JP2005291696A - Condenser, heat pump and heat utilization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器に関する。 The present invention relates to a condenser that cools and liquefies refrigerant compressed to high temperature and pressure.
ヒートポンプは、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置である。エネルギー利用効率が比較的高いため、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置に多く用いられている。
そして、冷媒が蒸発する際にその蒸発潜熱によって周囲から熱を吸収することを利用して、空気調和装置の場合には、蒸発時に吸収する熱は、冷房時には室内の空気から供給され、暖房時には大気から供給される。また、冷媒が凝縮する際に熱を発生することを利用して、空調設備の場合には、凝縮時に発生する熱は、冷房時には大気に放出され、暖房時には室内に放出される。
また、ヒートポンプは、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とそれらを接続する配管から構成され、熱の移動に携わる冷媒としては、例えばフロン系化合物の他にアンモニアなどが用いられている。そして、凝縮器としては、冷媒を冷却する冷却剤として空気を利用して冷媒と大気との直接熱交換を行う空冷式と、冷却剤として水を仲介媒体として利用して冷媒と大気への熱交換を間接的に行う水冷式とがある。また、空冷式と水冷式とを兼用する方式も提案されている。
In the case of an air conditioner, the heat absorbed at the time of evaporation is supplied from indoor air during cooling, and is used during heating. Supplied from the atmosphere. Further, in the case of air conditioning equipment, the heat generated during condensation is released to the atmosphere during cooling and released indoors during heating using the fact that heat is generated when the refrigerant condenses.
The heat pump is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and piping connecting them, and as a refrigerant involved in heat transfer, for example, ammonia or the like is used in addition to a chlorofluorocarbon compound. The condenser is an air-cooling type that uses air as a coolant for cooling the refrigerant to directly exchange heat between the refrigerant and the atmosphere, and a coolant that uses water as an intermediary medium to heat the refrigerant and the atmosphere. There is a water-cooled type that exchanges indirectly. In addition, a method using both air cooling and water cooling has been proposed.
一般的に空冷式は、フィン(ヒートシンク)を用いて熱交換を行うため、装置が小型であると共に、殆ど保守点検を必要としないのでメンテナンス性に優れている。しかしながら、エネルギー利用効率(入力動力に対する出力熱量の比)を示す成績係数(COP:coefficient of performance)は、約3程度であり、水冷式に比べて低いという問題がある。
一方、水冷式は、仲介媒体である水により熱交換を行うため、COPが約6程度であり、エネルギー利用効率に優れている。しかしながら、冷却塔等の設備を必要とするため、装置が大型化してしまう。また、冷却水の保守管理が必要であるためメンテナンス性に劣り、更に、冷却水の消費量が多いためにランニングコストが高いという問題がある。
また、空冷式と水冷式とを兼用する方式では、単に空冷式と水冷式の設備を並べたに過ぎないため、空冷式の課題(装置の大型化、メンテナンス性の悪化、ランニングコストの上昇)を解消するには至っていない。
In general, the air-cooled type performs heat exchange using fins (heat sinks), so that the apparatus is small in size and has excellent maintainability because it requires almost no maintenance. However, there is a problem that a coefficient of performance (COP) indicating energy use efficiency (ratio of output heat quantity to input power) is about 3, which is lower than that of the water-cooled type.
On the other hand, in the water-cooled type, COP is about 6 because heat is exchanged with water as an intermediary medium, and energy utilization efficiency is excellent. However, since equipment such as a cooling tower is required, the apparatus becomes large. Further, since maintenance of the cooling water is necessary, there is a problem that the maintainability is inferior and the running cost is high because the consumption of the cooling water is large.
In addition, air-cooled and water-cooled systems are simply lined up with air-cooled and water-cooled equipment, so air-cooled issues (larger equipment, poor maintainability, and increased running costs) It has not yet been solved.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、高いエネルギー効率が得られるとともに、スペース効率及びメンテナンス性に優れる凝縮器、及びそれを用いたヒートポンプ、熱利用装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a condenser that can obtain high energy efficiency and is excellent in space efficiency and maintainability, a heat pump using the condenser, and a heat utilization device. To do.
本発明に係る凝縮器、ヒートポンプ、熱利用装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第1の発明は、高温高圧に圧縮された冷媒(R)を冷却して液化させる凝縮器(100,300)において、冷媒が流れる冷媒配管(20,320)と、冷媒配管に対して水(W)を付着させて冷却する水冷部(30,330)と、水が付着した冷媒配管に対して空気(A)を吹き付けて冷却する空冷部(40,340)と、を備えるようにした。
この発明によれば、水及び空気により、冷媒を同時に冷却するので、凝縮器のエネルギー利用効率の向上を図ることができる。
The condenser, heat pump, and heat utilization apparatus according to the present invention employ the following means in order to solve the above-described problems.
In the first aspect of the invention, in the condenser (100, 300) that cools and liquefies the refrigerant (R) compressed to high temperature and high pressure, the refrigerant pipe (20, 320) through which the refrigerant flows and water ( A water-cooling part (30, 330) for attaching and cooling W) and an air-cooling part (40, 340) for blowing and cooling air (A) to the refrigerant pipe to which water adheres are provided.
According to this invention, since the refrigerant is simultaneously cooled by water and air, the energy utilization efficiency of the condenser can be improved.
