(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気導入路内に設けた水−空気熱交換器と、
排気通路内に設けたエアワッシャと、
前記水−空気熱交換器の水側と前記エアワッシャとを連絡する第一管路と、
前記エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜と、
前記水溜と前記水−空気熱交換器とを連絡する第二管路と
を備えたことを特徴とする全熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の全熱交換器において、
前記水−空気熱交換器と前記エアワッシャとは、複数設けられている
ことを特徴とする全熱交換器。
【請求項３】
請求項１記載の全熱交換器において、
前記水−空気熱交換器は、冷温水コイルである
ことを特徴とする全熱交換器。
【請求項４】
外気導入路内に設けた水−空気熱交換器およびエアワッシャと、
前記外気導入路内に設けたエアワッシャで噴霧された水を貯留する第一水溜と、
排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャおよび排気下流側エアワッシャと、
前記水−空気熱交換器の水側と前記排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャとを連絡する第一管路と、
前記排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第二水溜と、
前記排気通路内に設けた排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第三水溜と、
前記排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第三水溜と前記水−空気熱交換器の水側とを連絡する第二管路と、
前記外気導入路内に設けたエアワッシャと第一水溜とを連絡する外気側管路と、
前記排気通路内に設けた排気下流側エアワッシャと前記排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第二水溜とを連絡する排気側管路と、
前記外気側管路と前記排気側管路とを熱的に連絡する水−水熱交換器と
を備えたことを特徴とする全熱交換器。
【請求項５】
請求項４記載の全熱交換器において、
前記外気導入路内に設けた水−空気熱交換器と、前記排気側に設けた排気下流側エアワッシャとは、複数設けられている
ことを特徴とする全熱交換器。
【請求項６】
請求項４記載の全熱交換器において、
前記水−空気熱交換器は、冷温水コイルである
ことを特徴とする全熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアワッシャを用いた全熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場の生産ラインならびに研究、実験設備の排気は、有害物質が含まれているため、一般にスクラバなど除害設備で処理された後、大気に放出されている。
こうした排気は、生産工程や実験工程のケミカルハザート対策上年々その量が増えており、対応する外気給気は熱処理して導入するため、そのための設備のイニシャル、ランニングコストが無視できない量である。
【０００３】
そのため、排気からの熱回収が時代のニーズになっている。
従来、有害物質を含む排気からの熱回収の方法としては、図９、図１０に示すランアランドシステムが用いられてきた。
図９に示すドライ方式のランアランド熱回収方式では、外気導入路１に冷温水コイル２を設け、排気通路３に熱回収コイル４を設け、冷温水コイル２と熱回収コイル４とを管路５，６で連絡している。管路５には水ポンプ５ａが設けてある。
【０００４】
図１０に示すスプレ付きランアランド熱回収方式では、図９に示すドライ方式のランアランド熱回収方式において、熱回収コイル４の上流側にエアワッシャ７が設けられている。
図１１は、図９に示すドライ方式のランアランド熱回収方式をスクラバ８に組み込んだ一例を示す。ここでは、スクラバ８で処理された排気からの熱回収を行っている。
【０００５】
一方、動物室排気からの熱回収には、図１２に示すように、全熱交換器９が用いられる。
また、全熱交換器は、リチュームブロマイドなど吸着剤を塗布したハニカムロータ式のものが知られている。
これを用いて排気からの熱回収を効率よく行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９および図１０に示すランアランド熱回収方式では、熱回収量が排気の持つ顕熱の一部が回収されるのみで、効率が悪い。
【０００７】
また、図１２に示す全熱交換器９は、全熱を対象に熱回収を行い回収効率は高いが、本質的に給気側への有害物質の混入は防止できず、採用する排気性状が限定される。
