JP4446859B2

JP4446859B2 - 凝縮器の補助冷却装置

Info

Publication number: JP4446859B2
Application number: JP2004316918A
Authority: JP
Inventors: 俊一長島; 洋臣谷田貝
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: CN100501276C; JP2006125775A; CN1769818A

Description

本発明は、空調・冷凍・冷蔵装置等に用いる被冷却手段である凝縮器などにおいて、気温が高いとき等に凝縮器の冷却用の吸い込み空気を冷却させる凝縮器の補助冷却装置に関する。

空調・冷凍・冷蔵装置等の冷凍サイクルに用いられる凝縮器は、熱交換方式により水冷式と空冷式がある。水冷式は熱交換効率が高く、夏場の高温時にも安定した庫内・室内温度が保てるが、装置構造が複雑となり高価であった。また、空冷式は装置構造が簡便なため安価であるが、夏場の高温時等に庫内・室内の冷却効率が落ちるという欠点があった。この欠点を補う空冷式凝縮器の補助冷却装置としては、放熱フィンに直接水を散布し冷却効率を向上させる補助冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この公知の技術は、補助冷却装置が、空調室外機の凝縮器の放熱フィンに、細かい粒状または霧状の水をほぼ均一に散布するスプレーノズル部と、このノズル部を作動・停止させる制御部とを備え、例えば、圧縮機が運転されている時に外気温度が３５℃前後の高温になった際に、昇温した放熱フィンに対し、各スプレーノズル部から余分にドレン水が出ないように水量を調整して水を散布し、この散布した水の蒸発潜熱によって冷媒管に設けられた放熱フィンを冷却するようになっている。なお、スプレーノズル部は、保護枠に支持されると共に給水配管８によって冷却水が供給される。

しかしながら、上記従来の放熱フィンへの直接散水方式の補助冷却装置は、夏場などの高温時に、凝縮器の放熱フィンにノズルにより直接水道水等を散水して冷却効率を向上させ、他の時期は、従来の空冷装置として運転するものであり、運転を長期にわたって続ける間に放熱フィン表面に水垢・スケール等が付着するため、空冷運転時の熱交換効率の低下や放熱フィンの腐食などが発生する等の不具合があった。

このような問題を解決するため、本出願の出願人は、図４に示すように、垂直に設置される凝縮器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同じく垂直に設置させ、このクーリングマット２１の上部に、図６および図７に示すような散水樋２２を、同じく下部に排水樋２３および貯水槽２５を各設けるとともに、散水樋２２と貯水槽２５との間に冷却水を循環させるポンプ２６と配管２４を設け、クーリングマット２１の上部から冷却水を流下させてクーリングマットに冷却水を保持させ、このクーリングマットを経由して凝縮器の吸い込み空気を冷却するようにした凝縮器の補助冷却装置２０を提案している（例えば、特許文献２参照）。なお、図６および図７において、３は冷却ファンを、２５は貯水槽を、２７は支持部を、３０は給水装置を、３１は給水管を、３２は電磁弁をそれぞれ示している。

上記引用文献２に示される凝縮器の補助冷却装置２０は、被冷却手段である凝縮器２の冷却能力を向上させることができ、間接冷却であることから、放熱フィンの冷却水による腐食やスケールの付着を少なくすることができるという優れた効果を奏し、従来の凝縮器に付加することができ、既設ユニットに取り付けが可能であり、また、着脱・洗浄の簡単であるという効果を奏することができる。さらに、クーリングマットは、廃材を使用することができるので、資源の有効利用にもなるという優れた効果を奏することができる。

しかしながら、上記凝縮器２の補助冷却装置２０は、散水樋２２の下面において、クーリングマット２１の幅方向及び厚み方向の全域にわたって多数の流下孔が間隔を置いて設けられているものであったため、クーリングマット２１の上端に前記流下孔に対応して供給される冷却水がクーリングマット２１の幅方向及び厚み方向の全域にわたってすだれ状に流下するものであった。そのため、クーリングマット２１の冷却空気流出側においても冷却空気流入側と同程度に多量の冷却水が保持されることとなって凝縮器２の放熱フィンに対して冷却水の水滴が飛散付着するという不具合が生ずるものであった。

