(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体。
【請求項２】
請求項１に記載の加湿エレメント本体と、該加湿エレメント本体の少なくとも一方の面上にあらかじめ支持されたスペーサとからなることを特徴とする加湿エレメント。
【請求項３】
該スペーサが、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサであることを特徴とする請求項２に記載の加湿エレメント。
【請求項４】
吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体が、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して渦巻状に巻回され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする加湿ユニット。
【請求項５】
吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体が複数、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して互いに平行に配列され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする加湿ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加湿エレメント及び加湿ユニットに関し、詳しくはユニット化したときに圧力損失が小さく加湿面積を十分確保でき、しかも安価に簡単に製造可能な加湿エレンメント及び加湿ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
疎水性高分子の多孔質シートを用いた透湿膜式加湿器が知られている。これは、例えば図２３に示すように、水の通過を阻止し、水蒸気の通過を許容する疎水性高分子多孔質膜３１に補強材３２を積層したシートを用いて袋帯状の中空構造体３３を形成し、この中空構造体３３を加湿エレメントとしたものである。図２３に示す加湿エレメントでは、中空構造体３３の内部に、水の流路を確保するためのスペーサー３４が配置されている。このような加湿エレメントを用いた加湿器の構造例としては、図２４に示すものが挙げられる。この加湿器は、中空構造体３３からなる加湿エレメントを、通風路を確保するための波板状のスペーサ３５とともに渦巻状に巻き上げ、取付枠３６に収納して構成されている。
【０００３】
このように構成された加湿器を運転するには、給水口３７より加湿用水を袋帯状の中空構造体３３の内部に供給し、取付枠３６の開口部へと空気を送る。これにより、中空構造体３３の内部の水は、疎水性高分子多孔質膜３１を介して水蒸気として外部へ放出され、加湿が行われる（特開昭６０−１７１３３７号公報、特開昭６１−２５０４２９号公報等）。
【０００４】
ところが、このタイプの加湿器は、前記袋帯状の中空構造体の内部に加湿用水が給水されると、中空構造体が膨張して空気の通路を狭くするために、加湿効率が低下したり、空気の圧力損失が増大したりする。このような不具合を防ぐために、波板状スペーサの波形のピッチを微小化して、微小間隔で中空構造体を押さえることが考えられる。しかし、このようにすると、波板状スペーサとシートとの接触面積が大きくなるため加湿面積のロスが大きくなる上、スペーサが微小間隔で波形状をしているため空気抵抗が大きくなるという欠点がある。また、内部水圧によるシートの破壊を防ぐために、加湿エレメントにおいて図２３の３２で示すような補強材を設けることが不可欠であった。
【０００５】
一方、疎水性高分子の多孔質シートを用いた透湿膜式加湿器の別の例として、図２５に示すような中空の枠を用いたものがある。これは、例えば厚さ５ｍｍ程度のアルミニウム板あるいはプラスチック板を用いて形成された中空の枠に、疎水性高分子多孔質膜を両面に貼り合わせ、加湿ユニット３８としたものである（図では疎水性高分子多孔質膜は省略してある）。隣接する中空部を仕切る枠部分には両中空部を連通させる貫通孔が設けてある。なお、図中３７は給水口である。
【０００６】
このような構造の加湿器の場合、加湿ユニット３８に給水口３７から加湿用水を供給すると、水の自重により疎水性高分子多孔質膜が膨れ、やがて膜はクリープを引き起こし耐水圧が低下し、水漏れが発生してしまう。このような不具合を改善するためには、膜が膨れないようように中空部の個数を多くするとともに各中空部の大きさを小さくして、中空枠と膜とを微小間隔で接着すればよい。しかしながら、このようにすると、中空枠と疎水性高分子多孔質膜との接着部は透湿性がないため加湿面積のロスが大きくなるという欠点がある。また、アルミニウムやプラスチックからなる中空枠はコスト高になり、しかも大型のものが作り難いという問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するものであって、加湿用水の給水後も膨れが生じず、補強材の不要な加湿エレメント及び加湿ユニットを提供することをその課題とする。
また、本発明は、加湿効率が大幅に向上し、しかも低コストで製造できる加湿エレメント及び加湿ユニットを提供することを別の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題を解決するため、吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体と、該加湿エレメント本体の少なくとも一方の面上にあらかじめ支持されたスペーサとからなることを特徴とする加湿エレメントが提供される。
