JP4565417B2 - 間接式気化式冷却装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、間接式気化式冷却器に使用する加湿冷却ゾーン（ウエット・チャネル）と被冷却空気ゾーン（ドライ・チャネル）との各層を交互に配置して被冷却空気ゾーンの空気の顕熱のみを冷却する間接気化式冷却装置に関する。特に、この加湿冷却ゾーンと被冷却空気ゾーンとの境界に介在する基盤内に挿入する空気の流れを向流にして熱交換効率を改善した間接式気化式冷却装置に関する。

空気を加湿すると気化現象が生じ潜熱が奪われる事により、その空気の湿球温度迄空気の温度は冷却される。しかし、同時に被冷却空気は加湿される。この原理は加湿冷却として下記特許文献などにより広く知られ、それを利用した気化式冷却器も広く作られ販売されている。放出する空気の加湿を望まない場合には、加湿冷却されるゾーン（ウエット・チャネル）と被冷却空気の通るゾーン（ドライ・チャネル）とを分離し、加湿冷却ゾーンで冷却された温度を熱交換により、被冷却空気のゾーンに伝えて、被冷却ゾーンの空気の顕熱のみを冷却するという方式。いわゆる、間接式気化式冷却器という製品も既に製作販売されている。

特表２００４−５１３３２０号公報 特開２００７−１４７１１７号公報

特許文献１に記載される発明は、各チャネルの境界に配置する基板に多数の流通孔を設けたものであり、かつ、それぞれの隣接するチャネルに流入する空気の流れを直行するようにしたものである。 特許文献２に記載される冷却装置は、積層した被冷却空気の流れとウエットゾーンに流入する空気の流れとを直行するようにするとともに、基板に多数の孔を設けたり、基板の形状を九十九折にしたものである。このような構造では熱効率が悪く、コンビニエンスストアなどの店に設置するには装置が大きなものとなり、又同様に一般家庭にも設置することができなかった。

間接式気化式冷却装置において、被冷却空気をその空気の露点温度迄下げることは理論上可能であるが、実際の機器にてそれを実現するためには下記の課題がある。
（１）ウエット・チャネルにおいて、気化現象を最大に生じせしめる事。
（２）ウエット・チャネルで発生する冷却熱を、ドライ・チャネルを通過する被冷却空気に最大限の熱交換効率で伝達する事。
（３）空気を吸う機器であるので、商業用を考える時機器の圧力損失を最小にする事。
（４）安価に大量生産に適する製作方法とすること。
（５）気化現象を起こさせる為に必要な使用水量を最小限に抑える事。
本発明の間接式気化式冷却装置は、上記の問題点を改善すべく改良工夫することを課題としたものである。
また本発明の課題は、コンパクトで、冷却効率のよい、廉価な間接式気化式冷却装置を提供することである。

前記の課題を解決する手段として、
本発明の前記課題は、気化現象を生じさせる為のウエット・チャネル（加湿冷却ゾーン）と、ドライ・チャネル（被冷却空気ゾーン） との間に基盤を配置し、これらウエット・チャネルとドライ・チャネルとを交互に配置するように積層して配列し、前記ウエット・チャネル内の気化現象により基盤を冷却し、熱交換をさせて前記ドライ・チャネル内の空気を冷却する間接式気化式冷却装置において、前記ウエット・チャネル及びドライ・チャンネルの基盤の片面に型押しによってスペーサーとしての突起を複数形成するとともにこれらスペーサー間の基盤面にエンボス模様の多数の小さい凸部を形成して裏面にくぼみ（ディンプル）を多数配列してあることを特徴とする間接式気化式冷却装置の構成によって達成できる。

本発明の前記課題は、前記間接式気化式冷却装置において、前記ウエット・チャネル内の空気の流れと前記ドライ・チャネル内の空気の流れを向流としたことを特徴とする構成によって達成することができる。