また、冷媒配管(20,320)は、鉛直方向又は水平方向に延設された複数の冷媒支管(21,321)を備えるものでは、冷媒の効率的な冷却を実現しつつ、設置場所に合わせて冷媒配管の延設方向を設定することができる。
また、冷媒(R)が流れる冷媒配管(20,320)の上方に水冷部(30,330)が配置されるとともに、冷媒配管の下方又は側方に空冷部(40,340)が配置されるものでは、冷媒配管を上下方向から効率的に冷却することができる。更に、水冷部及び空冷部を効率的に配置できるので、装置をコンパクトに構成することができる。特に、冷媒配管の上方に水冷部を配置することにより、重力によって水を冷媒配管に供給することが可能となる。
また、水冷部(30)が、冷媒配管(20)に向けて水(W)を略均等に付着させる散水部(31)を備えるものでは、水を冷媒配管の全体に等しく行き渡るようにして、冷媒配管を均等に冷却することができる。
また、散水部(31)が、冷媒配管(20)に向けて水(W)を散布する複数の散水孔(32)が形成された配水管(31)を備えるものでは、水を冷媒配管に向けて略均等に放出することができる。
また、散水部(31)が、冷媒配管(320)に向けて水(W)を滴下させる滴下部材(332)を備えるものでは、水を冷媒配管に向けて略均等に放出することができる。
また、空冷部(40,340)が、冷媒配管(20,320)に向けて空気(A)を略均等に吹き付ける送風部(42,341)を備えるものでは、空気を冷媒配管の全体に等しく行き渡るようにして、冷媒配管を均等に冷却することができる。
また、冷媒配管(20)に吹き付けられる空気(A)が、冷媒配管に接触する前に自己冷却されるものでは、冷媒配管に接触する空気の温度を下げることができる。
また、送風部(42)が、空気(A)を放出する複数の放気孔(44)が形成された気送管(42)を備えるものでは、気送管の周囲に空気を流すことにより、気送管が冷却されるので、容易に気送管内を流れる空気を自己冷却させることができる。
また、冷媒配管(20)に吹き付けられる空気(A)が、気送管(42)内の空気の流れ方向に沿って温度勾配を有するものでは、例えば、冷媒配管の上流から下流に向けて温度が低くなるように温度勾配をつけることにより、冷媒が流れるに従って徐々に冷却させることができる。
また、気送管(42)が、長さの異なる複数の気送支管(43)を備え、気送支管が長さの短い順に上方又は側方に重ねるように配置されるものでは、簡単な構造により、気送支管と空気との接触面積を流れ方向に沿って調整することができる。
また、気送管(42)が、冷媒配管(20)に吹き付けられる空気(A)の温度勾配を維持する複数の仕切板(46)を備えるものでは、温度勾配が付けられた空気の熱変化が抑えられるので、効率よく冷媒を冷却することができる。
The refrigerant pipe (20, 320) includes a plurality of refrigerant branch pipes (21, 321) extending in the vertical direction or the horizontal direction, and realizes efficient cooling of the refrigerant while matching the installation location. Thus, the extending direction of the refrigerant pipe can be set.
Further, the water cooling part (30, 330) is arranged above the refrigerant pipe (20, 320) through which the refrigerant (R) flows, and the air cooling part (40, 340) is arranged below or on the side of the refrigerant pipe. In the thing, a refrigerant | coolant piping can be efficiently cooled from an up-down direction. Furthermore, since the water cooling part and the air cooling part can be arranged efficiently, the apparatus can be configured compactly. In particular, water can be supplied to the refrigerant pipe by gravity by disposing the water cooling part above the refrigerant pipe.
Further, in the case where the water cooling part (30) includes the water sprinkling part (31) for adhering water (W) substantially uniformly toward the refrigerant pipe (20), the water is equally distributed over the whole refrigerant pipe, The refrigerant piping can be cooled evenly.
Moreover, in the case where the water sprinkling part (31) includes a water distribution pipe (31) formed with a plurality of water spray holes (32) for spraying water (W) toward the refrigerant pipe (20), water is supplied to the refrigerant pipe. Can be released almost uniformly.
Moreover, in the case where the water sprinkling part (31) includes the dropping member (332) for dropping water (W) toward the refrigerant pipe (320), water can be discharged substantially uniformly toward the refrigerant pipe.
In addition, in the case where the air cooling unit (40, 340) includes a blowing unit (42, 341) that blows air (A) substantially uniformly toward the refrigerant pipe (20, 320), the air is equal to the entire refrigerant pipe. The refrigerant pipes can be evenly cooled so as to spread.
Further, when the air (A) blown to the refrigerant pipe (20) is self-cooled before contacting the refrigerant pipe, the temperature of the air contacting the refrigerant pipe can be lowered.
In addition, in the case where the air blowing section (42) includes an air feeding pipe (42) in which a plurality of air vent holes (44) for releasing air (A) is formed, by flowing air around the air feeding pipe, Since the air pipe is cooled, the air flowing in the air pipe can be easily self-cooled.
In addition, when the air (A) blown to the refrigerant pipe (20) has a temperature gradient along the air flow direction in the air pipe (42), for example, the temperature from the upstream to the downstream of the refrigerant pipe By making the temperature gradient so as to be low, it can be gradually cooled as the refrigerant flows.
In addition, the air feeding tube (42) includes a plurality of air feeding branches (43) having different lengths, and the air feeding pipes are arranged so as to be stacked on top or side in the order of short length. According to the structure, the contact area between the air feeding tube and the air can be adjusted along the flow direction.
Further, in the case where the air feeding pipe (42) includes a plurality of partition plates (46) that maintain the temperature gradient of the air (A) blown to the refrigerant pipe (20), the heat change of the air with the temperature gradient added. Therefore, the refrigerant can be efficiently cooled.
第2の発明は、凝縮器と、膨張弁(110)と、蒸発器(120)と、圧縮機(130)と、を有するヒートポンプ(HP,HP2,HP3)において、凝縮器として第1の発明の凝縮器(100,300)を用いるようにした。この発明によれば、熱効率が高く、メンテナンス性に優れ、更にコンパクトな凝縮器が用いられるので、ヒートポンプの効率が向上し、装置コスト及びランニングが抑えられる。 A second invention is a heat pump (HP, HP2, HP3) having a condenser, an expansion valve (110), an evaporator (120), and a compressor (130). The condenser (100, 300) was used. According to the present invention, since a condenser having high thermal efficiency, excellent maintainability, and a compact size is used, the efficiency of the heat pump is improved, and the apparatus cost and running are suppressed.