また、本発明によれば、上記構成において、該スペーサが、軸方向がシート面とほぼ平行となるように互いに間隔をおいて配された複数の棒状スペーサであることを特徴とする加湿エレメントが提供される。
また、本発明によれば、吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体が、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して渦巻状に巻回され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする加湿ユニットが提供される。
さらに、本発明によれば、吸水性材料層の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシートの周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体が複数、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して互いに平行に配列され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする加湿ユニットが提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の加湿エレメントについて詳細に説明する。
本発明の加湿エレメントは、吸水性材料層（以下水吸収層と称することもある）の両面に水蒸気透過性で水不透過性の合成樹脂層を部分的接着により積層してなるシート（以下加湿用シートと称することもある）の周縁部を閉じた構造の加湿エレメント本体と、該加湿エレメントの少なくとも一方の面上にあらかじめ支持されたスペーサとからなることを特徴とする。
【００１０】
まず本発明の加湿エレメントに使用される加湿用シートについて説明する。
本発明において使用される加湿用シートの基本的構成は図１で示される。図１において、１は水吸収層、２Ａ及び２Ｂは合成樹脂層である。この加湿用シートの透湿度は、１万ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上であればいくらでも良いが、結露等の問題を考慮すると好ましくは３万〜１０万ｇ／ｍ2・ｄａｙである。
【００１１】
水吸収層１は、加湿用水を吸収、保持することが可能な吸水性材料からなる。水吸収層１の厚さは０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍである。水吸収層１に使用する吸水性材料は、当該加湿用シートを用いて作製した加湿エレメントを使用した加湿器の運転時に、合成樹脂層２Ａ、２Ｂを介して加湿用水を水蒸気として放出するものであればよく、適宜の材料が使用可能であるが、(i)不織布、(ii)織布、(iii)編布、(iv)発泡性材料、(v)多孔性焼結体の使用が特に好ましい。
【００１２】
上記(i)の不織布としては、普通の不織布が使用可能であるが、一般的には、厚さ０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍ、目付け１０〜５０００ｇ／ｍ2、好ましくは５０〜５００ｇ／ｍ2のものが使用される。例えば、アクリル樹脂の不織布（一例として厚さ３ｍｍ、目付け３００ｇ／ｍ2)、ポリプロピレン樹脂の不織布（一例として厚さ３ｍｍ、目付け５０ｇ／ｍ2)等を用いることができる。
【００１３】
上記(ii)の織布としては、一般的には、５〜５０００デニール、好ましくは２００〜１０００デニールの繊維を織ったもの、例えば、５００デニールのアクリル繊維の平織の織布、２００デニールのビニール繊維を織り込んだもの等を用いることができる。
【００１４】
上記(iii)の編布としては、一般的には、厚さ０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、開口率３０〜９８％、好ましくは６０〜９０％のもの、例えば、５００デニールのポリプロピレン繊維を２０×２２メッシュ／インチに編みこんだもの、編み目が５×５ｍｍ、厚さ４ｍｍのネット等を用いることができる。
【００１５】
上記(iv)の発泡性材料としては、連続孔を有する発泡体、例えばポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム等を使用することができる。一般的に、発泡性材料で形成したシートの厚みは０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、空隙率は２０〜９８％、好ましくは６０〜９０％、セル数３〜５００個／インチ、好ましくは５〜１５個／インチである。
【００１６】
上記(v)の多孔性焼結体としては、プラスチックのビーズを熱若しくは接着剤を用いて接合、一体化した多孔性材料、例えば、直径が１００μｍ程度のポリビニルアルコールビーズなどを焼結させたもの、直径が３００μｍ程度のポリエチレンビーズを焼結させたもの等を用いることができる。一般的に多孔性焼結体で形成したシートの厚さは０．１〜５０ｍｍ、好ましくは１〜１０ｍｍ、空隙率は２０〜９５％、好ましくは６０〜８０％である。
【００１７】
合成樹脂層２Ａ、２Ｂは、水蒸気透過性で水不透過性であることが必要で、水吸収層１に吸収、保持された加湿用水の漏出を防ぎ、加湿用水を水蒸気として外部に放出させ、供給される空気を加湿する機能を有する。合成樹脂層２Ａ、２Ｂの透湿度は１万ｇ／ｍ2・ｄａｙ以上であれば良いが、結露等の問題を考慮すると好ましくは３万〜１０万ｇ／ｍ2・ｄａｙである。また、合成樹脂層２Ａ、２Ｂの厚さは、３〜１０００μｍ、好ましくは５〜３００μｍ、より好ましくは１０〜１００μｍである。
