JP5415080B2 - 蒸発冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換装置に、特に、２次の、即ち作用する空気流（ｗｏｒｋｉｎｇ ａｉｒ ｓｔｒｅａｍ）内での液体の蒸発により、１次の、即ち生成用の空気流（ｐｒｏｄｕｃｔ ａｉｒ ｓｔｒｅａｍ）を冷却することができる形式の蒸発冷却装置に関する。

蒸発クーラは、冷却するために液体の蒸発の潜熱を利用する装置である。蒸発冷却の原理は、数世紀に渡って知られている。例えば、対象物を覆って置かれた湿った布は、この布からの液体の蒸発によって、物体を冷却し続けるであろう。布に液体を連続的に加えることによって、冷却効果は、電気エネルギを加えずに無限に維持されることができる。このようにして、空気流への水分の蒸発によって達し得る最も低い温度が、この空気に対する湿球温度を規定している。間接蒸発クーラも、このような原理を利用している。熱交換器の１次の面を通過した生成用の空気流は、作用する空気流が、この熱交換装置の２次の湿った面を通過し、水分を吸収することによって、冷却されることができる。

理論的には、空気が、直接的な蒸発により冷却されると、この空気の絶対湿度は、水分の吸収により増加する。この空気の相対湿度も、この空気が水蒸気で完全に飽和した湿球温度まで下げられた温度により、増加する。しかし、空気が、直接的な蒸発なしで冷却されると、この空気の絶対湿度は、変化しない。空気の温度が下がるにつれて、相対湿度は、いわゆる露点に達し空気が完全に飽和するまで増加する。従って、露点は、湿球温度よりも低く、実際、空気が飽和、即ち１００％の相対湿度に達するように冷却されるべき温度として、規定される。空気中の水蒸気は、露点に達すると、凝縮される。

蒸発が起こる前に、作用する空気流を冷却する、もしくは乾燥する間接蒸発冷却の原理に基づいて、装置を改良する試みが行われている。特に、作用する空気流の簡便な冷却方法は、冷却された生成用の空気の一部をフィードバックすることである。このような装置は、湿球温度以下に、また、露点近くに、生成用の空気の温度を下げることができるので、露点クーラとしてよく参照される。空気流が熱を交換する面を最適化することによって、高効率の熱伝達が果され得る。このような最適化は、湿った２次の面からの熱伝達の場合に、特に重要であることが分かっている。作用する空気流に水分を与えるために、湿った２次の面は、例えば親水層の形態で、液体供給部の形態を有していても良い。しかし、このような層の存在は、作用する空気流から２次の面への熱の遮断を増加させてしまう可能性があり、従って、熱伝達が減少してしまう。

露点クーラの特に効率的な形態は、ＰＣＴ公開公報の第０３／０９１６３３号により知られており、これら全体の内容は、参照として含まれている。この装置は、１次並びに２次の面に熱伝達部材を有するメンブレンを使用している。このような熱伝達部材は、フィンの形態であり、１次の面から２次の面への熱伝達を改良すると考えられる。これらフィンは、メンブレンに熱を直接伝導することと、流れを形成するように様々な境界層を壊すこととの両方の役割を果す。これらフィンは、関連する面での熱交換のために利用可能な全体の領域を増やすようにも機能する。湿った２次の面のさらなる重要な特徴は、前述並びにＰＣＴ公開公報の第０５／０１９７３９号により知られており、これら全体の内容は、参照として含まれている。従って、水保持層として使用される材料の注意深い選択により、最適な蒸発が、作用する空気流から２次の面の熱を遮断することなく果されることができる。

このような形式の蒸発クーラの１次並びに２次の流れの間の駆動温度差は、露点に冷却されるために非常に低くなければならない。結果として、良い熱伝達が生じるように、熱交換装置全体に渡る熱伝導率は、高くなければならない。国際公開第０３／０９１６３３号の場合、メンブレンへのフィンの取着点が、熱伝達しにくい領域であると考えられる。ＰＣＴ公開公報の第０３／０９１６４８Ａ号では、メンブレンの対向している両側に、このメンブレンを通してフィンを直接接続することにより熱伝達を改良しようという試みがなされている。ＰＣＴ公開公報の第０１／５７４６１号では、フィンが、メンブレン自体の中で回動するように形成されている。

金属は、一般的に熱の良い伝導体である。ＰＣＴ公開公報の第０４／０４０２１９号に記載されている装置は、フィンとメンブレンとの両方を形成するための熱封止可能な金属積層を使用している。これらフィン並びにメンブレンは、一緒になって熱を封止させる。しかし、この積層の接着成分が、対向しているメンブレンの面上のフィン間の熱伝達に、好ましくない影響を与えてしまうと考えられる。さらに、接続処理の間、メンブレンを係合するように実際に押圧されるフィンの領域が、より少ないことが望ましい。この内容で、メンブレンに沿った熱伝達は、入口と出口との間の温度降下の好ましくない影響が現れてしまうので、望ましくない。このような理由のために、金属のメンブレンは、これまでの露点冷却装置では避けられてきている。

