(57)【要約】【課題】気流に液体の状態の加湿液が多く含まれることを回避でき、かつ、大容量の気流の加湿にも好適に用いることができる加湿装置を提供する。【解決手段】加湿装置は、気流を発生させる送気部と、前記気流に加湿液を供給する給液部と、気体を透過し、かつ、前記加湿液を吸液可能な材料で形成された隔壁によって互いに隔てられた複数の流路を備え、流入する該気流を層流に整流する整流部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気流を発生させる送気部と、
前記気流に加湿液を供給する給液部と、
気体を透過し、かつ、前記加湿液を吸液可能な材料で形成された隔壁によって互いに隔てられた複数の流路を備え、流入する該気流を層流に整流する整流部と、を備える加湿装置。
【請求項２】
前記給液部は、前記整流部の少なくとも１つの流路内に前記加湿液を供給する請求項１に記載の加湿装置。
【請求項３】
前記給液部は、前記整流部に流入する前記気流の流れ方向に垂直な面の略中央に位置する少なくとも１つの流路内に前記加湿液を供給する請求項２に記載の加湿装置。
【請求項４】
前記加湿液は、前記整流部の隔壁に向かって放出される請求項２または３に記載の加湿装置。
【請求項５】
前記整流部の複数の流路は、屈曲している請求項１〜４のいずれかに記載の加湿装置。
【請求項６】
前記加湿液を供給する流路の流路抵抗は、前記加湿液を供給しない流路の流路抵抗よりも高い請求項１〜５のいずれかに記載の加湿装置。
【請求項７】
前記隔壁は、前記加湿液に対して親和性を有する繊維の集合体である請求項１〜６のいずれかに記載の加湿装置。
【請求項８】
前記隔壁は、アクリル、キュプラ、ナイロン、ポリプロピレン、セルロース、から選ばれる１以上の繊維の集合体である請求項１〜６に記載の加湿装置。
【請求項９】
前記整流部は、車両の空調システムの吹出口に設置される請求項１〜８のいずれかに記載の加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水またはその他の液体を加湿液として用いて気流を加湿する加湿装置に関する。なお、本明細書等では、水を気化して気流に混合する場合に一般に使用される「加湿」「湿度」等の用語を、水以外の液体を気化して気流に混合する場合においても同様に使用する。
【背景技術】
【０００２】
水またはその他の液体を加湿液として用いる加湿装置では、加湿液を気化して気流に混合させて加湿する。加湿液を気化する方法として、加熱気化法、超音波気化法、浸透気化法等の方法が知られている。加熱気化法および超音波気化法では、加熱または超音波振動によって強制的に気流中に加湿液を混合するため、ミスト状の加湿液が気流に混合されたり、一旦気化した加湿液が凝縮する等により、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれる場合があった。これに対して、特許文献１には、加湿液を浸透気化する膜を用いて加湿液を気化して気流を加湿し、これによって、気流に液体の状態の加湿液が含まれることを抑制できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加熱気化法および超音波気化法は、大容量の加湿装置に適用できる一方で、上記のように、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれる場合があり、加湿装置や加湿対象となる空間に過剰な加湿液が滞留する等の課題があった。また、浸透気化法は、上記のように、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれる場合は回避できる一方で、加湿液を浸透気化する膜が高価であること、気流を膜が通過する際の圧力損失が大きいことから、大容量の加湿装置には適さないという課題があった。
【０００５】
