JP2007198659A - 補助冷却装置及び補助冷却装置による凝縮器の冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】給水されたクーリングマットからの排水を通すことで、凝縮器の流入に接続されている配管部を流れる冷媒を冷却して凝縮器の能力を向上することができる補助冷却装置及び補助冷却装置による凝縮器の冷却方法を提供する。
【解決手段】補助冷却装置２０においては、冷凍サイクル１０の凝縮器２の放熱部に吸い込まれる吸い込み空気を、水が流下されるクーリングマット２１を通して冷却させることで、凝縮器２での能力を高めている。補助冷却装置２０は、更に、凝縮器２に接続された流入側の配管部を流れる冷媒を冷却するための熱交換器５０を備えている。熱交換器５０にはクーリングマット２１からの排水が再利用されて冷却用水９２として供給され、凝縮器２への流入前における冷媒が冷却用水９２との間で熱交換されて冷却されるので、凝縮器２の能力が更に高められる。
【選択図】図２

Description

この発明は、空調・冷凍・冷蔵装置等に用いる熱交換手段である凝縮器において、凝縮器の冷却用の吸い込み空気を給水されたクーリングマットに通過させることで冷却させる補助冷却装置及び補助冷却装置による凝縮器の冷却方法に関する。

従来、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、冷媒を液化するために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、空冷式凝縮器に対してさらに補助冷却装置を用いることが数多く提案されており、その典型的な装置としては、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。空冷式凝縮器に用いる補助冷却装置の一例として、本出願人は、既に、凝縮器の放熱フィンの近傍にクーリングマットを配置し、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、該クーリングマットに冷却水を流下させて、この散水の蒸発潜熱によって、凝縮器に冷却ファンによって吸い込まれる空気を冷却させる方式を提案している（特許文献１参照）。

上記のクーリングマットを使用する冷却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間接的に冷却しているので、放熱フィンには冷却水による腐食やスケールの付着が生じることがない。また、この補助冷却装置は、従来の凝縮器に後付けにより付加することができることから、既設ユニットに取付けが可能であり、また、着脱・交換も簡単である。更に、クーリングマットの製作に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５は、補助冷却装置を固定した従来の室外機の概略を示す斜視図であり、図６は、従来の冷凍サイクルの一例を示す概略図である。

図６に示すように、冷凍サイクル１０は、圧縮機１１、凝縮器２、ドライヤ１４、膨張弁１３及び蒸発器１２を冷媒管７で接続して構成されている。従来周知の冷凍サイクル（図示せず）を構成する凝縮器２の近傍、即ち凝縮器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が設けられている。補助冷却装置２０は、マット状のクーリングマット２１、冷却水を溜める貯水槽２５、及び給水管３１に冷却水を供給する給水ユニット３０を具備している。給水ユニット３０は、例えば、水道管に連通する給水管３１、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装置２０への流入空気の温度を計るセンサ３４を具備している。センサ３４は、冷却ファン３が発生する冷却風の上流側（吸気側）に配置されている。

図５に示すように、補助冷却装置２０の上部には、給水ユニット３０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を蒸発し切ることなく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、支持部２７により凝縮器２に取り付けられている。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は、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できる。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。

センサ３４は、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。散水樋２２の底部には、多数の散水孔が穿設されており、給水ユニット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の上端部に略均一に散水・滴下する。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を伝って流下する。クーリングマット２１を凝縮器２に向かって通過する冷却空気は、クーリングマット２１を流下する冷却水の気化熱によって効率よく冷却される。クーリングマット２１の下部から滴下する冷却水は、排水手段としての排水樋２３に受けて集められる。冷却水は、排水樋２３の一端部に接続された排水管２８（図６参照）を通じて貯水槽２５に排水されるか、或いは直接に地面に排水される。一定給水速度は、散水孔からの滴下給水が定常的に確保される給水速度に設定するのが好ましい。このように設定することで、水の表面張力で散水孔からの滴下が停止するという事態を防止することができる。

