JPWO2013031568A1 - 加湿装置 - Google Patents

Abstract

三次元網目構造を有する多孔質金属体である第１電極と、第１電極と対向するように所定間隔の空間を隔てて配置された導電体電極である第２電極と、第１電極と第２電極との間の空間に電界を形成する電源と、第１電極に水を供給する水供給部と、空間に送風することにより、水供給部から第１電極に供給され保持された水を蒸散させる送風機とを備えたものである。

Description

本発明は、多孔質体電極と電界を利用した加湿装置及び加湿方法に関する。

敷地面積が３０００［ｍ^２］以上の商業施設又は事務所等の特定建築物は、ビル衛生管理法により空気環境の管理基準値として室内温度を１７［℃］〜２８［℃］、及び、相対湿度を４０［％］〜７０［％］に保つべきことが定められている。このうち、室内温度は、エアーコンディショナーの普及に伴い、比較的容易に管理されている。しかし、相対湿度は、十分に管理されているとは言い難く、特に冬場の加湿量不足が問題となっている。

従来の室内加湿方法としては、気化式、蒸気式及び水噴霧式等がある。このうち、気化式は、吸水性能を有するフィルターに通風することによって、含有する水分を気流と熱交換させて、水分を蒸発させ、室内の加湿を行う方法である。また、蒸気式は、貯水槽内に設置した加熱コイルに通電することによって、水分を蒸発させて、室内の加湿を行う方法である。そして、水噴霧式は、水分を加圧することによって微細化し、その微細化した水分が気流との熱交換を行うことによって室内の加湿を行う方法である。

従来の多孔質体電極を利用した加湿装置として、霧発生方法のため噴霧すべき流体の噴出位置の周りに環状の電極を配設し、流体を爆発的に分散させて微細な霧を発生させるコロナ放電による噴霧方法の噴霧器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、焼結ＳｉＣからなる三次元網目構造の多孔質板状体をその広面側がほぼ垂直になるように空気通路を配置し、この多孔質板状体の上面に接して無機質繊維層全体に水が含浸するように給水管を配置し、多孔質板状体の下方にこの板状体の下部が水面下となるように水受けを設け、多孔質板状体両側部にこの板状体に通電するための電極を取り付ける空気加湿器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−１９７２６３号公報（第１−２頁、図１） 特開平０５−９４６３４号公報（第８−９頁、図３−４）

しかしながら、特許文献１の放電を用いた加湿装置では、液体を噴出する電極と、環状の電極との間でコロナ放電を発生させると空間中の酸素分子からオゾン、そして、窒素分子と酸素分子とから窒素酸化物が生成される。このうち、オゾンは、非常に活性度が高く、有害物質、菌及びウイルス等の分解及び不活化に寄与する反面、腐食性が強く、人体への負荷も懸念されるという問題がある。また、液体を噴霧する構成となっているため、気流中に噴霧された水分を空気が吸収するまでの距離が必要となる。さらに噴霧空間が過飽和状態であると気化せずに液体状で散布されるので、人体への不快感を伴ったり、電気機器等の精密機器に不具合を生じさせる。

また、特許文献２の加熱式の加湿装置では、水を加熱して蒸発させるためには消費電力が大きくなり、省エネ性能が低くなるという問題がある。また、水の加熱気化を行うため空気の温度が上昇し、かつ、近年の建築技術の向上により気密性が高いという要因によって室内温度が上昇し、冷房期に暖房負荷となるケースが増大するといった問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、水を含んだ多孔質金属体と導電体電極との間において電界を形成し、送風機による送風との気液接触面を増加させることによって加湿空間の加湿を行う加湿装置及び加湿方法を得ることを目的とする。

本発明に係る加湿装置は、三次元網目構造を有する多孔質金属体である第１電極と、第１電極と対向するように所定間隔の空間を隔てて配置された導電体電極である第２電極と、第１電極と第２電極との間の空間に電界を形成する電源と、第１電極に水を供給する水供給部と、空間に送風することにより、水供給部から第１電極に供給され保持された水を蒸散させる送風機とを備えたものである。

本発明によれば、電源によって多孔質金属体と導電体電極との空間に電界を形成することにより、多孔質金属体から誘導帯電させた水を引き出すことで、この水と送風機からの送風との接触面積を増加させることができるので、効率的に水を蒸散させ、加湿空間を加湿することができる。また、放電による発熱を抑制することができ、消費電力を低減できるので、省エネ性能を向上させることができる。
なお、電界集中を発生させないように、その空間において放電現象を起こさない電界強度に印加電圧を制御したとき、放電による生成物を発生させることなく、加湿空間の加湿を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る加湿装置の第1電極の部分拡大断面図である。 本発明の実施の形態１に係る加湿装置の第1電極及び多孔質セラミックの単位体積当たりの純水の吸水量を比較した図である。 本発明の実施の形態１に係る加湿装置の第1電極及び多孔質セラミックの拡散速度を比較した図である。 本発明の実施の形態２に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態２に係る加湿装置の電界強度と加湿量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る加湿装置の構成図の一例である。 本発明の実施の形態３に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態４に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態５に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態５に係る加湿装置の電界強度と加湿量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る加湿装置の構成図の一例である。 本発明の実施の形態６に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態７に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態８に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態９に係る加湿装置の第１電極及び／又は第２電極の単位体積当たりの純水の吸水量を比較した図である。 本発明の電界を利用しない加湿装置の実施形態を示す構成図である。 本発明の電界を利用しない加湿装置の実施形態を示す構成図である。 本発明の電界を利用しない加湿装置の実施形態を示す構成図である。

実施の形態１．
（加湿装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る加湿装置の構成図であり、図２は、図１の加湿装置の第１電極３の部分拡大断面図である。図１で示されるように、本実施の形態に係る加湿装置は、水１を貯留する水供給部２、この水供給部２から供給された水１を保持する第１電極３、この第１電極３との空間（ギャップ）に電界を形成するための第２電極４、この第２電極４に接続され、第１電極３と第２電極４との空間（ギャップ）に電界を形成する電源５、及び、第１電極３及び第２電極４によって構成される加湿部の上流部又は下流部に設けられた送風機６によって構成されている。実際の使用形態においては、これらの水供給部２、第１電極３、第２電極４、電源５及び送風機６は、所定の支持体等によって固定されるものとすればよい。この支持体の構成は、特に限定されるものではなく、加湿装置の用途に合わせて適宜選択すればよい。

水供給部２は、第１電極３に供給する水１を貯留するものであり、第１電極３を水供給部２の内部に立設させ、水１を第１電極３に供給するものである。この水１は、加湿空間の加湿を目的とする場合、純水、水道水、軟水又は硬水のいずれを使用しても構わないが、スケールによる第１電極３の空隙部９（図２において後述）の閉塞を低減するために、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が好ましい。ミネラル分が多い水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、第１電極３の空隙部９を閉塞させる可能性があるためである。このため、陽イオン及び陰イオン用イオン交換膜等を使用してイオン成分を取り除いた水１を使用してもよい。

第１電極３は、三次元網目構造を有する多孔質金属によって形成される。ここで、三次元網目構造とは、スポンジ等の樹脂発泡体と同様の構造である。図２で示されるように、第１電極３は、金属部８、及び、金属部８中に形成された空隙部９によって形成されている。本実施の形態に係る第１電極３は、多孔質セラミックに比べて気孔率及び平均細孔径を大きいものとしている。これによって、第１電極３の空隙部９において、水１に含まれる不純物による目詰まりが抑制される。また、第１電極３は毛細管力を有するので、この毛細管力によってポンプ等の駆動部を要することなく、水供給部２からの水１を第１電極３へ効率的に供給することができる。

また、この第１電極３は、フィルター、触媒担持体、及び、燃料電池用ガス拡散層等の用途で一般的に使用されており、公知の方法によって製造することが可能である。例えば、多孔質金属の原料である金属粉末及び溶媒を含むスラリーにバブル（泡）を導入した後、このスラリーを所望の形状に成形した後、焼結させればよい。あるいは、多孔質金属の原料である金属粉末、高温焼成によって分解消失するバインダー樹脂、及び、溶媒を含むスラリーを所望の形状に成形した後、脱脂及び焼結させればよい。

