JPS59173692A - 空気用熱交換システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は建物の空気調和或は工業用給排気のため、相対
的にエンタルピー差のある空気相互間で、中間熱媒を介
して高効率に熱交換する装置に関するものである。

従来排気の熱を熱交換によって給気に供給し、システム
全体の熱効率を高める全熱交換装置が種々提案されてい
る。

例えは、吸湿物質を含浸させた多孔質板体の両面Ｉこ沿
フて夫々給、排気を流通させる方式及び吸湿物質を含浸
させた物体を給気通路及び排気通路の間で回転移動させ
、回転物体を給気及び排気へ父互に接触させる方式があ
る。これ等の全熱交換方式では排気及び排気中の水分及
び臭気等が給気へ多少混入するため、臭気のある空気及
び血性ガスを含有する空気を取扱う場合には不適であり
、しかも熱交換すべきエンタルピー差のある２種の空気
を、略同−位置まで導いて接近させねばならない不便が
あった。

エンタルピー差のある２種の空気を夫々別個の熱交換機
中を流通させ、側熱交換機は共通の熱媒配管によって閉
回路を形成し、熱媒を両熱父換機の間て循環させること
により、排気のエンタルピーを中間熱媒を介して低エン
タルピー空気に伝達して、排気の有するエンタルピーを
可動に利用する方式も提案されている。しか□じなか・
ら、この方そこで本出願人は以前に第５図に示す全熱父
徨システムを提案したことがある（特開昭５６−９４１
３３号）。これは熱媒が循環する２基の熱交換機＋１）
　＋２１の７内、低エンタルピー空気を取入れる側の熱
交換機（２）中に加湿装置（４）を配備し、低エンタル
ピー空気を加湿して空気温度を露点まで一層げ湿度飽和
状態となすことによって、高エンタルピー空気から熱を
運んできた中間熱媒との伝達熱量を大幅に増すものであ
る。

しかし、上記システムの場合、同れの熱交換機も中間熱
媒は熱媒管路（１７ａ）の管壁を通して流通空気と熱交
換を行なう間接型熱交換機であったため、効率を高める
余地が残されていた。

本発明は１−記第５図の熱交換装置の何れか一方の熱交
換機を、中間熱媒が流通空気（こ直接接触する直接型熱
交換機となすことにより、効率を一層高めた空気用熱交
換装置を提供することを目的とする。

第１図に於て矢印（Ａ）側は屋外側であって夏期はＨ域
冬期はＬ域であり、矢印ＣＢ）側は夏期はＨ域冬期は■
（域である。

冬期に於て２基の熱交換機＋１）　［２１に水等の液体
熱媒を循環させ、第２熱交換機（２）で低エンタルピー
空気をＩ７領域から取り入れて熱交換（こより昇温して
Ｈ領域へ流出させ、一方第１熱交換機山では高エンタル
ピー空気をＨ領域から取り入れて保有熱を液体熱媒に与
えて冷却し、Ｌ領域へ放出させるものである。

一層エンタルピー空気の熱交換機中は、フィＩＪ　７り
（３１）等の液体ぬれ面形成体と該フィリングに液体熱
媒例えば水を散布して直接に熱交換する散布装置（３２
）とて構成された直接型熱交換部（３＋　［３１が直列
２段に配置され、各熱交換部（３１＋３１の下方には散
布された液体熱媒を受ける受槽（３０）を設（プている
。

流入口（５）から取入れた高エンタルピーの空気は熱交
換部＋３）　（３１を通過して冷却され、最後にデミス
タ−（６）を経て流出口（７）から出る。

低エンタルピー空気と熱交換する熱交換機（２）は、熱
媒を流通させる管を介して流通空気と熱媒が熱交換を行
なう間接型熱交換部＋８＋　＋８］を直列２段に配置す
る。

熱交換部＋８）　ｔ８）の下方ζこは自動給水弁を具え
たドレン槽ｆｉｏ＋、」１流側（こは噴霧ノズル、シャ
ワー等の加湿装置（４）を配置し、ドレン槽（期は配管
（１２１によって加湿装置（４）に連通しており、配管
（１２）中に設けたポンプ（Ｉ３）によって、ドレン槽
（１０）に溜めた水を加湿装置（４）へ送り、循環させ
ている。

流入口（１４）から取入れた低エンタルピーの空気は加
湿装置（４）と熱交換部＋８）　＋８］を交ｌｆ、に通
過して略湿度飽和状態を保って加熱され、最後にデミス
タ−（１５）を経て流出口（Ｉ６）から出る。

両間接熱交換部＋８＋　＋８１は、高エンタルピーを取
り入れる前記第１熱交換機（１）の受槽（３０）に連通
され、散布装置（３２）及び受槽（３０）を含む一連の
循環回路＋１７）　＋１７１を形成しており、各回路（
１７１中に配置したポンプ（１８）によって回路中の側
熱交換機ｔｌ）　＋２１の間を循環する。

