JP7841338B2 - 気液接触器、密閉式冷却塔、及びリキッドデシカント - Google Patents

Description

本発明は、気液接触器、密閉式冷却塔、及びリキッドデシカントに関する。

気液接触板の上方から散水すると共に気液接触板に風を送り、気液接触板上での水の蒸発熱を利用した気液接触装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された気液接触装置では、斜交ハニカムに散水が行われると共に風が送られる。散水された水は、斜交ハニカムを形成するシート上を流れる。

特許文献２には、気液接触を利用した除湿空調装置が記載されている。この装置では、伝熱流体を内部に導通させる伝熱管が上下方向に沿って離間して配置され、複数のフィンが離間した伝熱管を接続している。複数のフィンは、上下方向に平行な平板形状を有し、伝熱管の長手軸にそって間隔を空けて配置されている。

特開２０１０－２４９３４１号公報 特開２００３－３２６１０２号公報

特許文献１に記載された斜交ハニカムは、熱交換を行う熱媒が流れる筒状態と離間しているため、筒状態と直接的に熱交換を行うことができない。そのため、斜交ハニカムのシート上で水が蒸発すると、シートの温度が下がり、シート上の水の蒸発速度が低下する。その結果、気液接触による効率向上が限られてしまう。

特許文献２に記載された装置では、フィンが伝熱管に接続しているものの、フィンと伝熱管とで熱交換が行われるのは、フィンのうちの伝熱管の直下に位置する部分だけである。そのため、伝熱管とフィンとの熱交換が十分に行われず、伝熱管内を通る熱媒の温度変化が抑制されるおそれがある。また、フィン形状が平板かつ上下方向に平行な面を有するため、液体調湿剤がフィンの表面を伝って真っ直ぐに鉛直下方に流れる。そのため、フィンの表面上での液体調湿剤の滞在時間が短く、反応が平衡に達しないおそれがある。この結果、上方から供給する液体調湿剤の流量を多くしなければならず、ポンプ損や顕熱損が増加してしまう。

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、気液接触器の熱交換能力を向上させることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。気液接触器であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第１伝熱管と、前記第１伝熱管から鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置された第２伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第２伝熱管と、長尺状の第１気液接触部材と、を備え、前記第１気液接触部材は、前記第１伝熱管のうち、前記第２伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置され、前記第１伝熱管の外周面および前記第２伝熱管の外周面に沿って折り返されて傾斜している、気液接触器。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。

（１）本発明の一形態によれば、気液接触器が提供される。この気液接触器は、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第１伝熱管と、前記第１伝熱管から鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置された第２伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第２伝熱管と、長尺状の第１気液接触部材と、を備え、前記第１気液接触部材は、前記第１伝熱管のうち、前記第２伝熱管と対向する外周面と
は逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置されている。

この構成によれば、第１伝熱管と、第２伝熱管とは、鉛直方向及び水平方向にずれた位置に配置されている。第１気液接触部材は、第１伝熱管と第２伝熱管とが互いに対向する面とは逆側の外周面に接触しているため、第１伝熱管の表面と、第２伝熱管の表面とを接続している。結果として、第１気液接触部材は、水平方向に対して傾斜して第１伝熱管と、第２伝熱管とを接続する。第１気液接触部材に冷却水などが供給されると、冷却水は、傾斜している第１気液接触部材を伝って、第１伝熱管と第２伝熱管との間の移動中に、蒸発することで第１気液接触部材を冷却する。第１気液接触部材を介して第１伝熱管及び第２伝熱管に直接的に熱が伝わるため、第１伝熱管内を流れる熱媒と、第２伝熱管内を流れる熱媒とが、冷却水の蒸発により効率的に冷却され、本構成の熱交換能力が向上する。また、第１気液接触部材から、第１伝熱管及び第２伝熱管へと直接的に熱が伝わることにより、第１気液接触部材における冷却水が蒸発による吸熱で温度が低下することを抑制できる。この結果、温度低下による冷却水の気液平衡の遷移が抑制され、気液の反応性が向上する。また、第１気液接触部材が鉛直方向に平行ではなく、水平方向に傾斜しているため、第１気液接触部材における冷却水の滞在時間が長くなる。この結果、気液の接触効率が向上し、第１気液接触部材に散布する冷却水等の使用量を削減でき、冷却水を第１気液接触部材の上方に送るためのポンプ動力等を抑制できる。冷却水の蒸発を促進できるため、熱媒を効率的に冷却できる。

（２）上記態様の気液接触器において、さらに、前記第１伝熱管から前記第２伝熱管よりも水平方向に離間して配置された第３伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第３伝熱管と、長尺状の第２気液接触部材と、を備え、前記第２気液接触部材は、前記第３伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第３伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置されていてもよい。
この構成によれば、第１気液接触部材に加えて、第２気液接触部材を備えている。第２気液接触部材は、第３伝熱管と第２伝熱管とが互いに対向する面とは逆側の外周面に接触しているため、第３伝熱管の表面と、第２伝熱管の表面とを接続している。第３伝熱管が、第１伝熱管から第２伝熱管よりも水平方向に離間して配置されている。そのため、第１伝熱管が第２伝熱管と成す傾斜と、第３伝熱管が第２伝熱管と成す傾斜とは、第２伝熱管の延伸方向を通る鉛直面に対して、反対側に傾斜している。この結果、本構成の気液接触器では、第１気液接触部材と第２気液接触部材とによって、冷却水等が伝わる流路が複雑に形成されることで気液接触率をさらに向上させることができる。

