JP2009243791A - 空調機および空調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 蒸気ドレンの冷却に要する冷却水量および蒸気生成に要するエネルギーを節減可能な空調機を提供する。
【解決手段】 吸込み口４Ｂから流入した空気を冷水によって除湿する冷水コイル４２と、冷水コイル４２を通過して除湿された空気を蒸気によって加熱する蒸気コイル４３とを備えた空調機４において、冷水コイル４２の下流側で蒸気コイル４３の上流側に、蒸気が蒸気コイル４３を通過して生成された蒸気ドレンと除湿された空気との間で熱交換を行うドレンコイル４６を設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、蒸気によって空気を加熱して、被空調室内（被空調対象）に加熱空気を供給する空調機および空調方法に関する。

被空調室内に、除湿され、かつ加熱された空気を供給する空調機（外調機）で、エネルギーの節減が可能なものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この空調機は、冷水が流通する冷水コイルが空気の吸込み口側（上流側）に配設され、蒸気が流通する蒸気コイルが冷水コイルの下流側に配設され、さらに、空気の吸込み、吐出しを促すファンが蒸気コイルの下流側に配置されている。そして、ファンによって吸込まれた空気が冷水コイルを通過して冷やされることで、結露が発生して除湿され、さらに蒸気コイルを通過することで加熱され、被空調室側に送風される。また、空調機とは別の別系装置（冷却装置）を備え、冷水コイルの下流側で蒸気コイルの上流側に廃熱媒体コイルを配設し、別系装置で加熱された熱媒体を廃熱媒体コイルに流通させる。これにより空気を予熱し、蒸気コイルで空気を加熱するのに要するエネルギー、つまり蒸気量を節減（低減）する、というものである。
特開２００４−１９８０７０号公報

ところで、空調機からボイラまでの距離が長い場合などには、蒸気が蒸気コイルを通過して熱交換することで生成（液化）された蒸気ドレン（凝縮水）は、下水として処理される。この場合、配管や浄化槽の微生物に影響を与えないように、蒸気ドレンを冷却する必要があり、蒸気ドレンを冷却水槽内で冷却した後に雑排水系統に放流していた。さらに、蒸気ドレンの温度が高い場合や蒸気ドレン量が多い場合などには、冷却水槽内で蒸気ドレンと冷却水（上水など）とを混ぜて蒸気ドレンを冷却する必要があり、蒸気ドレンの冷却に多量の冷却水を要していた。

また、上記特許文献１に記載された技術では、空調機とは別の別系装置で加熱された熱媒体を利用することで、蒸気の生成量を減らして省エネルギー化を図っている。このため、空調機とは別に別系装置が存在することが前提とされ、別系装置がない場合や別系装置からの熱媒体を利用できない場合などには適用できず、蒸気生成に要するエネルギーを節減することができない。

そこでこの発明は、蒸気ドレンの冷却に要する冷却水量を節減することが可能で、しかも、別系装置がなくても蒸気生成に要するエネルギーを節減することが可能な空調機および空調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、吸込み口から流入した空気を冷水によって除湿する冷水コイルと、前記冷水コイルを通過した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと前記冷水コイルを通過した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、を備えたことを特徴とする空調機である。

この発明によれば、吸込み口から流入した空気が冷水コイルによって除湿され、冷水コイルを通過した空気と蒸気ドレンとがドレンコイルによって熱交換されて、空気が加熱される（温度上昇する）とともに蒸気ドレンが冷却される（温度降下する）。そして、加熱された空気が蒸気コイルによってさらに加熱され、また、ドレンコイルを通過した蒸気ドレンが、排出手段によって系外に排出される。

請求項２に記載の発明は、吸込み口から流入した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、前記蒸気コイルを通過した空気を加湿するための蒸気発生器と、前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと、前記加湿に供された蒸気の凝縮によって生成された蒸気ドレンとを合流させる接続配管と、前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記接続配管からの蒸気ドレンを通液して前記吸込み口から流入した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、を備えたことを特徴とする空調機である。

