JP3540107B2 - 流体の冷却および気体の除湿冷却の方法および装置 - Google Patents
流体の冷却および気体の除湿冷却の方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は流体たとえば空気と空気または液体と気体との熱交換による気体の除湿冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
空気その他の気体または液体を冷却するのに従来から、フロン等の揮発性の冷媒をコンプレッサで圧縮液化し液化したフロンの気化熱によって冷却するようにした冷凍機が一般的である。またこのような冷凍機はフロンの圧縮熱を放出させるために、フロンを蛇管に通しその蛇管に水を流下させるとともに空気をカウンタ方向に流し、その水の気化熱によって冷却するクーリングタワーが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般の空気調和においては快適な温度および湿度の空気を得ることが求められており、高温多湿の外気を処理する場合には温度および湿度をともに低下させることが必要である。このような空気調和を行う場合には、フロンをコンプレッサで圧縮するようにしているため、消費エネルギーが大きく、またフロンによる大気のオゾン層の破壊が問題になっている。さらにクーリングタワーでも大きくエネルギーが消費されている。
【0004】
本発明は熱交換器を利用して空気その他の気体を除湿し冷却して快適な温度および湿度を有する空気、その他低温・低湿の気体を少ないエネルギーでフロンを用いることなく連続的に供給しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は直交流型熱交換器その他温度が異なる2種類の流体が互いに直接接触しない熱交換器を使用して低温の気体Aと高温の流体Bとの顕熱交換により高温の流体Bを冷却するにあたり、揮発性液体の霧化手段によって気体流Aに揮発性液体の霧を加え、飽和状態で且つ霧状の微細な液滴Mを大量に浮遊させた気体流Aaとなし、複数の流路を有する熱交換器の一方の上から流路に該気体流Aaを水滴が空気中に浮遊した状態で送通し他方の流路に冷却すべき高温の気体流Bを通し、気体流Aaが熱交換器の一方の流路を通過する間に気体流Aaが気体流Bの顕熱を奪い、気体流Aaに浮遊する大量の微細な液滴Mが気化しその気化熱によって気体流Aaの温度を連続的に下げることにより高温気体流Bを連続的に冷却するようにし、高温気体流の熱交換器より上流側に除湿ロータを設け、この除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を冷却すべき高温気体流とし高効率で流体Bを冷却するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、揮発性液体の霧化手段によって気体流Aに揮発性液体の霧を加え、飽和状態で且つ霧状の微細な液滴Mを大量に浮遊させた気体流Aaとなし、複数の流路を有する熱交換器の一方の上から流路に該気体流Aaを水滴が空気中に浮遊した状態で送通し他方の流路に冷却すべき高温の気体流Bを通し、気体流Aaが熱交換器の一方の流路を通過する間に気体流Aaが気体流Bの顕熱を奪い、気体流Aaに浮遊する大量の微細な液滴Mが気化しその気化熱によって気体流Aaの温度を連続的に下げることにより高温気体流Bを連続的に冷却するようにし、高温気体流の熱交換器より上流側に除湿ロータを設け、この除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を冷却すべき高温気体流とし流体Bを除湿冷却するという作用を有する。
【0007】
