(57)【要約】  流体蒸気を実質的にその露点まで間接蒸発冷却するために改善された方法および装置。プレート熱交換器は、ドライサイドおよびウェットサイド上に、気体のためのチャネル（３、４および５）および孔１１を有する。プレートの一部にトラフが形成され、プレートのウェットサイド上の吸上げ材と接触する蒸発流体を一時保持する。蒸発流体は液体孔によりトラフから次のトラフに流入する。プレートのトラフはウェットサイドを上に向け、液体孔を側部に設けることで、対向する吸上げ材を湿らせるためのリザーバを作る。ドライサイド（９）を通る流れ生じるとき、プレートに熱が伝えられる。気体流（２）はドライサイドを通り、孔を通ってウェットサイド（１０）のチャネル（５）に流れ、続いて蒸発冷却を行うとともに、プレートからの熱の輻射伝達および伝導によりそれを冷却する。
2005513392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの流体流の間接蒸発冷却および熱交換のためのプレートであって、
ａ）蒸発液体に対し低浸透性を有するドライサイドと、
ｂ）表面が蒸発液体で湿らされるウェットサイドとを具え、
ｃ）前記プレートの前記ドライサイドが、第１チャネルによって作動流セクションおよび生成流セクションの２つのセクションに分離され、前記作動流セクションにおいて前記プレートを通る少なくとも１つの通路を有して、前記ドライサイド上の前記作動気体が前記プレートのウェットサイドに移送可能であり、
ｄ）前記プレートの一部にトラフ形状を具え、
ｅ）該トラフの部分に液体孔を有する、
プレート。
【請求項２】
さらに、前記ドライサイド上の前記流体流に対し平行でない方向に向けられた第２チャネルを前記プレートの前記ウェットサイドに具えた請求項１のプレート。
【請求項３】
１以上の第１チャネルが１以上の第２チャネルに対し角度をもって方向付けられ、それにより前記プレートの前記ドライサイドを通る流体の流れの方向が前記プレートの前記ウェットサイドを通る気体の流れの方向と実質的に直交する請求項２のプレート。
【請求項４】
前記プレートは、低い熱伝達レートを有するが断面の薄い材料を具え、該材料の低い熱伝達レートによっても前記ドライサイドから前記ウェットサイドへと容易に熱が伝達されるようにした請求項３のプレート。
【請求項５】
前記チャネルは前記プレートの少なくとも一方のサイドを通る層流の補助を行う請求項１のプレート。
【請求項６】
前記プレートは、前記プレートを通る気体の流れの方向に平行に延在する複数のリブをさらに具え、該リブが前記チャネルを形成する請求項１のプレート。
【請求項７】
前記チャネルは前記プレートの波部によって形成されている請求項１のプレート。
【請求項８】
前記孔は、円形および角が丸められた多角形からなる群に属する形状の一つである請求項１のプレート。
【請求項９】
前記プレートの少なくとも一部は水平から−１０ないし+１０度の角度をもって傾斜するよう方向付けがされている請求項１のプレート。
【請求項１０】
水のリザーバをさらに具え、前記プレートの最低縁が前記水に接触する請求項９のプレート。
【請求項１１】
上部のサイドに吸上げ材を有し、前記液体孔は前記上部の近くのトラフ側部にある請求項１のプレート。
【請求項１２】
吸上げ材が底部のサイドにあり、前記液体孔は前記トラフ底部にある請求項２のプレート。
【請求項１３】
（ａ）ドライサイドおよびウェットサイドを有し、前記ウェットサイドが蒸発液体により少なくとも部分的に湿らされているプレートであって、該プレートの前記ドライサイドを通る２以上の第１チャネルおよび前記プレートの前記ウェットサイドを通る１以上の第２チャネルをさらに有するプレートと、
（ｂ）前記ドライサイドを分離して流れることで前記プレートに熱を伝える生成流および作動気体流と、
（ｃ）前記ドライサイドの前記作動流の領域において前記プレートを通る通路であって、前記作動流が孔を通って前記ドライサイドから前記ウェットサイドに流れ、さらに前記ウェットサイドを流れるようにする通路と、を具え、
（ｄ）前記プレートが直接蒸発冷却により前記ウェットサイド上の前記作動気体流に熱を伝達することにより、前記プレート、前記ドライサイド上を流れる作動気体流および前記生成流を冷却するとともに、
ｅ）前記プレートの一部に形成されて蒸発液体を前記プレートの前記ウェットサイドに移送するためのトラフ
を具えた間接蒸発冷却器。
【請求項１４】
さらに、
（ａ）第１および第２サイドを有する第２プレートであって、該第２プレートの第１のドライサイドおよび前記第２サイドが蒸発液体によって部分的に湿らされるとともに、さらに前記第２のプレートの前記ドライサイドを通る２以上の第１チャネルおよび前記第２プレートの前記ウェットサイドを通る１以上の第２チャネルを有し、前記ドライサイドの前記作動流の領域において前記第２プレートを通る通路を有する第２プレートを具え、
（ｂ）前記第１および第２プレートのウェットサイドが対向するよう前記第１プレートを間隔をおいて平行に配列し、さらに前記第１および第２プレート双方の前記ドライサイドからの前記作動気体流が前記プレートを分離する前記間隔を通って前記ウェットサイド上で流れるとともに、前記トラフの部分が互いに収まるような姿勢とされ、
（ｃ）前記生成流体が前記第１および第２プレート双方の前記ドライサイド上を通って冷却される、
請求項１３の間接蒸発冷却器。
【請求項１５】
前記プレート間の間隔は、前記プレート間を流れる前記気体の圧力降下が最小限となるよう選択されている請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項１６】
さらに、前記プレート間の間隔は１．５から３．５ミリメートルの間で選択されている請求項１５の間接蒸発冷却器。
【請求項１７】
さらに、前記プレート間の間隔は、１．５０から１．８５ミリメートル、２．００から２．３５ミリメートル、２．１０および２．９０ミリメートル、および３．１０および３．５０ミリメートルからなる範囲の群から選択されている請求項１６の間接蒸発冷却器。
【請求項１８】
各プレートを通る少なくとも一つの通路が、他のプレートを通る前記通路からオフセットされている請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項１９】
前記ドライサイド上の１以上のチャネルが前記ウェットサイド上の１以上のチャネルに対し角度をもって方向付けられ、それにより前記プレートの前記ドライサイドを通る流体の流れの方向が前記プレートの前記ウェットサイドを通る気体の流れの方向と実質的に直交する請求項１４のプレート。
【請求項２０】
前記生成流および前記作動流が、前記プレートの前記ドライサイドを通るに先立って除湿される請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２１】
前記流れ、前記生成流または前記作動流の少なくとも一つの流れが、前記プレートを通るに先立って乾燥剤除湿器を通過する請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２２】
前記生成流は、冷却される空間から再循環され、作動気流および／または生成流として再使用される請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２３】
ａ）前記孔を通過する前に前記作動流が前記間接蒸発冷却器から出て行くのを阻止するよう寸法および形状が定められたバリア、
をさらに具えた請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２４】
前記チャネルは前記プレートの前記サイドおよび隣接プレートの対向表面を通って流れる流体の方向に平行に延在する複数のリブを具えた請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２５】
前記チャネルは前記プレートの波形によって提供される請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２６】
空間の冷却、または前記空間の加温および加湿を補助するために使用可能で、
ａ）第１および第２位置を有するサイクル制御ダンパーをさらに具え、該サイクル制御ダンパーが前記第１位置にあるときに前記作動気体流が雰囲気に放出されるとともに前記生成流が前記空間に向けられ、前記サイクル制御ダンパーが前記第２位置にあるときに前記生成流が雰囲気に放出されるとともに前記作動気体流が前記空間に向けられて加温および加湿を行う、
請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２７】
前記生成流体および作動気体流の運動を生じさせるために配設された少なくとも一つのファンをさらに具えた請求項１４の間接蒸発冷却器。
【請求項２８】
ａ）熱伝達表面を備える工程と、
ｂ）該熱伝達表面の一部を、前記熱伝達表面に形成されたトラフに一時保持されている蒸発液体で湿らせる工程と、
ｃ）ドライ部分からウェット部分まで前記熱伝達表面を通る気体通路を備える工程と、
ｄ）冷却および使用される前記熱伝達表面の前記ドライ部分を通って生成流体流を通過させる工程と、
ｅ）通路を有する前記熱伝達表面の前記ドライ部分を通って作動流を通過させる工程と、
ｆ）前記熱伝達表面の前記通路を通して前記熱伝達表面の前記ウェット部分に前記作動流を流す工程と、
