JP3806843B2

JP3806843B2 - 自然対流型除湿空調器

Info

Publication number: JP3806843B2
Application number: JP2002186881A
Authority: JP
Inventors: 孝志沼野
Original assignee: 孝志沼野
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2022-05-23
Also published as: JP2003343991A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般空調分野に係り、特に本体の箱形形状や熱交換フイン、伝熱２重管に関するものであり空調分野で熱交換器に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自然対流冷房装置としては輻射冷房と対流方式があり、天井面や壁面にパイプをコイル状に配置し仕上げ材により埋設のパイプに低温の液体を流し、壁面や天上面を冷却し屋内温度を下げる方式はあつたが除湿については屋内露点温度以下には結露の問題があり壁温を下げれなかつた、その為に除湿に付いてはは他の冷却方式により屋内空気や外気を除湿して送気していた、また他の冷房方式では熱交換フインに低温の液体や冷媒を流し、動力送風により屋内に送風しているその場合約２０％の屋内空気は処理されずに熱交換フインを通過し屋内温度を下げているが、屋内湿度は５０％以下に処理する事は色々な問題が発生し困難である、特に吹き出し口に発生する結露の問題等により一般空調では無理な面があり温度制御を主体に運転している、また最近の業界では屋内空気を空調機により過冷却に近い温度まで処理して、高速ダクトにて送気し吹き出し口直近で混合箱にて屋内空気と混合させ吹き出し口より吹き出し屋内温湿度調節をしている建物もある、また産業界では屋内外空気を過冷却した後、再熱理をして屋内に吹き出しているいずれの方法も全て機械による送風が現状であるが、暖房では自然対流や輻射による暖房は普及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自然対流型の冷房装置では屋内露点温度の近くまでは温度は下げられても、屋内湿度の調節はできなかつた、本発明は箱形の形状内部に伝熱２重管と熱交換フインを内臓した装置に、低温の液体を流し屋内空気の自然対流による冷却と除湿を主目的としている、従来の機械的送風による空調の場合には熱交換フインに対し風速が速く除湿機能は必ずしもよくなかつた、本発明は自然対流により熱交換フインと空気の接触時間が長く、除湿としての機能は満足できる。また人の体感温度は乾球温度と湿球温度の相関関係にあり相対湿度を５０％以下に制御すれば、現在の温度による制御より高い温度でも同じ体感温度となり、除湿を主体とした自然対流型除湿空調器を使用すれば、さわやかな暑さの空調が可能となる、夏期の屋内温度を乾球温度２８℃相対湿度４５％程度に設定し稼動すれば１０％以上の省エネとなる。また部屋の時間当たり換気回数を３回程度と考えれば、この自然対流型除湿空調器は１ｍ当たり７２立方メイトル時程度の自然対流量があり、外気取り入れ空気の湿度の処理も充分可能であるそして従来の機械的送風による過度の冷風感解消と動力による稼動部分がないため、適切な流速で液体を流せば建物と同じ耐用年数まで使用可能です。
【０００４】
【問題を解決するための手段】
