JP2015166649A

JP2015166649A - 空気冷却装置

Info

Publication number: JP2015166649A
Application number: JP2014040704A
Authority: JP
Inventors: 健児梅津; Kenji Umetsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-24

Abstract

【課題】地球環境の課題として現在の電動式圧縮機を持った冷凍サイクルで室内を冷暖房するシステムに対し、太陽熱や燃料電池の排熱で作動することができる吸収式や吸着式の冷暖房装置は過去多くの技術検討や提案がなされてきたが、圧縮式冷凍サイクルに比較し、エネルギーCOP、製品の大きさ、コストの点で対抗できるものが無かった。
【解決手段】空気を冷却する方法として吸収式などと異なり特性と実用性に優れた方法として、水の蒸発熱を有効に利用する方法である間接水蒸発冷却器の特性向上に寄与する技術を明確化して提案する。
【選択図】図２

Description

太陽熱、燃料電池の排熱、ガスエンジン発電装置の排熱など、低温度の熱源を利
用して室内空気を冷却し、高いエネルギー効率と室内空気快適性を高めて冷房を行うことを特徴とした、いわゆる熱源利用空気調和装置（HDAC）が開発されてきている。商品化されているものとして吸収式冷凍装置や吸着式冷凍装置などを用いた冷房装置がある。これらの装置は密閉容器中を冷媒乃至はガス体を循環させて状態変化を発生させて低温部分を作り出し、冷房対象の空気と熱的に接触させて冷房を行うものである。
一方、このHDAC分野で商品化されている冷房装置の一つとして密閉回路を持たずに、冷房処理空気空間で除湿や冷却を行って冷房を行う、所謂デシカント除湿と屋外空気による冷却機能を用いた冷房装置がある。デシカント除湿とは、密閉ではないオープンな大気空間中で、処理空気を水分吸着機能のあるシリカゲル乃至はゼオライトなどと呼ばれる材質に接触させることにより処理空気中の水分蒸気を吸着材の表面から内部に吸収して、通過処理空気中の湿気をを吸着除湿させ、同時に温度上昇を生じさせ、この高温度になった処理空気を冷却空気である室外空気などで冷却することがこの冷房方式の冷却の原理である。

この吸着方式のデシカント式冷房機は、処理空気を冷却空気で冷却する時に、冷却空気として屋外空気を用い、その冷却効果を増すために、屋外空気に散水して当該空気をその湿球温度まで低い温度にして用いる方式が採用されている。この状態を空気線図上に示すと図１の様になる。冷却空気として室外空気（図中a 、３３℃）に散水して冷却するとｂ点（２５．５℃）に至る。一方、処理空気の室内空気（図中A、２７℃）を吸着材で湿度吸着させるとB点（３４．５℃）に温度上昇する。B点の室内空気をｂ点の室外空気で冷却することにより室内空気はC点（２８．１℃）まで冷却される。この空気に散水加湿することによりG点（２３℃）まで冷却することができる。室外空気（a点)温度が冷房機のJISの基準室外温度である３５℃の場合は、室内空気の到達吹き出しG点は約２５℃となる。

即ちデシカント式の冷房機の室内吹き出し温度はJIS基準温度条件では２７℃の室内空気を２５℃まで冷却して吹き出すことができる（冷却温度２７−２５＝２℃）。これは到達湿度を８０％とした場合であり、圧縮式冷凍サイクルエアコンの様に湿度が９０％程度になるまで冷却して吹出せばその吹き出し温度は２４℃まで冷却できる。即ち吹き出し温度は湿度を調整して２３℃〜２７℃の範囲まで冷却して吹き出すことが出来る事になる。
デシカント式冷房方式の場合通常の電力利用冷凍サイクル方式に比べた優位点は電力使用量が少ないこと、地球環境や安全面で危険性のある冷媒を用いないこと、さらには冷房装置として重要である湿度の制御が可能で、快適性に優れている事などがある。
この優れた特性を完成させる為には優れた除湿特性に加えて冷却効果を如何にして高め吹き出し温度を１７℃程度まで冷却させることが出来るかにかかっている。そのため電力式の冷凍サイクル（ヒートポンプ）と組み合わせた方式も研究されているが、上記の優位点を相殺するため採用できない。