他の多くの形態が、蒸発冷却装置のために提案されてきているが、全てのこのような装置は、メンブレンを通る熱伝達を必要とする。このようなメンブレンは、乾いた領域と、液体が蒸発するために与えられる湿った領域とを分ける。Ｍａｉｓｏｔｓｅｎｋｏらが、米国特許第６５８１４０２号に示している複数の構成では、プレート全体に渡って、１次および作用する流れが、チャネルガイドによって分離されている。２次の流れは、プレートの対向している側に向けられ、蒸発によって、並びにプレートからの熱伝達によって、熱を受ける。

１次並びに２次の流れの間の熱伝達を改良するために、本発明に係る蒸発冷却装置は、ほぼ平行に、間隔をおいて配置されている１対の熱伝導プレートと、これらプレートを互いに分離し、かつこれらプレート間に、夫々複数の１次並びに２次フローチャネルを規定しているスペーシング部材とを有する。この構成では、１次並びに２次チャネル間の熱伝達は、前記１次チャネルに関連する領域から前記２次チャネルに関連する領域に、プレートに沿って伝達されることによって、主として起こり得る。これとは対照的に、通常の構成体では、流体間の熱伝達は、流体を分離しているメンブレンを通して起こる。前記第１並びに第２の流れを方向付けるために、この装置には、１組の１次フローチャネルに空気を与えるように入口の流体接続を形成している１次の入口ダクトと、１組の２次チャネルに空気を与えるように入口の流体接続を形成している２次の入口ダクトとが設けられている。これら入口ダクトは、プレート自体により、もしくは付加的な部材により形成されることができる。前記２次チャネルの壁を湿らせるために、この２次チャネルに水を与えるための水分配システムが、さらに設けられることができる。このようにして、前記１次チャネルを通る１次空気の流れが、前記プレートに沿った熱伝導によって冷却されることが可能であるように、前記２次チャネルを通る２次空気の流れの中へと、水の蒸発をもたらし得る。本願の内容では、特記されない限り、１次並びに２次チャネルの参照は、これら両チャネルと、装置内の夫々のチャネルの部分との両方を含むことを意図している。

本発明のさらなる実施の形態では、前記伝導プレートは、境界層分裂構造体を有することができる。このような構成体、即ち部材は、前記チャネル、特に前記２次チャネルに沿って層流が生じるのを防ぐために重要である。層流は、このプレートの表面からの良い熱伝達のためには、一般的に好ましくない。境界層を分裂させることによって、局所的な乱流と飽和された空気の良い混合物とが、高い熱伝達率を導くように促進され得る。熱交換装置の至る所での乱流は、前記チャネルを通る圧力降下の増加が、熱伝達の増加による効果よりも勝ってしまうので、通常は好ましくないことが注意される。このような構成は、前記プレートの表面に設けられることができ、もしくは、プレート自体の局所的な湾曲、または外形により形成されても良い。

好ましくは、この装置は、ほぼ平行に、間隔をおいて配置されている複数の熱伝導プレートを有する。また、スペーシング部材が、各々の隣接している１対のプレートの間に、１次並びに２次フローチャネルを規定している。このようにして、複数のフローチャネルが、簡単に形成されることができる。

より好ましくは、このような積層されたプレート構造体に対して、第１の１対のプレート間の前記１次の流れの領域は、隣接している１対のプレート間の隣接している１次の流れの領域に、ほぼアライメントされている。この場合、開口部が、前記夫々隣接している１次の流れのチャネルの間と、夫々隣接している２次の流れのチャネルの間とに、前記プレート間を通る流れを向けるために、これらプレートに設けられることができる。これら開口部は、多くの重要な機能を有し得る。第１に、これら開口部は、境界層を分裂させ、局所的な層流を乱すように機能し、かくして、熱伝達率を増加させる。第２に、水、もしくは水保持層が、これら面の一方に設けられたならば、プレートの両面に渡って２次の流れを方向付けることによって、前記第２の流れは、代わって熱および潜熱の伝達を受けるであろう。前記開口部は、好ましくはルーバ、もしくは同様に流れを向ける通風孔の形態である。これらルーバは、境界層から離れて、前記チャネルの内部へと、飽和した空気を向けるために最も効果的であることが分かっており、また、過度の乱流による圧力降下を最小にする。

本発明の第１の実施の形態では、全ての前記フローチャネルは、前記プレートにほぼアライメントされ、また、前記１次チャネル内での流れの方向は、前記２次チャネル内での流れとは逆向きの方向である。逆向きの流れの形態は、効率的な露点冷却のために最も適していると考えられる。

本発明の第２の実施の形態では、前記１次チャネル内での流れの方向は、前記２次チャネル内での流れの方向とは逆向きの方向であり、前記プレートの主平面にほぼ垂直である。前記ルーバ、もしくは前記プレートを貫通している開口部が、流れがこれらプレートを通って起こるために十分に大きければ、このような形態がなされ得る。このような形態の重要な効果は、前記スペーシング部材が、前記１次の流れの方向への熱伝導を防ぐように、伝導バリアとして機能し得ることである。この形態は、前記１次並びに２次の流れのための入口並びに出口の接続を与えるのにも効果的であり得る。

