(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却コイルの冷却水チューブに水素水を冷却水として供給するための手段を設け、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水を除去するための凝縮水除去手段を設けた気体温湿度調整用装置において、
前記凝縮水除去手段がブラシであり、
前記ブラシは、回転その他の移動により、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水の除去を行い得るよう構成されており、
前記冷却コイルの冷却フィンが、前記ブラシを移動させるためのスリットを有することを特徴とする気体温湿度調整用装置。
【請求項２】
前記凝縮水除去手段は、前記冷却コイルの冷却フィンに、圧力が２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2である圧縮気体の吹き付けであることを特徴とする請求項１記載の気体温湿度調整用装置。
【請求項３】
冷却コイルを構成する冷却水チューブ内に冷却水を流すとともに、前記冷却コイルの冷却フィン間に被冷却気体を流すことにより被冷却気体の冷却を行う気体温湿度調整方法において、前記冷却水として水素水を用い、
前記冷却フィンに付着する凝縮水の除去手段をブラシとし、
前記ブラシを、回転その他の移動により、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水の除去を行い得るようにし、
前記冷却コイルの冷却フィンに、前記ブラシを移動させるためのスリットを配置することを特徴とする気体温湿度調整方法。
【請求項４】
前記凝縮水の除去手段を、前記冷却コイルの冷却フィンに、圧力が２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2である圧縮気体を吹き付けることを特徴とする請求項３記載の気体温湿度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物である気体に加湿、除湿、昇温、冷却などの空調プロセスを行う高効率気体温湿度調整用装置及び調整方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
将来の建築物の空調設備においては、省エネルギーの設備が強く求められている。特に、クリーンルームのランニングコストに関しては電気料金の占める割合は全体の３分の１程度にもなり、その大半が空調ならびにプロセス装置に費やされる電力である。よってこの空調および装置電力量の低減をはかることが低コスト生産には必要不可欠となる。
【０００３】
消費電力は空調設備の運転に寄与している所が大きい。その為、空調機の効率を上げる事は、そのまま省エネに繋がる。
【０００４】
空調機を構成する装置のうちの一つである冷却コイルの効率をあげる事は、空調機の効率アップに繋がる。
【０００５】
運転中の空調機の冷却コイルには運転中に凝縮水が付着している。その凝縮水が被空調気体の冷却効率を下げている事になる。冷却コイルに付着した凝縮水を除去する事により、凝縮水の伝熱係数が銅の伝熱係数より低い事による効率の低下を防ぐ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷却コイルの熱交換効率が上昇し、冷却水量が低減でき、配管径、送水ポンプ動力も小さくすることができ、空調系のイニシャルコストおよびランニングコストの低減が可能となる高効率気体温湿度調整用装置及び調整方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の気体温湿度調整用装置は、冷却コイルの冷却水チューブに水素水を冷却水として供給するための手段を設け、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水を除去するための凝縮水除去手段を設けた気体温湿度調整用装置において、前記凝縮水除去手段がブラシであり、前記ブラシは、回転その他の移動により、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水の除去を行い得るよう構成されており、前記冷却コイルの冷却フィンが、前記ブラシを移動させるためのスリットを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の気体温湿度調整方法は、冷却コイルを構成する冷却水チューブ内に冷却水を流すとともに、前記冷却コイルの冷却フィン間に被冷却気体を流すことにより被冷却気体の冷却を行う気体温湿度調整方法において、前記冷却水として水素水を用い、前記冷却フィンに付着する凝縮水の除去手段をブラシとし、前記ブラシを、回転その他の移動により、前記冷却コイルの冷却フィンに付着した凝縮水の除去を行い得るようにし、前記冷却コイルの冷却フィンに、前記ブラシを移動させるためのスリットを配置することを特徴とする。
