流体的冷却和气体的除湿冷却的方法和设备的制作方法

专利名称：流体的冷却和气体的除湿冷却的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助于流体例如空气与空气或液体与气体的热交换的、流体的冷却方法和设备，以及作为其应用的气体例如空气的除湿冷却方法和设备。
背景技术：
为了要冷却空气或其他气体或者液体，一向是用压缩机把氟利昂等挥性致冷剂压缩液化，靠液化的氟利昂的气化热进行冷却，这样的冷冻机是一般的。此外这样的冷冻机，为了放出氟利昂的压缩热，使用让氟利昂通过蛇形管，让水喷淋该蛇形管同时让空气沿反方向流动，靠该水的气化热来冷却的冷却塔。
在一般的空调中力求得到舒适的温度和湿度的空气，在处理高温多湿的外界空气的场合必须同时降低温度和湿度。在进行这样的空调的场合，由于要用压缩机压缩氟利昂，所以消耗能量很大，而且氟利昂使大气臭氧破坏是个问题。再者冷却塔也大量地消耗能量。
发明的公开本发明是利用热交换器来冷却流体例如空气或其他气体或者液体的方法和设备，以及作为其应用，将气体例如空气除湿冷却，以较少的能量，不使用氟里昂，而连续地供给具有舒适的温度和湿度的空气，或其他低温·低湿的气体者。
本发明是使用直交叉流式热交换器或温度不同的两种流体彼此不直接接触的其他热交换器，借助于低温气体A与高温流体B的显热交换来冷却高温流体B，同时使低温气体A成为被水蒸气或其他挥发性液体的蒸气饱和的状态，进而成为使微细的水滴或其他挥发性液体滴大量地均一地分散于其中的状态，即大量的微细液滴在气体中悬浮的状态的气体流Aa，把该气体流Aa送入热交换器一方的流道，把高温流体B送入另一方的流道，靠流体B的显热经热交换器使上述气体流Aa内的微细的液滴M蒸发，靠其蒸发热冷却气体Aa，通过该冷却了的气体流Aa与流体B的热交换来高效率地冷却流体B者。
附图的简要说明

图1是表示本发明的流体冷却的方法和设备的一个例子的说明图及其一部分的放大图。
图2是表示直交叉流式热交换器的一个例子的透视图及其一部分的放大图。
图3是表示本发明的流体的冷却方法和设备的另一个例子的剖视图。
图4是表示本发明的流体的冷却方法和设备的又一个例子的说明图。
图5是表示图4中所示的流体的冷却的数据的空气曲线图。
图6是表示流体的冷却方法和设备的对照例的说明图。
图7是表示图6中所示的流体的冷却的数据的空气曲线图。
图8是表示本发明的流体的冷却方法和设备的又一个例子的说明图。
图9是表示图8中所示的流体的冷却的数据的空气曲线图。
图10是表示用甲醇水溶液的冷却的数据的说明图。
图11是表示用甲醇水溶液的冷却的数据的空气曲线图。
图12是表示本发明的流体冷却方法和设备的又一个例子的说明图。
图13是逆流式热交换器的透视图。
图14是表示逆流与交叉流组合的热交换器的例子的透视图。
图15是表示直交叉流式热交换器的另一个例子的透视图。
图16是表示本发明的气体的除湿冷却的方法和设备的例子的说明图。
图17是表示本发明的气体的除湿冷却的方法和设备的另一个例子的说明图。
图18是表示本发明的气体的除湿冷却的方法和设备的又一个例子的说明图。
图19是表示本发明的冷冻机的冷却设备的实施例的框图。
图20是表示本发明的冷冻机的冷却设备的实施例的透视图。
图21是表示本发明的冷冻机的冷却设备的另一个实施例的框图。
实施发明的最佳形态本发明的权利要求1中所述的发明，是在气体流A中加入挥发性液体的雾弄成饱和状态，而且成为使雾状的细微液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把需冷却的流体B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，随着把流体B的显热给气体流Aa使气体流Aa的温度上升而其气相部分的饱和度(挥发性液体为水时的相对湿度)降低，使在气体流Aa中悬浮的大量微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借此连续地冷却流体B者，微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa的作用是，靠在热交换器的流道内与流体B的显热交换被加热，靠微细液滴M气化而带走气化热，气体流Aa的温度降低而冷却流体B。
第1实施例把由铝或其他金属薄板或者聚酯或其他合成树脂薄板制成的平板1与波长3.0mm，波高1.6mm的波纹板2交互地而且波纹板2的波纹方向逐级直交地重叠并相互接触，得到如图2中所示的直交叉流式热交换器。此外，在薄板表面上用喷丸等形成小凸凹则产生亲水性并增加表面面积。为了使铝薄板具有亲水性，用把板材浸渍在磷酸钠、次氯酸钠、铬酸、磷酸、草酸、氢氧化钠等的水溶液中，或者在沸水中短时间浸渍等方法，在铝薄板的表面上生成亲水性物质。这样一来如果把薄板的表面弄成亲水性，则在流体B为空气或其他气体的场合，可以防止由于水滴引起的压力降低使小通孔内气体的流通性恶化。
虽然作为错流式热交换器3举例示出平板1和波纹板2的组合，但是如果在平板的一部分上形成细小的波纹，则表面积进一步增大，热交换效率提高。此外，如果把平板1或波纹板2的表面弄黑，则辐射热的放射、吸收增大，热交换效率提高。