さらに、吸着方式の場合、本質的に排気から給気側へ水分の移動が行われ、かつ排気が給気へ混入する不安がある。
【０００８】
そのため、排気の性状によっては、適用できない場合が多い。この場合、ランアラウンド方式による顕熱交換器を用いて熱回収が行われているが、熱回収効率が全熱交換器に比べて１／２以下である。
本発明は斯かる従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、排気にエアワッシャを導入し、水に排気からの全熱を回収し、その水を給気側に設置した熱交換器に供給し、効率のよい熱回収を計ることが可能な全熱交換器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、外気導入路内に設けた水−空気熱交換器と、排気通路内に設けたエアワッシャと、前記水−空気熱交換器の水側と前記エアワッシャとを連絡する第一管路と、前記エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜と、前記水溜と前記水−空気熱交換器とを連絡する第二管路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の全熱交換器において、前記水−空気熱交換器と前記エアワッシャとは、複数設けられていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１記載の全熱交換器において、前記水−空気熱交換器は、冷温水コイルであることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、外気導入路内に設けた水−空気熱交換器およびエアワッシャと、前記外気導入路内に設けたエアワッシャで噴霧された水を貯留する第一水溜と、排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャおよび排気下流側エアワッシャと、前記水−空気熱交換器の水側と前記排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャとを連絡する第一管路と、前記排気通路内に設けた排気上流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第二水溜と、前記排気通路内に設けた排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第三水溜と、前記排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第三水溜と前記水−空気熱交換器の水側とを連絡する第二管路と、前記外気導入路内に設けたエアワッシャと第一水溜とを連絡する外気側管路と、前記排気通路内に設けた排気下流側エアワッシャと前記排気下流側エアワッシャで噴霧された水を貯留する第二水溜とを連絡する排気側管路と、前記外気側管路と前記排気側管路とを熱的に連絡する水−水熱交換器とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項４記載の全熱交換器において、前記外気導入路内に設けた水−空気熱交換器と、前記排気側に設けた排気下流側エアワッシャとは、複数設けられていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項４記載の全熱交換器において、前記水−空気熱交換器は、冷温水コイルであることを特徴とする。
【００１２】
（作用）
本発明においては、排気通路内にエアワッシャを設置し、シャワ水に排気の持つ顕熱と潜熱いわゆる全熱を効率的に移動させることができる。
【００１３】
一方、給気側（外気導入通路内）に冷温水コイルを設置しておき、そのシャワ水を給水し、給気の冷却、除湿または加熱、加湿の熱源として利用することができる。
また、本発明は、エアワッシャを用いて全熱交換を行い、排気が給気側には一切混入しないように防止できる。
【００１４】
さらに、熱交換器とエアワッシャを複数設置することにより、熱回収効率を高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第一実施形態に係る全熱交換器を示す（請求項１ないし請求項３に対応する）。
外気導入路１０内には、２つの冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１，１２が所定の間隔で設けられている。
【００１７】
排気通路２０内には、２つのエアワッシャ２１，２２が所定の間隔で設けられている。
また、エアワッシャ２１，２２の上流側と、エアワッシャ２２の下流側にそれぞれエリミネータ２３，２４，２５が所定の間隔で設けられている。
２つの冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１，１２の水側と２つのエアワッシャ２１，２２とは、それぞれ管路（第一管路）３０，３１で連絡している。