冷却水は、水道水に代えて、蒸発器１２にて発生するドレン水を用いてもよい。即ち、ドレン水をドレンパンからポンプにより貯水槽２５に供給し、貯水槽２５の冷却水をポンプにより再び循環用配水管を経て給水ユニット３０の給水管３１から散水樋２２に供給することができる。散水樋２２と排水樋２３との間には冷却水を循環させるための循環用配管を設けることで、クーリングマット２１の給水・排水を円滑に行うとともに、冷却水の有効利用を図ること等も可能である。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。

図６に示すように、室外機１には１つの凝縮器２を配置したもので説明したが、図５に示すように、２つの凝縮器２を鏡面対称的に配置し、補助冷却装置２０，２０ａ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ることもある。クーリングマット２１を用いた間接式の補助冷却装置２０，２０ａにおいては、クーリングマット２１を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。

図５と図６に示す補助冷却装置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生じることがない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・交換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。
特開２００４−３８０６号公報

上記の特許文献に記載の補助冷却装置がそうであったように、従来の補助冷却装置においては、クーリングマットに通した水は、循環用配管で直ちに循環させる場合もあるが、多くの場合他に再利用されることなく下樋より排水管に流されている。そこで、給水されたクーリングマットからの排水を、循環させる前又は排水管に流す前に、凝縮器における作動流体の一層効果的な冷却のために利用する点で解決すべき課題がある。

本発明の目的は、クーリングマットへの給水を用いて、凝縮器に作動流体が流入される配管部を冷却することで、凝縮器における冷却負担を軽減して作動流体の一層効果的な冷却を行うことができる補助冷却装置及び補助冷却装置による凝縮器の冷却方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による補助冷却装置は、冷凍サイクルの凝縮器の放熱部に吸い込まれる吸い込み空気を、水が流下されるクーリングマットを通して冷却させる補助冷却装置において、前記凝縮器への作動流体用の配管部を覆い、前記クーリングマットからの排水が供給されて前記配管部を介して前記作動流体と熱交換をする熱交換器を備えることを特徴とする。

この補助冷却装置によれば、クーリングマットから蒸発し切ることなく排水された水をただ捨てるのではなく、或いは循環させる前に、凝縮器に作動流体が流入する配管部を覆う熱交換器に送って通すだけの簡単で安価な構成ながら、配管部を流れる作動流体と排水との間で当該配管部を介しての熱交換により冷却して、凝縮器における作動流体の冷却負担を軽減し、その結果、凝縮器の冷却能力を向上することができる。

この補助冷却装置において、前記熱交換器は、前記排水を貯えるタンク部に構成されている。この場合には、タンク部は相当量の排水を貯えることができるので、配管部を覆うことで、タンクを介してその中の水と効率的に熱交換を行うことができる。また、水道水は、タンク外壁を経由して冷媒配管を冷却するので、既存の熱交換器を腐蝕する、或いはスケールを付着させることもない。

熱交換器がタンク部に構成されている上記の補助冷却装置において、前記タンク部の外壁に前記配管部を収容する凹部が形成されており、前記タンク部の前記外壁で前記配管部を覆うことができる。この場合には、タンク自体の外壁形状を配管部の形状に対応させて形成するという、シールを要さない簡単な構造ながら、クーリングマットへの給水を行った後の水と冷媒との間での熱交換を確実に行うことができる。

熱交換器がタンク部に構成されている上記の補助冷却装置において、前記配管部は、前記タンク部を貫通して配置させることができる。この場合には、タンク部を貫通させるという簡単な構造で、クーリングマットからの排水と作動流体との間での熱交換を確実に行える。また、配管部がタンクを貫通する貫通部にシールが必要になるが、タンク部については外壁形状に制約が殆どなくなるので、例えば円筒体のような極めて簡単な構造にすることができる。

