WO2015040910A1 - 加湿装置、及び加湿装置を備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

　導電性の電極５と、電極５の対向電極としての機能を有する吸水性加湿材４と、電極５に電圧を印加する電源６と、吸水性加湿材４に加湿水を供給する給水手段と、電極５と吸水性加湿材４との間の空間に形成される風路に空気を流す送風機８と、を備え、電極５に電圧を印加して電極５から吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風を発生させながら吸水性加湿材４に当てて、風路の空気７を加湿するものである。

Description

加湿装置、及び加湿装置を備えた空気調和機

　本発明は、イオン風を利用した加湿装置、及びその加湿装置を備えた空気調和機に関するものである。

　３０００ｍ^２以上の商業施設・事務所などの特定建築物は、ビル衛生管理法により空気環境の管理基準値として温度１７～２８℃、相対湿度４０～７０％に保つことが定められている。また、ＡＳＨＲＡＥ（米国暖房冷凍空調学会）では、相対湿度３０～６０％の湿度基準が明示されている。温度に関してはエアーコンディショナーの普及に伴い、比較的容易に管理されている。しかし、相対湿度は十分に管理されているとは言い難く、特に冬場の加湿量不足が問題となっている。

　従来の室内加湿方法として気化式、蒸気式、水噴霧式などがある。気化式は吸水性能を有するフィルタに通風することにより、含有する水分を気流と熱交換により気化蒸発し、室内の加湿を行う方法である。蒸気式は貯水槽内に設置した加熱コイルに通電することにより水分を蒸発気化して室内の加湿を行う方法である。水噴霧式は、水分を加圧することにより微細化し、微細化した水分が気流との熱交換により室内の加湿を行う方法である。

　特許文献１には、加湿エレメントと、加湿エレメントに給水する給水装置と、電極と、電極との間に加湿エレメントが入るように配置され電極と直接接触しない対極と、電極と対極との間に電場を形成し、加湿エレメントに電場を付与して水の蒸発を促進する高電圧発生装置と、を備えた加湿装置が開示されている。

　また、特許文献２には、加湿エレメントと、加湿エレメントに給水する給水装置と、被加湿空気の空気流の入口側に配置された複数の電極と、電極と接触せずに空気流を遮断しない形状の対極と、空気流と同方向のイオン風を発生させる高電圧発生装置と、を備えた加湿装置が開示されている。

特開平７－１０３５２２号公報 特開平７－３０５８８３号公報

　特許文献１は、電極と、前記電極と直接接触しない対極とを備え、電極と対極との間で電場を形成して、加湿エレメントに含まれる水を加湿する加湿装置が開示されており、電場の蒸発促進作用により水を蒸発させている。しかし、電場は加湿材の面に沿って加湿材と平行に形成されるため、加湿材の面に対して垂直方向には蒸発促進作用が機能しない。このため、加湿材面近傍の水分濃度が高い飽和空気の層（以下、飽和空気層と称する）を攪拌できないため、加湿材面近傍の水蒸気飽和層が厚く、入口空気の水分濃度と加湿材に含まれる水分濃度との勾配差が小さく、加湿性能の向上が期待できないという課題があった。

また、特許文献２は加湿エレメントの上流部に電極と、電極と直接接触しない対極が備えてあり、空気流と同方向にイオン風を発生させる構成であるが、特許文献１と同様にイオン風が加湿材に対して平行に加湿材側面を流れるため、加湿材の面に対して法線方向には風が乱れることなく、加湿材近傍の飽和空気層を攪拌できないため加湿性能向上が期待できないという課題があった。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、イオン風により吸水性加湿材近傍の飽和空気層を乱し、送風機により通風された空気との置換を促進させることにより、吸水性加湿材との水分濃度の勾配差を大きくして加湿性能を向上させた加湿装置、及びその加湿装置を備えた空気調和機を提供することを目的としている。

　本発明に係る加湿装置は、導電性の電極と、前記電極の対向電極としての機能を有する吸水性加湿材と、前記電極に電圧を印加する電源と、前記吸水性加湿材に加湿水を供給する給水手段と、前記電極と前記吸水性加湿材との間の空間に形成される風路に空気を流す送風機と、を備え、前記電極に電圧を印加して前記電極から前記吸水性加湿材の面に対して法線方向へ向かうイオン風を発生させながら前記吸水性加湿材に当てて、前記風路の空気を加湿するものである。

　本発明に係る加湿装置によれば、電極に電圧を印加して電極と吸水性加湿材との間にイオン風を発生させ、そのイオン風を電極と対向する吸水性加湿材の面に対して法線方向から当てることにより、吸水性加湿材の表面近傍の水蒸気の飽和空気層を撹拌することができる。このため、吸水性加湿材近傍の飽和空気層よりも水分濃度が低い空気層に置換することができ、吸水性加湿材との水分濃度の勾配差を大きくすることができるため、加湿性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る加湿装置を上方から見た構成図である。 図２の部分拡大図である。 図２の吸水性加湿材の部分拡大断面図である。 吸水性加湿材の形状の例を示す概略図である。 電極の突起部の形状の例を示す概略図である。 内部にワイヤ線が配置された電極の概略図である。 電極へ印加する極性によるイオン風の風速と放電電力との関係を示す図である。 電極へ印加する極性による排出オゾン濃度と放電電力との関係を示す図である。 本実施の形態１に係る加湿装置が搭載された空調調和機の一例を示す構成図である。 加湿のメカニズムを示す原理図である。 イオン風による加湿のメカニズムを示す原理図である。 イオン風による加湿性能評価結果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態３に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態４に係る加湿装置の運転図である。 本発明の実施の形態５に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態６に係る加湿装置の構成図である。 本発明の実施の形態７に係る加湿装置の構成図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

