JP2008128596A

JP2008128596A - 凝縮器の補助冷却装置

Info

Publication number: JP2008128596A
Application number: JP2006315688A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ito; 正彦伊藤; Shunichi Nagashima; 俊一長島
Original assignee: Fujikoki Corp; Panasonic Environmental Systems and Engineering Co Ltd
Current assignee: Fujikoki Corp; Panasonic Environmental Systems and Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】マット材に冷却水を流下させると効果が発揮される時のみ給水することで、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる凝縮器の補助冷却装置を提供する。
【解決手段】熱交換器３とファン４を有する空冷方式の凝縮器２における熱交換器３の近傍に、熱交換器３への吸入空気が貫通して通過するマット材１０をほぼ垂直姿勢で配置し、マット材１０の上部に水を供給する給水手段１２を設け、マット材１０を貫通して通過する吸入空気とマット材１０内を流下する水を接触させる凝縮器の補助冷却装置１において、給水手段１２に給水をオン・オフする電磁開閉弁１６を設け、凝縮器２のファン４が運転状態のときにのみ電磁開閉弁１６に開弁指令を出力する制御部１７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は空気調和機における空冷方式の凝縮器に関し、特に凝縮器の熱交換器への吸入空気を冷却して冷房効率の向上を図る凝縮器の補助冷却装置に関するものである。

従来、空気調和機の凝縮器に直接水を噴霧することで凝縮器を冷却し、冷凍サイクルの能力と冷却効率を向上することは知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、空冷方式の凝縮器において、気温が高いときにその凝縮器の熱交換器にノズルから直接水を噴霧して冷房効率の向上を図るようにすると、運転を長期にわたって続ける間に熱交換器の表面に水垢・スケールが付着してしまい、空冷運転時の熱交換効率の低下を来たすとともに、熱交換器の腐蝕が発生するという問題がある。

そこで、熱交換器とファンを有する空冷方式の凝縮器における熱交換器の近傍にクーリングマットを配置し、気温が高いときにこのクーリングマットに冷却水を流下させ、冷却水の気化熱によって熱交換器への吸入空気を冷却するようにした補助冷却装置を設け、空気調和機の冷房効率の向上することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

この種の補助冷却装置を備えた空気調和機の基本的な構成例を、図４を参照して説明する。圧縮機２１と凝縮器２２とドライヤ２３と膨張弁２４と蒸発器２５とを冷媒管２６にて連結して冷凍サイクル２０が構成されている。凝縮器２２は熱交換器２２ａとファン２２ｂを有し、蒸発器２５は熱交換器２５ａとファン２５ｂを有している。また、凝縮器２２には、その熱交換器２２ａの近傍に、熱交換器２２ａに吸入される外気を冷却水に接触させて冷却する補助冷却装置３０が配設されている。

補助冷却装置３０は、凝縮器２２の熱交換器２２ａの前面にクーリングマット３１を配置し、電磁開閉弁３３を有する給水手段３２にてクーリングマット３１の上端に冷却水を供給してクーリングマット３１内を冷却水が流下するようにし、クーリングマット３１の下端から流出した冷却水を排水手段３４にて系外に排出するように構成されている。また、クーリングマット３１への流入空気の温度を検出する温度センサ３５が設けられ、その検出信号が電磁開閉弁３３を開閉制御する制御部３６に入力され、流入空気の温度が設定温度以上になると、電磁開閉弁３３を開弁してクーリングマット３１に冷却水を供給するようにように構成されている。
特開２００３−１３０４２７号公報特開２００４−３８０６号公報

ところが、図４に示したような補助冷却装置３０の構成では、吸入空気の温度が所定値以上になると、凝縮器２２のファン２２ｂのオン・オフ動作とは無関係に電磁開閉弁３３が開弁されるため、ファン２２ｂが停止し、吸入空気がクーリングマット３１を通過しない間も冷却水がクーリングマット３１に供給されて無駄に垂れ流されることになり、その分水道料金が余分にかかり、補助冷却装置３０を設けることで省エネルギーは図れても、ランニングコストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、マット材に冷却水を流下させると効果が発揮される時のみ給水することで、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる凝縮器の補助冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の凝縮器の補助冷却装置は、熱交換器とファンを有する空冷方式の凝縮器における熱交換器の近傍に、熱交換器への吸入空気が貫通して通過するマット材をほぼ垂直姿勢で配置し、マット材の上部に水を供給する給水手段を設け、マット材を貫通して通過する吸入空気とマット材内を流下する水を接触させる凝縮器の補助冷却装置において、給水手段に給水をオン・オフする電磁開閉弁を設け、凝縮器のファンが運転状態のときにのみ電磁開閉弁に開弁指令を出力する制御部を設けたものである。

