(57)【要約】【課題】電力消費の増大を抑制可能であり、また冷却水の消費量の増大を抑制可能な蒸発式冷却器を提供する。【解決手段】蒸発式冷却器は、伝熱性を有して被冷却流体を流すための流体流通管と、前記流体流通管の外側面を覆うように装着されて含水性を有する水吸収部材と、前記水吸収部材に水を供給する給水部と、前記水吸収部材に吸収された水に気体を供給して前記水の蒸発潜熱により前記流体流通管内の前記被冷却流体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備え、前記給水部は、前記被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を前記水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱性を有して被冷却流体を流すための流体流通管と、
前記流体流通管の外側面を覆うように装着されて含水性を有する水吸収部材と、
前記水吸収部材に水を供給する給水部と、
前記水吸収部材に吸収された水に気体を供給して前記水の蒸発潜熱により前記流体流通管内の前記被冷却流体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備え、
前記給水部は、前記被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を前記水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている
ことを特徴とする蒸発式冷却器。
【請求項２】
気体を流すための気体流通流路と、
前記気体流通流路内に沿って配設されて含水性を有する水吸収部材と、
前記水吸収部材に水を供給する給水部と、
前記気体流通流路内に前記気体を流して前記水吸収部材に吸収された水に前記気体を供給して前記水の蒸発潜熱により前記気体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備え、
前記給水部は、前記気体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を前記水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている
ことを特徴とする蒸発式冷却器。
【請求項３】
前記被冷却流体は、水冷式凝縮器の冷却水を含み、
前記流体流通管は、前記水冷式凝縮器の熱交換器との間で温度上昇した冷却水が流れる冷却管を含むように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発式冷却器。
【請求項４】
前記被冷却流体は、蒸発式凝縮器の冷媒ガスを含み、
前記流体流通管は、前記蒸発式凝縮器の前記冷媒ガスが流れる冷媒流通管を含み、
前記気体供給部は、前記水吸収部材に吸収された水に前記気体を供給して前記水の蒸発により前記冷媒流通管内を流れる冷媒ガスを放熱させて凝縮させるように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発式冷却器。
【請求項５】
前記給水部は、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に配置されて水を貯留するタンクと、前記タンクに連通して下端部に前記給水口を形成して上下方向に延びる複数の給水ノズルを備え、
前記複数の給水ノズルは、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置され、
前記複数の給水ノズルの夫々は、前記タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって前記給水ノズルの前記給水口から滴下される水が前記水吸収部材上に落下可能な位置に配設されている
ことを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の蒸発式冷却器。
【請求項６】
前記給水部は、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って延びて水を貯留するタンクと、前記タンクの下面に開口して前記流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置された複数の前記給水口と、を備え、
前記複数の給水口の夫々は、前記タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって前記給水口から滴下される水を前記水吸収部材上に落下可能な位置に配設されている
ことを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の蒸発式冷却器。
【請求項７】
前記給水口から滴下される水の量は、前記タンクに貯留する水の液深及び前記給水口の内径に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の蒸発式冷却器。
【請求項８】
前記給水部は、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に配設されて水を貯留する上部タンクと、
前記流体流通管の下方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って延在して前記上部タンクから水が供給される下部タンクと、
保水性を有し、一端部が前記水吸収部材に接続され他端部が前記下部タンクに貯留する水内に浸されて、前記下部タンク内の水を毛細管現象によって前記水吸収部材に供給可能な水供給部材と、を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発式冷却器。
【請求項９】
前記水供給部材は、前記下部タンク内の水の液面から前記水供給部材が前記水吸収部材に接続された接続位置までの高さが前記流体流通管の延在する方向に沿って一定になるように設けられている