代わりの実施の形態では、前記１次チャネル内での流れの方向は、前記２次チャネル内での流れにほぼ垂直であり得る。この装置は、クロスフローで動作するであろう。一方の流れが、前記プレートに平行となることができ、他方の流れが、前記プレートを通過して、開口部またはルーバの効果を受けることができる。代わって、両流れが、前記プレートを部分的に通り、これらプレートに部分的に平行であっても良い。本発明の効果は、異なる流れの形態を可能にする用途の広さであることが注意される。

本発明の重要な態様では、この装置は、前記２次フローチャネル内で前記プレートを少なくとも部分的に覆っている親水層をさらに有する。この親水層は、水保持および放出層として機能する。この内容では、水分の参照は、蒸発クーラとしての装置の動作で使用され得る他の蒸発流体を覆っていると理解される。より好ましくは、この親水層は、前記プレートの一方の面のみに設けられている。この親水層は、分離された層である必要はないが、親水性を向上させるために、このプレートの前処理として形成されることができる。ポルトランドセメントのようなセメント材料が、より好ましいことが分かっている。代わって、繊維材料が使用されても良い。水保持層は、前記２次の流れから前記プレートを断熱することにより、このプレートからの熱伝達を妨げるべきではないことが、より重要であることが分かっている。

好ましい実施の形態では、前記スペーシング部材は、熱絶縁材でできている。従って、これらスペーシング部材は、前記１次と２次の流れとの領域間を分割しているメンブレンを形成するように考えられ得る。しかし、これらスペーシング部材は、従来技術の構成のような熱交換メンブレンとして機能しない。これらスペーシング部材は、前記プレートの適切な支持を確実にするように、構造上の機能も有する。

代わりの実施の形態では、前記スペーシング部材は、前記プレートの主平面にほぼ垂直に延びている、このプレートの一部分を有することができる。各々のスペーシング部材は、直接、もしくは接着剤の補間、もしくは他の接続部材の形態のいずれかで、隣接するプレートを支持することができる。この場合、接続部材は、スペーサの役割を部分的に引き受けることができ、また、隣接するプレート間に断熱機能を与えることができる。

前記スペーシング部材の機能は、前記プレート間に断熱性を与えるとして記載されてきたが、他の伝導バリアの形態が、前記１次の流れの方向への熱伝導を減少させるように設けられることができる。もちろん、このような熱伝導は、１次の流れに対して選択される方向に依存している。前記プレートに沿った流れのために、前記伝導バリアは、ルーバによって、もしくは他の小さなスリットによって与えられることができる。特に、流れを通過させることはできないが、熱伝導を分断することができる狭いスリットが使用されても良い。

本発明の重要な態様では、前記プレートは、良い熱伝導体であることが好ましい。好ましくは、これらプレートは、軽く、容易に製造できるアルミニウムでできている。これらプレートは、特に合金のような他の金属でできていても良い。必要であれば、このプレートは、例えば腐食または汚れを防ぐように、保護層を有しても良い。それでも、このような保護層は、プレートへの熱伝達を過度に妨げるべきでない。

本発明の好ましい実施の形態では、前記１次チャネルからの出口は、前記２次チャネルへの入口に流体接続されている。このようにして、前記１次チャネルを通る流れの部分が、続いて前記２次チャネルを通ることができる。このようにして、露点クーラとしての動作が、高い動作効率および前記１次チャネルからの最も低い出口の温度を果すように効果を奏すると考えられる。前記１次の出口と２次の入口との間の流体接続は、１つの２次チャネルに流れる入口を与える１つの１次チャネルに関して、１つの基部に対して１つであることができる。代わって、前記組み合わせの１次の流れは、分割され、この流れの一部が、戻り、前記２次チャネルに分配される。さらに、代わって、所定の１次チャネルが、全ての前記２次チャネルに２次空気を与えることのみに向けられても良い。この内容では、前記１次チャネルからの出口の参照は、適切な接続を含むことを意図し、内部もしくは外部が、前記２次チャネルを通って流れを与えるように、前記１次の流れの一部を吐出することができる。

本発明のさらなる様態では、上述のような熱交換装置と、この熱交換装置を収容するためのハウジングと、前記１次チャネルに接続される入口ダクトと、前記１次並びに２次チャネルから接続される出口ダクトと、これら１次並びに２次チャネルを通って空気を循環させるための空気循環装置と、前記水分配システムに水を与えるための水供給部と、このクーラの動作を制御するための制御器とを有する蒸発クーラが与えられる。このような露点クーラは、独立機能する装置として動作できるか、比較的大きな熱および換気システムに組み込まれることができる。加えて、温度センサ、圧力センサ、湿度センサ並びに他のこのようなセンサが、前記制御器に必要なフィードバックを与えるモニタ操作のために、前記ハウジング内に設けられても良い。

