(57)【要約】    【課題】  低温排熱源からの温熱によって、塩化リチウム水溶液を加熱し、この水溶液と低温空気を接触させて、殺菌された温風を発生させる装置を提供すること。    【解決手段】  向流式気液接触装置内で、塩化リチウム水溶液と外部からの低温空気とを接触させて温風を発生する温風発生装置において、この装置は少なくとも、塩化リチウム水溶液の循環装置、低温空気供給装置、塩化リチウム水溶液への水注入装置を装備してなり、向流式気液接触装置はその内部に低温排熱の熱源を使用した加熱装置を装備し、塩化リチウム水溶液を加熱可能とされ、塩化リチウム水溶液と異なる方向から低温空気を低温空気供給装置によって供給可能とされ、この低温空気を加熱・加湿して取り出し可能とされてなることを特徴とする温風発生装置。    【選択図】  図１
2005140462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
向流式気液接触装置内で、塩化リチウム水溶液と外部からの低温空気とを接触させて温風を発生する温風発生装置において、この向流式気液接触装置は少なくとも、塩化リチウム水溶液の循環装置、低温空気供給装置、塩化リチウム水溶液への水注入装置を装備してなり、向流式気液接触装置はその内部に低温流体の熱源を使用した加熱装置を装備し、上側から流下させた塩化リチウム水溶液を加熱可能とされ、加熱された塩化リチウム水溶液と異なる方向から低温空気を低温空気供給装置によって供給可能とされ、この低温空気を加熱・加湿して取り出し、向流式気液接触装置を流下した後の塩化リチウム水溶液に水注入装置によって水を注入し、塩化リチウム水溶液を希釈可能とされてなることを特徴とする温風発生装置。
【請求項２】
向流式気液接触装置が、濡れ壁式気液接触装置、充填塔式気液接触装置または噴霧搭式気液接触装置のいずれかである、請求項１に記載の温風発生装置。
【請求項３】
塩化リチウム水溶液の循環装置が、向流式気液接触装置からの塩化リチウム水溶液の出口側で、塩化リチウム水溶液に水を注入して注入して塩化リチウム水溶液を所定濃度範囲に調製する水注入装置を装備してなる、請求項１または請求項２に記載の温風発生装置。
【請求項４】
向流式気液接触装置への塩化リチウム水溶液の入口で、塩化リチウム水溶液の濃度を２５〜３７重量％として稼働させる、請求項３に記載の温風発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温風発生装置に関する。さらに詳しくは、特に３０〜４０℃程度の低温排熱源からの温熱によって塩化リチウム水溶液を加熱し、塩化リチウム水溶液と０〜１０℃程度の低温の外気とを向流式気液接触装置内で接触させ、殺菌された温風を発生する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国の冬季は低温となる地域があることから、生活者に快適な住環境を提供するため、居住空間への空調装置の利用が飛躍的に普及し、このため電力需要も増大してきた。電力会社がこの増大した電力需要に対応するには、水力発電、火力発電、原子力発電などに依存しなければならない。水力発電や原子力発電は、大容量発電設備となり投資が嵩むほか、遠距離送電しなければならないという欠点がある。石油、石炭、天然ガスなどによる火力発電は、二酸化炭素の排出量が多く、これの総排出量を削減しなければならない現状では、飛躍的な設備拡大はできないのが実情である。しかし、快適な住環境に慣れた生活者にとって、空調装置を利用しない生活に戻ることは苦痛である。従って、二酸化炭素を排出しない新規な空調システムの開発が望まれていた。
【０００３】
