JP2014206347A - 室外機の補助冷却装置、及び補助冷却システム - Google Patents
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Abstract
【課題】異物が除去された水を噴霧ノズルにより室外機に噴霧でき、室外機を冷却する。
【解決手段】貯水室50内の水を第1冷却室20と第2冷却室30にポンプ56により夫々圧送し、ポンプ56により圧送された水をシャワーノズル23により第1冷却室20内に噴射し、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物を濾過して第2冷却室20内に濾過フィルタ26を介して供給し、ポンプ56により圧送された水を噴霧ノズル37、38から第2冷却室内20に噴霧し、第2冷却室20内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉して捕捉フィルタ44により貯水室内に供給することで、異物が除去された水を噴霧ノズル37、38により第2冷却室20内に噴霧でき、冷却された空気により室外機3を冷却することができる。
【選択図】図1
【解決手段】貯水室50内の水を第1冷却室20と第2冷却室30にポンプ56により夫々圧送し、ポンプ56により圧送された水をシャワーノズル23により第1冷却室20内に噴射し、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物を濾過して第2冷却室20内に濾過フィルタ26を介して供給し、ポンプ56により圧送された水を噴霧ノズル37、38から第2冷却室内20に噴霧し、第2冷却室20内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉して捕捉フィルタ44により貯水室内に供給することで、異物が除去された水を噴霧ノズル37、38により第2冷却室20内に噴霧でき、冷却された空気により室外機3を冷却することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、空気調和装置の室外機を補助的に冷却するのに好適な室外機の補助冷却装置、及び補助冷却システムに関する。
従来、空気調和装置の室外機に設けられた熱交換器を補助的に冷却して、冷房能力の増大、及び空気調和機の省電力化を図るようにした室外機の補助冷却装置が知られている。
この種の補助冷却装置として、空気調和機の室外機に散水器を設け、この散水器から室外機の熱交換器に水を散水してこの熱交換器を冷却することにより凝縮圧力を低下させ、消費電力を低下させるようにしたものが提案されている。
特許文献1には、室外機に設けられた、大気と熱交換する熱交換器の伝熱管表面に水を噴霧する手段と、大気と熱交換する熱交換器の伝熱管表面における水の蒸発量を推定する手段と、推定した蒸発量に基いて伝熱管表面への噴霧水量を制御する手段とを設けたことが開示されている。
特許文献2には、空気調和装置の室外機を冷却する室外機用冷却装置において、貯水タンク等からの水を噴霧する噴霧ノズルを室外機の空気吸い込み側に、且つ、噴霧方向が空気吸い込み方向とほぼ直交するように配置したことが開示されている。
特許文献3には、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、噴霧ノズル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、噴霧ノズルを室外機から離して配置したことが開示されている。
この種の補助冷却装置として、空気調和機の室外機に散水器を設け、この散水器から室外機の熱交換器に水を散水してこの熱交換器を冷却することにより凝縮圧力を低下させ、消費電力を低下させるようにしたものが提案されている。
特許文献1には、室外機に設けられた、大気と熱交換する熱交換器の伝熱管表面に水を噴霧する手段と、大気と熱交換する熱交換器の伝熱管表面における水の蒸発量を推定する手段と、推定した蒸発量に基いて伝熱管表面への噴霧水量を制御する手段とを設けたことが開示されている。
特許文献2には、空気調和装置の室外機を冷却する室外機用冷却装置において、貯水タンク等からの水を噴霧する噴霧ノズルを室外機の空気吸い込み側に、且つ、噴霧方向が空気吸い込み方向とほぼ直交するように配置したことが開示されている。
特許文献3には、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、噴霧ノズル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、噴霧ノズルを室外機から離して配置したことが開示されている。
ところで、従来の補助冷却装置にあっては、ノズルやポンプの目詰まりを防止するために、可能な限り藻類やスライムの発生を防止する必要があった。その際、藻類やスライムの発生を単に抑制するために、化学薬剤を水中に添加するだけで容易に発生を抑制することが可能である。
しかし、化学薬剤や殺菌剤を水中に添加すると、水中に添加された化学薬剤が新たな環境汚染の原因になるといった問題があった。
また、長期に渡って室外機に化学薬剤が含まれている水が噴霧されると、水に含まれる化学薬剤の成分が室外機の噴霧面に凝固することにより冷却効果が低減するといった問題があった。
そこで、異物が除去された水を噴霧ノズルから噴霧することにより冷却空気を生成し、冷却空気を用いて室外機を冷却することが切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、異物が除去された水を噴霧ノズルから噴霧することにより冷却空気を生成し、冷却空気を用いて室外機を冷却することが可能な室外機の補助冷却装置、及び補助冷却システムを提供することにある。
しかし、化学薬剤や殺菌剤を水中に添加すると、水中に添加された化学薬剤が新たな環境汚染の原因になるといった問題があった。
また、長期に渡って室外機に化学薬剤が含まれている水が噴霧されると、水に含まれる化学薬剤の成分が室外機の噴霧面に凝固することにより冷却効果が低減するといった問題があった。
