WO2019221153A1 - 霧化装置および調湿装置 - Google Patents

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WO2019221153A1
WO2019221153A1 PCT/JP2019/019215 JP2019019215W WO2019221153A1 WO 2019221153 A1 WO2019221153 A1 WO 2019221153A1 JP 2019019215 W JP2019019215 W JP 2019019215W WO 2019221153 A1 WO2019221153 A1 WO 2019221153A1
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hygroscopic
liquid
atomization
gas
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奨 越智
井出 哲也
洋香 濱田
惇 佐久間
豪 鎌田
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シャープ株式会社
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    • F24F2110/20Humidity

Definitions

  • the present invention relates to an atomization device and a humidity control device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2018-0937787 filed in Japan on May 15, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • a desiccant type dehumidifier using a hygroscopic agent has been provided with a separation device that heats the hygroscopic agent and evaporates and separates the water adsorbed by the hygroscopic agent in order to recover the hygroscopic performance of the hygroscopic agent.
  • this type of separation apparatus involves a change in the state of water from a liquid to a gas, so that it is necessary to apply thermal energy equal to or greater than the latent heat of water, resulting in a problem of increased power consumption.
  • Patent Document 1 discloses an atomizing device in which a mixed liquid containing a plurality of components is ultrasonically vibrated to be atomized into atomized fine particles to form a mixed fluid of atomized fine particles and air, and mixing obtained by the atomizing device.
  • a separation device comprising: a recovery device that separates air from a fluid to recover an atomized component; and an outdoor air heat exchanger that heats a carrier gas supplied to a liquid surface of the liquid atomized by ultrasonic vibration. It is disclosed.
  • Patent Document 1 describes that the separator can reduce the energy consumption, efficiently generate atomized fine particles, and separate the mixed liquid with high efficiency. For this reason, in Patent Document 1, the separation device atomizes and recovers the mixed liquid into atomized fine particles by ultrasonic vibration and separates the mixed liquid into liquids having different amounts of components, and effectively uses the thermal energy of the outside air. It is described that the separation is performed efficiently.
  • This type of atomizer does not involve a change in state from water liquid to gas, so it can reduce thermal energy and power consumption.
  • An aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an atomization apparatus and a humidity control apparatus that can separate water with high atomization efficiency.
  • the “atomization amount” means a decrease amount before and after atomization of the liquid atomized by ultrasonic waves.
  • atomization efficiency means a value obtained by dividing the amount of atomization by the amount of power input to the vibrator.
  • the water vapor pressure determined by the relative humidity may be higher than the saturated water vapor pressure of the liquid (hygroscopic agent) at a part of the gas-liquid interface in the internal space of the atomizer.
  • moisture in the gas moves to the hygroscopic agent in order to return the saturated water vapor pressure of the hygroscopic agent and the water vapor pressure to an equilibrium state. Therefore, it is thought that the factor that the atomization efficiency decreases is that moisture moves to the hygroscopic agent (that is, the hygroscopic agent absorbs moisture).
  • the inventors have found that an atomization apparatus capable of separating water with high atomization efficiency can be obtained by an atomization apparatus having the following aspects, and completed the present invention.
  • ultrasonic waves are applied to a housing provided with an air inlet and an air outlet, and at least a part of a hygroscopic liquid containing a hygroscopic substance stored in the housing, so that the water is mist-like.
  • Relative humidity so that the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid at the ultrasonic generator that generates droplets and at least part of the gas-liquid interface in the internal space of the housing.
  • an adjustment unit that adjusts the pressure.
  • the apparatus includes a supply channel that is connected to the intake port and supplies gas to the internal space, and the adjustment unit is connected to a part of the supply channel and cools the gas, thereby It is good also as a structure which has a cooling condensation part which condenses and removes at least one part of the water
  • a transport channel that connects the exhaust port and a part of the supply channel may be provided, and the connection portion of the transport channel may be arranged on the inflow side of the cooling condensing unit.
