JPH03500923A - 間接蒸発式ガス冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 間接蒸発式ガス冷却装置 技術分野 本発明は、冷却すべきガスが液体冷媒と直接接触する間接蒸発式の熱交換装置に 関する。

先行技術 上述した型式の熱交換器では、熱は、主空気流と呼ばれるガス流から装置の隔壁 を通して抽出され、補助空気流と呼ばれる第２のガス流内で蒸発によって冷却さ れる液体に伝達される。冷却源は、熱交換器の壁に薄膜として、或いはこの壁に 取り付けられた毛細管多孔質材内に存在する蒸発液である。主空気流は、防湿材 料で作られた壁で構成された、乾ダクトと呼ばれるダクトすなわち通路に沿って 流れ、一方、補助空気流は、例えば水を含浸した毛細管多孔質材料で作られた薄 層をもつ壁によって形成され、それゆえ湿ダクトと呼ばれるダクトに沿って流れ る。

現状の技術では、主空気流及び補助空気流を互いに直角な方向にそれぞれ流入さ せるための２つの入口継手と、主空気流及び補助空気流を流出させるための２つ の出口継手とをもつシェルを備えた、ガスの間接蒸発冷却熱交換器が知られてい る（ＵＳ、　Ａ。

２、９９０．６９６　）。複数の乾ダクトと湿ダクトが、熱交換シェル内に、互 いに直角に配置されて設けられている。乾ダクトは主空気流を通すように設計さ れる一方、湿ダクトは、補助空気流を通すようになっているとともに、濡れ性の 毛細管多孔質材料を含み、この濡れ性の毛細管多孔質材料は、この材料の層内に 補助空気流を通すように湿ダクトの壁に配置するか、又はダクトの中心に配置す るのがよく、それにより、ダクトの壁と濡れ性の毛細管多孔質材料の間に補助空 気流を通すようにしている。説明中の熱交換器はる。前述したことから、この熱 交換器は、熱伝達材料の直交流れパターンを利用することになる。熱伝達材料の 上記流れパターンは、他の情況が等しければ、向流の流れパターンと比較して、 伝達される熱量が少ないことが、当業者に一般に知られている。更に、この場合 、主空気流と補助空気流の別々の流入及び流出が用いられる。このことは、熱交 換器の構成を大変複雑化する。

主空気流と補助空気流を混合したガス全体を流入させるための入口継手と、主空 気流及び補助空気流をそれぞれ流出させるための出口継手とをもつシェルを備え た、ガスの間接蒸発冷却熱交換器も知られている（ＳＵ、　Ａ、　４０７，５１ ９　）。シェルは、濡れ性の防湿材料から成る多数の湿ダクトを備え、このダク トは、互いに平行にかつ連通して配置されている。この装置はまた、毛細管多孔 質材料を濡らすようになった液体を供給する手段を有する。

より詳細には、この知られた装置は、互い違いの面を備える、連続的に配置され た多数の板を有し、それらは対になって防湿材料、すなわち前記板の材料から乾 ダクトを構成し、そして湿ダクトは、毛細管多孔質材料を被覆した同じ面で形成 される。入口継手の側で、湿ダクトは、補助空気流用の出口継手と連通し、鉛直 壁によって閉じられ、この鉛直壁は、使用済の補助空気流を、シェルの頂部分に 配置された出口継手に案内し、一方、出口継手の側で、湿ダクトは乾ダクトと連 通している。毛細管多孔質材料を濡らす液体を供給する手段は、実際は、シェル の底部分に配置された、水を満たしたトレーである。毛細管多孔質材料は、毛管 吸収によって、トレーからの水で濡らされる。

この装置の作動は次のとおりである。乾ダクト内へ強制ファン送風を行うとすれ ば、共通の空気流となる。空気流は、次いで、乾ダクトの出口で、消費物に供給 される主空気流と補助空気流とに分割され、補助空気流は、出口継手によって与 えられる空力抵抗により、湿ダクトに沿って向流をなして差し向けられる。乾ダ クトを形成する板の面の間を通る空気流は、その含水量を変化させることなく冷 却される。この場合に利用される向流のガスの流れパターンにより、伝達される 熱量を増大させることができる。

