JP2007240034A - 開閉蓋装置及びヒートポンプ式空調システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式空調システムに具備される開放型の加熱塔（加熱塔として機能する冷却塔）内に備えられた排気ファンの回転翼が凍結して回転不能となる事態の発生を抑止するための技術を提案する。
【解決手段】ヒートポンプ式空調システム１０に具備される熱交換塔１１（冷却塔又は加熱塔）に設けられた上方開放の排気口５０を、一辺を軸として回動可能に設けられた単数又は複数の薄板状の羽根体５４・５４・・・を備えて成る開閉蓋装置５１にて、閉塞した。さらに、前記羽根体５４・５４・・・の回動範囲を、略水平方向から略鉛直方向までの略９０度以内に規制する規制部材５７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、冬季の外気温度で凍結しない不凍液をヒートポンプ装置の熱交換器（蒸発器）に通液して、ヒートポンプを暖房運転し、暖房運転によって冷却された不凍液を熱交換塔（加熱塔又は冷却塔）で外気により加熱するヒートポンプ式空調システム及び該ヒートポンプ式空調システムに具備される熱交換塔に設けられた排気口の開閉蓋装置に関する。

熱源水を建物内に配置されたヒートポンプ装置の水側熱交換器に循環させ、冷房運転時にはこの水側熱交換器を凝縮器として、暖房運転時には蒸発器として機能させることによって、冷暖房を行うヒートポンプ式空調システムが知られている。
このヒートポンプ式空調システムには、冷却塔が備えられ、冷房運転時には、加温された不凍液を該冷却塔で放熱し、暖房運転時には、冷却された不凍液を加熱塔（又は加熱塔として機能する冷却塔）で外気から採暖する。

ヒートポンプ式空調システムでは、冷却塔と加熱塔とをそれぞれ備えるものもあるが、空間やコストの削減のために、一つの冷却塔を備え、暖房運転時には該冷却塔を加熱塔として機能させるものが普及している。

上記のように、冷房運転時に使用されていた冷却塔を、暖房運転時に加熱塔として使用する方式においては、冷房運転時に外気と直接気液接触させる開放式の冷却塔が高効率であるために、広く採用されている。
このように暖房運転時に加熱塔として機能する冷却塔では、零度以下に冷却された不凍液を冬季の低温の外気に直接接触させて外気温度近傍まで昇温する場合に、不凍液中に外気中の水分が吸収され、該不凍液に含有される凍結防止剤の濃度が徐々に低くなり、不凍液が希釈されるという現象が生じる。
この凍結防止剤の濃度が低くなるという課題を解決するために、加熱塔（加熱塔として機能する冷却塔）では、不凍液中の水分を蒸発させている（特許文献１参照）。

蒸発した不凍液中の水分は、特に厳寒時には、加熱塔内で霜となって、加熱塔内部において、内壁や伝熱管、排気ファン等に固着する。
このように伝熱管に付着した霜によって、熱交換機能が低下してしまう。そこで、従来、伝熱管に付いた霜を除霜のための技術が提案されている（特許文献２参照）。

しかし、厳寒期においては、加熱塔内に備えられた排気ファンの回転翼が凍結して回転不能となり、ヒートポンプ式空調システムを運転することができないという事態が生じることがある。ヒートポンプ式空調システムを運転することができなければ、ヒートポンプ装置で発生させた温水を利用した除霜機能を作動させることはできず、別途設けた電熱器等を用いて、凍結を解除するしか術がなかった。
特開平４−９０４３３号公報 特開平４−１７５号公報

本発明では、ヒートポンプ式空調システムに具備される開放型の加熱塔（加熱塔として機能する冷却塔）内に備えられた排気ファンの回転翼が凍結して回転不能となる事態の発生を抑止するための技術を提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ヒートポンプ式空調システムに具備される冷却塔又は加熱塔に設けられた上方開放の排気口を閉塞可能であって、一辺を軸として回動可能に設けられた単数又は複数の薄板状の羽根体を備えて成る開閉蓋装置である。

請求項２においては、ヒートポンプ式空調システムに具備される冷却塔又は加熱塔に設けられた上方開放の排気口を閉塞可能であって、前記排気口を複数の小開口に分割するフレームと、前記小開口を閉塞可能な形状であって、前記フレームに一辺を軸として回動可能に設けられた複数の羽根体とを、備えて成る開閉蓋装置である。