ことを特徴とする請求項８に記載の蒸発式冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、水の蒸発潜熱で被冷却流体を冷却する蒸発式冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空調設備、冷凍庫、冷蔵庫や製氷機に用いられる冷却装置では、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を冷媒循環用の配管で接続される冷凍サイクルが構成されている。冷凍サイクルで循環させる冷媒は、圧縮機によって圧縮されると過熱状態となって吐出されて凝縮器に導入されて凝縮する。
【０００３】
ここで、凝縮器には、水冷式凝縮器、空冷式凝縮器、蒸発式凝縮器等が存在する。水冷式凝縮器の一例としてクーリングタワーが用いられる場合がある（特許文献１参照）。クーリングタワーは、特許文献１に記載されているように、水冷式凝縮器の付属機械として使用され、水冷式凝縮器で温められた冷却水を冷却するために使用される。クーリングタワーは、温まった冷却水を塔内に導き、充填材表面に散布し、その冷却水に送風機で取り入れた外気をあてて、その一部を蒸発させ、蒸発時の潜熱を利用して、残りの水を冷却する。水の蒸発量は取り入れる空気の湿球温度が低いほど多くなる。このクーリングタワーは、凝縮温度が比較的に高いので、凝縮器としては、凝縮温度を低く保つことができる蒸発式凝縮器（エバポレーティブコンデンサ）が用いられる場合もある（特許文献２参照）。
【０００４】
蒸発式凝縮器は、特許文献２に記載されているように、冷却管内に冷媒蒸気を導き、その冷却管外面に冷却水を散布する。冷却水は、冷却管内の高温の冷媒蒸気から熱を取って蒸発し、冷媒蒸気は熱を取られて凝縮する。さらに、送風機で外気を取り入れて冷却水の蒸発を促す。冷却管面上に散布された冷却水は、そのうちの僅かなものが蒸発し、蒸発しなかった冷却水は下部に形成された冷却水槽に戻ってポンプで再び冷却管面に散布に供される。冷却管の表面には、冷却管と冷却水との接触時間を長くして冷媒蒸気の冷却効果を高めるための充填材が設けられているものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３１１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−４７５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
クーリングタワー及び蒸発式凝縮器では、冷却水を循環させるためのポンプ及び冷却水を再循環させるためのポンプが設けられているため、消費電力が大きくなる。また、クーリングタワー及び蒸発式凝縮器のうち冷却管の表面に充填材が設けられたものでは、隣接する冷却管の間を流れる空気の圧力損失が大きくなり、ファン動力が増大する。さらに、クーリングタワーでは、冷却水の充填材表面への散布時に、冷却水の飛沫同伴が生じる虞があり、また、蒸発式凝縮器でも、冷却水の冷却管への散布時に、冷却水の飛沫同伴が生じる虞があり、冷却水の消費量が増大する。
【０００７】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、電力消費の増大を抑制可能であり、また冷却水の消費量の増大を抑制可能な蒸発式冷却器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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる蒸発式冷却器は、
伝熱性を有して被冷却流体を流すための流体流通管と、
前記流体流通管の外側面を覆うように装着されて含水性を有する水吸収部材と、
前記水吸収部材に水を供給する給水部と、
前記水吸収部材に吸収された水に気体を供給して前記水の蒸発潜熱により前記流体流通管内の前記被冷却流体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備え、
前記給水部は、前記被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を前記水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている。
【０００９】
上記（１）に記載の蒸発式冷却器は、伝熱性を有して被冷却流体を流すための流体流通管と、流体流通管の外側面を覆うように装着されて含水性を有する水吸収部材と、水吸収部材に水を供給する給水部と、水吸収部材に吸収された水に気体を供給して水の蒸発潜熱により流体流通管内の被冷却流体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備える。そして、給水部は、被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている。流体流通管に温度が上昇した被冷却流体が流れているときに、給水部から水吸収部材に水が供給されると、水吸収部材に吸収された水は被冷却流体から熱を取り出して吸収して蒸発する。このため、水の蒸発潜熱によって被冷却流体を冷却することができる。また、水吸収部材に供給される水は、被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水であるので、供給される水の量を、被冷却流体を冷却するための必要最低限な量にすることができる。このため、水吸収部材に供給される水の殆どを蒸発させることが可能である。このため、水の飛沫同伴を防止することができ、給水部から供給される水の消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部によって水吸収部材に吸収された水に気体を供給することで、水の蒸発を促すことができる。このため、水の蒸発潜熱を利用して冷却水をより低温に冷却することができる。よって、電力消費の増大が抑制可能であり、また冷却水の消費量の増大が抑制可能な蒸発式冷却器を実現できる。
【００１０】
（２）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる蒸発式冷却器は、
気体を流すための気体流通流路と、
前記気体流通流路内に沿って配設されて含水性を有する水吸収部材と、
前記水吸収部材に水を供給する給水部と、
前記気体流通流路内に前記気体を流して前記水吸収部材に吸収された水に前記気体を供給して前記水の蒸発潜熱により前記気体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備え、