そこで、冷却特性の目標について説明する。圧縮式冷凍サイクルを用いた通常のエアコンでは冷媒の蒸発温度を１３℃程度とするのが通常であり、その場合処理空気を図中I点（１７℃）まで冷却して吹き出すことが可能である。デシカント式冷房機では室外空気を冷却源にする限りそこまで到達しない（冷却温度２℃である）が、冷房機としての基本機能として１０℃冷却を達成して吹き出し温度を１７℃まで冷却するにはさらにプラス７〜８℃の冷却が必要であることがわかる。
この冷却特性を向上させる方式は次の３点が検討されるべきである。
１，除湿特性の向上
図１でわかる通り、デシカント後の空気B点の湿度をさらに下げることである。これに
より吹き出し空気G点の温度は２３℃以下に下げることが出来る。
デシカント冷房装置では吸着除湿を連続的に行うため、吸着除湿後に吸着材を再生させる、即ち放湿させることが必要で、そのため吸着材を回転ロータ状の吸着体に保持させて回転させるか、又は２体の吸着体をバッチ交替式に作動させて、冷却空気（室外空気）に放湿させる構造方式が採用されている。この構造方式と材料などの改善が期待されるものである。
２，除湿工程後の冷却効果の強化
除湿された処理空気（室内空気）をさらに冷却する場合、高いエネルギー効率と冷却効果を得るには、冷却空気（室外空気）の乾球温度による冷却ではなくてそれより低温度の湿球温度を利用することが有効であることは広く知られている。このために冷却空気に継続的に散水して湿球温度まで下げつつ、それを冷却源として利用することが有効であり、水蒸発利用間接冷却方式（IDEC Indirect Evaporative Cooling）として知られている。

３，さらに低温度まで冷却する方法として、処理空気が冷却されC点に達した後にその一部（２０％）の空気の湿球温度を利用する形で、処理空気と対向流に且つ伝熱関係に流すことにより処理空気を冷却する方式（リターン冷却方式）が研究されている。この場合は処理空気の一層の冷却効果の向上が図れる技術として知られているが、いまだ、広く商品化されているとは言えない。この場合図中I点（１７℃）まで冷却できる。この状態で２０％程度の量の空気を取り出して、それを加湿してE点まで低温度化し、これを冷却する空気として利用するものである。E点の冷却空気は水の蒸発を伴いながらC点の処理空気と熱交換して自らはF点まで加熱され、逆にC点の処理空気をD点まで冷却することが出来る。D点まで冷却された処理空気は水の蒸発によりI点まで低温度化される。
以上に記した３つの空気冷却技術はデシカント方式冷房機に新たな改善を加えて、電力利用冷凍サイクル式冷房機と対抗できる冷却特性を確立する、即ち処理空気を低温度下する上で重要な技術であると言える。
本発明は以上の３点の技術分野のうち２，３，に述べた技術分野に関して、実際の冷房機などの商品化する上で不可欠な優れた新技術を提案するものである。

特許文献１及び２には何れも換気の排熱の空気の温湿度即ちエンタルピーを高めてその結果室内空間を冷房する方式であるが、何れも冷却空気は乾球温度を用いており、それより低温度が得られる湿球温度を利用していない。即ち乾球温度を利用して換気冷房乃至は換気除湿を行っている事例であり、そのエネルギー効率は優れているとは云えない。
確かに、これらの技術は建物の内部空間から単純に室内空気を排気する方式に比べて換気空気のエンタルピーを高めて廃棄し、それによる空調エネルギーの損失が減少する効果を生じている。しかも何れも換気エレメント乃至は全熱交換器と呼ばれる室内外空気間の温度と湿度即ち全熱交換器を設置して換気によるエネルギー損失を低減させている効果も有しているし、デシカント除湿機能や除湿運転機能を備えている点では湿度制御による空調の快適性確保という点でも優れたシステムである。しかしながら、特許文献１では冷却器と再熱器の実現に多大なエネルギーを消費しており、特許文献２では冷却器６、７と加熱再手段４にやはり多大なエネルギーを消費している。

特許文献３はさらに、前述した除湿工程後の冷却効果の強化の点の有効な技術を提示している。即ち次の３つのポイントについて明確に新技術を提示している。
１，ウエットチャネルに冷却空気を流してその湿球温度を利用するために伝熱面に保水剤を貼り付けて湿潤膜を形成し、伝熱面を通してドライチャネルを通過する被冷却空気（処理空気）を冷却している。
２，その冷却効果を高めるため、冷却空気と非冷却空気を対向流に流している。
３，ドライチャネルを流れる被冷却空気の出口でその一部の空気を取り出してこれをドライチャネルと対向流方向に向けてウェットチャンネルに流すことによりこの一部の空気により、ドライチャネルの処理空気をより効率的に冷却する。
以上の３つの技術は除湿工程で除湿された処理空気を冷却する上で極めて有効な技術である。

