JP2017116169A - 空冷式熱交換ユニット及びクーラユニット - Google Patents
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Abstract
Description
上記装置において、冷凍サイクルやヒートポンプサイクルを構成する機器の一部として凝縮器が用いられる。凝縮器には空冷式及び水冷式があるが、空冷式凝縮器の場合、従来の機器では、空気取込み開口に面して伝熱部が配置されるのが一般的である。しかし、ユニット型の機器では、空気取込み開口の大きさに制約があるため、伝熱面の面積は制約を受ける。
そこで、特許文献2には、伝熱面積を増加させるために、ユニット本体の外形をV字形にし、外表面に面してV字形の熱交換器を配置した熱交換ユニットが開示されている。この熱交換ユニットは、複数の熱交換ユニットを並べて配置することで、伝熱面の面積を確保するものであり、熱交換器をV字形を形成することで、複数の熱交換ユニットを並べて配置しても熱交換面に至る空気流路の形成を可能にしている。
また、伝熱面が外表面に面しているため、飛石などによって傷が付きやすく、傷付きによる腐食が進行しやすいという問題がある。
空気の流入が可能な側面及び空気の流出が可能な上面を有するユニット本体と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、前記側面に面した縦面を形成する仕切り板、前面を斜め下向きに配置された板状の熱交換器及び側面パネルによって逆三角形断面の内側空間を形成する複数の熱交換パネルと、
前記ユニット本体の上部に設けられ、前記熱交換器の前面から前記内側空間に流入し、前記熱交換パネルの上部開口から流出する空気流路を形成するための送風機と、
を備え、
前記複数の熱交換パネルは前記ユニット本体の内部で並列に配置されると共に、前記ユニット本体の前記空気の流入が可能な側面に対して前記熱交換器が交差する方向に配置される。
また、熱交換パネルは逆三角形断面を形成することで、熱交換器の前面(空気が流入する側の面)に空気流入空間を形成できるため、熱交換器を通る空気流量を確保でき、伝熱効果を得ることができる。
また、熱交換器は、ユニット本体の内部で空気の流入が可能な側面に対して交差する方向に配置されるため、ユニット本体の容積を増加させることなく、熱交換面積を確保できる。これによって、ユニット本体をコンパクト化できる。
また、飛来する飛石などの障害物が熱交換器に当たる可能性は、従来と比べて大幅に低減するため、飛石などによる傷の発生を抑制できると共に、傷の発生に起因した腐食の進行を抑制できる。
前記複数の熱交換パネルにおいて、
複数の前記板状の熱交換器の前記前面は同じ向きに配置される。
上記構成(1)によれば、各熱交換パネルにおいて板状の熱交換器の前面から内側空間に流入し、上方に流出する空気流は同一方向に並列に流れるため、空気流の乱れを抑制でき、これによって、空気との熱交換効率を向上できる。
また、板状の熱交換器の前面が同じ向きに配置されるため、各熱交換器に熱交換媒体を供給及び排出するヘッダパイプを設ける場合、各熱交換器のヘッダを互いに干渉させずに配置できる。これによって、ヘッダ配置のためのスペースを縮小できるため、熱交換パネルの配置をコンパクト化できる。
前記側面パネルの少なくとも一方は前記複数の熱交換パネルに着脱可能に取り付けられる。
上記構成(3)によれば、保守点検時や清掃時に上記側面パネルを取り外すことで、熱交換パネルの内部の保守点検や清掃が容易になる。
前記板状の熱交換器は、
対峙する一対のヘッダパイプと、
前記一対のヘッダパイプ間に接続され、互いに隙間を有して並列に配置された複数の扁平状熱交換チューブと、
前記隙間に配置され、前記複数の扁平状熱交換チューブに接合されたコルゲートフィンと、
を備える。
上記構成(4)によれば、板状の熱交換器が上記扁平状熱交換チューブ及びコルゲートフィンを備えることで、空気との熱交換効率を大幅に向上できる。
前記一対のヘッダパイプは、
前記複数の扁平状熱交換チューブの上方に水平方向に沿って設けられる入口ヘッダパイプと、
