JP4734904B2

JP4734904B2 - 加湿装置

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Publication number: JP4734904B2
Application number: JP2004350322A
Authority: JP
Inventors: 宏伊藤; 篤村瀬
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: JP2006162097A

Description

本発明は、加湿されたガス体を生成するための加湿装置に関する。

水に代表される液体を空気などのガス体に溶解（加湿）するには、当該液体を超音波などの方法で微細な粒子にする、加熱などの手段により蒸気とする、霧吹き（ネブライザー）を用いる、等によって大気に放出して加湿空気を得ていた。

しかしながら、このような従来の加湿手法では、以下の問題を生じていた。
（１）加湿粒子が大きい
超音波、加熱気化、霧吹きなどのように水粒子を多量に放出し加湿する手法では、大きな水粒子（蒸気）が放出されるため、粒子分離などの手段を講じなければならない。また、分離した水粒子は、そのままでは、分離部に溜まるため汚染などの原因となる。
（２）精細な湿度制御及び少量加湿雰囲気ガスの提供が困難
超音波、加熱気化、霧吹きなどの加湿機構は、大量の気化雰囲気を得ることを目的としたものであるため、加湿蒸気の発生量が多く、短時間内では精細な湿度制御ができない。また、これらの理由により、数ｍL/minから数L/min程度の少量の加湿雰囲気ガスを提供（生成）でき難い。
（３）使用条件に制限がある
ガラスを使用した加湿装置では、０．１ＭＰａを越えるような高圧下または減圧では装置の破損が危惧される。また、超音波方式では、振動子の寿命により長時間の連続加湿はできない。

さらに、以上の手法は、一般的に水と空気を想定したものである。

このように、従来の加湿手法では、発生量の変動が大きく精細に湿度を制御したり複数の成分を加湿したりすることができず、このため、要求された最適な（任意の）加湿状態にするための手段が切望されていた。
特開２００２−７５４２１号公報

本発明は上記事実を考慮し、ガス体に微粒子状態の液体を含有させて所望に加湿されたガス体を得るにあたり、前記液体の加湿量や加湿割合を任意かつ安定に制御することができ、かつこれを簡便な構成により実現できる加湿装置を提供することが目的である。

請求項１に係る発明の加湿装置は、ガス体供給源から所定のガス体が供給される供給部と、前記供給部の上方に連通して設けられ、親液性または保水性と透過性を有する材料で構成され液体供給源から供給される所定の液体を内部に保液すると共に前記保液した液体を前記供給部から流通された前記ガス体により微粒子状態で放出可能な保液材を有する保液部と、前記保液部の上方に連通して設けられ、疎液性の材料で構成され前記保液部から流通された前記ガス体により前記保液部から放出された前記液体を所定の微粒子状態で放出する止液材を有する止液部と、前記保液部と前記止液部の間に設けられ、前記保液部から放出された前記液体の粒子膜の生成を抑制する空間層と、から成り、流通する前記ガス体に前記止液部から放出される前記微粒子状態の液体を含有させて加湿すると共に、前記保液部が下方に位置し、前記止液部が上方に位置するように傾斜して設けられた加湿器を備え、前記ガス体供給源からの前記ガス体が前記加湿器とは独立して送給される主流路を設けると共に、前記加湿器の止液部を前記主流路に接続して構成し、前記ガス体供給源から前記主流路へ送給された前記ガス体に、前記加湿器から供出されるガス体を混合することで加湿されたガス体を生成する、ことを特徴としている。

請求項１記載の加湿装置では、加湿器を備えており、この加湿器がガス体の基本的な（前段階としての）加湿を行う。すなわち、加湿器は、液体を保液する保液部、空間層、及び、液体を微粒子状態で放出する止液部で構成されており、ガス体を流通させることにより、当該通過ガスに液体が微粒子状態で含有されて加湿されて下流側へと供出される。

なお、保液部の保液材としては、高分子保水材、ろ紙材、脱脂綿、化繊、ガラス繊維、セラミックスなどの溶液を一時的に蓄える材料が用いられる。この材質を変えることにより、加湿特性を大きく変えることができる。例えば、保液性が高くかつ離液性がよい材料ほど効率が良く、弗化ビニリデン樹脂、ナイロン（登録商標）樹脂などが相当する。湿度は、保液量（流通するガス体に対する接触面積）、効率（材料離液性）、接触流速・距離、温度、及び圧力などにより変更（制御）できる。一方、止液部の止液材としては、テフロン（登録商標）製のメンブランフィルタなどの薄膜状のフィルター、セラミックスなどを用いる。

