(57)【要約】【課題】この発明は、空気を螺旋、旋回流動させると共に、給水を蒸発させ、この蒸発による吸熱現象（蒸発の潜熱を吸熱する）を用いて従来の接触冷却に比し格段の冷却効率を発揮して空気を冷却すること目的としたものである。【解決手段】この発明は、冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法により、目的を達成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法。
【請求項２】
冷却すべき空気を除湿してから、その空気を冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法。
【請求項３】
冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ粒化した水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法。
【請求項４】
給水量、送風量及び送風圧力を測定し、この測定値に基づき夫々制御して、低下すべき温度を設定することを特徴とした請求項１、２、３の何れか１項記載の空気冷却方法。
【請求項５】
加圧空気量とその移動速度の調節によりマイナスイオンの発生量を調節し、又は冷却筒内にマイナスイオン発生器を設置することにより、マイナスイオン発生濃度を調節することを特徴とした請求項１、２、３の何れか１つ記載の空気冷却方法。
【請求項６】
冷却筒の下部側壁へ、送風機の吐出口と連結した送気パイプを接線状に接続し、前記冷却筒の内部中央へ多数の小孔を有する蒸発板と、周縁部へ複数の小孔を有する受板とを上下所定の間隔をおいて設置し、前記蒸発板の上方へ給水パイプを開口させ、前記受板の下部へ、前記冷却筒より小径であって、これと同心状に設けた蒸発筒の上端を当接固定し、前記蒸発筒の側壁へ多数の小孔を穿設し、前記冷却筒の上部へ排気口を設けたことを特徴とする空気冷却装置。
【請求項７】
蒸発板には、中央部に小孔を設けると共に、全面に多数の小孔を設け、前記蒸発板を水平に固定し、又は回転可能に支持したことを特徴とした請求項６記載の空気冷却装置。
【請求項８】
受板には、周縁部へ多数の小孔を穿設したことを特徴とする請求項６記載の空気冷却装置。
【請求項９】
送気パイプは、蒸発筒の中央部より低い高さであって、冷却筒の側壁へ接線状に、かつ５度〜１０度の小角度上向きに設けたことを特徴とする請求項６記載の冷却空気生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流動する空気内に給水し、この給水を蒸発させて、蒸発により生じる吸熱現象を利用して、空気の熱を急速かつ多量に奪い、これにより空気を冷却することを目的とした空気冷却方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来冷却すべき空気を水滴又は水流に接触させて、前記空気を冷却させる方式は、冷風扇として広く使用されている。前記冷風扇による直接接触方式は、多湿になる可能性があるので、吸湿器を介装したり、吸熱板を介して間接冷却する場合もある。
【０００３】
また空気を利用して水を蒸発させ、これにより得た蒸発潜熱を用いて冷却水を生成し、この冷却水を冷却すべき物（例えば熱間圧延物）に接触させて冷却する方式も使用されている。
【特許文献１】特開２００３−１３０４８８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のように、冷風扇による空気の冷却は、空気と水との直接又は間接の接触冷却であるから、空気が給水以下の温度になることはあり得ない。従って、１５℃の水を供給すれば、２５℃の水が、効率よく冷却されたとしても温度差は５℃位であって、２０℃になるにすぎない。
【０００５】
また前記のような冷却塔を用いる冷却水にしても、加熱炉の冷却又は圧延機のロールの冷却などに使用された排水（例えば水温６０℃〜７０℃）を、公知の冷却装置（例えば散水冷却）を介しても、５℃前後の温度低下にすぎなかった。
【０００６】
従って水温６０℃〜７０℃が、５５℃〜６５℃に冷却されるにすぎない。そこで前記熱間加工の際に生じた排水（水温６０℃〜７０℃）を常温（例えば１５℃〜２０℃）まで冷却するには、自然水（河川の水、海水）を利用し、又は自然水と同一状態にする為に広大な池（何十万トンの水量）を介在させる以外に適当な手段がないなどの問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、吹きこむ空気を螺旋状に流動させて、減圧域を作ると共に、給水を分離、水粒化して蒸発を促進し、これによる蒸発潜熱を十二分に利用することにより、前記空気を格段（例えば１０℃以上）に冷却することに成功したのである。
