JP2015218931A - 熱交換器の補助冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却塔と冷却水の共有を図ることにより、冷却水を効率よく利用することができる熱交換器の補助冷却装置を提供する。【解決手段】空冷式の熱交換器１０の熱交換部に設置される補助冷却部材１１と、補助冷却部材１１に冷却塔２０から送られる冷却水の一部を散水する散水部と、補助冷却部材１１に散水された冷却水を回収する水回収部と、水回収部により回収した冷却水を冷却塔２０の水槽２７に送る水回収配管１５と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の補助冷却装置に係り、特に、冷却塔と冷却水の共有を図ることにより、冷却水を効率よく利用することを可能とした熱交換器の補助冷却装置に関するものである。

従来から、中小型の直膨式冷凍空調機器などにおいては、空冷式の熱交換器が多く用いられている。そして、近年、このような熱交換器において、マット状の補助冷却部材を設置し、この補助冷却部材に冷却水を流下させることにより、熱交換器に入る外気を予冷し、外気との熱交換効率を高めることが行われている。

このような技術としては、従来から、例えば、凝縮器２の放熱フィンの近傍にクーリングマット２１を放熱フィンから一定距離離して設置させ、クーリングマット２１に冷却水を流下させて凝縮器２の吸込空気を冷却させ、クーリングマット２１の上部に散水樋２２を設け、下部には排水樋２３を設けるとともに、散水樋２２と排水樋２３には散水樋２２に冷却水を循環させるためのポンプ２６を配置するようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−００３８０６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明においては、クーリングマットを用いることにより、熱交換器の熱交換効率を高めることが可能であるが、熱交換器に設置される補助冷却装置に、冷却水の循環システムが必要であるため、ポンプや水道配管などの設置が必要であるという問題を有している。また、例えば、散水する冷却水の水処理などを行う場合にも、水処理装置を各補助冷却装置に設置する必要があり、設備コストが高くなってしまうという問題を有している。

本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、冷却塔と冷却水の共有を図ることにより、冷却水を効率よく利用することができる熱交換器の補助冷却装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明に係る熱交換器の補助冷却装置は、空冷式の熱交換器の熱交換部に設置される補助冷却部材と、前記補助冷却部材に冷却水を散水する散水部と、前記補助冷却部材に散水された冷却水を回収する水回収部と、前記水回収部により回収した冷却水を冷却塔の水槽に送る水回収配管と、を備えていることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記散水部には、前記冷却塔から送られる冷却水の一部が送られることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記散水部には、前記冷却塔に戻る冷却水の一部が送られることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記散水部には、補給水配管を介して冷却水が送られることを特徴とする。

本発明は、前記構成において、前記水回収部における水面位置は、前記冷却塔の下部水槽の水面位置より高くなるように設置されていることを特徴とする。

本発明によれば、空冷式の熱交換器の熱交換部に設置される補助冷却部材と、補助冷却部材に冷却水を散水する散水部と、補助冷却部材に散水された冷却水を回収する水回収部と、前記水回収部により回収した冷却水を冷却塔の水槽に送る水回収配管と、を備え、補助冷却部材に、冷却塔を循環する冷却水の一部または補給水を流下するとともに、補助冷却部材から回収した冷却水を再び冷却塔に戻すようにしているので、補助冷却部材を冷却する冷却水を再循環させたり、回収することができ、冷却水を効率よく利用することができる。

本発明に係る熱交換器の補助冷却装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る熱交換器の補助冷却装置の第２実施形態を示す概略構成図である。 本発明に係る熱交換器の補助冷却装置の第３実施形態を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る補助冷却装置を適用した熱交換器の第１実施形態を示したものであり、本実施形態においては、例えば、空冷式の冷凍機や空気調和機などに用いられる空冷式の室外機１０を備えている。この室外機１０は、所定の冷媒が循環する冷媒配管を備えた熱交換部（図示せず）を有しており、室外機１０には、熱交換部に外部からの空気を導入するための図示しない冷却ファンが設けられている。また、図示は省略しているが、各室外機１０は冷媒配管で室内機と接続されている。そして、室外機１０としては、ショーケース用別置き型冷凍機、パッケージエアコン、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）などの室外機を用いるようにしてもよい。
なお、本実施形態においては、室外機１０が３つ配置されている場合の例を示している。