ナイロン毛糸を例に加湿過程を示すと、先ず、液体を含んだナイロン毛糸（保液材）にガス体が通過すると、繊維表面の微細な溶液を奪い通過するガス体が加湿される。その後、内部の溶液が毛細管現象などで再表面に供給される。加湿されたガス体は、止液材で細かな粒子のみ通過し、大きな粒子は止められ再び加湿に供される。このようにして、流通するガス体を微粒子状態の液体で加湿する構成である。

なお、前述の如き加湿器として好適な構成のものを、本出願人が既に提案している（特願２００３−１８６２０７号）。

さらに、前述の如き加湿器から供出されたガス体（前記前段階の加湿が行われた後のガス体）は、ガス体供給源から主流路へ送給されたガス体（すなわち、加湿器を通過させない非加湿のガス体）に混合され、これにより、所定に加湿されたガス体が生成されて排出（提供）される。

ここで、請求項１記載の加湿装置では、ガス体供給源から主流路へ送給されるガス体（すなわち、加湿器を通過させない非加湿のガス体）と、加湿器から供出されるガス体（前記前段階の加湿が行われた後のガス体）とを混合することで所定に加湿されたガス体を生成する構成であるため、前記主流路へ送給されるガス体（非加湿のガス体）と、加湿器から供出されるガス体（前段階の加湿後のガス体）の混合割合を任意に変更（制御）すれば、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体を得ることができる。

すなわち、本加湿装置の加湿器は、保液部（保液材）、空間層、止液部（止液材）を組み合わせた構成により連続的に加湿できる特徴に基づく加湿であり、当該加湿器へのガス体の供給量、温度等を制御することにより、加湿量を簡便かつ安定に制御することができる。

また、例えば加湿器の供出側流路（出口側の配管）に抵抗を付加した構造とすれば、本来の圧力（ガス体供給源から供給されるガス体圧）以上での加湿が可能となり、これにより、前述の加湿量制御因子に加え圧力での加湿量制御が可能となる。

さらに、加湿器から供出されるガス体（前段階の加湿後のガス体）の加湿の度合いは、加湿器内部の保液材量、加湿器の形状や内径・長さ（流通するガス体に対する接触面積・距離）等によって適宜に設定・変更することもできる。

また、ガス体の加湿の度合い（加湿されたガス体の生成）はほぼ一定に推移するため、加湿割合の推定が可能であり、例えば予め解析した加湿挙動及び粘性、沸点などの物性値をデータベース化し、当該データを参照して加湿制御すれば、加湿ガス体の生成をより安定かつ精細に制御できる。

このように、請求項１記載の加湿装置では、ガス体に微粒子状態の液体を含有させて所望に加湿されたガス体を得るにあたり、前記液体の加湿量や加湿割合を任意かつ安定に制御することができ、かつこれを簡便な構成により実現することができる。

また、請求項１記載の加湿装置では、加湿器の止液部（ガス体供出側）が上方に位置するように傾斜して設けられるため、止液部（止液材）で保持された液体が重力によって器機底面側に移動する。移動後には、保液部（保液材）に毛細管現象などによって吸い上げられて再び利用されることになる。

したがって、液体を不要に消費することがなく、無駄がなくなる。また、従来器機において筒内面に設けられていた液体回収用の保液材層が不要となる。また、液体の不足が生じた場合であっても、必要量のみ添加するだけでよい。

請求項２に係る発明の加湿装置は、請求項１に記載の加湿装置において、前記ガス体供給源からの前記主流路への前記ガス体の送給量、及び前記ガス体供給源からの前記加湿器への前記ガス体の供給量をそれぞれ独立して制御可能とした、ことを特徴としている。

請求項２記載の加湿装置では、ガス体供給源から主流路へ送給されるガス体（非加湿のガス体）の送給量と、ガス体供給源からの加湿器へ供給されるガス体（非加湿のガス体）の供給量とをそれぞれ独立して制御可能であるため、加湿器から供出されるガス体（前段階の加湿後のガス体）の供出量を制御することができ、結果的に、両者（非加湿のガス体と、前段階の加湿後のガス体）の混合割合を任意に変更することができ、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体を得ることができる。

請求項３に係る発明の加湿装置は、請求項１又は請求項２に記載の加湿装置において、前記ガス体供給源から前記加湿器へ供給される前記ガス体の圧力を制御可能とした、ことを特徴としている。

