JP4922596B2

JP4922596B2 - 空調用霧発生装置

Info

Publication number: JP4922596B2
Application number: JP2005299319A
Authority: JP
Inventors: 允博大河内
Original assignee: Fukusuke Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fukusuke Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-10-13
Also published as: JP2006136873A

Description

この発明は水処理装置に関する。

特公平５−５８７５５５号公報実開平４−１２６７１７号公報特表２００１−５１０７３１号公報特開２００１−３０４６３８号公報

特許文献１〜特許文献４には、超音波振動子により水分子を霧化するようにした噴霧装置が開示されている。噴霧や超音波摩擦により霧化された水粒子は、いわゆるレナード効果により正帯電し、空気中には電荷バランスにより同量の負イオンを生ずる。これを空気中に放出することで、室内（あるいは車内）の消臭効果、室内空気の浄化、室内インテリアの帯電防止などの効果を発揮できるので、空気浄化装置として既に種々の提案がなされている（特許文献１,２）。また、水滴放出による加湿効果も期待できる。

噴霧や超音波振動摩擦により発生した霧粒子には粗大な水滴も含まれるため、そのまま放出すると、周囲の物品に水滴が付着して濡らしてしまう問題がある。そこで、特許文献３，４には、噴霧もしくは超音波により発生した霧を、送風機により一旦管路に導き、その管路の途中に設けられたサイクロンにより粗大な水滴を捕集して、微細な水滴のみを放出する提案がなされている。

しかし、特許文献４の噴霧装置は、文献中では目視し難くガラス板も濡らさないほどの微粒子が得られたと謳われているが、図３や図４の粒子径ヒストグラムを見る限り、１０μｍを超える大粒子径の水滴が数％程度も存在し、平均粒径も５．７〜１２μｍと大きい。このような粒径分布は、水滴の発生量が多ければ明らかに視認可能であり、噴霧口の近くに立てば眼鏡等が曇ってしまう問題がある。考えられる問題点は、噴霧部からサイクロン捕集部までの管路長が長いため、微細な水滴同士が衝突を繰り返して凝集し、粒径が増大してしまうことが考えられる。結局、サイクロン捕集部に到達する頃には、超微粒子の水滴は凝集によりかなりの数が損なわれ、結果として、サイクロンで取りこぼされやすい中位粒径（例えば５〜２０μｍ）の混入率が高まるのが原因ではないかと考えられる。

本発明の課題は、加湿装置としての機能も期待できる程度に水滴発生量を多くすることができ、かつ、眼鏡等を曇らせる粗大な水滴の残留量も大幅に低減できる空調用霧発生装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するための、本発明の空調用霧発生装置は、
霧発生源となる水を収容する水収容部と、
水収容部内の水と接触するように配置され、該水に超音波振動を付加する超音波振動子と、
水収容部内の水面の上方空間を周囲から区画するとともに、気流導入口と、該気流導入口よりも上方に位置する霧放出口とが形成された霧チャンバーと、
超音波振動の付加により水収容部内の水面から霧チャンバーの内部空間に立ち上る霧に対し、水面と交差する軸線周りの旋回気流を、霧チャンバーの気流導入口より導入することにより、一定粒子径以上の霧粒子を旋回流とともに水面に戻す旋回流発生部と、を有し、
旋回流に打ち勝って上昇離脱する霧粒子を、空調されるべき周囲雰囲気に向けて霧放出口より放出するとともに、
霧チャンバーの内部には、気流導入口からの気流の導入方向において該気流導入口と対向する位置に、導入された気流を、形成すべき旋回流の旋回方向に迂回させる整流板が配置されており、
気流導入口は霧チャンバーの側壁部に形成され、
整流板は、気流導入口から霧チャンバーの内側に一定距離離間した位置にて、旋回流の軸線に板面が沿うように、その幅方向の一端縁が内壁部に固定され、該整流板により霧チャンバーの内側空間が、気流導入口に面した第一空間と、これと反対側の第二空間とに仕切られるとともに、それら第一空間と第二空間とが整流板の他端縁と霧チャンバーの側壁部との間に形成された隙間を介して連通してなり、
気流導入口から第一空間に導入された気流は整流板に衝突した後、隙間に向けて迂回し、該隙間を経て第二空間内に旋回しつつ導入されるものであり、さらに、
霧チャンバーは、水面の上方に配置される縦長のダクト形態を有し、整流板もこれに対応した縦長に形成されてなり、
整流板の長手方向における下端縁が、水面よりも下方であって、水収容部の底面よりも上方に位置してなることを特徴とする。

上記本発明の空調用霧発生装置の第一によると、超音波振動により霧発生させることで、放出される水滴の帯電効果が増加し、イオン発生効果を高めることができるので、単なる加湿効果に留まらず、室内空気の浄化や、室内インテリアの帯電防止などの効果を挙げることができる。そして、超音波振動が加えられる水面の上方空間を霧チャンバーで覆い、そのチャンバー内でサイクロン効果を生ずる旋回流を発生させ、その旋回流に打ち勝って上昇離脱する霧粒子を、空調されるべき周囲雰囲気に向けて霧放出口より放出するようにしたので、発生した霧粒子が長い管路を搬送されることなく、粗大な粒子は速やかに振動付加される水面に戻り、微粒子は霧放出口から放出される。その結果、加湿装置としての機能も期待できる程度に水滴発生量を多くすることができ、かつ、眼鏡等を曇らせる粗大な水滴の残留量も大幅に低減できる。

上記方式によると、放出される霧の気水体積比は４０以上１４００以下（望ましくは４００以上１３００以下）に高めることも可能である。気水体積比が４０未満では水分含有比率が高くなりすぎて、大粒の水滴の存在比率も上昇し、空調されるべき室内に放出された際に、室内に置かれているものを濡らしたり、霧放出口に近づいた人の眼鏡などを曇らせる惧れがある。他方、気水体積比が１４００を超えると加湿性能やイオン発生能力が不十分となり、空調用としての機能が損なわれる。上記本発明の利点は、このように気水体積比を高めても粗大な水滴の残留量を十分に低減できる点にある。