上記に鑑み、本発明者らは、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれることを回避でき、かつ、大容量の気流の加湿にも好適に用いることができる加湿装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の加湿装置は、気流を発生させる送気部と、前記気流に加湿液を供給する給液部と、気体を透過し、かつ、前記加湿液を吸液可能な材料で形成された隔壁によって互いに隔てられた複数の流路を備え、流入する該気流を層流に整流する整流部と、を備える。
【０００７】
本発明の加湿装置では、加湿液が混合された気流は、整流部の複数の流路を通過して層流に整流される。気流に混合された加湿液の一部が気化することなく液体として気流中に含まれている場合には、気流が整流部の複数の流路を通過して層流に整流される過程において、流路を隔てる隔壁によって気流中の加湿液が吸収されて除去される。このため、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれることを回避できる。また、浸透気化法と異なり、本発明の加湿装置では、気流全体が隔壁を通過する必要はなく、整流部の複数の流路が気流の主な流路であるため、気流が整流部を通過する際の圧力損失が大きくなり過ぎることを抑制でき、大容量の気流の加湿にも好適に用いることができる。また、隔壁は、気流中の加湿液を吸収可能な材料によって形成すればよく、浸透気化法のように分子篩いによって選択的に加湿液を気化する膜を使用する必要がない。このため、本発明の加湿装置では、気流が隔壁を通過する際の圧力損失が大きくなり過ぎることを抑制でき、材料コストを抑制できる。このため、大容量の気流の加湿にも好適に用いることができる。すなわち、本発明によれば、気流に液体の状態の加湿液が多く含まれることを回避でき、かつ、大容量の気流の加湿にも好適に用いることができる加湿装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の加湿装置がカーエアコンに組み込まれた状態を概念的に示す図である。
【図２】図１の加湿装置の整流部を示す図である。
【図３】図１の加湿装置の整流部を示す図である。
【図４】加湿試験に係る気流の相対湿度の経時変化を示す図である。
【図５】加湿試験に係る気流の温度の経時変化を示す図である。
【図６】実施例２の加湿装置を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る加湿装置は、気流を発生させる送気部と、気流に加湿液を供給する給液部と、流入する気流を層流に整流する整流部と、を備える。整流部は、隔壁によって互いに隔てられた複数の流路を備える。隔壁は、気体を透過し、かつ、加湿液を吸液可能な材料で形成されている。
【００１０】
≪加湿液≫
加湿液としては、水、アルコール等の有機溶媒、または、これらの混合液等が挙げられる。加湿液としては、美容、芳香、治療または予防等に有用な成分、食品の鮮度を保持する成分、逆に果物等を追熟させる成分、防腐、防カビ、除菌又は消臭等に効果がある成分等のいわゆる機能性成分を用いることもできる。
【００１１】
≪送気部≫
送気部として、既存の空調システム等の送風機を利用してもよい。例えば、エアコンブロアからを送気部として利用し、その気流を整流部に流入させてもよい。さらに、送気部は、空調システムと一体で運用されるものであってもよい。その場合、エアコンブロワからの気流の一部または全部を加湿装置へ取り込こんだり、車室内の美観を損なわないように、整流部をエアコンの吹き出し口と共用、若しくは吹き出し口の内部又は周辺に併合してもよい。
【００１２】
≪給液部≫
