JP6971126B2 - 外気処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、給気対象空間に供給される外気が給気ファンの送風力により通流する給気風路と、前記給気風路に配置され、当該給気風路を通流する外気を冷却する外気冷却部と、前記給気風路における前記外気冷却部の下流側に配置され、当該給気風路を通流する外気を給水により形成した水膜に通過させて、当該外気から不純物を除去する湿式浄化部と、を備えた外気処理装置に関する。

従来、給気風路を通流して給気対象空間に供給される外気を、当該給気風路に配置された湿式浄化部の水膜に通過させて、当該外気から化学物質や塵埃等の不純物を除去するように構成された外気処理装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

上記特許文献１に記載の外気処理装置には、給気風路における湿式浄化部（水膜１１〜１４）の上流側に、当該給気風路を通流する外気を冷却する外気冷却部（冷却コイル４）が設けられている。よって、湿式浄化部（１１〜１４）には、外気冷却部（４）により冷却された低温の外気が通過することになる。また、この外気処理装置では、湿式浄化部（１１〜１４）から滴下したドレン水を、ＵＶ（紫外線）の照射により水膜にダメージを与えるＴＯＣ（全有機炭素量）を低下させた上で、純水製造装置（３７）を介して湿式浄化部の水膜（１１〜１４）に供給している。

特開２００８−１９０７５３号公報

上記特許文献１に記載の外気処理装置では、ドレン水を湿式浄化部へ供給される給水として再利用することから、その給水の水質を改善するためのＵＶ照射装置や純水製造装置等が必要となり、装置コストが高くなる。
また、この外気処理装置では、ＵＶ照射が施された上に純水製造装置を通過することで常温以上に昇温されたドレン水が給水として湿式浄化部に供給される。このように、湿式浄化部に対して常温以上の給水が供給される場合、湿式浄化部では、外気冷却部にて冷却された低温の外気が、常温又はそれ以上の温度の給水と接触して熱交換することで、加熱されてしまう。よって、特に夏季の冷房時では、水膜を通過した後に給気対象空間へ供給される給気を低温に維持するためには、外気冷却部での外気に対する冷却負荷を増加させる必要があり、結果、エネルギー効率の悪化の要因となっていた。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、給気風路において外気冷却部の下流側に湿式浄化部が配置された外気処理装置において、湿式浄化部へ供給される給水の水質悪化を回避しながらエネルギー効率の向上を図ることができる技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、給気対象空間に供給される外気が給気ファンの送風力により通流する給気風路と、
前記給気風路に配置され、当該給気風路を通流する外気を冷却する外気冷却部と、
前記給気風路における前記外気冷却部の下流側に配置され、当該給気風路を通流する外気を給水により形成した水膜に通過させて、当該外気から不純物を除去すると共に、外気と接触した給水をドレン水としてドレンパンに滴下させる湿式浄化部と、を備えた外気処理装置であって、
前記湿式浄化部から前記ドレンパンに滴下したドレン水との熱交換により、前記湿式浄化部へ供給される給水を冷却する給水冷却部を備えた点にある。

本構成によれば、上記給水冷却部により湿式浄化部へ供給される給水を冷却することができるので、湿式浄化部での給水との熱交換による処理外気の温度上昇を抑制して、給気風路における外気冷却部での外気の冷却負荷を減少させることができる。更には、ドレン水を直接給水として湿式浄化部へ供給するのではなく、ドレン水との熱交換により冷却した水道水等の給水を湿式浄化部へ供給するので、ドレン水の供給に起因する湿式浄化部へ供給される給水の水質の悪化を防止しつつ、従来はそのまま排出されていたドレン水の冷熱を有効利用して、上記外気冷却部での冷却負荷の減少に加えて２重の省エネルギー効果を享受することができる。
従って、本発明により、給気風路において外気冷却部の下流側に湿式浄化部が配置された外気処理装置において、湿式浄化部へ供給される給水の水質悪化を回避しながらエネルギー効率の向上を図ることができる技術を提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記給水冷却部として、前記ドレンパンからドレン水が排出されるドレン水路において、当該ドレン水路を通流するドレン水と前記湿式浄化部へ供給される給水との熱交換を行うドレン水路熱交換部を備えた点にある。

