JP6885265B2

JP6885265B2 - 加湿方法

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Publication number: JP6885265B2
Application number: JP2017164444A
Authority: JP
Inventors: 寧森園
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2037-08-29
Also published as: JP2019044979A

Description

本発明は、加湿すべき空気の流路に複数の噴霧ノズルを配置し、噴霧ノズルからの水の噴霧によって空気を加湿する加湿方法に関する。

空調機やそのダクトのような空気の流路内に複数の噴霧ノズルを配置し、噴霧ノズルからの水の噴霧によって空気を加湿する加湿方法に関し、かねてより様々な方法が提案されてきた。例えば、下記の特許文献１又は２に開示されているように、噴霧ノズルを流路の断面に均等に配置する方法や、特許文献１に開示されているように、均等に配置した噴霧ノズルの上流側に遮蔽板等を設置し、乱気流を発生させて霧を拡散する方法等が知られている。

なお、流路を流れる空気の加湿に関する文献としては、上述の特許文献１，２の他にも下記の特許文献３や特許文献４が知られている。

特開２０１２―２２９８５５号公報特開２０１０―０１９４５３号公報特開２００３―０５００２７号公報特開２０１２―０５７８９１号公報

しかしながら、上述の従来の加湿方法にはいくつかの問題があった。その問題とは、噴霧ノズルをどこにどのように設置すべきかが明確になっていないことに起因する。具体的には、案件毎に一貫性の無い取付け方で噴霧ノズルが設置されているがために、噴霧ノズルの霧が当たらずに空気が素通りする個所ができてしまう問題や、空気が流れない所で霧が出ているために、その周囲に湿度が飽和して気化できない部分ができてしまう問題があった。

特に高い飽和効率の加湿性能を狙う場合、全体の空気の湿度が８５％以上になる必要がある。このため、空気が素通りする個所があることは、高い飽和効率を実現する上では致命的である。なぜならば、空気に気化する水分量には空気条件に応じた限度があり、いくら噴霧量を増やしてもその限度以上は飽和状態で気化しないからである。ゆえに、流路を流れる空気を一様に加湿できるようにすることは、高い加湿性能を実現する上で要求される必須の事項である。

本発明は、上述のような問題に鑑みなされたものであり、加湿すべき空気の流路に配置された複数の噴霧ノズルからの水の噴霧によって、流路を流れる空気を一様に加湿することができる加湿方法を提供することを目的とする。

本発明に係る加湿方法は、流路を流れる全ての空気が通過する限定された空間であって、相対的に高速の気流が生じる空間に或いはその空間の近傍に複数の噴霧ノズルを設置し、気流の中に複数の噴霧ノズルから水を噴霧し、複数の噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧を気流の中にほぼ一様に分散させる、という加湿方法である。

この加湿方法によれば、噴霧した霧が当たらずに素通りする空気を最低限にすることができる。そして、複数の噴霧ノズルから噴霧された霧が速い気流の中にほぼ一様に分散することにより、流路を流れる空気を一様に加湿することができる。

一つの好ましい形態として、流路の断面の一部を部分的に塞ぎ、流路の有効断面積を縮小させることによって前記空間、すなわち、「流路を流れる全ての空気が通過する限定された空間であって、相対的に高速の気流が生じる空間」を作ってもよい。この場合、部分的に塞がれた流路の開口部の近傍に複数の噴霧ノズルを設置し、開口部から流れ出る気流の中に複数の噴霧ノズルから水を噴霧してもよい。これによれば、流路を部分的に塞いで有効断面積を縮小することにより、流路の開口部から流れ出る気流の流速は増大する。この開口部から流れ出る気流の中に噴霧ノズルから水を噴霧することで、霧と空気の撹拌性を高めて短い距離で霧を気化させることができる。

また、開口部を通過する空気の流れ方向視において、噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧が開口部内に一様に拡がるように開口部の形状と開口部と噴霧ノズルとの位置関係とを調整してもよい。これによれば、空気の流れ方向視において、噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧を開口部内に一様に拡がらせることにより、開口部を通過した気流の中に噴霧ノズルから噴霧された霧を一様に分散させることができる。