また、第１電極３を構成する金属種としては特に限定されるものではなく、その金属種として、例えば、チタン、銅若しくはニッケル等の金属、金、銀若しくは白金等の貴金属、又は、ニッケル合金若しくはコバルト合金等の合金が挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、チタンは、その触媒効果によってオゾン等の放電生成物の生成を抑制すると共に、電気腐食及び電気磨耗に対する耐性が良好であり、さらに、長期に渡って第１電極３の形状を保持して安定して加湿を行なうことができるため、最も好ましい金属種である。また、多孔質金属の製造に用いられる溶媒としては、特に限定されるものではなく、例えば、水等が挙げられる。また、多孔質金属の製造に用いられるバインダー樹脂としては、特に限定されるものではなく、アクリル樹脂、エポキシ樹脂又はポリエステル樹脂等が挙げられる。焼結温度についても特に限定されるものではなく、使用する材料にあわせて適宜調整するものとすればよい。

また、第１電極３の表面層には、水１の保持量の増大、及び、吸水性能劣化防止の観点から、親水化処理を施してもよい。その親水化処理の方法の種類についても限定されることはなく、例えば、親水化樹脂でコーティングすることによる親水化処理、又は、コロナ放電による親水化処理を実施するものとしてもよい。

また、第１電極３の形状についても特に限定されるものではなく、例えば、平板形状、四角柱形状又は円柱形状としてもよく、後述するように、第１電極３と第２電極４との空間の電界によって効率的に水１の引き出しができる形状を選択すれば良い。この場合、第１電極３を所望の形状にする方法としては、例えば、厚さ０．５［ｍｍ］以上２［ｍｍ］以下のシート状の多孔質金属を作製した後、所望の形状に切断して所望の形状に加工すればよい。その加工方法としても特に限定されるものではなく、例えば、ワイヤーカット、レーザーカット、プレス打ち抜き、削りだし、手切断又は折り曲げ等の各種方法によって行なえばよい。また、第１電極３の大きさについても特に限定されるものではなく、製造する加湿装置の大きさに合わせて適宜調整すればよい。

第２電極４は、第１電極３と対向するように所定間隔を隔てて配置された導電体電極からなっている。第２電極４は、第１電極３との空間において電界を形成するために導電性を有する必要があり、材質として例えば、金属、金属合金又は導電性樹脂等が好ましい。また、第２電極４は、電気抵抗が低いものであればよく、汎用性及び加工性の観点からアルミニウム、銅又はステンレス等が好ましいが、これに限定されるものではない。また、第２電極４の大きさについても特に限定されるものではなく、製造する加湿装置の大きさに合わせて適宜調整すればよい。

第１電極３と第２電極４との空間のギャップ長は、３［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下であることが望ましい。これは、ギャップ長が３［ｍｍ］未満である場合、第１電極３と第２電極４との空間が狭いため、送風機６による送風の圧力損失が大きくなり、送風機６の電力負荷が高くなるためである。一方、ギャップ長が２０［ｍｍ］よりも長くなると、第１電極３から水１を引き出すために十分な電界強度に達しないため、加湿能力が低下するといった問題があるためである。

電源５は、第１電極３と第２電極４との間に電解を形成するための電圧を出力するものである。電源５は第２電極４に接続されており、第１電極３は電気的に接地された接地電極になっている。そして、電源５が第２電極４に電圧を印加したとき、第１電極３と第２電極４との空間に電界が形成される。ここで、第１電極３から加湿を行うためには、第１電極３を接地し、対向部に設けられる第２電極４は直流負極性電圧を印加すること、又は、第１電極３に直流正極性電圧を印加し、対向部に設けられる第２電極４を接地することが望ましい。これにより、水１を含んだ第１電極３に直流正極性電圧を印加した場合、電気腐食により第１電極３を劣化させるのを防止することができる。さらに、加湿装置は、加湿量を調整するために電源５により形成される第１電極３及び第２電極４との間の電界の強度を調整する電源制御部１５を有している。そして、電源制御部１５は電源５から出力される電圧を制御する。

また、電源５が第２電極４に印加する電圧値として、直流負極性電圧を印加する場合には−１０［ｋＶ］以上−４［ｋＶ］以下を印加することが望ましい。これは、印加電圧が−４［ｋＶ］より大きく０［ｋＶ］未満であれば、第１電極３と第２電極４との間に形成される電界の強度が弱く、第１電極３から水１を引き出すことができないためである。一方、印加電圧が−１０［ｋＶ］より小さく（すなわち、印加電圧の絶対値が１０［ｋＶ］より大きく）なると、電源５の負荷が大きくなって絶縁設計が難しくなるためである。また、加湿装置は放電を発生させないため、第１電極３と第２電極４との間で形成される電界の強度を気体の絶縁破壊電界強度である３０［ｋＶ／ｃｍ］以下に設定することが望ましい。電源５によって第１電極３と第２電極４との間に３０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度を形成されると、第１電極３と第２電極４との間で火花放電が発生して第１電極３の短寿命化、及び、発熱による無効消費電力が増大するという問題があるためである。

（第１電極３の気孔率）
図３は、本発明の実施の形態１に係る加湿装置の第１電極３及び多孔質セラミックの単位体積当たりの純水の吸水量を比較した図である。以下、図２及び図３を参照しながら、第１電極３の気孔率について説明する。上述の通り、第１電極３は三次元網目構造を有する多孔質金属であればその金属種を問わないが、高い気孔率を有する多孔質金属を用いることが好ましい。ここで、気孔率とは、空隙率を示し、第１電極３全体の体積に対する空隙部９の割合を示したものであり、気孔率が高いほど、水供給部２の水１からの水１の含有量を高くすることができる。第１電極３は、三次元網目構造によってその気孔率が７０［％］〜９５［％］程度と非常に高くなるものであれば水の含有能力は高くなる。具体的には、図３は、第１電極３として多孔質チタン（平均気孔率９０［％］）及びＳＵＳ３１６Ｌ（平均気孔率［８２％］）、そして、多孔質セラミックとしてチタニア（平均気孔率３１［％］）及びムライト（平均気孔率３４［％］）を用いた結果を示している。

図３からわかるように、多孔質セラミックであるチタニア及びムライトの単位体積当たりの吸水量は、それぞれ０．１７［ｃｃ／ｃｍ^３］及び０．１９［ｃｃ／ｃｍ^３］と少ないのに対し、多孔質チタン及びＳＵ３１６Ｌの単位体積当たりの吸水量は、それぞれ０．３８［ｃｃ／ｃｍ^３］及び０．５［ｃｃ／ｃｍ^３］と多い。つまり、平均気孔率が高いほど吸水性能が増大することがわかる。したがって、第１電極３として多孔質チタン又はＳＵＳ３１６Ｌ、３０４、３１６などのＳＵＳ（ステンレス）材を使用することによって、水供給部２から供給される水１を多く保持することが可能となる。一方、気孔率が増加すると空隙部９が増加するため、第１電極３の機械的強度を考慮し、第１電極３の気孔率は６０［％］〜９０［％］が望ましい。９０［％］より高い気孔率であると強度的に脆くなり、６０［％］未満であると吸量が減少するため、充分な加湿量を得られないためである。

（第１電極３の細孔径）
また、加湿装置の第１電極３として細孔径が大きい多孔質金属を用いることが好ましい。ここで、細孔径とは、多孔質金属の空隙部９の孔径の平均値として定義する。具体的には、第１電極３は、たとえば多孔質金属の細孔径が５０［μｍ］〜６００［μｍ］としている。細孔径が５０［μｍ］未満であると細孔径が細かくなり、空隙部９が不純物によって目詰まりを引き起こす可能性があり、６００［μｍ］より大きいと第１電極３の機械的強度が脆くなるという問題があるからである。したがって、第１電極３の細孔径は、５０［μｍ］〜６００［μｍ］とするのが好ましく、この範囲内であれば第１電極３の強度も問題なく、不純物による空隙部９の目詰まりを抑制することができる。

