JP5891254B2 - 空調及び清浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、室内空気が循環されるように設計された工場や事務所建物などにおいて、地下から汲み上げられるほぼ一定温度の地下水を利用して暖房や冷房の空調負荷を低減させるとともに、室内空気循環系の加熱や冷却、清浄化、調湿などを行なう空調及び清浄化装置に関する。

従来、建築物の高断熱、高気密化に伴なって、空気循環型空気浄化、空調装置が開発されており、例えば共用部分に排気口を設け、個別部分に吸気口を形成することにより、換気装置の動力を介して、吸気口から排気口に向かう緩やかな空気の流れを建屋内に生じさせるようにしている。このような空気循環によって、常時、室内の空気を調整できるようにしている。

このような空気循環システムでは、エアコンやヒーター等の機械的な冷暖房装置を用いて室内の冷房や暖房が行われており、冷房や暖房の省エネルギーを図るため以下のような技術が提案されている。
例えば、自然エネルギーである地熱を利用した住宅が提案されている（例えば特許文献１（特開平２−８９９３５号公報）参照）。このような地熱を利用した住宅は、地中の温度は夏季、冬季を問わず１５℃程度に略一定していることから、地中に埋設した熱交換パイプによって空気を加温又は冷却した後に室内を循環させることにより暖房や冷房の空調負荷を低減させるものである。

また、地下水や地熱などの自然エネルギーを熱源として利用することにより空調用エネルギーの消費量を削減するようにした空気循環システムが提案されている。
例えば、特許文献２（特開２０００−９７５８６号公報）に記載の建物の自然力利用空調システムは、熱交換器となる地中パイプを埋設し、地上に設置した空調機の熱源設備（ヒートポンプ）とパイプとの間で水を循環させるように構成したものである。地中パイプが埋設される地盤中では年間を通じて温度が１５℃前後に維持され、夏期には室内空気が地中パイプを介して冷却され、冬期には室内空気が加熱されるようになっている。

また、建物に循環される室内空気中には塵埃、煙、悪臭などの有害成分が含まれており、これらを除くための洗浄装置として多くの発明、考案がなされている。
例えば、気液接触式のものとして、特許文献３（特開２０００−２２５３１０号公報）には、最上部に送風機を備え、その下部に略水平に金属フィルタと多孔板プレート、貯水タンクとを順に配設し、揚水ポンプを介して当該貯水タンクから吸い揚げた水を金属フィルタと多孔板プレートの間に放出制御するようにした空気循環洗浄装置が開示されている。

特開平２−８９９３５号公報 特開２０００−９７５８６号公報 特開２０００−２２５３１０号公報

しかしながら、上記従来の地熱利用空調システムでは、地中に埋設した地中パイプを熱交換器として用いているため、その設備内に空気との熱交換面を効果的に配置することが困難であり、地熱と水との熱交換効率が悪いという問題があった。
また、地中深部までパイプを埋設させたり、大径のパイプを用いたりするなどして、より多くの水を循環させ熱効率を高めることも考えられるが、大容量のポンプによって水を循環させる必要が生じ、結果的に消費エネルギーの削減効果が低下してしまうという欠点があった。