そこで、異物が除去された水を噴霧ノズルから噴霧することにより冷却空気を生成し、冷却空気を用いて室外機を冷却することが切望されている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、異物が除去された水を噴霧ノズルから噴霧することにより冷却空気を生成し、冷却空気を用いて室外機を冷却することが可能な室外機の補助冷却装置、及び補助冷却システムを提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明は、空気調和装置の室外機に冷却空気を供給することにより該室外機を冷却する室外機の補助冷却装置であって、外気を取り込むための外気取込部と、前記外気取込部から取り込んだ空気を冷却する第1冷却室と、前記第1冷却室の下方に配置され、空気を冷却する第2冷却室と、前記第2冷却室の下方に配置され、水を貯水するための貯水室と、前記貯水室内の水を前記第1冷却室と前記第2冷却室に夫々圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送された水を前記第1冷却室内に噴射するシャワーノズルと、前記シャワーノズルにより噴射された水とともに前記外気中の異物を濾過して前記第2冷却室内に供給する濾過フィルタと、前記ポンプにより圧送された水を前記第2冷却室内に噴霧し、空気を冷却する少なくとも1つの噴霧ノズルと、天然セラミックである緑色片岩を備え、前記第2冷却室内の水を通過させる際に前記緑色片岩により異物を捕捉して前記貯水室内に供給する捕捉フィルタと、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、貯水室内の水を第1冷却室と第2冷却室にポンプにより夫々圧送し、ポンプにより圧送された水をシャワーノズルにより第1冷却室内に噴射し、シャワーノズルにより噴射された水とともに外気中の異物を濾過して第2冷却室内に濾過フィルタを介して供給し、ポンプにより圧送された水を少なくとも1つの噴霧ノズルから第2冷却室内に噴霧することにより空気を冷却し、第2冷却室内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉して捕捉フィルタにより貯水室内に供給することで、異物が除去された水を噴霧ノズルから噴霧することにより冷却空気を生成し、冷却空気を用いて室外機を冷却することができる。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置1を示す図である。
本実施形態の補助冷却装置1は、空気調和装置の室外機3に冷却空気を供給することにより室外機3を冷却するものである。
補助冷却装置1は、外気を取り込むための外気取込部10と、外気取込部10から取り込んだ空気を冷却する第1冷却室20と、第1冷却室20の下方に配置され、空気を冷却する第2冷却室30と、第2冷却室30の下方に配置され、水を貯水するための貯水室50と、を備えている。
本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置1を示す図である。
本実施形態の補助冷却装置1は、空気調和装置の室外機3に冷却空気を供給することにより室外機3を冷却するものである。
補助冷却装置1は、外気を取り込むための外気取込部10と、外気取込部10から取り込んだ空気を冷却する第1冷却室20と、第1冷却室20の下方に配置され、空気を冷却する第2冷却室30と、第2冷却室30の下方に配置され、水を貯水するための貯水室50と、を備えている。
外気取込部10は、補助冷却装置1のケース11の上端部に設けられた保持部12、12上に架橋して保持される天板13と、ケース11の上端部に設けられ所定の角度を有して斜め方向に突出する傾斜板14と、天板13の縁部と傾斜板14の縁部との間に設けられ、外気を取り込む開口部15と、を備えている。
このように、外気取込部10は、補助冷却装置1のケース11の一部である天板13と傾斜板14との間に設けられた開口部15から外気を取り込むことで、霧状の水を排出し易くでき、室外機3に設けられたファン61の回転による霧状の水の吸引を容易に行えるように構成することができる。
このように、外気取込部10は、補助冷却装置1のケース11の一部である天板13と傾斜板14との間に設けられた開口部15から外気を取り込むことで、霧状の水を排出し易くでき、室外機3に設けられたファン61の回転による霧状の水の吸引を容易に行えるように構成することができる。
第1冷却室20は、後述するポンプに接続されている配管21の途中に設けられ、操作に応じて流量調整が可能なバルブ22と、バルブ22に接続されている配管21の端部に設けられたシャワーノズル23とを備えている。シャワーノズル23は、ポンプにより圧送された水を水滴24として第1冷却室20内に噴射する。
第1冷却室20は、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物や水に含まれる無機物や有機物を捕捉して濾過し、第2冷却室30内に水滴25として供給する濾過フィルタ26を備えている。なお、濾過フィルタ26は、上方に複数の孔を有する平板27aと、下方に複数の孔を有する平板27bとにより挟まれた構造を有している。
第1冷却室20は、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物や水に含まれる無機物や有機物を捕捉して濾過し、第2冷却室30内に水滴25として供給する濾過フィルタ26を備えている。なお、濾過フィルタ26は、上方に複数の孔を有する平板27aと、下方に複数の孔を有する平板27bとにより挟まれた構造を有している。
第2冷却室30は、後述するポンプに接続されている配管21の途中から分岐した枝管31、32に設けられた、操作に応じて流量調整が可能なバルブ33、34と、バルブ33、34に接続されている配管の端部に設けられた噴霧ノズル37、38とを備えている。噴霧ノズル37、38は、ポンプにより圧送された水を霧39、40として第2冷却室30内に噴霧する。
第2冷却室30の側面には、第2冷却室30内に噴霧された霧39、40により冷却された空気をモータ41mの回転により外部(F1方向)に送風するファン41と、ファン41を保護するための円筒形状の保護板42が備えられている。
保護板42の下方には、外気温度を検出する温度センサ43が備えられている。
第2冷却室30の下方には、天然セラミックである緑色片岩(図3)を備え、第2冷却室30内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉し、異物を除去した後の水を貯水室50内に供給する捕捉フィルタ44が備えられている。
なお、捕捉フィルタ44は、上方に複数の孔を有する平板45aと、下方に複数の孔を有する平板45bとにより挟まれた構造を有している。
