(57)【要約】【課題】  高温かつ低湿度な環境下で、密閉及び断熱がされていない構造体の空調に適した低電力な空調装置を提供する。【解決手段】  蓄電池のようなＤＣ電源で稼動する、構造体の内部を空調するための装置である。シェルアンドチューブ式熱交換器は、機械冷凍システムが組み合わされ、装置の湿潤したシェル側及び乾燥したチューブ側を備える。空調機の稼動において、多量の分配された水がシェル側に設けられ、雰囲気の流れは乾燥したチューブ側を通過し、乾燥し冷却されたエア流れが生成される。ほとんどの冷却されたエアは、冷却される周囲環境の湿度に主に依存して混合され、或いは分離して送られる。【選択図】図１１
2008516188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却アセンブリであって、
ドライ側と熱交換する関係にあるウェット側を密閉するケース部材を含み、前記両側は実質的に互いに溶接密閉（hermetically sealed）されている熱交換器と、
前記ドライ側を通過して冷却されたエアを流れさせるために適合させられた第１エア移動部材と、
前記ウェット側内部に設けられた液分配部材と、
前記ウェット側に取り付けられ、前記ウェット側から液を受け、かつ前記液を前記液分配部材に提供させるべく適合させられた液サンプ要素と、
前記ウェット側に乱気流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記ウェット側を通過してエアを流れさせるために適合された少なくとも２以上の追加エア移動部材と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記液サンプ要素内に貯容された液体を冷却するために前記液体サンプ内に配置された冷凍マニホールドとを含む機械冷凍装置と、
前記熱交換器の前記ケース部材の前記密閉されたウェット側内に配置された追加マニホールドとを含むことを特徴とする冷却アセンブリ。
【請求項２】
構造体の内部を冷却する冷却アセンブリであって、
前記冷却アセンブリは、
前記アセンブリの中央部に位置する強制空気気化冷却チャンバを備えた積層チャンバアセンブリを含み、
前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバの上方に位置する排気エアプレナムを、前記冷却チャンバの下方に位置する吸気プレナムから分離し、上壁と、冷水サンプ部を形成する底壁と、周囲の側壁と、前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する複数本の垂直に配列された立ち上がりチューブとを備え、
前記冷却アセンブリは更に、
前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する前記複数本の垂直立ち上がりチューブを通過させて上方に冷却されたエアを引き込むために、前記吸気プレナム内に配置された吸気ファンと、
前記上壁に隣接するように冷却チャンバ内に配置された液分配部材と、
前記冷却チャンバの前記サンプ部から前記液分配部材へと水を送り込むポンプと、
前記冷却チャンバ内部に乱流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記冷却チャンバを通過させてエアを移動させるために、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた１組の向かい合って配置されたファンと、
前記冷却チャンバからエアを放出する放出出口と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記液体サンプ部内に貯容された水を冷却するために前記冷却チャンバの前記サンプ内に配置されている冷凍マニホールドとを備えた機械冷凍装置と、
前記放出出口を通過する前記乱流気塊を除湿するべく、前記冷却チャンバの前記放出出口の前部に配置された追加冷凍マニホールドとを含むことを特徴とする冷却アセンブリ。
【請求項３】
前記追加冷凍マニホールドは、前記冷却チャンバの前記サンプ部を冷却するために使用される機械冷凍装置と同じ圧縮機によって冷却されることを特徴とする請求項２に記載の冷却アセンブリ。
【請求項４】
前記機械冷凍装置は、
凝縮器と、
該凝縮器と関連して蒸発コイルのハイ及びロウ側の間で冷媒を循環させる管路とを更に有し、
前記関連した管路は、前記蒸発コイルへの前記冷媒の流れを制御するために前記関連した管路に設置されたポンプ下流バルブを有し、
前記ポンプ下流バルブは、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた前記向かい合って配置されたファンがオンであり運転しているときに開かれ、前記ファンがオフのときに閉じられることを特徴とする請求項３に記載の冷却アセンブリ。
【請求項５】
構造体の内部を冷却するための、冷却された冷水サンプを有する直接／間接気化冷却アセンブリであって、
前記アセンブリの中央部に位置する強制空気気化冷却チャンバを備える積層チャンバアセンブリを含み、
前記冷却チャンバは、上壁と、底壁と、周囲の側壁と、複数本の垂直に配列された立ち上がりチューブとを備え、前記冷却チャンバの上方に位置する排気プレナムを前記冷却チャンバ下方に位置する吸気プレナムから分離し、
前記冷却チャンバと、前記吸気プレナムと、前記排気プレナムとは、ドライ側と熱交換する関係にあるウェット側が密閉されたシェルアンドチューブ式熱交換器を構成し、
前記両側は、実質的に互いに溶接密閉されており、
前記底壁は、吸気プレナムの上壁及び前記立ち上がりチューブに対する下側管板と冷水サンプ部を形成し、
前記冷却チャンバの上壁は、前記排気プレナムの下壁及び前記立ち上がりチューブに対する上側管板を形成し、
前記直接／間接気化冷却アセンブリは更に、
前記アセンブリのドライ側から冷却されたエア流れを生じさせるべく、前記吸気プレナムと前記排気プレナムとを接続する前記複数本の垂直立ち上がりチューブを通過させて上方にエアを引き込むために、前記吸気プレナム内に配置された吸気ファンと、
前記上壁に隣接するように冷却チャンバのウェット側に配置された液分配部材と、
前記冷却チャンバの前記サンプ部から前記液分配部材へと水を送り込むポンプと、
前記ウェット側に乱流の高湿度気塊を生じさせるべく、異なる位置から前記ウェット側を通過させてエアを移動させるために、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた１組の向かい合って配置されたファンと、
前記冷却チャンバからエアを放出する放出出口と、
圧縮機と、該圧縮機に関連して前記サンプ部内に貯容された水を冷却するために前記冷却チャンバの前記サンプ内に配置されている冷凍マニホールドとを備えた機械冷凍装置と、
前記放出出口を通過する前記乱流気塊を除湿するべく、前記冷却チャンバの前記放出出口の前部に配置された追加冷凍マニホールドとを含むことを特徴とする直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項６】
前記追加冷凍マニホールドは、前記冷却チャンバの前記サンプ部を冷却するために使用される機械冷凍装置と同じ圧縮機によって冷却されることを特徴とする請求項５に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項７】
前記機械冷凍装置は、
凝縮器と、
該凝縮器に関連して蒸発コイルのハイ及びロウ側の間で冷媒を循環させる管路とを更に有し、
前記関連した管路は、前記蒸発コイルへの前記冷媒の流れを制御するために前記関連した管路に設置されたポンプ下流バルブを有し、
前記ポンプ下流バルブは、前記冷却チャンバの側壁に取り付けられた前記向かい合って配置されたファンがオンであり運転しているときに開かれ、前記ファンがオフのときに閉じられることを特徴とする請求項６に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項８】
前記冷却アセンブリは、天井と、屋根裏とを有する冷却される構造体の内部に設置され、
前記構造体は、前記構造体から前記屋根裏へのエアの通過を許容するために開閉する少なくとも１以上の天井通気孔を有し、
前記屋根裏は、前記屋根裏からエアを放出するための排気孔を有し、
前記構造体の内部の停滞エアは定期的に放出されることを特徴とする請求項５に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項９】
前記冷却チャンバの前記向かい合って配置されたファンは、