【０００８】
また空気のみならず、残留して排出した水も格段に冷却された。
【０００９】
即ちこの発明によれば、冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法である。
【００１０】
また、冷却すべき空気を除湿してから、その空気を冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法であり、冷却筒の下部から上部へ、加圧空気を螺旋状に旋回上昇させると共に、前記旋回上昇空気の中央部付近の減圧部へ粒化した水を供給して蒸発させ、この蒸発により生じた吸熱反応により、前記空気を急速冷却することを特徴とした空気冷却方法であり、給水量、送風量及び送風圧力を測定し、この測定値に基づき夫々制御して、低下すべき温度を設定するものである。
【００１１】
次に、加圧空気量とその移動速度の調節によりマイナスイオンの発生量を調節し、又は冷却筒内にマイナスイオン発生器を設置することにより、マイナスイオン発生濃度を調節するものである。
【００１２】
次に装置の発明は、冷却筒の下部側壁へ、送風機の吐出口と連結した送気パイプを接線状に接続し、前記冷却筒の内部中央へ多数の小孔を有する蒸発板と、周縁部へ複数の小孔を有する受板とを上下所定の間隔をおいて設置し、前記蒸発板の上方へ給水パイプを開口させ、前記受板の下部へ、前記冷却筒より小径であって、これと同心状に設けた蒸発筒の上端を当接固定し、前記蒸発筒の側壁へ多数の小孔を穿設し、前記冷却筒の上部へ排気口を設けたことを特徴とする空気冷却装置である。
【００１３】
また、蒸発板には、中央部に小孔を設けると共に、全面に多数の小孔を設け、前記蒸発板を水平に固定し、又は回転可能に支持したものであり、受板には、周縁部へ多数の小孔を穿設したものであり、送気パイプは、蒸発筒の中央部より低い高さであって、冷却筒の側壁へ接線状に、かつ５度〜１０度の小角度上向きに設けたものである。
【００１４】
前記発明において、水温０℃〜３０℃の範囲内では、水１ｇが蒸発するときの潜熱は５８０カロリー〜５９０カロリーである。
【００１５】
また空気１ｍ３（１気圧）の空気を０℃から１℃に温める熱量は２１７．２カロリーである。従って、吸熱反応においても前記とほぼ同様の吸熱が生じる。例えば１ｍ３の空気（１気圧）の温度を２０℃から１０℃に低下させるには、ほぼ２．２キロカロリーの熱を奪わなければならない。
【００１６】
そこで１分間に１０ｍ３の空気（２０℃）を吹き込むとすれば、ほぼ２２キロカロリーの熱量を奪えば１０℃で容積１０ｍ３の空気は
１０ｍ３−１００／２７３≒０．３７ｍ３
即ち９．６３ｍ３となるが、容積変化はないものとして計算した。
【００１７】
また前記において、１ｇの水を蒸発する潜熱は、２１７．２カロリーであるから、次のような水量を蒸発させる必要がある。
【００１８】
２２０００カロリー÷２１７．２カロリー≒１０１．２８９≒１０２ｇ
即ち毎分１００ｇの水を蒸発させて潜熱を奪えば、毎分１０ｍ３の空気温度を１０℃低下させることができる。
【００１９】
そこでこの発明においては、毎分３００ｇの２０℃の水を強制注入すると共に、２０℃の空気を毎分１０ｍ３吹き込み、かつ螺旋状に旋回させるように吹き込むと、蒸発板、受板及び蒸発筒付近は減圧される。また給水は蒸発板上で１／３位蒸発し、受板で１／３位蒸発し、最後に蒸発筒内で１／３位蒸発するので、全体として、３００ｇ蒸発し、吸熱潜熱として付近の空気を冷却することになる。
【００２０】
従って結果的に吹き込み空気の総ての熱量を奪い、前記のように気温を１０℃低下させて最終的に１０℃の空気を排出させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、空気を冷却筒内へ螺旋旋回状に吹き込み、これを利用して減圧域を作り、この減圧域内で水を自動的に蒸発させることができる効果がある。
【００２２】
従ってこの発明の方法と装置によれば、簡易、かつ確実に高温空気を一気に冷却して低温化させることができると共に、水と空気の流送をコントロールして、冷却温度及び冷却空気量を自由に調節できる効果がある。
【００２３】
この発明の装置は、構造簡単で堅固かつ容易に製造し得ると共に、移動部が殆どなく、長く同一条件で使用し得る効果がある。
【００２４】
