JP2007003110A - 補助冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 補助冷却装置においてその時々に求められる冷却能力に応じて、クーリングマットへ供給される給水量を変更することができる補助冷却装置を提供する。
【解決手段】 補助冷却装置２０は、凝縮器２の入り口側（出口側が低圧側になるのに対応して高圧側）において冷媒管７内の冷媒圧力を検出する圧力センサ８を設け、更に、給水ユニット３０は電動弁３５を備えている。クーリングマット２１への水の供給量を弁開度が無段階に制御される電動弁３５によって制御しているので、水の供給量は状況に応じてきめ細かく制御される。補助冷却装置２０によれば、電磁弁のオンオフ制御のみである給水制御と比較して、吸込み空気を冷却するのに必要な量だけの給水を行うことが可能となり、更なる節水を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、空調・冷凍・冷蔵装置等に用いる熱交換システムにおいて、室外機への吸い込み空気を冷却させる補助冷却装置に関する。

従来、空調・冷凍・冷蔵装置等の熱交換システムに用いられる室外機は凝縮器を備えており、凝縮器は冷媒を液化するときに発生する熱で高温になるので、これを冷却する必要がある。凝縮器の冷却を空気で行う空冷式は、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問題がある。そこで、空冷式凝縮器に補助冷却装置を用いることが提案されており、その補助冷却装置の一つとして、本出願人は、凝縮器の放熱フィンの近傍にクーリングマットを配置させ、該クーリングマットに冷却水を流下させて凝縮器の吸込空気を冷却させる方式を提案している（特許文献１参照）。

この方式の補助冷却装置は、冷却水を凝縮器の放熱フィンに直接吹き付けるのではなく、凝縮器の放熱フィンを冷却する空気を冷却水により冷却して、凝縮器を間接的に冷却しているので、放熱フィンを冷却水で直接冷却する場合と比較して、放熱フィンの腐食やスケールの付着を少なくすることができる。また、この補助冷却装置は、既存の凝縮器に付加することができることから、既設システムへの適用が可能であり、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という利点を備えている。

図３は従来の熱交換システム（冷凍サイクル）の一例を示す概略図である。熱交換システム１０は、コンプレッサ１１、凝縮器２、ドライヤ１４、膨張弁１３及び蒸発器１２が冷媒管７で連結されて構成されている。凝縮器２の近傍の一定距離離れた位置に補助冷却装置１９が設けられている。補助冷却装置１９は、繊維素材を編んだクーリングマット２１を備えた補助冷却ユニット２０ａ、及び冷却水を溜める貯水槽２５及び水道管に連通されている給水管３１を通じて補助冷却ユニット２０ａに冷却水を供給する給水ユニット２９を具備している。給水ユニット２９は、更に、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、電磁弁３２の開閉を制御するサーモスタット３３、及びサーモスタット３３を作動させるために補助冷却ユニット２０ａへの流入空気の温度を計るセンサ３４を具備している。

図４は室外機に適用されている補助冷却装置の一例を示す図である。図４において、図３に示されている要素と同等のものには同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。図４に示すように、補助冷却装置１９は、上部に、給水ユニット２９から供給される冷却水をクーリングマット２１に流下させる散水樋２２、及びクーリングマット２１を流下した水分を集める排水樋２３を備えている。

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、及び冷却ファン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、例えば、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使用することが好ましいが、繊維状物の外に、例えば連続気泡を有する合成樹脂体など、冷却水が伝って落下する素材であれば他の形態のものを採用しても良い。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。

補助冷却ユニット２０ａにおいて、散水樋２２は、給水ユニット２９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の上部分に均等に散水するものであり、その底部には、多数の散水孔が穿設され、該散水孔から略均一に冷却水を落下させるように形成されている。散水樋２２に代えてクーリングマット２１内に散水管を配置することで、全体の構成を簡略化することもできる。冷却水は、散水樋２２からすだれ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に向かって吸い込まれる空気を冷却する。凝縮器２への吸込み空気を冷却し、クーリングマット２１下部から滴下する冷却水は、排水樋２３によって集められる。

この構成により、センサ３４が周囲の気温（流入空気の温度）が設定値以上又は設定値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より散水ノズル（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２３の一端部に接続された排水管２８を通じて貯水槽２５に排水される。排水の処理については、貯水槽２５への排水に代えて、直接に地面に排水しても、循環用配管を設けて冷却水を循環利用してもよい。

