JP6990827B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、霧を噴出して屋外空間を冷却する冷却装置に関する。

夏場の気温が高いとき、路面からの照り返しによって路面付近の温度が非常に高くなることがある。この場合、通行者の体感温度が上昇し、通行者の不快感が増大する。

このような不快感を軽減するため、特許文献１には、本体と、本体の周囲に設置され外方に向かって水を霧状に噴霧する少なくとも１つの噴霧ノズルと、この噴霧ノズルの上方に設置され、気流を噴霧ノズルから噴霧される霧に向けて吹き出す通気孔とを備えた冷却装置に関する技術が開示されている。係る冷却装置では、噴霧ノズルから噴霧される霧を包み込む気流空間で形成される環境を、霧の気化熱による冷却作用を利用して効率的に環境を冷却することができる。

特開２０１６－２８２１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、外気温が高い日などには通気孔から吹き出す気流の温度が上昇するため、噴霧ノズルから噴霧される霧を包み込む気流空間で形成される環境の温度低下量が小さい。

本発明は、上述の従来の課題を解決するもので、外気温が高い日中等であっても、噴霧ノズルから噴霧される霧を包み込む気流空間で形成される環境の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる冷却装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の冷却装置は、空気が流入する複数の供給口と、前記供給口から流入した空気を吹出ダクトまで供給する供給ダクトと、前記吹出ダクトに設けられ空気が流出する吹出口と、前記供給ダクトまたは前記吹出ダクトに配置した送風機と、前記吹出ダクトに設けられており、前記吹出口から吹き出す空気流によって自然風を遮断する空間に向かって、霧を噴出する噴霧ノズルと、を備え、前記供給口のうち、すくなくともひとつは、前記吹出口から吹き出す空気流に面する位置であって、前記吹出口から吹き出す気流の方向に向かって延びる境界線によって形成される空間内の空気を取り込む位置に配置し、前記供給口のうち、すくなくともひとつは、外気を吸い込む位置であって、前記吹出口から吹き出す空気流とは面しない位置に配置したものである。

これによって、上記の吹出口から吹き出された気流が生成するエアーカーテンにより自然風から遮断された空間内の空気が循環するとともに、外気を取り入れながら霧の気化熱によって繰り返し冷却されるので、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

本発明の冷却装置は、外気温が高い日中等であっても、噴霧ノズルから噴霧される霧を包み込む気流空間で形成される環境の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの構成を示す側面図。 実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの構成を示す正面図。 実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの構成を示す背面図。 実施の形態２に係る冷却装置１０Ｂの構成を示す正面図。 実施の形態２に係る冷却装置１０Ｂの構成を示す背面図。 実施の形態３に係る冷却装置１０Ｃの構成を示す側面図。 実施の形態３に係る冷却装置１０Ｃの構成を示す側面図。

第１の発明は、冷却装置が、空気が流入する複数の供給口と、供給口から流入した空気を吹出ダクトまで供給する供給ダクトと、吹出ダクトに設けられ空気が流出する吹出口と、供給ダクトまたは吹出ダクトに配置した送風機と、吹出ダクトに設けられており、吹出口から吹き出す空気流によって自然風を遮断する空間に向かって、霧を噴出する噴霧ノズルとを備えており、供給口のうち、すくなくともひとつは、吹出口から吹き出す空気流に面する位置であって、吹出口から吹き出す気流の方向に向かって延びる境界線によって形成される空間内の空気を取り込む位置に配置し、供給口のうち、すくなくともひとつは、外気を吸い込む位置であって、吹出口から吹き出す空気流とは面しない位置に配置したことにある。

当該構成によれば、上記の吹出口から吹き出された気流が生成するエアーカーテンにより、自然風から遮断された空間から外に流出することなく、エアーカーテンで遮断された空間内部で蒸発し、当該空間内の空気は冷却される。複数の供給口のうち、すくなくともひとつはエアーカーテンで遮断された空間内に存在するため、当該空間内の霧で冷却された低温高湿の空気は、供給口から吸い込みダクトに流入すると同時に、複数の供給口のうち、すくなくともひとつは外気を吸込む位置に存在するため、比較的に高温低湿の空気が供給口から吸い込みダクトに流入し、混合空気となって再度吹出口から吹き出される循環流を形成し、霧によって継続的に冷却される。したがって、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、供給口の開口面積が吹出口の開口面積よりも大きいことにある。