霧発生源となる水は水温が１℃以上３０℃以下（望ましくは４℃以上２０℃以下）のものを使用するのがよい。この水温は、特に加熱を行なわない常温の水の温度範囲であり、加熱方式の加湿器と異なり、微粒子の霧を低温で発生できることを意味する。特に冬季において、温度の高い水蒸気を発生しつづけると、冷えた家具類やガラスに水滴が凝結して濡らしてしまう不具合を生じやすくなるが、上記のように超音波で常温の水を直接霧化することで、上記のような凝結が生じにくくなり、また、本発明の採用により、室内の湿度調整にも十分使用できる上記放出量も確保できる。他方、ミストサウナなど、人体に霧滴を接触させる形で使用する場合は、霧滴の温度が体温になるべく接近していることが望ましく、この場合は使用する水温を３０℃を超え、４５℃以下に設定することが望ましい。水温が３０℃以下では霧滴を冷たく感じすぎ、４５℃を超えると逆に熱く感じすぎる場合がある。

上記本発明によると、旋回流を霧発生源となる水面の直上で、分級のための旋回流を発生させることにより、粒径が１０μｍ以上（望ましくは５μｍ以上）の霧粒子を主体に水面に戻すことができる。特に、上記のように比較的高密度の霧粒子を発生させる場合、１０μｍ以上の霧粒子を旋回流により分級・カットすることは、周囲を水滴で濡らしたり、ガラスや眼鏡を曇らせたりする不具合（以下、水付着の不具合という）を防止する上で特に重要である。

以下の説明に使用する各種粒径パラメータの定義を数１にまとめて示す。

水付着の不具合防止の観点からは、具体的には、放出される霧粒子は、粒径が１０μｍ以上のものの相対数頻度が１％以下（０％を含む）となっていること、より望ましくは、粒径が４μｍ以上のものの相対数頻度が１％以下（０％を含む）となっているのがよい。また、体積平均粒径においては１０μｍ以下（下限値については、技術的には３μｍ程度まで縮小することが十分に可能である）となっていること、さらには、粒径が１０μｍ以下のものの相対体積頻度が７０％以上（望ましくは８０％以上、より望ましくは９０％以上：上限値は９９．５％程度までは十分可能である）となっていることが望ましい。

また、イオン発生効果と、上記水付着の不具合を防止する効果は、放出される霧粒子の数平均粒径を３μｍ以下（望ましくは１．５μｍ以下、さらに望ましくは１μｍ以下：か現地は。０．５μｍ程度までは十分可能である）とした場合に特に著しい。また、イオン発生効果は、放出される霧粒子において、粒径が１μｍ以下のものの数比率が６０％以上となっている場合に特に著しくなり、このように粒度調整された霧を発生させることにより、例えば、ホテルのルームやホールあるいはバスの車内などでのタバコの煙の付着臭や、セレモニーホールでの線香の煙の付着臭を、短時間の内に消し去ることができるなど、極めて優れた消臭効果を達成することができる。この観点では、放出される霧粒子において、粒径が１μｍ以下のものの数比率が、望ましくは７０％以上、さらに望ましくは８０％以上（上限値は、９０％程度までは十分可能である）となっているのがよい。また、イオン発生効果は、霧化される水粒子を単位体積だけ集めたときの、粒子の合計表面積が大きいほど高くなる。後者の合計表面積は、ザウター平均粒径により相対的に評価が可能である。本発明の霧化装置によると、このザウター平均粒径を６μｍ以下、望ましくは３．５μｍ以下、より望ましくは３μｍ以下（下限値が２μｍ程度まで可能である）とすることができ、上述の消臭効果を飛躍的に高めることが可能である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態をなす空調用霧発生装置１の外観を示す三面図であり、図４はその内部構造を示す正面図、図５は、図１の空調用霧発生装置１の要部を取り出して示す斜視図である。図５に示すように、該要部は、霧発生源となる水を収容する水収容部２１と、水収容部２１内の水と接触するように配置され、該水に超音波振動を付加する超音波振動子５１と、水収容部２１内の水面ＷＬの上方空間を周囲から区画するとともに、気流導入口４３と、該気流導入口４３よりも上方に位置する霧放出口７とが形成された霧チャンバー２９と、超音波振動の付加により水収容部２１内の水面ＷＬから霧チャンバー２９の内部空間に立ち上る霧に対し、水面ＷＬと交差する軸線周りの旋回気流ＴＮＤを、霧チャンバー２９の気流導入口４３より導入することにより、遠心力と重力とによる下降渦流軌跡に沿って一定粒子径以上の霧粒子を水面ＷＬに戻す旋回流発生部３９とを有する。他方、旋回流ＴＮＤに打ち勝って上昇離脱する小粒径の霧粒子は、空調されるべき周囲雰囲気に向けて霧放出口７から放出される。

上記構成によると、超音波振動により霧発生させることで、放出される水滴の帯電効果が増加し、イオン発生効果を高めることができ、ひいては室内空気の浄化や、室内インテリアの帯電防止などの効果を挙げることができる。また、超音波振動が加えられる水面ＷＬの直上空間を霧チャンバー２９で覆い、そのチャンバー２９内でサイクロン効果を生ずる旋回流ＴＮＤを発生させ、その旋回流ＴＮＤに打ち勝って上昇離脱する霧粒子を、空調されるべき周囲雰囲気に向けて霧放出口７より放出するようにした。発生した霧粒子が長い管路を搬送されることなく、粗大な粒子は速やかに振動付加される水面に戻り、微粒子は霧放出口７から放出される。その結果、加湿装置としての機能も期待できる程度に水滴発生量を多くすることができ、かつ、眼鏡等を曇らせる粗大な水滴の残留量も大幅に低減できる。

図５に示すように、超音波振動子５１は、霧チャンバー２９の内部空間に対応する位置にて、水収容部２１の底部２１Ｂに配置されている。超音波振動子５１の振動方向は水面ＷＬの法線方向とほぼ一致（厳密には、後述のごとく１〜１０°程度傾けてある）しており、水面ＷＬに対して霧発生のための振動を効率良く付加できる。

