JP3251955B2 - 直接接触式空気冷却装置 - Google Patents

直接接触式空気冷却装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、蓄熱式冷房装置におけ
る直接接触式空気冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の蓄熱式冷房装置においては、安価
な夜間電力を用いて該冷房装置を運転し、蓄熱槽に冷水
または氷として冷熱の蓄熱を行い、昼間にその冷水を取
出して冷房に利用する。
【0003】そしてこの場合、空気の冷却は、冷水と室
内空気との間の間接的な熱交換によって行われている。
例えばコイル状のチューブ内には冷水を流し室内空気用
ファンで前記コイル状のチューブの表面に空気を流して
冷却するファン・コイル式の空気冷却装置が広く普及し
て利用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ファン・コイル式の空
気冷却装置を用いる従来技術では、コイルにおいて空気
が流れる側の熱伝達が水が流れる側のそれに比べて著し
く悪いので、コイルの空気側にフィン等を取付けて伝熱
面積の増加と伝熱促進を図る工夫がなされているが、空
気冷却装置が高価なものとなる。また同じ理由から空気
の流速を大きくする必要があるが、このためファンを駆
動する動力が増加し、ランニングコストの増加を招く。
【0005】また、蓄熱槽が氷式であると、蓄熱槽から
取出される冷水温度は0℃近いので、空気の吹出し温度
を低くして、ファン動力の低減をねらっているが、間接
式熱交換であるため、前記吹出し温度の低下にも限界が
ある。
【0006】更に空調機においては、空気温度とともに
空気湿度の調整も重要となるが、間接式熱交換であるた
め、冷却用コイルだけでは、十分な空気湿度のコントロ
ールを行うことができない。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の直接接触
式空気冷却装置は、冷凍機ユニット、蓄熱槽、直接接触
式の空気冷却器及びこの空気冷却器内に対して室内空気
を流入出させる室内空気用ファンを有し、前記蓄熱槽に
は前記冷凍機ユニットの蒸発器が設置され、前記蓄熱槽
と前記空気冷却器との間には、冷水を循環させる冷水供
給管及び冷水返戻管が設けられ、前記空気冷却器内に
は、熱交換器及び冷水噴霧器が設けられ、前記熱交換器
内には多数の充填材が充填されてこの充填材の群によっ
て多数の間隙が形成され、前記室内空気用ファンにより
室内空気が前記多数の間隙を下方から上方へ向けて上昇
流となって流動するとともに、前記冷水噴霧器により冷
水供給管からの冷水が前記多数の間隙を上方から下方へ
向けて下降流となって上昇流の室内空気と直接接触しな
がら流動するようになっており、かつ、室内空気との直
接接触により熱交換を終えて前記空気冷却器の下部に溜
った冷水の一部を、冷水返戻用側路によって前記冷水供
給管の途中に流入可能となっているものである。
【0008】請求項2記載の直接接触式空気冷却装置
は、請求項1記載の直接接触式空気冷却装置において、
冷水返戻用側路は、一端が空気冷却器の下部に接続され
他端が冷水供給管の循環ポンプの吸入側に接続されてい
るものである。
【0009】請求項3記載の直接接触式空気冷却装置
は、請求項1または2記載の直接接触式空気冷却装置に
おいて、充填材が取付け取外し自在に充填されるととも
に冷水の流入口、流出口及び室内空気の流入口、流出口
を有するモジュールによって熱交換器が形成されている
ものである。
【0010】
【作用】安価な夜間電力を利用して冷凍機を運転して蓄
熱槽に冷熱を多量に蓄えて利用することが可能である。
空気冷却器内の熱交換器内に充填された充填材に対し対
向流が形成されるように室内空気と冷凍機に冷却され蓄
熱槽に蓄冷された冷水とが流通されかつ室内空気と冷水
とが直接接触されるので冷水から室内空気への冷熱の伝
達が効率よく行われる。また、室内空気との熱交換を終
えて空気冷却器の下部に溜った冷水の温度は上昇してい
るので、この冷水の一部を冷水返戻用側路 によって冷水
