JP2010151363A - 密閉式冷却装置 - Google Patents

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Yasushi Toyama
康 遠山
Yusuke Kinoshita
雄介 木ノ下
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Abstract

【課題】 被冷却流体を熱交換するためのコイル管に通し、被冷却流体が大気と遮断された状態で送風と散水によって冷却される密閉式冷却装置に関し、被冷却流体の冷却効率を向上させる。
【解決手段】 上部に設けた散水槽21から冷却管部2に散水するとともに、冷却管部2の上方に送風機20bを配置し、この冷却管部2の多層体の外周部から内周部に向けて取入外気流を通過させる。冷却管部2は、内外面が蛇腹状凹凸を有するコルゲート管で構成されている。また冷却管部2は上方に向かって巻径が広がるような渦巻状のコイル管24の多層体に形成しする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、被冷却流体を熱交換するためのコイル管に通し、被冷却流体が大気と遮断された状態で送風と散水によって冷却される密閉式冷却装置に関するものである。
従来の密閉式冷却装置は、例えば特許文献1に開示されるように、冷却コイル部をほぼ水平な渦巻コイルの多層体に形成し、上部に設けた散水装置から冷却コイル部に散水するとともに、送風機を稼動させることによって、この冷却コイル部の多層体の外周部から内周部に向けて取入外気流を通過させるようにしたものが知られている。又、特許文献2には、渦巻コイル状になした冷却コイル部の内周側にエリミネータを配置し、このエリミネータに高圧水を噴射する洗浄手段を付加した冷却装置が記載されている。そして、この冷却装置は、チラーユニットの一部を構成する凝縮器を冷却コイル部の下段に配置し、散水を受けるように構成されている。
特公昭60−6480号公報 特開2007−205686号公報
特許文献1又は特許文献2に記載の密閉式冷却装置の渦巻コイルには、一般的に熱伝導率の良いとされるプレーン銅管が用いられている。図4(c)はプレーン銅管に散水が滴下したときに表面にできる水膜の模式図を示している。図示するようにプレーン管60に滴下した散水のしずくは左右に飛散して管の表面に水膜65を形成しつつも、多くの水分はすぐに銅管から下方に落下してしまう。散水式の冷却塔では外部から取り込まれる空気と、散布された散水との接触時間が長いほど冷却量が増すことになるので、散水の落下時間が短いことは、すなわち熱交換効率が低いという問題となってしまう。
また、散水を銅管に均一に散布することは非常に困難であるために、散水を受けない部分の銅管は熱交換に寄与しないだけでなく、スケールが付着しやすいといった問題があった。ひとたびスケールが付着すると銅管は酸洗浄することができないので、高圧洗浄を行うしか手段がなかった。すると、高圧洗浄に銅管が耐える強度とするために相応の肉厚を有さねばならず、肉厚が増すことによって、結果的に必ずしも熱交換効率に優れたものではなかった。
本発明は、上記の事項に留意してなされたもので、密閉式冷却装置における被冷却流体の冷却効率の更なる改良を目的としている。
本発明は、被冷却流体が流動する冷却管部に散水する散水装置と、前記冷却管部の外部から内部に向けて取入外気流を通過させるための送風機とを、前記冷却管部の上方に設けた密閉式冷却装置において、前記冷却管部は、内外面が蛇腹状凹凸を有するコルゲート管であることを特徴とする密閉式冷却装置である。
上記の構成によれば、冷却管部が内外面に蛇腹状凹凸を有するコルゲート管であるので、外周面の凹凸の表面張力で散布された散水がすぐに下方に落下していくことがない。また外面に蛇腹状凹凸を有するので散水と送風を受ける単位長さあたりの表面積が大きくなる。さらに内面に蛇腹状凹凸を有するので、内部の被冷却流体が乱流状態で流動する。したがって、被冷却流体の冷却効率を向上させることができる。
このことは即ち、同じ冷却能力の密閉式冷却装置であれば、冷却管部の長さを短くすることが可能となるので、小型でコンパクトな密閉式冷却装置となる。
本発明において、前記冷却管部は、多層の渦巻状に巻回したコルゲート管で構成され、該コルゲート管は所定の間隔で支持固定されるとともに、支持されていない部分のコルゲート管は下方に撓んでいることが好ましい。
