液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構

 

水滴蒸発と制御技術に基づいて超撥水誘導現象や超撥水コーティング表面を介して自家洗浄機能を実現した自家洗浄加湿機構を提供すること。
解決手段 本自家洗浄清浄加湿機構は、超疎水性表面を利用した水滴蒸発式加湿装置であって、超疎水性表面が有する自家洗浄機能、細菌繁殖抑制機能、水に濡れない撥水機能に基づいて、超疎水表面での水滴制御によって水滴を自然蒸発または強制蒸発させて、安全な加湿はもちろん、掃除など、維持補修が必要でない新概念の蒸発式加湿機構である。
【選択図】図2

 

 

本発明は、自家洗浄が可能な加湿器に関し、より詳細には、水滴蒸発及び制御技術に基づいて超撥水誘導現象や超撥水コーティング表面を介して自家洗浄機能を実現した加湿器技術に関する分野に属する。
湿度調節を主な機能とする加湿機構は、人間が快適な生活をするために必ず必要であり、かつ各種疾病を予防し、健康を維持するために必須的に要求される。韓国の家庭用加湿器の市場規模が1000億ウォンに至り、数兆ウォンに達する世界の市場規模から見たとき、家電製品のうち、低い認知度に比べて相対的に大きい市場規模を有している。特に、既存の加湿機構等が持っている安全の問題、掃除及び管理の困難など、慢性的な問題点と不便な点のため、炭や自然蒸発機構のような代替材の市場が大きく増えている点は、加湿器が単純な嗜好性消費財でない、生活必須消費財であるということが分かる。特に、経済が発展するほど、健康とヘルシーに対する人々の関心が大きくなり、医療費用の負担が増えながら、疾病を予防し、健康な生活を営むために、快適な環境造成に対する個人の関心と投資が増えるようになる。これは、加湿器市場で目立ち、中国の場合、加湿器市場の拡大が目立って増えている傾向である。
加湿器は、大別して、超音波/ノズルを用いて直接噴霧するコールドミスト(cold mist)方式、加熱して蒸気を噴霧するウォームミスト(warm mist)方式、そして、広い表面積を有する蒸発板に強制空気循環によって自然加湿する蒸発式、に分けられる。
超音波加湿等の直接噴霧方式は、加湿モジュールに残余物がほとんど残らず、維持管理が相対的に容易であり、電力消費が少ないという長所があるが、水中に残留する石灰質、重金属、細菌などが同時に空気中に流入して、健康に致命的でありうるという問題がある。特に、細菌繁殖が起これば、空気中に直ちに噴出されるので、殺菌のために殺菌剤を入れるようになるが、2011年、数名の老弱者及び乳幼児の命を落とし、私たちに大きい衝撃を与えた超音波加湿器用殺菌剤事件は、直接加湿方式の問題点を端的に見せる。加湿器殺菌剤の殺菌成分は、大別して、ポリヘキサメチレングアニジン(polyhexamethylene guanidine;PHMG)、塩化オリゴ−(或いは2−)エトキシエチルグアニジン(Oligo(2−)ethoxy ethoxyethyl guanidine chloride;PGH)、クロロメチルイソチアゾリノン(CMIT)の3つがある。これらの物質は、皮膚毒性が他の殺菌剤に比べて5〜10分の1程度に過ぎず、シャンプ、ウェットティッシュなど、種々の製品に用いられるが、これらの成分が呼吸器に吸入されるときに発生する毒性については研究されていなかったため、被害者が発生するまで何らの制裁がなされなかった。PHMGとPGHの場合、臨床実験で有害性が確認されて関連業者が処罰され、韓国内の全ての加湿器殺菌剤の流通が中断した。殺菌剤の問題でなくとも、水中の石灰質が空気中に微細ホコリの形で噴霧されるので、水道水に石灰質が多いヨーロッパ、米国、中国などでは、超音波加湿器の問題点が既に台頭されている状況である。
これに対し、加熱式加湿器の場合、高温で加熱して加湿するので、殺菌作用をし、水中の石灰質など、各種異物が空気中にほとんど流入せず、衛生的に大きい長所がある。しかし、加熱式加湿器の場合、純粋な水のみが供給された後は、水中の残余物等が加熱板にくっつくことになり、周期的に掃除しなければならないという不便が非常に大きい。特に、米国、ヨーロッパ、中国など、水道水中に石灰質が多く含まれている場合、たった数日のみ使用しても硬い石灰質が加熱板に厚く析出されて出てくるようになり、これを掃除することは相当不便であった。
最近では、数十枚のディスクを重ねて表面積を広げ、空気を強制循環させて加湿するエアワォッシャ方式の蒸発式加湿器が大人気を呼んでいる。細菌繁殖の恐れは超音波方式と同様であるが、細菌や石灰質など、異物が空気中に流入しないので、相対的に安全である。しかし、このような種類の加湿器は、蒸発板の表面積を広げるための数十枚のディスク積層構造が掃除及び維持管理に大きい困難を与え、加湿量も相対的に劣るという短所がある。これを補完するために、ファンを用いて強い空気循環を起こすことが必要であり、これによる騷音が問題となり得る。また、蒸発ディスク積層モジュールの掃除のために特殊洗剤などを販売することもある。このような掃除の困難のため、蒸発ディスクを使わずに、消耗性モジュールを使用する蒸発式加湿器もある。このように、現在まで市場に出ている既存の全ての加湿機構等は「安全性」と「掃除及び維持管理」という2つの核心要素を同時に満たしていない実情である。
