(57)【要約】【課題】広い室内空間及び複数の室内空間において安定的な加除湿を行い、隅々まで行き渡る空気清浄を行い、換気量を減少させることによって省エネルギーをはかることができる暖冷房及び加除湿・空気浄化システムを提供する。【解決手段】８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子混合空気を１以上のダクトを介して広い室内空間もしくは複数の室内空間に供給して加湿し、その超微細水粒子によって室内空間中に浮遊する汚染粒子状物質を捕捉し、汚染した超微細水粒子混合空気を別の１以上のダクトを介してその室内空間から排出して気液分離処理を行い、汚染物質を回収し、分離した清浄な乾燥空気を加熱又は冷却して超微細水粒子の発生装置に送り、再び超微細水粒子と混合してその室内空間に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子混合空気を１以上のダクトを介して広い室内空間もしくは複数の室内空間に供給して加湿し、その超微細水粒子によって室内空間中に浮遊する汚染粒子状物質を捕捉し、汚染した超微細水粒子混合空気を別の１以上のダクトを介してその室内空間から排出して気液分離処理を行い、汚染物質を回収し、分離した清浄な乾燥空気を再び超微細水粒子と混合してその室内空間に供給することを特徴とする加除湿及び空気清浄方法。
【請求項２】
８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子の発生装置が１以上のダクトを介して広い室内空間もしくは複数の室内空間に連結し、そのダクトより供給する超微細水粒子混合空気によって加湿し、その超微細水粒子によって室内空間中に浮遊する汚染粒子状物質を捕捉し、汚染した超微細水粒子混合空気を別の１以上のダクトに連結した気液分離装置に導入して汚染物質を回収し、分離した清浄な乾燥空気を気液分離装置と超微細水粒子の発生装置を連結するダクトを介して超微細水粒子の発生装置に送り、再び超微細水粒子と混合してその室内空間に供給する構成を有することを特徴とする加除湿及び空気清浄システム。
【請求項３】
請求項２記載の加除湿及び空気清浄システムにおいて、気液分離装置と超微細水粒子の発生装置の間に空気の加熱及び冷却装置を配し、気液分離装置で分離した清浄な乾燥空気を加熱または冷却して超微細水粒子の発生装置に送り、再び超微細水粒子と混合しその室内空間に供給する構成を有することを特徴とする暖冷房及び加除湿・空気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超微細水粒子混合空気によって広い室内空間及び複数の室内空間の加除湿・空気清浄を行う方法並びにそれを用いた暖冷房又は／及び加除湿・空気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、クリーンルームや病院の施設など広い室内空間もしくは複数の室内空間を有し且つ清浄性が求められる施設では、ボイラーや大型エアコンなどで調温した空気をダクトを介して室内に送気する集中暖冷房方式や、電力式やガス式のエアコンを個別に設置する暖冷房方式によって、室内空間の温度を調整している。また、加除湿・空気清浄はこれらの暖冷房方式とは別個に各室内に設置した機器を用いることが一般的に行われている。
【０００３】
関連発明にはダクトを介して空間を加湿するものがある（特許文献１参照）。また、天井埋込型の空調装置に加湿機能を加えたものもある（特許文献２参照）。また、吸込んだ室内空気と微細水粒子を混合させ空気清浄を行うものがあり（特許文献３参照）、超微細水粒子を室内空間に噴射して汚染粒子を捕捉し回収する空気清浄方法がある（特許文献４参照）。以下、特許文献により公知となっている加除湿・空気清浄方法及びその装置について説明する。
【０００４】
特許文献１に記載の加湿空気搬送装置及びそのシステムは、加湿空気の吹出し位置を室内の任意の位置に配することができるように加湿装置を室外に設置し、ダクトで加湿空気を室内に供給するものである。
【０００５】
