(57)【要約】【課題】従来の加湿装置においては、多孔質材料よりなる導水部材を透湿膜で封入する導水体は、透湿膜が水分拡散性に乏しいために加湿性能の向上には限界があった。【解決手段】親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の透湿体で、多孔性の板状の導水部材の両面を覆い、導水部材を水が通り、透湿体から蒸発する導水体であり、親水基をスルホン酸基とし、また、水分拡散性の大きい樹脂を、それぞれ、パーフルオロスルホン酸ポリマー又はスチレン・エチレン共重合体とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の透湿体で、多孔性の導水部材の両面を覆い、前記導水部材を水が通り、前記透湿体から蒸発することを特徴とする導水体。
【請求項２】
請求項１に記載の導水体の、親水基をスルホン酸基とし、また水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂及び炭化水素系イオン交換樹脂を、それぞれ、パーフルオロスルホン酸ポリマー及びスチレン・エチレン共重合体としたことを特徴とする殺菌導水体。
【請求項３】
供給された水が通りまた表面から蒸発する導水体からなる通水層と、隣接する前記導水体間に設けたスペーサにより通気可能となる送気層とを交互に積層して形成した加湿エレメントにおいて、
前記導水体と前記スペーサとを、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の接着剤で固定したことを特徴とする加湿エレメント。
【請求項４】
供給された水が通り、また、表面から蒸発する導水体からなる通水層と、隣接する前記導水体間に設けたスペーサにより通気可能となる送気層とを交互に積層して形成した加湿エレメントにおいて、
前記スペーサを、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂である透湿体で、多孔性の板状の導水部材の両面を覆う構造体としたことを特徴とする加湿エレメント。
【請求項５】
前記導水体を、請求項１に記載の導水体としたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の加湿エレメント。
【請求項６】
それぞれスペーサを有し、直交方向に水と空気が流通する通水層と送気層とを仕切板を介して積層した加湿エレメントにおいて、
前記仕切板と前記スペーサのうち少なくとも、前記仕切板を、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の透湿体で多孔板の両面を覆う構造体としたことを特徴とする加湿エレメント。
【請求項７】
筐体を貫通して形成される給気通路の開口部を除いた筐体壁部の少なくとも一部を形成するように設けた給水タンクと、前記給気通路にほぼ均一に配置され、送気用の隙間を形成する導水体とを備え、前記給気通路に送気することにより前記導水体から加湿される加湿エレメントにおいて、
前記導水体は、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂からなる連続体を構成部材として有し、前記連続体に前記給水タンクから給水されることを特徴とする加湿エレメント。
【請求項８】
請求項３〜請求項７のいずれかの請求項に記載の加湿エレメントの、前記接着剤、前記スペーサ、前記導水体又は前記仕切板のフッ素系イオン交換樹脂はパーフルオロスルホン酸ポリマーであり、また同じく炭化水素系イオン交換樹脂は部分スルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体であることを特徴とする加湿殺菌エレメント。
【請求項９】
室内の空気を取入れ室外へ排気するための排気通路と、室外の空気を取入れ室内へ給気するための給気通路と、前記両通路の途中に設け、前記給気通路の給気と前記排気通路の排気とを混合することなしに熱交換する熱交換エレメントと、前記給気通路の前記熱交換エレメントの下流側に設け、熱交換後の給気を加湿する加湿エレメントと、前記給気通路の給気流を形成する給気用送風機と、前記排気通路の排気流を形成する排気用送風機とを備えた換気装置において、
前記加湿エレメントは、水は透過しないが水蒸気は透過し、また、強酸性で水分拡散性が大きい透湿膜で通水性のある導水部材を挟み、前記透湿膜の対向する二辺を融着し、他の対向する二辺は開放した導水体をスペーサを介して複数積層し、前記導水体による通水層と前記スペーサによる送気層とが交互に並ぶように構成し、前記導水体の開放した二辺の一辺側を給水容器に受容させ、他の一辺側を天部構造で被冠したことを特徴とする換気装置。