上記熱交換システムの空気状態を第２図の空気線図で説
明する。

これは冬期に外気を昇温しで室内に放出し、室内の温排
気は中間熱媒を加温して′外気へ放出するものである。

第２熱交換機（２）の流入口（１４）から取入れた低エ
ンタルピー空気は、加湿装置（４）からの噴霧によって
湿度飽和状態となる。水はドレン槽（１０）に溜り、加
湿装置（１１）から噴霧されて低エンタルピー空気との
接触を繰り返すから、水温度は殆んど空気温度に等しく
なっている。

従って低エンタルピー空気は初期状態（Ａ点）の温度ｔ
１、エンタルピー１１の状態から等エンタルピー線にを
変化し、飽和線近傍の状態（Ｂ点）即ち温度ｔ２、エン
タルピー１ｚ（−ｉ＋、）となる。

次に間接熱交換部（８）　ｊ８）を通過することによっ
て、空気中に含んでいる水滴を蒸発さす、１月からは熱
交換部（８）内部を流通する熱媒から熱を吸収し、飽和
線近くを上昇して状態点Ｃ（こ到る。小に２段目の加湿
装置（４）及び熱交換部（８）を通過し、空気温度ｔ４
、エンタルピーｉ４のＤ状態点となり、デミスタ−しに
て水滴を分離して流出ｃ−１ｔ１６）より流出し、高エ
ンタルピー領域（Ｈ領域）へ放出される。

一方熱交換部ｔ８）　ｔ８＋内部で冷却された中間熱媒
はポンプ（１８）によって循環路を強制片ノスされ高エ
ンタルピー空気の流通する直接熱交換体＋３＋　＋３＋
を通過して低温熱媒として作用し、高エンタルピー空気
を冷却する。

高エンタルピー側の熱交換機へ流入する高エンタルピー
空気は、夫々熱間換部ｔ３）　＋３＋の内部を流通して
低温熱媒に冷却され、初期状態Ｐ点（温度Ｔ１、エンタ
ルピー線工）から飽和状態に到り、飽和線上を移動して
温度Ｔ２、エンタルピーＩ２のＲ状態点となる。給、排
気量か平衡している場合、単位質量当り空気の熱交換量
ｑ　Ｋ　ｃａｌ　／に９はｑ−ぐＩ＋−Ｉ２）−（Ｉ４
−１＋）・・・・・山もし低エンタルピー側の熱交換機
（２）ｉこ於て加湿を行なわない場合は、低エンタルピ
ー空気は加熱による顕熱変化のみを起すから、低エンタ
ルピー空気は初期状態Ａ点から温度ｔ′４、エンタルピ
ー１′、ＩのＤ′点の状態へ移る。この空気状態の移動
（こ要する熱量は高エンタルピー空気より奪うから、高
エンタルピー空気はＰ点から４１ｆ度Ｔ′２、エンタル
ピー■′２の１２’点へ移る。

この場合のｉｌｔ位質量当り空気の交換熱量Ｑ’Ｋ　ｃ
ａｌ　／　Ｋｇは次のとおりである。

Ｑ’＝（１１１’２）＝（ｌ’４−１１）・・・・・・
（２）１．１）　＋２＋式を比較すれば、１４−ｉｌは
潜熱変化を伴い、！’４−　ｉ　１は顕熱変化のみであ
る。従って同一温度変化に対して（Ｉ４−ｉｌ　）＞（
ｉ’４−ｉｆ　）となり結果的にｑ　＞　ｑ’となる。

これは空気線図上の変化を示す第２図からもよく判るも
ので、低エンタルピー側の熱交換機（２）に於て、加湿
を行ない空気を飽和状態のままで熱交換する方が高効率
である。この理由は低エンタルピー空気は、加′湿によ
って等エンタルピー線に沿って温度降下し、しｌ　かも
熱交換中も加湿するので、同一受熱量に対する温度上昇
は、加湿を行なわない場合に較べて遥かに小さい。その
ため低エンタルピー空気の熱交換部は、加湿しない場合
よりも大となる。又加湿□　　した場合は、画然交換機
ｔｌ）　ｔ２）の熱媒のｌ晶度差が、加湿しない場合よ
りも太き（、熱伝達効率が高いので、同一熱量を熱交換
するために必要な熱交換面積は小さくて済む。史に木光
明の入きな特徴は高エンタルピー空気と熱交換する第１
熱交換機山は流通空気中へ中間熱媒が散布されて直接接
触する方式とした点であり、熱交換効率が１：”：＋　
＜　、性能か一層向上する。

次に冬期暖房中の室内空気をＩ」Ｉ、気し、略同量の外
気を室内へ導入する場合に、本発明システムを実施した
状況を数値に基ついて説明する。

室内の空気状態（Ｐ点） Ｔ　＋　＝　２３℃　　相対湿度５５％Ｉ　＋　＝　１
１．４　ｋｃａｌ／に９外気の状態（Ａ点） ｔ　＋　＝　−５℃　　相対湿度５０％ｉ　１　　＝−
Ｑ、　４　ｋｃａ　ｌ　／　Ｋｇとす゛る。高エンタル
ピー空気及び低エンタルピー空気の夫々の最終出口の温
度と、こｔｔｉこ対応する相手側の空気の入口温度との
７１、Ａ度差の小さ０方力）６℃となるまで熱交換を行
なうものとする。

