(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気が流過するダクト内に噴射ノズルが設置され、液体空気を気化した気化空気を噴射ノズルから噴出してダクト内の空気を冷却する液体空気による空気冷却装置において、上記噴射ノズルの上流側のダクト内に設置する空気水熱交換器と、氷蓄熱槽内の水と液体空気とを間接又は直接熱交換させることによって槽内の水を冷却すると同時に液体空気を気化させる気化手段と、上記氷蓄熱槽内から冷水を取り出して上記空気水熱交換器を経て上記氷蓄熱槽内に帰還させる手段と、上記気化手段で気化した気化空気を上記噴射ノズルから噴射させる手段と、上記空気水熱交換器と噴射ノズルとの間のダクト内に設置する除湿器とを具備することを特徴とする液体空気による空気冷却装置。
【請求項２】
上記液体空気を超伝導機器、冷凍庫、冷凍機等を間接熱交換により冷却した後、上記気化手段に導くことを特徴とする請求項１記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項３】
上記気化手段を氷蓄熱槽内の水と液体空気とを間接的に熱交換させる蒸発器によって構成したことを特徴とする請求項１記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項４】
上記蒸発器の入口側に入口ヘッダを設けるとともに出口側に出口ヘッダを設けたことを特徴とする請求項３記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項５】
上記蒸発器で気化した気化空気の一部を上記氷蓄熱槽内の水中に噴出させることを特徴とする請求項３記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項６】
上記気化手段を上記氷蓄熱槽内の水中に液体空気を注入する注入管によって構成したことを特徴とする請求項１記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項７】
上記注入管とこれを囲む外管との間に限界された環状通路から圧縮空気を上記氷蓄熱槽内の水中に噴出させることを特徴とする請求項６記載の液体空気による空気冷却装置。
【請求項８】
空気が流過するダクト内に氷蓄熱槽及びこの後流側に噴射ノズルを設置するとともに上記氷蓄熱槽内の水と上記ダクト内を流れる空気とを熱交換させる伝熱管を上記氷蓄熱槽を貫通させて設け、この氷蓄熱槽内に槽内の水と液体空気とを間接又は直接熱交換させることによって槽内の水を冷却すると同時に液体空気を気化させる気化手段を設け、この気化手段によって気化した気化空気を上記噴射ノズルから噴射させることを特徴とする液体空気による空気冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体空気を用いて空気を冷却する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種装置の１例が図７に示されている。ダクト５１内に噴射ノズル５２が設置され、液体空気供給源からの液体空気を噴射ノズル５２から噴射する。
【０００３】
すると、液体空気は図８に示すように、ダクト５１内を流れる空気と混合域内で混合し、蒸発域内で蒸発した後、拡散域内で拡散する。かくして、ダクト５１内に流入した温度ｔ１の空気は混合域でその温度が次第に降下して温度ｔ３となり、ダクト５１の出口から流出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空気冷却装置においてはダクト５１内に流入した空気中の湿分が噴射ノズル５２の外面に氷結し、この氷がダクト５１を塞いだり、この氷が飛散してダクト５１の下流側の機器に支障を及ぼす。
【０００５】
また、液体空気を噴射ノズル５２から空気中に直接噴射すると、その微粒蒸発及び拡散が順次繰り返し起こるので、混合域が長くなり効率良く空気を冷却できないという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために発明されたものであって、下記（１）〜（８）の手段を提案するものである。