ファン入口を有し、
前記ファン入口の少なくとも１つ以上は、屋外エアを前記冷却チャンバに入れるべく、前記構造体外部へと続くダクトに接続されていることを特徴とする請求項８に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項１０】
前記冷却チャンバの前記サンプ部は、前記サンプ部内に止まる水の内に集められた汚染物質を放出するために、放出管路に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【請求項１１】
追加ダクトが、前記吸気プレナムと前記冷却チャンバとを接続し、
前記ダクトは、前記吸気プレナムから前記冷却チャンバへのエア流れを制御するために、前記ダクトに取り付けられたサーモスタットにより制御されたバルブを有することを特徴とする請求項５に記載の直接／間接気化冷却アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低電力の空調機システムに関し、特に、乾燥状態で使用を目的としてシェルアンドチューブ式熱交換器を用いた低電力空調機、或いは他の環境での使用を目的として冷却したサンプ水を用いる直接／間接気化冷却機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある実施形態では、本発明は、砂漠のような乾燥及び高温環境に設置されている構造体に空調設備を提供する。このような環境制御は、高い質の生活を送るために必要であり、時には生命を維持するために必要である。これは、人間及び家畜の両方について当てはまる。
【０００３】
砂漠環境では、日中の温度は、しばしば華氏１００度（３８℃）以上まで上昇し、同時に湿度はしばしば２０％以下となる。気化冷却に基づいた従来の空調システムである所謂「スワンプクーラ（Swamp cooler）」は、湿度が低い環境下であるため効果的である。このようなシステムを稼動させるためには電源が必要であり、そしてそれらの稼動のために使用できる費用は限られている。従来の気化冷却機は、多量の水を消費するが、水を利用することができる地域は限られている。砂漠環境では、十分な量の水をいつも利用できるわけではない。他の型の空調システムは、建造物の密閉が必要であり、費用も高く、維持に手間がかかり、稼動費用が高い。住居や、特に家畜のための建造物は、密閉性や断熱性が維持されておらず、このような建造物の内部が外部環境と熱平衡に達することを妨げるものはない。一般的に、このような建造物における空調システムの稼動費用と、効果の無さとから、このような建造物には空調システムは備えられない。ほとんどの空調システムは電気で稼動しているが、建造物の建設された場所によって電気は常に利用できるわけではなく、また安価に利用できるわけでもない。仮に、密閉されていない建造物で安価に稼動することができる効果的かつ簡潔な内臓型の空調システムを砂漠環境に提供することができれば、人間及び家畜の両者に大変有益である。バッテリまたはソーラーパネル、またはその両方、またはより安価な直流を動力源とした空調システムは、前述した利点に加えて、熱帯や亜熱帯を含む、より広範な湿度の範囲で稼動することができる。
【０００４】
更に、このような空調システムは、比較的湿った気流と、比較的乾燥した気流との両方を利用することができ、冷却したい建造物の内部で選択的に気流の経路を決定することができる。そして、それらの気流を予め決定した割合や選択によって組み合わせることにより、例えば、比較的乾燥した気流のみを湿度が高く冷却したい空間に送ることができる。
【０００５】
建造物の気化冷却における最も簡潔な形態は、水のフォグやミストを、移動するエア流れに吹き込むことによって達成される（例えば、特許文献１）。このシステムの１つの問題は、建造物内で湿度が高くなりすぎ、藻類やバクテリアが発生することである。これらの問題を最小限にするために特許文献１では、建造物の一端に設けられた噴霧ノズルから広い空間をおいた他端に排気ファンを設けている。水消費量の内で排出されるものの割合は非常に高い。噴霧ノズルに供給された水の９５％以上が消費される。特許文献１の気化冷却システムは、約２０度の温度効果を生み出すと言われている。
【０００６】
従来の気化冷却システムは、加熱手段を含む複雑なシステムに組み合わされてきた（例えば、特許文献２）。従来の気化冷却システムはまた、冷却エアシステムを有する複雑なシステムに組み合わされてきた（例えば、特許文献３）。
【０００７】
２つの気流経路、すなわち外部エアを入力する入口経路と、淀んだ空気を排出する出口経路を有する空調機が公開されている（例えば、特許文献４）。熱交換器は、淀んだ空気から奪った熱により新鮮なエアを予め冷却し、エアは２つの気流経路にわたる気化冷却機によって更に冷却される。これらの問題に関する事項は、空調システムの改良に必要であると認識されている。
【特許文献１】ＵＳ５，１４６，７６２
【特許文献２】ＵＳ４，７７３，４７１
【特許文献３】ＵＳ５，９１１，７４５
【特許文献４】ＵＳ６，４３４，９６３
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施形態では、本発明に係る空調アセンブリは、シェルアンドチューブ式熱交換器を有し、その内部で外気は冷却のために強制的にシェル側及びチューブ側を通過させられ、構造の内部に同時に放出される。便宜上、両側からの気流は、構造の内部に放出される前に１つの気流に混合されるか、または分離して構造の内部に放出される。この熱交換器は、特に砂漠地帯での夏の暑い時期に見られるような高温かつ低湿度な条件での使用に特に適している。空調アセンブリは、特に温度が華氏約８０度（２７℃）を越え、相対湿度が約４０％以下、更に好ましくは約３５％以下の場面に特に効果的である。アセンブリは、空調される構造体が該構造体を貫通する開口を有し、厳密に密閉されていないような条件でも適切に稼動し得る。構造体は、例えば６平方インチ（０．００４ｍ２）乃至１または２平方フィート（０．０９乃至０．１８ｍ２）の気流を基本的に遮らない。倉庫やテント、臨時構造体等に、効率、信頼性、経済性、簡潔性、及び効果が高い本発明に係る空調システムを備え付けることができる。本発明に係る空調システムは、その機能を発揮するために複雑または効果な装置を必要とせず、輸送も容易であり、例えばテントのような臨時構造体の内部に組み立てることができる。
【０００９】
熱交換器のシェル側は、好ましくは水のような液体が注がれ、または滴が垂らされて湿潤しており、気流は乱流となってシェル側を通過する。チューブ側を通過する気流は、チューブの壁と接触することによって冷却され、出口へと放出される。好ましくは、シェル及びチューブ側からの気流は、混合され、構造を冷却すべく内部へと放出される。もし必要であれば、該気流は、構造体の内部に放出された後に混合される。好ましくは、気流の吸気及び放出は、全て構造体の内部で行われる。
【００１０】
他の実施形態では、本発明は冷却された冷サンプ水を使用する直接／間接気化冷却機を構成する。冷却機は、好ましくは、積層した配置に設計される。冷凍圧縮機及び蓄電池は、構造の最上部領域を占め、一番上の棚に基礎を置く。一番上の棚は、排気プレナムの上部壁を形成する。排気プレナムの下に配置された強制気化冷却チャンバは、構造の中段領域を占め、実施形態におけるユニットの全高の約６５％を構成する。冷水サンプ及び吸気プレナムは、冷却チャンバの低層を占める。冷却チャンバの低層は、また吸気ファンを収容する吸気プレナムの上部壁を含む。吸気ファンは、吸気プレナムと排気プレナムとを連結し、かつ冷却チャンバを通過する複数本の立ち上がりチューブを通してエアを上方へと引き込む。
【００１１】
冷水サンプ内の水は、構造の上部領域に配置された冷凍圧縮機によって冷却される。冷水サンプからの冷水は、分配ヘッダを通過して気化冷却機チャンバに導入される。冷水は、冷却チャンバ内の立ち上がりチューブの周辺にある、或いは接触している蒸発媒体を飽和させる。エアは、冷却チャンバ内に乱流を発生させるべく、冷却チャンバの側壁に取り付けられた、向かい合って配置されたファンによって冷却チャンバ内へと導入される。ファンは気化冷却プロセスを増強する。冷却チャンバからの冷却されたエアは、適当なダクトを通過して冷却される構造体の内部へと放出される。
【００１２】
エアはまた、エア流れを冷却チャンバ内で立ち上がりチューブを通過させて上方へと向ける吸気ファンによって吸気プレナム内へと引き込まれる。立ち上がりチューブは冷水サンプを通過し、冷却チャンバ内の蒸発媒体に接触するため、チューブの外部は冷却される。チューブ内部のエアは、チューブからの伝熱により冷却される。この比較的乾燥したエアは、適当なダクトを通過して冷却される構造体の内部へと向けられ、もし必要であれば、冷却チャンバからのより湿潤した冷却エアと混合される
