(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気通路を挟んで対向して配置され、蒸気供給源に連結される一対の蒸気用ヘッダと、
前記空気通路を挟んで対向する位置で且つ前記一対の蒸気用ヘッダに近接して配置され、ドレン回収装置に連結された一対のドレン用ヘッダと、
前記一対の蒸気用ヘッダの一方と前記一対のドレン用ヘッダの一方との間、及び、前記一対の蒸気用ヘッダの他方と前記一対のドレン用ヘッダの他方との間に前記空気通路を介して渡設された多数のフィンコイルと、
を備えたことを特徴とする空気加熱器。
【請求項２】
前記一対のドレン用ヘッダはそれぞれ、前記一対の蒸気用ヘッダに対して、前記空気通路内の空気の流れの上流側に設置されたことを特徴とする請求項１の空気加熱器。
【請求項３】
前記多数のフィンコイルには、蒸気用ヘッダ側からドレン用ヘッダ側にかけて徐々に間隔が狭くなる多数のフィンが取り付けられていることを特徴とする請求項１または２の空気加熱器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気加熱器に係り、特に室内を所定の温湿度に保つための空気調和機内において空気を加熱する空気加熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機は、室内空気の温湿度をその目的に応じて調整する装置であり、一般に、空気加熱器、空気冷却器、加湿器、送風機及びエアフィルタ等で構成される。このうち、空気加熱器には、プレートフィンコイルなどのフィンコイル形熱交換器が用いられ、フィンコイルの外部に空気を送気するとともにフィンコイルの内部に蒸気や温水を流して、前記空気を加熱している。
【０００３】
管内に蒸気を流すタイプの空気加熱器は、通常、蒸気コイルと呼ばれ、図６に示すように、主として蒸気用ヘッダ２、ドレン用ヘッダ３及び多数のフィンコイル４、４、…で形成されている。蒸気用ヘッダ２とドレン用ヘッダ３は、空気通路を挟んで対向する位置に設置され、それぞれ、蒸気供給源５またはドレン回収装置６に連結されている。多数のフィンコイル４、４、…は、蒸気用ヘッダ２とドレン用ヘッダ３との間に傾斜して渡設され、内部に蒸気用ヘッダ２からの蒸気が送気される。フィンコイル４内部に送気された蒸気は、フィンコイル４外部を通過する空気と熱交換（空気を加熱）して凝縮し、凝縮した液（ドレン）は、ドレン用ヘッダ３からドレン回収装置６に回収される。そして、空気加熱器１を通過した空気は、加湿器７で供給した加湿蒸気を吸収して湿度調節した後、室内に送気される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来、空気加熱器を通過した空気は、フィンコイル内部における蒸気の温度分布に依存して、蒸気用ヘッダ側からドレン用ヘッダ側にかけて温度が徐々に降下するという欠点があった。このため、空気加熱器を通過した空気は、加湿器で供給した加湿蒸気を十分に吸収できず、空気が送気された部屋で要求された湿度を得られないという問題が発生していた。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、空気加熱器を通過した空気の温度分布を均一化することのできる空気加熱器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
本発明は前記目的を達成するために、空気通路を挟んで対向して配置され、蒸気供給源に連結される一対の蒸気用ヘッダと、前記空気通路を挟んで対向する位置で且つ前記一対の蒸気用ヘッダに近接して配置され、ドレン回収装置に連結された一対のドレン用ヘッダと、前記一対の蒸気用ヘッダの一方と前記一対のドレン用ヘッダの一方との間、及び、前記一対の蒸気用ヘッダの他方と前記一対のドレン用ヘッダの他方との間に前記空気通路を介して渡設された多数のフィンコイルと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、一方の蒸気用ヘッダと一方のドレン用ヘッダとの間に渡設したフィンコイル（以下、一方のフィンコイル）内部に一方の蒸気用ヘッダから蒸気を送気するとともに、他方の蒸気用ヘッダと他方のドレン用ヘッダとの間に渡設したフィンコイル（以下、他方のフィンコイル）内部に他方の蒸気用ヘッダから蒸気を送気する。そして、前記空気通路、即ちフィンコイルの外部に空気を送気する。これにより、前記空気は、フィンコイル内部に送気された蒸気によって加熱される。このとき、各フィンコイルから空気に与えられる熱量は、フィンコイル内を通過する蒸気の温度に依存し、蒸気用ヘッダ側からドレン用ヘッダ側にかけて徐々に減少する。また、一方のフィンコイル内部と他方のフィンコイル内部には、空気の流れと直交方向において、蒸気が相反する方向に流れることから、一方のフィンコイルから空気に与えられた熱量分布と他方のフィンコイルから空気に与えられた熱量分布はほぼ対称的に形成される。したがって、空気加熱器を通過する空気に与えられた総熱量の分布は、前記両方の熱量分布を重ね合わせて形成されるので均一化される。これにより、この総熱量分布に依存する、空気加熱器を通過した空気の温度分布も均一化される。