如图2、图3中所示，把直交叉流式热交换器3的一方的小通孔群4大体上垂直地配置，把另一方的小通孔群5大体上水平地配置，如图3中所示，把导管8a、8b分别安装于小通孔群4的流入口4a和流出口4b处，在导管8a上安装送风机Fa和水喷雾器6，把导管9a、9b分别安装于小通孔群5(图2)的流入口5a和流出口5b处，在导管9a上安装送风机F。再者图中Va是调节水喷雾器6的喷雾量的阀。
作为水喷雾器6最好是能把尽可能细的水滴均匀地分布着，例如空气喷雾嘴等适用。此外，水滴尽可能细方面虽然最好是直径10μm左右，但是在使用空气喷雾嘴喷雾的场合，如令水滴的最大直径为280μm左右，则约70％的水滴直径在100μm以下，可以充分发挥本发明的效果。
再者，空气喷雾嘴是用水和空气喷雾的，如果水和空气还加压，则喷雾水滴变小。特别是，喷雾水滴的大小易受空气压力的影响，最好是施加3kgf/cm2以上的压力。此外也可以用仅使用液体的喷嘴。
接下来说明该冷却设备的作用。如图3中所示，通过在外界空气或室内空气流A中使用上述水喷雾器6，把微细的水滴大量地喷雾到空气流A中，靠水滴的气化热来降低温度，并提高相对湿度。然后进而弄成使大量的微细水滴M悬浮的状态的空气流Aa，靠送风机Fa的排出压力送入热交换器3的一方的多个流道入口4a。
如果用另一方送风机F把高温的空气流B送入热交换器3的流入口5a，则空气流Aa在通过热交换器3的流道期间通过流路的隔壁1(参照图2)夺走高温空气流B的显热，空气流Aa的温度升高。结果空气流Aa的相对湿度降低，空气流Aa中所含有的大量微细水滴M气化，通过其气化热降低空气流Aa的湿度，通过隔壁1冷却高温空气流B。
进一步详细地说明该冷却设备的冷却原理。液滴状态下液体的蒸气压力比液体有水平液面的状态要高些，该液滴的直径越小则蒸气压力越高。该现象可作为开尔文公式表达如下。
10g(pr/p)＝20δM/ρrRT式中，p是水平液面的蒸气压力，Pr是半径r的液滴的蒸气压力，M是摩尔质量，δ是表面张力，ρ是液体密度，R是气体常数，T是绝对温度。
因而，水滴的半径越小则气化越快，冷却作用越强。进而在喷雾后的水滴M在热交换器3内气化的过程中，水滴M的直径变小，由于随着水滴M的直径变小蒸气压力升高，所以在热交换器3内水滴M的气化加速地进行。就是说，微细水M在热交换器3内在极短时间里气化，夺走大量的气化热。
如果运用上述公式计算，则在18℃水的场合，水滴半径为1μ时，蒸气压力与液面为平坦的状态时相比升高0.1％，水滴半径为10mμ时，蒸气压力约升高10％。进而，水滴半径为1mμ时，蒸气压力几乎成倍地升高。如果把微细水滴M像这样水量地悬浮的空气送入热交换器3，则呈现出水滴M在热交换器3内急剧地气化的现象。
使用该冷却设备进行了试验。如图4中所示，使温度25.9℃、绝对湿度8.05g/kg、相对湿度39％的空气流A通过水喷雾器6，把温度降低到17.5℃，同时弄成使大量的微细水滴M悬浮的相对湿度100％的空气流Aa，以风速2m/秒把该空气流Aa送入热交换器3的几乎垂直地配置的小通孔群4的入口4a。另一方面，靠送风机F以风速2m/秒把温度70.6℃、绝对湿度10.44g/kg、相对湿度5.2％的高温空气B送入热交换器3的几乎水平配置的小通孔群的流入口5a。即使小通孔群4不是精确地垂直，水滴也可以用在空气中悬浮的状态下送过。图5是表示这时的空气冷却的空气曲线图，表1是其试验结果。表1(有喷雾器)

在高温空气流B与空气流Aa之间进行显热交换，如上所述通过在空气流Aa中悬浮的微细水滴的气化，连续地降低空气流Aa的温度，冷却空气流B，空气流B不提高绝对湿度而温度降低，成为温度18.6℃、绝对湿度10.44g/kg、相对湿度78％的舒适的空气，把它作为供气SA使用。气体流Aa由于通过热交换器3而成为温度30.7℃、相对湿度100％的空气流Ab，该空气流Ab被排出到大气中。
此场合的显热交换效率η1如表1中的式(1)所示为97.9％，表明热交换效率是非常高的。式(1)中B、SA、Aa表示各自的空气温度。此场合水滴M的喷雾量大约为每小时8-15升。此场合的空气流A和B的流量约为180m3/小时。热交换器的尺寸为0.25m×0.25m＝0.0625m2的面积，由于其入口4a、5a的表面面积分别为0.0625m2，开孔率约为40％，所以小通孔的截面积为0.0625m2×40％＝0.025m2，由于风速为2m/秒，所以风量为0.025m2×2m/秒＝180m3/小时。
为了与此对比，作为对照例，将与第1实施例中所用者相同的直交叉流式热交换器在冷却用空气流中不使用水喷雾器的场合的试验结果示于图6和表2以及图7的空气曲线图中。
表2(没有喷雾器)

式(2)中B、Ba、A表示各自的空气温度。温度22.3℃的空气流A由于显热交换而成为温度62.0℃的空气流Ab，温度67.2℃的高温空气流B由于显热交换而成为温度36.0℃的空气流Ba。绝对湿度在空气流A、空气流B中均未改变。此时的显热交换效率η1如表2中的式(2)所示为69.5％。在把水喷雾的场合显热交换效率为97.9％，在不把水喷雾的场合显热交换效率为69.5％，靠水的喷雾，热交换效率约提高30％。此场合的其他条件与第1实施例中把水喷雾的场合相同。第2实施例。
