JP5175219B2

JP5175219B2 - 冷却及び換気装置

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Publication number: JP5175219B2
Application number: JP2008549022A
Authority: JP
Inventors: ファン・ヘースウィーク、フレデリク・シモン; ニーセン、アンドレアス・ジェイ．エル．
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Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2013-04-03
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Description

本発明は冷却及び換気装置、特に蒸発性熱交換器を備えた装置に関する。特に換気と組み合わせて熱の回収を行うために動作することができるそのような装置に関する。

蒸発性冷却装置は冷却を行うために液体の蒸発の潜熱を使用する装置である。蒸発性冷却の原理は数世紀以前から知られている。例えばオブジェクト上に配置された湿った布は液体が布から蒸発することによりオブジェクトを冷たい状態に維持する。液体を連続的に布へ付加することにより、冷却効果は電気エネルギを入力せずに無期限に維持されることができる。このような空気流中への湿気の蒸発により到達することができる最低の温度はその空気の湿球温度を規定する。間接的な蒸発性冷却装置はこの原理を使用する。熱交換素子の一次表面上を通過する一次的またはプロダクト空気流は熱交換器の二次的な湿った表面を通過しそこから湿気を吸収する二次的な動作空気流により冷却されることができる。

空気の量が直接的な蒸発により冷却されるならば、その絶対湿度は湿気の取込みのために増加する。その相対湿度はまた湿球温度においてそれが水蒸気により完全に飽和されるまでその温度を低下させるために増加する。しかしながら、空気が直接の蒸発なしに冷却されるならば、その絶対湿度は同じ状態を維持する。その温度が減少するとき、相対湿度は空気の完全飽和がいわゆる露点に到達するまで増加するだけである。露点はしたがって湿球温度よりも低く、実際に空気の塊が飽和または１００％の相対湿度に到達されるように冷却されなければならない温度として規定される。この点で、空気中の水蒸気は凝縮される。

蒸発が生じる前に動作空気流を冷却または乾燥することによる間接的な蒸発性冷却の原理を改良する試みが行われてきた。特に動作空気流を冷却する便利な方法は冷却されたプロダクト空気の一部をフィードバックすることである。このような装置はプロダクト空気の温度をその湿球温度よりも低温に下げ、その露点に近くすることができるので露点冷却装置と呼ばれている。空気流が熱を交換する表面を最適化することによって、高い効率の熱伝導が達成されることができる。これは特に湿った二次表面からの熱伝導の場合に顕著であることが発見されている。湿気を動作空気流へ与えるために、湿った二次表面には幾つかの形態、例えば親水性層の形態の液体供給が与えられることができる。しかしながら、このような層の存在は動作空気流から二次表面の熱的な隔離を増加させ、したがって熱伝導を減少する可能性がある。

露点冷却装置の特に効率的な形態はＰＣＴ出願WO03/091633号明細書に記載されており、その内容はここではその全体が参照文献として含まれている。理論による限定は望ましくないが、この装置の成功は少なくとも部分的に一次及び二次表面上の熱伝導素子の存在によるものであると考えられる。これらの熱伝導素子はフィンの形態であってもよく、一次表面から二次表面への熱の伝送を改良すると考えられている。フィンは直接的に熱を伝導することと、流体中で発生する種々の境界層を破壊することの両者を行う。これらはまた関連する表面上の熱交換に有効な領域全体を増加する機能も行う。湿った第２の表面のさらに重要な特徴は先の文献と、さらに内容がその全体として本出願で参考として含まれている同時係属の英国特許出願第0324348.2号明細書から知られている。したがって、水保持層として使用される材料の慎重な選択により、最適な蒸発が動作空気流からの二次表面の熱的隔離なしに実現されることができる。

別の特に効率的な露点冷却装置は同時係属中のＰＣＴ特許出願第PCT/EP2006/070205号明細書に記載されており、その内容は全体として参考文献としてここに含まれている。このような露点冷却装置は間隔を隔てられほぼ並列の関係で配置された熱伝導プレート対と、プレートを相互に分離しプレート間の一次及び二次流体路を規定する間隔素子とを具備している。このようにして、一次路と二次路の間の熱伝導は主としてプレートに沿って一次路に関連される領域から二次路に関連される領域への伝導により行われることができる。これは流体間の熱伝導が流体を分離する隔膜を通して行われる通常の構成とは対照的である。

このような装置は製造が簡単であり、冷却剤またはコンプレッサを必要としないので冷却には極めて便利である。空気は低いエネルギ消費で比較的静かな低圧力ファンを使用して冷却装置を通して循環されることができる。これは家庭用の使用、特に夜間において露点冷却装置を理想的なものにする。