【０００８】
また、本発明によれば、一対の蒸気用ヘッダと一対のドレン用ヘッダが、近接して配置されているので、装置を大型化させることなく、空気加熱器を通過した空気の均一化を図ることができる。
また、本発明において、前記一対のドレン用ヘッダを前記一対の蒸気用ヘッダより空気通路の上流側に配置すると、前記一方のフィンコイルと前記他方のフィンコイルとが、交差して配置される。これにより、空気加熱器を通過する空気は、先ず、フィンコイルのドレン用ヘッダ側で比較的低温の蒸気に加熱される。そして、加熱された高温の空気は、もう一方のフィンコイルの蒸気用ヘッダ側で比較的高温の蒸気に加熱される。このように加熱前の空気を比較的低温の蒸気で加熱し、加熱された空気を比較的高温の蒸気でさらに加熱すると、蒸気が急激に凝縮することがない。したがって、フィンコイル内に局所的な負圧が発生することはなく、凝縮した水の排水をスムーズに行うことができる。
【０００９】
また、本発明において、フィンコイルのフィンの間隔を蒸気用ヘッダ側からドレン用ヘッダ側にかけて狭くすると、蒸気用ヘッダ側からドレン用ヘッダ側にかけて蒸気温度が降下する一方で伝熱効率が向上するので、各フィンコイルから空気に与えられる熱量の分布は均一化される。これにより、空気加熱器を通過した空気の温度分布も均一化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る空気加熱器の実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る空気加熱器１０を用いた空気調和機１２の概略構成図である。
【００１１】
同図に示すように、空気調和機１２は、ダクト１４内にフィルタ１６、空気冷却器１８、空気加熱器１０、加湿器２０及び送風機２２が設置されている。ダクト１４の一方端には、外気に連通する外気ダクト２４及び室内に連通する還気ダクト２６が連結され、ダクト１４の他方端には、室内に連通する給気ダクト２８が連結されている。これにより、送風機２２を駆動すると、外気または室内の空気が外気ダクト２４または還気ダクト２６を介してダクト１４内に吸引され、吸引された空気は矢印方向３０に送風されて、給気ダクト２８を介して室内に供給される。
【００１２】
前記空気冷却器１８は、冷凍機３２に連結されたコイル（図示せず）をダクト１４内に通過させて形成され、コイル内には冷凍機３２で冷却した冷却水が送液される。これにより、コイル外を通過する空気、即ちダクト１４内を通過する空気は、コイル内の冷却水により冷却される。また、空気冷却器１８は、除湿機能を備えており、通過する空気中の水分を取り除いて除湿することも可能である。
【００１３】
空気加熱器１０では、ダクト１４内を通過するフィンコイル（図２参照）に蒸気配管３８を介してボイラ（蒸気供給源）３６が連結されており、フィンコイル内には、このボイラ３６から蒸気が供給されている。これにより、フィンコイル外を通過する空気は、フィンコイル内の蒸気によって加熱される。また、空気加熱器１０のフィンコイルは、ドレン配管４０を介してドレン回収装置４２に連結され、蒸気が凝縮したドレンが、ドレン回収装置４２に回収される。なお、空気加熱器１０については、後に詳説する。
【００１４】
加湿器２０は、空気加熱器１０の下流側（即ち、他方端側）に設置され、前記ボイラ３６に連結されて加湿蒸気をダクト１４内に供給する。一般に、加湿器２０は、空気加熱器１０と連動して、空気加熱器１０で加熱した空気に加湿蒸気を吸収させて加湿する。
上記の如く構成された空気調和機１２は、送風機２２を駆動することにより、外気または室内の空気をダクト１４内に吸引する。ダクト１４内に吸引された空気は、まず、フィルタ１６によって空気中の塵埃が捕集される。そして、空気を冷却する場合には空気冷却器１８を、また、空気を加熱する場合には空気加熱器１０を駆動する。そして、必要に応じて空気冷却器１８または加湿器２０で湿度調節する。これにより、温度及び湿度の調節された空気を、給気ダクト２８を介して室内に供給することができる。
【００１５】
図２、図３及び図４は、本発明に係る空気加熱器１０の斜視図、平面図及び正面図である。なお、図４では、フィンコイルのフィンの一部を省略する。
