WO2014103545A1 - 気化式冷却装置 - Google Patents

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air
liquid
cooling device
coolant
vaporization type
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林　豊
愛雄 一井
喜代志 安福
磯野　仁志
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シャープ株式会社
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    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0007—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning
    • F24F5/0035—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater cooling apparatus specially adapted for use in air-conditioning using evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/54—Free-cooling systems

Definitions

  • the present invention relates to a vaporization type cooling device.
  • the evaporative cooling device directly blows air by cooling (vaporizing) the liquid adhering to the surface of the air coolant.
  • the evaporative cooling device cools the air coolant by evaporating (vaporizing) the liquid adhering to the surface of the air coolant, and performs heat exchange with the air flowing through the surface of the air coolant. Blow the cooled air.
  • a conventional vaporization type cooling device is disclosed in Patent Document 1.
  • the conventional vaporization type cooling device described in Patent Document 1 includes a cooling container having a water-absorbing material, a watering device that sprays water on the cooling container, and a fan that blows air inside the cooling container toward the outside. Prepare. By utilizing the vaporization action of water, it is trying to generate cool air with low power and provide higher cooling capacity.
  • the cooling container is arranged on the upstream side of the fan with respect to the flow direction of the air flow generated by the fan, and the fan sucks the air in the cooling container and blows it outward.
  • the conventional vaporization type cooling device uses a mesh structure having excellent air permeability as the water absorbing material.
  • the problem of forming a water film on the mesh is not taken into consideration, there is a problem that the air permeability is hindered and the cooling efficiency is lowered.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vaporization type cooling apparatus with improved cooling capacity. It is another object of the present invention to provide a vaporization type cooling device that can reduce pressure loss and is miniaturized.
  • the vaporization type cooling device of the present invention includes an air coolant that cools the surrounding air by using the heat of vaporization of the attached liquid, and the liquid toward the upper end of the air coolant.
  • a liquid-repellent part that spreads and adheres to the air coolant, a liquid-receiving part that receives the liquid dripped from the lower end of the air-cooling material, and a liquid that is stored in the liquid-receiving part is sent to the liquid-liquid part
  • a blower fan that circulates the airflow through the blower duct.
  • the air coolant is made of a metal material.
  • the surface of the air coolant is subjected to a hydrophilic treatment.
  • a liquid holding part that guides the liquid downward is disposed between the liquid cooling part and the air coolant after being spread in the lateral direction.
  • a part of the air coolant is in contact with the liquid retaining part.
  • the configuration of the present invention it is possible to provide a vaporization type cooling device with improved cooling capacity. Furthermore, according to the structure of this invention, a pressure loss can be reduced and the vaporization type cooling device by which size reduction was achieved can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic vertical sectional view of a vaporization type cooling device
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a cooling unit of the vaporization type cooling device.
  • the white arrow drawn in FIG. 1 shows the distribution route and distribution direction of the airflow generated by the blower fan.
  • the evaporative cooling device 1 includes a blower duct 2 which is a main body casing having a rectangular box shape as shown in FIG.
  • the air duct 2 has, for example, a rectangular box shape extending in the lateral direction, and an air inlet 3 is opened at one end and an air outlet 4 is opened at the other end.
  • the air duct 2 may be erected vertically so as to extend vertically.
  • the blower duct 2 includes a blower fan 5 and a cooling unit 10 therein.
  • the blower fan 5 is composed of, for example, an axial fan and is disposed closer to the suction port 3 than the cooling unit 10.
  • the blower fan 5 causes the airflow to flow through the blower duct 2 in the direction in which the air sucked into the blower duct 2 from the suction port 3 is blown to the cooling unit 10, that is, from the right to the left in FIG.
  • the cooling unit 10 is disposed inside the air duct 2 on the downstream side in the air flow direction with respect to the air blowing fan 5.
  • the cooling unit 10 blows the cooled air by exchanging heat with the air flowing through the air duct 2.
  • the air cooled by the cooling unit 10 is blown out from the outlet 4.
  • the cooling unit 10 includes a cooling frame body 11, an air coolant 12, a liquid-cooling unit 13, a liquid receiving unit 14, and a liquid feeding unit 15.
  • the cooling frame 11 has a frame-like structure having air permeability and liquid permeability on the surface, upper surface, and lower surface facing the air flow direction inside the air duct 2.
  • the lower surface is formed of, for example, a bottom plate having a mesh structure, but a perforated plate having a large number of pores can also be used.
  • the cooling frame 11 includes a housing portion (not shown) that can accommodate the air coolant 12 therein.
  • the air coolant 12 is accommodated in the accommodating portion inside the cooling frame 11.
  • the air coolant 12 for example, a nonwoven material, a fiber cloth, or a porous material based on silica (SiO 2 ) can be considered.
