JP2010007939A - 凝縮器およびこれを備える圧縮空気除湿装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら十分に冷媒を凝縮することのできる凝縮器、および小型で低消費電力、かつ安価な圧縮空気除湿装置を提供する。
【解決手段】本発明の凝縮部１２は、冷凍サイクルにおける圧縮機１１から圧送される冷媒を冷却し液化する凝縮器１２であって、冷却風の通風する通風開口３１には、その内側に同一面となるように並べられて並列接続されることで冷媒を分配される複数の凝縮部３５，３６と、凝縮部３５，３６の後段に接続されると共に通風開口３１と略同じ大きさに形成されて凝縮部３５，３６の風上側の通風開口３１に配置される過冷却部３７と、が一体的に構成されているものである。また、これを備える圧縮空気除湿装置１は、凝縮部３５に送風する冷却ファン１６ａ、凝縮部３６に送風する冷却ファン１６ｂを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いる凝縮器、およびこの凝縮器を備える冷凍サイクルに関するものである。

工場や研究所などでは圧縮空気を動力源とする機器が設置されている。これらの機器と空気圧縮機（エアーコンプレッサ）との間には、圧縮空気中の水分を除去する圧縮空気除湿装置が設けられ、乾燥した圧縮空気が供給されている。

圧縮空気除湿装置には様々な種類の装置があるが、その一つに、冷凍サイクルを備えて圧縮空気を必要目的露点温度以下まで冷却することで、圧縮空気中の水分を結露させて除去する冷凍式の除湿装置がある。

冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を備えて、この順番に冷媒を循環させる。冷媒は、圧縮機で圧縮されて高温高圧気体となり、凝縮器で冷却されて液化され、膨張弁で膨張され低温低圧の冷媒液となり、蒸発器で外部から熱を受け入れ蒸発潜熱によって等圧のまま乾き気体となる。圧縮空気除湿装置は、蒸発器内部の冷媒と、蒸発器外部の圧縮空気とが熱交換して、高温の圧縮空気を冷却する。

上記した冷凍サイクルは、例えば、特許文献１に示されるような凝縮器を備えている。この特許文献１に示された凝縮器１は、同文献中の図４Ａに示されるように２経路の蛇行状の管路を結合し、さらに過冷却液領域となる１本の蛇行状の管路が接続されて構成されている。また、同文献中の図１に示されるように、この凝縮機１は、１つの冷却ファン２で冷却されている。

同文献中の図４Ａのように、通風開口面に対して、２経路の管路を上下に整列し、さらにそれらの下部に過冷却領域となる管路を配置した場合、各管路、特に過冷却領域となる管路に十分通風させるために、冷却ファン２を大型化したり、冷却効率を上げるため各管路長を長くして凝縮器を大型化したりする必要がある。これにより、圧縮空気除湿装置の消費電力が大きくなったり、装置全体が大型化したり、さらに高価な装置になるという問題がある。

特開２００５−７７０８８号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、小型でありながら十分に冷媒を凝縮することのできる凝縮器、および小型で低消費電力、かつ安価な圧縮空気除湿装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された凝縮器は、冷凍サイクルにおける圧縮機から圧送される冷媒を冷却し液化する凝縮器であって、冷却風の通風する通風開口には、その内側に同一面となるように並べられて並列接続されることで該冷媒を分配される複数の凝縮部と、該複数の凝縮部の後段に接続されると共に該通風開口と略同じ大きさに形成されて該複数の凝縮部の風上側の該通風開口に配置される過冷却部と、が一体的に構成されていることを特徴とする。

請求項２に記載された凝縮器は、請求項１に記載されたものであって、前記通風開口には、一定間隔で直立整列された板状フィン群が配置され、前記複数の凝縮部は、各々が、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路を備え、該板状フィン群の上から下に該伝熱管路が順に並んで該フィン群を貫通することで、該複数の凝縮部が該通風開口の上から下に順に並べられて配置され、前記過冷却部は、該板状フィン群の風上側の上から下まで、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路が蛇行状に貫通して配置されていることを特徴とする。