另外同样使用该冷却设备，如图8中所示，把温度25.7℃、绝对湿度12.20g/kg、相对湿度59.0％的空气弄成风束2m/秒的空气流A，令它通过水喷雾器6，弄成温度20.2℃、相对湿度100％而且使雾状的微细水滴大量地均匀地悬浮的空气流Aa，把该空气流Aa送入热交换器的小通孔群4的入口4a。另一方面作为需要冷却的空气把温度34.2℃、绝对湿度14.41g/kg、相对湿度43％的高温空气弄成风速2m/秒的空气流B，送入热交换器的小通孔群5的入口5a。高温空气流B与空气流Aa之间进行显热交换，空气流B成为温度20.6℃、绝对湿度14.41g/kg、相对湿度95％的冷却空气SA。气体流Aa成为温度25℃、相对湿度几乎100％的空气流Ab，空气流Ab被排放到大气中。此时的空气曲线图示于图9，试验结果示于表3。
表3(有喷雾器)

如图所示，气体流Aa中水滴的气化热通过隔壁传给空气流B，如空气曲线图中所示，气体流B的绝对湿度不变，温度沿空气曲线图的水平线降低到达SA点(20.6℃)，空气流Aa经相对湿度100％的线，温度升高到Ab点。此场合的显热交换效率如表3中式(3)所示为97.1％，与第1实施例的显热交换效率几乎相同。就是说，在流体B的温度下降的场合，如果供气SA的温度成为20.6℃，适合空调用，则水的喷雾量可以减少。水的喷雾量约为8升/小时。第3实施例如图1中所示，在第1实施例中说明的图3的设备上增加接受与空气流Ab同时排出的水滴的水槽D，积存于该水槽D的水的回流装置即泵P、导水管10、电动阀Va和水位调节装置即水位浮子Vs、水位传感器Se、电动阀Vb，以及水滴喷雾装置6的喷雾量调节装置即热电偶Ta、热电偶Tb、电气信号放大器C、电动阀Va。图中带有与图3相同标号的零件由于是与在第1实施例中在图3中所说明的零件相同者，所以其说明省略。
安装把水槽D内的水向水喷雾器6回流的导水管10，在其中途设置泵P和电动阀Va。此外，在水槽D上安装给水管11，在水槽D内的水面13上漂浮水位浮子Vs，把设在给水管11中的通断电磁阀Vb与水位传感器Se连接，如图1的Q部放大图中所示，用水位浮子Vs和水位传感器Se检测水位的变化，如果水面下降到13L，则电磁阀Vb打开而补给水，如果水面上升到13H，则电磁阀Vb关闭而停止水的补给。
在水喷雾器6的上游配置气体流A的温度传感器例如热电偶Ta，在流体B中配置温度传感器例如热电偶Tb，把电气信号放大器C连接在该热电偶Ta和Tb之间。检测这两个热电偶Ta、Tb的温度差并送入电气信号放大器，随着温度差变大而操作电动阀Va使水喷雾量增大，随着温度差变小而使水喷雾量减小。根据需要，在水喷雾量增加的同时，使送风机Fa的功率增加，以便使空气流Aa加速。
此场合如果来自水喷雾器6的喷雾量过多，则微细水滴聚集在热交换器3的小通孔群4的内壁面上成为水流，同时不能充分气化，而是滴下。该水流与微细水滴相比，表面面积变成极小，在从高温空气流B夺走热量时，水的气化减小，无助于冷却。因而，不能使气体流Aa的温度充分降低，所以不能充分地降低高温空气流B的温度。如果喷雾成使得气体流Aa内的微细水滴M均匀地含有必要量，则冷却效率高，水也可以节约。第4实施例也可以使用乙醇(沸点78.3℃)、乙酸甲酯(沸点56.3℃)、甲醇(沸点64.7℃)等挥发性有机液体或者挥发性有机液体与水的混合液体，代替在喷雾器6中使用的水(沸点100℃)。
如图2中所示，在用厚度25μ的铝薄板制成的隔壁1和波长3.4mm、波高1.7mm的铝波纹板2的两表面上，分散粘接吸湿剂硅胶的微颗粒，把它们交互地叠合，得到250mm×250mm×250mm的尺寸的直交叉流式热交换器3。使用该热交换器3，组装图10中所示的冷却设备，用甲醇的45％水溶液代替在第1、2实施例中用于喷雾器6的水时的数据示于图10。此场合由于用甲醇水溶液代替水，所以其沸点降低，温度为25.9℃的空气流A在甲醇水溶液喷雾后(空气流Aa)降低到14.6℃。
由于该空气流Aa的14.6℃与高温空气流B的51.3℃的热交换，得到17.2℃的低温空气SA。因而如果使用比仅用水喷雾更低沸点的液体喷雾，则可得到低温空气SA。图11的空气曲线图是表示以上的空气流B→SA和空气流A→Aa→Ab的状态变化的空气曲线图。第5实施例本实施例的设备如图12中所示，是在第1实施例中说明的设备上增加把从热交换器3的出口4b排出的气体流Ab向高湿度的气体流Aa回流的装置，在水喷雾器6的上游侧设置加湿器7者。在图12中用导管8e把热交换器3的出口4b与送风机Fc连接，用导管8d把送风机Fc与高湿度的气体流Aa的流道连接，在导管8e的一部分上连接用来根据需要送入外界空气OA的分支管K。
在加湿器7上，在给水管Wp的中途安装阀V，可以在需要加湿时供给水。作为加湿器7，有使用例如超声波式、浸水的多层织布等的。
使气体流Aa通过热交换器3，用送风机Fc使来自出口4b的排气Ab回流，作为气体流Ac使用。该气体流Ac根据需要通过加湿器7进而靠喷雾器6弄成使微细水滴M大量地悬浮的气体流Aa，循环送入热交换器3。
