JPH0261445A - 加湿器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は室内等の乾燥した空気に水分を供給して湿度を
上界させる加湿器に関するものである。

〔従来の技術〕

省エネルギーの観点から最近の居住空間は断熱化と気密
化とが進んでおり、より高度の空気調和が要求されてい
る。空気調和の要素としては、温度コントロールと、湿
度コントロールと、有害空気成分のコントロールとが挙
げられ、このうちの温度コントロールに関しては、満足
できる種々の加熱方式および冷却方式が実用化されてい
る。しかしながら、湿度コントロールおよび有害成分の
コントロールに関しては未だ充分に満足できる装置が提
案されていない。

特に湿度のコントロールを行う加湿器は、自然薄発式、
電熱式、水スプレー式、および超音波式等があるが、自
然蒸発式は加湿能力が小さく、電熱式はランニングコス
トが嵩むという短所があるし、また水スプレー式では加
湿効率が低く大型化するという問題がある。さらに超音
波式はイニシャルコストが嵩み寿命が短いばかりでなく
、炭酸カルシウムの微粉末が飛敗しやすい等の欠点があ
る。

そこで、本出願人はイニシャルコストおよびランニング
コストが上記３種の装置のうちで最も低く、炭酸カルシ
ウム微粉末の飛散がないなど最も実用性が高い自然蒸発
式加湿器で、その短所である低加湿能力を改良してこれ
を大幅に向上させることについて検討を重ねてきた。

自然蒸発式加湿器では、水の蒸発面積を極力広くとるた
めに、開口部の大きいバット状の容器を用いたり、ある
いは親水性繊維で形成された織布の下端を水中に浸して
毛細管現象により水の表面積を増やす努力をしている。

ここで仮に水を厚さ数ミリメートル程度にスライスして
これを縦などに多層並べることができれば、水の蒸発面
積を大幅に増加させることができる。そこで本出願人は
スライスされた厚さ散開の水を縦に保持する方法につい
て研究を重ねた結果、親水性高分子を素材とする多孔質
シートを用いて内部の厚さが数■の中空多孔性部材を形
成し、その中空部に上記スライスされた水を収納するこ
とにより任意の空間に水を保持することができ、しかも
水を自由に蒸発させることができることを見出してこれ
を提案し、特開昭６０−１７１３３７号公報に開示され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、装置を小型化したりするためにはさらに
加湿能力を大幅に向上することのできる高性能なものが
要求されており、上記従来の加湿器では、必ずしも満足
した加湿能力を期待することができない。また、本出願
人は水蒸気を通過させ得る疏水性高分子の多孔質シート
（以下透湿膜と称する）を用いた自然蒸発式加湿器（以
下透湿膜式加湿器と称する）を高性能化するために上記
透湿膜が水蒸気の透過に対して示す物質抵抗（以下透湿
抵抗と称する）を測定するとともに、透湿膜の複雑な形
状をした空孔構造を、屈曲した毛細管の集合でモデル化
して透湿膜式加湿器の加湿能力と透湿膜の透湿抵抗およ
び空孔構造との関係を明らかにした最適な透湿抵抗と空
孔構造を有する透湿膜を見出して特願昭６０−０２６８
２４号明細書で提案したし、また上記性質を保持すると
ともに機械的強度にも優れた透湿膜を提案して特開昭６
１−２５０４２９号公報に開示されているが、これらは
いずれも前記特開昭６０−１７１３３７号公報に開示さ
れているものと同様に、多孔性部材を用いる場合、加湿
用熱源を設ける必要があるので、経費が嵩むという問題
がある。

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
のであって、多孔質シートに自己発熱性を保有させこれ
に接触している水を直接加熱することを可能にして加湿
用熱源を不要にした高性能の加湿器を提供することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

このような課題を解決するために本発明では、水蒸気を
通過させ得る中空多孔性部材の中空部に水を供給し、前
記中空多孔性部材の外表面に送給した空気に前記中空多
孔性部材を通過した水蒸気を含ませて加湿する加湿器に
おいて、前記中空多孔性部材を、疏水性高分子の多孔質
シートと、水と水蒸気とを通過させる自己発熱通気性布
とを重ね合わせた自己発熱性複合多孔質シートで形成し
た。