自然対流型除湿空調器の機能を発揮させるためには、吸入側空気温度と出口側温度の差が大きい程よいが通常の方法では困難であつた、そこで箱形形状のケ−スを考え内部に熱交換フイン付き伝熱管を設置したが装置全体としての機能は満足できなかつた、まず伝熱管の流入側と流出側の温度差，熱交換フインの結露、吸い込み空気のばらつきによる能力低下等があり、上記問題の解決は伝熱管については内管側と外管側への流れの２分流化する分流器、温度差の減少は隔壁に切り欠けを設けた流れに対して渦流を起こしやすい隔壁、伝熱管全長に対して約５５％をこした部分での内管流、外管流の混合により解決，熱交換フインの結露はフインの形状を将棋の駒形に近い六角形として伝熱管直近の左右にＶ形溝を上下方向に作りフイン端部より上下方向のＶ形溝に対して下がり勾配のＶ形溝等により解決、吸い込み空気の問題は箱ケ−スの曲面を板で挟み熱交換フインの直近まで下げ屋内吸い込み空気の２分化やケ−ス側壁の２重化による断熱、凝縮水受けの菱形等により解決した。
【０００５】
本体は箱形であり断熱、重量、耐久性を考慮し木質として空気の吸い込み口、空気の出口側とも格子状である。
【０００６】
伝熱２重管は外管と内管の２重管構造であり、液体流入側の外管内側に外管と内管への液体の流れを２分する部分であり、上記部は流入管の管壁側を流れる流速の遅い液体と、管中心部を流れる流速の速い液体を外管と内管側へ２分流する、即ち流れの遅い管壁側の液体は外管と内管の隙間に流し、流速の速い中心を流れる液体は内管側に流す構造であり、２分流部の詳細は４ケ所の切り欠と同数の突起よりなり切り欠き部はスリツト状であり外管側へ液体を流す、また途中に設ける切り欠き付き隔壁により乱流となり内管側の熱を取得し外管側に伝える役割や伝熱管全長の約５５％の内管先端部で合流させ液温の変化をより少なくし熱交換フインに対する伝熱量を平均化する伝熱２重管、材質は銅管、黄銅管、アルミ管、但し内管にはＳＵＳ管を使用する場合もある。
【０００７】
伝熱２重管の外側に取り付ける熱交換フインの形状を将棋の駒に近い六角形にしたのは凝縮水処理の関係であり、伝熱２重管直近の左右に上下方向にＶ形の溝は流入する屋内空気の自然対流に対する抵抗が一番大きく風速が遅く凝縮水の処理に適したケ所である、またフイン端部よりの下がり勾配のＶ形溝は凝縮水を支障無く凝縮水受けに導く溝であり、熱交換フインと伝熱２重管の接すするケ所はツバを作り伝熱面積を多くしてある、材質は熱伝導の良い銅板、アルミ板で伝熱２重管の外側に圧着や圧入で製作する。
【０００８】
自然対流型除湿空調器の屋内空気吸入口は箱形形状のケース左右天井面にあり、熱交換フインに導入される場合い上部にて干渉し降下速度が低下され熱交換能力は低下する、その防止策として上記箱形形状ケース左右隅部と熱交換フイン中心部の天井面左右に曲面の付いた木質材料を板で挟み、熱交換フイン直近まで下げ屋内空気吸い込み部を２分割により干渉防止や、熱交換フイン側壁板の２重化による断熱向上により自然対流型除湿空調器の能力を増加している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例により図面を参照して説明する。
図１は自然対流型除湿空調器の本体であり、１は箱形形状で木質である、屋内天井面の空気は、７の左右屋内空気の格子状吸い込み口より流入し、２の吸い込み空気干渉板にて２分割された別々部分より抵抗なく、３の熱交換フインに導かれる熱交換フイン、５の伝熱外管２０ｍｍでは温度わ平均５℃全長は最大７ｍ液体の流入側と流出側の温度差は約４℃で冷却能力は口径２０ｍｍで約４．８００Ｋｃａｌ毎時、熱交換フインを通過する屋内空気温度は平均１５℃となり除湿冷却され、８の処理空気の格子状出口より自然対流により降下し屋内空気と混合する，その時の除湿冷却された空気の比重は屋内空気に対して約７％重く自然対流の源となる。
【００１０】
図３に示す実施例は、３の熱交換フイン取り付け間隔で５ｍｍ程度である、動力送風の場合フイン間隔は３ｍｍが多い、自然対流型除湿空調器では風速が遅く５ｍｍとしている、４は箱形形状の本体側面であり熱交換フイン格納部で側壁は２重構造で温度差による結露防止や温度伝導による対流障害防止の機能である、側壁の材質も木質で外側より木質５ｍｍ、空気層５ｍｍ、木質５ｍｍよりなり断熱効果は充分あり結露等の問題は発生しない、また２重側壁と熱交換フインとの間隔は左右とも２ｍｍで未冷却空気を防止している。
【００１１】