【００１８】
合成樹脂層２Ａ、２Ｂに使用する材料は上記の機能を備えたものであればよく、適宜の材料が使用可能であるが、(i)合成樹脂多孔質膜、(ii)透湿性を有する合成樹脂無孔質膜の使用が好ましい。
【００１９】
上記(i)の合成樹脂多孔質膜としては、下記のものの使用が特に好ましい。
(a)疎水性多孔質膜
(b)高分子多孔質膜に透湿性樹脂を無孔質構造で含浸させたもの
(c)高分子多孔質膜に無孔質構造の透湿性樹脂膜を積層したもの
(d)高分子多孔質膜に透湿性樹脂を無孔質構造で含浸させるとともに、無孔質構造の透湿性樹脂膜を積層したもの
(e)高分子多孔質膜の骨格表面を撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーで被覆し且つ連続孔を残したもの
【００２０】
上記(a)の疎水性多孔質膜としては、合成樹脂より得られる公知の疎水性の連続多孔質体、例えばポリオレフィン樹脂系の多孔質体、フッ素樹脂系の多孔質体等が使用可能である。ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂の連続多孔質体を用いる場合は、フッ素系撥水剤、シリコーン系撥水剤等により撥水処理を付与することができる。フッ素樹脂系多孔質体としては、ポリテトラフルオロエチン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等の多孔質体が使用できるが、なかでもポリテトラフルオロエチレンを延伸処理して得られる多孔質体は、耐薬品性、耐熱性、耐圧性に優れ特に好ましく使用される。
【００２１】
疎水性多孔質膜の平均孔径は、０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。疎水性多孔質膜の平均孔径が０．０１μｍより小さいと膜製造上の困難さがあり、逆に１０μｍを超えると不純物、異物が付着しやすくなって好ましくない。
疎水性多孔質膜の空孔率は、５０〜９８％、好ましくは６０〜９５％である。疎水性多孔質膜の空孔率が５０％より小さいと水蒸気の透過量が少なくなって、加湿量が不十分になり、逆に９８％を超えると膜の強度が低下してしまう。
また、疎水性多孔質膜の厚さは、５〜３００μｍ、好ましくは３０〜６０μｍが適当である。疎水性多孔質膜の厚さが５μｍより薄いと製造時の取扱い性に問題が生じ、３００μｍを超えると水蒸気の透過効率が低下し十分な加湿量がとれない。
【００２２】
上記(b)の高分子多孔質膜に透湿性樹脂を無孔質構造で含浸させたものにおいて、高分子多孔質膜としては、耐熱性、耐腐食性を有するものが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂の多孔質体、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエステル等の多孔質体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂の多孔質体等が使用できるが、なかでもポリテトラフルオロエチレンを延伸処理して得られる多孔質体は、耐熱性、耐薬品性に優れ好ましい。なお、ここで用いる高分子多孔質膜は疎水性でなくてもよい。
【００２３】
この場合、高分子多孔質膜の平均孔径は、０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。この孔径が大きすぎると、特に透湿性樹脂を含浸により複合化する場合に薄層化が困難になる。
高分子多孔質膜の空孔率は、５〜９５％、好ましくは８０〜９５％である。空孔率が小さすぎると合成樹脂層の水蒸気透過量が減少し、また大きすぎると多孔質膜の強度が低下する。
また、高分子多孔質膜の厚さは、５〜１０００μｍが好ましく、あまり薄いものでは透湿性樹脂を含浸させるための基体として十分ではない。
【００２４】
高分子多孔質膜に含浸させる透湿性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、アミノ基等の親水性基を持つ高分子材料であって、水膨潤性で且つ水不溶性のものが好ましく用いられる。具体的には、少なくとも一部が架橋されたポリビニルアルコール、酢酸セルロース、硝酸セルロース等の親水性ポリマーや、ポリアミノ酸、ポリウレタン樹脂、親水性含フッ素系樹脂、シリコーン樹脂等を例示することができるが、耐熱性、耐薬品性、加工性、透湿度等を考慮に入れるとポリウレタン樹脂、フッ素系透湿性樹脂の使用が特に好ましい。
【００２５】
ポリウレタン樹脂としては、無孔質の親水性ポリウレタン系樹脂が好ましく用られる。この無孔質の親水性ポリウレタン系樹脂は、通常親水性の高いポリオールとポリイソシアネート化合物を主原料として反応させて得られる。親水性の高いポリオールとしては、例えばポリオキシエチレングリコールを用いることができるが、透湿性の向上、硬化速度の向上等を目的としてポリオキシアルキレンポリオールの使用も有効であり、またジオール類を併用することもできる。この反応により得られたイソシアネート基含有プレポリマーは、このプレポリマーの硬化剤との組み合わせにより二液型の組成物として用いることができる。硬化剤としては、ジオールやジアミンが用いられる。また、硬化剤を含まない一液型の組成物として、空気中の水分などにより硬化させるようにしてもよい。あるいは、二液型組成物と一液型組成物を併用することもできる。
【００２６】
フッ素系透湿性樹脂としては、スルホン酸系パーフルオロイオン交換樹脂、特開平４−１３９２３７号公報に開示されている含フッ素モノマーと親水基含有モノマーとのコポリマー等の使用が望ましい。