これにより、凝縮器のファンが運転されて吸入空気が熱交換器を通過し、圧縮されて高温となった冷媒と吸入空気が熱交換する際にのみ、その吸入空気が通過するマット材に水を供給して吸入空気と水を接触させることで水を蒸発させ、その気化熱で吸入空気を冷却するようにしているので、効率的に冷媒を凝縮することができるとともに、それ以外の時には水を供給しないので、水が無駄に垂れ流されず、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる。

また、熱交換器への吸入空気の相対湿度を検出する湿度検出手段を設け、制御部は、検出湿度が所定値未満でかつ凝縮器のファンが運転状態のときにのみ電磁開閉弁に開弁指令を出力すると、吸入空気の相対湿度が、その吸入空気に水が接触することで効果的に気化するような所定値未満のときに、マット材に水を供給するようにしているので、給水した水が効果的に気化して冷却効果が発揮されるときにのみ給水することになり、冷房効率の向上を図りつつ、一層給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる。

本発明の凝縮器の補助冷却装置によれば、凝縮器のファンが運転されて吸入空気と高温の冷媒が熱交換する際にのみ、その吸入空気が通過するマット材に水を供給し、吸入空気と水を接触させて水の気化熱で吸入空気を冷却するようにしているので、効率的に冷媒を凝縮することができるとともに、それ以外の時には水を供給しないため、水が無駄に垂れ流されず、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる。

以下、本発明の凝縮器の補助冷却装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１において、本実施形態の補助冷却装置１は、空気調和機の室外に配置される空冷式の凝縮器２の吸入口に近接して配設されている。外気は補助冷却装置１を通過して凝縮器２内に吸入され、凝縮器２内で熱交換器３を通って熱交換した後ファン４にて凝縮器２の吹出口から外気に排出される。

補助冷却装置１は、図２に示すように、両側の側枠６と、後述の給水手段１２の一部を構成する上部の散水枠７と、下部の排水枠８から成る取付枠体５を備え、側枠６と散水枠７と排水枠８に囲まれたマット材配置空間９にマット材１０が収容配置されている。マット材配置空間９は、凝縮器２の吸入口のほぼ全面に対向するように形成されている。散水枠７は、その一端に設けられた給水口７ａから供給された水をマット材１０の横方向全長にわたって均一に水を流下させるように構成されている。具体的には、散水枠７内に散水パイプが配設され、散水パイプに適当間隔置きに形成した複数の噴出ノズルから散水枠７内面に向けて水を噴出するように構成されている。排水枠８は、マット材１０を流下してきた水を受けて、その一端に設けられた排水口８ａから排水ホースなどの排水手段１３にて排出するように構成されている。

マット材１０は、ポリエチレンテレフタレートから成る繊維を不織布状に堆積してマット状に構成したものが好適である。勿論、繊維体の不織布状堆積体に限らず、連続気泡を有する合成樹脂発泡体を適用することもできる。マット材１０の厚さは、例えば厚さ３５ｍｍ程度である。なお、マット材１０の通気路の表面に酸化チタンなどの親水性を高める材料を吹き付けて、保水性を向上するようにしても良い。

マット材１０の上端と下端との間には、マット材１０の横方向のほぼ全長にわたる長さの１又は複数の流下抵抗部材１１が適当間隔あけて配置されている。この流下抵抗部材１１は、マット材１０内での水の流下を抑制するもので、水の通過開口がマット材１０より小さい開口率で分散形成された、マット材１０の厚さと略同等の幅寸法を有する薄板状部材にて構成されている。具体的には、ウレタンフォームなどの連続気泡を有する合成樹脂発泡体の薄板や目の細かい金網やパンチングメタル等にて構成することができる。その中で、合成樹脂発泡体が好適で、さらにその表面にシリカゲル、ゼオライト、珪藻土などの無機化合物を担持させて親水性を持たせたものがより好適である。また、流下抵抗部材１１は、マット材１０の空気流れ方向の面積（凝縮器の吸入口に対向する面の面積）の５％以下の面積となるように配置するのが好適である。なお、流下抵抗部材１１は、図示の如く、マット材１０の横方向のほぼ全長にわたる長さのものをマット材１０の上下端間で適当間隔あけて複数配置した配置構成に限らず、適当な長さの多数の流下抵抗部材１１を、水平面に投影するとマット材１０の長手方向全長にわたって連続するように千鳥状に配設しても良い。