火力発電所、製鉄所、石油化学プラント、セメント工場などの各種工場、廃棄物焼却場などのガス、重油、廃棄物からの高温の排出気体（排熱）は、他の熱源として使用されているが、１１０〜１３０℃の温度の排出気体は地域暖房、浴場、温水プールなどの熱源として活用されている。しかし、温度が１００℃以下の低温の排出熱、特に３０〜４０℃の低温の排出熱は従来全く活用されていないのが実情である。
【０００４】
最近、上記大容量の発電設備で発電した電気を使用する空調設備に代えて、電力を使用しないで冷暖房領域の熱を製造する技術であるデシカント空調システムが提案されている。その一つは吸湿材ロータリー式の乾式タイプのものであり、他の一つはＬｉＢｒ溶液循環型の湿式タイプのものである（特許文献１）。これら提案のデシカント空調システムでは、いずれも吸湿材（デシカント材）が水分を吸収する際に発生する吸収熱、蒸発する際に発生する蒸発熱などを活用するものであるが、蓄熱密度は６００KJ/kg程度（１０００KJ/kg程度が望ましい）で低いという欠点がある。蓄熱密度を向上させたものとして、特殊な物質を組合せたものが提案されているが、蓄熱密度が大幅に向上されるに至っていない。
【０００５】
本出願人は先に、上記の欠点を解決した改良された空調システムを提案した（特願２００３−０４４０８３）。その後さらに検討した結果、この提案のシステムによるときは、空調装置が設置されている近傍で、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液を希釈し、または固体の塩化リチウムを水に溶解し、得られて塩化リチウム水溶液中に、水の蒸発装置から発生した水蒸気を吸収させて、低濃度の塩化リチウム水溶液とする際に生じる吸収熱により、温風と温水を発生させるものである。しかし、水蒸気発生装置は密閉式であり、塩化リチウム水溶液と気体とを接触させる際は開放式としているので、塩化リチウム水溶液を循環使用する際に、塩化リチウム水溶液に溶存する空気を除去しないと装置の性能が著しく低下するので、脱気装置を装備する必要があり高価になるという欠点があった。
【特許文献１】特開平５−３０１０１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、かかる状況にあって、従来の空調システムに存在する上記の緒欠点を解決した、改良された空調システム、特に温風発生装置を提供することを目的として、鋭意検討の結果本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明の目的は次のとおりである。
１．二酸化炭素を排出しないで居住空間を暖房することができる、温風発生装置を提供すること。
２．温度が３０〜４０℃の低温の排出熱を活用した温風発生装置を提供すること。
３．塩化リチウム水溶液に溶存する空気を除去する必要のない温風発生装置を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、向流式気液接触装置内で、塩化リチウム水溶液と外部からの低温空気とを接触させて温風を発生する温風発生装置において、この向流式気液接触装置は、塩化リチウム水溶液の循環装置、低温空気供給装置、塩化リチウム水溶液への水注入装置を装備してなり、向流式気液接触装置はその内部に低温流体の熱源を使用した加熱装置を装備し、上側から流下させた塩化リチウム水溶液を加熱可能とされ、加熱された塩化リチウム水溶液と異なる方向から低温空気を低温空気供給装置によって供給可能とされ、この低温空気を加熱・加湿して取り出し、向流式気液接触装置を流下した後の塩化リチウム水溶液に水注入装置によって水を注入し、塩化リチウム水溶液を希釈可能にされてなることを特徴とする温風発生装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、以下に詳細に説明するとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る温風発生装置は、熱源として主として３０〜４０℃の低温排出流体を利用するので、新たに二酸化炭素を排出することがない。