前記複数の扁平状熱交換チューブの下方に水平方向に沿って設けられる出口ヘッダパイプと、
で構成される。
また、板状の熱交換器の前面が同じ向きに配置される複数の熱交換パネルに上記入口ヘッダパイプ及び上記出口ヘッダパイプを設ける場合、前述のように、各熱交換器のヘッダを互いに干渉させずに配置できる。これによって、ヘッダ配置のためのスペースを縮小できるため、熱交換ユニットをコンパクト化できる。
前記空気の流入が可能な側面の少なくとも一部をパンチングメタルで覆う。
上記構成(6)によれば、上記パンチングメタルによって、飛来する飛石などの障害物や空気流に随伴するごみ等の進入を阻止できると共に、ユニット本体の内部への熱交換のための空気流の進入を許容できるため、伝熱効果を低下させない。
空気の流入が可能な側面及び空気の流出が可能な上面を有するユニット本体と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、縦面を形成する仕切り板、前面を斜め下向きに配置された板状の熱交換器及び側面パネルによって逆三角形断面の内側空間を形成する複数の熱交換パネルと、
前記ユニット本体の上部に設けられ、前記熱交換器の前面から前記内側空間に流入し、前記熱交換パネルの上部開口から流出する空気流路を形成するための送風機と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、前記熱交換パネルが凝縮器として組み込まれる冷凍サイクル構成機器と、
を備え、
前記複数の熱交換パネルは前記ユニット本体の内部で並列に配置されると共に、前記ユニット本体の前記空気の流入が可能な側面に対して前記熱交換器が交差する方向に配置される。
前記冷凍サイクル構成機器を循環する冷媒がNH3であり、
前記板状の熱交換器は防錆処理が施されている。
上記構成(8)において、冷媒としてNH3を使用する場合、熱交換器の腐食が進行することで、NH3が熱交換器から漏れるのを防止する必要がある。
そこで、熱交換器を防錆処理することで、熱交換器の腐食の進行を抑制でき、NH3の漏れを抑制できる。例えば、熱交換器の材質をAl材とし、熱交換器の表面を防錆処理をした後コーティング処理を行うことで、熱交換器の腐食を抑制する。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図3に示すように、ユニット本体12の内部には複数の熱交換パネル14を備える熱交換ユニット13が設けられ、各熱交換パネル14は、正面12aに面して縦面(上下方向に沿う面)を形成する仕切り板16と、前面を斜め下向きに配置された板状の熱交換器18と、側面パネル20によって逆三角形断面の内側空間Siを形成する。
また、図1及び図2に示すように、クーラユニット10は、上面12bに送風機22が設けられている。送風機22の稼動によって、熱交換器18の前面から内側空間Siに流入し、熱交換パネル14の上部開口からユニット本体12の外に流出する空気流aを形成する。
複数の熱交換パネル14は、ユニット本体12の内部で並列に配置されると共に、ユニット本体12の正面12a(又は背面12c)に対して熱交換器18が交差する方向に配置される。
また、熱交換パネル14は逆三角形断面を形成することで、熱交換器18の前面に空気流入空間Sfを形成できるため、熱交換器18を通る空気流量を確保できる。
また、熱交換器18はユニット本体12の内部で正面12a及び背面12cに対して交差する方向に配置されるため、ユニット本体12の容積を増加させることなく、熱交換面積を確保できる。これによって、ユニット本体12をコンパクト化できる。
また、飛来する飛石などの障害物が熱交換器18に当たる可能性は、従来と比べて大幅に低減するため、飛石などによる傷の発生を抑制できると共に、傷の発生に起因した腐食の進行を抑制できる。
冷媒としてNH3を使用する場合、熱交換器18の腐食によってNH3が熱交換器18から漏れるのを防止する必要がある。
そこで、熱交換器18を防錆処理することで、熱交換器18の腐食の進行を抑制でき、NH3の漏れを抑制できる。例えば、熱交換器の材質をAl材とし、熱交換器18の表面を防錆処理をした後、防錆コーティング処理を行うことで、熱交換器18の腐食を抑制する。