外気に水蒸気を蒸発、供給するとともに、異物が蒸発板の表面にくっつかず、別の掃除が必要なく、各種有害物質は、最終的な落下水に全て捕集されて、これを簡単に廃棄することにより、従来の加湿器の短所を一挙に解消する機能を果たすことはもちろん、水滴自体を噴霧しないので、人体有害物質吸入の恐れがなく、水滴が持続的に動くことにより、かび、その他の細菌が生息する恐れがない加湿機構を提示しようとする。
前記課題解決手段は、次のような構成を有する。
すなわち、本発明の加湿機構は、水が供給される蒸発板手段と、
前記蒸発板上に水を供給する水供給手段と、
前記蒸発板上に供給された水を蒸発板の一側から他側に移動させる水移動手段と、
前記蒸発板上の水の蒸発を促進する蒸発促進手段と、
蒸発板手段で水の移動が終了する位置に形成される水排出手段と、
を備える。
前記水移動手段は、重力によって水を移動させるか、或いはファンで空気を強制送風することにより蒸発板表面上の水滴を一側から他側に移動させることができる。
前記蒸発促進手段は、蒸発板を加熱するヒータであるか、蒸発板表面の周囲の空気を強制流動させるファンであるか、蒸発板表面上の水に輻射熱を供給する赤外線照射装置やマイクロウェーブ照射装置でありうる。
前記蒸発板表面は、超撥水処理されたアルミニウムを使用するか、または蒸発板を加熱して水滴(液滴)が蒸発板表面と接触する面積が非常に小さいようにして、微細な力でも水滴が蒸発板表面上を移動できるようにする。
本発明の加湿器は、外気に水蒸気を蒸発、供給するとともに、異物が蒸発板表面にくっつかず、別の掃除が必要なく、各種有害物質は、最終的な落下水に全て捕集されて、これを簡単に廃棄することにより、従来の加湿器の短所を一挙に解消する機能をするという長所がある。
また、水滴自体を噴霧しないので、従前の加湿器死亡事故のような恐れは全くなく、水滴が持続的に動くので、かび、その他の細菌が生息する恐れもなくなる。
本発明の概念を説明するための概略図である。 本発明の第1の実施形態であるステップタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態であるステップタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態であるステップタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態であるステップタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態であるスパイラルタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態であるスパイラルタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態であるスパイラルタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 本発明の第3の実施形態であるトラックタイプ加湿器の構造を説明するための図である。 超撥水表面と関連した説明のための図である。 超撥水表面と関連した説明のための図である。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。
本発明の加湿機構を要約すれば、水が供給される蒸発板手段と、前記蒸発板上に水を供給する水供給手段と、前記蒸発板上に供給された水を蒸発板の一側から他側に移動させる水移動手段と、前記蒸発板上の水の蒸発を促進する蒸発促進手段と、蒸発板手段で水の移動が終了する位置に形成される水排出手段とを備える。
前記水移動手段は、蒸発板を水平面に対して傾くように形成して、水を重力によって移動させるようにする重力手段を利用するか、或いは蒸発板が水平となってもファンを水側に吹いて空気を強制送風することにより、蒸発板表面上の水滴を一側から他側に移動させることができる。
前記蒸発促進手段は、蒸発板を加熱するヒータであるか、蒸発板表面の周囲の空気を強制流動させるファンであるか、蒸発板表面上の水に輻射熱を供給する赤外線照射装置やマイクロウェーブ照射装置でありうる。
前記蒸発板表面は、超撥水処理されたアルミニウムを使用するか、または蒸発板を加熱して水滴(液滴)が蒸発板表面と接触する面積が非常に小さいようにして、微細な力でも水滴が蒸発板表面上を移動できるようにする。
図1は、本発明の概念を説明するための概略図であり、図2ないし図5は、本発明の第1の実施形態であるステップタイプ加湿器の構造を説明するための図であり、図6ないし図8は、本発明の第2の実施形態であるスパイラルタイプ加湿器の構造を説明するための図であり、図9は、本発明の第3の実施形態であるトラックタイプ加湿器の構造を説明するための図であり、図10ないし図11は、超撥水表面と関連した説明のための図である。
図1のように、本発明の構成は、水を供給する水供給手段として、水タンク10と、水タンクから水を供給するモータ装置(図示せず)、供給される水の量を調節する調節装置(図示せず)、配管装置(図示せず)、バルブ(図示せず)、ノズル12などを備えることができる。