しかしながら、この装置において、互い違いのスリット形の乾ダクトと湿ダクト を形成する、連続的に配置された多数の板を使用することは、上記ダクトの相互 間の配置を制限し、すなわち乾ダクトと湿ダクトの熱伝達面積の比率を変えるこ とは不可能となる。

この装置は、乾ダクトの表面積と湿ダクトのそれが等しいことを特徴とするが、 それにより冷却工程をさらに強化することが妨げられる。更に、この装置は、主 空気流の出口継手の側に、全体空気流の効率的な分割に必要な空力抵抗を増大さ せるための装置が設けられていないので、その出口において一体空気流を主空気 流と補助空気流に効率良く分割することができない。

発明の開示 本発明の基本的目的は、装置内の乾ダクトと湿ダクトの相互に制限のない配列に より、かつ前記ダクトの種々の形状により、冷却効率が高められる間接蒸発ガス 冷却装置を提供することである。

上記目的は、全ガス流用の入口継手と、主ガス流用の出口継手と、主ガス流に対 して向流に流れる補助ガス流用の出口継手とを有するシェルと、濡れ性の毛細管 多孔質材料で作られた複数の湿ダクトと、防湿材料で作られた複数の乾ダクトと を備え、乾ダクトと湿ダクトはシェル内に設けられかつ主ガス流の出口継手の側 で連通しており、更に毛細管多孔質材料を濡らす流体を供給する手段を備える間 接蒸発ガス冷却装置において、本発明によれば、多孔質固形物内に構成され、一 方乾ダクトは本質的に管であり、肢管の端部は入口継手の側で毛細管多孔質固形 物を越えて延び、かつ該端部は使用済み補助ガス流を流出させるための出口継手 と連通したチャンバを構成するように毛細管多孔質固形物からある間隔をへだて た管板に固着される。

、本装置のそのような組立構成により冷却効率が増大する。濡れ性の毛細管多孔 質固形物をシェル内に有する事により、乾ダクトと湿ダクトの制限のない相互配 列、並びに前記ダクトの自由な形状、特に管状断面を可能にする。これにより、 広い範囲で乾ダクト面と湿ダクト面の領域の比率を調整することができ、従って 例えは、乾ダクト内の熱伝達工程の強さは、湿ダクト内の強さよりも低いので、 乾ダクトの領域が湿ダクトの領域を実質的に越えてもよい。

管の突き出した端部の各々の長さが、乾ダクトの長さの０．０３倍から０．１５ 倍に等しいことが都合良い。

図面の要約 以下は、添付図面によって示された本発明の特定の例示の実施例の詳細な説明で あり、同じ構成部品を同じ参照番号で示している。

第１図は、間接蒸発ガス冷却装置の略断面図であり、第２図は、第１図の線■− Ｈにおける断面であり、第３図は、提案した装置の乾ダクトの別の実施例である 。

本発明の好ましい実施例 第１図から明らかなように、間接蒸発ガス冷却装置は入口継手２と２つの出口継 手３．４とを有するシェル１からなる。入口継手２は、例えばプロアファンによ って作られた全ガス流の流入側路面積を減するようになった調整可能なダンパ５ を有する。シェルの頂部部分に設けられた出口継手４は、主ガス流に対して向流 で流れる使用済み補助ガス流を大気中に流出させるためのものである。

第１図と第２図に示すように、シェルＩは濡れ性の毛細管多孔質固形物６を有し 、この毛細管多孔質固形物６内に複数の湿ダクト７と乾ダクト８が設けられ、前 記ダクト７と８は、出口継手３の側で相互に連通している。

