JP2019090603A - 散布トレイ、三流体熱交換器、及び湿式調湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散布対象の上方に散布トレイを設けて散布トレイの底面の孔から散布対象に液体を散布する際に、散布トレイ内で底面方向に液体を分散させるとともに、散布トレイの孔の目詰まりを軽減する。
【解決手段】散布トレイ１０８は、散布対象である伝熱管１０６の上方に設けられ、底面に複数の孔が形成されて、複数の孔から伝熱管１０６に吸湿性液体を供給する。散布トレイ１０８の底面の上には、毛細管作用によって底面方向に吸湿性液体を拡散させる不織布１１が敷かれ、複数の孔は、底面の上で不織布によって連通している。不織布１１は、多層構造となっており、上層は下層よりも目の細かいフィルタ構造を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、散布対象に液体を供給する散布トレイ、当該散布トレイを備えた三流体熱交換器、及び当該三流体熱交換器を備えた湿式調湿装置に関するものである。

従来から、熱源流体を内部に流通させる伝熱管の外側に対象流体を滴下して伝熱管の表面を流すことで熱媒流体と対象液体との間で熱交換を行う熱交換器が、冷凍機、空調装置等で採用されている。例えば、本出願人は、湿式調湿装置に用いる熱交換器として、伝熱管と充填材とを上下方向に繰り返し配置し、そこで空気と吸湿性液体とを接触させる熱交換器を提案している（特願２０１６−０８１８７１号）。この熱交換器は、熱媒流体と吸湿性液体と空気の三流体が熱交換を行う三流体熱交換器である。

この三流体熱交換器では、対象液体である吸湿性液体が伝熱管の外表面を流れ、伝熱管の内部を流れる熱源流体と熱交換を行うことで、吸湿性液体が冷却又は加熱され、その下段の充填材で十分に空気と気液接触し、さらにその下段の伝熱管の外表面を流れることで再び冷却又は加熱され、これを繰り返すことで、水分吸収能力や水分放出能力が回復し、より効率的な水分授受ができる。

このような伝熱管では、対象液体が十分に伝熱管の外表面に広がること（濡れ面積が広いこと）が熱交換効率の点で有利である。伝熱管の外表面において、対象液体が流れない個所があれば、その分だけ熱源流体と対象液体である吸湿性液体との熱交換率が低くなってしまう。

伝熱管の外表面の濡れ面積を広くするための工夫として、特許文献１の吸収式冷温水機では、伝熱管の上方に、伝熱管に対象液体を均等に供給するためのトレイを設けている。トレイには、底面に複数の孔が形成されており、トレイで受けた吸収液は、孔から下方へと均一に排出（滴下）される。

また、特許文献２に記載の吸収式冷凍機の液散布装置では、伝熱板の上方に、底部に複数の液供給口を穿孔した液溜部を設け、その液溜部の直下に、毛細管作用の大きな繊維状金属材を用いた液拡散バーを設けて、液拡散バーで液を拡散した後にその下の伝熱板に供給している。

特開２００９−２３６４７７号公報 特開平１０−２６３３号公報

しかしながら、従来のトレイないし液溜部では、底面に形成された複数の孔から均一に対象液体を滴下するために、トレイないし液溜部において一定以上の高さの液位を確保する、すなわち液ヘッドを立てる（液溜まりが形成されて液面が底面から離れて形成されている）ことが必要になる。液ヘッドを立てることで底面全体に均一に水圧がかかって各孔から等量の対象液体が排出されるからである。しかしながら、液ヘッドを立てるために、トレイないし液溜部にはそれに応じた高さが必要となって、省スペースが困難になるという問題がある。特に、上記の三流体熱交換器のように複数段のトレイを上下方向に重なる場合には、上下方向のスペースの問題は顕著になる。

