JP5337489B2 - 露点冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気流を冷却する装置に係る。当該装置は、冷却する空気流に対する流入開口及び冷却された空気流に対する流出開口を有する少なくとも１つの冷却流路と、伝達壁によって該冷却流路から離され、且つ冷却流路の流出開口に対して接続される流入開口及び、流出開口を有する少なくとも１つの気化流路と、該気化流路に向かって方向付けられる伝達壁の側部を湿潤させる（ｗｅｔｔｉｎｇ）手段と、冷却流路において空気流を除湿する手段と、を有する。かかる装置を有して空気流は、気化によって間接的に冷却され得、また該装置は、「露点冷却器」とも称され、米国特許４，００２，０４０（特許文献１）から既知である。

既知の冷却装置は、複数の相互に平行する冷却流路の群、及び同様に相互に平行であり且つ冷却流路に垂直である（ｒｕｎ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｌｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌｓ）複数の気化流路の群を有する、逆流形熱交換器（ｃｒｏｓｓ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）の形状をとる。ここでの冷却流路の群は、いずれの場合にも、いずれかの側部において２つの群の気化流路と隣接するか、その逆であり、いわば熱交換器の重層構造が得られる。

壁は、冷却流路と気化流路との間におけるパーティションを形成し、またそれらの間の熱（冷気）の伝達の役割を果たす壁は、アルミニウム等である熱を大変よく伝導する材料から製造される。気化流路と冷却流路との間におけるパーティションを形成する壁も含む気化流路の壁は、水分（ｍｏｉｓｔｕｒｅ）を保持し得る材料を有して全て覆われる。湿潤手段は、気化流路の上方において、周期的に作動する噴霧器の形状で配置される。該噴霧器は、水分保持材料を有する壁上へと、ある量の水を噴霧する。

既知の冷却装置において、周囲空気等である冷却する空気は、ファンによって引き込まれ、冷却流路を通される。冷却された空気は、冷却流路から換気する空間等に流れる。冷却流路を出る際、例えば体積流量の三分の一である空気の一部は、主要な流れから分離され、気化流路に案内される。そこで、冷却される空気は湿った壁（ｍｏｉｓｔ ｗａｌｌ）に沿って流れ、それによって水分は、気化されて、空気流において取り込まれる。水分の気化は、結果として、壁の温度の低減をもたらす。伝達壁の優れた熱伝導により、これはまた、冷却流路における温度低減をもたらし、故に空気流は冷却される。

例えば空気調節設置物と比較して、間接気化に基づくこの既知の冷却装置は、空気の冷却がごく僅かな電力しか求めない、という利点を有する。この冷却装置は更に、有する可動部分が少なく、単純且つ低コストで製造及び据付けされ得る。また、冷却剤（ｃｏｌｄ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ａｇｅｎｔｓ）は、必要ではない。

直接気化冷却器と比較して、間接的に作動する冷却装置は、空気の冷却が空気湿度の増大を有さない、という利点を有する。乾燥した冷却空気の供給は、冷却される空間における快適な環境をもたらす。かかる間接的に作動する冷却装置を使用すると、空気は、直接気化冷却器を有して可能であるよりも更に低い温度まで冷却され得る。直接気化冷却器が所謂「湿球」温度を超えて温度を冷却し得ない場合、間接作動気化冷却器は、所謂「露点」まで空気を冷却することができる。そのため、既知の冷却装置は、露点冷却器とも称される。
米国特許４，００２，０４０

本発明は、上述された種類の冷却装置を向上させ、供給された空気流が更に冷却され得るよう、またより更に快適な室内環境が実現され得るようにする、ことを目的とする。

本発明によれば、該目的は、冷却流路において空気流を除湿する手段によってかかる冷却装置において達成される。冷却するよう空気から水分を抽出することによって、この空気は、気化流路においてより多くの水分を吸収し得、より大量の気化熱が壁から抽出されるため、温度が更に低減する。

除湿手段（ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｙｉｎｇ ｍｅａｎｓ）は、望ましくは、より低い臨界溶解温度を有するポリマ（ＬＣＳＴポリマ）を有する。かかるポリマは、臨界温度まで水溶性であり、このようにして水分を保持する。溶解状態におけるポリマの安定性は、ここでは、適切に選択された架橋手段（ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｉｎｇ ｍｅａｎｓ）によって保証される。

本発明に従った冷却装置の単純な一実施例は、冷却流路に向かって方向付けられるパーティション壁の側部が、ＬＣＳＴポリマで少なくとも部分的に覆われるか、あるいはＬＣＳＴポリマから製造される際に、得られる。故に冷却流路の流入側部は、例えば一片のＬＣＳＴポリマで覆われ得る。当然のことながら、冷却流路の全ての壁がこの材料で全体的に覆われることを想定することは、可能である。