　実施の形態１．
（加湿装置の構成）
　図１は、本発明の実施の形態１に係る加湿装置１２の構成図である。
　図１に示すように、本実施の形態１に係る加湿装置１２は、加湿空間へ加湿する加湿水１を貯留する供給部２と、この供給部２から加湿水１を吸水性加湿材４に供給する給水手段であるノズル３と、少なくとも１つ以上立設し、接地電位と同電位である吸水性加湿材４と、吸水性加湿材４の面と所定の距離を有して対向する電極５と、電極５に電圧を印加する電源６と、吸水性加湿材４と電極５との間の空間に空気７を流す送風機８と、吸水性加湿材４からの余剰水を受けるドレンパン９と、で構成したものである。

　なお、実際の使用形態においては、これらの供給部２、ノズル３、吸水性加湿材４、電極５、電源６、送風機８、及びドレンパン９は、所定の支持体等によって固定されるものとすればよい。この支持体の構成は、特に限定されるものではなく、加湿装置１２の用途に合わせて適宜選択すればよい。また、本実施の形態１に係る電極５は、吸水性加湿材４の面全体と対向している。

　図２は、本発明の実施の形態１に係る加湿装置１２を上方から見た構成図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、図２の吸水性加湿材４の部分拡大断面図である。
　図２に示すように、電極５の両面にはそれぞれ導電性の突起部５ａが、電極５と対向する吸水性加湿材４の面に対して垂直に形成されている。また、図３に示すように電極５に電圧を印加すると、突起部５ａから吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かってイオン風１８が発生する。そして、そのイオン風１８が吸水性加湿材４に衝突することにより加湿性能を大幅に向上させることができる。なお、この原理については後述する。

　加湿水１は、加湿空間の加湿を目的とする場合、純水、水道水、軟水、及び硬水のいずれを使用しても構わない。しかし、炭酸カルシウムに代表されるスケールによって、図４に示す吸水性加湿材４の空隙部１０の閉塞を低減するために、カルシウムイオン又はマグネシウムイオンを含むミネラル成分が少ないものがより好ましい。ミネラル成分が多い加湿水を使用すると、溶液中のイオン成分と二酸化炭素とが反応して固形物が生成され、吸水性加湿材４の空隙部１０を閉塞させる可能性があるためである。なお、陽イオン用又は陰イオン用のイオン交換膜等を使用してイオン成分を取り除いた加湿水を使用してもよい。また、吸水性加湿材４の空隙部１０については後述する。

　供給部２は、加湿水１を貯留し、吸水性加湿材４に加湿水１を供給するものであり、ポンプなどの駆動部を用いて、ノズル３により吸水性加湿材４の上部から加湿水１を滴下して供給するものである。また、駆動部は加湿水１を搬送できるものであればよく、例えば、非容積式ポンプ又は容積式ポンプ等であり、特に限定されるものではない。

　ノズル３は、吸水性加湿材４の直上に設置されており、供給部２から搬送された加湿水１を吸水性加湿材４の上部に滴下して供給するものである。また、ノズル３は、中空形状であり、その外径及び内径は吸水性加湿材４の大きさに応じて選択すればよい。また、ノズル３の先端形状は、三角錐形状、四角錐形状、円管形状、及び四角管形状等のいずれの形状でもよいが、ここでは好ましい形状として先端が三角錐形状とし、出口の孔径を０．５ｍｍとした。先端が鋭角とした方が、水滴の切れがよいためである。より鋭角の方が好ましいが、あまり鋭角にすると取り扱いが難しくなり強度面でも脆くなることから、鋭角の角度としては１０～４５度の範囲が好ましい。

　また、ノズル３の出口の孔径があまり大きすぎると加湿水１が過剰に供給されてしまい、無駄な水が増加する。一方、小さすぎると加湿水１に混入した粒子やスケールが詰まりやすくなる。そのため、孔径としては０．１～０．６ｍｍの範囲が好ましい。また、ノズル３の材質は、ステンレス、タングステン、チタン、銀、銅等の金属、又は、ＰＴＦＥ、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂でもよく、これらに限定されるものではない。

　ただし、ノズル３と接続する配水管として安価な銅配管が使用された場合、ノズル３の材質がポリプロピレンだと、銅の触媒作用によりポリプロピレンが劣化してしまうため、樹脂を選択するならば、ＰＴＦＥ又はポリエチレンが好ましい。

　また、吸水性加湿材４の通風方向の長さ（風上側から風下側までの長さ）が長い場合は、ノズル３が１個のみでは長さが足りないため、複数個用いるとよい。そのため、通風方向の長さが例えば６０ｍｍ以下であればノズル３は１個でよいが、６０ｍｍを超える場合は複数個とした方が好ましい。

　加湿水１の量については、実際に加湿で使用される水量よりも多くする必要があるが、あまり多くしても無駄な水が多くなるため、適正な量に制御することが望ましい。例えば、吸水性加湿材４の加湿性能を２０００ｍＬ／ｈ／ｍ²とし、吸水性加湿材４の大きさを２００×５０ｍｍとし、表裏とも加湿できるように構成するとする。その場合は、吸水性加湿材４の１枚あたりの加湿量は４０ｍＬ／ｈとなるので、その１．５～５倍の６０～２００ｍＬ／ｈの範囲で供給するのが望ましい。

　また、ノズル３と吸水性加湿材４との間に、吸水性加湿材４に接するように繊維、樹脂、又は金属製の吸水体を設けてもよい。吸水性加湿材４が複数枚の場合、ノズル３の数量が多くなり適切に滴下できない可能性があるため、吸水性加湿材４に接するように吸水体を設けることにより、吸水性加湿材４が複数枚となっても確実に加湿水１を供給することができる。