請求項３記載の加湿装置では、ガス体供給源からの加湿器へ供給されるガス体（非加湿のガス体）の供給圧を制御可能であるため、加湿器から供出されるガス体（前段階の加湿後のガス体）の供出量を制御することができ、結果的に、主流路へ送給されたガス体（非加湿のガス体）との混合割合を任意に変更することができ、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体を得ることができる。

請求項４に係る発明の加湿装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の加湿装置において、前記加湿器の温度を制御可能とした、ことを特徴としている。

請求項４記載の加湿装置では、加湿器の温度を制御可能であるため、加湿器から供出されるガス体（前段階の加湿後のガス体）の供出量を制御することができ、結果的に、主流路へ送給されたガス体（非加湿のガス体）との混合割合を任意に変更することができ、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体を得ることができる。

請求項５に係る発明の加湿装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の加湿装置において、前記加湿器を複数備え、かつ、前記各加湿器は並列的に接続されている、ことを特徴としている。

請求項５記載の加湿装置では、加湿器を複数備えており、しかも各加湿器は並列的に接続されているため、生成するガス体の加湿状態を任意の時間で任意の割合で変化（グラジェント）させることが可能になる。また、各加湿器がそれぞれ独立した構成であるため設置が容易であり、しかも、それぞれが単独で動作可能なため生成する複数の加湿ガス体を時間、流量などの条件に基づいて混合することが容易となる。例えば、乾燥状態から５分後に湿度５０％とし、１０分後に香り成分を追加するなどのガス体生成が可能となる。さらに、前述の如き混合・切り替え等は、瞬時に行うことが可能であるばかりか、グラジェントと呼ばれるように徐々に変化させ所定時間にその目的濃度に達するように生成することも可能になる。

請求項６に係る発明の加湿装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の加湿装置において、前記加湿器の前記主流路への接続流路に、当該加湿器から供出されるガス体の物性を検出するセンサを設けた、ことを特徴としている。

請求項６記載の加湿装置では、加湿器から供出されるガス体の物性を検出することができるため、前記各請求項に記載した如き加湿ガス体の精細な生成制御を行うことが容易になる。例えば、各種センサからの検出信号に基づいてＣＰＵが情報収集及び解析を行い、バルブ、流量調節器などを適切に処理する構成とすることにより、前記各請求項に記載した如き加湿ガス体の精細な生成制御を行うことができる。

センサとしては、湿度、温度を始めとする各種センサ、あるいはガスクロマトグラフ装置などに使用される水素炎型検出器などの検出器を使用することができる。ガスまたは溶液の組成の変化を検出する水素炎型検出器などの場合、分取流路を設けて加湿ガス体の一部を分取・検出する。この場合、分取した量をＣＰＵにより自動補正することも容易である。センサの検出上限を超えるような濃度の場合においても、上記と同様に分取・希釈によりセンサの動作保証内に希釈測定することもできる。また、予めガス体、液体の物性情報をデータベース化することにより、加湿割合などがより制御し易くなる。

請求項７に係る発明の加湿装置は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の加湿装置において、前記ガス体供給源から供給される前記ガス体は、空気、炭酸ガス、窒素、水素、ヘリウム、及びアルゴンのうちの一つまたは複数を含み、前記液体供給源から供給される前記液体は、水、アルコール、及びその他有機化合物のうちの一つまたは複数を含む、ことを特徴としている。

請求項７記載の加湿装置では、ガス体としては、空気、炭酸ガス、窒素、水素、ヘリウム、アルゴンなどの気体が用いられる。加湿する液体は、水、アルコール、その他有機化合物、または水とアルコールなど複数の混合化合物を混合したものが使用できる。混合化合物では、共沸と呼ばれるように混合することにより物性を変えることができ、気化が少ない成分や気化が多い成分の加湿割合を最適に制御できる。

請求項８に係る発明の加湿装置は、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の加湿装置において、前記ガス体供給源からの前記ガス体が前記主流路とは独立して送給される副流路を設けると共に、前記加湿器の前記主流路への接続箇所よりも下流側の当該主流路を、前記副流路に接続して構成し、前記主流路へ送給されかつ前記加湿器から供出された前記ガス体が混合されて加湿された後のガス体を分取し、当該分取したガス体を、前記副流路へ送給される前記ガス体に混合することで加湿されたガス体を生成する、ことを特徴としている。

