(57)【要約】【課題】  消費電力が少なく、水の気化効率を向上させ、大量の空気を処理でき、保守も容易な水の潜熱を利用した顕熱ロータを用いた空気調和装置を提供する。【解決手段】  冷却領域と熱交換領域とを隣接して設け、冷却領域と熱交換領域とを貫通して回転する顕熱ロータを設け、冷却領域の顕熱ロータの上流には散水装置を配置して水の気化により顕熱ロータを通過する部分を冷却し、顕熱ロータの冷却部分を回転により熱交換領域に移行し、熱交換領域では上流より外気を取り入れて、顕熱ロータの移行した冷却した部分で外気を冷却して下流に給気し、顕熱ロータの冷却のために供して暖まった部分を回転により再び前記冷却領域に移行するようにし水の潜熱を利用した空気調和装置。【選択図】図２
2012247157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却領域と熱交換領域とを隣接して設け、
前記冷却領域と前記熱交換領域とを貫通して回転する顕熱ロータを設け、
前記冷却領域の前記顕熱ロータの上流には散水装置を配置して水の気化により該顕熱ロータを通過する部分を冷却し、
該顕熱ロータの前記冷却した部分を回転により熱交換領域に移行し、
該熱交換領域では上流より外気を取り入れて、前記顕熱ロータの移行した冷却した部分で外気を冷却して下流に給気し、前記顕熱ロータの冷却のために供して暖まった部分を回転により再び前記冷却領域に移行するようにしたことを特徴とする水の潜熱を利用した空気調和装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水の潜熱を利用した空気調和装置において、
前記顕熱ロータにより冷却した給気の下流を、第２熱交換領域と第２冷却領域に隣接し分岐するとともに、前記第２冷却領域と第２熱交換領域とを貫通して回転する第２の顕熱ロータを設け、
前記第２冷却領域の前記第２顕熱ロータの上流には第２散水装置を配置して水の気化により該第２顕熱ロータを冷却し、
該第２顕熱ロータの冷却した冷却部分を回転により第２熱交換領域に移行し、
該第２熱交換領域では上流からの冷却された給気を更に前記冷却部分で冷却して給気し、 前記第２顕熱ロータの冷却のために供して暖まった部分を回転により再び前記第２冷却領域に移行するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水の潜熱を利用した空気調和装置。
【請求項３】
請求項１又２に記載の水の潜熱を利用した空気調和装置を、更に別の空気調和装置の冷却コイルの上流に配置して、外気を予め冷却する補助冷却器として用いることを特徴とする水の潜熱を利用した空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水が気化する時に生じる潜熱を利用して冷却する顕熱ロータ、及び、そのロータを組み込んだ空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、夏期に水ミストを噴霧して周囲の温度を下げることはよく行われることである。この水の潜熱冷却を利用した空気調和装置は、消費電力を大量に使用することがないことから、エコにも合致するので特許文献１や特許文献２に見られるように既に多く開発されているが、この特許文献１の技術は水に濡らした無端マットに吸入した空気を通過させ、通過の際に温度が低下した排出空気を、さらに通常の空気調和装置の冷却コイルに供給するものである。
この場合、空気の状態の挙動を図１の空気線図で説明すると、符合ａの点線のように供給空気の温度が下がるが絶対湿度が高くなり、夏場の冷房空調には適さない。
【０００３】
そこで、湿度を押さえて温度だけを下げてエンタルピーを減少させた空気調和装置も特許文献３に見られるように提案されている。この特許文献３に見られるのは、散水器により水を散水して温度を下げた噴霧気中に第１熱交換器を配置し、この第１熱交換器での冷えた冷媒を冷媒回路によって第２熱交換器に供給し、冷えた冷媒が供給された第２熱交換器を冷却し、第２熱交換器を通過する対象空気を冷却する。この場合の空気の状態の挙動を図１で説明すると、符合ｂの実線のように供給空気の温度が下がるが湿度が同じ程度で推移する。
なお、特許文献１に示されるような冷却装置が、気化による潜熱放出が大量に可能となるので、夏期の冷却の補助冷却熱源として有効であることも、特許文献４に開示されているが、ミスト中の排水処理が厄介になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７４７６７号公報