前記給水部は、前記気体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を前記水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成されている。
【００１１】
上記（２）に記載の蒸発式冷却器は、気体を流すための気体流通流路と、気体流通流路内に沿って配設されて含水性を有する水吸収部材と、水吸収部材に水を供給する給水部と、気体流通流路内に気体を流して水吸収部材に吸収された水に気体を供給して水の蒸発潜熱により気体を放熱させて冷却する気体供給部と、を備える。そして、給水部は、気体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水を水吸収部材に供給可能な給水口を複数有して構成される。気体流通流路に温度が上昇した気体が流れているときに、給水部から水吸収部材に水が供給されると、水吸収部材に吸収された水は気体から熱を取り出して吸収して蒸発する。このため、水の蒸発潜熱によって気体を冷却することができる。また、水吸収部材に供給される水は気体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水であるので、供給される水の量を、気体を冷却するための必要最低限な量にすることができる。このため、水吸収部材に供給される水の殆どを蒸発させることが可能である。このため、水の飛沫同伴を防止することができ、給水部から供給される水の消費量の増大を抑制することができる。また、水吸収部材に吸収された水は、気体流通流路内に位置するので、気体供給部によって気体流通流路内に気体が供給されると、水の蒸発を促すことができる。このため、水の蒸発潜熱を利用して気体をより低温に冷却することができる。よって、電力消費の増大が抑制可能であり、また冷却水の消費量の増大が抑制可能な蒸発式冷却器を実現できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の記載の蒸発式冷却器において、
前記被冷却流体は、水冷式凝縮器の冷却水を含み、
前記流体流通管は、前記水冷式凝縮器の熱交換器との間で温度上昇した冷却水が流れる冷却管を含むように構成される。
【００１３】
上記（３）に記載の蒸発式冷却器によれば、被冷却流体は、水冷式凝縮器の冷却水を含み、流体流通管は、水冷式凝縮器の熱交換器との間で温度上昇した冷却水が流れる冷却管を含むように構成される。冷却管に温度上昇した冷却水が流れているときに、給水部から水吸収部材に水が供給されると、水吸収部材に吸収された水は温度上昇した冷却水から熱を取り出して吸収して蒸発する。このため、水の蒸発潜熱によって温度上昇した冷却水を冷却することができる。また、水吸収部材に供給される水は冷却水を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水であるので、供給される水の量を、冷却水を冷却するための必要最低限な量にすることができる。このため、水吸収部材に供給される水のほとんどを蒸発させることが可能である。このため、水の飛沫同伴を防止することができ、給水部から供給される水の消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部によって水吸収部材に吸収された水に空気を供給することで、水の蒸発を促すことができる。このため、水の蒸発潜熱を利用して冷却水をより低温に冷却することができる。このため、水冷式冷却器の付属機器として使用されるクーリングタワーの代替として、上記（３）に記載の蒸発式冷却器を使用することができる。従って、クーリングタワーと比較して、冷却水の消費量の増大を抑制することができる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸発式冷却器において、
前記被冷却流体は、蒸発式凝縮器の冷媒ガスを含み、
前記流体流通管は、前記蒸発式凝縮器の前記冷媒ガスが流れる冷媒流通管を含み、
前記気体供給部は、前記水吸収部材に吸収された水に前記気体を供給して前記水の蒸発により前記冷媒流通管内を流れる冷媒ガスを放熱させて凝縮させるように構成されている。
【００１５】
上記（４）に記載の蒸発式冷却器によれば、被冷却流体は、蒸発式凝縮器の冷媒ガスを含み、流体流通管は、蒸発式凝縮器の冷媒ガスが流れる冷媒流通管を含む。そして、気体供給部は、水吸収部材に吸収された水に気体を供給して水の蒸発により冷媒流通管内を流れる冷媒ガスを放熱させて凝縮させるように構成されている。冷媒流通管に冷却後の温度上昇した冷媒ガスが流れているときに、給水部から水吸収部材に水が供給されると、水吸収部材に吸収された水は温度上昇した冷媒ガスから熱を吸収して蒸発する。このため、水の蒸発潜熱によって温度上昇した冷媒ガスを冷却して凝縮することができる。また、水吸収部材に供給される水は、冷媒ガスを凝縮させるために必要な蒸発潜熱が生じる水であるので、供給される水の量を、冷媒ガスを凝縮させるための必要最低限な量にすることができる。このため、水吸収部材に供給される水のほとんどを蒸発させることが可能である。このため、水の飛沫同伴を防止することができ、給水部から供給される水の消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部によって水吸収部材に吸収された水に気体を供給することで、水の蒸発を促すことができる。このため、水の蒸発潜熱を利用して冷媒ガスをより効率的に凝縮することができる。従って、発式凝縮器の冷媒ガスを凝縮させる蒸発式凝縮器（エバポレーティブコンデンサ）の代替として上記（４）に記載の蒸発式冷却器を使用することができる。従って、蒸発式凝縮器（エバポレーティブコンデンサ）を使用した場合と比較して、冷却水の消費量の増大を抑制することができる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）、（３）、（４）のいずれかに記載の蒸発式冷却器において、
前記給水部は、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に配置されて水を貯留するタンクと、前記タンクに連通して下端部に前記給水口を形成して上下方向に延びる複数の給水ノズルを備え、