また、上記の特許文献１のトレイ及び特許文献２の液溜部では、使用する過程においてそれらの底面に形成された孔がごみ、析出物等によって詰まってしまうという問題がある。この現象は特に、下方に設けた伝熱部材に、複数の孔によって均一かつ密に菅外流体を供給しようとする場合に顕著になる。これは、伝熱部材を管外流体によってより均等に濡らすためには、孔の数が多いほうが有利であるが、散布液量を不変とすると一定の液ヘッドを維持するためには、管外流体の液量と孔の面積の合計の関係で液ヘッドの高さが概ね決まることから（トリチェリの定理）、孔の面積の合計を合わせるために増えた孔の分だけ各孔の径を小さくする必要があるためである。

本発明の目的は、散布対象の上方に散布トレイを設けて散布トレイの底面の孔から散布対象に液体を散布する際に、液ヘッドを立てることによる散布トレイ底面にかかる圧力の均等化の効果によることなく各孔から均等に液体を散布させることによって、液ヘッドを確保するためのスペースを無くすことである。本発明の他の目的は、散布トレイの孔の目詰まりを軽減することである。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様の散布トレイは、散布対象の上方に設けられ、底面に複数の孔が形成されて、前記複数の孔から前記散布対象に液体を供給する散布トレイであって、前記底面の上に、毛細管作用によって前記底面方向に前記液体を拡散させる拡散部材を有し、前記複数の孔は、前記底面の上で、前記拡散部材によって連通している構成を有している。なお、前記拡散部材は、前記散布トレイ内に敷かれる、例えば不織布等のシート状の部材であってよい。

この構成により、散布トレイに供給された液体は、拡散部材によって底面方向に分散されるとともに、複数の孔が拡散部材によって連通しているので、液ヘッドを立てなくても各孔から下方の散布対象に供給される液の量が均一化される。また、液体が孔から排出される前に拡散部材を通過するので、この拡散部材がフィルタとして機能して、ごみ等による孔の目詰まりを軽減できる。

前記拡散部材は、多層構造であってよく、最下層より上層に最も目の細かいフィルタ構造を有する層を有してよい。

散布トレイに供給された液体は、底面の複数の孔から下方に排出されるので、拡散部材の底部（散布トレイの底面付近）では、孔に向かう底面方向の流れが生じることになる。したがって、拡散部材のフィルタ構造が上部で粗く底部で細かいと、拡散部材の上部で捕捉できなかったごみが底部の孔付近で集中して補足されることになり、液体の孔への流通が妨げられることになる。一方で、拡散部材の最下層より上の層で十分に細かいごみ補足しておけば、その層のいずれかの場所で仮に目詰まりが生じたとしても、液体は拡散部材を下方に流れていくうちに底面方向に拡散され、最下層（散布トレイの底面付近）では十分な拡散効果が得られる。上記の構成では、最下層よりも上の層で細かいごみまで補足するので、拡散部材の底部の孔付近での目詰まりが軽減され、複数の孔においてより均一に液体を供給できる。

前記拡散部材は、多層構造であってよく、最下層の前記孔に対応する位置に孔が形成されていてよい。

この構成により、最下層は拡散層として機能するとともに、孔の位置において目詰まりが生じることを回避できる。

前記拡散部材には孔が形成されていてよく、前記底面に形成された孔は、前記拡散部材の孔に重なる部分と前記拡散部材に重なる部分とを有していてよい。

この構成により、底面の孔の周辺部分において液体がはじかれることなく、底面の孔に掛かっている拡散部材の孔の縁部からスムーズに底面の孔に液体が導入されて、底面の孔から滴下される。

本発明の他の態様は、内部に熱源流体を流通させる、前記散布対象としての伝熱部材と、上記の散布トレイとを備えた三流体熱交換器であって、前記伝熱部材の外側に空気が供給されて、前記熱源流体と前記液体と前記空気の三流体の間で熱交換を行う構成を有している。