  • the adjustment unit may include a heating unit that heats at least part of the gas-liquid interface in the internal space.
  • the heating unit may be arranged above the ultrasonic wave generation unit.
  • a supply flow path that is connected to the intake port and supplies gas to the internal space may be provided, and the heating unit may be provided in a part of the supply flow path.
  • the apparatus includes a supply channel that is connected to the intake port and supplies gas to the internal space, and the adjustment unit is connected to a part of the supply channel and cools the gas, thereby It is good also as a structure which has a cooling condensation part which condenses and removes at least one part of the contained moisture, and the heating part is provided between the cooling condensation part and the air inlet.
  • a transport channel that connects the exhaust port and a part of the supply channel may be provided, and the connection portion of the transport channel may be arranged on the inflow side of the cooling condensing unit.
  • One embodiment of the present invention includes a hygroscopic liquid in which at least part of moisture contained in air is absorbed by the hygroscopic liquid by bringing the hygroscopic liquid into contact with air, and the hygroscopic liquid supplied from the hygroscopic section.
  • An atomization regeneration unit that regenerates the hygroscopic liquid by atomizing and removing at least a part of the generated water, and a liquid transport channel that connects the moisture absorption unit and the atomization regeneration unit.
  • the hygroscopic section may have a hygroscopic tank that stores hygroscopic liquid, and may have a flow path that connects the internal space of the hygroscopic tank and the intake port.
  • an atomization device and a humidity control device that can separate water with high atomization efficiency are provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an atomization apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the humidity control apparatus 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization device of the third embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the heating unit 30A.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the heating unit 30B.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the humidity control apparatus of the sixth embodiment.
  • the feature portion may be shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratios of the respective constituent elements are not always the same as in practice. Absent. In addition, for the same purpose, portions that are not characteristic may be omitted from illustration.
  • the Z-axis direction is the vertical direction.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are one direction in the horizontal direction orthogonal to the Z-axis direction and are orthogonal to each other.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the first embodiment.
  • the atomization apparatus 1 includes an atomization regeneration tank 121, a blower 122, an ultrasonic generator 123, a guide tube 124, a cooling condenser 125, a supply flow channel 16, and a discharge flow. And a road 18.
  • regeneration means that the moisture is separated from the hygroscopic liquid to recover the performance of absorbing the moisture of the hygroscopic liquid.
  • the atomization regeneration tank 121 corresponds to a “casing” in the claims.
  • cooling condensing unit 125 corresponds to an “adjusting unit” in the claims.
  • the atomization regeneration tank 121 has an internal space 121c.
  • the atomization regeneration tank 121 stores the hygroscopic liquid W in the internal space 121c.
  • the hygroscopic liquid W will be described later.
  • An intake port 16 a and an exhaust port 18 a are provided above the liquid surface of the hygroscopic liquid W in the atomization regeneration tank 121.
  • the intake port 16 a is provided on the side surface of the atomization regeneration tank 121.
  • the exhaust port 18 a is provided on the upper surface of the atomization regeneration tank 121.
  • One end of the supply channel 16 is connected to the intake port 16a.
  • the other end of the supply channel 16 is connected to a supply source (not shown) of the gas G1.
  • the gas G1 is supplied from the supply source to the supply flow path 16 by a blower 122 described later.
  • gas G1 Although it does not specifically limit as gas G1, For example, air, an inert gas, etc. are mentioned.
  • the cooling condensing unit 125 is connected in the middle of the supply flow path 16.
  • the cooling condensing unit 125 condenses and removes at least part of the moisture contained in the gas G1 by cooling the gas G1.
  • the cooling condensing unit 125 includes a cooler.
  • An example of the cooler is a Peltier element.
  • the blower 122 supplies the gas G1 D from which moisture has been removed to the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the gas G1 D forms an air flow from the intake port 16a toward the exhaust port 18a.
