒸発量と蒸発速度が制御され，直ちに必
要とする湿度になり，設定値の幅が小さくても正確な制
御が行なえる。

【００１３】図３は本発明の加湿装置を空調機（外調機
）に組み入れた例を示したものであり，ケーシング内の
送風機２０の駆動によって，　外気取入用接続口２１と
還気取入用接続口２２から器内に取入れる空気を給気接
続口２３に向けて送気するようにした器内の空気通路に
，オートフイルタ２６，　本発明に従う導電性多孔質セ
ラミックス層１，　加熱コイル　（または電気ヒータ）
２４，　冷却コイル２５を順に配置したものである。図
３中の参照数字のうち図１と同じものは，　図１で説明
したものと同じ内容のものである。なお，冷却コイル２
５にもドレンパン２７とドレン抜き２９が設けてある。

【００１４】図４は本発明の加湿装置を天井埋設型加湿
ユニットに組み込んだ例を示している。ケーシング内に
接続口２２から取入れられた空気は本発明に従う導電性
多孔質セラミックス層１を経たあとガイドベーン３０に
沿って方向を変換したうえフイルタ３１を経て室内に吹
き出される。図５は再熱加湿ユニットに組み込んだ例を
示しており，再熱コイル　（または電気ヒータ）　３２
を導電性多孔質セラミックス層１の下流側に設置した以
外は図４のものと同様である。図４〜５でも図１と同様
の参照数字で示したものは図１で説明したものに対応し
ている。

【００１５】図６は，本発明に従う平板状の導電性多孔
質セラミックス層１を，被処理空気が一方向性に流れる
空気通路２内に，その平板面が空気の流れ方向に沿う方
向となるように配置したうえ，この導電性多孔質セラミ
ックス層１に水を供給するパイプ３４を取り付け，　ま
たこのセラミックス層１の下方にドレンパン３５を配置
したものである。図示の例では，平板状の該セラミツク
ス層１の二枚を互いに間隔をあけて空気通路２内に縦置
きした例を示しており，したがって通路内を横方向に流
れる空気は，セラミツクス層１内を透過するという前例
とは異なり，セラミツクス層１と直接的に接するのは平
板面の近くの壁面流だけとなる。

【００１６】本例でも，前例と同様にしてこのセラミツ
クス層１に通電し，その通電量の制御を行ない，通電に
よる水の蒸発によって加湿量を自在に調節する。すなわ
ち，図１で説明したのと同じ関係をもってセラミツクス
層１の両端縁（前後の端縁）には電極がセラミツクス層
１のマトリックスと導通関係をもって固設され，これら
電極に電圧調節器を通じて通電される。また湿度計，　
アイソレータ，　二位置制御器，　比例制御器等によっ
て電圧調節器１２の電圧と給水管路の電磁弁の開閉を図
１と同様にして制御する。なお，図６の例では空気がセ
ラミツクス層１に接触する機会を増やすために，偏向板
３６を空気通路内に適宜配置することが好ましい。

【００１７】図６の例ではセラミツクス層１が通気抵抗
となることが実質的に防止されるので送風動力低減効果
を奏する。また，本例では導電性多孔質セラミツクス層
１は必ずしも空気透過性を有する必要はなく，水を含浸
する空隙を有し且つ導電性を有するものであればよい。

【００１８】以下に試験例を挙げる。

【００１９】試験１（導電性多孔質セラミック層に電圧
を印加した時の静特性；加湿量） 交流電源からサイリスタを使用して，所要の電圧を導電
性多孔質セラミック層に印加することで加湿量を制御す
る。加湿量と消費電力の関係を調査し，導電性多孔質セ
ラミック層当りの加湿能力を解析した。使用した導電性
多孔質セラミックは炭化珪素を素材とするものであり，
空隙率＝４３．７％，　その寸法は縦７２ｍｍ，　横９
２ｍｍ，　厚さ１３ｍｍの平板状のものである。特記し
ない限り以下の試験でも同じものを使用した。

