JPH10506705A - 部屋を冷却するための方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空間１を冷却するために、冷却相の間、天井領域に取付けられた冷却部材３が凝固点以下まで、好ましくは−４０°Ｃ以下に冷却され、その結果、冷却部材に形成される凝縮液が急速に凍結する。空間１を使用していない再生相の間、冷却部材３の霜が取られ、凝縮物が冷却部材３の下方にある凝縮液トレー７で受けて、排出管８を介して排出される。また、温度差が激しい時でも、特に、仮の天井９を介して空間１と冷却部材３との間の間接的な放射熱交換によって、小さな冷却部材でもって強力な冷却が可能である。それに加えて、水蒸気が冷却部材３に堆積しかつ氷となってその部材に氷結するので、空間内の空気は乾燥している。

Description

【発明の詳細な説明】 部屋を冷却するための方法及びその装置 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念による部屋を冷却するための方法及び その方法を実施するための装置に関する。 この種の方法及び装置は、特に天井領域に配置されかつ通常は主冷凍ユニット で冷却された熱交換媒体が流される冷却部材を用いて部屋を冷却することが知ら れている〔例えば、H.Sokolean著、「可能な限り快適な空間を達成するための天 井冷却技術」（8/92，p．49-53，B+L Verlags AG，Schlieren スイス国）〕。こ の場合、冷却は、部屋内の空気と冷却部材の対流する熱との交換によって、特に 部屋内にある物体と冷却部材の直接的な放射熱の交換によって行われる。 そのような冷却部材の冷却能力は、その表面温度を露点以下に冷却してはなら ないという事実によって制限される。何故なら、通常部屋を使用している間の時 間と一致する冷却相の間、凝縮液が形成されるからである。露点以下に冷却し、 そして形成された凝縮液を凝縮液チャンネル或いはトレーを用いて排出すること が提案されているが（国際公開 91/13 294 号公報）、空調された部屋を使用し ている間に凝縮液が形成されることは、常に問題となりかつ望ましくないという ことは理解できるにちがいない。 また、ドイツ国特許公開第28 02 550 号明細書から乾燥及び冷却した空気のた めの装置が周知である。この装置では、空気がファンによって冷却部材越しに吸 い込まれ、この冷却部材は一時的に凝固点以下まで冷却され、そして短い再生相 の間、熱によって堆積した霜が溶かされる。しかしながら、そのような装置は、 空調されるべき部屋内で使用することには適しておらず、従って、強制的な対流 によって空気を運ばせることを必要とし、このことは望まないドラフトを生じさ せる。 通常広く存在する大気中の水分の露点は約１２°Ｃ〜１５°Ｃであるので、冷 却されるべき部屋に配設された従来の冷却部材において、仮に凝縮物の形成が避 けられるならば、その冷却部材の許容できる温度と、約２２°Ｃの所望の部屋温 度との差が非常に小さく、かつそれに相応して達成できる冷却能力は極めて低い 。結果として、非常に大面積の冷却面が必要とされ、このことは、比較的に高い コストを必要とし、そして内部の形状の自由度を制限する。 そこで、本発明の目的は解決策を提供せんとするものである。本発明は、請求 の範囲の特徴事項に記載したように、冷却部材の温度がもはや露点により制限さ れないような部屋を空調するための方法を提供する。その際、根底にある思想は 、空調された部屋を使用している時間に殆ど一致する冷却相の間、冷却部材に堆 積する凝縮液を急速に氷結し、その結果、凝縮水が形成されるという問題がない という程度まで、その冷却部材を冷却することにある。 一般に部屋が使用されていない時選択される再生相の間、凍結した凝縮物は溶け て排出される。 本発明によって達成される利点は、特に、冷却部材の温度が所望の温度と同じ くらい低く設定できるという事実と関連づけられる。結果として、たとえ空調さ れるべき部屋との熱交換が放射熱、即ち、自由な対流によって行われるとしても 、小さな冷却面であっても非常に高い冷却能力を得ることができる。