(57)【要約】【課題】気化式において加湿能力を高めることによりファン動力と設置スペースの削減を図り、熱源の効率を向上させ、さらに加湿効率の制御幅を大きくすることが可能な加湿器、熱交換器、加湿方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる加湿器１００の代表的な構成は、平行して立設される複数枚の板状のフィン１１０と、フィン１１０の表面に植毛して設けられた湿潤層１１２と、湿潤層の乾きを判定する乾き判定部１５０と、乾き判定部からの情報に基づいて湿潤層１１２に水１２２を供給する散水部１２４と、フィン１１０を加熱するチューブ１３０と、フィン１１０の間に空気を流通させ湿潤層１１２が吸水した水の気化を促進するファン１４０と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2009180402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行して立設される複数枚の板状のフィンと、
前記フィンの表面に植毛して設けられた湿潤層と、
前記湿潤層の乾きを判定する乾き判定部と、
前記乾き判定部からの情報に基づいて前記湿潤層に水を供給する水供給部と、
前記フィンを加熱する加熱部と、
前記フィンの間に空気を流通させ前記湿潤層が吸水した水の気化を促進する通気部と、
を備えたことを特徴とする加湿器。
【請求項２】
前記乾き判定部は、前記湿潤層の光の反射強度を測定する反射率計を有し、該反射率計の信号に基づいて前記湿潤層の乾きを判定することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項３】
前記乾き判定部は、前記湿潤層の水膜厚を測定する静電容量計を有し、該静電容量の信号に基づいて前記湿潤層の乾きを判定することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項４】
前記湿潤層は、接着剤を塗布した前記フィンに繊維を静電植毛して構成されることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項５】
前記水供給部は、
前記複数枚のフィンの上部に水を各フィンに分散して供給する半透水性槽と、
前記半透水性槽に注水する給水管とを有することを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項６】
前記湿潤層に水を噴射して洗浄する洗浄部を備えたことを特徴とする請求項５に記載の加湿器。
【請求項７】
前記加熱部は、前記フィンを貫通し冷媒を循環させるチューブであることを特徴とする請求項１に記載の加湿器。
【請求項８】
前記チューブは前記フィンを反復して貫通しており、該フィンに対する前記チューブの断面配置は千鳥状となっていることを特徴とする請求項７に記載の加湿器。
【請求項９】
冷媒を循環させて室外の熱と室内の熱を交換する熱交換器であって、
前記冷媒を気化吸熱させる蒸発器と、
前記冷媒を圧縮する圧縮器と、
前記圧縮された冷媒を放熱させて液化させる凝縮器と、
前記凝縮器において冷媒を循環させるチューブおよび室内に放熱するフィンと、
前記フィンの表面に植毛して設けられた湿潤層と、
前記湿潤層の乾きを判定する乾き判定部と、
前記乾き判定部からの情報に基づいて前記湿潤層に水を供給する水供給部と、
前記凝縮器に空気を流通させ前記湿潤層が吸水した水の気化を促進する通気部と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１０】
平行して立設した複数枚の板状のフィンの表面に設けた湿潤層の乾きを判定して間欠給水し、
前記湿潤層に毛細管現象を利用して水を浸透させ、
前記フィンの間に空気を流通させることによって水を蒸発させることを特徴とする加湿方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気化式の加湿器、熱交換器、および加湿方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加湿器には、方式によって大別すれば気化式加湿器、蒸気式加湿器、水噴霧式加湿器がある。
【０００３】
気化式加湿器は、常温の水を蒸発させることにより加湿を行うものであり、一般には暖めた空気の顕熱を水の潜熱に代えて蒸発させる構成となっている。このため水が蒸発し露点温度まで冷えると加湿ができなくなるため、空気温度を室温より１０℃以上上げるか、空気循環量を大きくする必要がある点と、気化する水の量を制御しにくい点に問題がある。また加湿能力が低いために、機器が大型化しやすいという問題もある。
【０００４】