（３）上記態様の気液接触器において、第１伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第１気液接触部材が複数配置され、第３伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第２気液接触部材が複数配置され、前記第１気液接触部材と、前記第２気液接触部材とは、前記延伸方向に沿って交互に配置されていてもよい。
この構成によれば、第１伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って、第１気液接触部材と第２気液接触部材とが交互に複数配置されている。そのため、冷却水等が伝わる流路が更に複雑に形成されているため、気液接触率をさらに向上させることができる。

（４）上記態様の気液接触器において、前記第１気液接触部材は、親水性を有する繊維で形成されていてもよい。
この構成によれば、第１気液接触部材が親水性を有する繊維で形成されているため、毛管力により、冷却水の分散性が向上する。

（５）上記態様の気液接触器において、前記第１気液接触部材は、カーボンファイバーで
形成されていてもよい。
この構成によれば、第１気液接触部材が熱伝導率の高いカーボンファイバーで形成されるため、第１気液接触部材と、第１伝熱管及び第２伝熱管との間での熱交換能力がさらに向上する。

（６）本発明の他の一形態によれば、密閉式冷却塔が提供される。この密閉式冷却塔は、上記形態の気液接触器と、前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出するファンと、前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内を流れる熱媒と、前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管と、前記密閉式冷却塔が冷却する冷却対象とを接続して、前記熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部と、前記第１気液接触部材に供給される冷却水を、前記第１気液接触部材の鉛直方向の上方まで輸送する冷却水ポンプと、を備える。
この構成によれば、冷却水ポンプにより第１気液接触部材に冷却水が供給され、第１気液接触部材を伝わる冷却水は、ファンによって送られた風により蒸発する。冷却水の蒸発の吸熱により、第１気液接触部材に接続されている第１伝熱管内及び第２伝熱管内を流れる熱媒が冷却される。冷却された熱媒は、熱媒流路形成部により形成された熱媒流路内を流れて、冷却対象を冷却する。本構成では、気液接触器の熱交換能力が高いため、冷却対象を効率的に冷却できる。

（７）本発明の他の一形態によれば、リキッドデシカントが供給される。このリキッドデシカントは、上記形態の気液接触器を内蔵する除湿器と、上記形態の気液接触器を内蔵する再生機と、前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材とに供給される液体調湿剤と、前記液体調湿剤を、前記除湿器と前記再生機との間で循環させ、前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材との鉛直方向の上方まで輸送する循環ポンプと、前記除湿器に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する除湿器側ファンと、前記再生機に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する再生機側ファンと、前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内と、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内とを循環する熱媒と、前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を冷却し、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を加熱するヒートポンプと、前記除湿器と前記再生機との間で前記液体調湿剤の熱交換を行う熱交換器と、を備える。
この構成によれば、循環ポンプにより除湿器と再生機とに内蔵される第１気液接触部材に液体調湿剤が供給される。除湿器内の第１気液接触部材を伝わる液体調湿剤は、ヒートポンプにより冷却された第１伝熱管内及び第２伝熱管内を流れる熱媒により冷却されると共に、除湿器側ファンによって送風される。この結果、除湿器内の液体調湿剤は、空気中の水分を吸着するため、除湿器内から外部へと除湿された空気が供給される。一方で、再生機内の第１気液接触部材を伝わる液体調湿剤は、ヒートポンプにより加熱された第１伝熱管内及び第２伝熱管内を流れる熱媒により加熱されると共に、再生機側ファンによって送風される。この結果、再生機内の液体調湿剤は、空気中へ水分を脱着するため、再生機内から外部へと加湿された空気が供給される。除湿器から排出される水分を吸着した液体調湿剤と、再生機から排出される水分を脱着した液体調湿剤とは、熱交換器により熱交換する。この結果、除湿器側から送られてきた液体調湿剤は、再生機により加熱されて水分を脱着する。一方で、再生機側から送られてきた液体調湿剤は、除湿器により冷却されて水分を吸着する。本構成では、熱交換能力の高い気液接触器が用いられることにより、除湿器及び再生機の第１気液接触部材を伝わる液体調湿剤の気液平衡の遷移を抑制することにより、除湿及び加湿を効率的に行うことができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、気液接触器、密閉
式冷却塔、リキッドデシカント及びこれらの装置を備えるシステム等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての気液接触器を備える密閉式冷却塔の概略ブロック図である。 気液接触器の説明図である。 気液接触器の説明図である。 気液接触器による熱媒の冷却についての説明図である。 比較例の気液接触器の一部の概略断面図である。 本実施形態と比較例との気液接触器の熱交換能力の検証条件である。 気液接触器を備えるリキッドデシカントの概略ブロック図である。

＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態としての気液接触器１０を備える密閉式冷却塔１００の概略ブロック図である。図１に示される密閉式冷却塔１００では、気液接触器１０に散水された冷却水の蒸発熱を利用して、冷却対象である熱源ＯＢにより温度が上昇した熱媒４０を冷却する。本実施形態の気液接触器１０では、親水性を有する長尺状の気液接触部材１１が、上下方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置された管形状を有する複数の伝熱管１２を、水平方向に対して傾斜して接続する。そのため、傾斜した気液接触部材１１を伝って冷却水が下方の伝熱管１２へと流れるため、冷却水が気液接触部材１１に滞留する時間が長くなり、気液接触率が向上する。また、気液接触部材１１が親水性を有するため、冷却水の分散性が向上する。