蒸発性冷却装置におけるプロダクト空気の冷却の程度は動作空気流中へ蒸発されることのできる液体量により少なくとも部分的に決定される。露点冷却装置の形態では、これは動作空気流として戻されるプロダクト空気の部分に依存する。これを以下、動作流体／プロダクト流体比（ＷＰＲ）と呼ぶ。従来技術の装置では、ＷＰＲは一次路の出口構造により決定され、そこではバッフルが二次路へ分路する流体量を決定する。これは通常プロダクト空気の約３０％が動作空気として戻されることを確実にする。残りの７０％は冷却が必要とされる部屋又はスペースへ与えられる。それ故、等量の空気が部屋からの排気として排出されなければならない。過去には、この排気は単に自然の通気ルートにより排出されるか、または別々の換気システムによりアクチブに排出されていた。

露点冷却装置を使用する蒸発性冷却システムの設置では、システムの正確な較正が所望のＷＰＲが実現されるためには重要である。実際には、大部分のビルディングは異なるので、較正は現場で行われなければならず、相当の時間を伴う可能性がある。さらに最初に正確に較正されていても、フィルタ、ファン、その他の部品の性能は時間と共に変化し、ＷＰＲのドリフトを生じる可能性がある。システムはその後は最適より悪い状態で動作する可能性がある。熱の回収又は換気目的のために熱交換装置を使用することが望ましい場合またはそれが別々の排気換気システムで動作される場合には、設置及び較正の問題はさらに複雑になる。ＷＰＲの適切な制御はビルディングの外部の風圧のような外因によっても複雑にされる。

通常の熱回収、換気及び空調システムは現在、露点冷却装置の二次路を通る部分的な空気流の実地的な事項に関係されていないのでこれらの問題に対して適切な解決法を与えていない。通常の空調装置は外気に対して直接接触せずに、再循環された空気を冷却するように動作することに注意すべきである。露点冷却装置はしかしながらこのような接触なしに動作できない。

発明の要約

それ故、露点冷却原理にしたがって動作することのでき、較正及び設置が簡単である冷却および換気装置を提供することが望まれている。これは通常の換気システムにより必要とされる入口及び出口だけを使用して実現されることが好ましい。

本発明によれば、プロダクト入口と、プロダクト出口と、排気入口と、排気出口と、排気入口を排気出口に接続する排気路と、プロダクト入口とプロダクト出口との間に接続される一次路および一次路からの出口と排気路との間に接続される二次路とを有する蒸発性熱交換器と、二次路から排気路への流体の流れを制御するのに効率的な流体制御素子と、流体制御素子を選択的に制御し二次路から排気路への流体を制御する制御装置とを具備している冷却及び換気装置が提供される。プロダクト入口は適切な外気源と、ビルディング又はビークルの内部のような居住スペースに与えられるプロダクト出口に接続されることができる。排気入口は居住スペースから放出された空気を受取ることができ、空気はその後排気出口を経て環境へ排出される。このようにして、２つの空気入口と２つの空気出口としか必要としないで、蒸発性冷却と換気の全ての便宜性を与えることができる装置が実現される。

本発明の第１の実施形態によれば、流体制御素子は排気路と二次路との間に位置される弁である。この流体制御の形態は二次流体を制御するために付加的なファンの過剰な費用及び電力消費なしに、極めて簡単で効率的な方法により動作することが認められている。勿論、当業者は別の流体制御素子が設けられ、この素子の機能が二次路から排気路への流体を制御することであってもよいことを理解するであろう。例えばこのような実施形態は前述したような欠点を有するが、ファン又はその他の強制送風装置は流体制御素子として使用されることができる。

本発明のさらに別の特徴によれば、装置はさらに二次路を通る流体を示す流体信号を提供するセンサを具備し、制御装置は流体信号に基づいて流体制御素子を制御する。排気路への二次流体を決定することにより、それを一定値に維持するか又は代わりに所望の流体パラメータに基づいてそれを調整するためにＷＦＲの慎重な制御が実現されることができる。

好ましい実施形態では、流体センサは二次路を横切る圧力降下に対して応答する圧力センサを具備する。これらのセンサは工場で較正されることができ、その後、装置の設置方法又は位置とは非常に独立して二次流体の制御のための正確な値を提供する。装置の設置はしたがってかなり簡単にされ、二次路の流体特徴がほぼ一定になるから、ＷＦＲが時間により変化する傾向を少なくすることができる。

本発明の付加的な利点によれば、熱回収弁装置が排気入口と二次路への入口との間に設けられることができる。これは二次路に与えられる流体源の切換えを可能にする。冷却モードでは、二次流体は一次路の出口からの一次流体の一部として与えられる。熱回収モードでは、居住スペースから排気される空気は入来する一次空気と熱交換するために二次路に与えられる。

好ましくは、装置は一次路を通る一次空気の流体を駆動するためにプロダクト入口と蒸発性熱交換器の一次路との間に第１のファン装置を具備している。この装置は好ましくは排気路および／または二次路を通る流体を駆動するために排気出口に隣接して排気路中に第２のファン装置も具備している。