（第１電極３の拡散速度）
さらに、加湿装置の第１電極３として拡散速度が高い多孔質金属を用いることが好ましい。図４は、加湿装置の第１電極３として用いられる多孔質金属体及び多孔質セラミックの拡散速度を比較した図である。以下、図２及び図４を参照しながら、第１電極３の拡散速度について説明する。ここで、拡散速度とは、供給される水１が気孔を有する物体内部を拡散する速度を表す。本実施の形態の加湿装置においては、第１電極３の拡散速度が、電界による供給された水１による加湿速度より小さい場合、第１電極３の拡散速度が律速となり加湿量が制限されると考えられる。このため、拡散速度が高い多孔質金属体を第１電極３として用いる必要がある。ここで、図４で示されるように、本実施の形態に係る第１電極３と多孔質セラミックとを用いた場合の拡散速度を比較したものが示されている。具体的には、図４は、第１電極３として多孔質チタンＡ（気孔率８６．４［％］、細孔径５０［μｍ］）及び多孔質チタンＢ（気孔率８１．２［％］、細孔径３０［μｍ］）、そして、多孔質セラミックとしてチタニア（気孔率３１［％］、細孔径０．４［μｍ］）及びムライト（気孔率３４［％］、細孔径０．３［μｍ］）を用い、一方の端部に純水１［ｃｃ］をシリンジで供給した際の純水の移動距離を所定時間ごとに測定した結果を示している。なお、第１電極３及び多孔質セラミックの測定サンプルの形状は、直径５ｍｍ、長さ１０ｃｍの丸棒形状とした。

図４からわかるように、多孔質セラミックであるチタニア及びムライトにおける純水の移動距離は、６０［秒］を経過しても２０［ｍｍ］未満と短いのに対し、多孔質チタンＡ及び多孔質チタンＢにおける純水の移動距離は、６０［秒］を経過すると８０［ｍｍ］〜９０［ｍｍ］と長い。すなわち、気孔率及び細孔径が大きい多孔質チタンＡ及び多孔質チタンＢは、多孔質セラミックに比べて拡散速度が速いことがわかる。したがって、第１電極３として多孔質チタンＡ又は多孔質チタンＢを使用することによって、多孔質セラミックよりも拡散速度は速く、拡散速度が加湿速度の律速条件になり難くなる。また、本実施の形態の第１電極３内での液体の推進力ΔＰは下記の式（１）によって、表面張力σ、接触角α、細孔径Ｄ、定数Ｋｃにより一義に決定されるため、第１電極３を構成する金属種類に依存しない。また、下記の式（１）で示されるように、推進力ΔＰの向上、すなわち拡散速度を大きくするためには、接触角αを小さくするための親水化処理、及び細孔径Ｄを小さくする選択が必要である。

（加湿装置の動作）
次に、図１を参照しながら、実施の形態１に係る加湿装置の動作について説明する。水道水等の水１が貯留されている水供給部２から第１電極３に水１が毛細管現象により供給される。三次元網目構造を有する多孔質金属である第１電極３は毛細管力を有するため、水１は第１電極３の空隙部９を通じて全体に均一に拡散されて、第１電極３は水１を一定量保持する。このとき、第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた第２電極４に電源５によって電圧が印加されると、接地電極である第１電極３と第２電極４との間に電界が形成され、第１電極３の表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３の空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって、第２電極４に向かう方向に三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電された水１が電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は、第１電極３と第２電極４との間に放電現象が起きないような電界を形成する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４に印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３から引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態においては放電現象を起さないように電源５によって多孔質金属体３と導電体電極４との間の電界強度が制御されることによって、多孔質金属体３の表面上の水１はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４からなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３の表面層の水１、及び、電界により第１電極３から引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。また、送風機６による被処理ガス７の送風方向は、図１においては電界方向と同一になっているが、第１電極３と第２電極４との空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることが好ましい。また、電源制御部１５によって、第１電極３と第２電極４との間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させて被処理ガス７との接触面積が調整し、加湿量の制御を行うことができる。

（実施の形態１の効果）
以上の構成及び動作のように、本実施の形態に係る加湿装置は、電源５によって第１電極３と第２電極４との空間に電界を形成するが、その空間において放電現象を起こさないように電界強度を制御するので、放電による生成物を発生させることなく、加湿空間の加湿を行うことができる。また、放電による発熱を抑制することができ、消費電力を低減できるので、省エネ性能を向上させることができる。

すなわち、放電を用いた加湿装置の場合、空間中の酸素分子からオゾンや窒素酸化物が生成されてしまうという問題がある。特に、窒素酸化物であるＮＯ_２は、人体の呼吸系統に影響を与えるため、日本国の大気汚染防止法では「１日平均濃度が０．０４［ｐｐｍ］〜０．０６［ｐｐｍ］の範囲内、又は、それ以下であること」と排出規制されている。一方、実施の形態１の加湿装置において、電源５によって第１電極３と第２電極４との空間に電界を形成するが、その空間において放電現象を起こさないように電界強度を制御するので、放電による生成物を発生させることなく、加湿空間の加湿を行うことができる。さらに、放電による発熱を抑制することができ、消費電力を低減できるので、省エネルギー性能を向上させることができる。

また、加熱により水の蒸発させる加湿装置の場合、発熱させるためのエネルギーが必要になるとともに、発熱により室温が上昇してしまうという問題がある。一方、上記加湿装置においては発熱を抑制することができ、消費電力を低減できるので、省エネルギー性能を向上させることができる。

また、電源５によって第１電極３と第２電極４との空間に電界を形成し、第１電極３から誘導帯電させた水１をテーラーコーンとして引き出すことで、この水１と送風機６から送風される被処理ガス７との接触面積を増加させることができるので、効率的に水１を蒸散させ、加湿空間を加湿することができる。特に、電圧制御部１５により電界の強度を調整することによりテーラーコーンの大きさを制御することができるため、気液の接触面の大きさを調整することができ、気液接触型の気化式加湿装置であっても、加湿量の調整が可能となる。すなわち、一般的なフィルタおよび送風機のみを用いた気液接触型の気化式加湿装置の場合、風速、フィルタの表面積、温度等により一義的に加湿量が決まってしまい、加湿量を制御したいときには風量を調整する以外に方法がないという問題がある。一方、上記実施形態においては、電界強度を調整することにより、テーラーコーンの大きさを変化させて気液の接触面を調整することにより、気液接触型の気化式加湿装置であっても、加湿量の調整が可能となる。

また、第１電極３をチタンによって形成することによって、触媒効果によってオゾン等の放電生成物の生成を抑制することができると共に、電気腐食及び電気磨耗に対する耐性が良好となり、さらに、長期に渡って第１電極３の形状を保持して安定して加湿を行なうことができる。

また、第１電極３を接地し、対向部に設けられる第２電極４に直流負極性電圧を印加することによって、第１電極３の電気腐食による劣化を抑制することができる。

また、電源５が第２電極４に印加する電圧値として、直流負極性電圧を印加する場合、−１０［ｋＶ］以上−４［ｋＶ］以下を印加することによって、第１電極３と第２電極４との間に形成される電界によって、第１電極３から水１を引き出すことができ、さらに、電源５の負荷が抑制されるので絶縁設計を容易とすることができる。

また、第１電極３と第２電極４との間で形成される電界の強度を気体の絶縁破壊電界強度である３０［ｋＶ／ｃｍ］以下に設定することによって、第１電極３と第２電極４との間で火花放電が発生することを抑制することができ、第１電極３を長寿命化し、放電による発熱を抑制して消費電力を抑制することができる。