図１に示されるように、密閉式冷却塔１００は、２つの気液接触器１０と、気液接触器１０を内蔵しているケーシング６０と、ケーシング６０内に風を送るファン２０と、気液接触器１０に散水される冷却水７２を鉛直方向の上方まで輸送するポンプ（冷却水ポンプ）５０と、配管７０と、気液接触器１０と熱源（冷却対象）ＯＢとの間を循環する熱媒４０と、熱媒流路形成部３０と、を備えている。

ファン２０は、ケーシング６０の水平方向における中央付近の上方に配置されている。ファン２０は、ケーシング６０の外気を、ケーシング６０内へと送り込む。ケーシング６０内には、２つの気液接触器１０が水平方向に離間して配置されている。２つの気液接触器１０は、水平方向において、ファン２０を通る鉛直方向を基準にケーシング６０内に面対称に配置されている。ケーシング６０には、ケーシング６０の内側と外側を接続する２つの通気口６１が形成されている。２つの通気口６１は、ファン２０を通る鉛直方向を基準として、ケーシング６０の面対称となる位置、かつ、水平方向におけるファン２０の中心から気液接触器１０を結ぶ方向の延長上の位置に対応する側面に形成されている。そのため、ファン２０によりケーシング６０内へと送り込まれた外気は、気液接触器１０に向かって送られ、通気口６１を通ってケーシング６０外へと流出する。

配管７０は、密閉式冷却塔１００内を循環する冷却水７２が流れる水路７１を形成する。配管７０のうち、２つの気液接触器１０の上方に位置する部分では、複数の散水口７３が形成されている。そのため、ポンプ５０により気液接触器１０の上方まで輸送された冷却水７２は、気液接触器１０へと散水される。気液接触器１０を通過して下方に移動した冷却水７２は、集められてポンプ５０により再び気液接触器１０の上方に輸送される。なお、冷却水７２の一部は、気液接触器１０における蒸発によって外気へと放出される。そのため、本実施形態では、冷却水７２は、密閉式冷却塔１００の外部から随時補給される。

熱媒流路形成部３０は、熱源ＯＢと、気液接触器１０が備える伝熱管１２内との間で熱媒４０が流れる熱媒流路３１を形成する。２つの気液接触器１０は、同じ形状及び同じ構造を有する。図１に示されるように、気液接触器１０は、水平方向及び鉛直方向にそれぞれ離間して配置された複数の伝熱管１２と、伝熱管１２を接続する複数の気液接触部材１１とを備えている。複数の伝熱管１２は、管の内側に形成され、熱媒４０が流れる熱媒流路１２Ｆがそれぞれ同じ方向（図１：Ｙ軸方向）を向くように、同じ向きに配列されている。

図２及び図３は、気液接触器１０の説明図である。図２には、冷却水７２が散水される気液接触器１０の概略斜視図が示されている。図２に示されるように、本実施形態の気液接触器１０では、水平方向に沿って５列、かつ、鉛直方向に沿って７段の計３５本の伝熱管１２が、等間隔で配置されている。各伝熱管１２は、５列で配列された水平方向（Ｘ軸方向）と、７段で配列された鉛直方向（Ｚ軸方向）とのそれぞれに直交する伝熱管１２の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿う直線状の配管である。ファン２０により気液接触器１０に送られる風は、Ｘ軸正方向と同じ流れ方向ＤＲに沿って流れている。なお、図示されていないが、各熱媒流路１２Ｆは、熱媒流路形成部３０が形成する熱媒流路３１に接続されている。また、図２に示される、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸で構成される直交座標系ＣＳは、図３以降で示される直交座標系ＣＳと対応している。

本実施形態の１つの気液接触部材１１は、親水性を有する繊維である複数のカーボンファイバーで形成されてシート状の形状を有する。図２に示されるように、気液接触部材１１は、１２個の第１気液接触部材１１１と、１２個の第２気液接触部材１１２とを備えている。第１気液接触部材１１１と、第２気液接触部材１１２とは、伝熱管１２の延伸方向に沿って交互に配置されている。具体的には、Ｙ軸負方向側から順番に、３個の第１気液接触部材１１１と、３個の第２気液接触部材１１２とが交互に層を形成して配列している。３個の第１気液接触部材１１１が、２層、４層、及び６層を形成し、３個の第２気液接触部材１１２が、１層、３層、及び５層を形成している。

同じ伝熱管１２に接続して３つの層を形成しているそれぞれ３個の第１気液接触部材１１１と、第２気液接触部材１１２とのそれぞれは、同じ形状を有する。なお、残り各９個の第１気液接触部材１１１及び第２気液接触部材１１２は、接続する伝熱管１２が異なるが、同じ形状を有している。そのため、１つの第１気液接触部材１１１と、１つの第２気液接触部材１１２とについて説明し、他の第１気液接触部材１１１及び第２気液接触部材１１２についての説明を省略する。

図３には、気液接触器１０の概略正面図が示されている。説明のため、３５本の伝熱管１２のそれぞれには、図３に示されるように、１２１１～１２１５，１２２１～１２２５，１２３１～１２３５，１２４１～１２４５，１２５１～１２５５，１２６１～１２６５，及び１２７１～１２７５の符番が付されている。

