JP2006194524A

JP2006194524A - 全熱交換器および空気調和機

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Publication number: JP2006194524A
Application number: JP2005006953A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Shinohara; 正明篠原; Toshihisa Shimizu; 利壽清水; Atsushi Oshima; 淳大嶋
Original assignee: Kubota Corp; Kubota Kucho KK
Current assignee: Kubota Corp; Kubota Kucho KK
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: JP4911900B2

Abstract

【課題】対象気体が高エンタルピーである場合に顕熱交換を行い、対象気体が低エンタルピーである場合に全熱交換を行える全熱交換器、および常に全熱交換を行いつつ、排気の有害物質除去、外気の有害物質除去と清浄化を行える空気調和機を提供する。
【解決手段】熱媒体が流れる熱交換部２０、１２０と、熱交換部２０、１２０に熱媒体を噴霧する前室ノズル２１，１２１と、熱交換部２０、１２０を通して前室ノズル２１，１２１へ熱媒体を供給する連絡管路２７、１２７とを備え、熱交換部２０、１２０の熱媒体入口２２ａ、１２２ａに内部送り管路２６、１２６を接続し、熱交換部２０、１２０の熱媒体出口２２ｂ、１２２ｂと前室ノズル２１，１２１を連絡管路２７、１２７で接続し、連絡管路２７、１２７の途中に三方弁２８、１２８を介して内部戻り管路２９、１２９を接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、全熱交換器および空調調和機に関し、研究、実験施設、工場生産ライン等における有害物質を含む排気に、水噴霧または化学水溶液を噴霧し、排気の浄化を行うと同時に熱を回収し、給気へのコンタミネーションを防止する技術に係るものである。

この種の全交換器としては、例えば、特許文献１に開示するものがある。これは、外気導入路内に２つの冷温水コイル（熱交換器）を設け、排気通路内に２つのエアワッシャを設けたものであり、２つのエアワッシャの下方には、エアワッシャで噴霧された水を貯留する水溜を設けている。

１段目の冷温水コイルは第一管路を通して２段目のエアワッシャに連通し、２段目のエアワッシャの水溜が第二管路を介して１段目の冷温水コイルに連通しており、２段目の冷温水コイル（熱交換器）は第一管路を通して１段目のエアワッシャに連通し、１段目のエアワッシャの水溜が第二管路を介して２段目の冷温水コイルに連通している。

この構成により、１段目の冷温水コイルから２段目のエアワッシャへ冷水を送り、水溜から１段目の冷温水コイルへ冷水を戻し、２段目の冷温水コイルから１段目のエアワッシャへ冷水を送り、水溜から２段目の冷温水コイルへ冷水を戻すものである。

そして、外気導入路内に導入された外気を１段目の冷温水コイルで冷却、除湿または減湿した後に、２段目の冷温水コイル（熱交換器）でさらに冷却、除湿または減湿して給気とし、排気通路内において排気を１段目のエアワッシャで冷却した後に、２段目のエアワッシャで加温して大気へ放出するものである。

また、特許文献２には、熱回収式ケミカルワッシャ装置が開示されている。これは、外気と非接触で当該外気を加熱・冷却するフィンタイプの給気側熱交換器において、そのフィン部分へノズルから純水を供給して気液接触により外気に含まれるケミカル成分を除去し、排気と非接触で当該排気から廃熱を回収する排気側熱交換器において、排気のエンタルピーが外気に比べて低いときに排気にノズルから液体を噴霧して廃熱を回収し、この回収した廃熱を閉ループの熱輸送回路を介して給気側熱交換器へ供給している。
特開２００２−７１１８３特開２００２−２１９３２５

特許文献１に開示する構成では、排気通路における排気側熱回収をエアワッシャだけで行っているが、エアワッシャに噴霧された水は湿球温度近くになり、排気が高エンタルピー側となった場合に、給排気の温度差が大きくとれず、熱交換率が低くなる。また、外気導入路における熱交換は冷温水コイルによる顕熱交換であるが、中間期（暖房負荷時）には、外気に水噴霧した方が熱交換能力が高くなる。さらに、外気導入路と排気通路との間に敷設する第一管路および第二管路を各段の冷温水コイルとエアワッシャの間に設ける必要があり、配管が多くて施工性が悪くなる。

特許文献２に開示する構成では、給気側熱交換器において常時にフィン部分へ純水を散水しており、常時に外気の湿球温度と熱交換することになるので、外気が高エンタルピー側となる場合に、外気と還気の温度差が大きくとれず、熱交換率が低くなる。給気側熱交換器においてフィン部分へ供給する純水は給気側において循環しており、噴霧する純水自体は熱交換を行わないので、純水の水温が給気側熱交換器の熱媒体の温度に近づいて、熱交換効率が低下する。排気を洗浄するために排気にノズルから液体を噴霧すると、排気の湿球温度と熱交換することになるので、排気が高エンタルピー側となる場合、外気と排気の温度差を大きくとれず、熱交換効率が低くなる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、対象気体が高エンタルピーである場合に顕熱交換を行い、対象気体が低エンタルピーである場合に全熱交換を行える全熱交換器、および常に全熱交換を行いつつ、排気の有害物質除去、外気の有害物質除去と清浄化を行える空気調和機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の全熱交換器は、熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部に熱媒体を噴霧する噴霧部と、熱交換部を通して噴霧部へ熱媒体を供給する熱媒体供給手段とを備えたものである。