（１）空気が流過するダクト内に噴射ノズルが設置され、液体空気を気化した気化空気を噴射ノズルから噴出してダクト内の空気を冷却する液体空気による空気冷却装置において、上記噴射ノズルの上流側のダクト内に設置する空気水熱交換器と、氷蓄熱槽内の水と液体空気とを間接又は直接熱交換させることによって槽内の水を冷却すると同時に液体空気を気化させる気化手段と、上記氷蓄熱槽内から冷水を取り出して上記空気水熱交換器を経て上記氷蓄熱槽内に帰還させる手段と、上記気化手段で気化した気化空気を上記噴射ノズルから噴射させる手段と、上記空気水熱交換器と噴射ノズルとの間のダクト内に設置する除湿器とを具備することにある。
【０００７】
本発明においては、液体空気は気化手段で気化する際その潜熱によって氷蓄熱槽内の水を冷却し、気化した気化空気は噴射ノズルからダクト内を流過する空気中に噴射されることにより拡散してその顕熱によりダクト内の空気を冷却する。氷蓄熱槽内から取り出された冷水は空気水熱交換器を流過する過程でダクト内を流過する空気と熱交換してこれを冷却する。
【０００８】
また、上記空気水熱交換器を流過して冷却された空気中の湿分を除湿器によって効率的に除湿することができるので、噴射ノズルへの氷結を防止できる。
【０００９】
（２）上記液体空気を超伝導機器、冷凍庫、冷凍機等を間接熱交換により冷却した後、上記気化手段に導くようにすれば、液体空気の顕熱を超伝導機器等に与えることができる。
【００１０】
（３）上記気化手段を氷蓄熱槽内の水と液体空気とを間接的に熱交換させる蒸発器によって構成すれば、この蒸発器において液体空気が気化する際氷蓄熱槽内の水が冷却される。
【００１１】
（４）上記蒸発器の入口側に入口ヘッダを設けるとともに出口側に出口ヘッダを設ければ、液体空気は入口ヘッダを経て円滑に蒸発器に流入し、出口ヘッダにより気液分離されるので、気化空気のみを噴射ノズルに送ることができる。
【００１２】
（５）上記蒸発器で気化した気化空気の一部を上記氷蓄熱槽内の水中に噴出させれば、この空気の湿熱が氷蓄熱槽内の水に与えられる。
【００１３】
（６）上記気化手段を上記氷蓄熱槽内の水中に液体空気を注入する注入管によって構成すれば、液体空気は氷蓄熱槽内の水と直接熱交換することによってその蒸発潜熱を槽内の水に与える。
【００１４】
（７）上記注入管とこれを囲む外管との間に限界された環状通路から圧縮空気を上記氷蓄熱槽内の水中に噴出させれば、液体空気を氷蓄熱槽内の水中に円滑に注入することができ、かつ、注入管のまわりに氷結するのを防止できる。
【００１５】
（８）空気が流過するダクト内に氷蓄熱槽及びこの後流側に噴射ノズルを設置するとともに上記氷蓄熱槽内の水と上記ダクト内を流れる空気とを熱交換させる伝熱管を上記氷蓄熱槽を貫通させて設け、この氷蓄熱槽内に槽内の水と液体空気とを間接又は直接熱交換させることによって槽内の水を冷却すると同時に液体空気を気化させる気化手段を設け、この気化手段によって気化した気化空気を上記噴射ノズルから噴射させれば、ダクト内を流過する空気は伝熱管内を流過する過程で氷蓄熱槽内の水と熱交換することによって冷却され、次いで、噴射ノズルから噴出された気化空気と混合することによって冷却される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態が図１に示されている。空気が流過するダクト５内には空気流れに沿って空気水熱交換器６、除湿器１０、噴射ノズル９がこの順に設置されている。液体空気タンク１からポンプ２によって抽出された液体空気は氷蓄熱槽３内の蒸発器４に送られ、ここで氷蓄熱槽３内の水Ｗと間接熱交換してこれを冷却することによって蒸発気化する。この際、水Ｗの一部は氷結して氷１Ｃとなる。
【００１７】
氷蓄熱槽３内の冷水は空気水熱交換器６に入り、ここでダクト５内を流れる空気を冷却することによって昇温した後、冷水循環ポンプ７によって付勢され、スプレー８から氷蓄熱槽３内に戻る。
【００１８】
蒸発器４で気化した気化空気の大部分は弁２１を通って噴射ノズル９からダクト５内を流れる空気中に噴射され、一部は弁２２を通って氷蓄熱槽３内の水Ｗ中に吹き出される。この際、弁２１、２２の開度を加減することによって噴射ノズル９から噴射される気化空気の量を調整する。