特許請求の範囲の請求項３に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項１または２に記載の凝縮器を備える冷凍サイクルで圧縮空気を冷却して除湿する圧縮空気除湿装置であって、該凝縮器の前記複数の凝縮部の１つに対して１つずつ配置される複数の冷却ファンを備えていることを特徴とする。

特許請求の範囲の請求項４に記載された圧縮空気除湿装置は、請求項３に記載されたものであって、前記凝縮器を通った冷媒温度を検知する冷媒温度センサと、周囲温度を検知する周囲温度センサと、該両センサによって検知された該冷媒温度と該周囲温度との比較結果に基づいて、前記複数の冷却ファンのいずれかを作動停止させる冷却ファン制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明の凝縮器によれば、凝縮器が、その通風開口に並べられて並列接続される複数の凝縮部と、これらの凝縮部の後段に接続されると共に通風開口と略同じ大きさで凝縮部の風上側に配置される過冷却部と、が一体的に構成されていることにより、例えば凝縮部および過冷却部を同一面内に並べて通風開口に配置するよりも、過冷却部の通風開口面積を大きくすることができ、しかも過冷却部に冷却風が最初に通風されるため、冷却効率を高くすることができて凝縮器を小型化することができる。このため、この凝縮器を用いる装置全体も小型化することができる。

また、本発明の凝縮器によれば、通風開口には、板状フィン群が配置され、複数の凝縮部は、各々が、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路を備え、板状フィン群の上から下に伝熱管路が順に並んでフィン群を貫通することで、複数の凝縮部が通風開口の上から下に順に並べられて配置され、過冷却部は、板状フィン群の風上側の上から下まで、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路が蛇行状に貫通して配置されていることにより、フィン群を共通して用いているため、全体として小型な凝縮器とすることができる。

さらに、本発明の圧縮空気除湿装置によれば、複数の凝縮部の１つに対して１つずつ冷却ファンを備えることで、例えば凝縮器全体を１つの冷却ファンで冷却するよりも、個々の冷却ファンを小型化することができるため、全体として圧縮空気除湿装置を小型化することができる。

また、本発明の圧縮空気除湿装置によれば、凝縮器を通った冷媒温度を検知する冷媒温度センサと、周囲温度を検知する周囲温度センサと、検知された冷媒温度と周囲温度との比較結果に基づいて、複数の冷却ファンのいずれかを作動停止させる冷却ファン制御部とを備えることにより、冷媒が充分に冷却されている状態では、作動の不要な冷却ファンを停止させることができるため、低消費電力な装置とすることができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

図５は本発明を適用する圧縮空気除湿装置のブロック図である。圧縮空気除湿装置１は、同図に示すように、冷凍サイクル２、熱交換器３、および制御部４を備えている。

冷凍サイクル２は、冷媒を圧縮するインバータ式の圧縮機１１、圧縮機から圧送される冷媒を冷却し液化する凝縮器１２、冷凍サイクル２を循環する冷媒中のゴミや水分を除去する冷媒ストレーナ１３、液化した冷媒の圧力を減圧させる電子膨張弁１４、および冷媒が熱交換してガス化する蒸発器１５を備えて、この順に環状に配管接続されて、冷媒を循環させる。蒸発器１５は、熱交換器３の内部に設けられている。圧縮機１１、電子膨張弁１４は、制御部４に電気接続されて、その作動を制御される。

また、冷凍サイクル２には、凝縮器１２を冷却する冷却ファン１６ａ，１６ｂ、周囲温度を検知する周囲温度センサ１７、凝縮器１２を通った冷媒の温度を検知する冷媒温度センサ１８が設けられている。これらの、冷却ファン１６ａ，１６ｂ、周囲温度センサ１７、冷媒温度センサ１８は、制御部４に電気接続されている。