ＬＣＳＴポリマは、有利には、ポリオキサゾリン、ポリ（ジメチルアミノエチルメタクリラート）（ｐ（ＤＭＡＥＭａ））、及びポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ｐＮｉＰＡＡｍ）を有する群から有利に選択され得る。これらは、空気から抽出することができ且つ比較的大量の水分を保持することができる全てのポリマである。

本発明に従った冷却装置は、望ましくは更に、除湿手段を再生する手段を備えられる。かかる除湿手段の効果は、流入する空気からより多くの水分を抽出し、故に飽和状態になるため、結局は低減する。この水分は、再生手段（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｍｅａｎｓ）を始動させることによって除湿手段から解放され得、それによって本来の効果が復元される。

冷却装置の構造上並びに作動上単純な実施例において、再生手段は、臨界溶解温度を上回ってＬＣＳＴポリマを周期的に加熱するよう適合される。かかるポリマは、通常は６０乃至７０℃のオーダであるその低い臨界溶解温度によって特徴付けられるため、単純な加熱素子で十分である。

冷却する空気流の湿潤をもたらす再生を防ぐために、再生手段は望ましくは、再生中にＬＣＳＴポリマによって放棄される（ｒｅｌｉｎｑｕｉｓｈｅｄ）水分を冷却流路から収集及び放出するよう適合される。

特に効果的な冷却装置は、再生手段が収集された水分を湿潤手段に対して案内するよう適合される際に、得られる。故に、気化流路を湿潤させること目的として供給される必要がある水は、ごく僅かである。

これより本発明は、２つの実施例に基づいて説明され、添付の図面が参照される。

空気流を冷却する装置１（図１）は、パーティション壁７によって分離される複数の相互に平行する冷却流路２の群（図２）を有し、該流路２は、冷却する空気流Ａ１に対する流入開口及び冷却された空気流Ａ２に対する流出開口を有する。流入開口は、例えば外部環境Ｓに対して接続され、流出開口は、冷却する空間Ｒへと向かう。冷却装置１を介する空気流は、ファン５によって与えられる。

冷却装置１は更に、伝達壁４によって冷却流路２から分離される複数の気化流路３の群を有する。気化流路３は、パーティション壁８によって相互に分離される。気化流路３の流入開口は、冷却流路２の流出開口に対して接続され、冷却流路２の流出開口は、外部環境Ｓへと向かう。

冷却流路２と気化流路３との間における接続により、部分的な流れＡ３は、冷却された空気流Ａ２から分離され、気化流路３を通って案内される。気化流路を通過したあと、湿った空気流Ａ５は、外部環境Ｓへと吹き出される。冷却する空間Ｒに対して徐々に案内される主な流れＡ４と分離された部分的流れＡ３との間における割合は、他のファクタもあるが、冷却流路及び気化流路の寸法によって定められ、例えば２：１であり得る。

冷却装置１は、気化流路３及び特には伝達壁４を湿潤させる手段６を更に備えられる。かかる湿潤手段６は、本願では、複数の開口１０及び供給導管１１を有する。該供給導管１１を介して水は、ポンプ（図示せず）を使用して、気化流路３の下方における収集ベッセル１２から噴霧パイプ９まで運ばれる。湿潤手段６が連続的に作動しなければならないことを防ぐために、気化流路３の壁４，８は、吸収性織物又はセラミック金属のコーティング等である、水分を保持する材料１３を有して覆われる。

ここまでは、冷却装置１は、概して従来の構造を依然として有する。冷却装置の有効性を高めるよう、また、従来の冷却装置を有して可能であるよりも更なる流入空気流Ａ１の冷却を達成するよう、本発明は、この流入空気流Ａ１を除湿することを提案する。この結果水分を吸収する分離された空気流Ａ３の容量は増大し、より多くの水分は、気化流路３において気化され得、故により大量の気化熱が伝達壁４から抽出され得る。このようにして、伝達壁４は、従来の冷却装置におけるよりも更に冷たくなり、より高い冷却能力が達成される。

図示される実施例では、冷却されるべき空気流Ａ１を除湿する手段１４は、より低い臨界溶解温度を有するポリマ材料（ＬＣＳＴポリマ）の形状を取り、冷却流路２の壁４，７においてカバー層１５として配置される。ＬＣＳＴポリマとして、本願では、ポリオキサゾリン、ポリ（ジメチルアミノエチルメタクリラート）（ｐ（ＤＭＡＥＭａ））、及びポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）（ｐＮｉＰＡＡｍ）等である材料を想定することが可能である。ここでは冷却流路２の全ての壁４，７がＬＣＳＴポリマを有して完全に覆われるが、垂直方向の伝達壁４等である壁の一部のみを覆うことで十分である、ことを想定することも可能である。また、ＬＣＳＴポリマが冷却流路２の長さの一部のみにわたって、例えばその流入側において、あるいは実際の冷却流路２の上流に位置決めされる冷却装置１の流入部分において配置される、ことを想定することは可能である。

