JPS63503162A - 室内空気の間接蒸発冷却用システム - 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】 発明の分野 本発明はニアコンディショニングの技術に関し、さら゛に詳細には、室内の空気 の間接的な蒸発冷却のためのシステムに関する。

この提案されたシステムは、一連の室内及び屋内の空間で人工大気を得るととも に、冷蔵庫における所望の温度条件を保証するための、冷凍工学に適用できるも のである。

本発明はまた大気の露点に近い温度に種々の物質を冷却するために利用すること ができる。

発明の背景 空気の蒸発冷却のための一連のシステムは従来技術において知られている。外部 の空気は水のため湿らされた表面を通過してここから蒸発される。この空気は湿 球点の範囲内に冷却されこの状態で室内に運ばれる。湿らされた表面として、空 気ノズル室又は木材チップ、金属ワイヤ、波形紙もしくは毛細管多孔性プラスチ ック材料の吹きつけバッキングが用いられる。空気の熱容量は依然として一定不 変であるので、この蒸発冷却装置においては冷気は全く発生しない。このような プラントにおいて隠されていない熱は潜在状態で（水蒸気を伴って）空気中に戻 される。この蒸発冷却プラント（大概はそれが冷却されているときの空気の加湿 による）が比較的限定された適用範囲を有し、そしてそのため大気が非常に低い 水分含有量を有している場合にのみ用いることができるというのは、この理由の ためである。これに加え、この蒸発冷却プラントは低い範囲の冷却作用（大気の 湿球点の範囲内上の）を有している。

熱が、熱交換器の分割壁を通る空気の主要な流れから、空気の第２の流れ又は補 助の流れの中で蒸発することによって冷却される水へ、取り去られるような空気 の間接蒸発冷却のためのシステムが知られている。水は冷気の源として作用し補 助空気流の中で蒸発の熱を発する。したがって、空気の間接蒸発冷却のためのこ のシステムは、交互の乾燥通路と湿った通路とを含んでいる。空気の主な流れは 乾燥通路を通って運ばれここでその水分含有量を変えることなく冷却され、その 後に室内に導かれ、一方、空気の補助の流れは湿った通路に導かれこの湿った通 路で水蒸気によって飽和され、そして主要な流れから熱が取り去られて大気に放 出される。

このような空気の間接蒸発冷却のためのシステムの主な欠点は、主要な空気流の 冷却が低い限度、すなわち大気の湿球点までであることである。事実、この温度 は主要の流れと補助の流れとを隔離する壁を介しての熱の移動によって生じる損 失により、非常に高くなる。

非常に低い空気冷却限界を特徴とする空気の間接蒸発冷却のためのシステムが知 られている。このようなシステムにおいては、室内に導かれる空気は、実質的に 大気の湿球点より低い大気の露点の範囲内にその水分含有量を変えることなしに 、冷却することができる。空気の間接蒸発冷却のためのこのようなシステムは、 交互の乾燥通路と湿り通路とを有している。外部の大気（全体流）はこの乾燥通 路に運ばれる。これらの通路からの出口において、流れは２つの流れ、すなわち 主要な流れと補助の流れとに分割される。この主要流は冷却されている使用中の 活動部に導かれ、これに対し補助流は全体流に対する対向流中の湿った通路に供 給される。これに続き、補助流は湿らされかつ加熱され、主要流から熱を取り出 しその後大気に放出される。これらのシステムは再生間接蒸発空気冷却システム として知られている。これらシステムの固有の欠点は外部空気の流れ（補助流） の一部を１０００反転することが必要であることによって生じる実質的な空気力 学的損失である。さらに、これらのシステムにおいて外部の空気をもっばら通し て室内空気を冷却することが可能である。

これはしたがって室内に供給された空気の汚染に通じまた冷却のために消費され る動力の量を増大させることになる。

水トレイ　（水受は皿）を有し長手方向に延在するプレートの形の熱移動面を収 容しているハウジングを具備する、室内の空気の間接蒸発冷却のためのシステム が知られている。

この各プレートはその一方の半部が毛細管多孔性の材料で内張すされまたその他 方の半部が水分不透過性の材料で内張すされ、この内張りはこれらプレートの他 の側では逆になされる。これらのプレートは、それぞれ隣接通路の部分とは喰い 違い状に配設された相互連結の乾燥部分と湿り部分とを有する、通路を形成する 。これらの乾燥部分はハウジングの各端において、送風機に接続された入口バイ ブと、室内に接続された出口バイブとを有している。これらの湿り部分はハウジ ングの各端部において、端部に蓋がなされかつ大気に連通ずる。この空気の間接 蒸発冷却システムは次のように作動する。外部空気（全体流）が、ハウジングの 反対端部を通って送風機により大気から通路の乾燥部分に配送される。ここでこ の空気はその水分含有量を大気の露点の範囲内に変えることなしに冷却される。