前記本発明の課題は、積層した各前記ドライ・チャネル内を通過して冷却された空気の排気出口において、その空気の一部が隣接し交互に配置してある前記ウエット・チャネル内に外部静圧を利用して、送り込み、前記ドライ・チャネル内の空気の流れとは向流の空気の流れを前記ウエット・チャネル内に作り、前期基盤の両側に設けた排気口より冷気を排気する間接式気化式冷却装置の構成によって達成できる。

本発明の前記課題は、積層した前記ウエット・チャネル及び前記ドライ・チャネルにそれぞれ空気が円滑に流れるように、隣接する前記基盤間に約２〜３ｍｍ幅高の空間を作るように基盤面に形成した前記スペーサーが円型である間接式気化式冷却装置の構成によって達成できる。

本発明の前記課題は、前記ウエット・チャネル、前記ドライ・チ ャネルを形成する基盤がプラスチックシートで形成され、該プラスチックシートの前記ウエット・チャネル側の表面に、織布又は、不織布が接着されている基盤を積層配置する構成によって達成することができる。

前記本発明の課題は、前記ウエット・チャネル及びドライ・チャネルの基盤のウエット・チャネル面で、前記基盤にエンボスによって形成されている裏面の凹部が直径１．８ｍｍ程度のくぼみとし、前記ドライ・チャネル内に吹き抜ける空気の前記基盤に形成されているスペーサーにより発生する乱流渦を整流化させ、且つ、このくぼみにより熱交換面積を拡大する間接式気化式冷却装置によって達成できる。

本発明の前記課題は、積層した前記ウエット・チャネルの排気口の反対側に別の排気口を設けて、外部からの戻り空気を前記ウエット・チャネル内に流入させるようにした間接式気化式冷却装置によって達成できる。

本発明の前記課題は、前記基盤のウエット・チャネル側に備える織布又は、不織布に水を吸着させるための吸着剤を含浸させた基盤を積層した構成によって達成できる。

空気と空気の熱交換を行わす方式としては、大別して特許文献１などに記載されるような直交流による方式と同一方向からそれぞれのチャネルに空気を挿入する並流方式及びウエット・チャネルとドライ・チャネルとでは空気の流れが対向するような向流方式がある。
一般に、並流又は向流方式の方が直交型方式より熱交換効率が良いと認められている。又、並流と向流にあっては向流の方が、熱交換効率が良いと認められているので本発明においては向流方式とする。

本発明間接式気化式冷却装置は、ウエット・チャネルとドライ・チャネルとの境界に位置する基盤面に複数のスペーサーを形成するとともにエンボス模様の多数の凸部（裏面にくぼみ）を形成してあるから空気の流れの空間を確実に維持することができるとともに凸部により表面積を拡大してあるから熱交換効率に優れるばかりでなく、プラスチックの軽量化により、全体を軽量に構成することができる。

また、ウエット・チャネルとドライ・チャネル内における空気の流れが向流になっているから、効率よく冷却空気を発生することができるばかりでなく、ドライ・チャネルからの排気の一部をリターンさせてウエット・チャネル内に送り込むことができるから効率がよい。

本発明の間接式気化式冷却装置は、プラスチックの表面に吸着剤を含む織布などの吸水構造を形成してあるので、気化現象による効率がよい。

（１）在来の直交型間接式気化式冷却器と比較した場合、下記のデータが得られた。
（イ）冷却効果が約３０％アップした。
（ロ）機内圧損は約１／３となった。
（２）ウエット・チャネルとドライ・チャネルの基盤としてプラスチックの成型品を使う方式が可能となり、大量生産が容易になり且つ、安価に生産しうる。

発明を実施するために最良の形態

本発明間接式気化式冷却装置について、図面に示す実施形態に基 づいて説明する。
図１は本発明間接式気化式冷却装置に使用するドライ・チャネルの基盤形状図、図２は図１の基盤の部分拡大説明図、図３は図１の部分拡大断面図、図４は本発明間接式気化式冷却装置に使用するウエット・チャネルの基盤形状図、図５は図４の基盤の部分拡大説明図、図６は図４の部分拡大断面説明図、図７は本発明間接式気化式冷却装置の完成品図、図８は本発明間接式気化式冷却装置の流入空気側矢視図、図９は排気空気側矢視図、図１０は完成品の側面図、図１１は完成品の側面図の拡大説明図である。