したがって、本発明は、上記特許文献２に開示される従来技術における上記不具合を解消することを発明が解決しようとする課題とするものであり、夏場などの高温時には冷却水を用いる補助冷却装置として被冷却手段である空冷式凝縮器の放熱フィンの冷却効率を向上させ、他の時期は従来通りの冷却水を用いない単なる空冷装置として運転するもので、放熱フィン表面に水垢・スケール等が付着せず、空冷運転時の熱交換効率の低下や放熱フィンの腐食などが発生しないばかりでなく、クーリングマットの使用効率を高めた冷却空気の補助冷却装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、冷却効果の向上により省エネルギー効果を得ることをも目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による空調・冷凍・冷蔵装置等に用いる冷却空気の補助冷却装置は下記の手段を採用した。すなわち、本発明は、室外で垂直に設置される凝縮器の放熱フィンの風上側にクーリングマットを一定距離だけに離間して垂直に設置させ、上記クーリングマットの上部に散水する散水手段を設けるとともに、上記クーリングマットの下部に排水手段を設け、上記散水手段から上記クーリングマットの上部に散水された冷却水を上記クーリングマット内で自然流下させつつその中に上記凝縮器の吸込空気を通して該吸込空気を冷却させ、この冷却された吸込空気で上記凝縮器の熱交換を行うようにした凝縮器の補助冷却装置であることをもって発明の前提とした上で、上記散水手段は、上記クーリングマットの上部に底部が開いている散水樋で構成されており、該散水樋の内部空間に、該散水樋の冷却空気流入側の壁面に向かって水平方向に開口している多数の冷却水流出穴を有する給水パイプを配置し、上記冷却水流出穴から放出される冷却水が上記冷却空気流入側の壁面に当り分散して、上記クーリングマットの上端に注がれ、該クーリングマットの冷却空気流入側に偏って流下されるようにしたことをもって発明の第１の特徴とするものである。

さらに、上記第１の特徴に加えて、上記凝縮器の補助冷却装置において、上記クーリングマット表面に、保水を目的とする金属酸化物を塗布したことをもって発明の第２の特徴とするものである。

本発明は、上記した第１の特徴とする構成に基づいて、被冷却手段である凝縮器の冷却空気の補助冷却装置として、給水パイプ４０が、クーリングマットを通過する冷却空気の流入側になる内側壁面に近づけて設けられているので、冷却水は、クーリングマットの冷却空気流入側に偏って流下し、クーリングマットを通過する冷却空気は、気化熱によって効率よく冷却されるのに加えて、クーリングマットの冷却空気吸引側に多量の冷却水が保持されることがなくなり、そのため凝縮器に冷却水の水滴が飛散することを防ぐことができる。また、間接冷却であることから、放熱フィンの冷却水による腐食やスケールの付着の心配がない。また、上記冷却空気の補助冷却装置は、従来の凝縮器に付加することができるから、既設ユニットに取付が可能であり、また、着脱・洗浄も簡単である。また、クーリングマットは、廃材を活用することもできるから、資源の有効利用にもなる。

本発明の補助冷却装置が適用される空調・冷却・冷凍装置は、図４に示す構造を有している。すなわち、図４に示す冷凍サイクルは、コンプレッサ１１、凝縮器２、ドライヤ１４、膨張弁１３、蒸発器１２が冷凍サイクル１０を構成すべく冷媒管７で連結されている。同図において、図１〜図３に示す実施の形態とは給・排水装置の構成が異なっているが、その他の同一部分には同一の符号を付して説明を省略する。図４において、給水装置３０には、例えば、水道管に連通する給水管３１と、該給水管３１に介装され水道水を断水又は通水するための開閉弁となる電磁弁３２と、該電磁弁３２の開閉を制御するサーモスタット３３と、該サーモスタット３３を作動させるために補助冷却装置２０への流入空気の温度を計るセンサー３４と、を具備させる。

従来周知の冷凍サイクル（図示せず）を構成する凝縮器の近傍、即ち、図６では凝縮器２に付設された冷却ファン３とは一定距離離れた位置に補助冷却装置２０が設けられる。該補助冷却装置２０は、図６又は図７に示すように、マット状のクーリングマット２１と、該クーリングマット２１にその上方から冷却水を散水する散水樋２２と、前記クーリングマット２１から落下する冷却水を受ける排水樋２３と、該排水樋２３からの冷却水を溜める貯水槽２５と、該貯水槽２５の冷却水を給水管３１側に還流させるポンプ２６を含む循環用配管２４と、前記給水管３１に冷却水を供給する給水装置３０と、を具備する。

この構成により、センサー３４が流入空気の温度が設定値以上又は以下となったことを感知すると、サーモスタット３３が働き、電磁弁３２を開閉させる。電磁弁３２が開状態になると給水管３１より散水パイプ（図示せず）を介して、クーリングマット２１に水道水を供給する。また、排水手段としては、排水樋を設けず貯水槽２５に直接排水している。

なお、上記冷凍サイクル１０には１つの凝縮器２を配置したもので説明したが、２つの凝縮器２を鏡面対称的に配置し、補助冷却装置２０もそれぞれの凝縮器２の空気流入側に設けて左右対称とすることもできる。また、凝縮器２と補助冷却装置２０の組み合わせを１セットとし、これを複数セット並行に配置させてもよい。図４に示す実施の形態では、水道水を用いる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、蒸発器１２にて発生するドレン水を用いてもよいことは勿論である。即ち、ドレン水をドレンパンからポンプにより貯水槽に供給するのである。