また、第１電極３と第２電極４との空間のギャップ長を３［ｍｍ］以上２０［ｍｍ］以下とすることによって、送風機６による送風の圧力損失を抑制し、送風機６の電力負荷を抑制することができ、さらに、第１電極３から水１を引き出すための十分な電界強度を確保することができるので、加湿能力の低下を抑制することができる。

また、第１電極３を多孔質チタン又はＳＵＳ３１６Ｌ、３０４、３１６などのＳＵＳ材とし、その気孔率を６０［％］〜９０［％］とすることによって、第１電極３による吸水量を十分に確保し、また、第１電極３の強度を適度に保つことができる。

また、第１電極３の細孔径を５０［μｍ］〜６００［μｍ］とすることによって、第１電極３の強度を維持し、不純物による空隙部９の目詰まりを抑制することができる。

さらに、第１電極３を多孔質チタンとすることによって、多孔質セラミックよりも拡散速度を速くすることができ、拡散速度が加湿速度の律速条件にならないようにすることができる。

実施の形態２．
図５は本発明の加湿装置の実施の形態２を示す構成図であり、図５を参照して加湿装置について説明する。なお、図５の加湿装置において図１の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図５の加湿装置が図１の加湿装置と異なる点は、第２電極の構成である。

（加湿装置の構成）
図５で示されるように、本実施の形態２に係る加湿装置の第１電極３及び第２電極４は、平板形状をしており、互いの平面が平行となるように対向して配置されている。第１電極３と第２電極４との空間における電界による第１電極３からの水１の引き出しは、電気強度が最も作用する箇所で発生する。このため、電界が不均一である場合、水１の引き出しがまばらとなり、加湿装置は効率的に加湿を行うことができなくなる。そこで、しかし、図５のように、第１電極３及び第２電極４を平板形状とし、互いの平面が対向するように配置することによって、電界を形成する面積を増加させ、かつ、第１電極３と第２電極４と間の空間に均一に電界が形成されるようにする。これにより、第１電極３から水１を均一に効率よく引き出すことができる。

（加湿装置の動作）
次に、図５を参照しながら、本実施の形態に係る加湿装置の動作について説明する。水道水等の水１が貯留されている水供給部２から第１電極３に水１が供給される。第１電極３は毛細管力を有するため、水１は第１電極３の空隙部９を通じて全体に均一に拡散されて、第１電極３は水１を一定量保持する。このとき、平板形状の第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた平板形状の第２電極４に電源５によって電圧が印加されると、第１電極３と第２電極４との間に均一電界が形成され、第１電極３の表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３の空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって、第２電極４に向かう方向に三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電された水１が電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は、第１電極３と第２電極４との間に放電現象が起きないような電界を形成する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４に印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３から引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態においては放電現象を起さないように電源５によって多孔質金属体３と導電体電極４との間の電界強度が制御されることによって、多孔質金属体３の表面上の水１はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４からなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３の表面層の水１、及び、電界により第１電極３から引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。また、送風機６による被処理ガス７の送風方向は、平板形状の多孔質金属体３と平板形状の導電体電極４との空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることが好ましい。また、電源制御部１５によって、第１電極３と第２電極４との間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させて被処理ガス７との接触面積を調整し、加湿量の制御を行うことができる。

（加湿装置の加湿性能）
図６は、本発明の実施の形態２に係る加湿装置の電界強度と加湿量との関係を示す図である。本実施の形態２に係る加湿装置は、第１電極３と第２電極４との間に均一電界を形成させることによって加湿を行うものであり、その電界強度の調整により加湿量を制御することが可能である。ここで、図６は、水１が貯留された水供給部２から供給された水１を含む第１電極３を接地し、この第１電極３に対向するように配置された第２電極４に電源５によって電圧が印加された場合の電界強度に対する加湿性能を示したものである。この図６においては、第１電極３と第２電極４との空間に対し、送風機６によって１［ｍ／ｓ］で送風された場合を示すものであり、加湿性能として第１電極３の単位面積あたり、かつ、単位時間あたりの加湿量を示している。この図６からわかるように、電界強度が強くなるに従って、単位面積かつ単位時間あたりの加湿量も向上する。すなわち、電源５によって、第１電極３と第２電極４との間の電界強度を増加することにより、テーラーコーンの形成が促進されるので、被処理ガス７との接触面積が増加し、加湿性能を増加させることができる。また、本実施の形態に係る加湿装置は、電界強度の調整によって加湿性能を制御することができ、外気環境に依存することなく、加湿空間に必要な加湿量を制御することができる。

（実施の形態２の効果）
以上の構成のように、第１電極３及び第２電極４を平板形状とし、互いの平面を対向するように配置することによって、電界を形成する面積を増加させ、かつ、第１電極３と第２電極４との間の空間に均一に電界を形成することができるので、第１電極３から水１を均一に効率よく引き出すことができる。

なお、図６において第１電極３と第２電極４との対向面が鉛直方向に形成されている場合について例示しているが、図７に示すように重力方向に対して垂直方向に第１電極３及び第２電極４の対向面が形成されている構成してもよい。なお、図７において第１電極３が上側であって第２電極４が下側である場合について例示しているが、第１電極３が下側であって第２電極４が上側であってもよい。

図７に示すように、送風機６による被処理ガス７の送風方向を、平板形状の第１電極３と第２電極４との空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることによって、均一電界によって第１電極３から引き出されたテーラーコーンと被処理ガス７との接触面積が増加し、加湿性能を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る加湿装置は、均一電界の電界強度を調整することによって、加湿性能を制御することができ、外気環境に依存することなく、加湿空間に必要な加湿量を制御することができる。

実施の形態３．
図８は本発明の加湿装置の実施の形態３を示す構成図であり、図８を参照して加湿装置について説明する。なお、図８の加湿装置において図５の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図８の加湿装置が図５の加湿装置と異なる点は、第２電極が絶縁部材を有する点である。

（加湿装置の構成）
図８で示されるように、本実施の形態３に係る加湿装置の平板形状の第２電極４は、その外周端部に絶縁部材１０を設けたものである。平板構造の第１電極３と平板構造の第２電極４との間に電界が形成された場合、第１電極３及び第２電極４のそれぞれの端部から異常放電が発生する場合がある。その場合、第１電極３と第２電極４との間で均一電界を形成できないので、第１電極３及び第２電極４から異常放電の発生を抑制する必要がある。そこで、本実施の形態３のように、第２電極４の外周端部に絶縁部材１０を設けたことによって、第１電極３及び第２電極４から異常放電の発生を抑制することができる。

絶縁部材１０は、第２電極４の外周端部に設けられたもので、第１電極３及び第２電極４からの異常放電を抑えるものである。絶縁部材１０は電気的絶縁性が高い材料が好ましく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等のプラスチック、アルミナ、ムライト等のセラミック、又はガラス等、特に限定されるものではなく、用途にあわせて適宜選択すればよい。また、絶縁部材１０の厚みは、第１電極３と第２電極４との間の空間を塞がないように、適宜選択すればよい。

（実施の形態３の効果）
以上の構成のように、第２電極４の外周端部に絶縁部材１０を設けたことによって、より確実に第１電極３と第２電極４との間の空間に均一電界を形成することができ、第１電極３から水１を均一に効率よく引き出すことができる。

また、第１電極３及び第２電極４のそれぞれの端部からの異常放電の発生を抑制することができるので、加湿装置の加湿性能を向上させることができる。

実施の形態４．
図９は本発明の加湿装置の実施の形態４を示す構成図であり、図９を参照して加湿装置について説明する。なお、図９の加湿装置において図１の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の加湿装置が図１の加湿装置と異なる点は、第２電極の構成である。