第3の発明は、熱源との間で熱の授受を行う熱利用装置(C,C2,C3)において、第2の発明のヒートポンプ(HP,HP2,HP3)を用いるようにした。この発明によれば、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置のエネルギー効率を向上させることができる。 In the third invention, the heat pump (HP, HP2, HP3) of the second invention is used in the heat utilization device (C, C2, C3) that transfers heat to and from the heat source. According to the present invention, the energy efficiency of a heat utilization device such as an air conditioner or a refrigeration device having an air conditioning function can be improved.
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第1の発明は、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器において、冷媒が流れる冷媒配管と、冷媒配管に対して水(W)を付着させて冷却する水冷部と、水が付着した冷媒配管に対して空気を吹き付けて冷却する空冷部と、を備えるようにした。
これにより、凝縮器のエネルギー利用効率が向上するとともに、冷却塔を必要としないので、従来の水冷式に比べて装置のコンパクト化を図ることができる。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
1st invention is a condenser which cools and liquefies the refrigerant compressed at high temperature and high pressure, a refrigerant pipe through which the refrigerant flows, a water cooling part for cooling by attaching water (W) to the refrigerant pipe, water And an air cooling section that cools the refrigerant piping to which air is attached by blowing air.
As a result, the energy utilization efficiency of the condenser is improved, and a cooling tower is not required, so that the apparatus can be made more compact than the conventional water-cooled type.
また、冷媒配管が、鉛直方向又は水平方向に延設された複数の冷媒支管を備えるようにしたので、冷媒の効率的な冷却を実現しつつ、設置場所に合わせて冷媒配管の延設方向を設定することができる。
また、冷媒が流れる冷媒配管の上方に水冷部が配置されるとともに、冷媒配管の下方又は側方に空冷部が配置されるようにしたので、冷媒配管の効率的な冷却と、装置のコンパクト化を図ることができる。
また、水冷部が、冷媒配管に向けて水を略均等に付着させる散水部を備えるようにしたので、冷媒配管が均等に冷却されて冷却効率が向上する。
また、散水部が、冷媒配管に向けて水を散布する複数の散水孔が形成された配水管を備えるようにしたので、水が冷媒配管の全体に等しく行き渡って蒸発するため、水の循環装置が不要となり、装置コストの上昇を抑えることができる。また、水を循環させないので、ランニングコストを抑えることができる。
また、散水部が、冷媒配管に向けて水を滴下させる滴下部材を備えるようにしたので、水が冷媒配管の全体に等しく行き渡って蒸発するため、水の循環装置が不要となり、装置コストの上昇を抑えることができる。また、水を循環させないので、ランニングコストを抑えることができる。
また、空冷部が、冷媒配管の周囲に向けて空気を略均等に吹き付ける送風部を備えるようにしたので、冷媒配管が均等に冷却されて冷却効率が向上する。
また、冷媒配管に吹き付けられる空気が、冷媒配管に接触する前に自己冷却されるようにしたので、空気と冷媒との温度差が広がるので、冷媒を更に効率よく冷却することができる。
また、送風部が、空気を放出する複数の放気孔が形成された気送管を備えるようにしたので、簡単な構造により容易に空気を自己冷却させることができるので、装置コストやランニングコストを上昇させずに冷却効率の向上を図ることができる。
また、冷媒配管に吹き付けられる空気が、気送管内の空気の流れ方向に沿って温度勾配を有するようにしたので、温度勾配を設けることにより、より効率よく冷媒を冷却することができる。
また、気送管が、長さの異なる複数の気送支管を備え、気送支管が長さの短い順に上方又は側方に重ねるように配置されるようにしたので、簡単な構造により、気送支管と空気との接触面積を流れ方向に沿って調整できるので、装置コストを上昇させずに冷却効率の向上を図ることができる。
また、気送管が、冷媒配管に吹き付けられる空気の温度勾配を維持する複数の仕切板を備えるようにしたので、更に効率よく冷媒を冷却することができ、ランニングコストを抑えることができる。
更に、ヒートポンプのサイクルを逆転させ、暖房或いは加熱に用いる場合は、散水を停止し、凝縮器100を大気から吸熱するための熱交換機(蒸発器)として用いることができる。
Further, since the refrigerant pipe is provided with a plurality of refrigerant branch pipes extending in the vertical direction or the horizontal direction, the refrigerant pipe is extended in accordance with the installation location while realizing efficient cooling of the refrigerant. Can be set.
In addition, since the water cooling part is arranged above the refrigerant pipe through which the refrigerant flows, and the air cooling part is arranged below or on the side of the refrigerant pipe, the refrigerant pipe is efficiently cooled and the apparatus is made compact. Can be achieved.
Moreover, since the water cooling part is provided with the water sprinkling part which adheres water substantially uniformly toward the refrigerant pipe, the refrigerant pipe is cooled uniformly and the cooling efficiency is improved.
In addition, since the water sprinkling part is provided with a water distribution pipe formed with a plurality of water sprinkling holes for spraying water toward the refrigerant pipe, the water circulates in the entire refrigerant pipe and evaporates. Is unnecessary, and an increase in device cost can be suppressed. Moreover, since water is not circulated, running cost can be suppressed.
In addition, since the water sprinkling part is provided with a dripping member for dripping water toward the refrigerant pipe, the water spreads evenly over the entire refrigerant pipe, thus eliminating the need for a water circulation device and increasing the equipment cost. Can be suppressed. Moreover, since water is not circulated, running cost can be suppressed.
Moreover, since the air cooling part is provided with the ventilation part which blows air substantially uniformly toward the circumference | surroundings of refrigerant | coolant piping, refrigerant | coolant piping is cooled equally and cooling efficiency improves.
Further, since the air blown to the refrigerant pipe is self-cooled before coming into contact with the refrigerant pipe, the temperature difference between the air and the refrigerant is widened, so that the refrigerant can be cooled more efficiently.