(実施例1)アルミニウムその他の金属のシートまたはポリエステルその他の合成樹脂のシートよりなる平板1と波長3.0mm、波高1.6mmの波板2とを交互に且つ波板2の波の方向が一段毎に直交するように積重ね互に接着して図2に示す如き直交流型熱交換器3を得る。また、シートの表面にブラスト等で小さな凹凸を形成すると親水性が生じるとともに表面積が増加する。アルミニウムシートに親水性を与えるには燐酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、クロム酸、燐酸、シュウ酸、水酸化ナトリウム等の水溶液にシートを浸漬したり、沸騰水に浸漬する等の方法によりアルミニウムシート表面に親水性の物質を生成させる。こうしてアルミニウムシートに親水性を与えると、アルミニウムシートの表面に水滴が付着しても水滴が平になり、流体抵抗を増加させることはない。
【0008】
直交流型熱交換器3として平板1と波板2との組合せを例示したが、平板の一部分に細かな波を形成すると、表面積がさらに増大し熱交換効率が増大する。また、平板1や波板2の表面を黒くすると輻射熱の放射・吸収が増大し熱交換効率が向上する。
【0009】
図2,図3に示す如くこの直交流型熱交換器3の一方の小透孔群4をほぼ垂直に他の小透孔群5をほぼ水平になるように配置し、図3に示す如く小透孔群4の流入口4aおよび流出口4bに夫々ダクト8a,8bを取付け、ダクト8aに送風機Faおよび水噴霧器6を取付け、小透孔群5(図2)の流入口5aおよび流出口5bに夫々ダクト9a,9bを取付け、ダクト9aに送風機Fを取付ける。尚図中Vaは水噴霧器6の噴霧量を調節する弁である。
【0010】
水噴霧器6としてはできるだけ細かな水滴を均一に分布させることができるものが望ましく、例えばエアミストノズル等が適する。また、水滴はできるだけ細かな方が望ましく径が10μm程度がよいが、エアミストノズルを用いて噴霧した場合に水滴の最大径が280μm程度になるようにすると約70%の水滴の径は100μm以下となり、本発明の効果は十分発揮される。
【0011】
なお、エアミストノズルは水と空気を用いて噴霧するものであり、水及び空気とも加圧すると噴霧水滴が小さくなる。特に、噴霧水滴の大きさは空気の圧力の影響を受け易く3kgf/cm2以上の圧を加えることが望ましい。またエアミストノズル以外に液体のみを使用するノズルを用いてもよい。
【0012】
次にこの冷却装置の作用を説明する。図3に示す如く外気または室内空気流Aに上記水噴霧器6を使用して、空気流Aに微細な水滴を多量に噴霧することによって水滴の気化熱によって温度を下げ、かつ相対湿度を上げる。そして更に大量の微細な水滴Mを浮遊させた状態の空気流Aaとして送風機Faの吐出圧により熱交換器3の一方の多数の流路入口4aに送入する。
【0013】
他方送風機Fにより熱交換器3の流路入口5aに高温の空気流Bを送入すれば、空気流Aaが熱交換器3の流路を通過する間に流路の隔壁1(図2参照)を介して高温空気流Bの顕熱を奪って空気流Aaの温度が上がる。その結果空気流Aaの相対湿度が下がり、空気流Aaに含まれた多量の微細な水滴Mが気化しその気化熱によって空気流Aaの温度を下げることにより隔壁1を介して高温空気流Bを冷却する。
【0014】
この冷却装置の冷却原理をさらに詳細に説明する。液体の蒸気圧は、液体が水平表面を有する状態より液滴状態の方が大きく、その液滴の径が小さい程大きくなる。この現象はケルヴィンの式として次のように表される。
【0015】
log(pr/p)=2δM/ρrRT
ここでpは水平表面の蒸気圧、prは半径rの液滴の蒸気圧、Mはモル質量、δは表面張力、ρは液体の密度、Rは気体定数、Tは絶対温度である。
【0016】
従って、水滴の半径は小さいほど気化が速く、冷却作用が強くなる。更に噴霧された水滴Mが熱交換器3内で気化する過程において、水滴Mの直径は小さくなり、水滴Mの直径が小さくなるに従って蒸気圧が上昇するため、熱交換器3内で加速度的に水滴Mの気化が進む。つまり、微細な水滴Mは熱交換器3内で極めて短時間で気化し、多量の気化熱を奪う。