室外機１０の熱交換部１６の前側（風上風路）には、補助冷却装置を構成するマット状の補助冷却部材１１が設置されている。この補助冷却部材１１の素材としては、例えば、空気通過時の抵抗が少なく、かつ、流下する冷却水との熱交換が円滑で、耐久性があるものが好ましく、このように空気を通し易い補助冷却部材１１として、例えば、不織布状の繊維体が好ましい。また、この補助冷却部材１１の上方には、補助冷却部材１１に冷却水を流下する散水部（図示せず）が設けられており、補助冷却部材１１の下方には、補助冷却部材１１に流下された冷却水を回収する水回収部（図示せず）が設けられている。そして、散水部から補助冷却部材１１に冷却水を流下させることにより、冷却水が補助冷却部材１１に浸透することから、補助冷却部材１１を通る外部空気を、気化熱により冷却させて熱交換部に送るように構成されている。補助冷却部材１１から落下する冷却水は、水回収部により回収されるようになっている。

一方、本実施形態においては、室外機１０の近傍に冷却塔２０が設置されている。この冷却塔２０は、冷却水を循環させる冷凍サイクル回路を構成するものであり、この冷凍サイクル回路は、冷却塔２０、冷却水ポンプ２１および冷却水熱交換器２２を、順次、冷却水用配管２３で接続して構成されている。また、冷却水熱交換器２２は、例えば、大型冷凍機を構成する冷凍サイクル回路の熱交換器として用いられるものであり、この冷却水熱交換器２２において、冷却塔２０から送られる冷却水と冷凍機３０の冷凍サイクル回路を循環する冷媒と熱交換するように構成されている。そして、冷却水熱交換器２２を冷凍機３０に用いる場合には、冷凍用圧縮機３１、冷却水熱交換器２２、冷凍用膨張弁３２および冷凍用蒸発器３３を、順次、冷凍用冷媒配管３４で接続して構成するようになっている。なお、本実施形態においては、冷凍機３０として、水冷式冷凍機を用いた場合の例を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、電動式として、ターボ冷凍機やスクリュー冷凍機、非電動式として吸収冷凍機などを用いるようにしてもよい。

また、冷却塔２０は、室外に設置され内部に熱交換回路（図示せず）が設置されるものであり、冷却塔２０の上部には、冷却塔２０の内部に外気を導入する冷却塔ファン２４が設けられている。また、冷却塔２０には、薬注など所定の水処理を行う水処理装置２５が設置されており、冷却塔２０の下部には、補給水配管２６から供給される冷却水を貯留する水槽２７が設置されている。そして、大型の冷凍機３０の冷却水熱交換器２２からの冷却水戻り水を冷却塔２０の上部から散布し、冷却塔ファン２４によって導入した外気との間で熱交換することにより冷却するものである。このようにして冷却された冷却水は、冷却水ポンプ２１により冷却水熱交換器２２に送られ、冷却水熱交換器２２により冷凍機３０の冷凍用冷媒配管３４を流れる冷媒と熱交換を行うものである。

また、本実施形態においては、冷却塔２０の出口側に接続される冷却水用配管２３の中途部には、補助冷却用配管１２が接続されており、この補助冷却用配管１２の他端部は、補助冷却部材１１の設置位置に応じて分岐され、補助冷却部材１１の散水部に接続されるように構成されている。補助冷却用配管１２には、開閉弁１３が接続されており、補助冷却用配管１２の補助冷却部材１１の近傍には、それぞれ流量調整弁１４が接続されている。また、水回収部には、水回収配管１５が接続されており、この水回収配管１５により回収された冷却水は、冷却塔２０の水槽２７に送られるように構成されている。なお、図１に示す冷却水熱交換器２２と冷却塔２０は開放式である。