図１Ａは、ＰＣＴ公開公報の第０４／０４０２１９号に記載されている従来技術の熱交換器で現在使用されている形式の熱交換器１の一部分を示し、この内容は、参照としてここに含まれている。この熱交換器１は、第１の面１２並びに第２の面１４を備えたメンブレン１０を有する。矢印Ａ並びに矢印Ｂは、露点クーラとして使用する間の、空気の流れの方向を表す。矢印Ａは、前記第１の面１２での１次空気の流れを表す。矢印Ｂは、この第２の面１４での２次空気の流れを表す。前記メンブレン１０は、薄い厚さのアルミニウムシートにより形成されている。このメンブレン１０の両側には、複数のストリップ１８により夫々形成されている複数のフィン１６が設けられている。これらフィン１６は、熱シール接着剤で、フィンの基部２８で前記メンブレン１０に取着されている。このために、これらフィン１６はまた、熱シール接着剤が積層されたアルミニウムにより形成されている。この形式の蒸発冷却装置では、熱交換は、前記メンブレン自体でよりも、第２の面１４上の前記フィン１６の面で、主として起こる。この熱は、第１の面１２上の前記フィン１６からこのフィンの材料内への伝導によって、与えられる。

前記フィン１６には、前記積層を貫通している細長いスロットの形態の複数のルーバ２０が夫々設けられている。これらルーバ２０は、夫々グループをなして配置されている。第１のグループ２２は、面の中へと流れを向けるように機能し、一方、第２のグループ２４は、面の外へと流れを向ける。前記フィン１６の両面間にこのようにして流れを向けることによって、前記ルーバ２０は、発生される境界層を乱して熱伝達率を増加させるように機能する。この機能に加えて、前記第２の面１４で、２次空気Ｂは、前記フィン１６の外面を代わって最初に流れるように与えられることができる。この外面は、温度を上げるために直接の熱エネルギを受けることができるこのフィン１６の内面によって起こる、液体保持層からの蒸発による水分を受けることができる。前記フィン１６には、伝導ブリッジ３０が夫々設けられている。これらブリッジ３０は、実質的にフィン１６の全高さに渡って、フィンを切り開いた形態である。これらブリッジは、入口と出口との間の温度差を減らすであろう空気の流れの方向のフィン１６に沿った好ましくない熱輸送を減らす。

図１Ｂは、この構成を形成している異なる複数の層を示している。このメンブレン１０は、軟質のアニーリングされたアルミニウムの基層４２と、この基層に設けられたプライマー層４４と、これらプライマー層を覆うように設けられ、フィン１６との接合のために、熱並びに圧力によって活性化された耐腐食性の接着層４６とを有する。前記フィン１６も、プライマー層５０を備えた、軟質のアニーリングされたアルミニウム層４８を有する。これらフィン１６は、フィンの外面に液体保持層２６が設けられており、この液体保持層２６は、蒸発させる水を、保持し、順次放出するように機能する。

露点クーラとして効果的に機能するために、前記第１の面１２と第２の面１４との上の前記フィン１６間の熱伝達は、適切な接合技術を確実にすることによって、最大にされなければならない。また、前記メンブレン１０を通る熱伝達の領域を最大にするために、フィン１６の前記基部、即ち樋２８は、できるだけ幅広く、かつ平らに形成されなければならない。しかし、前記メンブレン１０にフィン１６を接合する際に細心の注意を払っているにもかかわらず、接触領域が十分でないことが分かっている。さらに、前記フィン／メンブレン／フィン構造での、接着剤およびプライマーの存在が、このメンブレンを通る熱伝達率を減少させてしまう。

図２は、本発明に係る蒸発冷却装置のための熱交換器１００の一部分の断面を示している。従来技術の構成体と直接比較できるようにするために、この熱交換器１００の一断面のみが、図１Ｂに示されている装置に対応し、かつ同じ向きで示されている。

図２では、複数の熱伝導プレート１０２が、ほぼ平行に、間隔をおいて配置されている。複数のスペーシング部材１０４が、これら熱伝導プレート１０２を互いに離間させ、かつプレート１０２間に１次並びに２次フローチャネル１０６、１０８を、プレート１０２と一緒になって規定している。これらプレート１０２は、アルミニウム、もしくは他の適した熱伝導材料により形成されている。図１のフィン１６とは異なり、これらプレート１０２には、接着層もプライマー層も設けられていない。これらプレート１０２は、プレートの一方の面の側の前記２次チャネル１０８の領域に、水保持層１１０が設けられている。複数のルーバ１１２が、前記２次チャネル１０８の領域で、前記プレート１０２に設けられている。前記スペーシング部材１０４は、形状安定樹脂材料により形成されている。これらスペーシング部材１０４の機能は、所定の間隔をおいて前記プレート１０２を維持することと、前記１次チャネル１０６から２次チャネル１０８への空気の流れを防ぐことのみであるので、これらスペーシング部材は、熱伝導性である必要がない。実際、これらスペーサ１０４は、流れの方向での熱伝導を減少させるために、断熱性であることが望ましいと考えられる。