前述の如き加湿器は、同じ形状で大型から小型まで同じ構成で使用可能であり、加湿ガス体の微少量の生成に際しては小型のシステムを用いることにより対応可能ではあるが、請求項８記載の加湿装置によれば、これを容易に実現できる。

すなわち、ガス体供給源から主流路へ送給されたガス体（加湿器を通過させない非加湿のガス体）に、加湿器から供出されたガス体（前段階の加湿が行われた後のガス体）が混合されて所定に加湿されたガス体が生成されるが、当該混合された加湿ガス体は、さらに副流路に流出されて分取される。さらに、この分取されたガス体は、副流路へ送給されるガス体（すなわち、加湿器を通過させない非加湿のガス体）に更に混合され、これにより、所定に加湿された微少量のガス体が生成されて排出（提供）される。

このように、請求項８記載の加湿装置では、混合された加湿ガス体を副流路へ流出させて所定量だけ分取し、さらにこの分取されたガス体を副流路へ送給されるガス体と更に混合して、所望の微少量の加湿ガス体を生成することができる。

以上説明した如く本発明に係る加湿装置は、ガス体に微粒子状態の液体を含有させて所望に加湿されたガス体を得るにあたり、前記液体の加湿量や加湿割合を任意かつ安定に制御することができ、かつこれを簡便な構成により実現することができるという優れた効果を有している。

図１には、本発明の実施の形態に係る加湿装置１０の全体構成図が示されている。

この加湿装置１０は、加湿器１２及び加湿器１４を備えている。加湿器１２と加湿器１４は、基本的に同一の構成とされており、互いに独立して設けられている。

ここで、図２には加湿器１２の構成が概略的な断面図にて示されており、図３には加湿器１２の原理図が示されている。加湿器１２は、供給部１６、保液部１８、止液部２０、及び空間層２２によって構成されている。供給部１６は、ガス体供給源２４から流路２６を介して所定のガス体Ｇ₀（例えば、空気）が供給される。保液部１８は、供給部１６に連通して設けられており、親液性または保水性と透過性を有する材料で構成された保液材１８Ａを有している。この保液部１８は、液体供給源２８から流路３０を介して所定の液体Ｅ（加湿物質、例えば、水）が供給され、しかもこの液体Ｅを保液材１８Ａで保液すると共にこの保液した液体を、供給部１６から流通されたガス体Ｇ₀により微粒子状態で放出することができる。また、止液部２０は、保液部１８に連通して設けられており、疎液性の材料で構成された止液材２０Ａを有している。この止液部２０は、保液部１８から流通されたガス体Ｇ₀により保液部１８から放出された前記液体Ｅを所定の微粒子状態で放出することができる。さらに、空間層２２は、保液部１８と止液部２０の間に設けられており、保液部１８から放出された前記液体Ｅの粒子膜の生成を抑制する。

これらにより、加湿器１２は、流通する（内部を通過する）ガス体Ｇ₀に止液部２０から放出される微粒子状態の液体Ｅを含有させて一定の割合で加湿する（加湿されたガス体Ｇ₁を生成する）ことができる構成である。またしかも、本実施の形態においては、保液部１８が下方に位置し止液部２０が上方に位置するように傾斜して設けられた構成となっている。

またさらに、以上の構成の加湿器１２は、加熱または冷却することができ、必要に応じて温度制御可能となっている。

なお、他方の加湿器１４も前述した加湿器１２と同様の構成であり、流通する（内部を通過する）ガス体Ｇ₀に微粒子状態の液体Ｅを含有させて一定の割合で加湿する（加湿されたガス体Ｇ₂を生成する）ことができる。

以上の構成の加湿器１２の保液部１８に液体供給源２８から液体Ｅを供給するための流路３０には、バルブ３１が設けられており、また、加湿器１４の保液部３４に液体供給源２８から液体Ｅを供給するための流路４０には、バルブ４１が設けられている。

さらに、加湿器１２の供給部１６にガス体供給源２４からガス体Ｇ₀を供給するための流路２６には、マスフローコントローラ４４が設けられており、また同様に、加湿器１４の供給部３２にガス体供給源２４からガス体Ｇ₀を供給するための流路４２には、マスフローコントローラ４６が設けられている。

一方、ガス体供給源２４には、加湿器１２の供給部１６に所定のガス体Ｇ₀を供給するための流路２６や加湿器１４の供給部３２に所定のガス体Ｇ₀を供給するための流路４２とは独立して、主流路４８が接続されている。主流路４８には、ガス体供給源２４からの前記ガス体Ｇ₀が、加湿器１２及び加湿器１４とは独立して送給されるようになっている。この主流路４８には、マスフローコントローラ５０が設けられている。