また別発明では、中空多孔性部材を、疏水性高分子の多
孔質シートと、水と水蒸気とを通過させる自己温度制御
特性を有する自己発熱通気性布と重ね合わせただ自己温
度制御型自己発熱性複合多孔質シートで形成した。

〔作　用〕

加湿運転時には、水の排出口が閉じらており、水タンク
から水の供給口を経て中空多孔性部材の中空部に水が供
給されて保持される。この状態で中空多孔性部材の空間
に乾燥空気を送給し、これが自己発熱性複合多孔質シー
トを通過すると、水蒸気が蒸発し、この水蒸気を含むこ
とにより加湿された空気が、室内等へ排出される。この
場合、水および水蒸気を通過させる中空多孔性部材が自
己発熱性複合多孔質シートであるから、これに接触して
いる水を直接加熱し、熱源を別途設ける必要がない。ま
た中空多孔性部材として自己温度制御型自己発熱性複合
多孔質シートを用いると、何らかの理由で給水が停止し
ても発熱体の自己温度制御機能が働いて発熱が停止する
。

〔実施例〕

第１図ないし第６図は本発明に係る加湿器の実施例を示
し、第１図は自己発熱性多孔質シートの一部破断斜視図
、第２図は同じ（空孔構造の斜視図、第３図は加湿量と
透湿抵抗との関係線図、第４図は自己温度制御型発熱体
の抵抗温度特性を示す特性図、第５図は加湿特性を示す
特性図、第６図は多孔性部材をプレート形に積層した加
湿器の斜視図である。第１図において、スペーサ２を介
して重ね合わされた中空多孔性部材としての上下一対の
各自己発熱性複合多孔質シート１は、互いに重ね合わさ
れた疏水性高分子の多孔質シートと自己発熱通気性布と
で形成されており、その両端部には、給水口３と排水口
４とが設けられている。

８は電極であり、また、４２口はそれぞれ給水方向と排
水方向とを示している。

疏水性高分子の多孔質シートの素材としては例えばポリ
エチレンやポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニール、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネートポリエ
ステル、弗素樹脂等の合成樹脂が用いられており、水の
通過を遮断し水蒸気の通過を許すように構成されている
。

また、自己発熱通気性布としては、植物繊維や化学繊維
の芯材に金属あるいは導電性ペイントを被覆したものや
、金属繊維、カーボン繊維等の織布が用いられており、
多孔質シートの補強的強度を担う面から、厚みが２００
μｍ以上が望ましく、実用的には５００μｍ以下が適当
である。また、加工性面からは、例えばポリエステル等
の化繊布が使用しやすい。さらに、自己発熱という面か
ら比抵抗値は０．１０１以上が望ましく、実用的には数
百Ω１以下であることが適当である。また自己温度制御
特性を持つためには、結晶性および非品性高分子をマト
リックとし、カーボンブラックやグラファイト等の導電
性フィラーを混練したコーテイング材で被覆したものが
望ましい。

自己発熱性複合多孔質シートｌを構成する多孔質シート
と自己発熱通気性布とは、これらを全面的に接合すると
孔が閉じてしまう・ので、透湿抵抗があまり減少しない
ように、例えば５〜１０ｍｍ間隔で部分的に点接合され
ている。また、前記スペーサ２としては厚さ数胴の目の
粗い織布または不繊布が用いられており、このスペーサ
２の両面に重ねられた自己発熱性複合多孔質シートｌと
スペーサ２とは、給水口３および排水口４を除いた端部
を接着または熱融着されている。なお、自己発熱性複合
多孔質シートｌの内側対向面が自己発熱通気性布の場合
は、この布がスペーサの機能を果たすので、水が供給さ
れやすくなり、スペーサ２を設けなくてもよい。

自己発熱性複合多孔質シートｌは、透湿抵抗が４ｈ−ｃ
＋ａＨｇ／ｋｇ以下のものが、後述するように加湿量が
大きく増大するので適当であり、２ｈ・ｃ＋ｎ　Ｈｇ　
／　ｋｇ以下のものがより望ましい。