　吸水性加湿材４は、例えば三次元網目構造を有する形状であり、ここで、三次元網目構造とは、スポンジ等の吸水性が高い樹脂発泡体と同様の構造である。図４に示すように、吸水性加湿材４は、胴部１１、及び胴部１１内に形成された空隙部１０によって構成されている。本実施の形態１に係る吸水性加湿材４の材質は、例えば、多孔質の金属、セラミック、樹脂、不織布、繊維で発泡体、又は網目体で構成されることが考えられるが、吸水性加湿材４は電極５の対向電極として機能を有する必要があるため、導電性である必要がある。

　吸水性加湿材４が金属の場合、金属種としては特に限定されるものではなく、その金属種として、例えば、チタン、銅、ニッケル等の金属、金、銀、白金等の貴金属、ニッケル合金、コバルト合金等の合金が挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これら金属に亜鉛、ニッケル、スズ、クロム、銅、銀、金等のめっきをしてもよい。これらの中でも、チタンは、その触媒効果によってオゾン等の放電生成物の生成を抑制すると共に、電気腐食及び電気磨耗に対する耐性が良好であり、さらに、長期に渡って吸水性加湿材４の形状を保持して安定して加湿を行なうことができるため、最も好ましい金属種である。

　吸水性加湿材４がセラミックの場合、その材質として、アルミナ、ジルコニア、ムライト、コージェライト、炭化珪素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
　吸水性加湿材４が樹脂の場合、その材質は特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
　吸水性加湿材４が繊維の場合、その材質として、アセテート、ポリエステル、ナイロン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、樹脂を材質として多孔質体を形成したものに、金属の粉末をコーティングしたものを用いてもよい。

　吸水性加湿材４の表面層には、加湿水１の保持量の増大、及び、吸水性能劣化防止の観点から、親水化処理を施してもよい。その親水化処理の方法の種類についても限定されることはなく、例えば、親水化樹脂でコーティングすることによる親水化処理、又は、コロナ放電による親水化処理を実施するものとしてもよい。

　図５は、吸水性加湿材４の形状の例を示す概略図である。
　吸水性加湿材４の形状についても特に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、平板形状（Ａ）、四角柱形状（Ｂ）、又は円柱形状（Ｃ）としてもよく、また、内部に空洞を有する円型筒状形状（Ｄ）、四角型筒形状（Ｅ）、又は三角型筒形状（Ｆ）でもよく、製造する加湿装置１２の大きさに合わせて適宜調整すればよい。

　また、吸水性加湿材４の厚みは製造する加湿装置１２の大きさに合わせて適宜調整すればよいが、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下のシート状の吸水性加湿材４を作製した後、所望の形状に切断して所望の形状に加工すればよい。その加工方法については特に限定されるものではなく、例えば、ワイヤーカット、レーザーカット、プレス打ち抜き、削りだし、手切断、又は折り曲げ等の各種方法によって行なえばよい。

　電極５は、吸水性加湿材４との空間においてコロナ放電を形成するため、導電性を有する必要があり、材質として例えば、金属、金属合金、導電性樹脂等が好ましい。また、吸水性を有する多孔質状の金属、導電性樹脂、金属を含むセラミックでもよい。電極５は、電気抵抗が低いものであればよく、汎用性及び加工性の観点から、アルミニウム、銅、ステンレス等が好ましいが、これらに限定されるものではない。また、電極５の大きさについても特に限定されるものではなく、製造する加湿装置の大きさに合わせて適宜調整すればよい。

　図６は、電極５の突起部５ａの形状の例を示す概略図、図７は、内部にワイヤ線５ｂが配置された電極５の概略図である。図６において、上面図の太線は電極５を、側面図の外側の四角形は吸水性加湿材４を、それぞれ表している。
　電極５は、吸水性加湿材４との間でコロナ放電が起こりやすい形状であることが望ましく、図６に示すように電極５が突起部５ａを有し、その突起部５ａが三角形形状（Ａ）、針形状（Ｂ）、鋸刃形状（Ｃ）等の形状、又は、図７に示すように電極５の内部に導電性のワイヤ線５ｂが配置されたワイヤ形状が好ましい。図６の上面図は、図１の上側から電極５を見た図であり、図６の側面図は、図１の右側から電極５を見た図である。

　なお、三角形形状（Ａ）は、三角形形状となる突起部５ａが行方向、又は／かつ列方向に複数個並んだ形状、若しくは突起部５ａを千鳥に配置する形状となる電極５である。針形状（Ｂ）も同様に行方向、又は／かつ列方向に複数個並んだ形状、若しくは突起部５ａを千鳥に配置する形状となる電極５である。鋸刃形状（Ｃ）は複数の先端が１枚で形成された金属板を行方向、又は列方向に並べた電極５である。

　また、ワイヤ形状の電極５は図７に示すように、電極５の内部に等間隔で直径０．１～１ｍｍのワイヤ線５ｂが配置されたものであり、電極５に電圧を印加し、吸水性加湿材４を接地させることでワイヤ線５ｂの周囲の電界強度が高まり、コロナ放電を発生することができる。そのため、吸水性加湿材４の面に対して法線方向に向かってイオン風１８を発生することができる。なお、電極５の突起部５ａは、電極５と対向する吸水性加湿材４の面に対して垂直方向に形成されていることが望ましいが、送風機８からの通風方向と同じ方向に角度９０°未満の一定角度で形成されていてもよい。これにより送風機８の通風方向と、イオン風１８の通風方向を合わせることができ、イオン風１８による圧力損失を低減することができる。

　電源６は、電極５に接続されており、この電極５に（高）電圧を印加し、吸水性加湿材４との空間でコロナ放電させるものである。ここで、電極５から吸水性加湿材４へコロナ放電を行うためには、吸水性加湿材４を接地し、対向部に設けられる電極５に電圧を印加することが望ましい。これは、加湿水１を含んだ吸水性加湿材４に電圧を印加すると電気腐食により吸水性加湿材４を劣化させる可能性があるため、吸水性加湿材４を接地し、対向部に設けられる電極５に電圧を印加することが望ましい。