さらに、流路の断面に隙間を開けて複数の板を並べて配置することによって開口部を形成してもよい。これによれば、板の位置の調整と板の幅の選択とによって、開口部の位置及び大きさを容易に調整することができる。

流路が空調機で処理される空気の流路である場合、空調機を構成する加熱コイル、冷却コイル、及びフィルタユニットのうちの何れか一つである空調部品の下流側に複数の噴霧ノズルを設置してもよい。この場合、空調部品と複数の噴霧ノズルとの間において、複数の噴霧ノズルの全ての霧が空調部品の出口から噴き出る空気に均等に触れるように、流路の断面の一部を部分的に塞いでもよい。これによれば、空調部品を通過した空気を、その背後で集中的且つ、一様に加湿することができる。

別の好ましい形態として、流路が空調機で処理される空気の流路である場合、複数の噴霧ノズルの全ての霧が空調部品（加熱コイル、冷却コイル、或いはフィルタユニット）の出口から噴き出る空気に均等に触れるように、空調部品の大きさに合わせて複数の噴霧ノズルを空調部品の下流側に配置してもよい。空調部品の下流側には、流路の大きさと空調部品の大きさとの関係により、空気の流れのない場所ができる場合がある。そのような場所を避けるように、空調部品の大きさに合わせて複数の噴霧ノズルを配置することで、複数の噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧を、空調部品から噴き出た相対的に高速の気流の中にほぼ一様に分散させることできる。これによれば、空調部品を通過した空気を、その背後で集中的且つ、一様に加湿することができる。

さらに別の好ましい形態として、流路が空調機で処理される空気の流路である場合、前記空間、すなわち、「流路を流れる全ての空気が通過する限定された空間であって、相対的に高速の気流が生じる空間」は、空調機と空気取込みダクトとの接続口の直後の空間、或いは、接続口に向かう空気取込みダクトの最終直線部を構成する空間であってもよい。空気取込みダクトにおいて空気の流速が相対的に高くなる部位は、空調機と空気取込みダクトとの接続口の直後である。また、空気取込みダクトが真っ直ぐに空調機に接続される場合には、その最終直線部においても空気の流速が相対的に高くなる。これらの空間に噴霧ノズルを設置して水を噴霧することで、霧と空気の撹拌性を高めて短い距離で霧を気化させることができ、一様に加湿した空気を空調機に供給することができる。

さらに別の好ましい形態として、複数の噴霧ノズルの上流に、上流側と下流側とを連通させる孔が多数開いた抵抗部材を設置してもよい。この場合、前記空間、すなわち、「流路を流れる全ての空気が通過する限定された空間であって、相対的に高速の気流が生じる空間」の断面において気流の流速が相対的に高い部位は孔の開口率を低くし、気流の流速が相対的に低い部位は孔の開口率を高くしてもよい。流路内では、場所によって大きな気流の偏りが生じることがある。しかし、噴霧ノズルの上流に抵抗部材を設置し、断面内での流速の高低に応じて抵抗部材の孔の開口率を変えることで、噴射ノズルへ向かう空気の流量のバランスを取り、気流の偏りによる加湿性能の低下を避けることができる。

以上述べたように、本発明に係る加湿方法によれば、噴霧した霧が当たらずに素通りする空気を最低限にすることができる。そして、複数の噴霧ノズルから噴霧された霧が速い気流の中にほぼ一様に分散することにより、流路を流れる空気を一様に加湿することができる。

実施の形態１の加湿方法を説明する図である。従来の加湿方法を説明する図である。実施の形態１の加湿方法の効果を説明する図である。従来の加湿方法の問題点を説明する図である。実施の形態２の加湿方法を説明する図である。従来の加湿方法を説明する図である。実施の形態２の加湿方法の効果を説明する図である。従来の加湿方法の問題点を説明する図である。実施の形態３の加湿方法を説明する図である。実施の形態３の加湿方法を説明する図である。実施の形態３の加湿方法の変形例を説明する図である。実施の形態４の加湿方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の加湿方法を説明する図である。実施の形態１では、加湿すべき空気の流路であるダクト２内に、複数の噴霧ノズル６が配置されている。噴霧ノズル６の下流には、空気の流れに随伴する水滴を除去するためのエリミネータ８が配置されている。