図３に示されるように、伝熱管１２１２に接続している第１気液接触部材１１１は、鉛直上方から順番に、伝熱管１２１２，１２２１，１２３２，１２４１，１２５２，１２６１，及び１２７１を接続している。第１気液接触部材１１１は、伝熱管１２２１のうち、伝熱管１２３２と対向するＸ軸正方向側の外周面ＳＦ２とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ１に接している。また、第１気液接触部材１１１は、伝熱管１２３２のうち、伝熱管１２２１と対向するＸ軸負方向側の外周面ＳＦ３とは逆側のＸ軸正方向側の外周面ＳＦ４に接している。なお、伝熱管１２２１の外周面のうち、外周面ＳＦ１が太い実線で示されている。また、伝熱管１２３２の外周面のうち、外周面ＳＦ３が太い実線で示されている。伝熱管１２２１と、伝熱管１２３２とは、鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配
置されている。そのため、伝熱管１２２１と伝熱管１２３２とは、第１気液接触部材１１１により水平方向に角度θ傾斜して接続されている。第１気液接触部材１１１は、各伝熱管１２３２，１２４１，１２５２，１２６１で同じような構造を有し、外周面に沿って折り返されて傾斜している。なお、伝熱管１２２１が第１伝熱管に相当し、伝熱管１２３２が第２伝熱管に相当する。

図３に示されるように、伝熱管１２１２に接続している第２気液接触部材１１２は、鉛直上方から順番に、伝熱管１２１２，１２２３，１２３２，１２４３，１２５２，１２６３，及び１２７２を接続している。第２気液接触部材１１２は、伝熱管１２２３のうち、伝熱管１２３２と対向するＸ軸負方向側の外周面ＳＦ５とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ６に接している。また、第２気液接触部材１１２は、伝熱管１２３２のうち、伝熱管１２２３と対向するＸ軸正方向側の外周面とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ４に接している。なお、伝熱管１２２３の外周面のうち、外周面ＳＦ６が太い実線で示されている。また、伝熱管１２３２の外周面のうち、外周面ＳＦ４が太い実線で示されている。外周面ＳＦ３と、外周面ＳＦ４とは、Ｚ軸負方向側の一部が重複している。伝熱管１２２３と、伝熱管１２３２とは、鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置されている。そのため、伝熱管１２２１と伝熱管１２３２とは、第１気液接触部材１１１により水平方向に角度θ傾斜して接続されている。第２気液接触部材１１２は、各伝熱管１２３２，１２４３，１２５２，１２６３で同じような構造を有し、外周面に沿って折り返されて傾斜している。また、伝熱管１２２３は、第１気液接触部材１１１が接続している伝熱管１２２１から伝熱管１２３２よりも水平方向に離間して配置されている。そのため、第２気液接触部材１１２が伝熱管１２３２と成す傾斜角は、伝熱管１２３２の延伸軸ＯＬを通る鉛直面ＦＬを基準として、第１気液接触部材１１１が同じ伝熱管１２３２と成す傾斜角の反対側に形成されている。すなわち、第２気液接触部材１１２は、伝熱管１２３２に対して、第１気液接触部材１１１と反対側に折り返されて傾斜している。なお、伝熱管１２２３が第３伝熱管に相当する。

図４は、気液接触器１０による熱媒４０の冷却についての説明図である。図４には、気液接触部材１１を伝って流れる冷却水７２の蒸発のイメージが示されている。図４に示される気液接触部材１１では、説明のため、図３に示される気液接触部材１１の傾斜角を変えて図示されている。図４に示されるように、冷却水７２は、複数のカーボンファイバーの束で形成された気液接触部材１１を伝って、ファン２０による送風を受けて蒸発する。蒸発による気化熱が、気液接触部材１１の熱伝導によって伝熱管１２へと伝わり、伝熱管１２内を通る熱媒４０が冷却される。

図５は、比較例の気液接触器１０ｘの一部の概略断面図である。比較例の気液接触器１０ｘでは、本実施形態の気液接触器１０と比較して、気液接触部材１１ｘが異なる。比較例では、気液接触部材１１ｘは、鉛直方向に配置された伝熱管１２を接続して、水平方向に対して９０°傾斜している。なお、比較例における伝熱管１２の延伸方向に沿った層数（図２）は、実施形態と同じ６層である。

本実施形態の気液接触器１０と、比較例の気液接触器１０ｘとに対して、熱交換能力についてシミュレーションにより検証した。図６は、本実施形態と比較例との気液接触器１０の熱交換能力の検証条件である。図６に示される外気温は、ケーシング６０（図１）外の温度である。湿度は、ケーシング６０外の空気の湿度である。滴下冷却水温度は、気液接触器１０，１０ｘに散水される冷却水７２の温度である。伝熱管内熱媒温度は、各伝熱管１２内を流れる熱媒４０の温度である。風速は、ファン２０（図１）によりケーシング６０内に送られる風の速度である。検証した結果、本実施形態の気液接触器１０の熱交換能力は、比較例の気液接触器１０ｘの熱交換能力の約１．５倍であった。なお、本実施形態では、気液接触部材１１のうち、傾斜方向に沿って、気液接触部材１１の中央部の温度
が最も低く、伝熱管１２の表面に接している部分の温度が最も高かった。