【００２７】
高分子多孔質膜に透湿性樹脂を含浸させる場合、高分子多孔質膜の厚さ方向の全部にわたって含浸させてもよいし、その一部において含浸させてもよい。
透湿性樹脂を含浸させた部分の厚さは、１〜３０μｍ、好ましくは５〜１５μｍである。この部分の厚さが厚すぎると水蒸気透過量の低下をもたらし、加湿能力が不十分となり、薄すぎるとピンホールが無く均一に製膜を行うことが困難となる。
【００２８】
多孔質高分子膜に透湿性樹脂を含浸させる方法としては、例えば以下のような方法を用いることができる。
透湿性樹脂がポリウレタン系樹脂の場合には、ポリオールとポリイソシアネートの２成分を混合し硬化反応が終了する前の流動性がある状態で塗布した後、加熱硬化させる方法を用いることができる。
透湿性樹脂がフッ素系樹脂の場合には、アルコール、ケトン、エステル、アミドあるいは炭化水素のような有機溶媒中に溶解させた溶液を塗布した後、脱溶剤する方法が挙げられる。
透湿性樹脂がシリコーン樹脂の場合には、トルエン等の有機溶媒中に溶解させ、その溶液を塗布した後、脱溶媒する方法が挙げられる。
上記において、塗布の具体的方法としては、グラビアロール、リバースロール、ドクターロール、キスロール等を用いた方法やディッピング法等が挙げられる。
【００２９】
上記(b)においては、高分子多孔質膜に透湿性樹脂を無孔質構造で含浸させたものを挙げたが、上記(c)のように、高分子多孔質膜に無孔質構造の透湿性樹脂膜を積層したものも使用可能である。
この場合、高分子多孔質膜としては上記(b)において使用される材料ものと同様な材料を同様にして用いることができる。また、透湿性樹脂膜にも上記(b)において使用される材料と同様な材料を用いることができる。
透湿性樹脂膜の厚さは、５００μｍ以下、好ましくは１〜１００μｍである。この部分の厚さが厚すぎると水蒸気透過量の低下をもたらし、加湿能力が不十分となり、薄すぎるとピンホールが無く均一に製膜を行うことが困難となる。
高分子多孔質膜に無孔質構造の透湿性樹脂膜を積層する方法としては、例えば、グラビアロールを用いて、接着剤を転写しラミネートする方法、熱融着法等を用いることができる。
【００３０】
また、合成樹脂層２Ａ、２Ｂとしては、上記(d)のように、高分子多孔質膜に透湿性樹脂を無孔質構造で含浸させるとともに、無孔質構造の透湿性樹脂膜を積層させたものも使用可能である。
【００３１】
さらに、上記(e)の高分子多孔質膜の骨格表面を撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーで被覆し且つ連続孔を残したものにおいて、高分子多孔質膜としては、上記（b)と同様のものを用いることができる。
この場合、骨格表面を被覆する有機ポリマーは、撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーであれば特に限定されないが、例えば、フッ素化有機側鎖を繰り返し現われるペンダント基として有するポリマーを好適に用いることができる。
【００３２】
このようなポリマー及びそれを多孔質高分子膜に複合化する方法の詳細についてはＷＯ  ９４／２２９２８公報などに開示されており、その一例を下記に示す。
0003659706.tif 000002
（式中、ｎは３〜１３の整数、ＲはＨまたはＣＨ3である）で表わされるフルオロアルキルアクリレート及びフルオロアルキルメタクリレートを重合して得られるポリマー（フッ素化アルキル部分は６〜１６の炭素原子を有することが好ましい。）の水性マイクロエマルジョン（平均粒径０．０１〜０．５μｍ）をフッ素化界面活性剤（例、アンモニウムペルフルオロオクタノエート）を用いて形成し、それを多孔質高分子膜に適用し、加熱すると水とフッ素化界面活性剤が除去されるとともに、フッ素化ポリマーが溶融して多孔質基材の骨格を被覆し、かつ連続孔を維持した、目的の撥水性・撥油性多孔質膜が得られる。
また、他の有機ポリマーとして、「ＡＦポリマー」（デュポン社の商品名）、「サイトップ」（旭硝子社の商品名）なども使用できる。これらの有機ポリマーを高分子多孔質膜の骨格表面に被覆するには、例えば「フロリナート」（３Ｍ社の商品名）などの不活性溶剤にこれらのポリマーを溶解させ、高分子多孔質膜に含浸させた後、溶剤を蒸発除去する等の方法で行う。
【００３３】
また、合成樹脂層２Ａ、２Ｂには、上述のように透湿性を有する合成樹脂無孔質膜を使用することもできる。この合成樹脂無孔質膜に使用する材料としては、上記(b)において使用した透湿性樹脂を使用することができる。
【００３４】
透湿性樹脂無孔質膜の厚さは、通常３〜４００μｍ、好ましくは５〜３０μｍである。透湿性樹脂無孔質膜の厚さが厚すぎると水蒸気透過量の低下をもたらし、加湿能力が不十分となる。従って、透湿性樹脂無孔質膜で必要とされる機械的強度、耐用性を満足させる範囲で極力薄い方が好ましい。
【００３５】
加湿用シートにおいて、水吸収層１と合成樹脂層２Ａ、２Ｂは部分的接着により積層され、実質的に三層一体化された状態となっている。ここで水吸収層１と合成樹脂層２Ａ、２Ｂとの積層は、公知の方法で行うことができる。
例えば、水吸収層材料にグラビアパターンを施したロールでウレタン系接着剤を塗布し、その上に合成樹脂層を合わせてロールで圧着する。この工程を水吸収層の上下面に連続して行う。この場合、接着剤を合成樹脂層面に塗布し、これを水吸収層に圧着してもよい。水吸収層と合成樹脂層の接着面積は、水蒸気の透過面積を減少させない意味でできるだけ少ない方がよく、全接合面積の３〜９７％、好ましくは５〜６０％、より好ましくは２０〜４０％である。本発明においては、このため点接着、線接着等の部分接着法を採用する。