これらの図に示すように、空気加熱器１０は、一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂ、一対のドレン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂ、多数のフィンコイル４８Ａ、４８Ａ、…及び４８Ｂ、４８Ｂ、…で形成される。一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂはそれぞれ、ダクト１４の両側面（即ち、ダクト１４内に形成される空気通路を挟んで対向する位置）に設置され、蒸気用配管３８が連結されている。また、一対のドレン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂはそれぞれ、ダクト１４の両側面で且つ前記一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂの下流側に設置され、前記一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂに近接して配置される。また、一対のドレン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂにはそれぞれ、ドレン用配管４０が連結される。
【００１６】
多数のフィンコイル４８Ａ、４８Ａ、…は、蒸気用ヘッダ４４Ａとドレン用ヘッダ４６Ａとの間に渡設され、多数のフィンコイル４８Ｂ、４８Ｂ、…は、蒸気用ヘッダ４４Ｂとドレン用ヘッダ４６Ｂとの間に渡設されている。即ち、フィンコイル４８Ａとフィンコイル４８Ｂは、中央部において交差するように設置されている。また、各フィンコイル４８Ａ、４８Ｂはそれぞれ、内部のドレンを排水しやすいようにドレン用ヘッダ側４６Ａ、４６Ｂに傾斜して設置されている。
【００１７】
また、フィンコイル４８Ａまたは４８Ｂにはそれぞれ、多数のフィン（拡大伝熱面）５０、５０、…が取り付けられている。この多数のフィン５０、５０、…は、図３に示したように、蒸気用ヘッダ４４Ａ（または４４Ｂ）側からドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側にかけて、徐々にピッチを狭めて取り付けられている。これにより、各フィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）は、蒸気用ヘッダ４４Ａ（または４４Ｂ）側からドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側にかけて伝熱効率が向上する。
【００１８】
次に上記の如く構成された空気加熱器１０の作用について説明する。
送風機２２を駆動してダクト１４内に空気を矢印３０方向に送気するとともに、ボイラ３６を駆動して蒸気を蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂに送気する。蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂに送気された蒸気は、フィンコイル４８Ａ、４８Ｂ内を通過しながら、フィンコイル４８Ａ、４８Ｂ外部を通過する空気と熱交換して空気を加熱する。このとき、フィンコイル４８Ａ、４８Ｂ内部の蒸気は、外部の空気に徐々に熱を奪われるので、ドレン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂ側にかけて温度が徐々に降下する。また、蒸気が凝縮したドレンは、ドレン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂで回収され、ドレン配管４０を介してドレン回収装置４２に送液される。
【００１９】
上記のように加熱される空気は、まず、フィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）のドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側で加熱される。このフィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）のドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側には、蒸気用ヘッダ４４Ａ（または４４Ｂ）側で熱交換した後の比較的低温の蒸気が送液されている。このため、蒸気が急激に冷やされてフィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）内部が局所的に負圧になることはない。
【００２０】
