JP2005195230A - 空気冷却装置及び空気冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
圧損が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れる空気冷却方法を提供すること。
【解決手段】
複数の波板を積層してなる略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部として垂直ダクト内に略水平に配置される冷却ユニットと、冷却水供給手段と、受水部と、送風手段とを有する空気冷却装置であって、前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の高さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°である空気冷却装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、夏場等の高温の空気を効率良く冷却する空気冷却装置及び空気冷却方法に関するものである。さらに詳しくは、オフィスビル、病院、生産工場の空気の空気冷却装置及び空気冷却方法に関するものである。

現在、オフィスビルや工場等空調に使用されるエネルギーは、日本のエネルギー消費の３０％以上を占め、その削減は緊急の課題になっている。従来、オフィスビルや工場の循環空気や取り入れ空気は、冷媒や冷却水を流したフィンコイル式熱交換器に空気を送って、フィンコイル中を通過させることによって冷却する方法が採られてきた。しかし、フィンコイル式熱交換器では、被冷却空気量に対して大量の冷却水が必要であるため、すなわち液ガス比が大きいため、冷却水の循環ポンプ等の稼動のために多くの電力が必要であり、また圧損が大きく、さらにフィンコイルに水滴が付着すると水滴が熱伝導を大きく妨げて熱効率が大幅に低下する。なお、付着した水滴を除去する方法としてはブロア−等で吹き飛ばす方法も考えられるが、ブロア−等の設置スペースや電力が余分に必要になるため、スペース効率や省電力の観点からは好ましくない。

そこで、気液接触手段として斜行ハニカムを用い、該斜行ハニカムがケースに収納されてなる冷却ユニットを、垂直ダクト内又は上方に屈曲したＬ字ダクトの垂直部内に略水平に配置する空気冷却装置が検討されている。該装置を用いて空気を冷却する方法としては、例えば、空気を冷却ユニットの下法から斜行ハニカムに供給すると共に、水を冷却ユニットの上方から斜行ハニカムに流下して、空気と水とが対向流になるように接触させればよい。なお、斜行ハニカムとは、複数の波板を交互に斜めに交叉させつつ積層して得られるものであり、通常は、製造の容易さ、取り扱い易さ等の観点から、外形が略直方体のものが用いられている。このため、上記空気冷却装置において、冷却ユニット中の斜行ハニカムの端面は、下面開口部側の端面も含めて、通常、外形が略平面状となっている。上記空気冷却装置は、気液接触効率に優れた斜行ハニカムを用いるため、該装置を用いて空気を冷却すると、冷却性能が高く、熱効率がよく、液ガス比が小さく、圧損が比較的小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに、低コストになる。

しかしながら、上記空気冷却装置を使用して空気を冷却する際に、冷却効率の向上のため斜行ハニカムのセルサイズを小さくしたり、冷却温度を低くするために流下する水量を増加させたりすると、斜行ハニカムの下面開口部側の端面にあるセルの一部にセルの全面を塞ぐような半球形状の水膜が発生し易く、これによりセルの通気及び水の流下が阻害され易い。このため、上記空気冷却装置では、斜行ハニカムのセルサイズや水量等の条件により、圧力損失が過剰に上昇し易いという問題があった。

従って、本発明の目的は、圧損が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに低コストな空気冷却装置及び空気冷却方法を提供することにある。

かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、斜行ハニカムが相対する２面に開口部を設けたケースに収納されてなる冷却ユニットを、垂直ダクト内又は上方に屈曲したＬ字ダクトの垂直部内に略水平に配置したものであって、前記斜行ハニカムとして、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層され、下面開口部側の端面が凹凸形状に形成されたものを用い、前記冷却ユニットとして、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さ及び各セルの斜行角度が特定範囲内にある空気冷却装置を用いれば、圧損が小さく、省スペース且つ省エネルギーであることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明（１）は、複数の波板を積層してなり、該積層された波板同士の隙間に形成されるセル状空洞部を有する外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部としてダクト内に該上面開口部及び下面開口部が空気の流れる方向と平行にならないように配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該冷却ユニットの下面開口部の下方に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面か前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記セル状空洞部の長さ方向であるセル方向が前記相対する２面の開口部の形成する面に対して斜めになるように配置されることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（２）は、本発明（１）において前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（３）は、本発明（２）において、前記セル方向のうち、一部の前記セル状空洞部のセル方向が前記相対する２面の開口部の形成する面に対して第１の角度で交わり、残部の前記セル状空洞部のセル方向が該形成する面に対して第２の角度で交わることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（４）は、本発明（３）において前記第１の角度が空気導入方向に対して３０〜８０°の角度を有し、前記第２の角度が空気導入方向に対して１５０〜１００°の角度を有することを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。
また、本発明（５）は、複数の波板を積層してなる外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部として垂直ダクト内に略水平に配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該冷却ユニットの下面開口部の下方に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（６）は、前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（７）は、複数の波板を積層してなる外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部として上方に屈曲したＬ字ダクトの垂直部内に略水平に配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該Ｌ字ダクトのエルボー底部に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（８）は、本発明（７）において、前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（９）は、本発明（１）〜（５）において、前記受水部と前記冷却水供給手段とを、排出水冷却手段及び循環ポンプを介して接続することを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（１０）は、本発明（１）〜（６）において、前記波板が、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される少なくとも１種の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維とからなるものであることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（１１）は、本発明（１）〜（７）において、前記波板は、空隙率が５０〜８０％であることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（１２）は、本発明（１）〜（１１）において、前記斜行ハニカムは、セルの山高が３．０〜９．０mmであることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（１３）は、本発明（１）〜（１２）において、前記斜行ハニカムと同様の斜行ハニカムを前記冷却ユニットの上方に別途設置し、デミスターとして用いることを特徴とする空気冷却装置を提供するものである。