【００１８】
また、２つのエアワッシャ２１，２２の下方には、エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜４０，４１が設けられている。
各水溜４０，４１は、それぞれ水ポンプ５２，５３を備えた管路（第二管路）５０，５１を介して２つの冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１，１２に連絡している。
各水溜４０，４１の濃縮水は、管路４２，４３を介して水処理槽へ送られるようになっている。
【００１９】
次に、本実施形態に係る全熱交換器の作用を説明する。
外気導入路１０内に導入された外気は、１段目の冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１により冷却、除湿または減湿された後、２段目の冷温水コイル（水−空気熱交換器）１２によりさらに冷却、除湿または減湿され、給気として所定の装置へ送られる。
一方、所定の装置から排出された排気は、排気通路２０内において、１段目のエアワッシャ２１により冷却された後、２段目のエアワッシャ２２により加温され、大気へ放出される。
【００２０】
ここでは、外気の温度３２℃ＤＢ、湿度６３％、排気の温度２３℃ＤＢ、湿度４５％として説明する。
排気は、エアワッシャ２１により冷却され、温度１９．５℃、湿度９５％とされた後、エアワッシャ２２により加温され、温度２２．２℃、湿度９８％とされて大気へ放出される。
【００２１】
外気は、１段目の冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１により冷却され、温度２５．５℃、湿度９５％とされた後、２段目の冷温水コイル（水−空気熱交換器）１２により冷却され、温度２１．５℃、湿度９９％とされ、給気として取り込まれる。
この際、１段目の冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１からエアワッシャ２１へ送られる冷水の温度は２４．５℃、水溜４０から冷温水コイル（水−空気熱交換器）１１へ戻される冷水の温度は２２．５℃である。
【００２２】
また、２段目の冷温水コイル１２からエアワッシャ２２へ送られる冷水の温度は２１℃、水溜４１から冷温水コイル１２へ戻される冷水の温度は１９℃である。
本実施形態における熱回収率は次の通りであった。この場合の理想効率は６６．７％、実用効率は５３．５％であった。
図２は、本発明の第二実施形態に係る全熱交換器を示す（請求項４ないし請求項６に対応する）。
【００２３】
外気導入路内６０には、冷温水コイル（水−空気熱交換器）６１とエアワッシャ６２とが所定の間隔で設けられている。
また、エアワッシャ６２の上流側と下流側にそれぞれエリミネータ６３，６４が所定の間隔で設けられている。
また、エアワッシャ６２の下方には、エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜（第一水槽）８０が設けられている。
【００２４】
水溜（第一水槽）８０は、水ポンプ１０１を備えた外気側管路１００を介してエアワッシャ６２に連絡している。
排気通路７０内には、２つのエアワッシャ７１，７２が所定の間隔で設けられている。
また、エアワッシャ７１，７２の上流側と、エアワッシャ７２の下流側にそれぞれエリミネータ７３，７４，７５が所定の間隔で設けられている。
【００２５】
冷温水コイル（水−空気熱交換器）６１の水側とエアワッシャ７２とは、管路（第一管路）９０で連絡している。
また、２つのエアワッシャ７１，７２の下方には、エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜（第二水槽）１１０，水溜（第三水槽）１１１が設けられている。
水溜（第三水槽）１１１は、水ポンプ１２３を備えた管路（第二管路）１２２を介して冷温水コイル（水−空気熱交換器）６１に連絡している。
【００２６】
水溜（第二水槽）１１０は、水ポンプ１２１を備えた排気側管路１２０を介してエアワッシャ７１に連絡している。
外気側管路１００と排気側管路１２０とは、水−水熱交換器１３０を介して熱的に連絡している。
各水溜（第二水槽）１１０，水溜（第三水槽）の濃縮水は、管路１２４，１２５を介して水処理槽へ送られるようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る全熱交換器の作用を説明する。
外気が３３℃ＤＢ、湿度６３％の場合は、図１と同様であるので、ここでは、外気の温度０℃ＤＢ、湿度５０％、排気の温度２３℃ＤＢ、湿度４５％として説明する。
外気導入路６０内に導入された外気は、冷温水コイル６１により加熱された後、エアワッシャ６２により加温、加湿され、給気として所定の装置へ送られる。
【００２８】
