JP2009150632A - 間接式気化式冷却器の構造、形状に関する発明。 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエット・チャネルで発生する冷却熱を、ドライ・チャネルを通過する被冷却空気に最大限の熱交換効率で伝達すると共に圧力損失を最小にする間接式気化式冷却器を得る。
【解決手段】気化現象を生じさせるためのウェットチャネルと被冷却空気を通すドライチャネルを交互に配置し、向流により熱交換させると共に、チャネルを形成する材料としてプラスチックを使用し、プラスチックに水を湿潤させるために織布又は不織布を接着張り合わせ湿潤膜に水を保持させる。
【選択図】図１

Description

空気を加湿すると気化現象が生じ潜熱が奪われる事により、その空気の湿球温度迄空気の温度は冷却される。しかし、同時に被冷却空気は加湿される。この原理は加湿冷却として広く認められ、それを利用した気化式冷却器も広く作られ販売されている。
加湿を望まない場合には、加湿冷却されるゾーンと被冷却空気の通るゾーンを分離し、加湿冷却ゾーンで冷却された温度を熱交換により、被冷却空気のゾーンに伝えて、被冷却ゾーンの空気の顕熱のみを冷却するという方式。いわゆる、間接式気化式冷却器という製品も既に製作販売されている。

公表特許公報 特表２００４−５１３３２０ 公開特許公報 特開２００７−１４７１１７

間接式気化式冷却器にて、被冷却空気をその空気の露点温度迄下げる事は理論上可能であるが、実際の機器にてそれを実現する為には下記の課題がある。
（１）ウエット・チャネルにおいて、気化現象を最大に生じせしめる事。
（２）ウエット・チャネルで発生する冷却熱を、ドライ・チャネルを通過する被冷却空気に最大限の熱交換効率で伝達する事。
（３）空気を吸う機器であるので、商業用を考える時機器の圧力損失を最小にする事。
（４）安価に大量生産に適する製作方法の考案。
（５）気化現象を起こさせる為に必要な使用水量を最小限に抑える事。

前記の課題を解決する手段として
（１）空気と空気の熱交換を行わす方式としては、大別して直交流による方式と並流方式及び向流方式がある。
一般に、並流又は向流方式の方が直交型方式より熱交換効率が良いと認められている。又、並流と向流にあっては向流の方が、熱交換効率が良いと認められているので本発明においては向流方式とする。
（２）ウエット・チャネルにおいて最大限の気化現象を生じさせる為には、（イ）水の供給方法（ロ）滲み出し方式（ハ）流路の長さ、流速、分流率の適切な選定が必要である。
実験値によるテスト分析の結果、流路長３００ｍｍ、流路幅２００ｍｍ、流路高２〜３ｍｍ、流速１〜４秒が適正値と判定。
（３）ウエット・チャネルとドライ・チャネルの間で、湿度・水分の移動があってはならないので、隔壁の為の基盤としては水を遠さないポリプロヒレン等のプラスチックを使用する。このプラスチックの隔壁は熱交換効率を最大にする為に、厚み０．３ｍｍ程度のものとする。
（４）空気の流れを作る為に、ウエット・チャネル及びドライ・チャネルには、２〜３ｍｍ高の空間を作る事が必要であるが、この為にはプラスチックで一体成型が可能である様に、直径５ｍｍ高３ｍｍ程度の円型のスペーサーとする。
（５）円型のスペーサーは空気に乱流渦を作る要因となる。チャネル内を通る空気は可能な限り整流が望ましいので、円型スペーサーにより生じる乱流渦を整流化する為の手段として、ゴルフのディンプルの如き、小さなディンプル（くぼみ）を基盤に付ける事により整流化する。ディンプルのサイズは直径１．８ｍｍ高０．３ｍｍ程度とする。
（６）上述のディンプル（くぼみ）は整流化の為のみならず、熱交換面積を大きくする効果がある。
（７）プラスチックの基盤の上に、水を湿潤させる為の膜層が必要である。この膜層を作る為には織布又は不織布を使用する。材料はセルロース等の紙又はポリプロピレンが適当である。膜層の厚みとしては０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ位が適当。この膜層をウエット・チャネルのプラスチック基盤に接着若しくは、熱圧着により接合する。
（８）気化現象を最大に生じせしめる為には、ウエット・チャネルに導入される水量はじわっと湿っている程度が適正であり、水が流れる様な状態では気化現象が逆に少なくなってしまう。その為には、湿潤膜である織布、不織布、セルロース等の紙に予め吸着剤（水の吸脱着の高い）を含浸させておき、湿潤膜に水を保持させておく方法がある。
（９）ウエット・チャネル及びドライ・チャネルに空気を流す方法については、ドライ・チャネルは常に一方向に空気を流す。このドライ・チャネルを通過する空気の一部をウエット・チャネルに流し込む方法としては、色々な方法が考えられるが、本発明においてはドライ・チャネルの空気の出口側において、機外に静圧を加えるだけで、一部の空気は開口しているウエット・チャネルに流入する事が判明した。ウエット・チャネル側に導入する空気の量は、ドライ・チャネルを流れる空気量の３０〜５０％が適切である。ドライ・チャネルの出口側の機外静圧を変化させる事で、ドライ・チャネルから出てくる空気の一部をウエット・チャネルに流入させる方式とする。実験値によると機外静圧として、９０〜１００パスカル程度の静圧をかけると、ウエット・チャネルに約３０％の空気が流れ込む。又、ウエット・チャネルに流入した空気は、ウエット・チャネル内で気化現象を生じさせた後はウエット・チャネルの排気口より機外へ排気される。
（１０）外気だけを利用する場合以外に、温湿度条件の良い室内からのリターン空気を利用する場合もある。この場合はリターン空気を外気と混合して使用するのでなく、条件の良いリターン空気のみをウエット・チャネルに流入させる事により、ドライ・チャネルを通過する空気の温度を更に低くさせる方法がある。
この為には、ウエット・チャネルの排気口よりウエット・チャネル内にリターン空気を導入し、ウエット・チャネル内を通し、気化現象を生じせしめた後で、ウエット・チャネルの排気口とは反対側に別の排気口を設けてそこから排気させる方法とする。