マット材１０への給水手段１２は、上記散水枠７と、散水枠７の一端の給水口７ａと水道などの給水源１４とを接続する給水管１５と、給水管１５の途中に配置された電磁開閉弁１６にて構成されている。電磁開閉弁１６は、制御部１７にて開閉制御され、制御部１７には、ファン４の駆動モータ４ａの運転信号と、吸入空気の相対湿度を検出する湿度検出手段１８の検出信号とが入力され、これらの信号に基づいて電磁開閉弁１６を開閉するように構成されている。

以上の構成の補助冷却装置１において、空気調和機が冷房運転でオンされると、室内温度、すなわち室内機の吸入空気温度に応じて冷凍サイクルが起動されて圧縮機が駆動され、圧縮機の運転状態や圧縮機で圧縮された冷媒の温度や圧力に基づいて、凝縮器２のファン４の駆動モータ４ａが駆動制御される。なお、冷房運転がオンされる際には、室外機である凝縮器２が配設されている場所の温度は通常３０℃以上になっていることが多いため、本実施形態では特に温度検出手段は配設せず、その分コスト低下を図っている。

補助冷却装置１の制御部１７の制御動作を図３を参照して説明すると、まず湿度検出手段１８からの検出信号から吸入空気（外気）の相対湿度φを検出し（ステップＳ１）、検出した相対湿度φが８５％未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。相対湿度φが８５％未満である場合には、次に凝縮器２のファン４の運転信号を検出し（ステップＳ３）、運転信号がオンであるか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、運転信号がオンである場合に給水手段１２の電磁開閉弁１６を開弁する。かくして、本実施形態では相対湿度φが８５％未満で、ファン４の運転信号がオンの場合に、給水手段１２にてマット材１０の上端に水が給水される。

一方、ステップＳ２の判定で、相対湿度φが８５％以上の場合、及び８５％未満であってもファン４の運転信号がオフの場合には、電磁開閉弁１６は閉弁される（ステップＳ６）。制御部１７では、以上のステップＳ１〜Ｓ６の制御動作が一定時間間隔で繰り返される。

ここで、相対湿度φの判定基準値を８５％とした理由を説明すると、マット材への給水量は、通常１７.０ｋｇ／ｈに設定されており、上記のように外気温度を３０℃と仮定すると、相対湿度φが８５％の場合、凝縮器の吸入口に対向する面の面積が０．７ｍ²（高さ０．７ｍ、横幅１ｍ）のマット材１０に対して、面風速１．５ｍ／ｓ、送風量６３ｍ³／ｍｉｎで送風し、所要の給水を行った状態で、推定される実質蒸発量（理想蒸発量の８０％と仮定）は１５．２ｋｇ／ｈとなり、給水量１７.０ｋｇ／ｈの給水量に対して実質蒸発量が下廻ってしまうため、相対湿度８５％以上では蒸発せずに垂れ流しになる水量が多くなり、無駄が多いとの判断に基づくものである。因みに、相対湿度が８０％では、実質蒸発量が２０．３ｋｇ／ｈ、相対湿度が７５％では、実質蒸発量が２５．４ｋｇ／ｈ、相対湿度が７０％では、実質蒸発量が３０．５ｋｇ／ｈｗとなるのに対して、相対湿度が９０％では、実質蒸発量が１０．２ｋｇ／ｈ、相対湿度が９５％では、実質蒸発量が５．１ｋｇ／ｈとなる。

上記のように電磁開閉弁１６が開弁して給水手段１２にて水が供給されると、散水枠７からマット材１０の上端に水が供給され、その水がマット材１０を流下する間に、温度が通常少なくとも３０℃以上、相対湿度が８５％未満の凝縮器２への吸入空気がマット材１０を貫通する際に流下する水と接触することで、水が効果的に気化されてその気化熱で冷却された後、凝縮器２の熱交換器３で冷媒と熱交換することで、冷媒が効率的に凝縮されることになる。