【0017】
上記の式に当てはめて計算すると18℃の水の場合、水滴の半径が1μになると蒸気圧は水面が平な状態の時と比較して0.1%上昇し、水滴の半径が10mμになると蒸気圧は約10%上昇する。さらに水滴の半径が1mμになると蒸気圧はほぼ倍に上昇する。このように微細な水滴Mが多量に浮遊した空気を熱交換器3に送入すると、水滴Mは熱交換器3内で急激に気化するという現象を呈する。
【0018】
この冷却装置を使用して試験を行った。図4に示す如く温度25.9℃、絶対湿度8.05g/kg、相対湿度39%の空気流Aを水噴霧器6に通して温度を17.5℃に下げるとともに、大量の微細な水滴Mを浮遊させた相対湿度100%の空気流Aaとし、この空気流Aaを熱交換器3のほぼ垂直に配置した小透孔群4の入口4aに風速2m/秒で送入する。一方温度70.6℃、絶対湿度10.44g/kg、相対湿度5.2%の高温空気流Bを送風機Fにより熱交換器3のほぼ水平に配置した小透孔群の流入口5aに風速2m/秒で送入する。小透孔群4は正確に垂直でなくても水滴が空気中に浮遊した状態で送通すればよい。図5はこの時の空気冷却を示す空気線図、表1はその試験成績である。
【0019】
【表1】
高温空気流Bと空気流Aaとの間で顕熱交換が行われ、前述の如く空気流Aa中に浮遊した微細な水滴の気化により空気流Aaの温度を連続的に下げ、空気流Bを冷却して空気流Bは絶対湿度を上げることなく温度は下がり、温度18.6℃、絶対湿度10.44g/kg、相対湿度78%の快適な空気となりこれを給気SAとして使用する。気体流Aaは熱交換器3を通ることにより温度30.7℃、相対湿度100%の空気流Abとなる。この空気流Abは大気中に放出される。
【0020】
この場合の顕熱交換効率η1は表1中の(1)式に示す如く97.9%となり、熱交換効率が非常に高いことを示す。(1)式中B,SA,Aaは各々の空気の温度を示す。この場合水滴Mの噴霧量は凡そ1時間当り8〜15リットルである。この場合の空気流AおよびBの流量は約180m3/時である。熱交換器の寸法は0.25×0.25=0.0625m2 の広さであり、その入口4a, 5aの表面積は夫々0.0625m2、開孔率が約40%であるので小透孔の断面積は0.0625m2 ×40%=0.025m2 であり、風速は2m/秒であるので風量は0.025m2 ×2m/秒=180m3 / 時となる。
【0021】
これと比較するために対照例として実施例1で使用したのと同一の直交流型熱交換器を用い冷却用空気流に水噴霧器を使用しない場合の試験成績を図6および表2並びに図7の空気線図に示す。ここで(2)式中B,Ba,Aは各々空気の温度を示す。
【0022】
【表2】
温度22.3℃の空気流Aは顕熱交換により温度62.0℃の空気流Abとなり、温度67.2℃の高温空気流Bは顕熱交換により温度36.0℃の空気流Baとなる。 絶対湿度は空気流A, 空気流Bともに変わらない。このときの顕熱交換効率η1 は表2中の(2)式に示す如く69.5%となる。 水を噴霧した場合には顕熱交換効率は97.9%となり水を噴霧しない場合には顕熱交換効率は69.5%となり、水の噴霧によって約30%熱交換効率が上昇する。この場合他の条件は実施例1の水を噴霧した場合と同じである。
【0023】
(実施例2)また同様にこの冷却装置を使用して図8に示す如く温度25.7℃、絶対湿度12.20g/kg、相対湿度59.0%の空気を風速2m/秒の空気流Aとし、これを水噴霧器6に通して温度20.2℃、相対湿度が100%で且つ霧状の微細な水滴を大量に均一に浮遊させた空気流Aaとし、この空気流Aaを熱交換器の小透孔群4の入口4aに送入する。一方冷却すべき空気として温度34.2℃、絶対湿度14.41g/kg、相対湿度43%の高温空気を風速2m/秒の空気流Bとして熱交換器の小透孔群5の入口5aに送入する。高温空気流Bは空気流Aaとの間で顕熱交換が行われ、空気流Bは温度20.6℃、絶対湿度14.41g/kg、相対湿度95%の冷却空気SAとなった。気体流Aaは温度25℃、相対湿度ほぼ100%の空気流Abとなり、空気流Abは大気中に放出される。この時の空気線図を図9に試験成績を表3に示す。