給液部は、整流部に流入する気流に対して加湿液を供給する。加湿液の供給は、気流が整流部に流入する前であってもよいし、整流部に流入した直後であってもよい。ターゲットに対して局所的に加湿した気流を送る場合には、給液部は、整流部の少なくとも１つの流路内に加湿液を供給することが好ましい。整流部の複数の流路に分流された後の気流に加湿液を供給することによって、加湿した気流が送られる範囲を縮小することができる。加湿液を供給した流路に近い側ほど湿度の高い気流が放出され、加湿液を供給した流路に遠い側ほど湿度の低い気流が放出される。本発明の加湿装置によれば、局所的な加湿ができるため、例えば、自動車や住居等の室内の結露や曇りの発生を防ぐために、室内全体ではなく人の周囲のみ加湿する場合に有用である。また、本発明の加湿装置によれば、加湿液として人の安眠、快適性を促進する物質や、花粉症やウィルスに効用のある薬剤を用いて、睡眠中の人やデスクワーク中または作業中の人の顔の周囲のみを加湿することもできる。
【００１３】
給液部は、整流部に流入する気流の流れ方向に垂直な面の略中央に位置する少なくとも１つの流路内に加湿液を供給することが好ましい。この位置の流路を選んで加湿液を供給することによって、気流の流れ方向に垂直な面全体に亘って均質な湿度分布が得られ、気流の湿度および気流を送る位置をより精密に制御することができる。また、加湿液は、整流部の隔壁に向かって放出されることが好ましい。効率よく隔壁に吸収させることができる。加湿液を放射する角度は、隔壁に対して１°〜４５°であることが好ましく、１０°〜２０°であることがより好ましく、１５°程度であることが特に好ましい。
【００１４】
≪整流部≫
送気部から供給された気流は、整流部へ流入する。整流部は、供給された多少の乱れ成分を含む気流を、複数の流路を通過させて層流状態まで整流する。層流とは、隣り合う流体の分子が混ざり合うことなく整然と一方向に流れる状態であり、流体の慣性力と粘性力の比で表わされるレイノルズ数が一般的に２０００〜４０００より低い領域で発生するとされ、例えば円管の内部を流れる気流は、管の直径を小さくする、気流の速度を小さくする、及び気流の温度を上げて粘性を増加させるとより層流になり易くなる。
【００１５】
整流部は、内部が空洞である複数の管を束ねた集合体であってもよいし、ハニカムのように、隣接する管の壁面が共有されて複数の管が全体として一体化されているものであってもよい。整流部は、送気部等の加湿装置を構成する他の構造に対して着脱可能であってもよい。各管の断面形状は、層流を生成することができる範囲内で、円、楕円、多角形、その他任意の形状とすることができる。管の壁面は、隔壁の一例であり、気体を透過し、かつ、加湿液を吸液可能な材料によって形成されている。隔壁は、気体を透過するため、気流と、気流に混合されている気化した加湿液とを透過させる。隔壁は、加湿液の一部を通過させる材料であってもよく、一旦吸収した加湿液を再放出する材料であってもよい。
【００１６】
加湿液が混合された気流は、整流部の複数の流路を通過して層流に整流される。気流に混合された加湿液の一部が気化することなく液体として気流中に含まれている場合には、気流が整流部の複数の流路を通過して層流に整流される過程において、流路を隔てる隔壁によって気流中の加湿液が吸収されて除去される。隔壁は、気体を透過し、かつ、加湿液を吸液可能な材料によって形成されているため、気流が隔壁を通過する場合に効率よく気流内の加湿液を吸収することができる。
【００１７】
整流部の複数の流路は、直行していてもよいし、屈曲していてもよい。効率よく気流内の加湿液を吸収させるためには、気流が隔壁に当たったり隔壁を通過したりし易くなるように、給液部が整流部に加湿液を放出する方向と、整流部の複数の流路の方向とを非平行とすることが好ましい。整流部が屈曲している場合、その角度は、整流部に流入する気流の流れ方向に対して１°〜４５°であることが好ましく、１０°〜２０°であることがより好ましく、１５°程度であることが特に好ましい。また、気流が隔壁を通過し易くなるように、加湿液を供給する流路の流路抵抗を、加湿液を供給しない流路の流路抵抗よりも高くしてもよい。隔壁は、加湿液に対して高い保液性と高い離液性とを有していることが好ましい。加湿液の供給を停止した後に気流のみを整流部に流入させても、隔壁に蓄えられた加湿液が気化して気流に混合されて一定の湿度の気流を送ることができる。
【００１８】