【００２０】図７は，図１のような配置で，面風速２．
０ｍ／ｓの送風条件で空隙率４３．７％の導電性多孔質
セラミック層１に印加した消費電力と加湿量の関係を示
す。消費電力が０Ｗの加湿量は導電性多孔質セラミック
層から水が自然蒸発して得られた加湿量であり，従来の
気化式加湿器と同程度の加湿能力を示す。給水量は１１
〜１５ｇ／ｍｉｎであり，図中□印は水量差計算，＋印
は絶湿差計算を示す。図７から明らかなように消費電力
の増加につれて，導電性多孔質セラミック層が加熱され
，これに比例して加湿量が増大する特性を有する。

【００２１】試験２（導電性多孔質セラミック層の電圧
を印加した時の動特性：加湿応答性能）本発明の加湿装
置の制御精度は，導電性多孔質セラミック層に電圧を印
加した時の加湿応答性を調べることで評価できる。図８
は，試験１と同一寸法，同一空隙率を有する導電性多孔
質セラミック層に所要の電圧を印加した時の加湿量の時
間変化を示した。電力の発停と給水の発停は同時に行な
った。図８の結果から，加湿量の変更指令に対して無駄
時間は殆んどなく電圧の印加と同時に瞬時的に立上がり
，また電圧の停止と同時に瞬時的に立下がっていること
がわかる。このように本発明の加湿装置の加湿応答性能
は理想的な矩形を示す。従って加湿装置としての制御性
は良くかつ精度の高い加湿ができる。

【００２２】試験３（導電性多孔質セラミック層の空隙
率と加湿性能の関係） 加湿性能に及ぼす導電性多孔質セラミック層の空隙率の
関係を解析した。図９は空隙率＝４３．７％，　図１０
は空隙率＝４４．９％の導電性多孔質セラミック層を用
いた場合の印加した消費電力と加湿量との関係を示した
。両者とも面風速が２．０ｍ／ｓで同一の厚さ１３ｍｍ
を持つ導電性多孔質セラミック層を用いた。給水量は図
９では１０〜１５ｇ／ｍｉｎ，図１１では１１〜２０ｇ
／ｍｉｎである。□印と＋印は，図７の場合と同じもの
を示す。図９と図１０の比較から，消費電力が０Ｗの加
湿量はどちらも有意な差はないが空隙率が高い方が消費
電力当りの加湿量は少なく加湿効率が低いことがわかる
。

【００２３】試験４（導電性多孔質セラミック層の空隙
率と圧力損失） 導電性多孔質セラミック層の空隙率と空気通過の圧力損
失の関係を解析した。図１１は空隙率＝４３．７％，　
図１２は空隙率＝４４．９％の導電性多孔質セラミック
層を図１のようにして用いた場合について，風速（出口
風速）を変えて圧力損失を見たものである。図１１では
含水状態　（■印）　と乾燥状態　（□印）　について
，図１２は乾燥状態だけについて示した。いずれも導電
性多孔質セラミック層は同一の厚さ１３ｍｍを有するも
のである。図１１と図１２から空隙率が高いほうが圧力
損失が小さく，設計の面風速を２ｍ／ｓとすると空隙率
４３．７％で３０ｍｍＡｑ，　空隙率４４．９％で２０
ｍｍＡｑであり，導電性多孔質セラミック層の圧力損失
は面風速の２乗に比例していることがわかる。

【００２４】試験５（導電性多孔質セラミック層の設置
法と圧力損失） 試験４の結果に見られるように，図１のように導電性多
孔質セラミック層の全面に空気を通過させる場合は圧力
損失が大きいので，送風機の所要動力が大きくなる。こ
の点を改善するために，導電性多孔質セラミック層を，
図６で説明したように，空気がセラミック層を通過しな
いでバイパスするような空間を与えて設置し，風速を変
えて圧力損失を測定した。使用したセラミック層は空隙
率＝４４．９％，　厚さは１３ｍｍである。図１３にそ
の結果を示す。図１３においてバイパス率とは通気方向
と垂直な断面における導電性多孔質セラミック層が存在
しない面積率である。

