JP2020193754A - 冷房用外気取り入れ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 冷房に供給する外気を適化状態にできる新規な冷房用外気取り入れ装置の開発を技術課題とする。【解決手段】 本発明の冷房用外気取り入れ装置1は、外気A0 を空気冷却器31により冷却して、冷房を必要とする室内に供給するための装置であって、当該装置は、室内と外部とを連通する空気案内ダクト2に対し、その上流側に散水加湿装置10が、下流側に空気冷却器31が配置され、散水加湿装置10により通過する空気の湿度を上昇させる一方、温度を低下させた後、空気冷却器31を通過させ、室内に導入するようにしたことを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、冷房用外気取り入れ装置に関するものである。
近年ますます大気汚染が進行していて、PM2.5や亜硫酸ガス・酸化窒素等の有害物質の増加が問題になっている。また、綺麗な空気を必要とする施設は、精密、IT、化学、食品等の工場やデータセンター、病院、老人ホーム、劇場、スーパー等、人の多く集まる施設等々、数え切れないほど多くある。
綺麗な空気で、室内を冷却・冷房するための従来の外気取り入れ装置1′は、例えば図5に示すように、除塵設備としてメッシュのフィルターFを使うことが一般に行われている。このようなフィルターFのメンテナンスは、人手と費用の掛かる作業で、その間、外気取り入れの空調運転を停止しなければならない。
また、メッシュフィルターは、小さな塵埃を捕集することができるものほど初めから抵抗が大きく、風速が大きくなるとほぼ風速の2乗に比例して抵抗が大きくなり、この傾向は時間の経過とともに加速度的に大きくなる。
当然ながら抵抗が大きくなると圧力損失が増大し、風量が減少して不足し、ファン動力を大きくしなければならない。
また、空調装置で新鮮空気を効率よく取り入れる装置は、省エネだけでなく、健康に良く、快適な環境、容易で安価なメンテナンス性、堅牢な構造等も考慮したものである必要がある。
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、冷房に供給する外気を適化状態にできる新規な冷房用外気取り入れ装置の開発を技術課題としたものである。
まず請求項1記載の冷房用外気取り入れ装置は、
外気を空気冷却器により冷却して、冷房を必要とする室内に供給するための冷房用外気取り入れ装置であって、
この装置は、室内と外部とを連通する空気案内ダクトに対し、その上流側に散水加湿装置が、下流側に空気冷却器が配置され、
前記散水加湿装置により通過する空気の湿度を上昇させる一方、温度を低下させた後、空気冷却器を通過させ、室内に導入するようにしたことを特徴として成るものである。
また請求項2記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項1記載の要件に加え、
前記散水加湿装置における散水を受ける装置は、通気性を有するケーシング内に充填エレメントを収納した通気充填材型であり、散水して充填材表面を充分に濡らし、蒸発しないで余った水は、下部に取り付けたドレンパンに回収することができるようにしたことを特徴として成るものである。
また請求項3記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項1または2記載の要件に加え、
前記散水加湿装置を通過した空気を受ける空気冷却器は、冷却コイル型の空気冷却器であることを特徴として成るものである。
また請求項4記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項1から3のいずれか1項記載の要件に加え、
前記散水加湿装置における散水装置により散水される水は、下方のドレンパンに貯留された水を用いることを特徴として成るものである。
また請求項5記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項1から4のいずれか1項記載の要件に加え、
前記空気冷却器の下流側には、エリミネータ等の水滴捕集装置が設けられていて、捕集した水滴は、前記ドレンパンに合流するようにしたことを特徴として成るものである。
また請求項6記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項4または5記載の要件に加え、