（１）本発明間接式気化式冷却装置におけるウエット・チャネルにおいて最大限の気化現象を生じさせる為には、
（イ）ウエット・チャネルへの水の供給方法。
（ロ）毛細管現象を利用した滲み出し方式。
（ハ）流路の長さを考慮する。
特に、水の供給の流速、分流率の適切な選定が必要である。これらの要素は、実験値によるテスト分析の結果、流路長３００ｍｍ、流路幅２００ｍｍ、流路高２〜３ｍｍ、流速１〜４秒が適正値である。

（２）ウエット・チャネルとドライ・チャネルの間で、湿度・水分の移動があってはならないので、両チャネルの隔壁の為の基盤としては水を透さないポリプロピレン等のプラスチックを使用するのが好ましい。このプラスチックの隔壁は熱交換効率を最大にする為に、厚み０．３ｍｍ程度のものとする。

（３）空気の流れを作る為に、ウエット・チャネル及びドライ・チャネルには、２〜３ｍｍ高の空間を作る事が必要であるが、この為にはプラスチックで一体成型が可能であるように基盤間に、直径５ｍｍ、高３ｍｍ程度の円型のスペーサー２を配置する。

（４）上記円型のスペーサーを基盤間に配置すると送りこまれた空気に乱流渦を作る要因となる。チャネル内を通る空気は可能な限り整流が望ましいので、円型スペーサーにより生じる乱流渦を整流化する為の手段として、ゴルフのくぼみ（ディンプル）の如き、小さなくぼみ（ディンプル）を基盤に多数エンボスによって付ける事により整流化する。この「くぼみ」（ディンプル）のサイズは直径１．８ｍｍ高０．３ｍｍ程度とするのが好ましい。

（５）上述のエンボスによる基盤面の「くぼみ」は空気の流れの乱流を防止し、整流化の為のみならず、熱交換面積を大きくする効果がある。

（６）プラスチックの基盤は表面が滑面であるからプラスチックの板表面に、水を湿潤させる為の膜層が設けてある。この膜層としては織布又は不織布を使用する。材料はセルロース等の紙又はポリプロピレンが適当である。膜層の厚みとしては０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ位が適当。この膜層をウエット・チャネルの側のプラスチック板の表面に接着若しくは、熱圧着により接合して基盤を構成する。

（７）ウエット・チャネル内における気化現象を最大に生じせしめる為には、ウエット・チャネルに導入される水量はじわっと湿っている程度が適正であり、水が流れる様な状態では気化現象が逆に少なくなってしまう。その為には、湿潤膜である織布、不織布、セルロース等の紙に予め吸着剤（水の吸脱着の高い）を含浸させておき、湿潤膜に水を保持させておくのが好ましい。

（８）本発明間接式気化式冷却装置のウエット・チャネル及びドライ・チャネルに空気を流す方法については、ドライ・チャネルは常に一方向に空気を流す。このドライ・チャネルを通過する空気の一部をウエット・チャネルに流し込む方法としては、色々な方法が考えられるが、本発明においてはドライ・チャネルの空気の出口側において、機外に静圧を加えるだけで、一部の空気は開口しているウエット・チャネルに流入する事が判明した（図１１参照）。

ウエット・チャネル側に導入する空気の量は、ドライ・チャネルを流れる空気量の３０〜５０％が適切である。ドライ・チャネルの出口側の機外静圧を変化させる事で、ドライ・チャネルから出てくる空気の一部をウエット・チャネルに流入させる。この場合、実験値によると機外静圧として、９０〜１００パスカル程度の静圧をかけると、ウエット・チャネルに約３０％の空気が流れ込む。又、ウエット・チャネルに流入した空気は、ウエット・チャネル内で気化現象を生じさせた後はウエット・チャネルの排気口より機外へ排気される。