【０００９】
本発明の高効率気体温湿度調整方法は、冷却コイルの冷却水チューブ内に冷却水を流すとともに、冷却フィン間に被冷却気体を流すことにより被冷却気体の冷却を行う気体温湿度調整方法において、該冷却水として水素水を用いることを特徴とする。
【００１０】
本発明の高効率気体温湿度調整方法は、冷却コイルの冷却水チューブ内に冷却水を流すとともに、冷却フィン間に被冷却気体を流すことにより被冷却気体の冷却を行う気体温湿度調整方法において、冷却コイルから凝縮水を除去した後ないし除去しながら前記冷却を行うことを特徴とする。
【００１１】
なお、圧縮気体は冷却気体であることが好ましい。かかる冷却気体を用いる場合には、本来冷却処理しなければならない熱量以外の熱量を必要としないという利点がある。冷却気体の温度としては、処理前温度と処理後温度に差異を有するという理由から２３〜１５℃が好ましい。
【００１２】
また、冷却コイルの表面は撥水性を有する表面とすることが好ましい。撥水性を有する表面とするためには、冷却コイルの表面に例えば、ＰＦＡ被膜を施せばよい。ＰＦＡのほかには、例えば、撥水材塗布、撥水性を有する酸化膜を形成することが好ましい。
【００１３】
また、凝縮した液体を、再撒布し得る手段を設けることが好ましい。このような構成とした場合、凝縮した液体温度と熱交換器温度が等しいため、不要な熱交換を行わないという利点がある。凝縮した液体を、再撒布し得る手段としては、例えば、空調機内の凝縮水受け皿より小型のポンプで凝縮水を汲み上げ熱交換器上部より再撒布を行うのように構成すればよい。
【００１４】
さらに、冷却コイルの表面にアルマイト処理などを施しておくことが好ましい。かかる構成とするとその表面から気体への熱放射による伝熱効率が向上して冷却効率が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜６に基づいて説明する。
【００１６】
冷却コイルは、高効率気体温湿度調整用装置において、被調整気体を冷却し、温度湿度を調整する為に使用する。通常７℃前後の冷却水をコイルに供給し、その熱源を利用し、それに接する被調整気体温度を下げる為に使用する。
【００１７】
冷却コイルに水膜が付着した状態時に低下する熱交換効率を下記の例で示す。冷却熱量をｑ、エンタルピ基準の熱貫流率をＫｗ、コイルの表面積をＳ、対数平均温度差をＭＥＤ、内外表面積比をＲ、管内表面の熱伝導率をαｗ、管内表面の汚れ係数をｒ1、銅管とアルミフィンと管との接触熱抵抗をｒ2、比例常数をｂｗ、フィン表面の物質移動係数をｋｆ、フィン効率をφｗとすると、
ｑ＝Ｋｗ・Ｓ・ＭＥＤ
１／Ｋｗ＝Ｒ／αｗ＋Ｒ（ｒ1＋ｒ2）ｂｗ＋１／［ｋｆ｛φｗ＋（１／Ｒ）｝］
の関係式が成り立つ。
【００１８】
上記の公式に一般値を当てはめると、冷却熱量は、約６４２ｃａｌ／ｈ
となる。
【００１９】
冷却コイルに凝縮水が層状についた時の冷却熱量ｑ’は、以下のようになる。内外表面積比Ｒの補正値をＲ’、厚みｄの水の層がコイルに付着した場合の熱貫流率をＫｗ’とすると、
１／Ｋｗ’＝Ｒ・αｗ／ｚｗ＋Ｒ（ｒ１＋ｒ２）ｂｗ＋Ｒ’・ｂｗ・ｄ／λ＋１／［ｋｆ｛φｗ＋（１／Ｒ）｝］
＝１／Ｋｗ＋ｄ／λ
水膜の厚みｄを１．０ｍｍとすると、冷却熱量ｑ’は約４３０ｋｃａｌ／ｈ
となる。
【００２０】
上記の事から、仮に水膜が１．０ｍｍ冷却コイルに付着したとすると、コイルによる熱交換効率は約３３％落ちている事になる。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係る凝縮水除去用装置を示すものである。
【００２２】
この装置は、冷却コイルに付着した凝縮水を圧縮気体またはブラシ（回転ブラシ、または平ブラシ）で強制的に吹き飛ばすように構成されている。１０１は空調機本体であり、気体を移送するファン１０５により、気体入口１０３から気体を空調機本体１０１に取り込み、気体出口１０３から温湿度調整済気体を排出する。空調機本体１０１を気体が通過する途中に冷却コイル１０６が設置されている。冷却コイル１０６の上流側に凝縮水除去装置１０４を設置する。圧縮気体を使用する場合には、送風ファン１０５により取込んだ気体の一部を気体抜取り配管１０７によりコンプレッサー１０８に取込み圧縮気体が製造される。製造された圧縮気体は圧縮空気供給配管１０９により圧縮気体供給ヘッダ１０４に供給される。