この発明によれば、吸込み口から流入した空気と蒸気ドレンとがドレンコイルによって熱交換されて、空気が加熱されるとともに蒸気ドレンが冷却される。そして、加熱された空気が蒸気コイルによってさらに加熱され、蒸気発生器によって加湿される。また、ドレンコイルを通過した蒸気ドレンが、排出手段によって系外に排出される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の空調機において、前記蒸気発生器は、前記蒸気コイルの蒸気と同系統の蒸気と、ＲＯ水との熱交換によって浄化蒸気を生成する、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、吸込み口から流入した空気を冷水によって除湿する冷水コイルと、前記冷水コイルを通過した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、前記蒸気コイルを通過した空気を加湿するための蒸気発生器と、前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと、前記加湿に供された蒸気の凝縮によって生成された蒸気ドレンとを合流させる接続配管と、前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記接続配管からの蒸気ドレンを通液して前記吸込み口から流入した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、を備え、夏期には、前記冷水コイルに冷水を通液し、前記蒸気発生器に蒸気を通気せず、冬期には、前記蒸気発生器に蒸気を通気する、ことを特徴とする空調機である。

この発明によれば、夏期には、吸込み口から流入した空気が、冷水コイルによって除湿され、ドレンコイルおよび蒸気コイルによって加熱されて、除湿かつ温度調整される。また、冬期には、吸込み口から流入した空気が、ドレンコイルおよび蒸気コイルによって加熱され、蒸気発生器によって加湿されて、加湿かつ温度調整される。

請求項１、２および４に記載の発明によれば、蒸気ドレンと吸込み口から流入した空気との熱交換によって蒸気ドレンが冷却されるため、蒸気ドレンの冷却に要する冷却水量を節減することが可能となる。また、熱交換によって空気が加熱され、しかも、蒸気が空気を加熱することで生成された蒸気ドレンによって空気を加熱するため、別系装置がなくても蒸気による空気の加熱量、つまり蒸気生成に要するエネルギーを節減することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、蒸気コイルを通過して加熱された空気、つまり高温空気を蒸気発生器で加湿するため、加湿ののり（加湿性）が良い。

請求項３に記載の発明によれば、蒸気発生器で浄化蒸気を生成して空気を加湿するため、スケールなどが発生せずに、清浄な加湿空気を供給することができる。

請求項４に記載の発明によれば、季節に応じた適正な温度および湿度の空気を供給することができる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る空調機４、５を備えた空調システム１を示す概略構成ブロック図である。この空調システム１は、屋外空気の温度および湿度を調整して、給気として被空調室内に供給するシステムであり、主として、第１のボイラ２と、第２のボイラ３と、第１の空調機４と、第２の空調機５と、冷却水槽６とを備えている。ここで、第１の空調機４はボイラ２、３から遠い位置に設置され、第２の空調機５はボイラ２、３に近い位置に設置されているものとする。

第１のボイラ２は、蒸気を生成して後述する空調機４、５の蒸気コイル４３に蒸気を供給するボイラであり、ひとつの第１のボイラ２に対して複数の空調機４、５が接続されている。第２のボイラ３は、蒸気を生成して後述する空調機４、５の間接蒸気発生器４５に蒸気を供給するボイラであり、ひとつの第２のボイラ３に対して複数の空調機４、５が接続されている。このように、この実施の形態では２体のボイラ２，３を設けているが、一体のボイラから蒸気コイル４３と間接蒸気発生器４５に蒸気を供給するようにしてもよい。

第１の空調機４は、図２に示すように、ハウジング４Ａの両端部に、外気（空気）を取り入れる吸込み口４Ｂと、給気を吐き出す吐出口４Ｃとが形成され、ハウジング４Ａ内の吸込み口４Ｂ側にフィルタ４１が配設されている。このフィルタ４１は、吸込み口４Ｂから流入した外気に含まれる粉塵などを除去するものであり、このフィルタ４１の下流側に冷水コイル４２が配設されている。この冷水コイル４２は、フィルタ４１を通過した外気を冷水によって除湿するコイルである。すなわち、冷水コイル４２に冷水が流通され、この冷水コイル４２を外気が通過することで、外気を冷やして結露を発生させ、外気を除湿するものである。

