JP2013519860A - 冷却システム用の複合コンデンシングユニット - Google Patents

Abstract

複合コンデンシングシステムが、水冷コンデンサと、冷却タワーと、コンプレッサと、多くの他の制御構成要素とを組み合わせて、複合コンデンシングシステムの単一のユニットに一体化することによって提供され、動作をより効率的にする。この特定の構成は、地球温暖化を最小限に食い止めることに加えて、電気エネルギーの節約、及びコンプレッサの寿命の延長を助ける。

Description

本発明は、冷却タワーと、水冷コンデンサと、コンプレッサと、制御構成要素とが単一のユニットに組み合わされた複合コンデンシングユニットであって、水を用いた冷却媒体が、従来使用されている空気よりも効率的である複合コンデンシングユニットに関する。

空調及び／又は冷却システム用の複合型コンデンシングユニット。

本発明は、水冷コンデンサと、冷却タワーと、コンプレッサと、多くの他の制御構成要素との組合せを、単一のユニットに一体化するように用いた複合コンデンシングシステムに関する。これは、地球温暖化を最小限に食い止めることに加え、電気エネルギーの節約、及びコンプレッサの使用寿命の延長を助ける。

水を用いた空調システムの冷却は、冷却に空気を使用するものよりも効率が良い。１つの要点は、水を冷却タワーに移動させて冷却しなければならないことである。したがって、より都合よく動作するために、水冷コンデンサと、冷却タワーと、コンプレッサと、他の制御構成要素とを単一のユニットに組み合わせることが有益である。水の温度を露点又は露点の近くまで冷却するという要求に見合うように水冷パッドの数を増加させることによって、電気エネルギーを節約し、コンプレッサの寿命を延ばし、且つ地球温暖化を最小限に食い止める助けとなる。水の蒸発は熱を空気から移動させ、それにより水は、空気又は水蒸気又は水の温度を周囲温度未満になるように制御可能に下げる。水は、コンデンサのコイルに通すことによって冷却される。次いで、水蒸気は、潜熱を伴ってより高い位置に移動する。霧が十分に高密度になると凝縮して水滴になり、前記より高い位置で空気又はガスに熱を放出すると落下する。

水冷コンデンサと、冷却タワーと、コンプレッサと、多くの他の制御構成要素とを、複合コンデンシングシステムの単一のユニットに一体化するように組み合わせることによって、動作がより効率的になる。層構成が構築されるが、これは同様の結果を与えるように並べ替え又は配置替えが可能である。また、これは、地球温暖化を最小限に食い止めることに加え、電気エネルギーの節約、及びコンプレッサの寿命の延長を助ける。

全ての構成要素を示す複合コンデンシングユニットである。 （ａ）は孔を有する円形トレイの上面図であり、（ｂ）は円形トレイの斜視図であり、（ｃ）は冷媒を流すための管路を示す図であり、また（ｄ）は円形トレイ内に配置された管路を示す図である。 複合コンデンシングユニット内の構成要素及びそれらの配置を示す図である。 図１の複合コンデンシングユニットのフロアＳ１とＳ２を組み合わせて単一のフロアＳ１．２にした形態を示す図である。 貯水槽の側面図及び様々な斜視図である。 ２つのフロアＳ１及びＳ２を有する複合コンデンシングユニットと、Ｓ１．２を有する複合コンデンシングユニットとを比較した、２つの形態の複合コンデンシングユニットの全体図である。 水平方向に配置された複合コンデンシングユニットの前面図である。 図７の背面図である。 図７の側面図である。 図７の上面図である。 フロアＳ３をフロアＳ５とＳ６の間に位置するように移すことによる配置替えを示す図である。 部分Ｆ２を部分Ｆ３とＦ４の間に位置するように移すことによる配置替えを示す図である。 フロアＳ３のふるい状トレイをなくし、冷媒管路をフロアＳ１の底部に、水の下に配置することによる配置替えを示す図である。 フロアＦ２のふるい状トレイをなくし、冷媒管路をフロアＦ１の底部に、水の下に配置することによる、図８に関する構成要素の配置替えを示す図である。