ｇ）前記熱伝達表面の前記ウェット部分上の前記作動流内に前記蒸発液体を蒸発させることで、前記熱伝達表面の冷却を行う工程と、
ｈ）前記ドライ部分において前記冷却された前記熱伝達表面に接触させることで、前記生成流および作動流を冷却する工程と、
を具えた間接蒸発冷却方法。
【請求項２９】
前記通路とともに、前記ドライサイド上のガイドが前記プレートの側部と平行に延在している請求項２８の方法。
【請求項３０】
前記ドライサイド上の前記ガイドと平行でない方向に、前記ウェットサイド上のガイドが延在している請求項２８の方法。
【請求項３１】
流体を冷却するために改善された方法であって、
ａ）熱交換表面のためのプレートを備える工程と、
ｂ）２以上のプレートを用いる工程と、
ｃ）双方ともウェット表面のように同種の表面同士が向き合うよう隣接プレートを備えることで、当該隣接プレート間に間隙を形成する工程と、
ｄ）生成流および作動流の流体を所望の方向に案内すべく前記隣接プレート間にガイドを備える工程と、
ｅ）すべての前記プレートが同じエリアにあるように通路を備える工程と、
ｆ）前記隣接プレート間のドライ空間内に、前記作動流から前記生成流を分離して案内するガイドを備える工程と、
ｇ）前記隣接プレート間のウェット空間内において、前記ウェット空間に前記作動流が入った後、前記生成流の方向と平行でない方向に前記作動流を案内するガイドを備え、加湿を伴うことなく前記生成流の流体の冷却を行わせる工程と、
ｈ）互いに収まるトラフ領域を備え、前記プレートのウェットサイドを湿らせるための蒸発液体を一時保持させる工程と、
を具えた方法。
【請求項３２】
前記ウェット表面のための液体が前記プレートのウェットサイド上の吸上げ層によって分配される請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記プレートは前記ドライサイドに蒸発液体に対し不浸透性である層を有する請求項３１の方法。
【請求項３４】
前記プレートの前記吸上げ層は前記トラフのリザーバ内の液体によって蒸発液体の供給を受ける請求項３１の方法。
【請求項３５】
前記トラフのリザーバが蒸発液体の供給を受け、吸上げ材に取られない液体が液体孔を通って前記トラフから出て行く請求項３１の方法。
【請求項３６】
前記リザーバは隣接する２つのプレート上の前記吸上げ材を湿らせる請求項３５の方法。
【請求項３７】
底部のリザーバを具えた請求項３５の方法。
【請求項３８】
前記吸上げ材のためにより多くの液体を必要とするかを感知する手段を具えた請求項３５の方法。
【請求項３９】
前記手段はリザーバ内のフロートバルブである請求項３８の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸発流体コンディショニングの分野に関する。特に、本発明は、方向付けられた（canalized）気体および流体の流れと熱交換プレートを横切る方向の温度勾配とをもつ熱交換器内での間接蒸発冷却（indirect evaporative cooling）により、流体（気体、液体、または、相変化を伴う、および伴わない混合物）を実質的に気体の露点まで顕熱冷却（sensible cooling）する分野に関する。さらにここで述べる本発明は、液体の迅速な分配を補助するために改善された膜設計、効率的なリザーバシステムおよび制御システムに関わる。
【背景技術】
【０００２】
背景の議論
間接蒸発冷却は、冷却液（普通は、水）を蒸発させることによって気体流（普通は、空気）を冷却して第２の気流にする一方、第１の気流から第２のものに熱伝達を行わせる方法である。この方法は従来の空気調和に比べて、電気的な要求条件が低く、比較的高い信頼性があり、Ｒ−１３４のような冷媒について必要とされるもの、ひいてはそれによるすべての不利益を排することができ、確かに特有の利点がある。しかしながら、間接蒸発冷却はまだ特別に造られた商業的用途においてのみ用いられているだけで、住宅の、もしくはアフターマーケット製品として市場では未だ入手できない。これは公知の間接蒸発冷却器および方法の不利な点に起因している。すなわち、コストが高いこと、熱力学的サイクルが効率的でなく、費用に見合って空気を十分に冷却することができないこと、給水システムが効率的でないこと、大型であること（scale buildup）、熱交換器が貧弱で高価であること、圧力低下が大きいこと、気流の露点（冷却の理論的限界）に近づけるのが難しいこと、湿った雰囲気では露点が比較的高いこと、熱交換装置を通じて圧力の低下が大きいこと、熱交換装置が大型であること、および、いくつかの設計によっては多くの補助的な器具に頼らねばならないこと、である。
【０００３】
特許文献１（１９７７年１１月にMuntersらに発行されたもの）は、方向付けられた気流が混じり合わずに、デバイスを通過する気流をデバイス内で２７０度にわたってターンさせることで、流路により大きな圧力低下が生じる熱交換器を開示している。さらに、Muntersは冷却流体には外の空気以外を許容しておらず、再循環が望まれる場合の用途には用いることができない。
【０００４】
特許文献２（１９９３年２月２３日にRotenbergらに発行されたもの）は、特許文献３（Maisotsenko）をコピーしたものであるが、熱交換プレートを貫通する孔と、交互のウェットおよびドライチャネルとを有する熱交換器を開示している。出願人はここにおいて、この米国特許が、出願人のロシア国特許を基礎としたものであり、本発明は、実質的な手法において特許文献２の開示（Maisotsenkoの特許文献４）とは異なっている。この開示では、生成流体（冷却された流体。特許文献２の開示が限定しているような気体であるか、あるいはその他の流体であるかを問わない）を分離した取り扱いを用いること、ドライチャネルからウェットチャネルへ効率的な熱伝達を行うよう作動する薄い樹脂のプレートであって、表面ないしプレートに沿った横方向には熱を伝達しない当該プレートを用いること、または、効率的な吸上げ動作を許容する熱交換プレートへの浅い角度の傾斜を用いることはしておらず、代わりに深い角度のものが開示されている。また、その開示には、吸上げ供給器（feeder wick）の使用は示唆されておらず、代わりに複雑で高価なスプレーヘッドが各ウェットチャネルに配設されている。最後に、特許文献２はチャネルガイドの使用に対して乱流を促進（urge）することで効率が良くなると述べている。しかしながら、これは個々の熱交換プレートの横方向温度プロフィールを制御することを特許文献２に許容しない。加えてこの発明では、作動気流を生成物から分離することによって、作動空気がチャネルの孔を通過するときに作動空気が減少し、その圧力低下を減らし、同時に排気チャネルをより良く制御できるようになる。特許文献２は、上記Muntersの特許文献１と同様、冷却外気に限定される。
【０００５】
１９９２年１２月１５日にKaplanに発行された特許文献５は、間接蒸発システムにおいて量産（proliferate）可能な多くの補助器具を示している。Beldingら、およびGolandらに発行された特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２は、同じ一群の、多くの空気の取り扱い器具をが示している。参照されるそれらのようなシステムを検討する際には、単一の付加的な熱交換器だけでシステム全体の価格の３分の１以上を追加することに心を留めておくべきである。これらのシステムは、方法が異なっていることは措くとしても、ただ空気の冷却のみに適用される。
【０００６】
１９９５年９月２６日に名義上本出願人に発行された特許文献１３は、ウェットおよびドライプレートの交互のセットが、そばのプレートに接触することで冷却された乾いた一方の気流と、直接蒸発によって冷却された他方の気流との、二つの空気の流れを提供する装置を開示している。しかしながら、このユニットは流入する二つの気体および流出する二つの気体を要する。加えて、問題である設計は、付加的な直接蒸発冷却を行うことのない、間接冷却のみに対しては提供されないことである。生成空気の湿度を上昇させる直接蒸発冷却の第２段階は、しばしば望ましいものではあるが、望ましくないこともしばしばある。
【０００７】
係属中の本発明者による２出願もまた、間接蒸発冷却の技術を述べている。２００１年２月７日に出願された特許文献１４は、直接蒸発冷却の第２段階を除去する一方法を開示している。２００１年２月７日に出願された特許文献１５は、間接蒸発冷却の熱交換コアのより良い設計を開示し、これによりより良い湿潤および圧力降下の低減が可能となるようにしている。
【０００８】
より効率的な空気の流れおよび熱交換を提供する間接蒸発方法および装置が要望されている。間接蒸発冷却方法の改善された膜、リザーバおよび制御機構の利点は、より明確な結果を得ることで、先に開示した設計を越えるものとなる。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，００２，０４０号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１８７，９４６号明細書
【特許文献３】露国特許第２０９６２５７号明細書
【特許文献４】露国特許第２０４６２５７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，１７０，６３３号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７２７，３９４号明細書