第2冷却室30の側面には、第2冷却室30内に噴霧された霧39、40により冷却された空気をモータ41mの回転により外部(F1方向)に送風するファン41と、ファン41を保護するための円筒形状の保護板42が備えられている。
保護板42の下方には、外気温度を検出する温度センサ43が備えられている。
第2冷却室30の下方には、天然セラミックである緑色片岩(図3)を備え、第2冷却室30内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉し、異物を除去した後の水を貯水室50内に供給する捕捉フィルタ44が備えられている。
なお、捕捉フィルタ44は、上方に複数の孔を有する平板45aと、下方に複数の孔を有する平板45bとにより挟まれた構造を有している。
貯水室50には、水道水(W)に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を前記貯水室に供給する浄水器51が接続されている。
このように、補助冷却装置1は、浄水器51により水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を浄水器51から貯水室50に供給することで、貯水室50内の水に塩素系殺菌剤が含まれないようにすることができる。この結果、噴霧ノズルから噴霧される霧状の水が室外機3に到達した場合でも、水にカルキ成分が含まれていないので、室外機3にカルキ成分の付着を防止することができる。
このように、補助冷却装置1は、浄水器51により水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を浄水器51から貯水室50に供給することで、貯水室50内の水に塩素系殺菌剤が含まれないようにすることができる。この結果、噴霧ノズルから噴霧される霧状の水が室外機3に到達した場合でも、水にカルキ成分が含まれていないので、室外機3にカルキ成分の付着を防止することができる。
貯水室50は、浄水器51と貯水室50との間に設けられ、貯水室50内の貯水量が所定量となるように浄水器51からの給水を調整する複式ボールタップ(給水調整手段)52備えている。
このように、補助冷却装置1は、浄水器51と貯水室50との間に複式ボールタップ52を設け、貯水室50内の貯水量が所定量となるように浄水器51からの給水を複式ボールタップ(給水調整手段)52により調整する。これにより、貯水室50内の貯水量が所定量となるよう維持することができる。
このように、補助冷却装置1は、浄水器51と貯水室50との間に複式ボールタップ52を設け、貯水室50内の貯水量が所定量となるように浄水器51からの給水を複式ボールタップ(給水調整手段)52により調整する。これにより、貯水室50内の貯水量が所定量となるよう維持することができる。
貯水室50は、オーバーフロー面よりも水面が高くなった場合に開口部から水を噴出させるオーバーフロー管53と、排水時に外部に水を排水するための排水口54と、貯水室50の側面及び底面において銅イオンCu+、Cu2+を発生し、内面に張られた銅板により水を殺菌及び滅藻する銅板55a〜55dと、貯水室50内の水を孔56aから吸入して配管21を介して第1冷却室20と第2冷却室30に夫々圧送するポンプ56とが備えられている。
このように、貯水室50では、内面に張られた銅板55a〜55dにより水を殺菌及び滅藻することで、貯水室50内の水中の異物を除去することができる。
このように、貯水室50では、内面に張られた銅板55a〜55dにより水を殺菌及び滅藻することで、貯水室50内の水中の異物を除去することができる。
空気調和装置の室外機3は、モータ61mの回転により補助冷却装置1側から吸引した霧状の水60を外部(紙面右側F2方向)に送風するファン61と、複数の放熱フィンに複数の冷媒管62aを貫通させて構成され、冷房運転時にはファン61により吸い込まれた空気と熱交換を行い、冷媒管62a内を流通する冷媒を冷却する熱交換器62とが備えられている。
このように、補助冷却装置1は、貯水室50内の水を第1冷却室20と第2冷却室30にポンプ56により夫々圧送し、ポンプ56により圧送された水をシャワーノズル23により第1冷却室20内に噴射し、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物を濾過して第2冷却室20内に濾過フィルタ26を介して供給し、ポンプ56により圧送された水を噴霧ノズル37、38から第2冷却室内20に噴霧し、第2冷却室20内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉して捕捉フィルタ44により貯水室内に供給することで、異物が除去された水を噴霧ノズル37、38に噴霧して空気を冷却することができ、冷却された空気により室外機3を冷却することができる。また、補助冷却装置1は、簡単な構造であるので、保守点検や管理が容易になるという利点を有している。
なお、シャワーノズル23、噴霧ノズル37、38の開度については、ユーザが任意に調整可能であり、これらのノズルから夫々吐出される水量を目視確認しながら、個々にノズルの開度を調整することが好ましい。
このように、補助冷却装置1は、貯水室50内の水を第1冷却室20と第2冷却室30にポンプ56により夫々圧送し、ポンプ56により圧送された水をシャワーノズル23により第1冷却室20内に噴射し、シャワーノズル23により噴射された水とともに外気中の異物を濾過して第2冷却室20内に濾過フィルタ26を介して供給し、ポンプ56により圧送された水を噴霧ノズル37、38から第2冷却室内20に噴霧し、第2冷却室20内の水を通過させる際に緑色片岩により異物を捕捉して捕捉フィルタ44により貯水室内に供給することで、異物が除去された水を噴霧ノズル37、38に噴霧して空気を冷却することができ、冷却された空気により室外機3を冷却することができる。また、補助冷却装置1は、簡単な構造であるので、保守点検や管理が容易になるという利点を有している。
なお、シャワーノズル23、噴霧ノズル37、38の開度については、ユーザが任意に調整可能であり、これらのノズルから夫々吐出される水量を目視確認しながら、個々にノズルの開度を調整することが好ましい。
次に、図2は、濾過フィルタ26の上方及び下方に夫々配置される平板27a、27bの構造を示す図である。
平板27a、27bは、鉄にクロムやニッケルなどの物質を添加して錆びにくくした特殊鋼の一つであるステンレス鋼(Steel Use Stainless)製の平板にパンチング加工したものである。