図２に係るこの装置の動作が、さらに詳細に説明される。水または他の蒸発可能な液体が、図示されていない手段によって、前記水保持層１１０に与えられる。２次空気の流れＢが、前記２次チャネル１０８を通るように流される。この２次空気が、前記水保持層を通るのに従って、この水保持層は、蒸発による水を受ける。前記ルーバは、前記プレート１０２を通るように空気を向け、この空気は、このプレート１０２の面からの直接の熱伝達によって暖められる。１次空気の流れＡが、前記２次の流れとは逆向きに、前記１次チャネル１０６を通るように流される。この１次の流れは、前記プレート１０２への直接の熱伝達によって冷却される。前記１次チャネルの領域でこのプレート１０２に伝達される熱は、矢印Ｈに従って、前記２次チャネル１０８の領域のこのプレート１０２内に伝導される。従って、これらプレート１０２は、熱交換メンブレンとしてよりも、熱伝導部材として機能することが理解され得る。

図３は、図２の熱交換器１００の斜視図であり、前記複数のプレート１０２の延びた状態が見られることができる。図３は、この熱交換器１００が、どのようにして露点クーラ１２０を構成させることができるかも示している。この熱交換器１００は、動作上の位置へと、図２に対して９０°だけ回転されていることも注意されなければならない。

図３に見られ得るように、プレート１０２は、図２に示されている１次並びに２次チャネル１０６、１０８を超えて、さらに１次並びに２次チャネル１０６、１０８へと延びている。流れの方向への、これらプレート１０２の延びた状態も示されている。前記複数のフィン１６が、ストリップ１８に配置されている図１の従来技術の装置とは異なり、本発明のプレート１０２は、熱交換器１００の一端から他端に延びている。図３では、簡便化のために、３２の短いチャネルのみが示されているが、実際には、これらプレート１０２は、これらチャネル１０６、１０８の長さと数との両方を増やすために、さらにあらゆる方向に、かなり延びても良いことが理解される。

図３は、前記１次チャネル１０６のための複数の入口ダクト１１４も示している。これら入口ダクト１１４は、前記プレート１０２を超えて延びており、前記スペーシング部材１０４の材料により形成されている。かくして、この材料は、閉じた入口ダクト１１４と適した成形技術により形成することができる。これら入口ダクト１１４は、循環装置１１５から前記１次チャネル１０６に、入口の空気の流れＡを導き、かつ２次チャネル中の空気の流れＢから、前記２次チャネル１０８を出る空気を分離するように機能する。使用の際、この流れＢは、通常は蒸気で飽和されて、排出されるであろう。前記１次チャネル１０６または２次チャネル１０８に、入口または出口としてダクトを形成する他の方法が、必要に応じて使用されても良いことが理解されるであろう。

また、水分配システム１１６が、図３に示されている。この水分配システム１１６は、前記２次チャネル１０８に水滴１２４を射出するために、水供給部１１９から出口１２２へ水を導く一連の導管１１８の形態である。前記ルーバ１１２は、水滴１２４から、プレート１０２を通り、下側に位置しているさらなる２次チャネルへと入ることを可能にする。代わりに、複数の水分配システム１１６が使用されても良い。好ましい構成は、国際特許公開公報の第０４／０７６９３１号に実質的に記載されているような、Ｏｘｙｃｅｌｌ Ｒｏｏｆｔｏｐ ４００蒸発クーラで現在使用されているシステムであり、この内容は、参照としてここに含まれている。前記水供給部１１９と、前記循環装置１１５との両方が、制御器１３０によって制御される。この循環装置は、適切なハウジング（図示されていない）で囲まれていても良い。

蒸発クーラの効率的な動作のための重要なファクタは、前記液体保持層の特性である。液体保持層が参照されるが、実際、この層は、液体保持および放出層であることが明確に理解される。このような層に要求されることは、この層が、蒸発に対する耐性を含まないように、水を容易に放出することである。全ての関連する面に、素早くかつ効果的に水を分配することも重要である。従って、吸湿性の、好ましくは主に表面張力効果によって保持される水がなく、親水性であるべきである。

図２並びに図３の実施の形態では、前記液体保持層１１０は、繊維材料により形成されている。この層１１０は、前記プレート１０２の金属が、この層１１０の繊維間のスペースに明らかに見られることができるように、非常に開口した構造を有するように、概略的に図示されている。この構造は、このプレート１０２を覆うことなく、プレート１０２からの直接の熱伝達を促進すると考えられる。厚いウィッキング層（ｗｉｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を使用した従来技術の装置は、暖かい熱伝達を防ぐような断熱性の熱伝達層を効果的に有する。前記水保持層１１０を形成するための材料の一例は、２０ｇ／ｍ^２のポリエステル／ビスコースの５０／５０混合物であり、オランダのＬａｎｔｏｒ Ｂ．Ｖ．から入手可能である。他の材料の例は、３０ｇ／ｍ^２のポリエステル繊維で覆われたポリアミドであり、オランダのＣｏｌｂｏｎｄ Ｎ．Ｖ．からＣｏｌｂａｃｋ（商標）の名前の下で入手可能である。合成繊維を含む同様の特性を有する他の材料およびウールのような天然繊維が使用されても良い。ここで必要なのは、前記液体保持層１１０が、覆われるか、そうでなければ、抗菌性を与えるように処理される、もしくは他の防汚性を有し得ることである。