In addition, since the air blowing section is provided with an air pipe having a plurality of air holes for releasing air, the air can be easily self-cooled with a simple structure. The cooling efficiency can be improved without increasing.
In addition, since the air blown to the refrigerant pipe has a temperature gradient along the air flow direction in the air pipe, the refrigerant can be cooled more efficiently by providing the temperature gradient.
In addition, since the air feeding pipe includes a plurality of air feeding pipes having different lengths, and the air feeding pipes are arranged so as to overlap each other in the order of short length, the air feeding pipe is arranged in a simple structure. Since the contact area between the feeding pipe and the air can be adjusted along the flow direction, the cooling efficiency can be improved without increasing the device cost.
In addition, since the air feeding pipe is provided with a plurality of partition plates that maintain the temperature gradient of the air blown to the refrigerant pipe, the refrigerant can be cooled more efficiently and the running cost can be suppressed.
Further, when the cycle of the heat pump is reversed and used for heating or heating, the watering can be stopped and the
第2の発明は、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、を有するヒートポンプにおいて、凝縮器として第1の発明の凝縮器を用いるようにした。これにより、熱効率が高く、メンテナンス性に優れ、更にコンパクトな凝縮器が用いられるので、ヒートポンプの効率が向上し、装置コスト及びランニングが抑えられる。また、小規模なヒートポンプに良好に適用することができる。 In the second invention, in the heat pump having the condenser, the expansion valve, the evaporator, and the compressor, the condenser of the first invention is used as the condenser. Thereby, since the heat efficiency is high, the maintainability is excellent, and the compact condenser is used, the efficiency of the heat pump is improved, and the apparatus cost and running are suppressed. Moreover, it can be favorably applied to a small-scale heat pump.
第3の発明は、熱源との間で熱の授受を行う熱利用装置において、第2の発明のヒートポンプを用いるようにした。これにより、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置のエネルギー効率を向上させることができる。特に、小規模な熱利用装置に良好に適用することができる。 In a third aspect of the present invention, the heat pump according to the second aspect of the present invention is used in a heat utilization device that transfers heat to and from a heat source. Thereby, the energy efficiency of heat | fever utilization apparatuses, such as an air conditioning apparatus which has an air-conditioning function, and a freezing apparatus, can be improved. In particular, it can be favorably applied to a small-scale heat utilization apparatus.
以下、本発明の凝縮器、ヒートポンプ、熱利用装置の実施形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る凝縮器100を示す模式断面図である。図2は、図1のP−P断面図、図3は図1のQ−Q断面図である。
凝縮器100は、高温高圧に圧縮された冷媒Rを冷却して液化させるものであって、水平方向に延びた四角柱形の容器10と、容器10の長手方向の端面(側壁10a)から対向する端面(側壁10b)に向けて容器10内を貫くように延設された冷媒配管20と、容器10内の冷媒配管20の上方に配置された水冷部30と、容器10内の冷媒配管20の下方に配置された空冷部40とを備える。
そして、容器10内において、冷媒Rが流れる冷媒配管20に対して、水冷部30から水Wが吹き付けられ、同時に、空冷部40から空気Aが吹き付けられることにより、冷媒配管20内の冷媒Rが冷却される。
Hereinafter, embodiments of a condenser, a heat pump, and a heat utilization device of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a
The
And in the
冷媒配管20は、高温高圧に圧縮された冷媒Rが容器10内を流れるための配管であって、同一形状の複数の冷媒支管21から構成される。すなわち、冷媒配管20は、側壁10aの近傍(上流側)において1本の配管22から同一形状の複数の冷媒支管21に分岐(分流)され、更に側壁10bの近傍(下流側)において1本の配管23に統合(合流)される。なお、冷媒配管20の分岐部と統合部には、冷媒Rを一旦充満させるプレナム部24,25が設けられ、冷媒Rの流れを円滑にしている。
これにより、配管22内を圧送された冷媒Rは、プレナム部24を介して複数の冷媒支管21内に分流する。そして、冷媒支管21内(容器10内)を通過する(図面左手から右手に向かって流れる)際に水冷部30及び空冷部40により冷却・液化され、更にプレナム部25を介して配管23から圧送される。
なお、冷媒Rとしては、例えばフロン、アンモニア、炭化水素、水等のいずれであってもよい。
The
As a result, the refrigerant R fed under pressure in the
The refrigerant R may be any of, for example, chlorofluorocarbon, ammonia, hydrocarbon, and water.