本明細書で開示する複合コンデンシングユニットは、上述の動作原理を適用すること、及び図１に示されるように円筒形タワー又は長方形タワー内に冷却タワーと、水冷コンデンサと、コンプレッサと、制御構成要素とを含む全ての構成要素を単一のユニットに組み合わせることによって提供される。ここで、タワーは複数のフロアに分割されており、各フロア内に、図１及び図３に示される構成要素を有している。フロアは以下のようなものである。
フロアＳ１：コンプレッサ１と制御構成要素を有する。
フロアＳ２：円筒形の貯水槽４である。貯水槽の底部には、冷却用システムの内部で水を循環させるための水ポンプ２と、浮動レベル・スイッチ１０とがあり、浮動レベル・スイッチ１０は、電動弁１１のオン／オフを切り替えることによって貯水槽内の水位を制御し、水を所定の水位まで満たすためのものである。ここで、貯水槽４は、図５に示すような異なる形態で設計することもできる。
フロアＳ３：図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）に示されるように水が通って流れることができるようにする孔を底部に有する円形ふるい９の全領域を占める、水冷コンデンサとして働く冷媒管路５である。
フロアＳ４：十分な高さを有する空の円筒形である。これは、いずれも壁に沿った多数の穴８を有し、壁に沿ったエア・フィルタを備え、空気が通って流れることができるようになされている。
フロアＳ５：水を蒸発させるための表面積を増加するように、水が撥ね掛かる空間全体を埋める冷却パッド７からなる。
フロアＳ６：冷却パッド７全体にわたって水をまき散らすためのスプリンクラ６からなる。
フロアＳ７：フロアＳ４から空気を引き出すためのファン３からなる。空気は、水滴の方向に反して上に流れ、水滴はフロア５内に落ち、フロア５が水滴を冷却し、水温を露点まで下げ、空気は、この複合コンデンシングユニットのタワーの上部にあるファンによって吸引されて外に出される。

複合コンデンシングユニットの動作は以下のようなものである。
図３に示されるように、弁Ｖ１がオンに切り替えられて水を貯水槽４に満たすことができるようにし、レベル・スイッチＬ１によって弁Ｖ１のオン／オフの切替えを制御することによって水位が制御される。空調装置がオンになると、コンプレッサ１、水ポンプ２、及びファン３が同時にオンに切り替えられる。コンプレッサ１は、冷媒を圧縮して管路５内に流し、それによって冷媒の温度を上昇させ、一方、水ポンプ２は、貯水槽４からスプリンクラ６まで水を引き上げて冷却パッド７全体にわたるように水をまき散らし、この水は、ファン３の吸引作用によって穴８を通ってタワーの上部から出る上向きの空気の流れの方向に反して下方向に滴下する。これは、その特定の時点で、水の温度を露点まで下げる。次いで、水滴が滴下して冷媒管路５を冷却し、ここで、水滴は温水になり、ふるい９を通って冷媒管路５から出て貯水槽４に流れ戻り、サイクルを完了する。次いで、水ポンプ２が、水をスプリンクラ３まで引き上げて、次のサイクルを開始する。

図４は、タワーの高さを低くするために、図１に関するフロアＳ１とＳ２が組み合わされてフロアＳ１．２を形成する形態を示す。図５に示されるように、下側部分が半円筒形であり、上側部分が完全な円筒形であり、高さが約５．０８〜７．６２ｃｍ（２〜３インチ）である貯水槽を、滴下した全ての水を受け入れることができるように設計する。下側の半円筒形空間は、コンプレッサ及び全ての他の制御デバイスを設置するための空間である。フロアＳ１．２の高さは、フロアＳ１とＳ２の和よりも低く、したがって図６に示されるこの複合コンデンシングユニットの高さを低くすることを助ける。

