JP4639330B2 - 降温用噴霧システム - Google Patents
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Description
また、ミストの蒸散を早めるために、噴霧されるミストの直径を小さくしようとして、高圧空気を用いて2流体噴流とした場合、ミストの平均粒径を10μm以下にすることができるが、高圧空気を供給するために非常に大量のエネルギーを消費しなければならず、冷却エネルギー効率が悪いという問題がある。
図1は、この発明の実施の形態1に係わる降温用噴霧システムの構成図である。図2は、実施の形態1に係わる噴霧ヘッドの平面図である。図3は、実施の形態1に係わる噴霧ヘッドの断面図である。図4は、実施の形態1に係わる噴霧ノズルの中心軸に沿った断面図である。図5は、噴霧ノズルからミストが噴霧される様子を表す図である。図6は、加圧水供給装置の構成図である。図7は、ミスト制御盤の機能ブロック図である。図8は、ミストの噴霧のタイミングチャートである。
なお、図2は、噴霧ヘッドを図3のBB断面から下方に見た一部断面図である。また、図3は、噴霧ヘッドを図2のAA断面から水平方向に見た断面図である。
また、噴霧ヘッド3Aは、地上から縦立されている柱の先端に設けられたことを記載したが、天井から吊り下げられても良い。
ここで、6個の噴霧ノズル10を噴霧ヘッド3Aに設けることを記載したが、これに限定されず、噴霧ノズル10は1個からN個であれば良い。
その延長配管12Aの他方の端部には、直管18が取り付けられ、そこに噴霧ノズル10が嵌合されている。なお、1つの直管18から分岐して圧力変換器(株式会社共和電業製、型式PVD−100ka、測定レンジ0〜10MPa)14が取り付けられて、噴霧ノズル10の加圧水受け空洞21に掛かる水圧を計測し、それを噴霧水圧としている。通常は、この噴霧水圧と高圧ポンプの出力水圧との関係を予め求めておいて、高圧ポンプの出力水圧を管理することにより、噴霧水圧を管理する。なお、水圧の測定には、ブルドン管圧力計などを用いてもよい。また、直管18は、ステンレスからできている。
このように接続された噴霧ノズル10の中心軸は、噴霧ヘッダ11Aの下側の端面を含む水平面から角度θ22.5度下方に傾いている。
感圧逆止弁22は、加圧水受け空洞21の下流側の開口21aに当接したとき、加圧水の流れを遮断する遮断球30、一端が遮断球30に当接し遮断球30に所定のバネ圧が掛けられるように撓んで他端がリブ23に固定されるバネ31から構成されている。所定のバネ圧は、加圧水受け空洞21における水圧が1MPaに達したときに遮断球30と加圧水受け空洞21の開口21aとが離間するようにバネ31のバネ定数が設定されている。なお、所定のバネ圧を低く設定すると、離間したとき高圧に達するまでに時間がかかり径の大きな水滴が噴霧されることになる。また、所定のバネ圧が噴霧水圧に近いと、遮断球30が開口21aから充分に離間できないので、水量に制約を受けてしまう。このような理由から所定のバネ圧は、0.4〜1.5MPaが好ましい。
加圧水受け空洞21に加圧水が注水され、水圧が所定の値に達すると、遮断球30を押して加圧水が弁収納空洞24内に流れ込む。
そして、リブ23の中央に形成された孔23aから加圧水が駒25の一方の端面を押して駒25が噴霧ノズル10の中心軸に沿って漏斗状の空洞27の方向に移動され、駒25の側面の溝32を通って加圧水が旋回されながら通過し、溝32の端部から噴流される。
この噴流が漏斗状の空洞27の内側面に衝突して、衝突噴流になりミストとしてオリフィス29から噴霧される。