前記ドレンパンには、空気冷却器に結露した水及び発生した霧を回収した水を合流させることを特徴として成るものである。
また請求項7記載の冷房用外気取り入れ装置は、請求項4から6のいずれか1項記載の要件に加え、
前記ドレンパンには、貯留した水が一定量以上になったときに排水するための排水装置が設けられていることを特徴として成るものである。
まず請求項1記載の発明によれば、水の散布装置が具えられた散水加湿装置が設けられており、ここを通過する外気は、温度低下・湿度上昇が図られるため、後段の空気冷却器の効率を改善するものであり、効率的な冷気供給がされる。
また請求項2記載の発明によれば、散水を受ける装置は、通気充填材型であり、構造がシンプルで、且つ常時、水が散布されることにより、常に充填エレメントの表面は濡れた状態を保ち、通過する外気との接触面積が充分大きいので塵埃の捕集、加湿、冷却等、希望する外気の適化状況を維持できる。
また請求項3記載の発明によれば、適化状態の空気を受ける空気冷却器は、冷却コイル型のものを適用するから、取り入れた外気を容易に露点温度以下にし、水分を大量に凝縮すると同時に塵埃もほとんど残らず捕集できるので、捕集した塵埃をドレンパンに回収することができる。
また請求項4記載の発明によれば、散水加湿装置下方にドレンパンを設け、ここに散布される水を貯留するものであり、散布した後、散水加湿装置において蒸発し切れない水を再度ここに回収することができる。
また請求項5記載の発明によれば、散水加湿装置に水を散布することによって、その一部の水滴がそのまま室内に飛散することも予想されるが、エリミネータによってこれを捕捉して、水滴及び水に含まれる塵埃が室内に飛散することを防止できる。
また請求項6記載の発明によれば、空気冷却器に結露した水が、散布に利用されるものであり、低温の水が散布用の水として利用できる。
また請求項7記載の発明によれば、ドレンパンに貯留する水の量を常に適切に保ちドレンパン底部に溜まった塵埃を排出することができる。
本発明たる冷房用外気取り入れ装置の、第1の実施例を示す骨格的縦断側面図である。 同上、第2の実施例を示す骨格的縦断側面図である。 同上、第3の実施例を示す骨格的縦断側面図である。 同上、第4の実施例を示す骨格的縦断側面図である。 従来の冷房用外気取り入れ装置を示す骨格的縦断側面図である。
本発明を実施するための形態は、以下述べる実施例(第1の実施例〜第4の実施例)を好適な実施の形態とするものであり、更にこの技術思想に基づき改変し得る種々の形態を含むものである。
〔第1の実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。
本発明の冷房用外気取り入れ装置1は、種々の実施形態があるが、まず基本となる第1の実施例の構成作用を図1を参照しながら説明する。冷房用外気取り入れ装置1は、外気の流れを案内する空気案内ダクト2を具え、このものに各構成部材を配設するとともに、適宜至近の位置に冷凍装置3を配置する。なお、冷凍装置3は、適宜のヒートポンプを適用するものであり、その冷凍サイクルの一部として、直接、冷房作用を担う空気冷却器31を具える。
そして空気案内ダクト2は、その室外側すなわち空気流から観て上流側に散水加湿装置10を配する。この第1の実施例では、散水加湿装置10は、通気性充填材型(符号10Aで示す)のものを適用する。すなわち、この型の散水加湿装置10Aは、一定の強度を具えた網体、ラス板、目皿板、ルーバー等によって形成した通気性を具えたケーシング11内に、フィルター作用も奏するような通気性を有する充填エレメント12を設けたものである。
具体的には、この充填エレメント12は、金属細線や金属平細線を絡み状にした、いわゆるスチールウール等と称されるものや、同様にその素材が樹脂製であるもの等、適宜の素材が適用できる。また、この散水加湿装置10(10A)の形態としては、骨格的に示すような壁状ないしはパネル状と表現できるような形態を一例として採る。
このような散水加湿装置10は、その上方または前面に、水の散布装置たるスプレーヘッダ13を設ける。このスプレーヘッダ13は、前記散水加湿装置10に対し、満遍なく水が散布できるように複数のノズルが設けられる。一方、散水加湿装置10の下方には、ドレンパン14A(14)を設けるものであり、ここに貯留された水Wが、適宜の配管Pを通り、スプレーポンプ13Pによってスプレーヘッダ13に送られる。