【００１９】
しかして、図２に示すように、ダクト５内に流入した温度ｔ１の空気は空気水熱交換器６を流過することによって温度ｔ２に冷却された後、除湿器１０を流過する過程で除湿され、更に噴射ノズル９から噴射された気化空気と混合域において混合して温度ｔ３に冷却される。
【００２０】
しかして、液体空気の蒸発潜熱を氷蓄熱槽３内の水及び空気水熱交換器６を介してダクト５内の空気に与え、次いで、気化空気の顕熱をダクト５内の空気に与えているため、ダクト５内を流れる空気を段階的に冷却することができ、従って、液体空気の冷熱を効果的にダクト５内の空気に与えることができる。
【００２１】
そして、気化空気がダクト５内の空気に噴射されて拡散するので、これらを均質に混合できるとともに従来のように液体空気をダクト５内で蒸発させた後に拡散させる必要がないので、混合域の長さが短くなり、従って、ダクト５の長さを短くできる。
【００２２】
また、ダクト５内の空気は空気水熱交換器６を流過する過程で冷水と熱交換することによって冷却された後、除湿器１０を流過することによって除湿されるとともに噴射ノズル９内には気化空気が流れるので、噴射ノズル９やその後流側のダクト５内に空気中の水分が氷結することはない。
【００２３】
ダクト５内を空気が流れない場合には、冷水循環ポンプ７を停止し、かつ、弁２１を閉、弁２２を開として気化空気の全量を氷蓄熱槽３内の水中に吹き込むことによって氷蓄熱槽３内に冷熱を蓄えて置くことができる。
【００２４】
また、冷水循環ポンプ７の吐出量を加減して空気水熱交換器６を流過する冷水の量を増減し又は弁２１、２２の開度を加減して噴射ノズル９から噴射される気化空気の量を増減すれば、ダクト５から流出する冷却空気の温度を任意に調整しうる。
【００２５】
本発明の第２の実施形態が図３に示されている。この第２の実施形態においては、液体空気タンク１からポンプ２によって抽出された極低温（約−１７０℃）の液体空気は超伝導機器１７、冷凍庫１８、冷凍機１９の冷却器２０等を流過する過程でその顕熱を与えた後に蒸発器４に供給される。他の構成、作用は図１に示す第１の実施形態と同様である。このようにすれば液体空気の保有する冷熱を３段階に利用しうる。
【００２６】
図４には氷蓄熱槽の変形例が示されている。この氷蓄熱槽３Ａにおいては、蒸発器４の入口側に入口ヘッダ１１が設けられ、出口側に出口ヘッダ１２が設けられている。しかして、液体空気は入口ヘッダ１１で分岐して蒸発器４の多数の伝熱管内に円滑に流入し、伝熱管内を流過する過程で蒸発気化した後、出口ヘッダ１２内で合流し、ここで気液分離した後、気化空気のみが流出する。
【００２７】
図５には氷蓄熱槽の更に他の変形例が示されている。この氷蓄熱槽３Ｂにおいては、注入管１５とこれを囲む外管１４からなる２重管１３の先端が氷蓄熱槽３Ｂ内の水Ｗ中に浸漬されている。しかして、液体空気は注入管１５内を通り、注入管１５と外管１４との間に限界される環状通路を通って来た圧縮空気によって付勢されてこれと一緒に水Ｗ中に吹き出される。この液体空気は水Ｗと直接熱交換してこれを冷却することによって蒸発気化する。このようにすると、液体空気は遠方に到達して水Ｗ中に拡散するとともに注水管１５のまわりに氷結するのを抑制できる。
【００２８】
本発明の第３の実施形態が図６に示されている。この第３の実施形態においては、ダクト５内に氷蓄熱槽３Ｃが設置され、この氷蓄熱槽３Ｃにはこれを貫通する多数の伝熱管１６が設けられている。氷蓄熱槽３Ｃ内の水Ｗ中には２重管１３を介して液体空気及び圧縮空気が吹き込まれてこの水Ｗを冷却する。気化空気は出口ヘッダ１２を経て氷蓄熱槽３Ｃの下流側に設置された噴射ノズル９から噴射される。
【００２９】
しかして、ダクト５内に流入した空気は多数の伝熱管１６内を流過する過程で管外の冷水と熱交換することによって冷却され、次いで、噴射ノズル９から噴射された気化空気と混合することによって更に冷却される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明においては、下記（１）〜（８）の作用効果を奏するものである。