気化式加湿器にもいくつかの方式があるが、その一つに、フィルタに毛細管現象を利用して給水（揚水）する毛細管式がある。例えば特許文献１には、ハニカム形状の充填材の下端を水槽に浸して給水させ、ブロアーで送風して気化させる構成が記載されている。フィルタには、レーヨンなどの樹脂からなる不織布などによって形成された充填材が用いられる。フィルタの形状は様々であり、ハニカム状の板や円筒、複雑な形状の波板を複数枚重ね合わせたものが多く用いられる。
【０００５】
蒸気式加湿器は、蒸気を利用して加湿する方式であり、例えばボイラーで発生させた蒸気を熱交換器に噴霧している。蒸気式加湿器は、沸騰蒸気を利用するものであるため加湿量の制御が容易である一方、飽和蒸気であるため空気とよく混合しないと結露しやすく、飽和効率を上げにくいという問題がある。
【０００６】
水噴霧式加湿器は、常温の水を微細な水滴にして放出することによって加湿する方式であり、例えばスプレーや超音波によって数十ミクロン（マイクロオーダー）以下の水滴を発生させて噴出する。水噴霧式は、気化式よりも加湿量の制御が容易である。しかし水に含まれるものをそのまま放出してしまうため、周囲にカルシウムやマグネシウム等が析出したり、水に繁殖した雑菌も振りまいたりしてしまう。このためクリーンルームや食品系施設には使いにくく、空気清浄度が要求されない場所に用いたり、純水器や殺菌装置を併用したりしている。
【０００７】
また蒸気式加湿器と水噴霧式加湿器はいずれも、容積がなければ水蒸気の粗密が発生して結露しやすいため、空気と混合するための大きなダクトやエリミネーター（水滴分離器）が必要となり、機器の専有面積が大きくなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−０７４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
居住空間の快適さを向上させる上で、従来は温度のコントロールが主であったところ、湿度のコントロールが重要になってきている。その際に、近年の省エネルギー化の流れから、動力を削減し、加湿能力を向上させる必要がある。
【０００９】
しかし上述したように、水噴霧式であれば加湿量の制御が容易であるが、周辺への硬度成分の析出や雑菌の放出があるため、使いにくい。蒸気式は放出する空気が高熱となる上、加湿効率を上げにくいため採用しにくい。
【００１０】
そこで本発明は、気化式において加湿能力を高めることによりファン動力と設置スペースの削減を図り、熱源の効率を向上させ、さらに加湿効率の制御幅を大きくすることが可能な加湿器、熱交換器、加湿方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる加湿器の代表的な構成は、平行して立設される複数枚の板状のフィンと、フィンの表面に植毛して設けられた湿潤層と、湿潤層の乾きを判定する乾き判定部と、乾き判定部からの情報に基づいて湿潤層に水を供給する水供給部と、フィンを加熱する加熱部と、フィンの間に空気を流通させ湿潤層が吸水した水の気化を促進する通気部と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、湿潤層に水を供給すると、湿潤層内に毛細管現象を利用して水が浸透して拡散し、この湿潤層に空気を流通させることにより加湿を行うことができる。そして乾き判定部からの情報に基づいて給水を行うことにより、湿潤層の乾き具合に応じて給水する間欠給水を行うことができ、継続的に常時給水する場合に比べて、植毛された繊維の間には極めて薄い水の薄膜が形成される。このように薄膜を形成することにより水の膜の中に高い温度勾配が形成され高熱流束が得られるため、蒸発速度、すなわち加湿能力を高めることができる。また、水の薄膜が乾く寸前が最も高熱流束が得られるため、乾く寸前に給水を行うことで、時間平均熱流束が高くなり、さらに加湿能力を高めることが出来る。同様に、水が極めて薄い薄膜であることから、熱源たる加熱部の変動が温度勾配に大きな影響を与えるため、加湿能力の制御幅を大きくすることが可能である。さらに、下方に保水タンクを設置して毛細管現象を利用して給水（揚水）する場合に比べて、菌の発生危険度を飛躍的に低減させることができる。
【００１３】
乾き判定部は、湿潤層の光の反射強度を測定する反射率計を有し、該反射率計の信号に基づいて湿潤層の乾きを判定してもよい。湿潤層が植毛によって形成されていることから、含水量によって光の反射強度が変化するため、これを利用して湿潤層が乾いてきたことを電気的に検知することができ、乾きに応じて適宜給水を行う間欠給水を行うことができる。
【００１４】
乾き判定部は、湿潤層とプローブ間に電圧をかけることによって生じる静電容量により湿潤層の水膜厚を測定する静電容量計を有し、該静電容量の信号に基づいて湿潤層の乾きを判定してもよい。湿潤層が植毛によって形成されていることから、含水量によって静電容量が変化するため、これを利用して湿潤層が乾いてきたことを電気的に検知することができ、乾きに応じて適宜給水を行う間欠給水を行うことができる。