【００１３】
本発明に係る後者の実施形態では、エアは２つの同時プロセスによって冷却される。この方法ではエアは、気化冷却チャンバ内で水と直接接触することによって冷却され、冷却されたエアの絶対湿度が上昇する。追加エアはまた、立ち上がりチューブ内部で伝導性熱伝達によって冷却される。必要であれば、２つのエア流れは放出ダクト内で混合され、放出されるエアは蒸発プロセスからの比較的湿度の高いエアと、外部の湿度に近いエアとの混合からなる。冷却チャンバの底部の冷水サンプは、水貯蔵サンプと同様に冷却団として働く。サンプ内の水は、製氷機に用いられるものと同様の低温圧縮機によって氷点近い温度まで冷却される。圧縮機は、ＡＣまたはＤＣ電源により作動することができる。冷却チャンバの吸気プレナムで使用される電気ファンは、好ましくは、太陽電池や蓄電池によって駆動されるＤＣファンである。
【００１４】
高湿度環境では、追加冷凍マニホールドは、ウェットチャンバから放出出口周辺のウェットチャンバ内に配置しても良い。追加冷凍マニホールドは、ウェットチャンバ内のサンプ水を冷却するために使用される従来の機械冷凍システムから冷媒を供給され得る。ポンプ下流バルブは、追加マニホールドへの冷媒の流れを制御するため、マニホールドは側壁に取り付けられた、向かい合って配置されたファンが運転しているときのみ冷却される。
【００１５】
ウェットチャンバに入るエアは、屋外エアを導入するため、またはアセンブリの低層のドライチャンバからの室内エアを導入するためにダクトにより接続される。空調アセンブリは、その後に続いて起こる冷却される構造体の外部への放出ために、屋根裏空間に停滞エアを移動させるために使用される天井通気孔を有する部屋の内部に設置され得る。
【００１６】
本発明の他の目的や、利点及び新規の形態は、次の本発明の詳細な説明及び添付図面を考慮することによって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る２つの異なる好ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
＜低湿度空調機＞
個別に、またはいくつかの図を通して一致する部分に指定された参照番号を含む図を参照する。１０は、シェルアンドチューブ式熱交換器であって、特に高温、低湿度状態において溶接密閉（hermetically sealed、本文中では溶接密閉と和訳するが、接合部が機械的に固く密閉された接合を全て含む）されていない構造体に使用される低電力空調ユニットを表している。このような構造体の平面図を、図５中の６４に示す。
【００１９】
熱交換器１０は、外部ケース６２によって囲まれている。外部ケース６２は、説明のために長方形に示しており、他に弓形や、円形、円筒形状も本発明の範囲内に意図されている。エア、好ましくは冷却されるべき構造体の天井付近からの内部エアは、入口ポート１２を通過して熱交換器１０の吸気プレナム１４へと熱交換器のチューブ側へと引き込まれる。エアは、排気ファン４６によって、入口ポート１２に引き込まれる。エアは、吸気プレナム１４から熱交換チューブ３４を通過して排気プレナム１８へと引き込まれる。チューブ入口端３６は、入口管板６０の上に密閉して設けられ、チューブ出口端３８は、出口管板３２上に密封して設けられる。排気ファン４６は、熱交換器のチューブ側から空気をチューブ側の排気管路２２へと排気する。
【００２０】
熱交換器１０のシェル側は、熱交換チューブ３４を入口管板６０と、出口管板３２との間に囲むシェルプレナム１６の形状を有する。熱交換チューブ３４は、説明を明瞭にする目的で直線に表しているが、当業者によって理解されるように、コイル状や、ループ状のような他の形状を熱交換器のチューブとして用いることもできる。液体の本体、好ましく水は、熱交換器１０のシェル側に配置される。液体の表面は５０である。液体は、熱交換器のシェル側の体積の半分以下、好ましくは１／４以下を占める。シェルプレナム１６の底部は、液体が存在する液サンプを形成する。少なくとも１個以上、好ましくは少なくとも２個以上のファンが、周囲の内部エアを構造体内から熱交換器１０のシェルプレナム１６へと押し進めるために設けられる。図１に示すように、３個のシェル側の入力ファン４０（第１入力ファン）、４２（第２入力ファン）、４４（第３入力ファン）が設けられる。それらのファンは、同時に相当な乱流を熱交換器１０のシェル側のエア中に発生させる。シェルプレナム１６からの空気は、熱交換器１０からシェル側排気管路２０を通って排気される。
【００２１】
シェルプレナム１６内にあるサンプにある液体は、熱交換チューブ３４の上方に噴霧される。図１に示すように、噴霧システムの一形態は、シェル側の液サンプから液体を液体ポンプ２４へと搬送するために使用されるポンプ給水配管２６を含む。ポンプ２４は液体にエネルギを供給し、液体をポンプ放出配管２８を通して熱交換チューブ３４のシェル側の上方へと噴霧するスプレーヘッド３０へと放出させる。スプレーヘッド３０は、本システムの稼動に必須のものではないが、一般的にシェル側プレナムの上部または上部付近に設置されている。図１は、説明を容易にするため、シェル側プレナムの側方に概略的に記載している。液体は、再びリサイクルできるように液サンプに流れ落ちる。液体噴霧は、シェルプレナム１６の空気の湿度を素早く増加させると共に、熱交換チューブ３４と液体の間での熱交換を増強させる。好ましくは、液体の供給源に従来技術のフロート作動バルブを接続することによって（図示しない）、液体のレベルを自動的におおよそ一定のレベルに維持すると良い。
【００２２】
液体と熱交換チューブ３４との間での熱交換は、例えば、チューブ形状のブランケット４８（図４参照）や、たるんだ網形状のシート部材１０４（図６参照）といった熱交換チューブ３４に物理的に接触するように配置された管を被覆する部材の使用によって更に増強することができる。また、シェルプレナム１６内のエアの加湿は、いくつかの形態の被覆部材の存在によって増強される。被覆部材は、熱交換チューブ３４に対して液体を保持し、シェルプレナム１６内の液体の表面積を増加させる。一般的に、被覆部材は、液体や蒸気相液体が容易に流れる不活性な網状物質により構成されている。このような網状物質は、数多く知られており、例えば、多くの天然及び合成の通気孔発泡体、フェルト、詰め物、織布等がある。従来の市販用のスワンプクーラのパッドは、一般的に被覆部材としての使用に適している。このような部材は、しばしば抗バクテリアや抗菌等の性質を有する。被覆部材は、要望に応じて、全体または部分的に熱交換チューブ３４を覆うことができる。例として、図４及び図６を参照する。当該被覆部材は、説明を明確にする目的のため図１，２及び３には記載していないが、好ましくは何らかの形態で用いられる。
【００２３】
様々な液体噴霧システムが使用される。一般的に効果的なシステムを図３に示す。例えば、シェルプレナム１６の液サンプのような適当な液源からの液体は、加圧下でスプレーヘッダ５２に供給され、スプレーヘッダブランチ５６に分配される。液体は、スプレー口５４から降り注ぐ。好ましくは、スプレーヘッダ５２は、液体が熱交換チューブ３４及び組み合わされた被覆部材の上を流れ落ちるように、一般的に出口管板３２に隣接したシェルプレナム１６の上端に設けられ、シェル側ファン４０，４２及び４４からの乱流気流によって影響を受ける。
【００２４】
排気管路２２を通過してチューブ側から排気された空気は、好ましくは、排気管路２０を通過してシェル側から排気された空気と混合される。混合された空気流は、混合排気管路５８を通過して冷却されるべき構造体の内部外気に放出される。
【００２５】
現在予定している本発明の第一実施形態に対するベストモードは、特に図５及び図６に記載されている。塗装されていない倉庫６４は、おおよそ幅が３０フィート（９．１ｍ）で長さが５０フィート（１５．２ｍ）の長方形形状を有する。倉庫６４は、図５に記載された文字Ｎ，Ｓ，Ｅ，Ｗによって示されるように、倉庫６４の長軸が東西に沿うように配置されている。倉庫６４は、断熱されていないひさしのある金属製の屋根と、剥き出しのツーバイフォの木製の大壁とを有し、スタッコ外装仕上げがなされている。屋根の先端は、床から約１０フィート（３．０ｍ）であり、外壁の高さは約８フィート（２．４ｍ）である。倉庫６４の内部体積は、約１３，５０００立方フィート（３，８２０ｍ３）である。外側のドアは、外気を遮るものではなく、外側のドア６６，６８，７０，７２及び７４周辺の密閉されていないエリアの全ては、約１乃至２平方フィート（０．１乃至０．２ｍ２）である。倉庫の内部６４と外部環境の間に大きな気圧差はなく、倉庫の内部６４と外部環境との湿度差は、直ぐに平衡に達する。部屋の隔壁（パーティション）は８２，８４，８６及び８８は、天井の半分の高さであり、部屋の仕切り壁（ディバイダー）は屋根まで６インチ（０．１５ｍ）のところまで延在している。内側のゲート７６は、真っ直ぐに延びた網戸の検査ゲートである。