【0024】
【表3】
図示する如く気体流Bに気体流Aa中の水滴の気化熱が隔壁を通して伝わり、空気線図に示すように気体流Bの絶対湿度は変らず、空気線図の水平の線に沿って温度が下りSA点(20.6℃)に達し、空気流AaはAb点まで相対湿度100%の線を通って温度が上昇する。この場合の顕熱交換効率は表3中(3)式に示す如く97.1%となり、実施例1の顕熱交換効率とほぼ同じである。即ち流体Bの温度が降下し、給気SAの温度が20.6℃と空調用として適切になった場合には水の噴霧量を減少しその温度を維持するようにすればよい。その場合の水の噴霧量は約8リットル/時間である。
【0025】
上記と比較するために対照例として実施例1で使用したのと同一の直交流型熱交換器を用い冷却用空気流に水噴霧器を使用しない場合の試験成績を図10、図11の空気線図および表4に示す。
【0026】
【表4】
21.8℃の空気流Aは32.7℃の空気流Abとなり、34.4℃の高温空気流Bは空気流Aとの顕熱交換により25.7℃の空気流SAとなる。 絶対湿度は空気流A, 空気流Bともに変わらない。このときの顕熱交換効率は表4中(4)式に示す如く69.0%となる。
【0027】
(実施例3)図1に示す如く実施例1で説明した図3の装置に空気流Abとともに排出された水滴を受ける水槽D、該水槽Dに溜った水の還流装置すなわちポンプP,導水管10,電動弁Vaおよび水位調節装置即ち水位浮きVs,水位センサーSe,電動弁Vb、並に水滴噴霧装置6の噴霧量調節装置即ちサーモカップルTa,サーモカップルTb,電気信号増幅機C,電動弁Vaを加えたものである。図中図3と同じ番号をつけた部品は実施例1において図3で説明した部品と同一であるのでその説明は省略する。
【0028】
水槽D内の水を水噴霧器6に還流する導水管10を取付けその中途にポンプPおよび電動弁Vaを設ける。また水槽Dには給水管11を取付け、水槽D内の水面13には水位浮きVsを浮かべ、給水管11に設けたオンオフ電磁弁Vbと水位センサーSeとを連結し、図1のQ部拡大図に示す如く水位の変化を水位浮きVsおよび水位センサーSeでキャッチし水面が13Lまで下れば電磁弁Vbが開き水を補給し、水面が13Hまで上れば電磁弁Vbが閉じ水の補給を停止する。
【0029】
水噴霧器6の上流には気体流Aの温度センサーたとえばサーモカップルTa、流体Bの中に温度センサーたとえばサーモカップルTbを配置し、該サーモカップルTaおよびTbを電気信号増幅器Cを介在させ連結する。この両サーモカップルTa,Tbの温度差をキャッチして電気信号増幅器Cに入れ、温度差が大きくなるに従い電動弁Vaを操作し水噴霧量を増大させ、温度差が小さくなるに従い水噴霧量を減少させる。必要に応じて水の噴霧量の増加とともに送風機Faの出力を増加させて空気流Aaを加速させる。
【0030】
この場合水噴霧器6からの噴霧量が多過ぎると微細な水滴が熱交換器3の小透孔群4内の内壁面に集まり水流となるとともに十分な気化をせずに滴下してしまう。その水流は微細な水滴と比べて表面積は極めて小さくなり高温空気流Bから奪った熱量では水の気化が少なく、冷却に寄与しない。したがって気体流Aaの温度を充分低下させることはできず、よって高温空気流Bの温度を充分に下げることはできない。気体流Aa内の微細な水滴Mが均一に必要量含まれるように噴霧すれば冷却効率がよく、水も節約できる。
【0031】
(実施例4)噴霧器6において使用する水(沸点100℃)の代りにエタノール(沸点78.3℃)、酢酸メチル(沸点56.3℃)、メタノール(沸点64.7℃)等揮発性の有機質液体または揮発性有機質液体と水との混合液体を使用することもできる。