また、本発明（１４）は、本発明（１）〜（４）のいずれか記載の空気冷却装置を用い、空気を前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出することを特徴とする空気冷却方法を提供するものである。
また、本発明（１５）は、本発明（６）記載の空気冷却装置を用い、空気を前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出する空気冷却方法であって、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却方法を提供するものである。
また、本発明（１６）は、本発明（８）記載の空気冷却装置を用い、空気を前記Ｌ字ダクトの水平部から前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該Ｌ字ダクトの垂直部から該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出する空気冷却方法であって、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却方法を提供するものである。

また、本発明（１７）は、本発明（１５）又は（１６）において、前記冷却ユニットに供給する冷却水の供給重量と前記冷却ユニットに供給する空気の供給重量との液ガス比が０．３〜１．５であることを特徴とする空気冷却方法を提供するものである。

本発明に係る空気冷却装置は、斜行ハニカムが上下方向に長さが異なる2種以上の波板が積層され、下面開口部側の端面が長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されたものであるため、該空気冷却装置を用いて空気を冷却する際、斜行ハニカムの下面開口部側の端面にあるセルに、該セルの全面を塞ぐような半球形状の水膜が発生することを回避または大幅に抑制することができる。このため、例えばオフィスビルや工場の取り入れ空気や循環空気に対し、斜行ハニカムという簡易な構成で、圧損が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに、コストを低減できる。

まず、本発明に係る空気冷却装置の第１の実施の形態について図１を参照して説明する。図１は、空気冷却装置の第１の実施の形態の模式図である。図１中、１ａは空気冷却装置、２は冷却ユニット、５は水分散装置（冷却水供給手段）、６は受水パン（受水部）である。また、空気冷却装置１ａは、上記以外に図示しない送風手段を備えるものである。

冷却ユニットは、斜行ハニカムをケースに収納してなる。斜行ハニカムについて、図２及び図８を参照して説明する。図２は、斜行ハニカム３を説明する模式図であり、図８は、斜行ハニカム３の下面開口部１０４側の端面の凹凸形状を説明する模式図である。斜行ハニカム３は、複数の波板２０を積層してなる外形が略直方体状のハニカム状体である。波板２０は、上面開口部１０１−下面開口部１０４方向の長さが比較的長い長尺波板２７と長尺波板２７より短い短尺波板２８との２種類からなり、長尺波板２７と短尺波板２８とが交互に積層された隙間にセル状空洞部が形成される。セル状空洞部は、波板２０で仕切られるため波板２０の積層方向には実質的に通気が不可能であるが、該積層方向の垂直方向には空気の通気が可能なようになっている。なお、本発明において、積層される長短２種類の長さの波板２０のうち、比較的長尺の波板を長尺波板２７といい、比較的単尺の波板を短尺波板２８という。

斜行ハニカム３は、波板２０の山部が連続して形成する通気が可能なセルの奥行き方向（以下、「セル方向」ともいう。）４０が、長尺波板２７のセル（以下、「長尺セル」ともいう。）３７のセル方向（以下、「長尺セル方向」ともいう。）４７が各長尺波板２７に共通して略同一であり、且つ、短尺波板２８の形成するセル（以下、「短尺セル」ともいう。）３８のセル方向（以下、「短尺セル方向」ともいう。）４８が各短尺波板２８に共通して略同一となるものである。すなわち、本発明において、斜行ハニカム３は、長尺セル３７が全て略同一方向４７に向くと共に短尺セル３８が全て略同一方向４８に向いており、且つ、長尺セル方向４７と短尺セル方向４８とが所定の角度をなして交差するハニカム状体である。なお、本発明においては長尺セル３７のセル方向及び短尺セル３８のセル方向は、波板として成立しうる範囲内であれば上記のように略同一方向とならなくてもよく、若干ずれていてもよい。

また、斜行ハニカム３は、波板２０に平行な面に対して垂直な上下前後の４面１０１〜１０４がセル開口部になっており、波板２０に平行な２面１０５及び１０６が末端の波板２３、２３で閉じられてなる外形が略直方体状のものである。本発明において、セル開口部とは、斜行ハニカム３において、長尺セル３７の断面と短尺セル３８の断面とが両方開口する面を意味する。すなわち、長尺セル３７）又は短尺セル３８に平行な面で切断された結果生じるような、長尺セル３７又は短尺セル３８のいずれかの断面のみが存在する面はセル開口部ではなく、このように形成されたものは斜行ハニカム３に該当しない。