この構成によっても、散布トレイに供給された液体は、拡散部材によって底面方向に分散されるとともに、複数の孔が拡散部材によって連通しているので、各孔から下方の伝熱部材に供給される液の量が均一化されるとともに、孔が形成された底面の上に拡散部材があるので、この拡散部材がフィルタとして機能して、ごみ等による孔の目詰まりを軽減できる。

本発明のさらに他の態様は、上記の三流体熱交換器を備えた湿式調湿装置である。

この構成によっても、散布トレイに供給された液体は、拡散部材によって底面方向に分散されるとともに、複数の孔が拡散部材によって連通しているので、各孔から下方の伝熱部材に供給される液の量が均一化されるとともに、孔が形成された底面の上に拡散部材があるので、この拡散部材がフィルタとして機能して、ごみ等による孔の目詰まりを軽減できる。

本発明によれば、散布トレイにおいて液ヘッドを立てなくても各孔から下方の散布対象に供給される液の量が均一化されることから液位を確保するためのスペースが不要となるとともに、拡散部材がフィルタとして機能して、ごみ、析出物等による孔の目詰まりを軽減できる。

本発明の実施の形態の散布トレイを含む三流体熱交換器を備えた湿式調湿装置の断面図 本発明の実施の形態の散布トレイの部分拡大断面図 本発明の実施の形態の変形例の散布トレイの部分拡大断面図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

図１は、本実施の形態の散布トレイを含む三流体熱交換器を備えた湿式調湿装置の断面図である。湿式調湿装置１００は、吸気口１０２と排気口１０３とを有する筐体１０１を備えている。排気口１０３は、排気用のファン１０４を有しており、筐体１０１内の空気を強制的に排気するとともに、吸気口１０２を通じて調湿対象空間からの戻り空気あるいは外気などの処理対象空気を筐体１０１内に取り込む。排気口１０３はダクト等を通じて調湿対象空間と接続されており、除湿された空気は排気口１０３から調湿対象空間に排出される。

筐体１０１内には、分配管１０５、伝熱管１０６、気液接触手段を構成する複数の充填材１０７、各充填材１０７の下方であって各伝熱管１０６の上方に配置される散布トレイ１０８、及び溶液槽１０９を有する。複数の伝熱管１０６と、複数の充填材１０７と、複数の散布トレイ１０８は、三流体熱交換器１１０としてユニット化されている。分配管１０５は、三流体熱交換器１１０の上方に配置された管であり、その下面には、熱交換の対象液体である吸湿性液体を下方に滴下する複数の分配口が管軸方向に沿って形成されている。

分配管１０５は、これらの分配口から吸湿性液体を滴下して、三流体熱交換器１１０の上部に吸湿性液体を供給する。三流体熱交換器１１０に供給された吸湿性液体は、重力による自然流下によって三流体熱交換器１１０内を上段から下段に向かって順次流れ、溶液槽１０９に落下する。ここで、自然流下とは、吸湿性液体に働く重力、表面張力等によって吸湿性液体を流すことをいい、吸湿性液体が三流体熱交換器１１０に供給された後はそれを流すためのポンプ等の動力源を必要としないことを意味する。溶液槽１０９は三流体熱交換器１１０を通過して落下してきた吸湿性液体を受けて一時的に保持する。

伝熱管１０６は断面が円形の菅であって、内部には熱媒流体としての冷媒が流通する。冷媒は、三流体熱交換器１１０の下方から伝熱管１０６に流入し、三流体熱交換器１１０の上方から伝熱管１０６を通して排出される。なお、冷媒を三流体熱交換器１１０の上方から伝熱管１０６に導入して、三流体熱交換器１１０の下方から伝熱管１０６を通して排出するようにしてもよい。