在图12中在导管8e的中间设置冷却部Co，在导管8e的外周上安装多个翅片Fe，在这些翅片上安装风罩并连接送风机Fd，通过靠送风机Fd来冷却翅片Fe，冷却导管8e内的流体Ab，冷却高湿度流体Ab内的湿气使之结露，把结露水积存于水箱Da内，时常由阀Vc排出水箱内的水，回至喷雾器6。
虽然用使用直交叉流式热交换器的空气冷却方法的例子，说明了本发明的流体冷却方法，但是不用说，在空气以外的气体或水或其他液体的冷却中也同样可以实施。
使用的热交换器，也可以使用斜交叉流式、图13中所示的逆流式、图14中所示的逆流与交叉流组合的热交换器代替上述的直交叉流式。在图13中所示的逆流式、图14中所示的逆流与交叉流组合的热交换器中，都是使微细水滴悬浮的气体流Aa、流体B分别沿图中箭头方向通过小通孔内，分别作为气体流Ab、流体SA排出，在两流体Aa、B之间进行显热交换。此外，可以使用如图15中所示，在平板1、1…之间，沿每一级垂直的方向夹着多个隔离件12、12…组成的直交叉式热交换器，另外，也可以使用与上述蜂窝叠合体同样的逆流式、逆流与交叉流组合的热交换器。第6实施例如图16中所示，配置250mm×250mm×250mm的直交叉流式热交换器3和喷雾加湿器6，在热交换器3的前级配置除湿转子14。除湿转子14是把结合了吸附剂或吸湿剂的蜂窝叠合体制成直径320mm、宽度200mm的圆柱形。此外，除湿转子14由分隔件15、15’分隔成吸附区16和再生区17，分别由导管(未图示)如箭头B→HA→SA所示构成流动路径，除湿转子14被以16转/小时沿图中箭头方向连续地旋转驱动。由送风机Fb把温度34.0℃、绝对湿度14.4g/kg、相对湿度43.1％的外界空气OA弄成空气流B，以风速2m/秒把它送入除湿转子14的吸附区16。
借此，吸附去除空气流B的湿气，得到干燥空气流HA。接着把干燥空气流HA送入热交换器3的水平小通孔群5的入口5a。在除湿转子14的再生区17中，靠加热器H把外界空气OA弄成加热到80℃左右的再生空气RA，沿图中箭头方向送入，通过再生区17把除湿转子14脱湿再生，作为多湿的排气EA向外界空气中排出。
另一方面，如果在空气流A的温度为26℃、相对湿度为58％时，借助喷雾加湿器6加湿弄成相对湿度100％，则空气流Aa的温度成为17.0℃。进而把水向该空气流Aa喷雾，弄成微细水滴无数悬浮的状态，送入热交换器3的流入口4a。
上述干燥空气HA通过热交换器3，借此与微细水滴无数悬浮的空气流Aa进行显热交换，与第1实施例的说明同样，在热交换器3内部，靠空气流Aa的微细水滴的气化热被冷却，成为温度20.5℃、绝对湿度4.5g/kg、相对湿度30％的舒适的供气SA。
从此一实施例可见，把34℃、绝对湿度14.4g/kg、相对湿度43.1％的外界空气除湿，温度靠水分的吸附热而升高，同时令湿度降低的干燥空气通过热交换器3，借此得到温度20.5℃、绝对湿度4.5g/kg、相对湿度30％的冷却了的干燥空气。在把该空气用于空调的场合，可以适当地加湿而弄成舒适的空气条件。
作为除湿机，除了本实施例中使用的旋转式之外，当然也可以使用充填吸湿剂的双筒式、圆柱式或者Kathabar式(美国Kathabar公司制令氯化锂溶液在容器内滴下，同时使空气由容器一侧的窗口流动，使空气中的湿气吸附于氯化锂溶液的装置)等除湿机。第7实施例在本实施例中，叙述靠热交换器冷却70.0℃的高温空气之后，靠除湿转子除湿的过程。
如图17中所示，在直交叉流式热交换器的上部侧配置喷雾加湿器6，把除湿转子14配置在热交换器3的后级。通过送风机Fa在喷雾加湿器6中把水向温度26.6℃、绝对湿度12.2g/kg、相对湿度58％的外界空气OA中喷雾，弄成相对湿度100％时，就成为温度17.5℃，进一步把水向其中喷雾，令大量的水的微滴悬浮的空气流Aa通过热交换器3一方的流道4a。
另一方面，用送风机Fb以风速2m/秒把温度70.0℃、绝对湿度14.4g/kg、相对湿度7％的空气流B送入热交换器3的入口5a。空气流B在热交换器中进行显热交换而成为低温的空气流Ba。空气流Ba的绝对湿度与空气流B的绝对湿度几乎相同。空气流Aa通过热交换器3后，在热交换器3的出口处成为温度30.0℃、相对湿度约100％的空气流Ab，向外界空气中排出。除湿转子14被以16转/小时沿图中箭头方向旋转驱动。
把上述冷却了的空气流Ba送入除湿转子14的吸附区16，吸附去除湿气，得到温度55℃、绝对湿度4.5g/kg、相对湿度5％的干燥空气流HA。除湿转子14的操作如在第5实施例中所述。虽然从高温空气中用吸附方式除湿极为困难，但是如此一实施例中所示，如果在用热交换器冷却之后使用除湿机，则能简单地有效除湿，可以得到冷却了的干燥空气。第8实施例在第7实施例中所得到的空气流HA，温度为55.0℃、相对湿度为5％，作为一般的空调用来说，温度过高而相对湿度过低。因此本实施例是令该空气流HA进一步通过热交换器3b，以便得到具有适合于空调用的温度和湿度的供气SA。
