JP2008082683A - 加湿器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷房負荷を増大させたり、あるいは、窓ガラスに曇りを発生させるといった問題が発生しないように、たとえば車室内の運転者近傍のように、加湿を必要とする人の近傍に適量の加湿をすることができる加湿器を提供すること。
【解決手段】透湿膜３１を透過した分子レベルの水分を空気中に供給して加湿する加湿器１は、透湿膜３１の内側に表面張力を利用して加湿用の水Ｗを導入するとともに、透湿膜３１の外側に加湿する空気Ａｉを流すことにより、透湿膜３１を透過した水分を空気Ａｉに加えて湿度を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気中に湿度を加える加湿器に係り、特に、自動車等の車載用として好適な加湿器に関する。

従来、自動車等の車両においては、車室内空間の冷暖房を行って快適な車室内環境を提供する空気調和装置が広く普及している。このような車両用の空調装置には、冷房機能及び暖房機能しかないため、夏場の冷房運転時及び冬場の暖房運転時を通じて、車室内の空気を加湿してよりよい車室内環境にしたいという要求がある。

従来の加湿器は、たとえば家庭で使用する一般的な加湿器として、超音波方式やヒータ加熱方式が知られている。しかし、超音波方式やヒータ加熱方式の加湿器は、雑菌の発生など衛生面の問題が指摘されている。
また、手入れが簡単で衛生面に優れている加湿器として、透湿性ポリウレタンを水分の透過膜として使用する透湿膜方式が開発されている。（たとえば、特許文献１参照）
特開２００４−１０１１６１号公報

ところで、自動車等の車室内で空気調和装置とともに加湿器を使用すると、次のような問題の発生が指摘されている。
すなわち、冷房運転時に加湿すると、高湿度の空気を冷却することになるため、空気中の水分冷却量が増加した分だけ冷房負荷も増大する。また、暖房運転時に加湿して湿度が高くなると、車室内外の温度差により車室内の水分が凝縮し、フロントガラス等の窓ガラス内面を曇らせるという問題が発生する。このため、空気調和装置による車室内の空調運転と、加湿器による加湿運転とを併用する場合には、上述した問題に対する十分な配慮が必要となる。
そこで、本発明では、冷房負荷を増大させたり、あるいは、窓ガラスに曇りを発生させるといった問題が発生しないように、たとえば車室内の運転者近傍のように、加湿を必要とする人の近傍に適量の加湿をすることができる加湿器の提供を目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る加湿器は、透湿膜を透過した分子レベルの水分を空気中に供給して加湿する加湿器において、前記透湿膜の内側に表面張力を利用して加湿用の水を導入するとともに、前記透湿膜の外側に加湿する空気を流すことにより、前記透湿膜を透過した水分を前記空気に加えて湿度を増加させることを特徴とするものである。

このような加湿器によれば、透湿膜の内側に表面張力を利用して加湿用の水を導入するとともに、透湿膜の外側に加湿する空気を流すことにより、透湿膜を透過した水分を空気に加えて湿度を増加させるので、動力を用いなくても透湿膜に加湿用の水を導入することができ、しかも、透湿膜に作用する応力をほとんどなくすことができる。

上記の加湿器においては、下部に貯水部を設けたケーシング内に前記透湿膜を上下方向に配設し、前記貯水部から加湿用の水を表面張力により前記透湿膜の内側に導入するとともに、前記ケーシングの内部に形成され、前記貯水部の上端部近傍に配置した空気入口から上部の空気出口へ向けて加湿する空気を段階的に上昇させる導風通路と、前記ケーシングの上部に前記空気出口と連通するよう配置され、前記空気入口から加湿する空気を導入して吹き出すファンとを備え、前記導風通路を流れる空気が前記透湿膜の周囲を徐々に上昇して流れる間に、前記透湿膜を透過した水分により加湿して外部へ吹き出す縦型としたものが好ましく、これにより、加湿する空気が透湿膜と接触して流れる表面積を増した導風通路を確保できるので、平面的な外径形状（設置面積）を小さくしても必要な加湿量を得ることができる。
この場合、空気入口から上部の空気出口へ向けて加湿する空気を段階的に上昇させる導風通路は、たとえば螺旋状や千鳥状に形成したものが好適である。