乾燥部分からの出口において、冷却された空気の流れは２つの部分に分割さ、そ の一方の部分はその方向を変えずに通路の湿り部分に流入し、これに対しその他 方の部分はそれ自体の出口バイブを通って室内に運ばれる。

この湿り部分において、この流れの部分は濡らされそして空気の全体流（隣接乾 燥部分を通過する）から熱を取り出すことにより加熱されこの状態で大気に放出 される。さきに述べたシステムと比較して、空気力学上の損失はここでは減少す るが、その理由は空気流を１０００反転させる必要がないからである。

しかし、このシステムは、固有の欠点を有している。その１つの欠点は、室内空 気の冷却能力は外部の空気の流入によるのみであり、また空気を使用する活動部 で再循環を通して冷却することが不可能であることである。この後者の理由は室 内の空気が外部の空気により汚染されることによるものである。これに加え、夏 期の外部空気の温度が常に室内で冷却された空気の温度より高く、外部空気の流 入に伴う空気の冷却作用は、消費エネルギーを増大しまた再循環冷却条件に比べ て熱移動表面積を増加させることになる。そして最後に、空気そのもののみがこ の公知の間接蒸発冷却システムにおいて冷却されるだけである。このようなシス テムは他の物質（固体、液体又はガスのような）を冷却するためには適用できな い。

発明の概要 本発明は、熱交換表面が、この目的のため消費される動力の量を減少させて室内 の空気を冷却する効率を増大させるとともに室内の空気の汚染を減少しかつ任意 の空気冷却条件を得るように、相互に連結されるような、空気の間接蒸発冷却用 システムを提供することを目的とするものである。

本発明の目的は、水トレイを有し、通路を形成する長手方向のプレート形式の熱 交換表面を収容している、ハウジングを具備し、これら通路はそれぞれ隣接通路 の部分に対してずらして配設された相互連結の湿り部分と乾燥部分とを有し、こ れら乾燥部分は送風機に接続された入口バイブと室内に接続された出口バイブと を有する、空気の間接蒸発冷却のためのシステムにおいて、隣接通路の各乾燥部 分と湿り部分が、ハウジングの一端において長手方向のプレートに設けられ乾燥 部分に接近して配置された１つの孔を通して相互に連通し、各隣接湿り部分は対 応乾燥部分との連結点に端部キャップが設けられ、一方、ハウジングの反対側端 部の乾燥部分の入口バイブは、室内に連通していることを特徴とするシステムに よって、達成される。

好ましくは、これら通路の乾燥部分の出口バイブは制御可能なゲートが設けられ る。

この他に、通路の乾燥部分と湿り部分は１つの共通の空気導管によって相互に連 結される。

望ましくは、隣接通路の乾燥部分に連通ずる通路の湿り部分は、制御可能なゲー トを有するパイプが設けられる。

室内の空気の間接蒸発冷却用システムの上述の構造は非常に高い作動効率をもた らす。

本発明の本質は次の点にある。

ハウジングの一端における隣接通路の各乾燥部分と湿り部分は相互に連通し、各 隣接湿り部分には対応乾燥部分との連結点に端部キャップが設けられ、以下のこ とを行うことができる。乾燥部分からの出口における冷却された外部空気の全体 の流れは２つの部分に分割され、その一方の部分はその同じ通路の湿り部分に向 って方向を変えずに運ばれ、これに対し他方の部分は隣接通路の湿り部分に運ば れる。この後者の部分は、露点の範囲内に水分含有量を一定に保って隣接乾燥部 分を通過する外部空気の流れを冷却する作用を行う。空気の流れの残りの部分は 同じ通路の湿り部分を通過する間冷知能力を有している。室内での間接蒸発空気 冷却のためのここに提案されたシステムのこの冷却能力を最大に利用するために 、ハウジングの反対側端部の乾燥部分の入口バイブは室内に連通ずることを意図 するものである。これにより、冷却された室内からの空気の流れを、水分含有量 を大気の露点の範囲内に変えることなくこれらの乾燥部分に運ぶことができる。