冷水コイル４２の下流側には、蒸気コイル４３が配設されている。この蒸気コイル４３は、冷水コイル４２を通過した外気を蒸気によって加熱するコイルである。すなわち、冷水コイル４２の一端部が、第１のボイラ管２１を介して第１のボイラ２に接続され、他端部が第１の接続配管４３ａを介して蒸気ドレン横走り管７に接続されている。そして、第１のボイラ２からの蒸気が蒸気コイル４３に流通され、この蒸気コイル４３を外気が通過することで外気を加熱する。また、蒸気が蒸気コイル４３を通過して生成された蒸気ドレン、つまり蒸気が外気を加熱することで液化した蒸気ドレンが、第１の接続配管４３ａを介して蒸気ドレン横走り管７に流入するようになっている。ここで、図中符号４３ｂは、蒸気と蒸気ドレンとを分離して、蒸気ドレンのみを取り出すトラップ装置である。

蒸気コイル４３の下流側には、蒸気散布装置４４が配設されている。この蒸気散布装置４４は複数のノズルを備え、一端部が間接蒸気発生器４５に接続され、間接蒸気発生器４５からの浄化蒸気をノズルから散布することで、蒸気コイル４３を通過した外気を加湿するものである。間接蒸気発生器４５は、蒸気コイル４３を通過した外気を加湿するための蒸気発生器であり、ハウジング４Ａの外に設置され、一端部が第２のボイラ管３１を介して第２のボイラ３に接続され、他端部が第２の接続配管４５ａを介して蒸気ドレン横走り管７に接続されている。そして、不図示の配管からＲＯ水（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｏｓｍｏｓｉｓ水、逆浸透膜で不純物を除去した水）が供給され、このＲＯ水と第２のボイラ３からの蒸気との間で熱交換を行うことで、ＲＯ水の蒸気、つまり浄化蒸気を生成するようになっている。また、第２のボイラ３からの蒸気は、常温のＲＯ水との熱交換によって蒸気ドレンとなり、この蒸気ドレンが第２の接続配管４５ａを介して蒸気ドレン横走り管７に流入するようになっている。ここで、図中符号４５ｂは、蒸気と蒸気ドレンとを分離して、蒸気ドレンのみを取り出すトラップ装置である。

冷水コイル４２の下流側で蒸気コイル４３の上流側には、ハウジング４Ａの通風面（断面）の下側にドレンコイル４６が配設されている。このドレンコイル４６は、蒸気コイル４３および間接蒸気発生器４５からの蒸気ドレンと、冷水コイル４２を通過して除湿された外気との間で熱交換を行う予熱コイルである。すなわち、ドレンコイル４６の一端部が、蒸気ドレン横走り管７の下流側の端部に接続され、他端部が蒸気ドレン排水管６１に接続されている。そして、蒸気ドレン横走り管７からの蒸気ドレンが、後述する蒸気ドレンポンプ６２に吸引されて、ドレンコイル４６に流通され、このドレンコイル４６を外気が通過することで熱交換が行われ、外気が加熱されるとともに、蒸気ドレンが冷却される。ここで、例えば、ドレンコイル４６に供給される蒸気ドレンの温度が９５℃程度であり、熱交換後（冷却後）の温度が４５℃程度になるように、ドレンコイル４６の伝熱面積などが設定されている。また、ドレンコイル４６は、蒸気コイル４３の１／１１の大きさで、空調機４の通気面積のうち、上側を残して設置されている。

ドレンコイル４６を通過した蒸気ドレンは、蒸気ドレンポンプ（排出手段）６２によって、蒸気ドレン排水管６１を通って冷却水槽６に送られるようになっている。このように、第１の空調機４からの蒸気ドレンをボイラ２、３に送らずに冷却水槽６に送るのは、第１の空調機４がボイラ２、３から遠い位置に設置されているため、第１の空調機４からボイラ２、３に蒸気ドレンを送る配管を配設する労力、費用が膨大となるからである。

