JP2020193763A - Cooling apparatus and cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱交換器を冷却する冷却装置、及び、当該冷却装置を備える冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling a heat exchanger and a cooling system including the cooling device.
空調や冷凍用途等に用いられる冷却装置は、例えば、冷却対象を冷媒により冷却する冷却部と、冷却に用いて昇温した冷媒を外気等と熱交換させて冷却する熱交換器とを備える。熱交換器において冷媒の熱交換を効率よく行うことは、冷却装置の運転コストを削減する観点等から望ましい。そこで、例えば特許文献1に開示されるように、水を逆浸透膜処理等により処理して得られる純水を、冷却装置の熱交換器が収容された室外機に対して散水することで、水中の異物が室外機に付着するのを防止しつつ、水が蒸発する際の気化熱により、熱交換器中を流通する冷媒の冷却を促進する構成が知られている。
The cooling device used for air conditioning, refrigeration, etc. includes, for example, a cooling unit that cools the object to be cooled by a refrigerant, and a heat exchanger that cools the refrigerant that has been heated for cooling by exchanging heat with the outside air or the like. Efficient heat exchange of the refrigerant in the heat exchanger is desirable from the viewpoint of reducing the operating cost of the cooling device. Therefore, for example, as disclosed in
水の気化熱による冷却効果は、水の蒸発量により変動する。水の蒸発量は、水が撒かれた雰囲気の状態により変動する。このため上記構成では、熱交換器の雰囲気の状態が変化することで、冷媒の熱交換率を安定して保持することが困難になる場合がある。この問題は、冷却装置を長時間運転する場合や、複数の冷却装置を駆動させる場合等に顕著となる。 The cooling effect of the heat of vaporization of water varies depending on the amount of water evaporated. The amount of water evaporation varies depending on the state of the atmosphere in which the water is sprinkled. Therefore, in the above configuration, it may be difficult to stably maintain the heat exchange rate of the refrigerant due to changes in the atmosphere of the heat exchanger. This problem becomes remarkable when the cooling device is operated for a long time, when a plurality of cooling devices are driven, and the like.
そこで本発明は、水が蒸発する際の気化熱により、熱交換器中を流通する冷媒の冷却を促進する場合において、熱交換器の雰囲気の状態が変動しても、冷媒を安定して冷却できると共に、冷却装置の運転コストを良好に削減できるようにすることを目的としている。 Therefore, in the present invention, when the heat of vaporization when water evaporates promotes the cooling of the refrigerant flowing in the heat exchanger, the refrigerant is stably cooled even if the atmosphere of the heat exchanger changes. At the same time, the purpose is to be able to satisfactorily reduce the operating cost of the cooling device.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷却装置は、冷却に用いられた冷媒が内部を流通する熱交換器と、前記熱交換器の表面に水が付着するように前記熱交換器に対して散水する散水機構と、前記熱交換器に対して送風する送風機構と、前記散水機構と前記送風機構とを制御する制御器と、を備え、前記制御器は、飽和水蒸気量を決定する決定因子に基づいて、前記熱交換器の雰囲気の水蒸気量が、前記雰囲気の飽和水蒸気量に近づく方向に、前記散水機構及び前記送風機構の少なくともいずれかを制御する水蒸気量制御を行う。 In order to solve the above problems, the cooling device according to one aspect of the present invention includes a heat exchanger in which the refrigerant used for cooling flows inside, and the heat so that water adheres to the surface of the heat exchanger. A sprinkler mechanism for sprinkling water on the exchanger, a blower mechanism for blowing air on the heat exchanger, and a controller for controlling the sprinkler mechanism and the blower mechanism are provided, and the controller comprises a saturated water vapor amount. The amount of water vapor that controls at least one of the sprinkling mechanism and the blowing mechanism is performed in a direction in which the amount of water vapor in the atmosphere of the heat exchanger approaches the saturated water vapor amount in the atmosphere, based on the determinant that determines the above. ..
