特許 6806831 蒸気加湿器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6806831

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】蒸気加湿器

(51)【国際特許分類】

   F24F 6/18 20060101AFI20201221BHJP

   F24F 6/00 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F24F6/18

   F24F6/00 B

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-75843(P2019-75843)

(22)【出願日】2019年4月11日

(65)【公開番号】特開2020-173070(P2020-173070A)

(43)【公開日】2020年10月22日

【審査請求日】2019年6月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】390003333

【氏名又は名称】新晃工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110319

【弁理士】

【氏名又は名称】根本 恵司

(74)【代理人】

【識別番号】100150773

【弁理士】

【氏名又は名称】加治 信貴

(72)【発明者】

【氏名】朝田 満

(72)【発明者】

【氏名】田中 恒有

(72)【発明者】

【氏名】芋本 和矢

【審査官】 伊藤 紀史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０５００２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３１３４６５７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０８６９５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−３０１４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３０３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１７５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０６３５２２３１（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 特開２０１０−１１２５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１１２４５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５９−１３３９２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−３１３０５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ６／１８

Ｆ２４Ｆ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一辺が開口した開口部となる断面凹形状の溝形の蒸気受けカバーと、
蒸気受けカバーの溝内に配置され、蒸気を噴霧する噴霧孔が設けられた蒸気噴霧管と、
蒸気受けカバーの開口部と対向して配置され、開口部の開口幅よりも幅広の蒸気拡散カバーと、
を備えた蒸気加湿器であって、
前記蒸気受けカバーの断面凹形状の溝の底壁の幅方向中央に当該底壁の長手方向に沿って、蒸気流の誘引効果を有するスリットが設けられており、
前記噴霧孔は、前記底壁における前記スリットの両側の部位又は前記蒸気受けカバーの両側壁に向けて蒸気を噴霧するように設けられている蒸気加湿器。

【請求項2】

請求項１に記載された蒸気加湿器において、
前記蒸気受けカバーは、前記噴霧孔から噴霧され、前記蒸気受けカバー内で凝縮した水分が開口部から排出されることを防止する板状部材が溝の側壁に設けられていることを特徴とする蒸気加湿器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載された蒸気加湿器において、
前記噴霧孔は、前記蒸気噴霧管の長手方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする蒸気加湿器。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれかに記載された蒸気加湿器において、
前記蒸気受けカバーは、その上端及び下端に蓋を有することを特徴とする蒸気加湿器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機などに使用される蒸気加湿器に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸気加湿器は、一般に蒸気を気流中に噴霧拡散させて空気に取り込み加湿を行う。ただ、このような蒸気加湿器を例えば空調機器に設けた場合、気流中に噴霧された蒸気が空気に取り込まれるまでに空調機器のファンやフィルタ等に触れると、これらに対する水滴の衝突や蒸気の凝縮による結露が生じ、加湿効果が低下するだけではなく空調機器の水漏れの原因にもなる。
そのため、蒸気加湿器を他の機器と組み合わせて用いる場合は、装置全体の小型化や設計の自由度を向上させるためには、この蒸気の移動距離、つまり、蒸気加湿器から他の機器間において、噴霧された蒸気が空気に取り込まれるまでの距離（加湿吸収距離という）を低減することが必要である。

【0003】

加湿吸収距離を低減する一つの方法として、蒸気加湿器から噴霧した蒸気を迂回させることで加湿吸収距離を低減することが行われている。例えば、特許文献１には、図９に示すように、蒸気を噴霧する噴霧孔１０１ａを備えた蒸気噴霧管１０１と負圧領域を形成する拡散箱１０２を気流中で対向配置した加湿器が記載されている。拡散箱１０２は、図示のように断面凹形状の溝形部材であり、その溝底１０２ａを気流の上流側にして配置することで、溝内に空気の渦流が形成される。
この加湿器では、蒸気噴霧管１０１から溝内の空気の渦流に向けて蒸気を噴霧して拡散させ、渦流中で拡散させた蒸気を、渦流と共に拡散箱１０２から気流中に拡散する。これにより、蒸気は気流内に直接噴霧するよりも加湿吸収距離を短縮することができる。