本構成によれば、湿式浄化部の外部に設けられたドレン水路において、そのドレン水路を通流するドレン水と湿式浄化部へ供給される給水との熱交換を行う上記ドレン水路熱交換部を設け、そのドレン水路熱交換部を上記給水冷却部として利用することができる。このことで、湿式浄化部の内部構成を従来のものから変更することなく、給水をドレン水との熱交換により適切に冷却することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記給水冷却部として、前記ドレンパンにおいて、当該ドレンパンに貯留されているドレン水と前記湿式浄化部へ供給される給水との熱交換を行うドレンパン熱交換部を備えた点にある。

本構成によれば、ドレンパンにおいて、そのドレンパンに貯留されているドレン水と給水との熱交換を行う上記ドレンパン熱交換部を設け、そのドレンパン熱交換部を上記給水冷却部として利用することができる。このことで、ドレンパン熱交換部へドレン水を供給するためのポンプやその動力を省略しながら、給水をドレン水との熱交換により適切に冷却することができる。

本発明の第４特徴構成は、前記給水冷却部をバイパスさせて前記湿式浄化部に給水を供給可能なバイパス路と、
前記給水冷却部と前記バイパス路とに対する給水の分配状態を調整可能な分配状態調整手段と、を備えた点にある。

本構成によれば、上記バイパス路及び上記分配状態調整手段を備えることで、給水冷却部とそれをバイパスするバイパス路とに対する給水の分配状態を調整する形態で、湿式浄化部へ供給される給水の温度を調整することができる。

本発明の第５特徴構成は、前記湿式浄化部に供給される給水の温度を検出する給水温度検出手段と、
前記給水温度検出手段の検出結果に基づいて前記分配状態調整手段を制御する給水温度制御手段を備えた点にある。

本構成によれば、上記給水温度制御手段を備えることで、給水冷却部とそれをバイパスするバイパス路とに対する給水の分配状態を給水温度検出手段の検出結果に基づいて自動的に制御して、湿式浄化部へ供給される給水の温度を適切なものに維持することができる。

外気処理装置の概略構成図 図１に示す外気処理装置に設けられた湿式浄化モジュールの概略構成図 別実施形態の外気処理装置の概略構成図

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の外気処理装置は、給気ファン２が配置された給気風路１を備える。そして、給気ファン２の送風力により、外気ＯＡが給気風路１に導入され、当該導入された外気ＯＡが給気風路１の内部を通流し、当該通流した外気ＯＡが給気ＳＡとして、屋内等の給気対象空間に供給される。

給気風路１には、水膜に外気ＯＡを通過させて当該外気から化学物質や塵埃等の不純物を除去する湿式浄化モジュール１０（湿式浄化部の一例）が配置されている。更に、給気風路１には、内部を通流する外気ＯＡを、外部から供給される冷水や温水等との熱交換により冷却又は加熱するための複数の熱交換器３，４，５が配置されている。この熱交換器３，４，５としては、予熱用熱交換器３、冷却用熱交換器４（外気冷却部の一例）、再熱用熱交換器５等が、上流側から順に配置されている。上記湿式浄化モジュール１０は、冷却用熱交換器４と再熱用熱交換器５との間の領域に配置されている。
即ち、給気風路１に導入された外気ＯＡは、予熱用熱交換器３、冷却用熱交換器４、湿式浄化モジュール１０、再熱用熱交換器５を順に通過した後に、給気ＳＡとして給気対象空間に供給される。

例えば、外気ＯＡの温度が高い夏季等においては、給気風路１に導入された外気ＯＡは、冷却用熱交換器４において冷却された後に、湿式浄化モジュール１０を通過して、不純物の除去が行われる。そして、このように冷却された後に不純物が除去された外気ＯＡが、給気ＳＡとして給気対象空間に供給される。
一方、外気ＯＡの温度が低い冬季等においては、給気風路１に導入された外気ＯＡは、予熱用熱交換器３において加熱された後に、湿式浄化モジュール１０を通過して、不純物の除去が行われる。そして、このように加熱された後に不純物が除去された外気ＯＡが、再熱用熱交換器５において適宜加熱された上で、給気ＳＡとして給気対象空間に供給される。

