JP2009243754A - 室外機用補助冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の室外機が冷たい空気を吸気しても熱交換器にスケールが固着しない室外機用補助冷却装置を提供する。
【解決手段】室外機用補助冷却装置は、屋外に配置されるとともに熱交換器を有する空気調和機用室外機と水を噴霧する噴霧ノズルとからなる室外機用補助冷却装置において、上記噴霧ノズルから噴霧された水が上記熱交換器に付着する前までに気化するよう、上記噴霧ノズルを上記室外機から離して配置した。また、上記噴霧ノズルから噴霧された水が上記熱交換器に付着する前までに気化するよう、上記噴霧ノズルからミストを室外機から離れる方向に噴霧する。
【選択図】図１

Description

この発明は、室外機の熱交換効率を高めるための室外機用補助冷却装置に関するものである。

空気調和機の室外機において、熱交換効率を高めるために、その前面に水を噴射する噴霧ノズルを設けたものがある。通常、室外機は、冷媒を圧縮するコンプレッサ、冷媒を液化し放熱する熱交換器（凝縮器）、ファンなどから構成されており、噴霧ノズルは、室外機の表面から十数ｃｍの間隔を空けて配置される。
室内に設けた空気調和機の室内機を冷房運転する際には、導水管によって導かれた水を、噴霧ノズルから室外機に向けて霧状に噴射する。噴霧ノズルから噴射された水は、室外機内の熱交換器に接触する。このとき、水の蒸発にともない熱交換器から気化熱が瞬時に奪われるため、熱交換器を効率良く冷却することができ、熱交換器の駆動時間を短縮できると共に消費電力を抑えることができる。こうして空気調和機の冷房能力、効率を向上させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２８２３０号公報

従来の室外機の補助冷却装置においては、ノズルからの噴射された水を直接、室外機の熱交換器に当てていることから、熱交換器、特に、熱交換器のフィンに水のスケールが付着してしまう。つまりフィンに水が当たると、濡れ、乾き（蒸発）を繰り返すことで、水道水に含まれるスケール成分（カルシウムやマグネシウム等の硬度成分やシリカ成分）が、フィンに固着してしまう。このフィンへのスケールの固着により、熱交換器の効率が低下してしまうという問題がある。

この発明の目的は、空気調和機の室外機が冷たい空気を吸気しても熱交換器にスケールが固着しない室外機用補助冷却装置を提供することである。

この発明に係る室外機用補助冷却装置は、屋外に配置されるとともに熱交換器を有する空気調和機用室外機と水を噴霧する噴霧ノズルとからなる室外機用補助冷却装置において、上記噴霧ノズルから噴霧された水が上記熱交換器に付着する前までに気化するよう、上記噴霧ノズルを上記室外機から離して配置した。

この発明に係る室外機用補助冷却装置の効果は、噴霧ノズルと室外機とが噴霧ノズルから噴霧されたミストが室外機に付着する前までに気化するよう離れているので、室外機に向かってミストが噴霧されても、拡散する間に気化してしまい、ミストが室外機の熱交換器に直接あたって付着することがなく、熱交換器のフィンへのスケールの固着を防止できることである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る室外機用補助冷却装置が配備された空気調和機の室外機の斜視図である。
この発明の実施の形態１に係る各室外機１０は、図１に示すように、側面の１つに吸気口１１、上面に排気口１２が設けられている。そして、６台の室外機１０は、吸気口１１が横並びに並ぶよう横一列に並べられている。室外機１０内には図示しないが、吸気口１１の近くに熱交換器が配置され、排気口１２の近くに内部から熱交換により熱くなった空気を外部に噴き出すファンが配備されている。冷房時には吸気口１１から吸気された空気は熱交換器のフィンを介して冷媒との間で熱交換され、暖まった空気はファンにより室外に排気される。