  • a non-woven fabric is used as the air coolant 12 and has a mesh structure.
  • the air coolant 12 is cooled by surrounding liquid by using the heat of vaporization of the liquid that is sown by the liquid-liquid portion 13 and adheres to the air-cooling material 13.
  • the air coolant 12 may be configured integrally with the cooling frame 11.
  • Liquid part 13 is arranged above cooling frame 11.
  • the liquid-repellent portion 13 is constituted by a member provided with a plurality of small holes 13a having an arbitrary diameter on the lower side of the peripheral surface of a pipe extending substantially horizontally.
  • the liquid smoke part 13 performs liquid smoke over the entire upper end part 12a of the air coolant 12 through the plurality of small holes 13a. That is, the soot part 13 sprinkles liquid toward the upper end part 12 a of the air coolant 12 and adheres it to the air coolant 12.
  • the liquid receiver 14 is disposed below the cooling frame 11.
  • the liquid receiving part 14 is configured by, for example, a tank that receives and stores liquid dropped from the lower end part 12 b of the air coolant 12.
  • the liquid receiver 14 includes a liquid level sensor (not shown) therein.
  • the liquid receiving unit 14 is adjusted based on the liquid level information obtained from the liquid level sensor so that the liquid to be stored maintains a predetermined amount or more.
  • the liquid feeding unit 15 includes a liquid feeding pump 15a and a liquid feeding pipe 15b.
  • the liquid feeding pump 15a is disposed in the liquid receiving unit 14, and sends out the liquid stored in the liquid receiving unit 14 through the liquid feeding pipe 15b.
  • the liquid feeding pipe 15 b is configured as a pipe extending from the liquid receiving part 14 to the liquid-saloping part 13. The liquid sent out from the liquid receiving part 14 by the liquid feeding pump 15a is supplied to the liquid filling part 13 through the liquid feeding pipe 15b.
  • the air blowing fan 5 and the cooling unit 10 are driven. Thereby, the vaporization type cooling device 1 sucks the air outside the vaporization type cooling device 1 through the suction port 3 into the blower duct 2.
  • the blower fan 5 causes the airflow to flow through the blower duct 2 in a direction in which air is blown against the air coolant 12 of the cooling frame 11 of the cooling unit 10.
  • the liquid feeding pump 15 a of the liquid feeding unit 15 is operated, and the liquid stored in the liquid receiving unit 14 is fed to the liquid filling unit 13.
  • the liquid sent to the liquid-cooling part 13 is liquid-liquid with respect to the air coolant 12 of the cooling frame 11.
  • the liquid sown against the air coolant 12 passes through, for example, the surface or the internal gap of the air coolant 12 and drops from the lower end portion 12 b of the air coolant 12 to the liquid receiver 14.
  • the air coolant 12 is cooled by surrounding liquid by using the heat of vaporization of the liquid which is sown by the liquid-liquid portion 13 and adheres to the air-cooling material 13.
  • the air blown to the cooling frame 11 by the blower fan 5 is cooled by exchanging heat with the liquid or the air coolant 12 when flowing through the surface of the air coolant 12.
  • the air thus cooled is blown out of the vaporization type cooling device 1 from the blowout port 4.
  • the recirculation operation is repeated in which the liquid dropped from the liquid-cooling unit 13 through the cooling frame 11 to the liquid-receiving unit 14 is sent to the liquid-cooling unit 13 again.
  • a germicidal lamp may be installed above the liquid receiving unit 14 to sterilize the inside of the liquid receiving unit 14 and the liquid, thereby improving the quality of the liquid.
  • FIG. 3 is a graph showing the difference in blowing temperature between the vaporization type cooling device 1 and the conventional vaporization type cooling device.
  • the cooling frame body is arranged on the upstream side in the flow direction of the air flow generated by the blower fan with respect to the blower fan inside the blower duct, and the blower fan sucks the air in the cooling frame body to the outside. Air is blown toward (air outlet). Differences in air blowing temperatures when the outside air temperature is 25 ° C., 30 ° C., 35 ° C., and 40 ° C. with respect to the conventional evaporative cooling device having such a configuration and the evaporative cooling device 1 having the above configuration. Verified.
  • both the vaporization type cooling device 1 having the above-described configuration and the conventional vaporization type cooling device can produce an air flow having a blast temperature lower by about 1 ° C. to 2 ° C. than the outside air temperature. Furthermore, the vaporization type cooling device 1 can generate an air flow having a blast temperature lower by about 0.5 ° C. than the vaporization type cooling device of the conventional example.
  • the evaporative cooling device 1 having the above-described configuration is more effective in cooling than the conventional evaporative cooling device.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the air coolant in the cooling section of the vaporization type cooling device, as viewed from the direction of air flow. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to components common to the first embodiment, and The description of the drawings and the description thereof will be omitted.