本発明のこの実施例では、乾ダクト８は防湿材料で作った管９によって構成され 、濡れ性の毛細管多孔質固形物６内に挿入されている。しかし、第３図に示す別 の実施例では、乾ダクト８を溶解防湿層１０で形成してもよい。材料の気孔率は 溶解防湿層１０からの距離に直接比例してあらかじめ調整された普通の気孔率ま で増大する。固形物６を越えて延びた乾ダクトの端部は、管Ｉｔによって構成さ れている。

濡れ性の毛細管多孔質固形物をシェル１内に有する事により、前記ダクトの非制 限的な配置とその形状を変化させる可能性によって乾ダクトと湿ダクトの熱伝達 領域の比率を変化させることができる。ダクト７及び８は、種々の横断面形、特 に管状形を有してもよい。

濡れ性の毛細管多孔質固形物６を、例えば、繊維、粉末、或いは同様の粒子で作 ってもよい。固形物６を構成する粒子は、互いに付着していても、付着していな くても良い。それゆえ、濡れ性の毛細管多孔質固形物を、ガーゼ状、セラミック 、織物、フェルト、厚紙、種々の充填材、焼結繊維、焼結粉末、その他で作って もよい。濡れ性の毛細管多孔質固形物６は、浸透可能であるべきであり、すなわ ち閉鎖した空孔、即ち出口のない空孔がなく、かつこの固形物６は毛細管ノＪに よって、濡れ性の液体を適当な高いレベルまで持ち上げるために設けられ、この レベルは、装置の全体の鉛直高さを決定する。固形物６をばらばらの粒子を用い て構成するときに、適当な剛性と浸透可能な壁を有するガーゼやネットのような 、挿入物で作るべきであることを考慮すべきである。

第１図に示す毛細管多孔質固形物６は、端面１２．１３に硬い構造体を形成した 焼結金属繊維材料で作られる。しかし、乾ダクト８と湿ダクト７の表面積の比率 を付加的に変化させる目的で、上述した表面を任意の自由な形状、例えば、ダク トの長さを変化させて、前記表面を階段状にしても良い。その上、毛細管多孔質 固形物を、砂、ガラスピーズ、等のようなばらばらの粒子で構成するときに、固 形物６を境界付けする端部格子を用いるのが都合良い。

乾ダクト８を、（最小の流体抵抗を有する）繊維又は粉末によって構成された、 高気孔率材料（図面で省略）で充填してもよい。

これにより、ダクト内の熱伝達を一層高くすることができる。熱伝達工程の強化 は、前記材料の部分を作る繊維及び粉末の熱伝導率を高めることによって、並び に材料の粒子間の接触及びこれらの粒子とダクト壁との間の接触をよくすること によって、増大する。結果として、乾ダクトを満たした多孔質材料の熱伝導率が 増大する。乾ダクト内の熱伝達工程は、周知の仕方、例えば溝やスロットを作る ことによりダクト８の内表面を大きくすることによって、増大する。

濡れ性の毛細管多孔質固形物６の使用により、濡れ性流体を供給する手段から、 湿ダクト７の蒸発面まで供給される流体の輸送が行われる。第１図及び第２図に 示すように、本発明の特定の実施例における濡れ性流体を供給する手段として、 水で満たしたトレー１４が用いられ、ここに、毛細管多孔質固形物６の底部分が 沈められる。トレー１４は、固形物６の毛細管に水を供給するための開口部１５ を有する。濡れ性流体を供給する他の任意の手段をトレー１４の代わりに用いて も良いことは明らかであり、例えば、湿ダクトの蒸発面に流体の供給を行う注水 手段を用いることもできる。その上、他の容易に蒸発可能な流体を水の代わりに 用いてもよい。

第１図かられかるように、管板１６がシェルｌ内に設けられ、この管板１６に管 ダクトを形成する管９の突き出した端部が保持されている。管板１６は、濡れ性 の毛細管多孔質固形物６の境界１２から幾分間隔をへだでている。すなわち、使 用済み補助ガス流を流出させるためのチャンバ１７が管板１６と境界１２の間に 構成され、前記チャンバ１７は共通ガス流の予備冷却を行い、かつ流入した共通 ガス流と使用済み補助ガス流とが混合しないようにする。