【0032】
図2に示す如く厚さ25μのアルミニウムシートよりなる隔壁1と、波長3.4mm、波高1.7mmのアルミニウム波板2との両表面に吸湿剤シリカゲルの微粒子を散布接着しこれを交互に積層して250mm×250mm×250mmのサイズの直交流型熱交換器3を得る。この熱交換器3を使用して図12に示す冷却装置を組立て、実施例1,2において噴霧器6に使用した水の代わりにメタノールの45%水溶液を使用した場合のデータを図12に示す。この場合水の代わりにメタノール水溶液を使用したためその沸点が下り、温度25.9℃であった空気流Aはメタノール水溶液の噴霧後(空気流Aa)14.6℃へと下がった。
【0033】
この空気流Aaの14.6℃と高温空気流Bの51.3℃との熱交換により17.2℃の低温空気SAが得られた。従って水のみの噴霧よりも低沸点の液体を使用して噴霧すれば低温の空気SAが得られる。図11の空気線図は以上の空気流B→SAと、空気流A→Aa→Abとの状態変化を示す空気線図である。
【0034】
(実施例5)本実施例の装置は図14に示す如く実施例1で説明した装置に熱交換器3の出口4bから排出された気体流Abを高湿度の気体流Aaに還流する装置を加え、水噴霧器6の上流側に加湿器7を設けたものである。図14において熱交換器3の出口4bと送風機Fcとをダクト8eで連結し、送風機Fcと高湿度の気体流Aaの流路とをダクト8dで連結し、ダクト8eの一部に外気OAを必要に応じて送入するための分岐ダクトKを接続する。
【0035】
加湿器7には給水管Wpの中途にバルブVを取り付け加湿する必要が生じた場合に水を供給できるようにする。加湿器7としてはたとえば超音波型、水を浸潤した多数の織布等を使用したものがある。
【0036】
気体流Aaを熱交換器3に通し出口4bから排気Abを送風機Fcにより還流させ気体流Acとして使用する。この気体流Acは必要に応じて加湿器7に通し更に噴霧器6により微細な水滴Mを大量に浮遊させた気体流Aaとして熱交換器3に循環して送入するものである。
【0037】
図12においてダクト8eの中間に冷却部Coを設け、ダクト8eの外周に多数のフィンFeを取付けこれにカバーを取り付けて送風機Fdを連結し、送風機FdによりフィンFeを冷却することによりダクト8e内の流体Abを冷却し高湿度流体Ab内の湿気を冷却し結露させて結露水をタンクDa内に溜め、タンク内の水を時々弁Vcにより排出し、噴霧器6に戻す。
【0038】
以上本発明の流体の冷却方法を直交流型熱交換器を使用する空気の冷却方法の例により説明したが、空気以外の気体または水その他の液体の冷却においても同様に実施し得ることは勿論である。
【0039】
使用する熱交換器は上記の直交流型に代えて斜交流型、図15に示す対向流型、図16に示す対向流と交差流とを組合わせた熱交換器を使用することもできる。図15に示す対向流型、図16に示す対向流と交差流とを組合わせた熱交換器においてはともに微細な水滴を浮遊させた気体流Aa、流体Bは夫々図中矢印方向に小透孔内を通過し夫々気体流Ab,流体SAとして排出され、両流体Aa,Bの間で顕熱交換を行う。また図17に示す如く平板1,1…の間に多数のスペーサー12,12…を一段毎に直交する方向に多数挟んで組立てた直交流型の熱交換器を使用することができ、また上記ハニカム積層体と同様対向流型、対向流と交差流とを組合わせた熱交換器を使用することもできる。
【0040】
(実施例6)図18に示す如く250mm×250mm×250mmの直交流型熱交換器3と噴霧加湿器6を配置し除湿ロータ14を熱交換器3の前段に配置する。除湿ロータ14は、吸着剤又は吸湿剤を結合したハニカム積層体を直径320mm、幅200mmの円筒状に形成したものである。また、除湿ロータ14はセパレータ15、15’により吸着ゾーン16と再生ゾーン17とに分離され夫々ダクト(図示せず)により矢印B→HA→SAに示す如く流路を構成されており、除湿ロータ14は図中矢印方向に16r.p.h.で連続的に回転駆動される。温度34.0℃、絶対湿度14.4g/kg、相対湿度43.1%の外気OAを送風機Fbにより空気流Bとし、これを風速2m/秒で除湿ロータ14の吸着ゾーン16に送入する。