図１では、縦２段、横３列の計６個の噴霧ノズル６が、ダクト２の一つの断面内に配列されている。噴霧ノズル６は、空気と水の２流体を噴霧して霧化する２流体ノズルである。各噴霧ノズル６には、噴霧ノズル６の列ごとに設けられた流体供給管４から空気と水とが供給される。

噴霧ノズル６が配列されているダクト２の断面の直上流には、３枚の遮蔽板１０が、ダクト２の一つの断面内に隙間を開けて縦方向に並べて配置されている。上段の遮蔽板１０は、鉛直方向においてダクト２の天井から上段の噴霧ノズル６までを塞いでいる。中段の遮蔽板１０は、上段の噴霧ノズル６からの噴霧によって作られた霧が届く範囲の下端から下段の噴霧ノズル６までを塞いでいる。そして、下段の遮蔽板１０は、下段の噴霧ノズル６からの噴霧によって作られた霧が届く範囲の下端からダクト２の床面までを塞いでいる。

このように遮蔽板１０が配置されることで、噴霧ノズル６の直上流においてダクト２の有効断面積は縮小し、ダクト２を流れる全ての空気は、相対的に高速の気流となって遮蔽板１０と遮蔽板１０との隙間にあたる開口部１２から流れ出る。つまり、開口部１２の直下流に、ダクト２を流れる全ての空気が通過し、且つ、相対的に高速の気流が生じる限定された空間が作り出される。噴霧ノズル６から噴霧される水は、開口部１２から流れ出る気流の中に噴霧される。詳しくは、開口部１２を通過する空気の流れ方向視において、噴霧ノズル６からの噴霧によって作られた霧が開口部１２内に一様に拡がるように、開口部１２の大きさと、開口部１２と噴霧ノズル６との位置関係とが調整されている。遮蔽板１０の位置の調整と遮蔽板１０の幅の選択とによって、開口部１２の位置及び大きさは容易に調整することができる。

図２は、比較例としての従来の加湿方法を説明する図である。従来の加湿方法では、噴霧ノズル６をダクト２の断面に均等に配列することは行われていた。しかし、実施の形態１のようにダクト２の断面の一部を部分的に塞いで、ダクト２の有効断面積を縮小することは行われていなかった。

以下、実施の形態１の加湿方法の効果と従来の加湿方法の問題点とを、図３及び図４を用いて詳細に説明する。

まず、図４には、従来の加湿方法における、ダクト２の断面内の空気が流れる領域と、噴霧ノズル６による噴霧範囲との関係が模式的に描かれている。この図に示すように、従来の加湿方法では、空気が流れる領域が噴霧範囲に比べて広すぎるために、空気が霧に当たらずに素通りする領域ができてしまう。このため、従来の加湿方法では、ダクト２を流れる空気を一様に加湿することができず、高い加湿性能を実現することはできない。

一方、図３には、実施の形態１の加湿方法における、ダクト２の断面内の空気が流れる領域と、噴霧ノズル６による噴霧範囲との関係が模式的に描かれている。この図に示すように、実施の形態１の加湿方法では、遮蔽板１０によってダクト２の断面の一部を部分的に塞ぎ、ダクト２の有効断面積を縮小することによって、空気の流れ方向視において、噴霧ノズル６からの噴霧によって作られた霧をダクト２の開口部１２内に一様に拡がらせることができる。そして、開口部１２から流れ出る速い気流の中に、噴霧ノズル６から水が噴霧されることにより、霧と空気との撹拌性は高められ、短い距離で霧が気化するようになる。

