KR100461934B1

KR100461934B1 - 유체냉각과기체제습냉각방법및장치

Info

Publication number: KR100461934B1
Application number: KR10-1998-0703383A
Authority: KR
Inventors: 토시미 쿠마; 쯔토무 히로세; 유키토 카와카미
Original assignee: 가부시키가이샤 세이부 기켄; 쿠마 치에코
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 2005-05-17
Also published as: KR19990067373A; CN100378425C; AU7505596A; AU708106B2; WO1997017586A1; CN1201516A

Abstract

직교흐름형 또는 대향흐름형인 열교환기(3)의 한쪽 작은 투과구멍군(4)에, 물 등의 휘발성 액체의 증기로 포화시키는 동시에 분무상태의 미세한 물 등의 휘발성 액체의 미립자를 대량으로 부유시킨 기체흐름(Aa)을 보내고, 냉각할 유체(B)를 다른 작은 투과구멍군(5)에 통과시켜서, 기체흐름(Aa)과 유체(B)의 사이에서 현열교환이 이루어져, 기체흐름(Aa)의 온도상승에 따라 기체흐름(Aa)중에 부유하는 휘발성 액체의 미립자가 기화하고, 그 기화에 따라 유체(B)가 냉각되도록 한다.

기체흐름(Aa)중에 부유하는 휘발성 액체의 미립자로서 물을 사용하면, 적은 비용으로 다량의 냉풍을 공급할 수 있고, 휘발성 액체의 미립자로서 메탄올 등의 끓는점이 낮은 액체를 사용하면 냉각온도를 낮출 수 있다.

Description

유체 냉각과 기체 제습냉각 방법 및 장치

본 발명은 유체, 예를 들어, 공기와 공기 또는 액체와 기체의 열교환에 의한 유체의 냉각방법 및 장치, 그리고 그 응용으로서의 기체, 예를 들어, 공기의 제습냉각 방법 및 장치에 관한 것이다.

공기 등의 기체 또는 액체를 냉각하기 위해, 프레온 등의 휘발성 냉매를 압축기로 압축액화시키고 액화된 프레온의 기화열에 의하여 냉각하도록 한 냉동기가 종래에 일반적으로 사용되어 왔다. 또한, 이러한 냉동기는 프레온의 압축열을 방출시키기 위하여, 프레온을 나선형 관에 통과시켜 그 나선형 관에 물을 흘려내리는 동시에 공기를 반대방향에서 흐르게 하여, 그 물의 기화열에 의하여 냉각하는 냉각 타워가 사용되고 있다.

일반적인 공기 조화에 있어서는 쾌적한 온도 및 습도의 공기를 얻는 것이 요구되고 있고, 고온다습한 바깥 공기를 처리하는 경우에는 온도 및 습도를 동시에 저하시키는 것이 필요하다. 이와 같은 공기 조절을 실시하는 경우에는, 프레온을 압축기로 압축시키도록 하고 있기 때문에 소비되는 에너지가 크고, 또한, 프레온에 의한 대기 오존층의 파괴가 문제가 되고 있다. 그리고, 냉각 타워에서도 큰 에너지가 소비되어진다.

도 1은 본 발명의 유체 냉각 방법 및 장치의 실시예를 도시하는 설명도 및 그 일부 확대도이다.

도 2는 직교흐름형 열교환기의 실시예를 도시하는 사시도 및 그 일부확대도이다.

도 3은 본 발명의 유체 냉각 방법 및 장치의 다른 실시예를 도시하는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 유체 냉각 방법 및 장치의 또다른 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 5는 도 4에 도시된 유체 냉각의 데이터를 나타내는 공기 그래프이다.

도 6은 유체 냉각 방법 및 장치의 대조 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 7은 도 6에 도시된 유체 냉각의 데이터를 도시하는 공기 그래프이다.

도 8은 본 발명의 유체 냉각 방법 및 장치의 또다른 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 9는 도 8에 도시된 유체 냉각 데이터를 도시하는 공기 그래프이다.

도 10은 메탄을 수용액을 사용한 냉각의 데이터를 도시하는 설명도이다.

도 11은 메탄올 수용액을 사용한 냉각의 데이터를 나타내는 공기 그래프이다.

도 12는 본 발명의 유체 냉각 방법 및 장치의 또다른 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 13은 대향흐름형 열교환기의 사시도이다.

도 14는 대향흐름과 교차흐름을 조합시킨 열교환기의 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 15는 직교흐름형 열교환기의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.

도 16은 본 발명의 기체 제습냉각 방법 및 장치의 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 17은 본 발명의 기체 제습냉각 방법 및 장치의 다른 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 18은 본 발명의 기체 제습냉각 방법 및 장치의 또다른 실시예를 도시하는 설명도이다.

도 19는 본 발명의 냉동기의 냉각장치의 실시예를 도시하는 블록도이다.

도 20은 본 발명의 냉동기의 냉각장치의 실시예를 도시하는 투시사시도이다.

도 21은 본 발명의 냉동기의 냉각장치의 다른 실시예를 도시하는 블록도이다.

본 발명은 열교환기를 이용하여 유체, 예를 들어, 공기 등의 기체 또는 액체를 냉각하는 방법 및 장치 그리고 그 응용으로서 기체, 예들 들어, 공기를 제습냉각하여 쾌적한 온도 및 습도를 가지는 공기, 그 외 저온·저습의 기체를 적은 에너지로 프레온을 사용하지 않고 연속적으로 공급하도록 하는 것이다.

본 발명은 직교흐름형 열교환기 또는 온도가 다른 2종류의 유체가 서로 직접 접촉하지 않는 열교환기를 사용하여 저온 기체(A)와 고온 기체(B)의 현열교환에 의해 고온의 유체(B)를 냉각함에 있어서, 저온 기체(A)를 수증기 등의 휘발성 액체의 증기로 포화시킨 상태로 한 다음에 미세한 물방울 등의 휘발성 액체의 방울을 다량으로 균일하게 분산시킨 상태, 즉, 기체중에 다량의 미세한 액체 방울이 부유한 상태의 기체흐름(Aa)으로 하고, 이것을 열교환기 한쪽의 유체통로로 보내고 고온 기체(B)를 다른쪽의 유체통로로 보내어, 유체(B)의 현열에 의해 열교환기를 통하여 상기 기체흐름(Aa)내의 미세한 액체 방울(M)을 증발시켜 그 증발열에 의하여 기체(Aa)를 냉각하고, 이 냉각된 기체흐름(Aa)과 유체(B)의 열교환에 의하여 높은 효율로 유체(B)를 냉각하는 것이다.

본 발명의 특허청구범위 1항에 기재된 발명은, 기체흐름(A)에 휘발성 액체의 분무를 가하여 포화상태로 하는 한편 분무상태의 미세한 액체 방울(M)을 대량으로 부유시킨 기체흐름(Aa)으로 하고, 복수개의 유체통로를 가지는 열교환기의 한쪽 유체통로에 상기 기체흐름(Aa)을 통과시키고 다른쪽의 유체통로에 냉각시킬 유체(B)를 통과시켜, 기체흐름(Aa)이 열교환기 한쪽의 유체통로를 통과하는 사이에 유체(B)의 현열을 기체흐름(Aa)에 가하여 기체흐름(Aa)의 온도를 올려 그 기상부분의 포화도(휘발성 액체가 물인 경우는 상대습도)가 낮아짐에 따라, 기체흐름(Aa)에 부유하는 대량의 미세한 액체 방울(M)을 기화시키고 그 기화열에 의해 기체흐름(Aa)의 온도를 연속적으로 낮추는 것에 의하여 유체(B)를 연속적으로 냉각하는 것이고, 미세한 액체 방울(M)이 다량으로 부유하는 기체흐름(Aa)이 열교환기의 유체통로내에서 유체(B)와의 현열교환에 의해 가열되어, 미세한 액체 방울(M)이 기화함으로써 기화열이 탈취되어, 기체흐름(Aa)의 온도가 내려가고 유체(B)를 냉각하는 작용을 가진다.

