JPH0579662A - 直接接触式空気冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 充填材を内蔵する熱交換器内において室内空
気と冷水とを対向流として流すとともに、直接接触させ
ることにより、室内空気の冷却を促進し、また湿度を調
整する。冷水は夜間電力により冷凍機を運転して得る。 【構成】 熱交換器13内において、室内空気をファン14
により上昇流ｑに形成するとともに蓄熱水槽６からの冷
水を循環ポンプ７により下降流ｓに形成する。また、熱
交換した冷水を空気冷却器11の底部から冷水返戻用側路
17を介して冷水供給管15内の冷水中に混合して冷水の温
度を調整し、これにより室内空気の湿度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱式冷房装置におけ
る直接接触式空気冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の蓄熱式冷房装置においては、安価
な夜間電力を用いて該冷房装置を運転し、蓄熱槽に冷水
または氷として冷熱の蓄熱を行い、昼間にその冷水を取
出して冷房に利用する。

【０００３】そしてこの場合、空気の冷却は、冷水と室
内空気との間の間接的な熱交換によって行われている。
例えばコイル状のチューブ内には冷水を流し室内空気用
ファンで前記コイル状のチューブの表面に空気を流して
冷却するファン・コイル式の空気冷却装置が広く普及し
て利用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ファン・コイル式の空
気冷却装置を用いる従来技術では、コイルにおいて空気
が流れる側の熱伝達が水が流れる側のそれに比べて著し
く悪いので、コイルの空気側にフィン等を取付けて伝熱
面積の増加と伝熱促進を図る工夫がなされているが、空
気冷却装置が高価なものとなる。また同じ理由から空気
の流速を大きくする必要があるが、このためファンを駆
動する動力が増加し、ランニングコストの増加を招く。

【０００５】また、蓄熱槽が氷式であると、蓄熱槽から
取出される冷水温度は０℃近いので、空気の吹出し温度
を低くして、ファン動力の低減をねらっているが、間接
式熱交換であるため、前記吹出し温度の低下にも限界が
ある。

【０００６】更に空調機においては、空気温度とともに
空気湿度の調整も重要となるが、間接式熱交換であるた
め、冷却用コイルだけでは、十分な空気湿度のコントロ
ールを行うことができない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の直接接触式空気
冷却装置は、前記課題を解決するために、冷凍機ユニッ
ト、蓄熱槽、直接接触式の空気冷却器及び室内空気用フ
ァンを有し、前記蓄熱槽には前記冷凍機ユニットの蒸発
器が設置され、前記蓄熱槽と前記空気冷却器との間に冷
水を循環させる冷水供給管及び冷水返戻管を有し、前記
空気冷却器内に充填材を有する熱交換器及び冷水噴霧器
を有する（請求項１の発明）。

【０００８】また本発明の直接接触式空気冷却装置は、
前記課題を解決するために、請求項１の発明において熱
交換器内に多数の充填材が充填され、この充填材の群に
よって形成される多数の間隙を室内空気が下方から上方
へ向けて上昇流となり、また冷水供給管から流入される
冷水が前記間隙を上方から下方へ向けて下降流となり、
前記の上昇流と下降流とが対向流となるように室内空気
用ファン及び冷水噴霧器が空気冷却器に対してそれぞれ
設けられ、空気冷却器からの冷水を循環ポンプを有する
冷水供給管の前記循環ポンプの吸入側に流入させる冷水
返戻用側路が設けられる（請求項２の発明）。

【０００９】なお、前記熱交換器は充填材が取付け取外
し自在に充填されるとともに冷水の流入口、流出口及び
室内空気の流入口、流出口を有するモジュールとするこ
とができる。

【００１０】

【作用】夜間電力を利用して冷凍機を運転し蓄熱槽に冷
熱を蓄え冷水を得る。空気冷却器内の熱交換器内に充填
された充填材に対し対向流が形成されるように室内空気
と冷凍機に冷却され蓄熱槽に蓄冷された冷水とを流通さ
せかつ室内空気と冷水とを直接接触させることにより冷
水から室内空気への冷熱の伝達が効率よく行われる。