つまり、実施の形態１の加湿方法によれば、噴霧した霧が当たらずに素通りする空気を最低限にすることができる。同時に、複数の噴霧ノズル６から噴霧された霧を速い気流の中にほぼ一様に分散させることができる。これにより、実施の形態１の加湿方法によれば、従来の加湿方法では実現することが難しい、ダクト２を流れる空気の一様な加湿を実現することができる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２の加湿方法を説明する図である。実施の形態２では、空調機で処理される空気のダクト２２において、空調機を構成する空調部品２６の下流側に、複数の噴霧ノズル２８が配置されている。空調部品２６には、加熱コイル、冷却コイル、及びフィルタユニットが含まれる。実施の形態２では、空調部品２６はフィルタユニットであるとして説明を行う。勿論、空調部品２６は加熱コイルであってもよいし、冷却コイルであってもよい。ダクト２２の途中には仕切壁２４が設けられている。フィルタユニット２６は、その仕切壁２４に取り付けられている。仕切壁２４の大きさとフィルタユニット２６の大きさとの関係から分かるように、フィルタユニット２６の面積はダクト２２の断面積よりも小さい。

ダクト２２の断面積はフィルタユニット２６の出口において拡大するが、フィルタユニット２６を通過した空気の流れは直ぐには拡がらない。フィルタユニット２６の出口において、空気はフィルタユニット２６からほぼ真っ直ぐに流れ出す。つまり、フィルタユニット２６の直下流に、ダクト２を流れる全ての空気が通過し、且つ、相対的に高速の気流が生じる限定された空間が作り出される。実施の形態２では、この空間内に水が噴霧されるように、噴霧ノズル２８が配列されている。詳しくは、空気の流れ方向視において、全ての噴霧ノズル２８による噴霧範囲が、フィルタユニット２６の枠内に入るように、フィルタユニット２６の大きさに合わせて噴霧ノズル２８が配列されている。図５では、縦３段、横４列の計１２個の噴霧ノズル２８が、フィルタユニット２６の直下流に配列されている。なお、噴霧ノズル２８は、空気と水の２流体を噴霧して霧化する２流体ノズルである。各噴霧ノズル２８には、図示しない流体供給管から空気と水とが供給される。

噴霧ノズル２８が配列されているダクト２の断面とフィルタユニット２６との間には、２枚の遮蔽板３０が、ダクト２２の一つの断面内に隙間を開けて縦方向に並べて配置されている。上段の遮蔽板３０は、鉛直方向において上段の噴霧ノズル２８からの噴霧によって作られた霧が届く範囲の下端から中段の噴霧ノズル２８までを塞いでいる。下段の遮蔽板１０は、中段の噴霧ノズル２８からの噴霧によって作られた霧が届く範囲の下端から下段の噴霧ノズル２８までを塞いでいる。

このように遮蔽板３０が配置されることで、噴霧ノズル２８の直上流においてダクト２２の有効開口面積は縮小する。噴霧ノズル２８から噴霧される水は、遮蔽板３０によって遮られていない開口部３２から流れ出る気流の中に噴霧される。詳しくは、開口部３２を通過する空気の流れ方向視において、噴霧ノズル２８からの噴霧によって作られた霧が開口部３２内に一様に拡がるように、開口部３２の大きさと、開口部３２と噴霧ノズル２８との位置関係とが調整されている。遮蔽板３０の位置の調整と遮蔽板３０の幅の選択とによって、開口部３２の位置及び大きさは容易に調整することができる。

図６は、比較例としての従来の加湿方法を説明する図である。従来の加湿方法では、フィルタユニット２６の大きさに関係なく、噴霧ノズル２８をダクト２２の断面に均等に配列することが行われていた。また、実施の形態２のようにダクト２２の断面の一部を部分的に塞いで、ダクト２２の有効断面積を縮小することは行われていなかった。