しかしながら、以上述べてきた技術を活用して、電力利用の冷凍サイクルを用いない冷房機を商品化する上で、IDECと呼ばれる冷却器を実用性のあるものにするには解決しなければならない幾つかテーマがあり、以下、その概要を述べたい。
１，効果的な水の蒸発方式とそれを実現する熱交換器構造
２，水の蒸発、特に水道水の蒸発による発生するスケールによる冷却特性の劣化を防ぐための実用的な方法
３，水の散水供給方法の最適化と実用化
等の技術である。

特開平０６−１２３４４４号広報特開２０００−１１１０９６号広報特開２００９−１５０６３２号広報

本発明が解決しようとしている課題は、動力源乃至は熱源をほとんど消費することなく室内空間を冷却できる装置や、比較的低温度の温熱エネルギーや自然エネルギーを利用して作動ができる除湿装置を組み合わせて効果を高める事ができる冷房システムを実現するために必要な高性能な間接水蒸発空気冷却器の具体化実現である。
具体的には、冷却する空気の温度を散水によって湿球温度近くまで低温度化した上で処理空気（冷却される空気）と接触させて、効果的に冷却を実現しようとするものである。例えば双方の空気が同じ温度でも冷却する空気に散水して湿球温度近くまでその温度を下げ、それで冷却される空気と熱交換させれば冷却される空気を冷却することができるわけである。
この原理を利用すれば湿度の低い時には、室内空気を、室外空気の湿球温度によって冷却することが可能になるわけで、冷凍サイクルや、吸着装置を使うことなく冷房ができるわけである。（IDEC効果）

さらに低温度まで冷却させる方法では、冷却された後の室内空気を取り出してその量を８０％と２０％に２分割し、その２０％の空気に散水して湿球温度近くまで冷却し、その空気で元の１００％の処理空気を冷却する。これは冷却した後にその２０％の空気を冷却空気として利用するもので、元の空気を冷却して高温度化、高エンタルピ化した２０％の空気は換気空気として処理空間外へ排気し、冷却された８０％の空気を処理空間に吹き出してそこを冷房する方式の冷房装置が考案されている。

この場合は冷房は常に換気を伴った形で行われる。室内のＩＡＱ（室内空質）を高める（塵、カビ、雑菌などを少なくする）意味で強制的な換気装置を別に設けることなく冷房と換気の双方を行うことができるものである。この最新技術の冷却方法に於いてもIDECの熱交換技術が活用される。この最新技術を実用化する上での課題を上げると

１、散水した水スプレイを熱交換器の狭い（３ｍｍ程度）伝熱壁面間通路に吹き付けて奥まで届かせる法。
２、散水した水スプレイを熱交換器の狭い（３ｍｍ程度）伝熱壁面間に吹き付けて、水を保持して全面に渡って行き渡らせる方法。
３、散水する水の量を最適状態に制御する方法。
４、冷却する水と冷却する空気と熱交換器の最適な配置構成。
５、熱交換器の長期耐久信頼性の担保方法
などである。

水の蒸発潜熱を利用して周囲を冷却する現象は種々なところで見られる一般的に知られた現象である。本特許出願で対象としているのは図２に示す様な２種A、Bの空気７，１０の通路の両方の広い伝熱面２が構成する空気対空気熱交換器である。この狭い通路に水を送り込むため図２に示したノズルの位置から散水させることができれば簡単な仕組みでコンパクトな間接水蒸発空気冷却器が実現できる。しかしながらこの狭い通風路にノズルで散水した拡散状態の水を奥まで送り込んで全伝熱面に行き渡らせるのは極めて困難である。それはノズルの散水はラッパ状に拡散するため、散水された大半の水の経路は伝熱面間通路の方向と一致せず、奥まで入り込むのが難しく、該通路の入り口近傍の伝熱面にとどまる為である。当該通路の奥行き方向と同じ方向に散水された水のみが通路の奥まで届くことができるが、大半の水は入り口近傍で伝熱壁面に衝突してそこにとどまり、その位置から伝熱面を伝わって下に落下してしまい、奥の広い伝熱面を濡らすことが出来ないためある。それでも図の様な水散布ノズル３を多数個設置すれば、伝熱面の濡れ面積を増加させることが可能となるわけである。