(실시예 1)

알루미늄 등의 금속판 또는 폴리에스테르 등의 합성수지판으로 이루어진 평판(1)과 파장 3.0mm, 파고 1.6mm의 물결모양판(2)을 교대로 또한 물결모양판(2)의 물결모양의 방향이 단계마다 직교하도록 겹쳐서 서로 접착시켜 도 2에 도시된 바와 같은 직교흐름형 열교환기(3)를 얻는다. 또한, 판의 표면에 송풍 등으로 작은 요철을 형성하면 친수성이 생기고 표면적이 증가한다. 알루미늄판에 친수성을 부여하기에는 인산나트륨, 차아염소산나트륨, 크롬산, 인산, 수산, 수산화나트륨 등의 수용액에 판을 담그는 것, 또는 끓는 물에 잠깐 담그는 등의 방법에 의해 알루미늄판 표면에 친수성의 물질을 생성한다. 이렇게 하여 판 표면을 친수성으로 하면 유체(B)가 공기 등의 기체인 경우에 물방울에 의한 압력저하에 의하여 작은 투과구멍내에 있어서의 기체의 유통성이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.

직교흐름형 열교환기(3)로서 평판(1)과 물결모양판(2)의 조합을 예시하였지만, 평판(1)부분에 미세한 물결모양을 형성하면, 표면적이 더욱 커져서 열교환 효율이 증대한다. 또한, 평판(1)과 물결모양판(2)의 표면을 검게 하면 복사열의 방사 및 흡수가 증대하여 열교환 효율이 향상된다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 이 직교흐름형 열교환기(3) 한쪽의 작은 투과구멍군(4)을 거의 수직으로, 그리고 다른 작은 투과구멍군(5)을 거의 수평이 되도록 배치하고, 도 3에 도시된 바와 같이, 작은 투과구멍군(4)의 유입구(4a) 및 유출구(4b)에 각각 덕트(8a),(8b)를 부착하며, 덕트(8a)에 송풍기(Fa) 및 물 분무기(6)를 설치하고, 작은 투과구멍군(5)(도 2)의 유입구(5a) 및 유출구(5b)에 각각 덕트(9a),(9b)를 부착하며, 덕트(9a)에 송풍기(F)를 설치한다. 또한, 도면부호 Va는 물 분무기(6)의 분무량을 조절하는 밸브이다.

물 분무기(6)로서는 가능한대로 미세한 물방울을 균일하게 분포시킬 수 있는 것이 바람직하며, 예를 들어, 에어미스트 노즐 등이 적합하다. 또한, 물방울은 가능한대로 미세한 것이 바람직하고 직경이 10㎛ 정도가 좋지만, 에어미스트 노즐을 사용하여 분무한 경우에 물방울의 최대직경이 280㎛ 정도가 되도록 하면 약 70%의 물방울 직경이 100㎛ 이하로 되어, 본 발명의 효과가 충분히 발휘된다.

또한, 에어미스트 노즐은 물과 공기를 이용하여 분무하는 것이며, 물과 공기를 가압하면 분무 물방울이 작아지게 된다. 특히, 분무 물방울의 크기는 공기 압력의 영향을 받기 쉬워서 3kgf/㎠ 이상의 압력을 가하는 것이 바람직하다. 또한, 액체만을 사용하는 노즐을 이용하여도 좋다.

다음에 이 냉각장치의 작용을 설명한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 바깥공기 또는 실내공기 흐름(A)에 상기한 물 분무기(6)를 사용하여, 공기흐름(A)에 미세한 물방울을 다량으로 분무함으로써 물방울의 기화열에 의하여 온도를 낮추는 한편 상대습도를 올린다. 그리고 대량의 미세한 물방울(M)을 부유시키는 상태의 공기흐름(Aa)으로서 송풍기(Fa)의 토출압에 의해 열교환기(3) 한쪽의 다수의 유체통로입구(4a)로 보내진다.

다른쪽 송풍기(F)에 의하여 열교환기(3)의 유체통로입구(5a)에 고온의 공기흐름(B)을 보내면, 공기흐름(Aa)이 열교환기(3)의 유체통로를 통과하는 사이에 유체통로의 칸막이벽(1)(도 2 참조)을 통하여 고온 공기흐름(B)의 현열을 탈취하여 공기흐름(Aa)의 온도가 올라간다. 이 결과, 공기흐름(Aa)의 상대습도가 낮아지고, 공기흐름(Aa)에 함유된 다량의 미세한 물방울(M)이 기화하여 이 기화열에 의해 공기흐름(Aa)의 온도를 낮추는 것에 의하여 칸막이벽(1)을 통해 고온 공기흐름(B)을 냉각한다.

이 냉각장치의 냉각원리를 더욱 상세히 설명한다. 액체의 증기압은, 액체가 수평 표면을 가지는 상태보다 액체 방울 상태의 쪽이 크고, 그 액체 방울의 지름이 작을수록 커진다. 이 현상은 캘빈 식으로서 다음과 같이 표현된다.

여기서, p는 수평 표면의 증기압, pr은 반경이 r인 액체 방울의 증기압, M은 몰질량, δ 는 표면장력, p 는 액체의 밀도, R은 기체정수, 그리고 T는 절대온도이다.

따라서, 물방울의 반경은 작아지는 만큼 기화가 빨라지고, 냉각작용이 강해지게 된다. 또한, 분무된 물방울(M)이 열교환기(3)내에서 기화하는 과정에 있어서, 물방울(M)의 직경은 작아지고, 물방울(M)의 직경이 작아짐에 따라서 증기압이 상승하기 때문에, 열교환기(3)내에서 가속적으로 물방울(M)의 기화가 진행된다. 즉, 미세한 물방울(M)은 열교환기(3)내에서 극히 짧은 시간에 기화하고, 다량의 기화열을 탈취한다.

상기 식에 적용시켜서 계산하면 18℃의 물인 경우에, 물방울의 반경이 1μ 로 되면 증기압은 수면이 평행한 상태인 때와 비교하여 0.1% 상승하고, 물방울의 반경이 10mμ 로 되면 증기압은 약 10% 상승한다. 또한, 물방울의 반경이 1mμ 로 되면 증기압은 거의 배로 상승한다. 이와 같이 미세한 물방울(M)이 다량으로 부유된 공기를 열교환기(3)로 보내면, 물방울(M)은 열교환기(3)내에서 급격히 기화하는 현상을 나타낸다.

이 냉각장치를 사용하여 시험을 실시하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 온도 25.9℃, 절대습도 8.05g/kg, 상대습도 39%의 공기흐름(A)을 물 분무기(6)에 통과시켜 온도를 17.5℃로 낮추는 동시에, 대량의 미세한 물방울(M)을 부유시킨 상대습도 100%의 공기흐름(Aa)으로 하고, 이 공기흐름(Aa)을 열교환기(3)의 거의 수직으로 배치된 작은 투과구멍군(4)의 입구(4a)에 풍속 2m/sec로 보낸다. 한편, 온도 70.6℃, 절대습도 10.44g/kg, 상대습도 5.2%의 고온 공기흐름(B)을 송풍기(F)에 의해 열교환기(3)의 거의 수평으로 배치된 작은 투과구멍군의 유입구(5a)에 풍속 2m/sec로 보낸다. 작은 투과구멍군(4)은 정확히 수직이 되지 않아도 물방울이 공기중에 부유하는 상태에서 투과하면 된다. 도 5는 이 경우의 공기냉각을 도시하는 공기 그래프이고, 표 1은 이 시험 결과이다.