特許文献２に記載の天井埋込型空調装置は、水噴霧式で加湿を行い、かつ噴霧された霧が再び水となって室内に垂れ落ちる危険性を防止する天井埋込型の空調装置である。
【０００６】
特許文献３に記載の空気清浄装置及び空気加湿装置は、装置内に室内空気を吸込み、マイナスイオン発生装置で製造された微細水滴混合空気と混合する過程で除塵及び加湿を行うものである。
【０００７】
特許文献４に記載の空気清浄方法及びその装置は、超微細水粒子を室内に噴霧・流動させて浮遊している汚染粒子を捕獲・回収する方法及びその装置である。
【０００８】
これらの公知文献はいずれも、広い室内空間もしくは複数の室内空間を想定したものではなく、また暖冷房・換気・加除湿及び空気清浄の全ての機能を併せ持ったものではない。従って、既存製品にも関連発明にもこれらの機能を全て有するシステム及びその装置を見出すことができない。
【特許文献１】特開２００３−３０２０７５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２６０５４号公報
【特許文献３】特許第３０４７２３０号公報
【特許文献４】特開２００５−２１８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
現在一般に行われている上記背景技術に記載の暖冷房方式は、いずれも室内空気の清浄性を保つために多量の換気量が必要とされ、室内温度を保持するために膨大なエネルギーを費やしている。また、多量の換気は室内温度のみならず湿度の安定化を困難にし、過度な空気の乾燥は人の体感温度を低下させるのみならず、風邪などのウイルスの活動を活発化させ、人の健康を阻害するおそれがある。更に、過度な空気の乾燥により静電気が発生し易くなりＯＡ機器の誤動作も生じやすい。また、多量の換気は汚染粒子状物質がそのまま外部に排出されるため大気汚染の原因となり、外気に含まれる排気ガス等から生じる窒素・硫黄酸化物などの汚染物質を室内に導入することとなる。
【００１０】
この多量の換気は室内に空気流動を生じさせるが、微細な汚染粒子状物質はかえってその気流のために室内の隅部や天井面、壁面に追いやられて滞留するため排出できず、気流の停止時に沈降して繰り返し空気を汚染する状態となっている。また、従来の個別型空気清浄装置も室内の限られた範囲の空気しか吸入できず、室内の隅部や天井面、壁面付近に滞留する汚染粒子状物質を捕獲できないため、広い室内空間に複数台を設置しても十分な効果を発揮できなかった。
【００１１】
更に、従来の一般に用いられている加湿方法では１００μｍ〜３００μｍ程度の大きな水粒子を室内空気中に噴霧しているため、湿度の均質化が難しく、局部的に過度な湿潤部が発生し雑菌繁殖の温床になっている。
【００１２】
特許文献１に記載の加湿空気搬送装置及びそのシステムは、室内の任意の位置に吹出し位置を設けることによりある程度の湿度の均質化は可能となるが、用いる微細水粒子の粒径が特定されていないため湿度の偏在は依然として生じている。また、加湿機能のみであるため、総合的な空気調和を行うには別途暖冷房装置を設置する必要があり、空気清浄機能を有しないため相当回数の換気が必要となり、省エネルギー効果を見込むことはできない。
【００１３】
特許文献２に記載の天井埋込型空調装置は、熱交換器で暖冷房を行う天井埋込型暖冷房装置に１５μｍ以下の微細水粒子を噴霧するノズルを設け、加湿機能を付加したものであるが、広い室内空間に用いるには複数台の設置を必要とし費用が割高となる。また空気浄化機能を有していないため別途換気を行う必要があり、この換気により室内温度及び湿度を不安定なものとし、また、その変化を回復させるために余分なエネルギーを消耗する。
【００１４】
特許文献３に記載の空気清浄装置及び空気加湿装置は、マイナスイオン発生装置で製造した微細水滴混合空気を室内空気中に吹出すことにより加湿するものであるが、空気清浄については装置内に吸入した室内空気に微細水滴混合空気を混合する過程で汚染した大粒径の水粒子を除去する方式をとっている。株式会社アモウにおける微細水粒子の挙動に関する実験においては、水粒子は微細なものほど拡散性が増加し、室内の隅部や壁面に達し滞留した空気を流動化させる作用を持つことが判明している。この空気清浄方式はこの作用に着目し積極的に利用するものではないため、広い室内空間において適切な位置に複数台を設置し、室内空気の滞留部の空気浄化を行うことは困難である。
