(57)【要約】【課題】熱交換器において、全熱交換が可能で、かつ、排気と給気が混合する心配がない構造をもつ全熱交換器を提供することにある。【解決手段】排気通路２内に設けたエアワッシャ装置３と、排気通路２の下部に設け、エアワッシャ水を貯留する水溜４と、水溜４とエアワッシャ装置３とを結ぶ連絡管路７と、水溜４と接触するように外気が通過する外気導入管路６ａとを有し、エアワッシャ水に回収された排気熱と水溜４内を通過する外気の熱とを交換するように構成し、配管による熱ロスの少ない全熱交換器を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路内に設けたエアワッシャと、排気通路の下部に設けたエアワッシャ水を貯留する水溜と、水溜とエアワッシャとを結ぶ連絡管路と、水溜と接触するように外気が通過する外気導入路とを有し、エアワッシャ水に回収された排気熱と水溜内を通過する外気の熱とを交換するように構成された全熱交換器。
【請求項２】
水溜は排気通路下部に位置し、排気通路と一体構造であることを特徴とした請求項１記載の全熱交換器。
【請求項３】
請求項１または２記載の全熱交換器を排気通路、外気導入路に複数段設け、外気導入路と排気通路を通過する風向は対向流であることを特徴とする全熱交換器。
【請求項４】
水溜内に外気導入路に並行する方向の多数の管路を設け、この管路内に外気を通すことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項５】
水溜は外気導入路内に設けた垂直方向の多数の管路であり、この管路内にエアワッシャ水を通過させることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項６】
水溜上部に断熱処理を施し、かつ、下流に向かって下がる緩やかな傾斜をもつ硬板を有する請求項１〜５いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項７】
前記エアワッシャの噴霧方向は、排気通路を通過する排気空気の風向と対抗する向きであることを特長とする請求項１〜５いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項８】
前記エアワッシャの噴霧方向は、前記硬板に向かって垂直方向に噴霧することを特長とする請求項６記載の全熱交換器。
【請求項９】
外気導入路の水溜下流側に凝縮水回収管を設け、前記連絡管路に接続した請求項１〜８いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項１０】
大気放出前にヒートパイプを付加した構造を有する請求項１〜９いずれかに記載の全熱交換器。
【請求項１１】
排気通路、および外気導入路入口に温湿度センサを設置、その測定値にもとづいてエアワッシャの噴霧量制御を行うことを特長とする請求項１〜１０いずれかに記載の全熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場の生産ライン、ならびに研究施設の排気等に使用されるエアワッシャを用いた全熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の全熱交換器は、外気導入路内に設けられた熱交換器とエアワッシャ水貯水用水溜を個々に設けた構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、その構造について図４を参照しながら説明する。
【０００４】
図に示すように、従来の全熱交換器１００は、外気導入路１０１内に設けた熱交換器１０２と排気通路１０３内に設けたエアワッシャ１０４と、熱交換器１０２とエアワッシャ１０４を連絡する第一管路１０５と、エアワッシャ１０４で噴霧された水を貯留する水溜１０６と、水溜１０６と熱交換器１０２とを連絡する第二管路１０７とを備えて構成される。さらに、図４では、上記記載の全熱交換器１００を複数段設けたものを示した。このような全熱交換器１００では、排気空気とエアワッシャ１０４によって噴霧される水（エアワッシャ水）とが接触することにより、エアワッシャ水に排気からの全熱を回収する。そして、その水を水溜に貯留した後、ポンプにより第二管路１０７を通して外気導入路１０１内に設置した熱交換器１０２に供給するものである。