この冷却作用は、隣接湿り部分を通過し続いて湿らされ加熱されそして大気に放 出される、空気の流れの部分による熱の取り出しによって、もたらされる。

上記の点に鑑み、この提案されたシステムは室内の再循環空気を大気の露点の範 囲内に冷却することができる。これは冷却の効率を向上させるが、その理由は流 入冷却に比べて再循環冷却はより小さな熱移動表面を必要とするからであり、も う１つの利点は、入ってくる外部空気による使用活動空気の汚染がないことであ る。さらにもう１つの利点は、空気とは別に、他の物質を冷却する能力である。

この提案されたシステムの実施上の特性を向上させる目的で、ある場合には、通 路の乾燥部分と湿り部分が１つの共通の空気導管により相互に連結されるように することができる。

これによりこのシステムを２つのユニットに分割し、その一方を室の外に配設し 他方を室内に配設し、それにより空気送風機によって生じる騒音を抑制し、また 室内に収容される冷却ユニットの全体寸法を減少させることができる。

一連の条件（すなわち、流入、再循環又は混合）のもとて室内における空気冷却 を行うため、この提案された空気の間接蒸発冷却のためのシステムは、通路の乾 燥部分の出口バイブに制御可能なゲートを有している。これらのゲートを設定し た大きさに開いたり閉じたりすることによって、室内に配送される外部空気の流 れと再循環空気の流れとの間の比率を制御することができる。これらゲートのう ちの１つが完全に閉じられた時、室内の空気を、全て再循環を介して又は全て外 部空気の流入を介して、冷却することができる。

最後に、室内における空気の間接蒸発冷却のためのこの提案されたシステムにお いて、時には、隣接通路の乾燥部分に連通ずる通路の湿り部分に制御可能なゲー トを持ったパイプを設けるのが好ましい。これにより、冬期の間室内の空気を効 果的に冷却することができ、又は冷蔵庫の中に置かれた生産物のような他の物質 を天然の外部冷気を用いることによって、冷却することができる。電力を必要と する電気的に作動される冷蔵庫の使用はしたがって必要でなくなる。

上記の点に鑑み、室内の空気の間接蒸発冷却のためのここに提案されたシステム は、従来の技術を超越する多（の利点をもたらす。例えば、外部空気中に存在す る汚染物とは無縁の空気で、空気冷却を行うため電力は少ししか消費されないこ とが保証される。この提案されたシステムの熱交換表面は実質的に公知のシステ ムのものよりも小さい。これに加え、任意の作動条件のもとて室内の空気の冷却 作用を行うことができる。構造上、この提案されたシステムは、それぞれを室の 外側に置くことのできる２つのユニットの形式をとることができる。これにより 、室内のシステムによって生じる過剰の騒音をなくし、また室内空間をより完全 に利用することができる。最後に、この提案されたシステムにより、室内の空気 を一年の冬期と夏期の双方において冷却することができる。

冬期は、このシステムは、食品のような一連の物質を冷却するのに利用すること ができる。この場合、このシステムは外部冷気を使用する冷蔵庫として作用する ことができる。エネルギー消費はしたがって、作動のために実質的多量の電力を 必要としまた概して作動上信頼性の少ない従来の電気的に作動する冷蔵庫に比べ て、最小となる。

この提案された室内空気の間接蒸発冷却システムは他の応用面のあることに注目 されるべきである。このシステムは大気の露点の範囲内に、任意の液体と分散さ れた固体とを冷却することができる。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面に関連して種々の好適な実施態様を参照することにより、以 下に詳細に記載されるであろう。

第１図は本発明による、室内における空気の間接蒸発冷却のためのシステムの前 面図であり、 第２図は上記システムの頂面図を示し、第３図は上記の室内の空気の間接蒸発冷 却のためのシステムの他の実施態様の頂面図である。