如图18中所示，与第7实施例同样令高温空气流B通过直交叉流式热交换器3a和除湿转子14，得到空气流HA。由于到此为止的操作与第7实施例完全相同，所以省略重复说明。把第二个直交叉流式热交换器3b设置在除湿转子14的后级，即从处理空气的出口流出的空气HA的流动路径中，在第二个热交换器3b的一方的流道4的上游侧也与上述第7实施例同样地设置喷雾加湿器6b。由于该第二个热交换器3b的作用与上述第7实施例的热交换器3相同，所以省略说明。
另一方面，把通过除湿转子14的吸附区16的干燥空气HA送入热交换器3b的水平设置的小通孔群5的流道入口5a，与含有大量的微细水滴并冷却了的空气流Aa进行显热交换，得到温度20.5℃、绝对湿度4.5g/kg、相对湿度30％的舒适的供气SA。如果在调节供气SA的空气状态的场合增减向空气流Aa中喷雾的水量，则可以改变供气SA的温度，另一方面在供气SA的湿度过低的场合，如果降低除湿转子的再生温度，则由于除湿转子14的除湿性能降低，所以可以提高供气SA的湿度，可以自由地进行舒适的空调。
在以上第6～第8实施例中，如果把沸点低的液体，例如乙醇、乙酸甲酯、甲醇等向空气流Aa中喷雾，以代替喷雾加湿器中使用的水，则可以进一步降低供给空气流SA的温度。
还有，在所有实施例中，可以用超声波雾化装置作为雾化机构。此外，作为水喷雾器，除了空气喷雾嘴之外，可以使用不用空气的单一流体喷嘴。再者，虽然在以上的实施例中用1级喷雾加湿器把相对湿度弄成100％，同时弄成使大量的水的微粒子悬浮，但是也可以把喷雾加湿器设成多级，在初级加湿成使相对湿度成为100％，在次级弄成使大量的水的微粒子悬浮。重要的是，使直径10μ左右的水的微粒子在相对湿度100％的空气中大量悬浮的状态的空气通过热交换器就可以了。
虽然在以上的实施例中作为热交换器举例展示了把波纹板与平板交互叠合者，但是本发明不限于这些，只要是带有多个流道，流道表面面积大者就可以，例如在热管的两端设置带有多个热交换翅片的流道者就可以。第9实施例在图19中，18是公知的冷冻机，内部带有压缩机(未图示)。19是热交换器，其一方的流道20是蛇形管状，另一方的流道21为包围蛇形管状流道20的套状。
在热交换器19的一方的流道20中，从压缩机出来的高温的氟利昂气体(氯氟碳化氢美国DuPont公司的商标)或其他致冷剂流过，在热交换器19的另一方的流道21中冷却水流过。
热交换器19的另一方的流道21经管路22与直交叉流式热交换器3的一方的流道连接，在管路22的途中设有循环泵23。就是说，热交换器19与错流式热交换器3之间成为冷却水在密闭状态下循环的状态。再者，9a、9b是腔室。
Fa是送风机，吸入侧对大气开放，排出侧与腔室24的上端结合。此外，腔室24的下端与直交叉流式热交换器3的另一方的流道入口4a连接。而且，直交叉流式热交换器3的另一方的流道出口对大气开放。
在腔室24中安装着喷雾装置6，在把腔室20内的空气的相对湿度弄成100％的同时，进而弄成大量的微细水滴悬浮的状态即雾状。作为喷雾装置6，使用空气喷雾嘴，连接着水的加压泵P和压缩机25。
D是接水槽，设置在直交叉流式热交换器3的下方，它设有放水管26。
如图20中所示，该直交叉流式热交换器3的一方的小通孔群4的轴线几乎垂直地布置，另一小通孔群5的轴线几乎水平地布置，在小通孔群4的流入口4a上安装腔室24，在腔室24上安装送风机Fa和水喷雾器6。此外，在小通孔群5的流入口5a和流出口5b上分别安装腔室9a、9b，在腔室9a、9b上连接管子22。
以上的构成的作用说明如下。首先，就使用直交叉流式热交换器3的冷却机构加以说明。使送风机Fa工作而形成空气流A，用水喷雾器6把水向其中喷雾而弄成气体流Aa。喷雾的水量要超过由于喷雾而气化的量。于是，所喷雾的水滴的一部分气化，由于气化而夺走气化热，腔室24内所输送的气体流Aa的温度下降。此外，腔室24内的空气即气体流Aa，相对湿度成为100％，成为在该空气中大量的水的微粒子悬浮的状态即雾状。
然后，该微细水滴大量地悬浮的空气进入直交叉流式热交换器3的一方的小通孔群4。冷冻机18为运行状态时，在热交换器19的一方的流道20中输送的致冷剂的温度变高，与在热交换器19的另一方的流道21中输送的水进行热交换。
在热交换器19的另一方的流道21中输送的水，由泵23循环，通过管子22和腔室9a进入直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5。然后，在一方的小通孔群4与另一方的小通孔群5之间，经隔壁1进行显热交换。就是说，通过另一方的小通孔群5的冷却水靠通过一方的小通孔群4的气体流Aa来冷却，同时通过一方的小通孔群4的气体流Aa被加热。
于是，通过一方的小通孔群4的气体流Aa的相对湿度成为100％以下，其中所含的大量的水的微粒子气化，气化热被夺走而气体流Aa被冷却。
由此，通过一方的小通孔群4的气体流Aa的温度几乎保持恒定的低温状态，所以通过另一方的小通孔群5的冷却水在热交换器3的小通孔群5a的整个范围内和全长上连续地被冷却，其温度也几乎保持恒定。