以下、実施の形態２の加湿方法の効果と従来の加湿方法の問題点とを、図７及び図８を用いて詳細に説明する。

まず、図８には、従来の加湿方法における、空気の流れ方向視におけるダクト２２の大きさと、フィルタユニット２６の大きさと、噴霧ノズル２８による噴霧範囲との関係が模式的に描かれている。フィルタユニット２６を通過した空気の流れは直ぐには径方向には広がらない、ゆえに、フィルタユニット２６の直下流においては、空気の流れ方向視において、フィルタユニット２６の前面に当たる領域が空気の流れがある領域と考えてよい。ところが、従来の加湿方法では、空気の流れ方向視においてフィルタユニット２６の枠外、つまり、空気の流れが無い場所にまで噴霧ノズル２８が配置されている。空気の流れの無い所での噴霧は、その周囲に湿度が飽和して気化できない部分を生じさせてしまう。さらに、フィルタユニット２６の大きさに比較して、フィルタユニット２６の前面に配置されている噴霧ノズル２８の個数が少ないため、噴霧ノズルの霧が当たらずに空気が素通りする領域ができてしまう。このため、従来の加湿方法では、フィルタユニット２６を通過した空気を一様に加湿することができず、高い加湿性能を実現することはできない。

一方、図７には、実施の形態２の加湿方法における、空気の流れ方向視におけるダクト２２の大きさと、フィルタユニット２６の大きさと、噴霧ノズル２８による噴霧範囲との関係が模式的に描かれている。この図に示すように、実施の形態２の加湿方法では、空気の流れ方向視において、全ての噴霧ノズル２８がフィルタユニット２６の前面、すなわち、空気の流れがある領域に配置されている。さらに、フィルタユニット２６を通過したほぼ全ての空気が噴霧ノズル２８による噴霧範囲を通るように、遮蔽板３０によってフィルタユニット２６の前面の一部は部分的に塞がれている。これによれば、噴霧した霧が当たらずに素通りする空気を最低限にすることができるので、フィルタユニット２６を通過した空気を一様に加湿することができる。

実施の形態３．
図９及び図１０は、実施の形態３の加湿方法を説明する図である。図９には、空調機４２の全体が描かれ、図１０には、噴霧ノズル４６が配置されている部位を中心とする要部が描かれている。実施の形態３では、空調機４２内であって、空調機４２と空気取り込みダクト（詳しくは、還気ダクト）４４との接続口の直後の空間に、複数の噴霧ノズル４６が配置されている。詳しくは、図１０に示すように、２段６列の計１２個の噴霧ノズル４６が、空気取り込みダクト４４の接続口と平行な面内に配列されている。なお、噴霧ノズル４６は、空気と水の２流体を噴霧して霧化する２流体ノズルである。各噴霧ノズル４６には、図示しない流体供給管から空気と水とが供給される。

空調機４２と空気取込みダクト４４との接続口の直後の空間は、空気取込みダクト４４において空気の流速が相対的に高くなる空間である。実施の形態３の加湿方法によれば、この空間に噴霧ノズル４６を設置して水を噴霧するので、霧と空気の撹拌性を高めて短い距離で霧を気化させることができ、一様に加湿した空気を空調機４２に供給することができる。

図１１は、実施の形態３の加湿方法の変形例を説明する図である。変形例では、空調機４２と空気取込みダクト４４との接続口に向かう空気取込みダクト４４の最終直線部に、２段６列の計１２個の噴霧ノズル４６が配置されている。空気取込みダクト４４が真っ直ぐに空調機４２に接続される場合、その最終直線部において空気の流速は相対的に高くなる。ゆえに、最終直線部に噴霧ノズル４６を設置して水を噴霧することにより、霧と空気の撹拌性を高めて短い距離で霧を気化させることができ、一様に加湿した空気を空調機４２に供給することができる。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４の加湿方法を説明する図である。ただし、ここで説明する方法は、流路の断面における流量の均等化を計る方法であって、実施の形態１−３の加湿方法の何れか一つと組み合わせて用いられる。

図１２に示すように、加湿すべき空気の流路であるダクト５２内に、複数の噴霧ノズル５４が配置されている。詳しくは、縦４段、横４列の計１６個の噴霧ノズル５４が、ダクト５２の一つの断面内に配列されている。噴霧ノズル５４は、空気と水の２流体を噴霧して霧化する２流体ノズルである。各噴霧ノズル５４には、図示しない流体供給管から空気と水とが供給される。

