(57)【要約】  液体吸湿材から水分を効率良く回収できる調湿装置を提供する。調湿装置は、吸湿性物質を含む液体吸湿材と空気とを接触させることにより、空気に含まれる水分の少なくとも一部を液体吸湿材に吸収させる吸湿部と、吸湿部から供給された液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を霧化して霧状の液滴を発生させ、液体吸湿材から液滴の少なくとも一部を分離することによって液体吸湿材を再生する霧化再生部と、霧化再生部から導出された液滴から水分を回収する水分回収部と、を備える。水分回収部は、液滴を、第１粒径を有する第１液滴と、第１粒径よりも小さい第２粒径を有する第２液滴と、に分級する分級装置と、分級装置から導出された複数の第２液滴を凝集させる凝集化装置と、凝集化装置によって凝集化された第２液滴を回収する回収装置と、を備える。
2020209317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸湿性物質を含む液体吸湿材と空気とを接触させることにより、前記空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記液体吸湿材に吸収させる吸湿部と、
前記吸湿部から供給された前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を霧化して霧状の液滴を発生させ、前記液体吸湿材から前記液滴の少なくとも一部を分離することによって前記液体吸湿材を再生する霧化再生部と、
前記霧化再生部から導出された前記液滴から前記水分を回収する水分回収部と、
を備え、
前記水分回収部は、
前記液滴を、第１粒径を有する第１液滴と、前記第１粒径よりも小さい第２粒径を有する第２液滴と、に分級する分級装置と、
前記分級装置から導出された複数の前記第２液滴を凝集させる凝集化装置と、
前記凝集化装置によって凝集化された前記第２液滴を回収する回収装置と、
を備えた、調湿装置。
【請求項２】
前記凝集化装置は、前記複数の第２液滴の一部に正電荷を帯電させて正電荷液滴を生成するとともに、前記複数の第２液滴の他の一部に負電荷を帯電させて負電荷液滴を生成することにより、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを凝集させる静電凝集化装置で構成されている、請求項１に記載の調湿装置。
【請求項３】
前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路から分岐した第１流路および第２流路と、前記第１流路内の前記第２液滴に正電荷を帯電させる第１直流荷電器と、前記第２流路内の前記第２液滴に負電荷を帯電させる第２直流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えた、請求項２に記載の調湿装置。
【請求項４】
前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路に設けられ、前記複数の第２液滴に正電荷と負電荷とを交互に帯電させて前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを時間的に交互に生成する交流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えた、請求項２に記載の調湿装置。
【請求項５】
前記混合部において、前記正電荷液滴の流入方向と前記負電荷液滴の流入方向とが対向または交差している、請求項３または請求項４に記載の調湿装置。
【請求項６】
前記水分回収部は、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを前記混合部において所定時間だけ滞留させる滞留手段をさらに備えた、請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項７】
前記回収装置で生成された乾燥空気を前記霧化再生部に搬送する搬送流路をさらに備えた、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項８】
前記分級装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターを有する、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項９】
前記回収装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターまたは電気集塵機を有する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調湿装置に関する。本願は、２０１９年４月１０日に、日本に出願された特願２０１９−７５１０４号に基づく優先権を主張するものであり、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
液体吸湿材を用いた調湿装置が従来から知られている。例えば、下記の特許文献１には、液体吸湿材と空気とを接触させることによって空気中に含まれる水分を液体吸湿材に吸収させる第１貯留部と、水分を含む液体吸湿材に超音波を照射して霧状液滴を発生させることによって液体吸湿材から水分を分離する第２貯留部と、を備えた調湿装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１８／２３５７７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
調湿装置を連続的に運転するためには、水分を吸収した吸湿性物質から水分を除去し、吸湿性物質を再生する必要がある。ゼオライト等の固体吸湿材を用いた従来の調湿装置の場合、固体吸湿材を再生する際に固体吸湿材中の水分を蒸発させていたため、固体吸湿材の再生に大きなエネルギーが必要であった。これに対し、特許文献１には、本調湿装置の場合、液体吸湿材の再生の際に水の液体から気体への状態変化を伴わないため、大きなエネルギーを費やすことなく、再生が可能である、と記載されている。【０００５】