さらにこの 作用は、氷が、赤外線領域における黒色の物体の放射特性に非常に近似した放射 特性を有し、そして冷却部材を凍結することが、空調された部屋内で直接或いは 間接的に物体と放射熱の交換を行うことにおいて完全に有利な作用を有している 。その結果、冷却部材を小さくすることができ、それによって、勿論コストも低 減でき、さらに、もはや内部形状に考慮されるべき要素として上述の制限された 役割をはたす必要はない。 それに加えて、今日までに提起された難点のさらなる問題の１つは、部屋を空 調する一般的な方法によって解決され、かつ単に部屋内の空気を交換することに よって処理できる。しかしながら、この問題は追加の設備を必要とし、形成され る望まないドラフトのリスクを伴う。 特に、人が密集して相当長い時間部屋を使用する場合、部屋内の空気の湿度が 急速に増加する。このことは不愉快なものとなり、しばしば窓を開放することに よってこの状況を改善しようと試みられる。しかし、窓を開放することは、夏時 期においては、外気中の高い湿気により問題をさらに悪化させることになる。最 終的に、外気中の高い湿気は、相対的に高い温度における冷却部材でさえも凝縮 液を形成する危険があり、さらに露点をモニターすることによって冷却装置が完 全にスイッチオフされる危険がある。その結果、最も緊急を要する時に冷却が中 断される。 これに対して、本発明による方法では、大気中の水分は、冷却部材で凝縮液を 氷結することによって凝結される。その結果、部屋内の空気は乾燥したままであ り、部屋内の状態を相当快適にし、上述した種の難点を全く生じさせない。 以下に、代表的な実施形態を示すにすぎない図面を参照して本発明を詳細に説 明する。 図１は、本発明による方法によって空調される部屋を概略的に示す断面図であ り、 図２ａは、本発明による方法を実施するための本発明による装置の第１実施形 態を示す平面図であり、 図２ｂは、図２ａの装置のＢ−Ｂ線に沿った横断面図であり、 図３ａは、本発明による方法を実施するための本発明による装置の第２実施形 態を示す平面図であり、 図３ｂは、図３ａの装置のＢ−Ｂ線に沿った横断面図であり、 図４ａは、本発明による方法を実施するための本発明による装置の第３実施形 態を示す平面図であり、 図４ｂは、図４ａの装置のＢ−Ｂ線に沿った横断面図である。 空調すべき部屋１（図１）は、人及び機器のような熱放射物を有し、この熱放 射物は、孔が設けられた天井２を通して冷却装置と熱を交換する。この冷却装置 は、少なくとも１つの冷却部材３と凝縮液トレー７とを備え、冷却部材３は、供 給ライン４と還流ライン５とを介して直接或いは間接的に冷凍ユニット６に接続 されている。また、垂直方向において冷却部材３の下方に配設された凝縮液トレ ー７は、冷却部材より僅かに大きな表面積を有し、かつ排出管８を備えている。 冷却装置は孔が設けられた天井２の上方に配設されている。 しかしながら、例えば凝縮液トレー７を天井２と一体化し、天井パネルと置き 換えることも可能である。特に冷却部材から約２０〜３０ｃｍの間隔を置いて冷 却装置の上方に、コンクリート或いはプラスター製の天井或いは中間天井９が形 成されていることが好ましい。 冷却相の間、冷却部材３は凝固点以下まで、少なくとも−５°Ｃに冷却される 。しかし、冷却部材３をこの温度以下よりもはるかに低い温度まで、例えば−４ ０°Ｃに冷却することが好ましい。通常は、冷却後まもなくすると、凝縮液が冷 却部材３上に落ち、この凝縮物が直ちに氷になり、凝結する。部屋１の冷却は、 主に、中間天井９を介して放射熱の交換によって行われる。凍結した冷却部材が 、赤外線領域における理想的な黒色の物体に非常に近似しかつ中間天井９から放 射する放射熱を高い効率で吸収するので、中間天井９は直接的な放射熱交換によ り凍結した冷却部材で強力に冷却される。冷却部材自体は、その温度が非常に低 いため、中間天井９に向けて熱をあまり放出しない。 他方で、中間天井９は、孔が設けられた天井２を通して部屋１、特にこの部屋 １内の熱放射物と放射熱を交換し、熱放射物から放射される放射熱の一部を吸収 する。孔が設けられた天井２自体は、その温度が低いため、その天井２が吸収す る熱よりも少ない熱を放射する。中間天井９に到達した放射熱の一部は勿論反射 し、そしてその一部は冷却部材３によって吸収される。