　図８は、電極５へ印加する極性によるイオン風１８の風速と放電電力との関係を示す図である。なお、放電電力とは、電極５へ印加する電圧値と、電極５から吸水性加湿材４へ放電する電流との積で示される値であり、図８は電極５の片面に突起部５ａを縦３列、横５列の、計１５本を配置したときの結果である。
　図８には、電極５に、正極性直流電圧１０１、負極性直流電圧１０２、及び周波数６０Ｈｚの交流電圧１０３をそれぞれ印加した場合の、吸水性加湿材４の面に対して法線方向に流れるイオン風１８の風速を測定した結果が示されている。
　吸水性加湿材４の面近傍での風速は、電極５に正極性直流電圧１０１を印加した場合が最も大きく、負極性直流電圧１０２、交流電圧１０３の順で小さくなる傾向であった。これは、極性によりイオン風１８の駆動源となるイオンの移動度が異なることが原因であり、移動度が大きい正極性イオンはイオン風１８の風速が大きくなり、正極性イオンよりも移動度が小さい負極性イオンの場合は、イオン風１８の風速が小さくなる。また、交流電圧１０３は非放電時間を有するため、正極性直流電圧１０１、及び負極性直流電圧１０２よりもイオン風１８の風速は小さくなる。このため、吸水性加湿材４の表面近傍の空気７を乱す効果として最も影響を大きくするために、電源６の極性は正極性直流電圧１０１が好ましい。

　図９は、電極５へ印加する極性による排出オゾン濃度と放電電力との関係を示す図である。
　図９には、電極５に、正極性直流電圧１０１及び負極性直流電圧１０２をそれぞれ印加した場合の、加湿装置１２の出口から排出されるオゾン濃度を比較した結果が示されている。
　なお、吸水性加湿材４と、電極５の突起部５ａの先端との距離を５ｍｍとし、送風機８から吸水性加湿材４と電極５との間の空間に風速２．５ｍ／ｓで通風した結果である。
　加湿装置１２から排出されるオゾン濃度は、負極性直流電圧１０２と比較して正極性直流電圧１０１の方が低い。正極性直流電圧１０１は、負極性直流電圧１０２と比較して電極５から放出される電子が少ないため、酸素分子との電子衝突確率が低く、オゾン濃度が低い。このため、加湿装置１２から排出されるオゾンの量を少なくするという点に関して、電源６の極性は正極性直流電圧１０１が好ましい。

　また、直流電圧にパルス状電圧を重畳させた重畳パルス状電圧を電極５に印加してもよい。この場合、放電開始時の電圧以下の直流電圧を電極５に印加することにより静電界を形成し、前記直流電圧にパルス状電圧を重畳することによりパルス状電圧で放出されたイオンが静電界により加速されてイオン風１８が発生する。
　以上のように、放電開始時の電圧以下の直流電圧を電極５に印加し、一定周波数のパルス状電圧を重畳することにより、低消費電力、低オゾン生成量でイオン風１８を発生させることができ、加湿を促進することができる。
　なお、直流電圧入力値、及びパルス状電圧入力値は、吸水性加湿材４と電極５の突起部５ａの先端との距離に応じて決定すればよい。また、パルス状電圧の周波数、及びパルス幅と周波数で定義されるデュティー比は、仕様に応じて決定すればよい。

　吸水性加湿材４と電極５の突起部５ａの先端との距離は、３ｍｍ以上であることが望ましい。もし３ｍｍ未満である場合、電極５に正極性直流電圧１０１を印加するとグローコロナから直接火花放電になるため、イオン風１８が発生せず、吸水性加湿材４の面近傍の水分濃度が高い飽和空気の層（以下、飽和空気層と称する）を攪拌できない。

　送風機８は、接地電位と同電位である吸水性加湿材４と電極５との間の空間に形成される空気７の風路に、吸水性加湿材４の面に沿って平行に空気７を流すものであり、シロッコファン、プロペラファン、ラインフローファンなど適宜選択すればよい。

　図１０は、本実施の形態１に係る加湿装置１２が搭載された空気調和機１５の一例を示す構成図である。
　本実施の形態１に係る加湿装置１２を備えた空気調和機１５は、図１０に示すように、送風機８を含む加湿装置１２と、フィルタ１３と、熱交換器１４と、で構成されるものであり、加湿装置１２は熱交換器１４の風下側に配置されて、熱交換器１４で熱交換された空気７を通気して空間の加湿を行うものである。

（加湿装置の動作）
　次に、図１を参照しながら、本実施の形態１に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について説明する。
　供給部２に貯留されている加湿水１はノズル３へ搬送され、加湿水１が搬送されたノズル３は、吸水性加湿材４の上方から吸水性加湿材４の上部へ向けて加湿水１を滴下することによって、吸水性加湿材４に加湿水１が供給される。吸水性加湿材４は、毛細管力を有すると共に、加湿水１の重力を利用することができる。そのため、加湿水１は、吸水性加湿材４の空隙部１０を通じて、吸水性加湿材４の全体に均一に拡散される。また、吸水性加湿材４は、加湿水１を一定量保持することになる。

　空気７は送風機８により、図１に示すように吸水性加湿材４の風上側から流れ、吸水性加湿材４の面と平行に吸水性加湿材４と電極５との間の空間を通風される。これにより、空気７は吸水性加湿材４の面との気液接触により蒸発し、空間の加湿が行われる。このとき、電源６から電極５に電圧を印加すると、電極５から接地電位と同電位の吸水性加湿材４へコロナ放電が起こる。そして、コロナ放電により電極５から放出された電荷が、空気中の電気親和力が高い物質に付着することによって、イオンが生成される。生成したイオン種は、吸水性加湿材４と電極５とで形成される電界により加速され、対極の吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうが、その移動経路中で中性分子との衝突が起こり、イオンや中性分子が吸水性加湿材４の面方向へ移動することにより、イオン風１８と呼ばれる風が発生する。