【００１１】また、室内空気との熱交換を終え空気冷却
器の下部に溜り温度が上昇した冷水を冷水供給管の循環
ポンプの吸入側に導入することにより空気冷却器に供給
される冷水の温度が調整されその結果として空気の湿度
が調整される。

【００１２】

【実施例】本発明の第１の実施例を図１によって説明す
る。Ａは室外熱源機部であって、圧縮機１、空冷コンデ
ンサ２、受液器３、膨脹弁４等からなる冷凍機ユニット
と蒸発器５を内蔵する蓄熱水槽６、循環ポンプ７等から
なる。Ｂは室内器部であって、冷水噴霧器12、熱交換器
13を内蔵する空気冷却器11と室内空気用ファン14等から
なる。また、蓄熱水槽６と空気冷却器11とは冷水供給管
15、冷水返戻管16、冷水返戻用側路17により連結されて
おり、冷水返戻用側路17が冷水供給管15と接続する循環
ポンプ７の吸入側のところに三方切換弁８を有してい
る。

【００１３】圧縮機１により圧縮された冷媒は空冷コン
デンサ２により凝縮液化し、受液器３、膨脹弁４を経て
蒸発器５に導入され、ここで蒸発し蓄熱水槽６の水を冷
却する。冷凍機ユニットを安価な夜間電力を利用して運
転すれば蓄熱水槽６に冷熱を蓄えることができる。

【００１４】室内冷房は次のように行われる。循環ポン
プ７により蓄熱水槽６内の冷水を冷水供給管15を経て空
気冷却器11内の冷水噴霧器12から熱交換器13の上方全面
に噴霧させる。熱交換器13内には図３に示すような多数
の充填材が充填されており前記の冷水噴霧により充填材
の全表面が冷水に濡れる。熱交換器13内をＳ方向に向け
て下降流となって流下した冷水は空気冷却器11内の底部
に溜り、冷水返戻管16を経て蓄熱水槽６に戻る。

【００１５】室内の空気は、室内空気用ファン14により
空気冷却器11の下方のＰ方向から導入され下方から上方
へ向けてｑ方向へ上昇流となって熱交換器13内を流通す
る。したがって空気は冷水と直接接触するとともに冷水
の下降流とは流動方向が逆となり、対向流となるため、
冷水と空気との間の熱伝達が大きくなり冷水及び空気そ
れぞれの出入口の温度差が大きくなる。すなわち、従来
技術の間接接触式であると冷水は４℃→１２℃となり空
気は２４℃→１６℃となるに対し、本実施例の直接接触
式によると冷水は４℃→１８℃となり空気は２４℃→１
０℃となり従来技術より低温度まで空気が冷却できるこ
とになる。冷却された空気はｒ方向から再び室内に流出
し循環する。

【００１６】前記のように冷水と空気とは対向流となり
しかも直接接触するので、空気は冷水温度に相当する飽
和水蒸気量まで除湿されることになる。そのため空気は
冷却されるとともに除湿が行われる。したがって、冷水
温度や空気流量を変えることによって室内空気の湿度の
調整を容易に行うことができる。例えば、空気の湿度調
整を行なうときは、熱交換の結果、温度が上り空気冷却
器11の底部に溜った冷水の一部を三方切換弁８を切換え
ることにより冷水返戻用側路17を経て循環ポンプ７の吸
入側へ導入し、蓄熱水槽６から流出する冷水と混合し適
宜調温された冷水として冷水供給管15を経て空気冷却器
11に流入させる。これにより前記調温された冷水の温度
に相当する飽和水蒸気量まで除湿されることになるので
調湿を行うことができる。

【００１７】本発明の第２の実施例を図２によって説明
する。Ｃは冷凍機ユニットであり、９は水冷コンデン
サ、10は圧縮機１駆動用の原動機、18はアイスバンク式
蓄熱槽、21は直接接触式の空気冷却器、22は室内空気用
ファン、23は空気流出管、24は充填材内蔵の熱交換器で
ある。この実施例は氷蓄熱式の空気冷却装置に関するも
のであり、図１と同一符号の箇所は同一の構成からなる
のでその説明を省略する。