凝縮液トレー７もまた、 冷却部材３と交換した放射熱によって冷却され、凝縮液トレー７自体は、部屋１ と交換した放射熱によって部屋１を冷却することに役立つ。しかしながら、通常 、凝縮液は凝縮液トレーの下側に形成されるので、凝縮液トレー７の外側の温度 を露点まで下げてはいけない。図１において、放射による熱交換を直線の矢印に よって示す。 それに加えて、部屋１の対流よる熱の交換が行われる。この熱交換は、特に中 間天井９と行われ、冷却装置とも直接的に行われる。図１において、上昇する温 かい空気を実線の曲線の矢印で示し、下降する冷たい空気を破線の曲線の矢印で 示す。しかしながら、対流は、単に二次的な役割を果たす。 冷却部材３と、６０°の温度に達する部屋１との大きな温度差のため、周知の ごとくＴ⁴の法則に従う放射熱交換の冷却効果は非常に高い。結果として、小さ な冷却部材３でさえも強力な冷却効果を達成できる。さらに、過剰の大気中の湿 気が冷却部材３上に結露し、そして氷になるので、部屋１内の空気はいつでも、 比較的に乾燥している。これにより、最も快適な部屋の状態が、他の手段なしに 生じる。 長い冷却相の間、比較的に大量の氷が冷却部材上に凝結する。この氷は、再生 相の間溶かして排出しなければならない。通常この再生相は、部屋１が使用され ていない間に行われる。通常、氷を溶かすことは冷凍ユニットを止め、冷却部材 ３上に堆積した氷を周辺の大気と熱交換することによって溶かすことで十分であ る。しかし、冷却部材３を加熱することによって急速に再生することも可能であ る。溶かされた水は凝縮液トレー７によって受けられ、そして排出管８を経て排 出される。氷が完全に溶けた後で、或いは氷が部分的に溶けた後でも、冷却装置 は再び使用することができる。 冷却装置の第１実施形態（図２ａ，ｂ）では、冷却部材３は鋼板製の蒸発器と して形成されている。この部材は、断熱された供給ライン４と同様な還流ライン を介して冷凍ユニット６に接続されている（図１）。この場合、冷凍ユニットは 凝縮器として形成されている。液状の冷媒、例えばフレオンは、供給ライン４を 通して蒸発器内に案内され、この供給ライン４と還流ライン５を接続する蛇行し た通路１０内で蒸発し約−４０°の温度に冷却部材を冷却する。蒸気は還流ライ ン５を通って冷凍ユニット６に戻り、そしてそこで熱を奪われて凝縮される。 冷却部材３の下方に配設された凝縮液トレー７は、鋼製の外側シュル１１と、 の外側シュル内に挿入された内側シュル１２とを備えている。外側シュルの外面 には、そこでよく吸収するために粉体塗装が施されている。また、内側シュル１ ２は、ポリウレタン、石綿或いは低熱伝導性のその他の材料からなっている。内 側シュルの内側には、反射性の金属フォイルからなるライニングが設けられてい る。上述したような構造とすることで、一般に凝縮液トレー７の外面が露点以下 に冷却されるとが防止される。これらの措置では十分でない場合、外側シュル１ １に僅かな熱を加えてもよい。凝縮物の排出を容易にするために、凝縮液トレー ７は、排出管８の方向に僅かに傾斜している。 中間天井９を介して部屋１との冷却部材３の放射熱交換を促進するために、冷 却装置が、中間天井の下方に間隔を置いて配設されている。冷却部材３の上方に 位置する中間天井９部分は、その冷却部材と放射熱交換することによって強力に 冷却され、そしてその部分自体は、放射熱交換によって部屋１を冷却する。この 効果は、中間天井９における熱伝導によって助長される。中間天井９との放射熱 交換は、（少なくとも、未だ氷が形成されていない冷却相の初期相において）冷 却部材３がその表面によく吸収する塗装を備えていることによってさらに促進さ れる。これに対して、凝縮液トレー７の方向を向いた冷却部材の下面は、特に反 射するように形成されている。 冷却装置の第２の実施形態では（図３ａ，ｂ）、冷却部材３がＵ字形に曲げら れた鋼製の管として形成されており、この管を通って冷凍ユニット６（図１）内 で約−４０°の温度に冷却された塩水が案内される。中間天井９との放射熱交換 を強めるため、鋼製の管１３はその上面に鋼プレート１４を支持し、このプレー トに鋼製の管が溶接されている。この鋼プレートの上面を艷消し黒色で被覆する ことができる。 