しかしながら、ノズルの個数を増加させると、コストが嵩む、散水量従って水使用量が不必要に増加するという欠点が生じる。そこでノズルの本数を少なくして、図２のノズル移動方向１１の方向に移動させながら散水する方法が有効になる。これにより、伝熱面間通路に向けてノズルが正対する位置に来るタイミングに散水された水は奥の伝熱面まで達してそこを濡らすことが容易に成るわけである。ノズルが１つの場合は冷却器の巾全部に渡りノズルを移動させることが必要であり、ノズルが２つの場合はその距離は半減する。

伝熱壁面で蒸発する水の量は冷却能力にほぼ比例する。一方、前述したノズルによる散水量が多くなると蒸発して冷却する為に必要な量以上に散水され、装置から無駄に排水しなければならないという問題がある。さらに散水量が多くなると水蒸発による伝熱面を冷却する効果よりも水の持つ顕熱が冷却を阻害して、冷却効果を減少させるという現象が生じる。これを防ぐには一定量、従って一定時間散水し一定時間散水を停止する制御方法が有効である。提案者の試験評価では、多数ノズルを用いる場合６秒間水の開閉弁を開けて散水させ、３分間はこの開閉弁を閉じて散水停止させる場合が最も冷却効果が高く尚且つ無駄に排水される水量が少ないなどの効果が得られている。場所により水道水圧が異なる場合は一定圧に調整する減圧弁を介して水を供給することも地域的な水圧の違いがあっても最適な散水量を保つ上で実用的な効果がある。

散水した水が流れ落ちた後にポンプにより組み上げて繰り返し循環させる場合にも同様なことが言える。従って散水時間を制御することが需要である。
水道水を使う場合はその中に含まれるシリカ等の溶融鉱物が析出して伝熱面などにスケールとなって堆積するとい現象を生じやすい。その結果長期間の使用後に冷却性能が劣化すると云う問題を生じる。それを防ぐには散水した水道水が蒸発し切れずに間接水蒸発空気冷却器の下端に設けた水槽まで落下した後にはそれを廃棄することが有効である。この様な制御を適切に行うことによりスケールの発生付着を最小限にし、製品の寿命を長くする効果が生じる。

散水ノズルを移動式にして伝熱面を濡らし、散水時間を制御して無駄な水の消費を抑えると同時に冷却効果を高め、且つスケールの発生を抑えて長期間に渡り優れた冷却性能を維持する上で有効な技術が求められる。かつ具体的な間接水蒸発空気冷却器としての構成上、散水ノズル本数を複数にすることも考慮されるべきである。ノズルをXケ用いればノズルの移動距離は間接水蒸発空気冷却器の全有効幅の１／Xになり移動距離の短縮が可能になり、移動させる駆動装置の小型化が図りやすく成る。Xは通常１、２、３個が選定される。但し大容量の冷却器では移動距離が長くなるからさらにノズル個数を増加させるのは有効である場合もある。

間接水蒸発空気冷却器の冷却効果を高める、即ち冷却される空気の出口温度を下げる上で有効なことは、できるだけ低温度の冷却する空気を用いて冷却される空気を冷却することである。そこで、冷却する空気を冷却される空気の冷却された後の出口空気を用いることが検討されて来ている。例えば冷却される空気が図１のC点（２８．１℃）とし、冷却された後の出口温度を１９℃（D点）であった場合を検討してみる。この空気を散水、加湿してI点（１７℃）まで冷却して処理空気（冷却後空気）として（室内に）供給される。この空気の２０％程度を分離して取り出し、さらに加湿してE点（１６．４℃）まで冷却してこれを冷却空気として用いるのである。

この場合冷却される空気（C点２８．１℃）は冷却する空気（E点１６．４℃）と熱交換し冷却され最終的にI点まで冷却される。冷却する空気は常に伝熱面で散水された濡れ面と接して流れながら伝熱面を通して冷却される空気を冷却し、自らはF点（２４．５℃）の高エンタルピ空気となって排出される（通常は屋外空気側に排出される、即ち換気される）。
この場合、冷却される空気と冷却する空気は対向流であることが冷却効果を上げる上で極めて重要である。従って、図２の様な双方の空気が交差して流れて熱交換するのではなくて、Bの空気はAの空気と対向する様に上から下へと流す様にすることになり、夫々の空気は仕切り壁伝熱面２を挟んで対向流に流れる。