前記液体保持層１１０は、前記プレート１０２に接着して取着されることができる。前述のように、アルミニウム並びにＬａｎｔｏｒの繊維を使用する際、２μｍの２成分ポリウレタン接着層が、優れた結果を与えることが知られている。このような薄層として与えられたとき、熱伝達の効果は、無視できる。この液体保持層の存在は、前記プレート１０２から前記２次の流れＢへの熱伝達にのみ影響し、前記１次並びに２次チャネル１０６、１０８の間のプレート１０２内の熱伝導に何ら重要な影響を与えない。前述の繊維層は、連続的な工程で、ルーバおよび他の形状に形成されることができる積層として与えられることができるので、製造の目的のために理想的であることが分かっている。また、ポルトランドセメントのような他の液体保持層が使用されても良く、実際、優れた特性を与えることが明らかになっている。しかし、このような製品は、熱交換器を形成する前に設けられると、ひび割れする、もしくは剥げてしまう傾向にあるので、より複雑である。それにもかかわらず、アルミニウム酸化物のような他の表面仕上げ自体は、必要とされる水の保持並びにウィッキングを与えるために適切であると考えられる。

露点クーラの形態で図３に示されているような装置１２０の動作が、図２に関連して記載されている原理に基づいて説明される。１次空気の流れＡは、所定の温度Ｔ１で入口１１４に入り、１次チャネル１０６を通って流れる。この流れＡは、循環装置１１５によって駆動される。この流れＡは、前記プレート１０２へ熱を伝達することによって、露点に近い温度Ｔ２に冷却される。前記１次チャネル１０６から出る側の冷却された前記１次の流れＡは、冷却され生成された流れＣと２次の流れＢとを形成するように分割される。この生成された流れＣは、前記冷却された空気が必要とされる適切な複数のダクトによって、吐出される。前記２次の流れＢは、前記２次チャネル１０８を通って戻される。前記２次の流れが戻るのに従って、この空気の流れは、前記プレート１０２からの熱伝達によって暖められ、前記水保持層１１０からの蒸発による水分を受ける。前記２次チャネル１０８から出る側の前記流れＢは、元の温度Ｔ１の近くに戻るであろうが、この空気の流れＢは、ほぼ１００％飽和されるであろう。これら流れＡとＢとのエンタルピーの違いは、生成された流れＣに利用できる冷却の総量を表している。

図３の構成では、熱が、前記プレート１０２の両面上で、１つの１次チャネル１０６から複数のチャネル１０８に、このプレート１０２を通って矢印Ｈの両方向に伝導され得ることが注意される。熱は、一般的に好ましくない流れの方向にも伝達され得る。２次チャネル１０８のルーバ１１２の存在は、この領域での長手方向への熱伝達を減少させる。図３の実施の形態では、ルーバは、前記１次チャネル１０６の領域には示されていない。しかし、ルーバが、乱流に抗するためと、長手方向への熱伝達を減少させるためとの両方のために、この領域に設けられても良い。

図４は、図３の構成体にほぼ対応した、代わりの本発明の実施の形態を示す。図４での同様の部材は、図３での同じ参照符号によって同一であると見なされる。図４では、ルーバ１１２が、１次チャネル１０６の領域にも設けられている。この場合、これらルーバ１１２は、全体の流れＡ並びにＢが、実質的な抵抗なしで通過するのに十分な程度に大きい。壁１２６が、前記フローチャネル１０６、１０８の両端部に設けられている。入口ダクト１１４が、最底部の１次チャネル１０６の底部に形成されている。動作中、１次空気の流れＡは、前記入口ダクト１１４から上方に向けられ、順次、前記ルーバ１１２を通って各々のプレート１０２を通過する。最上部の１次チャネル１０６の領域から出る側の流れは、２次チャネル１０８の領域で、前記プレート１０２を通って下方へ戻る、生成された流れＣと２次の流れＢとを形成するように分割される。ここでの動作は、図３の実施の形態の動作と実質的に同じである。しかし、多くの効果が示され得る。前記流れＡ並びにＢは、前記プレート１０２にほぼ垂直であるので、流れの方向に熱を伝導できない。さらに、前記２次の流れＢは、水の分配の方向にアライメントされているので、水の搬送を改良するために使用されることができる。図４の流れの方向は、前記１次の流れＡが下方に向かうように、逆向きにされてもよいことが注意される。代わって、この構成は、一方の側に回転され、水が、前記壁１２６を通って前記２次チャネル１０８に与えられても良い。図４の実施の形態のさらなる効果は、前記壁１２６と前記入口ダクト１１４（もしくはさらなるダクト）とが、より簡単に形成し接続できることである。