凝縮液トレー７は、基本的に第１の代表的な実施形態による構造と同じである が、しかし、この凝縮液トレーは、その長手方向に平行に延在する旋回可能なス ピンドル１５に固定されている。従って、凝縮液トレーは、冷却部材３の下方の 位置から約９０°（矢印）まで側方に旋回できる。その時、冷却部材３は露出し 、部屋１内の物と直接放射熱交換を行うことができる。これにより、例えば冷却 相の初期に過熱された部屋を冷却する時に望まれるような、著しく強力な冷却作 用が達成できる。凝縮液トレーの旋回の間、どんな残余の凝縮液も流れ出ないよ うに、凝縮液トレー７の縁部は僅かに湾曲している。 冷却装置の第３の実施形態において、凝縮液トレー７は、例えば椀形の浅いシ ェルとして形成されている。冷却部材３は銅製の管の一部分で形成され、この管 の一部分は２重の渦巻体１６を形成するように曲げられ、そして凝縮液トレー７ の中央部において断熱性の供給ライン４及び同様な還流ライン５に移行する。２ 重の渦巻体１６は外側の端部に通気弁を備えていてもよい。銅製の管１６の端部 には、迅速操作可能な２つのカップリング１８を介して同種の断熱性のホース１ ９が連結されている。このホースは、管１７内を通って、床２０とコンクリート 基礎（図示せず）と間に位置する床空洞部２１に案内され、固定に敷設された管 に連結されているこの管は、冷凍ユニット６（図１）との接続を行ない、冷媒と しての塩水或いはグリコールを案内する。凝縮液トレー７の中央部にはフィルタ ー２２が設けられ、このフィルター２２には溶けた水用の排出管８が接続されて いる。この排出管８は収集タンク２３まで通じている。凝縮液トレー７は、原理 的には、第１実施形態と同じ構造に形成されている。しかしながら、このトレー は、照明部材、即ち反射板の上方で回動する、間接的な照明のための蛍光管２５ を支持している。勿論、付加的な照明部材を直接的な照明のために設けていても よい。 管１７は、それを取囲むベースプレート２６と共にスタンド２７を形成し、こ のスタンドは冷却部材３と凝縮液トレー７とを支持する。ベースプレート２６は 、その下側において床部材２８を担持し、この床部材は、それを例えば通常の床 部分と置き換えて、床２０の種々な位置に使用することができる。ベースプレー ト２６の幾分上方において、管１７が僅かな開口部２９を有している。この開口 部はカバーによって閉鎖可能であり、その背後には、迅速操作可能なカップリン グ１８と収集タンク２３が位置する。 この実施の形態では、冷却装置を他の場所に移動することが、迅速操作可能な カップリング１８を開放し、床部材２８を備えたスタンド２７を床２０から持ち 上げ、そして普通の床部材と取り代えることで非常に容易に可能である。その結 果、冷却装置は床の他の位置で使用でき、再び迅速操作可能なカップリング１８ を介して断熱性のホースに連結され、このホースは固定に敷設された管との接続 を行う。このことは、単一の冷却装置を、例えば１つの作業位置に割り当て、そ して必要な場合にはこの作業位置と共に冷却装置を移動する可能性を提供する。 その場合、可能な限り広く部屋全体を冷却することが必要ではなく、作業位置付 近を快適な気温にするために、比較的にコストを低減し、どんな環境の下でもエ ネルギーの消費を十分に低減することを可能にする。実施例で言及したように、 作業位置の照明は冷却装置内に同時に組み込まれ、この様式で作業位置冷却機と して形成される。冷却装置のコンパクトな形状によって、本発明による方法が提 供する高い冷却能力の特に有利な様式で使用される。 上述した形態は、さまざまな方法で変形することができる。例えば、収集タン ク２３の代わりに、さらに高速操作できるカップリングを備えることができ、こ のカップリングは排出管を別のホースに連結し、また、中空床内に設けられた凝 縮物排気管に連結されている。 凝縮液トレーには、空間における冷却効果の分散を促進するために、冷却部材 或いは熱放射用の偏向板の上方に配設された、固定されかつ調整可能な反射板が 設けられており、また、照明のために偏向部材を設けることも可能である。 さらなる変形例は、冷却部材としての２重の渦巻体１６の代わりに蒸発器或い はペルチェ素子を使用することである。