[표 1]

(분무기가 있음)

고온 공기흐름(B)과 공기흐름(Aa)의 사이에서 현열교환이 실시되어, 상기와 같이 공기흐름(Aa)중에 부유하는 미세한 물방울의 기화에 의하여 공기흐름(Aa)의 온도를 연속적으로 낮추고, 공기흐름(B)을 냉각하여 공기흐름(B)의 절대습도를 올리지 않고 온도는 낮추어서, 온도 18.6℃, 절대습도 10.44g/kg, 상대습도 78%의 쾌적한 공기로 만들어 이것을 공급 공기(SA)로서 사용한다. 기체흐름(Aa)은 열교환기(3)를 통하는 것에 의하여 온도 30.7℃, 상대습도 100%의 공기흐름(Ab)으로 된다. 이 공기흐름(Ab)은 대기중으로 방출된다.

이 경우의 현열교환효율 η ₁은 표 1중의 (1)식에 나타난 바와 같이 97.9%로 되어, 열교환효율이 매우 높게 나타난다. (1)식중 B, SA, Aa는 각각의 공기 온도를 나타낸다. 이 경우 물방울(M)의 분무량은 대략 1시간당 8∼15ℓ 이다, 이 경우의 공기흐름(A),(B)의 유량은 약 180㎥/hour이다. 열교환기의 크기는 0.25mx 0.25m = 0.0625㎡ 이고, 그 입구(4a),(5a)의 표면적은 각각 0.0625㎡, 구멍의 열려진 비율은 약 40%이므로 작은 투과구멍의 단면적은 0.0625㎡x 40% = 0.025㎡이며, 풍속은 2m/sec이므로 풍량은 0.025㎡'x 2m/sec = 180㎡/hour로 된다.

이것과 비교하기 위한 대조 실시예로서, 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 직교흐름형 열교환기를 이용하여 냉각용 공기흐름에 물 분무기를 사용하지 않는 경우의 시험결과를 도 6과 표 2 및 도 7의 공기 그래프로 나타낸다.

[표 2]

(분무기가 없음)

(2)식중 B, Ba, A는 각각의 공기 온도를 나타낸다. 온도 22.3℃의 공기흐름(A)은 현열교환에 의해 온도 62.0℃의 공기흐름(Ab)으로 되고, 온도 67.2℃의 고온 공기흐름(B)은 현열교환에 의해 온도 36.0℃의 공기흐름(Ba)으로 된다. 절대습도는 공기흐름(A), 공기흐름(B) 모두 변하지 않는다. 이 경우의 현열교환효율 η ₁은 표 2중의 (2)식에 나타난 바와 같이 69.5%로 된다. 물을 분무한 경우에는 현열교환효율은 97.9%로 되고 물을 분무하지 않은 경우에는 현열교환효율이 69.5%로 되어, 물의 분무에 의하여 약 30% 열교환효율이 상승한다. 이 경우 다른 조건은 실시예 1의 물을 분무하는 경우와 동일하다.

(실시 예 2)

또한, 마찬가지로 이 냉각장치를 사용하여, 도 8에 도시된 바와 같이 온도 25.7℃, 절대습도 12.20g/kg, 상대습도 59.0%의 공기를 풍속 2m/sec의 공기흐름(A)으로 하고, 이것을 물 분무기(6)를 통하여 온도 20.2℃, 상대습도가 100%이며 분무 상태의 미세한 물방울을 대량으로 균일하게 부유시킨 공기흐름(Aa)으로 하고, 이 공기흐름(Aa)을 열교환기의 작은 투과구멍군(4) 입구(4a)에 보낸다. 한편, 냉각할 공기로서 온도 34.2℃, 절대습도 14.41g/kg, 상대습도 43%의 고온 공기를 풍속 2m/sec의 공기흐름(B)으로서 열교환기의 작은 투과구멍군(5) 입구(5a)로 보낸다. 고온 공기흐름(B)은 공기흐름(Aa)과의 사이에서 현열교환이 이루어져서, 공기흐름(B)은 온도 20.6℃, 절대습도 14.41g/kg, 상대습도 95%의 냉각 공기(SA)로 되었다. 공기흐름(Aa)은 온도 25℃, 상대습도 대략 100%의 공기흐름(Ab)으로 되어, 공기흐름(Ab)은 대기중에 방출된다. 이 경우의 공기 그래프를 도 9에 나타내고, 시험결과를 표 3에 나타낸다.

[표 3]

(분무기가 있음)

도시된 바와 같이, 기체흐름(B)에 기체흐름(Aa)중의 물방울의 기화열이 칸막이벽을 통하여 전달되어, 공기 그래프에 도시된 바와 같이, 기체흐름(B)의 절대습도는 변하지 않고, 공기 그래프의 수평한 선에 따라 온도가 내려가 SA점(20.6℃)에 도달하고, 공기흐름(Aa)은 Ab점까지 상대습도 100%의 선을 통하여 온도가 상승한다. 이 경우의 현열교환효율은 표 3중의 (3)식에 나타난 바와 같이 97.1%로 되어 실시예 1의 현열교환효율과 거의 동일하다. 즉, 유체(B)의 온도가 내려가는 경우에는 공급 공기(SA)의 온도는 20.6℃로 공기조절용으로서 적당하게 된다면 물 분무량을 감소시켜도 좋다. 물 분무량은 약 8ℓ /hour이다.

(실시예 3)

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서 설명한 도 3의 장치에 공기흐름(Ab)과 함께 배출된 물방울을 받는 수조(D), 수조(D)에 고인 물의 재순환장치 즉 펌프(P), 수도관(10), 전동밸브(Va) 및 수위조절장치 즉 수위부표(Vs), 수위센서(Se), 전자기밸브(Vb), 그리고 물방울 분무장치(6)의 분무량 조절장치 즉 열전대(Ta), 열전대(Tb), 전기신호 증폭기(C), 전동밸브(Va)를 추가하는 것이다. 도면중 도 3과 동일한 번호를 붙인 부품은 실시예 1에 있어서 도 3에서 설명한 부품과 동일하므로 그 설명은 생략한다.

수조(D)내의 물을 물 분무기(6)에 재순환시키는 수도관(10)을 부착하고 그 중도에 펌프(P) 및 전동밸브(Va)를 설치한다. 또한, 수조(D)에는 급수관(11)을 부착하고, 수조(D)내의 수면(13)에는 수위부표(Vs)를 띄우며, 급수관(11)에 설치한 온오프 전자기밸브(Vb)와 수위센서(Se)를 연결하여, 도 1의 Q부분 확대도에 도시된 바와 같이, 수위의 변화를 수위부표(Vs) 및 수위센서(Se)로 측정하여 수면이 13L까지 내려가면 전자기밸브(Vb)가 열려 물을 보급하고, 수면이 13H까지 올라가면 전자기밸브(Vb)가 닫혀 물의 보급을 중단한다.

물 분무기(6)의 상류에는 기체흐름(A)의 온도센서, 예를 들어, 열전대(Ta)를, 또한 유체(B)내에 온도센서, 예를 들어, 열전대(Tb)를 배치하여, 이 열전대(Ta),(Tb)를 전기신호 증폭기(C)를 사이에 끼워서 연결한다. 두 열전대(Ta),(Tb)의 온도차를 측정하여 전기신호 증폭기(C)에 보내어, 온도차가 커짐에 따라 전동밸브(Va)를 조작하여 물 분무량을 증대시키고, 온도차가 작아짐에 따라 물 분무량을 감소시킨다. 필요에 따라 물 분무량의 증가와 동시에 송풍기(Fa)의 출력을 증가시켜 공기흐름(Aa)을 가속시킨다.

