JP7012201B2

JP7012201B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP7012201B2
Application number: JP2018006833A
Authority: JP
Inventors: 陽介小林; 修小川; 康之桑木; 遼黒田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-01-19
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2022-02-14
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: JP2019124428A

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、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がある。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。しかしながら、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。そこで、外気温が高い日中等であっても、通気孔から吹き出す気流の温度上昇を抑制するため、霧の蒸発効果によって冷却された空間の空気を循環させて効率的に環境を冷却することができる。このとき、蒸発しきれず残存する霧が凝結した液滴が、循環風路へ浸入すると風路内の電気部品へ悪影響を与えてしまう。それを防止するため、図４に示すように、特許文献１には、強制対流下における気水分離に関する技術が開示されている。これによれば、ボイラで発生した湿り蒸気は、蒸気導入口３から気水分離器に流入し、第１段バッフル８に衝突して、底部と第１段バッフル８の間の空間を中央部に向かって向きを変えながら流れ、飽和水を分離する。左右から流入した湿り蒸気は中央部で衝突合流し、第１段バッフル８の中央に設けた蒸気通過隙間の開口部９を通って第２段バッフル１１に衝突し、左右に分岐する。ここでも蒸気同士の衝突と流れ方向の変化により飽和水の分離が効果的に行われる。分岐した蒸気は、左右の側板２に衝突して第２段バッフル１１の両側に設けた蒸気通過通路の開口部１０を通って向きを変えて流れ、再び合流してケーシング１の中央の上部に設けた蒸気出口６より、乾き度の高い蒸気となって排出さる。

特開平９－１３７９０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、空気と水の比重差による衝突と遠心力を利用して気水分離させるものであるが、本方式では、粒径が小さい粒子ほどその効果が得られにくく、分離されずに通過する。霧を噴霧して冷却された空間の空気を、送風機により吸込み循環させる場合、従来の気水分離器では、蒸発せずに空気中に残存した霧の粒子が、送風機の吸込み口までの風路内で分離しきれず、電気部品に浸入する課題がある。

本発明は、上述の従来の課題を解決するもので、空間内に噴霧ノズルから噴霧される霧と、空気の混合流体を循環させる場合において、供給口へ流入する空気中に残存する霧を、風路内の電気部品へ浸入させない冷却装置を提供することを目的とする。

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、
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、供給ダクト内に、供給口から流入した空気を縮流させるとともに、上方に向かって空気の通過部を形成する第１の衝突板と、第１の衝突板の空気の通過部の上部を覆うとともに、空気の流れを下方へ折り返し、再度空気の流れを上方へ導く空気の通過部を形成する第２の衝突板と、第１の衝突板と供給ダクトの接合部に配置した排水口と、第２の衝突板と供給ダクトにより形成される拡大流路と、拡大流路の下流の断面を覆い、複数の貫通孔を有する整流板を設置したものである。

これによって、噴霧ノズルから噴霧された霧は、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。

供給口はエアーカーテンで遮断された空間内に存在するため、当該空間内の低温高湿の空気は、供給口から供給ダクトに流入する。

噴霧ノズルから噴霧された霧には、必ず粒径分布が存在し、ザウター平均粒径によって導出される粒径よりも大きい粒径の霧も同時に空間内に噴霧される。

粒径の大きい霧ほど蒸発するために必要な時間を要することに対し、一方で慣性衝突による分離には好適であるため、供給口に流入した空気と霧の混合空気は、はじめに第１の衝突板と第２の衝突板で形成される縮小蛇行流路を通過する際、慣性衝突により粒径の大きい霧は分離し、その後分離した霧同士は凝結し、液滴となって傾斜した第１の衝突板および第２の衝突板を自重により流れ排水口へ導かれる。

第２の衝突板の下流においては、粒径の小さい霧と空気の混合空気となっているため、比重差を利用する衝突分離よりも、霧の蒸発が好適である。小さい粒径の水滴ほど蒸発しやすい現象はケルヴィン効果と呼ばれ、霧が蒸発する過程において、霧の粒径はさらに小さくなり、蒸気圧が上昇するため、整流板の下流で加速度的に霧の蒸発が進む。さらに、第２の衝突板により形成される拡大流路と、整流板による風路抵抗を与え、空気の流れを減速させることで、整流板の下流において、通過した霧は送風機の吸込口に到達する前に蒸発する。

本発明の冷却装置は、供給口へ流入した霧は、供給ダクト内にて慣性衝突分離と蒸発作用により消滅することで、風路内の電気部品への浸入を防止することができる。

実施の形態１に係る冷却装置１０Ａの構成を示す側面断面図。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の構成を示す正面断面図。特許文献１に記載された従来の気水分離器を示す図。

第１の発明は、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、供給ダクト内に、供給口から流入した空気を縮流させるとともに、上方に向かって空気
の通過部を形成する第１の衝突板と、第１の衝突板の空気の通過部の上部を覆うとともに、空気の流れを下方へ折り返し、再度空気の流れを上方へ導く空気の通過部を形成する第２の衝突板と、第１の衝突板と供給ダクトの接合部に配置した排水口と、第２の衝突板と供給ダクトにより形成される拡大流路と、拡大流路の下流の断面を覆い、複数の貫通孔を有する整流板を設置したことにある。