更に、この散水加湿装置10の下流には、外気の導入から室内への吹き出しを担うファン15が設けられる。このファン15は、散水加湿装置10から観れば、吸い込みタイプであり、後続する下流側の空気冷却器31に対しては押し込みタイプとなる配置である。
次に、空気冷却器31について説明する。
このものはヒートポンプのサイクルを構成する冷凍装置3の蒸発器であり、適宜の冷媒流路を構成する、いわゆる冷却コイルが適用される。
更に、この空気冷却器31の下流側には、エリミネータ16を配置する。これによって空気冷却器31の表面に結露した水分が、ファン15の送風を受けて室内側に向けて飛散した場合も、これを捕捉し、室内には水滴が入らないようにする。また、これら空気冷却器31、エリミネータ16の下方には、ドレンパン14B(14)が設けられ、このドレンパン14Bは、配管Pによりドレンパン14Aと連通している。
本発明の基本的な形態である第1の実施例は、以上述べた構成を有するものであって、以下のように作用する。
〈起動〉
まず運転開始にあたっては、実際の作動開始のタイミングにズレがあるにせよ、散水加湿装置10(10A)への散水、ファン15の起動、冷凍装置3の起動・運転がされ、外気は冷却される。
〈吸気適化〉
そして、前記ファン15の吸引により、空気案内ダクト2内には、外気A0 が導入される。この外気A0 は、散水加湿装置10(10A)を通過するにあたって、次のような適化を受ける。すなわち通気性充填材型の散水加湿装置10Aは、その上方または前面から水Wが散布されることにより、充填エレメント12は、その表面が、水で濡れた状態とされている。この状態で室内より高温の外気A0 が散水加湿装置10(10A)を通過すると、充填エレメント12の表面の水分を蒸発させながら通過する。この状態は、外気A0 が、充填エレメント12の表面の水分と潜熱交換する状態であり、外気A0 は、これによる温度低下が図られ、適化状態の空気A1 となる。加えて、充填エレメント12の表面を濡らした水分は、蒸発して、適化状態の空気A1 の湿度を増加させる。
更に散水加湿装置10(10A)では、散布される水が、蒸発量より多いときには、いわゆる雫となって、下方に流下し、ドレンパン14に回収される。なお、この実施例では、このドレンパン14に貯留した水が、スプレー管路13Lを通り、スプレーポンプ13Pに圧送されて、水の散布装置たるスプレーヘッダ13から散布される。もちろんスプレーヘッダ13へ供給される水は、別途タンクや公共水利施設から供給されたものであってもよい。
更にこの散布される水について言えば、通気性充填材型の散水加湿装置10Aでは、充填エレメント12自体とその表面の水とは、エアフィルター作用をしており、外気A0 中の塵埃成分である微粒子等を捕捉し、且つ水の下方への流下とともに、これら微粒子を下方のドレンパン14に流し入れるようにしている。因みに、これら微粒子は、ドレンパン14内で下方に沈殿する傾向があるから、ドレンパン14のドレンパイプ14Pの吸込口をドレンパン14の下方に設けておけば、ドレンパイプ14Pを流下状態とする電磁弁等を用いたドレンバルブ14Vを開放すれば微粒子の排出も行い得る。このようなドレンパイプ14Pの開放操作は、ドレンパン14内に貯留する水を一定レベルに保つためにも行われる。
〈空気冷却〉
このようにして処理を受けた適化処理空気A1 は、ファン15に押されるようにして空気冷却器31に送られる。この空気冷却器31のコイルやフィンは、内部の冷媒により表面温度が充分に低下しており、ここを通過する適化処理空気A1 と熱交換して、適化処理空気A1 を冷却して冷却済空気A2 とする。このとき適化処理空気A1 は、外気より温度が低く、且つ湿度も高いことから、適化処理空気A1 の湿気すなわち水分は、空気冷却器31の表面に結露するものであり、潜熱交換により効果的な冷却が図られ、また当然ながら顕熱交換も併せて行われる。
〈エリミネータによる水滴除去〉
前記空気冷却器31によって得られた冷却済空気A2 は、空気冷却器31の表面に滴となった水や空気中で塵埃を核として霧状の水滴に成長して大きくなった水、その前段の散水加湿装置10において散布された水を含み、下流の室内側に移動する。このため空気冷却器31の下流側にはエリミネータ16を設けるものであり、これによって霧滴状の水を除去し、室内への供給に適した室内供給空気A3 とする。