【００１５】
特許文献４に記載の空気浄化方法及びその装置は、粒径約１０μｍの超微細水粒子を室内空気中に噴霧し流動させ、その水粒子によって浮遊している汚染粒子状物質を捕獲し、それを回収することにより空気清浄を行うものであり、本願の発明の基をなすものである。しかしながら、その装置は単独の比較的狭い室内空間を想定したものであり、広い室内空間もしくは複数の室内空間ごとに複数台設置することは費用の面で不利となる。また、広い室内空間において超微細化水粒子の拡散性・流動性を最大限にいかした空気流動を得るには、個別型装置では不合理と無駄を生じる恐れがある。
【００１６】
本発明は、これらの諸問題を解決し、広い室内空間及び複数の室内空間において安定的な加除湿を行い、隅々まで行き渡る空気清浄を行い、ひいては換気量を減少させることによって省エネルギーを図るためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の問題を解決するため、本発明の請求項１に係る加除湿・空気清浄方法は、８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子混合空気を１以上のダクトを介して広い室内空間もしくは複数の室内空間に供給して加湿し、その超微細水粒子によって室内空間中に浮遊する汚染粒子状物質を捕捉し、汚染した超微細水粒子混合空気を別の１以上のダクトを介してその室内空間から排出して気液分離処理を行い、汚染物質を回収し、分離した清浄な乾燥空気を再び超微細水粒子とともにその室内空間に供給することを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る加除湿・空気清浄システムは、８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子の発生装置が１以上のダクトを介して広い室内空間もしくは複数の室内空間に連結し、そのダクトより供給する超微細水粒子混合空気によって加湿し、その超微細水粒子によって室内空間中に浮遊する汚染粒子状物質を捕捉し、汚染した超微細水粒子混合空気を別の１以上のダクトに連結した気液分離装置に導入して汚染物質を回収し、分離した清浄な乾燥空気を気液分離装置と超微細水粒子の発生装置を連結するダクトを介して超微細水粒子の発生装置に送り、再び超微細水粒子と混合してその室内空間に供給する構成を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項３に係る暖冷房及び加除湿・空気浄化システムは、請求項２記載の加除湿及び空気清浄システムにおいて、気液分離装置と超微細水粒子の発生装置の間に空気の加熱及び冷却装置を配し、気液分離装置で分離した清浄な乾燥空気を加熱または冷却して超微細水粒子の発生装置に送り、再び超微細水粒子と混合してその室内空間に供給する構成を有することを特徴とする。
【００２０】
尚、本明細書及び本願の特許請求の範囲に記載の「超微細水粒子」という言葉は、学術的に定義された言葉ではないが、ここでは１０μｍ程度以下の粒径の水粒子に対して用い、それ以上の粒径の「微細水粒子」と区別している。また、「広い室内空間」という言葉は必ずしも絶対的な面積の大きさを意味せず、個別型の加除湿及び空気清浄装置が単独で十分な効果を上げられない規模の空間を意図している。
【発明の効果】
【００２１】
超微細水粒子は拡散性・流動性が高いため、室内の隅部や天井面、壁面に滞留した微細な汚染粒子状物質をも捕獲・回収し、室内の隅々まで空気清浄効果を行き渡らせることができる。更に、同様の特性から、室内の湿度を均質化させ、過度な湿潤部の発生による雑菌の繁殖を防止する。
【００２２】
また、超微細水粒子の製造過程において、水の衝突現象から生じるレナード効果によりマイナスイオンを多量に発生させることができ、身体に良好な効果を生じさせる室内環境を得ることができる。
【００２３】