이 경우에 물 분무기(6)에서의 분무량이 과다하면 미세한 물방울이 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(4)의 내벽면에 모여 물흐름이 되는 동시에 충분한 기화를 하지 않고 물방울로 되어 버린다. 그 물흐름은 미세한 물방울에 비하여 표면적이 극히 작아져서 고온 공기흐름(B)에서 탈취한 열량으로는 물의 기화가 적어서, 냉각에 기여하지 않는다. 따라서, 기체흐름(Aa)의 온도를 충분히 저하시킬 수 없어서, 고온 공기흐름(B)의 온도를 충분히 낮출 수 없다. 공기흐름(Aa)내의 미세한 물방울(M)이 균일하게 필요량 함유되도록 분무하면 냉각효율이 높아지고 물도 절약할 수 있다.

(실시예 4)

분무기(6)에 있어서 사용하는 물(끓는점 100℃) 대신에 에탄올(끓는점 78.3℃), 메틸 아세테이트(끓는점 56.3℃), 메탄올(끓는점 64.7℃) 등의 휘발성 유기질 액체 또는 휘발성 유기질 액체와 물의 혼합액체를 사용해도 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 두께 25μ 의 알루미늄판으로 제작된 칸막이벽(1)과, 파장 3.4mm, 파고 1.7mm의 알루미늄 물결모양판(2)의 양표면에 흡습제 실리카겔의 미립자를 산포 접착하고 이것을 교대로 적층시켜 250mm× 250mm× 250mm 사이즈의 직교흐름형 열교환기(3)를 얻는다. 이 열교환기(3)를 사용하여 도 10에서 보이는 냉각장치를 조립하고, 실시예 1, 2에 있어서 분무기(6)에 사용한 물 대신에 메탄올 45% 수용액을 사용한 경우의 데이터를 도 10에 나타낸다. 이 경우에 물 대신에 메탄올 수용액을 사용하였으므로 그 끓는점이 낮아지고, 온도 25.9℃인 공기흐름(A)은 메탄올 수용액의 분무 후(공기흐름(Aa)) 14.6℃의 온도로 내려갔다.

이 공기흐름(Aa)의 14.6℃와 고온 공기흐름(B)의 51.3℃와의 열교환에 의해 17.2℃의 저온 공기(SA)가 얻어진다. 따라서, 물만의 분무보다도 낮은 끓는점의 액체를 사용하여 분무하면 저온의 공기(SA)가 얻어진다. 도 11의 공기 그래프는 이상의 공기흐름 B→ SA와 공기흐름 A→ Aa→ Ab의 상태변화를 도시하는 공기 그래프이다.

(실시예 5)

본 실시예의 장치는, 도 12에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서 설명한 장치에 열교환기(3)의 출구(4b)에서 배출된 기체흐름(Ab)을 높은 습도의 기체흐름(Aa)으로 재순환시키는 장치를 부가하고, 물 분무기(6)의 상류측에 가습기(7)를 설치한 것이다. 도 12에 있어서 열교환기(3)의 출구(4b)와 송풍기(Fc)를 덕트(8e)로 연결하고, 송풍기(Fc)와 높은 습도의 기체흐름(Aa)의 유체통로를 덕트(8d)로 연결하며, 덕트(8e)의 일부에 외부공기(OA)를 필요에 따라 흡입시키기 위한 분기덕트(K)를 접속한다.

가습기(7)에는 급수관(Wp)의 중도에 밸브(V)를 부착하여 가습할 필요가 있을 경우에 물을 공급할 수 있도록 한다. 가습기(7)로서는, 예를 들어, 초음파형과, 물을 습윤시킨 다수의 헝겊 등을 사용한 것이 있다.

공기흐름(Aa)을 열교환기(3)에 통과시키고, 출구(4b)로부터 배출되는 공기흐름(Ab)을 송풍기(Fc)에 의해 재순환시켜 기체흐름(Ac)으로서 사용한다. 이 기체흐름(Ac)은 필요에 따라서 가습기(7)를 통과하고 또한 분무기에 의해 미세한 물방울(M)을 대량으로 부유시킨 기체흐름(Aa)으로서 열교환기(3)에 순환하여 보내진다.

도 12에 있어서 덕트(8e)의 중간에 냉각부(Co)를 설치하고, 덕트(8e)의 외주에 다수의 핀(fin)(Fe)을 부착하고 이것에 커버를 설치하여 송풍기(Fd)를 연결하며, 송풍기(Fd)에 의해 핀(Fe)을 냉각하는 것에 의하여 덕트(8e)내의 유체(Ab)를 냉각하고 높은 습도의 유체(Ab)내의 습기를 냉각하여 응축시키고 응축된 물은 탱크(Da)내로 고이며, 탱크내의 물을 때때로 밸브(Vc)에 의해 배출하여 분무기(6)로 되돌린다.

이상 본 발명의 유체 냉각 방법을 직교흐름형 열교환기를 사용하는 공기 냉각 방법의 예로 설명하였지만, 공기 이외의 기체 또는 그 밖의 액체의 냉각에 있어서도 동일하게 실시할 수 있는 것은 물론이다.

사용하는 열교환기는 상기 직교흐름형 대신에 사교(斜交)흐름형, 도 13에 도시된 대향흐름형, 도 14에 도시된 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기를 사용해도 된다. 도 13에 도시된 대향흐름형과, 도 14에 도시된 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기에 있어서는 모두 미세한 물방울을 부유시킨 기체흐름(Aa), 유체(B)는 각각 도면중 화살표 방향으로 작은 투과구멍내를 통과하고 각각 기체흐름(Ab), 유체(SA)로서 배출되어, 두 유체(Aa),(B)의 사이에서 현열교환이 이루어진다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 평판(1)의 사이에 다수의 스페이서(12)를 1단마다에 직교하는 방향으로 다수를 끼워 조립한 직교흐름형 열교환기를 사용할 수 있고, 또한, 상기 벌집구조 적층체와 동일한 대향흐름형, 대향흐름과 교차흐름을 조합시킨 열교환기를 사용할 수도 있다.

(실시예 6)

도 16에 도시된 바와 같이, 250mm× 250mm× 250mm의 직교흐름형 열교환기(3)와 분무가습기(6)를 배치하여 제습로우터(14)를 열교환기(3)의 전단에 배치한다. 제습로우터(14)는 흡착제 또는 흡습제를 결합한 벌집구조 적층체를 320mm 직경, 200mm 폭의 원통형상에 형성한 것이다. 또한, 제습로우터(14)는 분리기(15),(15')에 의해 흡착구역(16)과 재생구역(17)으로 분리되어 각각 덕트(도시되지 않음)에 의해 화살표 B→ HA→ SA로 나타낸 바와 같이 유체통로가 구성되어 있고, 제습로우터(14)는 도면중 화살표 방향으로 16r.p.h.로 연속적으로 회전구동된다. 온도 34.0℃, 절대습도 14.4g/kg, 상대습도 43.1%의 외부공기(OA)를 송풍기(Fb)에 의해 공기흐름(B)으로 하고, 이것을 풍속 2m/sec로 제습로우터(14)의 흡착구역(16)으로 보낸다.

이것에 의해 공기흐름(B)의 습기를 흡착제거하여 건조한 공기흐름(HA)을 얻는다. 다음에, 건조한 공기흐름(HA)을 열교환기(3)의 수평인 작은 투과구멍군(5)의 입구(5a)로 보낸다. 제습로우터(14)의 재생구역(17)에는 히터(H)에 의해 외부공기(OA)를 80℃ 정도로 가열한 재생공기(RA)로서 도면중 화살표 방향으로 보내어, 재생구역(17)을 통해 제습로우터(14)를 탈습재생시키며, 다습한 배출공기(EA)로서 외부공기중으로 방출한다.