湿式浄化モジュール１０は、図２に示すように、水膜が形成される水膜形成部１５を有して構成されている。この水膜形成部１５は、多孔質セラミック等からなる通気性のエレメント１６と、給水管２０から給水ＳＷが供給されてその給水ＳＷをエレメント１６の上端部に散水する散水管１７と、エレメント１６の下端部から滴下するドレン水ＤＷを受けるドレンパン１８とを有して構成されている。

湿式浄化モジュール１０では、散水管１７からエレメント１６の上端部に給水ＳＷが散水されることで、エレメント１６全体に水が供給され、当該エレメント１６の表面に水膜が形成される。そして、エレメント１６を通過する外気ＯＡが、当該エレメント１６の表面に形成された水膜と接触することで、当該外気ＯＡに含まれている不純物が水膜に吸収される形態で除去されることになる。また、不純物を吸収した水は、エレメント１６の下端部からドレン水ＤＷとして滴下して、ドレンパン１８に貯留される。
そして、ドレンパン１８に貯留されているドレン水ＤＷは、図１に示すように、ドレンポンプ３１が作動することにより、ドレン管３０（ドレン水路の一例）を通じて外部に排出されることになる。

尚、本実施形態では、湿式浄化モジュール１０を外気ＯＡの流れ方向に沿って一の水膜形成部１５を配置した１段式に構成しているが、外気ＯＡの流れ方向に沿って複数の水膜形成部１５を並設した多段式に構成しても構わない。また、その場合、各水膜形成部１５への給水ＳＷの供給は個別に行うことができるが、例えば、一部の水膜形成部１５のドレン水ＤＷを他の水膜形成部１５に散水するように構成しても構わない。

湿式浄化モジュール１０では、給水管２０を通じて所定の設定給水量以上の水が散水管１７に給水ＳＷが供給される。ここで、上記設定給水量は、水膜形成部１５における外気ＯＡからの不純物の除去能力を好適なものに維持するのに必要な最小給水量又はそれ以上の給水量として設定されている。

以上のような外気処理装置では、例えば夏季の冷房時において、冷却用熱交換器４で冷却された外気ＯＡが湿式浄化モジュール１０の水膜形成部１５を通過する。このことにより、水膜形成部１５からは比較的低温のドレン水ＤＷが滴下することになる。
そして、本実施形態の外気処理装置は、このような低温のドレン水ＤＷの冷熱を適切に回収することにより、湿式浄化モジュール１０へ供給される給水ＳＷの水質悪化を回避しながらエネルギー効率の向上を図るための構成を有しており、その構成について以下に説明を加える。

本実施形態の外気処理装置には、図１に示すように、湿式浄化モジュール１０の水膜形成部１５から滴下した低温のドレン水ＤＷとの熱交換により、散水管１７を通じて水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷを冷却する給水冷却部４０が設けられている。よって、水膜形成部１５には、水質が悪化している可能性があるドレン水ＤＷがそのまま供給されるのではなく、水質が良好でドレン水ＤＷとの熱交換により低温となった水道水が給水ＳＷとして供給されることになる。すると、冷却用熱交換器４で冷却された低温の外気ＯＡは、低温の給水ＳＷにより水膜が形成された水膜形成部１５を通過して、低温状態を維持したまま給気対象空間に供給されることになる。このことで、冷却用熱交換器４での外気ＯＡを冷却するための冷却負荷を低めに設定して、エネルギー効率の向上が図られている。

更に、この給水冷却部４０は、ドレンパン１８からドレン水ＤＷが排出されるドレン管３０において、当該ドレン管３０を通流するドレン水ＤＷと水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷとの熱交換を行うドレン水路熱交換部４０Ａで構成されている。このドレン水路熱交換部４０Ａは、ドレン水ＤＷと給水ＳＷとの２液間で熱交換を行う液−液式の熱交換器で構成されている。そして、本実施形態の外気処理装置では、ドレン水路熱交換部４０Ａを給水冷却部４０として設けることにより、湿式浄化モジュール１０として汎用品を内部構造の変更することなく利用している。

給水管２０には、上述のドレン水路熱交換部４０Ａを通過する主給水管２０Ａの上流側端部から分岐して下流側端部で合流する形態で、当該ドレン水路熱交換部４０Ａをバイパスさせて湿式浄化モジュール１０の水膜形成部１５に給水ＳＷを供給可能なバイパス管２０Ｂ（バイパス路の一例）が設けられている。更に、ドレン水路熱交換部４０Ａを通過する主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとに対する給水ＳＷの分配状態を調整可能な分配状態調整手段として、主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとの分岐部には三方調整弁２２が設けられている。三方調整弁２２は、供給された給水ＳＷをドレン水路熱交換部４０Ａ側とバイパス管２０Ｂ側とに分配可能としながら、その分配割合を上記分配状態として調整可能に構成されている。

