JP2019128044A - 冷却装置および空冷パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】天候、気温、湿度、室外機の負荷等、刻々と変化する外部環境に対し、室外機の吸入空気を、水の蒸発量の限界（飽和水蒸気量）に達するように常に最適化した水量で、無駄なく水の蒸発潜熱による冷却効果を利用する装置を、低コストで製造する技術を提供する。【解決手段】空冷パッケージの室外機吸入空気を水の蒸発潜熱で冷却する冷却装置であって、前記室外機吸入空気に対してミスト状の水を噴霧するミスト噴霧手段と、前記ミスト噴霧手段を室外機から一定の距離に設置するための、ショートサーキット防止柵と、前記室外機吸入空気の吸い込み口に設置する保水通気素材３と、前記保水通気素材の水分量の多寡を測定する水分量測定手段と、前記室外機が稼働しているか停止しているかを判断する室外機稼働検知手段と、ミスト噴霧量を増減させる制御装置とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は水の蒸発潜熱を利用した冷却装置および空冷パッケージに関する。

冷房運転している空冷パッケージでは、室外機が吸い込む空気の温度が低いほど凝縮温
度が低下し、運転効率が向上する。室外機が吸入する空気を冷却するために従来から採用
されている方法として、ミスト状の水を散水する方法が開示されている（特許文献１）。

また、無駄な水の使用を低減するため、湿球温度センサ等を用いて、水量制御を行う方
法が開示されている（特許文献２）。

一般に、空冷パッケージは、真夏の日中の最も気温の高い日を想定し、能力不足なく冷
房できるように、最大能力を設定している。しかし、その能力を必要とする時間は、数時
間程度であり、無駄に高性能の空冷パッケージが設置されている。

特開２００８−１２８５００号公報 特開２０１３−２１０１６７号公報

上述した従来の方式における水量制御機構は、噴霧ポンプによる加圧の必要があったり
し、構造が複雑なため、装置の低コスト化を図ることが難しく、特に一般家庭には、費用
対効果の観点で普及していない。

本発明では、天候、気温、湿度、室外機の負荷等、刻々と変化する外部環境に対し、室
外機の吸入空気を、水の蒸発量の限界（飽和水蒸気量）に達するように常に最適化した水
量で、無駄なく水の蒸発潜熱による冷却効果を利用する装置を、低コストで製造する技術
を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明によれば、空冷パッケージの室外機吸入空気を水の蒸発潜熱で冷
却する冷却装置であって、前記室外機吸入空気に対して、ミスト状の水を噴霧する、ミス
ト噴霧手段と、前記ミスト噴霧手段を室外機から一定の距離に設置するための、ショート
サーキット防止柵と、前記室外機吸入空気の吸い込み口に設置する、保水通気素材と、前
記保水通気素材の水分量の多寡を測定する、水分量測定手段と、前記室外機が稼働してい
るか停止しているかを判断する、室外機稼働検知手段と、ミスト噴霧量を増減させる、制
御装置と、を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記制御装置は、前記水分量測定手段により、前記保
水通気素材の水分量が多いと検知した場合、噴霧する水量が過剰と判断し、前記ミスト噴
霧手段から、噴霧する水の水量を低減させ、前記保水通気素材の水分量が少ないと検知し
た場合、噴霧する水量が不足と判断し噴霧する水の水量を増加させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、前記制御装置は、前記室外機稼働検知手段により、室
外機が停止していると判断した場合には、前記保水通気素材の水分量が、いかなる場合も
ミスト噴霧を停止することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、前記ミスト噴霧手段は、ミスト噴霧を発停するために
、前記ミスト噴霧手段の噴霧口を直接塞ぐ、止水弁を設けることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、前記ショートサーキット防止柵は、前記室外機の排気
を再び室外機が吸入する、いわゆる、ショートサーキットを防止するために、前記室外機
の排気口を除き、吸入空気の吸い込み口を囲う形状で設置することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜請求項５の冷却装置の性能を十分に発揮す
るため、前記室外機と室内機を合わせた空冷パッケージにおいて、設定温度と室内温度と
の温度差が大きい場合でも、予め設定した一定の消費電力のままとし、最もエネルギー効
率の良い状態を維持する、消費電力設定型コントローラを備えることを特徴とする。

水の蒸発潜熱を無駄なく利用する冷却装置を低コストで製造する技術を提供でき、普及
すれば、夏の使用電力のピークがなくなり、ヒートアイランド現象も緩和される。また、
通常よりも能力の低い空冷パッケージで済むため、空冷パッケージの導入コストが低減で
きる。