【００２６】
倉庫６４に使用される空調システムは、シェルアンドチューブ式熱交換器１０と、混合排気管路５８と、エア分配チャンバ９２と、エア分配ブランチ９４，９６と、エア出口ヘッド９８，１００とを有する。入力ファン４２，４４は、外気を倉庫６４の内部から熱交換器１０のシェルプレナムに供給する。エアは、一般的にエアが９８及び１００より放出される高さより低い高さから熱交換器のシェル側に引き込まれる。また、エアは、断熱されていない天井付近の構造体の最も高温の部分から熱交換器のチューブ側に引き込まれることが好ましい。熱交換器１０のチューブ側からチューブ側排気管路２２を通って排気されるエアは、シェル側から管路２０を通過して排気されるエアと混合され、混合排気管路５８を通ってエア分配チャンバ９２へと流れる。エア流れは、それから分割されて各エア分配ブランチ９４，９６を通って各エア出口ヘッド９８，１００へと流れる。エアは、入口ポート１２を通って熱交換器１０のチューブ側内へと引き込まれる。従来のスワンプクーラの発泡体パッドの形態をしたブランケット部材１０４（図６）は、チューブ３４と接触されている。図３に示す一般的な形態のスプレーヘッドは、熱交換器１０のシェルプレナムの上部に配置されている。シェルプレナムの１／４以下が、水で満たされていることが好ましい。
【００２７】
熱交換器１０の長方形の外部ケースは、おおよそ縦２フィート（０．６１ｍ）、横２フィート（０．６１ｍ）、高さ３フィート（０．９１ｍ）であり、倉庫６４の床に設置されている。ケースの相反する側に取り付けられた入力ファン４２，４４は、直径１４インチ（０．３６ｍ）で、１分当たり２，２００回転し、稼動電圧は直流１２Ｖである。ファンの定格電流は４Ａである。チューブ側の排気ファン４６（図１）は、直径１２インチ（０．３１ｍ）であり、稼動電圧は直流１２Ｖである。ファンの定格電流は４Ａである。これらのファンは従来の車両用装置であり、一般的に内部燃焼エンジンの液体冷却ラジエータにエアを引き入れるために、従来のラジエータ冷却システムと組み合わされて使用されている。液体ポンプ２４（図１）は、１２Ｖ、７Ａの直流モータを有し、定格流速は１時間当たり２８ガロン（１０６Ｌ）である。チューブ側吸気プレナム１４（図１）の大きさは、高さ６インチ（０．１５ｍ）、縦２４インチ（０．６１ｍ）、横２４インチ（０．６１ｍ）である。チューブ側排気プレナム１８（図１）の大きさは、高さ６インチ（０．１５ｍ）、縦２４インチ（０．６１ｍ）、横２４インチ（０．６１ｍ）である。シェル側プレナム１６（図１）の大きさは、おおよそ縦２４インチ（０．６１ｍ）、横２４インチ（０．６１ｍ）、高さ２４インチ（０．６１ｍ）である。熱交換チューブ３４は、２４インチ（０．６１ｍ）四方の管板３２及び６０の間と同等の長さを有する標準規格３／４インチ（１．９ｃｍ）径の円筒状銅管である。１００本の熱交換チューブ３４が、規則的に長方形形状をなして配列されている。シェルプレナム１６内でのチューブ３４の全表面積は、約６，６００平方インチ（４，３ｍ２）である。熱交換器のチューブ側の吸気ポート１２は、管路２０及び２２と同様に約６インチ（０．１５ｍ）の直径を有する。吸気ポート１２は、上方へ開放しており、倉庫６４の断熱されていない金属製屋根の約４インチ（０．１０ｍ）下方に設けられている。そのため、倉庫６４の内部で最も高温の雰囲気を取得することができる。混合排気管路５８は、エア分配ブランチ９４及び９６と同様に頭上に配置される。管路５８の直径は、約８インチ（０．２０ｍ）であり、長さは約１４フィート（４．３ｍ）である。各エア分配ブランチは、長さが約１０フィート（３．０ｍ）であり、直径が約６インチ（０．１５ｍ）である。分配チャンバ９２は、おおよそ縦２フィート、横２フィート、高さ２フィート（縦０．６ｍ、横０．６ｍ、高さ０．６ｍ）である。分配チャンバ９２に接続する管路５８の短い部分の長さは約３フィート（０．９１ｍ）である。エア出口ヘッド９８，１００は、床から約９フィート（２．７ｍ）上方に設けられ、下向きに放出する。
【００２８】
ポンプ及びファンは、例えば、１０６で示される場所に設けられ、５個が並列に接続された一般的な１２Ｖのディープサイクルの鉛蓄電池（２次蓄電池）によって電力を受ける直流モータを有する。電池は、一般的な充電回路１０８を通して３個の一般的な３０Ｖ、４Ａｈのソーラーパネル１１０，１１２，１１４に接続されている。ソーラーパネルは、倉庫６４の屋根の南側を向く斜面に取り付けられている。他のエネルギ源は、日中の空調システムの稼動において必要ない。もし必要であれば、１１０Ｖの家庭用電源や、商業的に利用可能な他の電源から充電するために、一般的なＡＣ変換機を使用しても良い。これは、必須のものではなく、商業的ユーティリティが利用可能な地域で、システムにこれのみを使用すると、稼動コストは増加する。同様に、ファンやポンプに使用されるモータは、一般的な商業的ユーティリティサービスからの電源により稼動可能なモータに取り替えることができるが、稼動コストは増加し、システムの柔軟性は低下する。
【００２９】
液サンプの水位は、好ましくは約５インチ（０．１３ｍ）に維持される。この水位では、液サンプは約１．６７立方フィート（４７．３Ｌ）の水を含んでいる。シェル側プレナムの体積は約８立方フィート（２２６．５Ｌ）であり、水はシェル側プレナム１６の体積の約２１％を占めている。これは、１日以上稼動を継続するために必要な水の貯蓄量である。もし必要であれば、液サンプの体積は、シェル側プレナムチャンバ１６の約１０乃至３０体積％の範囲で変更することができる。液サンプは、シェル側プレナムチャンバの内部に設ける必要はない。少なくとも１週間、水の補給をせずに無人稼動するために必要であれば、シェル側プレナムよりも数倍大きい外部液サンプを使用することができる。１ガロン（３．８Ｌ）未満の水が、普通の夏季の日中間に消費される。
【００３０】
倉庫６４は、夏季の数ヶ月間、日中の温度が華氏１００度（３８℃）を超え、相対湿度がしばしば２０％以下であり、日中のほとんどの間、日が照っている砂漠地帯に設置されている。空調がなければ、倉庫６４内部の日中の温度は、外部の温度よりもおおよそ華氏１０度（摂氏５．６度分に相当）高くなる。
【００３１】
倉庫６４の空調システムの稼動は、ファン及びポンプの回路に接続された一般的なサーモスタット（図示しない）によって自動化されている。サーモスタットの設定は、例えば、華氏７４度（２３℃）に設定され、通常の夏の日の朝早くにシステムを稼動させ、そのまま夕方まで維持する。
【００３２】
本発明に係る好ましい空調アセンブリは、完全な内蔵型である。ファン及びポンプのモータへの電力供給は、システムと同様に同じ場所に設けられる。熱交換器のシェル側への水の供給は、水道に設けられたフロート作動バルブにより自動で、または必要に応じて手動で行われる。水の供給が不安定な地域でも、手動による補給は、水の消費速度が遅いため、長い間隔をあけて実施すれば良い。
【００３３】
必要な電力は小さいため、充電回路を駆動する一般的なソーラーパネルが組み合わされた低電圧（１２または２４Ｖ）のバッテリシステムで、日中システムに動力を供給するのに十分である。一般的なソーラーパネルによって充電されるバッテリシステムを使用することの便益と、このような安価なシステムの広範な利用可能性とから、多種多様な構造体に無人で空調を実施できる。たとえ畜舎であっても、本発明によって信頼性が高く、安価な空調を実施することができる。また、空調のための資金が制限されており、或いは住居の密閉性が低く、断熱がされていない人間が住む住居も同様に空調することができる。また、バッテリシステムは、一定量の風量が利用できる地域においては風力タービンによって充電することができる。もし必要であれば、他の代替エネルギ源を利用することができる。ソーラーパネル、風力タービン、及び他形式の代替エネルギ源の組み合わせが、バッテリシステムの充電における使用に適している。代替エネルギ源は一般的に一定したエネルギを供給することができないが、システムに使用されるモータは基本的に一定のエネルギ源が必要であるため、バッテリはエネルギ源と空調システムの間に設けられることが望ましい。代替エネルギ源が一定したエネルギ源として利用できる場合には、バッテリシステムの使用は付加的なものになる。