実施の形態1で使用した噴霧ノズル10から噴霧水圧6MPaのときザウター平均粒径が20μmであった。なお、噴霧水圧が低いとミストの平均粒径が大きくなるとともに噴霧流量が少なくなり、冷却効果が小さくなってしまう。また、噴霧水圧が高いとミストの平均粒径が小さくなるとともに噴霧流量が多くなるが、高すぎると配管などに大きな衝撃波が加わり、安全上好ましくない。これらの理由から噴霧水圧は、2MPa〜10MPaの間が好ましい。なお、ミストの平均粒径として、レーザ回折粒径測定器を用いて測定しているが、他にドプラー位相粒径測定器などを用いて測定してもよい。このとき、測定器の種類により、平均粒径が異なるので、同一条件で噴霧したミストを測定して対比することが必要である。例えば、噴霧ノズル10から噴霧水圧6MPaのときに噴霧されたミストの90%体積粒径が60μm、10%体積粒径が3μmであった。
この噴霧領域34は、オリフィス29の形状を調整することにより円錐の噴角35を調整することができる。円錐の噴角35を狭くすると、ミストが遠くまで飛来するし、円錐の噴角35を広くすると、ミストが噴霧ノズル10の近くに漂うことになる。通常は噴角35を45度くらいにすることが好ましいが、45度に限るものではない。
このように噴角35を調整することにより、噴霧領域34がオリフィス29を横切る水平面の下方に位置することができる。
一方、地面に水平の風が吹いているとき、ミストは下降しながら風の方向に流されていく。しかし、噴霧ヘッダ11Aの下側端面を含む水平面より下方に噴霧外縁36が位置するので、ミストが水平に流されても、噴霧ヘッダ11Aに当たることがない。
また、噴霧領域34が柱2や子配水管4からみてオリフィス29の先端から離れており、そのオリフィス29の先端が延長配管12Aにより柱2や子配水管4から離れているので、ミストが水平方向に流されても、延長配管12Aの長さだけ移動する間に拡散や蒸散してしまうので、ミストが柱2や子配水管4に当たることがない。
また、延長配管12Aが下向きに彎曲しているので、上向きの風が吹かないとミストが延長配管12Aに当たることが防げる。
また、加圧水中に含まれる塵埃を取り除くために、高圧ポンプ40の出口に図示しない20μm角開口のフィルタが介在されている。
また、主配水管42、子配水管4、噴霧ヘッド3Aにスケールが沈積しないように、金属イオンの少ない加圧水を供給するために、高圧ポンプ40に図示しない軟水器から軟水化された水が供給されている。
ミスト制御盤45の噴霧シーケンス制御手段52は、まず元弁41を開放する。同時に排水弁43を開放する。
次に、噴霧シーケンス制御手段52は、高圧ポンプ40をONして、加圧水をブレードホース47から主配水管42に送水する。そうすると、主配水管42内に残っている空気が排水弁43から水と一緒に押し出されて、主配水管42内が均一な水圧が掛かるようになる。
次に、噴霧シーケンス制御手段52は、排水弁43を閉じる。それにより、主配水管42内の水圧が所望の水圧、例えば、6MPaに達する。
次に、噴霧シーケンス制御手段52は、噴霧を行う噴霧ヘッド3Aに連なる選択弁44を開放して、加圧水が子配水管4を経由して噴霧ヘッド3Aに供給される。このときの加圧水受け空洞21に注水されて加わる水圧は4秒の間にほぼ0MPaから6MPaに達する。このように水圧が1MPa以上になると、噴霧ノズル10の感圧逆止弁22が開放されてミストの噴霧が開始される。
そして、排水弁43が開放されてから約3秒経過後高圧ポンプ40をOFFし、選択弁44を閉じる。その後、元弁41と排水弁43とを閉じる。
また、排水弁43を開放すると主配水管42内の水圧が急激に低下し、感圧逆止弁22が急激に閉められ、水圧の低い状態で噴霧される時間が短くすることができるので、水圧が低い状態で噴霧されたときにみられる大きな粒径のミストが殆ど噴霧されることがない。
なお、前提として噴霧されたミストは少なくとも1分間で蒸散される。延長配管15cmの先端から噴霧されたミストは、1m3内に存在しているとして、噴霧量を定める。
噴霧判断手段50は、温湿度計6から入力される乾球温度DT(℃)および湿球温度WT(℃)から湿り空気線図に基づき相対湿度RH(%)を算出する。例えば、図9に示すように、乾球温度DTが30℃、湿球温度WTが20℃であった場合、湿り空気線図の横軸に表されている湿球温度WTの20℃から縦軸方向に延ばして相対湿度100%の線と交わる露点DPを求める。その露点DPから横軸方向に延ばして絶対湿度AH(kg/kg’)を求める。図9に示される例では、絶対湿度AHが0.015(kg/kg’)である。さらに、露点DPから横軸方向に延ばされた線と湿り空気線図の横軸に表されている乾球温度DTが30℃から縦軸方向に延ばされた線との交点Bを求める。そして、交点Bが交わる相対湿度RH(%)を求める。図9の場合、相対湿度RHは65%である。