此场合如果来自水喷雾装置6的喷雾量过多，则微细的水滴集聚凝集在直交叉流式热交换器3的小通孔群4内的隔壁上，成为大水滴或水流，该大水滴或水流与微细水滴相比，表面面积成为极小的，从致冷剂夺走的热量不能使气体流Aa的温度充分降低，因而致冷剂的温度不能充分降低。如果喷雾成使均匀含有的气体流Aa内的微细水滴比所必要的最小限度稍多一点，则冷却效率高，水也可以节约。
然后，在直交叉流式热交换器3的小通孔群4内未气化的水滴积存在接水槽D中，由放水管26排出。如上所述，由于从水喷雾装置6喷雾的水量几乎等于在直交叉流式热交换器3的小通孔群4内气化的量，所以接水槽D中积存的水量很少，即使完全废弃也没有问题。因而，从水喷雾器6喷雾的水并不循环使用，不会有发生藻类等的事。
虽然在以上的实施例中展示了用水作为被冷却液体的例子，但是考虑到冬季的冻结，也可以在被冷却水中添加50％容量程度的乙二醇等防冻剂，为了防止热交换器19或直交叉流式热交换器3的腐蚀，也可以考虑添加防腐蚀剂。第10实施例冷冻机的冷却设备的另一个实施例示于图21。与图19的实施例的不同之处如下。就是说，图19中所示的第9实施例是令水通过直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5者，但是此实施例是令来自送风机F的空气流通过直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5。
就是说，F是送风机，与腔室9a的入口结合。腔室9a的出口结合于直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5的入口。小通孔群5的出口5b上结合着腔室9b的入口，腔室9b的出口结合于散热器28。
此外，设置管路27，以便令从冷冻机18出来的致冷剂通过散热器28。而且，上述不同点以外的构成与第9实施例相同，所以省略说明。
此实施例为空气靠送风机F通过直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5，在其间被冷却，到达散热器28。来自冷冻机18的高温的致冷剂经管路27送进散热器28，散掉致冷剂的热量。通过小通孔群5的空气被送进该散热器28。
就是说，散热器28靠通过直交叉流式热交换器3的另一方的小通孔群5冷却了的空气流来冷却，与靠外界空气直接冷却者相比，效率提高很多。
在申请人的实验中，使用与上述图19中所示的第9实施例的直交叉流式热交换器3相同者，在外界气温35℃、相对湿度39％时，用送风机Fa以2m/秒的速度令空气在直交叉流式热交换器3的小通孔群4中流动，用喷雾器6喷雾12升/小时流量的水。于是，从直交叉流式热交换器3进入散热器28的空气的温度成为18.6℃，致冷剂的冷却效果极高。
此实施例可以在已有的空调设备的散热器之前设置本发明的冷冻机的冷却设备，可以用简单的施工提高已有的空调设备或冷藏库等的冷冻机的效率。
工业实用性由于本发明如上所述地构成，所以其原理是令相对湿度为100％进而弄成使细微水滴大量地均匀地悬浮的雾状的气体流Aa作为冷却用气体流通过带有多个流体通道的热交换器的一方的流道，令需冷却的流体B例如空气或水通过另一方的流道，使微细水滴悬浮的气体流Aa与流体B通过隔壁接触，通过加热气体流Aa，降低气体流Aa的相对湿度，使微细水滴蒸发，靠其蒸发热来冷却气体流Aa，同时通过隔壁冷却流体B，其特征是，通过增减水喷雾器6中的水喷雾量，可以控制对流体B冷却的程度。或者如果气体流Aa与高温空气流B的温度差增大时增大水喷雾量，则流体Aa与同高温空气流B的温度差成比例地强化高温空气流的冷却度，可以把空气流B冷却到几乎恒定的舒适的温度。进而通过使该冷却设备与除湿机组合，可以容易地得到干燥的冷却空气。
如第1实施例中所述，在直交叉流式热交换器3上配置喷雾加湿器6，把使微细的水滴大量地悬浮的空气流Aa作为冷却用空气流来冷却高温空气流B时的显热交换效率，展示出97％-100％的非常高的值。在使用与第1实施例中所用的相同的直交叉流式热交换器而在冷却用空气流中不使用喷雾器和加湿器的场合，如在第1实施例中作为对照例所展示的那样，显热交换效率为63％，可见本发明的流体冷却中的热交换的效率显著地高。
再者，此热交换所需的消耗能量为，送风机的运行能量约为250W，与之相反，流体B的冷却所需的热能成为例如消耗能量的1.5倍至几十倍，此值随流体B的温度的升高而升高。
把该流体冷却设备用于气体的冷却，在其上加设除湿机，如第6至第8实施例中所展示的那样，可以用于气体的除湿冷却，可以作为空调设备使用。由于此场合运行所需的经费如上所述显著地低廉，所以在例如用于密闭室内的除湿冷房的场合，没有必要把室内的空气反复循环使用，可以不断地取入新鲜的外界空气来维持除湿冷房。因而可以完全防止室内空气中二氧化碳或其他有害气体的增加，可以提供舒适的空间。
再者，由于不像历来的冷房那样使用氟利昂所以没有环境问题，由于没有必要使用压缩机，不产生因排热的热风而滋生的细菌类或霉菌，所以从卫生方面看也有极佳的效果。
权利要求