さらに、この主流路４８には、前記加湿器１２及び加湿器１４の供出側が接続されている。すなわち、加湿器１２の止液部２０が、供出路５２によって主流路４８に接続されており、また、加湿器１４の止液部３６が、供出路５４によって主流路４８（供出路５２の接続箇所よりも下流側）に接続されている。すなわち、各加湿器１２と加湿器１４とは、主流路４８に対し、並列的に接続された構成となっている。これにより、ガス体供給源２４から主流路４８へ送給されたガス体Ｇ₀に、加湿器１２から供出されるガス体Ｇ₁を混合して新たに加湿されたガス体Ｇ₃を生成することができる構成であり、またしかも、ガス体供給源２４から主流路４８へ送給され更に加湿器１２から供出されたガス体Ｇ₁が混合された後のガス体Ｇ₃に、加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₂を新たに混合してガス体Ｇ₄を生成することができる構成である。

また、加湿器１２の供出路５２には、センサ５６及び三方バルブ５８が設けられている。同様に、加湿器１４の供出路５４には、センサ６０及び三方バルブ６２が設けられている。

またさらに、ガス体供給源２４には、主流路４８とは独立して、副流路６４が接続されている。この副流路６４には、ガス体供給源２４からの前記ガス体Ｇ₀が、主流路４８とは独立して送給されるようになっている。この副流路６４には、マスフローコントローラ６６及びセンサ６８が設けられている。

この副流路６４には、前記主流路４８が接続されている。すなわち、加湿器１４の供出路５４の主流路４８への接続箇所よりも下流側の当該主流路４８には、三方バルブ７０を介して分岐路７２が接続されており、さらにこの分岐路７２は前記副流路６４（マスフローコントローラ６６とセンサ６８との間）に接続されている。これにより、加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₂が混合された後の主流路４８を流れるガス体Ｇ₄を分取し、当該分取したガス体Ｇ₄を、副流路６４へ送給されるガス体Ｇ₀に混合することで新たに加湿されたガス体Ｇ₅を生成することができる構成となっている。この分岐路７２には、マスフローコントローラ７４が設けられている。

前述したバルブ３１及びバルブ４１はＣＰＵ７６に接続されており、加湿器１２あるいは加湿器１４への液体Ｅの供給を制御することができる。また同様に、マスフローコントローラ４４、マスフローコントローラ４６、マスフローコントローラ５０、マスフローコントローラ６６、及びマスフローコントローラ７４もＣＰＵ７６に接続されており、各流路を流れるガス体の流量をそれぞれ独立して制御することができる。さらに、三方バルブ５８、三方バルブ６２、及び三方バルブ７０もＣＰＵ７６に接続されており、各流路を開閉制御することができる。またさらに、センサ５６、センサ６０、及びセンサ６８もＣＰＵ７６に接続されており、各流路を流れるガス体Ｇ₁、Ｇ₂、Ｇ₅の物性を検出することができる。

ＣＰＵ７６には、予めデータベースにガス体Ｇ₀乃至Ｇ₅、及び液体Ｅの沸点、粘度などの物性、各センサなどでの換算係数、加湿運転制御方法などが記載されており、各センサからの検出信号及びユーザーが入力した使用流量や制御方法などに基づいて、最適な制御条件を決定し上記で示した各バルブ及び各マスフローコントローラを制御する。また、データ不足などでＣＰＵ７６が処理できない場合には、ユーザーが必要な情報、制御方法を入力することも可能となっている。

なお、液体供給源２８から供給される前記液体Ｅとしては、水が一般的であるが、その他に例えばアルコールあるいは両者を含む構成とすることができる。また、加湿器１２と加湿器１４へ供給される液体Ｅを互いに異ならせて（Ａ、Ｂ二つの液体を使用する）構成とすることもできる。さらに、ガス体供給源２４から供給される前記ガス体Ｇ₀としては、空気が一般的であるが、その他に例えば炭酸ガス、窒素、水素、ヘリウム、及びアルゴンのうちの一つまたは複数を含む構成とすることができる。この場合、例えば、加湿されたガス体量が、数ｍＬ／min程度以上の極微少量から数十Ｌ／minのような流量となるように想定できる。