한편, 공기흐름(A)의 온도가 26℃에서 상대습도 58%인 때에 분무가습기(6)에 의해 가습하여 상대습도 100%로 하면, 공기흐름(Aa)의 온도는 17.0℃로 된다. 또한, 이 공기흐름(Aa)에 물을 분무하여 미세한 물방울이 무수히 부유된 상태에서 열교환기(3)의 유입구(4a)로 보낸다.

상기한 건조한 공기흐름(HA)은 열교환기(3)를 통하는 것에 의하여, 미세한 물방울이 무수히 부유된 공기흐름(Aa)과 현열교환을 하고, 실시예 1의 설명과 같이 열교환기(3) 내부에서 공기흐름(Aa)의 미세한 물방울의 기화열에 의해 냉각되어 온도 20.5℃, 절대습도 4.5g/kg, 상대습도 30%의 쾌적한 공급공기(SA)로 된다.

이 실시예에서 알 수 있듯이, 34℃, 절대습도 14.4g/kg, 상대습도 43.1%의 외부공기를 제습하여, 습기의 흡착열에 의해 온도가 상승하는 동시에 습도가 내려간 건조한 공기를 열교환기(3)에 통과시키는 것에 의하여 온도 20.5℃, 절대습도 4.5g/kg, 상대습도 30%의 냉각된 건조한 공기를 얻는다. 이 공기를 공기조절에 사용하는 경우에는 적당히 가습하여 쾌적한 공기조건으로 할 수 있다.

제습기로서는 본 실시예에 사용한 로터리방식 이외에 흡착제를 채운 2통식, 실린더식 또는 카사바(kathabar)(미국 카사바사에서 제작한 염화리튬 용액을 용기내에 떨어뜨리면서 용기 한쪽의 창에서 공기를 보내어 공기중의 습기를 염화리튬 용액으로 흡착시키는 장치) 등의 제습기도 물론 사용할 수 있다.

(실시예 7)

본 실시예에서는 70.0℃의 고온 공기를 열교환기에 의해 냉각한 후에 제습로우터로 제습하는 과정에 관하여 기재한다.

도 17에 도시된 바와 같이, 직교흐름형 열교환기(3)의 상부측에 분무가습기(6)를 배치하여 제습로우터(14)를 열교환기(3)의 후단에 배치한다. 송풍기(Fa)를 통하여 온도 26.0℃, 절대습도 12.2g/kg, 상대습도 58%의 외부공기(OA)에 분무가습기(6)로 물을 분무하여 상대습도 100%로 하면 은도 17.5℃가 되고, 이것에 더욱 물을 분무하여 다량의 물 미립자를 부유시킨 공기흐름(Aa)을 열교환기(3)의 한쪽 유체통로(4a)에 통과시킨다.

한편, 온도 70.0℃, 절대습도 14.4g/kg, 상대습도 7%의 공기흐름(B)을 송풍기(Fb)에 의해 풍속 2m/sec로 열교환기(3)의 입구(5a)로 보낸다. 공기흐름(B)은 열교환기에서 현열교환하여 저온의 공기흐름(Ba)으로 된다. 공기흐름(Ba)의 절대습도는 공기흐름(B)의 것과 거의 동일하다. 공기흐름(Aa)은 열교환기(3)를 통과한 후에, 열교환기(3)의 출구에서는 온도 30.0℃, 상대습도 약 100%의 공기흐름(Ab)으로 되어 외부공기중으로 방출된다. 제습로우터(14)는 도면중 화살표 방향으로 16r.p.h.로 회전구동된다.

상기의 냉각된 공기흐름(Ba)을 제습로우터(14)의 흡착구역(16)으로 보내고, 습기를 흡착제거하여 온도 55℃, 절대습도 4.5g/kg, 상대습도 5%의 건조한 공기흐름(HA)을 얻는다. 제습로우터(14)의 조작은 실시예 5에 기재한 바와 같다. 고온 공기로부터의 흡착방식에 의한 제습은 극히 곤란하지만, 본 실시예에 나타난 바와 같이, 열교환기로 냉각한 후에 제습기를 사용하면 간단하고 효과적으로 제습할 수 있고, 냉각된 건조한 공기를 얻을 수 있다.

(실시예 8)

실시예 7에서 얻은 공기흐름(HA)는 온도가 55.0℃, 상대습도 5%로 일반적인 공기조절용으로서는 온도가 너무 높고 또한 상대습도가 너무 낮다. 그래서 본 실시예는 이 공기흐름(HA)을 더욱 열교환기(3b)에 통과시켜 공기조절용으로 적합한 온도 및 습도를 가지는 공급공기(SA)를 얻도록 하는 것이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 실시예 7과 동일한 고온 공기흐름(B)을 직교흐름형 열교환기(3a) 및 제습로우터(14)에 통과시켜 공기흐름(HA)를 얻는다. 여기까지의 조작은 실시예 7과 완전히 동일하기 때문에 반복 설명하는 것은 생략한다. 제2 직교흐름형 열교환기(3b)를 제습로우터(14)의 후단, 즉 처리공기의 출구로부터 유출되는 공기흐름(HA)의 유체통로에 설치하고, 제2열교환기(3b)의 한쪽 유체통로(4)의 상류측에도 상기 실시예 7과 같이 분무가습기(6b)를 설치한다. 이 제2열교환기(3b)의 작용은 상기한 실시예 7의 열교환기(3)와 동일하므로 설명을 생략한다.

한편, 제습로우터(14)의 흡착구역(16)을 통과한 건조한 공기흐름(HA)을 열교환기(3b)의 수평으로 설치된 작은 투과구멍군(5)의 유체통로 입구(5a)에 보내고, 다량의 미세한 물방울을 함유한 냉각된 공기흐름(Aa)과 현열교환을 실시하여, 온도 20.5℃, 절대습도 4.5g/kg, 상대습도 30%의 쾌적한 공급공기(SA)를 얻는다. 만약 공급공기(SA)의 공기상태를 조절하는 경우에는 공기흐름(Aa)에 분무하는 물의 양을 가감하면 공급공기(SA)의 온도를 변화시키는 것이 가능하고, 한편 공급공기(SA)의 습도가 너무 낮을 경우에는 제습로우터의 재생온도를 낮추면 제습로우터(14)의 제습성능이 낮아지므로 공급공기(SA)의 습도를 올리는 것이 가능하여, 자유체통로가 쾌적한 공기조절을 실시할 수 있다.

이상의 실시예 6∼8에 있어서 분무가습기로 사용하는 물 대신에 끓는점이 낮은 액체, 예를 들어, 에탄올, 메틸 아세테이트, 메탄올 등을 공기흐름(Aa)에 분무하면 공급공기흐름(SA)의 온도를 더욱 낮출 수 있다.

또한, 모든 실시예에 있어서 분무화 수단으로서, 초음파 안개화 장치를 이용할 수 있다. 그리고, 물 분무기로서 에어미스트 노즐 이외에, 공기를 이용하지 않는 1유체 노즐을 이용할 수 있다. 또한, 이상의 실시예에서는 분무가습기 1단계에서 상대습도를 100%로 하는 동시에 다량의 물 미립자를 부유시키도록 했지만, 분무가습기를 복수단계로 설치하여, 초기단계에서 상대습도가 100%가 되도록 가습하고, 다음단계에서 다량의 물 미립자를 부유시키도록 하여도 좋다. 결국은, 상대습도 100%의 공기중에 직경 10μ 정도의 물 미립자가 다량으로 부유한 상태의 공기를 열교환기에 통과시키도록 하면 좋다.