【0004】

また、文献に記載されたものではないが、図１０に示すように、蒸気加湿器を、断面凹形状の溝形部材である蒸気受けカバー２０２と、蒸気受けカバーの溝内に配置され、噴霧孔２０１ａを備えた蒸気噴霧管２０１と、蒸気受けカバー２０２の開口部に対向して開口部より幅広の板状の蒸気拡散カバー２０３で構成することも考えられる。
この蒸気加湿器では、蒸気拡散カバー２０３を気流の上流側にして配置し、蒸気噴霧管２０１は蒸気を蒸気受けカバー２０２の溝の底壁２０２ａに向けて噴霧する。ここでは、蒸気受けカバー２０２から気流とは反対向きに出てくる蒸気を、気流と直交方向に配置した蒸気拡散カバー２０３に沿って拡散させてから気流中に拡散する。蒸気噴霧管２０１から噴霧した蒸気を、このように複雑な経路を経て気流中に拡散させている。
ただ、いずれの加湿器においても、一旦気流中に放出された蒸気は、そのまま気流中を拡散していくだけで、その後の加湿吸収距離の短縮は行っていないし、行うことも不可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−５００２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は加湿器において一旦気流中に放出した後においても蒸気受けカバーに設けたスリットの誘引効果により、加湿吸収距離を短縮できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、一辺が開口した開口部となる断面凹形状の溝形の蒸気受けカバーと、蒸気受けカバーの溝内に配置され、蒸気を噴霧する噴霧孔が設けられた蒸気噴霧管と、蒸気受けカバーの開口部と対向して配置され、開口部の開口幅よりも幅広の蒸気拡散カバーと、を備えた蒸気加湿器であって、前記蒸気受けカバーの断面凹形状の溝の底壁の幅方向中央に当該底壁の長手方向に沿って、蒸気流の誘引効果を有するスリットが設けられており、前記噴霧孔は、前記底壁における前記スリットの両側の部位又は前記蒸気受けカバーの両側壁に向けて蒸気を噴霧するように設けられている蒸気加湿器である。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、従来の加湿器における加湿吸収距離の短縮に加え、蒸気が気流中に放出された後において、さらに加湿吸収距離を短縮することができる。そのため、加湿器とその下流に配置されるファンやフィルタなどの機器をさらに接近して配置することができ、加湿器を備えた空調機器の小型化ができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の分解斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の概略構成を示す水平断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気流及び蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられたスリットの作用を示す図であって、図４Ａはスリットがある場合の蒸気拡散範囲及び蒸気流のイメージ、図４Ｂはスリットがない場合（比較例）の蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられた凝縮水飛散防止板の作用を示す図であって、図５Ａは凝縮水飛散防止板がある場合の凝縮水の動きのイメージ、図５Ｂは凝縮水飛散防止板がない場合（比較例）の凝縮水の動きのイメージを示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器に蒸気噴霧管に設けられた噴霧孔の配置を示す図であって、図６Ａはスリットの長手方向に対する千鳥状の配置、図６Ｂはスリットの長手方向の両側の位置を揃えた配置（比較例）を示す図である。

【図7】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられた天蓋及び底蓋の作用を示す図であって、図７Ａは天蓋及び底蓋がある場合の蒸気拡散範囲のイメージ、図７Ｂは天蓋及び底蓋がない場合（比較例）の蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。

【図8】本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気噴霧管に設けられた噴霧孔の角度と蒸気流との関係を示す図であって、図８Ａは蒸気噴霧管の中心線に対する円周角が６０°、つまり噴霧孔の蒸気噴霧管の中心からみたそれぞれの角度が基準面に対して３０°の場合の蒸気流のイメージ、図８Ｂは円周角が９０°の場合（比較例）、つまり噴霧孔の蒸気噴霧管の中心からみたそれぞれの角度が基準面に対してそれぞれ４５°の蒸気流のイメージを示す図である。

【図9】従来の蒸気加湿器の一例の概略構成を示す水平断面図である。

【図10】従来の蒸気加湿器の他の一例の概略構成を示す水平断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
〈蒸気加湿器の概略構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の分解斜視図であり、図２は本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の概略構成を示す水平断面図である。

【0011】

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る蒸気加湿器１は、概略的には、蒸気噴霧管１１、蒸気受けカバー１２及び蒸発拡散カバー１３から成っている。蒸気噴霧管１１は噴霧孔１１ａが設けられた管体であり、また、蒸気受けカバー１２は、三方が閉じ、一方が開いた開口部となる断面凹形状の溝形部材として構成されており、また、蒸気拡散カバー１３は、蒸気受けカバー１２の開口部に対向して配置され、開口部の開口幅よりも幅広の板状体から成っている。