次に、ドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側で加熱された空気は、フィンコイル４８Ｂ（または４８Ａ）の蒸気用ヘッダ側４４Ｂ（または４４Ａ）で加熱される。このとき、フィンコイル４８Ｂ（または４８Ａ）内を流れる蒸気は比較的高温であるが、熱交換する空気が既にフィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）のドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側で加熱された後なので、蒸気が急激に冷やされることはない。
【００２１】
このように、本実施の形態の発明の空気加熱器１０では、フィンコイル４８Ａまたは４８Ｂの内部で局所的な負圧が発生することはなく、ドレンはスムーズに排水される。したがって、ドレンがフィンコイル４８Ａまたは４８Ｂ内に滞留したときのように、空気加熱器全体１０の熱交換率が悪化することはなく、常に高い熱効率を維持することができる。
【００２２】
ところで、フィンコイル４８Ａとフィンコイル４８Ｂ内部を流れる蒸気は、空気の流れと直交方向（即ち、矢印５２方向）において、相反する方向に流れている。このため、フィンコイル４８Ａが空気に与える熱量の分布と、フィンコイル４８Ｂが空気に与える熱量の分布は、矢印５２方向において対称的に形成される。したがって、空気加熱器１０を通過する空気に与えられた総熱量の分布は、前記２つの熱量の分布を重ね合わせて形成されて、均一化される。これにより、空気加熱器１０を通過する空気の温度分布は均一化される。
【００２３】
また、本実施の形態の空気加熱器１０は、蒸気用ヘッダ側４４Ａ（または４４Ｂ）からドレン用ヘッダ側４６Ａ（または４６Ｂ）にかけてフィン５０、５０、…の間隔を徐々に狭めて、伝熱を促進させている。したがって、蒸気用ヘッダ４４Ａ（または４４Ｂ）側からドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側にかけて、蒸気の温度が低下する一方で熱伝達率が向上するので、フィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）が空気に与える熱量は、矢印５２方向において均一化される。これにより、空気加熱器１０を通過する空気の温度分布をさらに均一化することができる。
【００２４】
このように、本実施の形態の空気加熱器１０では、空気加熱器１０で加熱された空気の温度分布が均一化されるので、加熱された空気は、下流の加湿器２０で供給した加湿蒸気を安定して吸収することができる。したがって、室内に要求された湿度を得ることができる。
なお、本実施の形態では、図３に示したように、フィンコイル４８Ａとフィンコイル４８Ｂを交差させて設置したが、図５に示すように平行に設置しても、空気加熱器１０を通過した空気の温度分布を均一化させることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、フィンコイル４８Ａ（または４８Ｂ）のフィン５０、５０、…の間隔を徐々に狭めて形成したが、蒸気用ヘッダ４４Ａ（または４４Ｂ）側からドレン用ヘッダ４６Ａ（または４６Ｂ）側にかけて伝熱を促進させるのであれば何でもよい。例えば、フィン５０、５０、…を空気の流れ方向（矢印３０方向）に対して徐々に短くして設置する。これにより、フィン５０、５０、…の表面に形成される温度境界層の発展を阻止することができるので、伝熱効果を促進することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る空気加熱器では、空気加熱器を通過した空気の温度分布を均一化することができるので、室内で要求された湿度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空気加熱器を適用した空気調和機の概略構成図
【図２】本発明に係る空気加熱器の斜視図
【図３】図２の平面図
【図４】図２の正面図
【図５】別形状の空気加熱器の平面図
【図６】従来装置の斜視図
【符号の説明】
１０…空気加熱器
１２…空気調和器
１４…ダクト
１６…フィルタ
１８…空気冷却器
２２…送風機
３６…ボイラ
４２…ドレン回収装置
４４Ａ、４４Ｂ…蒸気用ヘッダ
４６Ａ、４６Ｂ…ドレン用ヘッダ
４８Ａ、４８Ｂ…フィンコイル
５０…フィン
【図１】
0003900709.tif 000002
【図２】
0003900709.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003900709.tif 000005
【図５】
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【図６】
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