蒸気散布装置４４の下流側で吐出口４Ｃの近傍には、外気の吸込み、給気の吐出しを促すファン４７が配設されている。また、蒸気ドレン横走り管７の上流側の端部は、中間トラップなどに接続されている。

第２の空調機５は、第１の空調機４と同等の構成であるが、次の点で第１の空調機４と構成が異なる。すなわち、ドレンコイル４６の他端部（下流側）が蒸気ドレン戻り管３２に接続され、ドレンコイル４６を通過した蒸気ドレンが蒸気ドレン戻り管３２を介して第１のボイラ２に送られるようになっている。すなわち、第１のボイラ２から近い位置に設置されている第２の空調機５からの蒸気ドレンを冷却水槽６に送らずに、第１のボイラ２に戻すことで、蒸気ドレンおよびその熱を再利用するようになっている。また、蒸気コイル４３および間接蒸気発生器４５からの高温の蒸気ドレンを直接第１のボイラ２で再利用する方が、ドレンコイル４６で熱交換するよりもエネルギー利用効率が高い場合には、第２の空調機５にドレンコイル４６を設けずに、蒸気コイル４３および間接蒸気発生器４５からの蒸気ドレンを直接第１のボイラ２に送るようにしてもよい。

次に、このような構成の空調システム１の作用、動作および、空調機４、５による空調方法について説明する。

まず、第１のボイラ２から各空調機４、５の蒸気コイル４３に蒸気を供給し、第２のボイラ３から各空調機４、５の間接蒸気発生器４５に蒸気を供給し、さらに、各空調機４、５の冷水コイル４２に冷水を供給する。この状態で、各空調機４、５のファン４７を稼働すると、各空調機４、５の吸込み口４Ｂから外気が吸込まれ、フィルタ４１によって外気中の粉塵などが除去される。続いて、冷水コイル４２を通過することで、上記のようにして外気が除湿される。一方、後述するようにして、蒸気コイル４３および間接蒸気発生器４５から蒸気ドレン横走り管７を介してドレンコイル４６に蒸気ドレンが供給され、このドレンコイル４６を外気が通過することで、上記のようにして外気が加熱されるとともに、蒸気ドレンが冷却される。

次に、ドレンコイル４６を通過して加熱された外気は、蒸気コイル４３を通過することでさらに加熱され、蒸気が蒸気コイル４３を通過して生成された蒸気ドレンは、第１の接続配管４３ａおよび蒸気ドレン横走り管７を介してドレンコイル４６に供給される。一方、間接蒸気発生器４５において上記のようにして浄化蒸気が生成され、生成された浄化蒸気が蒸気散布装置４４に供給されて、各ノズルから散布される。そして、蒸気コイル４３を通過して加熱された外気が蒸気散布装置４４を通過すると、散布された浄化蒸気によって外気が加湿され、このようにして温度および湿度が調整された空気（外気）が、給気として吐出口４Ｃから吐き出される。また、間接蒸気発生器４５を通過した蒸気は蒸気ドレンとなって、第２の接続配管４５ａおよび蒸気ドレン横走り管７を介してドレンコイル４６に供給される。

一方、各第１の空調機４のドレンコイル４６を通過して冷却された蒸気ドレンは、蒸気ドレン排水管６１を介して冷却水槽６に送られ、冷却水槽６内で冷却水（上水や工業用水）と混ぜられて許容温度まで冷却された後に、雑排水系統に放流される。また、各第２の空調機５のドレンコイル４６を通過して冷却された蒸気ドレンは、蒸気ドレン戻り管３２を介して第１のボイラ２に送られるものである。