上記構成によれば、制御器が水蒸気量制御を行うことで、熱交換器の雰囲気の状態に応じて、熱交換器に散水された水の蒸発量を適切に設定できる。これにより、熱交換器から蒸発する水の量を、そのときの蒸発可能な最大量に近づけ、水の気化熱による熱交換器の冷却効果を最大限に得ることができる。また、制御器が水蒸気量制御を行うことで、熱交換器に対する散水量及び送風量を適切に設定できる。これにより、水の使用量や消費電力を低減できる。従って、熱交換器の雰囲気の状態が変動しても、冷媒を安定して冷却できると共に、冷却装置の運転コストを良好に削減できる。 According to the above configuration, the controller controls the amount of water vapor, so that the amount of evaporation of water sprinkled on the heat exchanger can be appropriately set according to the state of the atmosphere of the heat exchanger. As a result, the amount of water evaporating from the heat exchanger can be brought close to the maximum amount that can be evaporated at that time, and the cooling effect of the heat exchanger by the heat of vaporization of water can be maximized. Further, when the controller controls the amount of water vapor, the amount of water sprinkled and the amount of air blown to the heat exchanger can be appropriately set. As a result, the amount of water used and power consumption can be reduced. Therefore, even if the atmosphere of the heat exchanger fluctuates, the refrigerant can be stably cooled and the operating cost of the cooling device can be satisfactorily reduced.
前記制御器は、式1に基づいて前記水蒸気量制御を行ってもよい。
[式1]
a(T)=(217×e(T))/(T+273.15)
但し、Tは雰囲気の温度[℃]、a(T)は温度Tにおける飽和水蒸気量[g/m3]、e(T)は温度Tにおける空気中の飽和水蒸気圧[hPa]とする。
The controller may control the amount of water vapor based on the
[Equation 1]
a (T) = (217 × e (T)) / (T + 273.15)
However, T is the temperature of the atmosphere [° C.], a (T) is the saturated water vapor amount [g / m 3 ] at the temperature T, and e (T) is the saturated water vapor pressure [hPa] in the air at the temperature T.
前記制御器は、式2及び3に基づいて前記水蒸気量制御を行ってもよい。
[式2]
PWS=Pc×exp{(A×x+B×x1.5+C×x3+D×x6)/(1−x)}
[式3]
x=1−T0/Tc
但し、PwsはWagnerの厳密水蒸気圧[kPa]、Pcは臨界圧である22120[kPa]、Tcは臨界温度である647.3[k]、T0は絶対温度[K]、A=−7.76451、B=1.45838、C=−2.7758、D=−1.23303とする。
これらの各式に基づくことで、制御器は、熱交換器の雰囲気の飽和水蒸気量を精度よく把握でき、水蒸気量制御を適切に行うことができる。
The controller may control the amount of water vapor based on the
[Equation 2]
P WS = Pc × exp {(A × x + B × x 1.5 + C × x 3 + D × x 6 ) / (1-x)}
[Equation 3]
x = 1-T0 / Tc
However, P ws is Wagner's strict vapor pressure [kPa], Pc is the critical pressure of 22120 [kPa], Tc is the critical temperature of 647.3 [k], T0 is the absolute temperature [K], and A = -7. It is assumed that .76451, B = 1.45838, C = -2.7758, and D = -1.23303.
Based on each of these equations, the controller can accurately grasp the saturated water vapor amount in the atmosphere of the heat exchanger, and can appropriately control the water vapor amount.
前記決定因子が、気温、湿度、気圧のうちの少なくとも1つであってもよい。このように測定が比較的容易な因子に基づくことで、制御器が水蒸気量制御を迅速に行うことができる。 The determinant may be at least one of air temperature, humidity and atmospheric pressure. Based on the factors that are relatively easy to measure in this way, the controller can quickly control the amount of water vapor.
前記散水機構により散水される水の電気伝導度が、200μS/cm以下の範囲の値に設定されていてもよい。これにより、散水機構により散水する水に電気伝導性を有する異物が混入するのを防止でき、当該異物が散水により熱交換器に付着するのを防止できる。 The electric conductivity of the water sprinkled by the sprinkling mechanism may be set to a value in the range of 200 μS / cm or less. As a result, it is possible to prevent foreign matter having electrical conductivity from being mixed into the water sprinkled by the sprinkling mechanism, and it is possible to prevent the foreign matter from adhering to the heat exchanger due to sprinkling of water.