この構成によれば、冷却管部の内部を流動する被冷却流体が、さらに乱流状態となるので、被冷却流体の冷却効率を向上させることができる。
さらに本発明において、前記コルゲート管は、耐食性金属材料であることが好ましい。耐食性材料は、例えばステンレス鋼やチタン合金である。
この構成によれば、コルゲート管が強度と耐食性を兼ね備えることとなるので、冷却管部を薄肉化することができ、たとえ比較的熱伝導率の低いステンレス製の冷却管部であっても冷却効率を向上させることができる。例えば、ステンレス製コルゲート管の肉厚は0.2mmである。
また本発明において、前記コルゲート管の上に網状部材を設けることができる。
この構成によれば、散布された散水が前記網状部材又は前記平面部にあたり、散水の落下速度を低下させることとなる。したがって、散水と被冷却流体との熱交換時間を長く確保することができる。
また、上記発明において、前記冷却管部の下方に渦巻コイル状ステンレス製コルゲート管からなる凝縮器を有するチラーユニットを併設し、該凝縮器は、前記散水装置からの散水を受け、かつ該凝縮器のコイル巻外径は、前記冷却コイル部のコイル巻外径よりも小径に設けることができる。
この構成によれば、夏季のように外気温度が上昇する季節で、散水による冷却能力が低下するようなときにもチラーユニットを運転して年間を通じてほぼ一定の被冷却流体を供給することができ、凝縮器が渦巻コイル状ステンレス製コルゲート管で構成されるので、熱交換効率に優れ、凝縮器を小型化することができる。
本発明にかかる密閉式冷却装置によれば、冷却管部が内外面に蛇腹状凹凸を有するコルゲート管であるので、外周面の凹凸の表面張力で散布された散水がすぐに下方に落下していくことがない。また外面に蛇腹状凹凸を有するので散水と送風を受ける表面積が大きくなる。さらに内面に蛇腹状凹凸を有するので、内部の被冷却流体が乱流状態で流動する。したがって、被冷却流体の冷却効率を向上させることができる。
以下に、本発明に係る密閉式冷却装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図1は本発明に係る密閉式冷却装置の一実施例の断面模式図である。図2は本発明に係る密閉式冷却装置の一実施例の冷却管部の平面図である。図3は図2の冷却管部の部分側面図である。図4は冷却管部の表面にできる水膜の様子を示す拡大側面模式図と従来の銅管の拡大側面模式図を示している。
また、図5は本発明に係る密閉式冷却装置において、送風量を変化させたときの散水の流れを示す模式断面図である。図6は本発明に係る密閉式冷却装置の他の実施例の断面模式図である。図7は、図6の密閉式冷却装置の運転フローを示すチャート図である。
図1に示すように、密閉式冷却装置1は、冷却コイル部2を筐体10の内部に収容し、筐体10の側部には外気を取り込むために通風孔(ルーバー)11を設けている。そして冷却コイル部2の上方には、モータ20aにより駆動される冷却ファン(送風機)20bと、底面に散水孔21aを有する散水槽21とを設けている。一方冷却コイル部2の下方には散水を受ける受水槽26と散水される冷却水を補給する補給用水栓27とストレーナ26aとを備え、受水槽26と散水槽21とを接続する連結管28の途中には散水ポンプ29が設けられている。また、モータ20aは図示しないインバータ装置が接続されており、必要に応じて、モータ20aの回転数を可変に制御可能なように構成している。
冷却管部2は、図2に示すように、渦巻状(例えば14巻)に巻回したコイル管24である。コイル管24は、ステンレス鋼の蛇腹状凹凸を有するコルゲート管で構成される。コルゲート管は、例えば凸部外径24.2mm、凹部外径20.8mm、肉厚0.2mmで凹凸のピッチは4.2mmのアニュラー型コルゲート管である。そして、コイル管24の内周側は入口ヘッダー22に、外周側は出口ヘッダー23にロウ付けや管継手などを用いて接続され、必要な冷却能力に応じて多段に積層されている。
本実施形態では、渦巻状のコイル管を例示するが、冷却管部2は、必要に応じてつづら折状に曲げ加工された形態とすることもできる。コルゲート管はチタン合金やステンレス鋼などの耐食性金属材料であることが好ましく、経済的にはステンレス鋼(SUS304)が好適である。特に低レベルの導電率で被冷却流体管理させたい場合(例えば、レーザ加工機の冷却水として使用する場合)にはコルゲート管をステンレス鋼とすることで被冷却流体の導電率を悪化させることがない。また、コルゲート管はスパイラル型コルゲート管を適用することもできる。