そして、ドレン水路熱交換部４０Ａと通流する給水ＳＷの量を減少させると共にバイパス管２０Ｂを通流する給水ＳＷの量を増加させるように、三方調整弁２２により上記分配割合を調整することで、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を上昇させることができる。逆に、ドレン水路熱交換部４０Ａと通流する給水ＳＷの量を増加させると共にバイパス管２０Ｂを通流する給水ＳＷの量を減少させるように、三方調整弁２２により上記分配割合を調整することで、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を低下させることができる。
また、給水管２０において、主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとの合流部よりも下流側には、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を検出する温度センサ２１（給水温度検出手段の一例）が設けられている。

図１に示すように、外気処理装置には、運転を制御する制御装置５０が設けられている。この制御装置５０は、所定のプログラムを実行することにより、所定の空調制御を実行する空調制御手段５１、及び、所定の給水温度制御を実行する給水温度制御手段５２として機能する。
以下、これら空調制御手段５１及び給水温度制御手段５２の詳細について、図１及び図３を参照して順に説明を加える。

〔空調制御〕
空調制御手段５１が実行する空調制御では、先ず、給気風路１から給気対象空間に供給される給気ＳＡの温度や湿度、更には給気対象空間において発熱する人員の数や生産機器の稼働率等に基づいて空調負荷を算出する。そして、このように算出した空調負荷に基づいて、熱交換器３，４，５への熱媒体の供給量を制御すると共に、給気ファン２の送風量を制御する形態で、給気対象空間の温度及び湿度を所望の温度及び湿度に調整する。即ち、空調制御手段５１は、空調負荷が小さくなるほど、熱交換器３，４，５への熱媒体の供給量を減少側に調整すると共に、給気ファン２の送風量を減少側に調整するように構成されている。
尚、本実施形態では、上記空調負荷の算出方法の一例を示したが、適宜変更しても構わない。

〔給水温度制御〕
給水温度制御手段５２が実行する給水温度制御では、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を検出する温度センサ２１の検出結果に基づいて、ドレン水路熱交換部４０Ａを通過する主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとに対する給水ＳＷの分配状態を調整可能な三方調整弁２２を制御する。
具体的には、給水温度制御手段５２は、例えば給気対象空間に供給すべき給気ＳＡの目標給気温度を上記空調制御手段５１から受け取り、温度センサ２１で検出される水膜形成部１５への給水ＳＷの温度が、例えば上記目標給気温度以下に設定された目標給水温度に維持されるように、三方調整弁２２によりドレン水路熱交換部４０Ａを通過する主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとに対する給水ＳＷの分配状態を自動的に制御するように構成されている。尚、水膜形成部１５への給水ＳＡの目標給水温度については、外気や室内の状態等に基づいて設定するなど、適宜変更しても構わない。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用するものに限られず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、ドレン水ＤＷとの熱交換により給水ＳＷを冷却する給水冷却部４０をドレン水路熱交換部４０Ａで構成したが、上記実施形態とは別の構成の給水冷却部４０を採用した外気処理装置の実施形態を、図３に基づいて以下に説明する。
図３に示す外気処理装置において、給水冷却部４０は、ドレンパン１８において、水膜形成部１５から滴下してドレンパン１８に貯留されているドレン水ＤＷと散水管１７を通じて水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷとの熱交換を行うドレンパン熱交換部４０Ｂで構成されている。このドレンパン熱交換部４０Ｂは、ドレン水ＤＷが貯留されるドレンパン１８内に敷設されて給水ＳＷが内部に供給される伝熱管で構成されている。そして、この外気処理装置では、ドレンパン熱交換部４０Ｂを給水冷却部４０として設けることにより、ドレン管３０での圧力損失を低く抑えることができ、例えば、ドレン水ＤＷを排出するためのドレンポンプ（図１のドレンポンプ３１を参照）を省略してドレン水ＤＷを自重で排出することができる。
尚、図３では、ドレンパン熱交換部４０Ｂを、ドレンパン１８内に敷設された伝熱管で構成したが、ドレンパン１８の底部や側部の外表面に沿って敷設された伝熱管で構成しても構わない。