孔のない高分子膜に対する水蒸気の透湿性を評価する方
法として、Ｊ　ｌ５−ＺＯ２０８で規定された透湿カッ
プ法があるが、透湿膜のように水蒸気の透過性の大きい
多孔質シートでは多孔質シートの持つ透湿抵抗よりも多
孔質シートの両面に接する空気層の透湿抵抗の方が大き
くなり、１気透湿カップ法では正確な透湿抵抗を測定す
ることができない。そこで本出願人は先に多孔質シート
の透湿抵抗を測定する方法を提案し、高橋他の著による
１９７７年発行化学工学論文集ｖｏ１．３に５の５１０
〜５１３頁に開示されている。また、多孔質シートの複
雑な形状をした空孔構造を第２図に符号９で示す屈曲し
た毛細管の集合でモデル化して空孔構造を定量化する方
法を提案し、高橋他の著による１９７９年発行化学工学
論文集ｖ。

ｊ！５Ｎａ４の３９１〜３９６真に開示されている。

上記方法により種々の透湿膜の透湿抵抗と空孔の平均孔
径ｒｃ、平均屈曲率’ｉ　＝　ｊ！　ｃ　／　ｌおよび
栄位面積あたりの孔数ｎｃを測定するとともに、これら
の透湿膜を用いて後述の膜面積カ月、０ボの加湿器を試
作してその加湿量を測定し、これらの相関性を詳細に検
討した。その結果、加湿量と透湿抵抗との間には第３図
の特性図に示すような明確な相関関係があることを明ら
かにした。ただし加湿器の加湿量は送給空気の風速、温
度および湿度に依存する。第３図において、測定値は風
速２ｍ／ｓｅｃ、温度約４０℃、相対湿度２０％のとき
の値であって、加湿器として使用する場合の、暖房時に
ヒータから出てくる温度を規定したものであり、縦軸に
加湿量（ｃｃ／ｈ）をとり、横軸に透湿抵抗（ｈ−ｃｍ
Ｈｇ／ｋｇ）をとって示している。

なお、この加湿量と透湿抵抗との関係を示す特性曲線は
、風速あるいは温度を上げると加湿量が増えるので上方
にシフトし、また相対湿度を上げると加湿量が減るので
、下方にシフトする。図から明らかなように、透湿抵抗
が４ｈ−ｃｍＨｇ／ｋｇ以下になると大幅に加湿量が増
大するので好ましい。

透湿膜方式加湿器の加湿量は膜面積に比例する。

したがって、この値は例えば加湿器を薄形コンパクト化
するために好ましい膜面積が１．　Ｏｒｒｒ程度のもの
に適し、６〜８畳の標準的な部屋の加湿量として好まし
い５００ｃｃ／ｈ以上を確保できる。

ここで、単位面積あたりの透湿抵抗（Ｒ１１２゜）は、
次式のように透湿膜の膜圧（２）を透湿係数（ＰＨｚｏ
）で割った値として定義される。

ＲＨｌ。＝ｆ／Ｐ□２゜・・・・・　（１）透湿係数（
ｐ、ｚ、）は多孔質膜の空孔構造により決まるため同一
空孔構造を有する多孔質膜では透湿抵抗（Ｒ，！。）は
膜厚に比例する。

例えば透湿膜式加湿器を商品化するためには透湿膜に対
する信頼性が重要であり、必要最小限の機械強度を得る
ためには、膜厚として２００μｍ以上が要求される。膜
厚２００ＩＩｍ以上で透湿抵抗を４　ｈ　−ｃｍＨｇ　
／ｋｇ以下にするためには透湿係数を５　Ｘ　１０−’
ｋｇ／ｍ、　　ｈ、　ｃｍＨｇ以上にする必要がある。

疏水性高分子の多孔質シートの透湿係数は一般に１０−
”〜１０−’ｋｇ／ｍ、　　ｈ、ｃｔａＨｇの範囲にあ
り、上記の値を満足するものも存在するが、そのような
多孔質シートは空孔室が高く、空孔が膜全体に高密度に
分布するために機械強度が劣る。