また、本発明による補助冷却装置による凝縮器の冷却方法は、冷凍サイクルの凝縮器の放熱部に吸い込まれる吸い込み空気を、水が流下されるクーリングマットを通して冷却させる際に、前記凝縮器に流入される作動流体を、当該流入前において、前記クーリングマットからの排水が供給される熱交換器に通すことにより、当該作動流体を冷却することを特徴とする。

この補助冷却装置による凝縮器の冷却方法によれば、凝縮器に流入される作動流体を、その凝縮器への流入前に、クーリングマットへの給水を行った後の排水が供給される熱交換器に通すだけの簡単で安価な構成ながら、凝縮器を通過する作動流体を効果的に冷却して、凝縮器の冷却負担を軽減し、その冷却能力を向上することができる。

本発明による補助冷却装置及びそれによる凝縮器の冷却方法は、クーリングマットへの給水を行った後の排水を供給するだけの簡単で安価な構成ながら、凝縮器に流入される作動流体を当該流入前に熱交換により冷却するので、凝縮器における作動流体冷却負担を軽減し、その冷却能力を向上することができる。

以下、本発明による補助冷却装置の実施形態を、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る補助冷却装置の制御方法の好ましい実施形態を実施するための冷凍サイクルと給水システムの全体概略図である。

本発明による補助冷却装置が適用される空調・冷却・冷凍装置及びその室外機は、図５及び図６を参照して説明した構造を採用することができる。図１に示す本発明の実施形態では、図５と図６に示す具体的な例と同じ機能を奏する構成要素には同じ符号を付すことで、再度の説明を省略する。冷凍サイクル１０を構成し熱交換手段として用いられる凝縮器２が収容された室外機１においては、凝縮器２の近傍、即ち、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（又は２０ａ、ただし以下では記載を省く）が設けられる。図１に示すように、補助冷却装置２０においては、温度が高いときに制御部１００の制御によって冷却ファン３が回転され、凝縮器２に入ろうとする冷却用の空気９１は、給水されたクーリングマット２１に通されることで予め冷却される。凝縮器２は予め冷却された空気９１によって効率良く冷却される。

図１には補助冷却装置２０への給水システム３０が示されており、貯水槽２５に溜められた冷却用水９２がポンプ８０によって吸い上げられてストレーナ８１を通じて給水ユニット３０に供給される。給水ユニット３０の配管系は、電磁弁３２及び流量調整弁３５を備えている。流量調整弁３５は、給水管５８を通じて補助冷却装置２０のクーリングマット２１に接続されている。給水ユニット３０は、信号系として、圧縮機１１の吐出側（凝縮器２の上流側）に配置された高圧圧力に応じて出力する圧力スイッチ３６と、圧力スイッチ３６からの出力を受けて作動するタイマ３７とを備えている。タイマ３７は、出力がオン時間長さやオンオフを繰り返すときのデューティ比を制御可能なデジタル式のタイマでよく、電磁弁３２を開閉制御する。したがって、電磁弁３２は、可変流量式の電磁弁である必要はなく、単純なオンオフ式の開閉のみを制御可能な電磁弁とすることができる。

補助冷却装置２０は、凝縮器２の作動流体が流入する配管部５２側に配置された熱交換器５０を備えている。熱交換器５０には、給水されたクーリングマット２１から蒸発することなく排水された冷却用水９２が給水管５８を通じて供給される。熱交換器５０は、凝縮器２１に流入する作動流体としての冷媒を凝縮器２１への流入前において冷却する。

熱交換器５０の構造の一例が、図２に示されている。図２は、本発明における補助冷却装置の構成要素の一つとして備わる熱交換器の一例を示す斜視図である。熱交換器５０は、クーリングマット２１からの排水、即ち、冷却用水９２の供給を受けて貯留するタンク部５１を有している。タンク部５１は、断面一様な筒体としての形状を有しており、外壁として、凹状の配管接触部５３と、配管接触部５３に繋がった外側に凸状の外壁部５４と、筒の両端に位置する端壁部５５，５６とを持つ。配管接触部５３は、凝縮器２への作動流体が流れる配管部５２をその少なくとも半筒の範囲に渡って抱持する態様で覆うことができる凹部に形成されているので、熱交換効率を高く維持することができる。タンク部５１は、熱伝導性の優れた例えば成型が容易な金属材料などにより作られている。