このように、クーリングマット２１を用いた間接式の補助冷却装置１９においては、クーリングマット２１を凝縮器２の放熱フィンから一定距離離して配置させることで、冷却水の放熱フィンへの影響（腐食、スケールの付着等）を確実に遮断することができる。熱交換システム１０には１つの凝縮器２を配置したもので説明したが、凝縮器２に加えてもう一つの凝縮器（図示せず）を鏡面対称的に配置し、図４に示すように、それぞれの凝縮器の空気流入側に補助冷却ユニット２０ａ，２０ｂを対称に設けることもできる。また、凝縮器２と補助冷却ユニット２０ａ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。

電磁弁による給水制御は、図５に示す態様で行われている。即ち、凝縮器２の上流側である高圧側圧力の日変化は、例えば図５（ａ）に示されているように変化する。高圧圧力は、一般的に、熱交換システム１０の運転開始と共に次第に高くなり、日中に高い値にとどまった後、夜間に入るに従って低くなるというパターンを辿る。時々刻々の高圧圧力は、そのとき要求される冷凍能力と同等のものと考えられる。上昇していく途中で所定の設定値Ｐ１以上の圧力になった時点（時刻Ｔ１）で、電磁弁３２（図３参照）が作動し、補助冷却ユニット２０ａへの給水が開始される。圧力が低下し始めて所定の設定値Ｐ２の圧力以下に低下する時（時刻Ｔ２）、電磁弁３２の作動はオフに切り換えられる。なお、設定値Ｐ２は、電磁弁制御においてハンチング現象が発生するのを防止するため、設定値Ｐ１よりも低い圧力に設定されている。

電磁弁の作動はオンオフ制御であり、オンの期間で給水されオフの期間で給水が停止されるので、電磁弁による給水制御は間欠給水制御となる。このような電磁弁による給水制御は必要な給水量の多少に関わらず一定時間間隔でオンオフを繰り返すことによる制御態様であり、その間欠給水の平均的な給水量は、補助冷却装置に求められる最大冷却時、即ち、熱交換システムに求められる能力がピークを付けるときに充分冷却可能な一定の給水量に設定されている。したがって、熱交換システムに求められる能力がピーク以外のとき、例えば、午前の早い時間や終業時間に近い時間などのように熱交換システムに掛かる負荷が低いとき、或いは周囲温度が低いときには、補助冷却装置に求められる冷却能力が低いにも関わらず、余剰な給水が行われる結果となる。このように、従来の補助冷却装置における電磁弁のオンオフ制御による給水制御は、時々刻々変化する必要な給水量に対応するものではない。
特開２００４−３８０６号公報（段落［００１４］〜［００２３］、図１〜図３）

そこで、補助冷却装置においても、その時々に求められる熱交換能力に応じて、クーリングマットへ供給される給水量を対応させる点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、クーリングマットへの供給水量をその時々に求められる熱交換能力に応じて変更することにより、クーリングマットへ必要充分な給水を行って、無駄な給水を防止し、稼働コストを軽減することを可能にする補助冷却装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明による補助冷却装置は、熱交換システムの室外機に備わる放熱部の近傍に配置され且つ冷却水が流下されるクーリングマットを通過して前記放熱部へ吸入される空気を冷却させる補助冷却装置において、前記冷却水の給水量を電動弁によって制御したことを特徴としている。

この補助冷却装置によれば、クーリングマットへの水の供給量を電動弁によって制御しているので、電動弁の弁開度を無段階に制御することができ、当該水の供給量は状況に応じてきめ細かく制御される。したがって、この補助冷却装置によれば、電磁弁のオンオフ制御のみである従来の給水制御と比較して、吸込み空気を冷却するのに必要な量だけの給水を行うことが可能となる。

この補助冷却装置において、前記クーリングマットは、酸化チタンなどの光触媒物質又は多孔質物質で表面処理することができる。クーリングマットは、例えば、繊維状の素材を簡易に織るなどしてマット状に成形したものとすることができるが、クーリングマットの表面を酸化チタンなどの光触媒物質で表面処理すると、マット表面の水濡れ性が向上し、冷却水の一部がマットの一部に留まり易く、或いは早期に流れ去るのが防止され、表面の保湿・保水性が高められる。その結果、クーリングマットを通過して室外機の放熱部に吸入される空気を効率よく冷却することができる。また、多孔質物質で表面処理をする場合も、冷却水が表面の多数の微細な孔に保持され、表面の保湿・保水性が高められる。