（加湿装置の構成）
図９で示されるように、本実施の形態に係る加湿装置は、第２電極４ａが、第１電極３と同様に、三次元網目構造を有する多孔質金属によって形成されている。さらに、この第２電極４は、水１が貯留された水供給部２の内部に立設されたものであり、この水供給部２によって水１が供給されるようにしたものである。第２電極４ａの材料及び構造は、第１電極３と同様であることが望ましいが、第１電極３と同一の機能を有するものであればよい。また、この第２電極４ａには、電源５が接続されて電圧が印加されるようになっている。すなわち、電極となる第１電極３及び第２電極４ａの双方が、それぞれ水供給部２、２から水１を給水し、電源５によって形成された電界によって第１電極３及び第２電極４ａの双方においてテーラーコーンが形成されるので、加湿装置の加湿性能を高めることができる。

なお、実施の形態２に係る加湿装置のように、第１電極３及び第１電極４ａをそれぞれ平板形状としてもよい。これによって、第１電極３と第２電極４ａとの間の空間に均一の電界を形成することができるので、第１電極３及び第２電極４ａから水１を均一に効率よく引き出すことができる。

（加湿装置の動作）
次に、図９を参照しながら、本実施の形態に係る加湿装置の動作について説明する。水道水等の水１が貯留されている水供給部２から第１電極３に水１が供給され、同様に、水１が貯留されている水供給部２、２から第２電極４ａに水１が供給される。第１電極３及び第２電極４ａは毛細管力を有するため、水１は第１電極３の空隙部９を通じて全体に均一に拡散されて、第１電極３及び第２電極４ａは水１を一定量保持する。このとき、第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた第２電極４ａに電源５によって電圧が印加されると、接地電極である第１電極３と第２電極４ａとの間に電界が形成され、第１電極３及び第２電極４ａの表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３及び第２電極４ａの空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電された水１が電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は放電現象が起きないように第１電極３と第２電極４との間の電界強度を制御する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４ａに印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態４においては放電現象を起さないように電源５によって第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度が制御されることによって、第１電極３及び第２電極４ａの表面はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４ａからなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３及び第２電極４ａの表面層の水１、及び、電界により第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。図９においてはテーラーコーンが第１電極３及び第２電極４ａの双方から形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。また、電源制御部１５によって、第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させて被処理ガス７との接触面積を調整し、加湿量の制御を行うことができる。

（実施の形態４の効果）
以上の構成のように、電極となる第１電極３及び第２電極４ａの双方が、それぞれ水供給部２、２から水１を給水し、電源５によって形成された電界によって第１電極３及び第２電極４ａの双方においてテーラーコーンが形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。

なお、第１電極３に給水する水供給部２と、第２電極４ａに給水する水供給部２とを分けて構成しているが、これに限定されるものではなく、共通の水供給部２によって第１電極３及び第２電極４ａに給水する構成としてもよい。

実施の形態５．
図１０は本発明の加湿装置の実施の形態５を示す構成図であり、図１０を参照して加湿装置について説明する。なお、図１０の加湿装置において図１の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１０の加湿装置が図１の加湿装置と異なる点は、水供給部が第１電極３に対し上部から水１を供給する点である。

（加湿装置の構成）
図１０で示されるように、本実施の形態５に係る加湿装置において、水供給部２ａは水収容部２ｂ、圧力駆動部１１、ノズル１２及びドレンパン１３を備えたものである。水収容部２ｂは、水１を貯留するものではあって、圧力駆動部１１に水１を送り込むものである。圧力駆動部１１は、水収容部２ｂの水１をノズル１２へ搬送するものである。また、圧力駆動部１１は、水１を搬送できるものであればよく、例えば、非容積式ポンプ又は容積式ポンプ等であり、特に限定されるものではない。

ノズル１２は、第１電極３の直上に設置されており、圧力駆動部１１から搬送された加湿１を第１電極３の上部に滴下して供給するものである。すなわち、本実施の形態５において、水１を貯留した水収容部２ｂから直接水１が第１電極３の下部から供給されるのではなく、ノズル１２を介して第１電極３の上部から供給される。また、ノズル１２は、中空形状であり、その外形及び内径は第１電極３の大きさに応じて選択すればよい。また、ノズル１２の先端形状は、三角錐形状、円管形状又は四角管形状等のいずれの形状でもよい。また、ノズル１２の材質は、ステンレス、タングステン、チタン、銀若しくは銅等の金属、又は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等の樹脂でもよく、これに限定されるものではない。

ドレンパン１３は、第１電極３の下部に設置され、第１電極３から漏れ出す水１を受けるものであり、その形状及び材質については適宜選択すればよい。なお、ドレンパン１３に貯水された水１は水収容部２ｂに循環させる構成としてもよい。

（加湿装置の動作）
次に、図１０を参照しながら、本実施の形態に係る加湿装置の動作について説明する。まず、圧力駆動部１１は、水道水等の水１が貯留されている水収容部２ｂからノズル１２へ搬送する。水１が搬送されたノズル１２は、第１電極３の上方から、第１電極３の上部へ向けて、水１を滴下することによって、第１電極３に水１が供給される。第１電極３は毛細管力を有すると共に、水１の重力を利用することができるため、水１は、第１電極３の空隙部９を通じて、実施の形態１よりも速い拡散速度によって、第１電極３の全体に均一に拡散され、第１電極３は水１を一定量保持することになる。このとき、第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた第２電極４に電源５によって電圧が印加されると、接地電極である第１電極３と第２電極４との間に電界が形成され、第１電極３の表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３の空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって、第２電極４に向かう方向に三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電された水１が電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は、第１電極３と第２電極４との間に放電現象が起きないような電界を形成する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４に印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３から引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態においては放電現象を起さないように電源５によって第１電極３と第２電極４との間の電界強度が制御されることによって、第１電極３の表面上の水１はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４からなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３の表面層の水１、及び、電界により第１電極３から引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。また、送風機６による被処理ガス７の送風方向は、第１電極３と第２電極４との空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることが好ましい。また、第１電極３の下部から漏れ出した水１はドレンパン１３によって受けられる。また、電源制御部１５によって、第１電極３と第２電極４との間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させて被処理ガス７との接触面積を調整し、加湿量を調整することができる。

（加湿装置の加湿性能）
図１１は、本発明の実施の形態５に係る加湿装置の電界強度と加湿量との関係を示す図である。本実施の形態５に係る加湿装置は、第１電極３と第２電極４との間に電界を形成させることによって加湿を行うものであり、その電界強度の調整により加湿量を制御することが可能である。ここで、図１１は、水１が供給された水１を含む第１電極３を接地し、この第１電極３に対向するように配置された第２電極４に電源５によって電圧が印加された場合の電界強度に対する加湿性能について、本実施の形態に係る滴下式と、実施の形態２に係る吸上げ式とを比較して示したものである。この図１１においては、第１電極３と第２電極４との空間に対し、送風機６によって１［ｍ／ｓ］で送風された場合を示すものであり、加湿性能として第１電極３の単位面積あたり、かつ、単位時間あたりの加湿量を示している。この図１１からわかるように、同じ電界強度において、実施の形態２に係る吸上げ式よりも、本実施の形態に係る滴下式の方が、高い加湿性能を得ることができる。また、電界強度が強くなるに従って、単位面積かつ単位時間あたりの加湿量が向上し、電界強度の調整によって加湿性能を制御することができ、外気環境に依存することなく、加湿空間に必要な加湿量を制御することができる。

（実施の形態５の効果）
以上の構成のように、水１をノズル１２から第１電極３の上部に滴下して供給する滴下式を採用することによって、水１の重力を利用することができるので、第１電極３における拡散速度を向上させることができる。また、これによって、同じ電界強度において、吸上げ式よりも高い加湿性能を得ることができる。

また、電界強度を調整することによって、加湿性能を制御することができ、外気環境に依存することなく、加湿空間に必要な加湿量を制御することができる。

なお、本実施の形態５においては、水供給部２ａが、水収容部２ｂに貯留された水１を、圧力駆動部１１及びノズル１２を用いて第１電極３の上部へ向けて水１を滴下する構成としたが、これに限定されるものではなく、第１電極３の上部から水１を滴下等によって供給できる構成であればいずれの構成でもよい。