従って、少ない換気量で室内空気の清浄性を保つことができ、室内温度を保持するために必要なエネルギーを大幅に削減できる。
【００２４】
換気量を減少させることができるので、室内温度のみならず湿度も安定化させやすく、過度の乾燥によるウイルスの活発化など人の健康への悪影響を排除し、また静電気の発生を抑制しＯＡ機器などの誤動作を防止することができる。
【００２５】
更に、ダクトを用いることにより、室内の任意の位置から超微細水粒子混合空気を供給することができるため、室内全体の空気流動を考慮して超微細水粒子の高い拡散性・流動性を最大限に生かした空気調和の最適な設計が可能となる。加えて、広い室内全体もしくは複数の室内の温度・湿度・清浄度を一括管理できるようになり、個別型をはるかに凌ぐ施設全体の大幅な省エネルギーが可能となる。
【００２６】
また、一括管理が可能となるため、気液分離した流体中に含まれる汚染粒子状物質をまとめて処理することができ、汚染粒子状物質がそのまま外部に排出されることがなく、大気汚染を防止することができ、また、換気量の減少により、室外からの吸気に含まれる排気ガス等から生じる窒素・硫黄酸化物などの外来汚染物質の導入量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は本発明による暖冷房及び加除湿・空気清浄システムの基本構成を示し、水から超微細水粒子を製造する超微細水粒子発生装置１と、汚染した超微細水粒子混合空気を汚染水と清浄な乾燥空気に分離する気液分離装置２と、分離された清浄な乾燥空気及び導入した外気２０を所定の温度に加温・冷却する加熱及び冷却装置３を有し、それぞれの装置がダクトを介して図１のように連結し、もって広い室内空間もしくは複数の室内空間の暖冷房・加除湿及び空気清浄を行うものである。
【００２９】
超微細水粒子の発生装置１は、中間ダクト９で加熱及び冷却装置３と連結され、また、給気ダクト５で室内空間１６及び室内空間１７に設けられた給気口１１と連結している。給気口１１の配置は超微細水粒子の高い拡散性と流動性を生かした最適な配置とする。また、図１では複数の室内空間の場合を示しているが広い室内空間の場合も同様に給気口１１の最適配置を決定する。超微細水粒子の発生装置１と給気口１１の間に温度・湿度及び風量などを測定する測定装置４を配してもよい。
【００３０】
超微細水粒子発生装置１は、８μｍ以下の粒径を主体とする超微細粒子を発生させる機能を有するものであれば、その発生機構及び構造を問わないが、ここでは噴霧ノズルを用いたものを一例として図２に示す。
【００３１】
図２の超微細水粒子発生装置は噴霧ノズル２４、噴霧ノズル２４を囲むようにして天井面から下方へ延出した筒状のコア隔壁２６、コア隔壁２６下端の開口部２７、開口部２７に対向する中心部に向かって傾斜する傾斜板２８、コア隔壁２６・傾斜板２８及び超微細水粒子発生ユニット２１の内壁２９によって囲まれた超微細水粒子浮遊空間３０、傾斜板２８の下方に設けられたコンプレッサー２５により吸気口３１より取り入れた空気をコンプレッサー２５の圧力により浮遊空間３０へ送り込むための通路となる通気口３２並びに超微細水粒子を超微細水粒子発生ユニット２１外へ噴出する吐出口３３で構成されている。
【００３２】
噴霧ノズル２４は、約５０μｍ以下の粒径の水が噴出される細孔ノズルとし、筒状のコア隔壁２６の中心部に向かって斜め下方に向け適数個設置されており、噴霧ノズル２４から噴出された噴霧水は、各々中心部に向かって吐出し相互に衝突し破砕する。次に、噴霧水は下方へ向かい、コア隔壁２６の内壁とも衝突し破砕を繰り返しながら開口部２７からコア隔壁２６外へ吐出し、更に底部に設置した傾斜板２８に衝突し破砕する。この繰り返し破砕によって多くの水粒子が８μｍ以下の超微細水粒子となり、浮遊空間３０でコンプレッサー２５からの送気と混合し、空気中に浮遊した状態で吐出口３３から排出される。
図２は８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子の発生機構及び装置の一例を模式的に示したものであり、本発明のシステムに用いる際には吐出口３３に給気ダクト５が連結され、吸気口３１に中間ダクト９が連結される。