本発明の好ましい実施形態によれば、装置はさらに蒸発のための水を二次路の表面へ分配するための適切な水分配システムを具備している。水分配システムからまたは例えば熱回収中の凝縮から過剰な水を回収するための排水システムも設けられることができる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、装置はまた排気路をプロダクト入口へ選択的に接続するための再循環路を有することもできる。このようにして少なくとも幾らかの排気はその後再使用するために一次路を通って再循環されることができる。これは特に居住スペースから排出されることを可能にされた排気量を制限することが望ましい状況で便利である。これは外部の温度と湿度が高い場合である。この理由で、再循環される空気をプロダクト入口から入る新鮮な空気から分離した状態に維持することも望ましい。これは新鮮な空気と再循環される空気に対して別々のプロダクト路を有することにより実現されることができる。再循環される空気はその後排気出口を経てその後排出するために二次路へ優先的に与えられることができる。

本発明のさらに別の特徴によれば、プロダクト空気流が居住スペースへ供給される前にそれを加熱するために、プロダクト出口の近くに加熱素子がさらに設けられる。このようにして換気又は熱回収目的で使用されるとき、その温度を快適さについて所望される値まで上げるために付加的な暖気がプロダクト空気に加えられることができる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、空気を居住スペースへ供給する前に、空気から湿気を除去するために乾燥器が設けられることができる。乾燥器は蒸発性冷却装置の効率を増加するためにプロダクト入口と一次路との間に位置される。代わりに、乾燥器はプロダクト出口に設けられてもよい。このようにして居住スペースに供給される空気だけが乾燥される。特に有効な代替技術では、乾燥器にはプロダクト入口から外気の直接的な供給が与えられ、装置は再循環モードで動作される。これはシステムに入る乾燥された新鮮な空気の量が蒸発性冷却装置を通る冷却循環と独立して慎重に制御されることができるという有効な効果を有する。

本発明の好ましい実施形態によれば、制御装置は複数の動作プロフィールを含んだメモリを具備し、１以上の動作プロフィールにしたがって装置を制御するように動作する。動作プロフィールは冷却モード、熱回収モード、換気モード、加熱モード、再循環モード、乾燥モードを含むことができる。プロフィールは手作業で選択されてもよく、或いは装置は最も適切なプロフィール又はプロフィールの組合せが居住スペースを正確に調整するために選択される自動モードを含むこともできる。装置はまた好ましくは、装置の入口または出口で温度、圧力または湿度を感知し、環境についての信号を制御装置へ提供するための複数の環境センサを具備している。制御装置はその後、環境についての信号に基づいて特定の動作プロフィールを選択し実行できる。

本発明はまたプロダクト入口と、居住スペースへのプロダクト出口と、居住スペースからの排気入口と、排気出口と、一次路および二次路を有する第１の蒸発性熱交換器と、一次及び二次路を有する第２の蒸発性熱交換器と、プロダクト入口と第１及び第２の蒸発性熱交換器の両者の二次路への入口との間に接続されている一次路を有する第１の蒸発性熱交換器と、排気入口とプロダクト出口との間に接続されている一次路を有する第２の蒸発性熱交換器と、第１及び第２の蒸発性熱交換器の両者の二次路からの出口に接続されている排気出口とを具備する冷却及び換気装置に関し、冷却及び換気装置はさらに、居住スペースから第２の蒸発性熱交換器の一次路を通り居住スペースへ戻る第１の循環の制御と、プロダクト入口から第１の蒸発性熱交換器の一次路を通って第１及び第２の蒸発性熱交換器の両者の二次路を通って排気出口への第２の循環の制御とに効率的な流体制御素子を具備している。このようにして冷却効果は実質的に換気効果とは別に維持されることができる。

この実施形態の好ましい構成によれば、冷却及び換気装置はさらに第２の循環から第１の循環へ新鮮な空気の供給を行う新鮮な空気の供給装置を具備している。このようにして新鮮な空気の量はそうでなければ閉じられている第１の循環に入ることを許容されることができる。

本発明のさらに別の有効な形態によれば、冷却及び換気装置はさらに第１の循環から第２の循環への排気の供給を行う排気供給装置を具備している。排気の供給は空気流が平衡されるように新鮮な空気の供給を等しくするように制御されることができる。

また、この実施形態では、乾燥器が居住スペースへ供給するための空気を乾燥するためプロダクト入口との流体の連通に設けられることができる。

本発明の実施形態を添付図面を参照して単なる例示として以下詳細に説明する。
以下は、図面を参照して単なる例示として与えられている本発明のある実施形態の説明である。図１を参照すると、WO03/091633号明細書に記載されているタイプの露点冷却装置20が概略的に示されている。これは一次路18と二次路19とを具備している。一次流体21は一次路18を通って流れる。二次流体22は二次路19を通って流れる。露点冷却装置20はさらに一次入口23と、一次出口24と二次出口25を具備している。入口と出口はハウジング26の一部を形成している。第１のファン装置27は一次流体21を駆動する。ハウジング中には二次路19から一次路18を分離する熱交換隔膜28が配置されている。一次出口24の近くにはアクチュエイタ31により制御される弁30により開閉されることができるダクト29が配置されている。弁30の開位置では、一次流体21の選択された部分が二次流体22の形態でＷＰＲにしたがって分岐され、一方、残りの部分はプロダクト出力流体37として連続して流れる。