また、本実施の形態５において、第１電極３の上部へ向けて水１を滴下する給水態様としたが、これに限定されるものではなく、例えば、第１電極３の上部へ水１を流下して給水させるものとしてもよく、その他、これに準じる態様で給水させるものとすればよい。
さらに、図１１において、第１電極３と第２電極４との対向面が鉛直方向に形成されている場合について例示しているが、図１２に示すように重力方向に対して垂直方向に第１電極３及び第２電極４の対向面が形成されている構成してもよい。なお、図１２において第１電極３が上側であって第２電極４が下側である場合について例示しているが、第１電極３が下側であって第２電極４が上側であってもよい。

実施の形態６．
図１３は本発明の加湿装置の実施の形態６を示す構成図であり、図１３を参照して加湿装置について説明する。なお、図１３の加湿装置において図９および図１０の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３の加湿装置が図９および図１０の加湿装置と異なる点は、水供給部の構成である。

（加湿装置の構成）
図１３で示されるように、水供給部は、上部水供給部２ａに加えてドレンパン１３を備えている。そして、第２電極４ａは、第１電極３と対向するように、第１電極３から漏れ出す水１を受けるドレンパン１３の内部に立設され、このドレンパン１３の貯留水によって、水１が供給される。また、第２電極４ａの材料及び構造は、第１電極３と同様であることが望ましいが、第１電極３と同一の機能を有するものであればよい。また、この第２電極４ａには、電源５が接続されて電圧が印加されるようになっている。すなわち、電極となる第１電極３及び第２電極４ａの双方においてテーラーコーンが形成されるので、加湿装置の加湿性能を高めることができる。なお、図１３において、第１電極３が接地されており第２電極４ａが電源５に接続されている場合について例示しているが、図１３においては第１電極３および第２電極４ａともに含水しているため、第１電極３が電源５に接続され第２電極４ａが接地されたものであってもよい。

（加湿装置の動作）
次に、図１３を参照しながら、本実施の形態に係る加湿装置の動作について説明する。
まず、圧力駆動部１１は、水道水等の水１が貯留されている水収容部２ｂからノズル１２へ搬送する。水１が搬送されたノズル１２は、第１電極３の上方から、第１電極３の上部へ向けて、水１を滴下することによって、第１電極３に水１が供給される。第１電極３は毛細管力を有すると共に、水１の重力を利用することができるため、水１は、第１電極３の空隙部９を通じて、実施の形態１よりも速い拡散速度によって、第１電極３の全体に均一に拡散され、第１電極３は水１を一定量保持することになる。また、第１電極３の下部から漏れ出した水１はドレンパン１３によって貯留され、このドレンパン１３から第２電極４ａに水１が供給される。この第２電極４ａは、第１電極３と同様に、毛細管力を有するため、水１は第２電極４ａの空隙部９を通じて全体に均一に拡散されて、第２電極４ａも水１を一定量保持することになる。このとき、第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた第２電極４ａに電源５によって電圧が印加されると、接地電極である第１電極３と第２電極４ａとの間に電界が形成され、第１電極３及び第２電極４ａの表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３及び第２電極４ａの空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電された電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は、第１電極３と第２電極４との間に放電現象が起きないような電界を形成する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４ａに印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態においては放電現象を起さないように電源５によって第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度が制御されることによって、第１電極３及び第２電極４ａの表面上の水１はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４ａからなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３及び第２電極４ａの表面層の水１、及び、電界により第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。また、送風機６による被処理ガス７の送風方向は、第１電極３と第２電極４ａとの空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることが好ましい。この場合、テーラーコーンが第１電極３及び第２電極４ａの双方から形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。また、電源制御部１５によって、第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させて被処理ガス７との接触面積を調整し、加湿性能を調整させることができる。

（実施の形態６の効果）
以上の構成のように、電極となる第１電極３及び第２電極４ａの双方が、それぞれ上部水供給部２ａ及びドレンパン１３から給水され、電源５によって形成された電界によって第１電極３及び第２電極４ａの双方においてテーラーコーンが形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。

実施の形態７．
図１４は本発明の加湿装置の実施の形態７を示す構成図であり、図１４を参照して実施の形態７の加湿装置について説明する。なお、図１４の加湿装置において図１３の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１４の加湿装置が図１３の加湿装置と異なる点は、水供給部の構成である。

（加湿装置の構成）
図１４で示されるように、本実施の形態に係る加湿装置において、水供給部２２ａは図１３の実施の形態６に係る加湿装置の構成に加え、第２電極４ａに対しても上部から水１を供給するものであって、圧力駆動部１１ａ及びノズル１２ａを備えたものである。水収容部２ｂは、水１を貯留し、圧力駆動部１１及び圧力駆動部１１ａに水１を送り込むものである。

圧力駆動部１１ａは、水収容部２ｂの水１をノズル１２ａへ搬送するものである。また、圧力駆動部１１ａは、加湿１を搬送できるものであればよく、例えば、非容積式ポンプ又は容積式ポンプ等であり、特に限定されるものではない。

ノズル１２ａは、第２電極４ａの直上に設置されており、圧力駆動部１１ａから搬送される水１を第２電極４ａの上部に滴下して供給するものである。また、ノズル１２ａは、中空形状であり、その外形及び内径は第２電極４ａの大きさに応じて選択すればよい。また、ノズル１２ａの先端形状は、三角錐形状、円管形状又は四角管形状等のいずれの形状でもよい。また、ノズル１２ａの材質は、ステンレス、タングステン、チタン、銀若しくは銅等の金属、又は、テフロン（登録商標）、ポリエチレン若しくはポリプロピレン等の樹脂でもよく、これに限定されるものではない。

ドレンパン１３は、第１電極３及び第２電極４ａの下部に設置され、第１電極３及び第２電極４ａから漏れ出す水１を受けるものであり、その形状及び材質については適宜選択すればよい。なお、ドレンパン１３に貯水された水１は、水収容部２ｂに循環させる構成としてもよい。
また、ドレンパン１３は、第１電極３及び多孔質金属体３ｂの双方から漏れ出した水１を受けるものとしているが、これに限定されるものではなく、それぞれ別個にドレンパンを設ける構成としてもよい。

（加湿装置の動作）
次に図１４を参照しながら、本実施の形態に係る加湿装置の動作について説明する。まず、圧力駆動部１１及び圧力駆動部１１ａは、水道水等の水１が貯留されている水収容部２ｂから、それぞれノズル１２及びノズル１２ａへ搬送する。水１が搬送されたノズル１２は、第１電極３の上方から、第１電極３の上部へ向けて、水１を滴下することによって、第１電極３に水１が供給される。同様に、水１が搬送されたノズル１２ａは、第２電極４ａの上方から、第２電極４ａの上部へ向けて、水１を滴下することによって、第２電極４ａに水１が供給される。第１電極３及び第２電極４ａは毛細管力を有すると共に、水１の重力を利用することができるため、水１は、第１電極３及び第２電極４ａの空隙部９を通じて、実施の形態１よりも速い拡散速度によって、第１電極３及び第２電極４ａの全体に均一に拡散され、第１電極３及び第２電極４ａはそれぞれを一定量保持することになる。このとき、第１電極３と対向するように所定の間隔を隔てて設けられた第２電極４ａに電源５によって電圧が印加されると、大地接地された第１電極３と第２電極４ａとの間に電界が形成され、第１電極３及び第２電極４ａの表面近傍に電荷が移動する。移動した電荷は、第１電極３及び第２電極４ａの空隙部９に存在する水１を誘導帯電させ、誘導帯電された水１は、電界によるクーロン力によって三角錐形状のテーラーコーンを形成する。このテーラーコーンは、誘導帯電されたが電界から受けるクーロン力と表面張力との釣り合いによって三角錐形状に保たれる。