【００３４】
本発明に係る空調システムは、倉庫６４において一般的な夏の日の朝６：３０に作動させられ、一日中稼動させられる。倉庫６４の内部温度は、地面から４フィート（１．２ｍ）上方である位置１０２（図５）において測定され、外部温度は、倉庫６４の南側に隣接したオーニングの下の日陰である位置１１６において測定された。位置１１６は、２０フィート（６．１ｍ）幅のオーニング（図示しない）を支持する地面の上方５フィート（１．５ｍ）の高さにある。木製のオーニングは、倉庫に取り付けられ、倉庫６４の壁の上端から外側へと約２０フィート（６．１ｍ）延在する。木製のオーニングは、３方の側面が完全に開放されており、位置１１６での温度は、空調システムがない状態の倉庫６４の内部温度とおおよそ同じである。測定した温度は下記の表１に示す。
【００３５】
【表１】
2008516188.tif 000003
【００３６】
湿度が最低状態であり、かつ外部の温度が華氏１００度（３８℃）を超えている時に、内部及び外部の間の温度差は最大になることが観察された。
【００３７】
夏季であって、空のほとんどが雲で覆われ、かつ相対湿度が約３５％以上であった時には、次の表２に示される状態が観察された。
【００３８】
【表２】
2008516188.tif 000004
【００３９】
相対湿度測定は、夏季の午前９：００より倉庫６４の内部及び周辺の様々な位置で行われた。図５に記載された番号によって示される位置での測定結果を表３に示す。
【００４０】
【表３】
2008516188.tif 000005
【００４１】
相対湿度は、１日を通して、構造体内部の全ての位置で基本的に安定しており一定である。
【００４２】
午前９：００に開始し、温度及び相対湿度（Ｔ／Ｈ）を倉庫６４の内部及び隣接する様々な位置で晴れた１日を通して測定を行った。位置１１８及び１２０での測定は床上約５フィート（１．５ｍ）の位置で行われた。位置１１８は、外壁からの放射の効果を示すために用いられる。位置１２４は、倉庫６４の北側にあり、地面から約５フィート（１．５ｍ）上方にある。測定結果は次の表４に示す。
【００４３】
【表４】
2008516188.tif 000006
【００４４】
表４に記載した温度及び相対湿度測定は、多少曇った日の午前１０時より開始し、高い湿度状態の下で繰り返し行われた。システムを、おおよそ華氏７４度（２３℃）に設定した一般的なサーモスタットを使用して作動したときの結果を表５に示す。
【００４５】
【表５】
2008516188.tif 000007
【００４６】
（表５中の＊）一般的な１１０Ｖのバッテリ充電器が、午後６：００付近から１２Ｖのバッテリシステムに接続されている。ソーラーバッテリ充電システムの効果は、日中の時折の曇りによって減少する。
【００４７】
（表５中の＊＊）この相対湿度は、ここにデータとして記載されているが、位置１１６，９８及び１００での同時に発生したデータを考慮すると、操作者または装置のエラーであると考えられ、信頼性はない。そのため、図７に記載された相対湿度曲線１２０−５に反映させていない。
【００４８】
図７の曲線は、図５中の位置１１６及び１２０での表４及び表５に記載されたデータに基づいている。例えば、図７の相対湿度及び温度曲線１１６−４は、表４の列見出し「１１６Ｔ／Ｈ」のデータに基づいて描かれており、曲線１１６−５は、表５の列見出し「１１６Ｔ／Ｈ」のデータに基づいて描かれている。長音記号に続く最後の数字は、曲線の情報が取得された表を表している。
【００４９】
相対湿度曲線１１６−５によって表される様々な相対湿度での温度曲線１２０−５及び温度曲線１１６−５における温度差の比較は、本発明の第１実施形態に係る空調システムが、外部温度がおおよそ華氏９０度（３２℃）を超え、相対湿度が約４０％以下であり、好ましくは３５％以下である場合に最も効果的であることを示している。外部の相対湿度が２０％以下の場合には、おおよそ華氏３５度（摂氏１４度分に相当）もの温度差が達成された。例えば、図７の温度曲線１１６−４及び１２０−４と、相対湿度曲線１１６−４における差を参照する。戸外の日陰の温度はほぼ華氏１２０度（４９℃）に達しているが、倉庫６４内の温度はおおよそ華氏８７度（３１℃）にも達していない。華氏１２０度（４９℃）は、生命にかかわるが、華氏８７度（３１℃）では一般的に問題ない。システムの効率は、相対湿度が約２５％以下であるときが最も良い。例えば、相対湿度が約３５％を超え、実際に約４５％を超えると、温度曲線１２０−５及び１１６−５は直ぐに１つに収束する。
【００５０】
表５の最後の列は、ピーク需要を有する稼働時間の間のバッテリの電圧降下を示す。この電圧降下は、様々なファンによってシステム中を流されるエアの容量における減少を示している。出願人は理屈に束縛されることを望まないが、おおよそ午後２時から午後６時の間のシステムを通過するエア量の減少に一致して小さな温度上昇が現れている（図７の温度曲線１２０−５）。システムは、システムを通過するエア流量の小さな変化に比較的敏感であることが表されている。電圧は、ファンモータの稼動の最適化のために、少なくとも１１Ｖ以上あることが望ましい。倉庫６４の屋根に設けられた３個のパネルに、更に１または２個のソーラーパネルを追加することによって、ピーク需要期間中もこの電圧を維持する十分な能力を有するようになる。
【００５１】
表５中の列見出し「１２２Ｔ」は、熱交換器のシェル側の外部温度を示している。シェル側内部の水の温度は、一般的に位置１２２の温度よりもおおよそ華氏１０乃至１５度（６乃至９℃）低い。これにより、この水と熱交換する関係にある物は冷却される。仮にシェル側に接近した場合には、小さな物体は大きな付加的なエネルギを必要とせずに冷却され得る。熱に弱い少量の食料品や薬の在庫の有効期間は、この水と熱交換するような位置に在庫が配置されることによって延長され得る。適当な容器がシェル側の水内に直接に配置され、または外部から到達できる収納棚がシェル側内に組みつけられ、または例えばシェル側から外部にでた冷却コイルを通過して循環する水の流れ等が物体を冷却するために利用される。
【００５２】
表５中の列見出し「１１８Ｔ」は、外壁によって構造体の内部へと放射される熱の目安となる。列見出し「１２４Ｔ」は、壁の外部の温度に基づいて、倉庫６４の内部の冷却効果を示している。明らかに、多量の熱が倉庫６４の断熱されていない壁を通過して移動している。位置１１６は、隣接する壁から十分に離れているため、仮に倉庫６４の内部の冷却による温度の影響があったとしても非常に小さい。列１２０，９８及び１００の比較により、倉庫６４の内部の全体を通して温度は比較的均一であることがわかる。
【００５３】
熱交換器を密閉する断熱ケースは、システムの効率を１０％以上も向上させることがわかっている。シェル側の水本体の温度は、熱断熱の存在によって低下する傾向がある。熱断熱の程度は、周囲の空気が華氏８０度（２７℃）であるときの、断熱が行われていない金属製のシェル側の平衡温度より、好ましくは熱交換器のシェル側の外部温度（表５の列１２２Ｔ）が少なくとも華氏３度（１℃）、更に好ましくは華氏５度（２℃）高くなる程度である。金属製ケース（１８ゲージスチール）から厚さ約１／８インチ（３．２ｍｍ）のガラス繊維（ガラスフィラメント強化熱硬化性樹脂）ケースに変更することで、周囲の内部エア温度がおおよそ華氏８０度（２７℃）のときにおおよそ華氏５度（２℃）減少させることができる。空調システムの効率もまた、増加する。当業者によって理解されるように、数多くの断熱の形態や応用方法が、この目的のために適用することができる。
【００５４】
本発明に係る空調システムにおける水の消費速度は、極めて小さい。例えば、図５に関連してここに記載された実施形態の稼動時の水消費速度は、従来の気化冷却機（一般的なサンプクーラー）を同様の条件下で稼動させたときの約５％にすぎない。構造体や他の密閉された空間が絶縁されておらず、また密閉されていないためエアが相当量自由に漏れる状態であっても、水の消費速度は低い。通常、本発明に係る熱交換器の水の消費速度は、従来の直接気化冷却機（単一のエア流れが湿潤した環境を通過し、水の蒸発によって冷却および加湿される従来の気化冷却機）の空調システムの外部状態が基本的に同様の状態の下での稼動に対して約１０％以下、より好ましくは約５％以下である。比較の目的のため、基本的に同様の外部状態は、温度及び相対湿度が同様の外部状態と、例えば同じ体積及び形状、断熱材を有する同じ構造体及び他の密閉された空間とによって構成されている。比較の目的のため、従来の気化冷却機の動作と本発明の冷却システムの動作とを比較した結果における相違は、冷却システムの相違により生じ、冷却機の外部の環境や構造体及び他の密閉された空間の特性から生じるものではない。２つの冷却システムにおける本来的なもの以外の全ての変化は、比較の目的のため一定とする。つまり、外部変化の全ては、基本的に一定である。約３０乃至４０％の加湿効率（熱交換器を通過した後の乾球温度降下を空気線図から決定された最大可能乾球温度降下によって割ったもの）を達成しつつも、水の消費速度は低く抑えられる。