ところが、超音波により霧状液滴を発生させ、液体吸湿材から水分を除去する場合、液体吸湿材から水分をある程度の割合で分離できたとしても、水分を充分に回収できず、水分を効率良く回収するのが難しい、という問題があった。【０００６】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであって、液体吸湿材から水分を効率良く回収できる調湿装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の調湿装置は、吸湿性物質を含む液体吸湿材と空気とを接触させることにより、前記空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記液体吸湿材に吸収させる吸湿部と、前記吸湿部から供給された前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を霧化して霧状の液滴を発生させ、前記液体吸湿材から前記液滴の少なくとも一部を分離することによって前記液体吸湿材を再生する霧化再生部と、前記霧化再生部から導出された前記液滴から前記水分を回収する水分回収部と、を備えている。前記水分回収部は、前記液滴を、第１粒径を有する第１液滴と、前記第１粒径よりも小さい第２粒径を有する第２液滴と、に分級する分級装置と、前記分級装置から導出された複数の前記第２液滴を凝集させる凝集化装置と、前記凝集化装置によって凝集化された前記第２液滴を回収する回収装置と、を備えている。【０００８】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記凝集化装置は、前記複数の第２液滴の一部に正電荷を帯電させて正電荷液滴を生成するとともに、前記複数の第２液滴の他の一部に負電荷を帯電させて負電荷液滴を生成することにより、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを凝集させる静電凝集化装置で構成されていてもよい。【０００９】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路から分岐した第１流路および第２流路と、前記第１流路内の前記第２液滴に正電荷を帯電させる第１直流荷電器と、前記第２流路内の前記第２液滴に負電荷を帯電させる第２直流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えていてもよい。【００１０】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路に設けられ、前記複数の第２液滴に正電荷と負電荷とを交互に帯電させて前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを時間的に交互に生成する交流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えていてもよい。【００１１】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記混合部では、前記正電荷液滴の流入方向と前記負電荷液滴の流入方向とが対向または交差していてもよい。【００１２】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記水分回収部は、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを前記混合部において所定時間だけ滞留させる滞留手段をさらに備えていてもよい。【００１３】
本発明の一つの態様の調湿装置は、前記回収装置で生成された乾燥空気を前記霧化再生部に搬送する搬送流路をさらに備えていてもよい。【００１４】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記分級装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターを有していてもよい。【００１５】
本発明の一つの態様の調湿装置において、前記回収装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターまたは電気集塵機を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一つの態様によれば、水分を吸収した液体吸湿材から水分を効率良く回収することが可能な調湿装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の調湿装置の概略構成図である。
【図２】水分回収部の概略構成図である。
【図３】第２実施形態の調湿装置における水分回収部の概略構成図である。
【図４】第３実施形態の調湿装置における水分回収部の概略構成図である。
【図５】第４実施形態の調湿装置の概略構成図である。
【図６】霧状液滴の粒径分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１は、第１実施形態の調湿装置の概略構成図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の調湿装置２０は、吸湿部２１と、霧化再生部２２と、水分回収部２３と、水分回収タンク２４と、第１液体吸湿材輸送流路２５と、第２液体吸湿材輸送流路２６と、第１空気導入流路２７と、第２空気導入流路２８と、第１空気排出流路２９と、第２空気排出流路３０と、制御部３１と、を備えている。調湿装置２０は、筐体２０１を備えており、吸湿部２１、霧化再生部２２、水分回収部２３、および水分回収タンク２４は、筐体２０１の内部空間２０１ｃに収容されている。
【００２０】
吸湿部２１は、第１貯留槽２１１と、ノズル２１３と、を備えている。吸湿部２１は、吸湿性物質を含む液体吸湿材Ｗと外部空間に存在する空気Ａ１とを接触させることにより、空気Ａ１に含まれる水分の少なくとも一部を液体吸湿材Ｗに吸収させる。吸湿部２１は、できるだけ多くの水分を液体吸湿材Ｗに吸収させることが望ましいが、空気Ａ１に含まれる水分のうちの少なくとも一部の水分を液体吸湿材Ｗに吸収させればよい。
【００２１】
第１貯留槽２１１の内部には、液体吸湿材Ｗが貯留されている。液体吸湿材Ｗについては後述する。第１貯留槽２１１には、第１空気導入流路２７、第１空気排出流路２９、第１液体吸湿材輸送流路２５、および第２液体吸湿材輸送流路２６が接続されている。第１空気導入流路２７の途中に、ブロア２１２が設けられている。空気Ａ１は、ブロア２１２によって第１空気導入流路２７を介して第１貯留槽２１１の内部空間に供給される。