蒸発板30上に、水タンク10から供給された水である供給水20の液滴は、蒸発板30表面をAからB方向に移動しつつ蒸発されて水滴が次第に小さくなるようになる。
このとき、蒸発板上を流れる移動水21の液滴(水滴)は、蒸発板表面とごく小さい接触面積を維持するので、非常に弱い力でも移動が可能であり、移動中、十分液滴の水分が蒸発された後には、最終的に小さい大きさの落下水22になるが、これは、ホコリなどの各種汚染物質を含んだまま収集箱60に捨てられるようにする構造を有するという点である。
移動水21は、蒸発板表面上を移動しつつ純粋な水成分のみ蒸発されるので、水滴内部に含まれた石灰質、重金属、細菌などの異物は蒸発板の底面に残らないようになる。
また、強力な水の表面張力によって底面自体にある異物が移動水21の水滴に捕集される機能も発揮されるので、蒸発板自体に対する自家洗浄(self−cleaning humidification)加湿器としての機能も発揮する。すなわち、水滴内部に有害な物質を閉じ込めて落下水22になり、これを収集することにより、極めて衛生的な加湿器の役割を果たすものである。
要約すれば、水滴を転がり回るようにしながら外気に水蒸気を蒸発、供給するとともに、異物が蒸発板表面にくっつかず、別の掃除が必要なく、各種有害物質は、最終的な落下水22に全て捕集されてこれを簡単に廃棄することにより、従来の加湿器の短所を一挙に解消する機能をするという長所がある。水滴自体を噴霧しないので、従前の加湿器死亡事故のような恐れは全くなく、水滴が持続的に動くので、かび、その他の細菌が生息する恐れもなくなる。
蒸発板表面と水滴とは持続的に狭い接触面積を有しなければならず、本発明では、このために、蒸発板表面を超撥水表面に形成しなければならない。超撥水表面に加工された蒸発板表面は、図10の絵で見えるように、水滴が底表面と接触する面積が非常に小さく、小量の力でも移動できる現象を見せる。
図10(b)の絵は、蓮華上に水滴が結んでいるものであって、球に近い形態を見せており、図10(a)の絵は、ライデンフロスト現象を見せる絵である。
図10(a)の場合、水滴を摂氏200度以上に加熱された表面に置いたとき、水滴と底面との間に加熱蒸気膜(vapor layer)が生じ、このときの水滴(floating drop)は、表面上をごく小さい外力でも移動される状態となる。
本発明の蒸発板30、250、310、410の底表面と水とは、図10の(a)または(b)状態を維持することが必要である。
図10(a)のように維持しようとすれば、蒸発板にヒータ(図示せず)を形成して水を加熱することにより、図10(a)の状態に作る必要がある。
それとは異なり、蒸発板表面自体を、最近研究が活発に進まれている、超撥水表面処理を適用して図10(b)のように水滴と表面との接触面積を非常に減らすこともできる。
超撥水表面処理技術は、蓮の花が有するマイクロ構造とナノ構造との混合形態を様々な方法で摸倣して形成させる方法等が発展されてきた。
マイクロ構造とナノ構造とが混在された表面が超撥水現象を起こす理由は、水の強力な表面張力のため、このような微細構造中に水が濡れていくことができないためであり、これにより、非常に薄い空気層を境界として固体表面と水とが安定的に分離された状態を維持するようになる。これによって起こる現象は、水に濡れない超撥水現象であって、水が水滴形態で滴るようになり、超撥水表面上を摩擦がほとんどない状態で転げ回るようになる。このような状態は、ウェンゼルステージ(wenzel stage)とキャシーステート(cassie state)とに説明され、超撥水基礎理論として落ち着くようになった。
蒸発板表面を超撥水表面に形成する方法は、次のような方法を適用することができる。すなわち、アルミニウム表面に対して、超撥水表面を作る1番目の例は次のとおりである。本発明では、当業界の分野で知られた超撥水表面処理方法のうち、いずれか1つを利用するものであって、特定の1つの方法に限定されて適用されるものではない。
アルミニウムに対して、陽極酸化工程法でアルミニウムを電解質溶液に入れて、電位差を与えて電流を流すと、アルミニウムの表面がマイクロ構造とナノ構造とが混在した微細構造形態に変わるようになる。ここに、HDFSという撥水コーティング処理をすれば、極度に水に濡れない超撥水表面が作られる。本発明は、超撥水表面に作る既存の方法を応用して加湿器に適用するためのものである。
図11は、陽極酸化処理法によってアルミニウム表面を超撥水処理する方法の例を示している。
超撥水表面を作る2番目の例としては、電気を使用しないエッチング方法によって酸性溶液でアルミニウム表面を処理してマイクロ構造を得た後、アルカリ処理をしてナノ構造をさらに生成させる最新の方法である。電気を使用しないので、処理速度と費用において大きい革新をもたらす。
図12では、知られたエッチング法によるアルミニウム表面の超撥水処理過程を示している。
その他にも、マイクロ/ナノ構造を有する表面を利用して切り取るテンプレート方式があり、マイクロナノパーティクルを噴霧して表面に被せるコーティング方法等も様々に商用化されている。今後、より安定的で、かつ低価の超撥水表面処理方法等が提示されることと予想される。