1.一种流体冷却方法，其特征在于，把挥发性液体以饱和状态含在气体流A中，并形成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道，而把需冷却的流体B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，把流体B的显热给气体流Aa，使气体流Aa的温度上升，使气体流Aa中悬浮的大量的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借助于气体流Aa与流体B的显热交换连续地冷却流体B。
2.权利要求1中所述的流体冷却方法，其中根据气体流Aa的温度与流体B的温度之差的变化来改变气体流Aa中微细液滴M的悬浮量。
3.权利要求1中所述的流体冷却方法，其中根据气体流Aa的温度与流体B的温度之差的变化来改变微细液滴M悬浮的气体流Aa的流速。
4.权利要求1至权利要求3中所述的流体冷却方法，其中把气体流A用挥发性液体的蒸气弄成饱和状态的气体流，进而在该气体流中加入挥发性液体的雾，弄成微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa。
5.权利要求1至权利要求4中所述的流体冷却方法，其中把从热交换器的一方的通道的出口排出的含有大量的挥发性液体蒸气的气体流Ab送回热交换器的一方的通路的入口侧，在其中加入挥发性液体的雾，弄成微细液滴M悬浮的气体流Aa，循环使用。
6.权利要求1至权利要求5中所述的流体冷却方法，其中挥发性液体为水、挥发性的有机物液体或者挥发性的有机物液体与水的混合液体。
7.权利要求1至权利要求6中所述的流体冷却方法，其中用气液混合式喷嘴把挥发性液体喷雾。
8.权利要求1至权利要求7中所述的流体冷却方法，其中把喷雾液滴的直径弄成280mμ以下。
9.一种气体除湿冷却方法，其特征在于，把挥发性液体的雾加入气体流A，弄成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把预先用除湿机除湿了的干燥气体流B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，把气体流B的显热给气体流Aa，使该气体流Aa的温度上升，使该气体流Aa中悬浮的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低该气体流Aa的温度，借助于气体流Aa与气体流B的热交换冷却气体流B，连续地供给冷却了的干燥气体。
10.一种气体除湿冷却方法，其特征在于，把挥发性液体的雾加入气体流A，弄成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把气体流B通入另一方的流道，在该气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，把气体流B的显热给气体流Aa使该气体流Aa的温度上升，使该气体流Aa中悬浮的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低其温度，借助于气体流Aa与气体流B的热交换来冷却气体流B，然后把冷却了的气体流Ba通入除湿机除湿，连续地供给冷却了的干燥气体。
11.一种气体除湿冷却方法，其特征在于，使用2台带有多个流道的热交换器和除湿装置，把挥发性液体的雾加入通入2台热交换器的气体流A，弄成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa送入2台热交换器各自的一方的流道，令气体流B依次通过第1个热交换器的另一方的流道、除湿装置、第2个热交换器的另一方的流道，在该气体流Aa通过第1、第2个热交换器的第1流道期间，把气体流B和在除湿装置中除湿后的高温干燥气体流HA的显热给该气体流Aa，使该气体流Aa的温度上升，靠高温气体流B和HA的显热把该气体流Aa中悬浮的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低该气体流Aa的温度，连续地供给低温度的干燥气体SA。
12.一种流体冷却设备，其特征在于，其中借助于挥发性液体的雾化装置把挥发性液体的雾加入气体流A，成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把需冷却的流体B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，气体流Aa夺走流体B的显热，气体流Aa中悬浮的大量的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借此连续地冷却流体B。
13.权利要求12中所述的流体冷却设备，其中在挥发性液体的雾化装置的上游侧，设置引入挥发性液体蒸气的装置。
14.权利要求12中所述的流体冷却设备，其中设置把从热交换器的一方的出口排出的气体流Ab引到热交换器的一方的入口侧的导管和送风机，使冷却用气体流Aa循环。
15.权利要求12至权利要求14中所述的流体冷却设备，其中热交换器是由把平板与波纹板交互地叠合的蜂窝叠合体构成的直交叉流式、斜流式或逆流式热交换器，或者把逆流与交叉流组合的热交换器。