請求項３においては、前記羽根体の回動範囲を、略水平方向から略鉛直方向までの略９０度以内に規制する規制部材を設けるものである。

請求項４においては、前記羽根体を、前記冷却塔又は加熱塔内に備えられる排気ファンの軸心位置を円の略中心とする略扇形状とし、前記排気ファンの回転方向の上流側に該当する前記羽根体の一辺を該羽根体の回動の軸とするものである。

請求項５においては、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載した開閉蓋装置を、加熱塔又は冷却塔に設けたヒートポンプ式空調システムである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、ヒートポンプ式空調システムに具備される上方開放型の加熱塔（又は冷却塔）内の、運転停止時の温度低下を抑制し、該加熱塔（又は冷却塔）内に設けられる排気ファンの回転翼の凍結を防止することができる。よって、排気ファンの回転翼が凍結して回転不能となる事態の発生を抑止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るヒートポンプ式空調システムの全体的な構成を示す図である。
図２は開閉蓋装置の斜視図、図３はフレームの平面図、図４は開閉蓋装置の平面図、図５はフレームの羽根体支承部の拡大図、図６はヒートポンプ式空調システムの運転時の開閉蓋装置の様子を示す図、図７は開閉蓋装置を通じた排気の流れを説明する図である。

先ず、本発明の実施例に係るヒートポンプ式空調システム１０の構成について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ式空調システム１０は、交流式の上方開放型熱交換塔１１を用いたヒートポンプ式空調システムである。
なお、上記『熱交換塔１１』は、冷房運転時には冷却塔（クーリングタワー）として、暖房運転時には、加熱塔（ヒーティングタワー）として機能するものである。但し、ヒートポンプ式空調システム１０は暖房運転専用であってもよく、この場合、熱交換塔１１は加熱塔としてのみ機能する。

ヒートポンプ式空調システム１０は、ヒートポンプ装置１２と、熱交換塔１１と、これらの間に不凍液を循環させる配管等とで構成される。

前記ヒートポンプ装置１２には、水側熱交換器４０や空気側熱交換器４２等が具備される。

前記熱交換塔１１の筐体の側面には、外部からの吸気口である外気取入口２５が開口され、同じく筐体の上部には上方に向けて排気筒２６が延設され、ここに排気口５０が開口される。この熱交換塔１１は、排気筒２６の上面に排気口５０が開口された、所謂、「上方開放型」のものである。但し、排気口５０は、厳密に上方に開放されたものに限定されず、斜め上方に開放されたものなども含む。

また、前記熱交換塔１１内には、空気が通過する充填物層２２が配置され、この充填物層２２に向けて散水装置２３・４７が配置され、散水装置２３の上方に排気ファン２４が設けられる。
さらに、熱交換塔１１の下部には、不凍液が貯溜される水槽２７が設けられる。該水槽２７の不凍液は、ポンプ２８によって、ヒートポンプ装置１２を通じて散水装置２３に循環される一方、ポンプ４５によって、ヒーター４６を通じて散水装置４７にも循環される。

上記熱交換塔１１では、排気ファン２４の駆動によって、外気取入口２５から熱交換塔１１内に吸引された外気は、充填物層２２を上昇し、散水装置２３から散水される不凍液と気液接触したうえで、排気筒２６の排気口５０を通じて外部に排気され、充填物層２２を通過した不凍液は、熱交換塔１１の下部に設けた水槽２７に蓄えられる。

上述の構成のヒートポンプ式空調システム１０にて、暖房運転を実施する場合には、ヒートポンプ装置１２の水側熱交換器４０を蒸発器として機能させ、また、空気側熱交換器４２を凝縮器として機能させて、暖房用の温風を作る。
このヒートポンプ装置１２の稼働により、蒸発器を通液するうちに冷却された低温の不凍液は、配管を通じて熱交換塔１１に送水される。該不凍液は、熱交換塔１１において、散水装置２３から充填物層２２に散液され、排気ファン２４の駆動によって充填物層２２を上昇する外気と直接的に接触して加熱され、下部水槽２７に落下する。