また、熱交換部の熱媒体入口に熱媒体供給手段の送り管路を接続し、熱交換部の熱媒体出口と噴霧部を連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の戻り管路を接続したものである。

本発明の空気調和機は、気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽と、前室熱交換器および後室熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給手段とで処理ユニットを構成し、前室熱交換器は、熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の外部戻り管路を接続し、基端が前室貯留槽に連通する外部送り管路と外部戻り管路とを外部熱交換部を介して接続してなるものである。

また、一対の処理ユニットを備え、一方の処理ユニットが対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットをなし、他方の処理ユニットが対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットをなし、外部熱交換部において外気処理ユニットと熱回収ユニットとの熱交換を行うものである。

また、外気処理ユニットは、後室ノズルに接続する熱媒体供給手段の外部送り管路が途中に設ける管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段のバイパス管路に接続し、バイパス管路の先端を後室貯留槽に接続してなるものである。

本発明の空気調和機は、対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットと、対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットを有し、熱回収ユニットは、気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽と、前室熱交換器および後室熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給手段とを備え、前室熱交換器は、熱媒体が流れる排気熱交換部と、排気熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を排気熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと排気熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の外部戻り管路を接続し、基端が前室貯留槽に連通する外部送り管路と外部戻り管路とを外気処理ユニットを介して接続してなり、外気処理ユニットは、気体入口から導入する対象気体を気体出口から排出する処理室を有し、処理室内に外気熱交換部を有し、外気熱交換部の熱媒体入口に熱回収ユニットの外部送り管路を接続し、外気熱交換部の熱媒体出口に熱回収ユニットの外部戻り管路を接続したものである。

本発明の空気調和機は、対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットと、対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットを有し、外気処理ユニットおよび熱回収ユニットに熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、外気処理ユニットと熱回収ユニットとの熱交換を行う外部熱交換部を有し、
熱回収ユニットは、気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽を備え、
前室熱交換器は、熱媒体が流れる排気熱交換部と、排気熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を排気熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと排気熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、
後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の熱回収ユニット用の外部戻り管路を接続し、この外部戻り管路と基端が前室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の熱回収ユニット用の外部送り管路とを外部熱交換部を介して接続し、
外気処理ユニットは、気体入口から導入する対象気体を気体出口から排出する処理室を有し、処理室内に外気熱交換部を有し、外気熱交換部の熱媒体入口に熱媒体供給手段の外気処理ユニット用の外部戻り管路を接続し、この外部戻り管路と外気熱交換部の熱媒体出口に接続する熱媒体供給手段の外気処理ユニット用の外部送り管路とを外部熱交換部を介して接続したものである。

また、外気処理ユニットは、外気熱交換部を対象気体の流れ方向に沿って多段に配置し、対象気体の流れ方向で最下流の外気熱交換部に外部送り管路を接続し、対象気体の流れ方向で最上流の外気熱交換部に外部戻り管路を接続し、外気熱交換部に加湿器を配置したものである。

また、熱回収ユニットは、前室熱交換器へ流入する前の対象気体に熱媒体を噴霧する予前ノズルを有し、外部送り管路から分岐する内部循環管路を予前ノズルに接続してなるものである。

本発明の空気調和機の運転方法は、前室熱交換器は対象気体のエンタルピーに応じて連絡管路の途中の管路切り替え手段を操作し、熱交換部を通った熱媒体が前室ノズルから前記熱交換部へ噴霧された後に前室貯留槽へ至る湿式の全熱交換運転と、熱交換部を通った熱媒体が内部戻り管路を通って前室貯留槽へ至る乾式の顕熱交換運転とを切り替えて運転するものである。

以上のように本発明によれば、対象気体のエンタルピーに応じて連絡管路の途中の管路切り替え手段を操作し、熱交換部を通った熱媒体が前室ノズルから前記熱交換部へ噴霧された後に前室貯留槽へ至る湿式の全熱交換運転と、熱交換部を通った熱媒体が内部戻り管路を通って前室貯留槽へ至る乾式の顕熱交換運転とを切り替えて運転することが可能となり、外気と排気の大きな温度差の範囲にて運転でき、全熱交換で回収した熱を有効利用できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、空気調和機は、外気処理ユニット１と熱回収ユニット２を備えており、外気処理ユニット１は外気３を導入して処理後に給気４として空調対象系内へ供給するものであり、熱回収ユニット２は空調対象系から排出する排気（還気）５を導入して処理後に空調対象系外の大気６へ排出するものであり、外気処理ユニット１と熱回収ユニット２は外部熱交換部７において熱交換を行う。

熱回収ユニット２は、排気５を導入する気体入口８を設けた前室９と、処理した空気を大気５へ排出する気体出口１０を設けた後室１１とを備えており、前室９と後室１１を隔てる隔壁１２の上部に通気口１３を有し、通気口１３を通して前室９から後室１１へ空気が流入する。

前室９に前室熱交換器１４を配置し、後室１１に後室熱交換器１５を配置しており、前室９と後室１１のそれぞれの下部に前室貯留槽１６および後室貯留槽１７を設け、前室貯留槽１６および後室貯留槽１７の水位を同じレベルに調整するための通水孔１８を隔壁１２に設けている。前室熱交換器１４および後室熱交換器１５には熱媒体（水）を供給する熱媒体供給手段をなす熱媒体供給管路系１９を接続している。