図４に示す実施例は、３の熱交換フインであり将棋の駒形で六角形、５の伝熱外管に３ｍｍのツバ部を圧着し屋内空気の冷却と除湿用で、５の伝熱外管左右に上下方向となるＶ形溝とフイン左右端部より下がり勾配のＶ形溝よりなる箱形形状自然対流型除湿空調器専用の熱交換フインで冷却装置１ｍ当たり伝熱面積は約５ｍ ^２冷却能力は冷水温度０℃〜１０℃の場合７００〜１．０００Ｋｃａｌ毎時の冷却能力がある、５の伝熱外管左右のＶ形溝は，２の吸い込み空気干渉防止板と、５の伝熱外管により自然対流に対して一番抵抗の大きい場所であり自然対流が一番遅いケ所であると同時に、左右端部よりのＶ形溝合計８本の凝縮水を、６の凝縮水受けに流しやすい位置である、６の凝縮水受けは菱形の上部を切り欠いた形状で自然対流を妨げない形になつている、３の熱交換フインの材質は銅板、アルミ板でプレス加工にて製作し，５の伝熱外管に圧着し箱形形状の天井面より吊り下げ状態で装着する。
【００１２】
図５に示す実施例は伝熱２重管に対する、９の２分流器と、１０の渦流と、１１の混合部分の概略位置を示す液体の流れは、９の２分流器までは一体の流れで秒速は１ｍを標準とし、９の２分流器に至る但し管壁側の流速は遅く毎秒０．６ｍ前後である、９の２分流器で流れは２分され流れの遅い管壁側の液体は、５の伝熱外管と、１３の内管の隙間に流れ、管中心部の流速が速い液体は、１３の内管側へ流れる。９の２分流器の所では、５の伝熱外管と、１３の内管の隙間との有効面積に対して切り欠き部は約６５％程度となり流量は減少する、９の２分流器を出た液体は、５の伝熱外管側を流れる液体は直進し、１０の渦流器に至り角度のついた切り欠き部により渦流となり、１１の混合部にて、１３の内管側の液体と合流し流出側に至る、取り付け位置は、５の伝熱外管２０ｍｍ最大長さ７ｍの場合は、１３の内管は５５％で約３．８ｍとなる、１０の渦流器の取り付け位置は、９の分流器より１．２ｍ次ぎ１ｍ、０．８ｍ、０．６ｍ、０．４ｍ、合流となる。
【００１３】
図６に示す実施例は、９の２分流器であり、５の伝熱外管の流入側、内側に取り付けるそして、５の伝熱外管の流れを２分流する。液体は管内を流れる場合には管壁側は遅く管中心部は流速が速い、遅い流速の液体を、５の伝熱外管と、１３の内管の隙間と流速の速い中心を流れる液体を内管内にと２分流にする構造で材質は砲金または黄銅で機械加工にて製作する。９の２分流器の構造は４ケ所の凸部と同数の切り欠き部よりなり、隙間断面積に対して約６５％の切り欠き面積である凸部は外管の内側内管側に突き出た形で流体に対して抵抗となり隙間に流れる流量を調節する、１３の内管との接合は内管の外側に接合する、接合は全て銀ロウ接合としている、５の伝熱外管の内部は直線的に接合されているが、１３の内管と接する内側には段差がある状態で液体は直進する、９の２分流器は流速が速い場合騒音が発生するため流速は毎秒１ｍ前後としている、断面積比率は５の伝熱外管に対する、１３の内管は約１：１．２であるが、５の伝熱外管部分は抵抗が多く流量では約１：１０と大きな差がでる、この差が５の熱交換フインに対する吸熱量の平均化となり自然対流型除湿空調器の機能を良好にしていいる。
【００１４】
図８に示す実施例は、１０の渦流器であり、１３の内管の外側に取り付けてあり、切り欠き部は４ケで切り欠き角度は３０°、本体はリング状で幅は１０〜１５ｍｍで凸部は４ケ所あり、５の伝熱外管の外側より圧着する、切り欠け部の断面積は、５の伝熱外管の断面に対して約７５％の断面積であり、９の２分流器より直進状態の液体の流れを過流として、１３の内管側より熱を取得し，５の伝熱外管に熱を伝える。
【００１５】
図１０に示す実施例は、１１の混合部であり、５の伝熱外管を渦流となつて流れる液体と、１３の内管側を直進状態で流れる液体が合流混合する合流部の１３の内管は４５°に切断し合流しやすい形で、５の伝熱外管の流入側と流出側の温度差の約半分が合流点であり、３の熱交換フインに対する吸熱量の平均化に役立つ渦流器である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を出すことができる。