熱交換塔１１内において、外気中の水分を吸収して不凍液は徐々に希釈される。そこで、希釈された不凍液を濃縮するために、下部水槽２７内の不凍液はヒーター４６において外気温度以上に加熱され、熱交換塔１１内で外気と気液接触することにより、不凍液中の水分が外気に蒸発し、水蒸気となって外部へ放出される。

なお、上記ヒートポンプ式空調システム１０にて冷房運転を実施する場合には、ヒートポンプ装置１２の水側熱交換器４０を凝縮器として機能させ、空気側熱交換器４２を蒸発器として機能させて、冷風を作る。

ところで、ヒートポンプ式空調システム１０の上述した構成は、一般的に広く使用されているヒートポンプ式空調システムと同様のものである。
本発明に係るヒートポンプ式空調システム１０では、上述のような一般的な構成のヒートポンプ式空調システム１０の熱交換塔１１の排気口５０に、開閉蓋装置５１を設けたことを特徴とするものである。

熱交換塔１１に開閉蓋装置５１を設けることによれば、運転停止後の熱交換塔１１の内部が保温され、該熱交換塔１１内の温度低下が抑制されるため、排気ファン２４の回転翼２４ａが凍結することを防止できる。よって、ヒートポンプ式空調システム１０の運転を再開するときに、排気ファン２４の排気ファンが凍結して回転不能となる事態の発生を抑止することができる。

次に、前記開閉蓋装置５１の構造について説明する。

図１に示すように、前記開閉蓋装置５１は、熱交換塔１１の排気筒２６の上方に、該熱交換塔１１に対して着脱可能に備えられる。
このように開閉蓋装置５１を、熱交換塔１１に対して着脱可能とすることによれば、暖房運転時は、熱交換塔１１に開閉蓋装置５１を備え、冷房運転時は、該熱交換塔１１（冷却塔）より開閉蓋装置５１を取り外して、内部の放熱効率の良好な状態とすることができる。但し、暖房運転時・冷房運転時に拘わらず、常に開閉蓋装置５１を熱交換塔１１に備えることもできる。

前記開閉蓋装置５１は、図２に示すように、ヒートポンプ式空調システムに具備される熱交換塔１１の上方開放の排気口５０を閉塞可能であって、その一辺を軸として回動可能に設けられた単数又は複数の薄板状の羽根体５４・５４・・・を少なくとも備えて成るものである。

本実施例においては、前記熱交換塔１１の排気筒２６の上方に連設された、該排気口５０を複数の小開口５３ａ・５３ａ・・・に分割するフレーム５５と、前記小開口５３ａ・５３ａ・・・を閉塞可能な形状であって前記フレーム５５に一辺を軸として回動可能に設けられた複数の羽根体５４・５４・・・とで、開閉蓋装置５１が構成される。

前記フレーム５５は、図３にも示すように、排気口５０を包囲するように排気筒２６に連設される筒体５３と、該筒体５３の端面に固設された羽根体５４・５４・・・を支持するための支持杆５２とで、形成される。

前記筒体５３は、例えば、筒状に繋いだステンレス鋼板等で形成することができ、本実施例においては排気口５０が円形状であるので該筒体５３は円筒状に形成される。但し、例えば、排気口５０が略矩形状であれば、筒体５３はそれを包囲するように略矩形筒状に形成される。つまり、筒体５３は、排気口５０と羽根体５４・５４・・・との間を閉塞して繋ぎ、該排気口５０を上方へ延長するように形成される。

また、前記支持杆５２は、例えば、略Ｌ字アングル棒等で形成することができる。前記筒体５３に支持杆５２が固設されることによって、排気口５０（厳密には、排気口５０を延長する筒体５３の上端開口）が複数の小開口５３ａ・５３ａ・・・に分割される。
本実施例において、前記熱交換塔１１に備えられる排気ファン２４と軸心と略同心となるように筒体５３が配置され、該排気ファン２４の軸心を略中心として放射状に支持杆５２・５２・・・が設けられる。
この支持杆５２を備えるフレーム５５により、排気口５０（厳密には、排気口５０を延長する筒体５３の上端開口）は、排気ファン２４の軸心を円の略中心とする略扇形状の小開口５３ａ・５３ａ・・・に分割される。