【００２５】試験６（導電性多孔質セラミック層のバイ
パス率と加湿性能） 前記試験５ではバイパス率を高めれば圧損は風速の影響
を殆んど受けなくなることが判明したので，そのバイパ
ス率と加湿性能の関係を調べた。その結果を図１４に示
した。図１４の実験では，　空隙率＝４３．７％，　厚
み１３ｍｍの導電性多孔質セラミック層に水量６〜７ｇ
／ｍｉｎ　の給水を行いながら，電力＝１３０Ｗ，　面
風速２ｍ／ｓｅｃの条件でバイパス率を変えて加湿量を
測定した。図１４の結果に見られるように，加湿量はバ
イパス率の影響を殆んど受けないという興味深い結果が
得られた。

【００２６】試験７（導電性多孔質セラミック層の設置
法と加湿性能） 試験６の結果が得られたので，図１のようにセラミツク
層を風向き垂直に全面に配置した場合（図１５の□印）
　と，　同じセラミツク層一枚を風向きに平行に配置し
た場合　（図１５の＋印）　について電力を変えて加湿
量を測定し，　図１５の結果を得た。但しセラミツク層
は厚み１３ｍｍ×縦４７ｍｍ×横６０ｍｍ，風速＝２．
３５ｍ／ｓｅｃ，給水量＝１０〜１１ｇ／ｍｉｎ　であ
る。図１５に見られるように，　加湿量は導電性多孔質
セラミック層を流れに対して垂直でも平行でも有意な差
は認められない。

【００２７】以上の試験から，圧力損失は導電性多孔質
セラミック層の設置の仕方によって任意に調整でき，ま
た，加湿量はその設置の仕方によって大きくは変動しな
いから，　圧力損失の小さい設置法を採用し，また，加
湿効率の高いつまり空隙率の低い導電性多孔質セラミッ
ク層を採用すに方が有利であることが明らかとなった。

【００２８】試験８　（比較例） 図１６は，導電性多孔質セラミック層を空気流れに対し
て垂直に設置した時と平行に設置した時の印加電力０Ｗ
における風速と加湿量との関係を示した。その他の試験
条件は試験７と同じである。図１６において□印は風向
きに平行，　■印は風向きに垂直の場合を示す。圧力損
失を改善するために導電性多孔質セラミック層を平行に
設置した場合は，気化式加湿能力（無電圧の場合の加湿
能力）が面風速２ｍ／ｓで約３割低下することがわかる
。この気化加湿能力を高めるには，図６に示したように
偏向板（整流板）３６などを用いて，　セラミツク層の
表面と空気との接触状態を改善することが有利となる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の加湿装置は，従来の湿潤メディ
アを用いる気化式加湿方式に比べて次のような効果を奏
する。 ■．気化式加湿方式は加湿量が被処理空気の状態と風速
によって自己調節されるが，本発明ではこの自己調節さ
れた以外の加湿量や任意の加速度で加湿量を制御できる
。 ■．印加電圧を比例制御するので精密な加湿制御ができ
る。 ■．加熱するので空調空気の温度降下を最小限にするこ
とができる。 ■．加熱するので微生物の繁殖を防止できる。 ■．蒸発させるので水滴の飛散がなく，また吸水中のカ
ルシウム塩やマグネシウム塩等の不純物による粉塵が発
生しない。 ■．稼働部がなく運転音が小さいと共に耐久性があり，
　メインテナンスが容易である。 ■．　加湿効率は７０％以上となり，水処理部は不要と
なる。 ■．　導電性多孔質セラミック層は必ずしも空気がその
中を通過するように配置しなくても，すなわち，　空気
がバイパスするように配置しても，　加湿性能にはそれ
ほど大きな差が生じない　（試験７）ので，該セラミツ
ク層は空気抵抗が少なくなるような設置の仕方を採用す
ることができる。このため，送風機動力が低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気化式精密加湿装置の要部を示す略断
面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