斜行ハニカム３の下面開口部１０４側の端面は、図８に示すように、長尺波板２７の端面が連続して形成する凸部６５と短尺波板２８の端面が連続して形成する凹部６６とからなる凹凸形状に形成されている。また、斜行ハニカム３の凸部６５の端面と凹部６６の端面との間の段差の長さ（図８中符号Ｚ）は、通常５〜３０ｍｍである。段差の長さを該範囲内にすることにより、斜行ハニカム３の開口部１０４側の端面のセルにセルの全面を塞ぐような半球形状の水膜が発生することを回避又は大幅に抑制することができる。一方、該長さが５ｍｍ未満であると水膜形成の抑制が不十分になり易いため、また３０ｍｍを超えると水と空気との接触面積が減少して冷却効率が低下するためそれぞれ好ましくない。

斜行ハニカム３のセルの高さ、すなわち、波形の山と谷との間の山高寸法は、通常３〜１０mm、好ましくは５〜７mmである。セルの山高寸法が３mm未満であると製造が困難であり、また、圧力損失が大きくなるため好ましくない。セルの山高寸法が１０mmを越えると冷却効率が低下するため好ましくない。斜行ハニカム３において波板２０が形成するセルのうち、隣接するセルの山部同士の間隔、すなわち、セルピッチは、通常６〜１６mm、好ましくは７〜１０mmである。

また、斜行ハニカム３は、冷却ユニット２として設置した時における通気方向４３、４４間の厚さ（図４中、ｔ）、すなわち冷却ユニット２の通気方向が上下両面である場合の上面開口部４３と下面開口部４４との間の寸法は、通常１００〜６００mm、好ましくは２００〜４００mmである。該厚さが１００mm未満であると冷却効率が低下するため好ましくなく、該厚さが６００mmを越えると冷却効率がこれ以上向上せず、圧力損失が大きくなるため好ましくない。ここで、通気方向４３、４４間の厚さは、上面開口部１０１−下面開口部１０４方向の長尺波板２７の長さに一致する。なお、上面開口部１０１−下面開口部１０４方向の短尺波板２８の長さは上記凹凸形状の段差の長さＺの分だけ短くなる。

なお、本発明において、斜行ハニカム３が単独では上記範囲内の寸法を満たさない小さいものである場合は、該斜行ハニカム３を複数個組み合わせて上記範囲内の寸法になるようにしてもよい。このように、空気冷却手段として斜行ハニカム３を用いると、体積当りの熱交換率が従来用いられていたフィンコイルよりも高いため、斜行ハニカム３の大きさを小さくすることができ、装置の設置スペースを小さくすることができる。さらに、水の循環量が、従来のフィンコイルのものと比較すると格段に少なくて済み、大幅な省エネルギー化をも図ることができる。

上記斜行ハニカム３は複数の波板２０が積層されてなる。波板２０は、表面に凹凸があり、内部が多孔質のものであると、エレメントの表面積を大きく採れ、エレメントに浸透して流下する水と空気との接触面積が高まるため好ましい。このような波板としては、例えば、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される少なくとも１種の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維等の繊維基材とからなるものが挙げられる。この内、チタニアを配合したものは酸性の化学汚染物質の除去効率が向上するため好ましい。また、波板は、通常、充填材又は結合材を６０〜９３重量％、繊維基材を７〜４０重量％含み、好ましくは充填材又は結合材を７０〜８８重量％、繊維基材を１２〜３０重量％含む。波板の配合比率が該範囲内にあると、波板の水浸透性及び強度が高いため好ましい。

波板２０は、公知の方法で作製でき、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維で作製されたペーパーを、アルミナゾル等の結合材とアルミナ水和物等の充填材を混合したスラリーに浸漬した後、乾燥し、コルゲート加工し、その後、乾燥処理と熱処理を行い、水分と有機分を除去すれば得ることができる。アルミナ以外にシリカやチタニアを含有する場合、例えば、シリカ及びチタニアの配合量は、アルミナ１００重量部に対してそれぞれ、通常５〜４０重量部である。また、コルゲート加工は、例えば、径方向に振幅する波形の凹凸が表面に形成された複数の幅広の歯車間に通す公知のコルゲーターを用い、平板を該コルゲーターに通す方法が挙げられる。

波板２０は、厚さが通常２００〜１０００μm 、好ましくは３００〜８００μm である。また、波板の空隙率は、通常５０〜８０％、好ましくは６０〜７５％である。空隙率を該範囲内とすることにより、波板がほどよい浸透性を実現できるため、斜行ハニカム３は空気と水との接触効率を高めることができる。該波板が、上記厚さと空隙率を有すると、液ガス比及び水の浸透速度が適度な範囲となり、水と空気の接触効率を高めると共に、強度が高くなるため好ましい。