【００２２】
ノズル２１３は、第１貯留槽２１１の内部空間の上部に配置されている。液体吸湿材Ｗ１は、霧化再生部２２によって再生された後、第２液体吸湿材輸送流路２６を介して吸湿部２１に戻される。吸湿部２１に戻された液体吸湿材Ｗ１は、ノズル２１３から第１貯留槽２１１の内部空間に流下する。この際、液体吸湿材Ｗ１と空気Ａ１とが接触する。
【００２３】
この種の液体吸湿材Ｗ１と空気Ａ１との接触の形態は、一般に「流下方式」と呼ばれる。空気が通過する空隙を有し、気液接触面積を増大することで吸湿効率を向上させる、例えばハニカム構造からなる構造体を介して気液接触を行ってもよい。なお、液体吸湿材Ｗ１と空気Ａ１との接触形態は、流下方式に限らず、他の方式を用いることができる。例えば第１貯留槽２１１に貯留された液体吸湿材Ｗの中に空気Ａ１を泡状にして供給する方式、いわゆるバブリング方式を用いることもできる。
【００２４】
外部空間に存在する空気Ａ１は、ブロア２１２から第１貯留槽２１１の排出口２１１ａに向かう気流を形成し、ノズル２１３から流下する液体吸湿材Ｗと接触する。このとき、空気Ａ１中に含まれる水分の少なくとも一部は、液体吸湿材Ｗに吸収され、空気Ａ１中から除去される。このように、吸湿部２１においては、元の室内の空気から水分が除去された空気が得られるため、排出口２１１ａから排出される空気Ａ３は、調湿装置２０の外部空間の空気Ａ１よりも乾燥した空気となる。このようにして、乾燥した空気Ａ３が第１空気排出流路２９を介して筐体２０１の外部に排出される。
【００２５】
液体吸湿材Ｗは、水分を吸収する性質（吸湿性）を示す液体であり、例えば温度が２５℃、相対湿度が５０％、大気圧下の条件で吸湿性を示す液体が好ましい。液体吸湿材Ｗは、後述する吸湿性物質を含んでいる。また、液体吸湿材Ｗは、吸湿性物質と溶媒とを含んでいてもよい。この種の溶媒としては、吸湿性物質を溶解させる溶媒、または吸湿性物質と混和する溶媒が挙げられ、例えば水が挙げられる。吸湿性物質は、有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。
【００２６】
吸湿性物質として用いられる有機材料としては、例えば２価以上のアルコール、ケトン、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料などが挙げられる。それらの中でも、親水性が高いことから、吸湿性物質として好適に用いられる有機材料としては、２価以上のアルコール、アミド基を有する有機溶媒、糖類、保湿化粧品等の原料として用いられる公知の材料が挙げられる。
【００２７】
２価以上のアルコールとしては、例えばグリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ブタントリオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが挙げられる。
【００２８】
アミド基を有する有機溶媒としては、例えばホルムアミド、アセトアミドなどが挙げられる。
【００２９】
糖類としては、例えばスクロース、プルラン、グルコース、キシロール、フラクトース、マンニトール、ソルビトールなどが挙げられる。
【００３０】
保湿化粧品などの原料として用いられる公知の材料としては、例えば２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン（ＭＰＣ）、ベタイン、ヒアルロン酸、コラーゲンなどが挙げられる。
【００３１】
吸湿性物質として用いられる無機材料としては、例えば塩化カルシウム、塩化リチウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、臭化リチウム、臭化カルシウム、臭化カリウム、水酸化ナトリウム、ピロリドンカルボン酸ナトリウムなどが挙げられる。
【００３２】
吸湿性物質の親水性が高いと、例えば吸湿性物質の材料と水とを混合させたときに、液体吸湿材Ｗの表面（液面）近傍に吸着される水分子の割合が多くなる。霧化再生部２２では、液体吸湿材Ｗの表面近傍から霧状液滴Ｗ３を発生させ、液体吸湿材Ｗから水分を分離する。そのため、液体吸湿材Ｗの表面近傍に吸着される水分子の割合が多いと、水分を効率的に分離できる点で好ましい。また、液体吸湿材Ｗの表面近傍に吸着される水分子の割合が多いと、液体吸湿材Ｗの表面近傍における吸湿性物質の割合が相対的に少なくなる。その結果、霧化再生部２２での吸湿性物質の損失を抑えられる点で好ましい。
【００３３】
液体吸湿材Ｗのうち、吸湿部２１での処理に用いられる液体吸湿材Ｗ１に含まれる吸湿性物質の濃度は、特に限定されないが、４０質量％以上であることが好ましい。吸湿性物質の濃度が４０質量％以上である場合、液体吸湿材Ｗ１は、効率良く水分を吸収することができる。そのため、第１貯留槽２１１は濃度測定器２１４を備え、濃度測定器２１４の測定結果は制御部３１に送られる。制御部３１は、濃度測定結果に基づいて最適な濃度となるように調湿装置２０の諸条件を設定する。
【００３４】
液体吸湿材Ｗの粘度は、２５ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。これにより、霧化再生部２２において、液体吸湿材Ｗの液面に液体吸湿材Ｗの液柱Ｃを生じさせやすい。これにより、液体吸湿材Ｗから霧状液滴を効率良く発生させ、水分を分離することができる。
【００３５】
霧化再生部２２は、第１液体吸湿材輸送流路２５を介して吸湿部２１と接続されている。これにより、吸湿後の液体吸湿材Ｗ２は、第１液体吸湿材輸送流路２５を介して吸湿部２１から霧化再生部２２に輸送される。
【００３６】
霧化再生部２２は、第２貯留槽２２１と、超音波振動子２２２と、を備えている。    霧化再生部２２は、吸湿部２１から供給された液体吸湿材Ｗ２に含まれる水分の少なくとも一部を霧化し、液体吸湿材Ｗ２から水分の少なくとも一部を除去することによって液体吸湿材Ｗ２を再生する。
【００３７】
第２貯留槽２２１は、第１液体吸湿材輸送流路２５が接続された給液口２２１ａを有しており、再生すべき液体吸湿材Ｗ２を貯留する。第２貯留槽２２１には、第１液体吸湿材輸送流路２５、第２液体吸湿材輸送流路２６、第２空気導入流路２８、および霧状液滴排出流路２２４が接続されている。また、第２貯留槽２２１は、第２液体吸湿材輸送流路２６が接続された排液口２２１ｂを有しており、再生された液体吸湿材Ｗ１を排液口２２１ｂから排出する。
【００３８】