【0012】

蒸気噴霧管１１の周面には、長手方向（図１の上下方向）には複数の噴霧孔１１ａが配置されている。噴霧孔１１ａの配置は任意であるが、本実施形態では、図６を参照して後述するように、蒸気噴霧管１１の中心に対してそれぞれ一定の円周角で千鳥状に対称配置されている。また、蒸気噴霧管１１の上端はキャップ１１ｂにより塞がれており、蒸気噴霧管１１の下端は蒸気供給管（図示せず）から蒸気が供給される。

【0013】

蒸気受けカバー１２は、両側壁１２ｃ及び両側壁１２ｃと連結した底面からなる断面凹形状の溝形部材であり、溝の底壁１２ｄの幅方向中央にはその長手方向の全体に亘って伸びるスリット１２ａが形成されている。また両側壁内面には、その長手方向全体に亘って伸びる断面がＬ字状の凝縮水飛散防止板１２ｂが、Ｌ字の一片が蒸気受けカバー１２の両側壁１２ｃに取り付けられ、他片が両側壁部から内方に突出するように配置されている。凝縮水飛散防止板１２ｂは、蒸気受けカバー１２内に生じた凝縮水を受け止め、開口部から外部に出るのを抑えるためのものである。
蒸気受けカバー１２の上端、下端にはそれぞれ天蓋１６、底蓋１７が被せてある。スリット１２ａ、凝縮水飛散防止板１２ｂ、天蓋１６及び底蓋１７の作用については、それぞれ図４、図５、図７を参照して後述する。

【0014】

蒸気噴霧管１１には、蒸気噴霧管１１を蒸気受けカバー１２中に配置したときの位置決めを行うための管保持板１４、１５が、その上下の適宜の位置に取り付けられている。管保持板１４、１５は例えば図１に示すように、蒸気受けカバー１２断面凹形状の溝形状に合わせた矩形の板体である。管保持板１４、１５には蒸気噴霧管１１の断面形状に対応した形状の孔、例えば丸孔が設けられており、孔に蒸気噴霧管１１を挿通することで蒸気噴霧管１１が位置決めされる。

【0015】

ここでは、孔の位置は矩形の板体の中心ではなく蒸気受けカバー１２の底壁寄りの位置となっているが、要は、蒸気噴霧管１１の蒸気受けカバー中における位置に合わせて孔の位置を決めればよく、図示のものに限定されない。
また、蒸気噴霧管１１を蒸気受けカバー１２中に収容するときは、その溝の底壁に対して、千鳥状に対称配置された噴霧孔１１ａの基準面（図８を参照して後述する仮想面Ｐ）が直交する配置とする。これにより、蒸気は噴霧孔１１ａから噴霧した蒸気は蒸気受けカバー１２の底壁に対して同じ傾斜角度で噴霧される。

【0016】

〈蒸気流及び蒸気拡散範囲〉
次に、以上の構成を有する蒸気加湿器１の概略動作を説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気流及び蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。

【0017】

図は、蒸気加湿器１を、蒸気拡散カバー１３が気流の上流側になるように、配置した状態を示している。この状態で、蒸気供給管（図示せず）から蒸気噴霧管１１に蒸気を供給すると、蒸気は、噴霧孔１１ａから蒸気受けカバー１２の底壁１２ｄに向かって斜めに噴霧される。噴射された蒸気は、蒸気受けカバー１２の内面に沿って開口部に向かって（つまり、気流とは逆方向に）流れる。蒸気は、開口部から出た後、蒸気拡散カバー１３により遮られた負圧領域において、拡散を続け、その後気流と合流してさらに拡散される。つまり、蒸気は、蒸気受けカバー１２内及び蒸気拡散カバー１３上で拡散された後気流に合流するため、均等に拡散され、周囲の空気との接触面積が増大するため空気への蒸気の取り込みは促進される。図中Ａ１は、蒸気拡散範囲を示したものである。

【0018】

なお、蒸気受けカバー１２内において、蒸気受けカバー１２の内面と接触した噴霧蒸気は凝縮水となるが、後述するように、凝縮水は、凝縮水飛散防止板１２ｂにより捕捉されるため、蒸気受けカバー１２の外部への飛散が防止される。また、蒸気拡散カバー１３により拡散された蒸気流の一部はスリット１２ａにより誘引されることで、噴霧蒸気拡散範囲Ａ１の幅が拡大して、その結果、加湿吸収距離が短縮される。