当該構成によれば、噴霧ノズルから噴霧された霧は、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。

粒径の大きい霧ほど蒸発するために必要な時間を要することに対し、一方で慣性衝突による分離には好適であるため、供給口に流入した空気と霧の混合空気は、はじめに第１の衝突板と第２の衝突板で形成される縮小蛇行流路を通過する際、慣性衝突により粒径の大きい霧は分離し、その後分離した霧同士は凝結し、液滴となって傾斜した衝突板上を自重により流れ排水口へ導かれる。

衝突板２の下流においては、粒径の小さい霧と空気の混合空気となっているため、比重差を利用する衝突分離よりも、霧の蒸発が好適である。小さい粒径の水滴ほど蒸発しやすい現象はケルヴィン効果と呼ばれ、霧が蒸発する過程において、霧の粒径はさらに小さくなり、蒸気圧が上昇するため、整流板の下流で加速度的に霧の蒸発が進む。さらに、第２の衝突板により形成される拡大流路と、整流板による風路抵抗を与え、空気の流れを減速させることで、整流板の下流において、通過した霧は送風機の吸込口に到達する前に蒸発する。

したがって、供給口へ流入した霧は、供給ダクト内にて慣性衝突分離と蒸発作用により消滅することで、風路内の電気部品への浸入を防止することができる。

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の正面の断面図である。

図１から図３において、冷却装置１０Ａは、供給口２０と、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２０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、第１の衝突板４０と第２の衝突板４１が縮小蛇行流路を形成する。例えば図３に示すように、蛇行流路は装置正面に向かって幅方向の流れを形成しているが、流れの方向は奥行き方向に形成する衝突板の配置であってもよい。

供給口２０から流入した空気は、第１の衝突板４０と第２の衝突板４１を通過し、その下流では、第２の衝突板４１と供給ダクト２２により形成される拡大流路４４を通過し、その後、整流板４２を通って供給ダクト２２内を送風機３０へ向かって流れる。その間、分離させた霧は凝結して液滴となり、第２の衝突板４１ならびに第１の衝突板４０の傾斜面上を排水口４３に向かって流れる。整流板４２の配置は図３では水平設置であるが、風路内圧力損失または排水性を鑑みて供給ダクト内を流れる空気の流れに対して傾斜させて設置してもよい。整流板４２は、拡大流路４４の下流の断面を覆い、複数の貫通孔を有する。

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。

また、供給口２０の総開口面積は、吹出口２４の総開口面積よりも大きい。

［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。粒径の大きい霧ほど蒸発するために必要な時間を要することに対し、一方で慣性衝突による分離には好適であるため、供給口２０に流入した空気と霧の混合空気は、はじめに第１の衝突板４０と第２の衝突板４１で形成される縮小蛇行流路を通過する際、慣性衝突により粒径の大きい霧は分離し、その後分離した霧同士は凝結し、液滴となって傾斜した衝突板上を自重により流れ排水口４３へ導かれる。

第２の衝突板４１の下流においては、粒径の小さい霧と空気の混合空気となっているた
め、比重差を利用する衝突分離よりも、霧の蒸発が好適である。小さい粒径の水滴ほど蒸発しやすい現象はケルヴィン効果と呼ばれ、霧が蒸発する過程において、霧の粒径はさらに小さくなり、蒸気圧が上昇するため、整流板４２の下流で加速度的に霧の蒸発が進む。さらに、第２の衝突板４１により形成する拡大流路４４と、整流板４２による風路抵抗を与え、空気の流れを減速させることで、整流板４２の下流において、通過した霧は送風機３０の吸込口に到達する前に蒸発する。

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の空気は少量の噴霧水量で効果的に冷却することができる。一方、当該空間内５０の空気は循環することにより低温高湿となり、霧は蒸発しにくくなる。未蒸発の霧において、比較的大きな粒径の霧は整流板４２までの衝突分離により分離可能であるが、整流板４２を通過する小さな粒径の霧は、供給ダクト内で蒸発させることで、送風機３０の吸込口までに残存する霧の浸入を防止することができる。

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冷却装置
２０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送風機
４０第１の衝突板
４１第２の衝突板
４２整流板
４３排水口
４４拡大流路

Claims

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、
前記供給ダクト内に、前記供給口から流入した空気を縮流させるとともに、上方に向かって空気の通過部を形成する第１の衝突板と、前記第１の衝突板の空気の通過部の上部を覆うとともに、空気の流れを下方へ折り返し、再度空気の流れを上方へ導く空気の通過部を形成する第２の衝突板と、
前記第１の衝突板と前記供給ダクトの接合部に配置した排水口と、
前記第２の衝突板と前記供給ダクトにより形成される拡大流路と、
前記拡大流路の下流の断面を覆い、
複数の貫通孔を有する整流板を設置したことを特徴とする、
冷却装置。