この場合に、本実施形態においては、水回収部における水面位置と、冷却塔２０の水槽２７の水面位置と比較した場合、水回収部における水面位置が高くなるように設置されている。このように設置することにより、ポンプなどを用いることなく、水回収部の冷却水を冷却塔２０に送ることが可能となる。そして、補助冷却用配管１２、開閉弁１３、流量調整弁１４、散水部、補助冷却部材１１、水回収部および水回収配管１５により、本発明の補助冷却装置を構成するようになっている。なお、開閉弁１３は、冷却塔２０の冷凍サイクル回路および補助冷却装置が設けられた室外機１０の空気調和機がそれぞれ駆動している場合にのみ、開とされるものである。

次に、本実施形態における補助冷却装置の動作について説明する。
まず、冷却水ポンプ２１を動作させることにより、冷却塔２０で冷却された冷却水が、冷却水用配管２３を介して冷却水熱交換器２２に送られ、冷却水熱交換器２２において冷凍用圧縮機３１から送られた冷媒と熱交換する。この冷媒は、冷凍用膨張弁３２を介して冷凍用蒸発器３３に送られ、空調用冷水を冷却するようになっている。そして、冷却水熱交換器２２で熱交換した後の冷却水は、冷却塔２０に戻される。

一方、開閉弁１３を開にすることにより、冷却塔２０から送られる冷却水の一部は、補助冷却用配管１２に送られ、流量調整弁１４により流量を調整されながら、散水部に送られて補助冷却部材１１に流下される。そして、散水部から補助冷却部材１１に流下された冷却水が補助冷却部材１１に浸透することにより、補助冷却部材１１を通る外部空気を、気化熱により冷却させて熱交換部に送るようになっている。この場合に、本実施形態においては、補助冷却用配管１２には、冷却塔２０で冷却された冷却水が送られるようになっているので、冷却された冷却水を補助冷却部材１１に流下させることができ、効率よく熱交換部１６の冷却を行うことができるものである。その後、補助冷却部材１１から落下する冷却水は、水回収部により回収され、水回収配管１５を介して冷却塔２０の水槽２７に送られるようになっている。

なお、冷却塔２０における冷却水の冷凍サイクル回路においては、冷却水ポンプ２１の揚程に余裕を持たせて、絞り弁などの抵抗により流量の調整を行うのが一般的であり、この絞り抵抗を緩めることで、消費電力を増加させることなく、補助冷却装置に冷却水を供給することが可能となる。

以上述べたように、本実施形態においては、冷却塔２０から送られる冷却水の一部を補助冷却用配管１２を介して補助冷却部材１１に送り、補助冷却部材１１から回収した冷却水を再び冷却塔２０に戻すようにしているので、補助冷却部材１１を冷却する冷却水を再循環させることができ、冷却塔と冷却水の共有を図ることにより、冷却水を効率よく利用することができる。また、冷却水を水道配管などから直接確保する場合に比べて、水道コストを著しく低減させることができる。しかも、本実施形態においては、冷却塔２０の水槽２７の水面位置より、水回収部における水面位置が高くなるように設置されているので、ポンプなどを用いることなく、水回収部の冷却水を冷却塔２０に送ることができる。