具体的には、隔壁は、加湿液に対して親和性を有する繊維の集合体であることが好ましく、例えば、編組構造体、不織布構造体であることが好ましい。加湿液に対して親和性を有する繊維を用いて調整可能な隙間のある編組構造体や不織布構造体を形成し、これを隔壁として用いれば、加湿液の吸液性、保液性、離液性に優れた隔壁を得ることができる。より具体的には、隔壁は、アクリル、キュプラ、ナイロン、ポリプロピレン、セルロース、から選ばれる１以上の繊維の集合体であることが好ましく、さらには、親和性を有するか、または、親和性が付与された、テフロン（登録商標）等のポリフルオロカーボン、ポリプロピレン、セルロースなどの樹脂膜であることが好ましい。これらの材料は、加湿液の吸液性、保液性、離液性に優れるとともに、柔軟性に優れ、安価である。柔軟性に優れた材料の隔壁を用いれば、気流が流れる複数の流路の形状および大きさを容易に調整でき、例えば、屈曲した整流部を容易に作製することができる。また、安価な材料の隔壁を用いれば、整流部を着脱可能にして日常的に交換することができ、衛生面に優れているため、食料品の加湿に好適に用いることができる。なお、隔壁の強度または形状を維持する等の目的で、金属製のワイヤ等が上記の繊維系の材料とともに隔壁の材料として用いられていてもよい。
【００１９】
≪制御手段≫
本発明に係る加湿装置は、加湿する室内の環境やその場に存在する人の位置および状態に応じて加湿条件や加湿した気流を送る方向等を制御する制御手段をさらに備えていてもよい。
【実施例１】
【００２０】
図１に示す加湿装置１００は、車両に設置されるエアコンの吹出口１５０の内側の筒状のダクト１０内に設置されている。エアコンブロアからの気流は、図１等に矢印で示すように、ｘ方向にダクト１０内を通過して吹出口１５０に取り付けられた第３整流板１４０から放出される。加湿装置１００は、送気部としてエアコンブロアを用いる。加湿装置１００は、加湿液（本実施例では水）を貯留するタンク１０１と、ポンプ１０２と、配管１０３と、ノズル１０４と、ノズル１０４の保持機能を備えた第１整流板１１０と、整流部１２０と、第２整流板１３０とを備えている。第１整流板１１０，第２整流板１３０、第３整流板１４０には、ｙｚ平面にほぼ均等に配置された開口を有する略円盤状の整流板である。ノズル１０４は、第１整流板１１０のｙｚ平面の略中央に接続され、ノズル１０４とタンク１０１とは配管１０３によって接続されている。配管１０３に設置されたポンプ１０２を駆動すると、タンク１０１内の加湿液がノズル１０４から整流部１２０に向かって噴霧される。タンク１０１と、ポンプ１０２と、配管１０３と、ノズル１０４とは、本発明における給液部の一例である。
【００２１】
整流部１２０は、内部が空洞である複数の管の集合体２００を備えている。図１〜３に示すように、管の集合体２００は、ｙｚ平面の中央に位置する管２２０ｃを取り囲むように複数の管２２０が配置された状態で枠材２１０の内部に収容されている。複数の管２２０は、本発明における隔壁の一例である。複数の管２２０は、キュプラ繊維の不織布構造体であり、気体を透過し、かつ、加湿液の吸液性、保液性、離液性に優れている。枠材２１０は、気体及び加湿液を透過しない材料によって形成されている。複数の管２２０は、気流が整流部１２０に流入する方向（ｘ方向）に沿う数カ所においてｚ軸の正方向または負方向に交互に約１５°ずつ屈曲して鋸歯形状を有している。枠材２１０および管の集合体２００は、コネクタ等を介してダクト１０内に固定されており、ダクト１０に対して容易に着脱することができる。
【００２２】