−・方、膜厚ｆｆｉ、、透湿抵抗Ｐ　ｎｉｏ　（１）の
自己発熱性多孔質シートと透湿係数Ｐ。。（２）の自己
発熱性多孔質シートとを重ね合わせた自己発熱性複合多
孔質シートの単位面積当りの透湿係数ＲＨ２゜は次式で
与えられる。

−ｆｆｉ　　　　　　　　ｆ ＲＨ２゜　］へ七１Ｙ＋］ワＪ１−・・・（２）例えば
前者を水の通過を防止し、水蒸気を通過させ得る撥水性
と透湿性とを兼ね備えた多孔質シートと考え、後者を水
と水蒸気とを通過させ自己発熱する通気性の布と考える
と、ＰＨ２゜（１）は１０−’　〜１０−’ｋｇ／ｍ、
ｈ、ｃ＋ａＨｇの範囲にあり、囲にある。したがってＰ
Ｈ２゜の大きい布に機械強度を持たせ、Ｐｗ□。の小さ
い多孔質シートの１！、１を小さくすることにより全体
の透湿抵抗ＲＨ１゜を小さくすることが可能である。そ
の結果、第３図に示すように加湿器の加湿量を大幅に増
大させなから透湿膜の信頼性を向上させることができる
。

多孔質シートの２．としては薄い程好ましく、その効果
を発揮するためには１００μｍ以下にすることが好まし
い。したがって、多孔質シートの厚みは実用上１０１１
ｍ以上で加湿抵抗を向上させ透過効率を小さくするため
に１００μｍ以下が望ましい。

自己発熱通気性布は、繊維を芯材にして高分子をマトリ
ックスとし、カーボンブラックやグラファイト等の導電
性フィラーを混練した樹脂をコーティングして得た糸状
体である。

また、マトリックスとして結晶性高分子を用いると、そ
の融点付近の温度で自己温度制御特性を有することはよ
く知られている。典型的な自己温度制御特性の曲線を第
４図に示しその縦軸には抵抗値（ＫΩ）をとり、横軸に
は温度（°Ｃ）をとって示している。発熱体の抵抗値は
マトリックスの融点以下では徐々に増加する程度である
が、マトリックスの融点に近付くと急激に増大する。し
たがって、この性質を利用すると、マトリックスの融点
を越えない温度範囲で発熱する自己温度制御型発熱体を
形成することができる。

マトリックス材料としては、軟化温度が１００〜１６０
°Ｃの熱可塑性高分子が好適に用いられ、例えばポリエ
チレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂が好適
である。また、自己温度制御機能をコントロールするた
めに低融点の有機化合物が第３成分として添加されるが
、これに低分子量のポリエチレンワックスが好適に用い
られる。

ポリオレフィンに２０〜３０重四％のカーボンブラック
と、必要に応じて低分子量ポリオレフィンワックスをｌ
Ｏ〜３０重量パーセント添加した組成物をバンバリーミ
キサ−等で均一に混練する。

自己温度制御型発熱体の抵抗温度特性を評価するために
発熱体を電気オープンに入れて昇温しながらその比電気
抵抗を測定した結果の一例を第３図に示す。約５０℃を
転移温度として比電気抵抗が急速に増加し、高い正の抵
抗温度特性を示した。

したがって上記自己温度制御型発熱体を用いて第１図（
ａ）あるいは（ｂ）のような中空多孔性部材を構成し、
所定の電圧を印加した場合、水温は入力電力に応じて室
温から約５０°Ｃの範囲で低温度にコントロールされ、
水の蒸発潜熱を供給するため、加ｔＷＮが大幅に増大す
るとともに、安定した加湿性能を示す。また、水温が５
０°Ｃを越えると、発熱体の比電気抵抗が急速に増大し
て実質的に通電を停市するため、安全性と信頼性に優れ
た加湿器が得られる。