【請求項１０】
室内空気を循環通路により循環する循環送風機と、前記循環通路の途中にあり、循環空気を加湿する加湿エレメントとを備えた加湿装置において、
前記加湿エレメントは、水は透過しないが水蒸気は透過し、また、強酸性で水分拡散性が大きい透湿膜で通水性のある導水部材を挟み、前記透湿膜の対向する二辺を融着し、他の対向する二辺は開放した導水体をスペーサを介して複数積層し、前記導水体による通水層と前記スペーサによる送気層とが交互に並ぶように構成し、前記導水体の開放した二辺の一辺側を給水容器に受容させ、他の一辺側を天部構造で被冠したことを特徴とする加湿殺菌装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自然蒸発式の加湿装置に使う導水体及び加湿エレメントの改良及びこれらを使用する加湿装置及び換気装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自然蒸発式の加湿装置としては、つぎのものがある。
シート状の多孔質材料よりなる導水部材を、水は透過しないが、水蒸気は透過する透湿膜により形成した袋状の膜体内に封入し、両者の結合した複合構造の扁平な導水体を構成する。この導水体の一表面に互いに平行な複数の通気路を形成する複列のリブと、この導水体内に水を供給する導水体内と連通する給水孔を有する給水部材とを接合して通水可能な加湿機能体を構成し、この加湿機能体を給水部材が互いに密着するように複数積層し、リブによる送気層と導水体による保水層とが一層おきの層構造をなすように構成する（例えば、特許文献１参照。）。
その他、関連する従来技術を記載するものがある（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２１９５０５号公報（第６頁、図１〜図４）
【特許文献２】
特開平８−１００９３５号公報（第２頁〜第５頁、図１）
【特許文献３】
特開２００２−３１０５８９号公報（第３頁、第４頁、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の加湿装置においては、多孔質材料よりなる導水部材を封入する透湿膜は水分拡散性に乏しいために加湿性能の向上には限界があった。
【０００５】
本発明は、上記の状況に鑑み、加湿性能の向上を図るためになされたものであって、自然蒸発式の加湿装置に使う導水体及び加湿エレメントの加湿量の増大により加湿性能のさらなる向上を図ることを目的とする。
また、加湿性能の向上に加えて、殺菌、抗菌機能をもたせることを目的とする。
また、これらの導水体及び加湿エレメントを使用することによって、加湿装置又は換気装置の性能の改良を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の導水体は、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の透湿体で、多孔性の導水部材の両面を覆い、導水部材を水が通り、透湿体から蒸発するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の換気装置を示す構成図（横から見た図）であり、図２は、図１に使用する加湿エレメントの斜視図であり、図３は、図２の加湿エレメントの断面図であり、図４は、図３の加湿エレメントの導水体の断面図である。図１において、本換気装置１は筐体内に、給気流４ａを加湿する加湿エレメント２、給気流４ａと排気流５ａとを熱交換する熱交換エレメント３、給気通路４、排気通路５、給気用送風機６及び排気用送風機７を収容し、給気用送風機６により戸外の新鮮な空気を取入れ、給気通路４の給気流４ａを室内に給気し、また、排気用送風機７により室内の空気を、排気通路５の排気流５ａとして戸外に排気する。
その際、給気流４ａは排気口側に配置した熱交換エレメント３において排気流５ａと混合することなく熱交換し室温に近ずき、ついで、給気通路４の熱交換エレメント３より下流側の給気口側で、下部に設置されている加湿エレメント２で水分が付与される。
【０００８】
換気装置１の給気通路４の給気口側に配置された加湿エレメント２は、図２、図３に示すように、水を貯える通水層１３と空気（給気）を通す送気層１４とが一層おきに複数層形成され、外観は六面体の箱型である。通水層１３には給水部２６より給水される自然蒸発式のものである。
通水層１３は、図４に示すように、導水体９からなり、導水体９は導水部材９ａとこれを覆う透湿体である透湿膜９ｂから構成される。導水部材９ａは、剛直性と通水性を持つ多孔板であり、厚さ１ｍｍから２ｍｍで空孔率５０％の親水性ポリエチレンの焼結多孔板もしくはポリエステルのニットにより構成される。導水部材９ａには外部の給水部２６から供給される水が供給される。