隔膜28は一次フィン32と二次フィン33を備えている。これらは関連する境界層を破壊し隔膜28の効率的な表面積を増加する役目をする。二次フィン33には予め定められた水の量を緩衝できる親水性被覆が施されている。この水は導水管34と分配弁35を介して分配ノズル36へ供給される。これは連続的な被覆の湿りを確実にする。

二次流体22は被覆上に存在する水の蒸発を行い、フィン33、隔膜28、したがってフィン32の冷却を行う。このようにして一次流体21もまた冷却される。プロダクト出力流体37はしたがって一次流体21よりも小さい流体速度と減少された温度を有する。このプロダクト出力流体37は居住スペース10を冷却するために供給される。水蒸気を含んだ二次流体22は外部へ放出される。

当業者には図１の蒸発性冷却装置が適当な蒸発性冷却装置の１例であり、別の蒸発性冷却装置がその代わりに使用されることができることが明白であろう。例えば、熱交換隔膜28が一次流体21と二次流体22とを分離するスペーシング素子により置換され、一次フィン32と二次フィン33は一次フィン及び二次フィンを形成するためにスペーシング素子を通して延在する熱伝導プレートにより置換される点を除いて、図１に関連して説明した実施形態と同じ特性を有する蒸発性冷却装置が設けられることができる。この結果、一次及び二次フィンは熱伝導材料の連続的なプレートで形成される。それ故、一次路と二次路との間の熱伝送はプレートに沿って一次路に関連する領域から二次路に関連する領域への伝導により生じる。スペーシング素子を横切る一次熱伝導路がプレートを介するので、スペーシング素子は熱伝導であってもそうでなくてもよい。

通常の構成にしたがって、居住スペース10はドア11、窓12、受動通気孔13を有する。しばしば、アクチブ排気出口14が居住スペース10から外部への排気出力流体38のアクチブな換気のために設けられることもできる。これは第２のファン装置16を有する排気路15の形態で示されている。冷却のため、最も暖かい空気層が排出されることが好ましく、この目的で排気入力流体39を受けるため空間10内の高いレベルに排気路15への排気入口17が配置される。排気路15と第２のファン装置16とは露点冷却装置20の一部ではないことに注意すべきである。

露点冷却装置の動作において、プロダクト出力流体37に等しい空気量がスペース10から排出される。これは排気路14またはドア11、窓12、通気孔13またはその他の自然開口を介して行われることができる。この量は弁30の位置にしたがってＷＰＲにより決定される。この構造の結果として、一次入口23と居住スペース10との間の圧力差に対する任意の変化は二次空気流体22の量に大きく影響する。このような変化は一次入口と排気出口との間の風圧差、窓またはドアの開口、第２のファン装置の動作の変化等によって生じ得る。

図２は、種々の動作モードで動作可能な本発明による冷却および換気装置１を概略的に示している。図１に関して説明されている類似の構成は同一の参照符合により示される。

図２を参照すると、装置１は熱交換素子２を含めた複数のコンポーネントが位置されているハウジング26を具備している。熱交換素子２は前述の図１に関して説明された露点冷却装置で使用されたような構成であるが、類似又は高い熱伝導効率を与える熱交換素子の異なる形態を具備することができる。ハウジング26は熱交換素子２の一次入口23に接続されているプロダクト入口40と、熱交換素子２の一次出口24に接続されているプロダクト出口42とを有する。プロダクト出口42は居住スペース10と連通している。居住スペース10と連通している排気入口17も設けられている。排気入口17は排気出口14につながる排気路15とさらに連通している。

熱交換素子２は一次入口23と一次出口24とを接続する一次路18を有する。それはまた二次入口44と二次出口25との間に接続される二次路19も有する。二次入口44には切換え弁46が設けられ、これは閉位置で二次入口44を一次出口24へ接続する。切換え弁46の開位置では、二次入口44は一次出口24から隔離され、その代わりに排気入口17へ接続される。二次出口25は流体制御弁48を介して排気路15へ接続されている。また、切換え弁46と、排気路15が二次出口25へ接続される点との間には排気路15の排気制御弁54が設けられている。

熱交換素子２が蒸発性冷却装置として機能するように、水分配システム50が設けられている。この水分配システム50は導水管34と、分配ノズル36につながる分配弁35とを具備している。熱交換素子２の下にはドリップトレイ52が位置されている。排水路56がドリップトレイ52からポンプ58を介してハウジング26の外部へ導かれている。