　図１１は、加湿のメカニズムを示す原理図である。
　ここで、吸水性加湿材４からの加湿メカニズムについて図１１を用いて述べる。
　加湿水１を含む吸水性加湿材４から空気中への水蒸気の拡散現象は、拡散速度Ｎ_ａに支配されており、拡散係数をＤ_ｅ、空気７中の水分濃度をＣ_ａ、吸水性加湿材４中の水分濃度をＣ_ｏ、飽和空気層厚さをδとすると、拡散速度Ｎ_ａは式（１）で与えられる。

［数１］
Ｎ_ａ＝Ｄ_ｅ×(Ｃ_ｏ－Ｃ_ａ)／δ　　（１）

　また、吸水性加湿材奥行長さ１７をＬ、プラントル定数をＰ_ｒ、空気密度をρ、動粘度をＶとすると、飽和空気層厚さδ１６は式（２）で与えられる。

［数２］
δ＝Ｌ／（０．６４４×Ｐ_ｒ ^１／３×（ρ×Ｕ×Ｌ／Ｖ）^１／２）　　（２）

　電圧を印加しない加湿原理は、式（２）に示す境界層方程式から、空気７の風速Ｕの変化により飽和空気層厚さδ１６が小さくなるため、式（１）から拡散速度Ｎ_ａが大きくなり加湿性能が向上する。

　図１２は、イオン風１８による加湿のメカニズムを示す原理図である。
　図１２に示すように、電極５から吸水性加湿材４へコロナ放電させた場合、上記現象に加えてイオン風１８が吸水性加湿材４の面に対して法線方向に通風され、吸水性加湿材４の面に当たることにより、吸水性加湿材４近傍の飽和空気層１６ａに、飽和空気層１６ａよりも水分濃度が低い空気７を混合させることができる。そのため、吸水性加湿材４中の水分濃度Ｃ_ｏと空気７の水分濃度Ｃ_ａとの差を大きくできることから、加湿性能を大幅に向上させることができる。

　ここで一例として、図１に示す加湿装置１２において、多孔質の金属で構成される吸水性加湿材４と電極５の突起部５ａの先端との距離を５ｍｍ、電極５の突起部５ａの高さを２ｍｍとし、送風機８により吸水性加湿材４と電極５との間の空間に、平均風速２．５ｍ／ｓ通風した場合の、吸水性加湿材４と電極５との放電電力による加湿性能比を調べた結果を図１３に示す。

　図１３は、イオン風１８による加湿性能評価結果を示す図である。
　図１３の横軸は電極５へ印加した電圧値と吸水性加湿材４への放電電流との積で示される放電電力、縦軸に示す加湿性能比は、電極５に電圧を印加しない場合の加湿性能を基準とし、放電のジュール熱による蒸発性能を除いたイオン風１８の作用による加湿性能比率を示したものである。なお、本試験では電極５に正極性直流電圧１０１を印加し、吸水性加湿材４を接地した。

　電極５に電圧を印加するとコロナ放電に伴うイオン風１８が発生し、電圧を印加しない場合と比較して加湿性能が大幅に向上する。特に負極性直流電圧１０２よりも正極性直流電圧１０１の方が高い性能を出すことができる。このため、湿度が低いときは電極５への印加電圧を大きくすることにより加湿性能を向上させることができる。また、イオン風１８による加湿により空気７の飽和度が上昇して結露する条件では、電極５への印加電圧を小さくして、装置壁面等の結露を防ぐことができる。なお、電源６の電極５への印加電圧制御により正極性直流電圧１０１は、加湿性能の制御幅を大きく持たせることができる。なお、電圧の印加及び放電電流の制御は、図示省略の制御装置に搭載されているＣＰＵなどによって行われる。

　また、コロナ放電を作用させることにより吸水性加湿材４にはジュール熱が作用するため、正極性直流電圧１０１にジュール熱の効果を加味した交流電圧１０３は、正極性直流電圧１０１よりも加湿が促進される。
　また、加湿装置１２を備えた空気調和機１５は、図１０に示すように送風機８により空気調和機１５内に空気７を引き込む。空気７には微粒子が含まれるため、微粒子はフィルタ１３で捕集され、空気７は熱交換器１４により空気７は加熱、又は冷却されて、加湿装置１２内へ通風され、加湿される。

（実施の形態１の効果）
　以上の構成のように、本実施の形態１に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５において、電極５から接地電位と同電位である吸水性加湿材４へコロナ放電させることにより、電極５から吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かってイオン風１８を発生させることができる。イオン風１８を吸水性加湿材４の面に当てながら風路に空気７を流すことにより、吸水性加湿材４表面近傍の飽和空気層１６ａを拡散することができ、飽和空気層厚さδ１６を薄くできる。そのため、式（１）より、吸水性加湿材４からの加湿水１の蒸発を大幅に促進させることができる。

　また、図８に示すように、放電電力を制御することにより、吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風１８の強弱を制御することができ、加湿性能を変えることができるため、幅広い加湿性能を制御することができる。また、吸水性加湿材４に有機物などの汚染物が付着すると、吸水性加湿材４に親水性が低下して吸水能力が低下する。しかし、本実施の形態１では、イオン風１８発生に伴い吸水性加湿材４と電極５との間の空間で高活性種が生成し、イオン風１８により吸水性加湿材４の面方向へ高活性種が移動するため、吸水性加湿材４に付着した汚染物質を分解、除去して親水性を維持することができる。

　実施の形態２．
　本実施の形態２に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
　図１４は、本発明の実施の形態２に係る加湿装置１２の構成図である。
　図１４は、空気７の風路下流側である吸水性加湿材４の下流部の面のみと対向する電極２２を備えた構成であり、その他の構成は図１と同じである。