以上の様に、冷却された空気の２０％程度を冷却する空気として用いる場合、冷却する空気Bの流量はAの流量の１／５となる。従って仕切り伝熱面間ピッチが同じならばBの流速はAの流速の１／５となり、伝熱性能は著しく低下する。そのため冷却する空気Bの流れる仕切り壁伝熱面間のピッチをAのそれの１／５程度に小さくすることは妥当である。
例えばその伝熱面間ピッチはAの方が５ｍｍならばBの方は１ｍｍと狭くなる。その場合狭められた伝熱面間ピッチに水散布ノズル３により散水させて伝熱面間を奥の方まで行き渡らせることは極めて難しくなる。

そこで、図２は対向流ではなくて交差する流れ方式を採用している。冷却する空気Aの流れる流路の巾（即ち図２の間接水蒸発器１の高さ寸法）を奥行寸法より小さくすればBの流速はAの流速に近づけることができ、かつ散布水も容易に伝熱面の奥まで送り届けることが可能になるわけである。しかしながらこれでは冷却される空気９（A）と冷却する空気７（B）は対向流ではなくなるのでその冷却性能は低下する。そこで図２の様に４階建ての間接水蒸発冷却器１を４つ重ねあわせた方式を考案したものである。図に示される様に流れAと流れBは交差して流れている。しかしながら流れAは冷却されて上に上がるほど、低温度の流れBに冷却される構造に成っている。即ち原理的には対向流で流した時と同等に近い効果が得られることになる。

冷却される空気から一部を分離してそれを冷却する空気とする方式は、換気付きの冷房装置の実現にきわめて有効な施策である。冷房機を構成する場合、室内空気１００％に室外空気２０％を加えて処理空気（冷却される空気１２０％）となし、これを本発明による間接水蒸発空気冷却器を用いて冷却し、その出口空気の２０／１２０を冷却する空気として使用する方式である。この場合、室外空気２０％を換気として導入し、それと同一量の冷却された空気（この内１００／１２０が室内空気、２０／１２０が室外空気である）を加熱後に換気空気として排気する。この方式では室内空気の冷却（冷房）と換気を同時に行うことが出来るもので、冷房運転時の空気調和効果の向上に貢献することができる。

図３には実際の冷房装置に使う間接水蒸発空気冷却器を示している。４つの間接水蒸発空気冷却器を上下に積層して一体にした構造で、最上部の水散布ノズル３から散水し、最上部の間接水蒸発空気冷却器の仕切り壁伝熱面２を濡らして冷却し、順次下の間接水蒸発空気冷却器に流れ落ちながらそこの仕切り壁伝熱面２を濡らして冷却し、最下端まで流れ落ちて冷却水ドレンパン１５に貯まり排出される。この時この散布水は蒸発しながら冷却する空気７，８と仕切り壁伝熱面を冷却し、その結果冷却される空気９、１０（室内空気）を冷却しつつ自らは温度上昇しながら流れ落ちていく。４つの間接水蒸発空気冷却器は一体のアルミの仕切り壁伝熱面で構成されており、各間接水蒸発空気冷却器は仕切り壁伝熱面上で水を通す冷却水ガイド仕切り１６を設置することにより４つに分割されている。

冷却水を排水ドレパン１５に貯めて、全体をポンプで循環させることは採用されない。それは落下するに連れて温度上昇した冷却水がポンプにより最上段から循環する様に散水すると、冷却される空気の最終段（最上部）の仕切り壁伝熱面２の温度が上昇してしまい、冷却効果が低下する為である。ポンプ循環させる場合は間接水蒸発空気冷却器の各段毎にドレンパンとポンプを設けて、各段毎に循環させる工夫が必要で、この様にすれば各段毎に順次温度勾配が付き、冷却される空気７は効率よく冷却される。

散布水４は仕切り壁伝熱面に散布され表面を覆うように広がることが必要でそのためには仕切り壁伝熱面の表面には、水平方向に広がる微小な垂直方向の段差、水平方向に線状に広がる傷状の凹み、親水性塗料と撥水性塗料を横縞状に交互に塗った塗膜などの処理を行うことが有効である。この様な処理により散布された水は仕切り壁伝熱面の表面の横方向に行き渡って全体を濡らしてこれを冷却する。この冷却効果を全仕切り壁伝熱面を全面に渡って冷却するためにアルミの薄板を用いている。水に濡れていない部分が伝熱面にあってもアルミ板の熱伝導によって一様な冷却された温度に保つことが出来るわけである

冷却水に水道水を用いた場合、蒸発が進展して融解成分であるシリカや炭酸カルシュームなどが析出し硬いスケールとなって間接水蒸発空気冷却器の壁面等に固着する。特に仕切り壁伝熱面に固着すると冷却性能を低下させる原因となる。そこで運転時間などを指数として冷却水の上記成分の濃度を初期値に戻すために排水することが必要である。間接水蒸発空気冷却器の散布水として供給する量を一定にして蒸発し切れなかった量をオーバーフローさせて排出させる、ないしは一定時間の運転毎に冷却水ドレンパン１５に保持された水を排水するなどが実用的な対応策となる。