２．本発明に係る温風発生装置は、塩化リチウム水溶液と空気との平衡蒸気圧が塩化リチウム水溶液の濃度と温度に依存する性質、および、常温近傍で乾燥空気に接触すると水分を放出する性質を利用するので、乾燥した低温空気を濃度を調節し加温した塩化リチウム水溶液に接触させることにより、加熱・加湿した空気に変えて取り出すことができる。
３．特定濃度の塩化リチウム水溶液の蒸気圧を外気と平衡させることによって、外気は塩化リチウム水溶液からの水分（蒸気）によって加湿されるので、特別な加湿装置は不要である。
４．塩化リチウム水溶液は殺菌作用があるので、殺菌された温風を発生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る温風発生装置は、少なくとも、向流式気液接触装置、塩化リチウム水溶液の循環装置、低温空気供給装置、塩化リチウム水溶液への水注入装置を装備している。温風発生装置を構成する単位装置は、金属または合成樹脂によって調製することができる。金属および合成樹脂の種類は、塩化リチウム水溶液に腐蝕されないものであれば特に制限はない。本発明において低温空気とは、温度が１５℃以下の外気、特に冬季の温度が１０℃以下の低温空気を意味し、温風とは温度が２０〜３０℃の空気を意味する。
【００１０】
向流式気液接触装置は、その内部に低温排出流体の熱源を使用した加熱装置を装備し、上側から流下させた濃度が調節された塩化リチウム水溶液を加熱し、塩化リチウム水溶液とは異なる方向、例えば、下側または横側から低温空気を送ることによって両者を接触させて、低温空気を加湿し同時に加温する機能を果たす。気体と液体とを接触させる装置としては、濡れ壁式構造、充填搭式構造、噴霧搭式構造のものが挙げられる。加熱装置は、気液接触装置の内部に加熱流体を通過させる管を配置し、この管に温度が３０〜４０℃の低温排出流体を通過させる構造とするのがよい。
【００１１】
濡れ壁式構造の気液接触装置は、二枚の壁の間に加熱流体を通過させる複数の管を設け、二枚の壁の外側表面に塩化リチウム水溶液を流下させるようにした板状体を一単位とし、内部に加熱媒体通路が設けられた板状体を複数単位並列に並べ、低温空気と塩化リチウム水溶液の双方が通過可能な隙間（気液通路）を設けて気密筐体に装備し、気密筐体の上側に液体分散器と加温・加湿空気の取り出し口を装備し、筐体の下側に塩化リチウム水溶液の受器と低温空気供給口を装備した構造のものをいう。加温・加湿空気の取り出し口にはデミスターを配置すると、加温・加湿空気中に含まれるミストを容易に除去することができる。
【００１２】
気液接触装置筐体の大きさは、装置の能力（容量）、板状体の枚数などにより異なるが、一辺３５０mm〜４０００mm、高さ６００mm〜３５００mmの範囲で選ぶことができる。温調する空間容積が大きい場合は、大きい気液接触装置一基設置する方法や、小さい気液接触装置を複数基並列に並べる方法によればよい。板状体一単位の寸法は、幅が３００mm〜２０００mm、高さが５００mm〜２０００mm、厚さが３mm〜２０mmでの板状体で、板状体の２枚の壁面の内部には、直径が２．５mm〜１８mmの加熱管を配置する。気密筐体には隣接する壁面の間隔を３mm〜２０mmとして、１０〜１０００単位を並列に配置することができる。
【００１３】