図６は空調用霧発生装置１の要部を三面図にて示したもので、旋回流発生部３９は、霧チャンバー２９の外側に設けられ気流導入口４３にて該霧チャンバー２９の内部空間と連通する気流導入通路４９と、該気流導入通路４９に外気を吹き込む送風ファン４１とを有する。霧チャンバー２９の外部から旋回流発生のための気流を吹き込むことで、旋回流による霧粒子の分級を効率良く行なうことができる。また、霧チャンバー２９の内部には、気流導入口４３からの気流の導入方向において該気流導入口４３と対向する位置に、導入された気流を、形成すべき旋回流の旋回方向に迂回させる整流板４４が配置されている。整流板４４に送風ファン４１からの気流を衝突させることにより乱流が発生し、旋回流を効率的に生ずることができるほか、気流の速度が適度に減速し、大粒の霧粒子をより確実に除去することができる。

具体的には、気流導入口４３は霧チャンバー２９の側壁部３０Ｓに形成されている。また、整流板４４は、気流導入口４３から霧チャンバー２９の内側に一定距離離間した位置にて、旋回流の軸線に板面が沿うように、その幅方向の一端縁が霧チャンバー２９の内壁面に固定され、該整流板４４により霧チャンバー２９の内側空間が、気流導入口４３に面した第一空間２９Ａと、これと反対側の第二空間２９Ｂとに仕切られている。それら第一空間２９Ａと第二空間２９Ｂとは、整流板４４の他端縁と霧チャンバー２９の側壁部３０Ｓとの間に形成された隙間を介して連通している。気流導入口４３から第一空間２９Ａに導入された気流は整流板４４に衝突した後、隙間に向けて迂回し、該隙間を経て第二空間２９Ｂ内に旋回しつつ導入される。霧チャンバー２９の内部空間を仕切る形で整流板４４を設けることで、送風ファン４１からの気流は空間的な広がりの大きい霧チャンバー２９に導入されることで一旦減圧するので、微細な霧粒子をより効率的に分離・放出するころができ、また、整流板４４による減速効果も一層高められるので、大粒の霧粒子をより確実に除去できる。また、旋回流発生部３９側への負圧が減じられるので、送風ファン４１の回転負荷を減少することができる。

図５に示すように、霧チャンバー２９は、水面ＷＬの上方に配置される縦長のダクト形態を有し、整流板４４もこれに対応した縦長に形成することができる。これにより、旋回流ＴＮＤの軸線方向の形成長が増大するので、微細な霧粒子を上昇・分離する効果がより高められる。この場合、気流導入口４３は、整流板４４と長手方向が一致した縦長の形状に、霧チャンバー２９の側壁部３０Ｓに開口形成することで、上記の効果は一層高められる（ただし、より小寸法の開口を上記長手方向に所定の間隔で複数個形成することも可能である）。本実施形態において、霧チャンバー２９は、水平断面が四辺形状の外形を有し、整流板４４は縦長長方形状に形成されるとともに、霧チャンバー２９の水平断面の一辺をなす側壁部３０Ｓに、その長辺をなす一縁部が接合されてなる。このような形状の霧チャンバー２９（及びこれを含む装置要部）は、ステンレス鋼板などの板金素材の曲げ加工により製造が極めて容易である。

また、図５及び図６に示すように、本実施形態においては、気流導入口４３の形成位置にて霧チャンバー２９の側壁部３０Ｓから側方に延出する扁平形状のファン収容ケース４０が設けられ、該ファン収容ケース４０の一方の主表面に気流吸い込み口４２が形成されるとともに、該ファン収容ケース４０内において当該気流吸い込み口４２に対応する位置に、主表面法線に沿って回転軸線が位置するように送風ファン４１が収容されてなる。縦長の気流吸い込み口４２の幅方向に送風ファン４１の厚み方向が一致する形となるので、ファン収容ケース４０の厚みを減ずることができ、霧チャンバー２９を含めた装置要部をよりコンパクトに構成できる。

この場合、図７に示すように、送風ファン４１の回転軸線方向において、ファン収容ケース４０の気流吸い込み口４２が形成されている側を前方側として、ファン収容ケース４０内において送風ファン４１の後方空間を気流導入通路４９とし、送風ファン４１により流吸い込み口から気流導入通路４９内に吸い込まれた気流が、ファン収容ケース４０の後方壁部に衝突することより、霧チャンバー２９への気流導入口４３に向けて方向転換される構成を採用することができる。これにより、ファン収容ケース４０の厚み方向寸法をより縮小できるとともに、縦長の気流導入口４３の幅方向寸法よりも径大の送風ファン４１を使用できるから、細長い気流導入口４３に十分な量の気流を送り込むことができる。

また、整流板４４の長手方向における下端縁は、水面ＷＬよりも下方であって、水収容部２１の底面よりも上方に位置するように配置されている。このようにすることで、水面ＷＬより立ち上る霧粒子のうち、分級された小粒径の霧粒子を効率的に放出することができ、ひいては、粗大粒子が十分に除去されているにも拘わらず水滴発生量を多くする効果が一層高められる。図８左に示すように、整流板４４の長手方向における下端縁を水面よりも上方に配置すると、第一空間２９Ａ側から、整流板４４の下縁と水面ＷＬとの間を通って第一空間２９Ｂ側にバイパスする気流が発生し、そのバイパス流の風圧で水面ＷＬが押さえ込まれ、水面ＷＬからの微細な霧粒子の離脱が阻害される惧れがある。しかし、同図左に示すように、整流板４４の長手方向における下端部を水没させることで水面ＷＬを押さえ込むバイパス流を解消することができ、小粒径の霧粒子も効率的に放出できる。

本実施形態では、図６に示すように、整流板４４の上端縁が、霧チャンバー２９の側壁部３０Ｓ内面との間に形成する第一空間２９Ａの開口が天板４６により塞がれており、第一空間２９Ａ内に導入された気流が上方に逃げてロスする不具合が防止されている。