前室熱交換器１４は、熱媒体が流れる熱交換部２０と、熱交換部２０に熱媒体を噴霧する噴霧部をなす前室ノズル２１とを有している。熱交換部２０は複数の平行に配置したフィンに複数のチューブを挿入したコイルからなり、フィン面を上下方向に沿わせて設置しており、熱媒体入口２２ａと熱媒体出口２２ｂを有している。熱媒体入口２２ａから熱交換部２０に流入した熱媒体は空気の流れに対向する逆方向へ流れて熱媒体出口２２ｂへ至る。前室ノズル２１は空気の流れに対向する逆方向へ熱媒体を噴霧する。

後室熱交換器１５は、気液接触メディア２３と、気液接触メディア２３に熱媒体を噴霧する噴霧部をなす後室ノズル２４とを有している。気液接触メディア２３は熱媒体を担持するメディアとして複数の平行に配置したフィンを有し、フィンの表面に熱媒体を担持して空気との接触を行うものである。気液接触メディア２３のメディアはステンレス等の金属線材で形成することも可能である。

前室熱交換器１４の下方には予前ノズル２５を配置しており、予前ノズル２５は前室熱交換器１４へ流入する前の空気に熱媒体を噴霧する。
熱媒体供給管路系１９は、ポンプ２６ａを有する内部送り管路２６が後室貯留槽１７と熱交換部２０の熱媒体入口２２ａとを接続し、連絡管路２７が前室ノズル２１と熱交換部２０の熱媒体出口２２ｂとを接続し、連絡管路２７の途中に管路切り替え手段をなす三方弁２８を介して内部戻り管路２９が接続し、内部戻り管路２９の先端が前室貯留槽１６に連通している。また、外部戻り管路３０が後室ノズル２４に接続し、ポンプ３１ａを有する外部送り管路３１が前室貯留槽１６に接続し、外部戻り管路３０と外部送り管路３１が外部熱交換部７を介して連通し、外部送り管路３１から分岐して開閉弁３２をする内部循環管路３３が予前ノズル２５に接続している。また、前室９にはオーバーフロー管３４が所定位置に開口し、後室１１には補給水管路３５が接続している。

外気処理ユニット１は、基本的な構成において熱回収ユニット２と同様の構成部材を備えており、各構成部材の説明を省略して符号に１００を付加して表記する。外気処理ユニット１と熱回収ユニット２とが異なる点は以下の点である。

熱回収ユニット２では気体入口８および気体出口１０がユニット下部に位置し、通気口１３が隔壁１２の上部側に位置し、外気処理ユニット１では気体入口１０８および気体出口１１０がユニット上部に位置し、通気口１１３が隔壁１１２の下部側に位置する。また、予前ノズル２５、開閉弁３２、内部循環管路３３を設けておらず、外部戻り管路１３０の途中に三方弁１３０ａを介してバイパス管路１３０ｂを設けている。外部戻り管路１３０の途中に設ける三方弁１３０ａおよびバイパス管路１３０ｂは必要に応じて設けるものであり、これらの構成がない場合もある。

熱回収ユニット２の気体出口１０には排気ファン装置３６が接続し、外気処理ユニット１の気体出口１１０には給気ファン装置１３６が接続している。また、外気処理ユニット１の外部戻り管路１３０と外部送り管路１３１が外部熱交換部７を介して連通し、外部熱交換部７において外気処理ユニット１を流れる熱媒体と熱回収ユニット２を流れる熱媒体との間で熱交換を行う。

以下、上記した構成における作用を説明する。外気処理ユニット１において、気体入口１０８から前室１０９へ流入する外気３は、前室熱交換器１１４を上方から下方へ通過し、隔壁１１２の下部の通気口１１３を通って後室１１１へ流入し、後室熱交換器１１５を下方から上方へ通過し、気体出口１１０から給気ファン装置１３６に流入し、給気ファン装置１３６から空調対象系へ給気４として供給する。

熱回収ユニット２において、空調対象系から気体入口８を通して前室９へ流入する排気５は、前室熱交換器１４を下方から上方へ通過し、隔壁１２の上部の通気口１３を通って後室１１へ流入し、後室熱交換器１５を上方から下方へ通過し、気体出口１０から排気ファン装置３６に流入し、排気ファン装置３６から大気６へ排出する。

次に、熱媒体の流れを説明する。図１は夏モードの運転状態を示しており、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４は、連絡管路１２７の三方弁１２８が熱交換部１２０の熱媒体出口１２２ｂと内部戻り管路１２９とを連通し、前室ノズル１２１に対して遮断する状態にあり、熱交換部１２０を通った熱媒体が内部戻り管路１２９を通って前室貯留槽１１６へ至る乾式の顕熱交換器として運転する。後室熱交換器１１５は、外部戻り管路１３０の三方弁１３０ａを後室ノズル１２４に対して連通し、バイパス管路１３０ｂに対して遮断する状態にあり、全熱交換器として運転する。