上記の発明においては、前記貯水部の貯水面上を覆うように貯水カバーを設けることが好ましく、これにより、貯水部内にある加湿用の水が水面から蒸発するのを防止できるとともに、雑菌の飛散を防止できる。

上記の発明においては、加湿する空気を前記ケーシングの内部に導入する空気導入口に開閉手段を設け、該開閉手段の開閉動作と前記ファンを駆動する電動機のＯＮ・ＯＦＦとを連動させることが好ましく、これにより、運転停止時には必ず空気導入口を閉じてケーシングの内外を遮断することができる。

上記の発明において、前記透湿膜は、前記加湿用の水を表面張力により所望の高さまで導入する小断面積に設定した管状部、または、前記加湿用の水を表面張力により所望の高さまで導入する狭い隙間寸法に設定した対向面部を備えていることが好ましい。

上述した本発明の加湿器によれば、透湿膜の内側に表面張力を利用して加湿用の水を導入し、透湿膜の外側に加湿する空気を流して透湿膜を透過した水分による加湿を行うように構成したので、透湿膜に加湿用の水を導入するための動力が不要となり、しかも、透湿膜に作用する水圧等の応力はほとんどない。従って、運転に必要な動力を最小限に抑えた省エネルギー運転が可能になるとともに、透湿膜の耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。

また、本発明の加湿器は、加湿用の水をケーシング下部の貯水部から上下方向に配設した透湿膜の内部へ表面張力により導入するとともに、ケーシングの上部に配置したファンが導風通路を通して加湿する空気を空気入口から上部の空気出口へ向けて段階的に上昇させることにより、導風通路を流れる空気が透湿膜の周囲を徐々に上昇して流れる間に加湿された空気を外部へ吹き出す縦型となる。すなわち、加湿する空気が透湿膜と接触して流れる表面積を十分に確保できる導風通路となるため、平面的な設置面積を小さくしても必要な加湿量を得ることができる縦型の加湿器となる。従って、たとえば車室内のカップホルダ等を利用して設置することにより、乗員の肌が露出する部分のように加湿を必要とする領域に適量の加湿を局所的に施す車載用の小型加湿器として好適である。

以下、本発明に係る加湿器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示す加湿器１は、本発明に係る第１の実施形態である。この加湿器１は、略円筒状としたケーシング１０の内部に複数本の透湿膜３１よりなる透湿膜ユニット３０を設置するとともに、ケーシング１０の上部に電動のファン４０を取り付けた構成の縦型とされる。この加湿器１では、たとえば円形断面の流路を備えるチューブ状とした透湿膜３１の内側に表面張力を利用して加湿用の水Ｗを導入するとともに、透湿膜３１の外側に、ファン４０を運転して図中に矢印で示された加湿する空気Ａｉを流すことにより、透湿膜３１を透過した分子レベルの水分を空気Ａｉに加えて湿度を増加させた加湿空気Ａｏを吹き出して加湿することができる。

ケーシング１０は略円筒形状とした樹脂等の成形部品であり、上下方向に設置した下部を塞いで底面１１ａを形成することにより、ケーシング１０の下部に加湿用の水Ｗを貯蔵するための貯水部１１が設けられている。この貯水部１１は、ケーシング１０の上下方向（高さ）において、たとえば底面から１／３程度の範囲に設けられているが、加湿能力や連続運転時間等の諸条件に応じて適宜変更可能である。なお、貯水部１１の側面には、使用者が水Ｗの貯水量（残量）を目視で確認できるようにするため、透明な樹脂等を用いた水位窓１２が設けられている。

ケーシング１０の内部には、貯水部１１の上方となる位置に略円筒形状の内筒部１３が形成されている。内筒部１３の内部には、中央部に設けられて後述する透湿膜ユニット３０の設置スペースとなる上下方向の円柱状空間部１４と、加湿する空気の流路となる螺旋状の導風通路１５とが形成されている。
また、内筒部１３の外周側には、ケーシング１０の内壁面との間に空気導入路１６が形成されている。この空気導入路１６は、ファン４０を運転することにより、ケーシング１０の上端部側に開口する空気導入口１７から導入した空気Ａｉを導風通路１５の空気入口１８に導くための流路である。
なお、空気導入口１７には、空気Ａｉから埃等の異物を除去するため、エアフィルタ１９が取り付けられている。

