(57)【要約】      （修正有）【課題】噴出したミストの蒸発時間を短くすること。【解決手段】冷却装置が、二流体ミストノズル６と、前記二流体ミストノズル６に向かう水が流れる水経路８と、前記二流体ミストノズル６に向かう前記水よりも高温な圧縮空気が流れる空気経路７と、前記水経路８を流れる水と前記空気経路７を流れる前記水よりも高温な圧縮空気との間で熱交換を行う熱交換部２とを備えることにより、熱交換部２において、前記水よりも高温な圧縮空気と水との間で熱交換が行われるので、二流体ミストノズル６から噴出するミストの温度が上昇し、噴出するミストの蒸発時間が短くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二流体ミストノズルと、
前記二流体ミストノズルに向かう水が流れる水経路と、
前記二流体ミストノズルに向かう、前記水よりも高温な圧縮空気が流れる空気経路と、
前記水経路を流れる水と前記空気経路を流れる前記水よりも高温な圧縮空気との間で熱交換を行う熱交換部と、を備える、
冷却装置。
【請求項２】
前記水よりも高温な圧縮空気は、コンプレッサによって供給される、
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記空気経路に流れる空気量を調節する第１のバルブと、
前記水経路に流れる水量を調節する第２のバルブと、をさらに備える、
請求項１又は２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二流体ミストノズルを備えた冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷却装置は、水を空気によって微細化する二流体ミストノズルを用いてミストを発生させ、そのミストの気化熱冷却を利用して空間を冷却する。
【０００３】
二流体ミストノズルとして、ノズルの内部で水を微細化する内部混合式（例えば特許文献１）と、ノズルの外部で水を微細化する外部混合式（例えば特許文献２）とが知られている。これらは何れも空気の噴流によって水を粉砕して微細化する。
【０００４】
図３に、特許文献１に記載の内部混合式の二流体ミストノズルの概略を示す。図３に示すように、内部混合式の二流体ミストノズルは、水を供給する水供給経路１０１と、空気を供給する空気供給経路１０２と、水供給経路１０１から供給された水と空気供給経路１０２から供給された空気とを混合する気液混合部１０３と、気液混合部１０３で微細化された水と空気を噴出する噴霧孔１０４と、を備える。
【０００５】
図４に、特許文献２に記載の外部混合式の二流体ミストノズルの概略を示す。図４に示すように、外部混合式の二流体ミストノズルは、水を供給する水供給経路２０１と、空気を供給する空気供給経路２０２と、水供給経路２０１から供給された水を噴出する水噴出孔２０３と、空気供給経路２０２から供給された空気を噴出する空気噴出孔２０４と、ノズル外部に設けられおり噴出した水を噴出した空気で粉砕する気液混合部２０５と、を備える。
【０００６】
また、二流体ミストノズルには、高圧の空気と水を供給する必要がある。そのために、例えば図５に示すように、コンプレッサとポンプを使用して高圧の空気と水を供給する。図５は、ミストを噴霧する二流体ミストノズル３０６と、二流体ミストノズル３０６に液体を供給するための液体供給経路３０５と、二流体ミストノズル３０６に空気を供給するための空気供給経路３０４と、高圧の液体を生成するための液体ポンプ３０３と、高圧の空気を生成するためのコンプレッサ３０２と、液体ポンプ３０３に液体を供給するための液体タンク３０１とから構成されている噴霧システムの例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０７６５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来技術の場合、外部環境の空気の温度よりも低い温度の水が二流体ミストノズルに供給され、この水が噴霧孔から噴霧されるため、ミストが短時間で蒸発しないという課題がある。この場合、ミストが蒸発する前に路面に落下してしまう傾向にあり、よって、ミストによる気化熱冷却の効果が低くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するものであり、噴出したミストの蒸発時間が短い冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来の課題を解決するために、本発明の冷却装置は、二流体ミストノズルと、前記二流体ミストノズルに向かう水が流れる水経路と、前記二流体ミストノズルに向かう前記水よりも高温な圧縮空気が流れる空気経路と、前記水経路を流れる水と前記空気経路を流れる高温な圧縮空気との間で熱交換を行う熱交換部と、を備える。
【００１１】