図５及び図６に示すように、水収容部２１は、霧チャンバー２９の直下領域に位置する第一収容室２１Ａと、その側方に延出した第二収容室２１Ｂとを有するものとして構成されている。超音波振動子５１は第一収容室２１Ａの底面に配置される一方、それら第一収容室２１Ａと第二収容室２１Ｂとが互いに連通し、第二収容室２１Ｂから給水されるように構成されている。このようにしておくと、霧チャンバー２９をいちいち取り外さなくとも、該霧チャンバー２９の直下領域から外に延出した第二収容室２１Ｂから給水可能となり、給水作業が容易である。この場合、第一収容室２１Ａと第二収容室２１Ｂとの境界に対応した霧チャンバー２９の側壁部３０の下端縁を、水面ＷＬよりも下方であって、水収容部２１の底面よりも上方に位置させることができる。霧チャンバー２９の側壁部３０が水面下に没することで、霧チャンバー２９の側壁部３０の下縁と水面ＷＬとの間に隙間が生じず、霧チャンバー２９内の気流をスムーズに霧放出口７に導くことができ、ひいては小粒径の霧粒子も効率的に放出できる効果が高められる。また、超音波振動子５１は、霧チャンバー２９の直下において第一収容室２１Ａの底面に配置されるから、水面ＷＬから発生した霧を霧チャンバー２９内に漏れなく導くことができる。

ところで、超音波振動子５１は、霧発生中は水面下に没した状態が継続するので、長期に渡って使用を続けると、超音波振動子５１の表面に水垢等の汚れが付着し、振動が阻害される不具合につながる。従って、超音波振動子５１の表面は定期的にクリーニングする必要が生ずる。しかし、上記のように霧チャンバー２９の側壁部３０が水面下に没する隔壁として機能している場合、そのままでは、霧チャンバー直下の第二収容室２１Ｂ内に手を入れて超音波振動子５１の表面を拭ったりするのは難しい。そこで、本実施形態では、図５に示すごとく、給水側となる第二収容室２１Ｂは上面が上面側開口部２１Ｕにより開放形態とされてなり、図４に示すごとく、第一収容室２１Ａと第二収容室２１Ｂとの境界に対応した霧チャンバー２９の側壁部３０が、上下方向にスライド可能なスライド壁部とされている。このように構成しておくと、側壁部３０を上方にスライドさせることで、上部が開放した第一収容室２１Ａから第二収容室２１Ｂ内に楽に手を入れることができ、超音波振動子５１の表面を容易にクリーニングすすることができる。

本実施形態では、図４に示すように、側壁部３０の昇降に伴い、これと一体に設けられた雄ねじ部付きのスライドピン３０ｐを、後述の本体ケース２の上部に形成された縦方向の長穴２ｓ内にて移動させるようにするとともに、上限位置と下限位置とのそれぞれにおいて側壁部３０を、スライドピン３０ｐ側の雄ねじ部に螺合する締め付けナット３１により固定保持できるようにしている。

図４に示すように、第二収容室２１Ｂの上方には水タンク２０が着脱可能に配置されている。図３は、第二収容室２１Ｂから水タンク２０を取り外した状態を示しており、取り付け時には給排水口２０Ｋが給排水口２０Ｋ内に位置するように、上下反転した形でセットされる。そして、該水タンク２０の水は、該水タンク２０の底部に形成された給排水口２０Ｋから第二収容室２１Ｂに給水される。水収容部２１とは別に水タンク２０を設けることで、霧発生源となる水を多量に蓄えることができ、霧放出継続時間を延ばすことができる。

図３に示すように、水タンク２０は、給排水口２０Ｋ以外が密閉構造とされ、かつ該給排水口２０Ｋからは給水管２３が延出している。図４に示すように、予め定められた基準水位ＷＬまで満たされた第二収容室２１Ｂに対し水タンク２０は、給水管２３の下端に形成された水排出開口２３Ｋが基準水位ＷＬよりも下方に位置するようにセットされ、霧化に伴う水位の低下を、サイフォンの原理に基づく水タンク２０からの給水にて補うことにより、基準水位ＷＬを維持するようにしてある。これにより霧発生中において水収容部２１内の水位ＷＬを常に一定に保つことができ、より安定的な霧発生状態を得ることができる。なお、図３において符号２３ｐはバルブピンであり、水タンク２０を上限反転したときは、給水管２３内の図示しないフロートバルブが落ち込んで水の流出を阻止する。そして、バルブピン２３ｐが第二収容室２１の底に当たってフロートバルブが押し上げられると、タンク２０内の水が給水管２３から第二収容室２１内に流れ出し、給水される。

図３に示すように、本実施形態においては、ファン収容ケース４０と霧チャンバー２９とが霧分級ユニット６０を構成し、これが装置基体２Ｂ上に配置されている。そして、該装置基体２Ｂ上にて水収容部２１の第二収容室２１Ｂは、ファン収容ケース４０の前面側に延出する形態に配置されている。そして、該第二収容室２１Ｂに隣接してファン収容ケース４０の下側前方に水タンク２０の底面を支持する水タンク支持台２３が配設されている。図４に示すように、水タンク２０は該水タンク支持台２３上に、給排水口２０Ｋが側方の第二収容室２１Ｂ上方に位置するように、上下反転した形で配置されている。なお、タンク支持面となる水タンク支持台２３の上面前端縁には、水タンク２０の載置をガイドするとともに前後方向のタンクのがたつきを防止するガイド板２２が立設されている。

そして、ファン収容ケース４０の前方側に位置する側面が開放する形態で、霧分級ユニット６０を覆う本体ケース２が装置基体２Ｂに固定的に取り付けられる一方、該霧分級ユニット６０の前方側に配置された水タンク２０を覆うタンクカバー３が、本体ケース２に対して着脱可能に設けられている。図２はタンクカバー３を取り外した状態を、図１はタンクカバー３を装着した状態をそれぞれ示すものである。この構造により、装置から取り外した状態で水タンク２０に給水でき、給水の便宜が図られている。また、水タンク２０とともにタンクカバー３も取り外すことができ、第二収容室２１Ｂ側から第一収容室２１Ａ内の超音波振動５１をクリーニングする作業がより容易となる。装置基体２Ｂの底面にはキャスター１０が設けられている。また、本体ケース２の上面には霧放出口７が開口するとともに、運搬用のハンドル６と取手５，５も取り付けられている。タンクカバー３は本体ケース２に対し、複数のターンオーバフック４にて着脱される。図４に示すように、霧放出口７には蛇腹式の霧放出管１２１が装着可能である。なお、タンクカバー３の側面には、水タンク２０の水位を確認するための水位確認窓８（水位目盛９を有する）が形成されている。なお、図６に示すように、水収容部２１の底面にはフロートスイッチ等からなる水位センサ６６が設けられている。また、水収容部２１内の水Ｗは排水口３５０（図４に示すドレンコック３５により開閉される）から排出可能である。