  • the ultrasonic generator 123 irradiates a part of the hygroscopic liquid W containing water with ultrasonic waves, and generates a mist-like droplet W3 containing water from the hygroscopic liquid W.
  • the particle size of the mist droplet W3 is preferably in the range of submicron order to nano order.
  • the ultrasonic generator 123 is in contact with the outer bottom surface (the surface in the ⁇ Z direction) of the atomization regeneration tank 121.
  • the installation location of the ultrasonic wave generation unit 123 is not particularly limited as long as the mist-like liquid droplets W3 can be generated from the hygroscopic liquid W.
  • the ultrasonic generator 123 includes one transducer. Note that the number of transducers included in the ultrasonic wave generator 123 may be two or more.
  • the liquid column C of the hygroscopic liquid W may be generated on the liquid surface of the hygroscopic liquid W.
  • Many of the above-mentioned mist-like droplets W3 are generated from the liquid column C.
  • the ultrasonic generator 123 can control the generation amount and particle size of the mist droplets W3 by controlling the ultrasonic irradiation conditions.
  • the ultrasonic irradiation conditions include the frequency of the ultrasonic waves, the input power of the ultrasonic generator 123, and the like.
  • the ultrasonic frequency is preferably in the range of 1.0 MHz to 5.0 MHz, for example.
  • the generation amount of the mist droplet W3 can be increased.
  • the particle diameter of the mist-like droplet W3 can be in the sub-micron order to nano order range.
  • the input power of the ultrasonic generator 123 is, for example, preferably 2 W or more per transducer, and more preferably 10 W or more. If the input power of the ultrasonic generator 123 is 2 W or more, the liquid column C of the hygroscopic liquid W is formed by the wave pressure, and the hygroscopic liquid W is easily atomized. As a result, the generation amount of the mist-like droplet W3 can be increased.
  • the humidity control apparatus 10 can also control the generation amount of the mist-like droplet W3 by adjusting the depth from the surface of the ultrasonic generator 123 to the liquid surface of the hygroscopic liquid W.
  • the depth from the bottom surface of the atomization regeneration tank 121 to the liquid surface of the hygroscopic liquid W is preferably in the range of 1 cm to 6 cm.
  • the risk of airing is low, and the amount of mist droplets W3 generated can be sufficiently increased.
  • the depth is 6 cm or less, the liquid column C of the hygroscopic liquid W is easily generated. As a result, the mist-like droplet W3 can be generated efficiently.
  • discharge channel One end of the discharge channel 18 is connected to the exhaust port 18a. On the other hand, the other end of the discharge channel 18 is disposed outside the atomization regeneration tank 121.
  • the ultrasonic generator 123 and the exhaust port 18a overlap in a plane. According to such a positional relationship between the ultrasonic generator 123 and the exhaust port 18a, the liquid column C is generated at a position overlapping the exhaust port 18a in a plan view when the atomizer 1 is viewed from above.
  • the guide tube 124 guides the mist droplet W3 generated from the hygroscopic liquid W to the exhaust port 18a.
  • the guide tube 124 surrounds the exhaust port 18a in a plan view when the humidity control apparatus 10 is viewed from above.
  • the guide tube 124 surrounds the liquid column C according to the positional relationship among the ultrasonic generator 123, the guide tube 124, and the exhaust port 18 a. Thereby, the mist-like droplet W3 which generate
  • the hygroscopic liquid W of the present embodiment is a liquid that exhibits hygroscopicity, and is preferably a liquid that exhibits hygroscopicity at 25 ° C., 50% relative humidity, and atmospheric conditions.
  • the hygroscopic liquid W of the present embodiment includes a hygroscopic substance.
  • the hygroscopic liquid W of this embodiment may contain a hygroscopic substance and a solvent.
  • a solvent include a solvent that dissolves a hygroscopic substance or is miscible with the hygroscopic substance, for example, water.
  • the hygroscopic substance may be an organic material or an inorganic material.