本発明の構成によれば、熱交換部において、高温圧縮空気と水との間で熱交換が行われるので、二流体ミストノズルから噴出するミストの温度が上昇する。よって、噴出するミストの蒸発時間が短くなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ミストの蒸発時間が短くなり、路面に落下する前に完全に蒸発させることができる。よって、温度低下量を大きくすることができる。また、冷却効果をすばやく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る冷却装置の構成例を示す図
【図２】本実施の形態に係る湿り空気線図の例を示す図
【図３】内部混合式の二流体ミストノズルの断面図
【図４】外部混合式の二流体ミストノズルの断面図
【図５】コンプレッサとポンプを使用して高圧の空気と水を供給する噴霧システムの図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、冷却装置が、二流体ミストノズルと、前記二流体ミストノズルに向かう水が流れる水経路と、前記二流体ミストノズルに向かう前記水よりも高温な圧縮空気が流れる空気経路と、前記水経路を流れる水と前記空気経路を流れる前記水よりも高温な圧縮空気との間で熱交換を行う熱交換部とを備えることにある。
【００１５】
これにより、熱交換部において、水よりも高温な圧縮空気とその水との間で熱交換が行われるので、二流体ミストノズルから噴出するミストの温度が上昇する。よって、噴出するミストの蒸発時間が短くなる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明は限定されるものではない。
【００１７】
［構成］
図１は、実施の形態１に係る冷却装置の構成例を示す。
【００１８】
冷却装置は、二流体ミストノズル６と、水経路８と、空気経路７と、熱交換部２と、コンプレッサ１と、ポンプ３と、第１のバルブ４と、第２のバルブ５、凝縮水回収部９とを備える。
【００１９】
ポンプ３は、水経路８の上流に設けられており、水経路８に高圧の水を供給する。なお、ポンプ３は、高圧の水を供給するための一例であり、他の方法によって高圧の水が供給されてもよい。水経路８は、最終的に、二流体ミストノズル６に接続されている。
【００２０】
コンプレッサ１は、空気経路７の上流に設けられており、空気経路７に、上記の水経路８を流れる水よりも高温な圧縮された空気（以下「高温圧縮空気」という）を供給する。なお、コンプレッサ１は、高温圧縮空気を供給するための一例であり、他の方法によって高温圧縮空気が供給されてもよい。空気経路７は、最終的に、二流体ミストノズル６に接続されている。
【００２１】
水経路８と空気経路７は、二流体ミストノズル６に到達する途中に、熱交換部２を通るように構成されている。熱交換部２は、水経路８を流れる水と空気経路７を流れる高温圧縮空気との間で熱交換を行うための機構である。
【００２２】
熱交換部２は、例えば、水経路８の管が空気経路７の管を覆うような二重管構造である。この場合、空気経路７の管を通る高温圧縮空気は、当該管を介して、水経路８の管を通る水と熱交換を行う。そこで、空気経路７の管の素材を、銅やアルミのような、熱伝導率が高いものとしてよい。これにより、効率的な熱交換を行うことができる。また、熱交換部２内において、空気経路７の管の外周面を、フィン等の伝熱面積を増やす構成としてもよい。これにより、さらに効率的な熱交換を行うことができる。
【００２３】
また、熱交換部２がコンプレッサ１の圧縮機構を冷却できる構成としてもよい。これにより、体積効率が改善され、コンプレッサ１の吐出し流量を増加させることができ、消費電力を低減させることができる。
【００２４】
第１のバルブ４は、空気経路７上の、熱交換部２と二流体ミストノズル６との間に設けられている。第１のバルブ４を調整することにより、空気経路７を流れる空気量を調整することができる。
【００２５】
第２のバルブ５は、水経路８上の、熱交換部２とポンプ３との間に設けられている。第２のバルブ５を調整することにより、水経路８を流れる水量を調整することができる。
【００２６】
第１及び第２のバルブ４、５を調整することにより、各経路において比較的高密度で流体を流すことができ、よって、流速を低下させて管路圧損を低減させることができる。なお、第１及び第２のバルブ４、５は、設けられなくてもよい。
【００２７】
凝縮水回収部９は、空気経路７上の、熱交換部と二流体ミストとの間に設けられている。凝縮水回収部９は、熱交換部２で冷却され空気が凝縮水を発生させた場合に、それを回収し、二流体ミストノズル６への凝縮水の浸入を防ぐ。凝縮水回収部９は、例えば、圧力タンクやサイクロンセパレータ等である。なお、凝縮水回収部９は設けられなくてもよい。
【００２８】
［動作］
次に、以上のように構成された冷却装置の動作及び作用を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００２９】
コンプレッサ１は、空気を昇圧して、空気経路７に高温圧縮空気を供給する。ポンプ３は、水経路８に高圧の水を供給する。
【００３０】
熱交換部２において、空気経路７を流れる高温圧縮空気と水経路８を流れる水とが熱交換を行う。これにより、高温圧縮空気の温度は低くなり、水の温度は高くなる。このように熱交換が行われた空気と水は、二流体ミストノズル６に供給される。