次ぎに、本実施の形態の作用を説明する。

上記構成の加湿装置１０では、加湿器１２及び加湿器１４を備えており、これらの加湿器１２及び加湿器１４が、ガス体Ｇ₀の基本的な（前段階としての）加湿を行う。

すなわち、先ず、加湿器１２は、液体Ｅを保液する保液部１８、空間層２２、及び、液体Ｅを微粒子状態で放出する止液部２０で構成されており、ガス体Ｇ₀を流通させることにより、当該通過ガスに液体Ｅが微粒子状態で含有されて加湿されて下流側（供出路５２）へと供出される。

ナイロン毛糸を例に加湿過程を示すと、先ず、液体Ｅを含んだナイロン毛糸（保液材１８Ａ）にガス体Ｇ₀が通過すると、繊維表面の微細な液体を奪い通過するガス体Ｇ₀が加湿される。その後、内部の液体Ｅが毛細管現象などで再表面に供給される。加湿されたガス体Ｇ₀は、止液材２０Ａで細かな粒子のみ通過し、大きな粒子は止められ再び加湿に供される。このようにして、流通するガス体Ｇ₀が微粒子状態の液体Ｅで加湿されてガス体Ｇ₁が生成される。

さらに、前述の如き加湿器１２から供出路５２を介して供出されたガス体Ｇ₁（前記前段階の加湿が行われた後のガス体）は、ガス体供給源２４から主流路４８へ送給されたガス体Ｇ₀（すなわち、加湿器１２を通過させない非加湿のガス体）に混合されてガス体Ｇ₃となる。

さらに、これと同様に、加湿器１４においてもガス体Ｇ₀が加湿され、前記加湿器１２から供出されたガス体Ｇ₁が混合された後のガス体Ｇ₃に、加湿器１４から供出路５４を介して供出されるガス体Ｇ₂が更に加えて混合され、これにより、所定に加湿されたガス体Ｇ₄が生成されて排出（提供）される。

ここで、この加湿装置１０では、ガス体供給源２４から主流路４８へ送給されるガス体Ｇ₀（すなわち、加湿器１２を通過させない非加湿のガス体）と、加湿器１２から供出されるガス体Ｇ₁（前記前段階の加湿が行われた後のガス体）とを混合することで所定に加湿されたガス体Ｇ₃を生成し、しかも、加湿器１２から供出されたガス体Ｇ₁が混合された後のガス体Ｇ₃に、加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₂を更に加えて混合して、所定に加湿されたガス体Ｇ₄を生成する構成であり、さらに、ガス体供給源２４から主流路４８へ送給されるガス体Ｇ₀の送給量と、ガス体供給源２４からの加湿器１２、加湿器１４へ供給されるガス体Ｇ₀の供給量とをそれぞれ独立して制御可能であるため、前記主流路４８へ送給されるガス体Ｇ₀（非加湿のガス体）と、加湿器１２から供出されるガス体Ｇ₁（前段階の加湿後のガス体）の混合割合、あるいは、加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₂の更なる混合割合を任意に変更（制御）することで、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体Ｇ₄を得ることができる。

すなわち、本加湿装置１０の加湿器１２及び加湿器１４は、保液部１８、３４（保液材１８Ａ、３４Ａ）、空間層２２、３８、止液部２０、３６（止液材２０Ａ、３６Ａ）を組み合わせた構成により連続的に加湿できる特徴に基づく加湿であり、当該加湿器１２及び加湿器１４へのガス体Ｇ₀の供給量、温度等を制御することにより、加湿量を簡便かつ安定に制御することができる。

またしかも、この加湿装置１０では、加湿器１２及び加湿器１４を備えておりしかも各加湿器１２と加湿器１４は並列的に接続されているため、生成するガス体Ｇ₄の加湿状態を任意の時間で任意の割合で変化（グラジェント）させることが可能になる。また、各加湿器１２と加湿器１４とはそれぞれが独立した構成であるため設置が容易であり、しかも、それぞれが単独で動作可能なため生成する前記複数の加湿ガス体を時間、流量などの条件に基づいて混合することが容易となる。例えば、乾燥状態から５分後に湿度５０％とし、１０分後に香り成分を追加するなどのガス体生成が可能となる。さらに、前述の如き混合・切り替え等は、瞬時に行うことが可能であるばかりか、グラジェントと呼ばれるように徐々に変化させ所定時間にその目的濃度に達するように生成することも可能になる。