さらに、特許文献３に示されるように、多孔板プレートを通して水と被洗浄空気とを接触させることによって洗浄する方法では、被洗浄空気に接触させる水滴の表面積が相対的に小さいために、装置内に吸引した気体中から塵埃、煙、臭いを完全に取り去ることができない欠点があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するためになされたものであり、室内空気が循環されるように設計された建物などにおいて、地下から汲み上げられるほぼ一定温度の地下水を利用して暖房や冷房の空調負荷を低減させるとともに、室内空気循環系の加熱や冷却、清浄化、調湿などを行なう空調及び清浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。
（１）本発明の空調及び清浄化装置は、循環空気を地下水と接触させることによって、
室内循環空気の温度、湿度及び清浄化処理を行なう装置であって、
室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体と、
室内循環空気を空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置された噴射ノズルと、
前記噴射ノズルからのシャワー流と前記室内循環空気との混合流体をその前端から取り入れ、その後端から排出して循環空気を冷却又は加熱する金属ハニカム構造体と、
前記金属ハニカム構造体の後端から排出された混合流体中の温度及び湿度を調整するラジエーターと、を備え、
該噴射ノズルは、１台の金属ハニカム構造体に対応して１台が配置されており、
該金属ハニカム構造体の貫通孔前端にのみ向けて、地下水を水源としたシャワー流を直接噴射するとともに、金属ハニカム構造体を冷却又は加熱して、
該金属ハニカム構造体は、
その通過する循環空気を冷却又は加熱するようにしたことを特徴とする。
（２）本発明の空調及び清浄化装置は、上記（１）において、前記金属ハニカム構造体、噴射ノズル及びラジエーターの組み合わせを、複数組備えたことを特徴とする。
（３）本発明の空調及び清浄化装置は、上記（１）又は（２）において、前記室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体を縦置きにし、前記金属ハニカム構造体の上方から噴射ノズルによってシャワー流を噴射するようにしたことを特徴とする。
（４）本発明の空調及び清浄化装置は、上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記熱交換器本体の後端に湿度センサーを設け、前記金属ハニカム構造体に噴射する噴射ノズルから噴出させる水流の量を調整するようにしたことを特徴とする。

本発明の空調及び清浄化装置によれば、熱交換器本体の空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置された噴射ノズルから、前記室内循環空気の流れ方向に沿ってシャワー流を噴射し、前記噴射ノズルからのシャワー流と前記室内循環空気との混合流体を金属ハニカム構造体の前端から取り入れて加熱又は冷却し、前記金属ハニカム構造体の後端から排出された混合流体中の温度及び湿度をラジエータで調整するので、工場などの建物において、室内空気の温度や湿度の調整や、室内循環空気中の塵埃、臭い、化学物質などの有害物を効果的に除去清浄化を、経済的に行なうことができる。

また、本発明の空調及び清浄化装置によれば、前記金属ハニカム構造体とラジエーターとの組み合わせを、複数備えているので、工場などの大型建物において、室内空気の温度や湿度の調整や、室内循環空気中の塵埃、臭い、化学物質などの有害物を効果的に除去清浄化を、効率よく行なうことができる。
さらに、前記室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体を縦置きにし、前記金属ハニカム構造体の上方から噴射ノズルによってシャワー流を噴射するようにしたので、金属ハニカム構造体に付着する汚れなどを落としやすくメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の実施例に係る空調及び清浄化装置の概略説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 空調及び清浄化装置に２組の金属ハニカム構造体とラジエーターとの組み合わせを設けた場合の概略説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 空調及び清浄化装置を縦置きにした場合の概略説明図である。

まず、本発明の実施形態に係る空調及び清浄化装置を説明する。
本発明の一実施形態に係る空調及び清浄化装置は、循環空気を地下水と接触させることによって、室内循環空気の温度や湿度、清浄化などの処理を行なう装置である。
この空調及び清浄化装置の熱交換器本体は、室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出するようになっている。
また、噴射ノズルは、前記空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置され、前記室内循環空気の流れ方向に沿ってシャワー流を噴射するようになっている。
金属ハニカム構造体は、前記噴射ノズルからのシャワー流と前記室内循環空気との混合流体をその前端から取り入れて冷却又は加熱するようになっている。
ラジエーターは、前記金属ハニカム構造体の後端から排出された混合流体中の温度及び湿度を調整するようになっている。
ラジエーターとしては、車などに用いられる熱交換機などが挙げられる。
これによって、建物において、室内空気の温度や湿度の調整や、室内循環空気中の塵埃、臭い、化学物質などの有害物を効果的に除去清浄化を、経済的に行なうことができる。