以上説明したように、本実施形態の気液接触器１０は、長尺状の第１気液接触部材１１１を備えている。第１気液接触部材１１１は、図３に示されるように、伝熱管１２２１のうち、伝熱管１２３２と対向するＸ軸正方向側の外周面ＳＦ２とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ１に接している。また、第１気液接触部材１１１は、伝熱管１２３２のうち、伝熱管１２２１と対向するＸ軸負方向側の外周面ＳＦ３とは逆側のＸ軸正方向側の外周面ＳＦ４に接している。伝熱管１２２１と、伝熱管１２３２とは、鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置されている。そのため、伝熱管１２２１と、伝熱管１２３２とは、鉛直方向及び水平方向にずれた位置に配置されている。第１気液接触部材１１１は、伝熱管１２２１と伝熱管１２３２とが互いに対向する外周面ＳＦ２，ＳＦ３とは逆側の外周面ＳＦ１，ＳＦ４に接しているため、伝熱管１２２１の表面と、伝熱管１２３２の表面とを接続している。結果として、第１気液接触部材１１１は、水平方向に対して傾斜して伝熱管１２２１と、伝熱管１２３２とを接続する。第１気液接触部材１１１に冷却水７２が散水されると、冷却水７２は、傾斜している第１気液接触部材１１１を伝って、伝熱管１２２１と伝熱管１２３２との間の移動中に、蒸発することで第１気液接触部材１１１を冷却する。第１気液接触部材１１１を介して伝熱管１２２１及び伝熱管１２２３に直接的に熱が伝わる。そのため、伝熱管１２２１，１２３２内を流れる熱媒４０が冷却水７２の蒸発により効率的に冷却され、気液接触器１０の熱交換能力が向上する。また、第１気液接触部材１１１から、伝熱管１２２１，１２３２へと直接的に熱が伝わることにより、第１気液接触部材１１１における冷却水７２が蒸発による吸熱で温度が低下することを抑制できる。この結果、温度低下による冷却水７２の気液平衡の遷移が抑制され、気液の反応性が向上する。また、第１気液接触部材１１１が鉛直方向に平行ではなく、水平方向に傾斜しているため、第１気液接触部材１１１における冷却水７２の滞在時間が長くなる。この結果、気液の接触効率が向上し、第１気液接触部材１１１に散水する冷却水７２の使用量を削減でき、冷却水７２を第１気液接触部材１１１の鉛直方向の上方に送るためのポンプ５０の動力を抑制できる。冷却水７２の蒸発を促進できるため、熱媒４０を効率的に冷却できる。

また、本実施形態の第２気液接触部材１１２は、図３に示されるように、伝熱管１２２３のうち、伝熱管１２３２と対向するＸ軸負方向側の外周面ＳＦ５とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ６に接している。また、第２気液接触部材１１２は、伝熱管１２３２のうち、伝熱管１２２３と対向するＸ軸正方向側の外周面ＳＦ４とは逆側のＸ軸負方向側の外周面ＳＦ３に接している。伝熱管１２２３と、伝熱管１２３２とは、鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置されている。また、伝熱管１２２３は、第１気液接触部材１１１が接続している伝熱管１２２１から伝熱管１２３２よりも水平方向に離間して配置されている。本実施形態の気液接触器１０は、第１気液接触部材１１１に加えて、第２気液接触部材１１２を備えている。第２気液接触部材１１２は、伝熱管１２２３と伝熱管１２３２とが互いに対向する外周面ＳＦ４，ＳＦ５とは逆側の外周面ＳＦ３，ＳＦ６に接しているため、伝熱管１２２３の表面と、伝熱管１２３２の表面とを接続している。伝熱管１２２３が、伝熱管１２２１から伝熱管１２３２よりも水平方向に離間して配置されている。そのため、伝熱管１２２１が伝熱管１２３２と成す傾斜と、伝熱管１２２３が伝熱管１２３２と成す傾斜とは、伝熱管１２３２の延伸軸ＯＬを通る鉛直面ＦＬに対して、反対側に傾斜している。この結果、本実施形態の気液接触器１０では、第１気液接触部材１１１と第２気液接触部材１１２とによって、冷却水７２が伝わる流路が複雑に形成されることで気液接触率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の気液接触部材１１は、１２個の第１気液接触部材１１１と、１２個の第２気液接触部材１１２とを備えている。第１気液接触部材１１１と、第２気液接触部材１１２とは、伝熱管１２の延伸方向に沿って交互に配置されている。本実施形態では、
伝熱管１２２１及び伝熱管１２３２の延伸方向に沿って、第１気液接触部材１１１と第２気液接触部材１１２とが交互に複数配置されている。そのため、冷却水７２が伝わる流路が更に複雑に形成されているため、気液接触率をさらに向上させることができる。

また、本実施形態の気液接触部材１１は、親水性を有する繊維である複数のカーボンファイバーで形成されてシート状の形状を有する。すなわち、気液接触部材１１が親水性を有する繊維で形成されているため、毛管力により、冷却水７２の分散性が向上する。また、気液接触部材１１が熱伝導率の高いカーボンファイバーで形成されるため、気液接触部材１１と、各伝熱管１２との間での熱交換能力がさらに向上する。

本実施形態の密閉式冷却塔１００は、密閉式冷却塔１００は、２つの気液接触器１０と、ケーシング６０内に風を送るファン２０と、気液接触器１０に散水される冷却水７２を鉛直方向の上方まで輸送するポンプ５０と、気液接触器１０と熱源ＯＢとの間を循環する熱媒４０と、熱媒流路形成部３０と、を備えている。そのため、ポンプ５０により気液接触部材１１に冷却水７２が供給され、気液接触部材１１を伝わる冷却水７２は、ファン２０によって送られた風により蒸発する。冷却水７２の蒸発の吸熱により、気液接触部材１１に接続されている伝熱管１２内を流れる熱媒４０が冷却される。冷却された熱媒４０は、熱媒流路３１内を流れて、熱源ＯＢを冷却する。本実施形態の密閉式冷却塔１００では、気液接触器１０の熱交換能力が高いため、熱源ＯＢを効率的に冷却できる。