基準水位ＷＬは、給水管２３の下端開口位置とほぼ一致しているときに、霧発生効率が最も良好となる。給水管２３から収容部２１内に水を最初に供給する際には、多くの場合は水がオーバーフローして、水位がこの下端開口位置よりも高くなってしまう。そこで、排水口３５０の先に調整水排出容器１２０を設けておき、ドレンコック（バルブ）３５を開いて水収容部２１内の水Ｗを流出させ、基準水位ＷＬは、給水管２３の下端開口位置と一致したところでドレンコック３５を閉じて水Ｗの排出を止めるようにする。水位が給水管２３の下端開口位置と一致したかどうかは、水面が下端開口位置に差し掛かったとき、空気が該開口から給水管２３内に逆流してゴボリと音を立てるのを確認すればよい。なお、ドレンコック（バルブ）３５を電磁弁で置き換え、給水管２３の下端開口位置に水位があるかどうかをフロートセンサ等のレベルセンサで検出し、電磁弁を随時開閉して水位を自動調整することも可能である（また、ポンプを用いて排出した水をタンクに戻すように構成してもよい）。

図９に示すように、超音波振動子５１は、圧電振動体５１Ｐの上面が水収容部２１の底面に露出するとともに、該圧電振動体５１Ｐの振動軸線ＯＬが鉛直方向ＶＬに対して一定角度傾くように、水収容部２１の底面に取り付けられている。振動軸線ＯＬが鉛直方向ＶＬに一致していると、図１０の左に示すように、振動により真上に放出された霧粒子ＦＰが、次に放出される霧粒子ＦＰと衝突して凝集し、霧化効率が悪化する惧れがある。そこで、図１０の右に示すように、振動軸線ＯＬが鉛直方向ＶＬに対して一定角度θ（例えば１〜１０°が適当である）だけ傾けておくと、放出された霧粒子ＦＰは放物線を描きながら水平方向に逃げ、次の霧粒子ＦＰと衝突する確率が減ずるので、霧化効率を向上することができる。

図９において圧電振動体５１Ｐは、振動面となる上面を露出させた形でゴム製のシールケース５１Ｓに埋め込まれ、該シールケース５１Ｓがさらに、金属製の鍔状のケーシング５１Ｂに取り付けられている。水収容部２１の底部２１Ｂには、圧電振動体５１Ｐの振動面を露出させるための開口２１Ｃが形成されており、その開口２１Ｃの周囲において底部２１Ｂの下面からは、圧電振動体５１Ｐを固定するためのねじ部材（ここでは、底部２１Ｂに溶接されたスタッドボルト）５２，５２が延出している。ケーシング５１Ｂはスペーサ５４を介して、自身に形成された貫通孔５１ｈ，５１ｈに上記ねじ部材５２，５２が通され、反対側に突出したねじ部材５２，５２の脚部末端にナット５３を締め付けて固定される。シールケース５１Ｓはケーシング５１Ｂと水収容部２１の底部２１Ｂとの間で圧縮されて、開口２１Ｃの周囲をシールする。スペーサ５４は、シールケース５１Ｓのクラッシュハイト（例えば約２ｍｍ）を規定する役割を果たす。

図１１及び図１２に示すように、装置の霧化効率を高めるには、複数個の超音波振動子５１を水収容部２１の底部２１Ｂに対し取り付けることが望ましい。この場合、各超音波振動子５１の振動軸線ＯＬが上方に向うほど互いに離間する形態で取り付けておくと、各超音波振動子５１からの水滴が互いに遠ざかる向きに放出され、互いに異なる超音波振動子５１が発生する水滴同士が衝突・凝集する不具合を効果的に防止することができる。図１１に示すように、２個の超音波振動子５１，５１を配設する場合は、各振動軸線ＯＬ，ＯＬが、上側ほど遠ざかるように配置すれば効果的である（この場合、鉛直方向の同一面内にて、各振動軸線ＯＬ，ＯＬが下側で交差する配置（実線矢印）と、交差しない配置（一点鎖線矢印：振動軸線ＯＬ，ＯＬがいわゆるねじれの位置にある配置である）。また、互いに異なる超音波振動子５１が発生する水滴同士が衝突・凝集する不具合を防止するには、各振動軸線ＯＬ，ＯＬが上方に向うほど接近する形態になっていなければ一定の効果をあげることができ、例えば振動軸線ＯＬ，ＯＬを互いに平行に配置することも可能である。

図１２は、水収容部２１の底部２１Ｂに４個の超音波振動子５１を配置する例である。４個の超音波振動子５１は、鉛直軸線ＶＬの周りに一定の角度間隔で配置され、各振動軸線ＯＬは、実線矢印で示すように、上方に向うほど鉛直軸線ＶＬに関する半径方向に互いに遠ざかるように配置されている。なお、一点鎖線矢印は、４つの超音波振動子５１を、２個を１対として、各対の中で振動軸線ＯＬ，ＯＬを図１と同様に配置した別例を示すものである。

図１に示すように、本体ケース２の表面には操作ユニット１１が取り付けられている。操作ユニット１１には、切替えスイッチ１２、水位インジケータ１５及び動作インジケータ１３，１４（各インジケータはいずれもＬＥＤからなる）が設けられている。図４に示すように、本体ケース２の内部には、該操作ユニット１１に対応する制御基板３４が取り付けられている。図１３は、制御基板３４の電気的構成を示すブロック図であり、制御の主体はＣＰＵ６２、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、入出力部６４を有したマイコン６０である。