その様なスケール防止策を講じることが有効でるが、水道水に融解していたり、冷却空気からもたらされる各種の成分や材質が間接水蒸発空気冷却器の性能を低下させたり、匂いを発生させることが想定される。製品の保証寿命の間にその様な現象が生じた場合にサービス改善することが求められる。その場合、間接水蒸発空気冷却器の清掃を行う乃至は交換を行う等の手段が必要に成る。そこで、間接水蒸発空気冷却器を取り外して処理することが出来るように工夫しておくことが望ましい。製品である空気冷却装置を設置した状態で周囲の部材を取り外すだけで、間接水蒸発空気冷却器を取り外せることが必要に成る。この様な目的に合せて間接水蒸発空気冷却器の周囲構造を設計することが重要となる。

以上の発明により以下の様な効果を期待できる。
１、水の蒸発潜熱を有効に使って、ファンモータと水ポンプ用以外に熱源や動力源を使わずに室内空気の冷却を行う空気調和装置を提供できる。
２、以上の空気調和装置は圧縮機や冷凍サイクルを用いた従来の空気調和装置に比べ、
製造減価の低減が期待でき、また一次エネルギー使用量の少ない空気調和装置を実現できる。
３，以上の効果を簡単な構造でかつ高精度の製造技術を使うこと無く実現でき、商品化が容易である。

本発明の処理空気と冷却空気の作動を示す湿り空気線図本発明の本発明の間接水蒸発空気冷却器の外観図本発明による代表的な空気冷却装置の側面構造図

以上の発明を具体化した高効率な空気冷却装置の側面構造を図３に示す。また、この装置の基本機能である冷却機能を実現するための間接水蒸発空気冷却器の外観を図２に示す。これは室内空気を室外空気と水により冷却するための装置で、通常のエアコンである冷凍サイクルを使った装置と同等の冷房を実現するために、除湿を行うデシカント装置と組み合わせて同等機能の冷房を行わせる為の装置である。従って冷房機全体はこの装置の下にデシカント装置を置いて一体化し、デシカント装置から３０℃で湿度３０％程度の除湿後の室内空気を供給し、その空気を１３℃程度冷却して１７℃で吹き出すための冷却装置である。

間接水蒸発冷却器１は０．２ｍｍ厚さのアルミ板による仕切り壁伝熱面２を３ｍｍの間隔で２２０枚重ねて構成されており、冷却される空気の通る３ｍｍ巾の通風路と冷却する空気の通る３ｍｍ巾の通風路を仕切り壁伝熱面を挟んで隣り合った状態で交互に構成されている。双方の空気は分離されて織り交ざることは無い。冷却される空気９（A）は下から上へ該通路を真っ直ぐに流れて冷却される。冷却する空気７（B）は図３に示す様に冷却された空気１０（A）の２０％を分離して冷却空気ガイド仕切り１６の内側に送り込まれ、水散布ノズルからの散布水とともに前述した冷却する空気の通風路に送り込まれる。室内空気（冷却される空気）の送風ファンは省略して記載していない。冷却する空気は送風機１４により吸引されて１段目の間接水蒸発空気冷却器内を右から左に流れ一段目の下に構成される２段目、３段目、４段目の間接水蒸発空気冷却器内を順次折り返して図の様に流れる。図３に示す間接水蒸発空気冷却器１は上下に４段を連ねた構造でありアルミ板の仕切り壁面は一体であるが、その境は鎖線で仕切って示している。室内空気は最初に４段目（一番下）の間接水蒸発冷却器を通過して、第２の冷却する空気１２（C）である室外空気によって冷却される。
このとき、室外空気は三段目の間接水蒸発空気冷却器から流れ落ちてくる散布水を蒸発させて湿球温度まで自ら冷却し、仕切り壁伝熱面を通して室内空気を冷却する。

この時室内空気は図１において３４．５℃（B点）から２８．１℃（C点）まで冷却される。その前段階のA点からB点までの移動は前述したデシカント装置によって除湿される工程である。室内空気はさらに３段目、２段目、１段目の間接水蒸発空気冷却器内を上方へ流れて冷却される。この冷却された室内空気は図１に示される様に低湿度状態で図１のD点に達し、図３には示していないが加湿器により図I前加湿されて冷却される。そのうち２０％の空気は図１のE点まで加湿されて１６．４℃まで冷却され間接水蒸発空気冷却器の一段目に送られ、さらに二段目、三段目を経て図１のF点まで加湿されて高いエンタルピーとなり室外に排気（換気）される。