【００１８】アイスバンク式蓄熱槽18内の０℃の冷水
は、循環ポンプ７により冷水供給管15を経て空気冷却器
21に導入され熱交換器24を下降流として流れた後、冷水
返戻管16を経てアイスバンク式蓄熱槽18内へ戻され、循
環を繰返す。一方室内空気は、室内空気用ファン22によ
り空気冷却器21に導入され熱交換器24を上昇しつつ冷水
と対向流となりこれと直接接触しつつ熱交換した後、空
気流出管23から室内に戻り、循環を繰返す。冷凍機サイ
クルは図１と全く同様であるから説明を省略する。

【００１９】前記図１及び図２の何れの実施例の場合に
おいても、熱交換器13及び24内に充填される充填材の形
状、構造及び配置は対向流となって流れる冷水と空気と
の間の熱交換の度合に影響するところが大きい。図３は
充填材の種々の形状、構造の具体例を示すものである。
ａはラシヒリング、ｂはインタロックスサドル、ｃはテ
ラレッド、ｄはポールリングである。これらの充填材は
いずれも化学プラントの蒸留塔等で使用されているもの
であって、充填密度〔単位体積当りの質量〕、比表面積
〔単位体積当りの表面積〕が大きく空気と冷水との接触
表面積が大きくとれるので熱伝達率が向上する。前記の
充填材の特性を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】これによりファン動力を増加させることが
なく空気と冷水との直接接触が促進され、装置の低コス
ト化、省スペース化が可能となる。充填材は取付け取外
しが自在にモジュール中に充填されるので、適宜交換す
ることもでき、また汚れた場合には取外して清掃を行う
こともできる。

【００２２】また、室内空気中に含まれる微細な埃（ほ
こり）等は冷水との直接接触時に、冷水に捕集されるた
め空気を清浄にする効果がある。また図１の実施例にお
いては室内空気用ファン14の吸込側に空気清浄のための
フィルターを設ける必要があるが、前記ファンを吸込み
式として空気冷却器11の上部の空気流出側に設ければ前
記の清浄効果を利用して前記フィルターを不要とするこ
とができる。このような吸込み式のファンを使用すれば
厨房や工場等の塵埃を多く含む空気の冷却装置として有
効である。

【００２３】なお、前記実施例において充填材に冷水を
散布するに際しては、吹出し空気中に水の飛沫が同伴さ
れないこと及び充填材の層に均一に水が分配されるよう
にすることに留意する必要がある。このためには冷水噴
霧器に例えば次のような手段を施すことが考えられる。
すなわち、（イ）多孔質体とし、冷水を滲み出させる、
（ロ）管に孔をあけて、そこから冷水を滴下させる、
（ハ）スプレーノズルにより冷水を散布させる、（ニ）
ノズルを流体エネルギーを用いて旋回させ冷水を散布す
る（クーリングタワー方式）。

【００２４】図４、図５により本発明の熱交換器の実施
例を説明する。本発明の熱交換器は従来技術のように熱
交換コイル（伝熱管）等を使用して間接的に熱交換を行
うものではなく、多数の充填材を充填し空気と冷水との
直接接触による熱交換を行うものであるから、形状に制
約されるこが少なく種々の形状の熱交換器を用いること
ができる。換言すれば、熱交換器のモジュール化が可能
となる。

【００２５】すなわち、図４のａ，ｂまたはｃのように
熱交換器を種々の形のモジュール27，28，29とすること
ができる。図中の矢印は冷風の吹出し状態を示すもので
ある。図５は図４ａのモジュール27を２組用いて一つの
熱交換器を組立てた場合の実施例であり、このようにし
た組立体を図１または図２の実施例の熱交換器13または
24とすることができる。図５中のｓは冷水の下降流を示
し、ｐは室内空気用ファンにより熱交換器用のモジュー
ルに流入するときの空気流の方向を示し、ｑは空気の上
昇流を示し、ｒは前記モジュールから流出するときの空
気流の方向を示すものであって図１の室内器部Ｂに記入
されたｐ、ｑ、ｒ，ｓにそれぞれ対応している。