前記散水機構により散水される水が、逆浸透膜分離処理、吸着処理、蒸留処理、及びイオン交換処理のうちの少なくとも1つにより処理されてなる純水であってもよい。これにより、散水機構により散水する水の純度を更に高めることができ、水中の微細な異物が熱交換器に付着するのを防止できる。 The water sprinkled by the sprinkling mechanism may be pure water treated by at least one of a reverse osmosis membrane separation treatment, an adsorption treatment, a distillation treatment, and an ion exchange treatment. As a result, the purity of the water sprinkled by the sprinkling mechanism can be further increased, and it is possible to prevent fine foreign substances in the water from adhering to the heat exchanger.
前記純水を生成する純水生成部を更に備えてもよい。これにより、純水を外部から供給することなく冷却装置単体で利用できる。よって、熱交換器の雰囲気の状態が仮に急に変動した場合でも、迅速に対応できる。 A pure water generation unit that generates the pure water may be further provided. As a result, the cooling device can be used alone without supplying pure water from the outside. Therefore, even if the atmosphere of the heat exchanger changes suddenly, it can be dealt with promptly.
前記散水機構により散水する水を貯留する貯留槽を更に備えてもよい。これにより、豊富な純水を冷却装置単体で利用できる。よって、熱交換器の雰囲気の状態が変動した場合でも迅速に対応できる。また、前記純水生成部の造水能力を適正に設計できる。 A storage tank for storing water sprinkled by the sprinkling mechanism may be further provided. As a result, abundant pure water can be used by the cooling device alone. Therefore, even if the atmosphere of the heat exchanger changes, it can be quickly dealt with. In addition, the water production capacity of the pure water generation unit can be appropriately designed.
前記送風機構により送風される風が、人工風又は自然風の少なくともいずれかであってもよい。これにより、送風機構が送風する風の選択幅を拡大でき、熱交換器からの水の蒸発を効率よく促進できる。 The wind blown by the blowing mechanism may be at least one of artificial wind and natural wind. As a result, the selection range of the air blown by the blower mechanism can be expanded, and the evaporation of water from the heat exchanger can be efficiently promoted.
内部に前記冷媒を流通させることにより冷却対象を冷却する冷却部と、前記冷却部と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる配管と、を更に備えていてもよい。これにより、冷却部と熱交換器とを離隔させて配置し易くできる。よって、水が冷却部にかかるのを防止しながら、熱交換器に対して効率的に散水できる。 A cooling unit that cools the object to be cooled by circulating the refrigerant inside, and a pipe that circulates the refrigerant between the cooling unit and the heat exchanger may be further provided. As a result, the cooling unit and the heat exchanger can be easily arranged separately. Therefore, water can be efficiently sprinkled on the heat exchanger while preventing water from splashing on the cooling unit.
一定期間にわたり前記水蒸気量制御を行った場合と、前記一定期間にわたり前記水蒸気量制御を行わなかった場合との電力消費量の差を演算する演算部と、前記演算部の演算結果を表示する表示部と、を更に備えてもよい。これにより、制御器の水蒸気量制御による効果を迅速且つ容易に視認できる。 A calculation unit that calculates the difference in power consumption between the case where the water vapor amount control is performed for a certain period and the case where the water vapor amount control is not performed for a certain period, and a display for displaying the calculation result of the calculation unit. A unit may be further provided. As a result, the effect of controlling the amount of water vapor in the controller can be visually recognized quickly and easily.
本発明の一態様に係る冷却システムは、上記したいずれかの複数の冷却装置を備え、前記複数の冷却装置のうちの1の冷却装置の前記送風機構により送風される風が、前記複数の冷却装置のうちの他の1以上の冷却装置から排出された排気である。これにより、他の冷却装置からの排気を利用することで、熱交換器を気化熱により効率よく冷却できる。 The cooling system according to one aspect of the present invention includes any of the above-mentioned plurality of cooling devices, and the air blown by the blowing mechanism of one of the plurality of cooling devices is cooled by the plurality of cooling devices. Exhaust discharged from one or more cooling devices of the device. As a result, the heat exchanger can be efficiently cooled by the heat of vaporization by utilizing the exhaust gas from another cooling device.
本発明の各態様によれば、水が蒸発する際の気化熱により、熱交換器中を流通する冷媒の冷却を促進する場合において、熱交換器の雰囲気の状態が変動しても、冷媒を安定して冷却できると共に、冷却装置の運転コストを良好に削減できる。 According to each aspect of the present invention, when the heat of vaporization when water evaporates promotes the cooling of the refrigerant flowing in the heat exchanger, the refrigerant is used even if the atmosphere of the heat exchanger changes. It can be cooled stably and the operating cost of the cooling device can be satisfactorily reduced.