気液通路を通過する塩化リチウム水溶液は、上側の液体分散器で複数の板状体の総ての板状体表面に沿って、ヘッダによって分散流下させる。塩化リチウム水溶液は総ての板状体表面を濡して下方に流下し、筐体の下側に装備した液体受器に集められ、液体循環ポンプによって循環され使用される。受器の大きさは、上記気密筐体の底辺の大きさに応じて決定され、形状は漏斗状にし塩化リチウム水溶液を一個の出口に集められるようにするのが好ましい。
【００１４】
複数の板状体表面に沿って流下する塩化リチウム水溶液に接触させる低温空気は、下側または横側のいずれかの方向から送り込むことができる。好ましいのは、下側から送り込む方式である。塩化リチウム水溶液は、板状体表面に沿って流下する過程で、板状体内部に装備した加熱管に３０〜４０℃の低温排出流体を通すことによって加温され、かつ、同時に加温された塩化リチウム水溶液からの水分によって低温空気が加湿され、気液接触装置の上側の取り出し口から加温・加湿空気として取り出される。受器に集められた塩化リチウム水溶液は、濃度を調節した上で循環使用される。
【００１５】
充填搭式構造の気液接触装置は、充填搭の内部空間部分に多数の加熱管を装備し、搭の上側に塩化リチウム水溶液を均一に分散させる分散板と、加温・加湿空気の取り出し口を装備し、搭の残りの空間にラシヒリング、サドルなどの充填物を充填し、塔の下側に低温空気供給口を装備し、塩化リチウム水溶液受器を装備した構造のものをいう。充填搭式構造の気液接触装置の大きさ、装置の能力（容量）により、直径３５０mm〜３０００mm、高さ６００mm〜３５００mmの範囲で選ぶことができる。ラシヒリング、サドルの大きさは、搭の残りの空間の体積に応じて選ぶことができる。気液を接触させる際には、搭の大きさにもよるが、直径が１５mm〜４０mmの加熱管を螺旋状に配置し、この加熱管に３０〜４０℃の低温排出流体を通過させ、塔の上側の分散板から塩化リチウム水溶液を流下させ、塔の下側の低温空気供給口から低温空気を供給して両者を対流させ接触させて、低温空気を加湿・加温し、気液接触装置の上側の取り出し口から加温・加湿空気としてが取り出される。受器に集められた塩化リチウム水溶液は、濃度を調節した上で循環使用される。
【００１６】
噴霧搭式構造の気液接触装置は、筒状を呈する搭の内部に筒の長さ方向に沿って多数の細管、または筒状搭の内部に螺旋状の加熱管を配置し、搭の上部に塩化リチウム水溶液を均一に分散させる複数の噴霧機と、加温・加湿空気の取り出し口を装備し、噴霧搭の下側に低温空気供給口を装備し、塩化リチウム水溶液受器を装備した構造のものをいう。噴霧搭式構造の気液接触装置の大きさは、装置の能力（容量）により、直径３５０mm〜３０００mm、高さ６００mm〜３５００mmの範囲で選ぶことができる。気液を接触させる際には、加熱管に３０〜４０℃の低温排出流体を通過させ、搭の上側に装備した複数の噴霧機から塩化リチウム水溶液を均一に分散させて噴霧し、塔の下側の低温空気供給口から低温空気を供給して両者を向流させ接触させて、低温空気を加湿・加温し、気液接触装置の上側の取り出し口から加温・加湿空気が取り出される。受器に集められた塩化リチウム水溶液は、濃度を調節した上で循環使用される。
【００１７】
低温空気供給装置は、冬季の１５℃以下の低温外気を気液接触装置内に取り込む装置であり、空気ファン、フィルター、およびダンパーを装備した構造のものをいう。吸引量をダンパーで調節した外気は、フィルターを通過させて塵芥を除去し、気液接触装置内の空間部に送られ、ここで塩化リチウム水溶液と接触し、快適な居住空間である２０〜２４℃の温度範囲に加温され、外気の湿度は塩化リチウム水溶液からの水分（蒸気）によって加湿され、気液接触装置の上部から取り出され、温調すべき居住空間に送られて温度・湿度調節用に活用される。
【００１８】