また、透湿膜９ｂは、水は透過しないが水蒸気についてはこれを透過する膜であり、厚さ１０μｍ〜１００μｍ程度の例えばパーフルオロスルホン酸膜である。
【０００９】
導水体９は、このような導水部材９ａを透湿膜９ｂで両面を挟み、三層構造体とし、この三層構造体の複合シートの対向する二辺端部のそれぞれの透湿膜９ｂ同士を水密状態に融着等により封着し、他の二辺端部は開放するか、または、四辺端部の全てを封着する長方形や正方形の扁平部材として構成されている。
導水体９への給水は、開放二辺端部の一辺端部を、給水部２６に連通する給水容器である給水皿に受容させることにより行う。この際、他の一辺部は天部構造で被冠する。また、四辺端部の全てを封着する場合は、透湿膜９ｂに給水部２６に連通する通水穴を設けて導水部材９ａに水が供給されるようにする。
【００１０】
ここで、透湿膜９ｂの素材は水分拡散性の極めて大きいフッ素系イオン交換樹脂膜を採用した。具体的には例えば、燃料電池の電解質に使用されるようなパーフルオロスルホン酸膜であり、該パーフルオロスルホン酸樹脂膜は強酸基であるスルホン酸基を有する。この透湿膜９ｂは極めて水分拡散性が大きく、透湿度を測定したところ、従来の加湿エレメントに使用されている膜厚３５μｍ、気孔率９０％のパーフルオロエチレン膜に対して、膜厚約６０μｍの該透湿膜９ｂは１１０％の透湿度を得た。該透湿膜９ｂで構成した加湿エレメント２は従来の加湿エレメントに比べて加湿能力が増加した。
【００１１】
なお、透湿膜９ｂは、パーフルオロスルホン酸樹脂膜に限らず、部分的にスルホン酸化したスチレンとエチレンの共重合体（炭化水素系イオン交換樹脂）の膜でもよく、同様に加湿効果の増加がみられた。この共重合体の膜は、平均分子量２００００程度、スチレンが全体の２０〜８０重量％、スチレンのうちスルホン酸基が結合しているのが３０〜５０モル％のスチレン・エチレン共重合体膜がより望ましい。
さらに、透湿膜９ｂは、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体で、アリルビニル単量体が全体の２０〜８０重量％、アリルビニル単量体のうちスルホン酸基が結合しているのが３０〜５０モル％、アリルビニル単量体がスチレンの他ビニルトルエン、α−メチルトルエンであるものでも同様に加湿効果の増加がみられた。
【００１２】
送気層１４は、導水体９の表面にスペーサ１０である断面矩形のリブ部材１０ａを等間隔に複数固定し、即ち、隣接導水体９間に梯子形状に形成されるスペーサ１０及びスペーサ１０間の送気隙間で形成され、この隙間を給気流４ａが通過する。導水体９とリブ部材１０ａとの固定は、水分拡散性の大きい接着剤で行えば、加湿膜９ｂとスペーサ１０（リブ部材１０ａ）の接着面積分を有効加湿面積として利用でき、加湿量の増加を図ることができる。この接着剤の例としては、透湿膜９ｂに使用のパーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体（特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体）を有機溶剤に溶解又は分散させたもの、エマルジョン化したもの、またはこれらの熱溶着したものを使用する。
そして、給気流４ａが送気層１４を貫通する際に、隣接の通水層１３（導水体９）から吸湿する。
水分拡散性の大きい接着剤で導水体９とスペーサ１０を接着固定した場合は、導水体９の透湿膜９ａは、従来のパーフルオロエチレン膜を使用しても従来の加湿エレメントに比べて加湿量の増加が得られる。
【００１３】
送気層１４を構成するスペーサ１０は、断面矩形のリブ部材１０ａの代わりに図５に示すように、給気流４ａの方向と直交する方向に波状に形成したコルゲート形状部材１０ｂでもよい。コルゲート形状部材１０ｂは、隣接する両側の導水体９に部分的に、例えば接着剤で固定される。この際、同様に水分拡散性の大きい接着剤を使用することで、加湿膜９ｂとスペーサ１０（コルゲート形状部材１０ｂ）の接着面積分を有効加湿面積として利用でき、加湿量の増加を図ることができる。
【００１４】
図６に示すのは、スペーサ１０をさらに改良したものである。このスペーサ１０（コルゲート形状部材１０ｂ）は、導水部材９ａを中にして両側を透湿膜９ｂで挟んだ三層構造体をコルゲート形状のスペーサ１０とし、導水体９と同様に導水部材９ａに水を供給する。