【0019】

次に蒸気加湿器１の動作を具体的に説明する。
〈スリットの作用〉
図４は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられたスリットの作用を示す図で、図４Ａはスリットがある場合の蒸気拡散範囲及び蒸気流のイメージ、図４Ｂはスリットがない場合（比較例）の蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。ただし、図４Ａに示す蒸気加湿器は凝縮水飛散防止板１２ｂを備えておらず、その分図３に示す溝の側壁よりも幅が短くなっている。また、図４Ｂに示す蒸気加湿器は図１０に示す蒸気加湿器と同じである。

【0020】

図４Ａに示す蒸気加湿器の場合、噴霧孔１１ａから噴霧された蒸気流ａ２は、蒸気受けカバー１２及び蒸気拡散カバー１３で拡散された後気流中に拡散され、蒸気流ａ３となる。また、気流中に拡散された蒸気流の一部は、スリット１２ａを通して蒸気受けカバー内に発生した負圧により誘引効果が生じ、蒸気流ａ４のように引き込まれる。これにより蒸気拡散範囲Ａ２は、その全体が蒸気受けカバー１２側に引き寄せられた状態になる。それによって周囲の空気との接触面積が増大し、加湿吸収距離が短縮される。

【0021】

これに対し、図４Ｂに示す蒸気加湿器では、噴霧孔２０１ａから噴霧された蒸気流ａ５は蒸気拡散カバー２０３により気流中に拡散されるだけであるため、その蒸気拡散範囲Ａ３は図４Ａの蒸気拡散範囲Ａ２と比較して縦長に延びた形状であり、明らかに加湿吸収距離が長いことが分かる。
図４Ａに示す蒸気加湿器と図４Ｂに示す蒸気加湿器の加湿吸収距離等の測定結果を下記の表１に示す。

【0022】

【表1】

【0023】

ここで、加湿吸収距離とは前述したとおり、気流中に噴霧された蒸気が空気に取り込まれるまでの距離である。ここでは、噴霧蒸気が完全に消える蒸気噴霧管１１からの距離とした。また、飽和効率とは飽和点（相対湿度１００％）に対してどこまで加湿できたかを示す指標である。また、加湿前空気温度、風速は、気流の蒸気拡散カバー１３の上流側での測定値である。この表に示すように、スリットを設けたことで、加湿吸収距離が約９％短くなっており、スリットによる加湿吸収距離の短縮効果が確認できた。

【0024】

〈凝縮水飛散防止板の作用〉
図５は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられた凝縮水飛散防止板の作用を示す図であって、図５Ａは凝縮水飛散防止板がある場合の凝縮水の動きのイメージ、図５Ｂは凝縮水飛散防止板がない場合（比較例）の凝縮水の動きのイメージを示す図である。

【0025】

図５Ａに示すように、蒸気受けカバー１２に凝縮水飛散防止板１２ｂが設けられている場合は、噴霧孔１１ａから噴霧された噴霧蒸気が液化した凝縮水ｂ１は、気流ａ６によって矢印ｃ１のように運ばれる。しかし、凝縮水飛散防止板１２ｂにより捕捉されるため、蒸気受けカバー１２の開口部から外部に飛散しない。なお、凝縮水飛散防止板１２ｂにより捕捉された凝縮水ｂ１は下方に流れて排出される。

【0026】

これに対して、蒸気受けカバー１２に凝縮水飛散防止板１２ｂが設けられていない場合は、図５Ｂに示すように、凝縮水ｂ１は、気流ａ６によって矢印ｃ１に示すように運ばれ、矢印ｃ２に示すように蒸気受けカバー１２の開口部から外部に飛散してしまう。

【0027】

〈噴霧孔の配置〉
図６は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器に蒸気噴霧管に設けられた噴霧孔の配置を示す図であって、図６Ａはスリットの長手方向に対する千鳥状の配置、図６Ｂはスリットの長手方向の両側の位置を揃えた配置（比較例）を示す図である。

【0028】

図６Ａ、図６Ｂに示す蒸気加湿器においては、蒸気供給管２０から蒸気噴霧管１１に供給された蒸気は噴霧孔１１ａから噴霧される。図６Ａに示す蒸気加湿器では、噴霧孔１１ａをスリット１２ａを挟んで垂直方向に千鳥状に配置している。したがって、同一仕様の加湿量となる同一孔個数での条件下で、千鳥状に配置した場合の噴霧孔の間隔Ｌ１は図６Ｂに示すように噴霧孔１１ａがスリット１２ａを挟んで垂直方向に位置を揃えて配置した場合の間隔Ｌ２と比べて、垂直方向の間隔が短くなる。このため、蒸気噴霧管１１の垂直方向の湿度分布を均等化することができる。