第１整流板１１０を介して、エアコンブロアからの気流を複数の管２２０の各々の内部にｘ方向に流すことによって、層流に整流し、第２整流板１３０から放出することができる。図２に示すように、管２２０ｃ内の流路２２２ｃとノズル１０４のｙｚ方向の位置は略一致しており、ノズル１０４から噴霧される加湿液の殆どが流路２２２ｃ内に流入する。流路２２２ｃに流入した気流には、気化された加湿液の気体成分（水蒸気）と、気化されていない霧状の加湿液の液体成分（水）が混合される。図２に矢印で示すように、流路２２２ｃに流入した気流および水蒸気は、主に流路２２２ｃ内を通過して第２整流板１３０から放出されるが、その一部が管２２０ｃの管壁を通過して流路２２２ｃの外に移動し、さらに、管２２０ｃの外側に配置された他の管２２０の管壁を通過して他の流路２２２内に移動する。気流が流路２２２ｃ内を通過する過程と、管２２０ｃ等を通過する過程の双方において、気流内の水の少なくとも一部が吸収されるが、気流が複数の管２２０（管２２０ｃも含む）の管壁を通過する過程においてより効率よく気流内の水が吸収される。複数の管２２０は、気流が整流部１２０に流入する方向（ｘ方向）に対して約１５°屈曲しているため、気流が隔壁である管２２０の管壁に当たって通過し易く、効率よく気流内の水を管２２０の管壁に吸収させることができる。
【００２３】
複数の管２２０は、加湿液に対して高い保液性と高い離液性とを有している。このため、管２２０ｃの外側に配置された他の管２２０内の流路２２２を通過する気流に触れると、複数の管２２０に蓄えられた加湿液（図２に楕円状に示す）は、気化して流路２２２内の低湿度の  気流に混合される。これによって、管２２０ｃの外側に配置された他の管２２０内の流路２２２を流れる気流が加湿される。その結果、加湿液を供給した流路２２２ｃに近い側ほど湿度の高い気流が放出され、加湿液を供給した流路２２２ｃに遠い側ほど湿度の低い気流が放出される。本実施例では、給液部のノズル１０４は、整流部１２０に流入する気流の流れ方向（ｘ方向）に垂直な面（ｙｚ面）の略中央に位置する１つの流路２２２ｃ内に加湿液を供給しているため、気流の流れ方向に垂直な面全体に亘って均質な湿度分布が得られ、気流の湿度および気流を送る位置をより精密に制御することができる。また、枠材２１０および管の集合体２００は、ダクト１０に対して容易に着脱することができるため、必要に応じて交換することができる。
【００２４】
本発明の整流部の効果を確認するため、下記の試験例１〜５に係る、材料または構造が異なる整流部１Ａ〜５Ａに気流および加湿液を供給して整流部１Ａ〜５Ａの出口から放出される気流の相対湿度と温度の経時変化を調べた。なお、整流部１Ａ〜５Ａの入口側は、気流および加湿液の供給路を挿入した状態で密閉し、出口側は内径（直径）４０ｍｍおよび流路長１５０ｍｍの出口円管に接続し、接続部を密閉した。試験用気流流路の入口には０．５ｍ／秒の空気流を流入し、加湿液として、水を試験開始から３０秒毎に６回に分けて合計で３分間の間に１０ｍＬ噴霧した。出口円管内に温度センサおよび湿度センサを設置して、整流部１Ａ〜５Ａの出口から放出される気流の相対湿度と温度を計測した。
【００２５】
（試験例１）
本試験例で用いた整流部１Ａは、長さ１５０ｍｍ、外径８ｍｍおよび内径７ｍｍのステンレス製のスパイラルワイヤの外周に隔壁としてキュプラ繊維の不織布構造体（ベンコット（登録商標））を２枚巻き付けて、管体を１４本作製し、束ねて、その周囲を非透過性のテープで密封し、さらに、約１５°屈曲させることによって作製した。
【００２６】
（試験例２）
本試験例で用いた整流部２Ａは、屈曲させず、直行している点において整流部１Ａと相違しており、その他は同様である。
【００２７】
（試験例３）
本試験例で用いた整流部３Ａは、隔壁としてキュプラ製の不織布構造体に替えて、パルプ繊維とポリプロピレン繊維の不織布構造体（ワイプオール（登録商標））を１枚巻き付けて用いた点において整流部１Ａと相違しており、その他は同様である。
【００２８】
（試験例４）
本試験例で用いた整流部４Ａは、隔壁としてキュプラ製の不織布構造体に替えて、整流部１２０にアクリル繊維を４ｇ充填して用いた点において整流部２Ａと相違しており、その他は同様である。
【００２９】
（試験例５）
本試験例で用いた整流部５Ａは、隔壁を用いず、スパイラルワイヤのみを束ねた点において整流部２Ａと相違しており、その他は同様である。
【００３０】