本発明の冷却装置の概略構成を示す。 ショートサーキット防止柵を室外機に設置する直前の様子を示す分解斜視図を示す。 ミストノズル先端と止水弁の構造を示す。 水滴センサの構造を示す。 コントローラの処理条件を示す。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は、室外
機を地面に据え置くタイプに限定した例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態
に限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の冷却装置は、室外機１、ミスト噴霧手段としてのミストノ
ズル２、室外機吸入空気の吸い込み口に保水通気素材３、保水通気素材３の水分量測定手
段としての水滴センサ４、室外機稼働検知手段としての振動センサ５、制御装置としての
コントローラ６を備える。

室外機１は、冷房運転している、空冷パッケージの一部を示している。空冷パッケージ
は、家庭用ルームエアコンの他、業務用エアコン、セパレート型冷凍冷蔵庫等、屋外に設
置する熱交換器を指す。

ミストノズル２は、ショートサーキット防止柵１１の頂上に設置され、上水道に接続さ
れており、一般的な水圧（０．３ＭＰａ〜０．４ＭＰａ）で稼働し、室外機１の吸入空気
の吸い込み口に向けてミストを噴霧する。

外気温が高く相対湿度が低い場合、室外機の空気の流れに沿って、ミストは完全に蒸発
し、冷却された空気が室外機に吸入され、冷房効率が向上する。

噴霧する水量は、外気温３５℃で相対湿度が５０％の場合、室外機が吸入する空気の体
積１m^３あたり、約５g蒸発させることで、外気温が約９℃下がり飽和水蒸気量に達する。
したがって、冷房能力４ＫＷタイプの家庭用ルームエアコンの場合、室外機が吸入する空
気の体積は、約２４m^３／分であるため、１２０ｇ／分の水量を噴霧するミストノズル２を用いるのが好ましい。

保水通気素材３は、雨天時や夜間など、比較的外気温が低く相対湿度が高い場合、ミス
トの一部が蒸しきれなかった時に、水を貯える役割を持ち、室外機１の上部および、室外
機吸入空気の吸い込み口を覆うように設置し、ミスト噴霧を停止している間も、貯えられ
た水分により、室外機１に対して、水の蒸発潜熱による冷却効果を維持する目的を持ち、
素材としてはメッシュ状の布を用いるのが好ましい。

水滴センサ４は、保水通気素材３の直下に設置され、保水通気素材３が保水量の限界に
達し、保水通気素材３から水滴が落ちた場合に、保水通気素材３の水分量が多いと判断す
る、水分量測定手段としての役割を持つ。一般的な水センサは、水分があると反応するも
のである。しかし、本発明においては、ミストが触れただけでは、反応せず、水滴のみに
反応させる必要があるため、図４に示すように、２つの電導素材１２を水滴の大きさ程度
に離して絶縁素材１３で固定し、それぞれの電導素材１２に電極をつなげて、水滴がまた
がる瞬間を検知する水滴センサ４を設計した。

振動センサ５は、室外機１の直下または排気ファン近傍に設置され、室外機１の振動を
検知するセンサで、室外機１が振動している間は稼働していると判断し、室外機１が振動
していない間は停止していると判断する、室外機稼働検知手段としての役割を持つ。

コントローラ６は、ＣＰＵとメモリを搭載し、プログラムを実行可能な、マイクロコン
ピュータである。振動センサ５により検知された、室外機の稼働状況と、水滴センサ４に
より検知された保水通気素材３の水分量に基づき、ミスト噴霧の制御を行う制御プログラ
ムが実行できる制御装置である。

制御プログラムは、図５に示すように、室外機１が停止していることを検知すると、保
水通気素材３の水分量にかかわらず、ミスト噴霧を停止する。また、室外機１が稼働して
いることを検知すると、保水通気素材３から水滴センサ４に水滴が落ちた場合、保水通気
素材３の水分量が多いと判断し、ミスト噴霧を停止する。ミスト噴霧を停止した場合、一
定時間内（３０秒〜１２０秒程度）に、再度水滴センサ４に水滴が落ちなければ、保水通
気素材３の水分量が少ないと判断し、ミスト噴霧を再開する。

ミスト噴霧の発停は、噴霧ポンプを用いたり、ボールバルブを開閉したりする方法が一
般的に用いられている。しかし、例えばボールバルブの開閉を行う際には、高いトルクの
モーターが必要になったりし、高コスト化の原因になっている。そこで、図２に示すよう
に、ミストノズル２の先端の噴霧口に対しモーター７を回転させることで、回転軸８から
アーム９を動かすことで、止水弁１０を直接押し当てる方法を採用した。ノズル先端の噴
霧口は、面積が１平方ミリメートル以下であり、一般的な上水道の水圧（０．３ＭＰａ〜
０．４ＭＰａ）においては、０．４Ｎ程度の力で、噴霧を止めることができるため、安価
なモーターを採用することが可能になる。