平板27aは、外周から中心に向かって徐々に孔27cの大きさが小さくなるように配列されている。一方、平板27bは、外周から中心に向かって徐々に孔27dの大きさが大きくなるように配列されている。
なお、捕捉フィルタ44の上方及び下方に夫々配置される平板45a、45bも図2に示す構造を有している。
このため、濾過フィルタ26が平板27aと平板27bとにより挟まれた状態で第1冷却室20の下方に配置され、シャワーノズル23から水が噴射されると、水とともに外気中の異物が平板27aの孔27cから濾過フィルタ26に浸透して濾過され、濾過フィルタ26の下方から平板27dの孔27dまで下降し、水滴25として第2冷却室30内に降下して供給される。この際、平板27aと平板27bとの孔のパターンが異なるため、水が通過する通路が形成され難くなるため、自然の降雨のように偏ること無く降下させることができる。
平板27a、27bは、鉄にクロムやニッケルなどの物質を添加して錆びにくくした特殊鋼の一つであるステンレス鋼(Steel Use Stainless)製の平板にパンチング加工したものである。
平板27aは、外周から中心に向かって徐々に孔27cの大きさが小さくなるように配列されている。一方、平板27bは、外周から中心に向かって徐々に孔27dの大きさが大きくなるように配列されている。
なお、捕捉フィルタ44の上方及び下方に夫々配置される平板45a、45bも図2に示す構造を有している。
このため、濾過フィルタ26が平板27aと平板27bとにより挟まれた状態で第1冷却室20の下方に配置され、シャワーノズル23から水が噴射されると、水とともに外気中の異物が平板27aの孔27cから濾過フィルタ26に浸透して濾過され、濾過フィルタ26の下方から平板27dの孔27dまで下降し、水滴25として第2冷却室30内に降下して供給される。この際、平板27aと平板27bとの孔のパターンが異なるため、水が通過する通路が形成され難くなるため、自然の降雨のように偏ること無く降下させることができる。
図3は、天然セラミックである緑色片岩の組成表を示した図である。
天然セラミックである緑色片岩44aの機能としては、緑色片岩44aは、その表面は負又は正の電荷を持っているため、水中のイオンとイオン交換を素早く行うことができる。また緑色片岩44aは負の状態が多いため、陽イオン(カルシウム、マグネシウム等)を引きつける。これによって補助冷却装置1内の配管や貯水室50へのスライムやスケールの付着を抑止することができ、水中イオンが減少すると、電気伝導率も低下する。
また緑色片岩44aは、水を保持する力が強く、表面張力が小さいので物質が吸着しやすい状態になっており、吸着飽和点に達する時間が長期間維持される連続多孔質(特殊ランダム層)という形態にあるため、表面積が大きくその分、吸着能力に優れ、この高い吸着力によって水中の金属化合物やトリハロメタンなどを吸着補足することができる。
天然セラミックである緑色片岩44aの機能としては、緑色片岩44aは、その表面は負又は正の電荷を持っているため、水中のイオンとイオン交換を素早く行うことができる。また緑色片岩44aは負の状態が多いため、陽イオン(カルシウム、マグネシウム等)を引きつける。これによって補助冷却装置1内の配管や貯水室50へのスライムやスケールの付着を抑止することができ、水中イオンが減少すると、電気伝導率も低下する。
また緑色片岩44aは、水を保持する力が強く、表面張力が小さいので物質が吸着しやすい状態になっており、吸着飽和点に達する時間が長期間維持される連続多孔質(特殊ランダム層)という形態にあるため、表面積が大きくその分、吸着能力に優れ、この高い吸着力によって水中の金属化合物やトリハロメタンなどを吸着補足することができる。
さらに緑色片岩44aは、遠赤外線放射力により水の分子構造を置換、浸透性・洗浄性を向上させるので、強固なスケールやスライムを徐々に剥離溶質し、正常な設備部材面を復活させることができる。
さらにまた、緑色片岩44aには、酸化と還元のバランスを保つ鉄塩の2価鉄と3価鉄が3:1の割合で含有しており、水中の酸素によって酸化還元反応が起こり、微弱電流が発生しイオン化を促進する。
また緑色片岩44a自身からマイナスイオンが発生し、酸化度を示す指標となる酸化還元電位を低下させる働きをする。すなわち、還元性が強くなって補助冷却装置内の部材や配管内壁のスケール等を剥離溶質し易くする作用がある。
さらにまた、緑色片岩44aには、酸化と還元のバランスを保つ鉄塩の2価鉄と3価鉄が3:1の割合で含有しており、水中の酸素によって酸化還元反応が起こり、微弱電流が発生しイオン化を促進する。
また緑色片岩44a自身からマイナスイオンが発生し、酸化度を示す指標となる酸化還元電位を低下させる働きをする。すなわち、還元性が強くなって補助冷却装置内の部材や配管内壁のスケール等を剥離溶質し易くする作用がある。
次に、配管21の構造を示す図である。
図1に示す第1冷却室20に設けられている配管21は、図4に示すように内径の異なる配管を接続するように構成されている。すなわち、下方の配管21aは内径φ1を有し、上方の配管21bは配管21aの内径φ1よりも細径である内径φ2(φ1>φ2)を有し、例えば、φ1を40mm、φ2を13mmとすることで、配管21aから配管21bに流入した水の圧力を約90倍に増加することができる。この結果、シャワーノズル23内の内部水圧を高めることができ、シャワーノズル23から噴射した水滴の到達範囲を濾過フィルタ26の全面まで広げることができる。
図1に示す第1冷却室20に設けられている配管21は、図4に示すように内径の異なる配管を接続するように構成されている。すなわち、下方の配管21aは内径φ1を有し、上方の配管21bは配管21aの内径φ1よりも細径である内径φ2(φ1>φ2)を有し、例えば、φ1を40mm、φ2を13mmとすることで、配管21aから配管21bに流入した水の圧力を約90倍に増加することができる。この結果、シャワーノズル23内の内部水圧を高めることができ、シャワーノズル23から噴射した水滴の到達範囲を濾過フィルタ26の全面まで広げることができる。
ここで、配管の内径が縮小する場合の圧力水頭の増大について説明する。
ベルヌーイの定理より同一配管状で、流れる流体は、常に一定流量で流れる(流速の変化のみで、流量は常に一定である)。
例えば、配管VP40(内径40mm)の面積は、πD2/4=0.001256m2となる。一方、配管VP13(内径13mm)の面積πD2/4=0.000132665m2となる。