【特許文献７】米国特許５，７５８，５０８号明細書
【特許文献８】米国特許５，８６０，２８４号明細書
【特許文献９】米国特許５，８９０，３７２号明細書
【特許文献１０】米国特許６，００３，３２７号明細書
【特許文献１１】米国特許６，０１８，９５３号明細書
【特許文献１２】米国特許６，０５０，１００号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，４５３，２２３号明細書
【特許文献１４】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０４０８２号
【特許文献１５】国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ０１／０４０８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の概要
本発明は、全種流体の間接蒸発冷却器を提供するもので、熱交換プレートの対向面で交差して流れるウェットおよびドライチャネルを有し、これによって薄い樹脂構造または他の好適な材料によるプレートを通した熱伝達を可能にする一方、プレートに沿った横方向の熱伝達を阻止または最小化するようにする。その目的のために、いくつかの用語を定義する。
【００１１】
１．熱伝達面または熱交換面は多くの構成を有する。すべては、ここに開示する発明の主題に包含され、産業において良く知られているような流れおよび湿潤化に対する適切な調整を伴う。説明の例として、一つのプレート構成を使用する。
【００１２】
２．熱交換面のウェットサイドまたは部分とは、その面上もしくは内部で蒸発する液体を有することで、表面の蒸発冷却および表面からの潜熱の吸収を可能とする部分を意味する。
【００１３】
３．熱交換器のドライサイドまたは部分とは、隣りの気体または流体内への蒸発が生じないような熱交換器表面の部分を意味する。よって、隣り合う気体内に蒸気および潜熱の移動が生じない。実際上、その表面は湿っていてもよいが蒸発流体によってではなく、または凝縮によって湿ることはなく、蒸発もない。
【００１４】
４．作動流または作動気体は気体の流れであり、この流れはドライサイド上の熱交換面に沿って流れ、表面の通路を通ってウェットサイドに至り、蒸気を拾い上げ、蒸発によって熱交換面から潜熱を取り出し、それを排気内に移送する。いくつかの実施形態においては、作動流は廃物として処分されるものでもよく、他においては、加湿や掃熱（scavenging heat）などの特別な目的に対して用いることもできる。
【００１５】
５．生成流（product stream）または生成流体流（product fluid stream）は流体（気体、液体または混合物）の流れであり、これはドライサイド上の熱交換面に沿って通過し、ウェットエリア内での蒸発により潜熱を吸収するウェットサイド上の作動気体流による熱の吸収により、冷却されるものである。
【００１６】
６．トラフ湿潤化システム（trough wetting system）の実施形態は膜に特徴があり、図において、これは膜の中央領域においてすべての膜に現れている。隣り合う膜のトラフは、膜のウェットサイドを湿潤化する目的で、液体の通路として、および位置の保持を行うものすなわちザーバとして、共に作動する。このトラフあるいはトラフ状の特徴物の位置および形状、および相対配置が単に説明されるが、他の方向づけや方法および装置も開示発明に包含されるものである。
【００１７】
プレートはまた、プレートのドライサイドと限界された領域のウェットサイドとの間に、通路または孔または移送手段を有しており、ドライ作動チャネルから、直接蒸発冷却が起こる作動ウェットチャネルに至る流れを提供する。孔により、システムを通じて、作動気体流は低減された圧力降下をもつ。
【００１８】
本発明の方法は、作動気体の流れ（これはウェットチャネル内で液体を蒸発させ、これによって熱交換器プレートのウェット表面を冷却するのに用いられる）を生成流体の流れから分離して使用するものである。二つの流れは、熱交換プレートの同じ側にあるドライ作動チャネルおよびドライ生成チャネルを通って流れ、作動ウェットチャネル内の蒸発によって反対側の面が冷却される熱交換プレートに熱を渡す。
【００１９】
作動気体の流れはまずドライ作動チャネルに入り、孔、ポアまたは他の適切な移送手段を通ってプレートのバリアを横切ることで、ウェットサイドに至り、そこからウェット作動チャネルに入る。そこでは、ウェットチャネル表面の液体の蒸発によりプレートが冷却される。
【００２０】
ドライ生成チャネルはこのプレートのドライサイドにある。プレートは薄い材質でなる。これにより、プレートを横切る熱伝達が容易に行われ、またそれによってドライ生成チャネルからウェット作動チャネルへの熱の伝達も容易に行われる。これは、作動気体の流れを分離し、分離生成流体を蒸発冷却により間接的に冷却する方法を説明する本発明の基本的なユニットないしエレメントである。
【００２１】
よって本発明の目的は、ドライ作動チャネルから熱交換プレートの反対側にあるウェット作動チャネルへの流れを許容する孔を有する間接蒸発冷却器を提供することにある。
【００２２】
本発明の他の目的は、熱交換プレートを有し、実質的な横方向（lateral）の熱の伝達を許さず、プレートを通って横切る方向の熱交換を許容する間接蒸発冷却器を提供することにある。プレート下方に向かう横方向の熱の伝達により、不均一な状態となるプレートを横切る熱伝達が生じる。温度低下を平均化することで、プレートは、プレートを通る方向および横切る方向の温度差が低減され、プレートを横切る伝熱レートが低くなる。よって、ドライサイドからウェットサイドへプレートを横切る熱の伝達を容易にするとともに、プレート表面に沿う熱の伝達を容易に行わせないようにすることが本発明の一部である。
【００２３】
本発明の他の目的は、プレートの２次元表面を横切る方向の温度勾配を持つ間接蒸発冷却器を提供し、これによってある温度範囲を持つ作動気体流チャネルを具えることである。
【００２４】
本発明の他の目的は、冷却に用いるための生成流体流の選択を許容する、特に最も冷却された生成チャネルから出て行く流体流が冷却に用いられるよう選択され得るようにする間接蒸発冷却器を提供することである。逆に、環境に対し加湿を行うべく作動気体流のいくつかの部分が選択されるようにしてもよい。
【００２５】
本発明の他の目的は、効率的な吸上作用（wicking action）を行う間接蒸発冷却器を提供し、空気よりむしろ水を冷却する過剰な水を用いることなく、ウェットチャネルの表面領域の実質的な全体にわたってより容易な湿潤化を行えるようにすることにある。
【００２６】
本発明の他の目的は、デバイスの全チャネルに均等に水を提供する吸上げ供給器（feeder wick）を有する間接蒸発冷却器を提供することである。このシステムは濡れた膜のすべてに迅速に液体を分配すること、湿潤化のためのリザーバを提供すること、および液体分配のための調整および制御を行う制御システムを提供することに特徴がある。
【００２７】
本発明のさらに他の目的は、サイクル選択手段を有する間接蒸発冷却器を提供し、夏季には冷えて湿度のない空気を提供するために用いることができ、冬季には空間を出て行く気体から掃熱を行う一方、空間を同時に加湿するために用いることができるようにすることにある。
【００２８】
本発明のさらに他の目的は、効率的な間接蒸発冷却器を提供し、生成物の流れを実質的に作動気体露点温度まで冷却できるようにすることである。
【００２９】
本発明の他の目的は、作動気体流に対し圧力降下が比較的少ない効率的な間接蒸発冷却器を提供することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図は本発明の第１のエレメントを３次元的かつ模式的に表わし、間接冷却を生じさせる方法を説明するためのものである。このエレメントの実施形態は平坦なプレート（以下、プレート６としても参照される）として形成され、ドライサイド９をウェットサイド１０に接続する孔１１を含んでいる。ドライサイド９はさらに細分化されて生成チャネル３および作動気体チャネル４に分割される。孔１１は作動チャネル４内にある。図１Ｂを見るに、ウェットサイド１０は蒸発可能な液体によって濡らされ、冷却を行う。ウェットサイド１０もチャネル５を有している。図１Ａのチャネル３および４は、作動気体が乾いた生成流体から分離された状態を保つよう、分離されている。チャネルガイド８は、チャネル３および４間の気体の混合を防ぐようチャネル３および４を画成し、他方のサイド上の垂直気体流からプレート６を横切って比較的自由な伝達を行う。プレート６は非常に薄いものであるので、熱はこのプレートを容易に垂直に通過して横切り、ドライサイドからウェットサイドへと移動する。プレートの材料は、プレートに沿った熱伝達を最小化するよう選択される。好ましい材料は樹脂である。チャネルガイドの材料は、チャネルを画成するバリアを提供することに加え、両側に隣接する平行流から流れを可能な限り有効に絶縁して、「平行熱伝達」を低くすることもできるものとする。
【００３１】