【0041】
これにより空気流Bの湿気を吸着除去して乾燥空気流HAを得る。ついで乾燥空気流HAを熱交換器3の水平な小透孔群5の入口5aに送入する。除湿ロータ14の再生ゾーン17にはヒータHにより外気OAを80℃程度に加熱した再生空気RAとして図中矢印方向に送入し、再生ゾーン17を通り除湿ロータ14を脱湿再生し、多湿の排気EAとして外気中に放出する。
【0042】
一方空気流Aの温度が26℃で相対湿度58%の時に噴霧加湿器6によって加湿し相対湿度100%にすれば、空気流Aaの温度は17.0℃になった。更にこの空気流Aaに水を噴霧し微細な水滴が無数浮遊した状態にして熱交換器3の流入口4aに送通する。
【0043】
上述の乾燥空気流HAは熱交換器3を通ることによって、微細な水滴が無数浮遊した空気流Aaと顕熱交換をし、第1実施例の説明と同様熱交換器3内部で空気流Aaの微細な水滴の気化熱により冷却され温度20.5℃、絶対湿度4.5g/kg、相対湿度30%の快適な給気SAとなった。
【0044】
この実施例から分かるように34℃、絶対湿度14.4g/kg、相対湿度43.1%の外気を除湿し、湿分の吸着熱により温度が上昇するとともに湿度の下がった乾燥空気を熱交換器3に通すことによって温度20.5℃、絶対湿度4.5g/kg、相対湿度30%の冷却された乾燥空気を得る。この空気を空調に使用する場合には適宜加湿して快適な空気条件とすることができる。
【0045】
除湿機としては本実施例で使用したロータリー式の他に吸湿剤を充填した2筒式、シリンダー式あるいはカサバー式(米国カサバー社製)等の除湿機も使用できるのはもちろんである。
【0046】
(実施例7)本実施例では70.0℃の高温空気を熱交換器により冷却したのち除湿ロータにより除湿する過程について述べる。
【0047】
図19に示す如く直交流型熱交換器3の上部側に噴霧加湿器6を配置し除湿ロータ14を熱交換器3の後段に配置する。送風機Faを通して温度26.0℃、絶対湿度12.2g/kg、相対湿度58%の外気OAに噴霧加湿器6で水を噴霧し相対湿度100%にすると温度17.5℃になり、これにさらに水を噴霧し、多量の水の微粒子を浮遊させた空気流Aaを熱交換器3の一方の流路4aに通す。
【0048】
他方温度70.0℃、絶対湿度14.4g/kg、相対湿度7%の空気流Bを送風機Fbにより風速2m/秒で熱交換器3の入口5aに送入する。空気流Bは熱交換器で顕熱交換し低温の空気流Baとなる。空気流Baの絶対湿度は空気流Bのそれとほぼ同一である。空気流Aaは熱交換器3を通過した後、熱交換器3の出口では温度30.0℃、相対湿度約100%の空気流Abとなり外気中に放出される。除湿ロータ14は図中矢印方向に16r.p.h.で回転駆動される。
【0049】
上述の冷却された空気流Baをこの除湿ロータ14の吸着ゾーン16に送入し、湿気を吸着除去して温度55℃、絶対湿度4.5g/kg、相対湿度5%の乾燥空気流HAを得る。除湿ロータ14の操作は実施例5で述べた通りである。高温空気からの吸着方式による除湿は極めて困難であるが、この実施例に示す通り熱交換器で冷却した後に除湿機を使用すれば簡単に効果的な除湿ができ、冷却された乾燥空気が得られる。
【0050】
(実施例8)実施例7で得られた空気流HAは温度が55.0℃、相対湿度5%で一般の空調用としては温度が高過ぎかつ相対湿度が低過ぎる。そこで本実施例はこの空気流HAを更に熱交換器3bに通して空調用に適した温度および湿度を有する給気SAを得ようとするものである。
【0051】