【００５５】
本発明の第１実施形態により空調された構造体の内部の相対湿度は、従来の気化冷却機から予想される値よりも概して低い。例えば、表４及び５の列「１１６Ｔ／Ｈ」や列「１２０Ｔ／Ｈ」のデータの比較は、外気温度が華氏９５度（３５℃）を超え、外気の相対湿度が約２５％以下まで低下し、構造体内の相対湿度が外部環境の相対湿度に対して約２倍（２００％）であるときを表している。外部の相対湿度が約２０％以下に低下し、温度がおおよそ華氏１００度（３８℃）を超えたとき、内部の相対湿度は外部環境の約２倍以上になるが、約２．３倍（２３０％）以下である。外気温度がおおよそ華氏１１０乃至１２０度（４３乃至４９℃）であるにも関わらず、内部の雰囲気温度を華氏８５度（２９℃）以下に維持する場合であっても、内部の相対湿度は５０％以下の低い値になる。同様の条件下で従来の気化冷却機を使用した場合には、通常は約６０％以上の内部相対湿度となるにも関わらず、本発明によると約６０％以下の内部相対湿度となる。このため、かび等の発生は最小限化され、構造体や他の密閉された空間の占有者の快適性を向上させる。相対湿度が低いため、華氏８５度（２９℃）以下の温度は一般的にほとんどの人間にとって快適となる。当業者によって認識されるように、開放された非断熱の構造体に、非常に低速度な水消費量で、かつ例えば太陽光または風力エネルギといった上記したエネルギ収集システムを用いて経済的な空調システムを達成することは、多くの方法や目的に対して好ましく、また有益である。
【００５６】
＜本発明に係る湿度可変実施形態＞
図８乃至図２１を参照して、高温下や、上述したような低湿度環境下、更には熱帯や亜熱帯環境を含む高湿度環境において使用される本発明に係る湿度可変実施形態について記載する。図８は、冷却されたサンプ水と一体とされた直接／間接気化冷却機である空調機２０１を示す。図８に示すように、可変湿度装置２０１は、図１乃至図７に記載した低湿度装置と多くの共通点を有する。空調機２０１は、好ましくは上部２０３と、中部２０５と、底部２０７部とを備えた積層した配置を有するように設計されている。図９に示すように、冷凍圧縮機２０９と、該冷凍圧縮機に関連する凝縮器ユニット２１０と、蓄電池２１１とは構造の上部２０３に設けられ、一番上の棚２１３の上に置かれている。一番上の棚２１３は、排気プレナム２１５の壁２１６に相対する上壁を形成している。強制エア気化冷却チャンバ（図９の２１７）は、排気プレナムの下に配置され、構造の中部を占めている。冷却チャンバは、空調のためのシェルプレナムを構成し、図面に記載した実施形態におけるユニットの全高の約６５％を構成している。冷却水サンプ２１９（図９の点線によって示される）は、冷却チャンバの底部に位置している。冷却チャンバ２１７の底床２２３は、吸気ファン２２５を備える吸気プレナム２２１の上壁を構成している。吸気ファン２２５は、吸気プレナム２２１と排気プレナム２１５と接続し、冷却チャンバ２１７を通過する複数本の立ち上がりチューブ２２７を通してエアを上方へと引き込む。
【００５７】
図１２に示すように、冷却チャンバの底床２２３は、立ち上がりチューブ２２７の対する下部管板を形成する複数の開口２２４を有する。同様に、相対する壁２１６は、上部管板を形成する整列させられた開口（図１０及び図１３においては２１４）を有する。図８乃至図１５に示すように、本発明に係る実施形態では、管板間の冷却チャンバ２１７内に垂直に配列された直径約１／４乃至３／８インチ（６．４乃至９．５ｍｍ）の約４９本の銅管が備えられている。チューブ束のサイズ決めや配置は、自動制御サーモスタットにより作動する稼動中に背圧による影響を生じさせる。
【００５８】
本発明に係る湿度可変実施形態の稼動について簡潔に記載する。冷却水サンプ２１９（図９）からの冷却水は、分配ヘッダ２２９を通して気化冷却チャンバに導入される。図９に示す分配ヘッダは、下向きに貫通された孔を有する連続したＰＶＣパイプである。分配ヘッダから下向きに噴霧される冷却水は、冷却チャンバ２１７の中で立ち上がりチューブ２２７を取り囲みまたは立ち上がりチューブ２２７と接触する蒸発媒体を飽和させる。蒸発媒体は、図９及び図１１では説明を簡略化するために取り除かれているが、本発明の第１実施形態に関して前記した媒体物質のいくつかを含む。好ましくは、蒸発媒体は、冷却チャンバの天井に設けられたラック（図１４の２４１）に懸吊された長方形パッドとして供給され、多数の垂直立ち上がりチューブ２２７の間に離隔して設置される。
【００５９】
エアは、向かい合って配置されたファン２３１，２３３によって冷却チャンバ内に導入される。ファン２３１，２３３はルーバ（図９中の２３５，２３７）上に取り付けられている。ルーバは、冷却チャンバ２１７内において乱流を生じさせ、気化冷却プロセスを増強させる循環及び渦型の流路における、導入され、冷却チャンバ２１７から排気されるエアを手動によって直接調整する。側面ルーバ２３５，２３７によって生じる渦効果は、冷却チャンバ２１７を通してのエアの移動を生じさせ、冷却チャンバ内での滞留時間を増加させる。このため、冷却効果は増加し、またシェルプレナムの外に水滴が直接的に吹き飛ばされることが防止される。冷却チャンバからの冷却エアは、冷却のため構造体の内部へと適当な格子（図８中の格子２３９のような）を通過して放出され、或いは冷却したい構造体内部の所定の領域へと適当なダクトを通って送られる。
【００６０】
エアはまた、吸気ファン２２５によって吸気プレナム２２１に引き込まれ、エア流れは冷却チャンバ内に配置された立ち上がりチューブ２２７を通って上方へと向けられる。立ち上がりチューブは、冷却チャンバ内で冷水サンプを通過し、蒸発媒体に接触するため、管の外側は冷却される。チューブ２２７内部のエアは管を通しての伝導により冷却される。この比較的乾燥したエアは、適当なダクトを通して冷却される構造体の内部へと送られ、もし必要であれば、冷却チャンバからの冷却されたエアと混合される。
【００６１】
本発明に係るこの後者の実施形態では、エアは２つの同時に起こるプロセスを使用することにより冷却される。エアは、気化冷却チャンバ２１７内の水に直接接触することによって冷却され、この方法で冷却されたエアの絶対湿度を上昇させる。付加的なエアもまた、立ち上がりチューブ２２７内の伝導性熱伝達によって冷却される。この付加的なエアの絶対湿度は、変化しないか、または少しだけ上昇し、或いは少し減少する。これは、立ち上がりチューブの内部で凝縮されるためである。もし必要であれば、放出されるエアが蒸発プロセスによる比較的湿ったエアと、外部の湿度に近いエアとの混合物を含むように、２つのエア流れは本発明の第１実施形態に関して述べた単一の放出ダクト内部で混合され得る。
【００６２】
冷却チャンバの底の冷水サンプ（図９中の２１９）は、サンプと同様に冷却団として作用する。サンプ内の水は、市販の低温圧縮機によってほとんど凍結されるまで冷却される。低温圧縮機は、製氷機に使用されるものと類似のものであり、ＡＣまたはＤＣによって稼動され、好ましくは１２ＶのＤＣ電源によって稼動される。図１１に示されるように本発明の実施形態では、圧縮機２０９はバッテリによって稼動される。しかし、本実施形態では、排気プレナム領域２１５内に配置されたインバータ２４３（図１１）は、例えばピーク稼動でない時間帯の間にはバッテリを充電するため、装置にＡＣ電流をオフにさせる。インバータを冷却された排気プレナム区画に配置することによって稼動温度を低下させることにより、インバータの寿命が延長される。吸気プレナム及び冷却チャンバに使用される電気ファンは、太陽電池または蓄電池によって駆動される１２Ｖのファンであることが望ましい。
【００６３】