また、熱回収ユニット２の前室熱交換器１４は、連絡管路２７の三方弁２８が熱交換部２０の熱媒体出口２２ｂと前室ノズル２１とを連通し、内部戻り管路２９に対して遮断する状態にあり、熱交換部２０を通った熱媒体が前室ノズル２１から熱交換部２０へ噴霧された後に前室貯留槽１６へ至る湿式の全熱交換器として運転する。後室熱交換器１５は全熱交換器である。

このように、前室熱交換器１４、１１４は、対象気体のエンタルピーに応じて連絡管路２７、１２７の途中の三方弁２８、１２８を操作し、湿式の全熱交換運転と乾式の顕熱交換運転とを切り替えて運転する。すなわち、外気処理ユニット１では供給する熱媒体に比べて外気３のエンタルピーが高いので、前室熱交換器１１４で顕熱交換し、後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行い、熱回収ユニット２では供給する熱媒体に比べて排気５のエンタルピーが低いので、前室熱交換器１４および後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行う。

外気処理ユニット１において、内部送り管路１２６から前室熱交換器１１４に供給する熱媒体は、熱交換部１２０においてフィンを通して乾式で顕熱交換して外気３を冷却し、内部戻り管路１２９を通って前室貯留槽１１６へ流れる。

前室貯留槽１１６の熱媒体は外部送り管路１３１を通って外部熱交換部７で冷却した後に、外部戻り管路１３０から後室ノズル１２４に供給して気液接触メディア１２３に噴霧する。気液接触メディア１２３のフィンの表面に担持された熱媒体は、前室熱交換器１１４で冷却した外気３と湿式で全熱交換する。また、後室ノズル１２４から気液接触メディア１２３に噴霧する熱媒体が外気３を浄化する。気液接触メディア１２３から後室貯留槽１１７へ流下した熱媒体は内部送り管路１２６から前室熱交換器１１４へ供給される。また、後室貯留槽１１７に補給水管路１３５から新鮮水を補給する。気液接触メディア１２３で冷却・浄化した空気は給気ファン装置１３６によって空調対象系へ供給する。

上述したように、外気処理ユニット１では外気３と熱媒体が向流、つまり外気３が前室側から後室側へ、熱媒体が後室側から前室側へ流れることで冷却効率が高まり、例えば、ＤＢ（乾球温度）３２℃／ＷＢ（湿球温度）２７℃の外気３がＤＢ（乾球温度）２２．１℃／ＷＢ（湿球温度）２２．１℃の給気４となり、外部熱交換部７から出る２０．３℃の熱媒体が２６．５℃で戻ってくる。また、外部熱交換部７において外気処理ユニット１を流れる熱媒体と熱回収ユニット２を流れる熱媒体との間で熱交換を行うことで、外気処理ユニット１および熱回収ユニット２で全熱交換してもコンタミネーションは発生しない。

熱回収ユニット２において、内部送り管路２６から前室熱交換器１４に供給する熱媒体は、熱交換部２０を通って連絡管路２７から前室ノズル２１に達し、熱交換部２０に噴霧され、フィン表面において湿式で全熱交換して排気５から冷熱を奪い、前室貯留槽１６へ流下する。

また、開閉弁３２を開栓して、前室貯留槽１６へ流れた熱媒体を内部循環管路３３から予前ノズル２５へ供給し、熱交換部２０に流入する前の排気５に予前ノズル２５から熱媒体を噴霧する。

前室貯留槽１６の熱媒体は外部送り管路３１を通って外部熱交換部７で昇温した後に、外部戻り管路３０から後室ノズル２４に供給して気液接触メディア２３に噴霧する。気液接触メディア２３のフィンの表面に担持された熱媒体は、前室熱交換器１４で加温した排気５と湿式で全熱交換する。

気液接触メディア２３から後室貯留槽１７へ流下した熱媒体は内部送り管路２６から前室熱交換器１４へ供給される。また、後室貯留槽１７に補給水管路３５から新鮮水を補給する。気液接触メディア２３で加温した空気は排気ファン装置３６によって空調対象系外へ排出する。

上述したように、熱回収ユニット２では排気５と熱媒体が向流、つまり排気５が前室側から後室側へ、熱媒体が後室側から前室側へ流れることで熱交換効率が高まり、例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）２３．２℃／ＷＢ（湿球温度）２３．２℃の空気となって大気６へ排出され、外部熱交換部７から出る２５．５℃の熱媒体が１９．３℃で戻ってくる。

この夏モードにおける空気の状態遷移を図５（ａ）の空気線図に示す。外気３は給気４となって空調対象系へ流入し、空調対象系から排出する排気（還気）５は大気６となる。この空気線図において、線ａは外気処理ユニット１において熱媒体を噴霧する状態での外気３の理想変化（等エンタルピー変化）を示し、線ｂは熱回収ユニット２において熱媒体を噴霧する状態での排気５の理想変化（等エンタルピー変化）を示している。

外気３と排気５との間のエンタルピー変化量Δｉ_Ａ、外気３と給気４との間のエンタルピー変化量Δｉ_Ｓ、排気５と大気６との間のエンタルピー変化量Δｉ_ｅであり、効率［Δｉ_Ｓ（≒Δｉ_ｅ）／Δｉ_Ａ］であり、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の湿球温度（ＲＡ，ＷＢ）との大きな温度差の範囲にて運転でき、全熱交換で回収した熱を有効利用できる。