  • the air coolant 22 is made of a plate-shaped metal material as shown in FIG.
  • the metal material used as the air coolant 22 is preferably a material having a higher heat transfer rate, such as aluminum or copper.
  • a plurality of plate-like air cooling materials 22 made of a metal material are arranged side by side with a predetermined interval in a direction perpendicular to the air flow direction so that the flat portion thereof is parallel to the air flow direction.
  • the air cooling material 22 is provided with a member for fixing itself up and down, or an assembly method such as fixing the air cooling material 22 through a rod from a direction perpendicular to the air flow direction is applied.
  • the air blown to the cooling frame 11 by the blower fan 5 circulates between the adjacent air coolants 22.
  • the thermal conductivity of the air coolant 22 can be further increased. Accordingly, the transmission efficiency of latent heat when the liquid is vaporized is increased, and the air coolant 22 can be cooled more efficiently. As a result, the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the air coolant 22 is made of a plate-like metal material. And the hydrophilic process is given to the surface of the air-cooling material 22 which consists of the metal material.
  • the hydrophilic treatment it is conceivable to apply a highly hydrophilic coating on the surface of the metal material.
  • the boundary layer between the surface of the air coolant 22 and the liquid can be thinned. Since the vaporization (evaporation) of the liquid occurs on the surface of the liquid film, it is possible to promote the vaporization transfer of the liquid by making the liquid film thinner and further improve the heat transfer efficiency. Therefore, the air coolant 22 can be cooled more efficiently, and the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the amount of liquid supplied from the liquefied part 13 can be reduced due to the increase in wettability.
  • the humidity rise at the time of use of the vaporization type cooling device 1 can be suppressed, and the cooling effect can be further enhanced or the cooling effect can be maintained.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the air coolant in the cooling section of the vaporization type cooling device, and is a view seen from a direction perpendicular to the air flow direction.
  • FIG. 6 is a diagram of the vaporization type cooling device and the conventional vaporization type cooling device. It is a graph which shows the difference in ventilation temperature. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to components common to the first embodiment, and The description of the drawings and the description thereof will be omitted.
  • the air coolant 22 is made of a plate-like metal material, for example, an aluminum material. And as shown in FIG. 5, the uneven
  • the uneven portion 22a on the surface of the air coolant 22 may be provided by porous processing or satin processing. According to this structure, the contact area with respect to the liquid and air of the air coolant 22 becomes very large for the volume.
  • the vaporization type cooling device 1 can generate an air flow having a blast temperature lower by about 2 ° C. to 4 ° C. than the conventional vaporization type cooling device. Therefore, it turns out that the cooling effect of the vaporization type cooling device 1 of the said structure is improving rather than the conventional vaporization type cooling device.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the air coolant in the cooling section of the vaporization type cooling device, as viewed from the air flow direction. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3, the same reference numerals as those in the first embodiment are given to components common to the first embodiment, and The description of the drawings and the description thereof will be omitted.
  • the air coolant 22 is made of a plate-shaped metal material as shown in FIG.
  • the metal material used as the air coolant 22 is preferably a material having a higher heat transfer rate, such as aluminum or copper.
  • the surface of the metal material may be subjected to a hydrophilic treatment.
  • the liquid retaining part 16 is provided above the air coolant 22 and between the liquid coolant 13 and the air coolant 22.
  • the liquid retaining unit 16 is configured to pierce the upper end of the air coolant 22, for example, and is in contact with the upper end of the air coolant 22.
  • the liquid retaining part 16 is made of a liquid-absorbing material, and for example, a material having a water absorption speed of 0.2 g / min or more to which a sponge or cloth is applicable is preferable. With such a liquid-absorbing material, the liquid retaining part 16 absorbs the liquid squeezed from the liquid-saloping part 13 and spreads it in the lateral direction, and then guides it downward.
  • the soot 13 Since the liquid smeared by the soot 13 has the property of flowing in an irregular direction, the way of wetting tends to be non-uniform, and a large amount of liquid is required to uniformly wet the surface of the air coolant 22. Need to supply time. Therefore, according to the configuration of this embodiment, since the liquid retained by the liquid retaining unit 13 is absorbed by the liquid retaining unit 16 and spread in the lateral direction, the liquid is guided downward. Evenly poured. Therefore, it is possible to wet the air coolant 22 uniformly by supplying a small amount of liquid for a short time.
  • the evaporative cooling device 1 uses the heat of vaporization of the attached liquid to cool the surrounding air, and the air is sprayed toward the upper end portion 12a of the air coolant 12 to cool the air.