本発明は、前記超撥水表面処理方法が適用された蒸発板を備えた加湿器構造物に関する技術を提示しようとするものである。
[第1の実施形態]
図2ないし図5は、第1の実施形態と関連した図である。ステップタイプ加湿器200は、蒸発板250が水平面と所定の角度で多段階のプレート等で形成されており、最上層の蒸発板の一側上には、水を供給するノズル12が設けられている。そして、落下水を受けるための収集箱60がハウジング内の下部位置に形成される。水タンクなどは、便宜上省略した。
蒸発板上を移動する水滴の蒸発を促進する手段は、蒸発板を加熱するヒータであるか、蒸発板表面の周囲の空気を強制流動させるファンであるか、蒸発板表面上の水に輻射熱を供給する赤外線照射装置或いはマイクロウェーブ照射装置であるか、若しくはこれらのうち、少なくとも2つ以上の組み合わせでありうる。
ノズルから供給された水は、傾いた蒸発板に沿ってジグザグ形態で落ちるようになり、水が蒸発板上を通りながら蒸発された水蒸気は、ファン40に送風されて図4の矢印方向に移動するようになる。すなわち、図4の矢印方向は、水蒸気の移動方向を表し、ハウジング上部側の水蒸気排出口261を介して抜け出ることにより、加湿器の役割をすることになる。
図1と本実施形態とを比較するとき、本発明の蒸発板250は、図3のように多段階で形成されるという点が相違する。
蒸発板の傾斜した表面に沿って図3の矢印方向に水が重力によって落ち、最終的にD1方向に落下水となって収集箱60に捕集されるが、図1の場合より本実施形態では、蒸発板の長さ、すなわち、水滴の蒸発板表面の滞留時間が非常に長くなるので、水滴に含有された水分成分の蒸発が十分なされた後、水排出口280を介して収集されるという特徴がある。
前述されたように、蒸発板表面は、超撥水処理された表面で形成されることが好ましいが、その他、蒸発板にヒータ(図示せず)を設けて摂氏200度程度で加熱することにより、水滴と蒸発板表面との間に水蒸気膜(図10参照、vapor layer)が形成されるようにして、水滴が非常によく転げ回り得るように形成することができる。
参考までに、図3は、図4のハウジング202部を省略して図示し、図2は、図3の構成のうち、収集箱60とファン40を省略図示した撮影写真である。
図5は、図3での多段階蒸発板のうちの一部を撮影したものであるが、各蒸発板の傾いた末端部には、その次の蒸発板に落下(D2、D3方向)するための構造を揃えるようになる。そして、蒸発板表面の水が外部に流れないように蒸発板表面は、丸い溝の形態で形成されていることが好ましい。(図5)
蒸発板の傾斜度、幅、多層設置された蒸発板の個数は、特定数値に限定されず、蒸発板上の水を強制移送するファンをさらに含むことができる。その他、水自体の蒸発促進を導く赤外線照射装置或いはマイクロウェーブ照射装置などを蒸発板の周囲に設けることができることはもちろんである。
本実施形態の加湿器は、壁掛け用にも製作されやすく、量産にも有利であるという長所がある。
[第2の実施形態]
本実施形態は、図6ないし図8の蒸発板310のような形態で形成されている。
図8は、側面から見た絵であり、図7は、実際水滴が蒸発板上を流れることを示している。
本実施形態は、スパイラルタイプに命名され得るが、上部から下部に至るまでスパイラル形状の曲面に沿って水滴が落ちるようになる構造である。この構造は、狭い空間を利用しながらも、蒸発板上を移動する水滴の経路を長くすることができるという長所及び独特かつ美麗な外観を有する。
水供給管320とノズル12とを介して供給された水である移動水21は、蒸発板310上をR方向に回転して落ちるようになり、水分蒸発によって次第にその大きさが小さくなり、最終的に図8の中心部位置の水排出口380を介して落下するようになる。
蒸発板310表面は、第1の実施形態と同様に、超撥水コーティング処理または熱を供給するヒータを形成することができる。
蒸発板の傾斜度及び直径は、特定数値に限定されず、蒸発板上の水を強制移送するファンをさらに含むことができる。その他、水自体の蒸発促進を導く赤外線照射装置或いはマイクロウェーブ照射装置などを蒸発板の周囲に設けることができることはもちろんである。
[第3の実施形態]
図9では、第3の実施形態に係る蒸発板、その他の構成を示している。基本的に上記第2の実施形態の構成と類似し、蒸発板の直径が狭くなるのではない、トラックタイプで形成されて、あたかも短距離陸上競技トラックを複数層重ねた構造で形成されている。
本タイプは、蒸発板中央の空いた空間に水タンクを設けることができるといいう長所があり、スパイラルタイプより同一幅条件において移動水の移動経路が長くなるので、水滴の水分蒸発が十分なされるという点が長所である。
本発明の加湿機構において供給される水は、水滴形態または流水形態に全て適用が可能である。
D1、D4、D5:水排出方向
10:水タンク 12:ノズル
20:供給水 21:移動水 22:落下水
30:蒸発板
40:ファン
60:収集箱
200:ステップタイプ加湿器 202:ハウジング
210:水供給管
250:蒸発板
260:空気流動口
261:水蒸気排出口
280:水排出口
300:スパイラルタイプ加湿器
310:蒸発板
380:水排出口 400:トラックタイプ加湿器