すなわち、内筒部１３を貫通して設けた空気入口１８が貯水部１１の上端部近傍に配置され、この空気入口１８から内筒部１３の内部に導入された空気Ａｉは、ファン４０が運転される上部の空気出口２０へ向けて導風通路１５内を螺旋状に上昇する。換言すれば、空気入口１８から内筒部１３の内部に導入された空気Ａｉの主流は、内筒部１３の内壁面から軸中心方向へ螺旋状に突出する板状部材１５ａに導かれて、導風流路１５に沿って段階的に、透湿膜３１の周囲を徐々に上昇して流れる。この場合、空気入口１８は、十分な流路長さを確保して高効率の加湿を行うためには、ケーシング１０の上下方向において、少なくとも中間位置より下方に位置していることが好ましい。
なお、空気入口１８から内筒部１３の内部に導入された空気Ａｉの一部は、円柱状空間部１４に配置された透湿膜３１間の隙間を通り、空気出口２０へ向かって上昇する流れとなる。

透湿膜ユニット３０は、チューブ状とした透湿膜３１の上端部を複数本、互いに間隔を設けてベース部材３２に支持することで一体化したものである。この透湿膜ユニット３０は、たとえば空気出口２０となる開口部を除いて内筒部１３の上端部を塞ぐように取り付けられた塞ぎ板２１に対し、後述するファンケーシング４３を取り外して容易に交換できるようにするため、着脱可能に支持されている。
上述した透湿膜３１には、透湿性ポリウレタンを細いチューブ状に成形したものが使用される。この透湿膜３１は、高湿度側から低湿度側へ分子レベルの水のみを透過する性質を有しており、雑菌やスケール等は透過させないため、空気中への雑菌の拡散を防止することができる。図示の構成において、ケーシング１０内に、具体的には内筒部１３の円柱状空間部１４に上下方向に配設された複数本の透湿膜３１は、開口する中空の下端部が、貯水槽１１内の底面１１ａ近傍まで延びている。従って、各浸透膜３１は、貯水槽１１の水Ｗに所定値以上の残量があれば、下端部側の所定長さ以上が水Ｗの中に入った状態となる。

ここで、各透湿膜３１の好適な内径は、貯水槽１１内の水Ｗが表面張力により所望の高さまで上昇する値に設定する。すなわち、透湿膜３１の全長を有効に利用して加湿するため、動力が不要な表面張力を利用することにより、貯水槽１１内の水Ｗを各透湿膜３１の上端部近傍まで導入可能な内径に設定する。
具体的には、内径を１ｍｍとした細径チューブの場合、表面張力によりチューブ内の水面が２４ｍｍ程度上昇するので、透湿膜３１に設定する好適な内径は、透湿膜３１の長さ等の諸条件を考慮して決定すればよい。

また、透湿膜ユニット３０を構成する各透湿膜３１は、全数を同じ内径に設定してもよいが、空気Ａｉの主流が流れるため流通量の多い外周側に内径を細く設定した透湿膜３１を配置し、中心部に近く流通量の少ない内側に比較的内径の太い透湿膜３１を配置してもよい。このようにすれば、空気Ａｉの流通量が多い外周側で透湿膜３１内の高い位置まで水Ｗが導入されるため、効率のよい加湿が可能となる。

また、上述したケーシング１０は、空気導入路１６及び空気入口１８から円周方向にずれた位置に、開閉（着脱）可能な給水栓２２を備えた給水口２３を備えている。この給水口２３は、ケーシング１０の内壁面と内筒部１３との間に形成され、貯水部１１に加湿用の水Ｗを供給する給水流路２４の入口となる。
また、図示の例では、貯水部１１の貯水面上を覆うように、貯水カバー２５が設けられている。このような貯水カバー２５を設けると、貯水部１１内の水Ｗが蒸発するのを防止できるので、加湿器１の連続運転時間を増すことができる。さらに、貯水カバー２５が設けられることにより雑菌の飛散を防止できるので、加湿器１はより衛生的になる。