【特許文献１】特開２００２−７１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来の全熱交換器では、エアワッシャ装置、水溜、および、熱交換器間を連絡する管路が多用されるため、特に複数段設置の場合、構造が複雑になると共に、配管での媒体搬送時の熱損失が大きくなり、熱交換効率を低下させるといった課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、排気通路内にエアワッシャ装置を設置することで、排気の全熱を回収し、その水を給気側の熱交換器に供給することで、効率の良い熱交換を実現すると共に、排気と給気が完全に分離した構造の全熱交換器を提供することにある。
【０００７】
さらに、エアワッシャ水を貯水するための水溜と熱交換器を一体にすることで、構造の複雑化が予想される水溜、および配管等をより簡単でコンパクトな構造にできる全熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の全熱交換器は上記目的を達成するために、排気通路内に設けたエアワッシャと、排気通路の下部に設け、エアワッシャ水を貯留する水溜と、水溜とエアワッシャとを結ぶ管路と、水溜と接触するように外気が通過する外気導入路とを有し、エアワッシャ水に回収された排気熱と水溜内を通過する外気の熱とを交換するように構成したことを特徴としたものである。
【０００９】
これによりエアワッシャ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。また、排気通路と水溜、さらに、水溜と熱交換器との連絡管路が不要であるため、構造が簡素となることに加え、そこでの熱損失を抑制できる。
【００１０】
また他の手段は、水溜を排気通路下部に位置し、排気通路と一体構造であることを特徴としたものである。
【００１１】
これにより、排気通路と水溜との連絡管路が不要であるため、構造が簡素となり、また、排気通路と外気導入路が完全に分離されるため、汚染された排気が給気と混合する心配はない。
【００１２】
また他の手段は、前記全熱交換器を排気通路、および外気導入路に複数段設け、外気導入路と排気通路を通過する風向は対向流であることを特徴としたものである。
【００１３】
これにより、単段の装置を単に大型化する場合よりも、熱交換効率が向上することに加えて、装置全体のコンパクト化が可能である。
【００１４】
また他の手段は、水溜内に外気導入路に並行する方向の多数の管路を設け、この管路内に外気を通すことを特徴としたものである。
【００１５】
これにより、水―空気熱交換器において、水溜を、熱交換器構成要素としての役目に加え、エアワッシャ水を貯留する役目を兼用させることで、熱交換器に市販のシェルアンドチューブ型を用い、水溜を他に設けたものより構造が大幅に簡単となり、装置全体の小型化が可能となる。
【００１６】
また他の手段は、水溜は外気導入路内に設けた垂直方向の多数の管路であり、この管路内にエアワッシャ水を通過させることを特徴としたものである。
【００１７】
これにより、水―空気熱交換器において、多数の管路を、熱交換器構成要素としての役目に加え、エアワッシャ水を貯留する役目を兼用させることで、市販のシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いるより構造が簡単となり、装置全体の小型化が可能となる。
【００１８】
また他の手段は、水溜に断熱かつ、硬化な蓋を緩やかな傾斜を持って付加した構造を有することを特徴としたものである。
【００１９】
これにより、排気からエアワッシャ水に移動した熱が、水溜水面を介して再び熱授受することを抑制でき、さらに、硬化板にすることでエアワッシャ水の衝突による微細化を促進できる。最後に、概板を緩やかな傾斜を持って付加することにより、衝突後のエアワッシャ水を無理なく水溜に促すことが可能となる。
【００２０】
また他の手段は、前記エアワッシャの噴霧方向は、排気通路を通過する排気空気の風向と対抗する向きであることを特徴としたものである。
【００２１】
これにより、エアワッシャ水の排気空気との接触時間を確保し、エアワッシャ水の気化を促進することができる。
【００２２】
また他の手段は、前記エアワッシャの噴霧方向は、前記水溜用断熱硬化板に垂直方向に噴霧することを特徴としたものである。
【００２３】
これにより、エアワッシャ水の微細化、つまりは気化が促進され、熱交換効率の向上に貢献できる。
【００２４】