  • a liquid-sending part 13 that adheres to the material 12, a liquid-receiving part 14 that receives liquid dropped from the lower end part 12 b of the air coolant 12, and a liquid-feeding part that sends the liquid stored in the liquid-receiving part 14 to the liquid-sending part 13.
  • the air duct 2 in which the air coolant 12 is disposed between the air inlet 12 and the air outlet 4 by opening the air inlet 3 and the air outlet 4 of the air inlet 15 and the air coolant 12.
  • a blower fan 5 that circulates the airflow through the blower duct 2.
  • all the airflow generated from the blower fan 5 is blown against the air coolant 12. That is, all the air blown to the air coolant 12 by the blower fan 5 circulates on the surface of the air coolant 12. Therefore, the evaporative cooling device 1 cools the air flowing through the air duct 2 without waste, and the cooling capacity is improved.
  • the air coolant 22 is made of a metal material, the thermal conductivity of the air coolant 22 can be further increased. Accordingly, the transmission efficiency of latent heat when the liquid is vaporized is increased, and the air coolant 22 can be cooled more efficiently. As a result, the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the hydrophilic treatment is applied to the surface of the air coolant 22 made of a metal material, when the liquid adheres to the surface of the air coolant 22, the boundary layer between the surface of the air coolant 22 and the liquid is made thin. Can do. Since the vaporization (evaporation) of the liquid occurs on the surface of the liquid film, it is possible to promote the vaporization transfer of the liquid by making the liquid film thinner and further improve the heat transfer efficiency. Therefore, the air coolant 22 can be cooled more efficiently, and the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the uneven portion 22a is formed on the surface of the air coolant 22 made of a metal material, the contact area of the air coolant 22 with respect to the liquid and air becomes very large relative to the volume. Therefore, the air coolant 22 can be cooled more efficiently, and the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the liquid retaining part 16 that guides the liquid downward after the liquid is spread laterally between the liquid-cooling part 13 and the air coolant 22 is disposed, the liquid is uniformly poured from above the air coolant 22. Can be removed. Therefore, it is possible to wet the air coolant 22 uniformly by supplying a small amount of liquid for a short time. Thereby, vaporization of a liquid can be advanced in the whole air-cooling material 22, and the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 improves.