波板２０から斜行ハニカム３を成形する方法としては、例えば、まず、波板２０を裁断して長尺波板２７及び短尺波板２８を作製し、次いで、長尺波板２７と短尺波板２８を後述の交差角度になるように配置し、これらを積層した状態でケース４中に組み込んで積層体として固定する方法が挙げられる。なお、積層の際は、上面開口部１０１側の端面が平坦になり、下面開口部１０４側の端面のみに凹凸形状が形成されるようにする。積層体は波板同士が固定されていればよく、特に波板同士が接着されている必要はないが、これらを接着する場合は山部や谷部等で接着すればよい。波板を接着する方法としては、アルミナゾル等の無機接着剤を波板２０の山部に接着して加圧する方法が挙げられる。

なお、第１の実施の形態１ａでは、斜行ハニカムとして、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されているものが用いられているが、本発明において、斜行ハニカムはこの形態に限定されるものでなく、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されているものであればどのようなものでも用いることができる。

このような斜行ハニカムとしては、例えば、上下方向の長さの異なる波板として、長尺波板、中尺波板及び短尺波板の３種の波板を用い、この順番すなわち、長尺波板、中尺波板、短尺波板、長尺波板、中尺波板、短尺波板・・・の順番に積層して形成したものや、長尺波板、中尺波板、短尺波板、中尺波板、長尺波板、中尺波板、短尺波板・・・の順番に積層して形成したもの、又は長尺波板、中尺波板及び短尺波板の積層順序をランダムにして積層したもの等が挙げられる。ここで、中尺波板とは、上下方向の長さが長尺波板と短尺波板の間にある波板をいう。このうち、前二者は、長尺波板、中尺波板、短尺波板のように長さが徐々に変化していく部分が形成されるため、斜行ハニカムの下面の水きりがよく好ましい。特に、長尺波板、中尺波板、短尺波板、中尺波板、長尺波板、中尺波板、短尺波板・・・の順番に積層して形成したものは、長さが徐々に変化していく部分が斜行ハニカムの下面に連続して形成されるため、斜行ハニカムの下面の水きりがよりよく好ましい。また、本発明デ用いられる斜行ハニカムにおいて、上下方向の長さの異なる波板の長さの種類は、４種以上としてもよい。

本発明において、冷却ユニット２は、上記斜行ハニカム３を所定形状のケース４に収納してなる。本発明で用いられるケースは、相対する２面のみに開口部を設けたものである。図３に、本発明で用いられるケース４の一例を示す。図３において、ケース４は、相対する２面の開口部４３、４４以外の４面が枠体４５を形成し、該枠体４５は通気及び通水が不可能になるように形成される。相対する２面の開口部４３、４４の形状としては、収納される斜行ハニカム３のセル開口部が通気可能であればよく、特に限定されないが、例えば、矩形状、円状等が挙げられる。ケース４の材質としては、特に限定されないが、耐久性に優れ、水への溶出成分の少ないものが好ましい。このような材質としては、例えば、ＳＵＳ、アルミニウム等の金属、塩化ビニール樹脂等のプラスチックが挙げられる。

図４に、斜行ハニカム３をケース４に収納してなる冷却ユニット２を示す。冷却ユニット２において、斜行ハニカム３は４面有するセル開口部１０１〜１０４のうちの２面１０１、１０４が、ケースの相対する２面の開口部４３、４４に一致するように収納される。すなわち、冷却ユニット２は、ケースの相対する２面の開口部４３、４４間においてのみ通気及び冷却水の流下が可能な構造になっている。

空気冷却装置１ａは、上記冷却ユニット２が、ケース４の相対する２面の開口部４３、４４を上面開口部４３及び下面開口部４４として垂直ダクト７０内に略水平に配置される。ここで、垂直ダクトとは、少なくとも冷却ユニットが配置される部分及びその近傍が垂直方向に延設されてなるダクトであって、被冷却空気の通気方向が冷却ユニットの通過前後を通じて実質的に垂直方向になる形状のダクトを意味する。また、冷却ユニット２は、冷却ユニット２と垂直ダクト７０内壁との間に隙間等がなく、実質的に空気及び冷却水の全量が冷却ユニット２を通過するようにすることが好ましい。

冷却ユニット２の設置時において、斜行ハニカム３は、交差角度が、通常２０〜１２０°、好ましくは３０〜８０°である。交差角度が上記範囲内にあると、被冷却空気１１及び冷却水１５の進入に対する斜行角度が後述の適切な範囲内になり易く、被冷却空気１１と冷却水１５との接触効率、すなわち、被冷却空気１１の冷却効率が高くなり易いため好ましい。

交差角度について、図５を参照して説明する。図５は、冷却ユニット２の断面を拡大した模式図である。図５中、長尺セル方向４７と短尺セル方向４８とは交差して２つの角度をなすが、このうち、冷却ユニット２の設置時に開口部４３、４４間方向、すなわち通気方向側に開いた方の角の角度（図５中、α）を交差角度という。

