(57)【要約】【課題】  噴霧ノズルを少なくし、加湿水量を抑制したとしても加湿効率を高める。【解決手段】  加湿装置は、大気が通過するケーシングと、ケーシング内で大気を加湿する加湿部とを備えている。加湿部は、大気に対して水粒子を噴出する複数の噴霧ノズルを有している。複数の噴霧ノズルは、大気の通過方向に対して交差する一平面上に所定の間隔を開けて配列されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気が通過するケーシングと、
前記ケーシング内で前記大気を加湿する加湿部とを備え、
前記加湿部は、前記大気に対して水粒子を噴出する複数の噴霧ノズルを有し、
前記複数の噴霧ノズルは、前記大気の通過方向に対して交差する一平面上に所定の間隔を開けて配列されていることを特徴とする加湿装置。
【請求項２】
請求項１の加湿装置において、
前記複数の噴霧ノズルは、前記大気の通過方向に対して直交する平面に沿ってマトリクス状に配列されていることを特徴とする加湿装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の加湿装置において、
前記加湿部の上流側には、前記加湿部に至るまでに前記大気を旋回流とする旋回手段が設けられていることを特徴とする加湿装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の加湿装置において、
前記噴霧ノズルは、前記通過方向に対する噴射角度を調整自在であることを特徴とする加湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加湿装置に係り、特に大気浄化システムに組み込まれる加湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、都市部交差点やトンネル換気所等には、大気汚染物質である浮遊粒子状物質ＳＰＭ及び窒素酸化物ＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ２）を同時に除去するべく大気浄化システムを設置することがある。この大気浄化システムとしては、大気を加湿する加湿装置と、加湿された大気から窒素酸化物を除去する脱硝装置とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来の大気浄化システムの概略構成を示す模式断面図である。この図９に示すように大気浄化システム１００には、大気を取り込むダクト１０１と、ダクト１０１の下流に配置された加湿装置１１０と、加湿装置１１０の下流に配置された脱硝装置１２０とが設けられている。
加湿装置１１０には、ダクト１０１から脱硝装置１２０までの大気の流路を形成するケーシング１１１が設けられている。このケーシング１１１の内壁に沿って、大気の流路を囲むように噴霧ノズル１１２が多数配置されている（図１０参照）。各噴霧ノズル１１２には水供給管１１３によって水が供給されている。
脱硝装置１２０には、加湿装置１１０を通過した大気を取り込む複数の取込口１２１と、各取込口１２１に対応して設けられた吸着剤１２２及び脱硝トレイ１２３と、各取込口１２１から各吸着剤１２２まで大気を案内する複数のガイド部１２４と、脱硝トレイ１２３内の吸着剤１２２を通過した大気を外部に排出する複数の排出口１２５とが設けられている。
【０００４】
そして、ダクト１０１から流入した大気（図９の矢印）は、噴霧ノズル１１２から水粒子が噴出されているために、加湿装置１１０を通過する際に加湿される。加湿された大気は、取込口１２１から脱硝装置１２０に流入し、脱硝トレイ１２３内の吸着剤１２２を通過することで、窒素酸化物が除去された状態で、排出口１２５から排出される。これにより、大気が浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２４３２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年においてはコスト削減のため、噴霧ノズル１１２の設置個数の低減や、加湿水量の低減及び加湿効率の向上が望まれている。
このため、本発明の課題は、従来よりも噴霧ノズルを少なくし、加湿水量を抑制したとしても加湿効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明に係る加湿装置は、
大気が通過するケーシングと、
前記ケーシング内で前記大気を加湿する加湿部とを備え、