前記複数の給水ノズルは、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置され、
前記複数の給水ノズルの夫々は、前記タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって前記給水ノズルの前記給水口から滴下される水が前記水吸収部材上に落下可能な位置に配設されているように構成される。
【００１７】
上記（５）に記載の蒸発式冷却器によれば、給水部は、略水平方向に延びる流体流通管の上方位置に配置されて水を貯留するタンクと、タンクに連通して下端部に給水口を形成して上下方向に延びる複数の給水ノズルを備える。そして、複数の給水ノズルは、略水平方向に延びる流体流通管の上方位置に流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置される。そして、複数の給水ノズルの夫々は、タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって給水ノズルの給水口から滴下される水が水吸収部材上に落下可能な位置に配設されている。タンク内に貯留する水は、タンク内の水の液深に応じた水の重力によって給水ノズルを通って給水口から滴下される。このため、複数の給水ノズルから水が同様に滴下されるので、流体流通管に装着された水吸収部材に流体流通管の軸心方向に沿って水を均一に供給することができる。このため、被冷却流体を効果的に冷却することができる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）、（３）、（４）のいずれかに記載の蒸発式冷却器において、
前記給水部は、略水平方向に延びる前記冷却管の上方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って延びて水を貯留するタンクと、前記タンクの下面に開口して前記流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置された複数の前記給水口と、を備え、
前記複数の給水口の夫々は、前記タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって前記給水口から滴下される水を前記水吸収部材上に落下可能な位置に配設されているように構成される。
【００１９】
上記（６）に記載の蒸発式冷却器によれば、給水部は、略水平方向に延びる流体流通管の上方位置に流体流通管の延在する方向に沿って延びて水を貯留するタンクと、タンクの下面に開口して流体流通管の延在する方向に沿って間隔を有して配置された複数の給水口と、を備える。そして、複数の給水口の夫々は、タンクに貯留する水の液深に応じた水の重力によって給水口から滴下される水を水吸収部材上に落下可能な位置に配設されている。タンク内に貯留する水は、タンク内の水の液深に応じた水の重力によって給水口から滴下される。このため、複数の給水口から水が同様に滴下されるので、流体流通管に装着された水吸収部材に流体流通管の軸心方向に沿って水を均一に供給することができる。このため、被冷却流体を効果的に冷却することができる。また、水はタンクに設けられた給水口から直接に滴下されるので、給水ノズルが不要になる。このため、給水部の構造を簡素化することができ、給水部のコストを安価にすることができる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれかに記載の蒸発式冷却器において、
前記給水口から滴下される水の量は、前記タンクに貯留する水の液深及び前記給水口の内径に基づいて設定されるように構成される。
【００２１】
上記（７）に記載の蒸発式冷却器によれば、給水口から滴下される水の量は、タンクに貯留する水の液深及び給水口の内径に基づいて設定される。タンクに貯留する水の液深が比較的に大きい場合には、給水口から滴下される水の量は多くなり、タンクに貯留する水の液深が比較的に小さい場合には、給水口から滴下される水の量は少なくなる。このため、水の液深が比較的に小さいときに空気を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水が確保されるような給水口の内径を設定することで、空気を冷却するために必要最低限の水を常に水吸収部材に供給することができる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の蒸発式冷却器において、
前記給水部は、略水平方向に延びる前記流体流通管の上方位置に配設されて水を貯留する上部タンクと、
前記流体流通管の下方位置に前記流体流通管の延在する方向に沿って延在して前記上部タンクから水が供給される下部タンクと、
保水性を有し、一端部が前記水吸収部材に接続され他端部が前記下部タンクに貯留する水内に浸されて、前記下部タンク内の水を毛細管現象によって前記水吸収部材に供給可能な水供給部材と、を備えているように構成される。
【００２３】
上記（８）に記載の蒸発式冷却器によれば、保水性を有し、一端部が水吸収部材に接続され他端部が下部タンクに貯留する水内に浸されて、下部タンク内の水を毛細管現象によって水吸収部材に供給可能な水供給部材が設けられている。ここで、毛細管現象は毛管の径や水の毛管に対する表面張力等をパラメータとして水を毛管に対して一定の距離を移動させる現象である。このため、毛細管現象を利用することで、水を水吸収部材に対して常に供給することが可能であるとともに、被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水の必要最低限な量を水吸収部材に供給することが可能である。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の蒸発式冷却器において、
前記水供給部材は、前記下部タンク内の水の液面から前記水供給部材が前記水吸収部材に接続された接続位置までの高さが前記流体流通管の延在する方向に沿って一定になるように設けられている。
【００２５】
