JP2008101890A

JP2008101890A - 新規間接型気化冷却器

Info

Publication number: JP2008101890A
Application number: JP2006310766A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Konno; 賢一今野
Original assignee: EARTH CLEAN TOHOKU KK; Earthclean Tohoku Co Ltd
Current assignee: EARTH CLEAN TOHOKU KK; Earthclean Tohoku Co Ltd
Priority date: 2006-10-19
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】加湿することなく空気温度だけを確実に冷却可能な間接式気化冷却器を提供することを課題とする。
【解決手段】従来は直接空気を冷却する方式であったので、湿度も増加することになった。これを間接的に冷却する方式とすることで問題を解決できた。ウエット・チャンネルでは乾燥した空気により水の気化現象を起こし、冷却を起こす。ドライ・チャンネルの空気はこの冷熱を受け、温度を低下することができる。ウエット・チャンネルを通過した空気は従来同様加湿冷却された空気なので器外へ排出する。一方、ドライ・チャンネルを通過した空気は冷却された空気となっているのでこれを利用する。この現象を複数回起こすような工夫を凝らすことで露点温度まで加湿することなく空気を冷却することが可能となった。
【選択図】図２

Description

本発明は新しい発想に基づく間接気化冷却器に関するものである。

水の気化現象を利用して空気を冷却する方法は一般に知られている。空気が水と接触することにより、水の一部が蒸発する現象を生じ、原理的にはその空気の湿球温度まで冷却される。空気の温度は冷却で低下するが、同時に空気の相対湿度は１００％近くまで上昇する。それ故、この空気をそのまま空調に用いる訳にはいかない。
本発明者は、冷媒体を冷却できる凝縮装置に関する発明を出願しているが（特許文献１）、その原理を応用したのが今回の発明である。
特開２００４−３４０５５１号公報

本発明は、以上のような現状に鑑み、加湿することなく空気温度だけを確実に冷却可能な間接式気化冷却器を提供することを課題とする。

従来は直接空気を冷却する方式であったので、湿度も増加することになった。これを間接的に冷却する方式とすることで問題を解決できた。ウエット・チャンネルでは乾燥した空気により水の気化現象を起こし、冷却を起こす。ドライ・チャンネルの空気はこの冷熱を受け、温度を低下することができる。ウエット・チャンネルを通過した空気は従来同様加湿冷却された空気なので器外へ排出する。一方、ドライ・チャンネルを通過した空気は冷却された空気となっているのでこれを利用する。この現象を複数回起こすような工夫を凝らすことで露点温度まで加湿することなく空気を冷却することが可能となった。
具体的には、図１に示すようなセルロース系紙にプラスチックのフィルムを貼り合わせた平板に、コルゲーション形状にしたプラスチック製の波板を貼り合わせ、コルゲーション形状の山の反対部分の平板に小さな穴を設けて空気が通るようにし、該穴が空気の導入部から排出部まで並ぶ様に、端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものと、該穴が波形のピッチに合わせた形で並ぶ様に、端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものとを用意し、これを交互に直角方向になるように重ね合わせることにより、多層構造とし、直交型に交わる一方をドライ・チャンネル、もう一方をウエット・チャンネルとし、該穴空き部の空気排出側全体を封止し、外部に空気が排出されない構造とする。ウエット・チャンネルのセルロース系紙の部分にはこの紙が常に水に濡れる程度の給水を行い、ドライ・チャンネルに入った空気の一部は小さな穴を通してウエット・チャンネルに入り水を気化させることによる冷却現象を利用してドライ・チャンネルの空気を冷却する。ウエット・チャンネルの空気は器外へ排出し、ドライ・チャンネルを通過した空気を空調へ利用する。