図３並びに図４の両方の実施の形態は、逆向きの流れで作動する。これは、露点クーラのために、最も効果的な形態であることが十分に理解される。しかし、所定の環境では、クロスフローの形態が望ましい。図３並びに図４の両構成は、クロスフローの形態での動作に適している。図３では、前記２次の流れＢが、前記プレートに垂直な方向に、前記ルーバ１１２を通って起こっても良い。図４では、両方の流れは、適した入口並びに出口ダクトを設けることによって再び向けられることができる。

図４の実施の形態が、ルーバ１１２を使用して説明されるとき、前記プレート１０２を通る適切な通路が使用され得ることが理解される。樹脂により形成されている前記スペーサ部材の材料が、前記プレート間を満たして、このような通路を封止できれば、前記ルーバ、もしくは通路は、夫々のチャネルの領域に限定される必要がないことも、注意される。図５は、プレート２０２を示し、このプレート２０２は、１次チャネル２０６並びに２次チャネル２０８を形成するように、プレート２０２上に配置されているスペーサ部材２０４を有する。また、このプレート２０２には、プレートの面に渡って、複数の開口部２１２が設けられている。前記スペーサ部材２０４の材料は、前記１次チャネル２０６から前記２次チャネル２０８への空気の漏れを防ぐように、前記開口部２１２に入る。従って、前記プレート２０２の両面上のスペーサ部材２０４は、実質的に連続的なスペーサ構造体を形成するように、例えば融解等によって、一緒に接合されても良い。前述の例のように、流れは、前記プレートにほぼ沿って、即ち前記プレートをほぼ通って、もしくは斜めに生じても良い。また、これらプレートは、前述のような水保持層（図示されていない）が設けられても良い。

さらなる多くの構成の変化が、考えられ得る。図６は、図２の熱交換器と同様の熱交換器３００の一部分を通る断面を示している。図６の実施の形態では、ルーバが設けられていない点で、図２の実施の形態と異なっている。代わりに、プレート３０２は、乱流を促進するための表面形態３１２が設けられている。この例では、この表面形態３１２は、小さな窪みとして示されている。しかし、前記プレート３０２自体が、さらなる輪郭を描かれる、即ち所望の効果を奏するようにひだを付けられても良い。水保持層３１０には、空気の流れが、前記プレート３０２の金属の面並びにこの水保持層３１０の湿った面に渡って、代わって流れるように、周期的なストリップとして２次チャネル３０８が設けられている。図６の実施の形態のさらなる特徴は、スペーシング部材３０４内に設けられている水分配システム３１６である。各々のスペーシング部材３０４は、出口３２２を有する小さな弾性チューブ３１８の形態である。圧力の下で、これらチューブ３１８に水を与えることによって、前記水保持層３１０を湿らせるように、水滴を前記出口３２２から放出させる。

図２ないし図６の実施の形態では、プレートを離間して維持するために、分離されたスペーサ部材を使用している。図７に断面が示されている本発明のさらなる実施の形態では、スペーサは、プレート自体の材料により形成されている。図７では、複数のプレート４０２が、各々がジグザグ構造を有するように形成されている。各々のプレート４２０は、スペーサ領域４３４によって分離されている１次チャネル領域４３０並びに２次チャネル領域４３２を有する。これらスペーサ領域４３４は、前記１次チャネル領域４３０並びに２次チャネル領域４３２にほぼ直交している。この１次チャネル領域４３０は、２次チャネル領域４３２よりも大きいことが注意される。この違いは、以下にさらに詳細に説明される理由に因る。前記１次並びに２次チャネル４３０、４３２は、ルーバ４１２を有し、また、この２次チャネル４３２には、図２ないし図５の前述の実施の形態のような水保持層（図示されていない）が設けられている。前記プレート４０２は、前記スペーサ領域４３４が、互いにアライメントされ、隣接する各々のプレート４２０から間隔をおくように、互いに積み重ねられる。これらプレート間の接触点は、接着剤４３６で互いに接続されている。この接着剤４３６も、前述の実施の形態のようにして、スペーサとして機能する。代わって、前記プレートは、例えば機械的なスナップ接続のような、他の適切な方法で互いに接続されても良い。

露点クーラとしての図７の実施の形態の動作は、前述の実施の形態の動作と実質的に同じである。１次空気の流れＡは、１次チャネル領域４３０を通って流れる。この流れＡは、適切なファン（図示されていない）によって駆動されることができる。この流れＡは、前記プレート４０２への熱伝達によって冷却される。前記１次チャネル領域４３０から出る側の、冷却された１次の流れＡは、冷却され生成された流れＣと２次の流れＢとを形成するように分割される。この２次の流れＢは、前記２次チャネル領域４３２を通って戻される。この２次の流れが戻るのに従って、空気が、前記プレート４０２からの熱伝達によって加熱され、前記水保持層からの蒸発による水分を受ける。この流れの一部のみが、前記２次チャネルを通って戻るので、これら２次チャネル領域の断面積は、１次チャネル領域の断面積よりも大きい必要はない。このような１次並びに２次チャネル間の流れの領域の違いも、前述の実施の形態で使用されても良い。