（９）外気だけを利用する場合以外に、温湿度条件の良い室内からのリターン空気を利用する場合もある。この場合はリターン空気を外気と混合して使用するのでなく、条件の良いリターン空気のみをウエット・チャネルに流入させる事により、ドライ・チャネルを通過する空気の温度を更に低くさせる方法がある。この為には、ウエット・チャネルの排気口よりウエット・チャネル内にリターン空気を導入し、ウエット・チャネル内を通し、気化現象を生じせしめた後で、ウエット・チャネルの排気口とは反対側に別の排気口を設けてそこから排気させる方法とする。

本発明の間接式気化式冷却装置について、図面に従って説明する。
図１乃至図３はドライ・チャネル側に配置する基盤１の説明図で、プラスチックシートの表面に、型押しによって複数の円形のスペーサー２、この配列したスペーサー２間には多数のくぼみ（ディンプル）３をエンボスにより形成してある（このくぼみ３は小さいので 図１および図４においては点模様で示す）。このプラスチックシートの左右の縁には遮蔽壁６、６（側方への空気の流れを防止）を突設し、図１の上側両側において排気口７のため空けてある。この遮蔽壁６，６によってチャネル内の空気の流れが規制されている。４は中央に配置した冷却用水を供給する供給管４を配置し、複数の噴出口を設けてある。この供給管４は無くても他の方法で、例えば、特許文献１のような水槽内に浸漬し布などで毛細管現象によって供給するものでもよい。５はプラスチックシートの裏面（ウエット・チャネル側）には織布または不織布などの水保持の膜層５である。９は基盤１を積重する際（ウエット・チャネルの基盤１ａとの）の係接片である。１１は被冷却空気の流入側に張り出した係合縁片で、ウエット・チャネル側の基盤１ａの係合縁片１１ａと係合し、空気の進入を遮断する。

図４乃至図６は、ウエット・チャネル側に配置する基盤１ａの説明図で、プラスチックシートにスペーサー２やくぼみ３を備え、両サイドに遮蔽壁６，６、排気口７を備える構成はドライ・チャネルの基盤１と同じである。水保持部材である膜層５は上面に接着されており、係接片９ａは下側に張り出している。このウエット・チャネルの係接片９ａとドライ・チャネルの係接片９とは係接状態で両基盤１，１ａを保持するようになっている。１０はウエット・チャネル内への空気の流入を防止する遮蔽部材で，この外側に張り出して係合縁片１１ａがある。これによって被冷却空気をドライ・チャネルに吹き込む際に流入を阻止する。

本発明の間接式気化式冷却装置の動作の説明。
図７に示されるように、供給菅４に水が供給されてウエット・チャネル内に冷却水が保持される。被冷却空気の流入側よりドライ・チャネル内に挿入する。このときウエット・チャネル内へは係合縁片１１，１１ａによって阻止される。ドライ・チャネルを通過した 空気は排気側から排気されるがこの出口付近に９０〜１００パスカルの静圧を負荷し、排気された空気の一部がウエット・チャネル内にリターンしてウエット・チャネル内を通過した空気は膜層５内に吸着している水分の気化現象により基盤１を冷却する。この水分を含んだ空気は排気口７より排気される。このようにしてドライ・チャネル内の空気は熱交換によって冷却される。この際基盤１に設けたくぼみ３により熱効率がよい。

（イ）本機は、水の気化現象のみを利用して空気の冷却を行うものであり、一切の冷媒ガスを使用していない。冷媒ガスの使用は地球温暖化の一因とされており、ＣＯ２削減に絶大な効果をもたらす。又、圧縮機を使用しない為に電気、ガス等のエネルギーを一切使用しないので利用価値は極めて広い。
（ロ）外気を直接処理する使用方法の他に、デシカント空調機で除湿された空気をこの間接式気化式冷却器に導入して利用する方法がある。この間接式気化式冷却器のその冷却性能は、入口空気の露点温度が低ければ低い程、気化現象が多く発生するので出口温度は下がり、入口空気の露点を下げる為にデシカント空調機を利用し、デシカント空調機により露点を下げた空気を加湿する事なく、この間接式気化式冷却器で温度を下げるシステムは極めて外調機として利用価値は高い。