この他にも、冷凍サイクル２には、センサとして、凝縮器１２を通った冷媒圧力を検知する凝縮圧力センサ５１、圧縮機１１が吐出する冷媒の温度を検知する吐出温度センサ５２、蒸発器１５に入る冷媒の温度を検知する蒸発器温度センサ５３、熱交換器３内の圧縮空気の露点温度を検知する露点温度センサ５４、および圧縮機１１が吸入する冷媒の温度を検知する吸入温度センサ５５、圧縮機１１が吸入する冷媒の圧力を検知する吸入圧力センサ５６が備えられている。これらの各センサ５１〜５６は、図示しないが制御部４に接続されている。

熱交換器３には、湿った圧縮空気を導入する導入口２１、乾燥した圧縮空気を排出する排出口２２、および、圧縮空気の除湿により発生したドレン水を排出する電磁弁２３が備えられている。導入された圧縮空気は、蒸発器１５内を循環している冷媒と熱交換することで目標とする露点温度まで冷却され、圧縮空気中の水分が結露してドレン水になることで除湿される。電磁弁２３は、一定間隔でドレン水を排出する。

制御部４には、中央処理装置、動作プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、動作状態などを記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などが備えられている。制御部４は、各センサ１７、１８、５１〜５６から冷凍サイクル２や熱交換器３の各部の温度や圧力を検知して、この検知結果に基づいて圧縮機１１、電子膨張弁１４および冷却ファン１６ａ，１６ｂの動作を制御して圧縮空気除湿装置１を作動させる。なお、制御部４は、本発明における冷却ファン制御部に相当する。

図１は本発明を適用する圧縮空気除湿装置１の背面図、および本発明を適用する凝縮器１２の右側面図、図２は圧縮空気除湿装置１の右側面図、図３はその左側面図である。なお、図１から図３では、装置外壁となる化粧パネルの図示は省略している。

図２に示されるように、圧縮空気除湿装置１の右側面側に、略正方形の通風開口３１が開口する向きで凝縮器１２が配置されている。通風開口３１は、凝縮器１２の正面（図２に図示側）から、凝縮器１２の背面側まで通風可能な開口部である。この通風開口３１には、その開口全体に、一例としてステンレス製の板状フィン３２，３２・・・を通風可能な一定間隔で直立整列した板状フィン群３３が配置されている。なお、同図では、板状フィン群３３の一部のみが図示されている。各板状フィン３２は、図１に示される凝縮器１２の奥行き幅Ａの幅で形成されている。

凝縮器１２の概略構成図が図４に示されている。同図に示されるように、凝縮器１２は、凝縮部３５、凝縮部３６、過冷却部３７、および板状フィン群３３によって構成されている。凝縮部３５は、一例として銅製の、蛇行状に形成された３本の伝熱管路３５ａ，３５ｂ，３５ｃが並列接続されて構成されている。同様に、凝縮部３６は、銅製の蛇行状に形成された３本の伝熱管路３６ａ，３６ｂ，３６ｃが並列接続されて構成されている。この凝縮部３５，３６は、配管で並列接続されている。凝縮部３５，３６の各々の高さ方向の長さＢ（図１，図４参照）は、凝縮器１２の通風開口３１の略半分の高さに形成されている。また、凝縮部３５，３６の横幅は、通風開口３１の横幅とほぼ同じ横幅で形成されている。

過冷却部３７は、一例として銅製の、蛇行状に形成された１本の伝熱管路３７ａで構成されている。この過冷却部３７は、通風開口３１と略同じ大きさに形成されている。過冷却部３７は、並列接続された凝縮部３５，３６の後段、つまり冷媒流路下流に配管接続されている。

