JP2008516188A - Cooling assembly - Google Patents

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Abstract

【課題】 高温かつ低湿度な環境下で、密閉及び断熱がされていない構造体の空調に適した低電力な空調装置を提供する。
【解決手段】 蓄電池のようなDC電源で稼動する、構造体の内部を空調するための装置である。シェルアンドチューブ式熱交換器は、機械冷凍システムが組み合わされ、装置の湿潤したシェル側及び乾燥したチューブ側を備える。空調機の稼動において、多量の分配された水がシェル側に設けられ、雰囲気の流れは乾燥したチューブ側を通過し、乾燥し冷却されたエア流れが生成される。ほとんどの冷却されたエアは、冷却される周囲環境の湿度に主に依存して混合され、或いは分離して送られる。
【選択図】図11
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low power air conditioner suitable for air conditioning a structure which is not sealed and insulated in a high temperature and low humidity environment.
An apparatus for air-conditioning the inside of a structure that is operated by a DC power source such as a storage battery. A shell and tube heat exchanger is combined with a mechanical refrigeration system and comprises a wet shell side and a dry tube side of the device. In the operation of the air conditioner, a large amount of distributed water is provided on the shell side, the atmosphere flow passes through the dry tube side, and a dry and cooled air flow is generated. Most cooled air is mixed or sent separately, depending mainly on the humidity of the ambient environment being cooled.
[Selection] Figure 11

Description

本発明は、低電力の空調機システムに関し、特に、乾燥状態で使用を目的としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた低電力空調機、或いは他の環境での使用を目的として冷却したサンプ水を用いる直接/間接気化冷却機に関する。   The present invention relates to a low-power air conditioner system, and in particular, a low-power air conditioner using a shell-and-tube heat exchanger for use in a dry state, or sampled water cooled for use in other environments. The present invention relates to a direct / indirect evaporative cooler using

ある実施形態では、本発明は、砂漠のような乾燥及び高温環境に設置されている構造体に空調設備を提供する。このような環境制御は、高い質の生活を送るために必要であり、時には生命を維持するために必要である。これは、人間及び家畜の両方について当てはまる。   In certain embodiments, the present invention provides air conditioning for structures that are installed in desert-like dry and hot environments. Such environmental control is necessary to lead a high quality of life, and sometimes necessary to maintain life. This is true for both humans and livestock.

砂漠環境では、日中の温度は、しばしば華氏100度(38℃)以上まで上昇し、同時に湿度はしばしば20%以下となる。気化冷却に基づいた従来の空調システムである所謂「スワンプクーラ(Swamp cooler)」は、湿度が低い環境下であるため効果的である。このようなシステムを稼動させるためには電源が必要であり、そしてそれらの稼動のために使用できる費用は限られている。従来の気化冷却機は、多量の水を消費するが、水を利用することができる地域は限られている。砂漠環境では、十分な量の水をいつも利用できるわけではない。他の型の空調システムは、建造物の密閉が必要であり、費用も高く、維持に手間がかかり、稼動費用が高い。住居や、特に家畜のための建造物は、密閉性や断熱性が維持されておらず、このような建造物の内部が外部環境と熱平衡に達することを妨げるものはない。一般的に、このような建造物における空調システムの稼動費用と、効果の無さとから、このような建造物には空調システムは備えられない。ほとんどの空調システムは電気で稼動しているが、建造物の建設された場所によって電気は常に利用できるわけではなく、また安価に利用できるわけでもない。仮に、密閉されていない建造物で安価に稼動することができる効果的かつ簡潔な内臓型の空調システムを砂漠環境に提供することができれば、人間及び家畜の両者に大変有益である。バッテリまたはソーラーパネル、またはその両方、またはより安価な直流を動力源とした空調システムは、前述した利点に加えて、熱帯や亜熱帯を含む、より広範な湿度の範囲で稼動することができる。   In desert environments, daytime temperatures often rise above 100 degrees Fahrenheit (38 ° C.), while humidity is often below 20%. A so-called “Swamp cooler”, which is a conventional air conditioning system based on evaporative cooling, is effective because it is in an environment with low humidity. In order to operate such systems, a power source is required, and the cost that can be used to operate them is limited. Conventional evaporative coolers consume a large amount of water, but the area where water can be used is limited. In a desert environment, a sufficient amount of water is not always available. Other types of air conditioning systems require the building to be sealed, expensive, expensive to maintain, and expensive to operate. Houses, especially buildings for livestock, are not sealed or insulated and nothing prevents the interior of such buildings from reaching thermal equilibrium with the external environment. In general, an air conditioning system is not provided in such a building because of the operating cost of the air conditioning system in such a building and the lack of effectiveness. Most air conditioning systems are powered by electricity, but depending on where the building is built, electricity is not always available or inexpensive. If an effective and simple built-in air conditioning system that can be operated at low cost in an unsealed building can be provided to the desert environment, it is very beneficial for both humans and livestock. In addition to the advantages described above, air conditioning systems powered by batteries or solar panels, or both, or cheaper direct currents can operate in a wider range of humidity, including tropical and subtropical areas.

更に、このような空調システムは、比較的湿った気流と、比較的乾燥した気流との両方を利用することができ、冷却したい建造物の内部で選択的に気流の経路を決定することができる。そして、それらの気流を予め決定した割合や選択によって組み合わせることにより、例えば、比較的乾燥した気流のみを湿度が高く冷却したい空間に送ることができる。   In addition, such air conditioning systems can utilize both relatively humid and relatively dry airflow, and can selectively route the airflow within the building to be cooled. . Then, by combining these airflows according to a predetermined ratio or selection, for example, only a relatively dry airflow can be sent to a space where the humidity is high and it is desired to cool.

建造物の気化冷却における最も簡潔な形態は、水のフォグやミストを、移動するエア流れに吹き込むことによって達成される(例えば、特許文献1)。このシステムの1つの問題は、建造物内で湿度が高くなりすぎ、藻類やバクテリアが発生することである。これらの問題を最小限にするために特許文献1では、建造物の一端に設けられた噴霧ノズルから広い空間をおいた他端に排気ファンを設けている。水消費量の内で排出されるものの割合は非常に高い。噴霧ノズルに供給された水の95%以上が消費される。特許文献1の気化冷却システムは、約20度の温度効果を生み出すと言われている。   The simplest form of evaporative cooling of a building is achieved by blowing water fog or mist into a moving air stream (for example, Patent Document 1). One problem with this system is that the humidity is too high in the building, generating algae and bacteria. In order to minimize these problems, in Patent Document 1, an exhaust fan is provided at the other end of a wide space from the spray nozzle provided at one end of the building. The proportion of water consumed is very high. More than 95% of the water supplied to the spray nozzle is consumed. The vaporization cooling system of Patent Document 1 is said to produce a temperature effect of about 20 degrees.

従来の気化冷却システムは、加熱手段を含む複雑なシステムに組み合わされてきた(例えば、特許文献2)。従来の気化冷却システムはまた、冷却エアシステムを有する複雑なシステムに組み合わされてきた(例えば、特許文献3)。   The conventional evaporative cooling system has been combined with a complicated system including a heating means (for example, Patent Document 2). Conventional evaporative cooling systems have also been combined with complex systems having a cooling air system (eg, US Pat.

2つの気流経路、すなわち外部エアを入力する入口経路と、淀んだ空気を排出する出口経路を有する空調機が公開されている(例えば、特許文献4)。熱交換器は、淀んだ空気から奪った熱により新鮮なエアを予め冷却し、エアは2つの気流経路にわたる気化冷却機によって更に冷却される。これらの問題に関する事項は、空調システムの改良に必要であると認識されている。
US5,146,762 US4,773,471 US5,911,745 US6,434,963
An air conditioner having two air flow paths, that is, an inlet path for inputting external air and an outlet path for discharging stagnant air has been disclosed (for example, Patent Document 4). The heat exchanger precools fresh air with the heat removed from the stagnant air, which is further cooled by a vaporization cooler across the two airflow paths. Matters concerning these problems are recognized as necessary for improving the air conditioning system.
US 5,146,762 US 4,773,471 US 5,911,745 US 6,434,963

ある実施形態では、本発明に係る空調アセンブリは、シェルアンドチューブ式熱交換器を有し、その内部で外気は冷却のために強制的にシェル側及びチューブ側を通過させられ、構造の内部に同時に放出される。便宜上、両側からの気流は、構造の内部に放出される前に1つの気流に混合されるか、または分離して構造の内部に放出される。この熱交換器は、特に砂漠地帯での夏の暑い時期に見られるような高温かつ低湿度な条件での使用に特に適している。空調アセンブリは、特に温度が華氏約80度(27℃)を越え、相対湿度が約40%以下、更に好ましくは約35%以下の場面に特に効果的である。アセンブリは、空調される構造体が該構造体を貫通する開口を有し、厳密に密閉されていないような条件でも適切に稼動し得る。構造体は、例えば6平方インチ(0.004m)乃至1または2平方フィート(0.09乃至0.18m)の気流を基本的に遮らない。倉庫やテント、臨時構造体等に、効率、信頼性、経済性、簡潔性、及び効果が高い本発明に係る空調システムを備え付けることができる。本発明に係る空調システムは、その機能を発揮するために複雑または効果な装置を必要とせず、輸送も容易であり、例えばテントのような臨時構造体の内部に組み立てることができる。 In one embodiment, an air conditioning assembly according to the present invention includes a shell and tube heat exchanger, in which outside air is forced to pass through the shell side and the tube side for cooling, inside the structure. Released at the same time. For convenience, the airflow from both sides is mixed into one airflow before being released into the structure or separated into the structure. This heat exchanger is particularly suitable for use in high temperature and low humidity conditions, such as those found during the hot summer months in desert areas. The air conditioning assembly is particularly effective in situations where the temperature is above about 80 degrees Fahrenheit (27 ° C.) and the relative humidity is about 40% or less, more preferably about 35% or less. The assembly may operate properly even in conditions where the air-conditioned structure has an opening through the structure and is not tightly sealed. The structure basically does not block airflow, for example, from 6 square inches (0.004 m 2 ) to 1 or 2 square feet (0.09 to 0.18 m 2 ). The air conditioning system according to the present invention having high efficiency, reliability, economy, simplicity, and effect can be provided in a warehouse, a tent, a temporary structure, or the like. The air conditioning system according to the present invention does not require a complicated or effective device to perform its function, is easy to transport, and can be assembled inside a temporary structure such as a tent.

熱交換器のシェル側は、好ましくは水のような液体が注がれ、または滴が垂らされて湿潤しており、気流は乱流となってシェル側を通過する。チューブ側を通過する気流は、チューブの壁と接触することによって冷却され、出口へと放出される。好ましくは、シェル及びチューブ側からの気流は、混合され、構造を冷却すべく内部へと放出される。もし必要であれば、該気流は、構造体の内部に放出された後に混合される。好ましくは、気流の吸気及び放出は、全て構造体の内部で行われる。   The shell side of the heat exchanger is preferably wetted with a liquid such as water or drops dripped down, and the airflow passes through the shell side as turbulent flow. The airflow passing through the tube side is cooled by coming into contact with the wall of the tube and discharged to the outlet. Preferably, the airflow from the shell and tube side is mixed and discharged into the interior to cool the structure. If necessary, the air stream is mixed after being released into the structure. Preferably, the intake and release of the airflow are all performed inside the structure.

他の実施形態では、本発明は冷却された冷サンプ水を使用する直接/間接気化冷却機を構成する。冷却機は、好ましくは、積層した配置に設計される。冷凍圧縮機及び蓄電池は、構造の最上部領域を占め、一番上の棚に基礎を置く。一番上の棚は、排気プレナムの上部壁を形成する。排気プレナムの下に配置された強制気化冷却チャンバは、構造の中段領域を占め、実施形態におけるユニットの全高の約65%を構成する。冷水サンプ及び吸気プレナムは、冷却チャンバの低層を占める。冷却チャンバの低層は、また吸気ファンを収容する吸気プレナムの上部壁を含む。吸気ファンは、吸気プレナムと排気プレナムとを連結し、かつ冷却チャンバを通過する複数本の立ち上がりチューブを通してエアを上方へと引き込む。   In other embodiments, the present invention constitutes a direct / indirect evaporative cooler that uses cooled cold sump water. The cooler is preferably designed in a stacked arrangement. The refrigeration compressor and storage battery occupy the top area of the structure and are based on the top shelf. The top shelf forms the upper wall of the exhaust plenum. The forced evaporative cooling chamber located below the exhaust plenum occupies the middle region of the structure and constitutes about 65% of the total unit height in the embodiment. The cold water sump and the intake plenum occupy the lower layers of the cooling chamber. The lower layer of the cooling chamber also includes the upper wall of the intake plenum that houses the intake fan. The intake fan connects the intake plenum and the exhaust plenum, and draws air upward through a plurality of rising tubes that pass through the cooling chamber.

冷水サンプ内の水は、構造の上部領域に配置された冷凍圧縮機によって冷却される。冷水サンプからの冷水は、分配ヘッダを通過して気化冷却機チャンバに導入される。冷水は、冷却チャンバ内の立ち上がりチューブの周辺にある、或いは接触している蒸発媒体を飽和させる。エアは、冷却チャンバ内に乱流を発生させるべく、冷却チャンバの側壁に取り付けられた、向かい合って配置されたファンによって冷却チャンバ内へと導入される。ファンは気化冷却プロセスを増強する。冷却チャンバからの冷却されたエアは、適当なダクトを通過して冷却される構造体の内部へと放出される。   The water in the cold water sump is cooled by a refrigeration compressor located in the upper region of the structure. Cold water from the cold water sump passes through the distribution header and is introduced into the vaporizer cooler chamber. The cold water saturates the evaporation medium around or in contact with the riser tube in the cooling chamber. Air is introduced into the cooling chamber by opposed fans mounted on the side walls of the cooling chamber to generate turbulence in the cooling chamber. The fan enhances the evaporative cooling process. Cooled air from the cooling chamber is discharged through a suitable duct into the interior of the structure to be cooled.

エアはまた、エア流れを冷却チャンバ内で立ち上がりチューブを通過させて上方へと向ける吸気ファンによって吸気プレナム内へと引き込まれる。立ち上がりチューブは冷水サンプを通過し、冷却チャンバ内の蒸発媒体に接触するため、チューブの外部は冷却される。チューブ内部のエアは、チューブからの伝熱により冷却される。この比較的乾燥したエアは、適当なダクトを通過して冷却される構造体の内部へと向けられ、もし必要であれば、冷却チャンバからのより湿潤した冷却エアと混合される   Air is also drawn into the intake plenum by an intake fan that directs air flow up the cooling chamber and through the tube and up. As the riser tube passes through the cold water sump and contacts the evaporation medium in the cooling chamber, the outside of the tube is cooled. The air inside the tube is cooled by heat transfer from the tube. This relatively dry air is directed through a suitable duct into the interior of the structure to be cooled, and if necessary, mixed with wetter cooling air from the cooling chamber.