伝熱管１０６は、各段において、図１の左右方向（水平方向）に延びる直線部分の終端が、水平面内でＵ字またはコの字に折り曲げられることで、複数の直線部分が水平方向に間隔をあけて配置されており、また、各直線部分は充填材１０７を挟んで上下方向に間隔をあけて配置されており、図１の左右端では終端が垂直方向にＵ字またはコの字に折り曲げられて上の段につながることで、全体として分岐せずに蛇行して延びる１本の管として構成されている。なお、伝熱管１０６を一本の管ではなく、複数系統にしてもよく、途中で分岐する構成にしてもよい。

図１の矢印は空気の流れを示している。吸気口１０２から筐体１０１内に取り込まれた処理対象空気は、筐体１０１内を下方から上方に向かって流れて、三流体熱交換器１１０を通って排気口１０３から調湿対象空間に排出される。上述のように、吸湿性液体は三流体熱交換器１１０内を上方から下方に流れるのに対して、処理対象空気は三流体熱交換器１１０の下方から流入して上方から排出されるので、吸湿性液体と処理対象空気とは、上下方向に対向して流れることになる。

吸気口１０２及び排気口１０３を有する筐体１０１と排気用のファン１０４とで、処理対象空気を取り込んで三流体熱交換器１１０の内部を通過させて調湿対象空間に排出する空気流動手段が構成される。また、分配管１０５は、吸湿性液体を三流体熱交換器１１０の上部に供給する供給手段に相当する。

このように、三流体熱交換器１１０には、吸湿性液体、冷媒（熱媒流体）、処理対象空気の三流体が流入し、三流体熱交換器１１０内でこれらの三流体の間で熱交換が行われる。すなわち、吸湿性液体は伝熱管１０６の外側に接触することで伝熱管１０６を介して冷媒によって冷却され、処理対象空気は吸湿性液体と直接的に接触（気液接触）し、かつ伝熱管１０６の外側に接触することで冷却される。また、吸湿性液体は、吸湿性液体よりも高い温度の処理対象空気と接触することで、また処理対象空気中の水蒸気の吸収による吸収熱（水蒸気の凝縮熱と溶液の希釈熱）によって、温度が上昇する。このように、三流体熱交換器１１０は、吸湿性液体と、冷媒（熱媒流体）と、処理対象空気とを直接的または間接的に接触させる構成を有しており、三流体熱交換器１１０では熱と物質（水）の移動、すなわち顕熱と潜熱の両方の熱交換が行われる。

三流体熱交換器１１０についてさらに説明すると、三流体熱交換器１１０では、散布トレイ１０８と、伝熱管１０６と、充填材１０７とが、上からこの順に繰り返し配置されている。散布トレイ１０８は側面と底面からなり、底面には所定の間隔をあけて複数の孔が形成されている。散布トレイ１０８は、上方から滴下される吸湿性液体を底面の上面で保持して孔から下方に滴下する。滴下された吸湿性液体が、下方の伝熱管１０６に供給されるように、底面の孔は、伝熱管１０６の上方に形成されている。すなわち、散布トレイ１０８が吸湿性液体を散布する対象（散布対象）は、本実施の形態では伝熱管１０６である。

充填材１０７は、単位体積当たりの表面積を多くするため多数のフィンから構成される。各フィンは、波形の凹凸形状に加工されている。隣り合うフィン同士は、波の方向が互いに一定の角度で交差する向きに貼り合わされており、すなわち、隣り合うフィン同士は山と谷が互いに点接触するように配置されおり、この接触点で互いに接着されている。このような構成により、充填材１０７は、内部が多孔質とされて、単位体積当たりの表面積が広く確保されるとともに、空気の流動性も確保されている。

充填材１０７は、親水性のあるセルロース系素材の他、ガラス繊維、セラミック繊維などのシートを接着して作成でき、あるいは結合剤などでセルロース、ガラス繊維、セラミック繊維などを一体化して作成できる。