  • the action of pouring the liquid uniformly from above the air coolant 22 is improved. Therefore, the vaporization of the liquid can be effectively advanced in the entire air coolant 22, and the cooling capacity of the vaporization type cooling device 1 is improved.
  • the vaporization type cooling device 1 by which the improvement of the cooling capability was achieved can be provided. Furthermore, according to the structure of this invention, the pressure loss can be reduced and the vaporization type cooling device 1 in which size reduction was achieved can be provided.
  • the present invention can be used in a vaporization type cooling device.

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Abstract

　気化式冷却装置１は、付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する空気冷却材１２と、空気冷却材１２の上端部１２ａに向けて液体を撒き空気冷却材１２に付着させる撒液部１３と、空気冷却材１２の下端部１２ｂから滴下する液体を受ける受液部１４と、受液部１４が貯留する液体を撒液部１３に送液する送液部１５と、空気の吸込口３及び吹出口４を開口して吸込口３と吹出口４との間に空気冷却材１２を配置した送風ダクト２と、空気冷却材１２に空気を吹き当てる方向に送風ダクト２に気流を流通させる送風ファン５と、を備える。

Description

気化式冷却装置
　本発明は、気化式冷却装置に関する。
　気化式冷却装置は空気冷却材の表面に付着した液体を蒸発（気化）させることで空気を直接冷却して送風する。または、気化式冷却装置は空気冷却材の表面に付着した液体を蒸発（気化）させることで空気冷却材を冷却し、空気冷却材の表面を流通する空気との間で熱交換を行うことにより冷却した空気を送風する。このような従来の気化式冷却装置が特許文献１に開示されている。
　特許文献１に記載された従来の気化式冷却装置は吸水性の材料を有する冷却容器と、冷却容器に対して散水する散水装置と、冷却容器内の空気を外部に向けて送風するファンとを備える。水の気化作用を利用することで低電力で冷気を発生させ、より高い冷却能力を提供しようとしている。
特開２０１２－２２５５５１号公報
　上記従来の気化式冷却装置は、冷却容器がファンにより生じる気流の流通方向に関してファンの上流側に配置され、ファンが冷却容器内の空気を吸引して外部に向けて送風する。従来の気化式冷却装置は吸水性材料に通気性に優れるメッシュ構造を用いることを想定している。しかしながら、メッシュに水膜が形成される問題を考慮していないため、通気性が阻害されて冷却効率が低下する課題があった。そして、冷却装置として一定の送風量を保持するための十分な吸気を得るには、ファンにより生じる気流の流通方向上流側に一部水が流れない箇所を設けて、この箇所から吸気を行う必要がある。したがって、ファンは冷却容器内で冷却された空気ではない未冷却の空気も吸引する虞がある。さらに、メッシュ部に水膜が形成されると圧力損失が高くなり、冷却容器周辺の隙間などから未冷却の空気を吸引する虞もある。これらの結果、冷却された空気と未冷却の空気とが混合され、冷却効率が低下する可能性があることが課題となっていた。
　本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、冷却能力の向上が図られた気化式冷却装置を提供することを目的とする。さらに、圧力損失を低減することができ、小型化が図られた気化式冷却装置を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明の気化式冷却装置は、付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する空気冷却材と、前記空気冷却材の上端部に向けて前記液体を撒き前記空気冷却材に付着させる撒液部と、前記空気冷却材の下端部から滴下する前記液体を受ける受液部と、前記受液部が貯留する前記液体を前記撒液部に送液する送液部と、空気の吸込口及び吹出口を開口して前記吸込口と前記吹出口との間に前記空気冷却材を配置した送風ダクトと、前記空気冷却材に空気を吹き当てる方向に前記送風ダクトに気流を流通させる送風ファンと、を備えることを特徴としている。
　また、上記構成の気化式冷却装置において、前記空気冷却材が金属材料からなることを特徴としている。
　また、上記構成の気化式冷却装置において、前記空気冷却材の表面に親水性処理を施したことを特徴としている。
　また、上記構成の気化式冷却装置において、前記空気冷却材の表面に凹凸部を形成したことを特徴としている。
　また、上記構成の気化式冷却装置において、前記撒液部と前記空気冷却材との間に前記液体を横方向に行き渡らせた後に下方に導く保液部を配置したことを特徴としている。
　また、上記構成の気化式冷却装置において、前記空気冷却材の一部と前記保液部とが接触することを特徴としている。