第６図は本発明の一実施例であるプレート型加湿器の斜
視図であって、図において第１図に示した自己発熱性複
合多孔質シートｌからなる中空多孔性部材５は、蛇腹状
に折曲げられており、その上方には蒸発分の水を供給す
る水タンク６が設けられている。３は水タンク６と配管
で接続された給水口、４は排水口であり、また、矢印イ
は給水方向、矢印口は排水方向である。さらに、矢印ハ
は空気の導入方向であり、矢印二は空気の導出方向を示
している。この実施例においては透湿膜の透湿抵抗を４
ｈ−ｃｍＨｇ／ｋｇ以下にして加湿量を大幅に増加させ
ているうえに、中空多孔性部材５を、乾燥空気の通路と
なる空間をあけて折り畳み多層積層して直方体形状にし
、小さい容積でありながら水の１発面積を大幅に増大さ
せているので、加湿能力が飛躍的に向上した。なお図示
されていないが、中空多孔性部材５は、その形状を保つ
ために、積層された中空多孔性部材の空間には、波状の
間隔材、例えばプラスチックで形成されたものが挿入さ
れて補強されている。

なお、中空多孔性部材の外側が自己発熱性複合多孔質シ
ートｌの通気性布になるように構成した場合、この布が
中空多孔性部材５の表面の保護。

補強をするため、間隔材の代用となる。

このように構成されていることにより、加湿運転時には
、排水口４は閉じられており、水タンク６から給水口を
経て中空多孔性部材５の中空部に水が供給されて保持さ
れる。中空多孔性部材５の空間に乾燥空気を矢印へ方向
から送給することにより自己発熱性複合多孔質シート（
透湿膜）を通過して水蒸気が蒸発して空気に含まれ、加
湿された空気が矢印二方向に出て行く。蒸発分の水はタ
ンク６から随時補給される。なお、排水口４は長期間使
用しないときに開いて水抜きをしたり、水を流通させて
水垢を除去したりするのに用いる。

第７図は本発明の他の実施例としてのスパイラル型加湿
器を示す斜視図であって、図において中空多孔性部材５
は、例えばプラスチックで波状に形成された間隔材７を
介してハニカム状円柱形に巻き込まれており、水、タン
ク６から水を供給しながら乾燥空気を送給することによ
り加湿された空気が得られる。このように構成されてい
ることにより自己発熱性複合多孔質シートの加湿能力が
増加し、小さい容積でありながら水の蒸発面積が大幅に
増大して加湿能力が飛躍的に増大することは前記実施例
と同じである。なお、中空多孔性部材５と間隔材７とは
接着してもしなくてもどちらでもよい。また、図示しな
いパイプを中心部に通すことにより排水口を設けること
もできる。

さらに実施例の構成について詳しく説明する。

膜厚が１００μｍで透湿係数が５Ｘ１０−’Ｋｇ／ｍ−
ｈ−ａｍＨｇのテフロン性多孔質シートと、膜厚が５０
０μｍで透湿係数が４　Ｘ　１０−’ｋｇ／ｍ　−ｈｃ
ｍＨｇのナイロン繊維を芯材にポリエチレンをマトリッ
クスとし、カーボンブラックを混練した樹脂をコーティ
ングして得た自己発熱性通気性布を重ね合わせ、ＩＣ１
１間隔で点接着を行った。

こうしてできた自己発熱性複合多孔質シート１の透湿抵
抗を測定したところ、２．８ｈ−ｃｔａＨｇ／喀であっ
た。この複合多孔質シートを透過膜として用い、幅２２
ｃ■、長さ５．１　ｍの帯状に裁断した。

次いで厚さ４■２幅１０ｃｍ、長さ５．９ｍの不織布を
裁断してこれをスペーサ２として上記多孔質シートで覆
い、２枚の多孔質シートが対向した側をヒートシーラー
を用いて熱融着した０次に両端に直径６園、長さ５Ｃ１
ｍのポリエチレンチューブを挿入しながら多孔質シート
を熱融着して第１図に示すような中空多孔性部材５を作
成した。なお、ポリエチレンチューブと多孔質シートと
の界面よりの水洩れを防ぐため必要に応じて接着剤を用
い封止した。

このようにして製作された中空多孔性部材とポリエチレ
ン製の波状間隔材とを用いて第６図に示すようなプレー
ト型加湿器を作製した。加湿器の膜面積は約１．０　ｒ
ｒｌとなった。