仮に、毎分10L/minの水を送水する場合の圧力水頭を考える。
まず、配管VP40の流速を求める。
0.01m3/min:0.000167m3/s
流速:0.000167/0.001256=0.1327m/s
速度水頭:V2/2g=0.000898
次に、配管VP13の流速を求める。
流速:0.000167/0.000132665=1.256m/s
速度水頭:V2/2g=0.08053
配管VP13の速度水頭は、配管VP40の速度水頭に対して、
0.08053/0.000898=89.7、すなわち、約90倍になる。
ベルヌーイの定理より同一配管状で、流れる流体は、常に一定流量で流れる(流速の変化のみで、流量は常に一定である)。
例えば、配管VP40(内径40mm)の面積は、πD2/4=0.001256m2となる。一方、配管VP13(内径13mm)の面積πD2/4=0.000132665m2となる。
仮に、毎分10L/minの水を送水する場合の圧力水頭を考える。
まず、配管VP40の流速を求める。
0.01m3/min:0.000167m3/s
流速:0.000167/0.001256=0.1327m/s
速度水頭:V2/2g=0.000898
次に、配管VP13の流速を求める。
流速:0.000167/0.000132665=1.256m/s
速度水頭:V2/2g=0.08053
配管VP13の速度水頭は、配管VP40の速度水頭に対して、
0.08053/0.000898=89.7、すなわち、約90倍になる。
図5は、本発明の実施形態に係る室外機の補助冷却装置1の制御系の構成を示す回路図である。なお、図5に示す符号のうち、図1に示す符号と同一のものについては同様の構成であるので、その説明を省略する。
図5において、室外機3にはスイッチ65が設けられており、室外機3に電源が投入された場合に電磁接触器MC(図示しない)が作動してスイッチ65の接点が閉結する。
商用電源72は、例えば100Vの単相交流又は200Vの三相交流であり、電源ケーブルL1を介して補助冷却装置1に供給され、電源スイッチSW1,スイッチSW2を介してポンプ56、ファン41のモータ41mに供給される。また、商用電源72は、室外機3に設けられたスイッチ65を介して電磁接触器MC71に供給される。
電源スイッチSW1は、補助冷却装置1のケース11に取り付けられ、外部からの操作が可能である。
電磁接触器MC71は、室外機3に設けられたスイッチ65が閉結した場合に、コイルに交流電流が流れて、スイッチSW2の接点を閉結する。
ポンプ56およびファン41のモータ41mは、電源スイッチSW1、スイッチSW2が閉結状態にある場合に、商用電源72が供給され、夫々に動作する。
図5において、室外機3にはスイッチ65が設けられており、室外機3に電源が投入された場合に電磁接触器MC(図示しない)が作動してスイッチ65の接点が閉結する。
商用電源72は、例えば100Vの単相交流又は200Vの三相交流であり、電源ケーブルL1を介して補助冷却装置1に供給され、電源スイッチSW1,スイッチSW2を介してポンプ56、ファン41のモータ41mに供給される。また、商用電源72は、室外機3に設けられたスイッチ65を介して電磁接触器MC71に供給される。
電源スイッチSW1は、補助冷却装置1のケース11に取り付けられ、外部からの操作が可能である。
電磁接触器MC71は、室外機3に設けられたスイッチ65が閉結した場合に、コイルに交流電流が流れて、スイッチSW2の接点を閉結する。
ポンプ56およびファン41のモータ41mは、電源スイッチSW1、スイッチSW2が閉結状態にある場合に、商用電源72が供給され、夫々に動作する。
次に、本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置1の動作について説明する。
図5において、補助冷却装置1に設けられた電源スイッチSW1がユーザによりON操作されると、電源スイッチSW1の接点が閉結状態になる。この結果、商用電源72がON状態の電源スイッチSW1の接点まで供給される。
次いで、ユーザにより室外機3に電源が投入された場合に、電磁接触器MC(図示しない)が作動してスイッチ65の接点が閉結する。この結果、商用電源72が、電源スイッチSW1、コードL2、スイッチ65を介して電磁接触器MC71に供給され、スイッチSW2の接点が閉結される。次いで、商用電源72が、電源スイッチSW1、スイッチSW2を介してポンプ56、ファン41のモータ41mに供給される。
この結果、室外機3が運転状態にある場合に、ポンプ56、ファン41のモータ41mが起動される。
図5において、補助冷却装置1に設けられた電源スイッチSW1がユーザによりON操作されると、電源スイッチSW1の接点が閉結状態になる。この結果、商用電源72がON状態の電源スイッチSW1の接点まで供給される。
次いで、ユーザにより室外機3に電源が投入された場合に、電磁接触器MC(図示しない)が作動してスイッチ65の接点が閉結する。この結果、商用電源72が、電源スイッチSW1、コードL2、スイッチ65を介して電磁接触器MC71に供給され、スイッチSW2の接点が閉結される。次いで、商用電源72が、電源スイッチSW1、スイッチSW2を介してポンプ56、ファン41のモータ41mに供給される。
この結果、室外機3が運転状態にある場合に、ポンプ56、ファン41のモータ41mが起動される。
ポンプ56が起動すると、ポンプ56は貯水室50内の水を孔56aから吸入して配管21を介して第1冷却室20と第2冷却室30に夫々圧送する。
一方、ファン41が回転することにより、第2冷却室30内から内気がF1方向に吐出され、第2冷却室30内の圧力が低下する。この結果、外気取込部10の開口15から外気が第1冷却室20内に吸引され、第1冷却室20に進入し、さらに、第1冷却室20の内気が濾過フィルタ26を介して第2冷却室30内に吸引され、第1冷却室20内の冷却された空気が保護板42により囲まれた開口からF1方向に吐出される。
一方、ファン41が回転することにより、第2冷却室30内から内気がF1方向に吐出され、第2冷却室30内の圧力が低下する。この結果、外気取込部10の開口15から外気が第1冷却室20内に吸引され、第1冷却室20に進入し、さらに、第1冷却室20の内気が濾過フィルタ26を介して第2冷却室30内に吸引され、第1冷却室20内の冷却された空気が保護板42により囲まれた開口からF1方向に吐出される。