水散布ノズルから水道水は散布され、ノズルはノズル移動ガイド６に従って左右方向に移動し、散布された水は対応した場所の通風路の奥まで浸透し仕切り壁伝熱面を濡らしそこを冷却する。間接水蒸発冷却器は４段構成であり、各段の上下寸法は小さく成っているので、冷却する空気はそれなりの流速を持っており、伝熱性能を高く保っており、かつその通風路は３ｍｍの隙間を取っているので散布水は奥まで到達が可能である。ノズルはこの例では１つであるが移動距離を半減するために２つ設けることもある。またノズル散水を４段の間接水蒸発空気冷却器夫々の冷却する空気入口部に夫々設置して散布水の仕切り壁伝熱面への供給をより十分に行う場合もある。

ノズルからの散布水の供給は図２に示した水供給パイプ５に設置した開閉弁を開閉することによって制御される、本事例では開閉弁３０秒開で３分間閉と設定しており、３０秒間の水道水の散布の間、ノズル３は間接水蒸発空気冷却器の全幅を移動する様に制御されている。水散布後、３分間は仕切り壁伝熱面の表面の散布水は蒸発し切れずに５０％以上は保持される。その後さらに散布水の供給により伝熱面の表面は連続的に保水状態を保つことができる。仕切り壁伝熱面の冷却空気通風路側にはアルミ薄板の表面に防錆塗膜を施し、さらに２ｃｍ巾の親水性塗膜と３ｍｍ巾の撥水性塗膜を水平ベルト状に縞模様に塗ってある。このため親水性塗膜面で散布水は広がり、撥水性膜面は水の局部的落下を防止し、親水性塗膜面での確実な広がりを助けている。これにより散水された冷却水は仕切り壁伝熱面で広く保水され、該伝熱面を冷却する。さらにこの事例では仕切り壁伝熱面の冷却空気通風路側には水平方向に全奥行きに渡って０．２程度の深さの溝が上下２ｍｍ置きに多数本が形成されており、散布水の横方向への広がりを助けることが有効であることを確認している。

散布された冷却水は徐々に下に流れ、冷却水ドレンパン１５に流れ込み、そのまま装置外に排水される。それは散布水の蒸発により融解成分の濃度が増してスケールとして仕切り壁伝熱面に析出して性能低下に影響することを防ぐためである。他の事例ではドレパン１５にポンプを設けて第４の最下端の間接水蒸発空気冷却器の第二の冷却する空気入り口１２に設置した散水ノズルから散水する方法などが取られ、それにより冷却効果をさらに高めることを目指している。この場合、一定時間運転後にドレパン１５の水を装置外に排出して冷却水の溶解物濃度が高まってスケールが析出するのを抑え、且つ不純物の堆積による汚れの増加、匂いの発生を抑えるなどの効果を上げている。

以上の説明でわかる通り、極めて広い市場での地球環境に優れた冷却機能を持った空調機を提供できる。従来の電動圧縮機式の空調機に比べて圧縮機や冷凍サイクルを必要とせずに室内空気の冷却ができるから電力消費量の大幅な削減ができる。かつ、太陽熱利用のデシカント除湿機と組み合わせて、エネルギー消費量の殆ど不要な冷房機を実現できる。
この特性を活かして世界約８兆円規模のエアコンの市場に浸透していくことが期待される。その５％でも４０００億円の事業を構成することができるから、産業上の視点でも極めて重要な発明であると認識している。

１間接水蒸発冷却器
２仕切り壁伝熱面
３水散布ノズル
４散布水
５水供給パイプ
６ノズル移動ガイド
７冷却する空気入口
８冷却する空気出口
９冷却される空気入口
１０冷却される空気出口
１１ノズル移動方向
１２第２の冷却する空気入口
１３第２の冷却する空気入口
１４送風機
１５冷却水ドレンパン
１６冷却水ガイド仕切り

