JP2004132570A - 水冷式冷凍機用の冷却器 - Google Patents

Abstract

【課題】循環水の維持管理を容易なものとして、排熱を温水利用できる利点を確実に発揮させることができる水冷式冷凍機用の冷却器を提供する。
【解決手段】冷却器１は、冷式冷凍機２の排熱冷却用の循環水３が通過する熱交換部４と、この熱交換部４との間を冷媒５が循環している外気接触部６とを備え、冷媒５の潜熱による外気７との間の熱交換で、水冷式冷凍機２からの循環水３を冷却する。そして、熱交換部４を介し間接的に外気７との熱交換が行うことで、循環水３を、外気７に直接触れさせない半密閉式で循環できるようにする。また、循環水３を半密閉式にて循環させることで、水冷式冷凍機２の一番の欠点である水の使用料金を無視できる補給量にして運転費用を削減する。さらに、循環水３が外気との熱交換時に外気と直接触れないように分離することで、外気７と直接触れることで生じる問題点を無くする。
【選択図】　　　図１

Description

【発明の属する技術分野】
この発明は、水冷式の冷凍機においてその排熱を冷却する冷却器に関するものである。
【従来の技術】
冷凍機としては水冷式のものと空冷式のものとがあるが、水冷式の場合、冷凍機の排熱の冷却は、コスト上からも水の蒸発潜熱を利用して行っている。しかし、クーリングタワー等の冷却器を使用すると、水の消費使用料金が多額になる等の問題点がある。そのため、冷凍機としては、一般的に、空冷式のものを使用している。
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の空冷式の冷凍機は、その冷媒の凝縮熱を利用することなく、排熱として大気中に捨てている。この排熱は、例えば、大型冷蔵冷凍設備や食品工場やスーパーマーケット等で使用する能力が大きい冷凍機の排熱のように、冬期においての暖房設備の全熱量を賄えるような多量なものになることがある。
このような従来の空冷式の冷凍機における排熱は、例えば、地球温暖化などの環境破壊や省エネルギーに反するという問題がある。
一方、冷凍機の排熱を冷却水に熱交換させる水冷式の冷凍機は、その冷却水を熱交換後そのまま温水として利用できる点が、空冷式の冷凍機に比べて優れている。
しかし、この水冷式の冷凍機も、前述した水の消費使用料金が多額になってしまうという他にも問題点がある。
即ち、排熱冷却用の循環水がクーリングタワー等において大気中の汚れを受け汚れて、配管や冷媒としての熱交換を不良にしていると共に、水質を悪化させて環境までも汚染してしまうことになる。また、寒冷や積雪地方では、凍結や積雪に対処する必要がある。
このように、従来の水冷式の冷凍機では循環水の維持管理が困難なものであった。
なお、空冷式の冷凍機でも温水を得ることはできるが、冷媒と水との熱交換器を新たに設ける必要があり、設備コストが高くなる問題点がある。
この発明は前述した事情に鑑みて創案されたもので、その目的は循環水の維持管理を容易なものにすることができ、排熱を温水として利用できる水冷式冷凍機の利点を確実に発揮させることができる水冷式冷凍機用の冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
この発明での冷却器は、冷式冷凍機の排熱を冷却すべく循環している循環水が通過する熱交換部と、この熱交換部との間を冷媒が循環している外気接触部とを備えており、前記冷媒の潜熱による外気との間の熱交換で、前記水冷式冷凍機からの循環水を冷却できるように構成している。
このようなこの発明の冷却器によれば、その熱交換部を介し間接的に外気との熱交換が行えるようにして、水冷式冷凍機における排熱冷却用の循環水を、外気に直接触れさせない半密閉式で循環させることができるようにしている。
また、排熱冷却用の循環水を半密閉式にて循環させることにより、水冷式冷凍機の一番の欠点である水の使用料金を無視できる補給量にし、冷凍機の運転費用を削減できるようにしている。
さらに、水冷式冷凍機において排熱を冷却した循環水が、外気との熱交換時に外気と直接触れないように分離することで、外気と直接触れることで生じる問題点をなくしている。