本発明の補助冷却装置の構造は、図６および図７に示す構造とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本発明にかかる冷却空気の補助冷却装置２０の形状を説明する断面図、図２はその要部の概略構成を示す断面図、図３は散水樋の蓋を取り去った上面図である。

図１〜図３において、凝縮器２の補助冷却装置２０は、クーリングマット２１の上部に散水樋２２を、下部に排水樋２３を配置して構成される。散水樋２２は、上下に開口が設けられた例えば枠体として構成され、上部開口は散水樋蓋２２Ｌにより覆われる。散水樋２２の左右の壁材は、梁２２Ｃによって接続されている。散水樋２２の下部開口にクーリングマット２１の上部が排水樋２３の上部開口にクーリングマット２１の下部が保持される。排水樋２３の底面には排水孔２３Ｂが設けられ、排水管２３Ａにクーリングマット２１からの冷却水を排出する。

散水樋２２の内部には、一端に給水口４１と他端に盲栓４２を有する給水パイプ４０が、水平にかつ散水樋２２の両側の壁材に対して平行に配置される。給水パイプ４０には、冷却水を流出する冷却水流出穴４３が複数個設けられている。冷却水流出穴４３は、散水樋２２の冷却空気流入側の内側壁面２２Ｗ方向に向かって開口しており、給水パイプ４０に供給された冷却水は、冷却水流出穴４３から内側壁面２２Ｗに向けて略水平方向に流出し、内側壁面２２Ｗに当たって上下左右に分散し、微小な水滴となって、散水樋２２の開口２２Ｋからクーリングマット２１の上端部に注がれる。給水パイプ４０を、クーリングマット２１を通過する冷却空気の流入側になる内側壁面２２Ｗに近づけて設けることによって、冷却水は、クーリングマット２１の冷却空気流入側に偏って流下する。したがって、クーリングマット２１を通過する冷却空気は、気化熱によって効率よく冷却され、クーリングマット２１の冷却空気吸引側に多量の冷却水が保持されることがなくなり、凝縮器２に冷却水の水滴が飛散することを防ぐことができる。

クーリングマット２１は、冷却水がその落下に伴って飛び散ること、および、冷却ファン３によって吸引される空気に伴って流されることを避けるために設置するものであり、クーリングマット２１の素材の性状としては、空気通過時の抵抗が少なく、且つ落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い。空気を通し易いマットとして、例えば不織布状の繊維体が好ましい。また、クーリングマット２１は、資源の有効利用の観点から廃プラスチックをリサイクルして繊維状に再加工したものを絡ませてマット状に整形して使用することが好ましい。

クーリングマット２１の形状は、凝縮器２における空気吸入面を略カバーする程度の形状が望ましく、厚みについては、その素材・形状にもよるが、数センチ程度のものでよい。また、クーリングマット２１は伸縮可能な素材を選択することで設置を容易にすることができる。そして、このクーリングマット２１は支持部２７により凝縮器２に取り付けられる。

クーリングマット２１は、繊維状物の外に、冷却水が伝って落下する素材であれば、例えば連続気泡を有する合成樹脂体など、他の形態のものを採用しても良い。繊維状物を用いたクーリングマット２１は、繊維の表面を冷却水が濡らし、また互いに絡み合った繊維間に冷却水が保持されるので、冷却空気が冷却水に接触する面積が増え、冷却効果をより高めることができる。さらに、クーリングマット２１を形成する繊維に、触媒作用を有する金属酸化物、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）を吹き付けて親水性の向上を図ることによって、保水性を高めることができる。金属酸化物が酸化チタンの場合、光に曝されることにより清浄作用を奏するので、クーリングマットの汚れを分解することができ、クーリングマットの洗浄間隔を伸ばすことができる。金属酸化物は、繊維の状態でコーティングしてもよく、マット状に形成した後に吹き付けなどにより塗布してもよい。

かかる実施の形態によれば、冷却水は、散水樋２２から面状となってクーリングマット２１を伝って流下しつつ、凝縮器２に向かって通過する空気を冷却する。凝縮器２への吸込み空気を冷却した冷却水は、排水樋２３を経て貯水槽２５へ流下する。貯水槽２５の冷却水はポンプ２６により再び循環用配水管２４を経て給水装置３０により給水管３１に供給されると共に、前述した如く冷却に供された後、再び散水樋２２を経て貯水槽２５に流れ込む。冷却水はこのように凝縮器２に流れ込む空気を冷却しながら循環する。なお、上記散水樋２２及び排水樋２３は、それぞれ散水管及び排水管であってもよい。