【００１５】
湿潤層は、接着剤を塗布したフィンに繊維を静電植毛して構成されることが好ましい。これにより、植毛された繊維を苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）などのアルカリ溶剤で除去することができ、フィンを再利用することができる。
【００１６】
繊維は、レーヨンまたはアクリルを主成分とする合成樹脂であってもよい。特にアクリルは親水性が高いために好ましい。レーヨンを用いる場合には防かび剤をあわせて用いることが好ましい。
【００１７】
繊維の長さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましく、約１ｍｍとすることがさらに好ましい。繊維が０．５ｍｍより短いと毛細管現象による揚水高さが低くなってしまうためである。また繊維が２ｍｍよりも長くなると繊維中に含まれる水の膜が厚くなってしまい、所望の加湿性能が得られないためである。
【００１８】
繊維は、金属または炭素もしくはその両方を含有していてもよい。これにより熱伝導率が向上するため、効率よくフィンに保持された熱と外気の熱を交換することができる。
【００１９】
フィンの間隔は１ｍｍ〜３ｍｍであることが好ましく、約２ｍｍとすることがさらに好ましい。フィンの間隔が１ｍｍよりも狭いと圧力損失が高くなってファン動力を増大させなければならなくなるためである。またフィンの間隔が３ｍｍよりも広くなってしまうと、湿潤層と空気との接触面積が減少して所望の加湿性能が得られないためである。
【００２０】
水供給部は、複数枚のフィンの上部に水を各フィンに分散して供給する半透水性槽と、半透水性槽に注水する給水管とを有していてもよい。水は半透水性槽の下面全体から少しずつフィンに向かって落下するため、確実に総てのフィンに水を供給し、また総てのフィンの湿潤層の全面に充分に浸透させることができる。
【００２１】
半透水性槽を用いて給水を行う場合には、湿潤層に直接水を噴射して洗浄する洗浄部を備えていてもよい。これにより、湿潤層において濃縮した硬度成分を洗い流すことができ、加湿能力を適切に維持することができる。なお、半透水性槽を用いずに水を間欠給水する場合には、水供給部から一時的に大量の水を供給することによって洗浄を行うことができる。
【００２２】
加熱部は、フィンを貫通し冷媒を循環させるチューブであってもよい。これにより加湿器を熱交換器（空気調和機）の一部として組み込むことが可能となる。
【００２３】
チューブはフィンを反復して貫通しており、フィンに対するチューブの断面配置は千鳥状となっていてもよい。これにより、チューブからフィンへの伝熱効率を高めることができる。
【００２４】
本発明にかかる熱交換器の代表的な構成は、冷媒を循環させて室外の熱と室内の熱を交換する熱交換器であって、冷媒を気化吸熱させる蒸発器と、冷媒を圧縮する圧縮器と、圧縮された冷媒を放熱させて液化させる凝縮器と、凝縮器において冷媒を循環させるチューブおよび室内に放熱するフィンと、フィンの表面に植毛して設けられた湿潤層と、湿潤層の乾きを判定する乾き判定部と、乾き判定部からの情報に基づいて湿潤層に水を供給する水供給部と、凝縮器に空気を流通させ湿潤層が吸水した水の気化を促進する通気部と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明にかかる加湿方法の代表的な構成は、平行して立設した複数枚の板状のフィンの表面に設けた湿潤層の乾きを判定して間欠給水し、湿潤層に毛細管現象を利用して水を浸透させ、フィンの間に空気を流通させることによって水を蒸発させることを特徴とする。
【００２６】
上述した加湿器の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該熱交換器および加湿方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、気化式を用いながらも、加湿能力を高めることによりファン動力と設置スペースの削減を図り、熱源の効率を向上させ、さらに加湿効率の制御幅を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は加湿器および加湿方法の例である。なお、以下の実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。また本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２９】
図１は第１実施形態にかかる加湿器の概略構成を説明する図、図２は湿潤層およびチューブを説明する図である。図１に示す加湿器１００は、複数枚の板状のフィン１１０と、フィン１１０の表面に設けられた湿潤層１１２と、水供給部の例としての散水部１２４と、加熱部の例としてのチューブ１３０と、通気部の例としてのファン１４０と、湿潤層の乾きを判定する乾き判定部１５０とを備えている。