整流部１Ａ〜５Ａに気流および水を供給して整流部１Ａ〜５Ａの出口から放出される気流の相対湿度の経時変化を図４に示し、温度の経時変化を図５に示す。なお、図４，５中の各系列を示す線に付された１〜５の数字は、それぞれ試験例１〜５の番号に対応している。図４、５に示すように、試験例５では、気流中に水を噴霧した実験開始から３分間は、気流の湿度が８０％以上と最も高く、水の気化熱による気流の温度低下が著しい一方で、水の噴霧を停止した後には、速やかに気流の湿度が低減して試験開始１０分後には２０％程度まで低減し、水の気化熱による気流の温度低下の効果が得られなくなっていた。
【００３１】
これに対して、試験例１〜４では、気流中に水を噴霧した実験開始から３分間は、気流の湿度が３０〜６０％程度に抑制されていた。これは、気流が整流部１Ａ〜４Ａの複数の流路（それぞれの隔壁に囲まれた管体の内部）を通過して層流に整流される過程において、隔壁によって気流中の水が吸収されて除去されたためであると推察できる。また、試験例１〜３では、水の噴霧を停止した後にも気流の加湿が持続され、試験開始２５分後まで４０％程度の湿度が維持されていた。これは、整流部１Ａ〜３Ａの隔壁は、水に対して高い保液性と高い離液性とを有する材料によって形成されているため、水の供給を停止した後に気流のみを整流部１Ａ〜３Ａに流入させても、隔壁に蓄えられた水が気化して気流を加湿したためであると推察される。図５を参照しても、試験例１〜３では、水の噴霧を停止した後、試験開始３０分後まで気流の温度が２０℃程度の低温を維持しており、水の噴霧を停止した後の整流部１Ａ〜３Ａ内において隔壁に蓄えられた水の気化は起っていることが推察される。また、屈曲させた整流部１Ａでは、直行している整流部２Ａよりも、気流中に水を噴霧した実験開始から３分間の気流の湿度がより顕著に抑制されており、水の噴霧を停止した後の気流の湿度も高かった。これは、整流部における気流の加湿効果が隔壁の材料特性のみに依存するものではなく、隔壁を屈曲させたり、給液部が加湿液を放射する角度を調整することによって、より良好な加湿特性を得られることを示している。
【００３２】
整流部１Ａ〜４Ａは、本発明に係る整流部の一例であり、気体を透過し、かつ、加湿液である水を吸液可能な材料で形成された隔壁によって互いに隔てられた複数の流路を備え、流入する気流を層流に整流する。上記の加湿試験によって、整流部１Ａ〜４Ａは、気流を発生させる送気部および気流に加湿液を供給する給液部と併せて加湿装置として用いることによって、気流に混合された加湿液の一部が気化することなく液体として気流中に含まれている場合には、気流が整流部の複数の流路を通過して層流に整流される過程において、流路を隔てる隔壁によって気流中の加湿液が吸収されて除去される効果が得られることが明らかになった。
【実施例２】
【００３３】
実施例２では、複数の管３２０が気流の流れ方向（ｘ方向）に沿って直行しており、屈曲していない点、および、ノズル１０４がｘ方向に対して傾けられ、管３２０の内壁面に対して加湿液が噴霧されている点において実施例１と相違している。その他の構成は実施例１と同様であるため、説明を省略する。実施例２によれば、加湿液は、整流部の隔壁に向かって放出されるため、過剰な加湿液を効率よく隔壁に吸収させることができる。加湿液を放射する角度は、隔壁に対して１°〜４５°であることが好ましく、１０°〜２０°であることがより好ましく、１５°程度であることが特に好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１０      ダクト  
１００    加湿装置
１０１    タンク
１０２    ポンプ
１０３    配管
１０４    ノズル
１２０    整流部
２００    管の集合体
２１０    枠材
２２０，２２０ｃ  管
２２２，２２２ｃ  流路
【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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