当該構成によれば、空気が供給口から取り入れられる際に、供給口の開口面積が吹出口の開口面積よりも大きいため、吹出し風速より吸込み風速が遅くなる。これにより、空気中の未蒸発の霧（水滴）は、供給口より取り入れられにくくなり、吹出口から送風する空気の湿度上昇を抑制し、霧の蒸発をより促進することができる。したがって、外気の温度が高い場合であっても、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、送風機を少なくとも２つ、気流の流れに対して並列に配置したことにある。

当該構成によれば、自然風が強い場合であっても、送風機の並列化により、空気流量が増加し、吹出口からの空気流速が速くなる。これにより、吹出空気によって自然風を遮断する効果が上がるため、霧の噴霧によって形成される冷空間に対し外気の高温空気が混じる事をより防ぐ事ができる。したがって、自然風が強い場合であっても、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

第４の発明は、第１または第２の発明において、送風機を少なくとも２つ、気流の流れに対して直列に配置したことにある。

当該構成によれば、自然風が強く、かつ、日射が強い場所に設置して供給口から送風機までの風路が暖められて高温になっている場合であっても、送風機の直列化により、機内静圧上昇により、ダクト内空気流量を大幅に増やすことなく吹出口からの空気流速が速くなる。これにより、吹出空気によって自然風を遮断する効果が上がり、かつ、ダクト通過時の空気流量が増加しないため、風路を構成する部材との熱交換量は増える事がなく、吹出空気の上昇を防ぎながら、冷空間に対し外気の高温空気が混じる事をより防ぐ事ができる。したがって、自然風が強く、かつ、日射が強い場合であっても、当該空間内の空気の温度低下量を大きくすることができる。

第５の発明は、第１から第４の発明において、複数の供給口から取り入れた空気の混合比率を調整するダンパーを配置したことにある。

当該構成によれば、外気の湿度が高い場合でも、複数の供給口のうち、すくなくともひとつはエアーカーテンで遮断された空間内から霧で冷却された低温高湿の空気を取り入れ、複数の供給口のうち、すくなくともひとつは比較的に高温低湿の外気取り入れ、それぞれの風量をダンパーにより自在に調整することで、混合された空気は所定の温度、湿度となり、吹出口から吹き出される循環流を形成し、霧によって継続的に空間を冷却できる。したがって、外気湿度が高い場合でも、エアーカーテンで遮断された空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。また、霧の蒸発を促進するため、より濡れにくくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

＜実施の形態１＞
［冷却装置１０Ａの構成］
図１から図３は、実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの構成を示す図である。図１は、冷却装置１０Ａの側面の断面図である。図２は、冷却装置１０Ａの正面図である。図３は、冷却装置１０Ａの背面図である。

図１から図３において、冷却装置１０Ａは、供給口２０、２１、供給ダクト２２と、送風機３０と、吹出ダクト２３と、吹出口２４と、噴霧ノズル２６とを備える。

供給口２０からは、エアーカーテンで遮断された空間内から霧で冷却された低温高湿の空気が流入する。供給口２１からは比較的に高温低湿の外気が流入する。供給口２０、２１の開口部における流入垂直方向角度は自由に設定することができる。例えば図１に示すように、供給口２０、２１を水平方向に開口させることで、雨天時などに供給口２０から雨水が侵入することを防止できる。

供給ダクト２２内では、供給口２０、２１から流入した空気が送風機３０へ向かって流れる。

吹出口２４は、吹出ダクト２３において供給口２０よりも上方の位置に設けられており、吹出ダクト２３を流れる空気を下方へ吹き出す。吹出口２４は、複数設けられる。ただし、吹出口２４は、１つだけ設けられてもよい。吹出口２４の断面形状は矩形であるが、円形や、楕円形、多角形であってもよい。

送風機３０は、上述の空気の流れを発生させる。すなわち、送風機３０は、供給口２０、２１から流入し、供給ダクト２２を通って、送風機３０によって昇圧され、吹出ダクト
２３を通って吹出口２４から吹き出す気流を発生させる。