接地電位と同電位の吸水性加湿材４に加湿水１を供給して加湿運転を行う際、吸水性加湿材４の風上側の空気７から加湿されることから、式（２）から吸水性加湿材４の吸水性加湿材奥行長１７Ｌが長くなると、飽和空気層厚さδ１６は大きくなる。また、吸水性加湿材４の面に沿って吸水性加湿材４と平行に流れる空気７が通風される距離に従い、空気７の水分濃度Ｃ_ａは高くなる。そのため、吸水性加湿材４中の水分濃度Ｃ_ｏと空気７の水分濃度Ｃ_ａとの差である水分濃度差が小さくなり、式（１）から拡散速度Ｎ_ａが小さくなることから、吸水性加湿材４の加湿性能が低下する。

このため、吸水性加湿材４の下流部で加湿が促進されるように、吸水性加湿材４の下流部の面のみと対向する電極２２を備える構成とする。なお、実際の使用形態においては、供給部２、吸水性加湿材４、電極２２、電源６、送風機８は所定の支持体によって固定することができる。支持体として特に限定されず、用途にあわせて適宜選択すればよい。
　なお、動作については実施の形態１と同様であるため省略する。

（実施の形態２の効果）
　吸水性加湿材４の下流部の面と対向する電極２２を備える構成とすることで、本実施の形態１のように吸水性加湿材４の面全体と対向する電極５と比較して、突起部５ａの配置間隔を同じとすると、電極２２の突起部５ａの数が少なくなる。そのため、各突起部５ａの放電電力が増加し、突起部５ａから吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かって、より風速が大きいイオン風１８を発生させることができる。
　そして、そのイオン風１８を、電極２２と対向する吸水性加湿材４の面に対して法線方向から当てることにより、吸水性加湿材４表面近傍の飽和空気層１６ａを攪拌することができ、風速が大きい分だけ飽和空気層厚さδ１６を薄くすることができる。
　このため、加湿効果が低くなる吸水性加湿材４の下流部で加湿を促進することができ、加湿性能を向上させることができる。また、図８に示すように放電電力を制御することにより、吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風１８の強弱を制御することができる。

　実施の形態３．
本実施の形態３に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
　図１５は、本発明の実施の形態３に係る加湿装置１２の構成図である。
　図１５は、吸水性加湿材４及び電極５の風路下流側にオゾンを分解するオゾン分解機構１９を設けた構成であり、その他の構成は図１と同じである。

　吸水性加湿材４と電極５との間でコロナ放電し、イオン風１８を発生させて加湿性能を制御する場合、放電副生成物としてオゾンが発生する。オゾンは非常に活性が高く、有害物質、菌、ウイルス等の分解・不活化に寄与する反面、腐食性が強く、人体への負荷も懸念され排出濃度も室内環境基準や労働環境における許容濃度が０．１ｐｐｍと規定されている。このため、本実施の形態３では、イオン風１８を発生する吸水性加湿材４及び電極５の風路下流側にオゾン分解機構１９を設ける構成とした。

　オゾン分解機構１９は、吸水性加湿材４と電極５の間のコロナ放電で生成されるオゾンを分解する機構であればよく、波長２５４ｎｍの紫外線でオゾンを分解する紫外線法、高温ガスでオゾンを熱分解する熱分解法、活性炭にオゾンを吸着させて分解する活性炭法、二酸化マンガンなどの触媒で接触分解させる触媒法などがあり、除去性能、用途、圧力損失、適用環境により適宜決定すればよいが、本発明の加湿装置１２へ適用する場合には、設置が容易で圧力損失を小さくできるハニカム状の触媒を用いた触媒法が好ましい。

（加湿装置の動作）
　次に、図１５を参照しながら、本実施の形態３に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について説明する。
　吸水性加湿材４と電極５の間でコロナ放電させ、吸水性加湿材４の面に対して法線方向にイオン風１８を当て加湿させる場合、電源６の電極５への印加電圧制御により加湿性能の制御を行う。このとき、電源６の制御により、規定値以上のオゾンが発生する可能性があるため、吸水性加湿材４及び電極５の風路下流側にオゾン分解機構１９を設け、加湿装置１２から排出されるオゾン濃度を規定値以下まで下げて加湿制御を行う。なお、実際の使用形態においては、供給部２、吸水性加湿材４、電極５、電源６、送風機８、オゾン分解機構１９は所定の支持体によって固定することができる。支持体として特に限定されず、用途にあわせて適宜選択すればよい。

（実施の形態３の効果）
　オゾン分解機構１９により、イオン風１８生成に伴うオゾンを分解除去することができ、加湿装置１２から排出されるオゾンを抑えることによる機器の腐食を抑えることができ、かつ加湿性能を制御できる加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５を提供することができる。

　実施の形態４．
本実施の形態４に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
通常の吸水性加湿材４を用いた加湿装置１２の場合、ユーザによる加湿運転後、吸水性加湿材４へのカビ発生抑制のため、吸水性加湿材４には一定時間、加湿水１の供給を停止した送風運転が実施されており、吸水性加湿材４の乾燥によりカビの生成を抑制している。しかし、加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５は、例えば計算機室用に用いられる可能性があり、連続的に加湿運転をする必要がある。この場合、吸水性加湿材４は連続的に加湿水１が供給され、かつカビが生育しやすい環境となることから、衛生的な問題が発生する。

（加湿装置の動作）
　図１６は、本発明の実施の形態４に係る加湿装置１２の運転図である。図１６において縦軸は電極５へ印加する電圧を、横軸は時間をそれぞれ示す。
　次に、図１６を参照しながら、本実施の形態４に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５の動作について説明する。
　吸水性加湿材４と電極５とで生成したイオン風１８を吸水性加湿材４の面に対して法線方向に当てて加湿を行うが、経年的な使用により吸水性加湿材４にカビが生成する。