また、例えば加湿器１２や加湿器１４の供出側流路（供出路５２、供出路５４）に抵抗を付加した構造とすれば、本来の圧力（ガス体供給源２４から供給されるガス体圧）以上での加湿が可能となり、これにより、前述の加湿量制御因子に加え圧力での加湿量制御が可能となる。

また同様に、加湿器１２や加湿器１４の温度を制御可能であるため、加湿器１２あるいは加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₁、Ｇ₂の供出量を制御することができ、結果的に、主流路４８へ送給されたガス体Ｇ₀（非加湿のガス体）との混合割合を任意に変更することができ、所望のタイミングで所望に加湿されたガス体Ｇ₄を得ることができる。

さらに、加湿器１２や加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₁、Ｇ₂（前段階の加湿後のガス体）の加湿の度合いは、加湿器１２や加湿器１４内部の保液材１８Ａ量、器機の形状や内径・長さ（流通するガス体Ｇ₀に対する接触面積・距離）等によって適宜に設定・変更することもできる。

また、ガス体Ｇ₀の加湿の度合い（加湿されたガス体Ｇ₄の生成）はほぼ一定に推移するため、加湿割合の推定が可能であり、例えば予め解析した加湿挙動及び粘性、沸点などの物性値をデータベース化し、当該データを参照して加湿制御すれば、加湿ガス体Ｇ₄の生成をより安定かつ精細に制御できる。

またさらに、この加湿装置１０では、加湿器１２や加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₁、Ｇ₂の物性を検出するセンサ５６及びセンサ６０を設けているため、前述の如き加湿ガス体Ｇ₄の精細な生成制御を行うことが容易になる。例えば、各センサからの検出信号に基づいてＣＰＵ７６が情報収集及び解析を行い、各バルブ及び各マスフローコントローラなどを適切に処理することで、加湿ガス体Ｇ₄の精細な生成制御を行うことができる。

センサ５６及びセンサ６０としては、湿度、温度を始めとする各種センサ、あるいはガスクロマトグラフ装置などに使用される水素炎型検出器などの検出器を使用することができる。また、予めガス体Ｇ₁乃至Ｇ₄や液体Ｅの物性情報をデータベース化することにより、加湿割合などがより制御し易くなる。

各センサの検出範囲に外れる場合、流路またはセンサが汚染される場合、ガスクロマトグラフ用検出器のようにガス体Ｇ₁乃至Ｇ₄、または液体Ｅの物性が変化する可能性がある場合等では、三方バルブ５８または三方バルブ６２に分取、希釈回路を設けセンサ応答範囲内に希釈したガス体、分取したガス体をセンサで検出することも可能である。または、本加湿装置１０の特徴である、一定量で加湿される特徴を活用し推定で制御することも可能である。この場合、低値、高値両方に適用できる。

またさらに、この加湿装置１０では、加湿器１２及び加湿器１４は、その止液部２０、３６（ガス体Ｇ₁、Ｇ₂の供出側）が上方に位置するように傾斜して設けられるため、止液部２０、３６（止液材２０Ａ、３６Ａ）で保持された液体Ｅが重力によって器機底面側に移動する。移動後には、保液部１８、３４（保液材１８Ａ、３４Ａ）に毛細管現象などによって吸い上げられて再び利用されることになる。したがって、液体Ｅを不要に消費することがなく、無駄がなくなる。また、従来器機において筒内面に設けられていた液体回収用の保液材層が不要となる。また、液体の不足が生じた場合であっても、必要量のみ添加するだけでよい。

また、加湿器１２及び加湿器１４への液体Ｅ（加湿物質）の供給は、本発明の特徴である一定量加湿を活用すれば、間欠的に補充するだけで可能となる。このため、減少分を圧入などの手段で加湿器１２、加湿器１４内へ注入するのみである。

またここで、本実施の形態に係る加湿装置１０では、前述の如く加湿されたガス体Ｇ₄を、例えば組成の変化を検出する水素炎型検出器などに適用する場合には、所定の微少量だけ分取することができる。

すなわち、加湿器１４の供出路５４の下流側の主流路４８には、三方バルブ７０を介して分岐路７２が接続されており、さらにこの分岐路７２は副流路６４（マスフローコントローラ６６とセンサ６８との間）に接続されている。これにより、三方バルブ７０、マスフローコントローラ７４及びマスフローコントローラ６６を制御することで、加湿器１４から供出されるガス体Ｇ₂が混合された後の主流路４８を流れるガス体Ｇ₄を分取し、当該分取したガス体Ｇ₄を、副流路６４へ送給されるガス体Ｇ₀に混合して新たに加湿された微少量のガス体Ｇ₅を生成することができる。