図１０，１１，１６，１６Ａ，１６Ｂは、従来の機械冷凍技術を用いた圧縮機２０９及び該圧縮機に関連する凝縮器２１０によって冷却される一般的に好ましい冷凍マニホールド２４５を示す。多くの異なる従来のマニホールドやコイルの配置が、サンプ２１９内の水を冷却するために圧縮機２０９と利用されるが、好ましいマニホールド２４５は意図する利用に特に効果的である。図１６に示すように、マニホールド２４５は、前層２４７と後層２４９を有する「ダブルショック（double shock）」マニホールドである。前及び後層、またはコイルは複数個の円筒状のスペーサ２５１によって離間して配置されている。円筒状スペーサ２５１は、マニホールドの全幅よりも短く、隣接するスペーサの間に距離ｄを有している。円筒状スペーサはまた、サンプ２１９内で、水がスペーサの周囲またはスペーサを通って流れるように、中が空洞であり、かつ両端が開放している。図１１に示すように、マニホールド２４５は、冷却チャンバのサンプ内に通常水平面に配置される。
【００６４】
冷媒は、図１６中の２５３及び２５５に示される分割された一対のマニホールド層に供給され、戻ってくる。図１６Ｂに示すように、コイルの上層はループ２５２，２５４，２５６，２５８，２６０，２６２，２６４及び２６６によって形成される（ループは説明の簡略化のため断面として示している。）。コイルの下層はループ２６８，２７０，２７２，２７４，２７６，２７８，２８０及び２８２によって形成される。ループ部分２５２乃至２６６は、マニホールドの前層の連続したコイルを形成する。ループ部分２６８乃至２８２は、マニホールドの前層の連続したコイルを形成する。ループ部分２６８乃至２８２は同様に、マニホールドの後層の連続したループを形成する。前及び後ループから抜け出るまたは終了する点（図１６Ｂ中の２６６，２６８）は、クロスオーバーパイプ２８４，２８６によって接続されている。クロスオーバーパイプ２８４，２８６は、分岐２５３，２５５を形成するために第１ループ部分（図１６Ｂ中の２５２，２８２）を横断する。クロスオーバーパイプの配列及び分岐２５３，２５５の結果、マニホールドを通過する中間層流が形成される。例えば、分岐２５３を通過して流れる冷媒は、ブランチ２５３Ｂ（図１６）を通って前層２４７へと流れ、ブランチ２５３Ａを通って後層２４９へと流れる。前及び後層２４７，２４９より戻ってくる冷媒は、分岐２５５で合流する。分割流を有するダブルショックマニホールドは、圧縮機２０９の冷却能力を約２倍にする。
【００６５】
以下の記載は、上述した図８乃至１６Ｂに記載された装置の実際の稼動テストから得られたものである。次のテスト結果は限定する意図はなく、本発明の特に好ましい実施形態の特徴を説明することを意図している。装置のケースまたはハウジングはステンレス鋼で形成されている。装置の相反する側に取り付けられた２個の１２Ｖファンは、外部の雰囲気を中心のウェットチャンバに引き入れるために使用されている。ウェットチャンバは、ここでは装置の「ウェット側」として言及している。ウェットチャンバに延在する銅管及び単一の１２Ｖファンは、エアを装置の「ドライ側」として言及される部分のチューブを通過させるために使用されている。ドライ側へのエアの供給は、空調空間の内部に延在するダクトを通過させて行われている。２つのエア流れ（ドライ及びウェット側）は、装置の内部で混合され、ひとつの出口に向けられている。装置は、ウェットチャンバのサンプ内の水を冷却するために使用される積層した機械冷凍装置が組み合わされている。１２０ＶのＡＣ電源によるユニットの稼動を許容し、かつバッテリを充電するために、装置の１２ＶのＤＣ運転のためのバッテリとインバータが設けられている。
【００６６】
＜テスト装置導入の説明＞
テスト装置は、カリフォルニア州バニングの密閉された自動車修理工場の外に配置されている。装置の第２（ウェット）側のエア供給は、屋外の雰囲気から取得されている。ガレージは、おおよそ縦３０フィート（９．１ｍ）、横３５フィート（１０．７ｍ）であり、高さ１４フィート（４．３ｍ）の屋根を有する。装置の混合出口エア流れと、第１（ドライ）側への供給エアとは、ドアを通過して密閉された自動車修理工場空間内へと入るダクト内を通過する。両方のダクトは、１０フィート（３．０ｍ）であり、折れ曲がりがなく真っ直ぐである。装置の混合エア出口に対するダクトは内径１０．２５インチ（０．２６ｍ）であり、第１（ドライ）側に対するダクトは内径７．０インチ（０．１８ｍ）である。
【００６７】
自動車修理工場の１つのドアは、エアが自動車修理工場から逃げ、自動車修理工場空間の背圧が上昇することを避けるために、外気に対して開放されたままになっている。最初の２つのテストでは、装置をドアから数インチのところに配置した。第３のテストでは、装置はドアから約１０フィート（３．１ｍ）の場所に移動されたが、２本のダクトはまだドアを通過して密閉された空間内へと延在している。第３のテストに対しては、装置は日陰に配置されている。
【００６８】
＜テストデータ及び結果＞
＜テスト＃１＞
本テストでは、装置はＡＣ電源に接続されておらず、バッテリ電源により稼動している。
【００６９】
【表６】
2008516188.tif 000008
【００７０】
＜テスト＃２＞
本テストでは、装置はＡＣ電源に接続され、インバータにより稼動されている。
【００７１】
【表７】
2008516188.tif 000009
【００７２】
＜テスト＃３＞
上記したように装置がドアから１０フィート（３．１ｍ）離れている以外はテスト＃２と同様である。
【００７３】
【表８】
2008516188.tif 000010
【００７４】
注意：３つのテストの全てにおける加湿効率の計算は、乾球温度のｃｆｍ加重平均と、第１及び第２入口エア流れと混合出口との相対湿度（％）に基づいている。
【００７５】
上記のテスト結果は、南カリフォルニアに見られるような乾燥した気候地帯における乾燥状態において加湿効果が達成されたことを示している。しかし、あまり乾燥していない気候地帯においても本システムから湿度を得ることは概ね魅力がある。図１９は、ウェットチャンバからの放出出口２６２の前方に位置するウェットチャンバ（図９中の２１７）内に取り付けられた追加冷凍マニホールド（蒸発器）２６０を示している。追加冷凍マニホールド２６０は、前記したウェットチャンバ内のサンプ水を冷却するために使用される従来の機械冷凍システムから冷媒を供給され得る。
【００７６】
図１９は、ウェットチャンバ２１７のサンプ部内に備えられたダブルショックマニホールド２４５のハイ側２６８及びロウ側２７０の間に冷媒を供給するために使用される従来の圧縮機２６４及び凝縮器２６６の簡略概念図である。従来のドライヤ２７２及び膨張装置２７４は、従来の方法の通りに循環冷媒の経路に配置されている。膨張装置２７４は、業界で公知の従来の膨張弁であっても良く、また冷却効果を生じるべくダブルショックマニホールド２４５のコイルを通して高圧蒸気から低圧蒸気まで輸送する他の便利な膨張装置であっても良い。
【００７７】
追加冷凍マニホールド２６０を適合させるため、圧縮機２６４は膨張装置２８０を通して追加マニホールドの蒸発コイル２８２に冷媒を供給するハイ側ライン２７６及びロウ側ライン２７８に適合されている。市販されている流量制御弁２８４は、ダブルショックマニホールド２４５及び追加冷凍マニホールド２６０のロウ側２７０及び２７８それぞれから圧縮機２６４への冷媒の戻りを制御している。
【００７８】
冷凍回路はまた、マニホールドのハイ側２６８，２７６のそれぞれへの冷媒の供給を制御する１２Ｖポンプの下流のバルブ２８８，２９１を含む。ポンプ下流バルブ２８８，２９１は、ウェットチャンバ２１７側のファン２３１，２３３と同じ電気回路に接続されているため、冷媒はファン２３１，２３３が運転しているときのみ追加マニホールドに供給される。圧縮機２６４は、サンプ水を華氏３５度（１．７℃）またはその付近に維持するサーモスタットを備えている。ファンと追加マニホールド２６０を循環させられる冷媒とを有するため、例えばおおよそ華氏４５度（７．２℃）で追加マニホールドを横切って吹くエアは冷却され、エア中の水滴が凝縮され、水滴をウェットチャンバ２１７のサンプ部２１９に落とす。特定の条件で、発生する凝集物により、装置のサンプ部の水を補給する必要はなくなる。この方法による湿気の凝縮は、ウェットチャンバ２１７から放出されるエアを除湿するために作用する。
【００７９】
図２０は、冷却のために構造体内部に設置された本発明に係る空調機３０１を示している。装置３０１は、屋外エアを取り込むべくウェットチャンバのファン入口３０５の一方から屋外環境に接続された外部ダクト３０３を有する。相対するように配置されたファン入口３０７は、室内に対する戻りエアシステムの一部であるダクト３０９に接続している。ウェット及びドライチャンバからの（または、ウェットチャンバのみからの）放出出口３１１は、部屋内の冷気排出口３１３へとダクトで接続されている。追加冷凍マニホールド２６０が備えられた装置は、ウェットチャンバ２１７を通過して流れる湿気を凝縮する。凝縮物は混入物質がろ過されて、３１５から放出されるか、またはシステム内を循環させられる。部屋にはまた、部屋のドアが開いているときには閉じ、部屋のドアが閉じられているときには開く、１以上の頭上自動通気孔３１７，３１９が備えられている。通気孔は、部屋から屋根裏へと一定量の基本的に滞留したエアを排出するために作用する。屋根裏には、構造体の外部へと高温のエアを放出するための従来の排気孔３２１を備えている。この方法では、構造体の外部へのダクト３０３がたとえなかったとしても、システムは滞留したエアを構造体の外部に放出させるために動作することができる。これは、エアをほぼ１００％滞留させる典型的な気化装置や、または１％のみ滞留したエアを循環させる従来の空調システムと対照的である。