発明実施の最良の態様 第１図を参照する空気の間接蒸発冷却システムは、水トレイ　（水受は皿）２を 含むハウジング１を具備している。このハウジング１は長手方向に延在するプレ ート３の形式の熱移動面を収容する。これらプレート３は、水分不透過性の又は 毛細管多孔性の材料のような、この目的に適した任意の材料から構成することが できる。全ての個々のプレート３の各側面は一部が毛細管多孔性材料で内張すさ れまた一部が水分不透過性材料で内張すされ、それによりこのプレートの一方の 側面が毛細管多孔性材料で内張すされた部分を有している場合にこの部分はその 反対側が水分不透過性材料で内張すされ、又はその逆の配列とするようにしてい る。一連のこれらのプレート３は垂直の通路を区画形成し、各通路はハウジング １の一端においてその間に連結された乾燥部分４（第２図）と湿り部分５ａを有 するとともに、ハウジング１の他端において乾燥部分４ａと湿り部分５とを有し ている。乾燥部分４及び４ａと湿り部分５及び５ａは隣接通路の部分とは喰い違 い状に配置される。乾燥部分４と４ａは、送風機８，９に接続された各入口バイ ブ６．７と、室内に接続された出口バイブ１０、１１とを有している。湿り部分 ５と５ａは大気に通じている。ハウジング１の一端における隣接通路の各乾燥部 分４と湿り部分５とは、長手方向のプレート３に設けられかつ乾燥部分４の端部 付近に配設されている孔１２により相互に連通ずる。各隣接湿り部分５には接続 地点に端部キャップ１３を持った各乾燥部分４ａが設けられ、一方、乾燥部分４ ａの入口バイブ７はハウジング１の反対側端部において送風機９を通って室内に 連通している。

さらに、このシステムは、乾燥部分４と４ａの出口バイブ１０と１１が制御可能 なゲート１４と１５を有するように構成することができる。第３図を参照する変 更形式は、１つの通路の乾燥部分４と湿り部分５ａが共通の空気温管１６によ接 通路の乾燥部分４と連通可能であり、制御可能なゲート１８を有するパイプ１７ を設けることができる。

室内の空気の間接蒸発冷却のだめのこのシステムは次のようにして夏期に作動す る。制御可能ゲート１８は開放される。

第１図と第２図はその数が異なっているが、ただ２つの隣接通路を示している。

完全に再循環する状態（すなわち制御可能なゲート１４が完全に閉じた状態）の もとで作動中の空気の冷却のためのシステムの作用は以下に記載される。外部空 気の流れ１９は送風機によりバイブロを通って乾燥部分３に押し進められここで 空気は大気の水分含有量を変えることな（大気の露点の範囲内に冷却される。乾 燥部分４からの出口において、流れ１９は分割される。その一方の部分２０は孔 １２を通って隣接湿り部分５に運ばれ、これに対しこの空気の他の部分２１は流 れの走行通路に沿って湿り部分５ａに真直ぐに動く。乾燥部分４に沿って動いて いる間に外部空気の流れ１９はその熱を、仕切りプレートを通して、隣接湿り部 分５の中を反対方向に動いている流れの部分２０に与える。

ここで、空気流の一部分２０は入ってくる外部空気の温度に近い温度に熱せられ る。これに加えて、湿り部分５の湿った区域からの水分の蒸発のために、空気流 の一部分２０はこの状態でパイプ１７を通って外部に放出されるため約１００％ の相対湿度にまで加湿される。

室内からの流れ２２は送風機９によりパイプ７を通って湿り部分５ａに代わる乾 燥部分４ａに押し進められ、湿り部分５ａに対しては予備的に冷却された外部空 気が対抗流中で分配される。ここで、熱は、プレート３を通って予備的に冷却さ れた外部空気の一部分２１に移送される室内再循環空気の流れ２２から、取り出 される。それに加えて、外部空気流のこの部分２１は加熱され、そして湿り部分 ５ａの湿った表面からの水分の蒸発によって、空気流のこの部分２１は、１００ ％に近い相対湿度に加湿され、この状態で大気に放出される。

室内から取り出された空気の流れ２２は乾燥部分４ａを通って運ばれた時、続い て、その水分含有量を変えることなく大気の露点の範囲内に冷却され、この状態 でパイプ１１を通って室内に戻される。このようにして、室内での空気の再循環 冷却が行われる。

室内の空気を、再循環によるよりむしろ室内への外部空気の流入によって冷却す る必要がある場合には（例えばこれは特殊な工程が必要とされるか又は衛生上／ 健康上の要求がある）、制御可能ゲート１４が乾燥部分４の出口バイブ１０中で 十分に又は完全に開かれる。同時に、乾燥部分４ａの出口バイブ１１に配設され ている制御可能ゲート１５が十分に又は部分的に同じ量だけ閉じられ、それによ り冷却された外部空気の量は出口バイブ１０を通って室内に配送される。