【００２３】
冷却コイル１０６に吹き付ける圧縮気体の圧力は、２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2が好ましく、３〜５ｋｇｆ／ｃｍ2がより好ましい。圧力が２ｋｇｆ／ｃｍ2より低いと凝縮水の十分な除去が行い得ない場合がある。逆に１０ｋｇｆ／ｃｍ2より高すぎると、気体温湿度調整の性能に影響を及ぼす場合がある。
【００２４】
以上の説明では、圧縮気体として送風ファン１０５により取込んだ気体の一部を用いる場合につき説明したが、外部から圧縮気体を導入しても良い。その場合、圧縮気体は外部において温湿度を調整しておくことが好ましい。
【００２５】
図２は冷却コイルの概略図を示すものである。
【００２６】
冷却コイルは、冷却コイル本体２０１内に複数の冷却フィン２０６と冷却水チューブ２０２，２０３を配置してなる。冷却水チューブの一端は冷却水入口２０５に連通し、他端は冷却水出口２０４に連通している。
【００２７】
被冷却気体２０７が冷却コイル本体２０１内の冷却フィン２０６同士の間を通過し、冷却済被冷却気体２０８が出てくる。冷却水を冷却水入口２０５から供給し、冷却水出口２０４から排出する。冷却水は冷却水チューブ２０２、２０３を通過する。冷却効率を高める為に冷却フィン２０６を冷却水チューブ２０２，２０３に対し垂直方向に設置してある。
【００２８】
図３、４は圧縮気体供給装置のそれぞれ側面図、正面図を示している。被冷却気体は図面右側３０９から入り、図面左側３０５の方向に流れる。圧縮気体供給システムによって３０４または４０７の冷却コイルに付着した凝縮水を除去するために必要な圧縮気体を供給し、３０８または４０２の圧縮気体ヘッダ移動用ガイドに沿って、上下移動用モーター３０６または４０５を用いて、圧縮気体供給ノズル３１１または４０８を上下させ、凝縮水をコイル及びフィン表面から強制除去する。本例では、圧縮気体ヘッダ３０８，４０２は、連続的に上下往復をし、また停止位置は冷却コイル上流側正面とする。例えば約５．０ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力の気体を冷却コイルに垂直に吹き付ける事により、除去した凝縮水をドレンパンに落とす。３０３または４０３は圧縮気体ヘッダであり、ステンレス配管等からなり、等間隔に圧縮気体の吐出ノズル３１１または４０８が付いている。３０８または４０２はノズルの上下ガイド移動ガイドであり、そのガイドは空調機本体３０２または４０１に固定されている。また、ガイド３０８または４０２は冷却コイルの左右に設置されていて、気体の流れを邪魔しない位置に設置されている。圧縮気体は、圧縮気体配管ノズル３０１または４０４から供給し、フレキシブルチューブ３０７または４０６を通り圧縮気体ノズルに供給される。
【００２９】
図５は圧縮気体供給ノズルの詳細部分を示すものである。
【００３０】
圧縮気体は、圧縮気体ヘッダ５０２を通過した圧縮気体ノズル５０３から噴出する。各ノズルの位置は水平面より角度がついており、落とした凝縮水が強制的に下方に飛ぶようになっている。ノズルの傾斜角５０５及び冷却チューブ５０４配列角度５０６を等しく設置し、ノズル設置位置を冷却フィン５０１を避けて設置する事により、圧縮気体がチューブ、冷却フィン間を有効に通過する様になり、ノズルのない側まで凝縮水を高率良く除去出来る様にする。冷却チューブは配列角度は通常３０度から４０度の範囲である為、ノズル角度も３０度から４０度の間とすることが好ましい。
【００３１】
図６に圧縮気体ノズルの代わりにブラシ（例えば回転ブラシ、平ブラシ）を使用した場合の概略図を示す。回転ブラシは６０１の範囲を回転し、回転軸６０３に固定された樹脂製ブラシ６０２が冷却チューブ及びフィンに付着した凝縮水を除去する。
【００３２】
また、回転ブラシは複数設けられ、１列または２列に分割された熱交換器６０４の間を移動し得るようにすることが好ましい。
【００３３】
また、平ブラシを用いる場合は、平ブラシの形状は片端６０５もしくは両端６０６の形状とし１列または２列に分割された熱交換器の間を移動するか、連続した列数の熱交換器６０７の１列また２列毎に設けられた複数段のスリット内部を移動し得るように構成することが好ましい。
【００３４】