入出力部６４には、切替えスイッチ１２、水位センサ６６、各インジケータ１３，１４，１５をなすＬＥＤが接続されている。また、超音波振動子５１はドライバ６５を介して入出力部６４に接続されている。切替えスイッチ１２は超音波振動子５１の双方をＯＦＦとした状態（ＯＦＦモード）、一方のみをＯＮとした状態（第一ＯＮモード）及び双方をＯＮとした状態（第二ＯＮモード）の３つのモードを切替えるためのものであり、ＯＦＦモードではどのＬＥＤも点灯せず、第一ＯＮモードでは動作インジケータ１３，１４の一方をなすＬＥＤだけが点灯し、第二ＯＮモードでは動作インジケータ１３，１４の双方をなすＬＥＤが点灯する。また、水位センサ６６が一定レベル以下への水位低下を検出した場合は水位インジケータ１５をなすＬＥＤを点灯させ、かつ、切替えスイッチ１２が第一ＯＮモードないし第二ＯＮモードとなっていても、超音波振動子５１は動作遮断される。これらの動作シーケンスを実現する制御プログラムはＲＯＭ６２の中に書き込まれ、ＲＡＭ６３にロードされてＣＰＵ６１により実行される。なお、図示はしていないが、空調用霧発生装置１の動作継続時間を制限したり、設定時刻に動作開始ないし停止させるためのタイマーを設けることも可能である。

本実施形態の空調用霧発生装置１は、その要部の寸法及び仕様が以下のごとく定められている。
・送風ファン４１：直径１００〜１５０ｍｍ、奥行（図７：ｂ）３０〜４０ｍｍ、回転数１５００〜５０００ｒｐｍ
・気流導入通路４９：奥行（図７：ａ）２０〜３０ｍｍ、高さ（図６：ｇ）８０〜１３０ｍｍ
・霧チャンバ２９：高さ２５０〜４５０ｍｍ、幅及び奥行（図７：ｈ）７０〜１１０ｍｍ、第一空間２９Ａの幅（図７：ｃ）１７〜３０ｍｍ、第二空間２９Ｂの幅（図７：ｅ）５５〜７０ｍｍ
・整流板４４：高さ（図６：ｈ）２５０〜３００ｍｍ、気流導入口４３の後方縁からの突出高さ（図７：ｄ）１７〜３０ｍｍ、粒径が１０μｍ以上の霧粒子を主体に水面に戻す。
・水位ＷＬ（図６：ｉ）：２０〜３０ｍｍ
・水温：１℃以上３０℃以下（望ましくは４℃以上２０℃以下）
・放出される霧粒子：気水体積比：４０以上１４００以下、粒径が１０μｍ以上のものの相対数頻度が１％以下（望ましくは、粒径が４μｍ以上のものの相対数頻度が１％以下）、数平均粒径０．５μｍ以上３μｍ以下、体積平均粒径３μｍ以上１０μｍ以下、粒径が１０μｍ以下のものの相対体積頻度が７０％以上、粒径が１μｍ以下のものの数比率が６０％以上（望ましくは７０％以上）。
・超音波振動子５１：振動駆動周波数１ＭＨｚ以上３ＭＨｚ以下

また、本実施形態では、水Ｗとして高圧交流電界を印加処理したものを使用する。これにより、霧粒子を微細化する効果が一層高められ、かつ、放出される霧粒子の粒径分布をシャープにすることができる。その結果、高圧交流電界が印加処理されない水を使用した場合と比較して、霧放出に伴う水の消費速度が減少し、霧発生の連続継続時間を延ばすことができる。さらに、高圧交流電界を印加処理したものは、粒子の微細化がさらに進みやすくなり、粒径１μｍ以下の粒子の比率が高められ、消臭効果等により優れた霧を発生することが可能となる。

図１４は、高圧交流電界を印加処理するための水処理装置の一例を示すものであり、これで処理した水Ｗを上記の霧発生装置１に使用するのである。水処理装置１０１は、水Ｗを収容する処理容器１０２と、該水Ｗ中に配置される放電電極１０３とを備える。放電電極１０３は、処理容器２内の水Ｗ中に配置される絶縁体（ガラス又はセラミック製である）からなる電極ケース１０６と、電極ケース１０６により水系被処理液体から隔離された状態で、該電極ケース１０６内に配置され、一端が電気的に開放となり、他端が交流高電圧電源１０７に接続される主電極１０４と、電界集中を生じさせるための尖鋭部を主電極１０４の周囲に分散形成するために、主電極１０４の周囲にこれと接して配置される副電極１０５とを備える。放電電極１０３は、交流高電圧電源１０７に接続することにより高圧交流電界ＡＥＦを発生し、電極ケース１０２の絶縁性壁部を介して水Ｗにこれを印加する。交流高電圧電源１０７は商用交流電源１０９とトランス１０８とを有し、電源電圧を一定の昇圧比で昇圧して放電電極１０３に印加する。なお、商用交流電源１０９とトランス１０８との間に周波数変換用のインバータを設けてもよい。

図１５に示すように、放電電極１０３は、主電極１０４を例えばＣｕ製の金属棒にて形成する一方、副電極１０５は、Ｃｕ線などの金属線材５Ｗを束ねた集積体を、主電極１０４の外周面上に設定された一定の巻き付け経路（本実施形態ではらせん状の経路である）に沿って、断続的に主電極１０４との接点が生ずるように巻き付ける形で形成している。また、電極ケース１０６は、主電極１０４を、これに巻き付けられた副電極１０５とともに覆うチューブ状（筒状）に形成されている。該構造は、複数の細い金属線材１０５Ｗ（線径０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下）をねじり等により束ね、接点が断続的に生ずるように、不定形無作為に線材を折れ変形させながら主電極１０４の外周面に緩く巻きつけることにより形成でき、線材の折れ変形を主電極１０４の長手方向と周方向にランダムに多数生じさせることができる。これにより、主電極１０４の周囲には、折れ変形部や、ささくれだった線材端部などにより先鋭部１０５ｔが多数一様に分散形成される。放電電極１０３に極端な高圧・高周波を印加しなくとも、副電極５が形成する多数の尖鋭部１０５ｔでは電界集中して電界強度が高められ、水分子やイオンの凝集ないし会合の解消や運動活性化を、水Ｗ中にて局所的かつ分散形態で促進することができる。その結果、装置を大型化することなく、交流高電圧印加特有の処理を水Ｗに対し効率的に行なうことができる。本実施形態では、処理容器１０２は例えば金属製タンクである。このような高電圧印加により凝集した水イオンのクラスターが解消されるので、超音波印加により、より微細な霧粒子に分裂しやすくなるものと推測される。