  • organic material used as the hygroscopic substance examples include known materials used as raw materials for dihydric or higher alcohols, ketones, organic solvents having an amide group, sugars, moisturizing cosmetics, and the like.
  • the organic material used as the hygroscopic substance is preferably a known material used as a raw material for a divalent or higher alcohol, an organic solvent having an amide group, saccharides, moisturizing cosmetics and the like.
  • divalent or higher alcohol examples include glycerin, propanediol, butanediol, pentanediol, trimethylolpropane, butanetriol, ethylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol.
  • organic solvent having an amide group examples include formamide and acetamide.
  • saccharide examples include sucrose, pullulan, glucose, xylol, fructose, mannitol, sorbitol and the like.
  • Examples of known materials used as raw materials for moisturizing cosmetics include 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC), betaine, hyaluronic acid, collagen, and the like.
  • MPC 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine
  • betaine betaine
  • hyaluronic acid collagen, and the like.
  • Inorganic materials used as hygroscopic materials include calcium chloride, lithium chloride, magnesium chloride, potassium chloride, sodium chloride, zinc chloride, aluminum chloride, lithium bromide, calcium bromide, potassium bromide, sodium hydroxide, pyrrolidone carvone Examples include sodium acid.
  • the hydrophilicity of the hygroscopic substance is high, for example, when these materials are mixed with water, the proportion of water molecules near the surface (liquid surface) of the hygroscopic liquid W increases.
  • the atomizer 1 generates mist droplets W3 from the vicinity of the surface of the hygroscopic liquid W to separate moisture from the hygroscopic liquid W2. Therefore, when the proportion of water molecules in the vicinity of the surface of the hygroscopic liquid W is large, water can be efficiently separated.
  • the atomization apparatus 1 can suppress leakage of the hygroscopic substance.
  • the content concentration of the hygroscopic substance with respect to the total mass of the hygroscopic liquid W is not particularly limited, but is preferably 40% by mass or more.
  • the hygroscopic liquid W of the present embodiment preferably has a viscosity at 20 ° C. of 100 mPa ⁇ s or less, and more preferably 50 mPa ⁇ s or less.
  • the liquid column C of the hygroscopic liquid W is easily generated on the liquid surface of the hygroscopic liquid W. Therefore, water can be efficiently separated from the hygroscopic liquid W.
  • the hygroscopic liquid W of the present embodiment may have a viscosity at 20 ° C. of, for example, 1 mPa ⁇ s or more.
  • At room temperature at least part of the gas-liquid interface (that is, the interface between the gas and the hygroscopic liquid) in the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121 is determined by the relative humidity. Has been found to be higher than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. In this case, in order to return the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid W and the water vapor pressure to an equilibrium state, it is considered that the moisture in the gas moves to the hygroscopic liquid W (that is, the hygroscopic liquid W absorbs moisture).
  • the atomization amount of the hygroscopic liquid W is defined as “theoretical atomization amount”.
  • the atomization amount of the hygroscopic liquid W is obtained as a difference between the theoretical atomization amount of the hygroscopic liquid W and the hygroscopic amount of the hygroscopic liquid W. Therefore, in order to increase the amount of atomization of the hygroscopic liquid W with respect to the amount of power input to the vibrator of the ultrasonic generator 123, it is conceivable to keep the hygroscopic amount of the hygroscopic liquid W low.
  • the water vapor pressure determined by the relative humidity is set lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid in at least a part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121, thereby obtaining the hygroscopic liquid. It was found that the moisture absorption of W can be kept low. In order to achieve this, it is conceivable to reduce the moisture content of the gas supplied to the gas-liquid interface.
  • the cooling condensing unit 125 condenses and removes at least a part of moisture contained in the gas G1 by cooling the gas G1.
  • the cooling condensing unit 125 has the relative humidity so that the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid in at least a part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121. Adjust. By adjusting the relative humidity in this way, the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W can be kept low, and as a result, the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be improved.