空気冷却装置１ａは、冷却ユニット２の設置時における、冷却ユニット２中の各セルの斜行角度が、通常３０〜８０°、好ましくは４５〜７０°である。斜行角度が該範囲内にあると、空気と水との接触効率が高く、且つ圧損が小さいため好ましい。ここで、斜行角度とは、冷却ユニット２の設置時において、斜行ハニカム３中の各セルのセル方向が水平面に対してなす２つの角度のうち小さい値をとる方の角の角度をいう。このため、斜行角度は、９０°を越えることがない。

斜行角度について、図５を参照して説明する。図５中、長尺セル方向４７は、水平面との間に斜行角度θ_１をなす（以下、長尺波板２７の斜行角度を「長尺セル斜行角度」ともいう。）。また、短尺セル方向４８は、水平面との間に斜行角度θ_２をなす（以下、長尺波板２７の斜行角度を「短尺セル斜行角度」ともいう。）。本発明において、斜行角度とは、長尺セル斜行角度θ_１及び短尺セル斜行角度θ_２の両方を含む概念であり、本発明では、θ_１及びθ_２が共に上記角度の範囲内にある。なお、図５より、α＋θ_１＋θ_２＝１８０°の関係がある。

空気冷却装置１ａでは、冷却ユニット２の上面開口部４３に冷却水１５を供給する冷却水供給手段５が該上面開口部４３の上方に設けられる。冷却水供給手段５の形態としては特に限定されないが、例えば、図１に示す単に水滴を滴下する通常の給水ダクトや、図示しないが給水管にスプレーノズルを取り付けて冷却水１５を斜行ハニカム３の上面開口部４３に分散して供給しうるようにしたもの等が挙げられる。このうち、広範囲に渡って均一な量で冷却水を噴霧できる給水管にスプレーノズルを取り付けたものが好ましい。また、冷却水供給手段５は、冷却ユニット２の斜行ハニカム３に必要最低量の冷却水量が供給されるように、水量調整が可能なものであることが好ましい。

空気冷却装置１ａでは、冷却ユニット２の下面開口部４４の下方に該冷却ユニット２から排出される排出水１６を回収する受水部６が設けられる。受水部６の形態としては特に限定されないが、例えば、受水パン等が挙げられる。また、受水部６には、排出水１６を受水部６外に排出する排出管６１を設けてもよいが、排出管６１の設置は必須ではない。受水部６は冷却ユニット２の下面開口部４４と略同様の面積を必要とするため、下方にある平坦部、例えば、Ｌ字ダクト７１のエルボー底部７５等に設けることが、圧力損失の上昇の抑制、省スペース性等に優れるため好ましい。

空気冷却装置１ａは、冷却ユニット２の下面開口部４４に空気を供給する送風手段を有する。送風手段は図示しないが、設置場所は、冷却ユニット２の下面開口部４４側でも上面開口部４３側でもいずれでもよい。送風手段としては、例えば、ファンを備えた送風機等が挙げられる。

また、空気冷却装置１ａは、受水部６と冷却水供給手段５とを、図示しない排出水冷却手段及び循環ポンプを介して接続すると、冷却ユニット２中の斜行ハニカム３を流下して被冷却空気１１で温められた排出水１６を冷却水１５として再利用することができる点で好ましい。排出水冷却手段としては、例えば、熱交換器が挙げられる。

また、空気冷却装置１ａは、前記斜行ハニカム３と同様の斜行ハニカムを用意し、該斜行ハニカムを冷却ユニット２の上面開口部４３の上方且つ冷却水供給手段５の上方に別途設置し、該斜行ハニカムを図示しないデミスターとして用いると、冷却ユニット２の上面開口部４３から水滴が飛散して冷却空気に混じることを抑制することができるため好ましい。また、デミスターは、斜行ハニカムをケース４に収納して冷却ユニット２と同様の形態をしていると、水滴を効率よく除去することができるため好ましい。

次に、空気冷却装置１ａの作用について図１を参照して説明する。まず、冷却ユニット２の上面開口部４３に、冷却水供給手段５から冷却水１５を流下する。この際、冷却水１５の供給水量を適宜調整して、冷却ユニット２中の斜行ハニカム３全体を濡れた状態とする。次に、図示しない送風手段等により被冷却空気１１を冷却ユニット２の下面開口部４４から図１中の矢印の方向に導入する。冷却ユニット２中の斜行ハニカム３内のセルでは、上から下に流下される冷却水１５と下から上に導入される被冷却空気１１とが対向流の接触形態で直接気液接触して被冷却空気１１が冷却されると共に、被冷却空気１１中に化学汚染物質等が存在する場合は該化学汚染物質等が冷却水１５に取り込まれる。熱交換して温まり且つ場合により化学汚染物質を取り込んだ冷却水１５は、冷却ユニット２中の斜行ハニカム３を流下し切ったところで排出水１６となり、下面開口部４４から受水部６に落下する。この際、斜行ハニカム３は下面開口部４４側の端面が凹凸形状に形成されているから、排出水１６は、下面開口部４４側の端面に水膜を発生することなくスムーズに受水部６に流下し、一方、下面開口部４４側から供給される空気もスムーズに斜行ハニカム３内に導入されるため圧損が小さい。また、受水部６中の排出水１６は、排水管６１を通って図示しない循環ポンプで熱交換器に供給されて所定温度まで冷却され、再び給水管５１を通って冷却水供給手段５に供給されるようにすると、冷却水１５として再利用することができるため好ましい。一方、冷却ユニット２の上面開口部４３からは冷却された冷却空気１２が得られる。