ここで、従来の構成における空気の状態遷移との比較ついて説明する。図６（ａ）は、外気処理を行う熱交換器５１と排気処理を行う熱交換器５２との間において熱媒体が循環するループ回路５３を設けた構成および、その空気線図を示しており、外気３が熱交換器５１の顕熱交換で給気４となり、排気（還気）５が熱交換器５２の顕熱交換で大気６となる。この場合には、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の乾球温度（ＲＡ，ＤＢ）との温度差における運転となる。

図６（ｂ）は、外気処理を行う熱交換器５１と排気処理を行う熱交換器５２との間において熱媒体が循環するループ回路５３を設け、排気処理を行う熱交換器５２に向けてノズル５４から別途の水を噴霧する構成および、その空気線図を示しており、外気３が熱交換器５１の顕熱交換で給気４となり、排気（還気）５が水噴霧と熱交換器５２の顕熱交換で大気６（６’は理想点）となる。この場合には、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の湿球温度（ＲＡ，ＷＢ）との温度差における運転となるが、ノズル５４から噴霧する水で回収した熱量は有効利用されず、顕熱交換のみとなるので、理想的に１００％の熱交換をしても理想点６’に対応するΔｉ_ｅ’を越える熱交換は出来ない。

図２は中間期モード（冷房負荷時）の運転状態を示しており、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４は、連絡管路１２７の三方弁１２８が熱交換部１２０の熱媒体出口１２２ｂと前室ノズル１２１とを遮断し、内部戻り管路１２９に対して連通する状態にあり、熱交換部１２０を通った熱媒体が内部戻り管路１２９を通って前室貯留槽１１６へ至る乾式の顕熱交換器として運転する。後室熱交換器１１５は、外部戻り管路１３０の三方弁１３０ａを後室ノズル１２４に対して遮断し、バイパス管路１３０ｂに対して連通する状態にあり、熱交換器としての運転を停止する。

また、熱回収処理ユニット２の前室熱交換器１４は、夏モードと同様に運転する。すなわち、外気処理ユニット１では供給する熱媒体に比べて外気３のエンタルピーが高いので、前室熱交換器１１４のみ顕熱交換し、熱媒体の噴霧による湿度の上昇を防止する運転を行い、熱回収ユニット２では供給する熱媒体に比べて排気５のエンタルピーが低いので、前室熱交換器１４および後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行う。つまり、図５（ｂ）の空気線図に示すように、中間期モード（冷房負荷時）では外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の湿球温度（ＲＡ，ＷＢ）との温度差を大きくして運転できる。

図３は中間期モード（暖房負荷時）の運転状態を示しており、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４は、連絡管路１２７の三方弁１２８が熱交換部１２０の熱媒体出口１２２ｂと前室ノズル１２１とを連通し、内部戻り管路１２９に対して遮断する状態にあり、熱交換部１２０を通った熱媒体が前室ノズル１２１から熱交換部１２０へ噴霧された後に前室貯留槽１１６へ至る湿式の全熱交換器として運転する。後室熱交換器１１５は、外部戻り管路１３０の三方弁１３０ａを後室ノズル１２４に対して連通し、バイパス管路１３０ｂに対して遮断する状態にあり、全熱交換器として運転する。

また、熱回収処理ユニット２の前室熱交換器１４は、連絡管路２７の三方弁２８が熱交換部２０の熱媒体出口２２ｂと内部戻り管路２９とを連通し、前室ノズル２１に対して遮断する状態にあり、熱交換部２０を通った熱媒体が内部戻り管路２９を通って前室貯留槽１６へ至る乾式の顕熱交換器として運転し、開閉弁３２を閉栓して予前ノズル２５への供給を遮断する。

すなわち、外気処理ユニット１では供給する熱媒体に比べて外気３のエンタルピーが低いので、前室熱交換器１１４で全熱交換し、後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行い、熱回収ユニット２では供給する熱媒体に比べて排気５のエンタルピーが高いので、前室熱交換器１４で顕熱交換し、後室熱交換器１５で全熱交換する運転を行う。

この中間期モード（暖房負荷時）では、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４および後室熱交換器１１５で外気３を昇温する。例えば、ＤＢ（乾球温度）３℃／ＷＢ（湿球温度）０℃の外気３がＤＢ（乾球温度）９．５℃／ＷＢ（湿球温度）９．５℃の給気４となり、外部熱交換部７から出る１１．７℃の熱媒体が６．７℃で戻ってくる。

また、熱回収処理ユニット２の前室熱交換器１４および後室熱交換器１５で排気５から熱を奪い、熱媒体を加熱する。例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）９．０℃／ＷＢ（湿球温度）９．０℃の空気となり、外部熱交換部７から出る７．７℃の熱媒体が１２．７℃で戻ってくる。

この中間期モード（暖房負荷時）では、図５（ｃ）の空気線図に示すように、外気３の湿球温度（ＯＡ，ＷＢ）と排気５の乾球温度（ＲＡ，ＤＢ）との温度差を大きくして運転できる。

図４は冬モード（ピーク時）の運転状態を示しており、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４は、連絡管路１２７の三方弁１２８が熱交換部１２０の熱媒体出口１２２ｂと前室ノズル１２１を遮断し、内部戻り管路１２９に対して連通する状態にあり、熱交換部１２０を乾式の顕熱交換器として運転する。後室熱交換器１１５は、外部戻り管路１３０の三方弁１３０ａを後室ノズル１２４に対して連通し、バイパス管路１３０ｂに対して遮断する状態にあり、全熱交換器として運転する。