多数のさらに別の機能素子がハウジング26内に含まれている。第１のファン装置27はプロダクト入口40と一次入口23との間に設けられている。第２のファン装置16は排気出口14に隣接して排気路15中に位置されている。プロダクトフィルタ60はプロダクト入口40と第１のファン装置27との間に位置されている。排気フィルタ62は排気入口17に隣接して排気路15中に位置されている。加熱素子64は一次出口24とプロダクト出口42との間に位置されている。

ハウジング26中にはまた複数のセンサと、冷却及び換気装置１の動作の制御及び調整のための他のコンポーネントも位置されている。プロダクト入口温度および湿度センサ66はプロダクト入口40に位置されている。プロダクト出口温度センサ68はプロダクト出口42に位置されている。排気入口温度センサ70は排気入口17に位置されている。さらに一次出口24には一次出口圧力センサ72が、また二次出口25には二次出口圧力センサ74が位置されている。レベルセンサ76はドリップトレイ52中の水位を決定するために設けられている。全てのセンサは制御装置78に接続されて動作する。制御装置78は弁35、46、48、54と、ヒーター64と、第１及び第２のファン装置27、16とポンプ58にも接続されている。制御装置78にはセンサから受信された信号に応答して、予めユーザが規定した設定にしたがって機能コンポーネントを動作するための必要なハードウェアとソフトウェアが設けられている。特に、制御装置78は複数の動作プロフィールを含むメモリ（図示せず）を具備し、１以上の動作プロフィールにしたがって装置１を制御するように動作する。図２によれば、センサ及び機能コンポーネントは全てハウジング３中に位置される。それにもかかわらずこれらのうちのある素子は遠隔位置に配置されることができることが当業者により理解されるであろう。すなわち温度センサ66、68、70は遠隔に位置され、任意の適切な方法で制御装置78に接続されることもできる。同様に、ファン装置16、27は示されているようなコンパクトな実施形態が好ましいが、ハウジングから離れて位置されることができる。付加的なセンサは必要とされる動作制御を確実にするために適切である場合に設けられることができる。

Ｉ．冷却モード
冷却モードにおける冷却及び換気装置１の動作を表１を参照して説明する。この表１は４つの異なる指示された冷却レベルにおけるこの動作モードのある機能コンポーネントの動作プロフィールを示している。

冷却モードでは、ファン装置27は一次路18へのプロダクト入力流体21として外気を送るように動作する。切換え弁46は閉じられ、それによって一次出口24から二次路19への接続が形成される。プロダクト入力流体21の一部はしたがって二次流体22として二次路19へ分路される。プロダクト入力流体21の残りはプロダクト出力流体37として居住スペース10へ送られる。分配弁35は分配ノズル36を介して（断続的に）水を二次路19へ提供するように動作し、二次路19で水は二次流体22へ蒸発されることができる。ポンプ58はレベルセンサ76からの信号に応答してドリップトレイ52から水を抽出するように動作する。

第２のファン装置16はまた水入口17を通って居住スペース10から空気を抽出するように動作する。排気制御弁54は開き、排気入力流体39は排気路15を通って排気出口14へ流れることができる。表１によれば、排気入力流体39はプロダクト出力流体37に対応するが、これは他の導管が居住スペース10へ与えられるならば、そうある必要はない。

本発明によれば、流体制御弁48は制御装置78から信号によりアクチブに調整される。制御装置78は一次出口圧力センサ72からの圧力信号Ｐ１と、二次出口圧力センサ74からの圧力信号Ｐ２とを受信する。これはその後、一定値にセンサ72、74間の圧力降下Ｐ１−Ｐ２を維持するために、流体制御弁48の開き具合を調節する。このようにして二次路19を通る流体速度はそこを横切る圧力降下に関連されるので、二次流体22は一定に維持される。特に重要なことは、二次流体22がもはや排気入力流体39に依存しないことである。

表１には示されていないが、弁48の位置は代わりに又は付加的に他の要因に基づいて調節されることができる。したがってプロダクト入力流体21が特に乾いているならば、プロダクト出力流体37の温度は非常に低くなる可能性がある。この場合、弁48はより低い圧力降下と低い二次流体22を維持するように調節されることができる。レベルの選択はユーザにより手作業で設定されてもよく、または例えば居住スペース10の温度に基づいて調節されてもよい。

ＩＩ．換気モード
居住スペース10の温度が快適であり冷却が必要とされないならば、装置１は表２の動作プロフィールにしたがって換気モードで動作することができる。このモードでは、新鮮な空気が表２で規定されている示唆されたレベルにしたがった量でスペース10に循環される。