一方、所定の装置から排出された排気は、排気通路７０内において、１段目のエアワッシャ７１により冷却された後、２段目のエアワッシャ７２によりさらに冷却され、大気へ放出される。
排気は、エアワッシャ７１により冷却され、温度１０．３℃、湿度９８％とされた後、エアワッシャ７２によりさらに冷却され、Ｗ８℃、９８％とされて大気へ放出される。
【００２９】
外気は、冷温水コイル６１により加熱され、温度３．５℃とされた後、エアワッシャ６２により加熱ならびに加湿され、温度７℃、湿度９８％とされ、給気として取り込まれる。
本実施形態における熱回収率は次の通りであった。理想効率は６６．７％、実用効率は４７．３％であった。
【００３０】
本発明によれば、エアワッシャ段数と熱回収効率の理想値の関係は表１のようになる。
【表１】
0004015351.tif 000002
表１において、排気２３℃，４５％、外気３２℃，６３％、ランアランウンド（スイスプレ付き）理想効率４１．４％である。
【００３１】
本発明は、排気側で水と空気との直接接触により熱交換することで、排気より全熱を回収することが可能となり、かつ表１のように、エアワッシャの段数と熱回収冷温水コイルの段数を１対１対応とさせることで効率向上を図ることができる。
次に、本発明に係る全熱交換器と従来のランアラウンド方式との差異を明確にするために理想効率について説明する。
【００３２】
ランアラウンド（ドライ）を１段設けた熱回収方式（図９に示す熱回収方式に相当）の場合を、図３に示す空気線図により説明する。
図中、ｉはエンタルピ（ｋｃａｌ／ｋｇ′℃）、ｔはドライ温度（℃）を表す。
外気温度ｔOiは、ｔOOiまで冷却され、排気温度ｔEiは、ｔEOiまで加熱される。
ここで、理想効率は、ｔEi＝ｔOOiおよびｔEi＝ｔEOi＝ｔOiで示される。
【００３３】
また、熱収支＝ｉEO1−ｉEi＝ｉOi−ｉOO1で示される。
よって、エネルギ回収効率（理想）ηは、
η＝（ｉEO1−ｉEi）／（ｉOi−ｉEi）
＝（ｉOi−ｉOOi）／（ｉOi−ｉEi）となる。
【００３４】
理想効率ηは、水−空気の熱交換にロスがないとした場合、下記が成り立つ。
0004015351.tif 000003
次に、ランアラウンド（水スプレ付き）を１段設けた熱回収方式（図１０におけるエアワッシャ（水スプレ）を１段としたものに相当）の場合を図４により説明する。
【００３５】
この熱回収方式は、エアワッシャによって排気温度を低下させ、熱回収量を増加させることを目的とした方式である。
排ガスに水を噴霧することで、排ガスの中に水分を蒸発させ、その気化熱（潜熱）を利用し排ガスの温度を下げる。
その空気処理工程は、断熱飽和といわれ、排気のエンタルピ一定のまま冷却され、理想的には飽和露点温度ｔEDPまで冷却される。
【００３６】
排気温度が低下する分、前述のドライタイプのランアランウンド方式より熱回収効率上昇する。
0004015351.tif 000004
効率は上昇し、外気は冷却コイルで減湿するが、実際には空気の顕熱の効率が主である。
【００３７】
次に、ランアラウンド（水スプレ付き）多段設けた熱回収方式（図１０に示す熱回収方式に相当）の場合を図５により説明する。
ここでは、エアワッシャを多段にしても１段の理想効率より改善されないことを証明する。
ランアラウンド（水スプレ付き）１段で説明したように、外気温度ｔOiと排気温度ｔEiに水の蒸発潜熱によって冷却されたｔEP1℃の排ガスと熱交換を行うことによる理想熱移動量は（最大値）Ｑmax＝ｉEO1−ｉEiである。
【００３８】
これを２段スプレによって熱交換する課程を次に示す。
２段目エアワッシャによる水スプレ前の排ガス温度ｔEO1、エンタルピｉEO1と仮定し、水スプレ後、ｔEDP2の温度のガスとなり、このガスが外気と理想的に外気温度まで熱移動が行われた場合、熱交換後の排ガス温度ｔEO2は外気温度ｔOiと一致する。そのとき、外気側の熱交換後の温度ｔOO1が排ガス温度ｔEO1と等しいか温度ｔEO1より高い場合は、２段目エアワッシャによる水スプレ後、ｉEO2−ｉEiの熱回収量が成立し、
0004015351.tif 000005
となる。
【００３９】
しかし、例えば、外気が除湿を伴わない、顕熱交換の場合、外気側の２段目出口温度はｔEDP2となり、必ずｔEO1より低くなる。
このとき、２段目の熱交換量（ｉEO1−ｉEi）は達成しないばかりか、全熱交換サイクル自体が成立しなくなる。なぜなら、仮定した２段目エアワッシャによる水スプレ前の排ガス温度ｔE01は外気側２段目の冷却コイルで熱交換した結果の温度であり、ｔ001より必ず高いか等しくなければならないからである。
【００４０】
熱交換サイクルを空気線図上で完結させると、図６のようになり、１段目エアワッシャによる水スプレの理想熱回収量と一致するようになる。
次に、本発明に係るエアワッシャによる全熱交換器について説明する。
【００４１】