本発明に係る後者の実施形態では、エアは2つの同時プロセスによって冷却される。この方法ではエアは、気化冷却チャンバ内で水と直接接触することによって冷却され、冷却されたエアの絶対湿度が上昇する。追加エアはまた、立ち上がりチューブ内部で伝導性熱伝達によって冷却される。必要であれば、2つのエア流れは放出ダクト内で混合され、放出されるエアは蒸発プロセスからの比較的湿度の高いエアと、外部の湿度に近いエアとの混合からなる。冷却チャンバの底部の冷水サンプは、水貯蔵サンプと同様に冷却団として働く。サンプ内の水は、製氷機に用いられるものと同様の低温圧縮機によって氷点近い温度まで冷却される。圧縮機は、ACまたはDC電源により作動することができる。冷却チャンバの吸気プレナムで使用される電気ファンは、好ましくは、太陽電池や蓄電池によって駆動されるDCファンである。   In the latter embodiment according to the invention, the air is cooled by two simultaneous processes. In this method, air is cooled by direct contact with water in the evaporative cooling chamber, increasing the absolute humidity of the cooled air. The additional air is also cooled by conductive heat transfer inside the riser tube. If necessary, the two air streams are mixed in the discharge duct and the discharged air consists of a mixture of relatively humid air from the evaporation process and air close to external humidity. The cold water sump at the bottom of the cooling chamber acts as a cooling group, similar to the water storage sump. The water in the sump is cooled to a temperature near the freezing point by a low-temperature compressor similar to that used in ice makers. The compressor can be operated with an AC or DC power source. The electric fan used in the intake plenum of the cooling chamber is preferably a DC fan driven by a solar cell or a storage battery.

高湿度環境では、追加冷凍マニホールドは、ウェットチャンバから放出出口周辺のウェットチャンバ内に配置しても良い。追加冷凍マニホールドは、ウェットチャンバ内のサンプ水を冷却するために使用される従来の機械冷凍システムから冷媒を供給され得る。ポンプ下流バルブは、追加マニホールドへの冷媒の流れを制御するため、マニホールドは側壁に取り付けられた、向かい合って配置されたファンが運転しているときのみ冷却される。   In high humidity environments, the additional refrigeration manifold may be placed in the wet chamber around the discharge outlet from the wet chamber. The additional refrigeration manifold may be supplied with refrigerant from a conventional mechanical refrigeration system used to cool the sump water in the wet chamber. The pump downstream valve controls the flow of refrigerant to the additional manifold so that the manifold is cooled only when the opposed fans mounted on the side walls are operating.

ウェットチャンバに入るエアは、屋外エアを導入するため、またはアセンブリの低層のドライチャンバからの室内エアを導入するためにダクトにより接続される。空調アセンブリは、その後に続いて起こる冷却される構造体の外部への放出ために、屋根裏空間に停滞エアを移動させるために使用される天井通気孔を有する部屋の内部に設置され得る。   The air entering the wet chamber is connected by a duct to introduce outdoor air or to introduce room air from the lower dry chamber of the assembly. The air conditioning assembly may be installed inside a room having a ceiling vent that is used to move stagnant air into the attic space for subsequent discharge of the cooled structure to the outside.

本発明の他の目的や、利点及び新規の形態は、次の本発明の詳細な説明及び添付図面を考慮することによって明らかになる。   Other objects, advantages and novel aspects of the present invention will become apparent upon consideration of the following detailed description of the invention and the accompanying drawings.

本発明に係る2つの異なる好ましい実施形態について詳細に説明する。   Two different preferred embodiments according to the invention will be described in detail.

<低湿度空調機>
個別に、またはいくつかの図を通して一致する部分に指定された参照番号を含む図を参照する。10は、シェルアンドチューブ式熱交換器であって、特に高温、低湿度状態において溶接密閉(hermetically sealed、本文中では溶接密閉と和訳するが、接合部が機械的に固く密閉された接合を全て含む)されていない構造体に使用される低電力空調ユニットを表している。このような構造体の平面図を、図5中の64に示す。
<Low humidity air conditioner>
Reference is made to the figures which contain reference numerals designated individually or through corresponding parts in several figures. 10 is a shell-and-tube heat exchanger, which is hermetically sealed, especially in high temperature and low humidity conditions. Represents a low power air conditioning unit used in a structure that is not included. A plan view of such a structure is shown at 64 in FIG.

熱交換器10は、外部ケース62によって囲まれている。外部ケース62は、説明のために長方形に示しており、他に弓形や、円形、円筒形状も本発明の範囲内に意図されている。エア、好ましくは冷却されるべき構造体の天井付近からの内部エアは、入口ポート12を通過して熱交換器10の吸気プレナム14へと熱交換器のチューブ側へと引き込まれる。エアは、排気ファン46によって、入口ポート12に引き込まれる。エアは、吸気プレナム14から熱交換チューブ34を通過して排気プレナム18へと引き込まれる。チューブ入口端36は、入口管板60の上に密閉して設けられ、チューブ出口端38は、出口管板32上に密封して設けられる。排気ファン46は、熱交換器のチューブ側から空気をチューブ側の排気管路22へと排気する。   The heat exchanger 10 is surrounded by the outer case 62. The outer case 62 is shown as a rectangle for the purpose of explanation, and other shapes such as an arc, a circle, and a cylinder are also contemplated within the scope of the present invention. Air, preferably internal air from near the ceiling of the structure to be cooled, is drawn through the inlet port 12 to the intake plenum 14 of the heat exchanger 10 to the tube side of the heat exchanger. Air is drawn into the inlet port 12 by the exhaust fan 46. Air is drawn from the intake plenum 14 through the heat exchange tube 34 and into the exhaust plenum 18. The tube inlet end 36 is hermetically provided on the inlet tube plate 60, and the tube outlet end 38 is hermetically provided on the outlet tube plate 32. The exhaust fan 46 exhausts air from the tube side of the heat exchanger to the exhaust line 22 on the tube side.

熱交換器10のシェル側は、熱交換チューブ34を入口管板60と、出口管板32との間に囲むシェルプレナム16の形状を有する。熱交換チューブ34は、説明を明瞭にする目的で直線に表しているが、当業者によって理解されるように、コイル状や、ループ状のような他の形状を熱交換器のチューブとして用いることもできる。液体の本体、好ましく水は、熱交換器10のシェル側に配置される。液体の表面は50である。液体は、熱交換器のシェル側の体積の半分以下、好ましくは1/4以下を占める。シェルプレナム16の底部は、液体が存在する液サンプを形成する。少なくとも1個以上、好ましくは少なくとも2個以上のファンが、周囲の内部エアを構造体内から熱交換器10のシェルプレナム16へと押し進めるために設けられる。図1に示すように、3個のシェル側の入力ファン40(第1入力ファン)、42(第2入力ファン)、44(第3入力ファン)が設けられる。それらのファンは、同時に相当な乱流を熱交換器10のシェル側のエア中に発生させる。シェルプレナム16からの空気は、熱交換器10からシェル側排気管路20を通って排気される。   The shell side of the heat exchanger 10 has a shape of a shell plenum 16 that surrounds the heat exchange tube 34 between the inlet tube plate 60 and the outlet tube plate 32. The heat exchange tube 34 is shown in a straight line for clarity of explanation, but other shapes such as coils or loops may be used as the heat exchanger tube, as will be appreciated by those skilled in the art. You can also. A liquid body, preferably water, is disposed on the shell side of the heat exchanger 10. The surface of the liquid is 50. The liquid occupies less than half of the volume on the shell side of the heat exchanger, preferably less than ¼. The bottom of the shell plenum 16 forms a liquid sump where liquid is present. At least one or more, preferably at least two or more fans are provided to push ambient internal air from the structure to the shell plenum 16 of the heat exchanger 10. As shown in FIG. 1, three shell side input fans 40 (first input fan), 42 (second input fan), and 44 (third input fan) are provided. These fans simultaneously generate substantial turbulence in the air on the shell side of the heat exchanger 10. The air from the shell plenum 16 is exhausted from the heat exchanger 10 through the shell side exhaust pipe 20.

シェルプレナム16内にあるサンプにある液体は、熱交換チューブ34の上方に噴霧される。図1に示すように、噴霧システムの一形態は、シェル側の液サンプから液体を液体ポンプ24へと搬送するために使用されるポンプ給水配管26を含む。ポンプ24は液体にエネルギを供給し、液体をポンプ放出配管28を通して熱交換チューブ34のシェル側の上方へと噴霧するスプレーヘッド30へと放出させる。スプレーヘッド30は、本システムの稼動に必須のものではないが、一般的にシェル側プレナムの上部または上部付近に設置されている。図1は、説明を容易にするため、シェル側プレナムの側方に概略的に記載している。液体は、再びリサイクルできるように液サンプに流れ落ちる。液体噴霧は、シェルプレナム16の空気の湿度を素早く増加させると共に、熱交換チューブ34と液体の間での熱交換を増強させる。好ましくは、液体の供給源に従来技術のフロート作動バルブを接続することによって(図示しない)、液体のレベルを自動的におおよそ一定のレベルに維持すると良い。   The liquid in the sump in the shell plenum 16 is sprayed over the heat exchange tube 34. As shown in FIG. 1, one form of the spray system includes a pump feed line 26 that is used to transport liquid from a shell-side liquid sump to a liquid pump 24. The pump 24 supplies energy to the liquid and discharges the liquid through the pump discharge pipe 28 to the spray head 30 that sprays upward on the shell side of the heat exchange tube 34. The spray head 30 is not essential for the operation of the present system, but is generally installed at or near the top of the shell-side plenum. FIG. 1 is schematically illustrated on the side of the shell side plenum for ease of explanation. The liquid flows down into the liquid sump so that it can be recycled again. The liquid spray rapidly increases the humidity of the air in the shell plenum 16 and enhances heat exchange between the heat exchange tube 34 and the liquid. Preferably, the liquid level is automatically maintained at approximately a constant level by connecting a prior art float actuated valve to the liquid source (not shown).

液体と熱交換チューブ34との間での熱交換は、例えば、チューブ形状のブランケット48(図4参照)や、たるんだ網形状のシート部材104(図6参照)といった熱交換チューブ34に物理的に接触するように配置された管を被覆する部材の使用によって更に増強することができる。また、シェルプレナム16内のエアの加湿は、いくつかの形態の被覆部材の存在によって増強される。被覆部材は、熱交換チューブ34に対して液体を保持し、シェルプレナム16内の液体の表面積を増加させる。一般的に、被覆部材は、液体や蒸気相液体が容易に流れる不活性な網状物質により構成されている。このような網状物質は、数多く知られており、例えば、多くの天然及び合成の通気孔発泡体、フェルト、詰め物、織布等がある。従来の市販用のスワンプクーラのパッドは、一般的に被覆部材としての使用に適している。このような部材は、しばしば抗バクテリアや抗菌等の性質を有する。被覆部材は、要望に応じて、全体または部分的に熱交換チューブ34を覆うことができる。例として、図4及び図6を参照する。当該被覆部材は、説明を明確にする目的のため図1,2及び3には記載していないが、好ましくは何らかの形態で用いられる。   For example, the heat exchange between the liquid and the heat exchange tube 34 is physically performed on the heat exchange tube 34 such as a tube-shaped blanket 48 (see FIG. 4) or a slack mesh-shaped sheet member 104 (see FIG. 6). This can be further enhanced by the use of a member covering the tube placed in contact with the tube. Also, the humidification of the air in the shell plenum 16 is enhanced by the presence of some form of covering member. The covering member holds the liquid against the heat exchange tube 34 and increases the surface area of the liquid in the shell plenum 16. In general, the covering member is made of an inactive reticulated substance through which a liquid or vapor phase liquid easily flows. Many such reticulated materials are known, for example, many natural and synthetic vent foams, felts, stuffing, woven fabrics and the like. Conventional commercially available swamp cooler pads are generally suitable for use as covering members. Such members often have antibacterial and antibacterial properties. The covering member can cover the heat exchange tube 34 in whole or in part as desired. As an example, refer to FIGS. The covering member is not shown in FIGS. 1, 2 and 3 for the purpose of clarifying the explanation, but is preferably used in some form.

様々な液体噴霧システムが使用される。一般的に効果的なシステムを図3に示す。例えば、シェルプレナム16の液サンプのような適当な液源からの液体は、加圧下でスプレーヘッダ52に供給され、スプレーヘッダブランチ56に分配される。液体は、スプレー口54から降り注ぐ。好ましくは、スプレーヘッダ52は、液体が熱交換チューブ34及び組み合わされた被覆部材の上を流れ落ちるように、一般的に出口管板32に隣接したシェルプレナム16の上端に設けられ、シェル側ファン40,42及び44からの乱流気流によって影響を受ける。   Various liquid spray systems are used. A generally effective system is shown in FIG. For example, liquid from a suitable liquid source, such as a liquid sump of the shell plenum 16, is supplied to the spray header 52 under pressure and distributed to the spray header branch 56. The liquid pours from the spray port 54. Preferably, the spray header 52 is provided at the upper end of the shell plenum 16, generally adjacent the outlet tube plate 32, so that the liquid flows down over the heat exchange tubes 34 and the combined sheathing member. , 42 and 44 are affected by the turbulent airflow.

排気管路22を通過してチューブ側から排気された空気は、好ましくは、排気管路20を通過してシェル側から排気された空気と混合される。混合された空気流は、混合排気管路58を通過して冷却されるべき構造体の内部外気に放出される。   The air exhausted from the tube side through the exhaust line 22 is preferably mixed with the air exhausted from the shell side through the exhaust line 20. The mixed air stream passes through the mixed exhaust line 58 and is released to the internal outside air of the structure to be cooled.

現在予定している本発明の第一実施形態に対するベストモードは、特に図5及び図6に記載されている。塗装されていない倉庫64は、おおよそ幅が30フィート(9.1m)で長さが50フィート(15.2m)の長方形形状を有する。倉庫64は、図5に記載された文字N,S,E,Wによって示されるように、倉庫64の長軸が東西に沿うように配置されている。倉庫64は、断熱されていないひさしのある金属製の屋根と、剥き出しのツーバイフォの木製の大壁とを有し、スタッコ外装仕上げがなされている。屋根の先端は、床から約10フィート(3.0m)であり、外壁の高さは約8フィート(2.4m)である。倉庫64の内部体積は、約13,5000立方フィート(3,820m)である。外側のドアは、外気を遮るものではなく、外側のドア66,68,70,72及び74周辺の密閉されていないエリアの全ては、約1乃至2平方フィート(0.1乃至0.2m)である。倉庫の内部64と外部環境の間に大きな気圧差はなく、倉庫の内部64と外部環境との湿度差は、直ぐに平衡に達する。部屋の隔壁(パーティション)は82,84,86及び88は、天井の半分の高さであり、部屋の仕切り壁(ディバイダー)は屋根まで6インチ(0.15m)のところまで延在している。内側のゲート76は、真っ直ぐに延びた網戸の検査ゲートである。 The currently planned best mode for the first embodiment of the present invention is described in particular in FIGS. The unpainted warehouse 64 has a rectangular shape that is approximately 30 feet (9.1 m) wide and 50 feet (15.2 m) long. The warehouse 64 is arranged such that the major axis of the warehouse 64 is along the east and west, as indicated by the letters N, S, E, and W described in FIG. The warehouse 64 has an eaves-free eaves metal roof and a bare two-by-four large wooden wall with a stucco exterior finish. The tip of the roof is about 10 feet (3.0 m) from the floor and the height of the outer wall is about 8 feet (2.4 m). The internal volume of the warehouse 64 is approximately 13,5000 cubic feet (3,820 m 3 ). The outer doors do not block the outside air, and all of the unsealed areas around the outer doors 66, 68, 70, 72 and 74 are approximately 1-2 square feet (0.1-0.2 m 2). ). There is no large pressure difference between the warehouse interior 64 and the external environment, and the humidity difference between the warehouse interior 64 and the external environment quickly reaches equilibrium. The partition walls 82, 84, 86 and 88 are half the height of the ceiling, and the room dividers extend up to 6 inches (0.15m) to the roof. . The inner gate 76 is an inspection gate for a screen door that extends straight.