すなわち、空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置された噴射ノズルから噴射されるシャワー流の細かい水滴や気泡を含んだ混合流体を、吸引機の風圧によって吸引される室内循環空気とともにアルミ製などの金属ハニカム構造体の前端に吹きつけ、金属ハニカム構造体の貫通孔内を水滴・気泡の混合状態を維持したまま貫通孔の壁面に衝突させながら通過させる。
この時、噴射ノズルに給水される水は地下水であり水温は年間を通して約１７℃前後と常に一定しているので、この井戸水の温度を金属ハニカム構造体に伝達する。
そして、金属ハニカム構造体の貫通孔内を通過する室内循環空気は、夏は冷却され、冬は加熱されるようになる。
こうして、室内循環空気と地下水とをシャワー流として微細化した状態で直接的に接触させることで、室内空気の温度や湿度の調整や、室内循環空気中の塵埃、臭い、化学物質などの有害物を効果的に除去清浄化を、効率的に行なうことができる。
これによって、建物内を適度な温度や湿度に保つことができ、人間にとっては健康的な空気を室内送出口から排出して再び室内に循環させることができる。

本実施形態の空調及び清浄化装置は、夏季の高温多湿状態、冬季の低温乾燥状態に対応して建物空間内における空気の温度、湿度および清浄度を所望範囲に調節する機能を有している。
なお、室内循環空気の温度、湿度、清浄度を調節するため、必要に応じて温度センサー、湿度センサー、空気清浄度センサーなどを併用、付加することもできる。

熱交換器本体には、主として噴射ノズル、金属ハニカム構造体が配置され、処理すべき室内循環空気が空気取入口から供給されるとともに、その内部で室内循環空気とシャワー流との混合流体を効率的に接触させることによって、処理された空気を空気排出口から吐出させるようになっている。

噴射ノズルは、前記空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置され、この噴射ノズルに、地下水などの定温水源からの水を供給して、前記空気取入口から供給される室内循環空気の流れの方向に沿ってシャワー流を噴射するように配置されている。

金属ハニカム構造体としては、六角形状断面を有する貫通孔をハニカム状に多数隣接して配置したアルミや銅などの金属ハニカム構造体が挙げられ、熱伝導率性に優れた素材で構成されたものが好ましく採用される。
このような金属ハニカム構造体の貫通孔の前端に向けて噴射ノズルからのシャワー流を噴射させて室内循環空気との混合流体を形成し、金属ハニカム構造体の後端から排出させるようになっている。

＜実施例１＞
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る空調及び清浄化装置についてさらに詳細に説明する。
図１は空調及び清浄化装置の概略説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
図１に示すように、実施例の空調及び清浄化装置１０は、その全体が金属製素材などからなる箱型状の熱交換器本体１１を有し、熱交換器本体１１の左右両側には、熱交換器本体１１に室内循環空気を供給する空気取入口１２と、熱交換器本体内で清浄化処理された処理済空気を排出するための空気排出口１３が設けられている。

熱交換器本体１１の右側の空気取入口１２の左端部には、噴射ノズル１４が、空気取入口１２から供給される室内循環空気の流れの中に配置されており、その室内循環空気の流れ方向に沿ってシャワー流を金属ハニカム構造体１５に向けて噴射するようになっている。
金属ハニカム構造体１５は、断面が６角形の貫通孔１５ａが多数隣接形成されてなるアルミ金属製のハニカムを、パンチングメタルなどからなる支持フレーム１５ｃ内にその貫通孔軸心が水平方向となるように配置して構成したものである。

実施例のハニカム構造体１５は、奥行き（図において奥行き方向の長さ）６００ｍｍ、高さ（図において上下方向の長さ）６００ｍｍ、幅（図において左右方向の長さ）３００ｍｍの略直方体状のものであり、ハニカムを構成する貫通孔の大きさは、その１辺の長さが約２０ｍｍ程度の６角形である。
この６角形の貫通孔内を水滴と空気との混合流体を貫通孔の壁面に衝突させながら通過させる。
実施例において、噴射ノズル１４に地下水用給水配管１４ａを介して給水する水は地下水を用いており、水温は年間を通して１７℃前後と常に一定している。