以上のように、この空調システム１および空調機４、５による空調方法によれば、蒸気ドレンと除湿された外気との熱交換によって蒸気ドレンが冷却されるため、冷却水槽６において蒸気ドレンの冷却に要する冷却水量を節減することができる。また、蒸気ドレンとの熱交換によって外気が加熱され、しかも、各空調機４、５の蒸気コイル４３および間接蒸気発生器４５からの蒸気ドレンによって外気を加熱している。このため、各空調機４、５以外の別系装置がなくても蒸気による外気の加熱量、つまり蒸気生成に要するエネルギーを節減することができる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、除湿と加湿とを行っているが、季節に応じて、除湿または加湿を行うようにしてもよい。すなわち、夏期には、冷水コイル４２に冷水を通液し、間接蒸気発生器４５に蒸気を通気せず、冬期には、間接蒸気発生器４５に蒸気を通気する。これにより、夏期には、吸込み口４Ｂから流入した外気が、冷水コイル４２によって除湿され、ドレンコイル４６および蒸気コイル４３によって加熱されて、除湿かつ温度調整される。また、冬期には、吸込み口４Ｂから流入した外気が、ドレンコイル４６および蒸気コイル４３によって加熱され、間接蒸気発生器４５によって加湿されて、加湿かつ温度調整される。

また、空調対象（被空調室）や外気の状態などに応じて、冷水コイル４２を設けずに（除湿せずに）間接蒸気発生器４５による加湿のみを行う空調機、または、間接蒸気発生器４５を設けずに（加湿せずに）冷水コイル４２による除湿のみを行う空調機としてもよい。さらに、蒸気ドレンポンプ６２を排出手段としているが、蒸気ドレン排水管６１に勾配を設け、これを排出手段としてもよい。

以上のように、この発明に係る空調機および空調方法は、蒸気ドレンの冷却に要する冷却水量を節減し、しかも、別系装置がなくても蒸気生成に要するエネルギーを節減することが可能なものとして極めて有用である。

この発明の実施の形態に係る空調機を備えた空調システムを示す概略構成ブロック図である。 図１の空調システムの第１の空調機の概略構成図である。

符号の説明

１ 空調システム
２、３ ボイラ
４、５ 空調機
４１ フィルタ
４２ 冷水コイル
４３ 蒸気コイル
４３ａ 第１の接続配管
４４ 蒸気散布装置
４５ 間接蒸気発生器
４５ａ 第２の接続配管
４６ ドレンコイル
４７ ファン
６ 冷却水槽
６２ 蒸気ドレンポンプ（排出手段）
７ 蒸気ドレン横走り管

Claims (4)

1. 吸込み口から流入した空気を冷水によって除湿する冷水コイルと、
   前記冷水コイルを通過した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、
   前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと前記冷水コイルを通過した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、
   前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、
   を備えたことを特徴とする空調機。
2. 吸込み口から流入した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、
   前記蒸気コイルを通過した空気を加湿するための蒸気発生器と、
   前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと、前記加湿に供された蒸気の凝縮によって生成された蒸気ドレンとを合流させる接続配管と、
   前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記接続配管からの蒸気ドレンを通液して前記吸込み口から流入した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、
   前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、
   を備えたことを特徴とする空調機。
3. 前記蒸気発生器は、前記蒸気コイルの蒸気と同系統の蒸気と、ＲＯ水との熱交換によって浄化蒸気を生成する、ことを特徴とする請求項２に記載の空調機。
4. 吸込み口から流入した空気を冷水によって除湿する冷水コイルと、
   前記冷水コイルを通過した空気を蒸気によって加熱する蒸気コイルと、
   前記蒸気コイルを通過した空気を加湿するための蒸気発生器と、
   前記蒸気が前記蒸気コイルを通過して生成された蒸気ドレンと、前記加湿に供された蒸気の凝縮によって生成された蒸気ドレンとを合流させる接続配管と、
   前記蒸気コイルの上流側に設けられ、前記接続配管からの蒸気ドレンを通液して前記吸込み口から流入した空気との間で熱交換を行うドレンコイルと、
   前記ドレンコイルを通過した蒸気ドレンを系外に排出する排出手段と、を備え、
   夏期には、前記冷水コイルに冷水を通液し、前記蒸気発生器に蒸気を通気せず、
   冬期には、前記蒸気発生器に蒸気を通気する、
   ことを特徴とする空調機。
   

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