  • the ultrasonic wave generator 123 is driven to irradiate a part of the hygroscopic liquid W with ultrasonic waves and generate the mist-like liquid droplets W ⁇ b> 3 from the hygroscopic liquid W.
  • an external supply device for the gas G1 is driven to supply the gas G1 to the supply channel 16.
  • the blower 122 is driven, and the gas G1 D from which moisture has been removed is supplied to the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the vapor-liquid interface gas G1 D is supplied, the water vapor pressure is lower than the saturated vapor pressure of the hygroscopic liquid determined by the relative humidity.
  • water can be separated with high atomization efficiency.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the configuration of the humidity control apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the humidity control apparatus 10 of the present embodiment includes a housing 101, a moisture absorption unit 11, an atomization regeneration unit 12, a first liquid transport channel 13, and a second liquid transport channel 14.
  • the atomization reproduction unit 12 includes the atomization device 1 described above.
  • the casing 101 of the present embodiment has an internal space 101a.
  • the housing 101 of the present embodiment accommodates at least the moisture absorption unit 11 and the atomization reproduction unit 12 in the internal space 101a.
  • the hygroscopic part 11 and the atomization reproduction part 12 store the hygroscopic liquid W.
  • hygroscopic liquid W1 the liquid used for the treatment in the hygroscopic part 11
  • hygroscopic liquid W2 the liquid processed in the atomization reproduction
  • hygroscopic liquid W2 A configuration in which the hygroscopic liquid W1 and the hygroscopic liquid W2 are combined is referred to as a “hygroscopic liquid W”.
  • air A1 the air processed by the moisture absorption unit 11
  • air A3 The air discharged from the hygroscopic part 11
  • air A2 The air mixed with the gas G2 discharged from the atomization regeneration unit 12
  • the first liquid transport channel 13 and the second liquid transport channel 14 transport the hygroscopic liquid W.
  • the first liquid transport channel 13 transports the hygroscopic liquid W from the hygroscopic unit 11 to the atomization reproduction unit 12.
  • the second liquid transport channel 14 transports the hygroscopic liquid W from the atomization regeneration unit 12 to the hygroscopic unit 11.
  • a pump 141 for circulating the hygroscopic liquid W is connected in the middle of the second liquid transport channel 14.
  • the air supply flow path 15 communicates the internal space of the moisture absorption part 11 and the outside of the housing 101.
  • the air supply channel 15 supplies air A ⁇ b> 1 from the outside of the housing 101 to the internal space of the moisture absorption unit 11.
  • the air discharge channel 17 communicates the internal space of the moisture absorption part 11 and the outside of the housing 101.
  • the air discharge channel 17 discharges air A3 from the internal space of the moisture absorption unit 11 to the outside of the housing 101.
  • the hygroscopic unit 11 sends the air A1 outside the housing 101 to the internal space of the hygroscopic unit 11 to bring the air A1 into contact with the hygroscopic liquid W1 in the internal space, and the moisture contained in the air A1 is made into the hygroscopic liquid W1.
  • the moisture absorption part 11 includes a moisture absorption tank 111, a blower 112, a nozzle part 113, an air supply channel 15, and an air discharge channel 17.
  • the moisture absorption tank 111 stores the hygroscopic liquid W1.
  • a blower 112 and an air discharge channel 17 are connected to the upper part of the moisture absorption tank 111.
  • a second liquid transport channel 14 is connected above the liquid surface of the hygroscopic liquid W ⁇ b> 1 in the hygroscopic tank 111.
  • a first liquid transport channel 13 is connected below the liquid surface of the hygroscopic liquid W ⁇ b> 1 in the hygroscopic tank 111.
  • One end of the air supply channel 15 is connected to the blower 112. On the other hand, the other end of the air supply channel 15 is disposed outside the housing 101.
  • the blower 112 supplies the air A1 to the internal space of the moisture absorption tank 111 through the air supply channel 15.