前述のミストノズル２の先端の噴霧口に対しモーター７を回転させることで止水弁１０
を直接押し当てる方法では、バッテリー駆動を想定し、その消費電力の削減のため、モー
ター７の停止中は、電源を遮断するのが好ましい。そこで、モーター７の停止中でも、ミ
ストを停止するために、ミストノズル２と止水弁１０を、伸縮素材で引っ張って接続し、
モーター７の力が働いていない時も、止水弁１０にミストノズル２の先端の噴霧口を押し
当てる力を働かせる対策をしてもよい。

ミストを室外機１に到達するまでに蒸発させるため、ミストノズル２は、室外機１から
一定の距離をとる必要がある。そこで、室外機１の排気を吸い込むいわゆるショートサー
キットを防止するために、室外機１の排気口を除き、吸入空気の吸い込み口を囲うような
形状で、図３に示すショートサーキット防止柵１１を備え、頂上にミストノズル２を設置
する。これにより室外機１の吸入空気は、室外機１の上部からのミスト噴霧により、冷却
された空気のみとなり、無駄なく水の蒸発潜熱を利用することができる。

本発明の冷却装置を最も効果的に使うためには、室外機１を断続的に稼働させるのでは
なく、冷却効果が持続するように、連続して稼働させるのが望ましい。一般的な空冷パッ
ケージは、冷房能力（消費電力）を増減して、室内温度設定に近づくように運転するのが
普通であるが、本発明の冷却装置は、一定の消費電力で連続運転するのが最もエネルギー
効率がよい。そこで、室内温度設定ではなく、消費電力を設定することで、常に一定の消
費電力で連続運転する空冷パッケージを考案した。

以上が、本発明の基本構成であるが、ここからは、前記以外の応用例について述べる。

保水通気素材３の水分量測定手段の別の方法として、保水通気素材３に２つの電極を１
０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の長さに離して設置し、２点間の電気抵抗値を測定し、電気抵抗値
が大きい場合、保水通気素材３の水分量が少ないと判断し、電気抵抗値が小さい場合、保
水通気素材３の水分量が多いと判断する方法を採用してもよい。

複数のミストノズル２を設置し、保水通気素材３から水滴が水滴センサ４に落ちる時間
間隔を測定することで、水滴が落ちる頻度が大きい場合、換言すると保水通気素材３の水
分量が多い場合、噴霧させるミストノズル２の数を減少させ、水滴が落ちる頻度が小さい
場合、換言すると保水通気素材３の水分量が少ない場合、噴霧させるミストノズル２の数
を増加させる方法を採用し、きめ細かくミスト噴霧量を制御してもよい。

１・・・室外機
２・・・ミストノズル
３・・・保水通気素材
４・・・水滴センサ
５・・・振動センサ
６・・・コントローラ
７・・・モーター
８・・・回転軸
９・・・アーム
１０・・・止水弁
１１・・・ショートサーキット防止柵
１２・・・電導素材
１３・・・絶縁素材

Claims (6)

1. 空冷パッケージの室外機吸入空気を水の蒸発潜熱で冷却する冷却装置であって、
   前記室外機吸入空気に対して、ミスト状の水を噴霧する、ミスト噴霧手段と、
   前記ミスト噴霧手段を室外機から一定の距離に設置するための、ショートサーキット防止
   柵と、
   前記室外機吸入空気の吸い込み口に設置する、保水通気素材と、
   前記保水通気素材の水分量の多寡を測定する、水分量測定手段と、
   前記室外機が稼働しているか停止しているかを判断する、室外機稼働検知手段と、
   ミスト噴霧量を増減させる、制御装置と、
   を備えることを特徴とする冷却装置。
2. 前記制御装置は、前記水分量測定手段により、前記保水通気素材の水分量が多いと検知
   した場合、噴霧する水量が過剰と判断し、前記ミスト噴霧手段から、噴霧する水の水量を
   低減させ、前記保水通気素材の水分量が少ないと検知した場合、噴霧する水量が不足と判
   断し噴霧する水の水量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記制御装置は、前記室外機稼働検知手段により、室外機が停止していると判断した場
   合には、前記保水通気素材の水分量が、いかなる場合もミスト噴霧を停止することを特徴
   とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
4. 前記ミスト噴霧手段は、ミスト噴霧を発停するために、前記ミスト噴霧手段の噴霧口を
   直接塞ぐ、止水弁を設けることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の冷却装
   置。
5. 前記ショートサーキット防止柵は、前記室外機の排気を再び室外機が吸入する、いわゆ
   る、ショートサーキットを防止するために、前記室外機の排気口を除き、吸入空気の吸い
   込み口を囲う形状で設置することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の冷却
   装置。
6. 請求項１〜請求項５の冷却装置の性能を十分に発揮するため、前記室外機と室内機を合
   わせた空冷パッケージにおいて、設定温度と室内温度との温度差が大きい場合でも、予め
   設定した一定の消費電力のままとし、最もエネルギー効率の良い状態を維持する、消費電
   力設定型コントローラを備えることを特徴とする空冷パッケージ。

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