例えば、排熱冷却用の循環水が外気と直接触れない分離型としたことで、外気中の汚れを受け汚れて、配管や冷媒としての熱交換を不良にすることや、水質を悪化させて環境までも汚染してしまうことを防止している。
また、排熱冷却用の循環水が外気と直接触れない分離型としたことで、冬期の凍結や積雪のトラブルを解消できると共に、低温による冷却水の過冷却を容易に防止でき、同時に必要な水温維持も、水冷式冷凍機に関係なく、この発明の冷却器のみで可能となるようにしている。
このように、水冷式冷凍機における排熱冷却用の循環水を外気との熱交換時に外気と直接触れないように分離できる、この発明の冷却器を用いることにより、排熱を冷却水に熱交換させた冷却水をそのまま温水として利用できる長所を、即ち、排熱を利用できる長所を生かせるように、冷凍機として水冷式のものを用いることができるようにしている。
【発明の実施の形態】
以下、この発明の水冷式冷凍機用の冷却器を、図示する一実施形態によって説明する。
この発明の冷却器１（図１参照）は、水冷式冷凍機２における排熱冷却用の循環水３が通過する熱交換部４と、この熱交換部４との間を冷媒５が循環している外気接触部６とを備えており、冷媒５の潜熱による外気７との間の熱交換で、水冷式冷凍機２からの循環水３を冷却できるように構成している。
なお、図１において、符号８は流量制御用の電磁弁で、９は逆流トラップで、１０は制御用の電動弁で、１１は送風機である。
この実施形態での熱交換部４は、水冷式冷凍機２からの循環水用配管１２の内部に、外気接触部６からの冷媒用配管１３が通過するように構成している。
また、この実施形態での外気接触部６は、一方側に熱交換部４からの冷媒用配管１３が接続されていると共に、他方側に熱交換部４への冷媒用配管１３が接続されており、熱交換部４からの冷媒５を送風による放熱で冷却できるように構成している。
即ち、熱交換部４は、水冷式冷凍機２からの温水となっている循環水３を、この温水で温められて蒸発気化する冷媒５の潜熱で冷却できるように構成していると共に、外気接触部６は、熱交換部４からの気化した冷媒５を外気７で冷却して凝縮液化できるように構成している。
外気接触部６は、熱交換部４からの気化した冷媒５を送る冷媒用配管１３が接続されている分流ヘッダー１４と、この分流ヘッダー１４からの気化した冷媒６を冷却する複数の冷却パイプ１５と、この各冷却パイプ１５によって冷やされて液化した冷媒５を集めると共に、その液化した冷媒５を熱交換部４に送る冷媒用配管１３が接続されている溜まり部１６とを備えている。
なお、この外気接触部６の分流ヘッダー１４と溜まり部１６とは一定の間隔離れており、各冷却パイプ１５が所定の長さ延びるようになっている。また、この所定の長さに延びた各冷却パイプ１５には多数の放熱板１７が設けられており、送風機１１によって送風される外気７が各放熱板１７に接触して、各冷却パイプ１５内の冷媒５の熱を放熱できるようになっている。
この外気接触部６によれば、熱交換部４から送られてきた気化した冷媒５を、分流ヘッダー１４から各冷却パイプ１５を通って溜まり部１６へと至る間に、放熱によって冷却し凝縮液化させることになる。
熱交換部４には、水冷式冷凍機２との間に配設されている循環水用配管１２と、この循環水用配管１２の内部を通過して外気接触部６との間に配設されている冷媒用配管１３とが設けられている。
そして、循環水用配管１２は、水冷式冷凍機２からの温水を熱交換部４へ送れると共に、熱交換部４の内部を通過した後、冷却水を水冷式冷凍機２へ送れるように配設されて、半密閉式の循環水３用循環配管となっている。
また、冷媒用配管１３は、熱交換部４からの気化した冷媒５を外気接触部６へ送れると共に、外気接触部６からの液化した冷媒５を熱交換部４へ送れるように配設されて、冷媒５用循環配管となっている。
このようにこの発明の冷却器１は、冷媒５の蒸発と凝縮の潜熱で外気７との間で熱交換を行って、水冷式冷凍機２における排熱冷却後の循環水３（温水）を冷却できるように構成している。
この冷却器１による水冷式冷凍機２の排熱を冷却する循環水３の外気７との熱交換は、次に述べるようにして行われる。