【００３０】
フィン１１０は、平行して立設される複数枚の板状部材である。具体的には、チューブ１３０と一体に接続（溶接）されたフィンチューブとして構成することができる。フィン１１０はチューブ１３０内を循環する冷媒からすれば放熱板としての機能を有するが、加湿器１００においてはその表面に含ませた水を温めるためにチューブ１３０から熱を供給される。
【００３１】
フィン１１０は、本実施形態において０．５ｍｍ厚のアルミニウム板である。フィン１１０の間隔は１ｍｍ〜３ｍｍとすることができ、約２ｍｍとすることがさらに好適である。フィンの間隔が１ｍｍよりも狭いと圧力損失が高くなってファン１４０の動力を増大させなければならなくなるためである。またフィンの間隔が３ｍｍよりも広くなってしまうと、湿潤層と空気との接触面積が減少して所望の加湿性能が得られないためである。
【００３２】
湿潤層１１２は、フィン１１０の表面に植毛することによって設けられている。具体的には、湿潤層１１２は例えば接着剤を塗布したフィン１１０に繊維を静電植毛して構成することができる。
【００３３】
図１の部分拡大図に示すように、湿潤層１１２は不規則に植毛された繊維１１４によって構成される。これにより、湿潤層１１２は散水部１２４から供給される水１２２を毛細管現象を利用して浸透、拡散させることができる。給水された水は、図２（ａ）に示すように、繊維１１４同士の間でメニスカス（液体架橋）と呼ばれる薄膜を形成する。
【００３４】
繊維１１４は、レーヨンやナイロンまたはアクリルを主成分とする合成樹脂を好適に用いることができる。特にアクリルは親水性がよく、親水性が高い（拡散性が高い）ために好ましい。これは、親水性が高いと固液接触角が小さくなり、メニスカス部が増大するためである。レーヨンを用いる場合には防かび剤をあわせて用いることが好ましい。また繊維１１４にこれらの材質を用いることにより、一般的なエアコン洗浄剤や中性スケール除去剤を使用することができ、洗浄も容易である。
【００３５】
また、繊維１１４を接着剤を用いて植毛したことにより、植毛された繊維１１４を苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）などのアルカリ溶剤で除去することができる。従って、使用により繊維１１４に汚れが溜まって目詰まりなどを生じた場合にはフィン１１０を交換するが、湿潤層１１２を除去して再び植毛することができる。このようにフィン１１０を再利用することにより、ランニングコストの低減および資源の有効利用を図ることができる。
【００３６】
繊維１１４の長さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましく、約１ｍｍ程度が最も好ましい。なお、約１ｍｍの繊維１１４を用いた場合、湿潤層の層厚は約０．５ｍｍとなる。繊維１１４が０．５ｍｍより短いと毛細管現象による拡散性が低くなってしまうためである。また繊維１１４が２ｍｍよりも長くなると繊維１１４中に含まれる水の膜が厚くなってしまい、後述するような所望の加湿性能が得られないためである。
【００３７】
繊維１１４は、金属または炭素もしくはその両方を含有していてもよい。これにより熱伝導率が向上するため、効率よくフィン１１０に保持された熱と外気の熱を交換することができる。
【００３８】
フィン１１０の下方には水受け皿１２０が配置され、湿潤層１１２に浸透しきれずに落下した水を受け止める。水受け皿１２０には排水管１２６が接続されており、溜まることなく排水される。
【００３９】
チューブ１３０は冷媒を循環させる管であり、冷媒の熱をフィン１１０へと伝える。本実施形態は加湿器単体の例であるが、加熱部として冷媒の熱を利用することにより、当該加湿器１００を熱交換器（空気調和機）の一部として組み込むことも可能となる。チューブ１３０は熱源としてのポンプ１３２に接続されており、ポンプが冷媒を圧縮することによって温度が調節される。
【００４０】
チューブ１３０はフィン１１０を反復して貫通しており、図２（ｂ）に示すようにフィン１１０に対するチューブ１３０の断面配置は千鳥状（交互に配置されていること）となっている。これにより、空気の流通を阻害することなく、チューブ１３０からフィン１１０への伝熱効率を高めることができる。
【００４１】
なお加熱部の他の例としては、チューブ１３０内に熱流体（湯や油）を流したり、チューブに代えて電熱ヒータを用いることも可能である。またフィン１１０全体に電流を流して、フィン自体を発熱させてもよい。
【００４２】
ファン１４０は、気流を生じることによってフィン１１０の間に空気を流通させ、湿潤層１１２が吸水した水の気化を促進する。
【００４３】