以下、各実施形態について図を参照しながら説明する。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、実施形態に係る冷却装置1の概略図である。図2は、図1の冷却装置1の機能ブロック図である。図1及び2に示す冷却装置1は、空調装置であって、ヒートポンプ式である。冷却装置1は、室内機2、室外機(チラー)3、制御器4、及び2本の配管L1,L2を備える。配管L1,L2は、室内機2と室外機3との間で冷媒を循環させる。配管L1の途中には、ポンプP1が設けられている。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a schematic view of the
室内機2は、部屋R内に配置され、室外機3は、部屋R外に配置されている。室内機2は、内部に冷媒を流通させることにより冷却対象を冷却する冷却部21と、後述する演算部41の演算結果を表示する表示部22とを有する。冷却部21は、配管L1に接続され且つ配管L1から冷媒が導入される導入口と、配管L2に接続され且つ配管L2に向けて冷媒を排出する排出口とを有する。本実施形態の冷却対象は、部屋R内の空気である。
The
室外機3は、熱交換器30、散水機構31、送風機構32、純水生成部33、貯留槽34、温度計M1、湿度計M2、及び気圧計M3を有する。これらの構成要素30〜34,M1〜M3は、室外機3のハウジング35に収容されている。即ち、室外機3は、熱交換器30と散水機構31とが同じハウジング35に収容された一体型である。
The
ハウジング35の内部には、流通経路Sが設けられている。流通経路Sには、室外機3の外部から取り込まれた外気が流通する。本実施形態の流通経路Sは、一例として直線状に延びている。流通経路Sは、ハウジング35の内部で外気の流れが室外機3の構成要素により乱されるのを抑制すると共に、熱交換器30に対して外気を効率よく接触できるように配置されている。
A distribution channel S is provided inside the
熱交換器30は、室内機2と配管L1,L2とを流通した冷媒を熱交換する。冷媒は、熱交換器30の内部を流通する。熱交換器30は、一例として、蛇行するように配置されて冷媒を流通させる導管36を有する。この導管36は、流通経路Sを流通する外気と、散水機構31により散水される純水とに接触するように配置されている。導管36は、配管L2に接続され且つ配管L2から冷媒が導入される導入口と、配管L1に接続され且つ配管L1に向けて冷媒を排出する排出口とを有する。
The
散水機構31は、熱交換器30の表面に水が付着するように熱交換器30に対して散水する。散水機構31は、貯留槽34から延びる配管L3と、配管L3の途中に設けられたポンプP2と、配管L3の下流端に設けられたノズルユニット37とを有する。貯留槽34は、散水機構31により散水する水を貯留する。ポンプP2は、貯留槽34に貯留された水を配管L3を通じてノズルユニット37に供給する。
The
ノズルユニット37は、熱交換器30に対して直接散水するように配置されている。一例としてノズルユニット37は、複数のノズルを有し、熱交換器30の上方から熱交換器30に対して散水する。
The
送風機構32は、熱交換器30に対して送風する。これにより送風機構32は、熱交換器30内の冷媒と外気とを熱交換させる。また送風機構32は、熱交換器30に散水された純水の蒸発を促進する。一般に、水の蒸発速度及び蒸発量は、風速が高くなると増大する。このため、一定範囲において送風機構32の風速を高めると、水の気化熱による熱交換器30の冷却効果は向上する。
The
送風機構32により送風される風は、人工風又は自然風の少なくともいずれかである。ここで言う人工風とは、機械的に生成される風を指す。一例として、送風機構32は、ファンFと、ファンFを駆動する駆動ユニット38とを有する。駆動ユニット38の動作は、制御器4に制御される。
The wind blown by the
制御器4は、散水機構31と送風機構32とを制御する。本実施形態の制御器4は、更にポンプP1,P2、及び表示部22を制御する。制御器4は、演算部と記憶部とを有する。一例として、演算部は、CPUにより実現され、記憶部は、ROM、RAM、及びHDDにより実現されている。記憶部には、散水機構、送風機構、及び表示部を演算部が制御するための所定の制御プログラムが格納されている。
The
図2に示すように、制御器4には、温度計M1、湿度計M2、及び気圧計M3からの出力信号が入力される。温度計M1は、流通経路Sへ導入される気体の温度を計測する。また湿度計M2は、流通経路Sへ導入される気体の湿度を計測する。気圧計M3は、流通経路Sへ導入される気体の気圧を計測する。
As shown in FIG. 2, output signals from the thermometer M1, the hygrometer M2, and the barometer M3 are input to the
また制御器4には、制御器4が送風機構32に送信した指令信号が再びフィードバックされ、当該指令信号が送風機構32の制御に用いられる。制御器4は、制御プログラムに基づき、これらの出力信号の値に応じて後述する水蒸気量制御を行うことで、散水機構31により散水された水の気化熱により得られる熱交換器30の冷却効果を、熱交換器30の雰囲気の状態(本実施形態では、流通経路Sを流通する気体が熱交換器30に最初に接触する領域とその近傍の雰囲気である、熱交換器30の上流側の雰囲気の状態)に応じて最適化する。