16.权利要求12至权利要求14中所述的流体冷却设备，其中热交换器是把板材通过多个隔离件叠合而成的直交叉流式、斜流式或逆流式热交换器，或者把逆流与交叉流组合的热交换器。
17.权利要求12至权利要求16中所述的流体冷却设备，其中热交换元件的表面具有亲水性。
18.权利要求15或权利要求16中所述的流体冷却设备，其中在热交换器的流道壁面上固定着微颗粒。
19.权利要求18中所述的流体冷却设备，其中微颗粒是吸附剂的微颗粒。
20.一种气体除湿冷却设备，其特征在于，借助于挥发性液体的雾化装置把挥发性液体的雾加入气体流A，成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把需要冷却的高温的气体流B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，气体流Aa夺走流体B的显热，气体流Aa中悬浮的大量的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借此连续地冷却高温气体流B，在上述高温气体流的热交换器上游侧设置除湿装置。
21.一种气体除湿冷却设备，其特征在于，借助于挥发性液体的雾化装置把挥发性液体的雾加入气体流A，成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把需要冷却的高温的气体流B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，气体流Aa夺走高温气体流B的显热，气体流Aa中悬浮的大量的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借此连续地冷却高温气体流B，在上述高温气体流的热交换器下游侧设置除湿装置。
22.一种气体除湿冷却设备，其特征在于，借助于挥发性液体的雾化装置把挥发性液体的雾加入气体流A，形成饱和状态，并弄成雾状的微细液滴M大量地悬浮的气体流Aa，把该气体流Aa通入带有多个流道的热交换器的一方的流道而把需要冷却的高温的气体流B通入另一方的流道，在气体流Aa通过热交换器的一方的流道期间，气体流Aa夺走高温气体流B的显热，气体流Aa中悬浮的大量的微细液滴M气化，靠其气化热连续地降低气体流Aa的温度，借此连续地冷却高温气体流B，设置两个这样的气体冷却装置，在上述两个气体冷却装置中的高温气体流B的流动之间设置除湿装置。
23.权利要求20至权利要求22中所述的气体除湿冷却设备，其中在挥发性液体的雾化装置的上游侧，设置挥发性液体蒸气的引入装置。
24.权利要求20至权利要求22中所述的气体除湿冷却设备，其中设置把从热交换器的一方的出口排出的气体流Aa引到热交换器的一方的入口侧的导管和送风机，使冷却用气体流Aa循环。
25.权利要求20至权利要求24中所述的气体除湿冷却设备，其中热交换器是由把平板与波纹板交互地叠合的蜂窝叠合体构成的直交叉流式、斜流式或逆流式热交换器，或者把逆流与交叉流组合的热交换器。
26.权利要求20至权利要求24中所述的气体除湿冷却设备，其中热交换器是把板材通过多个隔离件叠合而成的直交叉流式、斜流式或逆流式热交换器，或者把逆流与交叉流组合的热交换器。
27.一种冷冻机的冷却设备，其特征在于，它是冷却与冷冻机的排热源进行热交换的流体者，它备有带彼此热交换的两种流体的通道的热交换器，用挥发性液体的蒸气在气体流中喷雾到成为在饱和的气体中雾状的微细液滴悬浮的状态，弄成雾状的气体流，同时令上述气体流流入上述热交换器的通道的一方，用上述热交换器内的液滴的气化热来冷却通过上述热交换器的通道的另一方的被冷却流体。
28.一种冷冻机的冷却设备，其特征在于，它是冷却将要与冷冻机的排热源进行热交换的流体者，它备有带彼此热交换的两种流体的通道的热交换器，用挥发性液体的蒸气在气体流中饱和，进而喷雾到成为雾状的微细液滴悬浮的状态，弄成雾状的气体流，同时让上述气体流流入上述热交换器的通道的一方，用上述热交换器内的悬浮状的液滴的气化热来冷却通过上述热交换器的通道的另一方的被冷却流体。
29.权利要求27或权利要求28中所述的冷冻机的冷却设备，其中被冷却流体是水或与水的混合物液体。
30.权利要求27或权利要求28中所述的冷冻机的冷却设备，其中被冷却流体是气体。
全文摘要
把用水或其他挥发性液体的蒸气饱和的同时大量地悬浮着雾状的微细的水或其他挥发性液体的微粒子的气体流Aa,送入直交叉流式或逆流式的热交换器3的一方的小通孔群4,使需冷却的流体B通过另一个小通孔群5,在气体流Aa与流体B之间进行显热交换,随着气体流Aa的温度上升,在气体流Aa中悬浮的挥发性液体的微粒子气化,流体B靠该气化被冷却。如果用水作为在气体流Aa中悬浮的挥发性液体的微粒子,则可以廉价地供给大量的冷风,如果用甲醇等沸点低的液体作挥发性液体的微粒子,则可以降低冷却温度。
文档编号F24F1/00GK1201516SQ96198108
公开日1998年12月9日 申请日期1996年11月6日 优先权日1995年11月7日
发明者隈利实, 广濑勉, 川上由基人 申请人:株式会社西部技研, 隈智惠子