乾き判定部１５０は、湿潤層の乾きを判定するために設けられている。図に示すように、フィン１１０の近傍には、湿潤層１１２の光の反射強度を計測する反射率計１５２（具体的には、反射率計の光ファイバープローブ）が配置され、乾き判定部１５０に接続されている。図２（ｃ）の左側の図に示すように、湿潤層１１２が保水していると、入射光が屈折し反射強度が減る。逆に右側の図に示すように、湿潤層１１２が乾いていると、入射光がフィン１１０に直接反射して反射強度が上がる。また湿潤層１１２の水膜（水１２２）の厚さによって反射強度が変わるため、乾き度合いを判別することができる。この性質を利用し、反射率計１５２の信号に応じて湿潤層１１２の乾きを検知することができる。乾き判定部１５０は反射率計１５２の信号を受け、あらかじめ設定された値と比較することにより、段階的に、もしくはリニアに乾き度合いを検知する。
【００４４】
これにより、湿潤層１１２が乾いてきたことを電気的に検知し、制御に利用することができる。たとえば乾き判定部１５０は加湿器１００の制御部１０２に接続し、制御部１０２は散水部１２４の給水弁１２４ａに接続する。制御部１０２は乾き判定部１５０からの信号に応じて給水弁１２４ａを制御し、湿潤層１１２が乾燥しないように間欠給水することにより、継続的に加湿を行うことができる。
【００４５】
なお乾き判定部１５０は反射率計１５２に限定するものではなく、他の方法によって乾きを判定することでもよい。例えば乾き判定部１５０に水膜厚を測定する静電容量計を有し、該静電容量の信号に基づいて湿潤層１１２の乾きを判定してもよい。また、フィン１１０の前後の冷媒温度を監視し、冷媒温度が急速に上昇したことにより乾きを判定してもよい。また、フィン１１０の気流の下流側に湿度センサを配置し、加湿しているにもかかわらず湿度が低下したことにより乾きを判定してもよい。この場合の加湿センサは応答が早いものが好ましく、例えばセラミック湿度センサや高分子膜湿度センサを好適に用いることができる。
【００４６】
上記構成によれば、散水部１２４から湿潤層１１２に水を供給すると、植毛により形成された湿潤層１１２内に毛細管現象を利用して水が浸透して拡散し、この湿潤層１１２に空気を流通させることにより加湿を行うことができる。そして乾き判定部からの情報に基づいて給水を行うことにより、湿潤層の乾き具合に応じて給水する間欠給水を行うことができる。ここで、散水部１２４から水を吐出している間は湿潤層１１２には過剰な水が含まれるため、薄膜は形成されにくい。しかし、間欠給水を行うことにより、給水を停止すると余剰水分は迅速に落下し、湿潤層１１２には極めて薄い薄膜が形成される（図２（ａ）参照）。
【００４７】
したがって、継続的に常時給水する場合に比べて、水の膜を飛躍的に薄くすることができる。このように極めて薄い薄膜を形成することにより、水の膜の中に高い温度勾配が形成され高熱流束が得られるため、気化しやすくなり、蒸発速度、すなわち加湿能力を高めることができる。また、水の薄膜が乾く寸前が最も高熱流束が得られるため、乾く寸前に給水を行うことで、時間平均熱流束が高くなり、さらに加湿能力を高めることが出来る。同様に、水が極めて薄い薄膜であることから、熱源温度にほぼ比例して水膜の伝熱面近傍温度が変化するため、水膜内の温度勾配の変化幅が大きくでき、、加湿能力の制御幅を大きくすることが可能である。
【００４８】
また、下方に保水タンクを設置して毛細管現象を利用して給水（揚水）する場合に比べて、上記構成によれば長期間滞留する水がなく、また湿潤層の保有水量が少ないため、供給水を停止すればフィン１１０および湿潤層１１２は容易に乾燥する。したがって菌の発生危険度を飛躍的に低減させることができ、匂いの発生を防ぐことができる。
【００４９】
また、植毛による湿潤層１１２は拡散性が高いため、少量の水を供給すれば全体に行き渡らせることができる。常時給水する場合の給水利用率は３０〜７０％であるが、本実施形態の構成によればほぼ１００％を利用することができる。このため供給する水にあらかじめ硬度成分を除去する軟水化処理を施しても、処理量が少ないことから、コストの増大を防止することができる。
【００５０】
ところで、湿潤層１１２においては水が気化するために、水道水に含まれる不揮発成分の炭酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム等（硬度成分）が残留し、次第に濃度が高まっていく。湿潤層１１２において硬度成分の濃度が高まると、これら不揮発成分が析出し、繊維の親水性が阻害され、固液接触角が大きくなることでメニスカス部が減少するため、水の気化する効率が低下してしまうおそれがある。そこで散水部１２４から一時的に大量の水を噴射することにより、湿潤層を洗浄することができる。本実施形態にかかるフィン１１０は波板ではなく垂直型の板材形状であるため、水をかけることによって容易に洗浄することが可能である。