また、図1に示すように、コイル管24は外周に向かって若干上昇するような勾配(1〜2°程度)を付けて巻回されており、出口ヘッダー23の上部には空気抜き弁25が設けられている。
多段に積層されたコイル管24は、上下方向に複数の区分(図中ではA、B、Cの3区分)がなされ、上方に向かってC、B、Aの順にコイル径が広がるように積層されている。なお、同一区分内ではコイルの巻内外径を同一としている。コルゲート管を渦巻状に曲げ加工をする際に、同一区分内のコイル管の本数だけ、同一の形状に曲げ加工を行い、これらを積層すればよいので、容易に冷却コイルを製造することができる。また、小径の区分Cでは、コルゲート管長さが短くできるのでその分製造コストを低減することができる。
また、コイル管24は円周上において所定の間隔で支持されている。より具体的には、放射状に等間隔の8本の支持バー50が設けられ、その上にコイル管24が支持されている。そして支持バー50と支持バー50との間の支持されていないコルゲート管は下方に撓んでいる(図3参照)。したがって被冷却流体はコイル管24の内部を上ったり下ったりを繰り返しながら流動することとなるので、被冷却流体がさらに乱流状態で流動することとなり、熱交換効率が向上することとなる。また、コイル管24にスケールが付着したときには、高圧洗浄を行うことができる。このときコイル管24は可とう性のあるコルゲート管なので高圧洗浄の水圧で上下方向に撓み、付着したスケールが剥離しやすい。
冷却コイル部2の内周面にはエリミネータ40を設けている。このエリミネータ40は塩化ビニル、塩化ビニリデン等の不織布などで構成し、上層ほど厚肉になるようにしている。具体的には、区分Cには10mm厚さの不織布を1層に、区分Bには2層に、区分Aには3層に設けている。送風機20bを駆動させると、冷却管部2の上層ほど吸い込み圧力が大きくなる。エリミネータ40を上層ほど厚肉に設けているので、厚肉のエリミネータが通過する外気の抵抗となって、冷却管部2の上下方向に均一に外気を取り込みやすくなる。したがって、散水が外気の通過によって送風機20bから排出されるキャリーオーバを減少させることができる。
そして、この密閉式冷却装置1は、次のように運転される。即ち、外部機器(図示せず)で熱交換された高温の被冷却流体が冷却管部2の内部に導入され、冷却管部2の上部に配置された散水槽21の底面に設けた多数の小孔から冷却水が冷却管部2に散布され、その冷却管の中を通過する被冷却流体が冷却される。この場合、散水された冷却水はコイル管24の外周面に水膜を作りながら順に下方のコイル管24に落下し、コイル管24がそこに散水された水の蒸発潜熱で冷却され、コイル管24内の被冷却流体が冷却される。
ここで、上記冷却管部2に散水される冷却水は、補給用水栓27から受水槽26に供給されるとともに、受水槽26の下部に設けられたストレーナ26aで挟雑物が除去された後、散水ポンプ29で汲み上げられて散水槽21に給送される。さらに冷却コイル部2は冷却水で冷却されることに加えて、送風機20bにより導入された外気によっても冷却される。冷却管2で冷却された被冷却流体は、出口ヘッダー23から戻り管30bを経由して外部機器に給送される。
そして図4(b)に示すように散水装置から散布された散水はコイル管24の表面で左右に飛散してコイル管24の表面に水膜65を形成しながらコイル管24の下方に流れる。コイル管24は蛇腹状の凹凸を有するコルゲート管であるので、凹部24Aの表面張力を受けて、凹部24Aに水分が一端溜まることとなる。凹部24Aに溜まった水分が徐々に成長して水滴状になって下方のコルゲート管に落下することとなる。したがって、散水がコイル管24の最下段にまで到達するまでの時間が長くなるために熱交換効率を向上させることができる。
また図4(a)に示すように、コイル管24の上面に網状部材52を設けることができる。この場合、網状部材52の下面とコルゲート管の上面の凹部24Aとの間に散水を溜めることができるので、さらに散水がコイル管24の最下段にまで到達するまでの時間が長くすることができる。網状部材52は多層の渦巻状に形成したコルゲート管の各層に設けること好ましく、さらに散水の落下速度を低下させることができる。