また他の手段は、外気導入路内で熱交換時に発生する凝縮水を回収し、エアワッシャ用噴霧水に加水する構造を有することを特徴としたものである。
【００２５】
排気はエアワッシャにより加湿されるため、水溜内の水量は時間と共に減少する。そのため、エアワッシャ水の水量補給が必要であるが、外気導入路内管路内では熱交換により凝縮水が発生するため、概水を回収し、エアワッシャ水に加水することにより水量補給の手間を軽減できる。
【００２６】
また他の手段は、大気放出前にヒートパイプを付加した構造を有することを特徴としたものである。
【００２７】
これにより、大気放出される空気はエンタルピとしては高いが、空気温度としては外気温と比して低いため、大気放出させる前に、構造が簡素であるヒートパイプを付加することで、大気放出空気の顕熱を回収し、外気導入路入口空気に移動することで、装置全体の熱交換効率を高めることができる。
【００２８】
また他の手段は、排気通路、および外気導入路入口に温湿度センサを設置し、その測定値にもとづいてエアワッシャの噴霧量制御を行うことを特徴としたものである。
【００２９】
これにより、所望の給気条件を得るための最適なエアワッシャ水噴霧量の設定かつ、制御が可能となり、過噴霧による熱交換効率の低下、もしくは、ポンプ消費電力のロスを抑制できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、排気の全熱をエアワッシャ水に移動し、外気と熱交換することで、効率良く熱回収することが可能となる。また、排気通路と水溜、および、水溜と水―空気熱交換器をそれぞれ一体にしたことで、装置全体がコンパクトになり、さらに、エアワッシャ水が循環する配管長が短くなることで、そこで生ずる熱損失を最小限に抑制できる。また、排気と給気が混合する心配がないため、様々な排気物質に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、排気通路内に設けたエアワッシャと、排気通路の下部に設け、エアワッシャ水を貯留する水溜と、水溜とエアワッシャとを結ぶ管路と、水溜と接触するように外気が通過する外気導入路とを有し、エアワッシャ水に回収された排気熱と水溜内を通過する外気の熱とを交換するように構成した全熱交換器であることを特徴とするものであり、排気にエアワッシャすることにより、エアワッシャ水に排気熱の顕熱のみならず、潜熱も移動することで、より効率的に熱交換を行うことができるという作用を有する。
【００３２】
また、請求項２の発明は、前記水溜は排気通路下部に位置し、排気通路と一体構造であることを特徴とするものであり、排気通路と水溜との連絡管路が不要であるため、構造が簡素となり、加えて、排気通路と外気導入路を完全に分離した状態で相互間の全熱交換が可能という作用を有する。
【００３３】
また、請求項３の発明は、前記全熱交換器を、排気通路、外気導入路に複数段設け、外気導入路と排気通路を通過する風向は対向流であることを特徴とするものであり、これにより、単段の装置を単に大型化する場合よりも、熱交換効率が向上することに加えて、装置全体のコンパクト化が可能である。
【００３４】
また、請求項４の発明は、前記水溜内に外気導入路に並行する方向の多数の管路を設け、この管路内に外気を通すことを特徴としたものであり、水―空気熱交換器において、水溜を、熱交換器構成要素としての役目に加え、エアワッシャ水を貯留する役目を兼用させることで、市販のシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いるより構造が大幅に簡単となり、装置全体の小型化が可能という作用を有する。
【００３５】
また、請求項５の発明は、前記水溜は外気導入路内に設けた垂直方向の多数の管路であり、この管路内にエアワッシャ水を通過させることを特徴とするものであり、水―空気熱交換器において、多数の管路を、熱交換器構成要素としての役目に加え、エアワッシャ水を貯留する役目を兼用させることで、市販のシェルアンドチューブ型の熱交換器を用いるより構造が簡単となり、装置全体の小型化が可能という作用を有する。
【００３６】
また、請求項６の発明は、前記水溜に断熱かつ、硬化な蓋を緩やかな傾斜を持って付加した構造を有することを特徴としたものであり、排気からエアワッシャ水に移動した熱が、水溜水面を介して再び熱授受することを抑制でき、さらに、硬化板にすることでエアワッシャ水の衝突による微細化を促進でき、最後に、緩やかな傾斜を持って付加することにより、衝突後のエアワッシャ水を無理なく水溜に促すことが可能という作用を有する。