【図３】本発明の加湿装置を空調機に組み込んだ例を示
す略断面図である。

【図４】本発明の加湿装置を天井埋設型加湿ユニットに
組み込んだ例を示す略断面図である。

【図５】本発明の加湿装置を再熱加湿ユニットに組み込
んだ例を示す略断面図である。

【図６】本発明の気化式精密加湿装置の他の例の要部を
示す略断面図である。

【図７】導電性多孔質セラミックス層への印加電力と加
湿量との関係を示す図である。

【図８】導電性多孔質セラミックス層への給水・電力の
同時発停と該セラミツクの出口と入口との絶対湿度差の
関係を示す図である。

【図９】空隙率＝４３．７％の導電性多孔質セラミック
ス層の印加電力量と加湿量との関係を示す図である。

【図１０】空隙率＝４４．９％の導電性多孔質セラミッ
クス層の印加電力量と加湿量との関係を示す図である。

【図１１】空隙率＝４３．７％の導電性多孔質セラミッ
クス層の含水状態と乾燥状態での風速と圧損との関係を
示す図である。

【図１２】空隙率＝４４．９％の導電性多孔質セラミッ
クス層の乾燥状態での風速と圧損との関係を示す図であ
る。

【図１３】導電性多孔質セラミックス層をバイパスする
空気通路をもつ場合のバイパス率および風速と圧損との
関係を示す図である。

【図１４】導電性多孔質セラミックス層をバイパスする
空気通路をもつ場合のバイパス率と加湿量との関係を示
す図である。

【図１５】導電性多孔質セラミックス層を風向きに垂直
に配置した場合と平行に配置した場合の加湿量に及ぼす
関係を示す図である。

【図１６】導電性多孔質セラミックス層に電圧を印加し
なかった場合の風向きに垂直に配置した場合と平行に配
置した場合の加湿量に及ぼす関係を示す図である。

【符号の説明】

１　　導電性多孔質セラミックス層 ２　　空気通路 ３　　散水ノズル ４　　ドレンパン ７　　散水ヘッダー ８　　電動弁 ９　　ドレン抜き １０　　電極 １２　　電圧調節器 １３　　相対湿度計 １４　　アイソレータ １５　　二位置制御器 １６　　比例制御器 ３４　　給水パイプ ３５　　ドレンパン ３６　　偏向板　（整流板）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　導電性の多孔質セラミックスからなる
   空気透過性材料を空気通路に配置し，該空気透過性材料
   に水を含浸または湿潤させる水供給手段と該空気透過性
   材料に電圧を印加する通電手段を設け，該印加電圧の調
   節装置を備えてなる気化式精密加湿装置。
2. 【請求項２】　　導電性の多孔質セラミックスは，炭化
   珪素を素材とするセラミックスである請求項１に記載の
   加湿装置。
3. 【請求項３】　　水供給手段は，空気透過性材料に向け
   て水を散水する散水装置である請求項１または２に記載
   の加湿装置。
4. 【請求項４】　　印加電圧の調節装置は，相対湿度計ま
   たは絶対湿度計の信号により調節操作される請求項１，
   ２または３に記載の加湿装置。
5. 【請求項５】　　導電性の多孔質セラミックスからなる
   板状材料を，その平板面を空気流れ方向に沿う方向にし
   て空気通路に配置し，この板状材料に水を含浸または湿
   潤させる水供給手段と該板状材料に電圧を印加する通電
   手段を設け，該印加電圧の調節装置を備えてなる気化式
   精密加湿装置。