噴霧ノズル２６は、吹出ダクト２３の下面に設けられており、吹出ダクト２３から離れる下方へ霧を噴出する。噴霧ノズル２６は、複数設けられる。ただし、噴霧ノズル２６は、１つだけ設けられてもよい。

供給口２０は、各吹出口２４から吹き出す気流の方向に延びる境界線５１によって形成されるエアーカーテンによって仕切られた空間内５０の霧で冷却された空気を取り込んだときに、吸込み空気の温度が、外環境の気温に対して所定の温度以下になるように配置されている。

供給口２０は、２つ以上配置されている。ただし、供給口２０は、１つだけ設けられてもよい。

供給口２１は、外環境の空気を流入するように、供給ダクト２２に配置されている。

供給口２１は、２つ以上配置されている。ただし、供給口２１は、１つだけ設けられてもよい。

また、供給口２０、２１の総開口面積は、吹出口２４の総開口面積よりも大きい。なお、供給口２０、２１の面積比率を増減することで、あるいは、供給口２０、２１に圧力損失の異なるフィルターを設置することで、供給口２０、２１から流入する空気流量を調整することができ、所定の温度、湿度の混合気流を生成することができる。

また、送風機３０は、供給口２０、２１より取り込んだ空気の下流側にあり、吹出口２４までに至る風路上であれば、何れの位置に設置しても良い。

［動作］
以下、実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの動作及び作用を、図１から図３を参照しながら説明する。

送風機３０が稼働すると、供給口２０、２１から流入し、供給ダクト２２を通って吹出口２４から吹き出す気流が発生する。ここで、エアーカーテンで仕切られた空間内５０には冷たい空気だけでなく未蒸発の霧（水滴）も存在する。供給ダクト２２は鉛直ダクトとなっているため、供給口２０から流入した空気中に含まれる相対的に粒径の大きい水滴は自重で落下し、除去されるので吹出口２４から相対的に粒径が大きな水滴が吹き出さることを防止できる。一方、供給口２０から流入した空気中に含まれる霧中の相対的に粒径の小さい水滴は供給ダクト２２を通過する過程で蒸発し、吹出口２４から吹き出す空気の温度を下げることができる。

噴霧ノズル２６から噴出された霧は、吹出口２４から吹き出された気流によって、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の外への流出が抑制され、空間内５０に留まって蒸発する。この霧の気化熱により、空間内５０の空気が冷却される。

供給口２０は、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の空気を取り込む位置に配置されている。したがって、供給口２０からは、上述の霧の気化熱により冷却された空気が流入する。その空気は、再び吹出口２４から吹き出されて、上述同様、霧の気化熱によって冷却される。すなわち、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の空気が、霧の気化熱によって繰り返し冷却される。これにより、当該空間内５０の空気の温度低下量を大きくすることができる。

供給口２１は、外気を取り込む位置に配置されている。したがって、供給口２１からは、比較的に暖かく低湿の空気が流入する。その空気は、供給口２０から取り込まれた比較的に低温高湿の空気と混合空気となり、所定の温度、湿度となって再び吹出口２４から吹き出されて、上述同様、霧の気化熱によって冷却される。すなわち、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の空気が、霧の気化熱によって繰り返し冷却される。これにより、当該空間内５０の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

このように、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の空気を循環させることで、比較的少ない噴霧量（つまり水の使用量）で、当該空間内５０の空気の温度低下量を大きくすることができる。なぜなら、エアーカーテンで仕切られた空間内５０の空気を循環させずに当該空間内５０の空気の温度低下量を大きくするには、単位体積あたりの気化熱量を高めるために、大量の霧を噴出する（つまり大量の水を使用する）必要があるからである。また、外気を吸込み混合空気とすることで、吹出口から吹き出す空気の湿度上昇を抑制することができる。なぜなら、外気を吸込まず、湿度上昇を低下させるには、結露させる必要があるからである。

また、供給口２０、２１の総開口面積が吹出口２４の総開口面積よりも大きいので、圧力損失低下に伴う空気流量増加により、吹出口２４からの空気流速が速くなる。これにより、吹出空気によって自然風を遮断する効果が上がるため、霧の噴霧によって形成される冷空間に対し外気の高温空気が混じる事をより防ぐ事ができる。したがって、外気温が高い環境であっても、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