【００５１】
洗浄のタイミングは、乾き判定部の信号により短時間給水を兼ねた洗浄であってもよいし、不図示の計時部（タイマ）を設けて一定時間ごとに行うことでもよいし、電源投入時などの特定のタイミングで行ってもよい。このとき洗浄水は水受け皿１２０に落下するため、排水管１２６から排水される。
【００５２】
上記構成によれば、湿潤層１１２において濃縮した硬度成分を洗い流すことができ、加湿能力を適切に維持することができる。また充填材を用いた場合には常時ドレン水を排出して硬度成分を流したり、純水化処理を行って硬度成分を除去したりする必要があるが、本実施形態の構成によれば水の浪費を避け、また純水化装置を不要とすることができる。
【００５３】
図３は乾き検知および洗浄の動作を説明するフローチャートである。図３に示すフローチャートは、加湿器１００の動作中は終了しないループ処理である。
【００５４】
乾き判定部１５０が乾きを検知すると（Ｓ５０２）、制御部１０２は給水弁１２４ａを所定時間開き、湿潤層１１２に給水する（Ｓ５０４）。検知しなかった場合は特に行う処理はない。
【００５５】
制御部１０２が前回の洗浄から所定時間経過したことを検知すると（Ｓ５０６）、制御部１０２は散水部１２４から大量の水を給水して湿潤層１１２の洗浄を行う（Ｓ５０８）。一定時間の洗浄を行った後に給水弁１２４ａを閉じた後、乾きを検知するまで（Ｓ５０２）待機する。
【００５６】
［実施例と比較例］
上記構成の加湿器を実施例とし、充填材を用いた気化式加湿器を比較例とし、評価実験を行った。図４は比較例としての充填材を用いた気化式加湿器の構成を示す図であって、上記説明と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図４に示す比較例たる気化式加湿器８００において、フィン８１０には湿潤層が設けられておらず、散水部１２４も配置されていない。フィン８１０にはチューブ１３０が貫通して設けられており、冷媒から熱が供給される。フィン８１０の下流側には不織布の波板から成る充填材８２０が配置されており、充填材８２０の上方に配置された給水管８３０から水が滴下されて常時給水される。したがって気化式加湿器８００においては、ファン１４０が発生させた気流はフィン８１０において温められ、充填材８２０において水を気化させる。
【００５８】
図５は実施例と比較例の飽和効率を比較する図である。飽和効率はどの程度まで空気を加湿できるかを示す指標であって、加湿の前後における乾球湿度差／絶対湿度差×１００（％）で表される。比較例と実施例の双方で１０００秒間計測したところ、図５の表１に示すように、それぞれ比較例では９１％、実施例では９２％の飽和効率を得た。このことから、従来の気化式とほぼ同程度の飽和効率が得られることがわかり、適応状況が広いことが確認できた。
【００５９】
図６は実施例と比較例の成績係数およびファン動力を比較する図である。図６では、同一流量（風量）、同一加湿効率とした場合の成績係数とファン動力（圧力損失）とを比較している。
【００６０】
成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）は動作係数ともいい、エネルギー効率を示す指標である。ＣＯＰは動作能力（ｋＷ）／消費電力（ｋＷ）として算出できるが、ここでは蒸発温度／（蒸発温度−凝縮温度）として算出している（カルノーサイクルに基づく理論ＣＯＰ）。図６の表２に示すように、加熱空気を用いて充填材から気化させる気化式加湿器と比較すると、熱源ＣＯＰは約２倍の高い高効率化を図ることができることがわかる。
【００６１】
ファン動力は、同じ流速を達成する際の圧力損失によって比較している。流路断面（容積）が同じであれば、流速は流量に比例する。図６の表３に示すように、ファン動力は比較例に比して約１／２となっており、大幅に削減できることがわかる。
【００６２】
図７は実施例と比較例の過失効率の制御性を比較する図である。図７に示すように、比較例では冷媒温度を３０℃から４０℃まで変化させたとき、相対湿度は８２．２％〜８６．５％（変化幅４％）となり、飽和効率は８６％〜９１％の幅でしか変化しなかった。これに対し実施例では、冷媒温度を２０℃から３０℃まで変化させたとき、相対湿度は７４％〜８９％（変化幅１４％）となり、飽和効率は７５％〜９４％まで変化した。このことから、冷媒温度（加熱部たるチューブ１３０の温度）に応じて、加湿効率の制御幅を大きくとれることがわかる。
【００６３】
上記説明したごとく、本実施形態にかかる加湿器においては、気化式において加湿能力を高めることによりファン動力と設置スペースの削減を図り、熱源の効率を向上させ、さらに加湿効率の制御幅を大きくすることができる。
【００６４】