＜第２実施形態＞
図７は、気液接触器１０を備えるリキッドデシカント５００の概略ブロック図である。図７に示されるリキッドデシカント５００は、冷却されることで水蒸気を吸着すると共に加熱されることで水蒸気を脱着する液体調湿剤１１０を用いて、除湿器２００による除湿と、再生機３００による加湿とを行う。

図７に示されるように、リキッドデシカント５００は、気液接触器１０を内蔵する除湿器２００と、気液接触器１０を内蔵する再生機３００と、気液接触器１０に供給される液体調湿剤１１０と、液体調湿剤１１０を循環させる循環ポンプ５１，５２と、熱媒４０と、熱媒４０の加熱及び冷却を行うヒートポンプ１２０と、除湿器２００と再生機３００との間で液体調湿剤１１０の熱交換を行う熱交換器１３０と、除湿器側熱交換器１４０と、再生器側熱交換器１５０と、を備えている。

除湿器２００及び再生機３００は、上記実施形態と同じ気液接触器１０と、気液接触器１０を内蔵しているケーシング６０と、ケーシング６０内に風を送るファン２０と、を備えている。気液接触器１０には、上記実施形態の冷却水７２の代わりに、液体調湿剤１１０が散布される。図７では、液体調湿剤１１０の循環が実線で示されている。なお、除湿器２００側では、熱交換器１３０及び除湿器側熱交換器１４０により冷却された（例えば、２０℃）液体調湿剤１１０が循環する。再生機３００側では、熱交換器１３０及び再生器側熱交換器１５０により加熱された（例えば、４０℃）液体調湿剤１１０が循環する。図７では、温度の違いが液体調湿剤１１０を表す実線の太さで示されている。なお、除湿器２００に内蔵されるファン２０は、除湿器側ファンに相当する。再生機３００に内蔵されるファン２０は、再生機側ファンに相当する。

循環ポンプ５１は、除湿器２００の気液接触器１０から排出された液体調湿剤１１０を、再生機３００へと循環させ、再生機３００の気液接触器１０の鉛直方向の上方へ輸送する。一方で、循環ポンプ５２は、再生機３００の気液接触器１０から排出された液体調湿剤１１０を、除湿器２００へと循環させ、除湿器２００の気液接触器１０の鉛直方向の上方へ輸送する。循環ポンプ５１から送り出される低温の液体調湿剤１１０と、循環ポンプ５２から送り出される液体調湿剤１１０とは、熱交換器１３０により熱交換される。

ヒートポンプ１２０は、除湿器２００側を循環する熱媒４０を冷却し、再生機３００側を循環する熱媒を加熱する。図７では、熱媒４０の流れが破線で示されている。除湿器側熱交換器１４０は、熱交換器１３０による熱交換により冷却された液体調湿剤１１０を、ヒートポンプ１２０で冷却された熱媒４０と熱交換させることにより冷却する。除湿器側熱交換器１４０の熱交換により冷却された液体調湿剤１１０は、除湿器２００の気液接触器１０に散布される。

再生器側熱交換器１５０は、熱交換器１３０による熱交換により加熱された液体調湿剤１１０を、ヒートポンプ１２０で加熱された熱媒４０と熱交換させることにより加熱する。再生器側熱交換器１５０の熱交換により加熱された液体調湿剤１１０は、再生機３００の気液接触器１０に散布される。

第２実施形態のリキッドデシカント５００では、気液接触器１０の気液接触部材１１において、ファン２０によりケーシング６０内に取り込まれた空気と、液体調湿剤１１０とが接触する。除湿器２００内の液体調湿剤１１０は、空気中の水蒸気と吸着することにより、吸着熱が生じて発熱する。温度が上昇した液体調湿剤１１０は、伝熱管１２内を通る熱媒４０によって冷却される。一方で、再生機３００内の液体調湿剤１１０は、空気中の水蒸気と吸着することにより、脱着熱が生じて冷却される。温度が低下した液体調湿剤１１０は、伝熱管１２内を通る熱媒４０によって加熱される。