前記加湿部は、前記大気に対して水粒子を噴出する複数の噴霧ノズルを有し、
前記複数の噴霧ノズルは、前記大気の通過方向に対して交差する一平面上に所定の間隔を開けて配列されていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１の加湿装置において、
前記複数の噴霧ノズルは、前記大気の通過方向に対して直交する平面に沿ってマトリクス状に配列されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の加湿装置において、
前記加湿部の上流側には、前記加湿部に至るまでに前記大気を旋回流とする旋回手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加湿装置において、
前記噴霧ノズルは、前記通過方向に対する噴射角度を調整自在であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明者は、大気の通過方向に対して交差する一平面上に、複数の噴霧ノズルを配列することで、従来のものよりも噴霧ノズルを少なくしたとしても、加湿効率を高めることを見出した。つまり、請求項１記載の発明のように、大気の通過方向に対して交差する一平面上に所定の間隔を開けて複数の噴霧ノズルを配列すれば、従来よりも少ない噴霧ノズルにして加湿水量を抑制したとしても加湿効率を高めることが可能となる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、大気の通過方向に対して直交する平面に沿って複数の噴霧ノズルがマトリクス状に配列されているので、各噴霧ノズルが均等に配列されることになり、より効率的に大気を加湿することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、加湿部に至るまでに大気を旋回流とする旋回手段が設けられているので、大気がケーシングを通過するまでの時間を長くすることができる。これにより、大気が水粒子に晒される時間を長くすることができ、より効率的に大気を加湿することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、噴霧ノズルにおける通過方向に対する噴射角度が調整自在であるので、噴射角度を調整することで環境に応じた蒸発時間に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の加湿装置を備えた大気浄化システムを示す模式断面図である。
【図２】図１の加湿装置に備わる噴霧ノズルの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２の噴霧ノズルの先端部を示す正面図である。
【図４】図１の加湿装置に備わる噴霧ノズルの配列位置を示す正面図である。
【図５】図１の加湿装置に備わる噴霧ノズルの角度調整を示す側面図である。
【図６】図２の噴霧ノズルの噴射角度と蒸発時間との関係を示した説明図である。
【図７】図４の噴霧ノズルの配列位置の変形例を示す正面図である。
【図８】図１の大気浄化システムにおける加湿装置の変形例を示す模式断面図である。
【図９】従来の加湿装置を備えた大気浄化システムを示す模式断面図である。
【図１０】図９の加湿装置に備わる噴霧ノズルの配列位置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照して実施形態を詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る大気浄化システムの概略構成を示す模式断面図である。この図１に示すように大気浄化システム１には、大気を取り込むダクト２と、ダクト２の下流に配置された加湿装置３と、加湿装置３の下流に配置された脱硝装置４とが設けられている。
【００１７】
脱硝装置４には、加湿装置３を通過した大気を取り込む複数の取込口４１と、各取込口４１に対応して設けられた吸着剤４２及び脱硝トレイ４３と、各取込口４１から各吸着剤４２まで大気を案内する複数のガイド部４４と、脱硝トレイ４３内の吸着剤４２を通過した大気を外部に排出する複数の排出口４５とが設けられている。
【００１８】
加湿装置３には、ダクト２から脱硝装置４までの大気の流路を形成するケーシング３１と、ケーシング３１内で大気を加湿する加湿部３２とが設けられている。
加湿部３２は、大気に対して水粒子を噴出する複数の噴霧ノズル３３と、複数の噴霧ノズル３３を支持する支持フレーム３４とを備えている。