加湿せずに空気のみを冷却できるので、除湿ロータと組み合わせた空調機を開発できれば冷媒ガスを全く使わない画期的な空調機となることが期待される。

既に説明したように、加湿冷却を発生させるゾーン（ウエット・チャンネル）と被冷却空気が通過するゾーン（ドライ・チャンネル）を分けて作り、顕熱のみを熱交換させる仕組みを作れば良い。
そのためには、図１に示した２種類のモジュールを作り、一つはこの内部で水と空気を接触させて気化冷却現象を起こすウエット・チャンネルとし、もう一つは空調に使用する空気を流すドライ・チャンネルとする。ドライ・チャンネルとするモジュールでは、空気の流れる方向に該小さな穴が空気の排出側まで一定間隔で端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものとし、ウエット・チャンネルとするモジュールでは、空気の流路とは直交する波形のピッチに合わせた位置に該小さな穴を端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものとする。その中でも、両チャンネル共、２または３列設けたものがより好ましい。この２つのモジュールを直交型に交互に重ね合わせて図２に示すような多重層のものを作製する。ドライ・チャンネルの空気排出側全体を封止し、この部分からは空気が排出されない構造とします。ドライ・チャンネルへ送り込まれた空気の一部はモジュールの隔壁に設けられた小さな穴からウエット・チャンネルへ送り込まれる。ウエット・チャンネル内のモジュールのセルロース系紙は図３に示す方式により、ドレンパン内の水分を毛細管現象で吸い上げ常に水を含んだ状態になっている。ウエット・チャンネルへ入った空気は水と接触し、空気が水分を吸収することにより、セルロース系紙の水は気化現象を起こす。この時の蒸発潜熱により空気は冷却され、ウエット・チャンネルは温度が低くなった状態となる。隣接したドライ・チャンネルを通過する空気はウエット・チャンネルと熱交換作用を起こし、冷却される。このようなことが多数回起こることにより導入空気温度の露点近い温度まで空気を冷却することができる。
一方、図４に示すようにウエット・チャンネルに入った一部の空気は気化現象を起こした後は、ウエット・チャンネルから外部へ排出する。
図５にて、空気の冷却の流れを説明する。気化器に入る空気Ａが温度３０度Ｃ、絶対湿度１０ｇ／Ｋｇである場合で考える。この空気を加湿冷却すればＡの湿球温度である２０度Ｃまで温度が下がるので、Ａの空気は加湿されずに温度２０度Ｃ、絶対湿度１０ｇ／Ｋｇの空気にできる。この空気が再度ウエット・チャンネルとの熱交換により温度のみが１６度Ｃに低下する。これを繰り返すことで理論的には１４度Ｃまで湿度は変わらずに温度のみ冷却することができる。
モジュールの作製に使用するプラスチックフィルムとしては、材質がポリプロピレンのものを使用することができる。そのフィルムの厚みは１００μｍのものを使うことができる。プラスチックフィルムに設ける穴の大きさは直径１〜１０ｍｍ程度であり、３〜５ｍｍ程度が好ましい。プラスチックフィルムの波形形状としてはピッチが５〜２０ｍｍ程度であり、１０ｍｍ程度が最も好ましい。プラスチックフィルムに設ける穴の間隔は波形のピッチに合わせた位置に設置するのが好ましい。図４を参照しながら穴の設置位置を説明すると一方は、空気入り口側の波形のピッチに合わせた位置に端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設け、もう一方は、空気の流路の排出側へ向かって同一ピッチの間隔の位置に複数の穴を１から５列の範囲内で選ばれた数の列設ける。特に、好ましいのが２または３列設けた場合である。ドライ・チャンネルを通過した空気の排出側では、穴を設けた部分では空気が排出されない様に全体を封止する。こうすることでウエット・チャンネルの空気はドライ・チャンネルへ流れることを防止でき、着実に器外へ排出できる構造体とすることができる。

セルロース系紙にポリプロピレン製の１００μｍ厚みのフィルムを貼り合わせ平板状のものを作製した。これにプラスチック製でピッチが約１０ｍｍであるコレゲーション形状の構造体を貼り合わせ図１に示すような厚さが約７ｍｍのモジュールを作製した。図１のＡ型のモジュールとＢ型のモジュールを図３に示すような多層重ね合わせた多重構造体を作製した。幅が２０ｃｍ〜１００ｃｍ、奥行きが２０ｃｍ〜１００ｃｍ、厚みが１０ｃｍ〜５０ｃｍとする。その中で最も好ましいサイズが幅３０ｃｍ、奥行きが５０ｃｍ、厚みが２５ｃｍのものを作製した。このサイズで処理する空気風量は３００ＣＭＨ〜６００ＣＭＨで、その中で最も好ましい風量が４５０ＣＭＨです。ウエット・チャンネルは図３に示すように末端セルロース系紙部分を水に浸す。図４に示すような形で処理する空気をドライ・チャンネルへのみ導入するその空気の一部はウエット・チャンネルへ入り、その後は外部へ排出される。ドライ・チャンネルを通過した空気は反対側から空調の給気として利用する。３０度Ｃ、絶対湿度１０ｇ／Ｋｇの空気を導入したところ１６度Ｃ、絶対湿度１０ｇ／Ｋｇの空気を給気として得ることができた。

本発明気化冷却器個別モジュール図本発明気化冷却器の多層構造体図ウエット・チャンネルの給水図本発明の気化冷却器を用いた給気と排気の説明図本発明の気化冷却器を用いた空気温度低下の説明図

Claims

図１に示すようなセルロース系紙にプラスチックのフィルムを貼り合わせた平板に、コルゲーション形状にしたプラスチック製の波板を貼り合わせ、コルゲーション形状の山の反対部分の平板に小さな穴を設けて空気が通るようにし、該穴が空気の導入部から排出部まで並ぶ様に、端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものと、該穴が波形のピッチに合わせた形で並ぶ様に、端部から１から５列の範囲内で選ばれた数の列設けたものを作製し、これを交互に直角方向になるように重ね合わせることにより、多層構造とし、直交型に交わる一方をドライ・チャンネル、もう一方をウエット・チャンネルとし、ドライ・チャンネルの該穴空き部の空気排出側全体を封止し、外部に空気が排出されない構造とし、ウエット・チャンネルのセルロース系紙の部分にはこの紙が常に水に濡れる程度の給水を行い、ドライ・チャンネルに入った空気の一部は小さな穴を通してウエット・チャンネルに入り水を気化させることによる冷却現象を利用してドライ・チャンネルの空気を冷却し、ウエット・チャンネルの空気は器外へ排出することを特徴とする新規間接型気化冷却器。
セルロース系紙にプラスチックのフィルムを貼り合わせた平板を作製するときに、セルロース系紙サイズを大きくし、末端がセルロース系紙のみになる部分を設け、この部分を冷却器の下部に設けられた水を蓄えたドレンパンに常に浸された形で給水することを特徴とする請求項１記載の新規間接型気化冷却器。