対に構成されている端壁部５５，５６には、それぞれ給水管５８の端部５８Ｂと、排水管２８の端部２８Ｂが接続されている。これにより、クーリングマット２１から排水された冷却用水９２は、給水管５８を通ってタンク部５１内に入って、排水管２８を通じて貯水槽２５側に排出される。

配管部５２は、熱交換を良好にするために、配管接触部５３に対して接触して配置されている。配管部５２の配管接触部５３に対する熱伝導効率を高めるため、熱伝導部材を介して密着して配置することができる。タンク部５１内に入った冷却用水９２は、配管部５２を流れる冷媒との間で、配管部５２の管壁肉厚とタンク部５１の外壁肉厚を介して熱交換を行う。

次に、熱交換器５０の作用について説明する。図１に示す冷凍サイクル１０の圧縮機１１が動作すると、作動流体である冷媒が圧縮機で圧縮されて凝縮器２に送られる。圧縮機の出口における作動流体である冷媒は気体状態にあって１２０℃もの高い温度に達している。凝縮器２は、冷媒を液化する時に発生する熱で高温になるので、図１に示すポンプ８０が作動して冷却用水９２をクーリングマット２１に供給し、クーリングマット２１において冷却用水９２を流下させて、凝縮器２１の吸い込み空気を冷却させる。凝縮器２へ流入した高温の冷媒は、冷却空気の作用によって７０〜８０℃にまで冷却され、液体状態又は液体と気体の混合状態となる。

この際に、クーリングマット２１からの使用後の冷却用水９２は、給水管５８を通ってタンク部５１内に入って、排水管２８を通じて貯水槽２５側に排出される。冷却用水９２は、タンク内５１を通過しながら、凝縮器２１に接続される配管部５２を流れる冷媒との間で熱交換を行う。クーリングマット２１からの排水の温度は２３〜２４℃程度であるので、この排水は、凝縮器２の流入側において配管部５２を流れる冷媒に対して十分冷却作用を奏することができる。この熱交換により、簡単で安価な構成でありながら、冷却空気９１による冷却の前に冷媒を冷却することができ、全体として凝縮器２の能力を向上することができる。

次に、図３を参照して、本発明の別の実施形態について説明する。図３に示す実施形態において、図２の実施形態と異なるのは熱交換器５０のタンク部５１が複数本の配管部５２に対して配置されている点のみであり、図３の実施形態のその他の構成要素は、図２の実施形態の対応する構成要素と同じであるので、同じ符号を記してその説明を省略する。図３に示す実施形態では、タンク部５１が複数の配管部５２を覆うことで、クーリングマット２１からの使用後の冷却用水９２と冷媒との間で熱交換を一層効率的に行え、凝縮器２の能力を更に向上できる。複数本の配管部５２については、凝縮器２に接続される冷媒流入側の配管を屈曲させて形成することができる。

次に、図４を参照して、本発明の更に別の実施形態について説明する。図４に示す実施形態は、熱交換器を更に別形態とした例であり、図２と図３の実施形態と異なるのは、熱交換器５０が、円筒状のタンク部１５１を有していることである。タンク部１５１は、外周壁部１５４と一対の端壁部１５５，１５６を有しており、端壁部１５６には給水管５８の端部５８Ｂが接続され、端壁部１５５には排水管２８の端部２８Ｂが接続されている。配管配置部１５３は、配管部５２を軸方向に沿って通過させている貫通孔であり、適宜のシールが施されている。このように構成することで、配管部５２内を通過する冷媒は、タンク部１５１内を通過する使用済みの冷却用水９２との間で、配管部５２の肉厚部だけを介して更に効率よく熱交換を行える。図４の実施形態において、配管部５２の本数は１本に限らず、複数本の配管部５２をタンク部１５１に通すことにより、さらに冷却用水９２と冷媒との間における熱交換を効率よく行える。