ここで、電源５は、第１電極３と第２電極４との間に放電現象が起きないような電界を形成する。したがって、第１電極３の表面上の水１は、表面張力を超えて分裂・飛散（レイリー分裂）することなく、テーラーコーンの状態を保ち続けることになる。すなわち、電源５から第２電極４ａに印加される入力電圧の値を上げて、電界強度を増加させ、クーロン力がテーラーコーンを形成する水１の表面張力を越えると、第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンがミスト状に空間に放出され、レイリー分裂により数十［ｎｍ］サイズに微粒化されてしまう。しかし、本実施の形態においては放電現象を起さないように電源５によって第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度が制御されることによって、第１電極３及び第２電極４ａの表面上の水１はテーラーコーンの状態で保たれている。

第１電極３及び第２電極４ａからなる加湿部の上流部又は下流部に設けた送風機６からの送風によって、第１電極３及び第２電極４ａの表面層の、及び、電界により第１電極３及び第２電極４ａから引き出されたテーラーコーンは、送風機６によって送風される空気である被処理ガス７との気液接触によって蒸散し、加湿空間を加湿する。また、送風機６による被処理ガス７の送風方向は、第１電極３と第２電極４ａとの空間に形成された電界方向と垂直となるようにすることが好ましい。この場合、テーラーコーンが第１電極３及び第２電極４ａの双方から形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。また、電源１５によって、第１電極３と第２電極４ａとの間の電界強度を調整することによって、テーラーコーンの大きさを変化させ被処理ガス７との接触面積を調整し、加湿性能を調整することができる。

（実施の形態７の効果）
以上の構成のように、電極となる第１電極３及び第２電極４ａの双方が、それぞれ水供給部２２ａから給水され、電源５によって形成された電界によって第１電極３及び第２電極４ａの双方においてテーラーコーンが形成されるので、被処理ガス７との接触面積がさらに増加し、加湿性能をさらに向上させることができる。

また、水１をノズル１２及びノズル１２ａから、それぞれ第１電極３及び第２電極４ａの上部に滴下して供給する滴下式を採用することによって、水１の重力を利用することができるので、第１電極３及び第２電極４ａにおける拡散速度を向上させることができる。また、これによって、同じ電界強度において、吸上げ式よりも高い加湿性能を得ることができる。

実施の形態８．
図１５は本発明の加湿装置の実施の形態８を示す構成図であり、図１５を参照して実施の形態８の加湿装置について説明する。なお、図１５の加湿装置において図１の加湿装置と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１５の加湿装置が図１の加湿装置と異なる点は、湿温度検出手段を有する点である。

（加湿装置の構成）
図１７で示されるように、本実施の形態に係る加湿装置は、温湿度センサー１４を備えたものである。温湿度センサー１４は、第１電極３及び第２電極４に対して送風機６の送風方向の下流側に配置され、相対湿度及び温度を検出するものである。そして、温湿度センサー１４は、検出した湿度情報及び温度情報を電源制御部１５に送信する。

電源制御部１５は、温湿度センサー１４から受信した相対湿度情報及び温度情報に基づいて、絶対湿度を演算し、その絶対湿度に基づいて、電源５による第２電極４に対する印加電圧を制御するものである。電源５は、電源制御部１５からの制御信号に基づいて、第２電極４に印加する電圧を調整する。

なお、温湿度センサー１４は、一体型ではなく、温度センサー及び湿度センサーによって構成され、それぞれ電源制御部１５に接続される構成としてもよい。また、温湿度センサー１４は、相対湿度及び温度を検出するのではなく、直接、絶対湿度を検出するセンサーとしてもよい。この場合、電源制御部１５は、絶対温度を演算する必要がなく、演算負荷を削減することができる。

（実施の形態８の効果）
本実施の形態に係る加湿装置のように、加湿空間の絶対湿度に基づいて、電源５によって第２電極４に印加される電圧を制御するので、その絶対温度に適した加湿性能を発揮することができる。すなわち、加湿装置によって加湿空間が過剰に加湿されると、気化熱によって加湿空間の温度が低下し、たとえば暖房の負荷が増大するという問題が発生する。一方、以上の構成によって、加湿空間の絶対湿度に基づいて、電源５によって第２電極４に印加される電圧を制御することができ、その絶対温度に適した加湿性能を発揮することができる。また、加湿空間に放出された水１の気化熱によって過度に加湿空間の温度が低下するのを抑制し、暖房負荷の増大を抑制することができる。

なお、本実施の形態の構成は、実施の形態２〜実施の形態７に係る加湿装置にも適用することができる。

実施の形態９．
図１６は本発明の加湿装置の実施の形態９を示す構成図であり、図１６を参照して実施の形態８の加湿装置について説明する。なお、図１６は加湿装置の第１電極及び／又は第２電極の単位体積当たりの純水の吸水量を比較した図であり、以下に示すような親水性の表面処理を施した第１電極３及び／又は第２電極４ａが図１から図１５の加湿装置に対し適用される。

この実施の形態は、第１電極３および第２電極４ａの表面層に親水化処理を施す点で他の実施の形態と異なる。第１電極３および第２電極４ａを製作する際に発泡形成処理後の表面には、ＯＨ基などの親水基がないため疎水性であり、発泡金属の内部に水を浸透させることが困難である。発泡金属の表面を親水化することで内部への水の浸透速度が向上し、水の保持量が増大することで、処理空気と加湿水の接触面積が増加することで加湿性能が大きくなる。そのため、発泡金属の親水性能を高めることで加湿性能の向上に直結する。具体的には、発泡金属の表面に親水性の材料をコーティングすることで実現する方法と大気圧プラズマ放電によって親水化処理を実施する方法がある。

（親水化処理方法）
親水化の材料をコーティングする具体的な方法は以下のとおりである。多孔質金属体を４００℃、３０分の条件で大気酸化処理を行い、さらに表面に耐食性を向上させる目的でリン酸クロメート処理を行った後、ケイ酸ナトリウム水溶液１００ｍｇ／Ｌに１０分間浸漬させ、８０℃、５時間の条件で乾燥させて、表面にシリカのコーティング膜を形成する。

コーティングの膜厚は０．０１〜１０μmの範囲が好ましく、あまり膜を厚くすると発泡部分の細孔を塞ぐことになり好ましくない。反対に膜を薄くしすぎると経時的に膜が剥離して表面の親水性が低下して含水能力が低下することから好ましくない。

親水系の材料としてシリカの代替として、シランカップリング剤または酸化チタンのジメチルホルムアミド溶液を用いてもよい。また有機系の高分子樹脂でもよく、例えばポリビリルアルコール、ポリエチレングリコール、セルロール、またはエポキシのジメチルホルムアミド溶液を用いてもよい。

発泡金属の表面が滑らかな方が親水性能がより向上することから、表面の凹凸を無くす処理を行ってもよい。この場合は有機系の高分子樹脂の膜を積層するのが好ましい。以上の処理を行うことで、多孔質金属体の表面は親水化し、多孔質金属体への吸水を迅速に行う作用を発揮する。

一方、大気圧プラズマ放電によって親水化処理を実施する方法については以下のとおりである。金属発泡体をイソプロピルアルコールに浸漬して乾燥することで脱脂処理を実施後、金属発泡体を接地し、さらに、金属発泡体の平板から５ｍｍの距離にステンレス製の突起放電電極を設置して、両者間に高電圧をかけることで放電を発生させて大気圧プラズマ処理を行った。印加する電圧は１０ｋＶの交流とし周波数は５kHz、処理時間は１０分とした。金属発泡体の表面には大気圧プラズマ放電によりＯＨ基が生成し、親水性能が向上する。また大気圧プラズマの代わりにコロナ放電によって処理しても同等の効果が得られる。

なお、大気圧プラズマの処理はコーティング処理の下処理として実施してもよい。この場合、コーティング膜と金属発泡体の接着力が強化され、経時的な耐久性が向上する。

（親水化処理の効果）
図１６は、本発明の実施の形態９に係る加湿装置のシリカコーティングと大気圧プラズマ処理を実施した 第１電極４（第２電極４ａ）及び多孔質セラミックの単位体積当たりの純水の吸水量を比較した図である。金属発泡体の材質は多孔質チタンを用いた。