超音波振動子２２２は、第２貯留槽２２１に設けられ、霧状液滴Ｗ３を発生させるための超音波を発振する。これにより、液体吸湿材Ｗ２に超音波が照射され、液体吸湿材Ｗ２から水分を含む霧状液滴Ｗ３が発生する。超音波振動子２２２から液体吸湿材Ｗ２に超音波が照射される際、超音波の発生条件を調整することにより、液体吸湿材Ｗ２の液面に液体吸湿材Ｗ２の液柱Ｃを生じさせることができる。霧状液滴Ｗ３は、液体吸湿材Ｗ２の液柱Ｃから多く発生する。
【００３９】
図１では図示を省略したが、超音波振動子２２２は、第２貯留槽２２１の底板に対して傾斜して設けられている。超音波振動子２２２の超音波射出面の中心から超音波射出面に対して垂直な軸を超音波の放射軸Ｊと定義する。超音波振動子２２２が第２貯留槽２２１の底板に対して傾斜していることにより、超音波は、放射軸Ｊが液体吸湿材Ｗ２の液面に対して傾くように、超音波射出面から液面に向けて伝播される。これにより、液面で反射した超音波が超音波振動子２２２に戻りにくく、超音波振動子２２２自身が超音波によるダメージを受けにくい。また、放射軸Ｊが傾くことに伴って、液柱Ｃは液面に対して傾くように生成される。
【００４０】
第２空気導入流路２８の途中に、ブロア２２３が設けられている。ブロア２２３は、筐体２０１の外部空間から、第２空気導入流路２８を介して第２貯留槽２２１の内部に空気Ａ１を送り込み、第２貯留槽２２１の内部から、第２空気排出流路３０を介して筐体２０１の外部に流れる気流を発生させる。
【００４１】
霧状液滴排出流路２２４は、第２貯留槽２２１と水分回収部２３との間に設けられている。霧状液滴Ｗ３を含む空気Ａ４は、霧状液滴排出流路２２４を介して水分回収部２３に供給される。水分回収部２３の構成は、後で詳しく説明する。
【００４２】
吸湿部２１と霧化再生部２２とは、液体吸湿材Ｗの循環流路を構成する第１液体吸湿材輸送流路２５と第２液体吸湿材輸送流路２６とによって接続されている。第２液体吸湿材輸送流路２６の途中には、液体吸湿材Ｗを循環させるためのポンプ２６２が設けられている。
【００４３】
第１液体吸湿材輸送流路２５は、水分の少なくとも一部を吸収した液体吸湿材Ｗ２を吸湿部２１から霧化再生部２２に輸送する。第１液体吸湿材輸送流路２５の一端は、第１貯留槽２１１の下部に接続されている。第１貯留槽２１１における第１液体吸湿材輸送流路２５の接続箇所は、第１貯留槽２１１内の液体吸湿材Ｗ１の液面よりも下方に位置している。一方、第１液体吸湿材輸送流路２５の他端は、第２貯留槽２２１の下部に接続されている。第２貯留槽２２１における第１液体吸湿材輸送流路２５の接続箇所は、第２貯留槽２２１内の液体吸湿材Ｗ２の液面よりも下方に位置している。
【００４４】
第２液体吸湿材輸送流路２６は、水分が除去されて再生された液体吸湿材Ｗを霧化再生部２２から吸湿部２１に輸送する。第２液体吸湿材輸送流路２６の一端は、第２貯留槽２２１の下部に接続されている。第２貯留槽２２１における第２液体吸湿材輸送流路２６の接続箇所は、第２貯留槽２２１内の液体吸湿材Ｗ２の液面よりも下方に位置している。一方、第２液体吸湿材輸送流路２６の他端は、第１貯留槽２１１の上部に接続されている。第１貯留槽２１１における第２液体吸湿材輸送流路２６の接続箇所は、第１貯留槽２１１内の液体吸湿材Ｗ１の液面よりも上方に位置し、ノズル２１３に接続されている。
【００４５】
水分回収タンク２４は、水分回収流路２４１を介して水分回収部２３に接続されている。水分回収タンク２４は、水分回収部２３によって回収された水分を貯留する。
【００４６】
以下、水分回収部２３の構成について説明する。
図２は、水分回収部２３の概略構成図である。
図２に示すように、水分回収部２３は、分級装置３３と、凝集化装置３４と、回収装置３５と、を備えている。
【００４７】
分級装置３３は、霧状液滴排出流路２２４を介して霧化再生部２２の第２貯留槽２２１に接続されている。分級装置３３は、霧化再生部２２から排出された霧状液滴Ｗ３を、第１粒径を有する第１液滴と、第１粒径よりも小さい第２粒径を有する第２液滴と、に分級する。
【００４８】
霧状液滴Ｗ３は、多数の液滴を含んでおり、所定範囲の粒径分布を有している。したがって、本明細書における「第１粒径」および「第２粒径」は、複数の液滴を含む液滴群の粒径分布の平均値と定義する。第１粒径は、例えば１μｍ未満の所定の粒径であり、第２粒径は、例えば１μｍ以上の所定の粒径であればよい。分級装置３３は、例えば粒径１μｍを境として、粒径１μｍ未満の液滴と粒径１μｍ以上の液滴とを分級できる装置であればよい。
【００４９】
分級装置３３として、例えばサイクロンセパレーター、またはデミスター、またはフィルターが用いられる。サイクロンセパレーターは、容器内で渦流を発生させた際の液滴に作用する遠心力の違いを利用して液滴を分級する。デミスターは、容器内のメッシュ等の捕集部材に捕集された液滴をキャリアガスから分離することで液滴を分級する。
【００５０】
凝集化装置３４は、第２液滴排出流路３７を介して分級装置３３に接続されている。第２液滴排出流路３７は、分級装置３３と凝集化装置３４との間で、第１流路３７１と第２流路３７２とからなる２本の流路に分岐している。すなわち、第１流路３７１および第２流路３７２は、分級装置３３から第２液滴を排出する第２液滴排出流路３７から分岐している。凝集化装置３４は、分級装置３３から導出された複数の第２液滴を凝集させる。
【００５１】
凝集化装置３４は、複数の第２液滴の一部に正電荷を帯電させて正電荷液滴を生成するとともに、複数の第２液滴の他の一部に負電荷を帯電させて負電荷液滴を生成することにより、正電荷液滴と負電荷液滴とを凝集させる静電凝集化装置で構成されている。
【００５２】
凝集化装置３４は、第１流路３７１および第２流路３７２と、正極コロナ荷電器３９（第１直流荷電器）と、負極コロナ荷電器４０（第２直流荷電器）と、混合部４１と、を備えている。
【００５３】
正極コロナ荷電器３９は、第１流路３７１の途中に設けられている。正極コロナ荷電器３９は、第１流路３７１内を流れるキャリアガス（空気）に含まれる第２液滴に正電荷を帯電させる。負極コロナ荷電器４０は、第２流路３７２の途中に設けられている。負極コロナ荷電器４０は、第２流路３７２内を流れるキャリアガス（空気）に含まれる第２液滴に負電荷を帯電させる。
【００５４】