本実施の形態の冷却装置１０Ａは、空気が流入する供給口２０、２１と、供給口２０、２１から流入した空気が上方へ向かって流れる供給ダクト２２と、供給ダクト２２において、供給口２０、２１よりも上方に設けられており、供給ダクト２２を流れる空気の流れを発生させる送風機３０と、送風機３０を通過して、下方へ吹き出す吹出口２４を設けた吹出ダクト２３と、吹出ダクト２３に設けられており、吹出口２４から下方に吹き出す空気流によって、自然風を遮断する空間に向かって、吹出ダクト２３から離れる下方へ霧を噴出する噴霧ノズル２６とを備えており、吹出口２４から下方に吹き出す空気流に向かって開口した供給口２０を、供給ダクト２２に配置し、外気に向かって開口した供給口２１を、外気を吸込む位置であって、吹出口２４から吹き出す空気流とは面しない位置に配置したものである。

例えば、図１から図３のように、供給ダクト２２の上流側に供給口２０、２１の開口部を設置することで、吹出口２４から下方に吹き出す空気流の方向に延びる境界線５１によって形成されるエアーカーテンによって仕切られた空間内５０の空気を取り込む位置に供給口２０を配置することができ、一方、外気を取り込む位置であって吹出口２４から吹き出す空気流とは面しない位置に供給口２１を配置することができる。例えば、供給口２１は、供給ダクト２２の面のうち供給口２０が設けられている面とは逆側の面に配置することができるが必ずしもこの位置だけに限られず、吹出口２４から吹出す空気流が供給口２１に入り込まず、この空気流を除く外気を取り込める位置であればよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態１でも述べたように、自然風が強い場所に設置すると、霧の噴霧によって形成される冷空間に対し外気の高温空気が混じり得る。

送風機３０が供給口２０、２１と吹出口２４との間に設けられている場合、吹出口２４から送風される空気によって自然風を遮断する効果を上げるために、送風機３０の風量を
増加させることが望ましい。そこで、吹出口２４から送風される空気によって自然風を遮断する構成について、実施の形態２から３で説明する。

［冷却装置１０Ｂの構成］
図４および図５は、実施の形態２に係る冷却装置１０Ｂの構成を示す図である。図４は、冷却装置１０Ｂの正面図である。図５は、冷却装置１０Ｂの背面図である。なお、図１と同じ構成部分については、同じ参照符号を用い、詳細な説明を省略する。

図４において、冷却装置１０Ｂは、供給口２０、２１から吹出口２４までの風路に、送風機３０Ａが、気流の流れに対して並列に２台配置されている。

図４において、送風機３０Ａは、３台以上複数台が並列に設けられてもよい。

［動作］
以下、実施の形態２に係る冷却装置１０Ｂの動作及び作用を、図４および図５を参照しながら説明する。

供給口２０、２１から流入し、供給ダクト２２を通って、送風機３０Ａに到達した空気は分配され、２台の送風機３０Ａに吸込まれて、昇圧して、吹出される。

これにより、自然風が強い場合であっても、送風機の並列化により、空気流量が増加し、吹出口からの空気流速が速くなる。これにより、吹出空気によって自然風を遮断する効果が上がるため、霧の噴霧によって形成される冷空間に対し外気の高温空気が混じる事をより防ぐ事ができる。したがって、自然風が強い場合であっても、当該空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。

＜実施の形態３＞
［冷却装置１０Ｃの構成］
図６は、実施の形態３に係る冷却装置１０Ｃの構成を示す図である。図６は、冷却装置１０Ｃの側面図である。なお、図１と同じ構成部分については、同じ参照符号を用い、詳細な説明を省略する。

図６において、冷却装置１０Ｃは、供給口２０、２１から吹出口２４までの風路に、送風機３０Ｂが、気流の流れに対して直列に２台配置されている。

図６において、送風機３０Ｂは、３台以上複数台が直列に設けられてもよい。

［動作］
以下、実施の形態３に係る冷却装置１０Ｃの動作及び作用を、図６を参照しながら説明する。

供給口２０、２１から流入し、供給ダクト２２を通って、送風機３０Ｂに到達した空気は、１台目の送風機３０Ｂに吸込まれて、昇圧して、吹出される。次に、２台目の送風機３０Ｂに吸込まれて、さらに昇圧して、吹出される。