【特許文献２】特開２０１１−７４７４号公報
【特許文献３】特開２００２−２２２９１号公報
【特許文献４】特開２００９−１６２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の従来技術は、散水器の散水では気化効率が低いという問題点があり、このために排出空気に水が大量に含まれ、これを処理するために再度循環させる等の処理手段が必要となるといた問題点や、第１熱交換器と第２熱交換器を連結するために冷媒回路が必要となるといった問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、消費電力の少ない熱交換器及び空気調和装置であって、水の気化効率を向上させ効率よく潜熱を利用して冷却可能な熱交換機であって、排出空気に水をあまり含まず、かつ、冷媒回路等を必要とせず、しかも熱交換コイル等の高価で複雑な装置も必要とせず、保守も容易な水の潜熱を利用した空気調和装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、冷却領域と熱交換領域とを隣接して設け、前記冷却領域と前記熱交換領域とを貫通して回転する顕熱ロータを設け、前記冷却領域の前記顕熱ロータの上流には散水装置を配置して水の気化により該顕熱ロータを通過する部分を冷却し、該顕熱ロータの冷却した部分を回転により熱交換領域に移行し、該熱交換領域では上流より外気を取り入れて、前記顕熱ロータの移行し冷却した部分で外気を冷却して下流に給気し、前記顕熱ロータの冷却のために供して暖まった部分を回転により再び前記冷却領域に移行するようにしたことを特徴とする水の潜熱を利用した空気調和装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の水の潜熱を利用した空気調和装置において、前記顕熱ロータにより冷却した給気の下流を、第２熱交換領域と第２冷却領域に隣接し分岐するとともに、前記第２冷却領域と第２熱交換領域とを貫通して回転する第２の顕熱ロータを設け、前記第２冷却領域の前記第２顕熱ロータの上流には第２散水装置を配置して水の気化により該第２顕熱ロータを冷却し、該第２顕熱ロータの冷却した部分を回転により第２熱交換領域に移行し、該第２熱交換領域では上流からの冷却された給気を更に前記冷却した部分で冷却して給気し、 前記第２顕熱ロータの冷却のために供して暖まった部分を回転により再び前記第２冷却領域に移行するようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又２に記載の水の潜熱を利用した空気調和装置を、更に別の空気調和装置の冷却コイルの上流に配置して、外気を予め冷却する補助冷却器として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の水の潜熱を利用した空気調和装置によれば、費用が安価な水の潜熱(気化熱)を用いることによって消費電力の少ない冷房用の空気調和装置となり、加湿することもなく、快適な冷房の空調環境を省エネで実現することができる。
また、回転式熱交換器である顕熱ロータを用いることによって、冷却領域では散水により水の潜熱によって冷却した空気で顕熱ロータを冷却し、顕熱ロータの冷えた冷却部分を熱交換領域で熱交換し、湿度を高めることなく外気を冷却できる。また、顕熱ロータを採用することによって、従来のような熱交換コイル等を高価で複雑な構成の機構を用いる必要がなく簡単な装置で冷却でき、かつ、大量の空気を簡単に処理できる。
【０００９】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の熱交換で冷却した空気の１部を、冷却領域の潜熱冷却用空気とし使用するので、冷却領域での潜熱(気化熱)によって更に冷却され、結果として熱交換する第２顕熱ロータの通過空気を更に冷却することとなるので冷却効率が向上する。
更に、請求項３の発明によれば、請求項１又は２の水の潜熱を利用した空気調和装置を、従来の空気調和機装置の補助冷却熱源として用いれば、空気調和装置本体の能力が小さくても夏場の冷房が十分可能となり、全体として省エネの空気調和装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来例と本発明の作動を説明する空気線図、