図２は、室外機用補助冷却装置を配備した室外機を上から見た図である。
この発明の実施の形態１に係る室外機用補助冷却装置１は、室外機１０の吸気口１１が設けられた第１の側面１３と第１の側面１３に対向する第２の側面１４とにそれぞれ対面する位置にオリフィスが側面に向かって配置された噴霧ノズル２、第１の側面１３と第２の側面１４とにそれぞれ対面する噴霧ノズル２に水を配水する２本の枝管３ａ、３ｂ、２本の枝管３ａ、３ｂに選択弁４ａ、４ｂを介して水を供給する主管５、主管５の基端側に設けられる元弁６、元弁６を介して主管５に高圧の水を供給する高圧ポンプ７、室外機１０の周囲の温度を計測する温度計８、および、温度計８で計測した温度に基づいて高圧ポンプ７、元弁６または選択弁４ａ、４ｂを制御する制御盤９を備える。

噴霧ノズル２は、各室外機１０の第１の側面１３に対面して１個、第２の側面１４に対面して３個配設されている。なお、噴霧ノズル２の設置数は、室外機１０の大きさなどによって適宜設定すれば良い。そして、噴霧ノズル２は、噴霧されたミストが途中で気化することにより第１の側面１３および第２の側面１４に達しないように、第１の側面１３および第２の側面１４から離間して配置されている。言い換えると、噴霧ノズル２と室外機１０との距離は、室外機１０までの離した空間で噴霧されたミストが全て気化される間隔となっている。
噴霧ノズル２は、枝管３ａ、３ｂに対して水平方向に取り付けられるが、取付角度は適宜設定され、ミストが気化され、水滴が室外機１０に付かないようにする。

図３は、この発明の実施の形態１に係る噴霧ノズル２の中心軸に沿った断面図である。
噴霧ノズル２は、図３に示すように、略円筒状のハウジング２０を有している。そして、円筒状のハウジング２０の中心軸に沿って、枝管３ａ、３ｂから供給された加圧水を受ける上流側の径が下流側の径より大きい２段の円柱状の加圧水受け空洞２１、感圧逆止弁２２を収納し、加圧水受け空洞２１の下流側の径より大きく、一端が中心軸方向に突き出されたリブ２３により外縁部が仕切られた弁収納空洞２４、駒２５を収納し、リブ２３の下流側に位置し、加圧水受け空洞２１の上流側の径と等しい円柱状の空洞２６およびその空洞２６に連なる漏斗状の空洞２７からなる噴流生成空洞２８、漏斗状の空洞２７の先端に連なるオリフィス２９が連なって設けられている。

そして、弁収納空洞２４には、加圧水受け空洞２１の下流側の開口２１ａを開閉する感圧逆止弁２２が挿入されている。
感圧逆止弁２２は、加圧水受け空洞２１の下流側の開口２１ａに当接したとき、加圧水の流れを遮断する遮断球３０、一端が遮断球３０に当接し遮断球３０に所定のバネ圧が掛けられるように撓んで他端がリブ２３に固定されるバネ３１から構成されている。所定のバネ圧は、加圧水受け空洞２１における水圧が１ＭＰａに達したときに遮断球３０と加圧水受け空洞２１の開口２１ａとが離間するようにバネ３１のバネ定数が設定されている。

さらに、噴流生成空洞２８では、加圧水を旋回噴流として噴出し、漏斗状の空洞２７の内側面に衝突させるための駒２５が円柱状の空洞２６の内側面に接しながら噴霧ノズル２の中心軸方向に摺動しながら移動する。駒２５には、側面に螺旋状の溝３２が掘られ、その溝３２と円柱状の空洞２６の内側面とにより加圧水を旋回して噴出する旋回流路が形成される。