이상의 실시예에서는 열교환기로서 물결모양판과 평판을 교대로 적층한 것을 예시하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 복수의 유체통로를 가지고 유체통로의 표면적이 큰 것이라면 어떤 것이라도 좋고, 예를 들어, 열파이프의 양단에 다수의 열교환 핀을 가지는 유체통로를 설치한 것도 좋다.

(실시예 9)

도 19에 있어서 도면부호 18은 공지된 냉각기이고, 내부에 압축기(도시되지 않음)를 가지고 있다. 도면부호 19는 열교환기이며, 그 한쪽의 유체통로(20)는 나선형 관형상이고, 다른쪽 유체통로(21)는 나선형 관형상의 유체통로(20)를 둘러싸는 재킷(jacket)상태로 되어 있다.

열교환기(19) 한쪽의 유체통로(20)에는 압축기로부터 나오는 고온의 프레온 가스(클로로플루오로 탄화수소: 미국 듀폰사의 상표) 등의 냉매가 흐르고 있고, 열교환기(19)의 다른쪽 유체통로(21)에는 냉각수가 흐르고 있다.

열교환기(19)의 다른쪽 유체통로(21)는 직교흐름형 열교환기(3)의 한쪽 유체통로와 관 통로(22)를 끼워서 연결되어 있고, 관 통로(22)의 도중에는 순환펌프(23)가 설치되어 있다. 즉, 열교환기(19)와 직교흐름형 열교환기(3)의 사이는 밀폐상태에서 냉각수가 순환하는 상태로 되어 있다. 그리고, 도면부호 9a, 9b는 쳄버이다.

도면부호 Fa는 송풍기이고, 흡입측은 대기에 개방되어 있으며, 토출측은 쳄버(24)의 상단과 결합되어 있다. 또한, 쳄버(24)의 하단은 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 유체통로의 입구(4a)와 열결되어 있다. 그리고, 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 유체통로의 출구는 대기에 개방되어 있다.

쳄버(24)의 내부에는 분무장치(6)가 부착되어 있으며, 쳄버(24)내의 공기의 상대습도를 100%로 하는 동시에, 또한 다량의 미세한 물방울이 부유한 상태, 즉, 분무상태로 한다. 분무장치(6)로서는, 예를 들어, 공기분무 노즐을 이용하고 있고, 물의 가압펌프(P) 및 압축기(25)가 연결되어 있다.

도면부호 D는 물을 받는 수조로서, 직교흐름형 열교환기(3)의 아래쪽에 설치되어 있고, 드레인관(26)이 설치되어 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 이 직교흐름형 열교환기(3) 한쪽의 작은 투과구멍군(4)의 축을 대략 수직으로 그리고 다른 작은 투과구멍군(5)의 축을 대략 수평으로 되도록 배치하고, 작은 투과구멍군(4)의 유입구(4a)에 쳄버(24)를 부착하며, 쳄버(24)에 송풍기(Fa) 및 물 분무기(6)를 부착한다. 또한, 작은 투과구멍군(5)의 유입구(5a) 및 유출구(5b)에 각각 쳄버(9a),(9b)를 부착하고, 쳄버(9a),(9b)에 관(22)을 연결한다.

이상의 구성의 작용을 아래에 설명한다. 우선, 직교흐름형 열교환기(3)를 이용한 냉각수단에 관하여 설명한다. 송풍기(Fa)를 동작시켜 기체흐름(A)을 만들고, 이것에 물 분무기(6)로 물을 분무하여 기체흐름(Aa)으로 한다. 분무하는 물의 양은, 분무에 의해 기화하는 양 이상으로 한다. 그러면, 분무된 물방울의 일부가 기화하고, 기화에 의한 기화열이 탈취되어, 쳄버(24)내에 보내진 기체흐름(Aa)의 온도가 내려간다. 또한, 쳄버(24)내의 공기, 즉 기체흐름(Aa)은 상대습도가 100%로 되어, 그 공기 중에 다량의 물 미립자가 부유한 상태, 즉, 분무상태로 된다.

그리고, 이 미세한 물방울이 다량으로 부유한 상태의 공기가 직교흐름형 열교환기(3) 한쪽의 작은 투과구멍군(4)에 들어간다. 냉동기(18)가 운전상태이면, 열교환기(19) 한쪽의 유체통로(20)로 보내지는 냉매의 온도는 높아져 있고, 열교환기(19)의 다른쪽 유체통로(21)에 보내지는 물과 열교환을 한다.

열교환기(19)의 다른쪽 유체통로(21)에 보내지는 물은 펌프(23)에 의해 순환되고, 관(22) 및 쳄버(9a)를 통하여 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)에 들어간다. 그리고, 한쪽의 작은 투과구멍군(4)과 다른쪽의 작은 투과구멍군(5)의 사이에서, 칸막이벽(1)을 통하여 현열교환이 이루어진다. 즉, 다른쪽의 작은 투과구멍군(5)을 통과하는 냉각수는 한쪽의 작은 투과구멍군(4)을 통과하는 기체흐름(Aa)에 의해 냉각되며, 동시에 한쪽의 작은 투과구멍군(4)을 통과하는 기체흐름(Aa)이 가열된다.

그러면, 한쪽의 작은 투과구멍군(4)을 통과하는 기체흐름(Aa)의 상대습도는 100% 이하로 되고, 이 중에 함유된 다량의 물 미립자가 기화하고, 기화열이 탈취되어 기체흐름(Aa)이 냉각된다.

이것에 의하여, 한쪽의 작은 투과구멍군(4)을 통과하는 기체흐름(Aa)의 온도는 저온인채로 거의 일정하게 유지되기 때문에, 다른쪽의 작은 투과구멍군(5)을 통과하는 냉각수는 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(5a)의 전영역 및 전체길이에 걸쳐서 연속적으로 냉각되고, 그 온도도 거의 일정하게 유지된다.

이 경우에 물 분무장치(6)로부터의 분무량이 너무 많으면 미세한 물방울이 직교흐름형 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(4)내의 칸막이벽에 모여서 응집하여 큰물방울과 물흐름이 되고 그 물방울과 물흐름은 미세한 물방울에 비하여 표면적은 극히 작아져서 냉매로부터 탈취하는 열량으로는 기체흐름(Aa)의 온도를 충분히 낮출 수 없으며, 따라서 냉매의 온도를 충분히 낮추는 것은 불가능하다. 기체흐름(Aa)내의 미세한 물방울이 균일하게 필요 최소량보다 조금 많게 함유되도록 분무하면 냉각효율이 높아지고 물도 절약된다.

또한, 직교흐름형 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(4)내에서 기화하지 않는 물방울은 물을 받는 수조(D)에 고이고, 드레인관(26)에 의해 배출된다. 상기와 같이, 물 분무장치(6)로부터 분무되는 물의 양은 직교흐름형 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(4)내에서 기화하는 양과 거의 같기 때문에, 물을 받는 수조(D)에 고이는 물의 양은 적아서, 전부 폐기하여도 문제가 되지 않는다. 따라서, 물 분무기(6)로부터 분무되는 물은 순환되지 않고 사용되어 물이끼 등이 발생하지 않는다.

이상의 실시예에서는 냉각되는 액체로서 물을 이용하는 예를 기재하였지만, 겨울철의 동결을 고려하여 피냉각수에 에틸렌글리콜 등의 동결방지제를 50% 용량정도 첨가하거나, 열교환기(19)와 직교흐름형 열교환기(3)의 부식을 방지하기 위하여 부식방지제를 첨가하는 것도 고려되어진다.