【００３３】
本発明の暖冷房・加除湿及び空気清浄システムの構成と機能を空気の流れに従って示すと、加熱及び冷却装置３に連結した吸気ダクト７から吸入された外気２０、もしくは気液分離装置２に連結した中間ダクト１０から吸入された清浄な乾燥空気は、送風機１３によって加圧され加熱コイル１４もしくは冷却コイル１５によって調温され、中間ダクト９に連結した超微細水粒子発生装置１に送られる。その際、外排気ダクト８によって空気の一部を排気し換気を図ることも可能である。加熱及び冷却装置３は必要とされる加熱・冷却及び送風能力を有するものであればその方式を問わない。
【００３４】
超微細水粒子発生装置１に送り込まれた空気は、超微細水粒子を付加され超微細混合空気１８として給気ダクト５に連結した給気口１１から室内空間１６及び室内空間１７に供給される。室内に放出された超微細水粒子はその高い拡散性と流動性によって室内空間１６及び室内空間１７の隅々まで行き渡り加湿効果を与え、また、壁際に滞留する汚染粒子状物質をも捕獲する。汚染した超微細水粒子混合空気１９は室内空間１６及び室内空間１７の下方に設置された排気口１２に吸入され連結した排気ダクト６を介して気液分離装置２に送られ、冷却コイル１５で減温され汚染水と清浄な乾燥空気に分離される。気液分離には必ずしも冷却コイル１５を用いる必要はなく、所定の効果が得られれば別の方法を用いることも可能である。
【００３５】
分離された清浄な乾燥空気は連結した中間ダクト１０から加熱及び冷却装置３に送られ、汚染水は排水タンクに貯留され一括処理される。このような一連の過程を繰り返して本発明による循環型の暖冷房・加除湿及び空気清浄システムは機能するものである。
【００３６】
次に、上記に例示した超微細水粒子発生装置で製造される超微細水粒子の粒度分布を示し、その超微細水粒子を用いた空気清浄試験結果及び空気流動試験結果の概略を示す。
【００３７】
上記に例示した超微細水粒子の発生装置で製造される超微細水粒子の粒度分布は図３に示すように、ほぼ１〜２０μｍの間に分布し７μｍ付近でもっとも頻度が高い。またその分布は小粒径側に偏在しており８μｍ以下の粒径で累積体積がほぼ７０％を超える。
【試験例１】
【００３８】
図３に示す粒度分布を有する超微細水粒子を用いて空気清浄能力の試験を実施した。試験は約３０ｍ３の換気が行われない室内空間において、
（条件１）６本／２０分のペースで喫煙した場合
（条件２）４本／２０分のペースで喫煙した場合
の２つの条件下で、喫煙の開始から１０分後に、噴霧水量５Ｌ／ｍｉｎ、速度０．２〜０．４５／ｓｅｃで壁面より超微細水粒子を噴霧して、室内の中心部の高さ１２０ｃｍの位置で微細粉塵の濃度変化を測定した。その試験結果を図４に示す。
【００３９】
図４に示すとおり、条件１及び条件２の場合ともに超微細水粒子の噴霧開始後ほぼ１０分で微細粉塵が減少し始め、喫煙の終了後１時間以内でほぼ完全に排除された。また、タバコの煙の臭気成分であるアンモニアも、超微細水粒子の噴霧開始１０分後には検出限界以下まで除去され、臭気強度は５（著しく強い臭い）もしくは４（強い臭い）から２（タバコの残り香と判断できる程度の気にならない臭い）となった。
【００４０】
また、継続的に喫煙した場合、室内の良好な状態を維持するのに必要な換気量は、超微細水粒子の噴霧を行った場合で４８６ｍ３／ｈ、換気のみの場合は１１，０００ｍ３／ｈが必要とされ、換気のみの場合は多量の外気の導入のため、室内の温度や湿度を良好な状態に維持することができなかった。
【００４１】
以上のことから、超微細水粒子は空気中に浮遊する汚染粒子状物質を捕獲し除去する能力が高く、超微細水粒子の噴霧を伴う換気により容易に室内の温度・湿度及び清浄度が維持でき、換気装置のみによる場合に比べ暖冷房費用を大幅に低減させ得ることが明らかとなった。尚、この試験によって効果が保証されていることを基として、請求項及び課題を解決するための手段における規定を８μｍ以下の粒径を主体とする超微細水粒子とした。
【試験例２】
【００４２】