このペルチェ素子は、（特に、収集タン クが溶かされた水のために使用され、時折このタンクを空にさせる必要がある場 合に）冷却部材を冷凍ユニットに連結するための供給ライン４及び還流ライン５ をホースによって部分的に製造することを必要とせず、そしてこのラインの全部 または一部をケーブルとして形成し、さらに、電気分野における差込み継手に類 似した差込み継手によって適当な冷却設備に接続することを可能にする。この冷 却設備は、例えば各部屋に熱交換器を備えており、この熱交換器から、１つ或い は多数のペルチェ素子によって発生した熱が冷媒を用いて冷凍ユニットに運ばれ る。この場合、スタンドは平坦な基部を備えることができ、その結果、冷却装置 は、スタンドランプのように部屋内で自由に位置を変えることができる。 冷却部材としてペルチェ素子の使用は、作業位置可変式冷却機の場合には特に 有利であるが、勿論、固定式冷却装置の場合にも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ， ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．部屋（１）の内部に配設された、少なくとも１つの冷却部材（３）を用い て部屋（１）を空調するための方法において、 冷却相と再生相とを交互に行い、その際、冷却相の間、冷却部材（３）に形成 される凝縮液が凍結するように、冷却部材の温度を調節し、そして再生相の間、 冷却部材に凍結した凝縮物が溶けるように、冷却部材の温度を調節することを特 徴とする、部屋を空調するための方法。 ２．再生相の間、溶けた凝縮液を受けて排出することを特徴とする、特許請求 の範囲第１項に記載の方法。 ３．冷却相の間、冷却部材（３）の温度をせいぜい−２度の温度に設定するこ とを特徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の方法。 ４．再生相の間、冷却部材（３）のスイッチを切ることを特徴とする、請求の 範囲第１項から第３項までのいずれか１つに記載の方法。 ５．冷却部材（３）を、冷却すべき部屋（１）の天井領域に配設することを特 徴とする、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１つに記載の方法。 ６．冷却すべき部屋（１）と冷却部材（３）との熱交換を、主として、冷却部 材（３）の上方に位置する表面領域を介して放射熱交換によって行うことを特徴 とする、請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載の方法。 ７．冷却部材（３）と凝縮液トレー（７）とを備え、この凝縮液トレーが、垂 直方向において冷却部材の下方に配設されている、請求の範囲第１項から第６項 までのいずれか１つに記載の方法を実施するための装置において、 凝縮液トレー（７）の外面が、冷却部材（３）の方向を向いたその内面に対し て断熱されていることを特徴とする装置。 ８．凝縮液トレー（７）の外面が、熱を吸収するように形成されていることを 特徴とする、請求の範囲第７項に記載の装置。 ９．凝縮液トレーの（７）内面が、熱を反射するように形成されていることを 特徴とする、請求の範囲第７項または８項に記載の装置。 10．冷却部材（３）の上面が熱を吸収するように形成され、凝縮液トレー寄り の下側が熱を反射するように形成されていることを特徴とする、請求の範囲第７ 項から第９項までのいずれか１つに記載の装置。 11．凝縮液トレー（７）の少なくとも一部が、冷却部材（３）の下方に垂直に ある領域から外へ旋回できるか或いは移動できることを特徴とする、請求の範囲 第７項から第１０項までのいずれか１つに記載の装置。 12．冷却部材（３）と凝縮液トレー（７）とがスタンド（２７）に支持されて おり、このスタンドが床（２０）に支持可能であることを特徴とする、請求の範 囲第７項から第１１項までのいずれか１つに記載の装置。 13．冷却部材（３）が、少なくとも１部が可撓性の材料からなる、供給ライン （４）と還流ライン（５）とを介して冷凍ユニット（６）に連結されていること を特徴とする、請求の範囲第７項から第１２項までのいずれか１つに記載の装置 。 14．冷却部材が管、蒸発器或いはベルチェ素子として形成されていることを特 徴とする、請求の範囲第７項から第項までのいずれか１つに記載の装置。