上記（９）に記載の蒸発式冷却器によれば、水供給部材は、下部タンク内の水の液面から水供給部材が水吸収部材に接続された接続位置までの高さが流体流通管の延在する方向に沿って一定になるように設けられている。このため、水吸収部材の延在方向における水の供給量を均一化することができ、水の蒸発潜熱を利用して冷却水を確実に冷却することができる。このため、水の飛沫同伴を確実に防止することができ、給水部から供給される水の消費量の増大をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、電力消費の増大を抑制可能であり、また冷却水の消費量の増大を抑制可能な蒸発式冷却器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器の全体構成を示す断面構造図である。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる水吸収部材が上下方向に延在された蒸発式冷却器の全体構成を示す構造図である。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる水吸収部材が水平方向に延在された蒸発式冷却器の全体構成を示す構造図である。
【図４】水冷式冷却器の冷却水を冷却するための本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器の全体構造図である。
【図５】図４に示す蒸発式冷却器の比較対象とした水冷式冷却器の冷却水を冷却するクーリングタワーの断面構造図である。
【図６】冷却装置の冷媒を冷却するための本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器の全体構造図である。
【図７】図６に示す蒸発式冷却器の比較対象とした蒸発式凝縮器の断面構造図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器の給水部の全体構造図である。
【図９】本発明の他の実施形態にかかる蒸発式冷却器の給水部の全体構造図である。
【図１０】同図（ａ）は、本発明の他の実施形態にかかる蒸発式冷却器の全体構成を示す部分斜視図であり、同図（ｂ）は蒸発式冷却器の全体構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について、図１〜図を参照しながら説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２９】
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
【００３０】
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
【００３１】
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
【００３２】
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３３】
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器１の全体構成を示す断面構造図である。本実施形態の蒸発式冷却器１は、図１に示すように、伝熱性を有して被冷却流体Ｒを流すための流体流通管１０と、流体流通管１０の外側面を覆うように装着されて含水性を有する水吸収部材２０と、水吸収部材２０に水Ｗを供給する給水部３０と、水吸収部材２０に吸収された水に空気Ａを供給して水Ｗの蒸発潜熱により流体流通管１０内の被冷却流体Ｒを放熱させて冷却する気体供給部４０と、を備え、給水部３０は、被冷却流体Ｒを冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗを水吸収部材２０に供給可能な給水口３１ａ（図８参照）を複数有して構成されている。
【００３５】
図示した実施形態では、流体流通管１０は円管状であって金属材料で形成されている。このため、流体流通管１０は伝熱性がよい。このため、流体流通管１０内の冷却水Ｒ'（被冷却流体Ｒ）の熱を、流体流通管１０を介して水吸収部材２０に付着した水Ｗに伝達することができる。なお、流体流通管１０は、図示した実施形態では、円筒状のものを示したが、円筒状に限るものではなく、正方筒状、長方筒等の矩形筒状、多角筒状、楕円筒状等でもよい。
【００３６】
水吸収部材２０は、水Ｗを吸収するとともに水Ｗを保持可能に構成される。即ち、水吸収部材２０は、含水性の他に親水性を有している。このため、水吸収部材２０は、吸収した水Ｗを水吸収部材２０内で保持して流体流通管１０の表面に接触させることができ、流体流通管１０内の冷却水Ｒ'と水Ｗとの熱交換を容易にすることができる。
【００３７】
水吸収部材２０は、親水性を有した布又は発泡金属で形成される。水吸収部材２０が布である場合には、布は変形自在であり、また安価であるので、布を流体流通管１０に装着する作業を容易にすることができるとともに、コストの増大を抑制することができる。また、水吸収部材２０が発泡金属である場合には、発泡金属は伝熱性が高いので、発泡金属に吸収された水Ｗが水吸収部材２０の表面に接触していなくても、冷却水Ｒ'の熱が発泡金属を介して水Ｗに伝わって水Ｗに吸収させることができる。このため、水Ｗの蒸発潜熱を利用した冷却水Ｒ'の冷却をより効果的に行うことができる。
【００３８】
図８は、本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器１の給水部３０の全体構造図を示す。給水部３０は、図１及び図８に示すように、略水平方向に延びる流体流通管１０の上方位置に配置されて水Ｗを貯留するタンク３３と、タンク３３の底部に接続されて下端部に給水口３１ａを形成して上下方向に延びる複数の給水ノズル３１を備え、複数の給水ノズル３１は、略水平方向に延びる流体流通管１０の上方位置に流体流通管１０の延在する方向に沿って間隔を有して配置され、複数の給水ノズル３１の夫々は、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈに応じた水Ｗの重力によって給水ノズル３１の給水口３１ａから滴下される水Ｗが水吸収部材２０上に落下可能な位置に配設されている。
【００３９】