水冷式冷凍機２から熱交換部４に送られてきた循環水３は、外気７の温度より数度高い温度の温水になっている。一方、外気接触部６から熱交換部４に送られてきた冷媒５（液体）は、温水から受け取った熱量の分、加熱されて蒸発することになる。この蒸発した時の潜熱で、温水の循環水３を冷却することになる。
その後、冷却された循環水３は熱交換部４から水冷式冷凍機２に戻ると共に、蒸発して気体となった冷媒５は約２０倍に膨張して、熱交換部４から外気接触部６に戻ることになる。
そして、外気接触部６の内部では、数度低い外気温度で、冷媒５（気体）が冷やされ凝縮温度に達して液化すると共に、その液化した冷媒５は流下して低部の溜まり部１６に溜まる。この冷媒（気体）が凝縮して液化すると、容積が蒸発時とは反対に１／２０に縮小する。
このように熱交換部４での冷媒５の蒸発と、外気接触部６での冷媒５の凝縮とを連続的に行うことにより、冷媒用配管１３内に冷媒５の流れが生ずることになる。また、この冷媒５の蒸発および凝縮の潜熱で、水冷式冷凍機２の排熱を冷却する循環水３の外気７との熱交換が行われることになる。
なお、冷却器１の溜まり部１６に溜まった冷媒５（液体）は、自重と負圧とがバランスするところまで、液位が上昇するので、その分、冷却器１の冷媒量が不足する。その不足分の冷媒５はバイパス管１８を通じて圧力差を少なくして、冷媒５のバランスを取っている。
このようなこの発明の水冷式冷凍機２の冷却器１によれば、水冷式冷凍機２において排熱を冷却する循環水３を、半密閉式の循環配管とした循環水用配管１２にて循環させることにより、水冷式冷凍機２の一番の欠点である水の使用料金を無視できる補給量にしている。そのため、冷凍機２の運転費用を削減できる。
また、水冷式冷凍機２において排熱を冷却する循環水３は、半密閉式の循環配管とした循環水用配管１２で循環させると共に、熱交換部４を介して外気７と熱交換させている。即ち、水冷式冷凍機２において排熱を冷却する循環水３を、外気７との熱交換時に外気７と直接触れないように分離して、外気７と直接触れることで生じる問題点をなくしている。
例えば、循環している水が外気７と直接触れない分離型としたことで、外気中の汚れを受け汚れて、配管や冷媒としての熱交換を不良にすることや、水質を悪化させて環境までも汚染してしまうことを防止できる。
また、循環している水が外気と直接触れない分離型としたことで、冬期の凍結や積雪のトラブルを解消できると共に、低温による冷却水の過冷却を容易に防止でき、同時に必要な水温維持も、水冷式冷凍機２に関係なく、この発明の冷却器１のみで可能となる。
このように、水冷式冷凍機２において熱交換した水を外気７との熱交換時に外気７と直接触れないように分離できる、この発明の冷却器１を用いることにより、排熱を水に熱交換させてそのまま温水として利用できる、即ち、排熱を利用できる長所を生かせるように、冷凍機として水冷式のものを用いることができるようになる。
なお、冷凍機２の排熱は、夏期で４５℃、冬期で３５℃程度の温度範囲で利用できる。その利用には、直接、循環水を利用する方法（床暖房・融雪・凍結防止空調機など）と、二次熱交換器を使用する給湯や、洗浄水等に分けられる。
何れにしろ、排熱を利用すると、使用した排熱の熱量分は、冷凍機冷却水を冷やす方向に働くことになり、消費熱量の可能範囲で冷却器の削減ができる。これも省エネルギーと省経済とになる。
一方、冷凍機の設備では、低圧機器の目的が異なると、それに合わせて複数以上の冷凍機が使用される。そのため、排熱のための冷却器（空冷式の場合は空冷コンデンサー）も複数で設置される。
この発明の冷却器１も、形態が空冷コンデンサーによく似ており、設置方法も同様である。これは、一台の容積や重量を勘案し、重ねて設備容量と制御を考慮した結果である。
空冷式冷凍機では、冷凍機一台の能力（馬力）当たりで、能力や大きさも異なる凝縮器が使用されるが、この発明の冷却器１では、設備総能力に対して、それに見合うように、同能力のものを何台でも並列に設置して対処する。このことから、排熱の全量を利用することができると同時に、複合的な稼働制御が可能になる。
また、この発明の冷却器１では、冷却器内の冷媒用配管１３における冷媒５の流れを遮断、または、絞ると、冷却能力を制御できる。この動作で、循環水３を変更せずに、水温検知で水温低下の制御が可能である。