容器10内において冷媒配管20を複数の冷媒支管21により構成するのは、水冷部30及び空冷部40から放出される水W及び空気Aとの接触面積を増やして、冷媒Rの冷却効率の向上を図るためである。
すなわち、図2に示すように、複数の冷媒支管21は、上下左右方向に複数段に重ねられるように配置され、各冷媒支管21の間には隙間が形成される。そして、その隙間に水W及び空気Aを流すことにより、冷媒支管21内を流れる冷媒Rの熱を水W及び空気Aに移動させて、冷媒Rを冷却させるようにしている。
したがって、例えば直径10mm程度の直線形の冷媒支管21を複数配置する場合(図2参照)の他、冷媒支管21をS字形に蛇行させてもよい。また、冷媒支管21の表面に複数のフィンや突起等を設けてもよい。
なお、冷媒支管21の形成材料としては、熱伝導率が高い銅やアルミニウム等の金属を用いることが好ましい。
The
That is, as shown in FIG. 2, the plurality of
Therefore, for example, in addition to the case where a plurality of linear
In addition, as a forming material of the refrigerant |
水冷部30は、複数の冷媒支管21に上方から水Wを吹き付けることにより、冷媒Rを冷却させるものであって、水Wが流れるとともに、その水Wを複数の冷媒支管21に向けて略均等に放出(放水)する複数の散水孔32を有する複数の配水管31から構成される。
そして、複数の配水管(散水部)31は、容器10内における冷媒支管21の上方に、冷媒支管21と平行に配置されると共に、配水管31内に水道等から水Wが圧送されて複数の散水孔32から冷媒支管21に向けて水Wを散布(散水)する。
水冷部30は、水Wを冷媒配管20(複数の冷媒支管21)の全体に等しく行き渡るように放水すればよいので、例えば、複数の配水管31を冷媒支管21と直交する方向に配置したり、複数の配水管31を格子状に配置したりしてもよい。また、配水管31に複数の散水孔32を設ける場合の他、多孔質体により配水管31を形成してもよい。この他、一定の間隔で穴のある平板状の棚を設け、これにより散水してもよい。
なお、容器10の底面10cには、水冷部30から放出された水Wを容器10外に排水する排水口14が形成される。
The
A plurality of water distribution pipes (sprinkling units) 31 are arranged above the
Since the
In addition, a
空冷部40は、冷媒配管20(複数の冷媒支管21)に下方から空気Aを吹き付けて冷却させるものであって、空気Aを圧送するためのファン41と、空気Aを複数の冷媒支管21に略均等に吹き付ける気送管42等から構成される。なお、空冷部40等を収容する容器10は、冷媒配管20に吹き付けられる空気Aの流路として機能するため、空冷部40の構成要素でもある。
容器10は、側壁10aの下方に外気(空気A)を容器10内に取り入れる給気口12と、側壁10bの上方に容器10内の空気Aを外部に放出する排気口13とが形成される。そして、給気口12には、空気Aを圧送するファン41が設置される。
気送管(送風部)42は、給気口12から取り入れられた空気Aが流れる配管であって、容器10内における冷媒支管21の下方に配置されると共に、長さが異なり且つ冷媒支管21と平行する複数の気送支管43から構成される。なお、給気口12と気送管42(複数の気送支管43)との連結部には、空気Aを一旦充満させるプレナム部45が設けられ、空気Aが複数の気送支管43に均一に圧送される。
複数の気送支管43は、図2に示すように、上下方向に三段に重なるように配置される。なお、各段に配置される気送支管43A,43B,43Cの長さは同一に形成される。また、最下段から最上段に向けて気送支管43A,43B,43Cの長さが長くなるように配置され、各気送支管43の間には隙間が形成される。
更に、気送支管43A,43B,43Cは、気送支管43A,43B,43C内を流れる空気Aを下方に放出する複数の放気孔44を備える。すなわち、気送支管43A,43B,43Cの底側に複数の放気孔44が形成される。なお、複数の放気孔44は、気送支管43Aにおいては全体、気送支管43B,43Cにおいてはそれぞれの先端領域にのみ形成される。そして、気送管42の全体としては、複数の放気孔44が平面方向に略均等に配置されるように形成される。
また、容器10内における冷媒配管20の下方、すなわち、複数の気送支管43が形成された空間には、気送支管43の配置方向と直交する方向に所定の間隔を介して配置された複数の仕切板46が設けられる。そして、各仕切板46は、容器10の内壁と気送支管43に接合されるため、複数の気送支管43が形成された空間は、図3に示すように、気送支管43の配置方向と直交する方向に複数の空間(空間S1〜S15)に仕切られる。
なお、気送支管43の形成材料としては、熱伝導率が高い銅等の金属を用いることが好ましい。また、容器10及び仕切板46の形成材料としては、断熱性が高い材料が好ましい。
The
The
The air supply pipe (air blowing section) 42 is a pipe through which the air A taken in from the air supply port 12 flows, and is arranged below the
As shown in FIG. 2, the plurality of air feeding and branching
Further, the
In addition, a plurality of pipes arranged at predetermined intervals in a direction perpendicular to the arrangement direction of the air
In addition, it is preferable to use metals, such as copper with high heat conductivity, as a forming material of the air
続いて、以上のような構成を備えた凝縮器100の作用について、説明する。
まず、例えば、約60℃程度の温度の冷媒Rが冷媒配管20内を圧送される。具体的には、冷媒Rは、配管22内を圧送され、プレナム部24を介して複数の冷媒支管21内に略均等に分流する。そして、冷媒Rは、冷媒支管21内を圧送される際に、冷媒配管20をその熱により加熱する。その一方で、冷媒Rは、後述するように、水冷部30及び空冷部40により冷媒配管20を介して熱を奪われる(冷却される)ため、冷媒Rは徐々に液化されて下流に向けて流れる。
Then, the effect | action of the
First, for example, the refrigerant R having a temperature of about 60 ° C. is pumped through the
そして、水冷部30では、水道等から配水管31内に、例えば25℃程度の水Wが圧送される。そして、配水管31内を圧送された水Wは、配水管31に形成した複数の散水孔32から容器10の内部に散水される。