これによって、各熱交換パネル14において熱交換器18の前面から内側空間Siに流入し、熱交換パネル14の上部開口から上方に流出する空気流aは同一方向に並列に安定した流れを形成する。そのため、ユニット本体12の内部で空気流aの乱れを抑制できるので、熱交換器18を流れる冷媒との熱交換効率を向上できる。
これによって、側面パネル20を取り外すことで、熱交換パネル14の内部を外側に開放できるので、熱交換パネル14の内部の保守点検や清掃が容易になる。
図6に示す実施形態では、扁平状熱交換チューブ26は板状の横断面を有し、熱交換媒体が流れる多数の細孔26aが並列に形成されている。
かかる構成によって、扁平状熱交換チューブ26間の隙間を通過する空気と熱交換媒体との熱交換効率を大幅に向上できる。
かかる構成では、入口ヘッダパイプ23から出口ヘッダパイプ24にヘッド差を利用して熱交換媒体を下降させることができる。そのため、伝熱面積を有効に利用できる。
また、熱交換器18の前面が同じ向きに配置される複数の熱交換パネル14に入口ヘッダパイプ23及び出口ヘッダパイプ24を設ける場合、これらのヘッダパイプを互いに干渉させずに配置できる。これによって、ヘッダパイプ配置のためのスペースを縮小できるため、熱交換ユニット13をコンパクト化できる。
これによって、飛来する飛石などの障害物や空気流aに随伴するごみ等の進入をパンチングメタル30で阻止できると共に、ユニット本体内部への熱交換のための空気流aの流入を許容できるため、伝熱効果を低下させない。
また、図1に示すように、ユニット本体12の内部で正面12a側に、上記冷凍サイクル構成機器の作動を制御する制御盤32が設けられる。正面12aの下部領域では、正面12aの下部領域を遮蔽するパネルの一部に開口が設けられ、この開口に制御盤32の表示部34が外側から視認可能なように配置されている。
また、図1及び図2に示すように、正面12a及び背面12cの上部領域は空気流入用の開口が形成され、これらの開口に格子36が設けられる。また、上面12bでは送風機22が収容される円筒形のフード37が設けられ、フード37に格子36が設けられる。これらの格子36によって、鳥などの侵入を抑制できる。
また、各熱交換パネル14の背面12c側の上端には、水平方向に管状の入口ヘッダ50が設けられ、入口ヘッダ50に各熱交換パネル14の入口ヘッダパイプ23が接続される。各熱交換パネル14の背面12c側の下端には、水平方向に管状の出口ヘッダ52が設けられ、出口ヘッダ52に各熱交換パネル14の出口ヘッダパイプ24が接続される。
かかる構成により、複数の熱交換パネル14の支持構造をコンパクト化できると共に、各熱交換パネル14の下部領域に遮蔽部材がないため、ユニット本体12の内部に流入した空気流aの流れが阻害されない。これによって、空気流aによる熱交換器18の冷却効果を向上できる。
一方、蒸発器に向かう冷媒液56bは膨張弁62を経て減圧され、蒸発器38に送られ、蒸発器38でCO2流入管40から送られるCO2ガスを冷却して液化する。液化したCO2液は一旦レシーバタンク(不図示)に貯留された後利用先に送られる。
また、ユニット本体12の下部領域には、熱交換パネル14の下方に圧縮機58が設けられ、圧縮機58の隣りにレシーバタンク60、液ガス熱交換器66及び膨張弁62、64を含む計装機器が設けられる。
このように冷凍サイクル構成機器を配置し、蒸発器38を上部領域に設け、CO2液を貯留するレシーバタンク(不図示)との間でヘッド差をもうけることで、蒸発器38で液化したCO2液を重力で上記レシーバタンクに送るサーモサイフォンサイクルを機能させることができる。これによって、蒸発器38と上記レシーバタンク間を循環させるCO2ポンプが必要なくなる。
ユニット本体12の内部で上部領域と下部領域との間に仕切りがないため、縦辺30aを通って流入した空気流aはその後熱交換器18の前面に上昇する流路を形成できる。これによって、熱交換器18を通過する空気流量を確保でき、冷媒ガスの冷却効果を高めることができる。
12 ユニット本体
12a 正面(通風口面)
12b 上面(通風口面)
12c 背面(通風口面)
13 熱交換ユニット