上述した実施例と違い、第３図は、管板１６に乾ダクト８の延長端を形成した管 １１を固着させた装置の構成である。このように、管１１の各々は、チャンバ１ ７内に実質的に位置決めされ、管１１の一端が濡れ性の毛細管多孔質固形物６に 固定され、一方他端が管板１６に固定される。

チャンバ１７に位置決めされた管９の部分及び管１１を濡れ性の毛細管多孔質材 （図で省略）で被覆すると、予備冷却の強度が増大することが当業者に普通に知 られている。

チャンバ１７に位置決めされた管９の各々の延長部分の長さ、及び各々の管１１ の長さは（第１図及び第３図に示すように）、それぞれの管ダクト８の長さの０ ．０３倍と０．１５倍の範囲内に等しいのが好ましい。すなわち、濡れ性毛細管 多孔質固形物６の端１２と管板Ｉ６の間の距離が、同じ制限内にあるのが好まし い。

前記距離の変化範囲は、熱伝達及び物質移動の効率及び使用済み補助空気流によ って起こる空力抵抗の理由により、最適範囲である。設計で見積もり、実験でわ かったことは、前記距離の長さが乾ダクト８の長さの０．０３倍より小さいと、 空力抵抗が非常に増大し、これは結果として、補助空気流の流量を減じ、それゆ え装置の冷却効率を大幅に減少させ、かつ動力消費を増大させることである。逆 に、前記距離の長さが乾ダクト長の０．１５倍を越すと、ダクト８と７に沿う向 流流れ内に発生する蒸発冷却工程の効率が実質上域じられ、これは又装置の冷却 効率に悪影響を及ぼす原因となる。前述の範囲内にはいる前記距離の最適長さは 、装置の構造的特性及び性能特性に応じてすべての特定の場合に見出されるべき である。

前述した間接蒸発ガス冷却装置は以下のように作動する。全ガス流が、プロアフ ァン（図面で省略）の助けで、入口継手２を通して乾ダクト８に押し込まれる。

チャンバ１７に設けられた管９の部分を通過する際に、全空気流は予備冷却され 、これは湿ダクト７からチャンバ１７に入る補助ガス流との熱交換により起こる 。

次ぎに、予備冷却された全ガス流は、濡れ性の毛細管多孔質固形物６内の乾ダク ト８に沿って流れる際に、更に冷却される。ここで、乾ダクト８の外面は、濡れ 性の毛細管多孔質固形物６と接触状態にあり、この固形物６はトレー１４内に存 在し開口部１５を通して前記固形物の毛細管に供給された水で濡れている。かく して、管９の出口で、全ガス流は含水量を変化させることなく露点まで冷却され る。ここで、全ガス流は、２つのガス流、すなわち主ガス流と補助ガス流に分割 される。上述した全ガス流の２つのガス流への効率的分割は、出口継手３の側の 空力抵抗の増大により確保され、この空力抵抗の増大は継手３の通路面積を減じ る調整可能なダンパ５によって行われる。調整可能なダンパ５を備えることによ り、主ガス流と補助ガス流の比率を変化させることができる。主ガス流は出口継 手３を通して消費者に差し向けられ、一方補助ガス流は湿ダクト７に案内され、 この湿ダクト７に沿って前記補助ガス流は全ガス流に対し向流に流れる。補助ガ ス流が湿ダクト７に沿って流れると、管９に沿って通過する全ガス流と、ダクト ７に沿って主ガス流に対して向流に通過する補助ガス流との間に表面熱伝達・物 質交換工程が起こり、前記工程は管９の熱伝達面及び物質移動面と、ダクト７を 形成する濡れ性の毛細管多孔質固形物６の表面とを通して進行する。前記工程の 結果として、全ガス流は含水量を変化させずに露点まで冷却され、一方補助ガス 流は（主ガス流からの熱回収によって）加熱され、かつ（濡れ性の毛細管多孔質 固形物６からの水分蒸発によって）湿める。この場合に、ダクト７の出口の補助 ガス流の温度は、流入する全ガス流の温度よりも伝熱により幾分低く、一方補助 ガス流の相対湿度はほぼ１００％である。補助ガス流のこれらのパラメータは、 冷却能力の観点から重要である。これは、そのようなパラメータを有する補助ガ ス流が、大気中に流出される前に、周囲温度を有する流入した全ガス流と表面熱 交換を行うためのチャンバ１７に流入するからである。補助ガス流の残りの冷却 能力の最も効率的利用のために、チャンバ１７内の補助ガス流の方向を９０度変 化させることによって、補助ガス流を全ガス流と熱交換のために差し向け、これ により前記ガス流の激しい乱流を確保する。この場合に、熱交換ガス流の前述し たパラメータで、管９の外面の有効熱伝達係数は２倍或いは３倍に増大する。そ のような要素により、熱伝達量を増大させることが可能であり、これは結果とし て、濡れ性の毛細管多孔質固形物６内に配置された乾ダクト内の最終冷却の前に 全ガス流の予備温度を下げる。これにより、熱交換器の熱負荷をある程度低減さ せることができ、かくして、ガス冷却効率を増大させる。