噴射ノズル１４としては、例えば、直径５μｍ程度の細い穴から霧状の水滴と水泡の混合体を噴出させて、金属ハニカム構造体１５の前端面全体に広げて噴射することができるものがよい。このような噴射ノズル１４を、熱交換器本体１１右側と空気取入口１２との間に配置している。
実施例では、温度が安定した地下水をシャワー流の水源として、地下水用給水配管１４ａを介して噴射ノズル１４に供給して噴射ノズル１４から噴射させ、熱交換器本体１１の出側に設置された吸引機（ストレートシロッコファン）１９によって空気取入口１２から吸引される室内循環空気と混合して混合流体を形成するようになっている。

金属ハニカム構造体１５の後端側には貫通孔から排出される空気の温度及び湿度を調整（加熱、冷却、除湿）して空気排出口１３から吐出させるためのラジエーター１７が配置されている。また、熱交換器本体１１の底部には熱交換器本体内に貯留した水を除去するための水抜き孔１８が設けられている。
なお、熱交換器本体１１の後端に湿度センサーＳを設け、金属ハニカム構造体１５に噴射する噴射ノズル１４から噴出させる水流の量を調整することもできる。
これにより、室内循環空気の温度や湿度、清浄度を調整することができる。

ラジエーター１７は、一般に、液体や気体の熱を放熱する装置あるいは機械要素であり、車の水冷エンジンなどにおいて冷却水の過剰な熱を発散するための装置として用いられている。
ここで、ラジエーターとは、アルミニウム合金製などのフィン付きの細管を多数並べた構造をしており、チューブとフィンで構成されたコアとその両側のタンクからなるものがある。熱交換器本体１１後部に設置されることによって、金属ハニカム構造体１５を通過した後の空気の流れの中で、さらに空気の温度や湿度を調整する機能を持っている。
こうして、吸引機１９によって吸引された室内循環空気は、金属ハニカム構造体１５及びラジエーター１７を通過し、その温度や湿度を調整されて空気排出口１３から排出され、室内送出口１６を介して再び室内に戻される。

＜実施例２＞
図２は金属ハニカム構造体、噴射ノズル、ラジエーターの組み合わせを２組設けた空調及び清浄化装置の概略説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
実施例２の空調及び清浄化装置２０は、実施例１の空調及び清浄化装置において設けられている１組の金属ハニカム構造体とラジエーターを、熱交換器本体２１内にさらにもう１組追加した構成となっている点において異なるが、その他の点では実施例１の空調及び清浄化装置１０と同様である。
金属ハニカム構造体２５、噴射ノズル２４及びラジエーター２７の組み合わせを、２組備えることにより、工場などの大型建物において、室内空気の温度や湿度の調整や、室内循環空気中の塵埃、臭い、化学物質などの有害物を効果的に除去清浄化を、効率よく行なうことができる。

次に、図２を参照しながら、実施例２の空調及び清浄化装置２０を用いての操作方法について説明する。
夏期における運転では、ＭＳ１、ＭＳ２（マグネットスイッチ）を開とし、ＭＳ３は閉とする。ＢＶ１、ＢＶ２，ＢＶ３（ボールバルブ）は開として、金属ハニカム構造体２５、ラジエーター２７に地下水を供給する。
なお、除湿のため、ＢＶ３を閉とすることもある。この時は、ＭＳ４は開として地下水を排水する。
また、冬期における運転では、ＭＳ１は開、ＭＳ２は閉とし、ＢＶ１は開、ＢＶ２は閉とする。地下水は空気導入側の金属ハニカム構造体２５のみに供給する。地下水のみでは室内循環空気の加熱が十分でないときは、ＭＳ３を開、ＭＳ２，ＭＳ４は閉とし、ヒートポンプやボイラーを用いて加熱した温水を循環させることもできる。
また、工場の機械冷却水である温水を利用することもできる。
なお、２台あるラジエーターのうち１台のみを用いれば足りることもある。
さらに、中間期における運転では、主として空気の清浄化が主目的となる。
この場合は、ＭＳ１は開、ＢＶ１は開、ＭＳ４を開とし、ＭＳ３は閉とする。状況により、ＢＶ２を開にすることもできる。