第１の実施の形態に係る空気冷却装置１ａは、被冷却空気１１と冷却水１５とが直接接触する斜行ハニカム３を含む冷却ユニット２を水平に配置し、冷却ユニット２は、斜行ハニカム３の厚さ及び斜行角度を所定範囲内のものとし、しかも斜行ハニカム３の下面開口部４４側の端面を凹凸形状に形成したため、圧損が小さく、冷却性能が高く、熱効率がよく、液ガス比が小さく、省スペース及び省エネルギーを図れ、さらに、低コストである。

次に、本発明に係る空気冷却方法の第１の実施の形態について説明する。該方法は、空気冷却装置１ａを用い、被冷却空気１１を冷却ユニット２の下面開口部４４に導入して上面開口部４３から排出すると共に、冷却水１５を冷却ユニット２の上面開口部４３に供給して下面開口部４４から排出する空気冷却方法である。作用等は空気冷却装置１ａについて述べたところと同様である。

また、液ガス比、すなわち、冷却ユニット２に供給する被冷却空気１１の供給重量に対する冷却ユニット２に供給する冷却水１５の供給重量の比が、通常０．３〜１．５であると熱交換効率及び熱交換速度の性能のバランスが良好であるため好ましい。

本発明において、被冷却空気１１としては、特に限定されないが、清浄な空気に加え、高性能（ＵＬＰＡ）フィルターの編み目を通過するような微細な化学汚染物質を含んだ空気も用いることができる。ここで化学汚染物質としては、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウム、ホウ素等の無機質の金属元素、フッ素イオン、塩化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、硫酸イオン、亜硫酸イオン等のアニオン類や、アンモニウムイオン等のカチオン類等が挙げられる。

本発明で用いる空気冷却装置は被冷却空気と冷却水とが直接に接触するため、これらの化学汚染物質を冷却水に取り込んで清浄な冷却空気を得ることができる。なお、被冷却空気中の化学汚染物質量が多い場合等には、必要により、受水部６と冷却水供給手段５との間に、排出水中の化学汚染物質を除去可能な手段として、例えば、イオン交換樹脂等を組込んだ純水化装置を介するようにすると、冷却水を清浄に保つことができるため好ましい。

次に、本発明に係る空気冷却装置の第２の実施の形態１ｂについて図６を参照して説明する。図６は、空気冷却装置の第２の実施の形態１ｂの模式図である。第２の実施の形態に係る空気冷却装置１ｂにおいて、図６中、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ主に説明する。

図６の空気冷却装置１ｂにおいて、図１の空気冷却装置１ａと異なる点は、空気冷却装置１ａでは、冷却ユニット２が垂直ダクト７０内に略水平に配置され、受水部６が冷却ユニット２の下面開口部４４の下方に設けられるのに対し、空気冷却装置１ｂでは、冷却ユニット２が上方に屈曲したＬ字ダクト７１の垂直部７２内に略水平に配置され、受水部６が該Ｌ字ダクト７１のエルボー底部７５に設けられる点にある。

空気冷却装置１ｂは、第１の実施の形態に係る空気冷却装置１ａと略同様の作用を有するが、冷却ユニット２をＬ字ダクト７１の垂直部７２内に水平に配置し、また、冷却ユニット２から排出される排出水１６をＬ字ダクト７１が必然的に有するエルボー底部７５を利用して受水部６を設置するため、空気冷却装置１ａよりも省スペース性に優れる。また、出隅部７６を図中左側方向に後退させてＬ字ダクト７１の垂直部７２内を拡径し、広がったスペースに開口部４３、４４の面積が大きくなった冷却ユニット２を配置すると、冷却能力がより優れるため好ましい。

次に、本発明に係る空気冷却方法の第２の実施の形態について説明する。該方法は、空気冷却装置１ｂを用い、被冷却空気１１を冷却ユニット２の下面開口部４４に導入して上面開口部４３から排出すると共に、冷却水１５を冷却ユニット２の上面開口部４３に供給して下面開口部４４から排出する空気冷却方法である。該方法の第１の実施の形態に係る方法との相違点は、空気冷却方法の第１の実施の形態では、冷却ユニット２が垂直ダクト７０内に略水平に配置されるのに対し、空気冷却方法の第２の実施の形態では、冷却ユニット２がＬ字ダクト７１の垂直部７２内に略水平に配置される点にある。空気冷却方法の第２の実施の形態は、空気冷却方法の第１の実施の形態と略同様の作用を有するが、冷却ユニット２がＬ字ダクト７１の垂直部７２内に略水平に配置されるため、省スペース性に優れる。