これにより、自然風が強く、かつ、日射が強い場合であっても、送風機の直列化により、機内静圧上昇により、ダクト内空気流量を大幅に増やすことなく吹出口からの空気流速が速くなる。これにより、吹出空気によって自然風を遮断する効果が上がり、かつ、ダクト通過時の空気流量が増加しないため、風路を構成する部材との熱交換量は増える事がなく、吹出空気の上昇を防ぎながら、冷空間に対し外気の高温空気が混じる事をより防ぐ事
ができる。したがって、自然風が強く、かつ、日射が強い場合であっても、当該空間内の空気の温度低下量を大きくすることができる。

＜実施の形態４＞
実施の形態１でも述べたように、吹出口２４から送風される空気を所定の温度、湿度にするために、供給口２０、２１を通過する風量を調整する構成について説明する。

［冷却装置１０Ｄの構成］
図７は、実施の形態４に係る冷却装置１０Ｄの構成を示す図である。図７は、冷却装置１０Ｄの側面図である。なお、図１と同じ構成部分については、同じ参照符号を用い、詳細な説明を省略する。

図７において、供給口２０、２１から取り入れた空気の下流側に、空気の混合比率を調整するダンパー４０が供給ダクト２２内に配置されている。

［動作］
以下、実施の形態４に係る冷却装置１０Ｄの動作及び作用を、図７を参照しながら説明する。

供給口２０、２１から流入した空気はそれぞれ、ダンパー４０に到達するまで混合することなく、風路が分断されている。ダンパー４０に到達した空気は、ダンパー４０の開口比率によって、通過する空気の圧力損失が異なるため、混合空気の比率を調整することができる。これによって、吹出口２４から送風する空気の温度、湿度を所定の値に調整することができる。

外気の湿度が高い場合でも、供給口２０からエアーカーテンで遮断された空間内から霧で冷却された低温高湿の空気を取り入れ、供給口２１から比較的に高温低湿の外気取り入れ、それぞれの風量をダンパー４０により自在に調整することで、混合された空気は所定の温度、湿度となり、吹出口から吹き出される循環流を形成し、霧によって継続的に空間を冷却できる。したがって、外気湿度が高い場合でも、エアーカーテンで遮断された空間内の空気の湿度上昇を抑制しつつ、温度低下量を大きくすることができる。また、霧の蒸発を促進するため、より濡れにくくすることができる。

上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、霧を屋外および半屋外空間に噴き出して屋外および半屋外空間を冷却する冷却装置に用いるのに好適である。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、 １０Ｄ 冷却装置
２０、 ２１ 供給口
２２ 供給ダクト
２３ 吹出ダクト
２４ 吹出口
２６ 噴霧ノズル
３０、３０Ａ、３０Ｂ 送風機

Claims (5)

1. 空気が流入する複数の供給口と、
   前記供給口から流入した空気を吹出ダクトまで供給する供給ダクトと、
   前記吹出ダクトに設けられ空気が流出する吹出口と、
   前記供給ダクトまたは前記吹出ダクトに配置した送風機と、
   前記吹出ダクトに設けられており、前記吹出口から吹き出す空気流によって自然風を遮断する空間に向かって、霧を噴出する噴霧ノズルと、を備え、
   前記供給口のうち、すくなくともひとつは、前記吹出口から吹き出す空気流に面する位置であって、前記吹出口から吹き出す気流の方向に向かって延びる境界線によって形成される空間内の空気を取り込む位置に配置し、
   前記供給口のうち、すくなくともひとつは、外気を吸い込む位置であって、前記吹出口から吹き出す空気流とは面しない位置に配置したことを特徴とする、
   冷却装置。
2. 前記供給口の開口面積が前記吹出口の開口面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記送風機を少なくとも２つ、気流の流れに対して並列に配置したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記送風機を少なくとも２つ、気流の流れに対して直列に配置したことを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却装置。
5. 前記複数の供給口から取り入れた空気の混合比率を調整するダンパーを設けたことを特徴とする、請求項１から４に記載の冷却装置。

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