次に、噴霧ノズル２において加圧水が噴霧される手順について説明する。
加圧水受け空洞２１に加圧水が注水され、水圧が所定の値に達すると、遮断球３０を押して加圧水が弁収納空洞２４内に流れ込む。
そして、リブ２３の中央に形成された孔２３ａから加圧水が駒２５の一方の端面を押して駒２５が噴霧ノズル２の中心軸に沿って漏斗状の空洞２７の方向に移動され、駒２５の側面の溝３２を通って加圧水が旋回されながら通過し、溝３２の端部から噴流される。
この噴流が漏斗状の空洞２７の内側面に衝突して、衝突噴流になりミストとしてオリフィス２９から噴霧される。

次に、噴霧されたミストについて説明する。この発明におけるミストは、小さな径の水滴を意味する。そして、ミストの平均粒径は、噴霧ノズル２の中心軸上でオリフィス２９の先端から５０ｍｍ離れた箇所でレーザ回折法により測定した体面積平均粒径（ザウター平均径と称す。）を用いる。レーザ回折法において、レーザ回折粒径測定器（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製、マスターサイズーＳ型、使用レーザ：ＨｅーＮｅレーザ）を用いて、５回同様に測定し、その平均値をミストの平均粒径として用いている。
実施の形態１で使用した噴霧ノズル２から噴霧水圧６ＭＰａのときザウター平均粒径が２０μｍであった。なお、噴霧水圧が低いとミストの平均粒径が大きくなるとともに噴霧流量が少なくなり、水の噴霧量が少なくなってしまう。また、噴霧水圧が高いとミストの平均粒径が小さくなるとともに噴霧流量が多くなるが、高すぎると配管などに大きな衝撃波が加わり、安全上好ましくない。これらの理由から噴霧水圧は、２ＭＰａ〜１０ＭＰａの間が好ましい。

なお、ミストの平均粒径として、レーザ回折粒径測定器を用いて測定しているが、他にドプラー位相粒径測定器などを用いて測定してもよい。このとき、測定器の種類により、平均粒径が異なるので、同一条件で噴霧したミストを測定して対比することが必要である。例えば、噴霧ノズル２から噴霧水圧６ＭＰａのときに噴霧されたミストの９０％体積粒径が６０μｍ、１０％体積粒径が３μｍであった。

高圧ポンプ７には水道１５から水道水が供給され、噴霧水圧が２ＭＰａ〜１０ＭＰａになるように加圧される。このように噴霧水圧を２ＭＰａ〜１０ＭＰａに加圧して噴霧するときには、噴霧ノズル２を室外機１０から３０ｃｍ〜１ｍ離間することが好ましい。
制御盤９は、温度が例えば３０℃を超えたら、元弁６および選択弁４ａ、４ｂを開放し、高圧ポンプ７を稼働して水圧が２ＭＰａ〜１０ＭＰａになるように加圧して主管５に送水する。

噴霧ノズル２から噴霧されたミストは、室外機１０の第１の側面１３および第２の側面１４に向かって拡散していくが、ミストの粒径が小さいので、また、噴霧ノズル２と室外機１０の吸気口１１とが離されるように配置されていることから、第１の側面１３および第２の側面１４にミストが到達する前に殆ど気化してしまい、吸気口１１からミストが吸い込まれて熱交換器のフィンに当たることはない。
そして、ミストが気化することにより、ミストが拡散した空間の空気が冷却され、吸気口１１からは冷却された空気が吸い込まれるので、冷却された空気と熱交換器の熱い冷媒との間で熱交換され、効率良く冷媒の熱量が空気に熱交換される。
また、第２の側面１４に向かって拡散したミストが気化することにより、第２の側面１４を取り囲む空気が冷却され、その冷却された空気が陰圧になっている吸気口１１に吸い込まれるので、室外機１０の側面を回り込んできた空気も冷却されており、熱交換器の変換効率がさらに向上する。
このようにすることにより、熱交換器の駆動時間を短縮することができ、電力消費量を削減できる。