支持フレーム３４の内部は、水の供給路となっていて、各噴霧ノズル３３に対して水を供給できるようになっている。
【００１９】
図２は、噴霧ノズル３３の概略構成を示す断面図であり、図３は、噴霧ノズル３３の先端部を示す正面図である。図２に示すように、噴霧ノズル３３は、筒状の本体３３１と、本体３３１の噴射側壁３３２の内面に固定したノズルチップ３３３とを備えている。本体３３１は、円筒状の周壁３３４の一端を噴射側壁３３２で閉鎖し、その中央に噴口３３５を設ける一方、周壁３３４の他端は開口３３６とする。開口３３６は、供給路と連通していて、この開口３３６を介して本体３３１の中空部３３７に水が流入している。
【００２０】
ノズルチップ３３３は、略円板形状であり、本体３３１の成形時にモールドして、本体３３１の噴射側壁３３２の内面に固定されている。ノズルチップ３３３は、本体３３１の噴射側壁３３２の中心の噴口３３５と連通する噴射孔３３８を中央に備え、噴射孔３３８から噴口３３５を通して水を霧状として噴射するようになっている。噴射孔３３８は、流入側から縮径するテーパ状穴部３３９と、テーパ状穴部３３９に連続して噴口３３５に連通する小径穴部３４０とからなる。図３に示すように、ノズルチップ３３３の内面には、９０度間隔を空けて円弧状に湾曲された複数の旋回溝３４１が形成されている。これら旋回溝３４１の内周端はテーパ状穴部３３９の周縁と連通されており、旋回溝３４１を通して水を旋回させながら流入するようになっている。
【００２１】
噴霧ノズル３３では、供給路から本体３３１に流入する水が、噴射側においてノズルチップ３３３の旋回溝３４１を通り、旋回流となって噴射孔３３８のテーパ状穴部３３９に流入する。流入した水は、テーパ状穴部３３９の内周面に沿って旋回しながら衝突するため、水滴が微細化される。テーパ状穴部３３９より噴射側の小径穴部３４０に流入し、さらに、連通した本体３３１の噴口３３５から１０〜３０μｍの微粒子の水滴を含むセミドライフォグを噴射するものとしている。
なお、噴霧ノズル３３に供給する水の圧力は、０．１〜１０ＭＰａ程度に設定されていることが好ましい。また、上述した噴霧ノズル３３は、あくまで一例であり、これ以外の噴霧ノズルを適用することも可能である。
【００２２】
図４は複数の噴霧ノズル３３の配列位置を示す正面図である。この図４に示すように複数の噴霧ノズル３３は、大気の通過方向Ｘ（図１参照）に対して直交する一平面に沿ってマトリクス状に配列されている。ｍ段にｎ列噴霧ノズル３３が配置されている場合には、噴霧ノズル３３の総数はｍ×ｎとなる。
【００２３】
ここで、各噴霧ノズル３３は、通過方向Ｘに対する噴射角度θが調整できるように、支持フレーム３４に対して回転自在に取り付けられている（図５参照）。図６は、噴射角度と蒸発時間との関係を示した説明図である。なお、図中、噴霧ノズル３３から延びた線（噴射された水粒子の経路を表す）の色が濃いと蒸発時間は短く、薄いと蒸発時間が長いことを表している。この図６に示すように、大気の通過方向Ｘに対する噴射角度θが０度の場合は、蒸発時間が最も長いことがわかる。そして、噴霧ノズル３３を上方に回転させると、噴射角度θが６０度になるまでは蒸発時間が短くなっていく。そして、噴射角度θが９０度になると一端蒸発時間が長くなるが、さらに噴射角度θが１３５度、１８０度となるとまた蒸発時間が短くなる。このように、噴射角度θを調整できれば、あまりスペースが取れない場所であっても、そのスペース内で完全に蒸発することのできる蒸発時間に調整することが可能である。
なお、上記の例では、１８０度までを示しているが、噴射角度θは３６０度まで調整することが可能であり、この場合においても蒸発時間の調整が可能である。
【００２４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
ダクト２から流入した大気（図１の矢印）は、噴霧ノズル３３から水粒子が噴出されているために、加湿装置３を通過する際に加湿される。加湿された大気は、取込口４１から脱硝装置４に流入し、脱硝トレイ４３内の吸着剤４２を通過することで、窒素酸化物が除去された状態で、排出口４５から排出される。これにより、大気が浄化される。
【００２５】