　本発明の構成によれば、冷却能力の向上が図られた気化式冷却装置を提供することができる。さらに、本発明の構成によれば、圧力損失を低減することができ、小型化が図られた気化式冷却装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態の気化式冷却装置の概略垂直断面図である。 本発明の第１実施形態の気化式冷却装置の冷却部の構成図である。 本発明の第１実施形態の気化式冷却装置と従来例の気化式冷却装置との送風温度の違いを示すグラフである。 本発明の第２実施形態の気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図である。 本発明の第４実施形態の気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図である。 本発明の第４実施形態の気化式冷却装置と従来例の気化式冷却装置との送風温度の違いを示すグラフである。 本発明の第５実施形態の気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図である。
　以下、本発明の実施形態を図１～図７に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
　最初に、本発明の第１実施形態の気化式冷却装置について、図１及び図２を用いてその構造を説明する。図１は気化式冷却装置の概略垂直断面図、図２は気化式冷却装置の冷却部の構成図である。なお、図１に描画した白抜き矢印は送風ファンにより生じる気流の流通経路及び流通方向を示す。
　気化式冷却装置１は、図１に示すように矩形箱形をなす本体筐体である送風ダクト２を備える。
　送風ダクト２は例えば横方向に延びる矩形箱形をなし、その一端に空気の吸込口３を開口し、他端に吹出口４を開口する。なお、送風ダクト２は上下に縦長に延びるよう立設しても良い。送風ダクト２はその内部に送風ファン５及び冷却部１０を備える。
　送風ファン５は例えば軸流ファンで構成され、冷却部１０より吸込口３に近い側に配置される。送風ファン５は吸込口３から送風ダクト２の内部に吸い込んだ空気を冷却部１０に吹き当てる方向、すなわち図１における右方から左方に向かって送風ダクト２に気流を流通させる。
　冷却部１０は送風ダクト２の内部の、送風ファン５に対して空気流通方向下流側に配置される。冷却部１０は送風ダクト２の内部を流通する空気との間で熱交換を行うことにより冷却した空気を送風する。冷却部１０が冷却した空気は吹出口４から吹き出される。冷却部１０は、図２に示すように冷却枠体１１、空気冷却材１２、撒液部１３、受液部１４及び送液部１５を備える。
　冷却枠体１１は送風ダクト２の内部の空気流通方向に対向する面、上面及び下面に通気性及び通液性を有する枠体状の構造をなす。下面は例えばメッシュ構造をなす底板で構成されるが、多数の細孔を有する有孔板などを用いることもできる。冷却枠体１１はその内部に空気冷却材１２を収容可能な不図示の収容部を備える。
　空気冷却材１２は冷却枠体１１の内部の収容部に収容される。空気冷却材１２は例えば不織布や繊維布、シリカ（ＳｉＯ2）をベースとする多孔質材料が考えられる。本実施形態では空気冷却材１２として不織布を用いており、メッシュ構造をなす。空気冷却材１２は撒液部１３により撒かれて自身に付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する。なお、空気冷却材１２を冷却枠体１１と一体として構成しても良い。
　撒液部１３は冷却枠体１１の上方に配置される。撒液部１３は例えば略水平に延びるパイプの周面の下側に任意の直径の小孔１３ａを複数設けた部材で構成される。撒液部１３はこの複数の小孔１３ａを通して空気冷却材１２の上端部１２ａの全面にわたって撒液を行う。すなわち、撒液部１３は空気冷却材１２の上端部１２ａに向けて液体を撒き空気冷却材１２に付着させる。
　受液部１４は冷却枠体１１の下方に配置される。受液部１４は空気冷却材１２の下端部１２ｂから滴下する液体を受けて貯留する例えばタンクで構成される。受液部１４はその内部に不図示の液位センサーを備える。受液部１４は液位センサーから得られる液位情報に基づいて貯留する液体が所定量以上を維持するように調整される。
　送液部１５は送液ポンプ１５ａと送液パイプ１５ｂとを備える。送液ポンプ１５ａは受液部１４に配置され、受液部１４が貯留する液体を送液パイプ１５ｂを通して送り出す。送液パイプ１５ｂは受液部１４から撒液部１３まで延びるパイプとして構成される。送液ポンプ１５ａが受液部１４から送り出す液体は送液パイプ１５ｂを通って撒液部１３に供給される。
　上記構成の気化式冷却装置１において不図示の運転スイッチが操作されて送風運転が指示されると、送風ファン５及び冷却部１０が駆動される。これにより、気化式冷却装置１は吸込口３を介して気化式冷却装置１の外部の空気を送風ダクト２の内部に吸い込む。送風ファン５は冷却部１０の冷却枠体１１の空気冷却材１２に空気を吹き当てる方向に送風ダクト２に気流を流通させる。
　冷却部１０では送液部１５の送液ポンプ１５ａが作動し、受液部１４が貯留する液体が撒液部１３まで送液される。撒液部１３まで送られた液体は冷却枠体１１の空気冷却材１２に対して撒液される。空気冷却材１２に対して撒かれた液体は空気冷却材１２の例えば表面や内部間隙を通過して空気冷却材１２の下端部１２ｂから受液部１４に滴下する。空気冷却材１２は撒液部１３により撒かれて自身に付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する。
　送風ファン５により冷却枠体１１に吹き当てられる空気は空気冷却材１２の表面を流通するときに液体または空気冷却材１２との間で熱交換を行うことにより冷却される。このようにして冷却された空気が吹出口４から気化式冷却装置１の外部に吹出される。
　冷却部１０の動作中、撒液部１３から冷却枠体１１を通して受液部１４まで滴下した液体を再度撒液部１３まで送る還流動作が繰り返される。なお、受液部１４の上部に例えば殺菌灯を設置して受液部１４の内部及び液体を殺菌し、液体の質を改善するようにしても良い。
　続いて、上記構成の気化式冷却装置１を運転したときの空気の冷却効果について、図３を用いて説明する。図３は気化式冷却装置１と従来例の気化式冷却装置との送風温度の違いを示すグラフである。
　ここで、上記構成の気化式冷却装置１の比較対象となる従来例の気化式冷却装置について説明する。従来例の気化式冷却装置は冷却枠体が、送風ダクトの内部において送風ファンに対して送風ファンにより生じる気流の流通方向上流側に配置され、送風ファンが冷却枠体内の空気を吸引して外部（吹出口）に向けて送風する。このような構成の従来例の気化式冷却装置と、上記構成の気化式冷却装置１とに対して、外気温度が２５℃、３０℃、３５℃及び４０℃のときのそれぞれの送風温度の違いを検証した。