（１）本発明品を試作テストした結果、在来の直交型間接式気化式冷却器と比較した場合、下記のデータが得られた。
（イ）冷却効果が約３０％アップした。
（ロ）機内圧損は約１／３となった。
（２）プラスチックの成型品を使う方式が可能となり、大量生産が容易になり且つ、安価に生産しうる。

発明を実施するために最良の形態

本機を製作する際の製作図面を例示する。
（図−１）基盤形状図
（図−２）形状寸法図

（イ）本機は、水の気化現象のみを利用して空気の冷却を行うものであり、一切の冷媒ガスを使用していない。冷媒ガスの使用は地球温暖化の一因とされており、ＣＯ２削減に絶大な効果をもたらす。又、圧縮機を使用しない為に電気、ガス等のエネルギーを一切使用しないので利用価値は極めて広い。
（ロ）外気を直接処理する使用方法の他に、デシカント空調機で除湿された空気をこの間接式気化式冷却器に導入して利用する方法がある。この間接式気化式冷却器のその冷却性能は、入口空気の露点温度が低ければ低い程、気化現象が多く発生するので出口温度は下がり、入口空気の露点を下げる為にデシカント空調機を利用し、デシカント空調機により露点を下げた空気を加湿する事なく、この間接式気化式冷却器で温度を下げるシステムは極めて外調機として利用価値は高い。

基盤形状図 形状寸法図

Claims (7)

1. 気化現象を生じさせる為のウエット・チャネル（湿った通路）と、被冷却空気を通すドライ・チャネル（乾いた通路）を交互に配置し、向流により熱交換をさせる形の間接式気化式冷却器の考案。
2. 前記の冷却器において、ドライ・チャネルを通過する空気の出口より、その空気の一部を隣接し交互に配置されるウエット・チャネルに機外静圧を利用し、送り込み、ドライ・チャネルの空気の流れとは向流の空気の流れを作る方法。
3. 前記の冷却器において、ウエット・チャネル及びドライ・チャネルにそれぞれ空気が流れる様に、約２〜３ｍｍ幅高の空間を作る為に円型のスペーサーを使用する方法。
4. 前記の冷却器において、チャネルを形成する材料としてプラスチック（ポリプロピレン等）の基盤を使用し、プラスチックに水を湿潤させる為に、織布又は、不織布を接着張り合わせる方式。
5. 前記の冷却器のプラスチックの基盤の全面に、直径１．８ｍｍ位のディンプル（くぼみ）を付ける事により、円型のスペーサーにより発生する空気の乱流渦を整流化させ、且つ、熱交換面積を拡大させ冷却効率を上げる方式。
6. 前記の冷却器において、ウエット・チャネルの排気口の反対側に別の排気口を設けて、室内からの戻り空気（リターン空気）の利用が出来る様にする方式。
7. 前記の冷却器において、請求項４の水を浸潤させる為に使用する織布又は、不織布に水を吸着させる為の吸着剤を含浸させる事により、水の保持量を増やす方式。