なお、空気冷却方法の第２の実施の形態において、冷却ユニット２に供給する冷却水１５の温度、冷却ユニット２に供給する被冷却空気１１の温度、液ガス比、被冷却空気１１の種類等は、空気冷却方法の第１の実施の形態と同様である。

また、本発明に係る空気冷却装置は、上記空気冷却装置１ａ又は１ｂのようにダクト形状に限定されない形態で、且つ、冷却ユニットを、上記空気冷却装置１ａ又は１ｂのように、斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であるように配置することに代えて、セル方向がケースにおける前記相対する２面の開口部の形成する面に対して斜めになるように配置してもよい。なお、この形態においても、斜行ハニカムの上下両面間の厚さは、通常１００〜６００mm、好ましくは２００〜４００mmである。本形態においては、前記セル方向のうち、一部の前記セル状空洞部のセル方向が前記相対する２面の開口部の形成する面に対して第１の角度で交わり、残部の前記セル状空洞部のセル方向が該形成する面に対して第２の角度で交わるようにすればよい。第１の角度は、空気導入方向に対して通常３０〜８０°、好ましくは４５〜７０°の角度を有し、第２の角度は、通常空気導入方向に対して１５０〜１００°、好ましくは１３５〜１１０°の角度を有するようにすればよい。

本発明に係る空気冷却装置及び方法は、オフィスビル、病院、生産工場の空気の空気冷却装置及び方法として使用できる。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

Ｅガラス繊維と有機バインダで形成したガラス不織布を、充填材であるアルミナ水和物と結合材であるアルミナゾルとを含むスラリに浸漬した後に乾燥し、波付け加工して波形状物を得た。該波形状物を、長短２種類の長さで裁断して長尺波板及び短尺波板を作製し、長尺波板と短尺波板とを波の伝播方向が交差するように交互に重ね合わせた後に５００℃で熱処理して、アルミナとアルミナゾル硬化物との合計量８０重量％及びＥガラス繊維２０重量％からなり、空隙率が６５％であり、表１に示す性状で外形略直方体状の斜行ハニカムを作製した。該斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板との長さの違いにより生じる凹凸形状が下面開口部のみに生じるようにした。次にこの斜行ハニカムを保持可能な大きさで、且つ上面及び下面のみが通気可能なケースに組み込んで、冷却ユニットとした。断面矩形の垂直ダクト内に冷却ユニットを上面開口部が上方向を向き、且つ、垂直ダクト内壁と冷却ユニットとの間に隙間が実質的に生じないように取り付けた。冷却ユニット配置時の斜行ハニカムの斜行角度は６０°になるようにした。冷却ユニットの上部に、冷却水を冷却ユニットの上面開口部に供給するノズルを取り付けたスプレーを付設し、冷却ユニットの下部にハニカムを通過した冷却水を受ける排水パンを付設した。垂直ダクト内であって冷却ユニットの上方に、冷却ユニットに用いたものと同様の斜行ハニカムを冷却ユニット中の斜行ハニカムと同様の向きになるように取り付け、デミスターとした。排水パンで受けた温度の上昇した冷却水（排出水）は送水ポンプを経て、水冷却用熱交換器に送られ、冷却され、上記スプレーに循環供給されるようにした。冷却ユニット等の条件を表１に示す。なお、図７に、本実施例で用いられる寸法の符号の意味を示す。

上記装置に、夏場と同等の空気条件である３２℃、７０ｒｈ％の空気を流量１０８００m^３/時間で通風するとともに、給水部から８℃の冷水を水量１０８L/分（液ガス比Ｌ／Ｇ＝０．５kg/kg）供給し、空気冷却装置の圧損を測定した。なお、圧損は、冷却ユニット、スプレー及び排水パンからなる部分についての値であり、デミスター分を含まないものである。結果を表１に示す。

冷却ユニット等の条件を表１のように変えた以外は、実施例１と同様にして空気冷却装置の圧損を測定した。測定結果を表１に示す。

冷却ユニット等の条件を表１のように変えた以外は、実施例１と同様にして空気冷却装置の圧損を測定した。測定結果を表１に示す。
比較例１
冷却ユニット等の条件を表１のように変えた以外は、実施例１と同様にして空気冷却装置の圧損を測定した。測定結果を表１に示す。なお、図７に、比較例１で用いられる寸法の符号の意味を示す。