(실시예 10)

냉동기의 냉각장치의 다른 실시예는 도 21에 도시된다. 도 19의 실시예의 것과의 차이점이 다음에 기재된다. 즉, 도 19에 도시된 실시예 9의 것은 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)에 물을 통과하도록 한 것이지만, 본 실시예의 것은 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)에 송풍기(F)로부터의 공기흐름이 통과하도록 하였다.

즉, 도면부호 F는 송풍기로 쳄버(9a)의 입구와 결합하고 있다. 쳄버(9a)의 출구는 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)의 입구에 결합되어 있다. 작은 투과구멍군(5)의 출구(5b)에는 쳄버(9b)의 입구가 결합되어 있고, 쳄버(9b)의 출구는 라디에이터(28)에 결합되어 있다.

또한, 냉동기(18)에서 나온 냉매를 라디에이터(28)에 통과시키도록 관 통로(27)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 차이점 이외의 구성은 실시예 9의 것과 동일하므로 설명을 생략한다.

본 실시예의 것은, 송풍기(F)에 의하여 공기가 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)을 통과하고, 그 사이에 냉각되어 라디에이터(28)에 도달한다. 라디에이터(28)에는 냉동기(18)로부터 고온의 냉매가 관 통로(27)를 통하여 보내져서, 냉매의 열을 방출하는 것이다. 이 라디에이터(28)에는 작은 투과구멍군(5)을 통과한 공기가 보내지게 된다.

즉, 라디에이터(28)는 직교흐름형 열교환기(3)의 다른쪽 작은 투과구멍군(5)을 통과하여 냉각된 공기흐름에 의하여 냉각되고, 외부공기에 의해 직접 냉각되는 것과 비교하여 매우 효율이 향상된다.

출원인의 실험에서는, 상기 도 19에 도시된 실시예 9의 직교흐름형 열교환기(3)와 동일한 것을 사용하여, 외부공기 온도 35℃, 상대습도 39%의 경우에 직교흐름형 열교환기(3)의 작은 투과구멍군(4)에 2m/sec의 속도로 송풍기(Fa)에서 공기를 보내고, 분무기(6)에 의해 12ℓ /hour의 양의 물을 분무하였다. 그러면, 직교흐름형 열교환기(3)로부터 라디에이터(28)에 들어가는 공기의 온도는 18.6℃로 되어, 냉매의 냉각효율이 매우 높아진다.

본 실시예의 것은, 이미 설치한 공기조절 장치의 라디에이터의 앞에 본 발명의 냉동기의 냉각장치를 설치할 수 있고, 간단한 공사로서 이미 설치한 공기 조절 장치와 냉장고 등의 냉동기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같이 구성하였기 때문에, 복수의 유체통로를 가지는 열교환기의 한쪽 유체통로에 상대습도 100%이고 또한 다량으로 균일하게 미세한 물방울을 부유시킨 분무상태로 한 기체흐름(Aa)를 냉각용 기체흐름으로서 통과시키고, 다른쪽 유체통로에 냉각할 유체, 예를 들어 공기 또는 물을 통과시켜 미세한 물방울을 부유시킨 기체흐름(Aa)과 유체(B)가 칸막이벽을 통하여 접하고 기체흐름(Aa)을 가열하는 것에 의하여 기체흐름(Aa)의 상대습도를 낮추어 미세한 물방울을 증발시켜 그 증발열에 의해 기체흐름(Aa)를 냉각하는 동시에 칸막이벽을 통하여 유체(B)를 냉각하는 원리이며, 그 특징은 물 분무기에 있어서의 물 분무량을 가감하는 것에 의하여 유체(B)를 냉각하는 정도를 제어할 수 있다는 것이다. 또는, 기체흐름(Aa)과 고온 공기흐름(B)의 온도차가 커지면 커질수록 물 분무량을 증대시키면 유체(Aa)는 고온 공기흐름(B)과의 온도차에 비례하여 고온 공기흐름(B)의 냉각 정도가 강해지고, 거의 일정한 쾌적한 온도로 공기흐름(B)을 냉각할 수 있다. 또한, 이 냉각장치와 제습기를 조합시키는 것에 의하여 건조한 냉각공기를 용이하게 얻을 수 있다.

실시예 1에 기재한 바와 같이 직교흐름형 열교환기(3)에 분무가습기(6)를 배치하고, 미세한 물방울을 대량으로 부유시킨 공기흐름(Aa)을 냉각용 공기흐름으로하여 고온 공기흐름(B)을 냉각하는 경우의 현열교환효율은 약 97%∼100%로 매우 높은 값을 나타낸다. 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 직교흐름형 열교환기를 사용하고 냉각용 공기흐름에 분무기 및 가습기를 사용하지 않는 경우에 있어서는 실시예 1과 대조 실시예로서 나타난 바와 같이 현열교환효율은 63%이고, 본 발명의 유체 냉각에 있어서의 열교환효율은 현저히 높은 것으로 판명된다.

또, 이 열교환에 필요한 소비에너지는 송풍기의 운전에너지 약 250W이고, 이것에 대하여 유체(B)의 냉각에 필요한 소비에너지는, 예를 들어 소비에너지의 1.5배에서 수십배가 되고, 이 값은 유체(B)의 온도가 높을수록 상승한다.

이 유체 냉각장치를 기체 냉각에 사용하고, 이것에 제습기를 더하여 실시예 6 내지 실시예 8에 나타난 바와 같이 기체의 제습냉각에 사용할 수 있고, 공기조절장치로서 사용할 수 있다. 이 경우에 운전에 필요한 경비는 상기한 바와 같이 저렴하기 때문에, 예를 들어 밀폐된 실내의 제습냉방에 사용하는 경우에는 실내 공기를 반복순환하여 사용할 필요 없이 항상 신선한 외부공기를 흡입시켜 제습냉방을 계속할 수 있다. 따라서 실내 공기중에 이산화탄소 등의 유해가스가 증가하는 것을 완전히 방지할 수 있어, 쾌적한 공간을 제공할 수 있다.

또한, 종래의 냉방과 같이 프레온을 사용하지 않으므로 환경문제가 없고, 압축기를 사용할 필요가 없고 배출되는 열의 열풍에 의해 세균류 또는 곰팡이가 발생하는 것이 없으므로 위생적인 관점에서도 매우 우수한 효과를 가진다.