  • the air A ⁇ b> 1 sent by the blower 112 forms an air flow from the blower 112 toward the exhaust port 17 a of the air discharge channel 17.
  • the nozzle unit 113 drops the hygroscopic liquid W1 in a substantially cylindrical shape in the gravity direction in the internal space of the hygroscopic tank 111.
  • the air A1 and the hygroscopic liquid W1 can be brought into contact with each other. In this way, moisture contained in the air A1 is absorbed by the hygroscopic liquid W1.
  • the concentration of the hygroscopic substance in the hygroscopic liquid W is preferably 40% by mass or more. Thereby, the moisture absorption part 11 can make a hygroscopic liquid W1 absorb water efficiently.
  • the contact method between the air A1 and the hygroscopic liquid W1 in this embodiment is generally called a flow-down method.
  • the nozzle portion 113 is disposed above the liquid surface of the hygroscopic liquid W1 stored in the hygroscopic tank 111.
  • the nozzle portion 113 is connected to the other end of the second liquid transport channel 14.
  • the hygroscopic portion 11 can efficiently bring the hygroscopic liquid W into contact with the air A1.
  • the air A3 obtained by the moisture absorption part 11 is obtained by removing moisture from the air A1, it is dryer than the air A1.
  • the gas G2 obtained by the atomization regeneration unit 12 includes the generated mist-like droplets W3 and is therefore wetter than the air A2 outside the housing 101.
  • the blower 112 is driven to supply the air A 1 outside the housing 101 to the internal space of the moisture absorption tank 111.
  • an air flow of air A ⁇ b> 1 is formed in the internal space of the moisture absorption tank 111.
  • the hygroscopic liquid W1 regenerated in the atomization regeneration unit 12 is reused by the pump 141 from the atomization regeneration tank 121 to the moisture absorption tank 111, and drops by gravity from the nozzle unit 113 in the internal space of the moisture absorption tank 111. Yes.
  • the hygroscopic liquid W1 is brought into contact with the air A1, and the moisture contained in the air A1 is absorbed by the hygroscopic liquid W1.
  • Air A3 obtained by removing moisture from the air A1 is discharged from the exhaust port 17a of the moisture absorption tank 111 to the outside of the housing 101.
  • the air A1 exists in one space (for example, indoors) and the air A2 exists in the other space (for example, outdoor). Further, when the humidity control apparatus 10 is used as a dehumidifier, the air A1 and the air A2 exist in the same space, but the mist droplets W3 contained in the gas G2 may be provided in the discharge flow path 18. It is good to collect by part.
  • the humidity control apparatus 10 includes the atomization apparatus 1 described above. Therefore, the humidity control apparatus 10 can regenerate the hygroscopic liquid with low energy.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the second embodiment.
  • the atomization device 2 is partially in common with the atomization device 1 of the first embodiment. The difference is that the atomizing device 2 is provided with a transport channel 26. Therefore, in this embodiment, the same code
  • the transport channel 26 connects the supply channel 16 and the discharge channel 18.
  • a connecting portion 16 ⁇ / b> A between the supply flow channel 16 and the transport flow channel 26 is provided on the inflow side (+ Z side) of the cooling condensing unit 125.
  • the gas G2 including the mist-like droplet W3 is transported in the order of the discharge channel 18, the transport channel 26, and the supply channel 16. Transported gas G2 flows into the cooling condensing unit 125, water is removed by the cooling and condensing section 125, the gas G1 D.
  • the gas G1 D is supplied again to the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121 by the blower 122.
  • water can be separated with high atomization efficiency.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization device of the third embodiment.
  • the atomization device 3 is partially in common with the atomization device 1 of the first embodiment. The difference is that the atomization device 3 does not include the cooling condensing unit 125 but includes the heating unit 30. Therefore, in this embodiment, the same code
  • the heating unit 30 corresponds to an “adjusting unit” in the claims.