この補助冷却装置において、前記クーリングマットは、多孔質素材又はハニカム素材で形成することができる。多孔質素材については、繊維状或いは、羽根やフィンに形成することができる。ハニカム素材については、それ自体をマットに適用することが可能であり、マット内に均一に分布する個々のハニカムのセル内に冷却水を保持して保水性を高めることができる。クーリングマットの素材として光触媒物質、多孔質物質、多孔質素材又はハニカム素材を用いる場合にはマットの保水性が高められているので、負荷や周囲温度等に応じて定められる時間当たりの給水量が少ない状態であっても、マットの保湿・保水性が維持される。

上記の補助冷却装置において、前記電動弁は、前記熱交換システムに掛かる負荷の大きさ又は周囲温度に応じて制御することができる。熱交換システムに掛かる負荷の大きさは、凝縮器の入り口側圧力（高圧圧力）とすることができ、この圧力は負荷の大きさを精度良く反映している。また、周囲温度も、凝縮器の入り口側圧力ほどの精度には及ばないが、熱交換システムに掛かる負荷と関連する。熱交換システムに掛かる負荷が過負荷である時や周囲温度が高い時には、電動弁の開度を大きく制御することで冷却水の単位時間当たりの供給量が増加される。低負荷や周囲温度が低い時には、電動弁の開度を小さく制御することで水の供給量を少なくする制御を行うことができる。

この発明による補助冷却装置は、上記のようにクーリングマットへの給水量を電動弁にて制御する構成とされているので、補助冷却装置における給水量を状況に応じて変更することができる。したがって、過剰な給水による水の無駄な消費を防止することができ、冷却水として水道水を利用する場合には、無駄な水使用を防止し、補助冷却装置の稼働コストを軽減することができる。また、水資源の有効利用・保護にも寄与することができる。

以下、添付した図面に基づいて、この発明による補助冷却装置の実施例を、図面を参照して説明する。図１は、この発明による補助冷却装置及び補助装置が適用される熱交換システム（冷凍サイクル）の一例を示す概略図、図２はこの発明による補助冷却装置における負荷の日変化の一例（ａ）とそれに応じた電動弁の開度の変遷の例（ｂ）及び（ｃ）を示すグラフである。

図１に示すように、補助冷却装置が適用される熱交換システム１０は、凝縮器２の入り口側（出口側が低圧側になるのに対応して高圧側）において冷媒管７内の冷媒圧力を検出する圧力センサ８が設けられている点で相違している以外は、異なるところがなく、概略が図３に示されるものと同等であって良い。それゆえ、熱交換システム１０それ自体についての再度の説明を省略する。

図１に示される補助冷却装置２０については、図３の場合と同様、給水管３１からの散水・貯水形式のものとして模式的に示されているが、電磁弁３２を備えた給水ユニット２９に代えて電動弁３５を備えた給水ユニット３０を用いている以外、図４に示すような散水樋２２、排水樋２３等を備え室外機１に適用されている補助冷却ユニット２０ａを備える装置として良い。したがって、補助冷却ユニット２０ａそれ自体、及び電動弁３５以外の給水ユニット３０についての再度の説明を省略する。

補助冷却装置２０においては、図２（ａ）に示す負荷の日変化は、従来の補助冷却装置１９における負荷の変化と同等である。図２（ｂ）に示すように、電動弁３５の開度は負荷に比例した開度となるように設定されている。給水ユニット３０において、電動弁３５の最大開度は、通年で負荷が最も高くなる、即ち、熱交換システム１０の最大負荷に合わせて設定されている。電動弁３５の開度をこのように制御することにより、クーリングマット２１への冷却水の供給を、常に熱交換システム１０の負荷の大きさに見合った供給量に制御することができる。また、クーリングマット２１への冷却水の供給制御は、負荷の変動に対してきめ細かく且つ素早く応答することができる。