Claims

多数枚数の平面状の仕切り壁を、間に多数の空気通路ができる様に重ね、壁面を垂直状態に設置し、冷却する空気と冷却される空気を一つ置きの前記空気通路の中を通過させて前記仕切り壁伝熱面を通して相互に熱交換させ、冷却する空気の通る前記空気通路にはその冷却側仕切り壁伝熱面を濡らす様に水を散水させてその表面で蒸発させて該仕切り壁伝熱面を冷却し、該仕切り壁伝熱面の反対面を流れる冷却される空気を前記仕切り壁伝熱面を通して冷却する間接水蒸発空気冷却器において、
前記水を、前記冷却する空気の通る空気通路の側面の開口部から、空気通路を横切る方向に並べて設置した複数の散水ノズルにより前記水を吹き付けて前記冷却する空気の通る空気通路内に送り込み、前記冷却側仕切り壁伝熱面を前記水で濡らして冷却することを特徴とした間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
多数枚数の平面状の仕切り壁を、間に多数の空気通路ができる様に重ね、壁面を垂直状態に設置し、冷却する空気と冷却される空気を一つ置きの前記空気通路の中を通過させて前記仕切り壁伝熱面を通して相互に熱交換させ、冷却する空気の通る前記空気通路にはその冷却側仕切り壁伝熱面を濡らす様に水を散水させてその表面で蒸発させて該仕切り壁伝熱面を冷却し、該仕切り壁伝熱面の反対面を流れる冷却される空気を前記仕切り壁伝熱面を通して冷却する間接水蒸発空気冷却器において、
前記水を、前記冷却する空気の通る空気通路の側面の開口部から、前記冷却する空気通路に対向する様に散水ノズルを設置し、該ノズルを移動させて前記水を多数の空気通路に向けて吹き付けて前記冷却する空気の通る空気通路内に送り込み、前記冷却側仕切り壁伝熱面を前記水で濡らして冷却することを特徴とした間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
多数枚数の平面状の仕切り壁を、間に多数の空気通路ができる様に重ね、壁面を垂直状態に設置し、冷却する空気と冷却される空気を一つ置きの前記空気通路の中を通過させて前記仕切り壁伝熱面を通して相互に熱交換させ、冷却する空気の通る前記空気通路にはその冷却側仕切り壁伝熱面を濡らす様に水を散水させてその表面で蒸発させて該仕切り壁伝熱面を冷却し、該仕切り壁伝熱面の反対面を流れる冷却される空気を前記仕切り壁伝熱面を通して冷却する間接水蒸発空気冷却器において、
前記散水を制御するために当該散水を供給する管路に開閉弁を設け、当該散水弁を開閉して散水を制御して前記冷却側仕切り壁伝熱面を前記水で濡らして冷却することを特徴とした間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
多数枚数の平面状の仕切り壁を、間に多数の空気通路ができる様に重ね、壁面を垂直状態に設置し、冷却する空気と冷却される空気を一つ置きの前記空気通路の中を通過させて前記仕切り壁伝熱面を通して相互に熱交換させ、冷却する空気の通る前記空気通路にはその冷却側仕切り壁伝熱面を濡らす様に水を散水させてその表面で蒸発させて該仕切り壁伝熱面を冷却し、該仕切り壁伝熱面の反対面を流れる冷却される空気を前記仕切り壁伝熱面を通して冷却する間接水蒸発空気冷却器において、
前記水を、前記冷却する空気の通る空気通路の側面の開口部から、複数の前記冷却する通路に対向する様に設けた複数の散水ノズルにより前記水を吹き付けて前記冷却する空気の通る空気通路内に送り込み、前記冷却側仕切り壁伝熱面を前記水道水で濡らして冷却することを特徴とした間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
前記冷却される空気の出口において前記冷却される空気から一部の空気を分離し、当該分離した一部の空気を前記冷却する空気として用いたことを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
前記一部の空気を換気空気として屋外空気へと排気し、前記冷却される空気のうち前記一部の空気を分離した残りの空気を冷却された空気として屋内空間へ送出させたことを特徴とする請求項５に記載の間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
前記散水を、冷却される空気の出口近傍から開始し、自然落下乃至はポンプ作動により当該仕切り壁伝熱面の冷却される空気の上流部分へと前記散水された水の供給を促して、順次濡れ面を上流に拡大させたことを特徴とした請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
前記仕切り壁伝熱面の散水冷却側の表面に、散水された水を保持する機能として親水処理、さらには水平方向に渡る微小な溝乃至は段差を設けたことを特徴とする間接水蒸発空気冷却器を用いたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。
前記散水された水のうち蒸発されずに間接水蒸発空気冷却器の下端まで流れ落ちた水を廃棄する乃至は一定時間を運転した後に廃棄することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８の何れか一項に記載の間接水蒸発空気冷却器を用いた空気冷却装置。