塩化リチウム水溶液の循環装置は、受器に集められた塩化リチウム水溶液を濃度を調節した上で気液接触装置に供給する機能を果し、受器および貯槽、塩化リチウム水溶液循環ポンプ、水注入装置によって構成される。受器は、気液接触装置を通過した塩化リチウム水溶液を集める受器であり、貯槽は水を注入して濃度を調節した後の塩化リチウム水溶液を貯える槽である。塩化リチウム水溶液は、気液接触装置内で低温空気と接触している間に、空気を加湿する水分（蒸気）供給源となる。受器に集められた塩化リチウム水溶液の濃度は、気液接触装置の上側に供給する前に比し高く変化しているので、これに水を注入して元の好ましい濃度範囲（２５〜３７重量％）に調節し、気液接触装置の上側に供給する必要がある。塩化リチウム水溶液循環ポンプは、元の好ましい濃度に調節された塩化リチウム水溶液を気液接触装置の上側に供給する。
【００１９】
塩化リチウム水溶液の濃度は、塩化リチウム水溶液を一定速度で循環している場合には、受器から流入した塩化リチウム水溶液を貯槽に溜め、この貯槽の液面を一定に維持するように水を注入することによって一定に保持することができる。なお、受器に集められた塩化リチウム水溶液を循環ポンプを通過する前に濃度検出器、例えば比重計で濃度を検出し、検出した濃度に応じて水を計量し注入し、循環ポンプによって循環させることができる。塩化リチウム水溶液濃度調製用の水、および追加・注入用の水は、固形分を濾過した脱イオン水が好ましい。
【００２０】
本発明に係る温風発生装置で塩化リチウム水溶液を使用するのは、塩化リチウム水溶液は２０〜２４℃の温度範囲で、居住空間の快適な湿度、すなわち０．００６〜０．０１kg／kg乾燥空気（ＤＡ）（相対湿度では４０〜６０％に相当する）に調節するのが容易だからである。濃度の異なる塩化リチウム水溶液について、温度と空気湿度（平衡蒸気圧）との関係を、図３に基づいて説明する。図３において、横軸は温度、縦軸は空気湿度であり、曲線は濃度の異なる塩化リチウム水溶液の平衡蒸気圧である。塩化リチウム水溶液と平衡状態にある空気の湿度は、温度と塩化リチウム水溶液の塩化リチウム濃度に依存する。例えば、温度が２０℃で塩化リチウムが２５重量％の濃度では、０．００８kg／kgＤＡ、温度が２５℃で塩化リチウムが３０重量％の濃度では、０．００８kg／kgＤＡ、温度が３０℃で塩化リチウムが３７重量％の濃度では、０．００６kg／kgＤＡである。
【００２１】
居住空間を快適温度の２０〜２４℃の範囲に調節するには、温風発生装置の出口空気温度を２０〜３０℃、好ましくは２４〜３０℃程度とする必要があり、空気中の湿度を０．００６〜０．０１kg／kgＤＡの範囲に調節する必要がある。空気中の湿度をこの範囲にするには、図３より、塩化リチウム水溶液の塩化リチウム濃度を、２５〜３７重量％の範囲とする必要がある。
【００２２】
次に、本発明に係る温風発生装置を稼働・停止させる際の手順につき、説明する。稼働させる際には、(1)塩化リチウム水溶液の循環を開始する、(2)気液接触装置内の加熱管への熱媒供給を開始する、(3)塩化リチュウム水溶液の温度が３０℃程度に達したときに、低温空気供給装置からの低温空気の供給を開始する、の手順とする。停止する際には、(4)低温空気供給装置による低温空気の供給を停止する、(5)加熱管への熱媒の供給を停止する、(6)塩化リチウム水溶液の循環を停止する、の手順とする。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明に係る温風発生装置を図面に基づいて説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。
【００２４】
図１は本発明に係る温風発生装置の一例のフローシートであり、図２は濡れ壁式構造の気液接触装置の一例の斜視略図であり、図３は塩化リチウム水溶液の温度と平衡蒸気圧との関係を示す図である。
【００２５】