そして、散水樋２２は、給水装置３０の給水管３１から供給された冷却水をクーリングマット２１の上部分の冷却空気流入側に均等に散水するように形成されている。排水樋２３は、クーリングマット２１下部から滴下する冷却水を受ける樋状のものであり、その端部は貯水槽２５に連結される。また、この貯水槽２５には、レジオネラ除菌剤（例えば、栗田工業株式会社の商品名「クリサワーパックＧＲ」）を入れることにより、衛生・環境の向上を図ることができる。しかも、上記除菌剤を月に１回程度交換することにより、好ましい環境状況を維持できる。

なお、貯水槽２５の水温はセンサー（図示せず）により常時監視し、設定温度以上になった場合は貯水槽２５の冷却水を排水し、同時に新たに例えば水道水を貯水槽２５に供給するようにしてもよい。また、貯水槽２５の冷却水は上記環境状態の維持のため１回／日強制排水してもよい。

本発明の冷却空位の補助冷却装置の冷却効果の向上と消費電力の低減効果を、図５（Ａ）を用いて説明する。図５（Ａ）は、冷凍サイクルの圧縮機の動作態様を説明する図であり、縦軸に圧縮機を動作させるための消費電力を、横軸に圧縮機の動作時間を示している。被冷却手段の放熱フィンの空気吸入側に、本発明の冷却空気の補助冷却装置を設けた場合を実線で、本発明の冷却空気の補助冷却装置を設けない場合を破線で示す本発明によれば、高圧圧力が低下しこれにより冷却能力（冷房能力）の向上と、消費電力の低減という双方の省エネルギー効果を得ることができる。

冷却空気の冷却効果を低下させることなく冷却水の水量を削減するために、図５（Ｂ）の上段に示すような連続的な給水に代えて、図５（Ｂ）の下段に示すような数秒から数十秒の間隔で給水と停止を繰り返す間欠制御により給水することができる。

本発明にかかる冷却空気の補助冷却装置の構造を説明する断面図。図１に示した冷却空気の補助冷却装置の主要部の構造を説明する断面図。図１に示した冷却空気の補助冷却装置の主要部の構造を説明する上面図。本発明にかかる冷却空気の補助冷却装置を組み込んだ冷凍サイクルを説明する図。本発明にかかる冷却空気の補助冷却装置の省エネルギー効果および冷却水の給水の態様を説明する図。先の出願にかかる冷却空気の補助冷却装置の構造を説明する断面形状図。図６の冷却空気の補助冷却装置の要部の概略構成を示す正面図。

符号の説明

２…凝縮器、２ａ…側壁、３…冷却ファン、５…放熱フィン、７…冷媒管、１０…冷凍サイクル、１１…コンプレッサ、１２…蒸発器、１３…膨張弁、１４…ドライヤ、２０…補助冷却装置、２１…クーリングマット、２２…散水樋、２２Ｃ…梁、２２Ｋ…散水樋開口、２２Ｌ…散水樋蓋、２２Ｗ…散水樋内壁面、２３…排水樋、２３Ａ…排水管、２３Ｂ…排水孔、２４…循環用配管、２５…貯水槽、２６…ポンプ、２７…支持部、３０…給水装置、３１…給水管、３２…電磁弁、３３…サーモスタット、３４…センサー、４０…給水パイプ、４１…給水口、４２…盲栓、４３…冷却水流出穴

Claims

室外で垂直に設置される凝縮器の放熱フィンの風上側にクーリングマットを一定距離だけ離間して垂直に設置させ、上記クーリングマットの上部に散水する散水手段を設けるとともに、上記クーリングマットの下部に排水手段を設け、上記散水手段から上記クーリングマットの上部に散水された冷却水を上記クーリングマット内で自然流下させつつその中に上記凝縮器の吸込空気を通して該吸込空気を冷却させ、この冷却された吸込空気で上記凝縮器の熱交換を行うようにした凝縮器の補助冷却装置において、
上記散水手段は、上記クーリングマットの上部に底部が開いている散水樋で構成されており、該散水樋の内部空間に、該散水樋の冷却空気流入側の壁面に向かって水平方向に開口している多数の冷却水流出穴を有する給水パイプを配置し、上記冷却水流出穴から放出される冷却水が上記冷却空気流入側の壁面に当り分散して、上記クーリングマットの上端に注がれ、該クーリングマットの冷却空気流入側に偏って流下されるようにしたことを特徴とする凝縮器の補助冷却装置。
上記クーリングマット表面に、保水を目的とする金属酸化物を塗布したことを特徴とする請求項１記載の凝縮器の補助冷却装置。