倉庫64に使用される空調システムは、シェルアンドチューブ式熱交換器10と、混合排気管路58と、エア分配チャンバ92と、エア分配ブランチ94,96と、エア出口ヘッド98,100とを有する。入力ファン42,44は、外気を倉庫64の内部から熱交換器10のシェルプレナムに供給する。エアは、一般的にエアが98及び100より放出される高さより低い高さから熱交換器のシェル側に引き込まれる。また、エアは、断熱されていない天井付近の構造体の最も高温の部分から熱交換器のチューブ側に引き込まれることが好ましい。熱交換器10のチューブ側からチューブ側排気管路22を通って排気されるエアは、シェル側から管路20を通過して排気されるエアと混合され、混合排気管路58を通ってエア分配チャンバ92へと流れる。エア流れは、それから分割されて各エア分配ブランチ94,96を通って各エア出口ヘッド98,100へと流れる。エアは、入口ポート12を通って熱交換器10のチューブ側内へと引き込まれる。従来のスワンプクーラの発泡体パッドの形態をしたブランケット部材104(図6)は、チューブ34と接触されている。図3に示す一般的な形態のスプレーヘッドは、熱交換器10のシェルプレナムの上部に配置されている。シェルプレナムの1/4以下が、水で満たされていることが好ましい。   The air conditioning system used for the warehouse 64 includes a shell and tube heat exchanger 10, a mixed exhaust line 58, an air distribution chamber 92, air distribution branches 94 and 96, and air outlet heads 98 and 100. . The input fans 42 and 44 supply outside air from the inside of the warehouse 64 to the shell plenum of the heat exchanger 10. Air is drawn into the shell side of the heat exchanger from a height generally lower than the height at which the air is released from 98 and 100. Moreover, it is preferable that air is drawn into the tube side of the heat exchanger from the hottest portion of the structure near the ceiling that is not insulated. The air exhausted from the tube side of the heat exchanger 10 through the tube side exhaust pipe 22 is mixed with the air exhausted from the shell side through the pipe line 20 and passed through the mixed exhaust pipe 58. Flow into the distribution chamber 92. The air flow is then split and flows through each air distribution branch 94, 96 to each air outlet head 98, 100. Air is drawn into the tube side of the heat exchanger 10 through the inlet port 12. A blanket member 104 (FIG. 6) in the form of a foam pad of a conventional swamp cooler is in contact with the tube. The spray head of the general form shown in FIG. 3 is arrange | positioned at the upper part of the shell plenum of the heat exchanger 10. FIG. It is preferable that 1/4 or less of the shell plenum is filled with water.

熱交換器10の長方形の外部ケースは、おおよそ縦2フィート(0.61m)、横2フィート(0.61m)、高さ3フィート(0.91m)であり、倉庫64の床に設置されている。ケースの相反する側に取り付けられた入力ファン42,44は、直径14インチ(0.36m)で、1分当たり2,200回転し、稼動電圧は直流12Vである。ファンの定格電流は4Aである。チューブ側の排気ファン46(図1)は、直径12インチ(0.31m)であり、稼動電圧は直流12Vである。ファンの定格電流は4Aである。これらのファンは従来の車両用装置であり、一般的に内部燃焼エンジンの液体冷却ラジエータにエアを引き入れるために、従来のラジエータ冷却システムと組み合わされて使用されている。液体ポンプ24(図1)は、12V、7Aの直流モータを有し、定格流速は1時間当たり28ガロン(106L)である。チューブ側吸気プレナム14(図1)の大きさは、高さ6インチ(0.15m)、縦24インチ(0.61m)、横24インチ(0.61m)である。チューブ側排気プレナム18(図1)の大きさは、高さ6インチ(0.15m)、縦24インチ(0.61m)、横24インチ(0.61m)である。シェル側プレナム16(図1)の大きさは、おおよそ縦24インチ(0.61m)、横24インチ(0.61m)、高さ24インチ(0.61m)である。熱交換チューブ34は、24インチ(0.61m)四方の管板32及び60の間と同等の長さを有する標準規格3/4インチ(1.9cm)径の円筒状銅管である。100本の熱交換チューブ34が、規則的に長方形形状をなして配列されている。シェルプレナム16内でのチューブ34の全表面積は、約6,600平方インチ(4,3m)である。熱交換器のチューブ側の吸気ポート12は、管路20及び22と同様に約6インチ(0.15m)の直径を有する。吸気ポート12は、上方へ開放しており、倉庫64の断熱されていない金属製屋根の約4インチ(0.10m)下方に設けられている。そのため、倉庫64の内部で最も高温の雰囲気を取得することができる。混合排気管路58は、エア分配ブランチ94及び96と同様に頭上に配置される。管路58の直径は、約8インチ(0.20m)であり、長さは約14フィート(4.3m)である。各エア分配ブランチは、長さが約10フィート(3.0m)であり、直径が約6インチ(0.15m)である。分配チャンバ92は、おおよそ縦2フィート、横2フィート、高さ2フィート(縦0.6m、横0.6m、高さ0.6m)である。分配チャンバ92に接続する管路58の短い部分の長さは約3フィート(0.91m)である。エア出口ヘッド98,100は、床から約9フィート(2.7m)上方に設けられ、下向きに放出する。 The rectangular outer case of the heat exchanger 10 is approximately 2 feet long (0.61 m), 2 feet wide (0.61 m) and 3 feet high (0.91 m), and is installed on the floor of the warehouse 64. Yes. The input fans 42 and 44 mounted on opposite sides of the case have a diameter of 14 inches (0.36 m), rotate 2,200 times per minute, and have an operating voltage of 12 V DC. The rated current of the fan is 4A. The tube-side exhaust fan 46 (FIG. 1) has a diameter of 12 inches (0.31 m) and an operating voltage of 12 V DC. The rated current of the fan is 4A. These fans are conventional vehicular devices and are typically used in combination with conventional radiator cooling systems to draw air into the internal combustion engine liquid cooling radiator. The liquid pump 24 (FIG. 1) has a 12V, 7A DC motor with a rated flow rate of 28 gallons per hour (106 L). The size of the tube-side intake plenum 14 (FIG. 1) is 6 inches (0.15 m) high, 24 inches (0.61 m) long, and 24 inches (0.61 m) wide. The size of the tube side exhaust plenum 18 (FIG. 1) is 6 inches (0.15 m) high, 24 inches (0.61 m) long, and 24 inches (0.61 m) wide. The size of the shell side plenum 16 (FIG. 1) is approximately 24 inches (0.61 m) in length, 24 inches (0.61 m) in width, and 24 inches (0.61 m) in height. The heat exchange tube 34 is a standard 3/4 inch (1.9 cm) diameter cylindrical copper tube having a length equivalent to that between 24 inch (0.61 m) square tube sheets 32 and 60. 100 heat exchange tubes 34 are regularly arranged in a rectangular shape. The total surface area of the tube 34 within the shell plenum 16 is approximately 6,600 square inches (4,3 m 2 ). The intake port 12 on the tube side of the heat exchanger has a diameter of about 6 inches (0.15 m), similar to lines 20 and 22. The intake port 12 is open upward and is provided approximately 4 inches (0.10 m) below the uninsulated metal roof of the warehouse 64. Therefore, the hottest atmosphere inside the warehouse 64 can be acquired. The mixed exhaust line 58 is placed overhead, similar to the air distribution branches 94 and 96. The diameter of the conduit 58 is about 8 inches (0.20 m) and the length is about 14 feet (4.3 m). Each air distribution branch is about 10 feet (3.0 m) in length and about 6 inches (0.15 m) in diameter. The distribution chamber 92 is approximately 2 feet long, 2 feet wide, and 2 feet high (0.6 m long, 0.6 m wide, 0.6 m high). The length of the short portion of the conduit 58 that connects to the distribution chamber 92 is about 3 feet (0.91 m). Air outlet heads 98, 100 are provided approximately 9 feet (2.7 m) above the floor and discharge downward.

ポンプ及びファンは、例えば、106で示される場所に設けられ、5個が並列に接続された一般的な12Vのディープサイクルの鉛蓄電池(2次蓄電池)によって電力を受ける直流モータを有する。電池は、一般的な充電回路108を通して3個の一般的な30V、4Ahのソーラーパネル110,112,114に接続されている。ソーラーパネルは、倉庫64の屋根の南側を向く斜面に取り付けられている。他のエネルギ源は、日中の空調システムの稼動において必要ない。もし必要であれば、110Vの家庭用電源や、商業的に利用可能な他の電源から充電するために、一般的なAC変換機を使用しても良い。これは、必須のものではなく、商業的ユーティリティが利用可能な地域で、システムにこれのみを使用すると、稼動コストは増加する。同様に、ファンやポンプに使用されるモータは、一般的な商業的ユーティリティサービスからの電源により稼動可能なモータに取り替えることができるが、稼動コストは増加し、システムの柔軟性は低下する。   A pump and a fan are provided in the place shown by 106, for example, and have a direct-current motor which receives electric power by a general 12V deep cycle lead acid battery (secondary accumulator) in which five are connected in parallel. The battery is connected to three common 30 V, 4 Ah solar panels 110, 112, 114 through a general charging circuit 108. The solar panel is attached to the slope facing the south side of the roof of the warehouse 64. No other energy source is needed in the operation of the daytime air conditioning system. If necessary, a common AC converter may be used to charge from a 110V household power source or other commercially available power source. This is not required, and using it alone in a region where commercial utilities are available increases operating costs. Similarly, the motors used for fans and pumps can be replaced by motors that can be powered by power from general commercial utility services, but the operating costs increase and the flexibility of the system decreases.

液サンプの水位は、好ましくは約5インチ(0.13m)に維持される。この水位では、液サンプは約1.67立方フィート(47.3L)の水を含んでいる。シェル側プレナムの体積は約8立方フィート(226.5L)であり、水はシェル側プレナム16の体積の約21%を占めている。これは、1日以上稼動を継続するために必要な水の貯蓄量である。もし必要であれば、液サンプの体積は、シェル側プレナムチャンバ16の約10乃至30体積%の範囲で変更することができる。液サンプは、シェル側プレナムチャンバの内部に設ける必要はない。少なくとも1週間、水の補給をせずに無人稼動するために必要であれば、シェル側プレナムよりも数倍大きい外部液サンプを使用することができる。1ガロン(3.8L)未満の水が、普通の夏季の日中間に消費される。   The liquid sump water level is preferably maintained at about 5 inches (0.13 m). At this water level, the liquid sump contains approximately 1.67 cubic feet (47.3 L) of water. The shell side plenum has a volume of about 8 cubic feet (226.5 L), and water accounts for about 21% of the volume of the shell side plenum 16. This is the amount of water needed to continue operation for more than one day. If necessary, the volume of the liquid sump can be varied in the range of about 10-30% by volume of the shell-side plenum chamber 16. The liquid sump need not be provided inside the shell side plenum chamber. An external liquid sump that is several times larger than the shell-side plenum can be used if necessary for unattended operation without water supply for at least a week. Less than one gallon (3.8 L) of water is consumed during normal summer days.

倉庫64は、夏季の数ヶ月間、日中の温度が華氏100度(38℃)を超え、相対湿度がしばしば20%以下であり、日中のほとんどの間、日が照っている砂漠地帯に設置されている。空調がなければ、倉庫64内部の日中の温度は、外部の温度よりもおおよそ華氏10度(摂氏5.6度分に相当)高くなる。   Warehouse 64 is a desert area where the daytime temperature is over 100 degrees Fahrenheit (38 ° C) for several months in the summer, the relative humidity is often less than 20%, and the sun is shining for most of the daytime. Is installed. Without air conditioning, the daytime temperature inside the warehouse 64 is approximately 10 degrees Fahrenheit (corresponding to 5.6 degrees Celsius) higher than the outside temperature.

倉庫64の空調システムの稼動は、ファン及びポンプの回路に接続された一般的なサーモスタット(図示しない)によって自動化されている。サーモスタットの設定は、例えば、華氏74度(23℃)に設定され、通常の夏の日の朝早くにシステムを稼動させ、そのまま夕方まで維持する。   The operation of the air conditioning system in the warehouse 64 is automated by a general thermostat (not shown) connected to a fan and pump circuit. The thermostat is set to 74 degrees Fahrenheit (23 ° C.), for example, and the system is operated early in the morning on a normal summer day, and is maintained until the evening.

本発明に係る好ましい空調アセンブリは、完全な内蔵型である。ファン及びポンプのモータへの電力供給は、システムと同様に同じ場所に設けられる。熱交換器のシェル側への水の供給は、水道に設けられたフロート作動バルブにより自動で、または必要に応じて手動で行われる。水の供給が不安定な地域でも、手動による補給は、水の消費速度が遅いため、長い間隔をあけて実施すれば良い。   The preferred air conditioning assembly according to the present invention is fully self contained. The power supply to the fan and pump motors is provided at the same location as the system. The water supply to the shell side of the heat exchanger is performed automatically by a float operating valve provided in the water supply or manually as required. Even in regions where water supply is unstable, manual replenishment may be performed at long intervals because of the slow water consumption rate.