以上説明したように、第２実施形態のリキッドデシカント５００は、気液接触器１０を内蔵する除湿器２００と、気液接触器１０を内蔵する再生機３００と、気液接触器１０に供給される液体調湿剤１１０と、液体調湿剤１１０を循環させる循環ポンプ５１，５２と、熱媒４０と、熱媒４０の加熱及び冷却を行うヒートポンプ１２０と、除湿器２００と再生機３００との間で液体調湿剤１１０の熱交換を行う熱交換器１３０と、を備えている。第２実施形態では、循環ポンプ５１，５２により除湿器２００と再生機３００とに内蔵される気液接触部材１１に液体調湿剤１１０が散布される。除湿器２００内の気液接触部材１１を伝わる液体調湿剤１１０は、ヒートポンプ１２０により冷却された伝熱管１２内を流れる熱媒４０により冷却されると共に、除湿器２００側のファン２０によって送風される。この結果、除湿器２００内の液体調湿剤１１０は、ケーシング６０内に送り込まれた空気中の水分を吸着するため、除湿器２００内から外部へと除湿された空気が供給される。一方で、再生機３００内の気液接触部材１１を伝わる液体調湿剤１１０は、ヒートポンプ１２０により加熱された伝熱管１２内を流れる熱媒４０により加熱されると共に、再生機３００側のファン２０によって送風される。この結果、再生機３００内の液体調湿剤１１０は、ケーシング６０内に送り込まれた空気中へ水分を脱着するため、再生機３００内から外部へと加湿された空気が供給される。除湿器２００から排出される水分を吸着した液体調湿剤１１０と、再生機３００から排出される水分を脱着した液体調湿剤１１０とは、熱交換器１３０により熱交換する。この結果、除湿器２００側から送られてきた液体調湿剤１１０は、再生機３００により加熱されて水分を脱着する。一方で、再生機３００側から送られてきた液体調湿剤１１０は、除湿器２００により冷却されて水分を吸着する。本実施形態のリキッドデシカント５００では、熱交換能力の高い気液接触器１０が用いられることにより、除湿器２００及び再生機３００の気液接触部材１１を伝わる液体調湿剤１１０の気液平衡の遷移を抑制することにより、除湿及び加湿を効率的に行うことができる。

＜上記実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態の気液接触器１０が備える構成及び形状については、一例であって変形可能である。第１伝熱管及び第２伝熱管として機能する伝熱管１２の数、形状、及び配置については変形可能である。図２に示される伝熱管１２の水平方向に沿って配置される列数、鉛直方向に沿って配置される段数、及び延伸方向に沿って配置される層数については変形可能である。伝熱管１２の形状は、異なっていてもよく、伝熱管１２内の熱媒４０が通る熱媒流路１２Ｆの形状が異なっていてもよい。複数の伝熱管１２は、必ずしも鉛直方向または水平方向に等間隔に配置されていなくてもよい。例えば、水平方向に対して所定の角度を成して、複数の伝熱管１２が一直線上に配置されていてもよい。隣接する伝熱管１２は、鉛直方向に沿う位置に配置されていなくてもよい。各伝熱管１２の延伸方向は、必ずしも平行でなくてもよく、ねじりの関係であってもよい。伝熱管１２の延伸方向は、直線状である必要はなく、気液接触部材１１を表面に接続できる範囲で変形できる。

気液接触部材１１の数、形状、及び、配置についても変形可能である。気液接触部材１１は、同じ形状の複数の第１気液接触部材１１１のみで形成されていてもよい。第１気液接触部材１１１と、第２気液接触部材１１２とは、伝熱管１２の延伸方向に沿って交互に配置されていなくてもよい。第１気液接触部材１１１と、第２気液接触部材１１２との数は同じでなくてもよいし、延伸方向に沿う長尺状の幅が異なっていてもよい。気液接触部材１１は、第１気液接触部材１１１と第２気液接触部材１１２とのいずれとも異なる第３気液接触部材を備えていてもよい。第１気液接触部材１１１の材質と、第２気液接触部材１１２の材質とが異なっていてもよい。気液接触部材１１は、親水性を有さない材質で形成されていてもよく、繊維状の材質で形成されていなくてもよい。

密閉式冷却塔１００及びリキッドデシカント５００に内蔵される気液接触器１０の配置については、変形可能である。例えば、図１に示されるファン２０の鉛直下方に気液接触器１０が配置さえてもよい。ファン２０が気液接触器１０に送る風の向きについても変形可能である。ファン２０は、図２に示されるように、水平方向に沿う流れ方向ＤＲで気液接触器１０に風を送らなくてもよく、例えば、伝熱管１２の延伸方向（Ｙ軸方向）に送風してもよい。また、ファン２０は、気液接触器１０から風を排出してもよい。具体的には、ファン２０がケーシング６０内の空気を外部へ排出する風の流れを生じさせる。この結果、気液接触器１０に向かって風が流れる。リキッドデシカント５００に用いられる液体調湿剤１１０は、塩化リチウムなど、周知の材質を適用できる。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

本発明は、以下の形態としても実現することが可能である。
［適用例１］
気液接触器であって、
管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第１伝熱管と、
前記第１伝熱管から鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置された第２伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第２伝熱管と、
長尺状の第１気液接触部材と、
を備え、
前記第１気液接触部材は、前記第１伝熱管のうち、前記第２伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置されている、気液接触器。
［適用例２］
適用例１に記載の気液接触器であって、さらに、
前記第１伝熱管から前記第２伝熱管よりも水平方向に離間して配置された第３伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第３伝熱管と、
長尺状の第２気液接触部材と、
を備え、
前記第２気液接触部材は、前記第３伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第３伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置されている、気液接触器。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の気液接触器であって、
第１伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第１気液接触部材が複数配置され、
第３伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第２気液接触部材が複数配置され、
前記第１気液接触部材と、前記第２気液接触部材とは、前記延伸方向に沿って交互に配置されている、気液接触器。
［適用例４］
適用例１から適用例３までのいずれか一項に記載の気液接触器であって、
前記第１気液接触部材は、親水性を有する繊維で形成されている、気液接触器。
［適用例５］
適用例１から適用例４までのいずれか一項に記載の気液接触器であって、
前記第１気液接触部材は、カーボンファイバーで形成されている、気液接触器。
［適用例６］
密閉式冷却塔であって、
適用例１から適用例５までのいずれか一項に記載の気液接触器と、
前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出するファンと、
前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内を流れる熱媒と、
前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管と、前記密閉式冷却塔が冷却する冷却対象とを接続して、前記熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部と、
前記第１気液接触部材に供給される冷却水を、前記第１気液接触部材の鉛直方向の上方まで輸送する冷却水ポンプと、を備える、密閉式冷却塔。
［適用例７］
リキッドデシカントであって、
適用例１から適用例６までのいずれか一項に記載の気液接触器を内蔵する除湿器と、
適用例１から適用例６までのいずれか一項に記載の気液接触器を内蔵する再生機と、
前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材とに供給される液体調湿剤と、
前記液体調湿剤を、前記除湿器と前記再生機との間で循環させ、前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材との鉛直方向の上方まで輸送する循環ポンプと、
前記除湿器に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する除湿器側ファンと、
前記再生機に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する再生機側ファンと、
前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内と、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内とを循環する熱媒と、
前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を冷却し、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を加熱するヒートポンプと、
前記除湿器と前記再生機との間で前記液体調湿剤の熱交換を行う熱交換器と、
を備える、リキッドデシカント。