一方、冷却コイルの冷却水チューブ内に流す冷却水として、脱気水を用いることが熱変換効率を高めるために有効である。ここで、脱気水ては、水道水からガス（特に酸素）を除去した水である。脱気後における酸素濃度としては１０ｐｐｍ以下が好ましく、５ｐｐｍ以下がより好ましく、３ｐｐｍ以下がさらに好ましい。ただ、１ｐｐｍ未満では効果が飽和するため１〜１０ｐｐｍが好ましい範囲である。
【００３５】
また、冷却コイルの冷却水チューブ内に流す冷却水として、水素水を用いることが好ましい。水素水は水に水素を添加した水であるが、前記脱気水に水素を添加したものを用いることがより一層好ましい。水素水における水素濃度としては０．５〜１．５ｐｐｍが好ましい。
【００３６】
【実施例】
以下、本発明の装置によって、空調機の冷却コイル３０４または４０７に付着した凝縮水を除去した結果について説明する。
【００３７】
（実施例１）
７℃の冷却水を冷却コイルに供給し、冷却水出口で冷却水温度を測定した。
【００３８】
その時のパラメーターとして、凝縮水がコイルに付着した場合、図１に示す装置を用いて圧縮気体で凝縮水を除去した場合、コイル表面処理を施した場合及び冷却水として脱気水、水素水を使用した場合について実験を行い、それぞれの比較を行った。
【００３９】
冷却水供給条件および入口気体温度を一定に保ち、気体出口温度および冷却水出口温度を測定する。凝縮水除去装置を稼動した場合としない場合および処理しない場合の気体出口温度を比較した。
【００４０】
なお、本実験は入口気体温度を同条件にする為に、同時に行なう事を条件とする。図７は気体出口温度の測定結果を示している。
【００４１】
図７において●が本実施例の結果を示し、■が比較例の結果を示している。
【００４２】
凝縮水を除去した場合（●）の気体出口温度が、凝縮水を除去しない場合（■）と比べて低いことから、コイルでの除去熱量は凝縮水を除去した場合の方が、除去しない場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００４３】
（実施例２）
冷却コイルの外表面に撥水性のあるフッ素系樹脂のＰＦＡ被覆を施したものと被覆しない場合の比較を行った
【００４４】
凝縮水の除去は実施例１と同様に圧縮気体により行った。
【００４５】
なお、ＰＦＡ被膜の厚みは約０．５〜１．０ｍｍが好ましい。かかる厚みとすることにより、被膜による熱効率低下を最小限に抑えるとともに凝縮水の付着を防止するとともに、付着した凝縮水の除去を容易たらしめることができる。
【００４６】
この時の実験では、凝縮水除去装置を稼動させた。撥水性樹脂の被覆により表面処理を施した場合（図７▲）の気体出口温度が、施さない場合（図７■）と比べて低いことから、表面処理を施した方が、しない場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００４７】
（実施例３）
本例では、冷却コイル外表面にアルマイト処理を施したものと処理しない場合の比較を行った。
【００４８】
凝縮水の除去は実施例１と同様に圧縮気体により行った。
【００４９】
この時の実験では、凝縮水除去装置を稼動している。アルマイトによる表面処理を施した場合（図７○）の気体出口温度が、施さない場合（図７■）と比べて低いことから、アルマイト処理などの表面処理を施した方が、しない場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００５０】
（実施例４）
冷却コイルに超音波を当てた場合と当てない場合の比較を行った。
【００５１】
この時の実験では、凝縮水除去装置を稼動している。超音波素子を冷却コイルプレート部分２０６に固定し、更に超音波素子と気体温湿度調整用装置本体のフレーム部を連結固定する。超音波素子の振動により、冷却コイル本体を振動させる事により、冷却コイルに付着した凝縮水を除去させる。使用する超音波の周波数は２０〜５０ｋＨｚとした。２０ｋＨｚ未満では除去に供する音波のエネルギーが不十分であり、５０ｋＨｚを超えると、超音波素子の寿命を著しく短くする可能性があるためである。
【００５２】
冷却コイルに超音波による振動を与えた場合（図７□）の気体出口温度が、施さない場合（図７■）と比べて低いことから、超音波を施した方が、しない場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００５３】
（実施例５）
脱気水を用いることにより冷却チューブ内におけるスケールの発生を防止することができ、スケール発生による熱変換効率の低下を防止することができる。
【００５４】
冷却コイルに流す冷却水として水道水を用いた場合と脱気水を使用した場合の比較を行った。
【００５５】