配水管31から散水された水Wは、重力に従って落下して、配水管31の下方に配置された冷媒配管20(最上段の冷媒支管21)の表面に付着する。冷媒支管21の表面は、冷媒Rにより加熱されているため、付着した水Wが蒸発し、その蒸発潜熱によって冷媒支管21から熱を吸収する。また、蒸発しきれずに残った水Wは、下段の冷媒支管21の表面に流れ落ち、その表面において加熱されて蒸発する。同様にして、最下段の冷媒支管21の表面にも水Wが付着、蒸発して、冷媒支管21から熱を吸収する。
このように、水冷部30から冷媒配管20の表面に、水Wを略均等に散水することにより、冷媒支管21を介して冷媒支管21内を流れる冷媒Rから熱を奪い、冷媒Rを冷却する。
なお、最下段の冷媒支管21の表面において蒸発されずに残った水Wは、気送支管43の表面に付着して蒸発して、気送支管43内を流れる空気Aを冷却する。そして、更に残った水Wは、容器10の底面10cに垂れ流され、容器10の底面10cに設けた排水口14から容器10外に排水される。
In the
The water W sprayed from the
In this way, water W is sprinkled almost evenly from the
The water W remaining without being evaporated on the surface of the lowermost
次に、空冷部40では、容器10に形成した給気口12から外気(例えば25℃程度の空気A)がファン41によってプレナム部45に取り入れられる。そして、複数の気送支管43に略均一に圧送される。そして、各気送支管43内に圧送された空気Aは、各気送支管43の底側に形成された放気孔44から仕切板46により区切られた空間S1〜S15に吹き出される。
そして、空間S1〜S5に放出された空気Aは、気送支管43A,43B,43Cの外周を上方に向けて流れる。空間S6〜S10に放出された空気Aは、気送支管43B,43Cの外周を上方に向けて流れる。空間S11〜S15に放出された空気Aは、気送支管43Cの外周を上方に向けて流れる。なお、気送管42の全体としては、複数の放気孔44が平面方向に略均等に配置されるように形成されているので、空間S1〜S15に放出される空気Aの流量は、略均一である。
空間S1〜S15に流入した空気Aは、それぞれの空間S1〜S15内を流れて気送支管43の外周を通過する際に、気送支管43から熱を奪い、気送支管43内を流れる空気Aを自己冷却する。すなわち、空間S1〜S5に放出された空気Aは、気送支管43A,43B,43Cから熱を奪う。空間S6〜S10に放出された空気Aは、気送支管43B,43Cから熱を奪う。空間S11〜S15に放出された空気Aは、気送支管43Cから熱を奪う。
したがって、気送支管43C,43B,43Aの順に低温になり、下流に向かうに従って空気Aが徐々に低温になる。そして、空間S1〜S15のそれぞれには、下流に向かうに従って低温になった空気Aが流入する。
なお、各空間S1〜S15は、仕切板46によって区分けされているため、それぞれの空間S1〜S15の空気Aが混入せずに、空気Aが下流に向かうに従って低温になった状態、すなわち温度勾配が付けられた状態が維持される。
Next, in the
Then, the air A is discharged into the space S 1 to S 5 flows toward the air
The air A flowing into the space S 1 to S 15, when passing through the outer periphery of the
Accordingly, the temperature becomes lower in the order of the
State Each space S 1 to S 15, because they are divided by a
そして、空間S1〜S15に流入した空気Aは、各空間S1〜S15の上方に位置する冷媒配管20(複数の冷媒支管21)の周辺を下方から上方に向けて流れる。この空気Aが冷媒支管21の周辺を流れる際に、それぞれの冷媒支管21の表面から熱を吸収する。したがって、冷媒支管21、更に冷媒支管21内を流れる冷媒Rが冷却される。
特に、空冷部40から冷媒配管20に向けて送風される空気Aは、冷媒配管20内を流れる冷媒Rの流れの方向に沿って自己冷却されて、温度勾配が付けられているので、冷媒Rを効率よく冷却することができる。すなわち、外気温と同一温度の空気Aにより冷媒Rを冷却する場合に比べて、自己冷却することによって温度勾配が付けられた空気Aの方が、冷媒Rとの温度差を大きくすることができる。そして、温度差が大きい程、冷却効率が向上するため、冷媒Rを効率よく冷却することができる。また、仕切板46を設けたことにより、空気Aの温度勾配が維持されるので、冷媒Rを効率よく冷却することができる。
更に、各冷媒支管21の表面には水冷部30により散水された水Wが付着しているため、各冷媒支管21の周辺に空気Aを流すことによって、この水Wの蒸発を促進させ、更に冷媒支管21及び冷媒Rの冷却効率が向上する。
そして、複数の冷媒支管21から熱を奪った空気Aは、容器10内の上部で合流して、排気口13から容器10外に放出される。
The air A which has flowed into the space S 1 to S 15 flows around from a downward toward the upper side of the
In particular, the air A blown from the
Furthermore, since the water W sprinkled by the
Then, the air A deprived of heat from the plurality of
このようにして、冷媒配管20内を圧送される冷媒Rは、容器10内において、水冷部30及び空冷部40により冷却され、徐々に液化されて下流に向けて流れる。そして、液化された冷媒Rは、各冷媒支管21内を圧送された後に、プレナム部25において合流し、配管23を介して容器10外に圧送される。
In this way, the refrigerant R pumped through the
次に、本発明の凝縮器の第2実施形態について図を参照して説明する。
図4は、本発明の第2実施形態に係る凝縮器300を示す模式断面図である。図5は、図4のV−V断面図である。なお、第1実施形態に係る凝縮器と同一の構成要素等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
凝縮器300は、鉛直方向に延びた略四角柱形の容器310と、容器310内の底部から上部に向けて延設された冷媒配管320と、冷媒配管320の上方に配置された水冷部330と、冷媒配管320の側方に配置された空冷部340とを備える。
Next, a second embodiment of the condenser of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a
The
冷媒配管320は、容器310内において、分岐する複数の平板状の冷媒支管321を備える。各冷媒支管321は、所定の隙間を介して平行に重ねるように配置されている。これにより、配管322内を圧送された冷媒Rは、複数の冷媒支管321内に分流し、冷媒支管321内を通過する(図面下方から上方に向かって流れる)際に、水冷部330及び空冷部340により冷却・液化され、更に配管323から圧送される。
なお、各冷媒支管321の内外面には、表面積を増大させて冷却効率を向上させるために、フィンや突起等を設けてもよい。