また、水道配管から直接冷却水を散水する場合には、水道水の無駄を極力なくすことが求められるが、本実施形態においては、冷却水を再循環させるものであるため、冷却水の散水量を十分に確保することができ、補助冷却部材１１の全面にわたって冷却水を行き渡らせることができ、熱交換部における冷却効果を十分に確保することができる。また、冷却水を再循環させるものであるため、常に冷却水を散水することができるので、補助冷却部材１１に散水された冷却水を完全に蒸発させた場合に生じる水垢などが付着することによる目詰まりなどによる風路抵抗の増加を低減することができ、補助冷却部材１１のメンテナンス頻度を低減させることができる。さらに、冷却塔２０の水処理装置２５により水処理された冷却水を補助冷却部材１１に散水することができるので、補助冷却装置自体に水処理装置２５を設置する必要がなく、設備コストを低減させることができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
本実施形態においては、補助冷却用配管１２を冷却水用配管２３の冷却塔２０の入口側に接続するように構成したものである。なお、図２に示す冷却水熱交換器２２と冷却塔２０は開放式である。また、その他の構成は、前記図１に示す第１実施形態と同様であるため、同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、冷却水ポンプ２１を動作させることにより、冷却塔２０で冷却された冷却水が、冷却水用配管２３を介して冷却水熱交換器２２に送られ、冷却水熱交換器２２において冷凍用圧縮機３１から送られた冷媒と熱交換する。そして、冷却水熱交換器２２で熱交換した後の冷却水は、冷却塔２０に戻される。

一方、開閉弁１３を開にすることにより、冷却塔２０に戻される冷却水の一部は、補助冷却用配管１２に送られ、流量調整弁１４により流量を調整されながら、散水部に送られて補助冷却部材１１に流下される。そして、散水部から補助冷却部材１１に流下された冷却水が補助冷却部材１１に浸透することにより、補助冷却部材１１を通る外部空気を、気化熱により冷却させて熱交換部１６に送るようになっている。

この場合に、本実施形態においては、冷却水熱交換器２２により熱交換された後の温められた冷却水が補助冷却部材１１に流下されることになるので、補助冷却部材１１の冷却水が気化する際に冷却水も冷却されることになり、
補助冷却部材１１を通る外部空気を気化熱により冷却させる機能の他、補助冷却装置が冷却塔２０としても機能するようになっている。その後、補助冷却部材１１により冷却され、補助冷却部材１１から落下した冷却水は、水回収部により回収され、水回収配管１５を介して冷却塔２０の水槽２７に送られる。なお、本実施形態においては、夏期など外気温が高い場合に、空気調和機の高圧カットを防止することを主目的とした場合に適している。

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、冷却塔２０に戻る冷却水の一部を補助冷却用配管１２を介して補助冷却部材１１に送り、補助冷却部材１１から回収した冷却水を再び冷却塔２０に戻すようにしているので、補助冷却部材１１を冷却する冷却水を再循環させることができ、冷却塔と冷却水の共有を図ることにより、冷却水を効率よく利用することができ、水道コストを著しく低減させることができる。しかも、本実施形態においては、冷却塔２０の水槽２７の水面位置より、水回収部における水面位置が高くなるように設置されているので、ポンプなどを用いることなく、水回収部の冷却水を冷却塔２０に送ることができる。

また、水道配管から直接冷却水を散水する場合には、水道水の無駄を極力なくすことが求められるが、本実施形態においては、冷却水を再循環させるものであるため、冷却水の散水量を十分に確保することができ、補助冷却部材１１の全面にわたって冷却水を行き渡らせることができ、熱交換部１６における冷却効果を十分に確保することができる。また、冷却水を再循環させるものであるため、常に冷却水を散水することができるので、補助冷却部材１１に散水された冷却水を完全に蒸発させた場合に生じる水垢などが付着することを低減することができ、補助冷却部材１１のメンテナンス頻度を低減させることができる。さらに、冷却塔２０の水処理装置２５により水処理された冷却水を補助冷却部材１１に散水することができるので、補助冷却装置自体に水処理装置を設置する必要がなく、設備コストを低減させることができる。

次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照して説明する。
本実施形態においては、補助冷却用配管１２に補給水配管４０から直接冷却水を供給するようにしたものである。なお、図３に示す冷却水熱交換器２２と冷却塔２０は開放式または密閉式のいずれでもよい。また、その他の構成は、前記図１に示す第１実施形態と同様であるため、同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態においては、冷却水ポンプ２１を動作させることにより、冷却塔２０で冷却された冷却水が、冷却水用配管２３を介して冷却水熱交換器２２に送られ、冷却水熱交換器２２において冷凍用圧縮機３１から送られた冷媒と熱交換する。そして、冷却水熱交換器２２で熱交換した後の冷却水は、冷却塔２０に戻される。