供給管の途中に適宜流入することにより空気冷却器に供
給される冷水の温度を適切に調節可能である。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図1によって説明する。A
は室外熱源機部であって、圧縮機1、空冷コンデンサ
2、受液器3、膨脹弁4等からなる冷凍機ユニットと蒸
発器5を内蔵する畜熱槽としての蓄熱水槽6、循環ポン
プ7等からなる。Bは室内器部であって、冷水噴霧器1
2、熱交換器13を内蔵する空気冷却器11と室内空気用フ
ァン14等からなる。また、蓄熱水槽6と空気冷却器11と
は冷水供給管15、冷水返戻管16、冷水返戻用側路17によ
り連結されており、冷水返戻用側路17が冷水供給管15と
接続する循環ポンプ7の吸入側のところに三方切換弁8
を有している。
【0012】圧縮機1により圧縮された冷媒は空冷コン
デンサ2により凝縮液化し、受液器3、膨脹弁4を経て
蒸発器5に導入され、ここで蒸発し蓄熱水槽6の水を冷
却する。冷凍機ユニットを安価な夜間電力を利用して運
転すれば蓄熱水槽6に冷熱を蓄えることができる。
【0013】室内冷房は次のように行われる。循環ポン
プ7により蓄熱水槽6内の冷水を冷水供給管15を経て空
気冷却器11内の冷水噴霧器12から熱交換器13の上方全面
に噴霧させる。熱交換器13内には図3に示すような多数
の充填材が充填されており前記の冷水噴霧により充填材
の全表面が冷水に濡れる。熱交換器13内をS方向に向け
て下降流となって流下した冷水は空気冷却器11内の底部
に溜り、冷水返戻管16を経て蓄熱水槽6に戻る。
【0014】室内の空気は、室内空気用ファン14により
空気冷却器11の下方のP方向から導入され下方から上方
へ向けてq方向へ上昇流となって熱交換器13内を流通す
る。したがって空気は冷水と直接接触するとともに冷水
の下降流とは流動方向が逆となり、対向流となるため、
冷水と空気との間の熱伝達が大きくなり冷水及び空気そ
れぞれの出入口の温度差が大きくなる。すなわち、従来
技術の間接接触式であると冷水は4℃→12℃となり空
気は24℃→16℃となるに対し、本実施例の直接接
触式によると冷水は4℃→18℃となり空気は24℃→
10℃となり従来技術より低温度まで空気が冷却できる
ことになる。冷却された空気はr方向から再び室内に流
出し循環する。
【0015】前記のように冷水と空気とは対向流となり
しかも直接接触するので、空気は冷水温度に相当する飽
和水蒸気量まで除湿されることになる。そのため空気は
冷却されるとともに除湿が行われる。したがって、冷水
温度や空気流量を変えることによって室内空気の湿度の
調整を容易に行うことができる。
【0016】例えば、空気の湿度調整を行うときは、熱
交換の結果、温度が上り空気冷却器11の底部に溜った冷
水の一部を三方切換弁8を切換えることにより冷水返
戻用側路17を経て循環ポンプ7の吸入側へ導入し、蓄熱
水槽6から流出する冷水と混合し適宜調温された冷水と
して冷水供給管15を経て空気冷却器11に流入させる。こ
れにより前記調温された冷水の温度に相当する飽和水蒸
気量まで除湿されることになるので調湿を行うことがで
きる。
【0017】本発明に関連する実施例を図2によって説
明する。Cは冷凍機ユニットであり、9は水冷コンデン
サ、10は圧縮機1駆動用の原動機、18は畜熱槽としての
アイスバンク式蓄熱槽、21は直接接触式の空気冷却器、
22は室内空気用ファン、23は空気流出管、24は充填材内
蔵の熱交換器である。この実施例は氷蓄熱式の空気冷却
装置に関するものであり、図1と同一符号の箇所は同一
の構成からなるのでその説明を省略する。
【0018】アイスバンク式蓄熱槽18内の0℃の冷水
は、循環ポンプ7により冷水供給管15を経て空気冷却器
21に導入され熱交換器24を下降流として流れた後、冷水
返戻管16を経てアイスバンク式蓄熱槽18内へ戻され、循
環を繰返す。一方室内空気は、室内空気用ファン22によ
り空気冷却器21に導入され熱交換器24を上昇しつつ冷水
と対向流となりこれと直接接触しつつ熱交換した後、空
気流出管23から室内に戻り、循環を繰返す。冷凍機サイ