【００２６】なお、本発明の空気冷却装置は、新しい付
加価値して芳香を与えることが可能である。例えば、蓄
熱槽の冷水に適当な香料を混入することにより空気冷却
器11から吹出す冷風に芳香をもたせることができる。

【００２７】また本発明の空気冷却装置は図１の室内器
部Ｂの構造から明らかなように冷水の配管だけの工事で
簡単に工事ができ、空気冷却器11内の熱交換器のモジュ
ールは自由に設置できるので室内取付工事をコスト安く
実施することができる。

【００２８】

【発明の効果】安価な夜間電力を利用して冷凍機を運転
して蓄熱槽に冷熱を多量に蓄えて利用することができ
る。空気冷却器内の熱交換器内に充填された充填材に対
し対向流が形成されるように室内空気と冷凍機に冷却さ
れ蓄熱槽に蓄冷された冷水とが流通されかつ室内空気と
冷水とが直接接触されるので冷水から室内空気への冷熱
の伝達が効率よく行われる。

【００２９】また、室内空気との熱交換を終えて空気冷
却器の下部に溜った冷水の温度は上昇しているので、こ
れを空気冷却器に供給される冷水中に適宜混合すること
により冷水の温度を調整することができ、これにより室
内空気中の湿度を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のフローシートダイヤグ
ラムである。

【図２】本発明の第２の実施例のフローシートダイヤグ
ラムである。

【図３】本発明の熱交換器に用いられる種々の充填材の
実施例である。

【図４】ａ，ｂ，ｃは本発明の熱交換器をモジュールと
して形成した場合の３個の実施例である。

【図５】図４のモジュールを組立てた場合の実施例であ
る。

【符号の説明】

５ 蒸発器 ６ 蓄熱槽としての蓄熱水槽 ７ 循環ポンプ 11 空気冷却器 12 冷水噴霧器 13 熱交換器 14 室内空気用ファン 15 冷水供給管 16 冷水返戻管 17 冷水返戻用側路 18 蓄熱槽としてのアイスバンク式蓄熱槽 21 空気冷却器 22 室内空気用ファン 24 熱交換器 27，28，29 モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船津 貞二郎 東京都目黒区平町二丁目21番４号 ドルフ 都立大905号 (72)発明者 当銘 勉 沖縄県宜野湾市長田303番地 グリーンマ ンシヨン２ーＤ (72)発明者 坂下 茂 東京都練馬区高松三丁目18番10号 (72)発明者 佐藤 浩 千葉県市川市高谷1630番地ー１ 藤美荘 103号 (72)発明者 吉川 朝郁 千葉県我孫子市台田三丁目15番20号 ジユ ネパレス我孫子第３ー207号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機ユニット、蓄熱槽、直接接触式の
   空気冷却器及び室内空気用ファンを有し、前記蓄熱槽に
   は前記冷凍機ユニットの蒸発器が設置され、前記蓄熱槽
   と前記空気冷却器との間に冷水を循環させる冷水供給管
   及び冷水返戻管を有し、前記空気冷却器内に充填材を有
   する熱交換器及び冷水噴霧器を有する直接接触式空気冷
   却装置。
2. 【請求項２】 熱交換器内に多数の充填材が充填され、
   この充填材の群によって形成される多数の間隙を室内空
   気が下方から上方へ向けて上昇流となり、また冷水供給
   管から流入される冷水が前記間隙を上方から下方へ向け
   て下降流となり、前記の上昇流と下降流とが対向流とな
   るように室内空気用ファン及び冷水噴霧器が空気冷却器
   に対してそれぞれ設けられ、空気冷却器からの冷水を循
   環ポンプを有する冷水供給管の前記循環ポンプの吸入側
   に流入させる冷水返戻用側路が設けられた請求項１記載
   の直接接触式空気冷却装置。
3. 【請求項３】 充填材が取付け取外し自在に充填される
   とともに冷水の流入口、流出口及び室内空気の流入口、
   流出口を有するモジュールによって熱交換器が形成され
   ている請求項１または２記載の直接接触式空気冷却装
   置。