図１６からわかるように、コーティングがない多孔質チタンの単位面積当たりの吸水量は、０．３８［ｃｃ／ｃｍ^３］であるのに対し、シリカコーティングおよび大気圧プラズマ処理を施した金属発泡体はそれぞれ０．５５［ｃｃ／ｃｍ^３］及び０．４６［ｃｃ／ｃｍ^３］と多いことが分かった。つまり金属発泡体は表面に処理を行うことによって、第１電極３及び／又は第２電極４ａは、水供給部２から多くの水１を保持することが可能となる。

本発明の実施形態は上記実施形態に限定されない。たとえば、上記各実施形態において、第１電極３と第２電極４との間で電界を形成する場合について例示しているが、図１７−図１９に示すように、電界を形成しなくても吸水した第１電極３（含水体）からも水１を蒸散させることができるので電界を形成しない加湿装置であってもよい。なお、図１７−図１９はそれぞれ水供給部の構成が異なるものであって、図１７は図１（もしくは図９）に示すように第１電極３（含水体）へ下部から水１を供給するものであり、図１８は、図１４のように第１電極３（含水体）へ上部から水１を供給するものであり、図１９は、図１３のように一方の第１電極３（含水体）へは上部から水１を供給し、他方の第１電極３（含水体）へは下部から水１を供給する構成になっている。

従来の気化式加湿器には不織布からなるフィルタが使用され、加湿が行われている。フィルタ気化による加湿において加湿性能を向上させるためは、通過風速の向上、高温空気の通風、低湿度空気の通風が必要である。このため、加湿性能を向上させる一因として気化式フィルタの熱伝導率が高い材質を選定することが考えられる。そこで、図１７−図１９の加湿装置において、第１電極３（含水体）に多孔質金属を使用することにより、外部からの熱エネルギーを有効に利用することができる。

１ 水、２ 、２２ａ 水供給部、２ａ 上部水供給部、２ｂ 水収容部、３ 第１電極（多孔質金属体、含水体）、４ 第２電極（導電体電極）、４ａ 第２電極（多孔質金属体）、５ 電源、６ 送風機、７ 被処理ガス、８ 金属部、９ 空隙部、１０ 絶縁部材、１１、１１ａ 圧力駆動部、１２、１２ａ ノズル、１３ ドレンパン、１４ 温湿度センサー、１５ 電源制御部。

特開昭６０−１９７２６３号公報（第１−２頁、図１） 実開平０５−９４６３４号公報（第８−９頁、図３−４）

本発明に係る加湿装置は、三次元網目構造を有する平板形状の多孔質金属体である第１電極と、第１電極と所定間隔の空間を隔てて互いの平面が平行となるように対向して配置された平板形状の導電体電極である第２電極と、第１電極と第２電極との間の空間に電界を形成する電源と、第１電極に水を供給する水供給部と、電界の形成方向に対して垂直方向側に風を送風し、水供給部から第１電極に供給され保持された水を蒸散させる送風機と、電源により形成される第１電極及び第２電極との間の電界の強度を調整する電源制御部とを備えたものである。

特開昭６０−１９７２６３号公報（第１−２頁、図１） 実願平４−４１００９号（実開平０５−９４６３４号）のＣＤ−ＲＯＭ（第８−９頁、図３−４）

本発明に係る加湿装置は、三次元網目構造を有する平板形状の多孔質金属体である第１電極と、第１電極と所定間隔の空間を隔てて互いの平面が平行となるように対向して配置された平板形状の導電体電極である第２電極と、第１電極と第２電極との間の空間に放電現象が起きない電界を形成する電源と、第１電極に水を供給する水供給部と、電界の形成方向に対して垂直方向側に風を送風し、水供給部から第１電極に供給され保持された水を蒸散させる送風機と、電源により形成される第１電極及び第２電極との間の電界の強度を調整する電源制御部とを備えたものである。

Claims (17)

1. 三次元網目構造を有する多孔質金属体である第１電極と、
   前記第１電極と対向するように所定間隔の空間を隔てて配置された導電体電極である第２電極と、
   前記第１電極と第２電極との間の前記空間に電界を形成する電源と、
   前記第１電極に水を供給する水供給部と、
   前記空間に送風することにより、前記水供給部から前記第１電極に供給され保持された前記水を蒸散させる送風機と
   を備えたことを特徴とする加湿装置。
2. 前記電源は、前記電界により放電させることなく前記第１電極上にテーラーコーンを形成するように前記空間に電界を形成するものであり、
   前記送風機が、前記第１電極および前記第１電極上に形成された前記テーラーコーンに風を当てることにより前記水を気化させるものであることを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
3. 加湿量を調整するために前記電源により形成される前記第１電極及び前記第２電極との間の前記電界の強度を調整する電源制御部をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加湿装置。
4. 前記送風機は、前記電界の形成方向に対して垂直方向側に風を送風するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の加湿装置。
5. 前記第１電極及び前記第２電極は、平板形状に形成されており、互いの平面が平行となるように対向して配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の加湿装置。
6. 前記第２電極は、外周端部に絶縁部材を有することを特徴とする請求項１から請求５のいずれか１項に記載の加湿装置。
7. 前記第２電極は、多孔質金属体によって形成されており、
   前記水供給部は、前記第２電極に前記水を供給する機能を有するものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の加湿装置。
8. 前記水供給部は、前記第１電極及び／又は前記第２電極の直下に設けられ、その内部に前記水を貯留したものであり、
   前記第１電極及び／又は前記第２電極は、下部が前記水供給部に貯留された前記水に浸漬するように配置されたものであって、前記水に浸漬した部分から前記水が供給されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の加湿装置。
9. 前記水供給部は、前記第１電極及び／又は前記第２電極の上部から前記水を供給するものであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の加湿装置。
10. 前記水供給部は、
    前記第１電極に対して上部から前記水を供給する上部水供給部と、
    前記第１電極及び前記第２電極の下部に配置された、前記第１電極から漏れ出す前記水を受けて貯留するドレンパンと
    を備え、
    前記第２電極には、前記ドレンパンに貯留された前記水にその下部を浸漬させることによって前記水が給されることを特徴とする請求項７記載の加湿装置。
11. 前記第１電極及び前記第２電極に対して前記送風機の通風方向の下流側に配置され、その位置における温度および湿度を検出する温湿度検出手段をさらに有し、
    前記電源制御部は、前記温湿度検出手段によって検出された温度情報および湿度情報に基づいて、前記電源によって形成される前記第１電極と前記第２電極との間の電界の強度を制御するものであることを特徴とする請求項３から請求項１０のいずれか１項に記載の加湿装置。
12. 前記電源は、前記第１電極の電圧に対して負極性となる電圧を前記第２電極に印加することにより、前記電界を形成するものであることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の加湿装置。
13. 前記第１電極は、電気的に接地されていることを特徴とする請求項１２に記載の加湿装置。
14. 前記第１電極及び／又は前記第２電極の前記多孔質金属体には親水性の表面処理が施されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項記載の加湿装置。
15. 三次元網目構造を有する多孔質金属体である第１電極に水を含有させた状態で、前記第２電極と前記第１電極に対向するように所定間隔の空間を隔てて配置した導電体電極である第２電極との間に電界を形成することにより、前記電界により放電をさせずに前記第１電極からテーラーコーンを形成し、
    前記第１電極によって保持された前記水及び前記テーラーコーンを前記空間に蒸散させて加湿する
    ことを特徴とする加湿方法。
16. 前記電界の強度が３０［ｋＶ／ｃｍ］以下であることを特徴とする請求項１５に記載の加湿方法。
17. 三次元網目構造を有する多孔質金属体に親水性の表面処理を施した、所定間隔を隔ててそれぞれ対向するように配置された複数の含水体と、
    前記複数の含水体に加湿水を供給する水供給部と、
    前記含水体に向けて風を送風する送風機と
    を備える加湿装置。

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