【００１７】
湿度が主で温度は従の制御のため、屋内温度を２〜３℃高く設定できその結果約１０％の省エネができる。
【００１８】
機械的な送風でないため、いやな冷風感がなく静かな環境の部屋や事務所、老人施設、病院、学校施設等人の動きの少ない建物によい。
【００１９】
機械的な部分がないため、耐用年数が長く騒音の発生もない。但し液体の流速を速くすると２分流器より騒音が発生するが毎秒１ｍ前後での運転と、特に運転ポンプよりの振動音や騒音が自然対流型除湿空調器の箱体内に共鳴音として響くためポンプの選定には注意が必要です。
【００２０】
自然対流型除湿空調器の一番効率的な使用方法は、蓄熱槽の利用が有効な利用方法であり電力のピークカット対策にもなる、また室温を２８℃以下では運転しないようセツトし、湿度主体で４５％以上でポンプが運転するように設定すれば、一日当たりの冷凍機の運転時間も短くなりより経済的な利用が可能となる。
【００２１】
太陽輻射熱の影響が大きい窓際の天井部分に自然対流型除湿空調器を設置すればより効果的に利用出来る。
【００２２】
自然対流型除湿空調器は、蓄熱槽と床蓄熱を併用すれば深夜電力利用の、空調も可能となりより経済的な運転が可能となる。その場合蓄熱槽の容量は床面積１ｍ^２当たり５０リットルの容量で２４時間の空調が可能となる。
【００２３】
設備費用は高額になるが、深夜電力の利用が可能になり数年で設備費用は償却が可能となるが蓄熱槽の設置が条件です。
【００２４】
冷凍機の発停の回数が少なく、効率の良い運転が可能となる、そのため冷凍機の耐用年数も長くなりより経済性はます。
【図面の簡単な説明】
【図１】自然対流型除湿空調器の、縦断面図である。
【図２】自然対流型除湿空調器の、斜視図である。
【図３】本体に熱交換フインをとりつけたときの上部、横断面である。
【図４】熱交換フインの、縦断面詳細図である。
【図５】伝熱定温２重管の全長にたいする、２分流器、渦流器、混合部等の取りつけ位置図である。
【図６】２分流器の横断面図である。
【図７】２分流器の、縦断面図である。
【図８】渦流器の、横断面図である。
【図９】渦流器の、縦断面図である。
【図１０】混合部の、横断面図である。
【図１１】２分流器の、横断面詳細図である。
【図１２】２分流器の、縦断面詳細図である。
【符号の説明】
１自然対流型除湿空調器の本体
２吸い込み空気干渉防止板
３熱交換フイン
４本体の２重隔壁
５伝熱外管
６凝縮水受け
７屋内空気の格子状吸い込み口
８処理空気の格子状出口
９２分流器
１０渦流器
１１混合部
１２接合用ソケット
１３内管

Claims

天井面に箱形形状で内部に熱交換フイン付き伝熱２重管を取り付けた、自然対流型除湿空調器であつて、上記伝熱２重管は液体の流入外管の内側に分流器を設け、上記分流器は外管側と内管側への液体の流れを２分する機能と、外管側に適正な流量を減じる機能をもつ、また外管側を流れる液に渦流を起こし易いリング状の隔壁を取り付け、上記隔壁には角度の付いた切り欠きを設け渦流を発生し易い構造であり，内管の外側に取り付ける内管は伝熱２重管全長に対してその長さの約５５〜６０％として、内管終端部では液体を合流混合させる自然対流型除湿空調。
請求項１に記載の自然対流型除湿器において熱交換フインはフインの形状を将棋の駒形に近い六角形であり、伝熱２重管左右の直近に上下方向となるＶ形溝と、その溝に対して左右フイン端部より複数の下り勾配のＶ形溝よりなる自然対流型除湿空調器。
請求項１または請求項２に記載の自然対流型除湿空調器において、箱形形状のケ−スの天井面と略同一の面の左右に屋内空気吸い込み口を設け、熱交換フインの上部に左右より吸い込む空気の干渉防止機能を持つ防止板を設け、上記防止板は箱形ケ−ス上部左右の隅と熱交換フイン中心点上部に左右対称となる曲面材を板で挟んでフイン直近まで下げ、箱体内を２分割し流入屋内空気の干渉防止を目的とした自然対流型除湿空調器。