一方、開閉弁１３を開にすることにより、補給水配管４０から補助冷却用配管１２に冷却水が送られ、流量調整弁１４により流量を調整されながら、散水部に送られて補助冷却部材１１に流下される。そして、散水部から補助冷却部材１１に流下された冷却水が補助冷却部材１１に浸透することにより、補助冷却部材１１を通る外部空気を、気化熱により冷却させて熱交換部１６に送るようになっている。そして、補助冷却部材１１から落下した冷却水は、水回収部により回収され、水回収配管１５を介して冷却塔２０の水槽２７に送られる。

この場合に、本実施形態においては、補給水配管４０から補助冷却用配管１２に直接冷却水が送られるものであるため、冷却水が再循環する構成ではないが、水回収配管１５を介して冷却塔２０に戻される冷却水を冷却塔２０の補給水として活用することができ、冷却塔２０の補給水配管２６による冷却水の補給量が少なくてすむ。また、補給水配管４０から送られる冷却水の温度が低い場合には、補助冷却部材１１における冷却効率は極めて高くなり、空気調和機における省エネルギ効果を高めることができるものである。

以上述べたように、本実施形態においては、補給水配管４０から送られる冷却水を補助冷却部材１１に送り、補助冷却部材１１から回収した冷却水を冷却塔２０に戻すようにしているので、回収した冷却水を冷却塔２０の補給水として利用することができ、補助冷却装置および冷却塔２０全体として冷却水の有効活用を図ることができる。しかも、本実施形態においても、冷却塔２０の水槽２７の水面位置より、水回収部における水面位置が高くなるように設置されているので、ポンプなどを用いることなく、水回収部の冷却水を冷却塔２０に送ることができる。また、本実施形態においては、補給水配管４０から直接冷却水を送るものであるが、冷却水の散水量を十分に確保して補助冷却部材１１の全面にわたって冷却水を行き渡らせた場合でも、補助冷却部材１１から回収した冷却水を冷却塔２０で利用することができる。

なお、前記各実施形態においては、冷却塔２０により冷却水を循環させる冷凍サイクル回路の冷却水熱交換器２２を大型冷凍機３０を構成する冷凍サイクル回路の熱交換器として用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、大型の水冷式空気調和装置など、冷却水熱交換器２２を用いる装置であれば、いずれの装置に適用するようにしてもよい。

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。

１０ 室外機
１１ 補助冷却部材
１２ 補助冷却用配管
１３ 開閉弁
１４ 流量調整弁
１５ 水回収配管
１６ 熱交換部
２０ 冷却塔
２１ 冷却水ポンプ
２２ 冷却水熱交換器
２３ 冷却水用配管
２４ 冷却塔ファン
２５ 水処理装置
２６，４０ 補給水配管
２７ 水槽
３０ 冷凍機
３１ 冷凍用圧縮機
３２ 冷凍用膨張弁
３３ 冷凍用蒸発器
３４ 冷凍用冷媒配管

Claims (5)

1. 空冷式の熱交換器の熱交換部に設置される補助冷却部材と、前記補助冷却部材に冷却水を散水する散水部と、前記補助冷却部材に散水された冷却水を回収する水回収部と、前記水回収部により回収した冷却水を冷却塔の水槽に送る水回収配管と、を備えていることを特徴とする熱交換器の補助冷却装置。
2. 前記散水部には、前記冷却塔から送られる冷却水の一部が送られることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の補助冷却装置。
3. 前記散水部には、前記冷却塔に戻る冷却水の一部が送られることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の補助冷却装置。
4. 前記散水部には、補給水配管を介して冷却水が送られることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の補助冷却装置。
5. 前記水回収部における水面位置は、前記冷却塔の下部水槽の水面位置より高くなるように設置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器の補助冷却装置。

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