続いて、図5を用いて、密閉式冷却装置1の運転の状態をを詳細に説明する。
図5(a)は、通常の状態(例えば60Hz)でモータ20aを駆動させた場合に散水装置から滴下する散水の状態を、図5(b)は、インバータで周波数を減少させてモータ20aの回転数を低下させた場合の散水の状態を示す断面模式図である。
上述したように、モータ20aによって送風機20bが駆動すると冷却管部2の内周部が負圧状態となって外気が取り込まれる。散水装置から滴下された散水は、冷却管部2の上端面に均一になるように散水されるが、真下へ滴下するのではなく、図5(a)に示すように、この外気の流れによって、下方に落下しつつ、内側へ吸い込まれるように滴下する(図中の散水孔21aから下方に向かう矢印)。冷却管部2は、上方に向かって広がるように(下方に向かって径が小さくなるように)構成されているので、外気の流れによって散水が内側へ吸い込まれるように滴下しても、下段のコイル管にまで的確に散水することができる。したがって、散水の滴下を受けないコイル管がなくなるので、冷却効率を向上させることができる。
一方、冬季や夜間など外気温度が低下したときには、必要な冷却能力を維持しつつモータ20aの回転数を低下させ省エネルギ運転を図る。このときには、図5(b)に示すように、外気の流入量も低下するので、散水は真下に近い滴下をすることとなる。そうすると、冷却コイル2の外周面を流下する散水量が増加することとなるので、冷却管部2の外周面に付着した藻類などの付着物を洗い流すことができる。また、散水に溶存しているミネラル分の析出を抑制し、スケールを付着しにくくすることができる。特に、下段のコイル管24は巻径が小さく設けられているので、その分外周面を流下する散水量が多く、付着物の洗浄に好適である。
続いて、本発明に係る密閉式冷却装置の他の実施例を図6を用いて詳細に説明する。
図6に示すように、密閉冷却装置1aは、ケース(筐体)10の内部に収容された冷却管部2とその下方に配置されたチラーユニット3とを有し、ケース10の側部には外気を取り込むために通風孔(ルーバー)11が設けられている。冷却管部2の上方には、モータ20aにより駆動される冷却ファン(送風機)20bと、底面に散水孔(図示せず)を有する散水槽21とを有し、冷却管部2の内周側は入口ヘッダー22に接続され、外周側は出口ヘッダー23に接続されている。そして、冷却管部2の下方には、冷却管部2に散水される冷却水を補給する補給用水栓27とストレーナ26aを有する受水槽26を備えている。受水槽26と散水槽21とを接続する連結管28の途中には散水ポンプ29が設けられている。冷却管部2は、図2に示すようにコルゲート管を渦巻状に巻回して形成されたコイル管24から構成されている。入口ヘッダー22には、冷却管部2内に被冷却流体を流入させるために往き管30aが接続され、出口ヘッダー23には、冷却管部2から流出する被冷却流体を蒸発器33a、33bに流すために戻り管30bが接続され、さらに蒸発器には、被冷却流体を外部機器(不図示)に戻すためにチラー部配管30dが接続されている。
チラーユニット3は、各一対の圧縮機31a、31b、凝縮器32a、32b、蒸発器33a、33b及び膨張弁34a、34b及び冷媒が循環する冷媒管路35a、35bを含む。凝縮器32a、32bは、図示しないが図2と同様に、コルゲート管を渦巻状に巻回して形成された伝熱パイプを有し、各伝熱パイプは入口ヘッダー36a、36bを介して一対の圧縮機31a、31bに接続され、また出口ヘッダー37a、37bを介して一対の膨張弁34a、34bに接続されている。さらにチラーユニット3においては、冷却管部2の上流側に設けられた往き管30aの途中からバイパス管30cが分岐され、このバイパス管30cは冷却管部2の下流側に設けられた戻り管30bとその出口で合流しかつ蒸発器33a、33bを通過するチラー部配管30dに接続されている。
なお、チラーユニット3に循環する冷媒には圧縮機31a、31bのための潤滑油を含んでいるので、この潤滑油が循環しやすいように、凝縮機32a、32bに用いる伝熱パイプはアニュラー型コルゲート管ではなく、スパイラル型コルゲート管が好ましい。またコルゲート管の肉厚は、冷媒の圧力に耐えられるように例えば0.4mm程度にするとよい。