ケーシング１０の上部には、空気Ａｉをケーシング１０内に導入し、透湿膜３１を通過した分子レベルの水を加えて加湿した加湿空気Ａｏを吹き出すためのファン４０が設けられている。このファン４０は、電動機４１を駆動源として回転するファン本体４２がファンケーシング４３内に収納設置されている。なお、ファン４０をケーシング１０の上部に配設したことにより、高さ方向の寸法は増すものの、加湿器１を上方から見た投影面積を小さくすることができる。
ファンケーシング４３は、内筒部１３の上端部に対し容易に着脱できるように連結されている。ファンケーシング４３の下面側には、導風通路１５を流れて加湿された加湿空気Ａｏを導入する吸入口４４が開口している。この吸入口４４は、内筒部１３の上端部に開口する空気出口２０と連通している。また、ファンケーシング４３には、加湿空気Ａｏを外部に吹き出すための吹出口４５が設けられている。

このように構成された縦型の加湿器１は、ケーシング１０の外形寸法を飲料用の缶やペットボトル程度に設定することにより、たとえば乗用車等の車室内にカップホルダーを利用して設置可能となる。この場合、ファン４０を駆動する電動機４１の電源が必要となるため、電池を採用することも可能ではあるが、他の車載機器で一般的に採用されているように、インスツルメントパネルのシガレットライターを利用して電源供給を受けることにより、小型化を優先することが好ましい。

加湿器１を使用する前の準備として、給水栓２２を開いた給水口２３から加湿用の水Ｗを貯水部１１に供給する。給水が完了したら、給水栓２２を閉じて加湿器１を所望の使用位置に設置し、電源に接続すれば使用可能な状態となる。従って、図示省略のスイッチをＯＮにすることで、加湿器１の運転が開始される。加湿器１の運転は、電動機４１に通電してファン本体４２を回転させることにより開始される。
一方、貯水部１１内の水Ｗは、表面張力により細径の透湿膜３１内を上端部近傍まで上昇している。

ファン本体４２が回転すると、ケーシング１０の空気導入口１７から加湿するための空気Ａｉがフィルタ１９を通過して空気導入路１６に吸い込まれる。この空気Ａｉは、空気入口１８から螺旋状の導風通路１５内に入り、透湿膜ユニット３０を構成する複数本の透湿膜３１の周囲を旋回しながら徐々に、空気出口２０へ向けて段階的に上昇していく。このような導風通路１５を流れることにより、空気Ａｉが透過膜３１の表面と接触して流れる流路長さを増すことができる。このため、空気Ａｉが接触する透湿膜３１の表面積及び時間も増大するので、透湿膜３１を透過した分子レベルの水が空気Ａｉに加えられる加湿量を十分に確保し、効率よく加湿することができる。

こうして加湿された加湿空気Ａｏは、空気出口２０と連通する吸入口４４を通ってファンケーシング４３内に導入された後、ファン本体４２を経由して吹出口４５から外部の加湿対象へ向けて吹き出される。この場合の加湿対象は、すなわち小型の車載用とした加湿器１は、たとえば乗員の肌が露出する部分など局所的なものとなるので、必要な加湿を行っても実質的には冷房負荷が増すことはない。また、分子レベルの水を加えて加湿しているので、暖房運転と併用しても窓のガラスに曇りが発生することはない。
このような加湿器１は、加湿運転時において、表面張力を用いて透湿膜３１の内部に水Ｗを導入しているため、ファン４０を駆動する電動機４１以外にポンプ等の駆動装置が不要であり、静かで省エネルギーの運転が可能となる。しかも、ポンプにより給水する場合と比較すると、表面張力で水Ｗを導入する透湿膜３１に作用する水圧はほとんどないに等しい状態となる。従って、透湿膜３１に作用する圧力等の応力は、外周面と接触して流れる空気Ａｉの圧力のみとなるので、透過膜３１の耐久性を向上させることができる。