また、凝縮部３５，３６および過冷却部３７の伝熱管路３５ａ〜３７ａには、前記した板状フィン群３３が付されている。

凝縮器１２に入力される冷媒は、分配されて凝縮部３５，３６を通ってから結合されて、過冷却部３７を通って凝縮器１２から出力される。

図１に示されるように、凝縮部３５は凝縮器１２の機器内部側の上半分に、凝縮部３６は凝縮器１２の機器内部側の下半分に配置されている。つまり、凝縮部３５，３６は、凝縮器１２の通風開口３１内で機器内部側に同一面となるように上下に並べられて配置されている。また、過冷却部３７は、凝縮部３５，３６よりも機器外部側の通風開口３１に配置されている。この場合、伝熱管路３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、各板状フィン３２と直交するように板状フィン群３３の上半分側を蛇行状に貫通して配置されている。また、伝熱管路３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、各板状フィン３２と直交するように板状フィン群３３の下半分側を蛇行状に貫通して配置されている。また、伝熱管路３７ａは、各板状フィン３２と直交するように板状フィン群３３の風上側を上から下まで蛇行状に貫通して配置されている。伝熱管路３５ａ〜３７は、各板状フィン３２に熱結合するように固定されている。このように、板状フィン群３３を共通して用いて凝縮部３５，３６、および過冷却部３７が一体化されているため、全体として小型な凝縮器１２とすることができる。

図３に示されるように、凝縮器１２の背面には、冷却ファン１６ａ、１６ｂが設けられている。冷却ファン１６ａは、通風開口３１の上部側に、冷却ファン１６ｂは、通風開口３１の下部側に、各々通風開口３１の対角線上に配置されている。つまり、凝縮部３５に対して冷却ファン１６ａが、凝縮部３６に対して冷却ファン１６ｂが配置されている。冷却ファン１６ａ，１６ｂが通風開口３１の対角線上に配置されているので、通風開口３１に充分に通風させるため、通風開口３１の背面側に、冷却ファン１６ａ，１６ｂ部分を孔空けした導風板３８が設けられている。冷却ファン１６ａ，１６ｂは、図１に太線矢印で示されるように、機器外部から機器内部に通風させる向きで配置する。したがって、過冷却部３７が凝縮部３５，３６よりも風上側になる。

次に、圧縮空気除湿装置１の動作について説明する。

圧縮空気除湿装置１の運転を開始すると、制御部４は、熱交換器３の導入口２１から導入される圧縮空気が、一例として１０℃の目標露点温度に冷却されるように、各センサ１７、１８、５１〜５６の検知した温度、圧力に基づいて、圧縮機１１や冷却ファン１６ａ，１６ｂの回転数を制御する。さらに、制御部４は図６にフローチャートで示される冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ処理を開始する。

圧縮機１１から圧送される冷媒は、凝縮器１２に入ると、凝縮部３５，３６に分配されて冷却され、気体から液体に凝縮される。この場合、凝縮部３５に冷却ファン１６ａが配置され、凝縮部３６に冷却ファン１６ｂが配置されているため、冷却風が凝縮部３５，３６に充分に通風されて冷媒は効率よく液化される。凝縮部３５，３６を通って液化された冷媒は、合流して過冷却部３７に入る。過冷却部３７は、通風開口３１と略同じ大きさの広い通風開口面積で形成され、凝縮部３５，３６よりも風上側に配置されているため、低温の外気が充分に通風して一層冷却され、過冷却液となる。

圧縮空気除湿装置１では、圧縮空気の流量が多い場合や、圧縮空気の温度が高い場合には、装置としての負荷が重くなり、圧縮機１１から圧送される冷媒の量が多くなって、冷媒温度が高くなる。そのため、凝縮器１２で冷媒温度を適正な温度まで下げるように、制御部４は、冷却ファン１６ａ，１６ｂの回転数を高くする。一方、圧縮空気の流量が少ない場合や圧縮空気の温度が低い場合には、装置としての負荷が軽くなって、冷媒温度は低くなるため、制御部４は、冷却ファン１６ａ，１６ｂの回転数を低くする。