【0029】

〈天蓋及び底蓋の作用〉
図７は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気受けカバーに設けられた天蓋及び底蓋の作用を示す図であって、図７Ａは天蓋及び底蓋がある場合の蒸気拡散範囲のイメージ、図７Ｂは天蓋及び底蓋がない場合（比較例）の蒸気拡散範囲のイメージを示す図である。

【0030】

図７Ｂに示すように、天蓋及び底蓋が無い場合は、蒸気受けカバー１２の上端及び下端で蒸気漏れが発生するため、蒸気拡散範囲Ａ５で示すように垂直方向に蒸気むらが発生してしまう。つまり、蒸気噴霧管１１の垂直方向が均一に加湿されない。

【0031】

これに対して、図７Ａに示すように、天蓋１６及び底蓋１７がある場合は、蒸気受けカバー１２の上端及び下端での蒸気漏れが防止されるため、蒸気拡散範囲Ａ４に示すように垂直方向の蒸気むらが発生しない。つまり、蒸気噴霧管１１の垂直方向が均一に加湿される。

【0032】

〈噴霧孔の角度〉
図８は、本発明の実施形態に係る蒸気加湿器の蒸気噴霧管に設けられた噴霧孔の角度と蒸気流との関係を示す図であって、図８Ａは蒸気噴霧管の中心線に対する円周角が６０°、つまり噴霧孔の蒸気噴霧管の中心からみたそれぞれの角度が基準面に対して３０°の場合の蒸気流のイメージ、図８Ｂは円周角が９０°の場合（比較例）、つまり噴霧孔の蒸気噴霧管の中心からみたそれぞれの角度が基準面に対してそれぞれ４５°の蒸気流のイメージを示す図である。ここで、基準面Ｐは蒸気噴霧管１１の横断方向周面において隣接する噴霧孔１１ａの中間位置と蒸気噴霧管１１の中心線１１ｃを通る仮想面である。

【0033】

図８Ａに示すように、角度が６０°の場合、噴霧孔１１ａから噴霧された蒸気流ａ７が蒸気受けカバー１２の内面に衝突するまでの移動距離が、図８Ｂに示す角度が９０°の場合に噴霧孔１１ａから噴霧された蒸気流ａ８が蒸気受けカバー１２の内面に衝突するまでの移動距離よりも長いため、蒸気が再凝縮しにくくなる。したがって、加湿効率が向上し、加湿吸収距離を短縮することができる。

【0034】

最後に、蒸気噴霧管１１、蒸気受けカバー１２、蒸気拡散カバー１３の各寸法の一例を示す。
蒸気噴霧管１１：直径３０ｍｍ、蒸気噴霧管１１の軸心に対する噴霧孔１１ａの角度差：６０°
蒸気受けカバー１２：幅８０ｍｍ、奥行１３０ｍｍ、スリット幅１０ｍｍ
蒸気拡散カバー１３：幅２５０ｍｍ、蒸気受けカバー１２の開口部との距離：３０ｍｍ

【0035】

なお、噴霧孔１１ａの孔数、孔径、加湿器の高さは設計仕様により決定する。孔径を変化させることで、噴霧孔１つ当たりの加湿量を変化させることができる。すなわち、例えば径を拡大することで、スケールの詰まりを改善し、噴霧孔１つ当たりの加湿量を増やすことができる。

【符号の説明】

【0036】

１…蒸気加湿器、１１…蒸気噴霧管、１１ａ…噴霧孔、１１ｂ…キャップ、１２…蒸気受けカバー、１２ａ…スリット、１２ｂ…凝縮水飛散防止板、１２ｃ…側壁、１２ｄ…底壁、１３…蒸気拡散カバー、１４，１５…管保持板、１６…天蓋、１７…底蓋、２０…蒸気供給管、Ａ１〜Ａ５…蒸気拡散範囲、ａ１〜ａ８…蒸気流、ｂ１…凝縮水、ｃ１、ｃ２…凝縮水の動き、Ｌ１、Ｌ２…噴霧孔間隔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】