必要な電力は小さいため、充電回路を駆動する一般的なソーラーパネルが組み合わされた低電圧(12または24V)のバッテリシステムで、日中システムに動力を供給するのに十分である。一般的なソーラーパネルによって充電されるバッテリシステムを使用することの便益と、このような安価なシステムの広範な利用可能性とから、多種多様な構造体に無人で空調を実施できる。たとえ畜舎であっても、本発明によって信頼性が高く、安価な空調を実施することができる。また、空調のための資金が制限されており、或いは住居の密閉性が低く、断熱がされていない人間が住む住居も同様に空調することができる。また、バッテリシステムは、一定量の風量が利用できる地域においては風力タービンによって充電することができる。もし必要であれば、他の代替エネルギ源を利用することができる。ソーラーパネル、風力タービン、及び他形式の代替エネルギ源の組み合わせが、バッテリシステムの充電における使用に適している。代替エネルギ源は一般的に一定したエネルギを供給することができないが、システムに使用されるモータは基本的に一定のエネルギ源が必要であるため、バッテリはエネルギ源と空調システムの間に設けられることが望ましい。代替エネルギ源が一定したエネルギ源として利用できる場合には、バッテリシステムの使用は付加的なものになる。   Since the power required is small, a low voltage (12 or 24V) battery system combined with a typical solar panel driving the charging circuit is sufficient to power the daytime system. Because of the benefits of using a battery system that is charged by a common solar panel and the wide availability of such an inexpensive system, a wide variety of structures can be unconditionally air conditioned. Even in a livestock barn, it is possible to implement highly reliable and inexpensive air conditioning by the present invention. In addition, it is possible to air-condition a house where a fund for air-conditioning is restricted or a house where a house is poorly sealed and a person who is not insulated is living. The battery system can be charged by a wind turbine in an area where a certain amount of airflow is available. If necessary, other alternative energy sources can be utilized. Combinations of solar panels, wind turbines, and other types of alternative energy sources are suitable for use in charging battery systems. Alternative energy sources generally cannot deliver constant energy, but since the motors used in the system basically require a constant energy source, a battery is provided between the energy source and the air conditioning system. It is desirable. If the alternative energy source is available as a constant energy source, the use of the battery system becomes additional.

本発明に係る空調システムは、倉庫64において一般的な夏の日の朝6:30に作動させられ、一日中稼動させられる。倉庫64の内部温度は、地面から4フィート(1.2m)上方である位置102(図5)において測定され、外部温度は、倉庫64の南側に隣接したオーニングの下の日陰である位置116において測定された。位置116は、20フィート(6.1m)幅のオーニング(図示しない)を支持する地面の上方5フィート(1.5m)の高さにある。木製のオーニングは、倉庫に取り付けられ、倉庫64の壁の上端から外側へと約20フィート(6.1m)延在する。木製のオーニングは、3方の側面が完全に開放されており、位置116での温度は、空調システムがない状態の倉庫64の内部温度とおおよそ同じである。測定した温度は下記の表1に示す。   The air conditioning system according to the present invention is operated at 6:30 in the morning of a general summer day in the warehouse 64 and is operated all day. The internal temperature of the warehouse 64 is measured at location 102 (FIG. 5), which is 4 feet (1.2 m) above the ground, and the external temperature is at location 116, which is shaded under the awning adjacent to the south side of the warehouse 64. Measured. Position 116 is at a height of 5 feet (1.5 m) above the ground supporting a 20 foot (6.1 m) wide awning (not shown). The wooden awning is attached to the warehouse and extends approximately 20 feet (6.1 m) outward from the top of the warehouse 64 wall. The wooden awning is fully open on three sides, and the temperature at location 116 is approximately the same as the internal temperature of warehouse 64 without the air conditioning system. The measured temperatures are shown in Table 1 below.

Figure 2008516188
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湿度が最低状態であり、かつ外部の温度が華氏100度(38℃)を超えている時に、内部及び外部の間の温度差は最大になることが観察された。   It was observed that the temperature difference between the interior and exterior was maximized when the humidity was at a minimum and the exterior temperature exceeded 100 degrees Fahrenheit (38 ° C.).

夏季であって、空のほとんどが雲で覆われ、かつ相対湿度が約35%以上であった時には、次の表2に示される状態が観察された。   In summer, when most of the sky was covered with clouds and the relative humidity was about 35% or more, the conditions shown in Table 2 below were observed.

Figure 2008516188
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相対湿度測定は、夏季の午前9:00より倉庫64の内部及び周辺の様々な位置で行われた。図5に記載された番号によって示される位置での測定結果を表3に示す。   Relative humidity measurements were taken at various locations inside and around warehouse 64 from 9:00 am in summer. Table 3 shows the measurement results at the positions indicated by the numbers shown in FIG.

Figure 2008516188
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相対湿度は、1日を通して、構造体内部の全ての位置で基本的に安定しており一定である。   The relative humidity is basically stable and constant throughout the day at all locations within the structure.

午前9:00に開始し、温度及び相対湿度(T/H)を倉庫64の内部及び隣接する様々な位置で晴れた1日を通して測定を行った。位置118及び120での測定は床上約5フィート(1.5m)の位置で行われた。位置118は、外壁からの放射の効果を示すために用いられる。位置124は、倉庫64の北側にあり、地面から約5フィート(1.5m)上方にある。測定結果は次の表4に示す。   Beginning at 9:00 am, temperature and relative humidity (T / H) were measured throughout the sunny day at various locations within and adjacent to the warehouse 64. Measurements at positions 118 and 120 were taken at about 5 feet (1.5 m) above the floor. Location 118 is used to show the effect of radiation from the outer wall. Location 124 is on the north side of warehouse 64 and is about 5 feet (1.5 m) above the ground. The measurement results are shown in Table 4 below.

Figure 2008516188
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表4に記載した温度及び相対湿度測定は、多少曇った日の午前10時より開始し、高い湿度状態の下で繰り返し行われた。システムを、おおよそ華氏74度(23℃)に設定した一般的なサーモスタットを使用して作動したときの結果を表5に示す。   The temperature and relative humidity measurements listed in Table 4 started at 10:00 am on a slightly cloudy day and were repeated under high humidity conditions. The results when the system was operated using a typical thermostat set at approximately 74 degrees Fahrenheit (23 ° C.) are shown in Table 5.

Figure 2008516188
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(表5中の*)一般的な110Vのバッテリ充電器が、午後6:00付近から12Vのバッテリシステムに接続されている。ソーラーバッテリ充電システムの効果は、日中の時折の曇りによって減少する。   (* In Table 5) A general 110V battery charger is connected to a 12V battery system from around 6:00 pm. The effectiveness of the solar battery charging system is reduced by occasional cloudiness during the day.

(表5中の**)この相対湿度は、ここにデータとして記載されているが、位置116,98及び100での同時に発生したデータを考慮すると、操作者または装置のエラーであると考えられ、信頼性はない。そのため、図7に記載された相対湿度曲線120−5に反映させていない。   (** in Table 5) This relative humidity is listed here as data, but considering simultaneous data at positions 116, 98 and 100, it is considered an operator or device error. , Not reliable. Therefore, it is not reflected in the relative humidity curve 120-5 described in FIG.

図7の曲線は、図5中の位置116及び120での表4及び表5に記載されたデータに基づいている。例えば、図7の相対湿度及び温度曲線116−4は、表4の列見出し「116T/H」のデータに基づいて描かれており、曲線116−5は、表5の列見出し「116T/H」のデータに基づいて描かれている。長音記号に続く最後の数字は、曲線の情報が取得された表を表している。   The curves in FIG. 7 are based on the data described in Tables 4 and 5 at positions 116 and 120 in FIG. For example, the relative humidity and temperature curve 116-4 of FIG. 7 is drawn based on the data in the column heading “116T / H” in Table 4, and the curve 116-5 is the column heading “116T / H” in Table 5. "Is drawn based on the data. The last number following the syllabary represents the table from which the curve information was obtained.

相対湿度曲線116−5によって表される様々な相対湿度での温度曲線120−5及び温度曲線116−5における温度差の比較は、本発明の第1実施形態に係る空調システムが、外部温度がおおよそ華氏90度(32℃)を超え、相対湿度が約40%以下であり、好ましくは35%以下である場合に最も効果的であることを示している。外部の相対湿度が20%以下の場合には、おおよそ華氏35度(摂氏14度分に相当)もの温度差が達成された。例えば、図7の温度曲線116−4及び120−4と、相対湿度曲線116−4における差を参照する。戸外の日陰の温度はほぼ華氏120度(49℃)に達しているが、倉庫64内の温度はおおよそ華氏87度(31℃)にも達していない。華氏120度(49℃)は、生命にかかわるが、華氏87度(31℃)では一般的に問題ない。システムの効率は、相対湿度が約25%以下であるときが最も良い。例えば、相対湿度が約35%を超え、実際に約45%を超えると、温度曲線120−5及び116−5は直ぐに1つに収束する。   The comparison of the temperature difference between the temperature curve 120-5 and the temperature curve 116-5 at various relative humidity levels represented by the relative humidity curve 116-5 is the same as that of the air conditioning system according to the first embodiment of the present invention. It is shown that it is most effective when it is over about 90 degrees Fahrenheit (32 ° C.) and the relative humidity is about 40% or less, preferably 35% or less. When the external relative humidity was 20% or less, a temperature difference of approximately 35 degrees Fahrenheit (corresponding to 14 degrees Celsius) was achieved. For example, refer to the difference between the temperature curves 116-4 and 120-4 in FIG. 7 and the relative humidity curve 116-4. The outdoor shade temperature has reached about 120 degrees Fahrenheit (49 ° C), but the temperature in the warehouse 64 has not reached about 87 degrees Fahrenheit (31 ° C). 120 degrees Fahrenheit (49 ° C) is life-threatening, but 87 degrees Fahrenheit (31 ° C) is generally not a problem. The efficiency of the system is best when the relative humidity is about 25% or less. For example, when the relative humidity exceeds about 35% and actually exceeds about 45%, the temperature curves 120-5 and 116-5 immediately converge to one.

表5の最後の列は、ピーク需要を有する稼働時間の間のバッテリの電圧降下を示す。この電圧降下は、様々なファンによってシステム中を流されるエアの容量における減少を示している。出願人は理屈に束縛されることを望まないが、おおよそ午後2時から午後6時の間のシステムを通過するエア量の減少に一致して小さな温度上昇が現れている(図7の温度曲線120−5)。システムは、システムを通過するエア流量の小さな変化に比較的敏感であることが表されている。電圧は、ファンモータの稼動の最適化のために、少なくとも11V以上あることが望ましい。倉庫64の屋根に設けられた3個のパネルに、更に1または2個のソーラーパネルを追加することによって、ピーク需要期間中もこの電圧を維持する十分な能力を有するようになる。   The last column of Table 5 shows the battery voltage drop during operating hours with peak demand. This voltage drop indicates a decrease in the volume of air that is carried through the system by the various fans. Applicant does not want to be bound by theory, but a small temperature rise appears (corresponding to the temperature curve 120-in FIG. 7), corresponding to a decrease in the amount of air passing through the system between approximately 2 pm and 6 pm. 5). The system has been shown to be relatively sensitive to small changes in air flow through the system. The voltage is desirably at least 11 V or more in order to optimize the operation of the fan motor. The addition of one or two additional solar panels to the three panels provided on the roof of the warehouse 64 has sufficient capacity to maintain this voltage during peak demand periods.

表5中の列見出し「122T」は、熱交換器のシェル側の外部温度を示している。シェル側内部の水の温度は、一般的に位置122の温度よりもおおよそ華氏10乃至15度(6乃至9℃)低い。これにより、この水と熱交換する関係にある物は冷却される。仮にシェル側に接近した場合には、小さな物体は大きな付加的なエネルギを必要とせずに冷却され得る。熱に弱い少量の食料品や薬の在庫の有効期間は、この水と熱交換するような位置に在庫が配置されることによって延長され得る。適当な容器がシェル側の水内に直接に配置され、または外部から到達できる収納棚がシェル側内に組みつけられ、または例えばシェル側から外部にでた冷却コイルを通過して循環する水の流れ等が物体を冷却するために利用される。   The column heading “122T” in Table 5 indicates the external temperature on the shell side of the heat exchanger. The temperature of the water inside the shell side is generally about 10 to 15 degrees Fahrenheit (6 to 9 ° C.) lower than the temperature at location 122. Thereby, the thing in the relationship of heat exchange with this water is cooled. If close to the shell side, a small object can be cooled without requiring large additional energy. The shelf life of a small quantity of food and medicines that are vulnerable to heat can be extended by placing the inventory in a location that exchanges heat with this water. A suitable container is placed directly in the water on the shell side, or a storage shelf that can be reached from the outside is assembled in the shell side, or for example water that circulates through a cooling coil that runs from the shell side to the outside A flow or the like is used to cool the object.

表5中の列見出し「118T」は、外壁によって構造体の内部へと放射される熱の目安となる。列見出し「124T」は、壁の外部の温度に基づいて、倉庫64の内部の冷却効果を示している。明らかに、多量の熱が倉庫64の断熱されていない壁を通過して移動している。位置116は、隣接する壁から十分に離れているため、仮に倉庫64の内部の冷却による温度の影響があったとしても非常に小さい。列120,98及び100の比較により、倉庫64の内部の全体を通して温度は比較的均一であることがわかる。   The column heading “118T” in Table 5 is a measure of the heat radiated into the structure by the outer wall. The column heading “124T” indicates the cooling effect inside the warehouse 64 based on the temperature outside the wall. Clearly, a large amount of heat is moving through the uninsulated walls of the warehouse 64. Since the position 116 is sufficiently away from the adjacent wall, even if there is a temperature effect due to cooling of the interior of the warehouse 64, the position 116 is very small. A comparison of columns 120, 98 and 100 shows that the temperature is relatively uniform throughout the interior of warehouse 64.

熱交換器を密閉する断熱ケースは、システムの効率を10%以上も向上させることがわかっている。シェル側の水本体の温度は、熱断熱の存在によって低下する傾向がある。熱断熱の程度は、周囲の空気が華氏80度(27℃)であるときの、断熱が行われていない金属製のシェル側の平衡温度より、好ましくは熱交換器のシェル側の外部温度(表5の列122T)が少なくとも華氏3度(1℃)、更に好ましくは華氏5度(2℃)高くなる程度である。金属製ケース(18ゲージスチール)から厚さ約1/8インチ(3.2mm)のガラス繊維(ガラスフィラメント強化熱硬化性樹脂)ケースに変更することで、周囲の内部エア温度がおおよそ華氏80度(27℃)のときにおおよそ華氏5度(2℃)減少させることができる。空調システムの効率もまた、増加する。当業者によって理解されるように、数多くの断熱の形態や応用方法が、この目的のために適用することができる。   It has been found that a heat insulating case that seals the heat exchanger improves the efficiency of the system by more than 10%. The temperature of the water body on the shell side tends to decrease due to the presence of thermal insulation. The degree of thermal insulation is preferably the external temperature on the shell side of the heat exchanger, preferably from the equilibrium temperature on the metal shell side where insulation is not performed when the ambient air is 80 degrees Fahrenheit (27 ° C.). The column 122T in Table 5 is at least 3 degrees Fahrenheit (1 ° C), more preferably 5 degrees Fahrenheit (2 ° C) higher. By changing from a metal case (18 gauge steel) to a glass fiber (glass filament reinforced thermosetting resin) case with a thickness of about 1/8 inch (3.2 mm), the ambient internal air temperature is approximately 80 degrees Fahrenheit. At (27 ° C.), the temperature can be decreased by about 5 degrees Fahrenheit (2 ° C.). The efficiency of the air conditioning system will also increase. As will be appreciated by those skilled in the art, a number of thermal insulation forms and application methods can be applied for this purpose.