【００３７】
また、請求項７の発明は、前記エアワッシャの噴霧方向は、排気通路を通過する排気空気の風向と対抗する向きであることを特徴としたものであり、エアワッシャ水の排気空気との接触時間を確保し、エアワッシャ水の気化を促進することができる。
【００３８】
また、請求項８の発明は、前記エアワッシャの噴霧方向は、排気通路の壁面に向かって噴霧することを特徴としたものであり、エアワッシャ水がスプレーノズルにより微細化され、かつ、壁面との衝突により微細化、つまりは気化の促進に繋がり、熱交換効率の向上が可能という作用を有する。
【００３９】
また、請求項９の発明は、外気導入路内で熱交換時に発生する凝縮水を回収し、エアワッシャ用噴霧水に加水する構造を有することを特徴としたものであり、排気はエアワッシャにより加湿されるため、水溜内の水量は時間と共に減少する。そのため、エアワッシャ水の水量補給が必要であるが、外気導入路内管路内では熱交換により凝縮水が発生するため、概水を回収し、エアワッシャ水に加水することにより水量補給の手間を軽減することが可能という作用を有する。
【００４０】
また、請求項１０の発明は、大気放出前にヒートパイプを付加した構造を有することを特徴としたものであり、大気放出される空気はエンタルピとしては高いが、空気温度としては外気温と比して低いため、大気放出させる前に、構造が簡素であるヒートパイプを付加することで、大気放出空気の顕熱を回収し、外気導入路入口空気に移動することで、装置全体の熱交換効率を高めることが可能という作用を有する。
【００４１】
また、請求項１１の発明は、排気通路、および外気導入路入口に温湿度センサを設置し、その測定値にもとづいてエアワッシャの噴霧量制御を行うことを特徴としたものであり、所望の給気条件を得るための最適なエアワッシャ水噴霧量の設定かつ、制御が可能となり、過噴霧による熱交換効率の低下、もしくは、ポンプ消費電力のロスの抑制が可能という作用を有する。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
（実施例１）
図１に示すように、全熱交換器１の全体構成は、室内の空気を排気する排気通路２内に排気に対する噴霧手段としてエアワッシャ装置３が設けられ、排気通路２下部に、排気通路２と一体を成す構造で取り付けられた水溜４を設ける。さらに水溜４には、排気とエアワッシャ水との熱授受を抑制する目的と、エアワッシャ水の衝突時の微細化を促進する目的で、断熱板５をやや傾斜を付けた状態で設ける。その際、断熱板５は、エアワッシャ水を無理なく水溜に導く目的で、排気の風向を考慮して、上流側から下流側に向かって下がる傾斜を設けるのが望ましい。なお、エアワッシャ装置３は、噴霧方向が断熱板５に垂直になるように設置される。さらに、水溜４を貫く形で、外気を導入するための複数の外気導入管路６ａを設ける。水溜４底部からエアワッシャ水をエアワッシャ装置３へ搬送するための連絡管路７、およびポンプ８を設ける。なお、熱交換部分に関しては、外気導入管路６ａの管径を小さくする、管路密度を増やす、水溜内部に仕切りを設け、空間を小分けにすることで、水溜内部の温度ムラをなくす等の熱交換効率向上のための構造を設けることが望ましい。加えて、水溜４と外気導入管路６ａとの構造から熱交換状況を考慮して、連絡管路７は水溜４底部で、かつ、外気導入管路６ａの下流側（室内側）に設置するのが望ましい。
【００４４】
上記構成によれば、水溜４内に外気導入管路６ａを通すことで水―空気熱交換器を一体に形成し、装置全体をコンパクトにすることができ、さらに、配管経路を短くして媒体搬送時の熱損失を抑制できる。
【００４５】
なお、エアワッシャ装置３に関しては、噴霧方向を排気流に対向する方向にすることによって、気液接触時間を確保し、熱交換効率を上げることができる（図２）。
【００４６】
また、外気導入管路６ａには、水溜４の下流側となる個所に凝縮水誘導管路１３を設け、この凝縮水誘導管路１３を自動開閉弁１４を介して、連絡管路７に接続する。この構成により、外気とエアワッシャ水の熱交換により、外気導入管路６ａ内部に生成された凝縮水を、エアワッシャ水に加水する。通常、エアワッシャ水は、水溜４から給水を行うが、凝縮水がある程度貯水された段階で、自動開閉弁１４を開にし、エアワッシャ水に加水することで、エアワッシャ水の補給をすることができる。
【００４７】