Further, the command signal transmitted by the
純水生成部33は、散水機構31により散水される水が、逆浸透(RO)膜分離処理、吸着処理、蒸留処理、及びイオン交換処理のうちの少なくとも1つ(ここでは全部)により処理された純水を生成する。このような純水を用いることで、散水機構31の散水に用いられる水を高品質に保持できる。これにより本実施形態では、散水機構31により散水される水の電気伝導度が、200μS/cm以下の範囲の値に設定されている。この水の電気伝導度としては、更に100μS/cm以下であることが望ましく、20μS/cm以下であることがより望ましく、10μS/cm以下の範囲の値であることが一層望ましい。一例として純水生成部33は、水道水から純水を生成する。イオン交換処理を行う場合、純水生成部33は、電気再生式脱イオン(EDI)装置を有していてもよい。
In the pure
本実施形態の冷却装置1には、このような純水生成部33が備えられていることから、貯留槽34には、純水生成部33が生成した純水が貯留される。貯留槽34には、散水機構31及び送風機構32の各動作は独立して純水生成部33が駆動されることにより、純水生成部33により生成された純水が貯留される。これにより、散水機構31が散水を行う際に水量が不足することが防止されている。
Since the
冷却装置1の運転時には、純水生成部33が、純水を生成して貯留槽34に貯留する。また、冷却部21により冷却に用いられた冷媒は、配管L2を通じて熱交換器30へ送られる。また、室外機3の外部から取り入れられた外気が、送風機構32のファンFにより、熱交換器30の表面と接触するように流通経路Sを流通する。これにより、熱交換器30内を流通する冷媒が、外気と熱交換される。熱交換に用いられて流通経路Sを通過した外気は、室外機3から排出される。
During the operation of the
また、室外機3のハウジング35内では、所定のタイミングで制御器4がポンプP2を駆動させることで、散水機構31により、貯留槽34から供給される純水が、熱交換器30の表面に水が付着するように散水される。熱交換器30の表面に付着した水は蒸発する。この水の蒸発に伴う気化熱によって、熱交換器30が冷却され、熱交換器30内を流通する冷媒の冷却が促進される。
Further, in the
この水の気化熱による冷媒の冷却効果は、水の蒸発量が多いほど増大し、少ないほど減少する。例えば、熱交換器30の表面に付着した水と接触するように気体(本実施形態では外気)が流通する場合、気体の風速が大きくなると、水の蒸発量が多くなる。本実施形態では、送風機構32により、送風する気体の風速を大きくすることで、水の気化熱による冷媒の冷却効果が増大する。熱交換器30で冷却された冷媒は、熱交換器30を通過した後、配管L1を通じて再び冷却部21に供給され、冷却対象の冷却に用いられる。
The cooling effect of the refrigerant due to the heat of vaporization of water increases as the amount of evaporation of water increases, and decreases as the amount of evaporation of water decreases. For example, when a gas (outside air in this embodiment) circulates so as to come into contact with water adhering to the surface of the
ここで、熱交換器30が水の気化熱により冷却される効果は、熱交換器30の雰囲気(本実施形態では例えば流通経路S内の雰囲気)の状態によって変動する。熱交換器30の雰囲気の水蒸気量は、飽和水蒸気量を決定する決定因子により変動する。
Here, the effect of cooling the
そこで制御器4は、飽和水蒸気量を決定する決定因子に基づいて、熱交換器30の雰囲気の水蒸気量が、前記雰囲気の飽和水蒸気量に近づく方向に、散水機構31及び送風機構32の少なくともいずれかを制御する水蒸気量制御を行う。この決定因子は、気温、湿度、気圧のうちの少なくとも1つである。
Therefore, the
具体的に制御器4は、この決定因子の値を、温度計M1、湿度計M2、及び気圧計M3の出力信号から把握する。
また制御器4は、以下の式1に基づいて水蒸気量制御を行う。
[式1]
a(T)=(217×e(T))/(T+273.15)
但し、Tは雰囲気の温度[℃]、a(T)は温度Tにおける飽和水蒸気量[g/m3]、e(T)は温度Tにおける空気中の飽和水蒸気圧[hPa]とする。
Specifically, the
Further, the
[Equation 1]
a (T) = (217 × e (T)) / (T + 273.15)
However, T is the temperature of the atmosphere [° C.], a (T) is the saturated water vapor amount [g / m 3 ] at the temperature T, and e (T) is the saturated water vapor pressure [hPa] in the air at the temperature T.