このシステムが複数のユニットに分割されている場合（第３図）は、共通の空気 導管１６がこれら通路の乾燥及び湿り部分４及び５ａをそれえ１接続するよう用 いられる。

この変形例は多くの場合このシステムを構造的に簡単化するが、その理由はユニ ットの各々を室内の内側又は外側に収容することができるからである。

このシステムは実質的な構造上の変更をすることなしに冬の作動に適合し得る。

冬期の間空気の間接蒸発冷却のためのこのシステムは次のように作動する。

制御可能ゲート１８が閉じられる（第１図及び第２図）。

冷たい外部の空気の流れ１９が最初にバイブロを通り送風機８によって乾燥部分 ４に導びかれ次に通路の湿り部分５ａに導びかれ、ここからこの空気は大気に放 出される。同時に、送風機９は空気の流れ２２を室内からパイプ７を通って外部 空気の流れ１９に対する対抗流の中で乾燥部分４ａに押し進める作用をする。乾 燥部分４ａにおいて室内からの空気の流れ２２は湿り部分５ａを通過する冷たい 外部空気との非接触熱交換により冷却される。そして冷却された空気の再循環流 ２２はパイプ１１を通って室内に戻るよう運ばれる。湿り部分５ａのプレート３ が水で湿らされている場合には、乾燥部分４ａの内部の再循環空気の冷却極限は 大気の湿球温度に達するであろう。外部空気の温度が０℃より低い場合は、湿ら されたプレート３は、乾燥部分４ａを通って再循環できる室内からの流れ２２を 冷却するのに費やされる冷気の蓄積を促進する、氷を形成するようになる。これ らプレート３が湿らされていない時は、室内からの空気に関する冷却極限は外部 空気の温度に達するであろう。乾燥部分４ａで冷却された空気は、室内における 所望のパラメータを保持するためばかりでなくまたこの室内に保管される生産物 を冷却するために利用することができるということに注目されるべきである。こ れは、冷気発生のため大量の電力を消費する電気冷蔵庫の使用を省略することを 可能にする。

このシステムは１つの一体形成のユニットの形式とすることができ、又は別々の ユニットのセットとして構成すること室内での空気の間接蒸発冷却のためのこの システムは、夏期の空気の冷却ばかりでなくまた所要の気候上の室内条件を保持 すると同時に冬期の空気の冷却を保証することに注目しなければならない。

このシステムの１つの特別な利点は、このシステムが空気又はガスを外部空気の 露点の範囲内に冷却するばかりでなくまた任意の他の固体、液体又はガス状物質 を冷却するために用いることができるという点にある。有利には、このような物 質を冷却する間この物質は、室内からの空気に関して行われるのと実質的に同様 に、通路の乾燥部分に沿って移送されるべきである。液体やガス状物質を冷却し ている時何らの問題も生ぜず、一方、固体の冷却のためにはこれらの固体を分散 した又は流体状にした状態で運ぶことが好ましい。

産業上の適応性 室内の空気の間接的蒸発冷却のためのこのシステムはニアコンディショニングに 利用することができ、そして種々の物質を冷却するための冷蔵に、又は閉鎖空間 での空気の設定された温度パラメータの保持に、利用することができる。

国際調査報告

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．水トレイ（２）を有しかつ熱交換表面を収容しているハウジング（１）を具 備し、この熱交換表面は複数の通路を形成する長手方向のプレート（３）の形式 であり、これら通路は、それぞれが隣接通路の部分（４ａ，５）に対してずらし て配列され相互に連結された湿り通路と乾燥通路（４，５ａ）を有し、その乾燥 部分（４，４ａ）は送風機（８，９）に連結された入口パイプ（６，７）と室内 に連結された出口パイプ（１０，１１）とを有し、その湿り部分（５，５ａ）は 大気に連通している、室内の空気を間接蒸発冷却するためのシステムにおいて、 隣接通路の各乾燥部分（４）と湿り部分（５）はハウジング（１）の一端におい て、長手方向のプレート（３）に設けられかつ乾燥部分（４）の端部付近に配設 された孔（１２）を通して相互に連結し、各隣接湿り部分（５）は対応乾燥部分 （４ａ）との連結点において端部キャップ（１３）が設けられ、一方、ハウジン グ（１）の反対側端部の乾燥部分（４ａ）の入口パイプ（７）は室内に連通して いることを特徴とする室内空気間接蒸発冷却システム。
2. ２．通路の乾燥部分（４，４ａ）の出口パイプ（１０，１１）が制御可能なゲー ト（１４，１５）を有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステ ム。
3. ３．通路の乾燥部分（４）と湿り部分（５ａ）が共通の空気導管（１６）によっ て相互に連結されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載のシステム。
4. ４．隣接通路の乾燥部分（４）に連通する通路の湿り部分（５）は、制御可能な ゲート（１８）を有するパイプ（１７）が設けられていることを特徴とする請求 の範囲第１項記載のシステム。