前述のように、水スプレ付きランアラウンド方式では、空調の熱処理温度（外気温度３２℃、室温２３℃前後）での熱回収量は、理想値で４１．４％、実用効率は３０％程度である。
３０％前後の効率では、外気側の冷却は、顕熱が主体でほとんど凝縮による潜熱分の熱回収は期待できない。
【００４２】
エアワッシャを用いた熱回収方式では、冷却の場合、理想効率は表１のようになり、理想値では熱回収量は１００％になる。
次に、図２における２段のエアワッシャと２段の熱回収冷却コイルを、エアワッシャ１段＋熱回収冷温水コイル１段とした場合の熱回収サイクル空気線図を図７に示す。
【００４３】
排気にエアワッシャにて水を噴霧すると、噴霧水に排気以外から熱授受がない場合は、前述のように断熱飽和過程で排気のエンタルピ一定のまま空気の飽和露点温度で排気と噴霧水の温度は低下する。しかし、この場合、熱回収冷却水側からの熱授受のため（空気線図に示す場合は、熱を受ける）、授受した熱量分、排気のエンタルピは変化する。この変化分は、当然排気側のエンタルピ変化分と等しくなる。
【００４４】
理想サイクルでは、循環水その他に熱損失がないとしているから、エアワッシャ１段＋熱回収冷温水コイル１段の場合は、図７に示すように排気側と外気側の中間まで熱交換し、
ｉEOi−ｉEi＝ｉOi−ｉOO1＝１／２（ｉOi−ｉEi）
となり、理想効率は５０％になる。
【００４５】
同様に、図１，２に示すエアワッシャ２段＋熱回収冷温水コイル２段の熱回収サイクルは図８に示すようになる。
すなわち、外気と排気のエンタルピ差を３等分し、それぞれ等分対応する熱回収サイクルは前述の熱回収サイクル１段の場合に相当する。
【００４６】
したがって、２段サイクルの理想効率は６６．６７％となる。
以下同様に、多段サイクルの場合は、表１に示す理想効率が成立する。
２段の場合、実際的には、図８の温度状態に組むことができ、熱回収率は５３．５％となるが、ランアラウンド方式に比べると、非常に効率が高いことがわかる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明では、全熱を回収するため、ランアラウンド方式よりも熱回収効率を良くすることができ、かつ熱交換器を通して給気に熱を移動するため、有害物質が給気に混入することもない。
【００４８】
従って、多くの排ガスに適用できる。
周知のように、エアワッシャ自体有害ガスの除害装置であり、スクラバなどの除去装置に代替えすることは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る全熱交換器を示す説明図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る全熱交換器を示す説明図である。
【図３】ランアラウンド（ドライ）を１段設けた熱回収方式の空気線図である。
【図４】ランアラウンド（水スプレ付き）を１段設けた熱回収方式の空気線図である。
【図５】ランアラウンド（水スプレ付き）多段設けた熱回収方式の空気線図である。
【図６】ランアラウンド（水スプレ付き）多段設けた熱回収方式の空気線図である。
【図７】図２に示すエアワッシャ１段＋熱回収冷温水コイル１段の熱回収サイクル空気線図である。
【図８】図２に示すエアワッシャ１段＋熱回収冷温水コイル１段の熱回収サイクル空気線図である。
【図９】従来のドライ方式のランアランド熱回収方式を示す説明図である。
【図１０】従来のスプレ付きランアランド熱回収方式を示す説明図である。
【図１１】図９に示すドライ方式のランアランド熱回収方式をスクラバ９に組み込んだ一例を示す説明図である。
【図１２】従来の全熱交換器を示す説明図である。
【符号の説明】
１０，６０  外気導入路
１１，１２，６１  冷温水コイル（水−空気熱交換器）
２０，７０  排気通路
２１，２２，６２，７１，７２  エアワッシャ
３０，３１，９０  管路（第一管路）
４０，４１  水溜
５０，５１  管路（第二管路）
５２，５３  水ポンプ
８０    水溜（第一水槽）
１００  外気側管路
１０１，１２１，１２３  水ポンプ
１１０  水溜（第二水槽）
１１１  水溜（第三水槽）
１２２  管路（第二管路）
１２０  排気側管路
１３０  水−水熱交換器
【図１】
0004015351.tif 000006
【図２】
0004015351.tif 000007
【図３】
0004015351.tif 000008
【図４】
0004015351.tif 000009
【図５】
0004015351.tif 000010
【図６】
0004015351.tif 000011
【図７】
0004015351.tif 000012
【図８】
0004015351.tif 000013
【図９】
0004015351.tif 000014
【図１０】
0004015351.tif 000015
【図１１】
0004015351.tif 000016
【図１２】
0004015351.tif 000017