【図２】本発明の実施例１の水の潜熱を利用した顕熱ロータの熱交換を行う顕熱ロータの斜視図、
【図３】図３(ａ)は実施例１の図２を空気の流れを概略を説明する説明図、図３(ｂ)(ｃ)は顕熱ロータを２段にした実施例２の空気の流れを概略を説明する説明図、
【図４】本発明の各実施例の空気調和装置を通常の空気調和装置に応用した実施例３のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の水の潜熱を利用した熱交換器及びそれを用いた空気調和装置の実施例1を図２及び図３(ａ)を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
実施例１の水の潜熱を利用した空気調和装置１は、図２の斜視図、図３（ａ)の概略説明図に示すように、上側の潜熱冷却用空気Ａである外気ＯＡが散水により冷却される冷却領域２の通路と、この通路に平行して隣接下側の空調対象空気Ｂである外気ＯＡが通過して冷却される熱交換領域３の通路からなっている。
この両領域の冷却領域２は冷却領域ダクト２１、熱交換領域３は熱交換領域ダクト３１で区画され仕切板４で区切られており、この仕切板４を貫通して回転する顕熱ロータ５が設けられている。また、各領域のダクト２１、３１の適所には、送風機(ファン)６が設置され、外気ＯＡを吸い込んで、顕熱ロータ５を通過させ、給気ＳＡ或いは排気ＥＡさせている。なお、送風機６には必要に応じて風量を制御するファン制御装置６１が設けられている。
前記顕熱ロータ４は回転式の熱交換器で公知の構造でよく、熱だけを交換して湿気は移動させない構造であり、顕熱ロータ４の内部は空気に接触して通過する部分の表面面積を広くしており、熱伝導が良好な金属等で製作されている。
【００１３】
前記冷却領域２の通路の顕熱ロータ４の上流には、水を散水する散水装置７が配置されており、この散水された水の気化、すなわち水の潜熱により外気取入口４１から取り入れられた外気ＯＡの空気温度が下がるが、この冷却された空気が顕熱ロータ４の通過部分を冷却し、冷却を終了した空気は、排気口４２より戸外に排気ＥＡされる。
上述した顕熱ロータ４の冷却された冷却部分Ｃが、回転により仕切板４の下方の熱交換領域３に移行する。この熱交換領域３では上流より外気ＯＡを取り入れて、顕熱ロータ５の移行した冷却部分Ｃを外気ＯＡを取入れた空調対象空気Ｂが通過し、この熱交換部分Ｄ(移行した冷却部分Ｃ)で外気ＯＡを冷却して、顕熱ロータ４の下流に給気ＳＡする。
【００１４】
前記顕熱ロータ４の冷却のために供して暖まった熱交換部分Ｄを回転により再び前記冷却領域２に移行して、通過部分を冷却して冷却部分Ｃにして熱交換領域３に移行させ、これを顕熱ロータ４の回転により連続的に繰り返す。
前記散水装置７はタンク(Ｔ)７１に給水され貯留されている水を、ポンプ(Ｐ)７２等により多数のノズル７３から蒸発を促進して潜熱が奪われるように噴霧状に散水し、蒸発しなかった水滴は下部にトレイ７４を設けて貯め、この溜まった水をタンク７１に循環させて使用している。
この散水の量は、蒸発が効率よく促進して効率的に潜熱を得るため、及び、冷却領域ダクト２１の底での水量を極力少なくするために制御が必要であるが、この為、冷却領域ダクト２１内に湿度計７５（必要に応じて温度計も付加）を配置し、この値に応じてポンプ制御装置７６を設けてポンプ７２の水量の送り量を制御する。この散水量は風速にも関係するので必要に応じてポンプ制御装置７６の制御要素に加えればよい。また、顕熱ロータ５の回転速度も各領域での熱交換が効率よくなるような速度に設定或いは制御すればよい。
【００１５】
実施例１は、以上のような構成なので、水の潜熱を利用して冷房・冷却するので、費用が安価な水の潜熱(気化熱)を用いることによって消費電力の少ない冷房用の空気調和装置となり、加湿することもなく、快適な冷房の空調環境を省エネで実現することができる。
また、回転式熱交換器である顕熱ロータを用いたが、顕熱ロータ自体は構造が比較的簡単で市販もされていて、従来のような熱交換コイル等を高価で複雑な構成の機構を用いる必要がなく、かつ安価であり、なによりも、湿度を高めることなく大量の空気を簡単に冷却できる。
【実施例２】
【００１６】
本発明の水の潜熱を利用した熱交換器及びそれを用いた空気調和装置の実施例２を図３(ｂ)及び図３(ｃ)を参照して説明する。