表２によれば、換気モードでは熱交換素子２への水の供給が停止されるように流体制御弁48は閉じられ、分配弁35はアクチブではない。ポンプ58はドリップトレイ52のレベルが上昇するならば依然としてアクチブである。プロダクト入力流体21は排気入力流体39に等しく、二次路19はアクチブではない。これはモードが冷却に変更されるならば、二次路19がその後の蒸発で湿度を維持するという利点を有する。

ＩＩＩ．熱回収モード
冷却期間中、装置１は換気を行うために熱回収モードで動作されることができる。表３は換気の４つの異なる示唆されたレベルに対するこの動作モードについての機能コンポーネントの動作プロフィールを示している。

このモードでは、排気路の流体を二次路へ導くように熱回収弁構造が設けられ、このようにして熱交換は出ていく廃棄物と入ってくるプロダクト間で行われる。図２の特定の例では、熱回収弁構造は切換え弁46、排気制御弁54、流体制御弁48を具備している。切換え弁46は開かれ、排気制御弁54は閉じられる。流体制御弁48は十分に開いた位置に維持される。全ての排気入力流体39は熱交換素子２の二次路19を通過させられる。プロダクト入力流体21との熱の交換が行われ、これは二次流体22が冷却されるときに暖められる。分配弁35は不動作であるが、ポンプ58は依然として凝縮による収集された水を除去するために動作している。ある状態下では、居住スペース10の湿度を増加するために、水または他の加湿プロダクトを一次路18またはプロダクト出力流体37へ付加することが望ましい可能性がある。

重要なことに、熱回収使用期間中、一次路18を通る流体が冷却モードの場合と同じ方向で流れることに注意すべきである。同じことが二次路19にも当てはまる。特に二次路19で形成された任意の汚染物質が居住スペース10から除去されるように二次路19を通る流体は常に流れる。

ＩＶ．加熱モード
より低温の期間中または付加的な快適さが必要とされるならば、装置１は換気を行うために熱回収及び加熱モードで動作されることができる。表４は４つの異なる示唆された換気レベルに対するこの動作モードについての機能コンポーネントの動作プロフィールを示している。

この動作モードは加熱素子64がプロダクト出力流体37を付加的に加熱するようにアクチブである点でのみ熱回収モードとは異なっている。加熱素子64は水又はその他の加熱素子も使用されることができるが、電気ヒーターであってもよい。極度に低い外部温度の動作では、二次路19を出る湿った空気が二次出口25周辺で凝縮し凍結することを防止するために入来するプロダクト入力流体に対して霜保護を行うことも可能である。これはプロダクト入口40における小さい電気的な予備ヒーター（図示せず）または類似の装置により実現されることができる。

本発明のさらに別の実施形態が図３に示されている。図３の実施形態は図２に示されている実施形態に実質的に対応しており、前述の実施形態に共通の構成についてはさらに説明はしない。図３によれば、再循環バイパス80が排気路15とプロダクト入力路との間と、プロダクトフィルタ60と第１のファン装置27との間に付加されている。排気路分路弁82は再循環バイパス80と排気路15との間の接合部に設けられている。プロダクト路分路弁84は再循環バイパス80とプロダクト入口40との間の接合部に設けられている。分路弁82、84の閉じた位置では、流体は再循環バイパス80を通って流れるように分路され、プロダクト入口40と排気出口14との流体接続はそれぞれ中断される。再循環バイパス80はハウジング26の内部に示されているが、プロダクト入口側に追加コンポーネントとして設けられることができることに注意する。

Ｖ．再循環加熱モード
再循環加熱モードにおける図３の実施形態の動作を４つの異なる循環レベルを示している表５を参照にして説明する。

このようにして、流体は連続的なベースで加熱素子64を介して再循環され、居住スペース10に再供給されることができる。この構成はオフィスビルの早朝のような（人のいない）ビルディングを循環し加熱するために使用されることができる。

ＶＩ．再循環熱回収モード
再循環熱回収モードにおける図３の実施形態の動作を４つの異なる循環レベルを示す表６を参照にして説明する。

再循環及び熱回収の動作プロフィールにしたがって、排気入力流体39は排気制御弁54と切換え弁46の両者を開状態にすることにより分割される。排気入力流体39の一部は二次路19を通過し、一次路18への熱伝導により冷却される。排気入力流体39の残りは排気路15の第１の部分を通過し、その後再循環バイパス80を介して一次路18へ戻される。プロダクト路分路弁84は部分的に開いているか浮動状態であり、プロダクト入口40からの新鮮な空気と再循環バイパス80からの再循環された空気の混合を可能にする。このようにして、プロダクト入力流体の予備加熱はまた霜防止として行われることもできる。さらに、このモードでは、第２のファン装置16は二次路19から排気路15への流体の流体制御素子として動作することに注意すべきである。さらに又は代わりに、プロダクト路分路弁84は二次路19を横切る圧力差により調整されることができる。