主管５、枝管３ａ、３ｂは、それらが連結されて、コの字状の配管となって、室外機１０の周囲を囲んでいる。このため、噴霧ノズル２から噴霧されたミストは、室外機１０周辺の空気全体を冷やしているので、室外機１０から熱交換された熱風がファンによって上方へ排気されても、室外機１０の周囲の温度が必要以上に高まることはなく、このことにより高圧カットが防止される。
より詳しく説明すると、室外機１０の排気が吸気に回り込む、いわゆるショートサーキットが生じたり、外気温度が上昇することにより、凝縮器の熱交換が十分に行われなくなったりして、空気調和機の圧縮機に大きな負荷がかかる。この際、圧縮機の故障防止のために強制的に冷房運転を停止するいわゆる高圧カットを起こすことがあるが、室外機１０を囲むようにして、噴霧ノズル２からミストを噴霧することで、室外機１０の周囲全体の空気が冷やされるので、このような高圧カットが生じるのを防止できる。

また、噴霧ノズル２と室外機１０とは離れているので、室外機１０に向かってミストが噴霧されても、水平方向に前方に拡散する間に気化してしまい、ミストが室外機１０の熱交換器に直接あたって付着するようなことはない。
なお、このようにして熱交換器のフィンに水のスケールが固着することを防止できるが、より一層、フィンへのスケールの固着を防止するために、高圧ポンプ７に図示しない軟水器から軟水化された水道水や純水を供給して、金属イオンの少ない加圧水を供給するようにしてもよい。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る室外機用補助冷却装置は、この発明の実施の形態１に係る室外機用補助冷却装置１と制御盤が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る制御盤では、温度が３０℃から３５℃のときには、選択弁４ｂだけを開放して室外機１０の第２の側面１４、すなわち吸気口１１が開いていない側面に向けてミストを噴霧し、温度が３５℃を超えたときに選択弁４ａを開放させて室外機１０の第１の側面１３に向けてもミストを噴霧する。
このように、周囲温度が３０℃から３５℃のように少し高いときには背面側だけからミストを噴霧し、周囲温度が３５℃を超えるようにかなり高いときには前面側からもミストを噴霧することにより、吸気口１１から吸い込まれる冷えた空気の量を増やすことができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る室外機用補助冷却装置の噴霧ノズルの配置の様子を示す図である。
この発明の実施の形態３に係る室外機用補助冷却装置は、この発明の実施の形態１に係る室外機用補助冷却装置１と噴霧ノズル２が配設されている位置が異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
この発明の実施の形態３に係る噴霧ノズル２は、室外機１０の吸気口１１の上辺より上に配設され、ミストを噴霧する方向は水平方向から略４５度下側に傾いている。

このように、噴霧ノズル２を吸気口１１より上に配設し、下向きにミストを噴霧すると、排気口１２から排気された熱い空気が降下してきても降下する熱い空気の中にミストが噴霧されることになり、降下する間に冷却されて吸気口１１に達するときには冷たい空気になっているので、ショートサーキットを効果的に防止できる。
また、斜め下にミストが噴霧されるので、ミストが吸気口に達するまでの旅程を長くすることができ、吸気口から吸い込まれる水分量を減少させることができる。

なお、実施の形態１に係る室外機１０では第１の側面１３から空気を吸気し、上面から排気しているが、一方の側面から空気を吸気し、他方の側面から排気する室外機の場合、空気を吸気している側面だけに噴霧ノズル２を配設しても良いし、排気している側面を除く側面または上面に対面するように噴霧ノズル２を配設しても良い。

実施の形態４．
なお、実施の形態１〜３においては、枝管３ａ、３ｂを室外機１０から離すことで、噴霧ノズル２と室外機１０との距離を確保したが、枝管３ａ、３ｂなどの配管を、従来のように、室外機１０に直接設けるようにしてもよい。この利点としては、実施の形態１のように枝管３ａ、３ｂを室外機１０から離すと、枝管３ａ、３ｂを固定するための手段が別途必要になるが、室外機１０に直接、枝管３ａ、３ｂを固定すれば、配管の固定作業が容易となる。