使用時には、流体１の生成流および気体２の作動流はそれぞれチャネル３および４に引き込まれ、プレート６のドライサイドを層流として通過する。作動気体流２は続いて孔１１を通ってウェットサイド１０に至り、チャネル５に流入する。ウェットサイド上のチャネル５は、ドライサイド上を流れる流体とほぼ直交する方向に気体流を向けてプレート６のウェットサイドを通過させる。ここではいくつかの方法により熱を受容する。第１はウェットサイド１０からの液体の蒸発の形態であり、第２は伝導または輻射によってプレート６から棄てられる熱としてである。よってプレート６は熱交換器および間接蒸発冷却器として作用する。気体の流れ２は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、気体流２として間接蒸発冷却器６に現れる。
【００３２】
交差する流れは、正確に直交するものである必要はなく、流れが「実質的に直交」するものであればよい。１８０度であれば逆方向の流れとなり、０度であればプレート６の両サイドの流れは平行となり得る。実質的に直交する流れはこれら２つの極端な場合の間のある角度で生じ、その角度とすることでプレートの対向サイドの流れが互いに交差可能となる。プレートの対向サイドの流れをもつことが重要であるのは、これが後述する温度差および温度勾配を提供するからである。
【００３３】
この実施形態では、作動気体流２はチャネル４においてプレート６の中心を通る。チャネル４の下のプレート６の反対側のサイドでは、気体流２はウェットサイドに接触し、蒸発によって冷却される。入口において、（チャネル４内のドライサイド上の）流れ２は、プレート６の反対サイド上の蒸発によって冷却される。これは流れ２の予冷却（precooling）として作用する。よって、流れ２がドライサイド上のチャネル４を進んで行き孔１１に入る前に、理想的には湿球温度まで、乾式冷却（dry cooled）される。ドライサイドでのこの予冷却によって、この流れがその元の温度より冷たいウェットサイドに入り、それにより続けて湿球温度より低くすることができるようになる。
【００３４】
気体流１および２の方向づけ（canalization）を行うことで、内部の流れの制御および温度の制御が可能となり、デバイスの効率をさらに高める。プレート６を通って横切る方向の温度差は、ウェットチャネル５を通る気体流２の流れによって生じる。ウェットチャネル５を通る気体流２の流れは、最初は非常に乾いており、蒸発流体からの蒸気を最大限吸収できる。続いてこれが潜熱（液体から蒸気への遷移）の最大量を吸収すると、続いてプレート６を通じて温度差がより大きくなる。よって、チャネル４に最も近いチャネル３が最も冷却されることになる。
【００３５】
実際上、生成流体は、乾式冷却を行うこと、すなわち冷却液体の蒸発によって生じる分圧気体成分の付加を伴わずに冷却を行うことが望まれるいかなる流体（空気、気体、液体または混合されたもの）であってもよい。例えば、商業用および住居用として使用する場合には、流体は空気であり、冷却液体は水であろう。発明のドライサイドチャネルから現れる生成気流は、何ら加湿されていない。冷却のために使用前より温度を低め、これによって冷凍サイクル内での高効率化を低コストで達成できるようにするために、相変化を通じるか否かを問わず、冷媒であってもよい。
【００３６】
図１に描かれた実施形態において、作動ドライ気体の生成流体からの分離は、隣接プレート間の壁として作用するチャネルガイド８によって行われ得る。チャネル４の端部において、バリアすなわち壁１２が、作動ドライ気体が出て行き生成流体と混合するのを防いでいる。もしプレート６が波形（corrugated）であれば、チャネルガイドはプレート自身の波部分として備えられる。チャネルガイドを、プレート６のいずれか一方または両方のサイドの生成流体と作動気体との間に存在させて、流体が対向プレートの波部間を通過するのを防ぐようにしてもよい。いずれの場合でも、それらは気体または流体のチャネルとして機能し、２以上の熱交換プレートを有する実施形態においては、他のプレートとのプレート６の分離状態を有効に維持することができる。加えて、波形のチャネルガイドを平坦なプレート６間において用いることもでき、この場合には付加的な分離の必要がない。
【００３７】
プレート６のウェットサイド１０は、ウェットサイド１０を通して冷却液体を蒸発させることのできる吸上げ層の材料を含むことが有利である。好ましくは、吸上げ層がウェットサイド１０の全表面領域を実質的に覆うようにする。吸上げ層は、よく知られた多くの材料のいずれかとすることができる。すなわち、セルロース、有機繊維、有機物をベースとする繊維、多孔質樹脂、炭素をベースとする繊維、ポリエステル、ポリプロピレン、ガラス繊維、珪素をベースとする繊維およびこれら物質の組合わせである。吸上げ層の材料は多くの形状をとり得る。すなわち、フィルム、組織（weave）、編組（braid）、ビーズのような粒子のベッドおよびそれらの組合わせである。
【００３８】
有効には、吸上げ層の材料はプレート６の材料とすることができる。例えば、プレート６を、一方のサイドを不浸透性となるように処理した吸上げ層の材料とし、その不浸透性のサイドをプレート６のドライサイドとして用いるようにすることができる。その処理は、吸上げ層の材料自体の性質を変えるものや、樹脂フィルムなどのような他の物質を吸上げ層素材上にコーティングするものなどであってもよい。吸上げ層素材は、全体的に不浸透性をもつようにする代わりに、低浸透性をもつように処理することもできる。本出願において、「低浸透性」とは、プレート６を通ってドライサイド９に至る水の量が十分に少なく、ドライサイド９を横切る気体流が実質的に湿潤化されず、かつ蒸発による冷却も実質的になされないことを意味する。不浸透性ドライサイドに対して低浸透性ドライサイドを代用することも、特許請求の範囲に記載の本発明の実施に該当する。
【００３９】
あるいは、プレート６の材料を不浸透性のものとし、それをウェットサイド１０において浸透性を呈するよう、すなわち吸上げ作用を行うように処理することもできる。いずれの場合でも、プレート６の材料は熱伝達に対して比較的高い抵抗を有するものとすべきである。プレート６が薄いためにこれはプレート６を通る熱伝達にはほとんど影響を与えない一方、先に述べたように、プレートの横方向には熱が移動することができない。
【００４０】
プレート６はまた、他の実施形態を参照して後述するように、吸上げ供給器から冷却液体を受容するものであってもよい。
【００４１】
孔１１は、有効には円形または角のない他の形状、または角を丸めた多角形とすることができる。それによってプレートの耐久性を向上するのみならず、気流２が通過するときに乱流を防ぐ助けともなる。乱流を防ぐことによって間接蒸発冷却器を通じた圧力降下を最低限にすることができ、それによって動作効率を向上するとともに製造コストを低減できるようになる。孔は、孔と言うよりむしろマイクロポアであるような通路とすることもできる。
【００４２】
プレート６は有効には傾斜をもち得るものであり、これによって過剰な水が溜まるのを防ぐこと、および／または、プレート６の低い方の縁を水のリザーバのような冷却液供給部に接触した状態で位置させることで、吸上げ材が冷却液体のウェットサイド１０への供給を保持するよう作用することが可能となる。ほぼ−１０度からほぼ＋１０度のように、傾斜をかなり低く保つことによって、ウェットサイド１０を通る液体の蒸発をより高効率に行わせることができる。傾斜角度を大とすると、吸上げ材の最大吸上げ高さがプレートの幅を過度に制限する。極端な場合には、蒸発が非効率的ないし不可能となって、蒸発させるべき冷却液体の供給が十分でないことにより蒸発冷却量が減少し得る。吸上げ層材の性質によっては、ウェットサイド１０の全体に液体が運ばれず、いくらかの領域が乾いたままとなるか、あるいは、いくらかの区域の表面が乾いたままであるが気体流に高レベルの相対湿度を生じさせるべく効果的な蒸発を行うには不十分な液体がない状態となる。よって、低い角度とすることで、より効率的な吸い上げが行われ、また与えられた最大吸上げ高さに対して幅をより広くすることが可能となる。
【００４３】
プレート６は、図６および図７に示すように、二つの傾斜をもつ「Ｖ」字型の断面形状を有するものでもよい。すなわち、プレート６は、対向する２つの縁ないしウィングより低い中央部をもつ浅い谷のような断面形状であってもよい。それら２つの傾斜は異なる長さや傾斜角をもつものでもよく、また吸上げ層材料の性質や他のファクタが異なっていてもよい。
【００４４】
またプレート６に「流れ選択ダンパー」（不図示）を設けることで、プレート６のドライサイドから最も冷却された気体流（すなわち、プレート中心の湿った作動気体のいくらかを選択して環境の加湿を行うダンパーを含んでいてもよい）のみを選択したり、あるいはすべての気体流を選択したり、あるいはまたいくつかの中間的な選択を行ったりすることができるようになる。冷却に用いるべく最も冷たい気流の選択を許すことによって、少量ではあるがより冷たい気体流が提供される。より大きく選択された気体流の使用は、より大量の気体の流れを提供する。また、環境の加湿に用いるために、ダンパーで湿った作動気体を選択することもできる。
【００４５】