このように装置負荷が軽い場合、本発明ではさらに、以下に説明するように所定条件下で制御部４が冷却ファン１６ｂの作動を完全に停止させる。

図６に示される冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ処理では、制御部４が周囲温度センサ１７によって検知される周囲温度と、冷媒温度センサ１８によって検知される冷媒温度とを比較して、冷媒温度が周囲温度よりも低いか否かを判別する（ステップ９１）。制御部４は、冷媒温度が周囲温度よりも低くないと判別したときには、冷却ファン１６ｂを作動させる（ステップ９２）。また、ステップ９１で、制御部４は冷媒温度が周囲温度よりも低いと判別したときには、冷却ファン１６ｂの作動を完全に停止させる（ステップ９３）。制御部４は、この冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ制御処理を短い時間間隔で繰り返し実行する。なお、制御部４は、冷却ファン１６ａを常時作動させている。

冷却ファン１６ｂが停止している状態では、凝縮部３６にはほとんど通風されなくなるが、凝縮器１２から出力される冷媒温度が周囲温度よりも低いということは、通風の有無は冷媒の冷却にほとんど寄与していないことを意味する。したがって、凝縮部３５，３６を通った冷媒の温度はほとんど同じ温度となる。また、凝縮部３５，３６を通った冷媒の温度に偏りがあったとしても、冷媒は合流して過冷却部３７を通るため、温度は均一化される。

このように、本発明を適用した凝縮器１２によれば、通風開口３１に並べられて並列接続される凝縮部３５，３６と、これらの凝縮部３５，３６の後段（冷媒下流）に配管接続されると共に通風開口３１と略同じ大きさで凝縮部３５，３６の風上側に配置される過冷却部３７と、が一体的に構成されていることにより、例えば従来の凝縮器のように凝縮部および過冷却部を同一面内に並べて通風開口に配置するよりも、過冷却部３７の通風開口面積を大きくすることができ、しかも過冷却部３７に冷却風が最初に通風されるため、冷却効率を高くすることができる。このため、凝縮器１２を小型化することができ、圧縮空気除湿装置１も小型化することができる。さらに、本発明の圧縮空気除湿装置１によれば、凝縮部３５，３６に対して冷却ファン１６ａ，１６ｂを備えることで、例えば従来の装置のように凝縮器全体を１つの冷却ファンで冷却するよりも、冷却ファン１６ａ，１６ｂを小型化することができるため、圧縮空気除湿装置１を小型化することができる。

また、本発明の圧縮空気除湿装置１によれば、周囲温度を検知する周囲温度センサ１７と、凝縮器１２を通った冷媒温度を検知する冷媒温度センサ１８と、検知された冷媒温度と周囲温度との比較結果に基づいて冷却ファン１６ｂを作動停止させる制御部４とを備えることにより、冷媒が充分に冷却されている状態に作動の不要な冷却ファン１６ｂを停止させることができるため、低消費電力な装置とすることができる。

なお、上記した説明では、凝縮部３５、凝縮部３６を各々３本の伝熱管路３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、伝熱管路３６ａ，３６ｂ，３６ｃで構成した例について説明したが、伝熱管路の数は、それぞれ１本であってもよいし、２本や４本等任意の数であってもよい。また、凝縮部３５，３６のように２つの凝縮部以外にも、３つや４つ等の複数の凝縮部を通風開口の装置内部側に、同一面となるように上から下に順に配置して、これらを並列接続してもよい。この場合、複数の凝縮部の１つに対して１つずつ冷却ファンを配置して、制御部４は、冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ制御処理によって配置したいずれかの冷却ファンを作動のＯＮ−ＯＦＦを制御する。