交流高電圧電源１０７にて放電電極１０３に印加する交流高電圧は、例えば１０００Ｖ以上１００００Ｖ以下の範囲で調整される。１０００Ｖ未満では電圧印加による上記効果が乏しく、１００００Ｖを超えると装置が大型化し、また、有用成分の分解などの好ましくない現象も起こりうる。また、交流高電圧の周波数は、同様の理由により、１０Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下に設定するのがよい。本実施形態で採用している条件は、電圧が１８００Ｖ、周波数は６０Ｈｚ（つまり、商用交流の周波数）である。この処理をした水Ｗを図１〜図７に開示した霧発生装置１の霧発生源として使用し、霧発生動作を連続的に継続したところ、処理しない水Ｗを使用した場合と比較して、水の消費速度が約半分に減少した。

本実施形態では、処理容器２内に透液性壁部（例えば網やパンチングメタルで構成されている）を有する容器１１０が設けられており、容器１１０内には、トルマリンなど電界発生能を有する補助媒体１１１が収容されている。水Ｗは補助媒体１１１と接触することで、クラスター解消効果がさらに高められる。ただし、容器１１０及び補助媒体１１１は省略してもよい。

以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
図１〜図７に開示した空調用霧発生装置１を用い、種々の条件で霧を発生させた。装置要部の寸法及び仕様は以下のように設定した。
・送風ファン４１：直径１２０ｍｍ、奥行（図７：ｂ）３５ｍｍ、回転数３０００ｒｐｍ。
・気流導入通路４９：奥行（図７：ａ）２５ｍｍ、高さ（図６：ｇ）１００ｍｍ
・霧チャンバ２９：高さ３７０ｍｍ、幅及び奥行（図７：ｈ）８５ｍｍ、第一空間２９Ａの幅（図７：ｃ）２１ｍｍ、第二空間２９Ｂの幅（図７：ｅ）６５ｍｍ
・整流板４４：高さ（図６：ｈ）２７５ｍｍ、気流導入口４３の後方縁からの突出高さ（図７：ｄ）０〜３０ｍｍの範囲内で種々に変更。この値により、放出される霧粒子の粒度分が種々に調整される。後述の表１において、番号８は、整流板４４を取り除いた場合の比較例である。
・水位ＷＬ（図６：ｉ）：２５ｍｍ
・水温：１５℃、通常の水道水と、図１５の装置により、電圧１８００Ｖ、周波数は６０Ｈｚの交流高電圧を約２時間印加したものとの２種を使用した。後述の表１において、番号１が、交流高電圧処理した水を使用したもの、番号２〜８は、通常の水道水を使用したものに相当する。
・超音波振動子５１：振動駆動周波数約２ＭＨｚ

発生させた霧の粒径分布を、レーザー回折式粒度分布測定装置（HELOS Particle Size Analysis：（株）日本レーザー製）により測定し、数平均粒径、体積平均粒径、ザウター平均粒径、粒度区間別の相対数頻度、相対体積頻度を求めた。以上の結果を表１に示す。

また、室温１０℃と２０℃の２条件で、霧放出口７の上方１０ｃｍ位置に眼鏡を１０秒間かざし、水滴の付着があるかどうかを確認した。評価は、以下の基準で行なった。
◎：霧にかざしている間も全く眼鏡が曇らず、水滴付着しなかったもの。
○：曇りはほとんど生じないが、ごく小さな水滴付着のみ見られたもの。
△：霧にかざしている間は曇りを生ずるが、眼鏡を霧から外すと数秒以内に曇りがなくなるもの。
×：霧から眼鏡を外しても曇りが消えず、凝集した水滴が眼鏡の上を流れるもの。

次に、この霧発生装置を、次のような条件で使用し、以下のような評価を行なった。
（１）広さ１００ｍ^２、高さ３ｍの畳敷きの大広間にて、室温１０℃にて種々の時間連続運転。
（２）広さ１００ｍ^２、高さ３ｍの畳敷きの大広間にて、室温２０℃にて種々の時間連続運転。
（３）広さ１００ｍ^２、高さ３ｍの畳敷きの大広間にて、室温２０℃にて種々の時間連続運転した後、装置を停止。その後、空調を切って５時間で室温を１０℃まで下げた。
（４）広さ３０ｍ^２、高さ１０ｍの吹き上げ型ホールにて、室温２０℃にて種々の時間連続運転。
いずれも、霧発生装置の使用に先立って、１日あたり約８時間、延べ４０人に喫煙してもらう匂い付着処理を。３日間連続で行なった。運転開始後は、種々の運転時間毎に、非喫煙者１０人を室内に入れ、臭いの残留を確認してもらった。また、部屋の４隅に研摩大理石製の石像（重さ１０ｋｇ、高さ７０ｃｍ）を置き、水滴の付着があるかどうかを確認した。また、２４時間連続運転後の使用水量も調べた。

評価基準は以下の通り（（臭い評価結果／水滴付着評価結果）にて表示）。
（臭い評価）
◎：１０人とも、臭い残留なしと回答。
○：１人のみ臭い残留ありと回答。
△：２人以上５人以下が臭い残留ありと回答。
×：５人以上が臭い残留ありと回答。
（水滴付着評価）
◎：乾いた手触りで、水滴付着なし。
○：少し湿った手触りを感ずる程度で、明確な水滴付着なし。
△：曇りは出ていないが、水滴の凝結が認められたもの。
×：像全面にべとついた曇りが生じ、水滴の凝結が多量に認められたもの。
以上の結果をまとめて表１に示す

本発明の霧発生装置の採用により、放出される霧粒子は、粒径が１０μｍ以上のものが効果的に取り除かれ、その相対数比率が低減されていることがわかる。整流板４４の、気流導入口４３の後方縁からの突出高さ（図７：ｄ）が２１ｍｍのとき、発生する霧の粒度は最も小さくなった（番号１〜３）。これらについては、大広間の消臭効果はいずれも１０分程度の短時間で明確に認められ、２４時間の連続運転を行なっても、水滴の凝結はほとんど見られず、良好な結果が得られた。このうち、特に、交流高電圧印加処理した水を使用した番号１についは、普通の水道水を使用した番号２，３と比較して、２４時間後の水の消費量が約半分になっており、かつ、１μｍ以下の粒子の体積頻度も高いため、天井の高い吹き上げ型ホールでも霧がよく立ち上り、良好な消臭効果が得られている。