本発明に係る空気冷却装置の第１の実施の形態を示す模式図である。 斜行ハニカムを説明する模式図である。 ケースを示す模式図である。 冷却ユニットを示す模式図である。 斜行角度を説明する図である。 本発明に係る空気冷却装置の第２の実施の形態を示す模式図である。 実施例１〜３及び比較例１で用いられる寸法の符号の意味を示す図である。 斜行ハニカムの下面開口部側の端面の凹凸形状を説明する模式図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 空気冷却装置
２ 冷却ユニット
３ 斜交ハニカム
４ ケース
５ 水分散装置（冷却水供給手段）
６ 受水パン（受水部）
１１ 被冷却空気
１２ 冷却空気
１５ 冷却水
１６ 排出水
２０ 波板
２７ 長尺波板
２８ 短尺波板
３７ 長尺セル
３８ 短尺セル
４０ セル方向
４３ ケースの上面開口部
４４ ケースの下面開口部
４５ ケースの枠体
４７ 長尺セル方向
４８ 短尺セル方向
５１ 給水管
６１ 排水管
６５ 凸部
６６ 凹部
７０ 垂直ダクト
７１ Ｌ字ダクト
７２ Ｌ字ダクト垂直部
７３ Ｌ字ダクト水平部
７４ Ｌ字ダクトエルボー部
７５ Ｌ字ダクトエルボー底部
７６ Ｌ字ダクト出隅部
１０１、１０２、１０３、１０４ 斜行ハニカムのセル開口部
Ａ 斜行ハニカムの幅
Ｂ 斜行ハニカムの奥行き
Ｃ 斜行ハニカムの厚さ
Ｐ ダクトの幅
Ｑ ダクト水平部の高さ
Ｒ ダクト垂直部の奥行き

Claims (17)

1. 複数の波板を積層してなり、該積層された波板同士の隙間に形成されるセル状空洞部を有する外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部としてダクト内に該上面開口部及び下面開口部が空気の流れる方向と平行にならないように配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該冷却ユニットの下面開口部の下方に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、
   前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記セル状空洞部の長さ方向であるセル方向が前記相対する２面の開口部の形成する面に対して斜めになるように配置されることを特徴とする空気冷却装置。
2. 前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の空気冷却装置。
3. 前記セル方向のうち、一部の前記セル状空洞部のセル方向が前記相対する２面の開口部の形成する面に対して第１の角度で交わり、残部の前記セル状空洞部のセル方向が該形成する面に対して第２の角度で交わることを特徴とする請求項２記載の空気冷却装置。
4. 前記第１の角度が空気導入方向に対して３０〜８０°の角度を有し、前記第２の角度が空気導入方向に対して１５０〜１００°の角度を有することを特徴とする請求項３記載の空気冷却装置。
5. 複数の波板を積層してなる外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部として垂直ダクト内に略水平に配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該冷却ユニットの下面開口部の下方に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、
   前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却装置。
6. 前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の空気冷却装置。
7. 複数の波板を積層してなる外観が略直方体の斜行ハニカムを、相対する２面のみに開口部を設けたケースに収納したものであり、該相対する２面の開口部を上面開口部及び下面開口部として上方に屈曲したＬ字ダクトの垂直部内に略水平に配置される冷却ユニットと、該冷却ユニットの上面開口部の上方に付設され該上面開口部に冷却水を供給する冷却水供給手段と、該Ｌ字ダクトのエルボー底部に付設され該冷却ユニットの下面開口部から排出される排出水を回収する受水部と、該冷却ユニットの下面開口部に空気を供給する送風手段とを有する空気冷却装置であって、
   前記斜行ハニカムは、上下方向の長さの異なる２種以上の波板が積層されたものであって、下面開口部側の端面が前記長さの異なる波板の複数の端面からなる凹凸形状に形成されており、前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却装置。
8. 前記斜行ハニカムは、長尺波板と短尺波板とが交互に積層され、下面開口部側の端面が前記長尺波板の端面が連続して形成する凸部と前記短尺波板の端面が連続して形成する凹部とからなる凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項７記載の空気冷却装置。
9. 前記受水部と前記冷却水供給手段とを、排出水冷却手段及び循環ポンプを介して接続することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の空気冷却装置。
10. 前記波板が、アルミナ、シリカ及びチタニアからなる群より選択される少なくとも１種の充填材又は結合材と、ガラス繊維、セラミック繊維又はアルミナ繊維とからなるものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の空気冷却装置。
11. 前記波板は、空隙率が５０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の空気冷却装置。
12. 前記斜行ハニカムは、セルの山高が３．０〜９．０mmであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の空気冷却装置。
13. 前記斜行ハニカムと同様の斜行ハニカムを前記冷却ユニットの上方に別途設置し、デミスターとして用いることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項記載の空気冷却装置。
14. 請求項１〜４のいずれか１項記載の空気冷却装置を用い、空気を前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出することを特徴とする空気冷却方法。
15. 請求項６記載の空気冷却装置を用い、空気を前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出する空気冷却方法であって、
    前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却方法。
16. 請求項８記載の空気冷却装置を用い、空気を前記Ｌ字ダクトの水平部から前記冷却ユニットの下面開口部に導入して上面開口部から排出すると共に、冷却水を該Ｌ字ダクトの垂直部から該冷却ユニットの上面開口部に供給して下面開口部から排出する空気冷却方法であって、
    前記冷却ユニットは、前記斜行ハニカムの上下両面間の厚さが１００〜６００mm、各セルの斜行角度が３０〜８０°であることを特徴とする空気冷却方法。
17. 前記冷却ユニットに供給する冷却水の供給重量と前記冷却ユニットに供給する空気の供給重量との液ガス比が０．３〜１．５であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の空気冷却方法。
    

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