＜実施例３＞
図３は、実施例３の空調及び清浄化装置であり、装置を縦置きにした場合の概略説明図である。
実施例３の空調及び清浄化装置３０は、室内循環空気を空気取入口３２から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口３３から吐出する熱交換器本体３１を縦置きにし、金属ハニカム構造体３５の上方から噴射ノズル３４によってシャワー流を噴射するようにした点において実施例２の空調及び清浄化装置と異なるが、その他の点では同様である。
装置を縦置きにすることにより、金属ハニカム構造体に付着する汚れなどを落としやすくメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の空調及び清浄化装置は、所定温度の地下水を介して、室内空気を循環させて、室内空気の温度、湿度の調整と清浄化を効率的に行なうものであり、通常の空調設備における冷熱源および温熱源が不要となるため省エネルギー化が図られる。
加えて、消費電力や燃料等の使用量節減が可能であることから二酸化炭素排出量を大幅に低減可能な空調及び清浄化装置とすることができ、コスト低減や効率性に優れ、産業上の利用可能性が極めて大きいものといえる。

１０ 実施例１の空調及び清浄化装置
１１ 熱交換器本体
１２ 空気取入口
１３ 空気排出口
１４ 噴射ノズル
１４ａ 地下水用給水配管
１５ 金属ハニカム構造体
１５ｂ 金属ハニカム構造体
１５ｃ 支持フレーム
１６ 室内送出口
１７ ラジエーター
１８ 水抜き孔
１９ 吸引機（ストレートシロッコファン）
２０ 実施例２の空調及び清浄化装置
２１ 熱交換器本体
２２ 空気取入口
２４ 噴射ノズル
２５ 金属ハニカム構造体
２７ ラジエーター
３０ 実施例３の空調及び清浄化装置
３１ 熱交換器本体
３２ 空気取入口
３４ 噴射ノズル
３５ 金属ハニカム構造体
３７ ラジエーター
Ｓ 湿度センサー

Claims (4)

1. 循環空気を地下水と接触させることによって、
   室内循環空気の温度、湿度及び清浄化処理を行なう装置であって、
   室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体と、
   室内循環空気を空気取入口から供給される室内循環空気の流れの中に配置された噴射ノズルと、
   前記噴射ノズルからのシャワー流と前記室内循環空気との混合流体をその前端から取り入れ、その後端から排出して循環空気を冷却又は加熱する金属ハニカム構造体と、
   前記金属ハニカム構造体の後端から排出された混合流体中の温度及び湿度を調整するラジエーターと、を備え、
   該噴射ノズルは、１台の金属ハニカム構造体に対応して１台が配置されており、
   該金属ハニカム構造体の貫通孔前端にのみ向けて、地下水を水源としたシャワー流を直接噴射するとともに、金属ハニカム構造体を冷却又は加熱して、
   該金属ハニカム構造体は、
   その通過する循環空気を冷却又は加熱するようにしたことを特徴とする空調及び清浄化装置。
2. 前記金属ハニカム構造体、噴射ノズル及びラジエーターの組み合わせを、複数組備えたことを特徴とする請求項１に記載の空調及び清浄化装置。
3. 前記室内循環空気を空気取入口から取り入れるとともにその内部で処理された空気を空気排出口から吐出する熱交換器本体を縦置きにし、
   前記金属ハニカム構造体の上方から噴射ノズルによってシャワー流を噴射するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調及び清浄化装置。
4. 前記熱交換器本体の後端に湿度センサーを設け、前記金属ハニカム構造体に噴射する噴射ノズルから噴出させる水流の量を調整するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の空調及び清浄化装置。

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