また空気を冷却筒内で強制螺旋旋回させ、これにより生じる減圧域を利用して水を蒸発させるので、高い効率で吸熱冷却できると共に、マイナスイオンを発生し、これにより殺菌及び脱臭効果を奏することができる。従って室内に発生する通常の臭気は冷房の際自動的に消失する効果がある。またマイナスイオン発生器を付設すれば、全体のマイナスイオン発生量を制御することができる効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明の空気冷却方法は、冷却筒の下部側壁へ接線方向から加圧空気を給送し、前記冷却筒の内壁に沿って螺旋状に旋回上昇させると共に、前記冷却筒の中間部に設けた多数の小孔を有する蒸発板上へ給水して水を前記旋回上昇空気により生じた減圧により蒸発させ、該蒸発により生じた潜熱により前記空気を急速に冷却させる空気冷却方法である。
【００２６】
また冷却筒の下部側壁へ送気パイプを接線状に接続し、前記冷却筒の内部中央へ蒸発板と受板とを上下所定の間隔をおいて設置し、前記蒸発板の上方へ給水パイプを開口させ、前記受板の下部へ、前記冷却筒と同心状に蒸発筒の上端を当接し、前記蒸発筒の側壁へ多数の小孔を穿設し、前記冷却筒の上部へ排気口を設けて、この発明の空気冷却装置を構成した。
【００２７】
前記において、冷却すべき空気が多湿（例えば湿度４０度以上）の場合には、送気手段（例えばターボファン）の吸入側に除湿器を連結する。
【実施例１】
【００２８】
この発明の実施例を図１に基づいて説明すると、冷却する空気を送気パイプ１から冷却筒２の下部内壁側に吹き込み、冷却筒２の下部から上部へ矢示３、４のように螺旋状に上昇させ、上部の吹き出し筒５から矢示６のように吹き出す。また前記冷却筒２の中央部の給水パイプ７から、前記冷却筒２内の蒸発板８上へ給水し、該水を蒸発板８の前面に設けた小孔８ａ、８ａと中央孔８ｂから、受板９上へ滴下させる。前記において、蒸発板８上へ供給された水は、上面に散布されると共に、前記螺旋状空気流による減圧雰囲気内にあるので、蒸発し、冷却気体となって流動空気に混入し、残余の水は、前記のように滴下する。前記受板９上へ移動した水は、更に蒸発して冷却気体となって流動空気に混入し、残余の水は受板９の小孔９ａから下方へ滴下し、更に蒸発して、その冷却気体は旋回空気に混入してこれを冷却する。また受板９を支持する蒸発筒１０には多数の小孔１０ａ、１０ａが設けてあり、かつ減圧されているので、前記受板９の小孔９ａから滴下する水と、螺旋状に流動する空気とが、前記小孔１０ａ、１０ａに入って蒸発して吹き出し、また入って吹き出すように、流通し、乱流を生じ、前記受板９から滴下する水を細分化し、蒸発を助長する。図中１８ａは連結筒１８の通水孔、３１はマイナスイオン発生器である。
【００２９】
前記のように、蒸発板８上へ供給された水は、蒸発と落下と蒸発の繰り返しによって殆ど蒸発し、旋回する空気から吸熱して、これを冷却する。前記冷却効率は、給送する空気量、圧力及び給水量、蒸発板、受板及び蒸発筒などの相互関係によって異なるが、適当にバランスを取れば、１０℃〜１５℃の冷却（２５℃の空気を１５℃〜１０℃に冷却）することができる。前記は水又は冷気に接触することにより冷却が促進されるのでなく、水の蒸発により生じる潜熱の吸熱反応による冷却であって、上昇する空気は極めて効率よく冷却される。
【実施例２】
【００３０】
この発明の装置の実施例を図２、３、４について説明すると、外槽１１の底板１２の一側部上に冷却筒２を設置し、他側に除湿筒１３を内装した除湿槽３６を設置する。前記冷却筒２と除湿槽３６との間の底板上へ送風機１４を設置し、該送風機１４の吸入パイプ１５を前記除湿筒１３の下部の連結パイプ１６に連結し、前記送風機１４の吐出パイプ１７の先端を、前記冷却筒２の下側壁へ接線的に連結開口させる。
【００３１】
この場合に、送風機１４から吹き込まれる加圧空気は、前記冷却筒２内で螺旋状に上昇するように、前記吐出パイプ１７は、前記冷却筒２の側壁に対して若干上向きで接線的に連結することが好ましい。従って前記吐出パイプ１７は上向き（例えば水平面に対し５度〜１０度上向く）に接続する。
【００３２】
前記冷却筒２の内側底板上には、同心状に蒸発筒１０を立設し、該蒸発筒１０上に該蒸発筒１０より大径の受板９を固定し、受板９の上方へ、若干の間隔（例えば蒸発筒の直径の１／３位）の連結筒１８を介して蒸発板８を固定する。
【００３３】
前記蒸発板８の外径は、冷却筒２の内径より小さくして、冷却筒の内壁との間に空気の上昇間隙Ｓを設けてある。前記蒸発板８には、多数の小孔８ａ、８ａをほぼ均等密度で穿設し、中央部へ若干大径の中央孔８ｂを設けて前記連結筒１８と連通させてある（図１（ｃ））。
【００３４】
前記蒸発板８の上方に給水パイプ７の先端を臨ませる。前記給水パイプ７の先端に多数孔よりなる噴射ノズル１９を設けることができる。前記冷却筒２の上部側壁へ、外槽１１の側壁を貫通する吹き出し筒５を設ける。
【００３５】