図３に示す粒度分布を有する超微細水粒子を用いて空気流動能力の試験を実施した。一般に、室内においては壁面の近くで空気が滞留し風速が小さくなると考えられるが、超微細水粒子の存在が壁面付近の空気流動にどのような影響を与えるかを超音波風速計で測定し、解析を行った。測定空間は、６．０ｍ（側面）×４．０m（前面・背面）×２．６ｍ（高さ）の閉鎖空間で、水平方向１００ｃｍ、垂直方向５０ｃｍの格子状に測点を配置し、超微細水粒子を噴霧している状態とそうでない状態について測定を実施した。
【００４３】
超微細水粒子の噴霧条件は次のとおりである。
・吹出し位置：前・背面壁際から５０ｃｍ離れた中央部の2箇所
・吹出し方向：垂直上向き
・吹き出し口風量：８．５ｍ３／ｍｉｎ×２箇所
・超微細水噴霧量：１３．９ｍＬ／ｍｉｎ×２箇所  計２７．８ｍＬ／ｍｉｎ
【００４４】
側壁面から２０ｃｍ離れた側壁平行面における風速ベクトル図を図５及び図６に示す。各測点の風速ベクトルに風速の絶対値(cm/s)を付記し、その等値線を描いた。図５及び図６より、超微細水粒子の噴霧を伴う場合には中間的な風速絶対値(２０〜６０ｃｍ／ｓ)を示す範囲が拡大し、２０ｃｍ／ｓ未満の弱風速〜滞留部が縮小し、ごく僅かに見られるのみとなっている。この現象は、水粒子が分子レベルのサイズに近づいたため、高速運動を始めて拡散性が増大したためと考えられ、超微細水粒子による滞留空気の流動化及び滞留部に濃集する汚染粒子の除去効果が明瞭に示されている。
【００４５】
本発明は以上の試験結果によって検証された超微細水粒子の、汚染粒子状物質の高い捕獲能力並びに空気の滞留部にまで達する優れた拡散性及び流動性に基づき、ダクトを介して空気流動を考慮した最適位置から室内空間に超微細水粒子混合空気を供給することにより、広い室内空間及び複数の室内空間における空気清浄効果を最大とし、もって暖冷房に係る換気量を大幅に減少させ省エネルギーを図るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の暖冷房・加除湿及び空気浄化システム図である。
【図２】本発明に用いる超微細水粒子発生装置の一実施例を示す断面図である。
【図３】例示した超微細水粒子発生装置が製造する超微細水粒子の粒度分布を示すグラフである。
【図４】例示した超微細水粒子発生装置を用いて実施した空気清浄能力の試験結果を示すグラフである。
【図５】例示した超微細水粒子発生装置を用いて実施した空気流動能力の試験結果のうち、超微細水粒子を噴霧しない場合の側壁面付近の空気流動を示す風速ベクトル図である。
【図６】例示した超微細水粒子発生装置を用いて実施した空気流動能力の試験結果のうち、超微細水粒子を噴霧した場合の側壁面付近の空気流動を示す風速ベクトル図である。
【符号の説明】
【００４７】
１         超微細水粒子発生装置
２         気液分離装置
３         加熱及び冷却装置
４         測定装置
５         給気ダクト
６         排気ダクト
７         吸気ダクト
８         外排気ダクト
９         中間ダクト
１０       中間ダクト
１１       給気口
１２       排気口
１３       送風機
１４       加熱コイル
１５       冷却コイル
１６       室内空間
１７       室内空間
１８       超微細水粒子混合空気
１９       汚染した超微細水粒子混合空気
２０       外気
２１       超微細水粒子発生ユニット
２２       新鮮水補給装置
２３       配管
２４       噴霧ノズル
２５       コンプレッサー
２６       コア隔壁
２７       開口部
２８       傾斜板
２９       内壁
３０       超微細水粒子浮遊空間
３１       吸気口
３２       通気口
３３       吐出口
３４       底部開口部
【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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