正極コロナ荷電器３９は、板状電極３９１と、針状電極３９２と、電源３９３と、を有している。板状電極３９１に負電圧を印加し、針状電極３９２に正電圧を印加することによってコロナ放電を生じさせ、電極間を通過する液滴に正電荷を帯電させる。負極コロナ荷電器４０は、板状電極４０１と、針状電極４０２と、電源４０３と、を有している。板状電極４０１に正電圧を印加し、針状電極４０２に負電圧を印加することによってコロナ放電を生じさせ、電極間を通過する液滴に負電荷を帯電させる。以下の説明では、正電荷が帯電した液滴を正電荷液滴Ｐ１と称し、負電荷が帯電した液滴を負電荷液滴Ｐ２と称する。
【００５５】
混合部４１は、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とを混合させる容器から構成されている。混合部４１には、第１流路３７１と第２流路３７２とが接続されている。第１流路３７１と第２流路３７２とは、混合部４１の互いに対向する位置に接続されている。この構成により、混合部４１において、正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とは、互いに対向する。
【００５６】
なお、第１流路３７１と第２流路３７２とは、混合部４１の互いに対向する位置に接続されていなくてもよい。その場合であっても、正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とは、互いに交差することが望ましい。正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とが互いに交差している場合、正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とが互いに対向している場合と同様、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２との衝突の頻度を高められる。
【００５７】
回収装置３５は、凝集化液滴排出流路４３を介して混合部４１に接続されている。回収装置３５は、凝集化装置３４によって凝集化された第２液滴を回収する。
【００５８】
回収装置３５として、例えばサイクロンセパレーター、またはデミスター、またはフィルター、または電気集塵機が用いられる。すなわち、回収装置３５には、分級装置３３に使用可能なサイクロンセパレーター、デミスターおよびフィルターに加えて、電気集塵機を用いることができる。電気集塵機は、容器内の液滴を帯電させ、集塵電極に引き付けることで液滴を捕集して回収する。
【００５９】
回収装置３５には、水分回収流路２４１および第２空気排出流路３０が接続されている。回収装置３５によって回収された第２液滴は、水分回収流路２４１を介して水分回収タンク２４に収容される。回収装置３５によって第２液滴が回収されることによって乾燥した空気Ａ５は、第２空気排出流路３０を介して筐体２０１の外部空間に排出される。
【００６０】
本発明者らは、液体吸湿材として、グリセリンを含有する無機塩水溶液を用い、各濃度を異ならせた２種類のサンプルについて、超音波霧化による霧化効率と分離精度とを測定した。この２種類のサンプルの濃度は、湿度８０％の空気からの吸湿量が同等になるように調製した。なお、霧化効率は、超音波振動子に投入した電力量に対する霧状液滴の発生量の割合である。分離精度は、霧状液滴の量に対する霧状液滴中の吸湿性物質の含有量の割合である。
【００６１】
測定結果から、本発明者らは、グリセリン濃度が高いサンプルの場合、液体吸湿材の粘度が相対的に高く、霧化効率は相対的に低く、分離精度は相対的に高いこと、および、グリセリン濃度が低いサンプルの場合、液体吸湿材の粘度が相対的に低く、霧化効率は相対的に高く、分離精度は相対的に低いことを確認した。すなわち、分離精度に着目すると、グリセリン濃度が低い場合は、グリセリン濃度が高い場合に比べて、分離精度が相対的に低く、無機塩と水とが充分に分離されないことがわかった。
【００６２】
さらに、本発明者らは、上記の２つのサンプルについて、超音波霧化時に発生する霧状液滴の粒径分布を測定した。
【００６３】
図６は、上記の２つのサンプルのそれぞれについて、液滴の粒径分布を測定した結果を示すグラフである。図６において、横軸は粒径（μｍ）であり、縦軸は個数濃度（個／ｃｍ３）である。グラフＡは、グリセリン濃度が相対的に高いサンプルのデータを示す。グラフＢは、グリセリン濃度が低いサンプルのデータを示す。
【００６４】
グラフＡで示すように、グリセリン濃度が相対的に高いサンプルの場合、約０．１μｍの位置に個数濃度のピークが認められる。これに対して、グラフＢで示すように、グリセリン濃度が相対的に低いサンプルの場合、粒径が約２μｍの位置と約０．１μｍの位置に個数濃度のピークが認められる。分析結果から、粒径が約２μｍの液滴は吸湿性物質と水とを含む液滴であり、粒径が約０．１μｍの液滴は水からなる液滴であることがわかった。
【００６５】
一般的な粒子状物質の捕集方法として、サイクロン、各種フィルター、電気集塵等の様々な方法があるが、いずれの方法においても、粒径が大きい場合は粒径が小さい場合よりも捕集効率が高くなる。特に粒径が１μｍよりも小さくなると、粒子状物質の捕集効率が低下する傾向にある。上記の方法同士を比較すると、電気集塵はサイクロン等に比べて捕集効率が高い。
【００６６】
ここで、本発明者らは、捕集効率が高い電気集塵を用いた場合であっても、粒子同士を凝集させて粒径を粗大化すると、捕集効率がさらに向上する点に着目した。また、粒子が水の液滴である場合、粒径が小さい程、時間経過によって液滴が蒸発して消失しやすい。したがって、水を回収する際には、液滴が蒸発する前に液体の状態で回収する必要がある。この観点からも、液滴同士を凝集させて粒径を粗大化することは、液滴の回収にとって有効である。
【００６７】
本実施形態の水分回収部２３においては、霧化再生部２２から排出された霧状液滴Ｗ３は、分級装置３３に導入され、分級装置３３によって、１μｍ以上の粒径を有する第１液滴と１μｍ未満の粒径を有する第２液滴とに分級される。１μｍ以上の粒径を有する第１液滴は、グリセリン等の吸湿性物質を多く含んでいるため、任意の経路を用いて吸湿部２１に戻せばよい。
【００６８】
一方、１μｍ未満の粒径を有する第２液滴は、分級装置３３から排出された後、キャリアガスとともに第１流路３７１と第２流路３７２とに分かれて流れる。第１流路３７１を流れる第２液滴は、正極コロナ荷電器３９によって正に帯電し、正電荷液滴Ｐ１となる。また、第２流路３７２を流れる第２液滴は、負極コロナ荷電器４０によって負に帯電し、負電荷液滴Ｐ２となる。