Claims

휘발성 액체증기를 포화상태로 함유한 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무함으로써 미세한 휘발성 액체의 액체방울을 부유시켜 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 가지는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 냉각할 피냉각유체를 통과시켜, 분무상태의 기체흐름이 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름에 피냉각유체의 현열을 가하여 분무상태의 기체흐름의 온도를 올려서, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울을 기화시켜 그 기화열에 의하여 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 내리며, 분무상태의 기체흐름과 피냉각유체의 현열교환에 의해 피냉각유체를 연속적으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항에 있어서, 분무상태의 기체흐름의 온도와 피냉각유체의 온도의 차의 변화에 따라서 분무상태의 기체흐름에 있어서의 미세한 액체방울의 부유량을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항에 있어서, 분무상태의 기체흐름의 온도와 피냉각유체의 온도의 차의 변화에 따라서 미세한 액체방울이 부유하는 분무상태의 기체흐름의 유속을 변화시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기체흐름을 휘발성 액체의 증기로 포화시킨 상태의 기체흐름으로 하고, 또한, 그 기체흐름에 휘발성 액체를 분무하여 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하는 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기의 한쪽 통로의 출구로부터 배출된 휘발성 액체증기를 함유하는 분무상태의 기체흐름을 상기 열교환기의 한쪽 통로의 입구측으로 되돌리고, 이것에 휘발성 액체를 분무하여 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하여 순환시키면서 사용하는 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 휘발성 액체가 물, 휘발성 유기질 액체 또는 휘발성 유기질 액체와 물의 혼합액체인 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 휘발성 액체를 기체액체 혼합형 노즐에 의해 분무함으로써 휘발성 액체의 액체방울을 부유시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 액체방울의 직경을 280㎛ 이하로 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 방법.
휘발성 액체증기를 포화상태로 함유한 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무함으로써 미세한 휘발성 액체의 액체방울을 부유시켜 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 가지는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 미리 제습기에 의해 제습된 건조한 기체흐름을 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름에 건조한 기체흐름의 현열을 가하여 분무상태의 기체흐름의 온도를 올리고, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 휘발성 액체의 액체방울을 기화시켜 그 기화열에 의해 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 내리며, 분무상태의 기체흐름과 건조한 기체흐름의 열교환에 의해 건조한 기체흐름을 냉각하고, 냉각한 건조한 기체를 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 방법.
휘발성 액체의 증기를 포화상태로 함유한 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무함으로써 미세한 휘발성 액체의 액체방울이 부유하는 분무상태의 기체흐름을 발생시켜, 복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 피냉각기체흐름을 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 열교환기의 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름에 피냉각기체흐름의 현열을 가하여 분무상태의 기체흐름의 온도를 올리고, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울을 기화시켜 이 기화열에 의하여 그 온도를 연속적으로 낮추며, 분무상태의 기체흐름과 피냉각 기체흐름의 열교환에 의하여 피냉각기체흐름을 냉각하고, 그 후 냉각된 피냉각기체흐름을 제습기를 통해 제습하여 냉각한 건조한 기체를 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 방법.
복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기 2대와 제습수단을 사용하고, 2대의 열교환기를 통과하는 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무함으로써 포화상태이고 또한 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하고, 2대의 열교환기 각각의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 보내고, 제1열교환기의 다른쪽 유체통로, 제습수단, 제2열교환기의 다른쪽 유체통로에 피냉각기체흐름을 순차적으로 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 제1, 제2열교환기의 제1유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름에 피냉각기체흐름 및 제습수단으로 제습한 후의 고온건조한 기체흐름의 현열을 가하여 분무상태의 기체흐름의 온도를 올리고, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울을 피냉각기체흐름 및 고온건조한 기체흐름의 현열에 의하여 기화시켜 그 기화열에 의해 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 낮추도록 하며, 저온의 건조한 기체를 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 방법.
휘발성 액체의 분무화 수단에 의해 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무하여 휘발성 액체 증기의 포화상태이고 또한 분무상태의 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 냉각할 피냉각유체를 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름이 피냉각유체의 현열을 빼앗아, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울이 기화하여 그 기화열에 의해 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 낮추는 것에 의하여 피냉각유체를 연속적으로 냉각하도록 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제12항에 있어서, 휘발성 액체의 분무화 수단의 상류측에 휘발성 액체증기를 도입하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제12항에 있어서, 열교환기의 한쪽 출구로부터 배출된 분무상태의 기체흐름을 열교환기의 한쪽 입구측으로 유도하는 덕트 및 송풍기를 설치하여 분무상태의 기체흐름을 순환시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기가 평판과 물결모양판을 교대로 적층시킨 벌집모양 적층체로 이루어지는 직교흐름형, 경사방향흐름형 또는 대향흐름형인 열교환기 또는 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기인 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기가 다수의 스페이서를 개재하고 판을 적층하여 이루어지는 직교흐름형, 경사방향흐름형 또는 대향흐름형인 열교환기 또는 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기인 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제15항에 있어서, 열교환기의 유체통로 벽면에 미립자를 고착하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
제17항에 있어서, 미립자가 흡착제의 미립자인 것을 특징으로 하는 유체 냉각 장치.
휘발성 액체의 분무화 수단에 의해 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무시켜 휘발성 액체의 포화상태이고 또한 분무상태의 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 냉각할 고온의 피냉각기체흐름을 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름이 피냉각기체흐름의 현열을 탈취하여, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울이 기화하고 그 기화열에 의해 분무 상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 낮추는 것에 의하여 피냉각기체흐름을 연속적으로 냉각하도록 하고, 피냉각 기체흐름의 열교환기보다 상류측에 제습수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 장치.
휘발성 액체의 분무화수단에 의해 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무하여, 휘발성 액체 증기의 포화상태이고 또한 분무상태의 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 냉각할 고온의 피냉각기체흐름을 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름이 피냉각기체흐름의 현열을 탈취하여, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울이 기화하고 그 기화열에 의해 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 낮추는 것에 의하여 피냉각기체흐름을 연속적으로 냉각하도록 하고, 피냉각기체흐름의 열교환기보다 하류측에 제습수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각장치.
휘발성 액체의 분무화 수단에 의해 기체흐름에 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무하여, 휘발성 액체 증기의 포화상태이고 또한 분무상태의 미세한 액체방울을 부유시킨 분무상태의 기체흐름으로 하고, 복수의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기의 한쪽 유체통로에 분무상태의 기체흐름을 통과시키고 다른쪽 유체통로에 냉각할 고온의 피냉각기체흐름을 통과시키며, 분무상태의 기체흐름이 열교환기의 한쪽 유체통로를 통과하는 사이에 분무상태의 기체흐름이 피냉각기체흐름의 현열을 탈취하여, 분무상태의 기체흐름에 부유하는 미세한 액체방울이 기화하고 그 기화열에 의해 분무상태의 기체흐름의 온도를 연속적으로 낮추는 것에 의하여 피냉각기체흐름을 연속적으로 냉각하는 기체 냉각수단을 2개 설치하고, 상기 양 냉각수단에 있어서의 피냉각기체흐름의 흐름 사이에 제습수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기체제습냉각 장치.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 휘발성 액체의 분무화 수단의 상류측에 휘발성 액체증기의 도입수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 장치.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기의 한쪽 출구로부터 배출된 분무상태의 기체흐름을 열교환기의 한쪽 입구측으로 유도하는 덕트 및 송풍기를 설치하여 분무상태의 기체흐름을 순환시키도록 한 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 장치.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기가 평판과 물결모양판을 교대로 적층시킨 벌집모양 적층체로 이루어지는 직교흐름형, 경사방향흐름형 또는 대향흐름형인 열교환기 또는 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기인 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 장치.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 열교환기가 다수의 스페이서를 개재하고 판을 적층하여 이루어지는 직교흐름형, 경사방향흐름형 또는 대향흐름형인 열교환기 또는 대향흐름형과 교차흐름형을 조합시킨 열교환기인 것을 특징으로 하는 기체 제습냉각 장치.
냉동기의 배열원(排熱源)과 열교환을 한 유체를 냉각하는 것으로서, 서로 열교환을 하는 2개의 유체통로를 갖고, 표면이 친수성을 갖는 열교환기를 보유하고, 기체흐름에 휘발성 액체의 증기로 포화시킨 기체중에 분무상태의 미세한 액체방울이 부유하는 상태로 될 때까지 위에서 아래쪽으로 휘발성 액체를 분무하여 분무상태의 기체흐름으로 하는 동시에 상기 열교환기의 통로 한쪽에 상기 분무상태의 기체흐름을 흐르게 하고, 상기 열교환기 내에서의 액체방울의 기화열로 상기 열교환기 통로의 다른쪽을 통과하는 피냉각 유체를 냉각하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉각장치.
제26항에 있어서, 피냉각유체가 물 또는 물과 다른 액체의 혼합물인 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉각장치.
제26항에 있어서, 피냉각유체가 기체인 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉각장치.