　そこで、時間Ｔ_１まで通風による加湿操作後、電極５へ電圧Ｖ_１を印加することにより、イオン風１８による加湿運転を行う。時間Ｔ_２が経過した後、吸水性加湿材４及び電極５にかかる電圧を電圧Ｖ_２まで上げ、オゾンなどの高活性種を生成する除菌モードにより高活性種を吸水性加湿材４に暴露する。そして、時間Ｔ_３まで経過した後、再び電圧値をＶ_１まで低下させて、再びイオン風１８による加湿運転する。これらを一定サイクルで繰り返す。なお、時間Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３は使用環境により適宜決めればよい。また、電圧Ｖ_１、Ｖ_２は必要加湿性能、必要オゾン濃度により決めればよい。

（実施の形態４の効果）
　電源６の制御により、吸水性加湿材４及び電極５にかかる電圧を制御して、イオン風１８による加湿運転と、オゾンなどの高活性種を生成する除菌モードを一定サイクルで繰り返すことにより、加湿水１を吸水性加湿材４に連続的に供給する加湿装置１２、及び加湿装置１２を構成する空気調和機１５に対して、カビ生成の源なる真菌の成長を抑えることができる。そのため、高い衛生性を保つことができる加湿装置１２、及び加湿装置１２を構成する空気調和機１５を提供することができる。

　実施の形態５．
　本実施の形態５に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
　図１７は、本発明の実施の形態５に係る加湿装置１２の構成図である。
　図１７において、温湿度センサ２０、絶対湿度制御ユニット２１を設けたこと以外は実施の形態１と同様である。
　本発明の加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５は、吸水性加湿材４と電極５とで生成したイオン風１８を、吸水性加湿材４の面に当てることにより加湿するものである。しかし、過剰に加湿すると気化熱により室内温度が低下するため、冬季の暖房の負荷が増大する。このため、本実施の形態５では吸水性加湿材４及び電極５の風路下流側に、温湿度センサ２０と、温湿度センサ２０の信号を解析する絶対湿度制御ユニット２１とを設ける。

　温湿度センサ２０は、室内の温度、湿度を両方検知可能であることが望ましいが、温度センサ、湿度センサをそれぞれ用いて絶対湿度制御ユニット２１に接続してもよい。絶対湿度制御ユニット２１は温湿度センサ２０からの信号より絶対湿度を演算し、絶対湿度の値により電源６の印加電圧を制御するものである。

（加湿装置の動作）
　次に、図１７を参照しながら、本実施の形態５に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５の動作について説明する。
　吸水性加湿材４と電極５とで生成したイオン風１８を吸水性加湿材４に当てて加湿を行う。このとき、吸水性加湿材４及び電極５の風路下流側に設けた温湿度センサ２０により空気７の温度湿度を測定する。この測定結果から室内環境の絶対湿度を検知し、その検知値に応じて絶対湿度制御ユニット２１の信号により電源６を制御する。電極５は電源６により投入電圧を制御されることによりイオン風１８の風速が決定された吸水性加湿材４の面に通風される。なお、実際の使用形態においては、供給部２、吸水性加湿材４、電極５、電源６、送風機８、温湿度センサ２０、絶対湿度制御ユニット２１は所定の支持体によって固定することができる。支持体として特に限定されず、用途にあわせて適宜選択すればよい。

（実施の形態５の効果）
上記の構成によれば、吸水性加湿材４と電極５との間のイオン風１８を発生させて加湿する加湿装置１２において、温湿度センサ２０による加湿性能の制御により暖房負荷を増大させることなく加湿することができる。

実施の形態６．
本実施の形態６に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
　図１８は、本発明の実施の形態６に係る加湿装置１２の構成図である。
　図１８は、空気７の風路上流側である吸水性加湿材４の上流部の面のみと対向する電極２３を備えた構成であり、その他の構成は図１と同じである。
　低湿度空気が流入する吸水性加湿材４の風上側では、吸水性加湿材４中の水分濃度Ｃ_ｏと空気７の水分濃度Ｃ_ａとの差である水分濃度差が大きくなり、式（１）から拡散速度Ｎ_ａが高まり加湿が促進される。さらに、接地電位と同電位の吸水性加湿材４に加湿水１を供給して加湿運転を行う際、電極５の突起部５ａの先端から吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風１８が作用することにより、飽和空気層厚さδ１６は小さくなり、加湿が促進される。
　このため、吸水性加湿材４の上流部で加湿が促進されるように、吸水性加湿材４の上流部の面のみと対向する電極２３を備える構成とする。

　なお、実際の使用形態においては、供給部２、吸水性加湿材４、電極２３、電源６、送風機８は所定の支持体によって固定することができる。支持体として特に限定されず、用途にあわせて適宜選択すればよい。
　また、動作については実施の形態１と同様であるため省略する。

（実施の形態６の効果）
　吸水性加湿材４の上流部の面と対向する電極２３を備える構成とすることで、実施の形態１のように吸水性加湿材４の面全体と対向する電極５と比較して、突起部５ａの配置間隔を同じとすると、電極２３の突起部５ａの数が少なくなる。そのため、各突起部５ａの放電電力が増加し、突起部５ａから吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かってより風速が大きいイオン風１８を発生させることができる。
　そして、そのイオン風１８を、電極２３と対向する吸水性加湿材４の面に対して法線方向から当てることにより、吸水性加湿材４の表面近傍の飽和空気層１６ａを攪拌することができ、風速が大きい分だけ飽和空気層厚さδ１６を薄くすることができる。
　このため、低湿度空気が流入する吸水性加湿材４の上流部で加湿をより促進することができ、加湿性能を向上させることができる。また、図８に示すように放電電力を制御することにより、吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風１８の強弱を制御することができる。