また、充填材を用いた気化式加湿器と比較すると、保有水量が非常に少ないため、停止時にも容易に乾燥させることができ、雑菌の繁殖を防止することができる。また湿潤層１１２が加熱部たるチューブ１３０と一体になっていることから高温に加熱することができ、６０℃程度まで加熱することにより殺菌も可能である。
【００６５】
図８は実施例と比較例の洗浄時の圧力損失と相対湿度とを説明する図である。圧力損失はフィルタ前後の静圧の差であり、相対湿度は水蒸気分圧／飽和水蒸気圧である。実施例ではフィン１１０を洗浄し、比較例では充填材８２０に大量の水をかける実験を行った（約１５００秒の時点）。
【００６６】
すると比較例の構成では洗浄時に充填材の隙間に水の膜が張り、図８からわかるように圧力損失の増大が見られた。これに対し実施例では、圧力損失の増大は全く見られなかった。これはフィン１１０が垂直型の板材形状であるため洗浄水がすぐに落下し、フィン１１０の間に水の膜が張ることがないことによるものと考えられる。またフィン１１０表面の湿潤層１１２によって気化する水を保持するため、フィン１１０同士の隙間を比較的広く取ることからも、水の膜が張ることを回避することができる。
【００６７】
また実施例では、洗浄時に加湿量（出口側の相対湿度）が低下しているが、低下するのは１分程度であり、洗浄終了後にすぐに加湿量が回復している。これもフィン１１０が垂直型の板材形状であるため洗浄水がすぐに落下するためと考えられる。一方、比較例では加湿量が低下した後に回復するまでの時間が約２倍に長くなっている。これは、比較例の保有水量が実施例の２倍以上多く、洗浄によって低下した水温を上昇させるのに必要な時間と考えられる。
【００６８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態においては、給水部の例としての散水部１２４からフィン１１０に直接水をかけることによって間欠給水を行い、また散水部１２４からかける水によって湿潤層１１２の洗浄も行うよう説明した。これに対し第２実施形態は、半透水性槽および洗浄部を備えた例である。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
図９は第２実施形態にかかる加湿器の概略構成を説明する図である。フィン１１０の上部には半透水性槽１６０を配置し、半透水性槽１６０には、給水管１６２によって給水される。また半透水性槽１６０の脇には、洗浄水給水管１６４が配置されている。
【００７０】
半透水性槽１６０は水を徐々に透過させる材質を用いて構成した容器であって、総てのフィン１１０の上方に位置する形状および大きさに構成している。半透水性槽１６０の材質としては徐々に水を落下させるものであればよく、例えば吸水シートや不織布を用いることができる。
【００７１】
このように半透水性槽１６０を介して給水することにより、水は半透水性槽１６０の下面全体から少しずつフィン１１０に向かって落下するため、確実に総てのフィン１１０に水を供給し、また総てのフィン１１０の湿潤層１１２の全面に充分に水を浸透させることができる。したがって第１実施形態のように散水部１２４から滴下する場合よりも、少量の水で総てのフィン１１０の湿潤層１１２の全面に確実に吸水することができる。
【００７２】
なお半透水性槽１６０に吸水された水は早期に落下し、半透水性槽１６０に水が貯留されることはない。したがって、加湿器１００の動作が停止すれば容易に乾燥する。乾燥すれば菌は死滅するため、半透水性槽１６０における菌の発生危険度は極めて低い。
【００７３】
洗浄水給水管１６４は、フィン１１０に直接水を噴射して洗浄を行うものである。洗浄水給水管１６４の洗浄弁１６４ａは制御部１０２に接続され、制御部１０２が洗浄弁１６４ａを所定時間開くことによって噴射洗浄を行う。
【００７４】
図１０は乾き検知および洗浄の動作を説明するフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、加湿器１００の動作中は終了しないループ処理である。
【００７５】
乾き判定部１５０が乾きを検知すると（Ｓ５０２）、制御部１０２は給水管１６２の給水弁１６２ａを所定時間開き、半透水性槽１６０を介して湿潤層１１２に給水する（Ｓ５０４）。検知しなかった場合は特に行う処理はない。
【００７６】
制御部１０２が前回の洗浄から所定時間経過したことを検知すると（Ｓ５０６）、制御部１０２は洗浄弁１６４ａを開いて洗浄水給水管１６４から水を噴射して湿潤層１１２の洗浄を行う（Ｓ５１０）。一定時間の洗浄を行った後に洗浄弁１６４ａを閉じた後（Ｓ５１２）、乾きを検知するまで（Ｓ５０２）待機する。
【００７７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は上述した加湿器を熱交換器に適用した例を示す。上記第１および第２実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００７８】