  • the heating unit 30 heats at least a part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the heating unit 30 includes a coil heater.
  • the heating unit 30 is disposed above (+ Z direction) the ultrasonic generator 123. That is, when the atomization device 3 is viewed from above, the ultrasonic wave generation unit 123 and the heating unit 30 overlap in a plane.
  • the heating unit 30 can efficiently heat the periphery of the liquid column C in which many mist droplets are generated. Thereby, the heating unit 30 adjusts the relative humidity at the gas-liquid interface of the liquid column C so that the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. And the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W is suppressed low, and the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be improved as a result.
  • the installation place of the heating part 30 is not limited to the above-mentioned place. If the heating unit 30 can heat at least part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121, the installation location of the heating unit 30 is not particularly limited.
  • the heating unit 30 may include a heater other than the coil heater.
  • the heating unit 30 may include an infrared heater.
  • FIG. 5 is a schematic view showing the heating unit 30A.
  • the heating unit 30A illustrated in FIG. 5 includes a sheathed heater. At least a part of the heating unit 30 ⁇ / b> A is disposed below the liquid level of the hygroscopic liquid W ⁇ b> 2 stored in the atomization regeneration tank 121 in the internal space 121 c of the atomization regeneration tank 121.
  • the end 30Aa of the sheathed heater of the heating unit 30A is disposed above (+ Z direction) the ultrasonic generator 123, and extends upward (+ Z direction) from the bottom of the atomization regeneration tank 121. That is, when the atomizing device 3A is viewed from above, the ultrasonic generator 123 and the end portion 30Aa of the sheathed heater overlap in a plane.
  • the heating unit 30A can directly heat the liquid column C in which many mist droplets are generated. Accordingly, the heating unit 30A adjusts the relative humidity at the gas-liquid interface of the liquid column C so that the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. And the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W is suppressed low, and the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be improved as a result.
  • FIG. 6 is a schematic view showing the heating unit 30B.
  • the heating unit 30B illustrated in FIG. 6 includes a nozzle that can be heated. At least a part of the heating unit 30B is disposed below the liquid surface of the hygroscopic liquid W2 stored in the atomization regeneration tank 121 in the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the nozzle opening 30Ba of the heating unit 30B is disposed above (+ Z direction) the ultrasonic wave generation unit 123. That is, when the atomizing device 3B is viewed from above, the ultrasonic generator 123 and the nozzle opening 30Ba overlap in a plane. Thereby, the liquid column C is formed through the opening 30Ba of the nozzle.
  • the heating unit 30B can directly heat the liquid column C in which many mist droplets are generated. As a result, the heating unit 30B adjusts the relative humidity at the gas-liquid interface of the liquid column C so that the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. And the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W is suppressed low, and the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be improved as a result.
  • water can be separated with high atomization efficiency.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the fourth embodiment.
  • the atomization device 4 is partially in common with the atomization device 3 of the third embodiment.
  • a heating unit 32 is provided in a part of the supply channel 16. Therefore, in this embodiment, the same code
  • the heating unit 32 is provided in a part of the supply channel 16.
  • the heating unit 32 heats the gas G ⁇ b> 1 that flows through the supply flow channel 16.
  • the heated gas G1 H is supplied to the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121 by the blower 122. Thereby, at least a part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121 is heated.
  • the heating unit 32 includes a heater.
  • An example of the heater is a heater.
  • the heater may be a heat exchanger that uses the heat generated by the vibrator of the ultrasonic generator 123.
  • the heater may be a heat exchanger that utilizes the hygroscopic heat of the hygroscopic liquid.
  • you may use the heat exchanger at the time of cooling as a heater. By using these heat exchangers as heaters, the energy consumption of the atomizer 4 can be kept low.
  • water can be separated with high atomization efficiency.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the atomization apparatus of the fifth embodiment.