（１）液体空気の潜熱を氷蓄熱槽内の水を介してダクト内の空気に与え、次いで、気化空気の顕熱をダクト内の空気に与えているので、ダクト内を流過する空気を段階的に冷却することができ、従って、液体空気の冷熱を効果的にダクト内を流過する空気に与えることができる。
【００３１】
また、気化空気がダクト内の空気に噴射されて拡散するので、これらを均質に混合できる。そして、従来のように液体空気をダクト内で蒸発させた後に拡散させる必要がないので、混合域の長さが短くなり、ダクトの長さを短くできる。
【００３２】
また、ダクト内の空気は空気水熱交換器を流過する過程で冷水と熱交換することによって冷却除湿され、噴射ノズル内には気化空気が流れるので、噴射ノズルやその後流側のダクト内に空気中の水分が氷結することはない。
【００３３】
更に、氷蓄熱槽内に冷熱を蓄えて置けるので、負荷の変動に容易に追縦できる。
【００３４】
また、ダクト内の空気水熱交換器と噴射ノズルとの間に除湿器を設置すれば、空気水熱交換器を流過して冷却された空気中の湿分を除湿器によって効率的に除湿することができるので、噴射ノズルへの氷結を効果的に防止できる。
【００３５】
（２）液体空気を超伝導機器、冷凍庫、冷凍機等を間接熱交換により冷却した後、気化手段に導くようにすれば、液体空気の顕熱を超伝導機器等に与えることができるので、液体空気の冷熱を３段階に利用することができ、従って、熱効率を向上しうる。
【００３６】
（３）気化手段を氷蓄熱槽内の水と液体空気とを間接的に熱交換させる蒸発器によって構成すれば、この蒸発器において液体空気が気化する際の蒸発潜熱によって氷蓄熱槽内の水を冷却しうる。
【００３７】
（４）蒸発器の入口側に入口ヘッダを設けるとともに出口側に出口ヘッダを設ければ、液体空気は入口ヘッダを経て円滑に蒸発器に流入し、出口ヘッダにより気液分離しうるので、気化空気のみを噴射ノズルに供給することができる。
【００３８】
（５）蒸発器で気化した空気の一部を氷蓄熱槽内の水中に噴出させれば、気化空気の湿熱を氷蓄熱槽内の水に与えることができ、また、この気化空気の量を加減することによって噴射ノズルから噴出する量を調節しうるので、ダクトから流出する空気の温度を調整しうる。
【００３９】
（６）気化手段を氷蓄熱槽内の水中に液体空気を注入する注入管によって構成すれば、液体空気は氷蓄熱槽内の水と直接熱交換することによってその蒸発潜熱の全てを槽内の水に与えることができる。
【００４０】
（７）注入管とこれを囲む外管との間に限界された環状通路から圧縮空気を氷蓄熱槽内の水中に噴出させれば、液体空気を氷蓄熱槽内の水中遠方まで到達させることができるとともに注入管のまわりに氷結するのを防止できる。
【００４１】
（８）空気が流過するダクト内に氷蓄熱槽及びこの後流側に噴射ノズルを設置するとともにこの氷蓄熱槽内の水とダクト内を流れる空気とを熱交換させる伝熱管を氷蓄熱槽を貫通させて設け、この氷蓄熱槽内に槽内の水と液体空気とを間接又は直接熱交換させることによって槽内の水を冷却すると同時に液体空気を気化させる気化手段を設け、この気化手段によって気化した空気を噴射ノズルから噴射させれば、装置を小型化しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態を示す系統図である。
【図２】  上記実施形態におけるダクト内空気の温度変化を示す線図である。
【図３】  本発明の第２の実施形態を示す系統図である。
【図４】  氷蓄熱槽の変形例を示す略示的断面図である。
【図５】  氷蓄熱槽の他の変形例を示す略示的断面図である。
【図６】  本発明の第３の実施形態を示す系統図である。
【図７】  従来の空気冷却装置を示す略示的断面図である。
【図８】  上記従来の空気冷却装置におけるダクト内空気の温度変化を示す線図である。
【符号の説明】
５   ダクト
６   空気水熱交換器
１０ 除湿器
９   噴射ノズル
１   液体空気タンク
２   ポンプ
３   氷蓄熱槽
４   蒸発器
７   冷水循環ポンプ
８   スプレー
２１、２２ 弁
Ｗ   水
１Ｃ 氷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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