【００８０】
図２１は、出口の温度及びまたは湿度を更に調節するために、装置への入口エアを制御する付加的な方法を示している。この調節では、ウェットチャンバへのファン入口３０５に、装置の底部チャンバ（吸気プレナム）２２１に接続するダクト３２３が備えられている。サーモスタットで制御され作動するドアまたはゲートバルブ機構が、底部チャンバ２２１からエアを引き込むために作動され得る。仮にエアがチャンバ２２１から引き込まれた場合には、第２ドアまたはゲートバルブ３２７は屋外からダクト３０３を通過して引き込まれるエアを遮断する。例えば、屋外エア温度が華氏１１０度（４３℃）である場合に、バルブ３２７を閉じ、例えば華氏８０度（２６．７℃）である室内エアのみを引き込むことが好ましい。
【００８１】
簡潔に上述したように、装置の冷却チャンバのサンプ部２１９内の水は、一般的には周囲環境よりも少なくともおおよそ華氏１０乃至１５度（５．５乃至８．３℃）低温である。そのため、この水と熱交換する関係にある場所に配置された物体は冷却される。例えば、小さな物体は大きな付加的なエネルギを必要とせずに冷却され得る。適した容器がシェル側の水内に直接に配置され、または外部から到達できる収納棚がシェル側内に組みつけられ、または例えばシェル側から外部にでた冷却コイルを通過して循環する水の流れ等が物体を冷却ために利用される。図１４に示すように、冷却チャンバのサンプ水部分は、使用しない場合には詰められ、蓋がされる１以上の組の補助冷却ジャケット２５７，２５９が備えられる。補助ジャケットは、装置のサンプ部内の水のための入口及び出口部を含む。冷却水は、冷却能を増強するために容易に、冷却される構造体内の他の熱交換器のような他の装置に接続され得る。
【００８２】
図１７は、補助冷凍装置２６１を示している。一般的な装置は約１５インチ（０．３８ｍ）幅で高さが２４インチ（０．６１ｍ）であり、住居の壁の間柱間に配置されるのに都合が良い。空調機２０１のサンプ２１９からの水は、管路２６３を通過して流体ポンプ２６５の取水口へと吸入される。ポンプ２６５は、冷水を管路２６７に通してコイル２６９へと冷水を放出する。１２ｘ１２インチ（０．３１ｍｘ０．３１ｍ）のコイルの背面に配置された１２ＶのＤＣファン２７１は、エアにコイルを通過させ、装置から冷却される構造体へと冷却されたエアを放出するために使用される。ファンは、メイン空調装置に使用される冷却チャンバファン２３１，２３３と独立している。戻り水は、管路２７３を通ってポンプ２６５へと戻り、メインユニットの機械冷凍システムによって再び冷却されるため、ポンプによってメインユニットのサンプ２１９へと出口管路２７５を通って再循環させられる。また、受皿２７４が凝集物を受けるために備えられている。本発明の実施形態では、入口及び出口水管路２６３，２７５は、例えば適当なポリオレフィンの外装を有するケーブル配置（図１８）にパッケージ化されている。ケーブル２７７はまた、ファン２７１及びポンプ２６５に電力を供給するために、適当にシールドされたＤＣ電源供給ライン（図１８中の２７９）を含む。
【００８３】
発明は、いくつかの利点を提供する。本発明に係る冷却システムは、比較的安価に製造される。本システムは、吸入される空気と放出される空気との温度の間に華氏３０度（１７℃）以上もの差を生じさせる。システムは、ソーラーパネルや風車から得られるＤＣ電源によって乾燥気候において稼動することができる。インバータにより、装置はＤＣバッテリ源を充電するため、ピーク時間でない間にＡＣ電源に接続されることが可能である。装置は、ピーク状態下でさえ、２０アンペア以下のＡＣ電源により稼動される。ウェットチャンバの渦性質は、必然的に花粉やダスト等といったエア中の汚染物質を取り除く。汚染物質は、装置のサンプ部内に落下し、排出されるため、装置は空調機としてだけではなく空気清浄機としても働く。システムの加湿は、装置への応用目的によっていくつかの異なる方法により調節される。
【００８４】
関連する技術分野における当業者にとって理解できるように、上記した本発明の最適な実施形態に対して多くの変更及び修飾を行うことが可能である。本発明はここでは、熱交換器のシェル側がウェット側であり、チューブ側がドライ側である特定の実施形態に関連して記載したが、当業者は、例えばウェットなチューブ側とドライなシェル側等を含む他の配置が可能であることを、開示内容を考慮することによって容易に認識し得る。当業者は、必要であればシェルアンドチューブ式以外の形態の熱交換器を使用できることを開示内容から認識することができる。
【００８５】
記載されたものは、添付の請求項の趣旨及び範囲から逸脱することなく修飾及び変更が可能である好ましい実施形態である。本発明における多くの修飾や変更が、上記の教示の権利内で可能である。そのため、添付の請求項の範囲内で、本発明は具体的に記載されたもの以外にも実施されうることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係るシェルアンドチューブ式熱交換器の実施形態に係る概略図である。
【図２】図１のライン２−２に沿って見た断面図である。
【図３】液体噴霧システムを示す本発明に係る一実施形態のシェルプレナムの概略断面図である。
【図４】ブランケットに全体が囲まれたチューブを示す本発明に係る一実施形態のシェルプレナムの概略断面図である。
【図５】本発明に係るシェルアンドチューブ熱交換器を用いた空調システムが内部に設置された構造体の平面図である。
【図６】図５の熱交換器のシェルプレナムの断面図である。
【図７】図５中の位置１１６及び１２０での表４及び５に示す温度及び相対湿度を示すグラフである。
【図８】直接／間接気化冷却と冷却されたサンプ水とを組み合わせたことに特徴を有する本発明に係る装置の他の実施形態の斜視図である。
【図９】装置の内部要素の説明を容易にするために後壁を取り除いた図８の装置の背面図である。
【図１０】図８及び図９の装置に用いられる冷却チャンバ及び冷凍マニホールドを示す分解斜視図である。
【図１１】装置の内部要素の説明を容易にするために後壁を取り除いた図８の装置の透視図である。
【図１２】立ち上がりチューブに対する管板としての役割も果たす冷却チャンバの上壁の平面図である。
【図１３】図８の装置の冷却チャンバの分解斜視図である。
【図１４】水分配アレイの配置を示す冷却チャンバの側面図である。
【図１５】吸気プレナム及び吸気ファンを示す分解斜視図である。
【図１６】図８の装置の冷水サンプ内で使用される冷凍マニホールドの分解斜視図である。
【図１６Ａ】図１６のライン１６Ａ−１６Ａに沿った断面図である。
【図１６Ｂ】層間フローパターンを生じさせるために使用されるクロスオーバー配管を示す図８のマニホールド簡略端面図である。
【図１７】本発明の装置の冷水サンプ内の冷水と離れて稼動する補助熱交換装置の概略図である。
【図１８】図１７の補助熱交換装置と図８乃至１５に示すメイン冷却アセンブリとを接続するために使用されるケーブルの断面図である。
【図１９】本発明に係る空調システムの高湿度版のウェットチャンバ内に設置された追加冷凍マニホールドを、該マニホールドに関連する冷凍回路に沿って示す概略図である。
【図２０】本発明に係る空調システムに利用される構造体を通過するエア流れを示す概略図である。
【図２１】本発明に係る装置のウェットチャンバへのエア流れのための代替ダクト配置を示す概略図である。
【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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【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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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