バイパス管30c及び戻り管30bの途中にはそれぞれ被冷却流体の流路を切り換える方向切換弁(二方弁)38a及び38bが設けられている。この方向切換弁38bは往き管30aの途中に設けてもよい。また往き管30aの入口付近、チラー部配管30dの出口付近、戻り管30bの途中及び受水槽26の周囲には、各々被冷却流体の入口温度を検出する温度センサ39a、被冷却流体の出口温度を検出する温度センサ39b、冷却管部2を通過後の被冷却流体の温度を検出する温度センサ39c及び外気湿球温度を検出する温度センサ39dが設置されている。
上記密閉式冷却装置1aの運転を制御する装置は、温度センサ39aで検出される被冷却流体の入口温度(T)、温度センサ39bで検出される被冷却流体の出口温度(T)、温度センサ39cで検出される冷却管部2通過後の被冷却流体の温度(T)及び温度センサ39dで検出される外気湿球温度(T)に基いて上記方向切換弁38a及び38bの制御装置に開閉信号を出力するシーケンサを含む。
また、冷却管部2の内周面にはエリミネータ40を設けている。このエリミネータ40は塩化ビニル、塩化ビニリデン等の不織布などで構成し、上層ほど厚肉になるようにしている。具体的には、区分Cには10mm厚さの不織布を1層に、区分Bには2層に、区分Aには3層に設けている。送風機20bを駆動させると、冷却管部2の上層ほど吸い込み圧力が大きくなる。エリミネータ40を上層ほど厚肉に設けているので、厚肉のエリミネータが通過する外気の抵抗となって、冷却管部2の上下方向に均一に外気を取り込みやすくなる。したがって、冷却管部2の下部に凝縮器がある場合にも、十分な風量を確保できるようになるとともに、散水が外気の通過によって送風機20bから排出されるキャリーオーバも減少させることができる。
上記密閉式冷却装置1aの運転方法の一例を説明する。外気湿球温度(T)が設定温度(例えば20℃)より低い場合(例えば冬期)は、冷却水の温度は10℃位まで低下するので、被冷却流体は次の手順で冷却される。すなわちシーケンサ(不図示)から方向切換弁38aを閉じかつ方向切換弁38bを開く信号を出力することにより、外部機器(図示せず)で熱交換された高温の被冷却流体が冷却管部2の内部に導入され、冷却管部2の上部に配置された散水槽21の底面に設けた多数の小孔21aから冷却水が冷却管部2に均一に散布され、その冷却管部2の中を通過する被冷却流体が冷却される。この場合、散水された冷却水はコイル管24の外周面に水膜を作りながら順に下方のコイル管24に落下し、コイル管24がそこに散水された水の蒸発潜熱で冷却され、コイル管24内の被冷却流体が冷却される。
ここで、上記冷却管部2に散水される冷却水は、補給用水栓27から受水槽26に供給されるとともに、受水槽26の下部に設けられたストレーナ26aで挟雑物が除去された後、散水ポンプ29で汲み上げられて散水槽21に給送される。さらに冷却管部2は冷却水で冷却されることに加えて、送風機20bにより導入された外気によっても冷却される。冷却管部2で冷却された被冷却流体は、出口ヘッダー23からチラーユニット3に給送され、そこで冷却媒体に吸熱された後、図示しない外部機器に給送される。チラーユニット3においては、圧縮機31a、31bで圧縮された冷媒を、凝縮器32a、32bで放熱し、膨張弁34a、34bを介して蒸発器33a、33b内で膨張蒸発して吸熱するサイクルが繰り返される。凝縮器32a、32bにおいては、圧縮機31a、31bで圧縮された冷媒と、散水手段の一部である受水槽26から給送される冷却水及び冷却管部2の内部に導入される外気とが熱交換される。
次に、夏期又は夏期と冬期の中間期のように外気温度が高い(例えば20℃以上)の場合は、冷却水の温度は20〜30℃になるため、被冷却流体は次の手順で冷却される。すなわちシーケンサから方向切換弁38aを開弁し、方向切換弁38bを閉弁する信号を出力することにより、密閉式冷却装置1a内に流入した高温の被冷却流体は、冷却管部2を通らずにバイパス管30cに給送されてバイパス運転が行われる。
このバイパス運転は図7に示す手順に従って実行される。ステップS1で、温度センサ39aで検出される被冷却流体の入口温度(T)と、温度センサ39cで検出される冷却ユニット24通過後の被冷却流体の温度(T)とを比較する。TよりもTの方が高い温度であれば、シーケンサから方向切換弁38aを「閉」、方向切換弁38bを「開」の信号を出力して、被冷却流体はコイル管24に導入される(ステップ2)。一方、TとTの温度が等しいか、Tの方がTよりも高い温度の場合には、シーケンサから方向切換弁38aを「開」、方向切換弁38bを「閉」の信号を出力して、コイル管24を経由せず、バイパス管30cから蒸発器33a、33bに被冷却流体を導入するバイパス運転を行う(ステップ3)。