14 熱交換パネル
16 仕切り板
18 熱交換器
20 側面パネル
22 送風機
23 入口ヘッダパイプ
24 出口ヘッダパイプ
26 扁平状熱交換チューブ
26a 細孔
28 コルゲートフィン
30 パンチングメタル
30a 縦辺
30b 横辺
32 制御盤
34 表示部
36 格子
37 フード
38 蒸発器
40 CO2流入管
42 CO2流出管
44,46 支持フレーム
48 チャンネル材
50 入口ヘッダ
52 出口ヘッダ
54 NH3/CO2冷凍機
56 冷媒循環路
56a,56b 冷媒流路
58 圧縮機
60 レシーバタンク
62,64 膨張弁
66 液ガス熱交換器
Sf 空気流入空間
Si 内側空間
a 空気流
r 熱交換媒体
Claims (8)
- 空気の流入が可能な側面及び空気の流出が可能な上面を有するユニット本体と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、前記側面に面した縦面を形成する仕切り板、前面を斜め下向きに配置された板状の熱交換器及び側面パネルによって逆三角形断面の内側空間を形成する複数の熱交換パネルと、
前記ユニット本体の上部に設けられ、前記熱交換器の前面から前記内側空間に流入し、前記熱交換パネルの上部開口から流出する空気流路を形成するための送風機と、
を備え、
前記複数の熱交換パネルは前記ユニット本体の内部で並列に配置されると共に、前記ユニット本体の前記空気の流入が可能な側面に対して前記熱交換器が交差する方向に配置されることを特徴とする空冷式熱交換ユニット。 - 前記複数の熱交換パネルにおいて、
複数の前記板状の熱交換器の前記前面は同じ向きに配置されることを特徴とする請求項1に記載の空冷式熱交換ユニット。 - 前記側面パネルの少なくとも一方は前記複数の熱交換パネルに着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項1又は2に記載の空冷式熱交換ユニット。
- 前記板状の熱交換器は、
対峙する一対のヘッダパイプと、
前記一対のヘッダパイプ間に接続され、互いに隙間を有して並列に配置された複数の扁平状熱交換チューブと、
前記隙間に配置され前記複数の扁平状熱交換チューブに接合されたコルゲートフィンと、
を備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の空冷式熱交換ユニット。 - 前記一対のヘッダパイプは、
前記複数の扁平状熱交換チューブの上方に水平方向に沿って設けられる入口ヘッダパイプと、
前記複数の扁平状熱交換チューブの下方に水平方向に沿って設けられる出口ヘッダパイプと、
で構成されることを特徴とする請求項4に記載の空冷式熱交換ユニット。 - 前記空気の流入が可能な側面の少なくとも一部をパンチングメタルで覆うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の空冷式熱交換ユニット。
- 空気の流入が可能な側面及び空気の流出が可能な上面を有するユニット本体と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、縦面を形成する仕切り板、前面を斜め下向きに配置された板状の熱交換器及び側面パネルによって逆三角形断面の内側空間を形成する複数の熱交換パネルと、
前記ユニット本体の上部に設けられ、前記熱交換器の前面から前記内側空間に流入し、前記熱交換パネルの上部開口から流出する空気流路を形成するための送風機と、
前記ユニット本体の内部に設けられ、前記熱交換パネルが凝縮器として組み込まれる冷凍サイクル構成機器と、
を備え、
前記複数の熱交換パネルは前記ユニット本体の内部で並列に配置されると共に、前記ユニット本体の前記空気の流入が可能な側面に対して前記熱交換器が交差する方向に配置されることを特徴とするクーラユニット。 - 前記冷凍サイクル構成機器を循環する冷媒がNH3であり、
前記板状の熱交換器は防錆処理が施されていることを特徴とする請求項7に記載のクーラユニット。
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