ここに提案した装置の多くの性能上・構成上の特徴を実質的に改善することが可 能になることに気付くべきである。例えば、チャンバエフ内の補助ガス流の流れ 方向を９０度変化させ、かつその補助ガス流を出口継手４を通して大気中に流出 させるために上方に差し向けることによって、補助空気流から落ちる水の一層効 率的分離を成し遂げることが可能になる。これにより、提案した熱交換器におけ る水消費を相当に減じることが可能となり、これは又、冷却効率を高めるのに寄 与する。

かくして、ここに提案した間接蒸発ガス冷却装置は、冷却効率の相当な増大に役 だち、主ガス流の実質的温度の低下が付加動力の消費なしに達成される。その上 、提案した装置の性能上・構造上の特徴は、水の消費が減り、熱交換ガス流の流 入及び分割のための一層合理的な状態の提供により改善される。

産業上の適用性 ここに提案した間接蒸発ガス冷却装置は、住宅設備及び製造構内、並びに輸送装 置の運転室及び乗客室の空調設備における空気冷却に適用することができる。

国際調！報告

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．全ガス流用の入口継手（２）と、主ガス流用の出口継手（３）と、主ガス流 に対して向流に流れる補助ガス流用の出口継手（４）とを有するシェル（１）と 、前記シェル（１）内に設けられ濡れ性の毛細管多孔質材料で作られた複数の湿 ダクト（７）と、防湿材料で作られた複数の乾ダクト（８）とを備え、乾ダクト と湿ダクトは主ガス流の出口継手（３）の側で連通しており、更に毛細管多孔質 材料を濡らす流体を供給する手段を備える間接蒸発ガス冷却装置において、湿ダ クト（７）と乾ダクト（８）のそれぞれは、シェル（１）内に配置された毛細管 多孔質固形物（６）内に構成され、一方乾ダクト（８）は本質的に管（９）であ り、該管（９）の端部は入口継手（２）の側で毛細管多孔質固形物を越えて延び 、かつ該端部は使用済み補助ガス流を流出させるための出口継手（３）と連通し たチャンバ（１７）を構成するように毛細管多孔質固形物（６）からある間隔を へだてた管板（１６）に固着される、ことを特徴とする間接蒸発ガス冷却装置。
2. ２．管（９）の突き出した端部の各々の長さが、乾ダクト（８）の長さの０．０ ３倍から０．１５倍に等しい、ことを特徴とする、請求の範囲第１鋼に記載の装 置。