図１１は第４実施形態にかかる熱交換器（空気調和機。エアーコンディショナーともいう。以下「エアコン３００」という。）の概略構成を示す図である。エアコン３００は冷媒を循環させて室外の熱と室内の熱を交換する熱交換器であって、冷媒の循環方向に応じて冷房または暖房として機能し、室外機３１０、室内機３２０、およびこれらを接続して冷媒を循環させる冷媒配管３３０から構成されている。
【００７９】
室外機３１０は、蒸発器３１２（冷房時は凝縮器）と、ファン３１４と、圧縮機３１６とを含んで構成される。蒸発器３１２では液体の冷媒を蒸発させて気化させて吸熱させる。ファン３１４は外気を用いて冷媒の吸熱を促進する（外気に冷熱を放出する）。圧縮機は冷媒を圧縮し、高温高圧の気体にする。
【００８０】
室内機３２０は、凝縮器（冷房時は蒸発器）として機能するフィン１１０およびチューブ１３０と、水供給部の例としての散水部１２４と、通気部の例としてのファン１４０と、半透水性槽１６０を備えている。また図１１には図示していないが、湿潤層の乾きを判定する乾き判定部１５０を備えている（図１参照）。チューブ１３０は冷媒配管３３０に接続され、室外機３１０と冷媒を循環している。高温高圧の気体である冷媒はフィン１１０によって放熱し、凝縮して液体となる。ファン１４０はフィン１１０に空気を流通させ、室内の空気を用いて冷媒の放熱を促進する。
【００８１】
フィン１１０の表面には、全面または一部に、第１実施形態で説明したように、湿潤層１１２が植毛により設けられている（図１参照）。半透水性槽１６０はフィンの上方に配置され、給水管１６２から半透水性槽１６０を介してフィン１１０の湿潤層１１２に水を供給する。ファン１４０は、凝縮器としてのフィン１１０に空気を流通させ、湿潤層１１２が吸水した水の気化を促進する。余剰水や洗浄水は水受け皿１２０に落下し、排水管１２６から屋外に排水される。
【００８２】
すなわち、室内機３２０のうち、フィン１１０、チューブ１３０、半透水性槽１６０、ファン１４０によって、第１実施形態に示した加湿器１００が構成される。一方、加湿器１００のフィン１１０およびチューブ１３０によって、エアコン３００の凝縮器が構成されている。
【００８３】
上記構成によれば、本実施形態にかかるエアコン３００（熱交換器）においては、室内機を大型化することなく加湿機能を組み込むことができる。そして、気化式であるにもかかわらず少ない蒸発面積で高い加湿能力を得ることができると共に、圧力損失が低いことからファン動力の増大を招くことがない。また加湿器に必要な熱源温度が湿球温度以上あれば良く、一般的な気化式に比べて１０℃以上低くて済むことからエアコン３００のＣＯＰを下げることなく、高い加湿能力が得られる。さらに加湿能力の制御幅が大きいことから室内空気を快適な環境に調和させることができる。
【００８４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、気化式の加湿器、熱交換器、および加湿方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】第１実施形態にかかる加湿器の概略構成を説明する図である。
【図２】湿潤層およびチューブを説明する図である。
【図３】乾き検知および洗浄の動作を説明するフローチャートである。
【図４】比較例としての充填材を用いた気化式加湿器の構成を示す図である。
【図５】実施例と比較例の飽和効率を比較する図である。
【図６】実施例と比較例の成績係数およびファン動力を比較する図である。
【図７】実施例と比較例の過失効率の制御性を比較する図である。
【図８】実施例と比較例の洗浄時の圧力損失と相対湿度とを説明する図である。
【図９】第２実施形態にかかる加湿器の概略構成を説明する図である。
【図１０】乾き検知および洗浄の動作を説明するフローチャートである。
【図１１】第３実施形態にかかる熱交換器の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１００…加湿器、１０２…制御部、１１０…フィン、１１２…湿潤層、１１４…繊維、１２０…水受け皿、１２２…水、１２４…散水部、１２４ａ…給水弁、１２６…排水管、１２６ａ…排水弁、１３０…チューブ、１３２…ポンプ、１４０…ファン、１５０…乾き判定部、１５２…反射率計、１６０…半透水性槽、１６２…給水管、１６２ａ…給水弁、１６４…洗浄水給水管、１６４ａ…洗浄弁、２００…加湿器、３００…エアコン、３１０…室外機、３１２…蒸発器、３１４…ファン、３１６…圧縮機、３２０…室内機、３３０…冷媒配管、８００…気化式加湿器、８１０…フィン、８２０…充填材、８３０…給水管
【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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