  • the atomization apparatus 5 combines the atomization apparatus 1 (refer FIG. 1) of 1st Embodiment, and the atomization apparatus 4 of 4th Embodiment. Therefore, in this embodiment, the same code
  • the heating unit 32 is provided between the cooling condensing unit 125 and the intake port 16a. Since the heating unit 32, the cooling condensing unit 125, and the intake port 16a are in such a positional relationship, the gas obtained by removing moisture from the gas G1 by the cooling condensing unit 125 is heated by the heating unit 32. be able to. Thereby, the temperature of a gas-liquid interface can be raised, reducing the moisture content of gas G1 DH supplied to a gas-liquid interface.
  • such an atomization apparatus 5 is at least part of the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the water vapor pressure determined by the relative humidity can be made lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. Thereby, the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W can be suppressed lower, and as a result, the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be further improved.
  • the atomization apparatus 5 may be provided with the transport flow path 26 (refer FIG. 3) of 2nd Embodiment.
  • water can be separated with high atomization efficiency.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the humidity control apparatus of the sixth embodiment.
  • the humidity control apparatus 110 is partially in common with the humidity control apparatus 10 of the first embodiment.
  • the humidity control apparatus 110 includes a flow path 19 instead of the supply flow path 16. Therefore, in this embodiment, the same code
  • the flow path 19 connects the internal space of the moisture absorption tank 111 and the intake port 16a of the atomization regeneration tank 121. Thereby, the air A3 from which moisture has been removed can be supplied to the gas-liquid interface of the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121.
  • the water vapor pressure determined by the relative humidity is lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid.
  • the moisture absorption amount of the hygroscopic liquid W can be suppressed low, and as a result, the atomization amount of the hygroscopic liquid W can be improved.
  • the humidity control device 110 includes the atomization device 1 described above. Therefore, the humidity control apparatus 10 can regenerate the hygroscopic liquid with low energy.
  • the humidity control apparatus 110 uses the air A3 obtained by the moisture absorption unit 11 to lower the water vapor pressure determined by the relative humidity at the gas-liquid interface to be lower than the saturated water vapor pressure of the hygroscopic liquid. Therefore, compared with the humidity control apparatus 10 of 1st Embodiment, the number of parts which comprise an apparatus decreases.
  • the atomization apparatus of the above-described embodiment may include suction means provided in the discharge flow path 18 instead of including the blower 122.
  • suction means the internal space 121c of the atomization regeneration tank 121 can be set to a negative pressure, and the gas G1 can be introduced into the internal space 121c through the intake port 16a to form an air flow of the gas G1.
  • the atomization device of the above-described embodiment may not include a guide tube.
  • the exhaust port 18 a may be provided on the side surface of the atomization regeneration tank 121.
  • the atomization reproduction unit 12 can include the above-described atomization apparatuses 2 to 5, respectively. Such a humidity control apparatus can also regenerate the hygroscopic liquid with low energy.
  • the cooling condensing unit 125 functions as a recovery unit that recovers the mist droplets W3 in the gas G2. Therefore, it is not necessary for the atomizing device 2 to separately provide a recovery unit in the discharge channel 18. Therefore, the number of parts constituting the humidity control device is reduced.
  • the air contact method is not limited to the flow-down method.
  • the air contact method may be a method in which the hygroscopic liquid W1 is allowed to stand in the air flow of the air A1, that is, a so-called stationary method.
  • the air contact method may be a so-called spray method in which the mist-like hygroscopic liquid W1 is sprayed in the air flow of the air A1.
  • the air contact method may be a method in which bubbles of the air A1 are contacted in the hygroscopic liquid W1, that is, a so-called bubbling method.
  • the air contact method may be a method in which the hygroscopic liquid W flows down into the column or honeycomb structure in the air stream of the air A1 and is immersed therein.

Abstract

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。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。

Description

霧化装置および調湿装置
 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G1を供給する。気体G1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G1を供給する。気体G1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の他端と接続している。
 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へ再利用され、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G1となる。気体G1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G1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4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。
 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6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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