このとき、第1冷却室20では、ユーザにより操作されたバルブ22の開度に応じて、配管21からシャワーノズル23に供給される水の流量が調整され、シャワー23から水滴が下方に配置された濾過フィルタ26に向かって噴射され、第1冷却室20に進入した外気とシャワー23から噴射された水滴とが接触して水滴の一部を蒸発させ、水滴を冷却する。そして、濾過フィルタ26から冷却された水滴25が降下する。
同時に、第1冷却室20に進入した外気に含まれる異物を水滴とともに濾過フィルタ26で濾過することができる。
同時に、第1冷却室20に進入した外気に含まれる異物を水滴とともに濾過フィルタ26で濾過することができる。
また、降雨状態である場合、シャワー23から水滴が下方に配置された濾過フィルタ26に向かって噴射され、第1冷却室20に進入した外気に含まれる異物を水とともに濾過フィルタ26で濾過することができる。
また、第2冷却室30では、ユーザにより操作されたバルブ34の開度に応じて、配管36から噴霧ノズル38に供給される水の流量が調整され、ノズル38から霧状の水が第2冷却室30内に噴霧される。この結果、第2冷却室30では、ノズル38から噴霧された霧状の水が充満する。
さらに、濾過フィルタ26から冷却された水滴25が降下し、濾過フィルタ26を通過した内気が第2冷却室30内に進入し、ノズル38から噴霧された霧状の水に内気が接触して霧状の水を直接的に蒸発させる。
この結果、蒸発熱を逃がすので効率が良く、理論的には湿球温度まで内気の温度を低下させることができる。
なお、熱力学的湿球温度(thermodynamic wet-bulb temperature)は、ある空気塊を一定気圧に保ちながら、その空気塊の中に水を蒸発させることによって、飽和に達するまで断熱的に冷却した場合に、その空気塊が持つ温度であり、このとき、蒸発に必要な気化熱は全てその空気塊から奪われるものとする。
さらに、濾過フィルタ26から冷却された水滴25が降下し、濾過フィルタ26を通過した内気が第2冷却室30内に進入し、ノズル38から噴霧された霧状の水に内気が接触して霧状の水を直接的に蒸発させる。
この結果、蒸発熱を逃がすので効率が良く、理論的には湿球温度まで内気の温度を低下させることができる。
なお、熱力学的湿球温度(thermodynamic wet-bulb temperature)は、ある空気塊を一定気圧に保ちながら、その空気塊の中に水を蒸発させることによって、飽和に達するまで断熱的に冷却した場合に、その空気塊が持つ温度であり、このとき、蒸発に必要な気化熱は全てその空気塊から奪われるものとする。
ここで、冷却能力の計算方法について説明する。
冷却能力は、水量、風量、冷却水温度、大気温湿度など多くのパラメータに依存している。しかし、移動単位数(NTU)という無次元数を用いると、パラメータを減らし解析を容易にすることができる。
移動単位数(NTU)には、図1に示す補助冷却装置1のような冷却塔が出せる能力を表す有効NTU(available NTU、(NTU)a)と、温度等の仕様条件から計算される必要NTU(required NTU、(NTU)r)の2種類がある。
冷却能力は、水量、風量、冷却水温度、大気温湿度など多くのパラメータに依存している。しかし、移動単位数(NTU)という無次元数を用いると、パラメータを減らし解析を容易にすることができる。
移動単位数(NTU)には、図1に示す補助冷却装置1のような冷却塔が出せる能力を表す有効NTU(available NTU、(NTU)a)と、温度等の仕様条件から計算される必要NTU(required NTU、(NTU)r)の2種類がある。
ここで、Kを第1冷却室20と第2冷却室30からなる熱交換部のエンタルピ基準熱伝達率(kg/(m2s))、aを第1冷却室20と第2冷却室30からなる熱交換部の単位体積あたりの水と空気の接触面積(m−1)、Vを第1冷却室20と第2冷却室30からなる熱交換部の体積(m3)、Lを水量(kg/s)、tw,in,tw,outを冷却水の入口温度、出口温度(K)、cwを水の比熱(J/(kgK))、h(tw)を第1冷却室20と第2冷却室30からなる熱交換部で水温twの水と接触する空気のエンタルピ(J/kg)、hs(tw)を温度twにおける飽和蒸気のエンタルピ(J/kg)。空気の湿度に依存する。
解析の際には、横軸に水空気比N(水の質量流量/空気の質量流量)をとってそれぞれのNTUをグラフに表し、それらの交点、すなわち(NTU)a=(NTU)rとなる水空気比Nが実際の運転状態を表すことを利用して冷却能力などを求める。導出熱交換部の微小部分で交換される熱量dQに関する次の「水温低下により水が失った熱量=蒸発により空気が得た熱量」という関係式を変形し、熱交換部全体で積分することで、
(NTU)a=(NTU)r
を得る。
(NTU)a=(NTU)r
を得る。
このようにして、補助冷却装置1の第1冷却室20と第2冷却室30では、冷却された内気が生成される。
補助冷却装置1の保護板42により囲まれた開口はフード5を介して室外機3の全面を覆っており、室外機3に設けられたファン61が回転しているので、第2冷却室30内の冷却空気がF1方向(図1)に吸引され、室外機3に設けられた熱交換器62のフィンを通過してF2方向に突出される。このとき、冷却された空気が熱交換器62のフィンとの間で熱交換され、熱交換器62の内部を貫通している冷媒管62aの熱が低下する。
補助冷却装置1の保護板42により囲まれた開口はフード5を介して室外機3の全面を覆っており、室外機3に設けられたファン61が回転しているので、第2冷却室30内の冷却空気がF1方向(図1)に吸引され、室外機3に設けられた熱交換器62のフィンを通過してF2方向に突出される。このとき、冷却された空気が熱交換器62のフィンとの間で熱交換され、熱交換器62の内部を貫通している冷媒管62aの熱が低下する。
また、ユーザにより操作されたバルブ33の開度に応じて、配管31から噴霧ノズル37に供給される水の流量が調整され、噴霧ノズル37から霧状の水が第2冷却室30内に噴霧される。このとき、ノズル38からも霧状の水が第2冷却室30内に噴霧されているので、霧状の水の量が最大で約2倍に増加する。そして、第2冷却室30内の冷却された空気が保護板42の開口から外部に吐き出される。このとき、室外機3に設けられたファン61が回転しているので、冷却された空気がF1方向(図1)に吸引され、室外機3に設けられた熱交換器62のフィンを通過してF2方向に突出される。