本発明に係る空調システムにおける水の消費速度は、極めて小さい。例えば、図5に関連してここに記載された実施形態の稼動時の水消費速度は、従来の気化冷却機(一般的なサンプクーラー)を同様の条件下で稼動させたときの約5%にすぎない。構造体や他の密閉された空間が絶縁されておらず、また密閉されていないためエアが相当量自由に漏れる状態であっても、水の消費速度は低い。通常、本発明に係る熱交換器の水の消費速度は、従来の直接気化冷却機(単一のエア流れが湿潤した環境を通過し、水の蒸発によって冷却および加湿される従来の気化冷却機)の空調システムの外部状態が基本的に同様の状態の下での稼動に対して約10%以下、より好ましくは約5%以下である。比較の目的のため、基本的に同様の外部状態は、温度及び相対湿度が同様の外部状態と、例えば同じ体積及び形状、断熱材を有する同じ構造体及び他の密閉された空間とによって構成されている。比較の目的のため、従来の気化冷却機の動作と本発明の冷却システムの動作とを比較した結果における相違は、冷却システムの相違により生じ、冷却機の外部の環境や構造体及び他の密閉された空間の特性から生じるものではない。2つの冷却システムにおける本来的なもの以外の全ての変化は、比較の目的のため一定とする。つまり、外部変化の全ては、基本的に一定である。約30乃至40%の加湿効率(熱交換器を通過した後の乾球温度降下を空気線図から決定された最大可能乾球温度降下によって割ったもの)を達成しつつも、水の消費速度は低く抑えられる。   The consumption rate of water in the air conditioning system according to the present invention is extremely small. For example, the water consumption rate during operation of the embodiment described herein in connection with FIG. 5 is about 5% when a conventional evaporative cooler (common sump cooler) is operated under similar conditions. Only. Even when the structure and other sealed spaces are not insulated and are not sealed, the amount of water consumption is low even in a state where a considerable amount of air leaks freely. Normally, the water consumption rate of the heat exchanger according to the present invention is the same as that of a conventional direct vaporizer The external state of the air conditioning system) is basically about 10% or less, more preferably about 5% or less for operation under the same state. For comparison purposes, basically the same external state is constituted by an external state with similar temperature and relative humidity, and the same structure and other enclosed space with the same volume and shape, insulation, for example. ing. For comparison purposes, the difference in the results of comparing the operation of the conventional vaporizer and the operation of the cooling system of the present invention is caused by the difference in the cooling system, the environment and structure outside the cooler and other sealings. Does not arise from the characteristics of the space created. All changes in the two cooling systems other than the original are constant for comparison purposes. That is, all external changes are basically constant. Water consumption rate while achieving a humidification efficiency of about 30-40% (dry bulb temperature drop after passing through heat exchanger divided by maximum possible dry bulb temperature drop determined from air diagram) Is kept low.

本発明の第1実施形態により空調された構造体の内部の相対湿度は、従来の気化冷却機から予想される値よりも概して低い。例えば、表4及び5の列「116T/H」や列「120T/H」のデータの比較は、外気温度が華氏95度(35℃)を超え、外気の相対湿度が約25%以下まで低下し、構造体内の相対湿度が外部環境の相対湿度に対して約2倍(200%)であるときを表している。外部の相対湿度が約20%以下に低下し、温度がおおよそ華氏100度(38℃)を超えたとき、内部の相対湿度は外部環境の約2倍以上になるが、約2.3倍(230%)以下である。外気温度がおおよそ華氏110乃至120度(43乃至49℃)であるにも関わらず、内部の雰囲気温度を華氏85度(29℃)以下に維持する場合であっても、内部の相対湿度は50%以下の低い値になる。同様の条件下で従来の気化冷却機を使用した場合には、通常は約60%以上の内部相対湿度となるにも関わらず、本発明によると約60%以下の内部相対湿度となる。このため、かび等の発生は最小限化され、構造体や他の密閉された空間の占有者の快適性を向上させる。相対湿度が低いため、華氏85度(29℃)以下の温度は一般的にほとんどの人間にとって快適となる。当業者によって認識されるように、開放された非断熱の構造体に、非常に低速度な水消費量で、かつ例えば太陽光または風力エネルギといった上記したエネルギ収集システムを用いて経済的な空調システムを達成することは、多くの方法や目的に対して好ましく、また有益である。   The relative humidity inside the air-conditioned structure according to the first embodiment of the present invention is generally lower than expected from a conventional evaporative cooler. For example, comparing the data in columns “116 T / H” and “120 T / H” in Tables 4 and 5, the outside air temperature exceeds 95 degrees Fahrenheit and the relative humidity of the outside air is reduced to about 25% or less. In this case, the relative humidity in the structure is about twice (200%) the relative humidity of the external environment. When the external relative humidity drops below about 20% and the temperature exceeds approximately 100 degrees Fahrenheit (38 ° C), the internal relative humidity is about twice or more that of the external environment, but about 2.3 times ( 230%) or less. Even when the outside air temperature is approximately 110 to 120 degrees Fahrenheit (43 to 49 ° C.), even when the internal atmosphere temperature is maintained at 85 degrees Fahrenheit (29 ° C.) or less, the internal relative humidity is 50 % Or less. When a conventional evaporative cooler is used under similar conditions, the internal relative humidity is about 60% or less according to the present invention, although the internal relative humidity is usually about 60% or more. This minimizes the occurrence of mold and the like and improves the comfort of the occupant of the structure and other sealed spaces. Due to the low relative humidity, temperatures below 85 degrees Fahrenheit (29 ° C.) are generally comfortable for most people. As will be appreciated by those skilled in the art, an air conditioning system that is open to non-insulated structures, with very low water consumption and using the energy collection system described above, for example, solar or wind energy. Achieving is preferred and beneficial for many methods and purposes.

<本発明に係る湿度可変実施形態>
図8乃至図21を参照して、高温下や、上述したような低湿度環境下、更には熱帯や亜熱帯環境を含む高湿度環境において使用される本発明に係る湿度可変実施形態について記載する。図8は、冷却されたサンプ水と一体とされた直接/間接気化冷却機である空調機201を示す。図8に示すように、可変湿度装置201は、図1乃至図7に記載した低湿度装置と多くの共通点を有する。空調機201は、好ましくは上部203と、中部205と、底部207部とを備えた積層した配置を有するように設計されている。図9に示すように、冷凍圧縮機209と、該冷凍圧縮機に関連する凝縮器ユニット210と、蓄電池211とは構造の上部203に設けられ、一番上の棚213の上に置かれている。一番上の棚213は、排気プレナム215の壁216に相対する上壁を形成している。強制エア気化冷却チャンバ(図9の217)は、排気プレナムの下に配置され、構造の中部を占めている。冷却チャンバは、空調のためのシェルプレナムを構成し、図面に記載した実施形態におけるユニットの全高の約65%を構成している。冷却水サンプ219(図9の点線によって示される)は、冷却チャンバの底部に位置している。冷却チャンバ217の底床223は、吸気ファン225を備える吸気プレナム221の上壁を構成している。吸気ファン225は、吸気プレナム221と排気プレナム215と接続し、冷却チャンバ217を通過する複数本の立ち上がりチューブ227を通してエアを上方へと引き込む。
<Humidity variable embodiment according to the present invention>
With reference to FIGS. 8 to 21, a humidity variable embodiment according to the present invention used in a high temperature, a low humidity environment as described above, and a high humidity environment including a tropical or subtropical environment will be described. FIG. 8 shows an air conditioner 201 which is a direct / indirect evaporative cooler integrated with cooled sump water. As shown in FIG. 8, the variable humidity device 201 has many common points with the low humidity device described in FIGS. 1 to 7. The air conditioner 201 is preferably designed to have a stacked arrangement with an upper portion 203, a middle portion 205, and a bottom portion 207. As shown in FIG. 9, the refrigeration compressor 209, the condenser unit 210 associated with the refrigeration compressor, and the storage battery 211 are provided on the upper part 203 of the structure and placed on the top shelf 213. Yes. The top shelf 213 forms an upper wall opposite the wall 216 of the exhaust plenum 215. A forced air evaporative cooling chamber (217 in FIG. 9) is located below the exhaust plenum and occupies the middle of the structure. The cooling chamber constitutes a shell plenum for air conditioning and constitutes about 65% of the total height of the unit in the embodiment described in the drawings. A cooling water sump 219 (indicated by the dotted line in FIG. 9) is located at the bottom of the cooling chamber. The bottom floor 223 of the cooling chamber 217 constitutes the upper wall of the intake plenum 221 including the intake fan 225. The intake fan 225 is connected to the intake plenum 221 and the exhaust plenum 215, and draws air upward through a plurality of rising tubes 227 that pass through the cooling chamber 217.

図12に示すように、冷却チャンバの底床223は、立ち上がりチューブ227の対する下部管板を形成する複数の開口224を有する。同様に、相対する壁216は、上部管板を形成する整列させられた開口(図10及び図13においては214)を有する。図8乃至図15に示すように、本発明に係る実施形態では、管板間の冷却チャンバ217内に垂直に配列された直径約1/4乃至3/8インチ(6.4乃至9.5mm)の約49本の銅管が備えられている。チューブ束のサイズ決めや配置は、自動制御サーモスタットにより作動する稼動中に背圧による影響を生じさせる。   As shown in FIG. 12, the bottom floor 223 of the cooling chamber has a plurality of openings 224 that form a lower tube sheet for the rising tube 227. Similarly, opposing walls 216 have aligned openings (214 in FIGS. 10 and 13) that form the upper tubesheet. As shown in FIGS. 8-15, in an embodiment according to the present invention, about 1/4 to 3/8 inch diameter (6.4 to 9.5 mm) arranged vertically in the cooling chamber 217 between the tube plates. ) About 49 copper tubes are provided. The sizing and placement of tube bundles can be influenced by back pressure during operation operated by an automatically controlled thermostat.

本発明に係る湿度可変実施形態の稼動について簡潔に記載する。冷却水サンプ219(図9)からの冷却水は、分配ヘッダ229を通して気化冷却チャンバに導入される。図9に示す分配ヘッダは、下向きに貫通された孔を有する連続したPVCパイプである。分配ヘッダから下向きに噴霧される冷却水は、冷却チャンバ217の中で立ち上がりチューブ227を取り囲みまたは立ち上がりチューブ227と接触する蒸発媒体を飽和させる。蒸発媒体は、図9及び図11では説明を簡略化するために取り除かれているが、本発明の第1実施形態に関して前記した媒体物質のいくつかを含む。好ましくは、蒸発媒体は、冷却チャンバの天井に設けられたラック(図14の241)に懸吊された長方形パッドとして供給され、多数の垂直立ち上がりチューブ227の間に離隔して設置される。   The operation of the humidity variable embodiment according to the present invention will be briefly described. Cooling water from the cooling water sump 219 (FIG. 9) is introduced into the vaporization cooling chamber through the distribution header 229. The distribution header shown in FIG. 9 is a continuous PVC pipe having a hole penetrating downward. Cooling water sprayed downward from the distribution header saturates the evaporating medium that surrounds or contacts the riser tube 227 in the cooling chamber 217. The evaporation medium has been removed in FIGS. 9 and 11 to simplify the description, but includes some of the medium materials described above with respect to the first embodiment of the present invention. Preferably, the evaporation medium is supplied as a rectangular pad suspended from a rack (241 in FIG. 14) provided on the ceiling of the cooling chamber, and is installed between a number of vertical rising tubes 227.

エアは、向かい合って配置されたファン231,233によって冷却チャンバ内に導入される。ファン231,233はルーバ(図9中の235,237)上に取り付けられている。ルーバは、冷却チャンバ217内において乱流を生じさせ、気化冷却プロセスを増強させる循環及び渦型の流路における、導入され、冷却チャンバ217から排気されるエアを手動によって直接調整する。側面ルーバ235,237によって生じる渦効果は、冷却チャンバ217を通してのエアの移動を生じさせ、冷却チャンバ内での滞留時間を増加させる。このため、冷却効果は増加し、またシェルプレナムの外に水滴が直接的に吹き飛ばされることが防止される。冷却チャンバからの冷却エアは、冷却のため構造体の内部へと適当な格子(図8中の格子239のような)を通過して放出され、或いは冷却したい構造体内部の所定の領域へと適当なダクトを通って送られる。   Air is introduced into the cooling chamber by fans 231 and 233 arranged opposite to each other. The fans 231 and 233 are mounted on louvers (235 and 237 in FIG. 9). The louvers manually and directly adjust the air that is introduced and exhausted from the cooling chamber 217 in the circulation and vortex channels that create turbulence in the cooling chamber 217 and enhance the evaporative cooling process. The vortex effect produced by the side louvers 235, 237 causes the movement of air through the cooling chamber 217 and increases the residence time in the cooling chamber. For this reason, the cooling effect is increased and water droplets are prevented from being directly blown out of the shell plenum. Cooling air from the cooling chamber is expelled through a suitable grid (such as grid 239 in FIG. 8) into the structure for cooling, or to a predetermined area within the structure to be cooled. Sent through a suitable duct.

エアはまた、吸気ファン225によって吸気プレナム221に引き込まれ、エア流れは冷却チャンバ内に配置された立ち上がりチューブ227を通って上方へと向けられる。立ち上がりチューブは、冷却チャンバ内で冷水サンプを通過し、蒸発媒体に接触するため、管の外側は冷却される。チューブ227内部のエアは管を通しての伝導により冷却される。この比較的乾燥したエアは、適当なダクトを通して冷却される構造体の内部へと送られ、もし必要であれば、冷却チャンバからの冷却されたエアと混合される。   Air is also drawn into the intake plenum 221 by the intake fan 225 and the air flow is directed upward through a riser tube 227 disposed in the cooling chamber. As the riser tube passes through the cold water sump in the cooling chamber and contacts the evaporation medium, the outside of the tube is cooled. The air inside the tube 227 is cooled by conduction through the tube. This relatively dry air is routed through a suitable duct into the cooled structure and, if necessary, mixed with the cooled air from the cooling chamber.

本発明に係るこの後者の実施形態では、エアは2つの同時に起こるプロセスを使用することにより冷却される。エアは、気化冷却チャンバ217内の水に直接接触することによって冷却され、この方法で冷却されたエアの絶対湿度を上昇させる。付加的なエアもまた、立ち上がりチューブ227内の伝導性熱伝達によって冷却される。この付加的なエアの絶対湿度は、変化しないか、または少しだけ上昇し、或いは少し減少する。これは、立ち上がりチューブの内部で凝縮されるためである。もし必要であれば、放出されるエアが蒸発プロセスによる比較的湿ったエアと、外部の湿度に近いエアとの混合物を含むように、2つのエア流れは本発明の第1実施形態に関して述べた単一の放出ダクト内部で混合され得る。   In this latter embodiment according to the invention, the air is cooled by using two simultaneous processes. The air is cooled by direct contact with the water in the evaporative cooling chamber 217, increasing the absolute humidity of the air cooled in this manner. Additional air is also cooled by conductive heat transfer in the riser tube 227. The absolute humidity of this additional air does not change, increases slightly or decreases slightly. This is because it is condensed inside the rising tube. If necessary, the two air streams have been described with respect to the first embodiment of the invention so that the released air comprises a mixture of relatively moist air from the evaporation process and air that is close to external humidity. It can be mixed inside a single discharge duct.