　図３によれば、上記構成の気化式冷却装置１、従来例の気化式冷却装置ともに、外気温度に対して１℃～２℃程度低い送風温度の空気流を生み出すことができている。さらに、気化式冷却装置１は従来例の気化式冷却装置対して０．５℃程度低い送風温度の空気流を生み出すことができている。
　したがって、上記構成の気化式冷却装置１は従来の気化式冷却装置より冷却効果が向上していることが分かる。
＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態の気化式冷却装置について、図４を用いて説明する。図４は気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図であって空気流通方向から見た図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１～図３を用いて説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
　第２実施形態の気化式冷却装置１は、図４に示すように空気冷却材２２が板状の金属材料からなる。空気冷却材２２として使用する金属材料はより熱伝達率が高いもの、例えばアルミや銅が好ましい。
　金属材料からなる板状の空気冷却材２２はその平面部が空気流通方向と平行をなすように複数枚が空気流通方向と直角をなす方向に所定の間隔をあけて並べて配置される。空気冷却材２２は上下に自身を固定する部材を設ける、或いは空気冷却材２２に空気流通方向と直角をなす方向から棒を通して固定するなどの組み立て方法が適用される。送風ファン５により冷却枠体１１に吹き当てられる空気は隣り合う空気冷却材２２の間を流通する。
　このように空気冷却材２２を金属材料にすることで、空気冷却材２２の熱伝導率をより高くすることができる。したがって、液体が気化する際の潜熱の伝達効率が上昇し、空気冷却材２２をより効率良く冷却することが可能である。その結果、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態の気化式冷却装置について、図４を参照しつつ説明する。この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１及び第２実施形態と同じであるので、これらの実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその詳細な説明を省略するものとする。
　第３実施形態の気化式冷却装置１は空気冷却材２２が板状の金属材料からなる。そして、その金属材料からなる空気冷却材２２の表面に親水性処理を施している。
　親水性処理としては、金属材料の表面に親水性の高い塗装を施すことが考えられる。これにより、空気冷却材２２の表面に液体が付着したとき、空気冷却材２２の表面と液体との境界層を薄くすることができる。液体の気化（蒸発）は液膜表面で起こるため、液膜をより薄くすることで液体の気化伝達を促進し、熱伝達効率をさらに向上させることが可能である。したがって、空気冷却材２２をより効率良く冷却することができ、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　また、濡れ性の増加により、撒液部１３からの供給液量を削減することができる。これにより、気化式冷却装置１の使用時の湿度上昇を抑えることができ、冷却効果をより高める或いは冷却効果を維持することが可能である。
＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態の気化式冷却装置について、図５及び図６を用いて説明する。図５は気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図であって空気流通方向と直角をなす方向から見た図、図６は気化式冷却装置と従来例の気化式冷却装置との送風温度の違いを示すグラフである。なお、この実施形態の基本的な構成は図１～図３を用いて説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
　第４実施形態の気化式冷却装置１は空気冷却材２２が板状の金属材料、例えばアルミニウム材料からなる。そして、図５に示すように、そのアルミニウム材料からなる空気冷却材２２の表面に礫状体の凹凸部２２ａを設けた。空気冷却材２２の表面の凹凸部２２ａはポーラス加工や梨地加工により設けても良い。この構成によれば、空気冷却材２２の液体及び空気に対する接触面積はその体積の割に非常に大きくなる。
　凹凸部２２ａは細かければ細かいほど好ましい。凹凸部２２ａにより毛細管現象が強く働き、空気冷却材２２に撒かれた液体を細部まで導くことで液膜をより薄化し、液体の気化（蒸発）を一層進行し易くすることで気化冷却を促進することができる。また、空気との接触面が大きくなることや空気流をかき乱すことで空気の冷却を促進する効果がある。
　続いて、上記構成の気化式冷却装置１を運転したときの空気の冷却効果について、図６を用いて説明する。気化式冷却装置１の比較対象となる従来例の気化式冷却装置の構成と冷却効果の検証の方法とは第１実施形態と同じであるので、その説明を省略するものとする。
　図６によれば、気化式冷却装置１は従来例の気化式冷却装置対して２℃～４℃程度低い送風温度の空気流を生み出すことができている。したがって、上記構成の気化式冷却装置１は従来の気化式冷却装置より冷却効果が向上していることが分かる。
＜第５実施形態＞
　次に、本発明の第５実施形態の気化式冷却装置について、図７を用いて説明する。図７は気化式冷却装置の冷却部の空気冷却材の説明図であって空気流通方向から見た図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図１～図３を用いて説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
　第５実施形態の気化式冷却装置１は、図７に示すように空気冷却材２２が板状の金属材料からなる。空気冷却材２２として使用する金属材料はより熱伝達率が高いもの、例えばアルミや銅が好ましい。金属材料の表面に親水性処理を施しても良い。