クルは図1と全く同様であるから説明を省略する。
【0019】前記図1及び図2の何れの実施例の場合に
おいても、熱交換器13及び24内に充填される充填材の形
状、構造及び配置は対向流となって流れる冷水と空気と
の間の熱交換の度合に影響するところが大きい。図3は
充填材の種々の形状、構造の具体例を示すものである。
aはラシヒリング、bはインタロックスサドル、cはテ
ラレッド、dはポールリングである。これらの充填材は
いずれも化学プラントの蒸留塔等で使用されているもの
であって、充填密度〔単位体積当りの質量〕、比表面積
〔単位体積当りの表面積〕が大きく空気と冷水との接触
表面積が大きくとれるので熱伝達率が向上する。前記の
充填材の特性を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】これによりファン動力を増加させることが
なく空気と冷水との直接接触が促進され、装置の低コス
ト化、省スペース化が可能となる。充填材は取付け取外
しが自在にモジュール中に充填されるので、適宜交換す
ることもでき、また汚れた場合には取外して清掃を行う
こともできる。
【0022】また、室内空気中に含まれる微細な埃(ほ
こり)等は冷水との直接接触時に、冷水に捕集されるた
め空気を清浄にする効果がある。また図1の実施例にお
いては室内空気用ファン14の吸込側に空気清浄のための
フィルターを設ける必要があるが、前記ファンを吸込み
式として空気冷却器11の上部の空気流出側に設ければ前
記の清浄効果を利用して前記フィルターを不要とするこ
とができる。このような吸込み式のファンを使用すれば
厨房や工場等の塵埃を多く含む空気の冷却装置として有
効である。
【0023】なお、前記実施例において充填材に冷水を
散布するに際しては、吹出し空気中に水の飛沫が同伴さ
れないこと及び充填材の層に均一に水が分配されるよう
にすることに留意する必要がある。このためには冷水噴
霧器に例えば次のような手段を施すことが考えられる。
すなわち、(イ)多孔質体とし、冷水を滲み出させる、
(ロ)管に孔をあけて、そこから冷水を滴下させる、
(ハ)スプレーノズルにより冷水を散布させる、(ニ)
ノズルを流体エネルギーを用いて旋回させ冷水を散布す
る(クーリングタワー方式)。
【0024】図4、図5により本発明の熱交換器の実施
例を説明する。本発明の熱交換器は従来技術のように熱
交換コイル(伝熱管)等を使用して間接的に熱交換を行
うものではなく、多数の充填材を充填し空気と冷水との
直接接触による熱交換を行うものであるから、形状に制
約されるこが少なく種々の形状の熱交換器を用いること
ができる。換言すれば、熱交換器のモジュール化が可能
となる。
【0025】すなわち、図4のa,bまたはcのように
熱交換器を種々の形のモジュール27,28,29とすること
ができる。図中の矢印は冷風の吹出し状態を示すもので
ある。図5は図4aのモジュール27を2組用いて一つの
熱交換器を組立てた場合の実施例であり、このようにし
た組立体を図1または図2の実施例の熱交換器13または
24とすることができる。図5中のsは冷水の下降流を示
し、pは室内空気用ファンにより熱交換器用のモジュー
ルに流入するときの空気流の方向を示し、qは空気の上
昇流を示し、rは前記モジュールから流出するときの空
気流の方向を示すものであって図1の室内器部Bに記入
されたp、q、r,sにそれぞれ対応している。
【0026】なお、本発明の空気冷却装置は、新しい付
加価値して芳香を与えることが可能である。例えば、蓄
熱槽の冷水に適当な香料を混入することにより空気冷却
器11から吹出す冷風に芳香をもたせることができる。
【0027】また本発明の空気冷却装置は図1の室内器
部Bの構造から明らかなように冷水の配管だけの工事で
簡単に工事ができ、空気冷却器11内の熱交換器のモジュ
ールは自由に設置できるので室内取付工事をコスト安く
実施することができる。
【0028】
【発明の効果】安価な夜間電力を利用して冷凍機を運転
して蓄熱槽に冷熱を多量に蓄えて利用することができ
る。空気冷却器内の熱交換器内に充填された充填材に対