すなわち、外気処理ユニット１では外気３の湿球温度がマイナスとなり、凍結する場合があるので、前室熱交換器１１４で顕熱交換し、後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行い、熱回収ユニット２では供給する熱媒体に比べて排気５のエンタルピーが高いので、前室熱交換器１４で顕熱交換し、後室熱交換器１１５で全熱交換する運転を行う。

この冬モードでは、外気処理ユニット１の前室熱交換器１１４および後室熱交換器１１５で外気３を昇温する。例えば、ＤＢ（乾球温度）−２℃／ＷＢ（湿球温度）−５℃の外気３がＤＢ（乾球温度）７．０℃／ＷＢ（湿球温度）６．７℃の給気４となり、外部熱交換部７から出る１０．１℃の熱媒体が５．１℃で戻ってくる。

また、熱回収処理ユニット２の前室熱交換器１４および後室熱交換器１５で排気５から熱を奪い、熱媒体を加熱する。例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）７．１℃／ＷＢ（湿球温度）７．１℃の空気となり、外部熱交換部７から出る６．１℃の熱媒体が１２．１℃で戻ってくる。

この冬モードでは、図５（ｄ）の空気線図に示すように、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の乾球温度（ＲＡ，ＤＢ）との温度差において運転できる。
図７は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図１に示した先の実施の形態と異なる点は以下の点である。

熱回収ユニット２では、気体入口８および気体出口１０がユニット上部に位置し、通気口１３が隔壁１２の下部側に位置する。また、予前ノズル２５、開閉弁３２、内部循環管路３３を設けておらず、外気処理ユニット１では外部戻り管路１３０の途中に設ける三方弁１３０ａおよびバイパス管路１３０ｂは設けていない。

この構成においては、基本的に先の実施の形態と同様の運転を行うことができ、中間期モード（冷房負荷時）がなく、夏モードにおいて対処するものであり、空気の流れの後半部分で後室２４により対向する向きに噴霧するので熱交換効率が向上する。

図８は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図１に示した先の実施の形態と異なる点は以下の点である。
外気処理ユニット２０１は、気体入口２０２から導入する外気３を気体出口２０３から排出する処理室２０４を有し、処理室２０４の内部に外気熱交換部２０５を外気３の流れ方向に沿って多段に配置しており、各外気熱交換部２０５を連絡管路２０６で接続し、外気３の流れ方向で最下流の外気熱交換部２０５に熱回収ユニット２の外部送り管路３１を接続し、外気３の流れ方向で最上流の外気熱交換部２０５に熱回収ユニット２の外部戻り管路３０を接続している。

また、最下流位置の外気熱交換部２０５を除いて外気熱交換部２０５の下流位置には気化式加湿器２０９を設けており、気化式加湿器２０９は気体入口２０２の下流位置にも設けている。各気化式加湿器２０９には開閉弁２１０を介して給水管路２１１が連通している。

上記した構成により、外気処理ユニット２０１において、気体入口２０２から処理室２０４へ流入する外気３は、各外気熱交換部２０５を通過し、気体出口２０３から給気ファン装置１３６に流入し、給気ファン装置１３６から空調対象系へ給気４として供給する。

次に、熱媒体の流れを説明する。図８は夏モードの運転状態を示している。この夏モードでは、外気処理ユニット２０１において開閉弁２１０を全て閉栓して各気化式加湿器２０９における加湿を停止する。熱回収ユニット２においては、図１に示した先の実施の形態での夏モードと同様の運転を行う。

このため、外気処理ユニット２０１では冷却除湿運転となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）３２℃／ＷＢ（湿球温度）２７℃の外気３がＤＢ（乾球温度）２２．６℃／ＷＢ（湿球温度）２２．６℃の給気４となって空調対象系へ供給され、熱回収ユニット２から出る２０．５℃の熱媒体が２６．２℃で戻ってくる。

熱回収ユニット２では前室熱交換器１４および後室熱交換器１５を全熱交換運転する状態となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）２３．２℃／ＷＢ（湿球温度）２３．２℃の空気となって大気６へ排出され、外気処理ユニット２０１から出る２６．２℃の熱媒体が２０．５℃で戻ってくる。

この夏モードでは、図１１（ａ）の空気線図に示すように、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の湿球温度（ＲＡ，ＤＢ）との大きな温度差において運転できる。
図９は中間期モード（暖房負荷時）の運転状態を示しており、外気処理ユニット２０１において開閉弁２１０を全て開栓して各気化式加湿器２０９において加湿する。熱回収ユニット２においては、図３に示した先の実施の形態での中間期モード（暖房負荷時）と同様の運転を行う。

このため、外気処理ユニット２０１では全熱交換運転となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）３℃／ＷＢ（湿球温度）０℃の外気３がＤＢ（乾球温度）１３．０℃／ＷＢ（湿球温度）９．５℃の給気４となって空調対象系へ供給され、熱回収ユニット２から出る１１．７℃の熱媒体が６．７℃で戻ってくる。