〈ドレンパンによる水の回収〉
ところで前記空気冷却器31及びエリミネータ16は、ともに水をその表面に結露状に生じさせるものであるが、この水が下方に落下したとき、下方に配置したドレンパン14Bにより、この水を回収する。この回収された水は、空気冷却器31により充分冷却されたものであり、これを散水加湿装置10のドレンパン14Aに送り込むときには、ドレンパン14Aの水温を更に下げることとなる。そして、このドレンパン14Aの水を、水の散布装置たるスプレーヘッダ13から供給すれば散水加湿装置10(10A)の充填エレメント12を、より効果的に冷却できる。
本発明の基本的な第1の実施例は、以上述べた通り、通気性充填材型の散水加湿装置10Aであるが、以下述べるような他の実施例も存在する。
〔第2の実施例〕
第2の実施例は、図2に示すものであって、散水加湿装置10における散水を受ける装置として冷却コイル型の散水加湿装置10Bを適用したものである。
なお、この第2の実施例中、第1の実施例と共通する部材については、共通の符号を付すとともに、相違点に絞って説明を行う。
第2の実施例では、空気案内ダクト2の上流側にファン15を設けて外気を取り入れ、その下流側に冷却コイル32を配置する。この冷却コイル32は、第1の実施例におけるケーシング11と、充填エレメント12で構成した、言わばフィルタータイプの散水加湿装置10Aに代わるものである。そして、冷却コイル32への冷媒供給は、冷凍装置3から空気冷却器31に供給される冷媒を一部分岐させて流すほか、別途冷媒サイクルを構成して冷媒を供給してもよい。
冷却コイル32は、その表面にスプレーヘッダ13からの水Wが供給される。結果的に外気A0 は、ここで冷却と加湿を受ける。
更にこの散水加湿装置10Bを構成している冷却コイル32の下流側には、第1の実施例と同様に空気冷却器31、エリミネータ16を配置する。
この第2の実施例の作用は、まずファン15により空気案内ダクト2に取り入れられた外気は、冷却コイル32に触れることにより冷却されるとともに、その表面にスプレーされた水Wとも熱交換して、外気温度より低い温度で且つ湿度も高くなった性状に変える。そして下流側において空気冷却器31により所望の温度と湿度に調整され、室内に供給される。
〔第3の実施例〕
更に他の実施例として図3に示すような省スペース型の冷房用外気取り入れ装置1も、本発明の技術思想に包含される。この装置の大きな特徴は、空気案内ダクト2をU字状ないしは反転状と表現できるような形態としたものである。すなわち、空気案内ダクト2は、上方に開口させた外気の取入口21の下方に、側面視半円状の反転部22を設け、更に仕切板23を中央に配置し、取入口21に隣り合うように吹出口24を設けたものである。そして、前記取入口21側において上流から下流に向かってファン15、スプレーヘッダ13、散水加湿装置10を配設する。ここで散水加湿装置10は、第1の実施例と同様、通気性充填材型の散水加湿装置10Aを適用する。すなわち、適宜のケーシング11中に充填エレメント12を収納したものであり、これを平板状に水平配置している。
一方、この散水加湿装置10(10A)に対し、前記仕切板23を挟んで隣接するように空気案内ダクト2の吹出口24側には、空気冷却器31を平置き状に配置し、更にその下流側(図示では上方)にエリミネータ16を設ける。
そして、この第3の実施例では、空気案内ダクト2の反転部22の下方が水を貯留するドレンパン14として作用する。
この第3の実施例では、ファン15によって取り込まれた外気A0 は、散水加湿装置10(10A)における充填エレメント12を通過する際、ここにスプレーヘッダ13から散布されている水により、冷却と加湿を受ける。そして、この調整された空気は、前記第1の実施例と同様、空気冷却器31とエリミネータ16を通過して、適切な空調温度・湿度となって室内に供給される。なお、空気冷却器31とエリミネータ16に結露した水分は、そのまま下方に落下して、空気案内ダクト2の反転部22が構成するドレンパン14に落下捕集される。
なお、第3の実施例について説明した図3においては、冷凍サイクルを構成する冷凍装置3については、図示を省略した。また、後述する図4についても同様に省略する。
〔第4の実施例〕