このとき、冷却された空気が熱交換器62のフィンとの間で熱交換され、熱交換器62の内部を貫通している冷媒管62aの熱が低下する。
このように、補助冷却装置1は、ファン41を起動するように制御することで、冷却された空気をより多く室外機3に吹き付けることができる。
このとき、冷却された空気が熱交換器62のフィンとの間で熱交換され、熱交換器62の内部を貫通している冷媒管62aの熱が低下する。
このように、補助冷却装置1は、ファン41を起動するように制御することで、冷却された空気をより多く室外機3に吹き付けることができる。
次に、図6に示すグラフ図を参照して、本発明の第1実施形態に係る室外機の補助冷却装置1による冷却効果について説明する。
図6において、グラフ(a)は室外機に対して冷却された空気を供給していない状態での室外機の温度推移を示し、グラフ(b)は補助冷却装置1から室外機に対して冷却された空気を供給している状態での室外機の温度推移を示し、グラフ(c)は外気温度の温度推移を示し、グラフ(d)は補助冷却装置1を未使用時の室外機3の電源電流(A)を示し、グラフ(e)は補助冷却装置1を使用時の室外機3の電源電流(A)を示す。
図6において、グラフ(a)は室外機に対して冷却された空気を供給していない状態での室外機の温度推移を示し、グラフ(b)は補助冷却装置1から室外機に対して冷却された空気を供給している状態での室外機の温度推移を示し、グラフ(c)は外気温度の温度推移を示し、グラフ(d)は補助冷却装置1を未使用時の室外機3の電源電流(A)を示し、グラフ(e)は補助冷却装置1を使用時の室外機3の電源電流(A)を示す。
図6に示すグラフ(a)(b)を比較することで、補助冷却装置1を使用したときの室外機の温度推移が約5℃だけ低くなることが理解でき、補助冷却装置1を使用することによる冷却効果が期待できる。
また、図6に示すグラフ(d)(e)を比較することで、補助冷却装置1を使用したときの室外機の電源電流の推移が30%だけ低くなることが理解でき、補助冷却装置1を使用することによる節電効果が期待できる。
また、図6に示すグラフ(d)(e)を比較することで、補助冷却装置1を使用したときの室外機の電源電流の推移が30%だけ低くなることが理解でき、補助冷却装置1を使用することによる節電効果が期待できる。
<第2実施形態>
図7は、本発明の第2実施形態に係る室外機の補助冷却装置1の構成を示すブロック図である。
図7に示すように、本実施形態は、第2冷却室30の側面に配置され、第2冷却室30の冷却空気を排出するための開口部42−1、42−2、42−3を備え、開口部42−1、42−2、42−3から室外機3−1、3−2、3−3に冷却空気を排出するように構成されている。
これにより、第2冷却室の側面に配置され、第2冷却室の冷却空気を排出するための開口部から室外機に冷却空気を排出することで、1台の補助冷却装置1を用いて複数の室外機に冷却空気を供給することができる。
図7は、本発明の第2実施形態に係る室外機の補助冷却装置1の構成を示すブロック図である。
図7に示すように、本実施形態は、第2冷却室30の側面に配置され、第2冷却室30の冷却空気を排出するための開口部42−1、42−2、42−3を備え、開口部42−1、42−2、42−3から室外機3−1、3−2、3−3に冷却空気を排出するように構成されている。
これにより、第2冷却室の側面に配置され、第2冷却室の冷却空気を排出するための開口部から室外機に冷却空気を排出することで、1台の補助冷却装置1を用いて複数の室外機に冷却空気を供給することができる。
<第3実施形態>
図8は、本発明の第3実施形態に係る室外機の補助冷却装置1のシステム構成を示すブロック図である。
図8に示すように、本実施形態は、水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を供給する浄水器51を備え、浄水器51から、少なくとも1つの補助冷却装置1−1、1−2、1−3に浄水を供給することように構成されている。
これにより、1つの浄水器51から、複数の補助冷却装置に浄水を供給することができ、補助冷却装置1−1、1−2、1−3の貯水室50内の水に塩素系殺菌剤が含まれないようにすることができる。この結果、噴霧ノズルから噴霧される霧状の水により空気が冷却され、冷却された空気により室外機3を冷却しても、水にカルキ成分が含まれていないので、室外機3にカルキ成分の付着を防止することができる。
図8は、本発明の第3実施形態に係る室外機の補助冷却装置1のシステム構成を示すブロック図である。
図8に示すように、本実施形態は、水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を供給する浄水器51を備え、浄水器51から、少なくとも1つの補助冷却装置1−1、1−2、1−3に浄水を供給することように構成されている。
これにより、1つの浄水器51から、複数の補助冷却装置に浄水を供給することができ、補助冷却装置1−1、1−2、1−3の貯水室50内の水に塩素系殺菌剤が含まれないようにすることができる。この結果、噴霧ノズルから噴霧される霧状の水により空気が冷却され、冷却された空気により室外機3を冷却しても、水にカルキ成分が含まれていないので、室外機3にカルキ成分の付着を防止することができる。
<他の実施形態>
上記の実施形態では、補助冷却装置を1台の室外機に対して使用するように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、補助冷却装置を複数台連結しておき、複数台の室外機に対して使用するように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置を室外機の外側に配置するように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、補助冷却装置を室外機の内側に配置可能なように小型化して一体化しておくように構成することもできる。
上記の実施形態では、補助冷却装置と室外機との間の空間については言及していなかったが、補助冷却装置と室外機との間の空間の例えば上部をカバーで覆うように構成してもよい。さらに、補助冷却装置と室外機との間の空間の例えば側部をカバーで覆うように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置を1台の室外機に対して使用するように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、補助冷却装置を複数台連結しておき、複数台の室外機に対して使用するように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置を室外機の外側に配置するように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、補助冷却装置を室外機の内側に配置可能なように小型化して一体化しておくように構成することもできる。