前記実施例において、送風機１４のモータ２０を始動すると、送風機１４の吸入パイプ１５により、冷却すべき空気を矢示２１、２２、２３のように吸入し、送風機１４を経て、矢示３、３ａ、４、４ａ、６のように、冷却筒２内を螺旋流動し、吹き出し筒５から冷却空気を吹き出し、例えば室内空気を冷却する。
【００３６】
また給水パイプ７から矢示２５のように供給された水は、蒸発板８上へ矢示２４のように散水され、蒸発した後残水は、小孔８ａと中央孔８ｂより矢示２６、２６のように受板９上へ落下し、受板９上を矢示２７、２７のように移動しつつ蒸発し、ついで小孔９ａから矢示２８のように滴下する（図１（ａ））。
【００３７】
前記実施例において、冷却筒２内の空気流は、その内壁側が密度が大きく、中央部は密度が小さい（減圧されている）から、蒸発板８及び受板９上の水は、減圧により比較的容易に蒸発する。また受板９の小孔９ａから滴下する水は、前記空気の旋回流の内側の減圧雰囲気中を滴下するので、微細粒化すると共に、蒸発筒１０の外壁と空気の旋回流とに挟まれて蒸発し、蒸発筒１０の小孔１０ａから吸入され、又は内部で蒸発して吹き出されるなど前記小孔１０ａによる吸入と吹き出しの繰り返し作用を受け、遂には全部蒸発する。
【００３８】
前記のように蒸発すると、付近の空気はその水の蒸発に伴う潜熱により直ちに熱を奪われるので、前記蒸発板８、受板９、蒸発筒１０付近の空気は急冷され、螺旋流動中の空気の熱を奪い、これを冷却することになる。
【００３９】
前記における給水パイプ７への給水は、前記外槽１１の底部に設けた水槽２９の水をポンプ３０で送水する。従ってポンプ３０の送水量は、そのモータの回転数を可変にしておけば、自在に変化調節することができる。また水槽２９の送水パイプ３９には自動バルブ３７が介装され、浮子３８によって、水位を自動調節できるので、水槽２９の水位は常時一定に保たれている。
【００４０】
前記除湿筒１３内には、吸湿剤を充填し、空気を除湿剤間に強制流動させて除湿処理するので従来知られている除湿筒を採用することができる。
【００４１】
実験の結果によれば、送風量４０ｍ３／ｍｉｎ、送水量１リットル／ｍｉｎ、湿度８０％、部屋容積３０ｍ３において、５分以内に３０℃の室温を２０℃に低下させることができた。
【００４２】
前記は湿度８０％の為に、除湿処理し、湿度４０％程度にしたが、湿度が低ければ、更に効率よく調温できる。
【００４３】
またこの装置は、空気温度２０℃〜４０℃で最も効率がよいが、更に低温（例えば０℃〜５℃）に調温することもできる。
【００４４】
前記冷却筒２内では、流動空気と蒸発板８、受板９及び蒸発筒との接触により、マイナスイオンを発生する。そこで空気の吹き込み量及び圧力を調節することにより、マイナスイオンの発生量を調整することができる。
【００４５】
次に冷却筒２に、マイナスイオン発生器３１をセットすれば、冷却空気中のマイナスイオンの密度の調節がきわめて簡単にできる。
【００４６】
次に蒸発板８の下部中央に軸３３を突設し、該軸３３を受板９の中央部に設けた軸受け３２に、回転自在に嵌挿し、前記蒸発板８の外周部へ羽根片８ｃを設ける。
【００４７】
前記実施例において、空気が旋回流となって蒸発板８と、冷却筒２との間隙Ｓを矢示３５のように通過すれば、空気は羽根片８ｃに当たり、これに回転力を付与するので、蒸発板８は回転し、その上面に給送した水を、周辺側へ強制移動させるので、水が薄層化し、蒸発を容易にすることができる。
【００４８】
前記実施例は、蒸発板８を空気流により自動回転させたが、蒸発板８の軸を強制回転（例えばモータ軸の回転の伝導により）させることができる。この場合には、蒸発板の回転数を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）この発明の実施例の原理説明図、（ｂ）同じく横断平面図、（ｃ）同じく蒸発板の平面図、（ｄ）同じく受板の平面図。
【図２】同じく一部を省略し、一部を断面した正面図。
【図３】同じく一部を省略し、一部を断面した側面図。
【図４】同じく一部を省略し、一部を断面した平面図。
【図５】（ａ）同じく蒸発板の支持例を示す一部断面図、（ｂ）同じく蒸発板の平面図。
【符号の説明】
【００５０】
１  送気パイプ
２  冷却筒
３、４、６  矢示
５  吹き出し筒
７  給水パイプ
８  蒸発板
９  受板
１０  蒸発筒
１１  外槽
１２  底板
１３  除湿筒
１４  送風機
１５  吸入パイプ
１６  連結パイプ
１７  吐出パイプ
１８  連結筒
１９  噴射ノズル
【図１】
2009019798.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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