また、排気通路２の入口、および外気導入管路６ａの入口に温湿度センサ１５を接地し、それぞれの温湿度を測定する。その測定値から外気導入管路６ａの入口空気（外気）と排気通路２の入口空気（排気）とのエンタルピ差を算出し、対応する噴霧量になるようポンプ出力を制御する。例えば、排気と外気のエンタルピ差が大きい夏場、および冬場におけるポンプ出力を最大とし、比較的エンタルピ差の小さい中間期でのポンプ出力を最小となるように、温湿度センサのデータに基づいて自動制御することで、この時期の過噴霧によるエネルギロスを抑制することができる。
【００４８】
（実施例２）
以下、本発明の全熱交換器の他の実施例を図面に基づいて説明する。なお、第１の実施例と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。また、下記の実施例で図示しないその他の構成については第１の実施例と同様の構成をしている。
【００４９】
図２に示すように、エアワッシャ装置３の下部に一時水溜１０を配置し、その下方に排気通路２に垂直方向に多数の管路９を設置する。この管路９は、外気導入路６ｂ内を通過するように配置する。
【００５０】
上記構成によれば、多数の管路９内をエアワッシャ水が通過し、その外側を外気が通過することによって、外気とエアワッシャ水との熱交換を行う水―空気熱交換器となる。多数の管路９は、エアワッシャ水の水溜としての役目を兼用するようにする。
【００５１】
なお、エアワッシャ水を速やかに管路９へ誘導するための一時水溜１０なるものを排気通路内に設けるか、もしくは、エアワッシャ水の下流側への流出を防止する仕切り板でも構わない。
【００５２】
（実施例３）
以下、本発明の全熱交換器の第３の実施例を図面に基づいて説明する。この実施例は、図１に示した全熱交換器を複数段設け、風向を対向流にすることで熱交換効率を向上したものである。例えば、全熱交換器を２台設けた場合について、図３に示す。排気通路２内には、エアワッシャ装置３ａ、３ｂが設けられ、それぞれの下流側にエリミネータ１１ａ、１１ｂが設けられている。これに対応して、エアワッシャ装置３ａ、３ｂの下部にはそれぞれ水溜４ａ、４ｂが設置され、内部を多数の外気導入路６ｃが排気通路２に並行して貫く構造を設けた。それぞれの水溜４ａ、４ｂ下部からは、エアワッシャ水をそれぞれのエアワッシャ装置３ａ、３ｂに搬送するための連絡管路７ａ、７ｂとポンプ８ａ、８ｂが設置される。
【００５３】
このような構成によれば、単段の場合の熱交換効率と比較して、熱交換効率の向上が可能である。
【００５４】
さらに、排気側最下流部にヒートパイプ１６を設置し、外気とエアワッシャにより十分に冷やされた排気とを顕熱交換することで、より簡単な機構で効率良い熱交換が可能となる。
【００５５】
なお、理論的に複数段設置の効果を実現するためには、対向流であることが前提であり、並行流である場合、複数段設置を行っても単段設置の場合の能力より向上することはない。
【００５６】
また、それぞれのエアワッシャ装置、および水溜直前の温湿度を測定することにより、所望の給気条件が得られる最適風量、もしくは噴射量を算出し、ポンプ、およびモーター出力を制御し、過噴霧によるエネルギロスを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、空調制御され、排気空気と外気との間のエンタルピ差がある程度大きい工場等において、両者間で効率良く熱回収を行う場合に有効である。構造上、排気経路と給気経路が完全に分離されているため、多くの排ガスに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１の全熱交換器の内部構造を示す断面図
【図２】本発明の実施例２の全熱交換器の内部構造を示す断面図
【図３】本発明の実施例３の全熱交換器の内部構造を示す断面図
【図４】従来の全熱交換器を示す図
【符号の説明】
【００５９】
１    全熱交換器
２    排気通路
３    エアワッシャ装置
４    水溜
５    断熱板
６ａ  外気導入管路
６ｂ  外気導入路
６ｃ  外気導入路
７    連絡管路
８    ポンプ
９    管路
１３  凝縮水誘導管路
１４  自動開閉弁
１５  温湿度センサ
１６  ヒートパイプ
【図１】
2009204226.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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