また、噴霧ヘッダ11Aに予め延長配管12Aおよび噴霧ノズル10を工場で取り付けておき、現地で噴霧ヘッド3Aを子配水管4に接続すれば良いので、現場での作業を簡略化することができる。
図11は、この発明の実施の形態2に係わる噴霧ヘッドの断面図である。
実施の形態2に係わる噴霧ヘッド3Bは、実施の形態1の噴霧ヘッド3Aの彎曲した延長配管12Aの替わりに真っ直ぐな延長配管12Bが用いられており、さらに延長配管12Bの先端に直管18の替わりにベンド管19が用いられていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ番号を付記して説明を省略する。図11は、図3に対応した噴霧ヘッド3Bの断面図である。
実施の形態2に係わる噴霧ヘッド3Bは、噴霧ヘッダ11Aから6本の真っ直ぐな延長配管12Bが水平方向に延ばされ、延長配管12Bの先端に、それぞれ22.5°ベンド管19がお辞儀するようにして接続されている。ベンド管19の先端は水平方向から22.5度下向きに彎曲しており、その先端に噴霧ノズル10が接続されている。
また、肉厚の厚い延長配管12Bを彎曲することがないので、簡単に噴霧ノズル10の中心軸を傾けることができる。
図12は、この発明の実施の形態3に係わる噴霧ヘッドの断面図である。
実施の形態3に係わる子配水管4は、図12に示すように、施設の天井から垂れ下げられている。そして、その垂れ下げられた子配水管4の先端に噴霧ヘッド3Cが接続されている。これ以外は実施の形態1の噴霧ヘッド3Aと同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
噴霧ヘッダ11Cは、6角柱の上面の中心に子配水管4と接続する孔16が設けられている。
また、噴霧ノズル10の中心軸をより大きく噴霧ヘッダ11Cの下面を含む水平面から傾けることができるので、地面近くをより冷却することができる。
図13は、この発明の実施の形態4に係わる噴霧ヘッドの断面図である。
実施の形態4に係わる噴霧ヘッド3Dは、実施の形態3に係わる噴霧ヘッド3Cと噴霧ヘッダ11Dの形状が異なる。また、延長配管12Aを省略したことが異なっている。その他は、実施の形態3の噴霧ヘッド3Cと同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
図14は、この発明の実施の形態5に係わる噴霧ヘッドの断面図である。
実施の形態5に係わる噴霧ヘッド3Eは、実施の形態1に係わる噴霧ヘッド3Aと噴霧ノズル10から噴霧される噴霧領域34が水平面から上方に向いている点が異なっており、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
実施の形態5に係わる噴霧ヘッド3Eでは、噴霧ヘッダ11Eの6面の側面のそれぞれの中心に設けられた孔17に一端が水平に接続された延長配管12Eの他端が水平面から上方に彎曲し、他端の断面が水平面から27.5度傾いている。噴霧ノズル10の中心軸が他端の断面に垂直になるようにして噴霧ノズル10が他端に固定されている。このようにミストを上向きに噴霧するとき、ミストの下降の効果を考慮して、噴霧領域の噴霧外縁が噴霧ヘッダ11Eの上面を含む水平面に対して5°以上傾くように、噴霧ノズル10の中心軸が噴霧ヘッダ11Eの上面を含む水平面に対して角度θ’27.5°傾けてある。
また、噴霧ヘッダ11Eの上面を含む水平面に対して噴霧領域の噴霧外縁が5°以上傾けているので、ミストがその水平面にまで降下する時間的余裕ができ、その間にミストを蒸散することができる。
また、上方に噴霧するので、地面に近くから噴霧でき、地面の付近の冷却効果を上げることができる。