また、水吸収層の両側に合成樹脂層を重ねて三層構造とし、これをヒートロールに通して、水吸収層の表面の一部を熱により融着して積層してもよい。この場合の接着面積も上記と同様である。ただし、接着剤自体に透湿性を有する場合、上記外でもよい。
【００３６】
水吸収層の両面に積層される合成樹脂層には、必ずしも同じ材料を用いる必要はない。即ち、例えば、水吸収層の片面には透湿性樹脂からなる合成樹脂無孔質層を設け、他の面には疎水性多孔質膜からなる合成樹脂層を設けることもできる。同様に、合成樹脂層を適宜組み合わせて加湿用シートを得ることができる。
【００３７】
この加湿用シートは、水吸収層と合成樹脂層が実質的に一体的に積層された三層一体構造となっているため、従来の中空状の加湿用膜材と比較して、強度的にも改善されたものとなっており、合成樹脂層の外側に織布、不織布、編布等の補強材を積層して内部水圧によるシートの破壊を防ぐといった必要はない。しかしながら、製造時における合成樹脂層の損傷を防止する等の意味でこれを設けることは一向に差し支えない。
【００３８】
次に、本発明の加湿エレメントに使用される別の加湿用シートについて説明する。
図２はこの加湿用シートの基本的構成を模式的に示す斜視断面図で、この加湿用シートは、図１に示す加湿用シートにおいて、水吸収層１に、加湿用水の通路となり、かつ加湿用水から析出する不純物を収容するための溝３を形成したものである。
【００３９】
本発明者らの更なる検討によると、図１に示す加湿用シートを用いて構成した加湿エレメントを使用した加湿ユニットを長期間に渡って運転した場合、加湿用水に含まれるカルシウム分等の不純物が水吸収層に析出して、水吸収層材料の目詰まりを引き起こし、加湿効率の低下を招く傾向があることを確認するとともに、水吸収層１に溝３を形成することにより、加湿用水から析出した不純物が該溝３に収容され、前記不具合が改善できることを確認した。なお、この溝は加湿用水の通路としての機能も有する。
【００４０】
溝３の幅、深さ、長さ、断面形状等は、加湿用シートの耐用年数、加湿器の運転条件、水質等を考慮して決定すべきであるが、一般に、幅１〜５０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍ、深さ０．１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜１０ｍｍの溝を適宜の位置に１個又は複数個設ける。図３（ａ）は溝３を水吸収層１の両側に設けた例である。溝３の深さは、場合によっては、水吸収層１の厚さ方向全体に渡って設けてもよい。加湿用シートを矩形又は帯状に成形する場合、溝３は長さ方向に平行に１個又は複数個設けると好適である。また、図３（ｂ）に示すように、２枚の水吸収層のそれぞれの片側に長手方向と平行に溝を形成し、溝を形成した面を向かい合わせて積層する等の方法により、厚さ方向の中間部に溝を有する水吸収層とすることもできる。
【００４１】
次に、本発明の加湿エレメントについて説明する。
本発明の加湿エレメントにおける加湿エレメント本体の基本構成は、上記した加湿用シートを適宜の形状に成形し、その周縁部を閉じたものからなる。その基本的構成は、例えば図４及び図５で示される。図４、図５において、１は水吸収層、２Ａ及び２Ｂは合成樹脂層、３は溝、４は閉じられた周縁部である。
【００４２】
本発明の加湿エレメント本体の形状は特定の形に限定されず、矩形、帯状、方形、円形等適宜の形状とすることができる。
本発明の加湿エレメント本体においては、上述のように周縁部が閉じられるが、この閉じ方としては、熱融着又は接着剤により接合する方法等を用いることができる。熱融着により行う場合は、例えば、温度１９５℃、圧力３ｋｇ／ｃｍ2、速度１ｍ／分の条件で熱ロールを用いてシートの中間部に位置する水吸収層材料を溶かして行うことができる。
【００４３】
本発明の加湿エレメント本体には、後述するように給水口が取り付けられる。また、本発明の加湿エレメント本体には、排水口を設けることができる。この排水口は、上記の給水口と同様、例えば一端部が加湿用シートの水吸収層に通じ、他端部が加湿用シートの外部に突出しているプラスチックチューブを設けるなどして設置することができる。排水口を設置すると、加湿用シート内に給水された加湿用水を加湿用シートの洗浄のために排出したり、あるいは、加湿器の運転中に排水口から一定量の水を連続的に又は間欠的に排出して、加湿用水の流れを作り、加湿用シートの目詰まりが発生しにくくすることができる。
【００４４】
また、本発明の加湿エレメント本体には、図６に示すように、空気抜き手段として、通気性で水不透過性の素材からなるチューブ５を取り付けることができる。このチューブ５は、その一端部が加湿用シートから外部に出るように取り付けられる。
チューブ５を構成する通気性で水不透過性の素材としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。
また、チューブ５は、加湿用シートの水吸収層１の長さ方向のほぼ全体にわたって設けられた溝３内に配置することもできる。
上記チューブ５を設置すると、加湿用シートへの最初の給水時に、加湿用シート内に存在している空気はチューブ５により速やかに捕集され、水による空気置換を速やかに行うことができるようになる。
なお、合成樹脂層２Ａ、２Ｂが疎水性多孔質膜や、高分子多孔質膜の骨格表面を撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーで被覆しかつ連続孔を残したもの等のように通気性を有する膜とした場合には、空気抜きチューブの設置は不要である。
【００４５】