図１Ｄは本発明の要素の第２の実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図である。この実施形態において、プレート６には、先の実施形態のように中央部ではなく一側部に沿って孔１１が設けられている。チャネルガイド８はチャネル３および４を形成する。この実施形態においてチャネルガイド８はリブであるが、前述のように他のタイプのガイドとすることもできる。またチャネルガイド８はプレート６の一方の縁から気体が流出するのを防止するべく作用する。作動気体流２はチャネル４を流れ、生成流１はチャネル３を流れる。気体流２（作動気体）は、孔１１を通ってチャネル５（図には見えない）を流れ、次にプレート６の反対サイドを通って流れ、気体流２としてプレート６から離れる。
【００４６】
図２は本発明の第３実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図であり、本発明が水により気流の加湿および加温を行うのに用いられるときの作動気体の流路を示している。すなわち、この実施形態および以下においては、気体流を空気流として参照し、冷却液体が水であると仮定する。冬季においては、暖められた空間から出て行く排気と、雰囲気すなわち外気もしくは他の環境空気源から取り込まれる新鮮空気との間で熱交換を行うこと有効である。これによって新鮮空気を加温するのに必要な熱が低減される。また本発明は、新鮮空気の加湿を可能とすることで、冬季におきる他の問題に対処するようにする。すなわち、凝縮して水分量が少なく、従って絶対湿度が低い冷たい外気や、室内の水分が外気を伴う新鮮空気との交換により減少してしまうことによって室内の空気を乾かしてしまう結果をもたらす非常に乾いた空気の問題である。空気の流れが雰囲気に排気されること、および空間を調節しようとすることに関する「サイクル選択」が、この構成をもつ実施形態の特徴である。
【００４７】
図２において、プレート６はドライサイド９、ウェットサイド１０、チャネルガイド８および孔１１を有している。気流１は空気流として調節された空間を出て行く。一方で、新鮮空気２は孔１１を通って流入する。先の２つの実施形態で示したように、プレート６は、ドライサイド９上で気流１から伝導により熱を除去する。ウェットサイド１０上では、気流２はウェットサイド（図には見えない）のチャネルおよび他の平行チャネルを通って流れ、ウェットサイド１０から、伝導および輻射により熱を受け取るとともに、蒸発により湿度を受け取る。前述したようにウェットサイド１０は吸上げ材を有していてもよく、また浸透性、材質、処理、吸上げ供給器、チャネルガイド、波、孔、流れ選択ダンパーなどに関連したプレート６の構成についても、前述したようなものであってもよい。このように、気流を加熱するのに既に使われたエネルギーが保存される一方、新鮮空気流２に対する加湿が行われる。
【００４８】
「サイクル選択ダンパー」（不図示）は冷却サイクルと加温／加湿サイクルとの切換えを行う能力を備える。最も単純には、サイクル選択ダンパーは単に調節すべき空間を通る空気の流れを選択するのに用いられるものであってもよい。すなわち、空気がドライサイド９のみを通るようにするか、または空気がドライサイド９およびウェットサイド１０の双方を通るようにするかの選択である。また、当業者には明らかであるように、ダンパーは気流１および２に対して異なる源を備えるものでもよい。
【００４９】
図３はアセンブリとしての本発明の一実施形態の流路を３次元的かつ模式的に表わす部分図であり、本発明が冷却に用いられるときの作動気体の流れを示すとともに、さらに使用状況での気体流を示している。この実施形態においては、一つの気体流は調節された空間からの空気である。外気より冷たく乾いた、または乾燥した空気より冷たく調節された空間からは、頻繁に空気が出て行くので、本発明の蒸発冷却器における作動流として有効に用いることができる。
【００５０】
間接蒸発冷却器プレート６はチャネルガイド、複数の孔（便宜上、集合的に番号１１を付す）を備えている。ドライ生成気流１は乾燥剤ホイール２５によって提供され、ドライサイド上のチャネル３に入る。ドライサイドのプレート６を通って流れることで、プレート６に熱を伝え、冷却されるが加湿はされることなく出て行く。空気は、調節された空間２４から作動気流２として出て行き、間接蒸発冷却器プレート６内に流入してチャネル４内を流れ、伝導により再びプレート６にいくらかの熱を伝えてから、孔１１を通過してウェットサイド上のチャネルを通る。プレート６のウェットサイド上で、気流が蒸発により冷却されると同時に、同じ作用によってプレート６が冷やされ、その後気流２として放出される。
【００５１】
乾燥剤ホイール２５は液体または固体である公知の乾燥剤を収納できる。乾燥剤ホイール２５内の乾燥剤は回復されなければならない。すなわち、気流１から吸収した水を除去しなければならない。これは、エアヒータ２６を流れてから乾燥剤ホイール２５に入る再活性化空気２７によって行うことができる。再活性化空気２７の高い温度が、気流１から吸収した湿気を乾燥剤から除去する。乾燥剤ホイール２５を通って流れることで気流１が加熱され乾燥した後、エアヒータ２６が再活性化空気２７を加熱する前に、気流１から再活性化空気２７に熱を伝えるべく付加的な熱交換器を用いてもよい。この技術は当該分野で知られているものである。しかしながら、本実施形態も後述する好適な実施形態も、かかる付加的な熱交換器を用いていないことが評価されるであろう。本発明は露点温度近傍まで高効率の冷却を行うものであり、一方で付加的な熱交換器によってシステム全体のコストに４５パーセントが加算されるからである。
【００５２】
図４は本発明のこの形態における第５実施形態の流路を３次元的かつ模式的に表わす部分図であり、本発明が再循環する気体蒸気とともに用いられるときの気体の流れを示すとともに、さらに使用状況の中での気体の流れを示している。この実施形態では、調節空間からの空気が再び冷却され、生成流体として戻される。この結果、エネルギーの節減および生成気流の付加的な冷却が行われる。
【００５３】
プレート６はチャネルガイド、チャネルおよび集合的に番号１１を付した複数の孔を有する。気流１は乾燥剤ホイール２５を出てからプレート６のドライサイドを通り、チャネル内を通って、プレート６に伝導により熱を伝える。次に気流１は調節された空間２４を通り、乾燥剤ホイール２５に再循環する。
【００５４】
チャネルガイドは、乾燥剤ホイール２５の後、作動気流２を生成気流１から分離する。それはチャネルを通過し、プレート６に熱を棄ててから、孔１１を通過してウェットサイド上のチャネルを通る。先の実施形態のように、ウェットサイドは図に見えないが、複数のウェットサイドチャネルが存在し得ることは作動気流を示す矢印によって表わされている。このとき、作動気流２は、蒸発、輻射および伝導によってプレート６から熱を吸収し、プレート６を冷却する。
【００５５】
図５および図６は、本発明のエレメントを収納する大型のプレートを３次元的かつ模式的に表わす図であり、ドライサイドの気体の流れ、図示はしないが反対側のサイドに存在するチャネルを通るウェットサイドの気体の流れ、付加的な孔および付加的なチャネルガイドを示している。一方、図７は、図５の断面図であり、ウェットサイド上の気体の流れを示している。
【００５６】
蒸発冷却器は、生成気体流、作動気体流、生成チャネル、作動チャネル、ウェットサイドチャネル、吸上げ材、チャネルガイド、ドライサイド、ウェットサイド、孔、ブロックおよび吸上げ供給器ホールを有している。
【００５７】
使用時には、作動気体流および生成流体流はそれぞれチャネル４および３を流れ、湿度の増加を伴わずに熱交換器に熱を伝える。作動気体流は孔を通ってウェットサイドチャネル５に流入する。図７および図８は、複数のプレートを備えた蒸発冷却器を示している（３つの図では、１つのプレート（図５）、２つのプレートおよび３つのプレート（図７）をそれぞれ示しているが、プレートの数はこの範囲に限られるものではない（図１６））。プレートは、次の意味において「等しい」ものであってもよい。すなわち、孔１１と共働して気体流にプレートを通る流れを許容するべく両面にチャネルを有し、横方向には低い熱伝達レートを持つ材料で構成され、一方のサイドが不浸透性であり、ドライサイドがプレート間隙を横切る方向に相互に対向し、ウェットサイドも対向する、という意味においてである。また、本発明を実施するために、本発明のプレートを等しくすることなく、寸法を定め、形状を付けたものでもよい。プレートは平行に配置され、同様のサイドが向き合っている。本出願では、「同様のサイドが向き合う」とは、別のプレートのウェットサイドがウェットサイドに向き合い、ドライサイドが別のプレートに向き合っている事実として参照される。孔１１の配置についてはここでは言及しないが、これについては後述する。
【００５８】
ウェットサイドチャネルにおいて、気流は、先に述べたメカニズムにより蒸発冷却器のプレート６から熱を受け取る。また、先に述べたように、作動気体流２はそれ自身、その通路がチャネル４において蒸発冷却器のプレート６のドライサイドを通っていることから予冷却され、その結果本発明のデバイスによってさらなる冷却動作が行われる。さらに、先に述べたように、生成または作動空気、ないしは湿度を持つものまたは持たないもののいずれかとして供給するために、棄熱（冷たさ）に基づいて気体流が選択されるものでもよい。よって、ブロック１２はチャネル４の端部を封止し、所要のすべての気流２が孔１１を通ってウェットチャネルに流れ込むようにする。異なる条件下では、ブロック１２を取り去ることで気流２のいくらかがチャネル４の端部から出て行くことが許され、この結果、僅かに冷やしただけの生成空気の容積を大とすることができる。またその他の場合には、気流１のいくらか（蒸発冷却器６の中心から最も離れており、そのため最も少なく冷却される気流１の部分）をそらす、すなわちブロックするようにしてもよく、これによって僅かに冷やされた生成空気の量を少なくできる。本発明の構成に対する他の形態はまた、先に述べた通りである。