The
Note that fins and protrusions may be provided on the inner and outer surfaces of each
水冷部330は、複数の冷媒支管321に対して、上方から水Wを滴下しすることにより、冷媒Rを冷却させるものであって、水Wを貯めるタンク331と、タンク331内の水Wを滴下させる複数の滴下部332から構成される。滴下部332は、タンク331の側面或いは底面に設けられた微小な穴332aとその穴から漏れ出す水Wを下方に伝わらせて滴下させる部材332bから構成される。
そして、部材332bから滴下される水Wは、複数の冷媒支管321の上端に付着し、複数の冷媒支管321を伝わって下方に流れ、容器310の側方に設けられた開口310dから外部に排水されるようになっている。
なお、水冷部330から冷媒支管321に向けて滴下させる水Wの量は、タンク331に貯めた水Wの水頭値、滴下部332の数、穴332aの大きさによって調整可能である。
The
The water W dropped from the
The amount of water W dripped from the
空冷部340は、複数の冷媒支管321に対して、側方から空気Aを吹き付けることにより冷媒Rを冷却させるものであって、空気Aを圧送するためのファン341を備える。また、空冷部340等を収容する容器310は、冷媒配管320に吹き付けられる空気Aの流路として機能するため、空冷部340の構成要素でもある。
容器310の側方には、開口310dが設けられ、対向する側壁310aには、容器310内の空気Aを外部に放出する排気口313が形成される。そして、排気口313には、空気Aを圧送するファン341が設置される。
なお、本実施形態においては、容器310を空冷部340の主要素しているが、第1実施形態のような気送管42を用いてもよい。すなわち、気送管42を冷媒配管320の側方に、鉛直方向に延設するように配置してもよい。
ファン341は、冷媒配管320を通過する空気Aの流れを均一化する点で、図5のように、冷媒配管320の下流側に配置することが望ましい。しかし、配置上の制約等が存在する場合には、ファン341を冷媒配管320の上流側に配置してもよい。
The
An
In the present embodiment, the
The
続いて、以上のような構成を備えた凝縮器300の作用について、説明する。
まず、約60℃程度の温度の冷媒Rは、冷媒配管320内を圧送される。具体的には、冷媒Rは、配管322内を圧送され、複数の冷媒支管321内に略均等に分流して、下流(上方)に向けて流れる。そして、冷媒Rは、冷媒支管321内を圧送される際に、水冷部330及び空冷部340により冷媒配管320を介して熱を奪われる(冷却される)ため、液化される。
Then, the effect | action of the
First, the refrigerant R having a temperature of about 60 ° C. is pumped through the
そして、水冷部330では、タンク331内に貯められた水Wを滴下部332から冷媒支管321に向けて滴下する。滴下部332から滴下された水Wは、重力に従って落下して、冷媒支管321の上端に付着する。各冷媒支管321に付着した水Wは、冷媒支管321の表面を伝わって下方に流れ落ちながら、冷媒支管321から熱を吸収して徐々に蒸発する。
このように、水冷部330から冷媒配管320の表面に、水Wを略均等に滴下することにより、冷媒支管321内を流れる冷媒Rから熱を奪い、冷媒Rを冷却する。
なお、各冷媒支管321の表面において蒸発されずに残った水Wは、容器310の底面310cに垂れ流され、容器310の開口310dから容器310外に排水される。
In the
In this way, by dripping water W almost uniformly onto the surface of the
In addition, the water W remaining without being evaporated on the surface of each
次に、空冷部340では、ファン341によって、容器310の開口310dから空気Aが取り入れられる。容器310内に取り入れられた空気Aは、排気口313に向けて流れる。そして、この空気Aが各冷媒支管321の周辺を流れる際に、それぞれの冷媒支管321の表面から熱を吸収し、これにより冷媒支管321内を流れる冷媒Rが冷却される。
Next, in the
このようにして、冷媒配管320内を圧送される冷媒Rは、容器310内において、水冷部330及び空冷部340により冷却され、徐々に液化されて下流に向けて流れる。そして、液化された冷媒Rは、各冷媒支管321内を圧送された後に、配管323を介して容器310外に圧送される。
In this way, the refrigerant R that is pumped through the
以上説明したように、水冷部30,330は、従来の水冷式凝縮器のように冷媒Rを冷却する水Wを循環させる必要がないので、水Wに藻等が発生せず、このためメンテナンス性に優れたものとなる。更に、冷却塔等の設備が不要であるため、配水管31のような簡易な設備のみでよく、設備がコンパクト化されるとともに、設備コストを抑えられる。
また、水冷部30,330から冷媒配管20,320に向けて吹き付け、又は滴下させる水Wの量は、複数の冷媒支管21,321の表面に略均等に付着させて蒸発させる必要があるので、大量である必要はない。すなわち、冷媒支管21,321の表面に大量に水Wが付着すると、水膜による熱抵抗が増大するので、却って付着した水Wが蒸発しづらくなり、冷却効率を低下させてしまう。そのため、水Wの供給量は、全ての水Wが冷媒支管21,321の表面で蒸発しきってしまう程度であればよい。言い換えれば排水口14,開口310dから排水される水Wが殆どない程度であってもよい。したがって、水Wの供給量が少ないため、ランニングコストを抑えることができる。
As described above, the
In addition, the amount of water W sprayed or dripped from the water-cooling
更に、空冷部40,340から冷媒支管21,321の周辺に流した空気Aによって、冷媒支管21,321の表面に付着した水Wの蒸発を促進させることができるので、更に冷媒Rの冷却効率を向上させることができる。
特に、空冷部40,340は、従来の空冷式凝縮器とは異なり、自己冷却された空気Aを冷媒配管20,320に吹き付けているために、冷却効率を向上させることができる。
また、空冷部40,340は、簡易な構造であるので、設備の大型化、設備コストの上昇を容易に抑えることができる。
これにより、冷媒Rの温度を空気Aの露点近くまで冷却することが可能となる。
Further, since the air A flowing from the
In particular, unlike the conventional air-cooled condenser, the air-cooling
In addition, since the
As a result, the temperature of the refrigerant R can be cooled to near the dew point of the air A.