冷却チャンバの底の冷水サンプ(図9中の219)は、サンプと同様に冷却団として作用する。サンプ内の水は、市販の低温圧縮機によってほとんど凍結されるまで冷却される。低温圧縮機は、製氷機に使用されるものと類似のものであり、ACまたはDCによって稼動され、好ましくは12VのDC電源によって稼動される。図11に示されるように本発明の実施形態では、圧縮機209はバッテリによって稼動される。しかし、本実施形態では、排気プレナム領域215内に配置されたインバータ243(図11)は、例えばピーク稼動でない時間帯の間にはバッテリを充電するため、装置にAC電流をオフにさせる。インバータを冷却された排気プレナム区画に配置することによって稼動温度を低下させることにより、インバータの寿命が延長される。吸気プレナム及び冷却チャンバに使用される電気ファンは、太陽電池または蓄電池によって駆動される12Vのファンであることが望ましい。   The cold water sump (219 in FIG. 9) at the bottom of the cooling chamber acts as a cooling group, similar to the sump. The water in the sump is cooled until it is almost frozen by a commercial cold compressor. The cryocompressor is similar to that used in ice makers and is operated by AC or DC, preferably by a 12V DC power source. As shown in FIG. 11, in the embodiment of the present invention, the compressor 209 is operated by a battery. However, in the present embodiment, the inverter 243 (FIG. 11) arranged in the exhaust plenum region 215 charges the battery, for example, during a non-peak time period, thereby causing the apparatus to turn off AC current. By reducing the operating temperature by placing the inverter in a cooled exhaust plenum compartment, the life of the inverter is extended. The electric fan used for the intake plenum and the cooling chamber is preferably a 12V fan driven by solar cells or accumulators.

図10,11,16,16A,16Bは、従来の機械冷凍技術を用いた圧縮機209及び該圧縮機に関連する凝縮器210によって冷却される一般的に好ましい冷凍マニホールド245を示す。多くの異なる従来のマニホールドやコイルの配置が、サンプ219内の水を冷却するために圧縮機209と利用されるが、好ましいマニホールド245は意図する利用に特に効果的である。図16に示すように、マニホールド245は、前層247と後層249を有する「ダブルショック(double shock)」マニホールドである。前及び後層、またはコイルは複数個の円筒状のスペーサ251によって離間して配置されている。円筒状スペーサ251は、マニホールドの全幅よりも短く、隣接するスペーサの間に距離dを有している。円筒状スペーサはまた、サンプ219内で、水がスペーサの周囲またはスペーサを通って流れるように、中が空洞であり、かつ両端が開放している。図11に示すように、マニホールド245は、冷却チャンバのサンプ内に通常水平面に配置される。   10, 11, 16, 16A, 16B show a generally preferred refrigeration manifold 245 that is cooled by a compressor 209 and a condenser 210 associated with the compressor using conventional mechanical refrigeration techniques. Although many different conventional manifolds and coil arrangements are utilized with the compressor 209 to cool the water in the sump 219, the preferred manifold 245 is particularly effective for the intended use. As shown in FIG. 16, the manifold 245 is a “double shock” manifold having a front layer 247 and a rear layer 249. The front and rear layers, or coils, are spaced apart by a plurality of cylindrical spacers 251. The cylindrical spacer 251 is shorter than the entire width of the manifold and has a distance d between adjacent spacers. The cylindrical spacer is also hollow in the sump 219 and open at both ends so that water can flow around or through the spacer. As shown in FIG. 11, the manifold 245 is typically placed in a horizontal plane within the sump of the cooling chamber.

冷媒は、図16中の253及び255に示される分割された一対のマニホールド層に供給され、戻ってくる。図16Bに示すように、コイルの上層はループ252,254,256,258,260,262,264及び266によって形成される(ループは説明の簡略化のため断面として示している。)。コイルの下層はループ268,270,272,274,276,278,280及び282によって形成される。ループ部分252乃至266は、マニホールドの前層の連続したコイルを形成する。ループ部分268乃至282は、マニホールドの前層の連続したコイルを形成する。ループ部分268乃至282は同様に、マニホールドの後層の連続したループを形成する。前及び後ループから抜け出るまたは終了する点(図16B中の266,268)は、クロスオーバーパイプ284,286によって接続されている。クロスオーバーパイプ284,286は、分岐253,255を形成するために第1ループ部分(図16B中の252,282)を横断する。クロスオーバーパイプの配列及び分岐253,255の結果、マニホールドを通過する中間層流が形成される。例えば、分岐253を通過して流れる冷媒は、ブランチ253B(図16)を通って前層247へと流れ、ブランチ253Aを通って後層249へと流れる。前及び後層247,249より戻ってくる冷媒は、分岐255で合流する。分割流を有するダブルショックマニホールドは、圧縮機209の冷却能力を約2倍にする。   The refrigerant is supplied to the pair of divided manifold layers indicated by 253 and 255 in FIG. 16 and returns. As shown in FIG. 16B, the upper layer of the coil is formed by loops 252, 254, 256, 258, 260, 262, 264 and 266 (the loop is shown as a cross section for simplicity of explanation). The lower layer of the coil is formed by loops 268, 270, 272, 274, 276, 278, 280 and 282. Loop portions 252 through 266 form a continuous coil of the front layer of the manifold. The loop portions 268-282 form a continuous coil of the front layer of the manifold. The loop portions 268-282 similarly form a continuous loop in the rear layer of the manifold. The points exiting or ending from the front and rear loops (266 and 268 in FIG. 16B) are connected by crossover pipes 284 and 286. Crossover pipes 284, 286 traverse the first loop portion (252, 282 in FIG. 16B) to form branches 253, 255. As a result of the arrangement of the crossover pipes and the branches 253 and 255, an intermediate laminar flow passing through the manifold is formed. For example, the refrigerant flowing through the branch 253 flows to the front layer 247 through the branch 253B (FIG. 16), and flows to the rear layer 249 through the branch 253A. The refrigerant returning from the front and rear layers 247 and 249 merges at the branch 255. A double shock manifold with a split flow approximately doubles the cooling capacity of the compressor 209.

以下の記載は、上述した図8乃至16Bに記載された装置の実際の稼動テストから得られたものである。次のテスト結果は限定する意図はなく、本発明の特に好ましい実施形態の特徴を説明することを意図している。装置のケースまたはハウジングはステンレス鋼で形成されている。装置の相反する側に取り付けられた2個の12Vファンは、外部の雰囲気を中心のウェットチャンバに引き入れるために使用されている。ウェットチャンバは、ここでは装置の「ウェット側」として言及している。ウェットチャンバに延在する銅管及び単一の12Vファンは、エアを装置の「ドライ側」として言及される部分のチューブを通過させるために使用されている。ドライ側へのエアの供給は、空調空間の内部に延在するダクトを通過させて行われている。2つのエア流れ(ドライ及びウェット側)は、装置の内部で混合され、ひとつの出口に向けられている。装置は、ウェットチャンバのサンプ内の水を冷却するために使用される積層した機械冷凍装置が組み合わされている。120VのAC電源によるユニットの稼動を許容し、かつバッテリを充電するために、装置の12VのDC運転のためのバッテリとインバータが設けられている。   The following description is obtained from an actual operation test of the apparatus described in FIGS. 8 to 16B described above. The following test results are not intended to be limiting and are intended to illustrate features of particularly preferred embodiments of the invention. The case or housing of the device is made of stainless steel. Two 12V fans mounted on opposite sides of the device are used to draw the external atmosphere into the central wet chamber. Wet chamber is referred to herein as the “wet side” of the device. A copper tube and a single 12V fan extending into the wet chamber are used to pass air through the tube of the part referred to as the “dry side” of the device. Air is supplied to the dry side through a duct extending inside the air-conditioned space. The two air streams (dry and wet side) are mixed inside the device and directed to one outlet. The device is combined with a stacked mechanical refrigeration device used to cool the water in the wet chamber sump. In order to allow the operation of the unit by a 120V AC power source and to charge the battery, a battery and an inverter for 12V DC operation of the apparatus are provided.

<テスト装置導入の説明>
テスト装置は、カリフォルニア州バニングの密閉された自動車修理工場の外に配置されている。装置の第2(ウェット)側のエア供給は、屋外の雰囲気から取得されている。ガレージは、おおよそ縦30フィート(9.1m)、横35フィート(10.7m)であり、高さ14フィート(4.3m)の屋根を有する。装置の混合出口エア流れと、第1(ドライ)側への供給エアとは、ドアを通過して密閉された自動車修理工場空間内へと入るダクト内を通過する。両方のダクトは、10フィート(3.0m)であり、折れ曲がりがなく真っ直ぐである。装置の混合エア出口に対するダクトは内径10.25インチ(0.26m)であり、第1(ドライ)側に対するダクトは内径7.0インチ(0.18m)である。
<Explanation of test equipment introduction>
The test equipment is located outside a closed auto repair shop in Banning, California. The air supply on the second (wet) side of the device is obtained from an outdoor atmosphere. The garage is approximately 30 feet (9.1 m) long, 35 feet (10.7 m) wide and has a 14-foot (4.3 m) high roof. The mixing outlet air flow of the device and the supply air to the first (dry) side pass through a duct that passes through the door and enters a sealed car repair shop space. Both ducts are 10 feet (3.0 m), straight and unfolded. The duct for the mixing air outlet of the apparatus has an inner diameter of 10.25 inches (0.26 m) and the duct for the first (dry) side has an inner diameter of 7.0 inches (0.18 m).

自動車修理工場の1つのドアは、エアが自動車修理工場から逃げ、自動車修理工場空間の背圧が上昇することを避けるために、外気に対して開放されたままになっている。最初の2つのテストでは、装置をドアから数インチのところに配置した。第3のテストでは、装置はドアから約10フィート(3.1m)の場所に移動されたが、2本のダクトはまだドアを通過して密閉された空間内へと延在している。第3のテストに対しては、装置は日陰に配置されている。   One door of the car repair shop is left open to the outside air to avoid air escaping from the car repair shop and increasing back pressure in the car repair shop space. In the first two tests, the device was placed a few inches from the door. In the third test, the device was moved to about 10 feet (3.1 m) from the door, but the two ducts still extend through the door into a sealed space. For the third test, the device is placed in the shade.

<テストデータ及び結果>
<テスト#1>
本テストでは、装置はAC電源に接続されておらず、バッテリ電源により稼動している。
<Test data and results>
<Test # 1>
In this test, the device is not connected to an AC power source and is running on battery power.

Figure 2008516188
Figure 2008516188

<テスト#2>
本テストでは、装置はAC電源に接続され、インバータにより稼動されている。
<Test # 2>
In this test, the device is connected to an AC power source and is operated by an inverter.

Figure 2008516188
Figure 2008516188

<テスト#3>
上記したように装置がドアから10フィート(3.1m)離れている以外はテスト#2と同様である。
<Test # 3>
Similar to Test # 2 except that the device is 10 feet (3.1 m) away from the door as described above.

Figure 2008516188
Figure 2008516188

注意:3つのテストの全てにおける加湿効率の計算は、乾球温度のcfm加重平均と、第1及び第2入口エア流れと混合出口との相対湿度(%)に基づいている。   Note: The humidification efficiency calculations in all three tests are based on the cfm weighted average of the dry bulb temperature and the relative humidity (%) of the first and second inlet air streams and the mixing outlet.

上記のテスト結果は、南カリフォルニアに見られるような乾燥した気候地帯における乾燥状態において加湿効果が達成されたことを示している。しかし、あまり乾燥していない気候地帯においても本システムから湿度を得ることは概ね魅力がある。図19は、ウェットチャンバからの放出出口262の前方に位置するウェットチャンバ(図9中の217)内に取り付けられた追加冷凍マニホールド(蒸発器)260を示している。追加冷凍マニホールド260は、前記したウェットチャンバ内のサンプ水を冷却するために使用される従来の機械冷凍システムから冷媒を供給され得る。   The above test results show that a humidification effect was achieved in the dry state in a dry climate zone as found in Southern California. However, it is generally attractive to obtain humidity from this system even in climatic zones that are not very dry. FIG. 19 shows an additional refrigeration manifold (evaporator) 260 installed in a wet chamber (217 in FIG. 9) located in front of the discharge outlet 262 from the wet chamber. The additional refrigeration manifold 260 may be supplied with refrigerant from a conventional mechanical refrigeration system used to cool the sump water in the wet chamber described above.

図19は、ウェットチャンバ217のサンプ部内に備えられたダブルショックマニホールド245のハイ側268及びロウ側270の間に冷媒を供給するために使用される従来の圧縮機264及び凝縮器266の簡略概念図である。従来のドライヤ272及び膨張装置274は、従来の方法の通りに循環冷媒の経路に配置されている。膨張装置274は、業界で公知の従来の膨張弁であっても良く、また冷却効果を生じるべくダブルショックマニホールド245のコイルを通して高圧蒸気から低圧蒸気まで輸送する他の便利な膨張装置であっても良い。   FIG. 19 shows a simplified concept of a conventional compressor 264 and condenser 266 used to supply refrigerant between the high side 268 and low side 270 of the double shock manifold 245 provided in the sump portion of the wet chamber 217. FIG. The conventional dryer 272 and the expansion device 274 are arranged in the circulation refrigerant path as in the conventional method. The expansion device 274 may be a conventional expansion valve known in the industry, or other convenient expansion device that transports from high pressure steam to low pressure steam through the coils of the double shock manifold 245 to produce a cooling effect. good.

追加冷凍マニホールド260を適合させるため、圧縮機264は膨張装置280を通して追加マニホールドの蒸発コイル282に冷媒を供給するハイ側ライン276及びロウ側ライン278に適合されている。市販されている流量制御弁284は、ダブルショックマニホールド245及び追加冷凍マニホールド260のロウ側270及び278それぞれから圧縮機264への冷媒の戻りを制御している。   To accommodate the additional refrigeration manifold 260, the compressor 264 is adapted to a high side line 276 and a low side line 278 that supply refrigerant through the expansion device 280 to the evaporation coil 282 of the additional manifold. A commercially available flow control valve 284 controls the return of refrigerant from the low shock sides 270 and 278 of the double shock manifold 245 and the additional refrigeration manifold 260 to the compressor 264, respectively.