　空気冷却材２２の上方であって、撒液部１３と空気冷却材２２との間には保液部１６が設けられる。保液部１６は例えば空気冷却材２２の上端に突き刺すなどの構成をなし、空気冷却材２２の上端に接触している。保液部１６は吸液性の材料で構成され、例えばスポンジや布などが該当する吸水速度０．２ｇ／ｍｉｎ以上の材料が好ましい。このような吸液性の材料により、保液部１６は撒液部１３から撒かれた液体を吸収して横方向に行き渡らせた後に下方に導く。
　撒液部１３により撒かれる液体は不規則な方向に流れる性質を持っているので濡れ方が不均一になり易く、空気冷却材２２の表面が均一に濡れるようにするには大量の液体を長時間供給する必要がある。そこで、この実施形態の構成によれば、撒液部１３により撒かれた液体を保液部１６が吸収して横方向に行き渡らせた後に下方に導くので、液体が空気冷却材２２の上方から一様に降り注がれる。したがって、少量の液体を短時間供給することで空気冷却材２２を均一に濡らすことが可能である。
　上記のように、気化式冷却装置１は、付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する空気冷却材１２と、空気冷却材１２の上端部１２ａに向けて液体を撒き空気冷却材１２に付着させる撒液部１３と、空気冷却材１２の下端部１２ｂから滴下する液体を受ける受液部１４と、受液部１４が貯留する液体を撒液部１３に送液する送液部１５と、空気の吸込口３及び吹出口４を開口して吸込口３と吹出口４との間に空気冷却材１２を配置した送風ダクト２と、空気冷却材１２に空気を吹き当てる方向に送風ダクト２に気流を流通させる送風ファン５と、を備える。これにより、送風ファン５から生じる気流はすべてが空気冷却材１２に吹き当てられる。すなわち、送風ファン５により空気冷却材１２に吹き当てられる空気はすべてが空気冷却材１２の表面を流通する。したがって、気化式冷却装置１は送風ダクト２に流通する空気を無駄なく冷却し、冷却能力が向上する。
　また、空気冷却材２２が金属材料からなるので、空気冷却材２２の熱伝導率をより高くすることができる。したがって、液体が気化する際の潜熱の伝達効率が上昇し、空気冷却材２２をより効率良く冷却することが可能である。その結果、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　また、金属材料からなる空気冷却材２２の表面に親水性処理を施したので、空気冷却材２２の表面に液体が付着したとき、空気冷却材２２の表面と液体との境界層を薄くすることができる。液体の気化（蒸発）は液膜表面で起こるため、液膜をより薄くすることで液体の気化伝達を促進し、熱伝達効率をさらに向上させることが可能である。したがって、空気冷却材２２をより効率良く冷却することができ、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　また、金属材料からなる空気冷却材２２の表面に凹凸部２２ａを形成したので、空気冷却材２２の液体及び空気に対する接触面積はその体積の割に非常に大きくなる。したがって、空気冷却材２２をより効率良く冷却することができ、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　また、撒液部１３と空気冷却材２２との間に液体を横方向に行き渡らせた後に下方に導く保液部１６を配置したので、液体が空気冷却材２２の上方から一様に降り注がれる。したがって、少量の液体を短時間供給することで空気冷却材２２を均一に濡らすことが可能である。これにより、空気冷却材２２の全体で液体の気化を進行させることができ、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　さらに、空気冷却材２２の一部と保液部１６とが接触するので、液体を空気冷却材２２の上方から一様に降り注ぐ作用が向上する。したがって、空気冷却材２２の全体で液体の気化を効果的に進行させることができ、気化式冷却装置１の冷却能力が向上する。
　そして、本発明の上記実施形態の構成によれば、冷却能力の向上が図られた気化式冷却装置１を提供することができる。さらに、本発明の構成によれば、圧力損失を低減することができ、小型化が図られた気化式冷却装置１を提供することができる。
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
　本発明は、気化式冷却装置において利用可能である。
　　　１　　気化式冷却装置
　　　２　　送風ダクト
　　　３　　吸込口
　　　４　　吹出口
　　　５　　送風ファン
　　　１０　　冷却部
　　　１１　　冷却枠体
　　　１２　　空気冷却材
　　　１２ａ　　上端部
　　　１２ｂ　　下端部
　　　１３　　撒液部
　　　１４　　受液部
　　　１５　　送液部
　　　１６　　保液部
　　　２２　　空気冷却材
　　　２２ａ　　凹凸部

Claims (5)

  1. 　付着した液体の気化熱を利用して周囲の空気を冷却する空気冷却材と、
    　前記空気冷却材の上端部に向けて前記液体を撒き前記空気冷却材に付着させる撒液部と、
    　前記空気冷却材の下端部から滴下する前記液体を受ける受液部と、
    　前記受液部が貯留する前記液体を前記撒液部に送液する送液部と、
    　空気の吸込口及び吹出口を開口して前記吸込口と前記吹出口との間に前記空気冷却材を配置した送風ダクトと、
    　前記空気冷却材に空気を吹き当てる方向に前記送風ダクトに気流を流通させる送風ファンと、
    を備えることを特徴とする気化式冷却装置。
  2. 　前記空気冷却材が金属材料からなることを特徴とする請求項１に記載の気化式冷却装置。
  3. 　前記空気冷却材の表面に親水性処理を施したことを特徴とする請求項２に記載の気化式冷却装置。
  4. 　前記空気冷却材の表面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の気化式冷却装置。
  5. 　前記撒液部と前記空気冷却材との間に前記液体を横方向に行き渡らせた後に下方に導く保液部を配置し、前記空気冷却材の一部と前記保液部とが接触することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の気化式冷却装置。
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