ＶＩＩ．再循環冷却モード
図３の実施形態は表７の動作プロフィールにしたがって、露点冷却と組み合わせた再循環モードで動作されることもできる。

表７の動作プロフィールは、一次路18の一次出口24から二次路19へ接続が行われるように切換え弁46が閉じられている点で表６動作プロフィールと異なっている。さらに、加熱素子64はアクチブではなく、分配弁35はアクチブである。これに関して、プロフィールは図２及び表１の冷却モードのプロフィールに対応している。しかしながらその構成とは対照的に、排気入力流体39は再循環バイパス80を介して一次路18へ再循環される。居住スペース10内の温度はプロダクト入力流体21の外部温度よりも低いと仮定される。高湿度の場合、排気入力流体39の湿度もまたプロダクト入力流体21の湿度よりも低い。このような状態では、冷却する廃棄物容量は排気入力流体39が直接排出されることを可能にする。代わりにそれを再循環することによって、温度を外部温度に近づけて十分飽和されて、二次流体22だけが排出されることが確実にされる。表６の動作プロフィールのように、二次ファン装置16は二次路19から排気路15への流体の流体制御素子として動作する。さらにまたは代わりに、プロダクト路分路弁84は二次路19を横切る圧力差Ｐ１−Ｐ２により調整されてもよい。

ＶＩＩＩ．冷却および完全な再循環
再循環の利点は図４の実施形態にしたがってさらに使用されることができる。図４によれば、複数のさらに別のコンポーネントが前述したように、冷却及び換気装置２へ付加される。図４は水分配システムが明瞭にする理由のために示されていない点を除いて図３にほぼ対応している。図４の実施形態は熱交換素子２に並列に配置されている第２の熱交換素子２’を示している。これは別の素子として示されているが、一次および二次路18、19と並列の別の一次及び二次路18’、19’の第２のセットの形態であってもよい。二次路19、19’の両者からの出口25、25’は流体制御弁48を介して排気出口14へ接続するため共に接合されている。しかしながら熱交換素子２からの一次出口24だけが二次路19、19’の両者の二次入口44、44’へ接合されている。このようにして第１の熱交換素子２は熱交換素子２、２’の両者の総冷却容量を与え、一方、第２の熱交換素子２の総出力は居住スペース10の冷却に利用できる。図３のように、排気路15に接続された再循環バイパス80が設けられる。しかしながらこの場合、再循環バイパス80はファン装置27’を介して第２の熱交換素子２’の一次入口23’に接続されている。一次出口24’は居住スペース10へ冷却された空気を供給するためにプロダクト出口42へ接続される。居住スペース10、排気路15、二次熱交換素子２’の一次路18’はしたがって効率的な閉じた（室内）システムを形成している。

居住スペース10へ転送するためのシステムへ新鮮な空気を入れることを可能にするために、新鮮な空気の空気弁86は一次出口24とプロダクト出口42との間に位置される。さらに一次入口23’から一次入口23への転送によるシステム外への等しい流体量を可能にするために平衡弁88が一次入口23、23’間に配置される。このような構成はシステムに入る新鮮な空気の量が冷却のための循環流体と独立して慎重に調整されなければならない高い湿度の領域では最も望ましい。

ＩＸ．冷却及び湿度制御
完全な湿度制御のために、乾燥器90が付加的に設けられることができる。図４では、乾燥器90（破線で示されている）にはプロダクト入口40に接続されている乾燥器ファン92が設けられることができる。乾燥器90からの出力はプロダクト出口42に接続されている。この場合、新鮮な空気弁86は閉じられることができる。新鮮な空気は居住スペース10へ転送されるために乾燥器90を介してシステムに入る。乾燥された空気は冷却されないが、第２の熱交換素子２’からの冷却された一次流体21’と混合される。乾燥器90を介して入力される空気量は平衡弁88を通る制御された流体によりその後平衡される。乾燥器90が接続される方法は自由に変更可能であるが、最大の効率のために最終的に居住スペース10へ供給される空気だけが乾燥される必要があることに注意すべきである。さらに別のセンサと制御及び調整弁が図４の実施形態の正確な制御を確実にするために設けられることができることに注意する。乾燥器90は通常の乾燥剤ホイールであってもよい。さらに好ましいのは、別の熱交換素子または素子２に類似の通路により与えられることができ、一次流体は二次路を通って帰還される前に小さいコンプレッサを通過される。

以上、本発明を前述のいくつかの実施形態を参照にして説明した。これらの実施形態は当業者によく知られている種々の変形及び代替形態が可能であることが認識されよう。前述したものに加えて多くの変形が本発明の技術的範囲を逸脱せずにここで説明した構造及び技術に対して行われることができる。したがって、特別な実施形態を説明したが、これらは単なる例示であり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

露点冷却装置として動作する通常の蒸発性熱交換器の概略図。本発明の第１の実施形態による冷却および換気装置の概略図。本発明の第２の実施形態による冷却および換気装置の概略図。本発明の第３の実施形態による冷却および換気装置の概略図。