【００３１】
二流体ミストノズル６が、図３のような内部混合式である場合、内部の気液混合部１０３において、供給された水を、供給された圧縮空気の噴流によって粉砕して微細化する。そして、微細化した水を、圧縮空気と共に噴霧孔１０４から噴霧する。
【００３２】
ここで、気液混合部１０３内でも、水と圧縮空気との間で熱交換が行われる。しかし、水と圧縮空気とは混合して噴霧孔ｌ０４まで流れるため、水と圧縮空気との間の相対速度差は小さい。よって、このときの熱伝達率は小さい。さらに、気液混合部１０３内で水と圧縮空気が混合してから噴霧孔１０４に到達するまでの距離は極めて短いため、水と圧縮空気とが熱交換を行う時間も極めて短い。したがって、二流体ミストノズル６内で行われる水と圧縮空気との間の熱交換は、ほとんど影響を及ぼさない。
【００３３】
また、二流体ミストノズル６が、図４のような外部混合式である場合、水と圧縮空気とを別々の経路で噴出するため、水と空気との間で熱交換がほとんど行われない。すなわち、本実施の形態に係る二流体ミストノズル６が内部混合式又は外部混合式の何れであっても、二流体ミストノズル６の内部における水と圧縮空気との間の熱交換は、熱交換部２における熱交換に対してほとんど影響を及ぼさない。
【００３４】
次に、図２の湿り空気線図の例を参照しながら、本実施の形態に係る冷却装置の動作をさらに説明する。
【００３５】
図２において、点２５は、二流体ミストノズル６から噴出された空気が混合される前の外部空気（以下「混合前空気」という）の状態を示す。
【００３６】
点２３は、混合前空気に、従来技術に係る二流体ミストノズル６から噴出された空気が混合された後の空気の状態を示す。
【００３７】
点２１は、混合前空気に、本実施の形態に係る二流体ミストノズル６から噴出された空気が混合された後の空気の状態を示す。
【００３８】
本実施の形態に係る点２１は、従来技術に係る点２３よりも、乾球温度が低くなっている。なぜなら、本実施の形態では、二流体ミストノズル６から噴出される圧縮空気の熱量が、熱交換部２において水に奪われているからである。
【００３９】
点２１及び点２３が示す混合空気にミストが噴出されて当該ミストが蒸発すると、点２１及び点２３の状態は、それぞれ、エンタルピー線２６及び２７上を飽和水蒸気線Ｈに近づく方向に変化し、最終的に、エンタルピー線２６、２７と飽和水蒸気線Ｈとの交点の状態２２、２４となる。
【００４０】
図２に示すように、本実施の形態に係るミスト蒸発後の混合空気の状態２２における乾球温度Ｔは、従来技術に係るミスト蒸発後の混合空気の状態２４における乾球温度Ｔ’よりも低くなる。このように、本実施の形態によれば、混合前空気の温度を基準とした場合の、ミストの気化熱冷却による冷却量を増加させることができる。
【００４１】
また、ノズルから噴出されたミストは、熱交換部２において高温圧縮空気から熱を受け取って混合前空気よりも高い温度となっているため、蒸発しやすい状態となっている。
【００４２】
したがって、二流体ミストノズル６から噴出されたミストが蒸発するまでの時間が短くなり、ミストが路面に落下し終える前に蒸発するようになり、冷却効果が増大する。
【００４３】
例えば、夏場において、混合前空気の乾球温度が３５度、ポンプ３が供給する水の温度が２５度の場合、次のように動作する。
【００４４】
ポンプ３から供給される水は２５度であるが、熱交換部において高温圧縮空気から熱量を奪い、混合前空気の乾球温度３５度よりも高い水温となる。すなわち、二流体ミストノズル６には、３５度よりも高い温度の水が供給される。したがって、二流体ミストノズル６から噴出されるミストは、短時間で蒸発する。よって、ミストが蒸発せずに路面に落下する傾向にある従来技術と比較して、本実施の形態では、ミストの気化熱冷却による温度低下量が増加する。
【００４５】
コンプレッサ１から供給される高温圧縮空気は１００度を越えているが、熱交換部２において水に熱量を奪われて４０度以下となる。すなわち、二流体ミストノズル６には、４０度以下の圧縮空気が供給される。したがって、二流体ミストノズル６から噴出される圧縮空気は、混合前空気の乾球温度をほとんど上昇させない。よって、高温な圧縮空気を噴出する従来技術と比較して、本実施の形態における温度低下量はさらに増加する。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、霧を屋外空間に噴き出して屋外空間を冷却する冷却装置に用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００４８】
１  コンプレッサ
２  熱交換部
３  ポンプ
４  第１のバルブ
５  第２のバルブ
６  二流体ミストノズル
７  空気経路
８  水経路
９  凝縮水回収装置
【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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