また、過冷却部３７を１本の蛇行状の伝熱管路で構成した例について説明したが、複数の蛇行状の伝熱管路を並列接続して構成してもよい。

また、板状フィン３２は、１枚の板で構成してもよいし、複数の板を同一平面上に並べて板状フィン３２とほぼ同様の大きさに形成してもよい。

さらに、制御部４が、冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ制御処理で周囲温度と冷媒温度とを比較して、冷媒温度が周囲温度よりも低いときに冷却ファン１６ｂを作動停止させる例について説明したが、冷媒温度が、周囲温度に対してΔＴ℃だけ高い閾値温度よりも低くなったときに冷却ファン１６ｂを作動停止させてもよい。例えば、ΔＴ℃を３℃や５℃などに設定する。冷却ファン１６ａは常時作動しているため、周囲温度よりも若干高い温度で冷却ファン１６ｂを停止させたとしても、冷媒は合流して、さらに過冷却部３７で冷却されるため、冷媒を過冷却状態にすることができる。この場合、ΔＴ℃は凝縮部３５の凝縮効率などから適宜設定できる。

また、制御部４が冷却ファン１６ｂを作動停止させる例について説明したが、冷却ファン１６ａを作動停止させることもできる。

本発明を適用する圧縮空気除湿装置の背面図、および凝縮器の右側面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の右側面図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の左側面図である。 本発明を適用する凝縮器の概略構成図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置のブロック図である。 本発明を適用する圧縮空気除湿装置の冷却ファンＯＮ−ＯＦＦ制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１は圧縮空気除湿装置、２は冷凍サイクル、３は熱交換器、４は制御部、１１は圧縮機、１２は凝縮器、１３は冷媒ストレーナ、１４は電子膨張弁、１５は蒸発器、１６ａ，１６ｂは冷却ファン、１７は周囲温度センサ、１８は冷媒温度センサ、２１は導入口、２２は排出口、２３は電磁弁、３１は通風開口、３２は板状フィン、３３は板状フィン群、３５，３６は凝縮部、３５ａ,３５ｂ,３５ｃ,３６ａ,３６ｂ,３６ｃ,３７ａは伝熱管路、３７は過冷却部、３８は導風板、５１は凝縮圧力センサ、５２は吐出温度センサ、５３は蒸発器温度センサ、５４は露点温度センサ、５５は吸入温度センサ、５６は吸入圧力センサ、Ａは幅、Ｂは長さ、９１〜９３はフローチャートにおけるステップである。

Claims (4)

1. 冷凍サイクルにおける圧縮機から圧送される冷媒を冷却し液化する凝縮器であって、
   冷却風の通風する通風開口には、その内側に同一面となるように並べられて並列接続されることで該冷媒を分配される複数の凝縮部と、該複数の凝縮部の後段に接続されると共に該通風開口と略同じ大きさに形成されて該複数の凝縮部の風上側の該通風開口に配置される過冷却部と、が一体的に構成されていることを特徴とする凝縮器。
2. 前記通風開口には、一定間隔で直立整列された板状フィン群が配置され、
   前記複数の凝縮部は、各々が、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路を備え、該板状フィン群の上から下に該伝熱管路が順に並んで該フィン群を貫通することで、該複数の凝縮部が該通風開口の上から下に順に並べられて配置され、
   前記過冷却部は、該板状フィン群の風上側の上から下まで、１本または並列接続された複数本の蛇行状の伝熱管路が蛇行状に貫通して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の凝縮器。
3. 請求項１または２に記載の凝縮器を備える冷凍サイクルで圧縮空気を冷却して除湿する圧縮空気除湿装置であって、該凝縮器の前記複数の凝縮部の１つに対して１つずつ配置される複数の冷却ファンを備えていることを特徴とする圧縮空気除湿装置。
4. 前記凝縮器を通った冷媒温度を検知する冷媒温度センサと、周囲温度を検知する周囲温度センサと、該両センサによって検知された該冷媒温度と該周囲温度との比較結果に基づいて、前記複数の冷却ファンのいずれかを作動停止させる冷却ファン制御部とを備えていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮空気除湿装置。

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