（２）上記本実施形態では、三方調整弁２２は、ドレン水路熱交換部４０Ａ側とバイパス管２０Ｂ側との給水ＳＷの分配割合を調整可能なものとして構成したが、給水ＳＷの供給先をドレン水路熱交換部４０Ａ側とバイパス管２０Ｂ側との間で切替可能なもの、言い換えればドレン水路熱交換部４０Ａに対する給水ＳＷのバイパスの有無を切替可能なものとして構成することもできる。この場合、給水ＳＷの供給先をバイパス管２０Ｂ側に切り替えることで、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を上昇させることができ、給水ＳＷの供給先をドレン水路熱交換部４０Ａに切り替えることで、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を低下させることができる。

（３）上記実施形態では、給水温度制御手段５２を備え、給水冷却部４０を通過する主給水管２０Ａとバイパス管２０Ｂとに対する給水ＳＷの分配状態を調整可能な分配状態調整手段として機能する三方調整弁２２を自動制御するように構成したが、この三方調整弁２２を手動で操作して、水膜形成部１５へ供給される給水ＳＷの温度を調整するように構成しても構わない。
また、給水冷却部４０をバイパスさせて水膜形成部１５に給水ＳＷを供給可能なバイパス管２０Ｂや、給水冷却部４０とバイパス管２０Ｂとに対する給水ＳＷの分配状態を調整可能な三方調整弁２２については、適宜省略又は改変しても構わない。

（４）上記実施形態では、散水管１７、水膜形成部１５、ドレンパン１８等を湿式浄化モジュール１０としてモジュール化して外気処理装置に搭載する例を説明したが、これら各部位を個別の単体で外気処理装置に設けるように構成しても構わない。

１ 給気風路
２ 給気ファン
４ 冷却用熱交換器（外気冷却部）
１０ 湿式浄化モジュール（湿式浄化部）
１８ ドレンパン
２０ 給水管
２０Ａ 主給水管
２０Ｂ バイパス管（バイパス路）
２１ 温度センサ（給水温度検出手段）
２２ 三方調整弁（分配状態調整手段）
３０ ドレン管（ドレン水路）
４０ 給水冷却部
４０Ａ ドレン水路熱交換部
４０Ｂ ドレンパン熱交換部
５２ 給水温度制御手段
ＤＷ ドレン水
ＯＡ 外気
ＳＡ 給気
ＳＷ 給水

Claims (5)

1. 給気対象空間に供給される外気が給気ファンの送風力により通流する給気風路と、
   前記給気風路に配置され、当該給気風路を通流する外気を冷却する外気冷却部と、
   前記給気風路における前記外気冷却部の下流側に配置され、当該給気風路を通流する外気を給水により形成した水膜に通過させて、当該外気から不純物を除去すると共に、外気と接触した給水をドレン水としてドレンパンに滴下させる湿式浄化部と、を備えた外気処理装置であって、
   前記湿式浄化部から前記ドレンパンに滴下したドレン水との熱交換により、前記湿式浄化部へ供給される給水を冷却する給水冷却部を備えた外気処理装置。
2. 前記給水冷却部として、前記ドレンパンからドレン水が排出されるドレン水路において、当該ドレン水路を通流するドレン水と前記湿式浄化部へ供給される給水との熱交換を行うドレン水路熱交換部を備えた請求項１に記載の外気処理装置。
3. 前記給水冷却部として、前記ドレンパンにおいて、当該ドレンパンに貯留されているドレン水と前記湿式浄化部へ供給される給水との熱交換を行うドレンパン熱交換部を備えた請求項１又は２に記載の外気処理装置。
4. 前記給水冷却部をバイパスさせて前記湿式浄化部に給水を供給可能なバイパス路と、
   前記給水冷却部と前記バイパス路とに対する給水の分配状態を調整可能な分配状態調整手段と、を備えた請求項１〜３の何れか１項に記載の外気処理装置。
5. 前記湿式浄化部に供給される給水の温度を検出する給水温度検出手段と、
   前記給水温度検出手段の検出結果に基づいて前記分配状態調整手段を制御する給水温度制御手段を備えた請求項４に記載の外気処理装置。

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