Claims

プロダクト入口（40）と、
プロダクト出口(42)と、
排気入口(17)と、
排気出口(14)と、
前記排気入口を前記排気出口に接続する排気路（15）と、
前記プロダクト入口と前記プロダクト出口との間に接続される一次路（18）と、前記一次路からの出口（24）と前記排気路との間に接続される二次路（19）とを有し、それによって前記二次路を通る流体を前記排気出口に放出することができる、蒸発性熱交換器（２）と、
蒸発のための水を前記二次路の表面へ分配するための水分配システム（50）と、
前記二次路から前記排気路への流体を制御するのに効率的な流体制御素子（48）と、
前記流体制御素子を選択的に制御し、それによって前記二次路から前記排気路への流体を制御する制御装置（78）と、
前記二次路を通る流体を示す流体信号を提供するために前記二次路を横切る圧力降下に対して応答する圧力センサ（72、74）とを具備し、
前記制御装置は前記流体信号に基づいて前記流体制御素子を制御するように構成されている冷却及び換気装置（１）。
前記流体制御素子は前記排気路と前記二次路との間に配置されている弁である請求項１記載の冷却及び換気装置。
さらに、冷却モードの前記一次路と熱回収モードの前記排気路との間において前記二次路に与えられる流体源を切換えるために、前記排気入口と前記二次路への入口との間に熱回収弁装置（46、54）を具備している請求項１乃至２のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
さらに、前記プロダクト入口と前記蒸発性熱交換器の前記一次路との間に第１のファン装置(27)を具備している請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
さらに、前記排気出口に隣接している前記排気路中に第２のファン装置(16）を具備している請求項１乃至４のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
さらに、ハウジング（26）を具備している請求項１乃至５のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
さらに、前記排気路を前記プロダクト入口へ選択的に接続するための再循環路（80）を具備している請求項１乃至６のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
前記再循環路はプロダクト入口に導かれる請求項７記載の冷却及び換気装置。
さらに、プロダクト空気流を加熱するために前記プロダクト出口に隣接して設けられた加熱素子(64)を具備している請求項１乃至８のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
前記制御装置は、複数の動作プロフィールを含んだメモリを具備し、前記動作プロフィールのうちの１つ以上にしたがって前記冷却及び換気装置を制御するように動作する請求項１乃至９のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
前記冷却及び換気装置の入口または出口で温度、圧力または湿度を感知し、環境についての信号を前記制御装置へ提供するための複数の環境センサを具備している請求項１乃至１０のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。
前記制御装置は前記環境についての信号に基づいて動作プロフィールを選択する請求項１０および１１記載の冷却及び換気装置。
前記動作プロフィールは、冷却モードと、熱回収モードと、換気モードと、加熱モードと、再循環モードと、自動モードとのうちの１以上に対応している請求項１０または１２記載の冷却及び換気装置。
プロダクト入口と、
居住スペースへのプロダクト出口と、
居住スペースへの排気入口と、
排気出口と、
前記排気入口を前記排気出口に接続する排気路と、
一次路および二次路を有する第１の蒸発性熱交換器と、
一次路および二次路を有する第２の蒸発性熱交換器と、
と具備する、冷却及び換気装置であって、
前記第１の蒸発性熱交換器が有する前記一次路は、前記プロダクト入口と前記第１及び第２の蒸発性熱交換器の両者の前記二次路への入口との間に接続されており、
前記第２の蒸発性熱交換器が有する前記一次路は、前記排気入口と前記プロダクト出口との間に接続されており、
前記排気出口は、前記第１および第２の蒸発性熱交換器の両者の前記二次路からの出口に接続されており、それによって前記二次路を通る流体を前記排気出口に放出することができ、
前記冷却及び換気装置は、
前記居住スペースから、前記第２の蒸発性熱交換器の前記一次路を通り、前記居住スペースへ戻る第１の循環を制御し、
前記プロダクト入口から、前記第１の蒸発性熱交換器の前記一次路を通って、次に、前記第１及び第２の蒸発性熱交換器の両者の前記二次路を通って、前記排気出口への第２の循環を制御する、
ために効率的な流体制御素子と、
蒸発のための水を前記二次路の表面へ分配するための水分配システムと、
をさらに具備している、
冷却及び換気装置。
さらに、前記第１の循環から前記第２の循環への空気の供給を行う新鮮な空気の供給装置を具備している請求項１４記載の冷却及び換気装置。
前記新鮮な空気の供給装置と同等の、前記第２の循環から前記第１の循環への排気の供給を行う排気供給装置をさらに具備している請求項１５記載の冷却及び換気装置。
さらに、前記居住スペースへ一定量の乾燥した空気を送るために前記プロダクト入口へ接続されている乾燥器を具備している請求項１４乃至１６のいずれか１項記載の冷却及び換気装置。