熱回収ユニット２では前室熱交換器１４を顕熱交換運転し、後室熱交換器１５を全熱交換運転する状態となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）９．０℃／ＷＢ（湿球温度）９．０℃の空気となって大気６へ排出され、外気処理ユニット２０１から出る６．７℃の熱媒体が１１．７℃で戻ってくる。

中間期モード（暖房負荷時）では、図１１（ｂ）の空気線図に示すように、各気化式加湿器２０９での加湿と、各外気熱交換部２０５での加温を繰り返し、外気３の湿球温度（ＯＡ，ＷＢ）と排気５の乾球温度（ＲＡ，ＤＢ）との大きな温度差において運転できる。

図１０は冬モードの運転状態を示しており、外気処理ユニット２０１においては、外気３の湿球温度がマイナスとなり、凍結する場合があるので、最上流位置の各気化式加湿器２０９に対応する開閉弁２１０のみを閉栓し、他の各気化式加湿器２０９において加湿する。熱回収ユニット２においては、図４に示した先の実施の形態での冬モードと同様の運転を行う。

このため、外気処理ユニット２０１では全熱交換運転となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）−２℃／ＷＢ（湿球温度）−５℃の外気３がＤＢ（乾球温度）１０．０℃／ＷＢ（湿球温度）６．７℃の給気４となって空調対象系へ供給され、熱回収ユニット２から出る１０．１℃の熱媒体が５．１℃で戻ってくる。

熱回収ユニット２では前室熱交換器１４を顕熱交換運転し、後室熱交換器１５を全熱交換運転する状態となり、例えば、ＤＢ（乾球温度）２３℃／ＷＢ（湿球温度）１６℃の排気５がＤＢ（乾球温度）７．１℃／ＷＢ（湿球温度）７．１℃の空気となって大気６へ排出され、外気処理ユニット２０１から出る５．１℃の熱媒体が１０．１℃で戻ってくる。

この冬モードでは、図１１（ｃ）の空気線図に示すように、凍結を回避しながら各気化式加湿器２０９での加湿と、各外気熱交換部２０５での加温を繰り返し、外気３の乾球温度（ＯＡ，ＤＢ）と排気５の乾球温度（ＲＡ，ＤＢ）との温度差において運転できる。

図１２は本発明の他の実施の形態を示すものであり、図８に示した先の実施の形態と異なる点は以下の点である。
熱回収ユニット２では、気体入口８および気体出口１０がユニット上部に位置し、通気口１３が隔壁１２の下部側に位置する。また、予前ノズル２５、開閉弁３２、内部循環管路３３を設けていない。

この構成においては、基本的に先の実施の形態と同様の運転を行うことができ、空気の流れの後半部分で後室２４により対向する向きに噴霧するので熱交換効率が向上する。
図１３に示すように、外気処理ユニットと熱回収ユニットとの間において外部熱交換部で熱交換を行うことも可能である。

この場合には、後室ノズル２４に接続した熱回収ユニット用の外部戻り管路１９と、前室貯留槽１６に連通する熱回収ユニット用の外部送り管路３１とを外部熱交換部７を介して接続する。また、外気熱交換部２０９の熱媒体入口に外気処理ユニット用の外部戻り管路２０７を接続し、この外部戻り管路２０７と外気熱交換部２０９の熱媒体出口に接続する外気処理ユニット用の外部送り管路２０８とを外部熱交換部７を介して接続する。

本発明の実施の形態における空気調和機の夏モードの運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の中間期モード（冷房負荷時）の運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の中間期モード（暖房負荷時）の運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の冬モードの運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の各モードにおける空気線図従来の空気調和機における空気線図本発明の他の実施の形態における空気調和機の構成を示す模式図本発明の他の実施の形態における空気調和機の構成を示し、その夏モードの運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の中間期モード（暖房負荷時）の運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の冬モードの運転状態を示す模式図同実施の形態における空気調和機の各モードにおける空気線図本発明の他の実施の形態における空気調和機の構成を示す模式図本発明の他の実施の形態における空気調和機の構成を示す模式図

符号の説明

１外気処理ユニット
２熱回収ユニット
３外気
４給気
５排気（還気）
６大気
７外部熱交換部
８、１０８気体入口
９、１０９前室
１０、１１０気体出口
１１、１１１後室
１２、１１２隔壁
１３、１１３通気口
１４、１１４前室熱交換器
１５、１１５後室熱交換器
１６、１１６前室貯留槽
１７、１１７後室貯留槽
１８、１１８通水孔
１９、１１９熱媒体供給管路系
２０、１２０熱交換部
２１、１２１前室ノズル
２２ａ、１２２ａ熱媒体入口
２２ｂ，１２２ｂ熱媒体出口
２３、１２３気液接触メディア
２４、１２４後室ノズル
２５予前ノズル
２６、１２６内部送り管路
２６ａ、１２６ａポンプ
２７、１２７連絡管路
２８、１２８三方弁
２９、１２９内部戻り管路
３０、１３０外部戻り管路
１３０ａ三方弁
１３０ｂバイパス管路
３１、１３１外部送り管路
３１ａ、１３１ａポンプ
３２開閉弁
３３内部循環管路
３４、１３４オーバーフロー管
３５、１３５補給水管路
３６排気ファン装置
１３６給気ファン装置
２０１外気処理ユニット
２０２気体入口
２０３気体出口
２０４処理室
２０５外気熱交換部
２０６連絡管路
２０９気化式加湿器
２１０開閉弁
２１１給水管路