ところで、上述した実施形態では、空気Ａｉが透過膜３１の表面と接触して流れる面積及び時間を増すため導風通路１５を螺旋状としたが、たとえば千鳥状に形成して空気Ａｉを段階的に上昇させるなどの変形例が可能である。
また、上述した実施形態では、加湿器１を小型の車載用として説明したが、これに限定されることはなく、適宜大型化することで各種用途への適用が可能となる。

続いて、本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図示の加湿器１Ａは横型であり、上面が開放された箱形のケーシング１０Ａ内に複数本の透湿膜３１よりなる透湿膜ユニット３０Ａを設置するとともに、ケーシング１０Ａの側面上部に電動のファン４０を取り付けた構成とされる。この横型では、ファン４０の運転により加湿用の空気Ａｉがケーシング１０Ａの上面より導入され、ケーシング１０Ａの内部を横断するようにして透湿膜３１の周囲を流れる際に加湿される。

加湿用の水Ｗは、ケーシング１０Ａの下部に設けられた貯水部１１に貯蔵されている。この水Ｗは、給水栓２２を備えた給水口２３から注入され、給水通路２４を通って貯水部１１に供給される。なお、図示は省略したが、必要に応じて水位窓１２や貯水カバー２５を適宜設けてもよい。
加湿用の空気Ａｉは、ケーシング１０Ａの上面に設けた複数の開口部（スリット等）よりなる空気導入口１７Ａから導入される。この場合の空気導入口１７Ａには、スライド式の開閉手段となる開閉板２６が設けられている。開閉板２６は、空気導入口１７Ａの開口部と一致した位置で開状態とし、不一致の位置で閉状態とする複数のスリット２６ａ等の開口部を備えている。すなわち、加湿器を使用する際には、開閉板２６をスライドさせて開状態とすることにより、空気Ａｉの導入が可能となる。

ケーシング１０Ａ内に導入された空気Ａｉは、さらに透湿膜ユニット３０Ａのベース部材３２Ａに空気流路として設けられた貫通孔３３を通り抜け、多数の透湿膜３１が配置された加湿領域の空間に流れ込む。この加湿領域では、細いチューブ状とした透湿膜３１の下端部側が貯水部１１内の水中にあるので、上述した実施形態と同様に、透湿膜３１の内側には表面張力により加湿用の水が導入されている。そして、透湿膜３１を透過した分子レベルの水により、透湿膜３１の周囲を通過して流れる空気Ａｉが加湿される。
こうして加湿された加湿空気Ａｏは、ファン４０を通過して吹出口４０から外部へ向けて吹き出される。

ところで、上述した開閉板２６の開閉動作は、実質的に加湿器１Ａの運転時に開状態とし、かつ、運転停止時に閉状態とするものであるから、たとえば図３に示すように、ファン４０の電動機４１をＯＮ・ＯＦＦと連動するスイッチ機能を設けることが好ましい。
具体的には、ケーシング１０Ａ及び開閉板２６の適所に電動機４１と電気的に接続された接点Ｓａ，Ｓｂを設けておき、開閉板２６を開状態にすると両接点Ｓａ，Ｓｂが接触して通電状態（図３（ａ）参照）となり、開閉板２６を閉状態にすると両接点Ｓａ，Ｓｂが分離して通電を遮断した状態（図３（ｂ）参照）となる。すなわち、開閉板２６が開状態になると、両接点Ｓａ，Ｓｂが接触してファン４０の運転を開始し、開閉板２６が閉状態になると、両接点Ｓａ，Ｓｂが分離してファン４０の運転を停止するので、加湿器１Ａの運転停止（不使用）時には必ず空気導入口１７Ａを閉じて、埃等の異物侵入や水Ｗの蒸発を防止できる。

上述したように、本発明の加湿器１，１Ａは、いずれも細いチューブ状の透湿膜３１を用いることにより、表面張力を利用して透湿膜３１の内部に加湿用の水Ｗを導入するものであるから、水の供給に動力が不要となる省エネルギー運転を可能とし、さらに、透湿膜３１に作用する水圧等の応力もほとんどないため、透湿膜３１の耐久性や信頼性を向上させることができる。