空冷式コンデンサーでは、降雪時の冷却用ファン（この発明の冷却器１の送風機１１に相当）を強制運転して積雪を防御し、併せて凍結防止を図るが、ファンを廻すと、冷媒を過冷却し、冷媒の圧力低下でトラブルが発生している。
この発明の冷却器１では、その影響が、冷却器範囲に留めること（電動バルブ１９の自動操作）により、送風機１１の運転で循環水３が過冷になるのを防止できる。
空冷式冷凍機コンデンサーとこの発明の冷却器１とを比較すると、空冷式では、冷凍機本体から、コンデンサーまでの往復の冷媒管がある。また、冬期に停止中のコンデンサー内で液化する冷媒がある。そのため、空冷式冷凍機は水冷式冷凍機と比較して、約倍量の使用冷媒が必要である。
この発明の冷却器１では冷却器内容積が小さいだけでなく、封入量も一定量であり、封入冷媒は同一冷媒と限らない安価なものを使用し、且つ、冷媒の往復管もない。従って、冷媒コストと処理が経済的になっている。また、屋上等の開放された場所に設置し、常時、送風機１１を運転するから、自然冷媒の使用も可能である。
なお、図２および図３は、この発明の冷却器１の具体的な実施形態を示している。この図２および図３において、符号は１９は除雪フードである。
【発明の効果】
この発明によれば、冷却器の熱交換部を介し間接的に外気との熱交換が行えるようにしたことにより、水冷式冷凍機における排熱冷却用の循環水を、外気に直接触れさせない半密閉式で循環させることができる。
また、排熱冷却用の循環水を半密閉式にて循環させることにより、水冷式冷凍機の一番の欠点である水の使用料金を無視できる補給量にし、冷凍機の運転費用を削減することができる。
さらに、水冷式冷凍機において排熱を冷却した循環水が、外気との熱交換時に外気と直接触れないように分離することで、外気と直接触れることで生じる問題点をなくしている。
例えば、循環水が外気と直接触れない分離型としたことで、外気中の汚れを受け汚れて、配管や冷媒としての熱交換を不良にすることや、水質を悪化させて環境までも汚染してしまうことを防止できる。
また、循環水が外気と直接触れない分離型としたことで、冬期の凍結や積雪のトラブルを解消できると共に、低温による冷却水の過冷却を容易に防止でき、同時に必要な水温維持も、水冷式冷凍機に関係なく、この発明の冷却器のみで可能となる。
このように、水冷式冷凍機の排熱冷却用の循環水を外気との熱交換時に外気と直接触れないように分離できる、この発明の冷却器を用いることにより、排熱冷却用の循環水をそのまま温水として利用できる長所を、即ち、排熱を利用できる長所を生かせるように、冷凍機として水冷式のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の水冷式冷凍機用の冷却器を示す概略図である。
【図２】この発明の冷却器の具体的な実施形態を示す概略図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【符号の説明】
１…冷却器、２…水冷式冷凍機、３…循環水、４…熱交換部、５…冷媒、６…外気接触部、７…外気、８…流量制御用電磁弁、９…逆流トラップ、１０…制御用電動弁、１１…送風機、１２…循環水用配管、１３…冷媒用配管、１４…分流ヘッダー、１５…冷却パイプ、１６…溜まり部、１７…放熱板、１８…バイパス管、１９…除雪フード。

Claims (3)

1. 水冷式冷凍機における排熱冷却用の循環水が通過する熱交換部と、この熱交換部との間を冷媒が循環している外気接触部とを備えており、前記冷媒の潜熱による外気との間の熱交換で、前記水冷式冷凍機からの循環水を冷却できるように構成していることを特徴とする水冷式冷凍機用の冷却器。
2. 前記熱交換部は、前記水冷式冷凍機からの循環水用配管の内部に、前記外気接触部からの冷媒用配管が通過するように構成していることを特徴とする請求項１記載の水冷式冷凍機用の冷却器。
3. 前記外気接触部は、一方側に前記熱交換部からの冷媒用配管が接続されていると共に、他方側に前記熱交換部への冷媒用配管が接続されており、前記熱交換部からの冷媒を送風による放熱で冷却できるように構成していることを特徴とする請求項１記載の水冷式冷凍機用の冷却器。

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