また、導水部材９ａの表面に、水分拡散性の大きいパーフルオロスルホン酸樹脂、または部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体の共重合体をコーテイングする、またはこれらの膜をラミネートする等により被膜層を形成し、透湿体９ｂとしても同様の効果が得られる。
このようにスペーサ１０内部に通水層を形成することによってスペーサ１０自体も加湿機能を持つようになり、有効面積が大幅にアップするようになり、加湿能力が増大する。
【００１５】
なお、リブ部材１０ａのスペーサ１０もこのように構造体とすれば、同様により給湿能力が増大する。
また、スペーサ１０をこのような構造とすれば、導水体９の透湿膜９ａは、従来のパーフルオロエチレン膜を使用しても従来の加湿エレメントに比べて加湿量の増加が得られる。
即ち、従来の加湿エレメントに比べて加湿量を増加するには、前記のような導水体９の改良、接着剤の改良及びスペーサ１０の改良のいずれかを実施することにより達成でき、組合せることで更に加湿量の増加が図れる。殺菌性能に関しても同様である。
【００１６】
また、導水体９の透湿膜９ｂ、三層構造体のスペーサ１０及び接着剤１２のうち、少なくともどれかにスルホン酸基のような強酸基を有するものを使用することにより、殺菌導水体９、殺菌接着剤または殺菌スペーサ１０により送気層１４内の環境を強い酸性とすることができ、この環境内で、細菌等の殺菌が可能となり、加湿エレメント２が加湿抗菌エレメントとして利用できる。
【００１７】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２の加湿装置を示す図（横から見た図）である。
本加湿装置１７は、筐体内に実施の形態１と同様な加湿エレメント２及び循環通路１８を有し、循環用送風機１９により室内の空気を加湿エレメント２を通して循環させる。加湿エレメント２からのドレンはドレンパン２０で受ける。
本実施の形態の加湿装置１７によれば、実施の形態１同様に加湿能力の高い加湿エレメント２による加湿ができるとともに、導水体９、スペーサ１０、接着剤１２のいずれかにスルホン酸基を持つ水分拡散性の大きいイオン交換樹脂を使用することにより、加湿殺菌エレメントとして殺菌作用の付与により加湿殺菌装置としても利用できる。
【００１８】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３の加湿エレメントを示す斜視図である。
本実施の形態の加湿エレメント２は、それぞれスペーサ１０を有し、直交方向に水と空気がそれぞれ流通する通水層１３と送気層１４とで仕切板２３を挟んだ構成である。
仕切板２３は、剛直性と通水性を持つ多孔板であり、厚さ１ｍｍから２ｍｍで空孔率５０％の親水性ポリエチレンの焼結多孔板もしくはポリエステルのニットである。これらの両面に実施の形態１に記載の水分拡散性の大きい樹脂、例えば、透湿体である透湿膜９ｂに使用のパーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体（特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体）をコーテイング、シートのラミネート等により被覆層を形成し、透湿体９ｂを形成したものである。即ち、仕切板２３が導水体９に相当し、剛直性と通水性を持つ多孔板が導水部材９ｂに相当する。
本加湿エレメント２によれば、通水層１３と送気層１４とを互いに直交させて通水層１３に存在する水を水分拡散性の大きい樹脂層を持つ仕切板２３を介して水蒸気のみを送気層１４側に供給するので、送気層１４を通る空気は仕切板２３から充分に加湿される。
【００１９】
また、スペーサ１０も仕切板２３と同様に多孔板の両面を水分拡散性の大きい樹脂で覆う構造体とすれば、さらに加湿量が増加できる。
水分拡散性の大きい樹脂のスルホン酸基の酸性による殺菌作用も実施の形態１と同様であり、加湿殺菌エレメントとして利用できる。
本加湿エレメント２を図１の換気装置１の加湿エレメント２または図７の加湿装置１７の加湿エレメント２に使用する。
【００２０】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４の加湿エレメントを示す斜視図である。
実施の形態１、２、３においては、給水源（給水容器等）からの水の供給は導水体９の導水部材９ａの通水によりなされ、送気層１４内で透湿体（透湿膜）９ｂから蒸発加湿していた。本実施の形態では、給水源（給水容器等）からの水の供給は導水体９の透湿体９ｂで行う。即ち、透湿体９ｂを形成する親水基を持つフッ素系イオン交換樹脂または炭化水素系イオン交換樹脂の大きい水分拡散性を利用する。