図20に示す如く実施例7と同様に高温空気流Bを直交流型熱交換器3aおよび除湿ロータ14に通して空気流HAを得る。ここまでの操作は実施例7と全く同一であるので繰返し説明するのを省略する。第2の直交流型熱交換器3bを除湿ロータ14の後段即ち処理空気の出口から流出する空気流HAの流路に設置し、第2の熱交換器3bの一方の流路4の上流側にも上述の実施例7と同様に噴霧加湿器6bを設ける。この第2の熱交換器3bの作用は上述の実施例7の熱交換器3と同一であるので説明を省略する。
【0052】
他方除湿ロータ14の吸着ゾーン16を通った乾燥空気流HAを熱交換器3bの水平に設置した小透孔群5の流路入口5aに送入し、多量の微細な水滴を含み冷却された空気流Aaと顕熱交換を行わせ、温度20.5℃、絶対湿度4.5g/kg、相対湿度30%の快適な給気SAを得る。給気SAの空気状態を調節する場合は空気流Aaに噴霧する水の量を加減すれば給気SAの温度を変化させることができ、一方給気SAの湿度が低過ぎる場合には除湿ロータの再生温度を下げれば除湿ロータ14の除湿性能が下がるため給気Saの湿度を上げることができ、自由に快適な空調を行うことができる。
【0053】
以上の実施例6〜8において噴霧加湿器で使用する水の代わりに沸点の低い液体、例えばエタノール、酢酸メチル、メタノールなどを空気流Aaに噴霧すれば更に供給空気流SAの温度を下げることができる。
【0054】
さらに、全ての実施例において霧化手段として、超音波霧化装置を用いることができる。また、水噴霧器としてエアミストノズル以外に、空気を用いない一流体ノズルを用いることができる。なお、以上の実施例では噴霧加湿器1段で相対湿度を100%にするとともに多量の水の微粒子を浮遊させるようにしたが、噴霧加湿器を複数段設け、初段で相対湿度を100%になるよう加湿し、次段で多量の水の微粒子を浮遊させるようにしてもよい。要は、相対湿度100%の空気中に直径10μ程度の水の微粒子が多量に浮遊した状態の空気を熱交換器に通すようにすればよい。
【0055】
以上の実施例では熱交換器として波板と平板を交互に積層したものを例示したが、本発明はこれに限らず複数の流路を有し流路の表面積の大きなものであればどのようなものでもよく、例えばヒートパイプの両端に多数の熱交換フィンを有する流路を設けたものでもよい。
【0056】
【発明の効果】
本発明は上記の如く構成したので、揮発性液体の霧化手段によって気体流Aに揮発性液体の霧を加え、飽和状態で且つ霧状の微細な液滴Mを大量に浮遊させた気体流Aaとなし、複数の流路を有する熱交換器の一方の上から流路に該気体流Aaを水滴が空気中に浮遊した状態で送通し他方の流路に冷却すべき高温の気体流Bを通し、気体流Aaが熱交換器の一方の流路を通過する間に気体流Aaが気体流Bの顕熱を奪い、気体流Aaに浮遊する大量の微細な液滴Mが気化しその気化熱によって気体流Aaの温度を連続的に下げることにより高温気体流Bを連続的に冷却するようにし、高温気体流の熱交換器より上流側に除湿ロータを設け、この除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を冷却すべき高温気体流とし流体Bを除湿冷却する原理であり、その特徴は水噴霧器6における水噴霧量を加減することにより流体Bを冷却する度合いを制御することができる。あるいは気体流Aaと高温空気流Bとの温度差が大きくなればなる程水噴霧量を増大すれば流体Aaは高温空気流Bとの温度差に比例して高温空気流Bの冷却度を強め、ほぼ一定の快適な温度まで空気流Bを冷却することができる。
【0057】
実施例1で述べた如く直交流型熱交換器3に噴霧加湿器6を配置し、微細な水滴を大量に浮遊させた空気流Aaを冷却用空気流として高温空気流Bを冷却したときの顕熱交換効率は約97%以上と非常に高い値を示した。実施例1で使用したのと同一の直交流型熱交換器を用いて冷却用空気流に噴霧器および加湿器を使用しない場合においては実施例1で対照例として示したように顕熱交換効率は63%であり、本発明の流体の冷却における熱交換の効率は著しく高いことがわかる。