冷凍回路はまた、マニホールドのハイ側268,276のそれぞれへの冷媒の供給を制御する12Vポンプの下流のバルブ288,291を含む。ポンプ下流バルブ288,291は、ウェットチャンバ217側のファン231,233と同じ電気回路に接続されているため、冷媒はファン231,233が運転しているときのみ追加マニホールドに供給される。圧縮機264は、サンプ水を華氏35度(1.7℃)またはその付近に維持するサーモスタットを備えている。ファンと追加マニホールド260を循環させられる冷媒とを有するため、例えばおおよそ華氏45度(7.2℃)で追加マニホールドを横切って吹くエアは冷却され、エア中の水滴が凝縮され、水滴をウェットチャンバ217のサンプ部219に落とす。特定の条件で、発生する凝集物により、装置のサンプ部の水を補給する必要はなくなる。この方法による湿気の凝縮は、ウェットチャンバ217から放出されるエアを除湿するために作用する。   The refrigeration circuit also includes valves 288 and 291 downstream of the 12V pump that control the supply of refrigerant to the high side 268 and 276 of the manifold, respectively. Since the pump downstream valves 288 and 291 are connected to the same electric circuit as the fans 231 and 233 on the wet chamber 217 side, the refrigerant is supplied to the additional manifold only when the fans 231 and 233 are operating. The compressor 264 includes a thermostat that maintains the sump water at or near 35 degrees Fahrenheit (1.7 ° C.). Because it has a fan and a refrigerant that circulates through the additional manifold 260, for example, air blowing across the additional manifold at approximately 45 degrees Fahrenheit (7.2 ° C.) is cooled, water droplets in the air are condensed, and the water droplets are collected into the wet chamber. Drop to sump section 219 of 217. Under certain conditions, the agglomerates that are generated eliminate the need to refill the sump section of the device. The condensation of moisture by this method acts to dehumidify the air released from the wet chamber 217.

図20は、冷却のために構造体内部に設置された本発明に係る空調機301を示している。装置301は、屋外エアを取り込むべくウェットチャンバのファン入口305の一方から屋外環境に接続された外部ダクト303を有する。相対するように配置されたファン入口307は、室内に対する戻りエアシステムの一部であるダクト309に接続している。ウェット及びドライチャンバからの(または、ウェットチャンバのみからの)放出出口311は、部屋内の冷気排出口313へとダクトで接続されている。追加冷凍マニホールド260が備えられた装置は、ウェットチャンバ217を通過して流れる湿気を凝縮する。凝縮物は混入物質がろ過されて、315から放出されるか、またはシステム内を循環させられる。部屋にはまた、部屋のドアが開いているときには閉じ、部屋のドアが閉じられているときには開く、1以上の頭上自動通気孔317,319が備えられている。通気孔は、部屋から屋根裏へと一定量の基本的に滞留したエアを排出するために作用する。屋根裏には、構造体の外部へと高温のエアを放出するための従来の排気孔321を備えている。この方法では、構造体の外部へのダクト303がたとえなかったとしても、システムは滞留したエアを構造体の外部に放出させるために動作することができる。これは、エアをほぼ100%滞留させる典型的な気化装置や、または1%のみ滞留したエアを循環させる従来の空調システムと対照的である。   FIG. 20 shows an air conditioner 301 according to the present invention installed inside a structure for cooling. The device 301 has an external duct 303 connected to the outdoor environment from one of the fan inlets 305 of the wet chamber to take in outdoor air. Opposing fan inlets 307 are connected to a duct 309 which is part of the return air system for the room. The discharge outlet 311 from the wet and dry chambers (or only from the wet chamber) is connected by a duct to a cool air outlet 313 in the room. The device provided with the additional refrigeration manifold 260 condenses the moisture flowing through the wet chamber 217. The condensate is filtered from contaminants and released from 315 or circulated through the system. The room also includes one or more overhead automatic vents 317, 319 that open when the room door is open and open when the room door is closed. The vents act to discharge a certain amount of essentially stagnant air from the room to the attic. The attic is provided with a conventional exhaust hole 321 for releasing hot air to the outside of the structure. In this manner, the system can operate to release stagnant air to the exterior of the structure even if there is no duct 303 to the exterior of the structure. This is in contrast to typical vaporizers that retain approximately 100% of the air, or conventional air conditioning systems that circulate air that retains only 1%.

図21は、出口の温度及びまたは湿度を更に調節するために、装置への入口エアを制御する付加的な方法を示している。この調節では、ウェットチャンバへのファン入口305に、装置の底部チャンバ(吸気プレナム)221に接続するダクト323が備えられている。サーモスタットで制御され作動するドアまたはゲートバルブ機構が、底部チャンバ221からエアを引き込むために作動され得る。仮にエアがチャンバ221から引き込まれた場合には、第2ドアまたはゲートバルブ327は屋外からダクト303を通過して引き込まれるエアを遮断する。例えば、屋外エア温度が華氏110度(43℃)である場合に、バルブ327を閉じ、例えば華氏80度(26.7℃)である室内エアのみを引き込むことが好ましい。   FIG. 21 illustrates an additional method of controlling the inlet air to the device to further adjust the outlet temperature and / or humidity. In this adjustment, the fan inlet 305 to the wet chamber is provided with a duct 323 that connects to the bottom chamber (intake plenum) 221 of the apparatus. A thermostatically controlled door or gate valve mechanism can be activated to draw air from the bottom chamber 221. If air is drawn from the chamber 221, the second door or gate valve 327 blocks the air drawn from the outside through the duct 303. For example, when the outdoor air temperature is 110 degrees Fahrenheit (43 ° C.), it is preferable to close the valve 327 and draw only indoor air that is, for example, 80 degrees Fahrenheit (26.7 ° C.).

簡潔に上述したように、装置の冷却チャンバのサンプ部219内の水は、一般的には周囲環境よりも少なくともおおよそ華氏10乃至15度(5.5乃至8.3℃)低温である。そのため、この水と熱交換する関係にある場所に配置された物体は冷却される。例えば、小さな物体は大きな付加的なエネルギを必要とせずに冷却され得る。適した容器がシェル側の水内に直接に配置され、または外部から到達できる収納棚がシェル側内に組みつけられ、または例えばシェル側から外部にでた冷却コイルを通過して循環する水の流れ等が物体を冷却ために利用される。図14に示すように、冷却チャンバのサンプ水部分は、使用しない場合には詰められ、蓋がされる1以上の組の補助冷却ジャケット257,259が備えられる。補助ジャケットは、装置のサンプ部内の水のための入口及び出口部を含む。冷却水は、冷却能を増強するために容易に、冷却される構造体内の他の熱交換器のような他の装置に接続され得る。   As briefly mentioned above, the water in the sump section 219 of the cooling chamber of the apparatus is typically at least approximately 10 to 15 degrees Fahrenheit (5.5 to 8.3 ° C.) cooler than the surrounding environment. For this reason, the object placed in a place that exchanges heat with water is cooled. For example, small objects can be cooled without requiring large additional energy. A suitable container is placed directly in the water on the shell side, or a storage shelf that can be reached from the outside is assembled in the shell side, or for example water that circulates through a cooling coil that runs from the shell side to the outside Flow or the like is used to cool the object. As shown in FIG. 14, the sump water portion of the cooling chamber is provided with one or more sets of auxiliary cooling jackets 257, 259 that are filled and capped when not in use. The auxiliary jacket includes an inlet and an outlet for water in the sump portion of the device. The cooling water can be easily connected to other devices such as other heat exchangers in the structure to be cooled to enhance cooling capacity.

図17は、補助冷凍装置261を示している。一般的な装置は約15インチ(0.38m)幅で高さが24インチ(0.61m)であり、住居の壁の間柱間に配置されるのに都合が良い。空調機201のサンプ219からの水は、管路263を通過して流体ポンプ265の取水口へと吸入される。ポンプ265は、冷水を管路267に通してコイル269へと冷水を放出する。12x12インチ(0.31mx0.31m)のコイルの背面に配置された12VのDCファン271は、エアにコイルを通過させ、装置から冷却される構造体へと冷却されたエアを放出するために使用される。ファンは、メイン空調装置に使用される冷却チャンバファン231,233と独立している。戻り水は、管路273を通ってポンプ265へと戻り、メインユニットの機械冷凍システムによって再び冷却されるため、ポンプによってメインユニットのサンプ219へと出口管路275を通って再循環させられる。また、受皿274が凝集物を受けるために備えられている。本発明の実施形態では、入口及び出口水管路263,275は、例えば適当なポリオレフィンの外装を有するケーブル配置(図18)にパッケージ化されている。ケーブル277はまた、ファン271及びポンプ265に電力を供給するために、適当にシールドされたDC電源供給ライン(図18中の279)を含む。   FIG. 17 shows the auxiliary refrigeration apparatus 261. A typical device is about 15 inches (0.38 m) wide and 24 inches (0.61 m) high and is convenient to be placed between pillars in a residential wall. Water from the sump 219 of the air conditioner 201 passes through the pipe 263 and is sucked into the water intake port of the fluid pump 265. The pump 265 passes the cold water through the pipe line 267 and discharges the cold water to the coil 269. A 12V DC fan 271 located on the back of a 12x12 inch (0.31mx0.31m) coil is used to pass the coil through the air and to release the cooled air from the device to the cooled structure. Is done. The fans are independent of the cooling chamber fans 231 and 233 used in the main air conditioner. The return water returns to pump 265 through line 273 and is cooled again by the main unit mechanical refrigeration system and is therefore recirculated through outlet line 275 by the pump to main unit sump 219. In addition, a tray 274 is provided for receiving the aggregate. In an embodiment of the invention, the inlet and outlet water lines 263, 275 are packaged in a cable arrangement (FIG. 18) having a suitable polyolefin sheath, for example. Cable 277 also includes a suitably shielded DC power supply line (279 in FIG. 18) to supply power to fan 271 and pump 265.

発明は、いくつかの利点を提供する。本発明に係る冷却システムは、比較的安価に製造される。本システムは、吸入される空気と放出される空気との温度の間に華氏30度(17℃)以上もの差を生じさせる。システムは、ソーラーパネルや風車から得られるDC電源によって乾燥気候において稼動することができる。インバータにより、装置はDCバッテリ源を充電するため、ピーク時間でない間にAC電源に接続されることが可能である。装置は、ピーク状態下でさえ、20アンペア以下のAC電源により稼動される。ウェットチャンバの渦性質は、必然的に花粉やダスト等といったエア中の汚染物質を取り除く。汚染物質は、装置のサンプ部内に落下し、排出されるため、装置は空調機としてだけではなく空気清浄機としても働く。システムの加湿は、装置への応用目的によっていくつかの異なる方法により調節される。   The invention provides several advantages. The cooling system according to the present invention is manufactured relatively inexpensively. The system produces a difference of more than 30 degrees Fahrenheit (17 ° C.) between the temperature of inhaled and released air. The system can be operated in dry climates with DC power obtained from solar panels and windmills. The inverter allows the device to be connected to an AC power source during non-peak hours to charge the DC battery source. The device is operated with an AC power supply of 20 amps or less even under peak conditions. The vortex nature of the wet chamber inevitably removes airborne contaminants such as pollen and dust. Since the contaminants fall into the sump part of the apparatus and are discharged, the apparatus works not only as an air conditioner but also as an air purifier. The humidification of the system is adjusted in several different ways depending on the application purpose of the device.

関連する技術分野における当業者にとって理解できるように、上記した本発明の最適な実施形態に対して多くの変更及び修飾を行うことが可能である。本発明はここでは、熱交換器のシェル側がウェット側であり、チューブ側がドライ側である特定の実施形態に関連して記載したが、当業者は、例えばウェットなチューブ側とドライなシェル側等を含む他の配置が可能であることを、開示内容を考慮することによって容易に認識し得る。当業者は、必要であればシェルアンドチューブ式以外の形態の熱交換器を使用できることを開示内容から認識することができる。   As will be appreciated by those skilled in the relevant arts, many variations and modifications can be made to the above-described optimal embodiments of the present invention. Although the present invention has been described herein in connection with a particular embodiment in which the shell side of the heat exchanger is the wet side and the tube side is the dry side, those skilled in the art will recognize, for example, a wet tube side and a dry shell side, etc. It can be readily recognized by considering the disclosure that other arrangements including are possible. One skilled in the art can recognize from the disclosure that heat exchangers other than shell and tube can be used if desired.

記載されたものは、添付の請求項の趣旨及び範囲から逸脱することなく修飾及び変更が可能である好ましい実施形態である。本発明における多くの修飾や変更が、上記の教示の権利内で可能である。そのため、添付の請求項の範囲内で、本発明は具体的に記載されたもの以外にも実施されうることが理解される。   What has been described is a preferred embodiment that can be modified and changed without departing from the spirit and scope of the appended claims. Many modifications and variations in the present invention are possible within the scope of the above teachings. Therefore, it will be understood that, within the scope of the appended claims, the invention may be practiced other than as specifically described.

本発明に係るシェルアンドチューブ式熱交換器の実施形態に係る概略図である。It is the schematic which concerns on embodiment of the shell and tube type heat exchanger which concerns on this invention. 図1のライン2−2に沿って見た断面図である。It is sectional drawing seen along line 2-2 of FIG. 液体噴霧システムを示す本発明に係る一実施形態のシェルプレナムの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a shell plenum showing a liquid spray system. ブランケットに全体が囲まれたチューブを示す本発明に係る一実施形態のシェルプレナムの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a shell plenum according to the present invention showing a tube entirely surrounded by a blanket. 本発明に係るシェルアンドチューブ熱交換器を用いた空調システムが内部に設置された構造体の平面図である。It is a top view of the structure in which the air-conditioning system using the shell and tube heat exchanger concerning the present invention was installed in the inside. 図5の熱交換器のシェルプレナムの断面図である。It is sectional drawing of the shell plenum of the heat exchanger of FIG. 図5中の位置116及び120での表4及び5に示す温度及び相対湿度を示すグラフである。6 is a graph showing the temperature and relative humidity shown in Tables 4 and 5 at positions 116 and 120 in FIG. 5. 直接/間接気化冷却と冷却されたサンプ水とを組み合わせたことに特徴を有する本発明に係る装置の他の実施形態の斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of another embodiment of the apparatus according to the present invention characterized by the combination of direct / indirect evaporative cooling and cooled sump water. 装置の内部要素の説明を容易にするために後壁を取り除いた図8の装置の背面図である。FIG. 9 is a rear view of the device of FIG. 8 with the rear wall removed to facilitate description of the internal elements of the device. 図8及び図9の装置に用いられる冷却チャンバ及び冷凍マニホールドを示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing a cooling chamber and a refrigeration manifold used in the apparatus of FIGS. 8 and 9. 装置の内部要素の説明を容易にするために後壁を取り除いた図8の装置の透視図である。FIG. 9 is a perspective view of the device of FIG. 8 with the rear wall removed to facilitate description of the internal elements of the device. 立ち上がりチューブに対する管板としての役割も果たす冷却チャンバの上壁の平面図である。It is a top view of the upper wall of the cooling chamber that also serves as a tube plate for the riser tube. 図8の装置の冷却チャンバの分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view of a cooling chamber of the apparatus of FIG. 8. 水分配アレイの配置を示す冷却チャンバの側面図である。FIG. 3 is a side view of a cooling chamber showing the arrangement of the water distribution array. 吸気プレナム及び吸気ファンを示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an intake plenum and an intake fan. 図8の装置の冷水サンプ内で使用される冷凍マニホールドの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the freezing manifold used in the cold water sump of the apparatus of FIG. 図16のライン16A−16Aに沿った断面図である。It is sectional drawing along line 16A-16A of FIG. 層間フローパターンを生じさせるために使用されるクロスオーバー配管を示す図8のマニホールド簡略端面図である。FIG. 9 is a simplified manifold end view of the manifold of FIG. 8 showing the crossover piping used to create the interlayer flow pattern. 本発明の装置の冷水サンプ内の冷水と離れて稼動する補助熱交換装置の概略図である。It is the schematic of the auxiliary heat exchange apparatus which moves apart from the cold water in the cold water sump of the apparatus of this invention. 図17の補助熱交換装置と図8乃至15に示すメイン冷却アセンブリとを接続するために使用されるケーブルの断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view of a cable used to connect the auxiliary heat exchange device of FIG. 17 and the main cooling assembly shown in FIGS. 本発明に係る空調システムの高湿度版のウェットチャンバ内に設置された追加冷凍マニホールドを、該マニホールドに関連する冷凍回路に沿って示す概略図である。It is the schematic which shows the additional freezing manifold installed in the wet chamber of the high humidity version of the air-conditioning system which concerns on this invention along the freezing circuit relevant to this manifold. 本発明に係る空調システムに利用される構造体を通過するエア流れを示す概略図である。It is the schematic which shows the air flow which passes the structure utilized for the air conditioning system which concerns on this invention. 本発明に係る装置のウェットチャンバへのエア流れのための代替ダクト配置を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an alternative duct arrangement for air flow to a wet chamber of an apparatus according to the present invention.