従って、本実施の形態の導水体９は透湿体９ｂのみで形成するか、または強度を付与するために内部に心材を使用する。この心材は必ずしも多孔体でなくてもよい（多孔体９ａであれば通水上有利である）。
【００２１】
本加湿エレメント２は、筐体を貫通して形成される給気通路４の開口部を除いた筐体壁部の上下左右の四面を給水タンク２５で囲み、この囲まれた内部空間部に導水体９を送気用の隙間が生じるように、即ち、送気層１４（黒い矢印で示す）が形成するように、ほぼ均一に配置する。本例では、左右方向の支え板上に中空にした角柱を配列した構成のものを導水体９として、上下方向に配列、配置した。この際、導水体９は連続体とし、給水源からの水が拡散するようにする。但し、全てを連続体とする必要はなく、加工し易いように分割し、それぞれ給水タンク２５から給水する。
【００２２】
この導水体９の透湿体９ｂを水分拡散性の大きい材料、例えば、パーフルオロスルホン酸樹脂、部分的にスルホン酸化したアリルビニル単量体とオレフィン単量体との共重合体（特に、部分的にスルホン酸化したスチレン・エチレン共重合体）により形成した。そして、導水体９は端部等が部分的に給水タンク２５の水に接触するようにするとともに適宜相互に部分的に接触部を有する連続体とする。
【００２３】
このように構成することにより、外部の給水部２６から給水タンク２５に給水され、導水体９は給水タンク２５に挿入された端部から給水され、水分が拡散し（図で白抜き矢印で示した）、送気層１４を通過する給気を加湿する。
この構成による加湿エレメント２は、導水体９として水分拡散性の大きい材料を使用することにより、給気の加湿量の増加を図ることができるとともに、構成が簡単となり低コストな加湿エレメント２が実現できる。
【００２４】
本加湿エレメント２の導水体９の構造は、左右方向の支え板上に中空にした角柱を送気方向に配列した構成のものに限らず、できるだけ均一な送気用の隙間が形成でき、かつ、給気にできるだけ均一な給湿が可能となる構成であればよい。また、給水タンク２５から導水体９への給水は、給水タンク２５の導水体９との接触部を共通の水分拡散性の大きい材料で形成し、給水タンク９内の水が接触部から拡散により導水体９に拡散するようにしてもよい。
また、給水タンク２５は上下左右の四面に設置し、給水源を増やすのが望ましいが、減らしてもよい。
本加湿エレメント２も、加湿エレメント２、加湿殺菌エレメント２として、図１の換気装置１の加湿エレメント２または図７の加湿装置１７の加湿エレメント２に使用する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の導水体は、親水基を持ち、水分拡散性の大きいフッ素系イオン交換樹脂又は炭化水素系イオン交換樹脂の透湿体で、多孔性の導水部材の両面を覆い、導水部材を水が通り、透湿体から蒸発するので、加湿量の大きな導水体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の換気装置を示す構成図である。
【図２】図１の換気装置の加湿エレメントの斜視図である。
【図３】図２の加湿エレメントの断面図である。
【図４】図３の加湿エレメントの通水層である導水体を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１の換気装置のコルゲート形状部材のスペーサを示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の換気装置の別のコルゲート形状部材のスペーサを示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２の加湿装置を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３の加湿エレメントを示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態４の加湿エレメントを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  換気装置、２  加湿エレメント（加湿殺菌エレメント）、３  熱交換エレメント、４  給気通路、５  排気通路、６  給気用送風機、７  排気用送風機、９  導水体（殺菌導水体）、９ａ  導水部材、９ｂ  透湿体（透湿膜）、１０  スペーサ、１２  接着剤、１３  通水層、１４  送気層、１７  加湿装置、１８
循環通路、１９  循環送風機、２３  仕切板、２５  給水タンク。
【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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