【００５９】
ゆえに、このアセンブリにおいて、気流は１プレートと言うよりむしろ２プレート間を流れる。かかる２プレートがドライサイド同士を向き合わせて並べられたものであれば、気流は２プレート間でドライサイド上を流れ、ウェットサイド同士が向き合っていれば、気流はプレート間でウェットサイド上を流れる。３以上のプレートを有する実施形態においては、気流はまず２プレートのドライサイド間を流れ、続いて一方または双方のプレートを介してウェットチャネルに入ることになる。つまり先の２プレートの一方（反対側）を通って第３のプレートのウェットサイドに流入することになる。
【００６０】
一実施形態においては、吸上げ供給器ホール２３を介して吸上げ供給器を通し、これによって吸上げ材に水を供給可能である。図８および図９を参照し、これについて説明する。
【００６１】
図９は、本発明の他の実施形態の部分的な分解斜視図であり、気体の流れの模式的な表現を含み、２つの異なった角度から見たものである。
【００６２】
間接蒸発冷却器１４はほぼ箱状に組み立てられているが、技術分野においてよく知られているように、この形状は条件に適合するよう最適化され得るものである。複数のプレート６がスタックをなしている。各プレートはウェットサイド１０およびドライサイド９を有しているが、明確化のために最上部のプレート６のみに対して参照符号が付されている。プレート６は平行に並べられるとともに同様のサイドが向き合う姿勢とされ、ウェットサイド１０はウェットサイド１０に、ドライサイド９は他のドライサイド９に向き合っている。
【００６３】
孔１１が隣接プレートの孔に直接向き合うように配列されていないプレート６を備えることが有効である。直接向き合う代わり、本発明の好適実施形態では、孔１１は隣りのプレートの孔１１からオフセットしているのである。これは蒸発冷却器１４を通る圧力降下を低減する助けとなり、それによって装置に必要なエネルギーを低減して効率が向上する。加えて、これは蒸発チャネル５内での空気のよりよい分配をもたらす。
【００６４】
冷却器１４はまた、水のリザーバ１７、ポンプ１５および吸上げ供給器１３を有する。水７はポンプ１５によってリザーバ１７から取り出され、吸上げ供給器１３まで揚げられる。リザーバ補充ライン８により、リザーバ１７に水を連続的に補充したりあるいは必要に応じて補充したりすることができる。
【００６５】
プレート間の間隙はいくつかの気体または流体に対してはどれほどの量でもよいが、プレート６の間隙は本発明の効率的使用を行うために重要である。間隙が適切に選択されていれば、本発明を通る気体流の圧力降下が大いに低減され、より大きな流れを提供したり、より小さい、またはより少ないファンまたはブロワーを使用することができる。実験によれば、１．５から３．５ミリメートルの平面間間隙であることが好ましく、１．５０から１．８５ミリメートル、２．００から２．３５ミリメートル、２．１０および２．９０ミリメートル、および３．１０および３．５０ミリメートルの副範囲（sub-range）以内の間隙とすることがより好ましいと示されている。特別ないかなる理論にも拘束されるのではないが、これらの間隙とすることで、流れの過程を通じ抵抗を減らす定常波が生じると信じられている。また、これらの間隙は、乱流、非層流を阻止することができ、それがまたこの特別なプロセスにおいて抵抗（drag）および圧力降下を低減するように作用し得るのである。この適切な間隙は別の構成要素（不図示）によって維持することができ、あるいは、プレート６のリブもしくは波部として備えることのできるチャネルガイド８または他の手段により有効に提供することもできる。
【００６６】
吸上げ供給器１３はチューブを具え、チューブは少なくともその外側部分を覆う吸上げ材を有している。チューブを通る穴によって、チューブ内の水７が、ウェットサイド１０上の吸上げ材に接触している外側の吸上げ材に達し、これを湿らせることができる。水７は穴から流出して外の吸い上げ剤に流入する。そこから、吸上げ供給器の吸上げ材よりウェットサイド１０の吸上げ材７に発散させ、吸上げ材７によって覆われているウェットサイド１０の部分を通すようにしてもよい。
【００６７】
プレート６のドライサイド１０上、生成流体流１がチャネル３に入る一方、作動気流２はチャネル４に入る。作動気流は孔１１を通ってウェットサイドチャネル５に入り、前述のようにプレート６を冷却するよう機能する。４つの作動気流のみが冷却器１４から出て行き、１つだけが入って行くように示されているのは、明確化のためであることに注意すべきである。その数はいくらでもよく、この好適実施形態がそうであるように、冷却器１４の両側から出て行くものであってもよい。
【００６８】
チャネルガイドはいくつかの機能を果たす。気流１および２の分離に加え、気流１および２をさらに細分化することで、本発明においてよりよい温度の分配を作り出したり、プレート６の中心近くでより冷えた生成空気１をもつチャネルを作り出したり、定常波ないし層流を保証する助けとすることでデバイスを通じた圧力降下を低減したり、気流１および２の平行な細分を保証する助けとすることで平行方向の熱伝達を阻止したりすることである。最後に、チャネルガイド８はまた、積層および分離されたプレート６を所望の距離をもって支持するための構造部材としても働くものである。
【００６９】
ブロック１２（図８および図９に見られる）は作動空気２がチャネル４を介してデバイスから出て行くのを阻止し、強制的にウェットチャネル５を流れるようにする。換言すれば、ウェットチャネル５に対する出口は常に、孔の下流にあることになる。先に述べたように、他の実施形態においては、要求および条件に従って、生成空気のいくらかがブロック／方向転換されるものでもよく、あるいは作動空気のいくらかが生成空気として出て行くことができるようにされていてもよい。
【００７０】
前述したように、気流２が被る予冷却の量は、孔およびチャネル寸法を適切に選択することで部分的に決定される。また先に述べたように、プレート６の材質は横方向に低い熱伝達を提供し、よってその代わりプレート６の横方向の温度差ないし温度勾配を提供する。調節のために用いられる気流１および／または２の細分流を選択するべく、チャネル選択ダンパーを有効に用いることができ、これによって他の方法より冷却の度合いを高め、同時に出力気体の温度、湿度および量を柔軟に制御することができるようになる。
【００７１】
ファンあるいは同等なブロワーデバイスが１９および２０として模式的に示されているが、本発明はファン構成の他の実施形態にも従う。例えば、作動および生成空気１および２の双方を提供するために、強制通風（forced draft）のためのファンが用いられるものでもよい。加えて、強制通風ファンは誘引通風（induced draft）より利点がある。デバイスで用いられる蒸発プロセスによって、ファンモータにより気流１および２に加えられる寄生（parasitic）熱はさらに水７を蒸発させるのに効果的に用いられ、それによって熱が自らそれを除去するのを補助し、結果として最終生成気流の温度差を小さくする。強制通風ファンは、作動空気および生成空気チャネルの双方に、それぞれを通じた圧力降下および用いられ得る外部ダンパーに従って、空気を提供する。最後に、作動空気および生成空気は異なる出口から出て行くので、２つの通風を誘引するには２つのファンが必要となるのに対し、双方の通風を強制的に行う場合には１つのファンのみで足りる。
【００７２】
スタック１４をハウジング（不図示）によって囲むことができる。このハウジングはさらに、空気の流れの方向付けおよび制御を行い、また同時に装置の美観を高める。ハウジングは生成および作動気流のための入口および出口、および空気の流れの制御を行うためのダンパーを有するものとすることができる。例えば、ダンパーが第１位置にあるときに通常の冷却器として作動し、一方ダンパーが第２位置にあるときには、暖められ加湿された作動空気が生成空気となるようにすることができる。上述のように、これを再循環空気とともに用いて、冬季の空気の加湿および予加温を行うことができる。
【００７３】
先の実施形態のように、再循環気流、乾燥剤ホイール、波つき（corrugated）プレート、および、プレート、孔および他の細部の材料の処理とともに間接蒸発冷却器１４を用いることができる。
【００７４】
また、本発明の間接蒸発冷却器は、生成気流１の直接および間接冷却の双方を実現することに注意すべきである。ウェットサイド１０に用いられている吸上げ材と同様の方法または異なる方法により、ドライサイド９の一部を湿らせ、生成気流のさらなる冷却が生じるようにしてもよい。ドライサイドの湿らせた部分はドライサイドの乾いた部分の下流に位置づけることが有効であり、これにより、直接蒸発冷却プロセスにおける加湿に先立って、生成気流１の顕温度（sensible temperature）をできるだけ下げることができるようになる。この順序とすることの特別な利点の一つは、約６５°Ｆ以下において、さほど大きくない湿度の増加が、標準空気線図に従い空気温度の不均一な（disproportionate）減少をもたらすことである。本発明の他の好適実施形態においては、ドライサイドのこの湿った部分がドライチャネル３の表面積の最後の１〜２５パーセントを構成する。