実施の形態７．
本実施の形態７に係る加湿装置１２、及び加湿装置１２を備えた空気調和機１５について、実施の形態１と相違する点を中心に説明する。
　実施の形態１の構成では吸水性加湿材４が導電性のため、電極５の突起部５ａの先端から吸水性加湿材４の面に対して法線方向へ向かうイオン風１８が作用する。しかし、吸水性加湿材４が非導電性の場合はイオン風１８が生成されないため、イオン風１８による加湿効果はない。
　本実施の形態７では、図１９に示すように非導電性の吸水性加湿材２４間に金属板、金属メッシュ等の導体２５を挟み込んだ構成とする。
　そうすることにより、非導電性の吸水性加湿材２４を使用してもイオン風１８による加湿効果を得ることができる。なお、前記導体２５は電極５の突起部５ａの先端と吸水性加湿材２４との間に設けてあれば良く、吸水性加湿材２４に接触していてもよいし接触していなくてもよい。

　また、電極５の突起部５ａの先端に対して、導体２５の対向側に吸水性加湿材２４を設けてもよい。電極５の突起部５ａの先端と導体２５との間でイオン風１８を生成し、導体２５が金属メッシュやパンチングメタル等の開口を有する金属の場合、イオン風１８は導体２５の開口部を通過し、その対向面にある吸水性加湿材２４に当たる構成となることから、加湿を促進することができる。

（実施の形態７の効果）
　吸水性加湿材２４の間に導体２５、又は電極５の突起部５ａの先端に対して、導体２５の対向側に吸水性加湿材２４を設けることにより吸水性加湿材２４が非導電性でもイオン風１８による加湿効果を得ることができる。このため、電極５への入力制御により加湿性能を制御することができる。

　１　加湿水、２　供給部、３　ノズル、４　吸水性加湿材、５　電極、５ａ　突起部、５ｂ　ワイヤ線、６　電源、７　空気、８　送風機、９　ドレンパン、１０　空隙部、１１　胴部、１２　加湿装置、１３　フィルタ、１４　熱交換器、１５　空気調和機、１６　飽和空気層厚さδ、１６ａ　飽和空気層、１７　奥行き長さＬ、１８　イオン風、１９　オゾン分解機構、２０　温湿度センサ、２１　絶対湿度制御ユニット、２２　電極、２３　電極、２４　吸水性加湿材、２５　導体、１０１　正極性直流電圧、１０２　負極性直流電圧、１０３　交流電圧。

Claims (15)

1. 　導電性の電極と、
   　前記電極の対向電極としての機能を有する吸水性加湿材と、
   　前記電極に電圧を印加する電源と、
   　前記吸水性加湿材に加湿水を供給する給水手段と、
   　前記電極と前記吸水性加湿材との間の空間に形成される風路に空気を流す送風機と、を備え、
   　前記電極に電圧を印加して前記電極から前記吸水性加湿材の面に対して法線方向へ向かうイオン風を発生させながら前記吸水性加湿材に当てて、前記風路の空気を加湿する
   　ことを特徴とする加湿装置。
2. 　前記吸水性加湿材は、電気的に接地されている
   　ことを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
3. 　前記吸水性加湿材は、多孔質である
   　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加湿装置。
4. 　前記電極は導電性の突起部を有し、
   　前記突起部は、
   　前記電極と対向する前記吸水性加湿材の面に対して垂直方向に形成されている、又は、前記送風機からの通風方向と同じ方向に角度９０°未満の一定角度で形成されている
   　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の加湿装置。
5. 　前記電極は、
   　導電性のワイヤ線を有している
   　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の加湿装置。
6. 　前記電極へ印加する電圧値と、前記電極から前記吸水性加湿材へ放電する電流との積で示される値である放電電力を制御することにより加湿性能を制御する
   　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の加湿装置。
7. 　前記電極に正極性直流電圧を印加する
   　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の加湿装置。
8. 　前記電極に、正極性直流電圧にパルス電圧を重畳した電圧を印加する
   　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の加湿装置。
9. 　前記電極は、
   　前記風路の下流側である前記吸水性加湿材の下流部の面のみと対向する
   　ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の加湿装置。
10. 　前記電極は、
    　前記風路の上流側である前記吸水性加湿材の上流部の面のみと対向する
    　ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の加湿装置。
11. 　前記吸水性加湿材及び前記電極の前記風路の下流側に、オゾンを分解するオゾン分解機構を設けた
    　ことを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の加湿装置。
12. 　前記電極に印加する電圧の値を制御し、前記イオン風による加湿運転と、少なくともオゾンの高活性種を生成する除菌モードとを一定サイクルで繰り返す
    　ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の加湿装置。
13. 　前記吸水性加湿材及び前記電極の前記風路の下流側に、温湿度センサ及び絶対湿度制御ユニットを設け、
    　前記温湿度センサにより空気の温度湿度を測定した結果から、室内環境の絶対湿度を検知し、その検知値に応じて前記絶対湿度制御ユニットの信号により前記電源を制御する
    　ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載の加湿装置。
14. 　導電性の電極と、
    　非導電性の吸水性加湿材と、
    　前記電極に電圧を印加する電源と、
    　前記吸水性加湿材に加湿水を供給する給水手段と、
    　前記電極と前記吸水性加湿材との間の空間に形成される風路に空気を流す送風機と、
    　前記吸水性加湿材と接触して、又は前記吸水性加湿材と一定間隔を空けて設けられた導体と、を備え、
    　前記電極に電圧を印加して前記電極から前記吸水性加湿材の面に対して法線方向へ向かうイオン風を発生させながら前記吸水性加湿材に当てて、前記風路の空気を加湿することを特徴とする加湿装置。
15. 　請求項１～１４のいずれか一項に記載の加湿装置を備えた空気調和機。

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