前記流れＡ並びにＢは、前記ルーバ４１０を通過するように、前記プレート４０２を通って起こっても良い。このような流れの形態では、前記接着剤４３６は、流れの方向への伝導を防ぐ熱スペーサ即ちブリッジとして機能する。これら流れＡ並びにＢは、流れの一部分のみが前記ルーバ４１０を通過することによって、前記プレート４０２にほぼ沿って起こっても良い。

従って、本発明は、前述の所定の実施の形態を参照して記載されている。これら実施の形態は、当業者に周知の様々な変更および代わりの形態に影響を受けることが理解されるであろう。前述の実施の形態に加える多くの変更が、本発明の本質および意図を逸脱しないような構造および技術によりなされても良い。従って、特定の実施の形態が説明されてきたが、これら例示であり、本発明の意図を限定するものではない。

図１Ａは、通常の蒸発熱交換装置の一部分の斜視図を示している。 図１Ｂは、１Ｂ−１Ｂ線に沿った図１Ａの一部分の断面の詳細を示している。 図２は、図１Ｂと同様の、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の断面の詳細を示している。 図３は、露点冷却装置として構成されている図２の熱交換器の斜視図を示している。 図４は、図３の実施の形態と同様の、本発明の第２の実施の形態の斜視図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態での使用のための代わりの熱交換プレートの斜視図である。 図６は、図２と同様の、本発明の第４の実施の形態を示している。 図７は、本発明の第５の実施の形態の端面図である。

Claims (12)

1. 平行に間隔をおいて配置され、境界層分裂構造体を有する複数の熱伝導プレートと、
   これらプレートを互いに分離し、かつ夫々隣接している１対のプレート間に、夫々複数の１次並びに２次フローチャネルを規定し、第１の１対のプレート間の１次フローチャネルが、夫々隣接している１対のプレート間の隣接している１次フローチャネルにアライメントされているスペーシング部材と、
   前記１次フローチャネルへの１次空気の供給部と、
   前記２次フローチャネルへの２次空気の供給部と、
   前記２次フローチャネル内で前記プレートを少なくとも部分的に覆っている親水層と、
   前記１次フローチャネルを通る１次空気の流れが、前記プレートに沿った熱伝導によって冷却されることが可能であるように、前記２次フローチャネルを通る２次空気の流れの中に水の蒸発をもたらす、前記２次フローチャネルに水を与えるための水分配システムとを具備し、
   前記１次並びに２次フローチャネル間の熱伝達が、前記１次フローチャネルに関連する領域から前記２次フローチャネルに関連する領域に、前記プレートに沿って伝達されることによって起こる蒸発冷却装置において、
   夫々隣接する１次フローチャネルの間と、夫々隣接する２次フローチャネルの間とに、前記プレートを通る流れを向けるための開口部を有することを特徴とする蒸発冷却装置。
2. 前記開口部は、ルーバとして形成されている請求項１の蒸発冷却装置。
3. 前記１次フローチャネル内での流れの方向は、前記２次フローチャネル内での流れとは逆方向であり、かつ前記プレートにアライメントされている請求項１もしくは２の蒸発冷却装置。
4. 前記１次フローチャネル内での流れの方向は、前記２次フローチャネル内での流れとは逆方向であり、かつ前記プレートの主平面に垂直である請求項１もしくは２の蒸発冷却装置。
5. 前記１次フローチャネル内での流れの方向は、前記２次フローチャネル内での流れに垂直である請求項１もしくは２の蒸発冷却装置。
6. 前記スペーシング部材は、熱絶縁材でできている請求項１ないし５のいずれか１の蒸発冷却装置。
7. 前記スペーシング部材は、前記プレートの主平面に垂直に延びている、これらプレートの一部分を有する請求項１ないし６のいずれか１の蒸発冷却装置。
8. 前記第１空気の流れの方向への熱伝導を減少させる伝導バリアをさらに有する請求項１ないし７のいずれか１の蒸発冷却装置。
9. 前記プレートは、アルミニウムでできている請求項１ないし８のいずれか１の蒸発冷却装置。
10. 前記１次フローチャネルと２次フローチャネルとは、断面積が異なる請求項１ないし９のいずれか１の蒸発冷却装置。
11. 前記１次フローチャネルを通過した少なくとも一部の流れが、続いて前記２次フローチャネルを通るように、前記１次フローチャネルからの出口が、前記２次フローチャネルへの入口に流体接続されている請求項１ないし１０のいずれか１の蒸発冷却装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１に記載の蒸発冷却装置を具備する蒸発クーラであって
    、
    前記蒸発冷却装置を収容するためのハウジングと、
    前記１次フローチャネルに接続される入口ダクトと、
    前記１次並びに２次フローチャネルに接続される出口ダクトと、
    これら１次フローチャネルと２次フローチャネルとを通る空気を循環させるための空気循環装置と、
    前記水分配システムに水を与える水供給部と、
    この蒸発クーラの動作を制御するための制御器とをさらに具備する蒸発クーラ。

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