【００６９】
これらの正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とは、混合部４１において合流し、混合される。このとき、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とは、クーロン力によって引き付け合い、凝集化する。このとき、必ずしも１個の正電荷液滴Ｐ１と１個の負電荷液滴Ｐ２とが凝集化されるとは限らず、各液滴の電荷の大きさによって、１個の正電荷液滴Ｐ１と複数個の負電荷液滴Ｐ２、または複数個の正電荷液滴Ｐ１と１個の負電荷液滴Ｐ２、または複数個の正電荷液滴Ｐ１と複数個の負電荷液滴Ｐ２が凝集化される等、種々の形態を採り得る。その結果、凝集化された第２液滴の粒径は、凝集化される前の第２液滴の粒径に比べて大きくなる。
【００７０】
凝集化された第２液滴は、凝集化装置３４から排出された後、キャリアガスとともに回収装置３５に導入される。凝集化された第２液滴は、回収装置３５によって回収された後、水分回収タンク２４に送液される。一方、凝集化された第２液滴が除去された空気Ａ５は、乾燥空気として、第２空気排出流路３０から外部空間に排出される。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態の調湿装置２０は、粒径が小さいために回収が難しい、水分からなる第２液滴を、水分回収部２３の凝集化装置３４によって凝集させ、粒径を大きくした後に回収装置３５によって回収する構成を有している。これにより、水分の回収効率を高めることができ、水分を効率良く回収することが可能な調湿装置２０を提供できる。
【００７２】
本実施形態の場合、水分回収部２３において、凝集化装置３４として静電凝集化装置を用い、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とがクーロン力によって引き合うことを利用して、第２液滴の凝集化を促進している。さらに、混合部４１における正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とが互いに対向しているため、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２との衝突の頻度が高められる。その結果、水分の回収速度を向上させ、ひいては液体吸湿材の再生速度を向上させることができる。
【００７３】
本実施形態の場合、水分回収部２３において、第２液滴排出流路３７が第１流路３７１と第２流路３７２とに分岐し、第１流路３７１に正極コロナ荷電器３９が設けられ、第２流路３７２に負極コロナ荷電器４０が設けられているため、正電荷液滴Ｐ１および負電荷液滴Ｐ２を効率良く生成することができる。また、水分回収部２３の運転状況に応じて、正電荷液滴Ｐ１の生成量と負電荷液滴Ｐ２の生成量とを個別に制御しやすい。正電荷液滴Ｐ１の生成量と負電荷液滴Ｐ２の生成量とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００７４】
分級装置３３においては、吸湿性物質を多く含む第１液滴を第２液滴から分離するため、分級装置３３で回収される液体中の吸湿性物質の濃度を高めることができる。この吸湿性物質を吸湿部２１に戻す構成としているため、液体吸湿材の再生効率を高めることができる。
【００７５】
［第２実施形態］
以下、第２実施形態の調湿装置について、図３を用いて説明する。
第２実施形態の調湿装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、水分回収部の構成が第１実施形態と異なる。したがって、第２実施形態では、水分回収部以外の構成の説明を省略する。
図３は、第２実施形態の調湿装置における水分回収部の概略構成図である。
図３において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図３に示すように、本実施形態の水分回収部５３は、分級装置３３と、凝集化装置３４と、回収装置３５と、吸引ブロア５４（滞留手段）と、を備えている。
【００７７】
吸引ブロア５４は、混合部４１と回収装置３５との間の凝集化液滴排出流路４３の途中に設けられている。吸引ブロア５４は、混合部４１内の凝集化液滴を含む空気を吸引し、回収装置３５に輸送する。水分回収部５３および調湿装置のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００７８】
本実施形態の調湿装置において、制御部は、混合部４１に正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが搬送された際、空気中の正電荷液滴Ｐ１および負電荷液滴Ｐ２の濃度が所定の濃度に達した時点で吸引ブロア５４を停止させる。このとき、制御部は、霧化再生部２２のブロア２２３（図１参照）も同時に停止させる。これにより、霧化再生部２２の第２貯留槽２２１から水分回収部２３の混合部４１を通って回収装置３５に向かう空気の流れが停止し、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とは混合部４１の内部に所定時間滞留する。すなわち、吸引ブロア５４は、運転を一時停止することにより、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とを混合部４１において所定時間滞留させるための滞留手段として機能する。
【００７９】
混合部４１は、正電荷液滴Ｐ１および負電荷液滴Ｐ２の空気中の濃度を測定する濃度測定器を備えていてもよい。その場合、制御部は、濃度測定器の測定結果に基づいて、吸引ブロア５４およびブロア２２３を制御する。または、混合部４１は、上記の濃度測定器を備えていなくてもよい。その場合には、制御部に、吸引ブロア５４の運転開始時点からの経過時間と正電荷液滴Ｐ１および負電荷液滴Ｐ２の濃度との相関データを予め格納しておけばよい。制御部は、吸引ブロア５４の運転開始時点からの経過時間に基づいて、吸引ブロア５４およびブロア２２３を制御する。
【００８０】
本実施形態においても、水分の回収効率を高めることができ、水分を効率良く回収することが可能な調湿装置を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００８１】