図２は、散布トレイ１０８の部分拡大断面図である。散布トレイ１０８の底面１０の上には、拡散部材であるシート状の不織布１１が敷かれている。不織布１１は、毛細管作用によって、吸湿性液体を面方向（散布トレイ１０８の底面方向）に拡散させる。各散布トレイ１０８では、上方の充填材１０７から滴下された吸湿性液体が不織布１１に浸透されつつ面方向に拡散して、底面１０に形成された複数の孔１２から下方の伝熱管１０６に滴下される。このとき、不織布１１は、底面１０に形成されたすべての孔１２を、散布トレイ１０８の底面１０の上で連通させるので、各孔１２からは略等量の吸湿性液体が排出される。

図２に示すように、不織布１１は、上層１１１、中層１１２、及び下層１１３からなる３層構造になっている。この不織布１１は、吸湿性液体に含まれるごみ等を補足するフィルタ構造を有している。この３層のうち、上層１１１の目が最も細かく、下層１１３の目が最も粗くなっており、上層１１１が細かいごみを補足するフィルタとして機能し、中層１１２及び下層１１３は上層１１１より目が粗いので実質的にフィルタ機能を有しない。

上述のように、散布トレイ１０８に供給された液体は、底面１０に間隔を置いて形成された複数の孔１２から下方に排出されるので、不織布１１の下層１１３（散布トレイ１０８の底面１０付近）では、図２に示すように、孔１２に向かう底面方向の流れが生じることになる。したがって、不織布１１の目が上層１１１で粗く下層１１３で細かいと、上層１１１で補足できなかったごみが下層１１３の孔１２付近で集中して補足されることになり、目詰まりが生じて孔１２への流通が妨げられることになる。

一方、上層１１１で十分に細かいごみ補足しておけば、上層１１１のいずれかの場所で仮に目詰まりが生じたとしても、吸湿性液体は不織布１１を下方に流れていくうちに底面方向に拡散され、下層１１３（散布トレイ１０８の底面１０付近）では十分な拡散効果が得られる。よって、上層１１１において目を細かくし、下層１１３において目を粗くすることで、下層１１３よりも上層１１１で細かいごみが補足されるので、底部の孔１２付近で不織布１１の目詰まりが起こることが軽減され、複数の孔１２においてより均一に液体を供給できる。

図３は、本発明の実施の形態の変形例の散布トレイの部分拡大断面図である。図３の例では、拡散部材としての不織布１１´が上層１１１´と下層１１３´からなる２層構造となっており、また、下層１１３´の孔１２に対応する位置に、孔１２より若干小さい孔１１４が形成されている。このように、拡散トレイ１０８の底面１０に形成された孔１２に対応する位置において下層１１３´に孔を形成することで、対象液体が集中的に流れる孔１２付近で不織布１１´が目詰まりすることを回避できる。

不織布１１´の孔１１４が散布トレイ１０８の底面１０の孔１２よりも小さいので、不織布１１´を拡散して孔１１４の縁部にまで達した吸湿性液体は、その縁部からスムーズに孔１２に導入され、孔１２を通って下方の伝熱管１０６に滴下される。仮に、不織布１１´の孔１１４が散布トレイ１０８の底面１０の孔１２より大きいと、不織布１１´の孔１１４の縁部にまで浸透してきた吸湿性液体は、散布トレイ１０８の底面１０の孔１２の周囲で底面１０に接することとなり、この部分で不織布１１´の孔１１４の縁部から滲み出した吸湿性液体が底面１０にはじかれて孔１２に流れにくくなってしまう。

なお、不織布１１´の孔１１４は、散布トレイ１０８の底面１０の孔１２より小さい必要はなく、孔１１４の縁部の少なくとも一部が底面１０の孔１２に掛かっていればよい。この場合にも、底面１０の孔１２に掛かっている孔１１４の縁部から吸湿性液体が沁み出してスムーズに孔１２に導入され、下方の伝熱管１０６に滴下される。