電動弁３５の開度の制御は、図示のように、高圧側圧力の値に比例する制御、即ち、連続した開度での無段階な制御が好ましいが、これに限ることはなく、複数の刻み目を持つ多段階制御であってもよい。

電動弁３５の開度の制御は、図２（ｃ）のように制御することもできる。即ち、冷却水の供給開始については、凝縮器２の高圧側圧力が、従来の電磁弁がオン作動を開始することになる設定値Ｐ１に達するまで（時刻Ｔ１）は、電動弁３５の開度を零とし（電動弁３５を閉じる）、補助冷却ユニット２０ａのクーリングマット２１には冷却水を供給しない。また、冷却水の供給停止については、凝縮器２の高圧側圧力が、従来の電磁弁がオフ作動をすることになる設定値Ｐ２以下に低下したとき（時刻Ｔ２）は、電動弁３５の開度を零、即ち、電動弁３５を閉じ、補助冷却ユニット２０ａのクーリングマット２１への冷却水を停止する。

凝縮器の高圧側圧力が、設定値Ｐ１以上になり、その後設定値Ｐ２に下がるまでの間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間）、高圧側圧力の値に応じて電動弁３５の開度が制御される。この制御によれば、所定以上の負荷に対しては、図５（ｂ）に示す場合と同様に補助冷却ユニット２０ａのクーリングマット２１への給水量制御を行って、負荷の変動に対してきめ細かく且つ素早く応答することができるが、負荷の小さい範囲では、敢えて、クーリングマット２１への冷却水の供給を停止することで更なる節水を図ることができる。

電動弁３５の開度制御を行う入力情報として、熱交換システム１０の負荷（凝縮器２の高圧圧力側の圧力）として説明したが、それに代えて、周囲温度を採用することができる。周囲温度としては、例えば、室外機１に吸い込まれる空気の温度をセンサ（図３に示すセンサ３４と同等のもの）で検出することができる。

クーリングマット２１は、繊維状の素材等それ自体の保水性が不十分と思われる場合には、酸化チタンなどの光触媒物質又は多孔質物質で表面処理することができる。また、クーリングマット２は、光触媒物質、多孔質物質、多孔質素材又はハニカム素材等、それ自体で充分な保水性を備える素材で作製することができる。このような表面処理又は素材の選択により、マット表面の水濡れ性が向上するので、負荷や周囲温度等に応じて定められるクーリングマット２１への時間当たりの冷却水供給量が最大供給量と比べて少なくなるような場合であっても、クーリングマット２１の表面が保湿・保水され、放熱部へ吸入される空気の冷却が維持される。

本発明による補助冷却装置の一実施例を、当該補助冷却装置が適用される熱交換システムの例とともに示す概略図。 本発明による補助冷却装置に用いられる電動弁の制御態様の概要を示すグラフ。 従来の補助冷却装置の一例を、当該補助冷却装置が適用される熱交換システムの例とともに示す概略図。 図３に用いられる補助冷却装置の一例を示す外観斜視図。 従来の補助冷却装置に用いられる電磁弁の制御態様の概要を示すグラフ。

符号の説明

１ 室外機
２ 凝縮器
３ 冷却ファン
７ 冷媒管
８ 圧力センサ
１０ 熱交換システム（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
１９，２０ 補助冷却装置
２０ａ，２０ｂ 補助冷却ユニット
２１ クーリングマット
２２ 散水樋
２３ 排水樋
２５ 貯水槽
２７ 支持部
２８ 排水管
２９，３０ 給水ユニット
３１ 給水管
３２ 電磁弁
３３ サーモスタット
３４ センサ
３５ 電動弁

Claims (4)

1. 熱交換システムの室外機に備わる放熱部の近傍に配置され且つ冷却水が流下されるクーリングマットを通過して前記放熱部へ吸入される空気を冷却させる補助冷却装置において、前記冷却水の給水量を電動弁によって制御したことを特徴とする補助冷却装置。
2. 前記クーリングマットは、酸化チタンなどの光触媒物質又は多孔質物質で表面処理されていることを特徴とする請求項１に記載の補助冷却装置。
3. 前記クーリングマットは、多孔質素材又はハニカム素材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の補助冷却装置。
4. 前記電動弁は、前記熱交換システムに掛かる負荷の大きさ又は周囲温度に応じて制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の補助冷却装置。

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