図15は、この発明の実施の形態6に係わる降温用噴霧システムの構成図である。
実施の形態6に係わる降温用噴霧システム1Fは、実施の形態1の降温用噴霧システム1と異なり、噴霧ヘッダ11Aを介さずに、子配水管4に直接複数の噴霧ノズル10をそれぞれ延長配管12Aを介して接続されていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。
Claims (4)
- 加圧された水をミストとして噴霧して対象の空間の温度を低下する降温用噴霧システムにおいて、
1つの端部に設けられたオリフィスから上記オリフィスを頂点とした錐状の噴霧領域に上記加圧された水をミストとして噴霧する噴霧ノズルと、
上記加圧された水を上記噴霧ノズルに配水する配水管と、
上記配水管から配水された水を複数の上記噴霧ノズルに分配する噴霧ヘッダと、
上記噴霧ヘッダからそれを中心にして水平に径方向に延び、先端に上記噴霧ノズルが接続され、上記錐状の噴霧領域の中心線を傾けるために彎曲された延長配管と、
上記噴霧ノズルから噴霧したミストが空気中で蒸散する所定の相対湿度以下のとき上記噴霧ノズルに上記加圧された水を配水する噴霧判断手段と
が備えられ、
上記錐状の噴霧領域の中心線が、上記オリフィスからミストが噴霧される方向に向かって上記オリフィスを横切る水平面に対して下向きに上記噴霧領域の噴角の半分以上傾けられている、または、上記水平面に対して上向きに上記噴霧領域の噴角の半分に角度5度を加算した値以上傾けられていることを特徴とする降温用噴霧システム。 - 加圧された水をミストとして噴霧して対象の空間の温度を低下する降温用噴霧システムにおいて、
1つの端部に設けられたオリフィスから上記オリフィスを頂点とした錐状の噴霧領域に上記加圧された水をミストとして噴霧する噴霧ノズルと、
上記加圧された水を上記噴霧ノズルに配水する配水管と、
上記配水管から配水された水を複数の上記噴霧ノズルに分配する噴霧ヘッダと、
上記噴霧ヘッダからそれを中心にして水平に径方向に真っ直ぐに延びる延長配管と、
一端に上記延長配管が接続され、他端に上記噴霧ノズルが接続され、上記錐状の噴霧領域の中心線を傾けるために彎曲されたベンド管と、
上記噴霧ノズルから噴霧したミストが空気中で蒸散する所定の相対湿度以下のとき上記噴霧ノズルに上記加圧された水を配水する噴霧判断手段と
が備えられ、
上記錐状の噴霧領域の中心線が、上記オリフィスからミストが噴霧される方向に向かって上記オリフィスを横切る水平面に対して下向きに上記噴霧領域の噴角の半分以上傾けられている、または、上記水平面に対して上向きに上記噴霧領域の噴角の半分に角度5度を加算した値以上傾けられていることを特徴とする降温用噴霧システム。 - 加圧された水をミストとして噴霧して対象の空間の温度を低下する降温用噴霧システムにおいて、
1つの端部に設けられたオリフィスから上記オリフィスを頂点とした錐状の噴霧領域に上記加圧された水をミストとして噴霧する噴霧ノズルと、
水平方向に延び、上記加圧された水を上記噴霧ノズルに配水する配水管と、
水平方向かつ上記配水管からそれに垂直に延ばされ、先端に上記噴霧ノズルが接続され、上記錐状の噴霧領域の中心線を傾けるために彎曲された延長配管と、
上記噴霧ノズルから噴霧したミストが空気中で蒸散する所定の相対湿度以下のとき上記噴霧ノズルに上記加圧された水を配水する噴霧判断手段と
が備えられ、
上記錐状の噴霧領域の中心線が、上記オリフィスからミストが噴霧される方向に向かって上記オリフィスを横切る水平面に対して下向きに上記噴霧領域の噴角の半分以上傾けられている、または、上記水平面に対して上向きに上記噴霧領域の噴角の半分に角度5度を加算した値以上傾けられていることを特徴とする降温用噴霧システム。 - 上記延長配管の長さは、上記中心線の上記水平面からの傾きが大きいほど短いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載する降温用噴霧システム。
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