図１および図２において、Ａ１は向流式気液接触装置、Ａ２は温風取り出し口、Ａ３はデミスター、Ａ４は塩化リチウム水溶液分散板、Ａ５は塩化リチウム水溶液受器、Ａ６は濡れ壁式構造の気液接触装置を構成する板状体の壁面、Ａ７は板状体内に配置された加熱管、Ａ８は３０〜４０℃の低温排出流体供給口、Ａ９は板状体によって構成される空間部である。濡れ壁式構造の気液接触装置を使用する際には、上部に配置した分散板Ａ４によって塩化リチウム水溶液Ｃ５を分散させて板状体の壁面Ａ６を流下させる。塩化リチウム水溶液Ｃ５は、加熱管Ａ６を通過させる低温排出気体によって加熱されつつ、低温空気供給装置から供給させる空気と接触する。
【００２６】
Ｂは低温空気供給装置であり、Ｂ１は空気ファン、Ｂ２は空気入口、Ｂ３は空気出口である。空気ィルターおよびダンパーは、空気ファンの上流に配置される。低温空気供給装置からの低温空気（例えば、５℃の外気、湿度は０．００５kg／kgＤＡ以下の乾燥空気）は、加熱管Ａ６を通過させる低温排出気体によって加熱されつつ、塩化リチウム水溶液Ｃ５から水分（蒸気）が供給され、温度が２５℃で０．００８kg／kgＤＡ程度の適温、適湿の空気とされ、空気出口Ｂ３から温調の必要な居住空間に送ることができる。
【００２７】
Ｃ１は塩化リチウム水溶液循環パイプ、Ｃ２は循環ポンプ、Ｃ３は水貯槽、Ｃ４は塩化リチウム水溶液貯槽である。受器Ａ５に集められた塩化リチウム水溶液は、塩化リチウム水溶液貯槽Ｃ４に流入し、気液接触装置内で蒸発した水分に相当する水を水貯槽Ｃ３から注入し、塩化リチウム水溶液貯槽Ｃ４の液面を一定に保持する。定常状態で稼働している場合に、これにより塩化リチウム水溶液の濃度を、ほぼ一定に保持することができる。
【００２８】
図３は塩化リチウム水溶液の平衡蒸気圧であり、横軸は温度、縦軸は空気湿度であり、曲線は濃度の異なる塩化リチウム水溶液の平衡蒸気圧を意味する。空間の温度が快適温度（２０〜２４℃）で、かつ、空気中の湿度が快適湿度（０．００６〜０．０１kg／kgＤＡ）とするための空気出口Ｂ３の温風範囲は、図３の斜線で囲まれた部分である。従って、塩化リチウム水溶液の濃度、その温度などを図３の斜線で囲まれた部分に入るように調節すれば、居住空間を快適温度で快適湿度に保ことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る温風発生装置は、以上詳細に説明したとおりであり、０〜１０℃程度の低温外気を、濃度が２５〜３７重量％の範囲の塩化リチウム水溶液と、３０〜４０℃程度の低温排熱源からの温熱によって、居住空間の快適温度（２０〜２４℃）で、快適湿度（０．００６〜０．０１kg／kgＤＡ）に加湿・加温できるので、冬季における家屋、ホテル、マンション、図書館、幼稚園、保育園、各種擁護施設の居住環境の温調用に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る温風発生装置の一例のフローシートである。
【図２】濡れ壁式構造の気液接触装置の一例の斜視略図である。
【図３】塩化リチウム水溶液の温度と平衡蒸気圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
Ａ１：向流式気液接触装置
Ａ２：温風取り出し口
Ａ３：デミスター
Ａ４：塩化リチウム水溶液分散板
Ａ５：塩化リチウム水溶液受器
Ａ６：壁面
Ａ７：加熱管
Ａ８：加熱流体供給口
Ａ９：空間部
Ｂ：低温空気供給装置
Ｂ１：空気ファン
Ｂ２：空気入口
Ｂ３：空気出口
Ｃ１：塩化リチウム水溶液循環パイプ
Ｃ２：循環ポンプ
Ｃ３：水貯槽
Ｃ４：塩化リチウム水溶液貯槽
Ｃ５：塩化リチウム水溶液
【図３】
2005140462.tif 000003
【図１】
2005140462.tif 000004
【図２】
2005140462.tif 000005