自己温度制御型の自己発熱性複合多孔質シートを組込ん
だ別発明の加湿器の加湿特性を評価するために第７図に
示したスパイル型加湿器を送風機に接続し、温度２１℃
、相対湿度５２％の室内空気を風速１ｍ／ｓｅｃで通し
ながら水タンク６内の水の減少量を測定した。またこの
多孔質シートには、トランスを介して１００Ｖ交流を印
加し、入電電力を４５Ｗ、９０Ｗ、１８０Ｗにそれぞれ
設定したときの加湿量を測定した。第５図はその加湿特
性図であって、縦軸に加湿量（ｃｃ／ｈ）をとり、横軸
にヒータ容量（Ｗ）をとって示した。

図において多孔質シートに通電せずに送風機の風路に電
気ヒータを設けて１８０Ｗの電力を供給しながら加湿量
を測定した結果を、参考のために破線で示した。この自
己温度制御型の多孔質シートに電力を供給しないときに
は加湿量が１０５　ｃｃ／　ｈであるのに対し、４５Ｗ
、９０Ｗ、１８０Ｗを供給したときにはそれぞれ１２０
，１８０，３３０ｃｃ／ｈと大幅に増加した。一方、送
風機の風路に設置した電気ヒータに１８０Ｗの電力を供
給した場合には１２８ｃｃ／ｈの加湿量しか得られなか
った。したがって加湿器内の水を加熱して水の蒸発潜熱
を供給することにより加湿量が大幅に増大することが確
認できた。

また、異常事態を想定して給水を停止した場合、水温が
上昇するが、５０℃を越えると、電流が減少し、約８０
°Ｃで実質的に発熱が停止した。したがって温度ヒユー
ズ、安全回路等の安全装置が万一作動しない場合にも、
自己温度制御型の自己発熱性複合多孔質シートが実質的
に発熱を停止するため、安全性と信頼性に優れた加湿器
が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明により明らかなように本発明によれば加湿器
において、中空多孔性部材の素材として水の通過を規制
し水蒸気の通過を許す疏水性高分子の多孔質シートと、
水と水蒸気との通過を許す自己発熱通気性布とを重ね合
わせた自己発熱性複合多孔質シートを用いたことにより
、加湿能力が大幅に向上するとともに、加湿用熱源を別
に設ける必要がないので、設備費が節減できる。また、
別の発明では中空多孔性部材としての自己発熱性複合多
孔質シートを構成する自己発熱通気性布に自己温度制御
型を用いたことにより、異常事態の発生時にもこの自己
発熱通気性布が実質的に発熱を停止させるので、安全性
七信顛性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明に係る加湿器の実施例を示
し、第１図は自己発熱性多孔質シートの一部破断斜視図
、第２図は同じく空孔構造の斜視図、第３図は加湿量と
透湿抵抗との関係線図、第４図は自己発熱性温度制御型
発熱体の抵抗温度特性を示す特性図、第５図は加湿特性
を示す特性図、第６図は多孔性部材をプレート形に積層
した加湿器の斜視図、第７図は多孔性部材をスパイラル
形ｒ：積層した加湿器の斜視図である。 ■・・−・自己発熱性複合多孔質シート、５・・・・中
空多孔性部材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水蒸気を通過させ得る中空多孔性部材の中空部に
   水を供給し、この中空多孔性部材の外表面に送給した空
   気にこの中空多孔性部材を通過した水蒸気を含ませて加
   湿する加湿器において、前記中空多孔性部材を、疏水性
   高分子の多孔質シートと、水と水蒸気とを通過させる自
   己発熱通気性布とを重ね合わせた自己発熱性複合多孔質
   シートで形成したことを特徴とする加湿器。
2. （２）水蒸気を通過させ得る中空多孔性部材の中空部に
   水を供給し、この中空多孔性部材の外表面に送給した空
   気にこの中空多孔性部材を通過した水蒸気を含ませて加
   湿する加湿器において、前記中空多孔性部材を、疏水性
   高分子の多孔質シートと、水と水蒸気とを通過させる自
   己温度制御特性を有する自己発熱通気性布とを重ね合わ
   せた自己温度制御型自己発熱性複合多孔質シートで形成
   したことを特徴とする加湿器。