Claims (11)

冷却アセンブリであって、
ドライ側と熱交換する関係にあるウェット側を密閉するケース部材を含み、前記両側は実質的に互いに溶接密閉(hermetically sealed)されている熱交換器と、
前記ドライ側を通過して冷却されたエアを流れさせるために適合させられた第1エア移動部材と、
前記ウェット側内部に設けられた液分配部材と、
前記ウェット側に取り付けられ、前記ウェット側から液を受け、かつ前記液を前記液分配部材に提供させるべく適合させられた液サンプ要素と、
前記ウェット側に乱気流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記ウェット側を通過してエアを流れさせるために適合された少なくとも2以上の追加エア移動部材と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記液サンプ要素内に貯容された液体を冷却するために前記液体サンプ内に配置された冷凍マニホールドとを含む機械冷凍装置と、
前記熱交換器の前記ケース部材の前記密閉されたウェット側内に配置された追加マニホールドとを含むことを特徴とする冷却アセンブリ。
A cooling assembly,
A heat exchanger that includes a case member that seals the wet side in heat exchange relationship with the dry side, wherein both sides are substantially hermetically sealed to each other;
A first air moving member adapted to flow cooled air through the dry side;
A liquid distribution member provided inside the wet side;
A liquid sump element attached to the wet side, adapted to receive liquid from the wet side and to provide the liquid to the liquid distribution member;
At least two or more additional air moving members adapted to cause air to flow through the wet side from different locations to create a turbulent high-humidity air mass on the wet side;
A mechanical refrigeration apparatus comprising a compressor and a refrigeration manifold disposed in the liquid sump for cooling liquid stored in the liquid sump element in association with the compressor;
An additional manifold disposed within the sealed wet side of the case member of the heat exchanger.
構造体の内部を冷却する冷却アセンブリであって、
前記冷却アセンブリは、
前記アセンブリの中央部に位置する強制空気気化冷却チャンバを備えた積層チャンバアセンブリを含み、
前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバの上方に位置する排気エアプレナムを、前記冷却チャンバの下方に位置する吸気プレナムから分離し、上壁と、冷水サンプ部を形成する底壁と、周囲の側壁と、前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する複数本の垂直に配列された立ち上がりチューブとを備え、
前記冷却アセンブリは更に、
前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する前記複数本の垂直立ち上がりチューブを通過させて上方に冷却されたエアを引き込むために、前記吸気プレナム内に配置された吸気ファンと、
前記上壁に隣接するように冷却チャンバ内に配置された液分配部材と、
前記冷却チャンバの前記サンプ部から前記液分配部材へと水を送り込むポンプと、
前記冷却チャンバ内部に乱流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記冷却チャンバを通過させてエアを移動させるために、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた1組の向かい合って配置されたファンと、
前記冷却チャンバからエアを放出する放出出口と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記液体サンプ部内に貯容された水を冷却するために前記冷却チャンバの前記サンプ内に配置されている冷凍マニホールドとを備えた機械冷凍装置と、
前記放出出口を通過する前記乱流気塊を除湿するべく、前記冷却チャンバの前記放出出口の前部に配置された追加冷凍マニホールドとを含むことを特徴とする冷却アセンブリ。
A cooling assembly for cooling the interior of the structure,
The cooling assembly includes
A stacked chamber assembly with a forced air vaporization cooling chamber located in the center of the assembly;
The cooling chamber separates an exhaust air plenum located above the cooling chamber from an intake plenum located below the cooling chamber, and includes a top wall, a bottom wall forming a cold water sump portion, and a surrounding side wall; A plurality of vertically arranged rising tubes connecting the intake plenum and the exhaust plenum;
The cooling assembly further includes
An intake fan disposed in the intake plenum to draw air cooled upward through the plurality of vertical risers connecting the intake plenum and the exhaust plenum;
A liquid distribution member disposed in the cooling chamber adjacent to the upper wall;
A pump for feeding water from the sump portion of the cooling chamber to the liquid distribution member;
A pair of opposed arrangements attached to the side walls of the cooling chamber to move air through the cooling chamber from different locations to produce turbulent high humidity air bubbles inside the cooling chamber. With fans
A discharge outlet for discharging air from the cooling chamber;
A mechanical refrigeration apparatus comprising: a compressor; and a refrigeration manifold disposed in the sump of the cooling chamber to cool water stored in the liquid sump section associated with the compressor;
A cooling assembly including an additional refrigeration manifold disposed in front of the discharge outlet of the cooling chamber to dehumidify the turbulent air mass passing through the discharge outlet.
前記追加冷凍マニホールドは、前記冷却チャンバの前記サンプ部を冷却するために使用される機械冷凍装置と同じ圧縮機によって冷却されることを特徴とする請求項2に記載の冷却アセンブリ。   The cooling assembly of claim 2, wherein the additional refrigeration manifold is cooled by the same compressor as the mechanical refrigeration device used to cool the sump portion of the cooling chamber. 前記機械冷凍装置は、
凝縮器と、
該凝縮器と関連して蒸発コイルのハイ及びロウ側の間で冷媒を循環させる管路とを更に有し、
前記関連した管路は、前記蒸発コイルへの前記冷媒の流れを制御するために前記関連した管路に設置されたポンプ下流バルブを有し、
前記ポンプ下流バルブは、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた前記向かい合って配置されたファンがオンであり運転しているときに開かれ、前記ファンがオフのときに閉じられることを特徴とする請求項3に記載の冷却アセンブリ。
The mechanical refrigeration apparatus is
A condenser,
A conduit for circulating refrigerant between the high and low sides of the evaporation coil in connection with the condenser;
The associated line has a pump downstream valve installed in the associated line to control the flow of the refrigerant to the evaporation coil;
The pump downstream valve is opened when the face-to-face fan mounted on the side wall of the cooling chamber is on and running and closed when the fan is off. Item 4. The cooling assembly according to Item 3.
構造体の内部を冷却するための、冷却された冷水サンプを有する直接/間接気化冷却アセンブリであって、
前記アセンブリの中央部に位置する強制空気気化冷却チャンバを備える積層チャンバアセンブリを含み、
前記冷却チャンバは、上壁と、底壁と、周囲の側壁と、複数本の垂直に配列された立ち上がりチューブとを備え、前記冷却チャンバの上方に位置する排気プレナムを前記冷却チャンバ下方に位置する吸気プレナムから分離し、
前記冷却チャンバと、前記吸気プレナムと、前記排気プレナムとは、ドライ側と熱交換する関係にあるウェット側が密閉されたシェルアンドチューブ式熱交換器を構成し、
前記両側は、実質的に互いに溶接密閉されており、
前記底壁は、吸気プレナムの上壁及び前記立ち上がりチューブに対する下側管板と冷水サンプ部を形成し、
前記冷却チャンバの上壁は、前記排気プレナムの下壁及び前記立ち上がりチューブに対する上側管板を形成し、
前記直接/間接気化冷却アセンブリは更に、
前記アセンブリのドライ側から冷却されたエア流れを生じさせるべく、前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する前記複数本の垂直立ち上がりチューブを通過させて上方にエアを引き込むために、前記吸気プレナム内に配置された吸気ファンと、
前記上壁に隣接するように冷却チャンバのウェット側に配置された液分配部材と、
前記冷却チャンバの前記サンプ部から前記液分配部材へと水を送り込むポンプと、
前記ウェット側に乱流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記ウェット側を通過させてエアを移動させるために、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた1組の向かい合って配置されたファンと、
前記冷却チャンバからエアを放出する放出出口と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記サンプ部内に貯容された水を冷却するために前記冷却チャンバの前記サンプ内に配置されている冷凍マニホールドとを備えた機械冷凍装置と、
前記放出出口を通過する前記乱流気塊を除湿するべく、前記冷却チャンバの前記放出出口の前部に配置された追加冷凍マニホールドとを含むことを特徴とする直接/間接気化冷却アセンブリ。
A direct / indirect evaporative cooling assembly having a cooled cold water sump for cooling the interior of the structure,
A laminated chamber assembly comprising a forced air vaporization cooling chamber located in the middle of the assembly;
The cooling chamber includes an upper wall, a bottom wall, a peripheral side wall, and a plurality of vertically arranged rising tubes, and an exhaust plenum located above the cooling chamber is located below the cooling chamber. Separate from the intake plenum,
The cooling chamber, the intake plenum, and the exhaust plenum constitute a shell and tube heat exchanger in which a wet side in a heat exchange relationship with a dry side is sealed,
The two sides are substantially weld-sealed to each other;
The bottom wall forms a cold water sump portion with the upper wall of the intake plenum and the lower tube plate for the rising tube,
An upper wall of the cooling chamber forms an upper tube sheet for the lower wall of the exhaust plenum and the riser tube;
The direct / indirect evaporative cooling assembly further includes
In the intake plenum to draw air upward through the plurality of vertical risers connecting the intake plenum and the exhaust plenum to produce a cooled air flow from the dry side of the assembly. An intake fan located in the
A liquid distribution member disposed on the wet side of the cooling chamber so as to be adjacent to the upper wall;
A pump for feeding water from the sump portion of the cooling chamber to the liquid distribution member;
A pair of opposed arrangements attached to the side walls of the cooling chamber to move air through the wet side from different locations to create a turbulent high humidity air mass on the wet side With fans,
A discharge outlet for discharging air from the cooling chamber;
A mechanical refrigeration apparatus comprising: a compressor; and a refrigeration manifold disposed in the sump of the cooling chamber to cool water stored in the sump section associated with the compressor;
A direct / indirect evaporative cooling assembly comprising an additional refrigeration manifold disposed in front of the discharge outlet of the cooling chamber to dehumidify the turbulent air mass passing through the discharge outlet.
前記追加冷凍マニホールドは、前記冷却チャンバの前記サンプ部を冷却するために使用される機械冷凍装置と同じ圧縮機によって冷却されることを特徴とする請求項5に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。   6. The direct / indirect evaporative cooling assembly of claim 5, wherein the additional refrigeration manifold is cooled by the same compressor as the mechanical refrigeration device used to cool the sump portion of the cooling chamber. 前記機械冷凍装置は、
凝縮器と、
該凝縮器に関連して蒸発コイルのハイ及びロウ側の間で冷媒を循環させる管路とを更に有し、
前記関連した管路は、前記蒸発コイルへの前記冷媒の流れを制御するために前記関連した管路に設置されたポンプ下流バルブを有し、
前記ポンプ下流バルブは、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた前記向かい合って配置されたファンがオンであり運転しているときに開かれ、前記ファンがオフのときに閉じられることを特徴とする請求項6に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。
The mechanical refrigeration apparatus is
A condenser,
A conduit for circulating a refrigerant between the high and low sides of the evaporation coil in relation to the condenser;
The associated line has a pump downstream valve installed in the associated line to control the flow of the refrigerant to the evaporation coil;
The pump downstream valve is opened when the face-to-face fan mounted on the side wall of the cooling chamber is on and running and closed when the fan is off. Item 7. The direct / indirect evaporative cooling assembly according to item 6.
前記冷却アセンブリは、天井と、屋根裏とを有する冷却される構造体の内部に設置され、
前記構造体は、前記構造体から前記屋根裏へのエアの通過を許容するために開閉する少なくとも1以上の天井通気孔を有し、
前記屋根裏は、前記屋根裏からエアを放出するための排気孔を有し、
前記構造体の内部の停滞エアは定期的に放出されることを特徴とする請求項5に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。
The cooling assembly is installed inside a cooled structure having a ceiling and an attic;
The structure has at least one ceiling vent that opens and closes to allow air to pass from the structure to the attic;
The attic has an exhaust hole for discharging air from the attic,
6. The direct / indirect evaporative cooling assembly of claim 5, wherein stagnant air inside the structure is released periodically.
前記冷却チャンバの前記向かい合って配置されたファンは、
ファン入口を有し、
前記ファン入口の少なくとも1つ以上は、屋外エアを前記冷却チャンバに入れるべく、前記構造体外部へと続くダクトに接続されていることを特徴とする請求項8に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。
The opposed fans of the cooling chamber are
Have a fan inlet,
9. The direct / indirect evaporative cooling assembly according to claim 8, wherein at least one or more of the fan inlets are connected to a duct leading to the exterior of the structure for allowing outdoor air to enter the cooling chamber. .
前記冷却チャンバの前記サンプ部は、前記サンプ部内に止まる水の内に集められた汚染物質を放出するために、放出管路に接続されていることを特徴とする請求項5に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。   6. Direct / in accordance with claim 5, characterized in that the sump part of the cooling chamber is connected to a discharge line for releasing contaminants collected in the water that stops in the sump part. Indirect evaporative cooling assembly. 追加ダクトが、前記吸気プレナムと前記冷却チャンバとを接続し、
前記ダクトは、前記吸気プレナムから前記冷却チャンバへのエア流れを制御するために、前記ダクトに取り付けられたサーモスタットにより制御されたバルブを有することを特徴とする請求項5に記載の直接/間接気化冷却アセンブリ。
An additional duct connects the intake plenum and the cooling chamber;
6. Direct / indirect vaporization according to claim 5, wherein the duct has a valve controlled by a thermostat attached to the duct to control air flow from the intake plenum to the cooling chamber. Cooling assembly.
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