そして、バイパス運転を開始したときの外気湿球温度(T01)を記憶しておき(ステップ4)、パイパス運転中は、現在の外気湿球温度(T)と、バイパス運転を開始したときの外気湿球温度(T01)から所定の値(α)を減算した値とを比較している(ステップ5)。このときの所定の値(α)は、例えば1℃である。
現在の外気湿球温度(T)が、バイパス運転を開始したときの外気湿球温度(T01)から所定の値(α)を減算した値と等しいか、高い温度の場合には、運転を継続するか否かを判断し(ステップ6)、継続する場合には、そのままバイパス運転を継続する。一方、現在の外気湿球温度(T)が、バイパス運転を開始したときの外気湿球温度(T01)から所定の値(α)を減算した値よりも低くなると、運転を継続するか否かを判断し(ステップ7)、継続する場合には再びステップ1に戻って、運転条件を判断する。
また夏期又は夏期と冬期の中間期はバイパス運転が長期間に及ぶことがあるので、消費電力を節約するために、バイパス運転が行われていない場合、バイパス運転を行う時間がその設定時間を経過していない場合あるいはバイパス運転が実行された場合は、冷却装置に被冷却流体が流入する温度、冷却装置から被冷却流体が流出する温度、又は外気湿球温度を検出し、その温度を基準値と比較することにより、弁の切り換え制御を行うことが望ましい。上記のバイパス運転は、1日当たり例えば12回の頻度(例えば118分間隔)で、タイマーで設定した時間(例えば2分間)だけ方向切換弁38aを閉弁しかつ方向切換弁38bを開弁する動作を繰り返すシーケンス制御を行うことにより実行される。このような弁の切り換え制御により、冷却パイプの内部に流入した被冷却流体がそこに滞留することが防止される。タイマーによる上記設定時間(方向切換弁38bを開く時間)は、冷却管部2内の被冷却流体が全て入れ替わるだけの時間に設定すればよい。
したがって、特に外気湿球温度が低い場合に、チラーユニット3を停止させ、冷却管部2のみで熱交換を行って被冷却流体を冷却することができるので、無駄な電力を消費することなく、冷却効率の高い状態で被冷却流体を供給することができる。
この密閉式冷却装置1aにおいて、凝縮器32a、32bは冷却管部2の下方に配置され、散水槽21からの散水を受けて熱交換を行うが、コイル状に巻回された凝縮器32a、32bの外径は冷却管部2の外径よりも小径に設けられている。
したがって、散水の流れはコイルの内側へ向けて滴下していくが、凝縮器32a、32bの全面に散水を受けることができるので熱交換効率を向上させることができる。
また、冬季や夜間など外気温度が低下したときには、必要な冷却能力を維持しつつモータ20aの回転数を低下させ省エネルギ運転を図る。このときには、外気の流入量も低下するので、散水は真下に近い滴下をすることとなる。そうすると、冷却管部2の内部を流下した散水も凝縮器32a、32bの外周面を硫下することとなり、凝縮器32a、32bの外周面に付着した藻類などの付着物を洗い流すことができる。また、散水に溶存しているミネラル分の析出を抑制し、スケールを付着しにくくすることができる。
図8は実施例と比較例との熱通過率K値を比較した試験データである。実施例1はステンレス製コルゲート管で、凸部外径24.2mm、凹部外径20.8mm、肉厚0.2mmで凹凸のピッチは4.2mmのアニュラー型コルゲート管である。実施例2はステンレス製コルゲート管で、凸部外径30.8mm、凹部外径25.0mm、肉厚0.25mmで凹凸のピッチは6.0mmのアニュラー型コルゲート管である。比較例は外径20mm、肉厚0.4mmのプレーン銅管である。
これら実施例と比較例とをそれぞれ密閉式冷却装置の冷却コイルとして組み込んで運転し、冷却コイルの入口温度と出口温度を測定した。その値から次式(1)によって単位面積あたりの熱通過率K値を求めた。
K=Q/(A・Δt)・・・・(1)
Q:交換熱量、A:伝熱面積、Δt:対数平均温度差で次式(2)で求める。
=(Δt−Δt)/LN(Δt/Δt)・・・・(2)