本発明間接式気化式冷却装置に使用する１実施例のド ライ・チャネルの基盤平面図である。 図１のスペーサー部分の拡大説明図である。 図２の断面概略説明図である。 本発明間接式気化式冷却装置に使用する１実施例のウエット・チャネルの基盤平面図である。 図４のスペーサー部分の拡大説明図である。 図５の断面概略説明図である。 本発明間接式気化式冷却装置の完成品図である。 本発明装置の図７の流入空気側矢視面である。 本発明装置の図７の出口空気側矢視図である。 図７の側面図である。 図７の部分拡大説明図である。

１、１ａ・・・基盤（プラスチック製で基盤に織布又は不織布を張り合わせる）
２・・・スペーサー（チャンネルに高さを付け空間を作る為の突起）
３・・・くぼみ（ディンプル）
４・・・供給管
５・・・織布又は不織布
６・・・遮断壁
７・・・排気口
８・・・流入空気
９，９ａ・・・係接片
１０・・・遮蔽部材
１１、１１ａ・・・係合縁片

Claims (5)

1. 気化現象を生じさせる為のウエット・チャネルと、被冷却空気を通すドライ・チャネルとの間に基盤を配置し、これらウエット・チャネルとドライ・チャネルとを交互に配置するように積層して配列し、前記ウエット・チャネル内の気化現象により基盤を冷却し、熱交換をさせて前記ドライ・チャネルの空気を冷却する基盤を積層配置してある間接式気化式冷却装置において、
   前記ウエット・チャネル、前記ドライ・チャネルを形成する基盤がプラスチックシートで形成され、前記ウエット・チャネル及びドライ・チャンネルの基盤の片面にスペーサーとしての突起を複数形成するとともにこれらスペーサーを形成した基盤面にエンボス模様の多数の凸部を形成して裏面にくぼみを一体 的に形成してある基盤を使用することを特徴とする間接式気化式冷却装置
2. 気化現象を生じさせる為のウエット・チャネルと、被冷却空気を通すドライ・チャネルとの間に基盤を配置し、これらウェット・チャネルとドライ・チャネルとを交互に配置するように積層して配列し、前記ウエット・チャネル内の気化現象により基盤を冷却し、熱交換をさせて前記ドライ・チャネルの空気を冷却する基盤を積層配置してある間接式気化式冷却装置において、
   前記ウエット・チャネル、前記ドライ・チャネルを形成する基盤がプラスチックシートで形成され、前記ウエット・チャネル及びドライ・チャンネルの基盤の片面にスペーサーとしての突起を複数形成するとともにこれらスペーサーを形成した基盤面にエンボス模様の多数の凸部を形成して裏面にくぼみを一体的に形成し、前記ウエット・チャネル内の空気の流れと前記ドライ・チャネル内の空気の流れを向流とし、積層した各前記ドライ・チャネル内を通過して冷却された空気の排気出口において、その空気の一部が隣接して配置してある前記ウエット・チャネル内側に外部静圧を利用して、送り込み、前記ドライ・チャネル内の空気の流れとは向流の空気の流れを前記ウエット・チャネル内に作り前記基盤の両側に設けた排気口より冷気を排気することを特徴とする請求項１に記載の間接式気化式冷却装置。
3. 積層した前記ウエット・チャネル及び前記ドライ・チャネルにそれぞれ空気が流れるように、隣接する前記基盤間に約２〜３ｍｍ幅高の空間を作るように複数配列した前記スペーサーが円型であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の間接式気化式冷却装置。
4. 前記ウエット・チャネル及びドライ・チャネルの基盤のウエット・チャネル面で、前記基盤にエンボスによって形成されている凹部が直径１．８ｍｍ程度のくぼみとし、前記ドライ・チャネル内に吹き抜ける空気の前記基盤に形成されているスペーサーにより発生する乱流渦を整流化させ、且つ、このくぼみにより熱交換面積を拡大することを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のいずれか１つの間接式気化式冷却装置。
5. 積層した前記ウエット・チャネルの排気口の反対側に別の排気口を設けて、外部からの戻り空気を前記ウエット・チャネル内に流入させるようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１つの間接式気化式冷却装置。

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