【００７５】
図１０は本発明の他の実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図であり、気体の流れおよび水のリザーバを示している。
【００７６】
蒸発冷却器６は、ドライサイド、ウェットサイド１０、生成気流１および作動気流２、チャネルガイド８、チャネル３および４、およびウェットチャネル５を有するとともに、水リザーバ１７を有している。この実施形態においては、ウェットサイド１０の吸上げ材が直接、水リザーバ１７内に置かれているので、ポンプおよび吸上げ供給器は必要とされない。しかしプレートが傾けられていなければ、冷却器６のプレートの幅は、吸上げ材の最大吸上げ高さに制限される。先に述べたように、傾斜によってより効率的な吸上げが行われる。この実施形態はまた、本発明間接蒸発冷却器の一例であり、プレートの一方のサイドのみからの排気を用いる。
【００７７】
図８において、コアの２つのウィングは中心から上方に張り出している。中心には図示のように吸上げ供給器があり、ウェットチャネルにおいて蒸発冷却に用いられる液体をコアの吸上げ材層に伝える。
【００７８】
図８において、ウィングは上方にほぼ０度から＋１０度の間の角度が付けられている。他の例が図１１に示されており、ここではウィングは中心から下方に、ほぼ０度から−１０度の傾きの範囲内で角度が付けられている。
【００７９】
ウィングを上方に傾けるか下方に傾けるかの選択はまた、層のウェット表面内の吸上げ材の選択を含み得、それによって各プレートの吸上げ材表面の全面に液体が移るようになる。
【００８０】
下方に傾けることの利点は、重力の運動量（impetus of gravity）が加わることによって液体がより容易に縁に到達できることである。これは、ミネラル成分を有する液体を用いるときに生じる、縁でのスケールの付着を低減する助けとなる。
【００８１】
重力の補助を加えること（すなわちウィングを下方に傾けること）により、湿らせるウィングの中心の吸上げ供給器からの長さをより大きくでき、湿潤化もより早まることになる。
【００８２】
下方に傾けられたコアにおいてウィングの外縁に集められた過剰な水のポテンシャルは液滴を形成し得る。また過剰液体が冷却されれば、液体の不必要な冷却により蒸発冷却器の効率が減じる。過剰水を最小限にするために、層の吸上げ材の多孔率は吸上げ供給器より小とされる。
【００８３】
上方に角度を付けたウィング（図８）では、層の縁部に集まる過剰水がないことになる。より起こりそうな結果は、外縁に十分に水が達せず、冷却能力を失わせ、乾いた縁部にミネラルが付着することである。
【００８４】
図１２、図１３および図１４に示す吸上げ供給器プレート１３の実施形態は、固体の吸上げ供給器プレートの工夫（refinement）である。図１２のチャネルないし溝５０、図１３の穴、あるいは図１４のサンドイッチ構造はすべて、吸上げ供給器に液体が供給される頂部から底部に速やかに液体を導くことを可能とし、より速やかに吸上げ材を湿潤化させるためのものである。分配の補助を実現するための他の方法には、吸上げ供給器の側部に沿って配設されたロッド５７を含むことができる。
【００８５】
これら実施形態のチャネル、穴および、より多孔性のコアは、吸上げ供給器全体に液体が移動可能となり、それによって蒸発液体の分配を助けるものとなる。
【００８６】
チャネル、穴またはコアは、吸上げ供給器プレート底部の全体には展開されない。吸上げ供給器が湿潤化される前に、液体がこれら通路をより容易に通過してしまうからである。
【００８７】
図１５は隣接セクション間にギャップ５５を有した一組のコアセクションを示す。このギャップは方向付けられた気流を各別のセグメントに分ける機能を実行する。次にこれは、効果的な熱伝達を妨げるチャネル内の境界層の形成を減らす。チャネルが小さく、速度が低い場合には、流体は層流となる傾向がある。ドライチャネル内のプレートに隣接する境界層においては、熱伝達レートは小さい。この境界層はプレートの入口ではゼロであり、最初の数インチである定常値になる。よって熱伝達レートはどのチャネルの入口でも非常に大きくなり、より小さいいくらかの定常値にまで指数的に減少する。
【００８８】
リザーバシステムの実施形態が、コアおよび吸上げ供給器プレートと関連して、図１６および図１７に示されている。
【００８９】
頂部リザーバ６０は吸上げ供給器プレートに液体を供給する。その頂部リザーバには、バルブおよび配管により適切な液体が供給される。リザーバが吸上げ供給器に供給を行うとき、過剰な液体は低部リザーバ６１に至る。
【００９０】
フロートバルブ６２は、低部リザーバ内のレベルに応じて、上部リザーバに対する供給バルブ６３を作動させる。
【００９１】
コアの層上の吸上げ材に液体が吸上げられるので、上部リザーバ６０は空になる。低部リザーバ６１内に排出される過剰液体より蒸発が多ければ、フロート６２は低くなる。低くなることで供給バルブ６３を作動させ、上部リザーバ６０により多くの液体を加える。
【００９２】
吸上げ供給器プレート１３に供給される液体が過剰となり、蒸発分より多くなれば、その余剰分は底部リザーバ６１に捕集され、フロートを上昇させ、続いて上部リザーバへの供給バルブを遮断する。このシステムは底部リザーバから水を頻繁に取り出し、システムに入る水が感知できるようにされている。この取り出しはミネラルの濃縮を妨げる助けともなる。
【００９３】
この方法において、蒸発レートは吸上げ供給器コアに対し加える、または減らすべき液体の必要量を決定する。
【００９４】
オーバーフロードレン６４、コールドターンオフおよびドレンシステム６５を含む特徴を付加してもよい。どのシステムにおいても共通に、サーモスタットを設け、リザーバへの液体供給を作動させるようにしてもよい。
【００９５】
図１８は他の実施形態によるトラフ７２を底部にもつ熱交換プレートを示し、タイプ１のプレート７０およびタイプ２のプレート７１がある。タイプ１およびタイプ２のプレートには、形成されたトラフ１１の外側に、気体流２のための孔１１がある。トラフ７２は、プレートのウェットサイドで使用される液体１を保持・分配するために用いられる。タイプ１のプレートにおいてはウェットサイド１０が見えている。この表面上で吸上げ作用を行う材料７とともに、トラフの表面が見えている。
【００９６】
トラフ領域内の液体孔７３は次の層に液体を導くものである。上側にウェットサイドの吸い上げ材７が配置されるとともに、トラフ７２には側部に液体孔７３が設けられる。これにより、液体のリザーバ７４がこの層に維持可能となるとともに、プレート側部から外に液体を吸い出すことが可能となる。側部に設けた液体孔７３によって、リザーバ７４はそのレベルまでのものとなる。下側のその吸上げ層に次の層（すなわちタイプ２のプレート７１）を並置するために、同様のトラフ７２がリザーバ７４の液体に部分的に沈められた状態で配され、これにより、この層の吸上げ材７に対しこのリザーバ７４から湿潤化用液体が供給される。対抗するウェット表面の双方がこの単一のリザーバから液体を得る。
【００９７】
ウェットサイド上で、作動気体チャネル４は、他の実施形態と同様に外側縁に向かって傾斜しており、他の実施形態と同様に気体孔１１を介してドライサイド９から作動気体２を受容する。作動気体２の流れによって、プレートのウェットサイド上で外方への液体の分配が補助される。
【００９８】
タイプ２のプレート７１において、生成チャネル３および作動チャネル４はチャネルガイド８によって分離されている。液体孔７３はトラフの底部に設けられており、上のリザーバから、または供給器チューブ７５から来る液体が、次の低部プレート内の下のリザーバに流入可能となる。
【００９９】
多数のプレートがある場合、対向するウェットサイドによって作動ないしウェットチャネル４が形成され、反対側のサイドがドライチャネル３を形成して、そこにトラフ７２が形成される。スタックに入る位置がどこであれ、液体１は滝状に流れてタイプ１の各トラフに集められ、ウェットチャネルリザーバ７４に溜まる。図１９はこの流れを示している。
【０１００】
図２０はより完全なスタック１４を示し、上部トラフに液体１を分配するための供給器チューブ７５を有している。端部には、図８に示したものと同様に作動気体通路４を封止するためのバリア１２があり、作動気体２が気体孔１１を介して隣接ウェットチャネル４に向かうようにしている。図１８に示したように、生成チャネル３は、プレートのドライサイドのための作動気体チャネル４から分離されている。
【０１０１】
図２１は、図２０と同様、トラフ７２を用いるスタック１４を示している。これは２つの供給器チューブ７５をもち、一方が上側、もう一方が中間のレベル用である。これにより、迅速な起動のために液体リザーバ７４を準備できるようになる。これは、多重のエントリポイントを含む技術分野で公知の他の方法で実現することも可能である。センサ７６により底部リザーバ６１にて液体のレベルがどのように検出されるかを説明する。乾燥しすぎていれば、コントローラは供給バルブ６３を開放し、より多くの液体を液体供給器チューブ７５に供給する。反対に、底部リザーバ６１が濡れすぎていれば、供給器チューブへの流れが減らされる。ウェットチャネルで蒸発により液体が使用されることで、液体の流れが少なくなり、底部リザーバ６１が得る液体が最小化される。するとセンサ７６は低レベルを検出し、液体を多くするための信号を出す。センサ７６はウェットチャネル内に配置されるものでも、スタック内またはトラフのリザーバ７４内の部位に配置されるものでもよく、これは技術分野の知識を有する者に理解されるところである。