Δt=冷却コイルの入口における被冷却流体温度−外気湿球温度
Δt=冷却コイルの出口における被冷却流体温度−外気湿球温度
図示するように、被冷却流体の流量が320リットル/分以下の領域において、実施例と比較例の熱通過率K値はほぼ同じ値となった。具体的には、被冷却流体の流量が320リットル/分のとき、実施例1が61.3、実施例2が62.0、比較例が59.7である。
すなわち、銅管に比較して熱伝導率の低いステンレス製コルゲート管が、散水落下速度の遅い効果による散水とコルゲート管との熱伝達、および内部被冷却流体の乱流効果によるコルゲート管と被冷却流体との熱伝達において有利となり、材料の熱伝導率のマイナス分を熱伝達率の向上によって補った結果といえる。
そして、被冷却流体の流量が510リットル/分においては、比較例の熱通過率K値に対して、実施例1および2の熱通過率K値が大きく上回る結果となった。流量すなわち流速が上昇するにつれて乱流効果が大きくなり、コルゲート管の熱通過率K値が大きくなっているものと考えられる。
コルゲート管は、蛇腹状凹凸の内外面形状であるからこの結果を単位長さあたりに置き換えれば、比較例に対して実施礼では冷却管部2のコイル管24の総長さを短くすることができる。プレーン銅管のコイル管24を28段積層させた密閉式冷却装置と同一の冷却能力を、コルゲート管で構成したコイル管24は22段の積層で達成することができた。
本発明に係る密閉式冷却装置の一実施例の断面模式図である。 本発明に係る密閉式冷却装置の一実施例の冷却管部の平面図である。 図2の冷却管部の部分側面図である。 冷却管部の表面にできる水膜の様子を示す拡大側面模式図と従来の銅管の拡大側面模式図である。 本発明に係る密閉式冷却装置において、送風量を変化させたときの散水の流れを示す模式断面図である。 本発明に係る密閉式冷却装置の他の実施例の断面模式図である。 図6の密閉式冷却装置の運転フローを示すチャート図である。 実施例と比較例との熱通過率K値を比較した試験データである。
符号の説明
1、1a:密閉式冷却装置、2:冷却管部、3:チラーユニット、
10:筐体、11:ルーバー
20a:モータ、20b:送風機、21:散水槽、22:入口ヘッダー、23:出口ヘッダー、24:コイル管、26:受水槽、26a:ストレーナ、27:補給用水栓、28:連結管、29:散水ポンプ、
30a:往き管、30b:戻り管、30c:バイパス管、30d:チラー部出口配管、
31a、31b:圧縮機、32a、32b:凝縮器、33a、33b:蒸発器、34a、34b:膨張弁、35a、35b:冷媒管路、36a、36b:入口ヘッダー、37a、37b:出口ヘッダー、38a、38b:方向切換弁、39a、39b、39c、39d:温度センサ、
40:エリミネータ、
50:支持バー、52:網状部材、
60:銅管、65:水膜、

Claims (5)

  1. 被冷却流体が流動する冷却管部に散水する散水装置と、前記冷却管部の外部から内部に向けて取入外気流を通過させるための送風機とを、前記冷却管部の上方に設けた密閉式冷却装置において、
    前記冷却管部は、内外面が蛇腹状凹凸を有するコルゲート管であることを特徴とする密閉式冷却装置。
  2. 前記冷却管部は、多層の渦巻状に巻回したコルゲート管で構成され、該コルゲート管は所定の間隔で支持固定されるとともに、支持されていない部分のコルゲート管は下方に撓んでいることを特徴とする請求項1に記載の密閉式冷却装置。
  3. 前記コルゲート管は、耐食性金属材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の密閉式冷却装置。
  4. 前記コルゲート管の上に網状部材を設けたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の密閉式冷却装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の密閉式冷却装置において、前記冷却管部の下方に渦巻コイル状ステンレス製コルゲート管からなる凝縮器を有するチラーユニットを併設し、該凝縮器は、前記散水装置からの散水を受け、かつ該凝縮器のコイル巻外径は、前記冷却コイル部のコイル巻外径よりも小径にしたことを特徴とする密閉式冷却装置。
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