壁４，７におけるＬＣＳＴポリマ層１５は、流れる空気から水分を吸収し、溶液となる。溶解されたポリマ層１５は、適切に選択された架橋剤の存在により、その安定性を保持する。上述された通り、気化流路３における空気流Ａ３の水分吸収容量（及びその冷却能力）は、空気の除湿によって増大する。更には、このことは、空間Ｒに対して供給される冷却空気流Ａ２がより乾燥しているため、より高い快適性をもたらす。

更なる水分がＬＣＳＴポリマ層１５へと吸収され、故にこの層が更に飽和状態になるため、除湿手段１４の有効性は低減する。そのため、図示される実施例において冷却装置１は、ポリマ層１５を再生する手段１６も備えられる。かかる再生手段１６は、ＬＣＳＴポリマをその臨界溶解温度を上回って周期的に加熱するよう適合される。この臨界温度が比較的低く、例えば６０乃至７０℃のオーダになるため、低電力加熱素子１７で十分である、ことが可能である。かかる加熱素子の構造及び作動は、本出願人による非公開（ｎｏｎ ｐｒｅ−ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ）オランダ国特許１０３０１４９において記載及び図示される。

ＬＣＳＴポリマ１５は、その臨界溶解温度を上回って加熱される際、溶液から出て（ｃｏｍｅｓ ｏｕｔ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）、故に水分Ｌは再度解放される。この水分Ｌは続いて、壁４，７に沿って流れる。結果として、流入空気Ａ１の所望されない湿潤を防ぐよう、再生手段１６は、再生中に放棄されるこの水分Ｌを収集し、冷却流路２から放出するよう更に適合される。この目的に対して、冷却流路２は、例えばある程度下方向に傾斜され得、水分Ｌが冷却流路２の最下点まで流れるようにする。図示される実施例において、収集コンテナ１８は、そこに位置付けられる。これは、同様に湿潤手段６の収集コンテナ１２に対して接続される。冷却装置１の使用水量は、流入する空気から抽出される水分を湿潤手段まで案内することによって、低減される。

冷却流路２及び気化流路３は、互いに交差する代わりに、平行であるが方向は対向しているようにされ得る（図３及び４）。これは、向流冷却器（ｃｏｕｎｔｅｒｆｌｏｗ ｃｏｏｌｅｒ）である。この設定は、より長く、より集中的な熱交換接触（ｈｅａｔ−ｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）が冷却されるべき空気流Ａ１と気化流Ａ３との間において可能である、という利点を有する。

本発明は、複数の実施例に基づき上述されるが、多くの方途において変化され得る、ことは明らかである。本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ定義される。

逆流で作動する（ｏｐｅｒａｔｅｓ ｉｎ ｃｒｏｓｓ−ｃｕｒｒｅｎｔ）本発明に従った冷却装置を通る空気流の概略図である。 図１中の冷却装置の冷却流路及び気化流路の一部の斜視詳細図である。 冷却装置の他の実施例の平面断面図である。 図３中の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。

Claims (6)

1. 空気流を冷却する装置であって、
   ・ 冷却する該空気流に対する流入開口と冷却された空気流に対する流出開口とを有する、少なくとも１つの冷却流路と、
   ・ 伝達壁によって該冷却流路から分離され、且つ前記冷却流路の前記流出開口に対して接続される流入開口、及び流出開口を有する、少なくとも１つの気化流路と、
   ・ 該気化流路に向かって方向付けられる前記伝達壁の側部を湿潤させる手段と、
   ・ 前記冷却流路において前記空気流を除湿する手段と、
   を有し、
   該除湿する手段は、より低い臨界溶解温度を有するポリマ（ＬＣＳＴポリマ）を有し、
   前記ＬＣＳＴポリマは、ポリオキサゾリン又はポリ（ジメチルアミノエチルメタクリラート）（ｐ（ＤＭＡＥＭａ））である、
   冷却装置。
2. 前記冷却流路に向かって方向付けられる前記伝達壁の前記側部は、ＬＣＳＴポリマを有して少なくとも部分的に覆われるか、あるいは、ＬＣＳＴポリマから製造される、
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 前記除湿する手段を再生する手段によって特徴付けられる、
   請求項１又は２記載の冷却装置。
4. 前記再生する手段は、前記臨界溶解温度を上回って前記ＬＣＳＴポリマを周期的に加熱するよう適合される、
   ことを特徴とする請求項３記載の冷却装置。
5. 前記再生する手段は、再生中に前記ＬＣＳＴポリマによって放棄される水分を前記冷却流路から収集及び放出するよう適合される、
   ことを特徴とする請求項３又は４記載の冷却装置。
6. 前記再生する手段は、収集される水分を前記湿潤する手段まで案内するよう適合される、
   ことを特徴とする請求項５記載の冷却装置。

Images