【０１０２】
冷媒（refrigerates）または蒸気が圧力および間接冷却で凝縮されるようないくつかの応用においては、熱伝達膜に対し樹脂、セルロースまたは他の可撓性（pliable）材料を用いることは適切でないことがある。生成流体のためのチャネルは、アルミニウムその他の、熱交換表面である壁をもつチューブのような堅い囲繞（walled）構造体などの金属であることを要するものであり得る。
【０１０３】
ここに開示した発明のようなコアにおける間接冷却とともに、冷媒を予め凝縮または冷却することで、気体の冷媒を圧縮するのに要する圧力をそのサイクルを通じて低くする効果があり、生成される熱および使用される電力を減らすことができる。
【０１０４】
開示したコアの使用はクーリングタワーよりも効率的かつ低廉であり、住宅向けのシステムに組み込むことが可能である。
【０１０５】
ここで説明した本発明および実施形態は、本発明の範囲を逸脱せずに、多くの対応（equivalent）、変更および付加が可能なものである。ここでの説明はその範囲を限定するためのものではなく、これは特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１Ａ】本発明方法の第１実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図であり、プレートのドライサイドからウェットサイドへの孔もしくは通路を通過する気体の冷却を行うための、作動気体の気体流路を示している。プレートのドライサイドは生成流体路からの作動気体路の分離を保持するセパレータを有している。
【図１Ｂ】図１Ａの反対側を表わす模式的斜視図であり、チャネルをもつウェットサイドを示すとともに、通路を通った後に、蒸発が生じるチャネルのウェット表面に沿って流れる作動気体を示している。
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂのような二つのプレートを表わす模式的斜視図であり、それらの通路を同じ全域にわたって方向付けて相互対向させた第１および第２プレートの、ウェットサイドによって形成されたウェットサイドチャネルを示すとともに、ドライサイドに入り、通路を通ってウェットサイドチャネル内に流れる作動気体を示している。生成流体および作動気体は、それらが第１および第２プレートのドライサイドに沿って通過するので分離されている。付加的なプレートが、これら第１および第２プレートのドライサイドと対向するドライサイドをもつ隣接プレートを有するものでもよい。よって、プレートのスタックは、ドライサイドが同じ方向に向いた奇数番プレートと、すべて反対向きの偶数番プレートとからなるものとなる。
【図１Ｄ】本発明のこの形態の第２実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図であり、分離した作動ドライ経路から孔または通路を通ってウェットサイドに入り、ウェット作動チャネルのウェット表面を通過した後にプレートの一側から出て行く作動気体の流路を示している。
【図２】本発明のこの形態の第３実施形態を３次元的かつ模式的に表わす図であり、本発明が気流の加温および加湿に用いられるときの作動気体の流路を示している。
【図３】本発明のこの形態における第４実施形態の流路を３次元的かつ模式的に表わす部分図であり、本発明が除湿された生成流体の冷却に用いられるときの作動気体の流れを示すとともに、さらに使用状況（context）における生成流体の流れを示している。
【図４】本発明のこの形態における第５実施形態の流路を３次元的かつ模式的に表わす部分図であり、本発明が再循環する気体を用いるときの作動および生成気体の流れを示すとともに、さらに使用状況における生成流体の流れを示している。
【図５】多数のチャネルをもつ拡張された組み立て体を３次元的かつ模式的に表わす図であり、ドライサイドの流れ、付加的な孔および付加的なチャネルガイドを示しており、孔は膜の中程を占めている。ドライ作動気体が入り込み、通路を通過し、ウェットサイド（不図示）に至る。
【図６】図５と同じ拡張された組み立て体を３次元的かつ模式的に表わす図であり、ドライ作動気体が通路を通過した後のウェットサイドの気体の流れを示している。プレートの表面は、液体を吸上げ供給器方式によりプレートの縁に移送し、蒸発冷却のためにその液体を供給する吸上げ材を有している。
【図７】付加的なプレートをもつ図５の組み立て体の断面図であり、中央部から上方に角度を付けたサイドウィングとともに気体の流れを示している。プレート上部にはそのドライ表面を有している。このプレートの底部は湿っていて、チャネルはドライサイドチャネルの直交方向に案内する。第２のプレートは第１プレートのウェット表面に向き合うウェット表面をもち、第１および第２プレート間のチャネルを湿らせる。第２プレートは底部にドライ表面をもつ。ドライ表面同士、ウェット表面同士が揃うよう、プレートが連続する。
【図８】２側面コアの斜視図であり、コアはその２側面間に配置される吸上げ供給器プレートがと、中心からコア層の向きに上方に角度を付けたウィングとを持つ。
【図９】本発明の組み立て体の部分的な分解斜視図であり、コアの上方に角度を付けたウィングとともに気体の流れおよび流体の流れを模式的に表わすものを含んでいる。
【図１０】リザーバによりプレート上の吸い上げ材に供給される液体とともに、図１Ｄのようなプレートを用いる本発明の実施形態の部分的な分解斜視図である。ドライ−ドライの表面およびウェット−ウェットの表面をもつ連続プレートがあってもよい。
【図１１】２つのウィング間にセンター吸上げ供給器プレートをもち、ウィングが中心から下方に角度が付けられ、各層のエリア内で孔が中央の吸上げ器（wick）に近接して配置されてなる２部分コアの斜視図である。
【図１２】図８において用いられる吸上げ供給器の実施形態であり、最高点から最低点までの行程の全体または幾分かに及ぶ溝をもち、吸上げ器の底部に速やかに液体を移送して過剰液体を排出できるようにしたものである。
【図１３】吸上げ供給器プレートの内部を通る穴をもつ吸上げ供給器プレートの第２実施形態を示す。
【図１４】吸上げ供給器プレートの外周への速やかな液体供給を補助するとともに、排出を補助するためにサンドイッチ構成とした吸上げ供給器プレートの第３実施形態を示す。サンドイッチ構成は、２つの異なる多孔率を持つ材料を具え、中間層が外層より大きい多孔率を有している。
【図１５】図示の空気通路をもつ図８と同様の２つのコアの斜視図であり、２コア間に分離ギャップを有して通路を複数のセグメントに分け、これによって大きな通路を分割して順次に熱伝達を禁止する境界層を作り出すことで、伝熱速度を高めるようにされてなるものを示している。
【図１６】図８、図１５および他の実施形態のような組み立て体において用いることのできる吸上げ供給器プレートに関連したリザーバ配管およびバルブの組み立て体である。上部リザーバは吸上げ供給器プレートに供給を行う。低部リザーバは、フロートバルブを用い、吸上げ器の液体が不足して低部リザーバ内が低いリザーバレベルとなったかを判定し、フィーダーバルブをオンとして開けて上部リザーバに液体がより多く供給されるようにする。
【図１７】図８のコア組み立て体を組み込んでなる図１６のリザーバーシステムを示す。
【図１８】他の実施形態の斜視図であり、作動チャネルおよび気体孔が示されるようウェットサイドを上に向けた状態でタイプ１のプレートを示している。プレートにはトラフが形成され、これは液体がトラフ内の所定レベルに達した後に液体を次の層に通すための液体孔を有する（図１８の底部）。また、タイプ１のプレートと同様の第２トラフプレートのタイプ２がドライサイドを上に向けた状態で示され、これは生成および作動チャネルをもつとともに、トラフの底部（図１８の上側）の位置に液体孔を有している。
【図１９】タイプ１プレート、タイプ２プレート、第２のタイプ１プレート、第２のタイプ２プレートおよび第３のタイプ１プレートをもつプレートスタックの模式図であり、液体が上のプレートから第２プレートのトラフの上側に入り、液体孔から出て次の下方プレートのトラフに落ちるときの通路を示している。タイプ１では、液体がトラフの両側の液体孔のレベルに達するまでリザーバ内に液体が収容されてから出て行き、下にある次のタイプ２プレートのトラフに進んで行く。よって液体は各タイプ１プレート内の液体のリザーバから滝状に流れ下る。
【図２０】タイプ１およびタイプ２プレートのスタックを模式的に示す斜視図であり、このスタックの上部トラフに液体を供給するための液体供給チューブを有するとともに、空気および液路を正しい通路に制御するための作動エアシールおよび上部プレートを有している。
【図２１】図２２のようなタイプ１およびタイプ２プレートのスタックを模式的に示す斜視図であり、２以上のレベルに配置した液体供給チューブを有するとともに、液体を集める底部リザーバを有し、使用レートに応じてスタックに液体を加える必要があるかをモニタ装置で検出するようにしたものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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