更に図4に示す第4の実施例は、前記第3の実施例の構成を更に改変したものである。すなわち、空気案内ダクト2の形態については、第3の実施例と共通する側面視U字型と見られる形状を採る。そして、ここに組み込まれる部材としては、先ず上流側からファン15、スプレーヘッダ13、散水加湿装置10である。この散水加湿装置10は、通気性充填材型の散水加湿装置10Aを適用している。
この散水加湿装置10Aの下流側には、この第4の実施例の一つの特徴であるヒートパイプ17の蒸発端17Aを配置するものであり、このヒートパイプ17の他の凝縮端17Bは空気案内ダクト2の下流側に配置される。
更に、ヒートパイプ17における蒸発端17Aの下流側には、散水加湿装置10の他の形態である冷却コイル型の散水加湿装置10Bを配置する。具体的には、冷却コイル32を配置するものであり、この冷却コイル32に対しても前記スプレーヘッダ13により散布された水が、その下方の充填エレメント12、ヒートパイプ17の間隙を通して落下して、散布される。
従って、この充填エレメント12と、冷却コイル32とが連接されており、言わば散水加湿装置10は、通気性充填材型の散水加湿装置10Aと、冷却コイル型の散水加湿装置10Bとの双方が、配設された形態を採っている。もちろん、この場合、散水加湿装置10は、一方の型のみを選択して設けることも差し支えない。
そして、空気案内ダクト2の更に下流側には、空気冷却器31を配置し、更にその下流側、すなわち装置としては上方にエリミネータ16を配置する。このエリミネータ16の下流側、すなわち装置上方には、前記ヒートパイプ17の凝縮端17Bが配置されている。
なお、ヒートパイプ17は、詳細な図示は省略するが、減圧密閉管路内に例えば二酸化炭素(CO2 )等の冷媒を気液併存状態に封入したものであり、蒸発端17Aは、凝縮端17Bよりも下方に配置され、液相の冷媒で満たされ、一方、凝縮端17Bは、気相の冷媒が存在する。
以下、このヒートパイプ17の作用を含め、第4の実施例の作用について説明する。
まず、外気A0 は、先の第1、第3の実施例と同様、通気性充填材型の散水加湿装置10Aを通過することにより温度を低下させ、且つ湿度を上昇させた適化処理空気A1 として、空気案内ダクト2に導入される。ここで温度を低下させたとは言え、更に下流の室内に比べれば、充分、高温状態を保った適化処理空気A1 は、ヒートパイプ17内の冷媒と熱交換され、更に温度低下を図る。一方、ヒートパイプ17内の冷媒から見れば、冷媒は、適化処理空気A1 により加熱されることになり、一部が蒸発し上方に位置する凝縮端17Bに気体となって至り、この凝縮端17Bを気相状態としている。
ここで適化処理空気A1 の更に下流へ至る状態について説明すると、この実施例では、一次空気冷却器とも表現できる冷却コイル32により、更に適化処理空気A1 は冷却され、且つ湿度を上昇させる。そして、この状態で空気冷却器31による冷却を受けるものであり、結果的に室内へ供給する冷却済空気A2 は、充分な温度低下が図られる。
この冷却済空気A2 は、エリミネータ16によって水滴やミスト等が充分除去された後、ヒートパイプ17の凝縮端17Bに触れ、このヒートパイプ17中の気相状態の冷媒を冷却凝縮させ液化状態とする。この結果、ヒートパイプ17中の冷媒は、下方に位置する蒸発端17A側に液相状態で戻ることになる。
この現象を冷却済空気A2 としてみると、ヒートパイプ17内の冷媒が有する熱により、加熱を受けることとなり、結果的にその温度を幾分か上昇させ、相対温度を低下させる。つまりヒートパイプ17の存在により冷却済空気A2 の温度と相対湿度が調整された上で、室内供給空気A3 となって、室内に送られる。
ところで、ヒートパイプ17が、このような作用効率を良くするのは、凝縮端17Bが、蒸発端17Aより上方に位置するからである。従って、この第4の実施例において、ヒートパイプ17のみ、あるいは図4に仮想線で示すように空気案内ダクト2ごと傾斜調整自在としておくときには、高温側となる上流側に位置する蒸発端17Aを凝縮端17Bより上方に設定配置することも可能となり、このような配置では、ヒートパイプ17内の冷媒の気液の移動がない状態となる。従って、この場合にはヒートパイプ17としては作用せず、冷却済空気A2 は、ほぼそのままの温度状態で室内供給空気A3 となって室内に入る。
本発明は、以上述べた第1〜第4の実施例を好適な実施例とした技術思想であるが、この技術思想の下、改善できる種々の実施の形態を採ることが可能であり、且つ本発明の技術的範囲に包含されるものである。
1 冷房用外気取り入れ装置
2 空気案内ダクト
3 冷凍装置