  1. 水が供給される蒸発板手段と、
    前記蒸発板上に水を供給する水供給手段と、
    前記蒸発板上に供給された水を蒸発板の一側から他側に移動させる水移動手段と、
    前記蒸発板上の水の蒸発を促進する蒸発促進手段と、
    蒸発板手段で水の移動が終了する位置に形成される水排出手段と、
    を備え、
    前記蒸発促進手段は、
    蒸発板を加熱するヒータであるか、
    蒸発板表面の周囲の空気を強制流動させるファンであるか、
    蒸発板表面上の水に輻射熱を供給する赤外線照射装置或いはマイクロウェーブ照射装置であるか、若しくはこれらのうち、少なくとも2つ以上の組み合わせであることを特徴とする液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

  2. 一側から水が供給され、供給された水が重力によって移動されるように表面が所定の傾斜を有する蒸発板手段と、
    前記蒸発板上に水を供給する水供給手段と、
    前記蒸発板上の水の蒸発を促進する蒸発促進手段と、
    蒸発板手段で水の移動が終了する位置に形成される水排出手段と、
    を備え、
    前記蒸発促進手段は、
    蒸発板を加熱するヒータであるか、
    蒸発板表面の周囲の空気を強制流動させるファンであるか、
    蒸発板表面上の水に輻射熱を供給する赤外線照射装置或いはマイクロウェーブ照射装置であるか、若しくはこれらのうち、少なくとも2つ以上の組み合わせであることを特徴とする液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

  3. 前記蒸発板表面は、超撥水処理されたアルミニウムであることを特徴とする請求項1または2に記載の液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

  4. 前記ヒータは、摂氏200度ないし摂氏300度で加熱して、蒸発板表面と水との間に蒸気層(vapor layer)が形成されるようにすることを特徴とする請求項3に記載の液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

  5. 前記蒸発板は、
    複数個の離隔したプレート等が多層でジグザグ形態で形成されており、最上層のプレートに沿って落ちた水が、その直下部のプレート端部に落ちて流れる構造で形成されることを特徴とする請求項2に記載の液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

  6. 前記蒸発板は、
    スパイラル形態またはトラック形状であって、
    上部から下部に傾斜して降りる形状を有する構造で形成されることを特徴とする請求項2に記載の液滴蒸発に基づく自家洗浄加湿機構。

 

 

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【選択図】図5
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【選択図】図1
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【選択図】図1
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