なお、本実施例においては、排気口５０を上方に延長する筒体５３をフレーム５５に備えているが、筒体５３を熱交換塔１１の排気筒２６に嵌入可能な短筒状として、排気口５０と羽根体５４・５４・・・とが接するように構成することもできる。また、フレーム５５に筒体５３を備えずに、支持杆５２・５２・・・とこれを連結する部材とでフレーム５５を形成することもできる。

前記小開口５３ａ・５３ａ・・・は、図４に示すように、それぞれ一枚の羽根体５４・５４・・・で閉塞される。本実施例において、各羽根体５４・５４・・・は、前記熱交換塔１１に備えられる排気ファン２４の軸心を円の略中心とし、筒体５３の上端面を略六等分割する略扇形状の薄板状体であり、これら６枚の羽根体５４・５４・・・にて筒体５３の上面が覆われる。

なお、本実施例において、羽根体５４は、筒体５３の上端面を略六等分割する略扇形状に形成されているが、羽根体５４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、筒体５３の上端面を略四分割や略八分割する略扇形状の羽根体を設けたり、筒体５３の上端面に部分的に自由形状の羽根体を設けたりすることができる。この場合、羽根体５４・５４・・・の形状に合わせてフレーム５５に小開口５３ａ・５３ａ・・・が形成される。

前記羽根体５４は、その周縁部にて前記フレーム５５に支持され、該羽根体５４の扇形を形成している直線状の一辺が、前記フレーム５５の支持杆５２にヒンジ５６を介して回動可能に固定される。図６に示すように、羽根体５４が略水平な状態から上方へ回転することによって、排気口５０が外部に対して開放された状態、つまり、開閉蓋装置５１の蓋が開いた状態となる。

各羽根体５４・５４・・・は、略扇形を形成する直線状の二辺のうち同一側の一辺がフレーム５５に支承される。
さらに、各羽根体５４・５４・・・は、排気ファン２４の回転翼２４ａの回転方向Ｆの上流側に該当する一辺がフレーム５５に支承される。つまり、開閉蓋装置５１の各羽根体５４・５４・・・は、前記排気ファン２４の回転方向Ｆの上流側に該当する該羽根体５４・５４・・・の一辺を回動の軸として揺動するように構成される。

なお、図５に示すように、前記ヒンジ５６には、羽根体５４の回動角度θを、該羽根体５４が略水平な状態から、略垂直な状態となるまでの略９０度以内に規制する規制部材５７を設けることができる。
このように、羽根体５４の回動角度θを制限することによれば、強風などにより羽根体５４が略９０度よりも大きく回動して、他の羽根体５４と当接したり重なり合ったりすることを防止できる。

図５に示す実施例では、前記規制部材５７は、ヒンジ５６の構成部材が当接するブロック体であって、該ブロック体にヒンジ５６の構成部材が当接して羽根体５４が略９０度以上回動しないように規制される。
但し、規制部材５７の構成は上記に限定されず、例えば、回動角が０〜９０度であるヒンジを採用したり、フレーム５５と羽根体５４とを連結する適宜長さの紐状部材を規制部材５７として設けたりすることができる。

また、図５に示すように、フレーム５５の、羽根体５４の該フレーム５５に支承されない周縁部と当接する部分に、緩衝材５８を設けることができる。
このように、フレーム５５の羽根体５４との当接部に緩衝材５８を設けることによれば、羽根体５４とフレーム５５との当接音を減少し、また、フレーム５５と羽根体５４との間の間隙を低減し、より密着した状態とすることができる。

ここで、前記開閉蓋装置５１の動作について説明する。

ヒートポンプ式空調システム１０の運転時には、前記排気ファン２４の回転翼２４ａの回転により、熱交換塔１１内の気体が排気口５０を通じて強制排気されるため、該排気口５０には上昇気流が発生する。
この排気気流の風圧（排気圧）によって、図６に示すように、各羽根体５４は、ヒンジ５６を中心として上方へ回動する。これにより、羽根体５４とフレーム５５との間に間隙が生じて排気口５０が外部に開放され、熱交換塔１１内の気体が外部へ排気される。