図１６は番号１の霧の数頻度による粒度分布を、図１７は番号２の霧の数頻度による粒度分布を、図３は番号１の霧の体積頻度による粒度分布をそれぞれ示すグラフであり、表２〜４は、これらグラフにそれぞれ対応する各粒径範囲ごとの相対頻度値を示すものである。図１９は、番号１の霧と番号２の霧との体積頻度による粒度分布グラフを重ねて表示したものである。交流高電印加処理した水を用いた番号１の霧は、交流高電印加処理しない水を用いた番号２よりも、１μｍ以下の粒径域の体積頻度が明らかに上昇していることがわかる。

本発明の空調用霧発生装置の一実施形態の外観を示す三面図。図１の空調用霧発生装置から本体カバーを取り外した状態を示す斜視図。図２の状態から水タンクをさらに取り外した状態を示す斜視図。図１の空調用霧発生装置の要部を示す正面図。図１の空調用霧発生装置の要部を示す斜視図。図１の空調用霧発生装置の要部を示す三面図。図５の平面図を拡大して示す図。整流板の位置による効果の差を示す説明図。超音波振動子の取り付け形態を示す断面図。超音波振動子の振動軸線の傾斜による効果を説明する図。複数の超音波振動子の配置形態を、振動軸線の傾斜方向と合せて例示する第一の図。同じく第二の図。図１の空調用霧発生装置の電気的構成を示すブロック図。図１の空調用霧発生装置に使用する水に高圧交流電界を印加処理する装置の一例を示す模式図。図１４の装置に使用する電極の説明図。実施例の番号１の霧の数頻度による粒度分布測定結果を示すグラフ。実施例の番号２の霧の数頻度による粒度分布測定結果を示すグラフ。実施例の番号１の霧の体積頻度による粒度分布測定結果を示すグラフ。実施例の番号１及び番号２の霧の、体積頻度による各粒度分布測定結果を重ねて示すグラフ。

符号の説明

１空調用霧発生装置
７霧放出口
２１水収容部
２９霧チャンバー
３９旋回流発生部
ＴＮＤ旋回流
４１送風ファン
４３気流導入口
４４整流板
４９気流導入通路
５１超音波振動子

Claims

霧発生源となる水を収容する水収容部と、
前記水収容部内の前記水と接触するように配置され、該水に超音波振動を付加する超音波振動子と、
前記水収容部内の水面の上方空間を周囲から区画するとともに、気流導入口と、該気流導入口よりも上方に位置する霧放出口とが形成された霧チャンバーと、
前記超音波振動の付加により前記水収容部内の水面から前記霧チャンバーの内部空間に立ち上る霧に対し、前記水面と交差する軸線周りの旋回気流を、前記霧チャンバーの前記気流導入口より導入することにより、一定粒子径以上の霧粒子を前記旋回流とともに前記水面に戻す旋回流発生部と、を有し、
前記旋回流に打ち勝って上昇離脱する霧粒子を、空調されるべき周囲雰囲気に向けて前記霧放出口より放出するとともに、
前記霧チャンバーの内部には、前記気流導入口からの気流の導入方向において該気流導入口と対向する位置に、導入された前記気流を、形成すべき旋回流の旋回方向に迂回させる整流板が配置されており、
前記気流導入口は前記霧チャンバーの側壁部に形成され、
前記整流板は、前記気流導入口から前記霧チャンバーの内側に一定距離離間した位置にて、前記旋回流の軸線に板面が沿うように、その幅方向の一端縁が前記内壁部に固定され、該整流板により前記霧チャンバーの内側空間が、前記気流導入口に面した第一空間と、これと反対側の第二空間とに仕切られるとともに、それら第一空間と第二空間とが前記整流板の他端縁と前記霧チャンバーの側壁部との間に形成された隙間を介して連通してなり、
前記気流導入口から前記第一空間に導入された気流は前記整流板に衝突した後、前記隙間に向けて迂回し、該隙間を経て前記第二空間内に旋回しつつ導入されるものであり、さらに、
前記霧チャンバーは、前記水面の上方に配置される縦長のダクト形態を有し、前記整流板もこれに対応した縦長に形成されてなり、
前記整流板の長手方向における下端縁が、前記水面よりも下方であって、前記水収容部の底面よりも上方に位置してなることを特徴とする空調用霧発生装置。
ことを特徴とする空調用霧発生装置。
前記霧発生源となる水は水温が１℃以上３０℃以下のものが使用される請求項１記載の空調用霧発生装置。
前記霧発生源となる水は水温が３０℃超４５℃以下のものが使用される請求項１記載の空調用霧発生装置。
前記旋回流により前記水面に戻される霧粒子は、主に粒径が１０μｍ以上のものである請求項２又は請求項３に記載の空調用霧発生装置。
放出される前記霧粒子は、粒径が１０μｍ以上のものの相対数頻度が１％以下である請求項４記載の空調用霧発生装置。
放出される前記霧粒子は、数平均粒径が３μｍ以下である請求項３又は請求項５に記載の空調用霧発生装置。
放出される前記霧粒子は、粒径が１μｍ以下のものの数比率が６０％以上である請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。
放出される霧粒子は、粒径が４μｍ以上のものの相対数頻度が１０％以下である請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。
放出される霧粒子は、体積平均粒径が１０μｍ以下である請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。
放出される霧粒子は、粒径が１０μｍ以下のものの相対体積頻度が７０％以上であ請求項４ないし請求項９のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。
前記超音波振動子は、圧電振動体の上面が前記水収容部の底面に露出するとともに、該圧電振動体の振動軸線が鉛直方向に対して一定角度傾くように、前記水収容部の底面に取り付けられている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。
複数個の前記超音波振動子が前記水収容部の底面に対し、各超音波振動子の振動軸線が上方に向うほど互いに離間する形態で取り付けられている請求項１１記載の空調用霧発生装置。
前記水として、高圧交流電界を印加処理したものを使用する請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の空調用霧発生装置。