かくして、本実施形態では、凝縮器２への吸入空気の相対湿度が、その吸入空気に水が接触することで効果的に気化するような所定値未満のときで、かつ凝縮器２のファン４が運転されて吸入空気が熱交換器３を通過して高温の冷媒と吸入空気が熱交換する時にのみ、その吸入空気が通過するマット材１０に水を供給し、吸入空気と水を接触させて水を蒸発させ、その気化熱で吸入空気を冷却するようにしているので、凝縮器２の熱交換器３で効率的に冷媒を凝縮することができるとともに、それ以外の時には水を供給しないので、水が無駄に垂れ流されず、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる。

また、本実施形態では、マット材１０に流下抵抗部材１１を配設しているので、流下抵抗部材１１の配置箇所で水が一旦滞留し、その後再度流下することになるので、マット材１０の上端から下端までの流下速度が低下する。その結果、マット材１０の表面の保水状態を保持し、凝縮器２への吸入空気と水の接触状態を確保しながら、マット材１０の上端に供給する水量の低減を図ることができる。また、薄板状の流下抵抗部材１１の配置箇所を除いてはマット材１０の通気性には全く変化はなく、かつ流下抵抗部材１１の配置面積が小さくても流下抵抗部材１１はその効果を発揮するので、マット材１０の全体の通気性には殆ど変化がない。特に、流下抵抗部材１１をマット材１０の空気流れ方向の面積の５％以下の面積に配置することで、流下抵抗部材１１を配設したことによる通風抵抗の増大が小さく、冷房効率の向上に悪影響を殆ど与えずに済む。かくして、マット材１０の通気性の確保とマット材１０を流下する水の流下速度の低下を両立することができ、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができる。

また、マット材１０の横方向の略全長にわたる流下抵抗部材１１を、上下に複数列適当間隔あけて配設しているので、水の流下速度を低下させる効果が大きく、かつマット材１０の横方向の全長にわたって均一に流下させることができて、凝縮器２での不均一な冷却による冷房効率の低下を防止できる。さらに、流下抵抗部材１１を、連続気泡を有する合成樹脂発泡体に親水性の無機化合物を担持させた材料にて構成すると、流下抵抗部材１１に高い保水性が確保されるので、薄くても大きな流下速度低下効果を得ることができ、その分より高い通気性を確保できる。

本発明の凝縮器の補助冷却装置は、凝縮器のファンが運転されて吸入空気と高温の冷媒が熱交換する際にのみ、その吸入空気が通過するマット材に水を供給し、吸入空気と水を接触させて水の気化熱で吸入空気を冷却するようにしているので、効率的に冷媒を凝縮することができるとともに、それ以外の時には水を供給しないため、水が無駄に垂れ流しされず、冷房効率の向上を図りながら、給水量を削減してランニングコストの低減を図ることができ、空気調和機の空冷方式の凝縮器に好適に適用することができる。

本発明の凝縮器の補助冷却装置の一実施形態と凝縮器の概略構成図。同実施形態の補助冷却装置の正面図。同実施形態の制御部の動作フローチャート。従来例の凝縮器の補助冷却装置を有する空気調和機の構成図。

符号の説明

１補助冷却装置
２凝縮器
３熱交換器
４ファン
１０マット材
１２給水手段
１６電磁開閉弁
１７制御部
１８湿度検出手段

Claims

熱交換器とファンを有する空冷方式の凝縮器における熱交換器の近傍に、熱交換器への吸入空気が貫通して通過するマット材をほぼ垂直姿勢で配置し、マット材の上部に水を供給する給水手段を設け、マット材を貫通して通過する吸入空気とマット材内を流下する水を接触させる凝縮器の補助冷却装置において、給水手段に給水をオン・オフする電磁開閉弁を設け、凝縮器のファンが運転状態のときにのみ電磁開閉弁に開弁指令を出力する制御部を設けたことを特徴とする凝縮器の補助冷却装置。
熱交換器への吸入空気の相対湿度を検出する湿度検出手段を設け、制御部は、検出湿度が所定値未満でかつ凝縮器のファンが運転状態のときにのみ電磁開閉弁に開弁指令を出力する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。