図７に示すように、回転翼２４ａの回転により生じる排気気流は、略鉛直方向から幾分の傾きを有する。一方、開閉蓋装置５１の羽根体５４は、回転翼２４ａの回転方向Ｆの上流側を軸として回動するように構成されているため、風圧を受けて羽根体５４は気流の流れの傾きと略同方向に傾くこととなる。
従って、熱交換塔１１の排気気流は、羽根体５４にぶつかって乱れることなく、外部へ流れ出る。よって、効率的に熱交換塔１１内を排気することができ、また、排気ファン２４に余分な負荷を与えないようにすることができる。

一方、ヒートポンプ式空調システム１０の運転を停止して、排気ファン２４の回転翼２４ａの回転が停止すれば、やがて、熱交換塔１１内からの排気量が減少することによって風圧が低下し、羽根体５４は自重により下方へ回動して、羽根体５４の周囲がフレーム５５に当接し、排気口５０が閉塞される。

上述のように、開閉蓋装置５１の羽根体５４は排気ファン２４により形成される排気気流の風圧を利用して、ヒートポンプ式空調システム１０の運転状態に応じて開閉される。つまり、特別な駆動機構や制御機構等を要しない。従って、開閉蓋装置５１は、メンテナンスが簡易であり、ランニングコストやイニシャルコストを抑えることができる。

上記のように排気口５０が閉塞された状態では、該排気口５０を通じた熱交換塔１１内部と外部との気体の置換が行われない。よって、熱交換塔１１の排気口５０が開放されているときと比較して、運転によって温められた熱交換塔１１内の気体は保温される。
熱交換塔１１内が保温されることによって、熱交換塔１１内の温度低下が抑制される。これにより、排気ファン２４の回転翼２４ａの凍結を抑止することができる。従って、回転翼２４ａが凍結して回転不能となる事態の発生を抑止することができる。
また、運転再開時には、排気気流により羽根体５４・５４・・・を回動させる風圧が発生するまで開閉蓋装置５１にて排気口５０が閉塞された状態となるので、排気口５０が開放されているときと比較して、速やかに熱交換塔１１内の温度が上昇し、排気ファン２４の回転翼２４ａが凍結していたとしても速やかに凍結解除されて回転を開始することができる。

上述のように、開閉蓋装置５１によれば、簡易な構成で排気ファン２４の回転翼２４ａの凍結の防止を実現することができる。

本発明の実施例に係るヒートポンプ式空調システムの全体的な構成を示す図。 開閉蓋装置の斜視図。 フレームの平面図。 開閉蓋装置の平面図。 フレームの羽根体支承部の拡大図。 ヒートポンプ式空調システムの運転時の開閉蓋装置の様子を示す図。 開閉蓋装置を通じた排気の流れを説明する図。

符号の説明

１０ ヒートポンプ式空調システム
１１ 熱交換塔（加熱塔・冷却塔）
１２ ヒートポンプ装置
２４ 排気ファン
２４ａ 回転翼
２６ 排気筒
５０ 排気口
５１ 開閉蓋装置
５２ 支持杆
５３ 筒体
５４ 羽根体
５５ フレーム

Claims (5)

1. ヒートポンプ式空調システムに具備される冷却塔又は加熱塔に設けられた上方開放の排気口を閉塞可能であって、
   一辺を軸として回動可能に設けられた単数又は複数の薄板状の羽根体を備えて成ることを特徴とする、
   開閉蓋装置。
2. ヒートポンプ式空調システムに具備される冷却塔又は加熱塔に設けられた上方開放の排気口を閉塞可能であって、
   前記排気口を複数の小開口に分割するフレームと、
   前記小開口を閉塞可能な形状であって、前記フレームに一辺を軸として回動可能に設けられた複数の羽根体とを、備えて成ることを特徴とする、
   開閉蓋装置。
3. 前記羽根体の回動範囲を、略水平方向から略鉛直方向までの略９０度以内に規制する規制部材を設けることを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の開閉蓋装置。
4. 前記羽根体を、前記冷却塔又は加熱塔内に備えられる排気ファンの軸心位置を円の略中心とする略扇形状とし、
   前記排気ファンの回転方向の上流側に該当する前記羽根体の一辺を該羽根体の回動の軸とすることを特徴とする、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の開閉蓋装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載した開閉蓋装置を、
   加熱塔又は冷却塔に設けたことを特徴とする、ヒートポンプ式空調システム。
   

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