ダクト５２における噴霧ノズル５４の上流には、複数枚のパンチングメタル板６２，６４，６６でできた抵抗部材が設置されている。パンチングメタル板６２，６４，６６には、開口率が高いパンチングメタル板６２、開口率が中程度のパンチングメタル板６４、開口率が低いパンチングメタル板６６が含まれる。開口率が高いほど空気の流れがよくなり、開口率が低いほど空気の流れが悪くなって空気の流量が抑えられる。どのパンチングメタル板６２，６４，６６をどこに設置するかは、ダクト５２の断面における気流の流速に応じて決められている。

図１２に示す例では、ダクト５２の断面が縦４段、横４列に１６分割され、空気の流れが最も悪い４隅にはパンチングメタル板は設置されていない。空気の流れが次に良くない最上段の中央２個所と、最下段の中央２個所とには、開口率が高いパンチングメタル板６２が設置されている。空気の流れが次に良くない最右列の中央２個所と、最左列の中央２個所とには、開口率が中程度のパンチングメタル板６４が設置されている。そして、空気の流れが最も良い中央の２段２列には、開口率が低いパンチングメタル板６６が設置されている。

ダクト５２内では、場所によって大きな気流の偏りが生じることがある。しかし、実施の形態４のように、噴霧ノズル５４の上流に抵抗部材を設置し、断面内での流速の高低に応じて抵抗部材の孔の開口率を変えることで、噴射ノズル５４へ向かう空気の流量のバランスを取り、気流の偏りによる加湿性能の低下を避けることができる。なお、ここでは抵抗部材としてパンチングメタル板を用いたが、複数の開口率を選択できる部材であればよい。例えば、抵抗部材はハニカム板であってもよいし、スポンジであってもよい。

２ダクト
４流体供給管
６噴霧ノズル
８エリミネータ
１０遮蔽板
１２開口部
２２ダクト
２４仕切壁
２６フィルタユニット
２８噴霧ノズル
３０遮蔽板
３２開口部
４２空調機
４４ＲＡダクト
４６噴霧ノズル
５２ダクト
５４噴霧ノズル
６２パンチングメタル板（高開口率）
６４パンチングメタル板（中開口率）
６６パンチングメタル板（低開口率）

Claims

加湿すべき空気の流路に複数の噴霧ノズルを配置し、前記噴霧ノズルからの水の噴霧によって空気を加湿する加湿方法において、
前記流路の断面積を前記流路の壁面に接しない開口部を備えた仕切り壁で縮小させることで、前記断面積が縮小した場所の直下流に相対的に高速の気流が生じる高速気流空間をつくり、
前記壁面から距離を開けて形成された前記高速気流空間の断面に対して前記複数の噴霧ノズルを均等に設置し、
前記高速気流空間の中に前記複数の噴霧ノズルから水を噴霧し、前記複数の噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧を、前記高速気流空間内を前記壁面から距離を開けて流れる前記高速の気流の中に分散させる
ことを特徴とする加湿方法。
前記流路に遮蔽物を設けることによって前記流路の断面積を縮小させる
ことを特徴とする請求項１に記載の加湿方法。
前記断面積が縮小した縮小断面部を通過する空気の流れ方向視において、前記複数の噴霧ノズルからの噴霧によって作られた霧が前記縮小断面部内に拡がるように前記縮小断面部の形状と前記縮小断面部と前記噴霧ノズルとの位置関係とを調整する
ことを特徴とする請求項２に記載の加湿方法。
前記遮蔽物は板であり、前記流路の断面に隙間を開けて複数の前記板を並べて配置することによって前記縮小断面部を形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の加湿方法。
前記流路は空調機で処理される空気の流路であって、
前記空調機を構成する加熱コイル、冷却コイル、及びフィルタユニットのうちの何れか一つである空調部品の下流側に前記複数の噴霧ノズルを設置し、
前記空調部品において前記流路の断面積を縮小させる
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の加湿方法。
空気の流れ方向視において、前記複数の噴霧ノズルの全てによる噴霧範囲が、前記空調部品の枠内に入るように、前記空調部品の大きさに合わせて前記複数の噴霧ノズルを配列する
ことを特徴とする請求項５に記載の加湿方法。