【0058】
尚この熱交換に要する消費エネルギーは送風機の運転エネルギー約250Wであり、これに対して流体Bの冷却に要した熱エネルギーはたとえば消費エネルギーの1.5倍から数十倍になり、この値は流体Bの温度が高い程上昇する。
【0059】
この流体の冷却装置を気体の冷却に使用し、これに除湿機を加えて実施例6乃至実施例8に示したように気体の除湿冷却に使用することができ、空調装置として用いることができる。この場合運転に要する経費は上述の如く著しく低廉になるので、たとえば密閉室内の除湿冷房に使用する場合には室内の空気を繰返し循環して使用する必要なく絶えず新鮮な外気を取入れて除湿冷房を続けることができる。従って室内空気中に二酸化炭素その他の有害ガスの増加するのを抑えることができ、快適空間を提供することができる。
【0060】
更に従来の冷房のようにフロンを使用することがないため環境問題がなく、コンプレッサーを使用する必要なく排熱の熱風により細菌類またはカビを発生することがないので衛生的に見ても極めて優れた効果を有する。
【0061】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の流体冷却の方法および装置の一例を示す説明図およびその一部拡大図である。
【図2】直交流型熱交換器の一例を示す斜視図およびその一部拡大図である。
【図3】本発明の流体の冷却方法および装置の他の例を示す断面図である。
【図4】本発明の流体の冷却方法および装置の更に他の例を示す説明図である。
【図5】図4に示す流体の冷却のデータを示す空気線図である。
【図6】流体の冷却方法および装置の対照例を示す説明図である。
【図7】図6に示す流体の冷却のデータを示す空気線図である。
【図8】本発明の流体の冷却方法および装置の更に他の例を示す説明図である。
【図9】図8に示す流体の冷却データを示す空気線図である。
【図10】対照例の熱交換のデータを示す説明図である。
【図11】対照例の熱交換のデータを示す空気線図である。
【図12】メタノール水溶液を用いた冷却のデータを示す説明図である。
【図13】メタノール水溶液を用いた冷却のデータを示す空気線図である。
【図14】本発明の流体の冷却方法および装置の更に他の例を示す説明図である。
【図15】対向流型熱交換器の斜視図である。
【図16】対向流と交差流とを組合わせた熱交換器の例を示す斜視図である。
【図17】直交流型熱交換器の他の例を示す斜視図である。
【図18】本発明の気体の除湿冷却の方法および装置の他の例を示す説明図である。
【図19】本発明の気体の除湿冷却の方法および装置の他の例を示す説明図である。
【図20】本発明の気体の除湿冷却の方法および装置の更に他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 平板
2 波板
3 直交流型熱交換器
6 噴霧器
7 加湿器
14 除湿ロータ
Aa 過飽和気体流
B 冷却すべき流体
D 水槽
Claims (1)
- 揮発性液体の霧化手段によって気体流Aに揮発性液体の霧を加え、飽和状態で且つ霧状の微細な液滴Mを大量に浮遊させた気体流Aaとなし、複数の流路を有する熱交換器の一方の上から流路に該気体流Aaを水滴が空気中に浮遊した状態で送通し他方の流路に冷却すべき高温の気体流Bを通し、気体流Aaが熱交換器の一方の流路を通過する間に気体流Aaが気体流Bの顕熱を奪い、気体流Aaに浮遊する大量の微細な液滴Mが気化しその気化熱によって気体流Aaの温度を連続的に下げることにより高温気体流Bを連続的に冷却するようにし、前記高温気体流の熱交換器より上流側に除湿ロータを設け、この除湿ロータの吸着ゾーンを通過した空気を前記冷却すべき高温気体流としたことを特徴とする気体の除湿冷却装置。
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