JP2000121261A - 空気加熱器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂをそれ
ぞれダクト１４の両側面に配置するとともに、一対のド
レン用ヘッダ４６Ａ、４６Ｂをダクト１４の両側面で且
つ一対の蒸気用ヘッダ４４Ａ、４４Ｂの上流側に配置す
る。そして、蒸気用ヘッダ４４Ａとドレン用ヘッダ４６
Ａとの間に多数のフィンコイル４８Ａを渡設し、蒸気用
ヘッダ４４Ｂとドレン用ヘッダ４６Ｂとの間に多数のフ
ィンコイル４８Ｂを渡設する。

Description

【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１
２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２
４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１
０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４６
Ａ、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、５
０、…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４８
Ａ、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４
６Ａ（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４４
Ｂ）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４６
Ｂ）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４
８Ａ）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４
８Ａ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、５
０、…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１
０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２
０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４
８Ａ（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３
０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

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。