低エンタルピー空気は加湿により等工ンタｌレピー線に
沿つ’　１ｆｉＡ度低下し、飽和に近し）状態ｆ１１え
番ま相対湿度９５％となる（Ｂ点）。このとき空気線図
より１２　・−９℃である。

一方、高エンタルピー空気はＰ状態からＲ状態に移り、
このとき両空気の出口？ｆ１！を度と相手空気のへＬ−
１１１１１１Ｘ度との差は夫々 △Ｔ＝＝Ｔ＋−ｔ４ Δ　ｔ　　＝＝Ｔ２　−　　ｔ　　２ である。△Ｔ及び△ｔの小さい方を６℃とする。

この場合△１−６°Ｃと定める。其の理由（ま、ｊ、−
ｔ２は全域に於て飽和状態に近い状態の変化であり、Ｔ
＋　−Ｔ２は顕熱変化のみの部分力（あるため、同一空
気量の場合にはｔ　４−　ｉ　２　＜’　Ｔ　１”Ｔ２
となるため△ｔく△Ｔとなるからである。

Ｔ２　＝　ｔ２＋△ｔ＝−９＋６＝−３℃空気線図より
　Ｉ　２　＝　Ｑ、　ｌ　ｋｃａ　ｌ　／ＫＳＩ単位質
単位質量熱交換量をｑｋｃ、′Ｉｌ／ＫＳＩとする。

ｑ　＝　Ｉ＋　−Ｉ２　＝　１１．４−０．１＝・Ｊｌ
、、３ｋＣ”ｌ／’Ｑ７他方同−条件で低エンタルピー
空気を加湿しない場合 △Ｔ’＝　Ｔ　、　−ｔ’４ △ｔ’＝　Ｔ’２−　ｔ　＋ 同一空気量を扱う場合△Ｔ′≦△電′となるので、△Ｔ
′−６℃とすれば ｔ／、＝Ｔ、−Δ丁＝、２３−６＝１７°Ｃｉ’４　＝
　４９　ｋｃａｌ　／に９ ｑ’　−ｉ′４１１　’４．９　０．４　＝　４．５　
ｋｃ”’／ＫＬ９加湿した場合　　ｑ　＝　１１．３　
ｋｃａ　ｌ　７Ｋｇ加湿しない場合　ｑ’−４５ｋｃａ
ｌ／Ｋｐこの計算例で明らかなとおり、低エンタルピー
空気を露点近くまで加湿することに°より、回収熱看は
２５倍増加した。

尚、夏期の空気調和に際しては、室内側カゼ低エンタル
ピー空気となり、この低エンタルピー空気を放出するか
ら、第１図のシステムに於て、熱交換機（１）のシャワ
一方式による直接熱交換装置＋３１　（３）が加湿装置
を兼用する効果を発揮し、夏、冬両方の空気調和に実施
出来る。

第３図は夏期運転に於ける空気線図上の動きを示したも
のである。

第・１図は前記第１図に於けるシステムの直接型　・熱
交換部＋３＋　＋３）と間接型熱交換部＋８１　＋８＋
を入れ変えた他の実施例を示しており、第１図に示すシ
ステムと同様の効果を挙げることが出来る。

本発明は従来無駄に放出していた排気のエンタルピーを
有効に利用し、特に低エンタルピー空気を加湿し飽和状
態となして熱交換することによっ、て、熱交換量を顕著
に増大出来る。

又、２基の熱交換機の内、１基は中間熱媒と流通空気と
を直接接触させる直接型熱交換装置を採用したため、熱
交換率は一層向上する。更に本発明システムでは吸気側
と排気側の熱媒及び加湿装置のシャワー水が混り合うこ
とはなく、排気中に有害成分を含む場合でも吸気側へ混
入しない等、優れた効果を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る熱交換システムの説明図、第２図
、第３図は空気線図−ヒの変化を示す図、第４図は他の
実施例の説明図、釘Ｓ５図は従来例の説明図である。 （３）・・・熱交換部　　　　（４）・・・加７！ｉ＋
！装置（８）・・・熱交換部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■　低エンタルピー空気及び高−１−ンタルビー空気を
   夫々流通させる２基の熱交換機を１組として側熱交換機
   を連結し、熱媒を２基の熱交換機の間で循環させる熱交
   換装置に於て、一方の熱交換機は空気通路中に熱媒の散
   布装置と熱媒ぬれ面形成体を配備して熱媒と流通空気を
   直接接触させ、他方の熱交換機は熱媒と流通空気を直接
   接触させない間接型熱交換装置（４）を空気通路中に配
   備した空気用熱交換システノ・。 ■　低エンタルピー空気の流路に直接型熱交換装置が配
   備されている特許請求の範囲第１項に記載の空気用熱交
   換システム。 ■　高エンタルピー空気の流路に直接型熱交換装、置が
   配備されている特許請求の範囲第１項に記載の空気用熱
   交換システム。