また、上述した実施形態では、透湿膜３１を細いチューブ状としたが、たとえば図４に示す変形例のように、貯水部１１内の水Ｗを表面張力により内部に導入できるものであればチューブに限定されることはない。
すなわち、加湿用の水Ｗを表面張力により所望の高さまで導入する小断面積に設定した管状部であれば、その断面形状は円形に限定されることはなく、図４（ａ）に示す第１変形例の矩形断面や多角形断面、図４（ｂ）に示す段２変形例の略半円や楕円形状などを採用してもよい。

さらに、図４（ｃ）に示す第３変形例のように、加湿用の水Ｗを表面張力により所望の高さまで導入する狭い隙間寸法に設定した対向面部を備えたものでもよい。
しかも、水Ｗを導入する流路となる管状部や対向面部については、上述したチューブ状の透湿部３１のように、１本に１つの流路を形成したものでもよいし、あるいは、図４に示した各変形例の透湿部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのように、所定の間隔で複数の流路を並べて一体化したものでもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばケーシングの形状など、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明に係る第１の実施形態として、縦型の加湿器を示す断面図である。 本発明に係る第２の実施形態として、横型の加湿器を示す断面図である。 空気導入口に設けた開閉手段の開閉動作とファン駆動用電動機のＯＮ・ＯＦＦとの連動を示す説明図であり、（ａ）は空気導入口が開の運転時の状態を示し、（ｂ）は空気導入口が閉の運転停止時の状態を示している。 透湿膜の構成例を示す斜視図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例である。

符号の説明

１ 加湿器（縦型）
１Ａ 加湿器（横型）
１０，１０Ａ ケーシング
１１ 貯水部
１２ 水位窓
１３ 内筒部
１４ 中空円筒部
１５ 導風通路
１５ａ 板状部材
１６ 空気導入路
１７，１７Ａ 空気導入口
１８ 空気入口
２０ 空気出口
２３ 給水口
２４ 給水流路
２５ 貯水カバー
２６ 開閉板
３０，３０Ａ 透湿膜ユニット
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ 透湿膜（チューブ状）
３２，３２Ａ ベース部材
３３ 貫通孔
４０ ファン
Ｗ 水
Ａｉ 加湿する空気
Ａｏ 加湿空気
Ｓａ，Ｓｂ 接点

Claims (5)

1. 透湿膜を透過した分子レベルの水分を空気中に供給して加湿する加湿器において、
   前記透湿膜の内側に表面張力を利用して加湿用の水を導入するとともに、前記透湿膜の外側に加湿する空気を流すことにより、前記透湿膜を透過した水分を前記空気に加えて湿度を増加させることを特徴とする加湿器。
2. 下部に貯水部を設けたケーシング内に前記透湿膜を上下方向に配設し、前記貯水部から加湿用の水を表面張力により前記透湿膜の内側に導入するとともに、
   前記ケーシングの内部に形成され、前記貯水部の上端部近傍に配置した空気入口から上部の空気出口へ向けて加湿する空気を段階的に上昇させる導風通路と、
   前記ケーシングの上部に前記空気出口と連通するよう配置され、前記空気入口から加湿する空気を導入して吹き出すファンとを備え、
   前記導風通路を流れる空気が前記透湿膜の周囲を徐々に上昇して流れる間に、前記透湿膜を透過した水分により加湿して外部へ吹き出す縦型としたこと特徴とする請求項１に記載の加湿器。
3. 前記貯水部の貯水面上を覆うように貯水カバーを設けたことを特徴とする請求項２に記載の加湿器。
4. 加湿する空気を前記ケーシングの内部に導入する空気導入口に開閉手段を設け、該開閉手段の開閉動作と前記ファンを駆動する電動機のＯＮ・ＯＦＦとを連動させることを特徴とする請求項２または３に記載の加湿器。
5. 前記透湿膜が、前記加湿用の水を表面張力により所望の高さまで導入する小断面積に設定した管状部、または、前記加湿用の水を表面張力により所望の高さまで導入する狭い隙間寸法に設定した対向面部を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の加湿器。

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