本実施形態の場合、混合部４１内の空気の流れが一時停止し、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが混合部４１内に滞留する時間がある。これにより、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが混合部４１内で衝突する確率が増加し、凝集化する液滴の粒径および量が増加する。また、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが混合部４１内に滞留している間に混合部４１内の相対湿度が高くなるため、液滴の蒸発による液滴の消失が抑制される。これらの理由により、水分の回収効率を高めることができる。
【００８２】
［第３実施形態］
以下、第３実施形態の調湿装置について、図４を用いて説明する。
第３実施形態の調湿装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、水分回収部の構成が第１実施形態と異なる。したがって、第３実施形態では、水分回収部以外の構成の説明を省略する。
図４は、第３実施形態の調湿装置における水分回収部の概略構成図である。
図４において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
図４に示すように、本実施形態の水分回収部６３は、分級装置３３と、凝集化装置６４と、回収装置３５と、を備えている。
【００８４】
凝集化装置６４は、第１流路３７１および第２流路３７２と、交流コロナ荷電器６５（交流荷電器）と、流路切替弁６６と、混合部４１と、を備えている。
【００８５】
交流コロナ荷電器６５は、分級装置３３から第２液滴を排出する第２液滴排出流路３７の途中に設けられている。交流コロナ荷電器６５は、第２液滴排出流路３７内を流れるキャリアガス（空気）に含まれる第２液滴に正電荷と負電荷とを交互に帯電させる。これにより、交流コロナ荷電器６５は、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とを時間的に交互に生成する。
【００８６】
交流コロナ荷電器６５は、板状電極６５１と、針状電極６５２と、交流電源６５３と、を有している。交流コロナ荷電器６５は、板状電極６５１に負電圧が印加され、針状電極６５２に正電圧が印加された期間では正電荷液滴Ｐ１を生成し、板状電極６５１に正電圧が印加され、針状電極６５２に負電圧が印加された期間では負電荷液滴Ｐ２を生成する。
【００８７】
第１流路３７１および第２流路３７２は、第２液滴排出流路３７から分岐している。流路切替弁６６は、第２液滴排出流路３７、第１流路３７１および第２流路３７２に接続されている。流路切替弁６６は、第２液滴排出流路３７を流れる正電荷液滴Ｐ１および負電荷液滴Ｐ２を含む空気を第１流路３７１および第２流路３７２のいずれに流すかを切り替える。
【００８８】
具体的には、流路切替弁６６は、交流コロナ荷電器６５が正電荷液滴Ｐ１を生成している期間は正電荷液滴Ｐ１を含む空気の流れを第１流路３７１に切り替え、交流コロナ荷電器６５が負電荷液滴Ｐ２を生成している期間は負電荷液滴Ｐ２を含む空気の流れを第２流路３７２に切り替える。したがって、制御部は、交流コロナ荷電器６５の印加電圧の正負の切り替えに連動して流路切替弁６６を制御する。
【００８９】
また、混合部４１においては、第１、第２実施形態と同様、正電荷液滴Ｐ１の流入方向Ｙ１と負電荷液滴Ｐ２の流入方向Ｙ２とが互いに対向しているため、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２との衝突の頻度を高められる。
【００９０】
本実施形態の水分回収部６３は、第２実施形態と同様、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とを混合部４１において所定時間滞留させるための吸引ブロアを備えていてもよい。特に本実施形態の場合、正電荷液滴Ｐ１の生成期間と負電荷液滴Ｐ２の生成期間との間に時間差があるため、時間差によっては正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とを混合部４１において所定時間滞留させることが有効である。
【００９１】
本実施形態においても、水分の回収効率を高めることができ、水分を効率良く回収することが可能な調湿装置を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９２】
第１、第２実施形態の水分回収部２３，５３が２つのコロナ荷電器３９，４０を備えていたのに対し、本実施形態の水分回収部６３は、１つのコロナ荷電器６５を備えていれば済む。したがって、水分回収部６３の構成の簡略化、小型化、および低コスト化を図ることができる。
【００９３】
本実施形態の場合、交流コロナ荷電器６５において正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが順次生成されるが、その後、正電荷液滴Ｐ１と負電荷液滴Ｐ２とが混合部４１内で互いの流入方向が対向するように供給される構成となっている。これにより、水分の回収効率を高めることができる。
【００９４】
［第４実施形態］
以下、第４実施形態の調湿装置について、図５を用いて説明する。
第４実施形態の調湿装置の基本構成は第１実施形態と同一であり、水分回収部の配管の一部が第１実施形態と異なる。したがって、第４実施形態では、水分回収部以外の構成の説明を省略する。
図５は、第４実施形態の調湿装置の概略構成図である。
図５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９５】
図５に示すように、本実施形態の調湿装置７０は、吸湿部２１と、霧化再生部２２と、水分回収部２３と、水分回収タンク２４と、第１液体吸湿材輸送流路２５と、第２液体吸湿材輸送流路２６と、第１空気導入流路２７と、第２空気導入流路２８と、第１空気排出流路２９と、第２空気排出流路３０と、乾燥空気搬送流路７２（搬送流路）と、制御部３１と、を備えている。
【００９６】
乾燥空気搬送流路７２は、第２空気導入流路２８と第２空気排出流路３０との間を接続し、霧化再生部２２と水分回収部２３との間で閉鎖された循環流路を構成する。したがって、本実施形態では、外部空間の空気が霧化再生部２２の第２貯留槽２２１内に供給されることはない。乾燥空気搬送流路７２は、水分回収部２３の回収装置３５で生成された乾燥空気Ａ５（図２参照）を霧化再生部２２に搬送する。