し対向流が形成されるように室内空気と冷凍機に冷却さ
れ蓄熱槽に蓄冷された冷水とが流通されかつ室内空気と
冷水とが直接接触されるので冷水から室内空気への冷熱
の伝達が効率よく行われる。また、室内空気との熱交換
を終えて空気冷却器の下部に溜った冷水の温度は上昇し
ているので、この冷水の一部を冷水返戻用側路によって
冷水供給管の途中に適宜流入することにより空気冷却器
に供給される冷水の温度を適切に調節できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のフローシートダイヤグラムで
ある。
【図2】本発明に関連する実施例のフローシートダイヤ
グラムである。
【図3】本発明の熱交換器に用いられる種々の充填材の
実施例である。
【図4】a,b,cは本発明の熱交換器をモジュールと
して形成した場合の3個の実施例である。
【図5】図4のモジュールを組立てた場合の実施例であ
る。
【符号の説明】
5 蒸発器 6 蓄熱槽としての蓄熱水槽 7 循環ポンプ 11 空気冷却器 12 冷水噴霧器 13 熱交換器 14 室内空気用ファン 15 冷水供給管 16 冷水返戻管 17 冷水返戻用側路 18 蓄熱槽としてのアイスバンク式蓄熱槽 21 空気冷却器 22 室内空気用ファン 24 熱交換器 27,28,29 モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 船津 貞二郎 東京都目黒区平町二丁目21番4号 ドル フ都立大905号 (72)発明者 当銘 勉 沖縄県宜野湾市長田303番地 グリーン マンション2ーD (72)発明者 坂下 茂 東京都練馬区高松三丁目18番10号 (72)発明者 佐藤 浩 千葉県市川市高谷1630番地ー1 藤美荘 103号 (72)発明者 吉川 朝郁 千葉県我孫子市台田三丁目15番20号 ジ ュネパレス我孫子第3ー207号 (56)参考文献 特開 昭63−194141(JP,A) 特開 平1−102228(JP,A) 特開 昭55−155186(JP,A) 実開 昭62−204192(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 5/00 102

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷凍機ユニット、蓄熱槽、直接接触式の
    空気冷却器及びこの空気冷却器内に対して室内空気を流
    入出させる室内空気用ファンを有し、 前記蓄熱槽には前記冷凍機ユニットの蒸発器が設置さ
    れ、 前記蓄熱槽と前記空気冷却器との間には、冷水を循環さ
    せる冷水供給管及び冷水返戻管が設けられ、 前記空気冷却器内には、熱交換器及び冷水噴霧器が設け
    られ、 前記熱交換器内には多数の充填材が充填されてこの充填
    材の群によって多数の間隙が形成され、 前記室内空気用ファンにより室内空気が前記多数の間隙
    を下方から上方へ向けて上昇流となって流動するととも
    に、前記冷水噴霧器により冷水供給管からの冷水が前記
    多数の間隙を上方から下方へ向けて下降流となって上昇
    流の室内空気と直接接触しながら流動するようになって
    おり、 かつ、室内空気との熱交換を終えて前記空気冷却器の下
    部に溜った冷水の一部を、冷水返戻用側路によって前記
    冷水供給管の途中に流入可能となっている ことを特徴と
    する 直接接触式空気冷却装置。
  2. 【請求項2】 冷水返戻用側路は、一端が空気冷却器の
    下部に接続され他端が冷水供給管の循環ポンプの吸入側
    に接続されている ことを特徴とする請求項1記載の直接
    接触式空気冷却装置。
  3. 【請求項3】 充填材が取付け取外し自在に充填される
    とともに冷水の流入口、流出口及び室内空気の流入口、
    流出口を有するモジュールによって熱交換器が形成され
    ていることを特徴とする請求項1または2記載の直接接
    触式空気冷却装置。
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