脱気水としては、水道水から酸素を除去したものを用いた。脱気後における酸素濃度は３ｐｐｍである。
【００５６】
試験結果を図８に示す。
【００５７】
この時の実験では、凝縮水除去装置を稼動している。測定は冷却コイルに冷却水を２０００時間連続で流し続けた後に行った。
【００５８】
脱気水を流した場合（図８●）の気体出口温度が、水道水の場合（図８■）と比べて低いことから、脱気水を用いた方が、水道水を用いた場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００５９】
なお、凝縮水の除去を行わない場合にも、脱気水を用いた場合が水道水を用いた場合よりも出口温度は低いという結果が得られた。
【００６０】
なお、酸素濃度を０．５〜２０ｐｐｍの範囲で変化させて実験を行ったところ１０ｐｐｍ以下において特に良好な結果が得られた。
【００６１】
（実施例６）
水素水を用いることにより冷却水チューブ内におけるスケールの発生を防止することができ、スケール発生による変換効率の低下を防止することができる。
【００６２】
冷却コイルに流す冷却水として水道水を用いた場合と水素水を使用した場合の比較を行った。
【００６３】
水素としては、水道水から酸素を除去した後、水素を添加したものを用いた。水素添加後における水素濃度は０．６ｐｐｍである。
【００６４】
試験結果を図８に示す。
【００６５】
この時の実験では、凝縮水除去装置を稼動している。測定は冷却コイルに冷却水を２０００時間連続で流し続けた後に行った。
【００６６】
水素水を流した場合（図８○）の気体出口温度が、水道水の場合（図８■）と比べて低いことから、水素水を用いた方が、水道水を用いた場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００６７】
なお、凝縮水の除去を行わない場合にも同様の傾向が得られた。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、冷却コイルの熱交換効率が上昇し、冷却水量が低減でき、配管径、送水ポンプ動力も小さくすることができ、空調系のイニシャルコストおよびランニングコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高効率気体温度湿度調整用装置を示す模式的な図である。
【図２】本発明に係る冷却コイル本体を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明に係る冷却コイル凝縮水除去用装置を示す模式的な図である。
【図４】本発明に係る冷却コイル凝縮水除去用装置を示す模式的な図である。
【図５】本発明に係る冷却コイル凝縮水除去用装置の一部を示す模式的な図である。
【図６】本発明に係る冷却コイル凝縮水除去用装置の一部を示す模式的な図である。
【図７】本発明に係る実験結果を示す図である。
【図８】本発明に係る実験結果を示す図である。
【符号の説明】
１０１  空調機本体
１０２  気体排出口
１０３  気体取入口
１０４  凝縮水除去装置
１０５  送風ファン
１０６  冷却コイル
１０７  気体抜取り配管
１０８  コンプレッサー
１０９  圧縮気体供給配管
２０１  冷却コイル本体
２０２  冷却チューブ
２０３  冷却チューブ
２０４  冷却水戻配管
２０５  冷却水供給配管
２０６  冷却フィン
２０７  被冷却気体入側流れ
２０８  被冷却気体出側流れ
３０１  圧縮気体配管接続口
３０２  空調機ケーシング
３０３  圧縮気体ヘッダ
３０４  冷却コイル
３０５  冷却前供給気体
３０６  駆動用モーター
３０７  圧縮気体チューブ
３０８  圧縮気体ヘッダ移動用ガイド
３０９  冷却後供給気体
３１０  ヘッダ停止位置
３１１  圧縮気体供給ノズル
４０１  空調機ケーシング
４０２  圧縮気体ヘッダ移動用ガイド
４０３  圧縮気体ヘッダ
４０４  圧縮気体配管接続口
４０５  駆動用モーター
４０６  圧縮気体チューブ
４０７  冷却コイル
４０８  圧縮気体供給ノズル
５０１  アルミフィン
５０２  圧縮気体ヘッダ
５０３  圧縮気体ノズル
５０４  冷却コイルチューブ
５０５  圧縮気体ノズル角度
５０６  冷却チューブ配列角度
６０１  回転ブラシ軌道
６０２  回転ブラシ
６０３  回転軸
６０４  熱交換器
６０５  片端平ブラシ
６０６  両端平ブラシ
６０７  熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004521847.tif 000009