なお、上記の実施の形態では、散布トレイ１０８が、湿式調湿装置の三流体熱交換器に応用される例を説明したが、底面１０に複数の孔が形成されて、複数の孔から下方の伝熱部材に液体を供給する散布トレイとして、冷凍機等の他の装置にも応用が可能である。

また、上記の実施の形態では、散布トレイ１０８に敷く拡散部材として不織布を採用したが、拡散部材は、不織布には限られず、毛細管作用によって散布トレイ１０８の底面１０方向に液体を拡散させるものであればよい。例えば、スポンジ等の多孔質部材、織物、紙を拡散部材として採用してもよい。

また、上記の実施の形態では、不織布１１は３層構造ないし２層構造であったが、拡散部材はこれに限らず、１層構造であっても、より多層の構造であってもよい。また、上記の実施の形態では、不織布１１はシート状の形状を有していたが、拡散部材の形状は、散布トレイ１０８の底面１０の上で隣接する孔１２どうしを連通する形状であれば他の形状であってもよい。

また、上記の実施の形態では、散布トレイ１０８にて対象液体を散布する対象（散布対象）が伝熱管であったが、本発明はこれに限られず、散布トレイ１０８によって伝熱板等の他の形状の伝熱部材に対象液体を散布するものであってもよい。また、散布対象は、伝熱部材にも限られない。例えば、散布対象は、湿式調湿装置に用いる充填材であってもよい。また、気化式冷風機や冷却塔においても、充填材に水が供給されるが、この充填材の上方に本実施の形態の散布トレイ１０８を設けることで、充填材に対して、平面方向に均等に水を供給できる。さらに、本実施の形態の散布トレイ１０８は、植物を散布対象として、植物への散水装置に応用することも可能である。このように、散布トレイ１０８による対象液体の散布対象は、伝熱管に限られず、伝熱部材にも限られないものである。

本発明は、散布トレイにおいて液ヘッドを立てなくても各孔から下方の散布対象に供給される液の量が均一化され、かつ、拡散部材がフィルタとして機能して、ごみ等による孔の目詰まりを軽減できるという効果を有し、散布対象に液体を供給する散布トレイ等として有用である。

１０ 底面
１１、１１´ 不織布
１２ 孔
１００ 湿式調湿装置
１０１ 筐体
１０２ 吸気口
１０３ 排気口
１０４ ファン
１０５ 分配管
１０６ 伝熱管
１０７ 充填材
１０８ 散布トレイ
１０９ 溶液槽
１１０ 三流体熱交換器
１１１、１１１´ 上層
１１２ 中層
１１３、１１３´ 下層
１１４ 孔

Claims (6)

1. 散布対象の上方に設けられ、底面に複数の孔が形成されて、前記複数の孔から前記散布対象に液体を供給する散布トレイであって、
   前記底面の上に、毛細管作用によって前記底面方向に前記液体を拡散させる拡散部材を有し、
   前記複数の孔は、前記底面の上で、前記拡散部材によって連通している、散布トレイ。
2. 前記拡散部材は、多層構造であり、最下層より上層に最も目の細かいフィルタ構造を有する層を有する、請求項１に記載の散布トレイ。
3. 前記拡散部材は、多層構造であり、最下層の前記孔に対応する位置に孔が形成されている、請求項１に記載の散布トレイ。
4. 前記拡散部材には孔が形成され、
   前記底面に形成された孔は、前記拡散部材の孔に重なる部分と前記拡散部材に重なる部分とを有する、請求項１に記載の散布トレイ。
5. 内部に熱源流体を流通させる、前記散布対象としての伝熱部材と、
   請求項１ないし４のいずれかに記載の散布トレイと、
   を備え、前記伝熱部材の外側に空気が供給されて、前記熱源流体と前記液体と前記空気の三流体の間で熱交換を行う三流体熱交換器。
6. 請求項５に記載の三流体熱交換器を備えた湿式調湿装置。

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