ここで、上記実施形態の加湿装置３について気流解析シミュレーションにより、実機モデルの解析を行った。解析モデルとして、形状は３Ｄ、乱流モデルはｋ−ε、定常／非定常は定常モデル、熱計算はありとした。また、ダクト２の正面視の入口寸法は１２００ｍｍ×１４００ｍｍとし、ケーシング３１の正面視の内部寸法は、１９５０ｍｍ×２２００ｍｍとした。送風条件は、入口流速：８．９２ｍ／ｓ、入口湿度：２０．０ＲＨ％、入口水分量：０．２４ｖｏｌ％、入口温度：１０℃とした。ノズル条件は、平均粒子径：２０μｍ、最大粒子径：７０μｍ、冷却水量：２．５０ｌ／ｈｒ・本、タイプ：１流体空円錐、噴霧角度：通過方向Ｘに対して０度、ノズル本数：４２本（７×６）とした。これらの条件を基に、解析ソフト（ＦＬＵＥＮＴ  Ｖ６．３）を用いて、水粒子の気流中での挙動を計算した。このとき、メッシュは非構造格子とし、メッシュ数は約８０万個で形状作成を行った。また、境界条件は入口／出口から吸引させ、ケーシング３１の壁面は断熱として、壁面に付着した水粒子は対象外とした。
【００２６】
一方、上記実施形態の加湿装置３と同様の気流解析シミュレーションにより、従来の加湿装置１１０に対しても解析を行った。なお、ノズル配列位置以外に、上記解析と比して異なる条件は、ノズル条件である冷却水量２．６４ｌ／ｈｒ・本、ノズル本数：１１２本、噴霧角度：通過方向Ｘに対して９０度である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１は本実施形態の加湿装置３の解析結果と、従来の加湿装置１１０の解析結果とを示している。なお、加湿効率＝蒸発水量／（冷却水量×ノズル本数）で求められ、壁面付着割合＝壁面付着水量／（冷却水量×ノズル本数）で求められ、脱硝トレイへの付着割合＝＝吸着剤水量／（冷却水量×ノズル本数）で求められる。
【００２９】
表１に示すように、従来の加湿装置１１０であると加湿効率は約３８％であり、大部分は加湿に用いられないまま壁面及び脱硝トレイ１２３中の吸着剤１２２に付着する結果となっている。
一方、本実施形態の加湿装置３では、従来よりも噴霧ノズル３３の設置個数を１／３程度にして、噴霧水量も１／３程度に削減したとしても、加湿効率が９７％以上と大幅に高められていることがわかる。
【００３０】
以上のように、本実施形態によれば、大気の通過方向Ｘに対して交差する一平面上に所定の間隔を開けて複数の噴霧ノズル３３が配列されているので、従来よりも少ない噴霧ノズル３３として噴霧水量（加湿水量）を抑制したとしても加湿効率を高めることが可能となる。
さらに、大気の通過方向Ｘに対して直交する平面に沿って複数の噴霧ノズル３３がマトリクス状に配列されているので、各噴霧ノズル３３が均等に配列されることになり、より効率的に大気を加湿することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、複数の噴霧ノズル３３が大気の通過方向Ｘに対して直交する一平面上に配列されている場合を例示したが、少なくとも通過方向Ｘに対して交差する一平面上に配置されていればよい。
また、複数の噴霧ノズル３３は、マトリクス状に配列されていなくとも、一平面上に所定の間隔を開けて配列されているのであれば如何なる配列位置であっても構わない。例えば、図７の一点鎖線に示すように、多数の三角形を一平面上に配列しその各三角形の頂点に噴霧ノズル３３ａを配置することが挙げられる。なお、三角形以外の多角形であってもよい。
【００３２】
さらに、図８に示すように、加湿部３２の上流側に、加湿部３２に至るまでに大気を旋回流とする旋回手段８を設けてもよい。この旋回手段８には、大気の流路となる部分に当該大気を旋回流とする複数のフィン８１が配置されている。このように、加湿部３２に至るまでに大気を旋回流とする旋回手段８が設けられているので、大気がケーシング３１を通過するまでの時間を長くすることができる。これにより、大気が水粒子に晒される時間を長くすることができ、より効率的に大気を加湿することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１      大気浄化システム
２      ダクト
３      加湿装置
４      脱硝装置
８      旋回手段
３１      ケーシング
３２      加湿部
３３      噴霧ノズル
３４      支持フレーム
４１      取込口
４２      吸着剤
４３      脱硝トレイ
４４      ガイド部
４５      排出口
Ｘ      通過方向
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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