この分岐路７２及び副流路６４による分取は、例えば、理化学用途のように、必要量が少ない場合、短時間に安定して供給したい場合、常時検出したい場合、などに用いられる。

すなわち、三方バルブ７０から分取する前記分取管理部分は、出口ガスの流量監視、安全弁、濃度のモニタリングなど多くの役割がある。例えば、マスフローコントローラ６６やマスフローコントローラ７４の流路制御範囲以下の出口流量が必要な場合、設定範囲内で加湿制御したガス体Ｇ₅を分取し、適切量のみ供給することも可能となる。さらに、ガス体Ｇ₄の加湿濃度の常時モニタリングや、２方向への分離供給などである。

以上説明した如く、本実施の形態に係る加湿装置１０では、ガス体Ｇ₀に微粒子状態の液体Ｅを含有させて所望に加湿されたガス体Ｇ₄あるいはガス体Ｇ₅を得るにあたり、前記液体Ｅの加湿量や加湿割合を任意かつ安定に制御することができ、かつこれを簡便な構成により実現することができる。

本発明の実施の形態に係る加湿装置の全体構成図である。本発明の実施の形態に係る加湿装置の加湿器の構成を示す概略的な断面図である。本発明の実施の形態に係る加湿装置の加湿器の原理を説明するための概略的な断面図である。

符号の説明

１０加湿装置
１２加湿器
１４加湿器
１６供給部
１８保液部
２０止液部
２２空間層
２４ガス体供給源
２８液体供給源
３２供給部
３４保液部
３６止液部
３８空間層
４８主流路
６４副流路
Ｅ液体
Ｇ₁〜Ｇ₅ガス体

Claims

ガス体供給源から所定のガス体が供給される供給部と、
前記供給部の上方に連通して設けられ、親液性または保水性と透過性を有する材料で構成され液体供給源から供給される所定の液体を内部に保液すると共に前記保液した液体を前記供給部から流通された前記ガス体により微粒子状態で放出可能な保液材を有する保液部と、
前記保液部の上方に連通して設けられ、疎液性の材料で構成され前記保液部から流通された前記ガス体により前記保液部から放出された前記液体を所定の微粒子状態で放出する止液材を有する止液部と、
前記保液部と前記止液部の間に設けられ、前記保液部から放出された前記液体の粒子膜の生成を抑制する空間層と、
から成り、流通する前記ガス体に前記止液部から放出される前記微粒子状態の液体を含有させて加湿すると共に、前記保液部が下方に位置し、前記止液部が上方に位置するように傾斜して設けられた加湿器を備え、
前記ガス体供給源からの前記ガス体が前記加湿器とは独立して送給される主流路を設けると共に、前記加湿器の止液部を前記主流路に接続して構成し、
前記ガス体供給源から前記主流路へ送給された前記ガス体に、前記加湿器から供出されるガス体を混合することで加湿されたガス体を生成する、ことを特徴とする加湿装置。
前記ガス体供給源からの前記主流路への前記ガス体の送給量、及び前記ガス体供給源からの前記加湿器への前記ガス体の供給量をそれぞれ独立して制御可能とした、ことを特徴とする請求項１に記載の加湿装置。
前記ガス体供給源から前記加湿器へ供給される前記ガス体の圧力を制御可能とした、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の加湿装置。
前記加湿器の温度を制御可能とした、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の加湿装置。
前記加湿器を複数備え、かつ、前記各加湿器は並列的に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の加湿装置。
前記加湿器の前記主流路への接続流路に、当該加湿器から供出されるガス体の物性を検出するセンサを設けた、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の加湿装置。
前記ガス体供給源から供給される前記ガス体は、空気、炭酸ガス、窒素、水素、ヘリウム、及びアルゴンのうちの一つまたは複数を含み、前記液体供給源から供給される前記液体は、水、アルコール、及びその他有機化合物のうちの一つまたは複数を含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の加湿装置。
前記ガス体供給源からの前記ガス体が前記主流路とは独立して送給される副流路を設けると共に、前記加湿器の前記主流路への接続箇所よりも下流側の当該主流路を、前記副流路に接続して構成し、
前記主流路へ送給されかつ前記加湿器から供出された前記ガス体が混合されて加湿された後のガス体を分取し、当該分取したガス体を、前記副流路へ送給される前記ガス体に混合することで加湿されたガス体を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の加湿装置。