図示した実施形態では、タンク３３は、直方体状に形成されて内部が中空であるとともに上部が開口した容器状に形成されている。タンク３３内には水Ｗが貯留している。タンク３３の底面には、タンク３３の長手方向に所定間隔を有して設けられた複数の孔部３４が形成されている。これらの複数の孔部３４の夫々に対応する給水ノズル３１が連通するように接続されている。なお、給水ノズル３１は、図１に示すように、タンク３３の側面に接続されてもよい。
【００４０】
給水ノズル３１は、内側に貫通孔３１ｂを備える。この貫通孔３１ｂ内を流れる水Ｗは、給水ノズル３１の下端部に開口する給水口３１ａから滴下される。給水ノズル３１は、変形自在な樹脂製でもよいし、変形しない金属製、プラスチック製等でもよい。給水口３１ａは水吸収部材２０の上方に所定間隔を有した位置に設けられているので、給水口３１ａから滴下された水Ｗを水吸収部材２０に偏りなく確実に供給することができる。
【００４１】
給水口３１ａから滴下される水Ｗの量は、冷却水Ｒ'を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗに対応する量であり、この水Ｗの量が冷却水Ｒ'に供給できるように、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈ及び給水口３１ａの内径が設定されている。ここで、給水ノズル３１から滴下される水Ｗの量は、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈ及び給水口３１ａの内径に応じて変化する。例えば、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈが比較的に大きい場合には、給水口３１ａから滴下される水Ｗの量は多くなり、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈが比較的に小さい場合には、給水口３１ａから滴下される水Ｗの量は少なくなる。このため、水Ｗの液深ｈが比較的に小さいときでも冷却水Ｒ'を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗが確保できるような給水口３１ａの内径を設定することで、冷却水Ｒ'を冷却するために必要最低限の水Ｗを常に水吸収部材２０に供給することができる。
【００４２】
気体供給部４０は、図１に示すように、流体流通管１０の径方向外側に設置されたファン４１と、ファン４１のプロペラ４１ａを回転させるモータ４２とを有して構成される。プロペラ４１ａが回転すると、空気Ａが流体流通管１０の径方向外側の一方側から他方側へ流通する。
【００４３】
このように構成された蒸発式冷却器１の流体流通管１０に温度が上昇した冷却水Ｒ'が流れているときに、給水部３０から水吸収部材２０に水Ｗが供給されると、水吸収部材２０に吸収された水Ｗは冷却水Ｒ'から熱を取り出して吸収して蒸発する。ここで、水Ｗの蒸発潜熱は、例えば、温度が２０℃の場合、約２４００ｋＪ／ｋｇと比較的に大きい。このため、水Ｗの蒸発潜熱によって冷却水Ｒ'を冷却することができる。また、水吸収部材２０に供給される水Ｗは、冷却水Ｒ'を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗが給水ノズル３１から供給されるので、水吸収部材２０に供給される水Ｗの殆どを蒸発させることが可能である。このため、水Ｗの飛沫同伴を防止することができ、給水部３０から供給される水Ｗの消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部４０によって水吸収部材２０に吸収された水Ｗに空気Ａを供給することで、水Ｗの蒸発を促すことができる。このため、水Ｗの蒸発潜熱を利用して冷却水Ｒ'をより低温に冷却することができる。
【００４４】
図２は、本発明の他の実施形態にかかる水吸収部材２０'が上下方向に延在された蒸発式冷却器５０の全体構成を示す構造図である。図３は、本発明の他の実施形態にかかる水吸収部材２０'が横方向に延在された蒸発式冷却器５１の全体構成を示す構造図である。図２及び図３に示す蒸発式冷却器５０、５１は、空気Ａを冷却するための装置である。
【００４５】
これらの蒸発式冷却器５０、５１は、図２及び図３に示すように、空気Ａを流すための気体流通流路５２と、気体流通流路５２内に沿って配設されて含水性を有する水吸収部材２０'と、水吸収部材２０'に水を供給する給水部３０と、気体流通流路５２内に空気Ａを流して水吸収部材２０'に吸収された水Ｗに空気Ａを供給して水Ｗの蒸発潜熱により空気Ａを放熱させて冷却する気体供給部４０と、を備え、給水部３０は、空気Ａを冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗを水吸収部材２０に供給可能な給水口３１ａを複数有して構成されている。
【００４６】
図示した実施形態では、気体流通流路５２は、冷却するための空気Ａが流れる流路であり、空気Ａの流れを何ら規制しない流路である。この気体流通流路５２は、管等によって規制された流路でもよい。
【００４７】
水吸収部材２０'、給水部３０、気体供給部４０は、前述した実施形態と同様であるので、同一態様部分については同一符号を附して説明を省略する。水吸収部材２０'は、気体流通流路５２内に設置され、図２の場合では、上下方向に延在するように設置され、図３の場合では、横方向に延在するように設置されている。水吸収部材２０'は、空気Ａに接触し易いように、蛇腹状に屈曲している。また、図２に示す水吸収部材２０'では、給水部３０から供給される水Ｗを水吸収部材２０'の上端部に供給するように給水ノズル３１が配設されている。また、図３に示す水吸収部材２０'では、給水部３０から供給される水Ｗを横方向に延在して蛇腹状に屈曲する水吸収部材２０'の上端部に供給するように給水ノズル３１が横方向に間隔を有して複数配設されている。
【００４８】
気体供給部４０の図２に示すファン４１は、水吸収部材２０よりも上方の位置に配設され、気体供給部４０の図３に示すファン４１は、水吸収部材２０の長手方向一端部よりも側方位置に配設されている。
【００４９】