温まった冷媒を冷却するために低温の（すなわち露点で）水を使用する本発明の複合コンデンシングユニットの機能及び動作は、空冷よりも効率的である。したがって、フィン・コイル冷媒管路の使用は必要ない。はるかに短い長さの通常の銅コイルを使用することができる。これは、製造コストを低減させる。さらに、水の露点での低い温度は、空気の周囲温度よりもはるかに低く、したがってシステム内の冷媒の圧力を減少することができる。コンプレッサは、より低い負荷で動作し、したがって電力消費が減少され、これは、冷却システムの効率を最大にすることに加えて、コンプレッサの寿命を延ばす。

長方形ボックスが水平方向に位置するときの複合コンデンシングユニットの構造が、図７、図８、図９、及び図１０に示される。図７は、ファンを設置するユニットの前面図であり、左側に、コンプレッサ及び制御構成要素を設置するチャンバがある。図８は、ユニットの背面図である。全ての構成要素が、以下のように配置されて動作する。

フロアＦ１は、フロアＦ２から滴下した全ての水を受け入れるのに十分な断面積（幅×長さ）を有するトレイであり、システム内で循環させる必要がある全ての水を含むように十分に高く、ここで、図９及び図１０におけるように、左端部が前側に延ばされ、前側は、幅と高さは同じであるが、水ポンプ、レベル・スイッチ、及び水入口を設置するのにちょうど十分な長さである。水入口は、レベル・スイッチによって制御される電動弁によって制御される。

フロアＦ２は、ふるい状の底部を有する長方形トレイ内に配置された水冷コンデンサとして働く冷媒回路からなり、トレイは、フロアＦ３から滴下した全ての水を受け入れるのに十分な大きさの面積を有し、また水が撥ねて飛び出さない十分な高さを有し、水は、ふるいトレイの底部にある孔を通って流れることができる。

フロアＦ３は、フロアＦ４から滴下した温まった水の完全な冷却を可能にするのに十分な大きさの領域全体を占める冷却パッドからなり、フロアＦ２に達する前に水の温度を露点まで下げる。したがって、複合コンデンシングユニットの断面は、冷却パッドの断面積に等しい。

フロアＦ４は、冷却パッドの領域全体にわたるように水をまき散らすために設置されたスプリンクラからなる。

図９は、空気がファンによって吸引されて水滴を冷却する様子を示す複合コンデンシングユニットの左側面図であり、ここで、フロアＦ１の水を含むトレイの延長された領域に、水ポンプ、レベル・スイッチ、及び水入口が設置される。またこの図は、水が水ポンプによってフロアＦ４にあるスプリンクラまで引き上げられる様子と、構成要素が設置される各フロアの厚さ（幅）及び高さ並びに位置を、複合コンデンシングユニットの側方から示す。

ユニットの上面図が図１０に示され、この図は、水ポンプ、レベル・スイッチ、水入口、及び水弁を設置するための延長部分を有するフロアＦ１のトレイの長手方向と、開示される複合コンデンシングユニットの構成要素全体のレイアウトを示す。

水平方向に配置された長方形タイプの複合コンデンシングユニットの動作の原理は、垂直方向に配置された円筒形タイプ又は長方形タイプのものと同様である。

図１１は、フロアＳ３をフロアＳ５とＳ６の間の位置に移した、図１又は図６の複合コンデンシングユニットの構成要素の配置替えであり、このとき動作は、まず水の温度を下げ、次いで冷媒の温度を下げることから、まず冷媒を冷却し、次いで水を冷却することに切り替わる。しかし結果は同様である。

同様に、図８におけるようなフロアＦ２を、図１２に示されるフロアＦ３とＦ４の間の位置に移すことができ、図１１で説明したのと同様の結果が得られる。

図１３に示されるように、図１の構成要素は、Ｓ３のふるいトレイをなくし、冷媒管路５をフロアＳ２の貯水槽の底部に、水の下に配置することによって配置替えされており、ここで、動作はフロアＳ２及びＳ３と同じであり、それらがフロアＳ２．３に組み合わされている。