１０，１０ｘ…気液接触器
１１，１１ｘ…気液接触部材
１２…伝熱管
１２Ｆ…熱媒流路
２０…ファン
３０…熱媒流路形成部
３１…熱媒流路
４０…熱媒
５０…ポンプ（冷却水ポンプ）
５１，５２…循環ポンプ
６０…ケーシング
６１…通気口
７０…配管
７１…水路
７２…冷却水
７３…散水口
１００…密閉式冷却塔
１１０…液体調湿剤
１１１…第１気液接触部材
１１２…第２気液接触部材
１２０…ヒートポンプ
１３０…熱交換器
１４０…除湿器側熱交換器
１５０…再生器側熱交換器
２００…除湿器
３００…再生機
５００…リキッドデシカント
１２１１～１２１５，１２２１～１２２５，１２３１～１２３５，１２４１～１２４５，１２５１～１２５５，１２６１～１２６５，１２７１～１２７５…伝熱管
ＣＳ…直交座標系
ＤＲ…方向
ＦＬ…鉛直面
ＯＢ…熱源（冷却対象）
ＯＬ…伝熱管の延伸軸
ＳＦ１～ＳＦ６…伝熱管の外周面

Claims (7)

1. 気液接触器であって、
   管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第１伝熱管と、
   前記第１伝熱管から鉛直方向及び水平方向にそれぞれ離間して配置された第２伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第２伝熱管と、
   長尺状の第１気液接触部材と、
   を備え、
   前記第１気液接触部材は、前記第１伝熱管のうち、前記第２伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置され、前記第１伝熱管の外周面および前記第２伝熱管の外周面に沿って折り返されて傾斜している、気液接触器。
2. 請求項１に記載の気液接触器であって、さらに、
   前記第１伝熱管から前記第２伝熱管よりも水平方向に離間して配置された第３伝熱管であって、管形状を有し、内側に熱媒が流れる熱媒流路を形成する第３伝熱管と、
   長尺状の第２気液接触部材と、
   を備え、
   前記第２気液接触部材は、前記第３伝熱管のうち、前記第１伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触し、かつ、前記第２伝熱管のうち、前記第３伝熱管と対向する外周面とは逆側の外周面に接触して配置されている、気液接触器。
3. 請求項２に記載の気液接触器であって、
   第１伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第１気液接触部材が複数配置され、
   第３伝熱管及び第２伝熱管の延伸方向に沿って第２気液接触部材が複数配置され、
   前記第１気液接触部材と、前記第２気液接触部材とは、前記延伸方向に沿って交互に配置されている、気液接触器。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の気液接触器であって、
   前記第１気液接触部材は、親水性を有する繊維で形成されている、気液接触器。
5. 請求項４に記載の気液接触器であって、
   前記第１気液接触部材は、カーボンファイバーで形成されている、気液接触器。
6. 密閉式冷却塔であって、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の気液接触器と、
   前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出するファンと、
   前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内を流れる熱媒と、
   前記第１伝熱管及び前記第２伝熱管と、前記密閉式冷却塔が冷却する冷却対象とを接続して、前記熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部と、
   前記第１気液接触部材に供給される冷却水を、前記第１気液接触部材の鉛直方向の上方まで輸送する冷却水ポンプと、を備える、密閉式冷却塔。
7. リキッドデシカントであって、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の気液接触器を内蔵する除湿器と、
   請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の気液接触器を内蔵する再生機と、
   前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材とに供給される液体調湿剤と、
   前記液体調湿剤を、前記除湿器と前記再生機との間で循環させ、前記除湿器が備える前記第１気液接触部材と、前記再生機が備える前記第１気液接触部材との鉛直方向の上方ま
   で輸送する循環ポンプと、
   前記除湿器に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する除湿器側ファンと、
   前記再生機に内蔵された前記気液接触器に向かって風を送る、もしくは前記気液接触器から風を排出する再生機側ファンと、
   前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内と、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内とを循環する熱媒と、
   前記除湿器が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を冷却し、前記再生機が備える前記第１伝熱管内及び前記第２伝熱管内に循環する前記熱媒を加熱するヒートポンプと、
   前記除湿器と前記再生機との間で前記液体調湿剤の熱交換を行う熱交換器と、
   を備える、リキッドデシカント。