図３(ｂ)(ｃ)に示すように、実施例２の水の潜熱を利用した空気調和装置は顕熱ロータを多段にしたものであるが、単純に多段にするものではない。すなわち、第２冷却領域に取り入れる潜熱冷却用空気が外気ＯＡではなく、既に前段顕熱ロータ５で冷却された給気ＳＡの一部を潜熱冷却用空気Ａ２として使用するものである。
【００１７】
更に詳細に説明すると、前段の顕熱ロータ５により冷却した給気ＳＡの下流を、第２熱交換領域３２の第２熱交換領域ダクト３３と、第２冷却領域２２の第２冷却領域ダクト２３とに分岐するとともに、第２冷却領域２２と第２熱交換領域３２とを上下に隣接して配置し、これら第２冷却領域２２と第２熱交換領域３２とを貫通して回転する第２顕熱ロータ５１を設けて、実施例１と同様に第２冷却領域２２において第２顕熱ロータ５１の上流に、前記散水装置７と同様の第２散水装置７９を配置して水の気化により第２顕熱ロータ５１の通過部分を冷却し、この通過した冷却部分を回転する第２顕熱ロータにより第２熱交換領域３２に移行し、第２熱交換領域３２では上流からの冷却された給気ＳＡを更に冷却部分(図２のＣを参照)で冷却して給気ＳＡし、第２顕熱ロータ５１の冷却のために供して暖まった部分を回転により再び第２冷却領域２２に移行するようにして冷却の程度を高めている。
上述した実施例２は、前段の実施例１での装置によって得られた冷却した給気ＳＡの１部を冷却領域の潜熱冷却用空気とし使用するので、実施例１での効果に加えて、冷却領域での潜熱(気化熱)によって更に冷却されるので、結果として熱交換層の通過空気を更に冷却することとなるので冷却効率が向上する。
【実施例３】
【００１８】
以上のように、本発明の実施例１及び実施例２の空気調和装置１は、基本的には水の供給だけで、冷房が可能であるので省エネになるが、気化熱(潜熱)を活用することから、気化熱を大量に発生する夏期に効果がある。したがって、夏期にオーバーワークになりやすい空気調和装置の補助冷却熱源として用いれば、空気調和装置本体の能力が小さくても夏場の冷房が十分可能となる。
この場合の実施例１及び実施例２の応用例である実施例３を、図４で示して説明すると、外気ＯＡを空気調和装置１である程度冷却して、この中間での冷却供給空気ＳＡを別の一般の空気調和装置１２の冷却コイル１２１に供給し、適正温度に空調して、送風機１２２により対象空調空間に給気ＳＡ１する。
なお、ここでも、実施例２のように空気調和装置１からの給気ＳＡの一部を第２顕熱ロータの冷却領域２への供給空気として利用し、冷却供給空気ＳＡの他の空気は、次の空気調和装置１２(従来公知の空気調和装置)の冷却コイル１２１で冷やして対象空調空間に給気ＳＡ１すれば冷房効率はより高まる。
このような空気調和装置の構成により、外気が高温時、特に夏期の高温時に有効に稼働し、消費電力を著しく押さえることができる。
【００１９】
以上のように、本発明の実施例の水の潜熱を利用した熱交換器によれば、費用が安価な水の潜熱を用いることによって消費電力の少ない熱交換器となり、加湿することもなく、快適な空調環境を省エネで実現することができ、また、回転型の熱交換器である顕熱ロータを使用することにより、従来のような熱交換コイル等の高価で複雑な構成の機構を用いる必要がなく、付属部品も少なく保守も容易となり、かつ安価であり、なによりも、湿度を高めることなく大量の空気を簡単に冷却できる。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上記の実施例に限定されるものでないことは勿論である。例えば、実施例２では顕熱ロータを２段にしたが、３段或いは更に多段にしても良いことは勿論である。
【符号の説明】
【００２０】
Ａ，Ａ２・・潜熱冷却用空気、Ｂ・・空調対象空気、
Ｃ・・冷却した部分(冷却部分)、Ｄ・・熱交換した部分(熱交換部分)
１・・空気調和装置、１２・・一般の空気調和装置、１２１・・冷却コイル、
２・・冷却領域、２１・・冷却領域ダクト、２２・・第２冷却領域、
２３・・第２冷却領域ダクト、
３・・熱交換領域、３１・・熱交換領域ダクト、３２・・第２熱交換領域、
３３・・第２熱交換領域ダクト
４・・仕切板、４１・・外気取入口、４２・・排気口
５・・顕熱ロータ、５１・・第２顕熱ロータ
６，１２２・・送風機(ファン)
７・・散水装置、７１・・タンク、７２・・ポンプ、７３・・ノズル、
７４・・トレイ、７５・・湿度センサー、７６・・ポンプ制御装置、
７９・・第２散水装置、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012247157.tif 000006