10 散水加湿装置
10A 散水加湿装置(通気性充填材型)
10B 散水加湿装置(冷却コイル型)
11 ケーシング
12 充填エレメント
13 スプレーヘッダ(水の散布装置)
13P スプレーポンプ
13L スプレー管路
14 ドレンパン
14A ドレンパン
14B ドレンパン
14P ドレンパイプ
14V ドレンバルブ(電磁弁)
15 ファン
16 エリミネータ
17 ヒートパイプ
17A 蒸発端
17B 凝縮端

21 取入口
22 反転部
23 仕切板
24 吹出口

31 空気冷却器
32 冷却コイル

A0 外気
A1 適化処理空気(適化状態の空気)
A2 冷却済空気
A3 室内供給空気
W 水
P 配管
F フィルター

Claims (7)

  1. 外気を空気冷却器により冷却して、冷房を必要とする室内に供給するための冷房用外気取り入れ装置であって、
    この装置は、室内と外部とを連通する空気案内ダクトに対し、その上流側に散水加湿装置が、下流側に空気冷却器が配置され、
    前記散水加湿装置により通過する空気の湿度を上昇させる一方、温度を低下させた後、空気冷却器を通過させ、室内に導入するようにしたことを特徴とする冷房用外気取り入れ装置。

  2. 前記散水加湿装置における散水を受ける装置は、通気性を有するケーシング内に充填エレメントを収納した通気充填材型であり、散水して充填材表面を充分に濡らし、蒸発しないで余った水は、下部に取り付けたドレンパンに回収することができるようにしたことを特徴とする請求項1記載の冷房用外気取り入れ装置。

  3. 前記散水加湿装置を通過した空気を受ける空気冷却器は、冷却コイル型の空気冷却器であることを特徴とする請求項1または2記載の冷房用外気取り入れ装置。

  4. 前記散水加湿装置における散水装置により散水される水は、下方のドレンパンに貯留された水を用いることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の冷房用外気取り入れ装置。

  5. 前記空気冷却器の下流側には、エリミネータ等の水滴捕集装置が設けられていて、捕集した水滴は、前記ドレンパンに合流するようにしたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の冷房用外気取り入れ装置。

  6. 前記ドレンパンには、空気冷却器に結露した水及び発生した霧を回収した水を合流させることを特徴とする請求項4または5記載の冷房用外気取り入れ装置。

  7. 前記ドレンパンには、貯留した水が一定量以上になったときに排水するための排水装置が設けられていることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項記載の冷房用外気取り入れ装置。
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