このように構成された蒸発式冷却器５０，５１では、気体流通流路５２に温度が上昇した空気Ａが流れているときに、給水部３０から水吸収部材２０'に水Ｗが供給されると、水吸収部材２０'に吸収された水Ｗは空気Ａから熱を取り出して吸収して蒸発する。このため、水Ｗの蒸発潜熱によって空気Ａを冷却することができる。また、水吸収部材２０に供給される水Ｗは空気Ａを冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗが給水口３１ａから供給されるので、水吸収部材２０に供給される水Ｗの殆どを蒸発させることが可能である。このため、水Ｗの飛沫同伴を防止することができ、給水部３０から供給される水Ｗの消費量の増大を抑制することができる。また、水吸収部材２０に吸収された水Ｗは、気体流通流路５２内に位置するので、気体供給部４０によって気体流通流路５２内に空気Ａが流れると、水Ｗの蒸発を促すことができる。このため、水Ｗの蒸発潜熱を利用して空気Ａをより低温に冷却することができる。また、気体供給部４０はファン４１を含み、ファン４１のみが電力消費源であるので、電力消費の増大を抑制することができる。
【００５０】
図４は、水冷式凝縮器５５の冷却水を冷却するための本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器６０の全体構造図であり、図５は、図４に示す蒸発式冷却器６０の比較対象とした、水冷式凝縮器５５の冷却水を冷却するクーリングタワー５６の断面構造図である。
【００５１】
この蒸発式冷却器６０の被冷却流体Ｒは、図４に示すように、水冷式凝縮器５５の冷却水Ｒ'であり、流体流通管１０は、水冷式凝縮器５５の熱交換器５７との間で温度上昇した冷却水Ｒ'が流れる冷却管１１であるように構成される。
【００５２】
ここで、蒸発式冷却器６０の比較対象としたクーリングタワー５６について概説する。クーリングタワー５６は、図５に示すように、水冷式凝縮器５５の熱交換器５７を介して温まった冷却水Ｒ'をクーリングタワー５６内の上方から充填材５６ａの表面に散布し、この冷却水Ｒ'に送風機５６ｂで取り入れた外気を当てて、その一部を蒸発させ、この冷却水Ｒ'の蒸発時の蒸発潜熱を利用して残りの冷却水Ｒ'を冷却する。冷却された冷却水Ｒ'はクーリングタワー５６の底部に貯留され、循環ポンプ５６ｃによって水冷式凝縮器５５の熱交換器５７に送られる。
【００５３】
このクーリングタワー５６は、クーリングタワー５６内の空気が充填材５６ａを通過するため、圧力損失が大きくなり、送風機５６ｂの電力消費が増大する。また、クーリングタワー５６は、送風機５６ｂの他に循環ポンプ５６ｃが使用されている。このため、クーリングタワー５６の電力消費量がさらに増大する。また、クーリングタワー５６では温度上昇した冷却水Ｒ'がクーリングタワー５６内の上方から散布されるので、冷却水Ｒ'の飛沫同伴が生じて、冷却水Ｒ'の消費量が増大する。
【００５４】
これに対して、図４に記載の蒸発式冷却器６０では、冷却管１１に温度上昇した冷却水Ｒ'が流れているときに、給水部３０から水吸収部材２０に水Ｗが供給されると、水吸収部材２０に吸収された水Ｗは温度上昇した冷却水Ｒ'から熱を取り出して吸収して蒸発する。このため、水Ｗの蒸発潜熱によって温度上昇した冷却水Ｒ'を冷却することができる。また、水吸収部材２０に供給される水Ｗは冷却水Ｒ'を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗが給水口３１ａから供給されるので、水吸収部材２０に供給される水Ｗのほとんどを蒸発させることが可能である。このため、水Ｗの飛沫同伴を防止することができ、給水部３０から供給される水Ｗの消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部４０によって水吸収部材２０に吸収された水Ｗに空気を供給することで、水Ｗの蒸発を促すことができる。このため、水Ｗの蒸発潜熱を利用して冷却水Ｒ'をより低温に冷却することができる。このため、水冷式凝縮器５５の付属機器として使用されるクーリングタワー５６の代替として図４に記載の蒸発式冷却器６０を使用することができる。従って、クーリングタワー５６と比較して、電力の消費量及び冷却水Ｒ'の消費量の増大を抑制することができる。
【００５５】
図６は、水冷式凝縮器５５の冷媒を冷却するための本発明の一実施形態にかかる蒸発式冷却器７０の全体構造図であり、図７は、図６に示す蒸発式冷却器７０の比較対象とした蒸発式凝縮器７５の断面構造図である。
【００５６】
図６に示す蒸発式冷却器７０の被冷却流体Ｒは、水冷式凝縮器５５の冷媒Ｒ''を含み、流体流通管１０は、水冷式凝縮器５５の冷媒Ｒ''が流れる冷媒流通管１２を含み、気体供給部４０は、水吸収部材２０に吸収された水Ｗに空気Ａを供給して水Ｗの蒸発により冷媒流通管１２内を流れる冷媒Ｒ''の冷媒ガスＲｇ''を放熱させて凝縮させるように構成されている。
【００５７】
ここで、蒸発式冷却器７０の比較対象とした蒸発式凝縮器７５について概説する。蒸発式凝縮器７５は、図７に示すように、冷却管７６内に冷媒ガスＲｇ''を導き、その冷却管７６の外面に水Ｗを散布する。水Ｗは冷却管７６内の高温の冷媒ガスＲｇ''から熱を取って蒸発し、冷媒ガスＲｇ''は熱を取られて凝縮する。また、送風機７５ａで外気を蒸発式凝縮器７５内に取り入れて水Ｗの蒸発を促す。冷却管７６に散布された水Ｗは、そのうちの僅かなものが蒸発するだけで、蒸発しなかった水Ｗは蒸発式凝縮器７５の下部に貯留し、循環ポンプ７７で再び蒸発式凝縮器７５の上部に戻されて冷却管７６に散布を繰り返す。
【００５８】
これに対して、図６に記載の蒸発式冷却器７０では、冷媒流通管１２に冷却後の温度上昇した冷媒ガスＲｇ''が流れているときに、給水部３０から水吸収部材２０に水Ｗが供給されると、水吸収部材２０に吸収された水Ｗは温度上昇した冷媒ガスＲｇ''から熱を吸収して蒸発する。このため、水Ｗの蒸発潜熱によって温度上昇した冷媒ガスＲｇ''を冷却して凝縮することができる。また、水吸収部材２０に供給される水Ｗは冷媒ガスＲｇ''を冷却して凝縮させるために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗが給水ノズル３１の給水口３１ａから供給されるので、水吸収部材２０に供給される水Ｗの殆どを蒸発させることが可能である。このため、水Ｗの飛沫同伴を防止することができ、給水部３０から供給される水Ｗの消費量の増大を抑制することができる。また、気体供給部４０によって水吸収部材２０に吸収された水Ｗに空気Ａを供給することで、水Ｗの蒸発を促すことができる。このため、水Ｗの蒸発潜熱を利用して冷媒ガスＲｇ''をより効率的に凝縮することができる。従って、蒸発式凝縮器６５の冷媒ガスＲｇ''を凝縮させる蒸発式凝縮器７５の代替として図６に記載の蒸発式冷却器７０を使用することができる。従って、蒸発式凝縮器７５と比較して、電力消費量及び水の消費量の増大を抑制することができる。