上記の実施形態では、補助冷却装置と室外機との間の空間については言及していなかったが、補助冷却装置と室外機との間の空間の例えば上部をカバーで覆うように構成してもよい。さらに、補助冷却装置と室外機との間の空間の例えば側部をカバーで覆うように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置の外気取込部10の側面に傾斜板14を設けるように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、気象条件に応じて、外気取込部10の側面に設けられた傾斜板14を簡単に取り外せるように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置の外気取込部10の側面に傾斜板14を設けるように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、天板13と傾斜板14との間に開けた開口をより大きくすることで、夏季の消費電力が増加する季節に降る雨水を利用することで、水道利用に係る経費を節減することができる。
上記の実施形態では、補助冷却装置の設置方法については言及していなかったが、補助冷却装置の第1冷却室20と第2冷却室30との間の4点の角部にフック部を設け、フック部にワイヤの一端を夫々接続しておき、ワイヤの他端をアンカに接続して固定するように構成してもよい。
上記の実施形態では、補助冷却装置の外気取込部10の側面に傾斜板14を設けるように構成したが、本発明はこのような場合に限定するものではない。すなわち、天板13と傾斜板14との間に開けた開口をより大きくすることで、夏季の消費電力が増加する季節に降る雨水を利用することで、水道利用に係る経費を節減することができる。
上記の実施形態では、補助冷却装置の設置方法については言及していなかったが、補助冷却装置の第1冷却室20と第2冷却室30との間の4点の角部にフック部を設け、フック部にワイヤの一端を夫々接続しておき、ワイヤの他端をアンカに接続して固定するように構成してもよい。
1…補助冷却装置、3…室外機、10…外気取込部、20…第1冷却室、30…第2冷却室、50…貯水室、11…ケース、12…保持部、13…天板、14…傾斜板、15…開口部、16…降雨センサ、21…配管、22…バルブ、23…シャワーノズル、24…水滴、26…濾過フィルタ、31…枝管、32…分岐、37…噴霧ノズル、38…噴霧ノズル、39…霧、41…ファン、42…保護板、43…温度センサ、50…貯水室、44…捕捉フィルタ、51…浄水器、53…オーバーフロー管、54…排水口、56…ポンプ、60…水、62…熱交換器
Claims (7)
- 空気調和装置の室外機に冷却空気を供給することにより該室外機を冷却する室外機の補助冷却装置であって、
外気を取り込むための外気取込部と、
前記外気取込部から取り込んだ空気を冷却する第1冷却室と、
前記第1冷却室の下方に配置され、空気を冷却する第2冷却室と、
前記第2冷却室の下方に配置され、水を貯水するための貯水室と、
前記貯水室内の水を前記第1冷却室と前記第2冷却室に夫々圧送するポンプと、
前記ポンプにより圧送された水を前記第1冷却室内に噴射するシャワーノズルと、
前記シャワーノズルにより噴射された水とともに前記外気中の異物を濾過して前記第2冷却室内に供給する濾過フィルタと、
前記ポンプにより圧送された水を前記第2冷却室内に噴霧し、空気を冷却する少なくとも1つの噴霧ノズルと、
天然セラミックである緑色片岩を備え、前記第2冷却室内の水を通過させる際に前記緑色片岩により異物を捕捉して前記貯水室内に供給する捕捉フィルタと、を備えたことを特徴とする室外機の補助冷却装置。 - 水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を前記貯水室に供給する浄水器を備えたことを特徴とする請求項1に記載の室外機の補助冷却装置。
- 前記浄水器と前記貯水室との間に設けられ、前記貯水室内の貯水量が所定量となるように前記浄水器からの給水を調整する給水調整手段を備えたことを特徴とする請求項2に記載の室外機の補助冷却装置。
- 前記貯水室は、内面に張られた銅板により水を殺菌及び滅藻することを特徴とする請求項1に記載の室外機の補助冷却装置。
- 前記外気取込部は、当該補助冷却装置のケースの一部である天板と傾斜板との間に設けられた開口部から外気を取り込むことを特徴とする請求項1に記載の室外機の補助冷却装置。
- 前記第2冷却室の側面に配置され、前記第2冷却室の冷却空気を排出するための少なくとも1つ開口部を備え、
前記開口部から少なくとも1つの室外機に前記冷却空気を排出することを特徴とする請求項1に記載の室外機の補助冷却装置。 - 水道水に含まれる塩素系殺菌剤を除去し、該除去後の浄水を供給する浄水器を備え、
前記浄水器から、少なくとも1つの請求項1に記載の室外機の補助冷却装置に浄水を供給することを特徴とする室外機の補助冷却システム。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112533441A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-19 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局 | 一种应用于柔性直流输电换流阀的阀冷却系统与方法 |
JP2022133672A (ja) * | 2021-03-02 | 2022-09-14 | 株式会社ポラリス | 室外機用冷却装置 |
JP7320308B2 (ja) | 2018-09-19 | 2023-08-03 | 株式会社リビエラ | 熱交換補助装置 |
-
2013
- 2013-04-15 JP JP2013085163A patent/JP2014206347A/ja active Pending
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