この実施の形態４の一例としては、噴霧ノズル２が接続された枝管３ａ、３ｂを室外機１０の上部の天板に設け、噴霧ノズル２は例えば水平方向に取り付けておく。このようにすると、室外機１０が出す排気を噴霧ノズル２から放出するミストで冷却でき、吸気よりは、むしろ排熱を抑制することができる。つまり、この場合は、噴霧ノズル２から放出されたミストは、排気口１２から出される熱風によってすぐに気化して周囲を冷やす。

また噴霧ノズル２から噴霧されたミストにより室外機１０の上方から下方に向かって冷えた空気が流れ、吸気口１１にも冷えた空気が流入するから、熱交換器の効率も向上し、しかもスケール成分が熱交換器に付着することもない。

このように、室外機１０と噴霧ノズル２との距離が近くても、噴霧ノズル２から噴霧された水が熱交換器に付着する前までに気化するようすることは可能であり、例えば、噴霧ノズル２からミストを室外機１０から離れる方向に噴霧するようにすればよい。このような配置をとる場合には、噴霧されたミストが気化しやすくするために、上述したように、配管を天板に設けて、ミストが排気口１２からの熱風にあたるように噴霧ノズル２の位置を決め、噴霧ノズル２を排気口１２の近傍に設けるようにする。または、吸気口１１から吸引されないように、噴霧ノズル２を室外機１０の吸気口１１から離すように配置する。

この発明の実施の形態１に係る室外機用補助冷却装置が配備された空気調和機の室外機の斜視図である。 室外機用補助冷却装置を配備した室外機を上から見た図である。 この発明の実施の形態１に係る噴霧ノズルの中心軸に沿った断面図である。 この発明の実施の形態３に係る室外機用補助冷却装置の噴霧ノズルの配置の様子を示す図である。

符号の説明

１ 室外機用補助冷却装置、２ 噴霧ノズル、３ａ、３ｂ 枝管、４ａ、４ｂ 選択弁、５ 主管、６ 元弁、７ 高圧ポンプ、８ 温度計、９ 制御盤、１０ 室外機、１１ 吸気口、１２ 排気口、１３、１４ 側面、１５ 水道、２０ ハウジング、２１ 空洞、２１ａ 開口、２２ 感圧逆止弁、２３ リブ、２３ａ 孔、２４ 弁収納空洞、２５ 駒、２６、２７ 空洞、２８ 噴流生成空洞、２９ オリフィス、３０ 遮断球、３１ バネ、３２ 溝。

Claims (4)

1. 屋外に配置されるとともに熱交換器を有する空気調和機用室外機と水を噴霧する噴霧ノズルとからなる室外機用補助冷却装置において、
   上記噴霧ノズルから噴霧された水が上記熱交換器に付着する前までに気化するよう、上記噴霧ノズルを上記室外機から離して配置したことを特徴とする室外機用補助冷却装置。
2. 上記噴霧ノズルと上記熱交換器との間で気化してしまう粒径のミストを噴霧できるよう高圧に加圧された水が上記噴霧ノズルに送水されることを特徴とする請求項１に記載の室外機用補助冷却装置。
3. 屋外に配置されるとともに熱交換器を有する空気調和機用室外機と、水を噴霧する噴霧ノズルとからなる室外機用補助冷却装置において、
   上記噴霧ノズルから噴霧された水が上記熱交換器に付着する前までに気化するよう、上記噴霧ノズルからミストを室外機から離れる方向に噴霧することを特徴とする室外機用補助冷却装置。
4. 上記室外機の排気口から排出される熱風に、上記噴霧ノズルからの噴霧されたミストがあたるよう、上記噴霧ノズルを排気口の近傍に設けたことを特徴とする請求項３に記載の室外機用補助冷却装置。

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