【００５９】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【００６０】
図９は、本発明の他の実施形態にかかる給水部３０'の全体構造図を示す。給水部３０'は、前述した給水部３０と相違する部分について説明し、給水部３０と同一態様部分については同一符号を附して説明を省略する。給水部３０'は、図９に示すように、略水平方向に延びる流体流通管１０の上方位置に流体流通管１０の延在する方向に沿って延びて水Ｗを貯留するタンク３３と、タンク３３の下面に開口して流体流通管１０の延在する方向に沿って間隔を有して配置された複数の給水口３１ａと、を備える。そして、複数の給水口３１ａの夫々は、タンク３３に貯留する水Ｗの液深ｈに応じた水Ｗの重力によって給水口３１ａから滴下される水Ｗを、水吸収部材２０上に落下可能な位置に配設されている。
【００６１】
図示した実施形態では、給水口３１ａはタンク３３の下面に形成された孔部３４である。給水口３１ａと流体流通管１０に装着された水吸収部材２０との間の間隔は、給水口３１ａから滴下される水の粒よりも大きい。このため、給水口３１ａから滴下される水を水滴として水吸収部材２０に供給することができる。従って、被冷却流体Ｒを冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗを、水吸収部材２０に供給することができる。このため、被冷却流体Ｒを効果的に冷却することができる。また、給水口３１ａはタンク３３の下面に形成されているので、給水ノズル３１が不要になる。このため、給水部３０'の構造がより簡素化され、コストを安価にすることができる。
【００６２】
図１０（ａ）は、本発明の他の実施形態にかかる蒸発式冷却器の全体構成を示す部分斜視図であり、図１０（ｂ）は蒸発式冷却器の全体構成を示す側面図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示す蒸発式冷却器８０の給水部３０は、略水平方向に延びる流体流通管１０の上方位置に配設されて水Ｗを貯留する上部タンク８１と、流体流通管１０の下方位置に流体流通管１０の延在する方向に沿って延在して上部タンク８１から水Ｗが供給される下部タンク８２と、保水性を有し、一端部が水吸収部材２０に接続され他端部が下部タンク８２に貯留する水Ｗ内に浸されて、下部タンク８２内の水Ｗを毛細管現象によって水吸収部材２０に供給可能な水供給部材８３と、を備えて構成されてもよい。
【００６３】
図示した実施形態では、上部タンク８１は、上部が開口して有底容器状に形成されている。上部タンク８１の底部には、上部タンク８１内の水Ｗを排出可能に連通する排出路８４が繋がっている。排出路８４は、上部タンク８１から下方へ延びて先端部が下部タンク８２に連通している。下部タンク８２は、上部が開口して有底容器状に形成されている。下部タンク８２は、側面視において正方形状に形成され、上部に開口した開口部８２ａと流体流通管１０との間の隙間８５が略一定になるとともに、流体流通管１０の延在する方向に沿って延在している。
【００６４】
水供給部材８３は、流体流通管１０に装着された水吸収部材２０の下端部に上端部が接続されて下方へ延びた板状に形成される。また、水供給部材８３は、下部タンク８２内の水Ｗの液面から水供給部材８３が水吸収部材２０に接続された接続位置Ｐｓまでの高さＢが流体流通管１０の延在する方向に沿って一定になるように設けられている。なお、毛細管現象は、図示した実施形態では、毛管（図示せず）の内壁に作用する水の表面張力によって水を上方へ移動させる。そして、この移動距離は、表面張力の大きさに比例し、また毛管の半径に反比例する関係を有する。このため、水Ｗの液面から接続位置Ｐｓまでの水供給部材８３の高さＢは、毛細管現象による水の移動距離より小さくすれば、水供給部材８３を介して水Ｗを水吸収部材２０に常に供給することができる。
【００６５】
また、毛細管現象によって水吸収部材２０に供給される水の量は毛管の数によって異なる。図示した実施形態では、例えば、水供給部材８３の厚さｔを調整して、水吸収部材２０に供給される水の量を、被冷却流体を冷却するために必要な蒸発潜熱が生じる水Ｗの必要最低限な量にしている。このため、水吸収部材２０に供給される水の殆どを蒸発させることができ、水Ｗの飛沫同伴を確実に防止することができ、給水部３０から供給される水の消費量の増大をより抑制することができる。
【００６６】
また、前述した実施形態では、水の蒸発を促すための気体として空気を例にして説明したが、空気に限るものではなく、炭酸ガス、窒素ガス等でもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１、５０、６０、７０、８０  蒸発式冷却器
１０  流体流通路
１１  冷却管
１２  冷媒流通路
２０、２０'  水吸収部材
３０  給水部
３１  給水ノズル
３１ａ  給水口
３１ｂ  貫通孔
３３  タンク
３４  孔部
４０  気体供給部
４１  ファン
４１ａ  プロペラ
４２  モータ
５２  気体流通流路
５５  水冷式凝縮器
５６  クーリングタワー
５６ａ  充填材
５６ｂ、７５ａ  送風機
５６ｃ、７７  循環ポンプ
５７  熱交換器
６５  蒸発式凝縮器
７６  冷却管
８１  上部タンク
８２  下部タンク
８２ａ  開口部
８３  水供給部材
８４  排出路
８５  隙間
Ａ  空気
Ｂ  高さ
ｈ  液深
Ｐｓ  接続位置
Ｒ  被冷却流体
Ｒ'  冷却水
Ｒ''  冷媒
Ｒｇ''  冷媒ガス
ｔ  厚さ
Ｗ  水
【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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