Claims

熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部に熱媒体を噴霧する噴霧部と、熱交換部を通して噴霧部へ熱媒体を供給する熱媒体供給手段とを備えたことを特徴とする全熱交換器。
熱交換部の熱媒体入口に熱媒体供給手段の送り管路を接続し、熱交換部の熱媒体出口と噴霧部を連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の戻り管路を接続したことを特徴とする請求項１に記載の全熱交換器。
気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽と、前室熱交換器および後室熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給手段とで処理ユニットを構成し、
前室熱交換器は、熱媒体が流れる熱交換部と、熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、
後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の外部戻り管路を接続し、基端が前室貯留槽に連通する外部送り管路と外部戻り管路とを外部熱交換部を介して接続してなることを特徴とする空気調和機。
一対の処理ユニットを備え、一方の処理ユニットが対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットをなし、他方の処理ユニットが対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットをなし、外部熱交換部において外気処理ユニットと熱回収ユニットとの熱交換を行うことを特徴する請求項３に記載の空気調和機。
外気処理ユニットは、後室ノズルに接続する熱媒体供給手段の外部戻り管路が途中に設ける管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段のバイパス管路に接続し、バイパス管路の先端を後室貯留槽に接続してなることを特徴する請求項４に記載の空気調和機。
対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットと、対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットを有し、
熱回収ユニットは、気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽と、前室熱交換器と後室熱交換器に熱媒体を供給する熱媒体供給手段とを備え、
前室熱交換器は、熱媒体が流れる排気熱交換部と、排気熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を排気熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと排気熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、
後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の外部戻り管路を接続し、基端が前室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の外部送り管路と外部戻り管路とを外気処理ユニットを介して接続してなり、
外気処理ユニットは、気体入口から導入する対象気体を気体出口から排出する処理室を有し、処理室内に外気熱交換部を有し、外気熱交換部の熱媒体入口に熱回収ユニットの外部送り管路を接続し、外気熱交換部の熱媒体出口に熱回収ユニットの外部戻り管路を接続したことを特徴とする空気調和機。
対象気体として外気を系内に導入する外気処理ユニットと、対象気体として排気を系外へ排出する熱回収ユニットを有し、外気処理ユニットおよび熱回収ユニットに熱媒体を供給する熱媒体供給手段と、外気処理ユニットと熱回収ユニットとの熱交換を行う外部熱交換部を有し、
熱回収ユニットは、気体入口から対象気体を導入する前室と、前室から流入する対象気体を気体出口から排出する後室と、前室に配置する前室熱交換器と、後室に配置する後室熱交換器と、前室と後室のそれぞれの下部に配置した前室貯留槽および後室貯留槽を備え、
前室熱交換器は、熱媒体が流れる排気熱交換部と、排気熱交換部に熱媒体を噴霧する前室ノズルとを有し、基端が後室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の内部送り管路を排気熱交換部の熱媒体入口に接続し、前室ノズルと排気熱交換部の熱媒体出口とを連絡管路で接続し、連絡管路の途中に管路切り替え手段を介して熱媒体供給手段の内部戻り管路を接続し、内部戻り管路の先端を前室貯留槽に接続してなり、
後室熱交換器は、気液接触メディアと、気液接触メディアに熱媒体を噴霧する後室ノズルとを有し、後室ノズルに熱媒体供給手段の熱回収ユニット用の外部戻り管路を接続し、この外部戻り管路と基端が前室貯留槽に連通する熱媒体供給手段の熱回収ユニット用の外部送り管路とを外部熱交換部を介して接続し、
外気処理ユニットは、気体入口から導入する対象気体を気体出口から排出する処理室を有し、処理室内に外気熱交換部を有し、外気熱交換部の熱媒体入口に熱媒体供給手段の外気処理ユニット用の外部戻り管路を接続し、この外部戻り管路と外気熱交換部の熱媒体出口に接続する熱媒体供給手段の外気処理ユニット用の外部送り管路とを外部熱交換部を介して接続したことを特徴とする空気調和機。
外気処理ユニットは、外気熱交換部を対象気体の流れ方向に沿って多段に配置し、対象気体の流れ方向で最下流の外気熱交換部に外部送り管路を接続し、対象気体の流れ方向で最上流の外気熱交換部に外部戻り管路を接続し、外気熱交換部に加湿器を配置したことを特徴とする請求項６又は７に記載の空気調和機。
熱回収ユニットは、前室熱交換器へ流入する前の対象気体に熱媒体を噴霧する予前ノズルを有し、外部送り管路から分岐する内部循環管路を予前ノズルに接続してなることを特徴する請求項４〜８の何れか１項に記載の空気調和機。
請求項３から９項の何れか１項に記載の空気調和機において、前室熱交換器は対象気体のエンタルピーに応じて連絡管路の途中の管路切り替え手段を操作し、熱交換部を通った熱媒体が前室ノズルから前記熱交換部へ噴霧された後に前室貯留槽へ至る湿式の全熱交換運転と、熱交換部を通った熱媒体が内部戻り管路を通って前室貯留槽へ至る乾式の顕熱交換運転とを切り替えて運転することを特徴する空気調和機の運転方法。