また、本発明の加湿エレメント本体には、加湿用シートの一部に合成樹脂層を被覆していない部分を設けるとともに、該部分に水不透過性で通気性の膜を空気抜き手段として設置することができる。図７にその一例を示す。図において６は合成樹脂層２Ａが設けられていない部分で、その部分に水不透過性の通気性膜７が設置されている。水不透過性で通気性の膜材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等を用いることができる。
このような構成としても、上記チューブ５を設けた場合と同様、加湿用シートへの給水時に速やかに水による空気置換を行うことが可能となる。
なお、合成樹脂層２Ａ、２Ｂが疎水性多孔質膜や、高分子多孔質膜の骨格表面を撥水性及び撥油性を有する有機ポリマーで被覆しかつ連続孔を残したもの等のように通気性を有する膜とした場合には、水不透過性の通気性膜７の設置は不要である。
【００４６】
本発明の加湿エレメントは、加湿エレメント本体の少なくとも一方の面上にあらかじめ支持されたスペーサを有するものである。このスペーサとしては、適宜の形状のものが使用可能であるが、ユニット化した際にシート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された棒状スペーサが特に好ましい。ここで、棒状スペーサとは、単独で棒状、パイプ状となっているもののほか、図１０に示すようにピン状のもの或いは図１３に示すように螺旋状のもので、加湿エレメント本体に取り付けられたときにシート面上の部分が棒状体、パイプ状体と同じ作用を行うものをも含む。
【００４７】
棒状スペーサを用いると、波板状スペーサを用いた場合と比ベ、スペーサとシートとの接触面積を大幅に減少でき、単位体積当たりの加湿面積をより増大させることが可能となる。
また、棒状スペーサを用いると、波板状スペーサを用いた場合と比べ、被加湿空気の加湿ユニット通過時の抵抗（圧力損失）を非常に小さくすることができる。つまり、風を発生するファンのエネルギーが少なくて済み低燃費となる。そして、圧力損失が小さい加湿エレメントは、低出力のファンを設置している家庭用加湿ユニットへの使用に特に好適なものとなる。また、スペーサに使用する棒、パイプ、ピン等は非常に安価であり、波板状スペーサに比べ材料費を低減できる。
【００４８】
ここで、本発明による加湿エレメントと従来の袋状中空膜を用いた加湿エレメントにおける加湿面積、圧力損失の評価結果を述べる。
＜従来品Ａ＞
波板状スペーサ：幅１２０ｍｍ、高さ３．５ｍｍ、ピッチ６．５ｍｍ
袋状中空膜：１００μｍの厚さのＰＴＦＥ疎水性多孔質膜に２００μｍの厚さのナイロン製織物を接着剤を用いて接着した膜で作製しその幅を１２０ｍｍとした。
上記スペーサを介して２枚の袋状中空膜を重ねた状態の断面は、模式的に図８で示される。図８において、１１は袋状中空膜、１２は波板状スペーサである。この場合の波板の山部と袋状中空膜との接触幅は１．５ｍｍであった。
＜本発明品Ｂ＞
棒状スペーサ：長さ１２０ｍｍの３．５ｍｍ角棒：３０ｍｍピッチで配置
加湿エレメント：後記実施例１で得られた幅１２０ｍｍのもの
上記スペーサを介して２枚の加湿エレメントを重ねた状態の断面は、模式的に図９で示される。図９において、１３は加湿エレメント、１４は棒状スペーサである。この場合、３０ｍｍピッチでスペーサを設けたにもかかわらず、加湿エレメントのたるみはなかった。Ａ、Ｂ両者における膜１００ｃｍ2当たりのスペーサとの接触面積はＡが２２．５ｃｍ2、Ｂが１０．５ｃｍ2であり、本発明品Ｂの方が加湿面積を大きくできる。
また、前記した従来品Ａ及び本発明品Ｂで用いたスペーサと加湿エレメント本体を渦巻状に巻いて加湿エレメントを作成し、風速２．５ｍ／ｓの条件で圧力損失を測定したところ、圧力損失はＡが８．６ｍｍＨ2Ｏ、Ｂが５．８ｍｍＨ2Ｏであり、本発明品Ｂの方が圧力損失は小さかった。
【００４９】
本発明の加湿エレメントによれば、上記のような構成としたので、以下のような利点を有する。
(1)吸水性材料層（水吸収層）とその両面に設けられた合成樹脂層が部分的接着により積層され、実質的に三層一体化された構造となっているため、従来の袋帯状の中空構造体からなる透湿膜で構成された加湿エレメントと異なり、加湿用水を供給しても、シートの膨れが生じず、従って、ユニット化した場合、従来のように通風路が狭くなって加湿効率が低下したり、加湿する空気の圧力損失が増大したりする不具合がなくなる。
(2)膨れが生じず、一定の厚さを有する加湿エレメントのため、品質が安定したものとなる。
(3)上記したように実質的に一体の積層構造となっているため、従来の袋帯状の中空構造体からなる透湿膜で構成された加湿エレメントと異なり、内部水圧によるシートの破壊を防ぐための補強材を必要とせず、簡素な構造の加湿ユニットを製造することができる。
(4)加湿エレメント本体にあらかじめスペーサが支持されているため、加湿ユニットの製造が極めて簡単化される。
(5)棒状スペーサを用いた場合には、波板状スペーサの場合と比べ、スペーサとシートとの接触面積を大幅に減少でき、単位体積当たりの加湿面積をより増大させることが可能となる。
【００５０】
次に、本発明の加湿ユニットについて説明する。
本発明による第１の加湿ユニットは、前記加湿エレメント本体が、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して渦巻状に巻回され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする。