次に、凝縮器100を用いたヒートポンプ、冷却装置について説明する。
図6はヒートポンプHP及び冷却装置Cを示す概念図、図7はヒートポンプHP2,HP3及び冷却装置C2,C3を示す概念図である。
図6に示すように、ヒートポンプHPは、凝縮器100と膨張弁110と蒸発器120と圧縮機130と、これらを接続する配管140とから構成され、凝縮、膨張、蒸発及び圧縮の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える。
そして、ヒートポンプHPに上述した凝縮器100が用いられるので、凝縮工程を成績係数COPが高く、かつスペース効率、低価格、メンテナンス性に優れるものにすることができる。したがって、小規模でかつ効率の高いヒートポンプHPを構成することができる。
大規模なヒートポンプHPを構成する場合には、例えば、凝縮器100を直列或いは並列に連結することにより、大量の冷媒Rを効率よく冷却することができる。特に、凝縮器100はスペース効率が高いので、凝縮器100を積み重ねて配置することにより、高能力かつ省スペースの凝縮器を実現することができる。このため、ビルの屋上等の限られたスペースに好適に設置することができる。
Next, a heat pump and a cooling device using the
6 is a conceptual diagram showing the heat pump HP and the cooling device C, and FIG. 7 is a conceptual diagram showing the heat pumps HP2 and HP3 and the cooling devices C2 and C3.
As shown in FIG. 6, the heat pump HP is composed of a
And since the
When configuring a large-scale heat pump HP, for example, a large amount of the refrigerant R can be efficiently cooled by connecting the
また、図7(a)に示すヒートポンプHP2に示すように、凝縮器100により冷却する冷媒Rにより、ヒートポンプHP2を循環する冷媒R2を間接的に冷却する熱交換器200を設けてもよい。
更に、図7(b)に示すヒートポンプHP3に示すように、ヒートポンプHP3を循環する冷媒Rとして水を用いる場合には、凝縮器100を、凝縮器210において凝縮、液化した水を冷却させる冷却器として使用してもよい。
Further, as shown in the heat pump HP2 shown in FIG. 7A, a
Further, as shown in the heat pump HP3 shown in FIG. 7B, when water is used as the refrigerant R circulating through the heat pump HP3, the
そして、図6,図7に示すように、これらヒートポンプHP,HP2,HP3を冷却装置C,C2,C3として適用することにより、蒸発器120において、冷媒Rが蒸発する際にその蒸発潜熱によって周囲から熱を吸収して、室内等の空気を効率よく、かつランニングコストを抑えつつ、冷却することができる。また、毛細管現象を利用した配水装置を併用してもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, by applying these heat pumps HP, HP2, and HP3 as cooling devices C, C2, and C3, when the refrigerant R evaporates in the
なお、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 In addition, although preferred embodiment which concerns on this invention was described referring drawings, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the example which concerns. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、水冷部30,330としては、冷媒配管20,320の全体に水Wを等しく行き渡るように吹き付ければよい。したがって、配水管31に替えて、スプリンクラー等を設けてもよい。
For example, the
また、空冷部40,340としては、冷媒配管20,320の全体に空気Aを等しく行き渡るように吹き付ければよい。したがって、例えば、冷媒配管20,320の上方や下方、又は側方に複数のファン等を設けてもよい。また、空気Aを自己冷却する場合に限らない。
Moreover, what is necessary is just to spray the air A over the whole refrigerant | coolant piping 20 and 320 as the
また、冷媒配管20に吹き付ける空気Aに温度勾配を設ける場合には、限らない。したがって、多段に構成された複数の気送支管43に替えて、均等に穴の空いた気送管を配置する場合であってもよい。
Further, the present invention is not limited to the case where a temperature gradient is provided in the air A blown to the
また、仕切板46は、容器10内における気送管42の配置領域のみに設けたが、冷媒配管20の配置領域まで仕切りようにしても構わない。
Further, although the
冷媒配管20は、水平方向に延設される場合に限らず、鉛直方向に延設されてもよい。また、冷媒配管320は、鉛直方向に延設される場合に限らず、水平方向に延設されてもよい。
The
また、凝縮器100,300としては、大量の冷媒Rを冷却するために、冷媒支管21,321を複数設けたが、最小限の構成としては、冷媒配管が1本のみであってもよい。また、配水管31及び気送支管43もそれぞれ1本のみであってもよい。
The
R…冷媒
A…空気
W…水
20,320…冷媒配管
30,330…水冷部
31…配水管(散水部)
32…散水孔
40,340…空冷部
42…気送管(送風部)
43(43A,43B,43C)…気送支管
44…放気孔
46…仕切板
100…凝縮器
110…膨張弁
120…蒸発器
130…圧縮機
200…凝縮器
331…タンク(散水部)
332…滴下部(滴下部材)
341…ファン(送風部)
HP,HP2,HP3…ヒートポンプ
C,C2,C3…冷却装置
R ... Refrigerant A ... Air W ...
32 ... Sprinkling holes 40, 340 ...
43 (43A, 43B, 43C) ...
332 ... Dropping part (dropping member)
341 ... Fan (blower)
HP, HP2, HP3 ... Heat pump C, C2, C3 ... Cooling device
Claims (14)
前記冷媒が流れる冷媒配管と、
前記冷媒配管に対して水を付着させて冷却する水冷部と、
水が付着した前記冷媒配管に対して空気を吹き付けて冷却する空冷部と、
を備えることを特徴とする凝縮器。 In the condenser that cools and liquefies the refrigerant compressed to high temperature and pressure,
Refrigerant piping through which the refrigerant flows;
A water-cooling unit that cools the coolant pipe by attaching water thereto;
An air-cooling unit that blows air to cool the refrigerant pipe to which water is attached; and
A condenser comprising:
前記凝縮器として、請求項1から請求項12のうちいずれか一項に記載の凝縮器を用いることを特徴とするヒートポンプ。 In a heat pump having a condenser, an expansion valve, an evaporator, and a compressor,
The heat pump using the condenser as described in any one of Claims 1-12 as the said condenser.
請求項13に記載のヒートポンプを用いることを特徴とする熱利用装置。 In a heat utilization device that exchanges heat with a heat source,
A heat utilization apparatus using the heat pump according to claim 13.
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