調湿装置のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００９７】
本実施形態においても、水分の回収効率を高めることができ、水分を効率良く回収することが可能な調湿装置７０を提供できる、といった第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９８】
本実施形態の場合、水分回収部２３で生成された乾燥空気Ａ５が乾燥空気搬送流路７２を介して霧化再生部２２の第２貯留槽２２１に供給されるため、外部空間の空気が供給される場合に比べて、第２貯留槽２２１の内部の湿度が低下する。これにより、霧化再生部２２において、液体吸湿材の霧化効率が高くなるため、液体吸湿材の再生効率を高めることができる。
【００９９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記実施形態の凝集化装置は、正電荷液滴と負電荷液滴とのクーロン力によって液滴を凝集化する静電凝集化装置で構成されていたが、静電凝集化装置以外の方式の凝集化装置が用いられてもよい。例えば、液滴に超音波を照射することで液滴を凝集化する方法、液滴同士を単に衝突させることで液滴を凝集化する方法等が用いられてもよい。
【０１００】
また、混合部において、正電荷液滴の流入方向と負電荷液滴の流入方向とは、必ずしも対向または交差していなくてもよく、平行で同じ向きであってもよい。その場合、混合部において、正電荷液滴と負電荷液滴とが撹拌される構成となっていることが望ましく、正電荷液滴と負電荷液滴とが所定時間滞留する構成となっていることが望ましい。
【０１０１】
その他、調湿装置を構成する各構成要素の数、形状、配置、材料等については適宜変更が可能である。
また、本発明の一態様の調湿装置は、湿度調整機能だけでなく、温度調節機能を兼ね備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、例えば室内の湿度調整に用いる調湿装置に利用が可能である。
【図１】
2020209317.tif 000003
【図２】
2020209317.tif 000004
【図３】
2020209317.tif 000005
【図４】
2020209317.tif 000006
【図５】
2020209317.tif 000007
【図６】
2020209317.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月23日(2021.8.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸湿性物質を含む液体吸湿材と空気とを接触させることにより、前記空気に含まれる水分の少なくとも一部を前記液体吸湿材に吸収させる吸湿部と、
前記吸湿部から供給された前記液体吸湿材に含まれる水分の少なくとも一部を霧化して霧状の液滴を発生させ、前記液体吸湿材から前記液滴の少なくとも一部を分離することによって前記液体吸湿材を再生する霧化再生部と、
前記霧化再生部から導出された前記液滴から前記水分を回収する水分回収部と、
を備え、
前記水分回収部は、
前記液滴を、第１粒径を有する第１液滴と、前記第１粒径よりも小さい第２粒径を有する第２液滴と、に分級する分級装置と、
前記分級装置から導出された複数の前記第２液滴を凝集させる凝集化装置と、
前記凝集化装置によって凝集化された前記第２液滴を回収する回収装置と、
を備え、
前記凝集化装置は、前記複数の第２液滴の一部に正電荷を帯電させて正電荷液滴を生成するとともに、前記複数の第２液滴の他の一部に負電荷を帯電させて負電荷液滴を生成することにより、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを凝集させる静電凝集化装置で構成されている、
調湿装置。
【請求項２】
前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路から分岐した第１流路および第２流路と、前記第１流路内の前記第２液滴に正電荷を帯電させる第１直流荷電器と、前記第２流路内の前記第２液滴に負電荷を帯電させる第２直流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えた、請求項１に記載の調湿装置。
【請求項３】
前記凝集化装置は、前記分級装置から前記第２液滴を排出する排出流路に設けられ、前記複数の第２液滴に正電荷と負電荷とを交互に帯電させて前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを時間的に交互に生成する交流荷電器と、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを混合させる混合部と、を備えた、請求項１に記載の調湿装置。
【請求項４】
前記混合部において、前記正電荷液滴の流入方向と前記負電荷液滴の流入方向とが対向または交差している、請求項２または請求項３に記載の調湿装置。
【請求項５】
前記水分回収部は、前記正電荷液滴と前記負電荷液滴とを前記混合部において所定時間だけ滞留させる滞留手段をさらに備えた、請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項６】
前記回収装置で生成された乾燥空気を前記霧化再生部に搬送する搬送流路をさらに備えた、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項７】
前記分級装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターを有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【請求項８】
前記回収装置は、サイクロンセパレーターまたはデミスターまたは電気集塵機を有する、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の調湿装置。
【国際調査報告】
2020209317.tif 000009
2020209317.tif 000010
2020209317.tif 000011
2020209317.tif 000012
2020209317.tif 000013