また、本発明による第２の加湿ユニットは、前記加湿エレメント本体が複数、シート面同士が密着しないようにかつ通風が可能なように、軸方向がシート面とほぼ平行となるように配された複数の棒状スペーサを介して互いに平行に配列され、かつ該加湿エレメント本体が給水口を有することを特徴とする。
棒状スペーサは加湿エレメント本体にあらかじめ支持されていてもよいし、ユニット化の際に装着するようにしてもよい。前者の場合は、前述の本発明による加湿エレメントをそのまま使用することができる。
【００５１】
加湿エレメント本体を渦巻き状に巻きあげた場合には、給水は加湿エレメント本体に給水口を設けて行なえばよい。一方、加湿エレメント本体を複数個平行に配列した場合には、各加湿エレメント本体間の適宜の位置に板状体及び棒状スペーサを挟んで上下の加湿エレメント本体と接合し、板状体及び加湿エレメント本体を上下に貫通する給水用小穴を設ける。あるいは、貫通するように予め加湿エレメント本体と板状体に穴をあけておき、これを接合するようにしてもよい。接合には接着剤を用いるとよい。このように構成すると、加湿用水は、この給水用小穴を経由して、各加湿エレメント本体に供給され、加湿用シートの水吸収層全域に行き渡ることになる。なお、上記した板状体を挟み、貫通穴を設けた構造のものを、別途設けて、排水用小穴とするか、加湿用水を水吸収層に供給する時の空気抜き孔としてもよい。空気抜き孔とする場合は、下方の穴端部を閉じ、最上部の開口部に、前述した水不透過性で通気性の膜を設ければよい。その他、各加湿用シートにチューブ等を用いて給水口を設け、この給水口を経由して加湿用水を供給してもよい。
【００５２】
この様にして形成された加湿ユニットは、取付枠に収納し、給水配管と接続し、送風手段により空気を送風することにより、空気を加湿することができる。
【００５３】
【実施例】
次に実施例をあげて本発明を更に具体的に説明する。
【００５４】
実施例１
目付１００ｇ／ｍ2のポリプロピレン不織布（１５デニール繊維を使用）の両面に、空孔率９０％、透湿度７万ｇ／ｍ2・ｄａｙ、厚さ５０μｍの延伸多孔質ＰＴＦＥ（商品名：ゴアテックス）を熱融着にて接着し、幅８０ｍｍのリボン状シートを作成した。接着面積は約３０％であった。熱融着は１６０℃の２ｋｇｆ圧力でニップした熱ロール間を３ｍ／ｍｉｎの速さで通すことにより行った。これの４辺はヒートシールで熱融着し、水漏れが起こらないようにした。この様にして、８ｍ×０．０８ｍの加湿エレメント本体を作成した。
次に、この加湿エレメント本体の半分４ｍに図１０で示されるようなプラスチック製ピン１５を３０ｍｍピッチで差し込み、また、端部には給水口１７を設けて、加湿エレメント１６とした。これを図１１に示す。次に、加湿エレメント１６の中心部に芯１８を入れて巻き、図１２に示されるような加湿ユニット１９を作成した。
【００５５】
実施例２
セル数２０±４、密度３０±３ｋｇ/ｍ3のオープンセル構造をしたウレタンフォームの両面に、片面に５μｍ厚のウレタン層を有する延伸多孔質ＰＴＦＥ膜（厚さ１０μｍ、透湿度８万ｇ／ｍ2・ｄａｙ）のウレタン層面側をウレタン系接着剤にてグラビアロールを用いて全体を点状に接着して、積層膜とした。接着面積は約３０％であった。これを８０ｍｍ間隔が空いた２組の熱ロール（幅５ｍｍ）を用い５ｋｇｆの圧力でニップした隙間を通し、その後カットして幅８０ｍｍの幅方向両端を水が漏れないようにシールしたリボン状シートを成型した。
このリボン状シートを４ｍ長さで切断し、切断面をヒートシールで水漏れが起こらないようにシールし、加湿エレメント本体とした。
得られた４ｍ×０．０８ｍのリボン状加湿エレメント本体を２枚で１加湿ユニットを作成する。この２枚の加湿エレメント本体の１枚に図１３で示されるように、外径３ｍｍφの塩化ビニル製チューブを螺旋状に巻き付け、接着剤で固定した。これをもう１枚の加湿エレメント本体と重ね巻き、末端に共通の給水口を設け、その模式断面が図１４で示される加湿ユニットを作成した。なお、本加湿エレメント本体は空気を非常に通し難く、給水しにくいので膜内部に延伸ＰＴＦＥチューブを施した（図６参照）。もちろん、別方法として、ベントフィルターとして多孔質延伸ＰＴＦＥを貼り付け空気抜きを行うこともできる（図７参照）。図１３及び１４において、１６’は加湿エレメント本体、１７は共通の給水口、１８は芯、２０は塩化ビニル製チューブである。
【００５６】
実施例３
セル数２０±４、密度３０±３ｋｇ/ｍ3のオープンセル構造をしたウレタンフォームの両面に、延伸多孔質ＰＴＦＥ（商品名：ゴアテックス）の微細骨格に撥水性ポリマーであるテフロンＡＦ２４００（デュボン社製）をコーティングしかつ多孔質構造を残したもの（厚さ３０μｍ、透湿度１０万ｇ／ｍ2・ｄａｙ）を、ウレタン系接着剤にてグラビアロールを用いて全体を点状に接着して、積層膜とした。接着面積は約２０％であった。これを実施例２と同じ方法で、幅８０ｍｍの幅方向両端を水が漏れないようにシールしたリボン状シートを成型した。
このリボン状シートを０．３ｍ長さで切断し、切断部をヒートシールで水漏れが起こらないようにシールした。図１５に示されるように、この加湿エレメント本体１６’に、４ｍｍ×４ｍｍ×９０ｍｍ長さの角棒２１を３０ｍｍピッチで接着し、端には板２２を接着した。そしてこれを１加湿エレメント２３として、図１６に示されるような加湿ユニットを作成した。
【００５７】
実施例４
目付１００ｇ／ｍ2のポリプロピレン不織布（１５デニール繊維を使用）の両面に、空孔率９０％、透湿度１０ｇ／ｍ2・ｄａｙ、厚み５０μｍの延伸多孔質ＰＴＦＥ（商品名：ゴアテックス）を熱融着にて接着し、積層構造の幅８０ｍｍのリボン状シートを作成した。接着面積は４０％であった。熱融着は１６０℃の２ｋｇｆ圧力でニップした熱ロール間を３ｍ／ｍｉｎの速さで通すことにより行った。これの４辺はヒートシーラで熱融着し、水漏れが起こらないようにした。このようにして、８ｍ×０．０８ｍの加湿エレメント本体を作成した。