図１４は、フロアＦ２がなくされ、冷媒管路５が、フロアＦ１の貯水槽の底部に、水の下に配置された形態を示し、ここで、動作はフロアＦ１及びＦ２と同じであり、それらがフロアＦ１．２に組み合わされている。

添付する特許請求の範囲は、言語の問題として、本明細書で述べた発明の全ての一般的及び具体的な構成、並びに本発明の範囲の全ての陳述を網羅するように意図されていることを理解されたい。

Claims (5)

1. 冷却システムの複合コンデンシングユニットを構成するための方法であって、
   水冷コンデンサと、冷却タワーと、コンプレッサと、制御構成要素とを、層構成で単一のユニットとして取り付けられるように組み合わせるステップを含む方法において、前記層構成が、以下のように下から上に配置された複数のフロアであって、
   コンプレッサ１と制御構成要素を有する一番下のフロア（Ｓ１）と、
   内部に水ポンプ２が取り付けられた貯水槽４と、レベル・スイッチ１０と、電動水弁１１を有する水入口とを有する第２のフロア（Ｓ２）と、
   ふるい状の底部を有するトレイ９内に配置された冷媒管路５を有する第３のフロア（Ｓ３）と、
   有孔壁を有する区室であって、前記壁の領域に沿った全てエア・フィルタを有する区室である第４のフロアと、
   フロアの全空間に及ぶ冷却パッド７を有する第５のフロアと、
   水スプリンクラを有する第６のフロアと、
   ファン３を有する、一番上のフロアである第７のフロアと
   を有している方法。
2. 貯水槽４に水を満たすステップであって、水位がレベル・スイッチ１０によって制御されるステップと、
   コンプレッサ１、水ポンプ、及びファン３を同時にオンに切り替えるステップと、
   水をスプリンクラ６にポンプで引き上げ、第５のフロアの冷却パッド７上に撥ね掛けるステップであって、水が水滴として空気の流れとは逆方向に滴下し、空気の流れが、一番上のフロアにある前記ファン３によって吸引されるステップと、
   冷却された水滴を冷媒管路５の全体にわたるように滴下して、前記冷媒を冷却するステップと、
   水を、前記ふるい状トレイ９を通して貯水槽４に戻し、次のサイクルで再びポンプで引き上げるステップと
   を含む、請求項１に記載の冷却システムの複合コンデンシングユニットを操作するための方法。
3. 冷却システムの複合コンデンシングユニットであって、
   層構成で単一のユニットとして取り付けられた水冷コンデンサと冷却タワーとコンプレッサ１と制御構成要素とを有し、前記層構成が、以下のように下から上に配置された複数のフロアであって、
   コンプレッサと制御構成要素を有する一番下のフロア（Ｓ１）と、
   内部に水ポンプ２が取り付けられた貯水槽４と、レベル・スイッチ１０と、電動水弁１１を有する水入口とを有する第２のフロア（Ｓ２）と、
   ふるい状の底部を有するトレイ９内に配置された冷媒管路５を有する第３のフロア（Ｓ３）と、
   有孔壁を備え、また前記壁の領域に全て沿ったエア・フィルタを有する第４のフロア（Ｓ４）と
   フロアの全領域を覆う冷却パッド７を有する第５のフロア（Ｓ５）と、
   水スプリンクラ６を有する第６のフロア（ｈ）と、
   ファン３を有する、一番上のフロアである第７のフロアと
   を有している複合コンデンシングユニット。
4. 一番下のフロアと第２のフロアを、同様に機能するように組み合わせること、又は再配置することができる請求項３に記載の冷却システムの複合コンデンシングユニット。
5. 同じ結果が得られるように前記ユニットが機能する限り、層構成を並べ替えること、又は再配置転換することができる請求項３に記載の冷却システムの複合コンデンシングユニット。

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