以上説明したように、本発明の実施形態では、補助（間接）冷却装置は、例えば空気調和装置の室外機１における凝縮器２に適用されており、補助（間接）冷却装置２０のクーリングマット２１に供給された使用済みの冷却用水９２が、積極的に再利用されて凝縮器２側の冷媒の冷却を行う。つまり、使用済みの冷却用水９２は、冷凍サイクル側の凝縮器２の配管部５２に対して熱交換を行うことができ、簡単で安価な構成でありながら凝縮器２を確実に冷却でき、凝縮器２の能力が向上できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、図示した熱交換器の形状に限定されず、例えば配管部は配管接触部において直線状に配置されているが、配管部は、タンク部の配管接触部に対して蛇行状に配置する、或いは螺旋状に配置することができる。これにより、使用済みの冷却用水と凝縮器の冷媒との間における熱交換効率が更に上がり、凝縮器の能力が向上できる。補助冷却装置２０と補助冷却装置の制御方法は、空気調和装置の室外機に適用されているが、これに限らず例えば冷凍装置あるいは冷蔵装置に適用することもできる。

本発明に係る補助冷却装置が適用される冷凍サイクルと給水システムの全体概略図。 図１に示す補助冷却装置に備わる熱交換器の一実施形態を示す斜視図。 図１に示す補助冷却装置に備わる熱交換器の別の実施形態を示す斜視図。 図１に示す補助冷却装置に備わる熱交換器の更に別の実施形態を示す斜視図。 補助冷却装置を組み込んだ冷凍サイクルの室外機を示す概略斜視図。 補助冷却装置を組み込んだ冷凍サイクルを説明する図。

符号の説明

１ 室外機 ２ 凝縮器
３ 冷却ファン ７ 冷媒管
１０ 冷凍サイクル（空気調和装置） １１ 圧縮機
１２ 蒸発器 １３ 膨張弁
１４ ドライヤ
２０，２０ａ 補助冷却装置 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 ２８Ｂ 排水管２８の端部
３０ 給水ユニット
３１ 給水管 ３３ サーモスタット
３４ センサ ３５ 流量調整弁
３６ 圧力スイッチ ３７ タイマ
５０，１５０ 熱交換器 ５１，１５１ タンク部
５２ 冷媒の配管部 ５３ 配管接触部
５４ 外壁部 ５５，５６，１５５，１５６ 端壁部
５８ 給水管 ５８Ｂ 給水管５８の端部
８０ ポンプ ８１ ストレーナ
９１ 冷却用の空気 ９２ 冷却用水
１００ 制御部 １５３ 配管配置部

Claims (5)

1. 冷凍サイクルの凝縮器の放熱部に吸い込まれる吸い込み空気を、水が流下されるクーリングマットを通して冷却させる補助冷却装置において、
   前記凝縮器への作動流体用の配管部を覆い、前記クーリングマットからの排水が供給されて前記配管部を介して前記作動流体と熱交換をする熱交換器を備えることを特徴とする補助冷却装置。
2. 前記熱交換器は、前記排水を貯えるタンク部に構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。
3. 前記タンク部の外壁に前記配管部を収容する凹部が形成されており、前記タンク部の前記外壁が前記配管部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の補助冷却装置。
4. 前記配管部は、前記タンク部を貫通していることを特徴とする請求項２に記載の補助冷却装置。
5. 冷凍サイクルの凝縮器の放熱部に吸い込まれる吸い込み空気を、水が流下されるクーリングマットを通して冷却させる際に、
   前記凝縮器に流入される作動流体を、当該流入前において、前記クーリングマットからの排水が供給される熱交換器に通すことにより、当該作動流体を冷却することを特徴とする補助冷却装置による凝縮器の冷却方法。

Images