これを図１７に示されるように、一定の隙間を開けながら螺旋状に巻き、これに図１８に示されるような一体成型されたスペーサを挿入し加湿ユニットを作製した。
なお、スペーサの配置を図１９のようにすると、スペーサの効果がより発揮される。
【００５８】
実施例５
実施例４において、図２０で示されるような形状の角柱Ａ（ポリプロピレン樹脂棒）及びこれの支持体Ｂ（ポリプロピレン樹脂のホットメルト棒）からなる成型品を製作し、加湿エレメントを螺旋状に巻く時にこれを一緒に巻き込んで、加湿ユニットを作成した。
なお、この場合、Ａの材質は特に限定されないが、Ｂの材質はホットメルト以外では軟質グレードのプラスチック、及び針金や薄いアルミ板など折り曲げ可能な金属を用いる必要がある。また、支持体Ｂは角棒Ａの両端部に２列設けてもよい。
さらに、通風可能なように、図２１（側面図）及び図２２（斜視図）で示されるごとくＡとＢは同一平面に位置しないように加工される必要がある。但し、針金や薄い材質のものをＢに利用し、それが風の流れの抵抗にならない場合はその必要はない。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の加湿エレメント及び加湿ユニットは、前記構成としたことから、加湿用水を供給した際にシートの膨れが生ぜず、その防止策を講じる必要がないのみならず、スペーサと加湿エレメント本体との接触面積を大幅に減少することができるので、単位体積当たりの加湿面積が増大し、コンパクトで品質の安定した加湿器を低コストで作製できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加湿エレメントに使用する加湿用シートの基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の加湿エレメントに使用する加湿用シートの別の基本的構成を模式的に示す斜視断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は溝の設置形態の別の２例を示す斜視断面図である。
【図４】本発明の加湿エレメント本体の基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の加湿エレメント本体の別の基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図６】空気抜き用チューブを取り付けた加湿エレメント本体の正面図である。
【図７】空気抜き用の通気性膜を設けた加湿エレメント本体の一部を示す断面図である。
【図８】従来の加湿エレメントの模式断面図である。
【図９】本発明の加湿エレメントの模式断面図である。
【図１０】実施例１でスペーサとして使用したプラスチック製ピンの斜視図である。
【図１１】実施例１で作成した加湿ユニットの製造過程を示す模式平面図である。
【図１２】実施例１で得られた加湿ユニットの概略側面図である。
【図１３】実施例２で作成した加湿エレメントの斜視図である。
【図１４】実施例２で作成した加湿ユニットの重ね巻き前の模式断面図である。
【図１５】実施例３で作成した加湿エレメントの概略斜視図である。
【図１６】実施例３で作成した加湿ユニットの概略斜視図である。
【図１７】実施例４で作成した加湿エレメント本体の螺旋状巻きあげ品の概略斜視図である。
【図１８】実施例４で加湿ユニット作成に使用した一体成形されたスペーサの概略斜視図である。
【図１９】スペーサのより好ましい配置を示す平面図である。
【図２０】実施例５で加湿ユニット作成に使用した一体成型スペーサの正面図である。
【図２１】実施例５で加湿ユニット作成に使用した一体成型スペーサの側面図である。
【図２２】実施例５で加湿ユニット作成に使用した加湿エレメントの概略斜視図である。
【図２３】従来の加湿エレメントの断面図である。
【図２４】従来の加湿ユニットの概略斜視図である。
【図２５】従来の別のタイプの加湿エレメントの概略斜視図である。
【符号の説明】
１  水吸収層                      ２Ａ、２Ｂ  合成樹脂層
３  溝                            ４  周縁部
５  空気抜き用チューブ            ７  通気性膜
１１  袋状中空膜                  １２  波板状スペーサ
１３  加湿膜                      １４  棒状スペーサ
１５  プラスチック製ピン          １６  加湿エレメント
１６’加湿エレメント本体          １７  給水口
１８  芯                          １９  加湿エレメント
２０  塩化ビニル製チューブ        ２１  角棒
２２  板                          ２３  加湿エレメント
２４  加湿ユニット                  Ａ  ポリプロピレン樹脂棒
Ｂ  ポリプロピレン樹脂のホットメルト棒
３１  多孔質膜                    ３２  補強材
３３  中空構造体                  ３４  水流路確保用スペーサ
３５  通風路確保用スペーサ        ３６  取付枠
３７  給水口                      ３８  加湿ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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