また本実施形態では、演算部41は、一定期間にわたり水蒸気量制御を行った場合と、一定期間にわたり水蒸気量制御を行わなかった場合との電力消費量の差を演算する。表示部22は、演算部41の演算結果を表示する。これによりユーザは、表示部22の表示内容を見るだけで、水蒸気量制御による電力消費量の削減効果を容易に確認できる。この場合の削減効果は、例えば、電力消費量を金額に換算した換算金額として表示されてもよい。また、ここで言う一定期間は適宜設定可能であるが、例えば1〜数日、1〜数カ月、及び1〜数年のうちのいずれかの期間に設定できる。
Further, in the present embodiment, the
また本実施形態では、熱交換器30に対し、熱交換器30の表面を上方から下方に伝わるように散水機構31が散水する。散水機構31は、ノズルユニット37から純水を水滴状に散水する。散水された純水は、一例として、純水により冷却しようとする熱交換器30の表面を上端から下端に向けて伝うように流れる。これにより、散水された水の気化熱によって、熱交換器30の広範囲の表面の冷却が促進される。
Further, in the present embodiment, the
ここで散水機構31の設定に際しては、散水された純水が、例えば熱交換器30の下端に到達したところで完全に蒸発するように、散水量を設定するのが望ましい。また、純水による冷却効果を高めるため、熱交換器30の純水と接触する領域の最も長い長さ寸法(代表長さ寸法)は、一例として、できるだけ長く設定することが望ましい。
Here, when setting the watering
制御器4は、一定時間毎に水蒸気量制御を行ってもよい。また制御器4は、制御プログラムに基づき、熱交換器30の雰囲気の水蒸気量を連続的に算出し、算出値と飽和水蒸気量との差が許容範囲を超えたか否かを判定する。この判定において、制御器4は、前記差が許容範囲を超えたと判定した場合に水蒸気量制御を行ってもよい。
The
また散水機構31の散水方法としては、例えば純水を霧状に噴霧してもよいし、純水を流水として散水してもよい。また散水機構31は、複数のノズルユニット37を有していてもよい。この場合、複数の方向から熱交換器30に対して散水するようにノズルユニット37が配置されていてもよい。
Further, as a watering method of the watering
次に、水蒸気制御において制御器4が散水機構31及び送風機構32を制御する具体的内容を例示する。制御器4は、水蒸気制御を行う場合、熱交換器30の雰囲気の温度が低いほど散水量を少なく、送風量を多くする。また制御器4は、熱交換器30の雰囲気の温度が高いほど散水量を多くする。
Next, a specific content in which the
また制御器4は、熱交換器30の雰囲気の湿度が低いほど散水量を多く、送風量を適宜少なくする。また制御器4は、熱交換器30の雰囲気の湿度が高いほど散水量を少なくする。また制御器4は、熱交換器30の雰囲気の気圧が低いほど散水量を少なく、送風量を多くする。また制御器は、熱交換器30の雰囲気の気圧が高いほど散水量を多くする。
Further, in the
このように散水量と送風量とが調整されることで、散水機構31の散水による熱交換器30の冷却効果が一層向上される。また、熱交換器30の雰囲気の状態に応じて、水の蒸発量を超える無駄な散水量と、無駄な送風に伴う電力消費量とが削減される。
By adjusting the watering amount and the air blowing amount in this way, the cooling effect of the
なお制御器4は、熱交換器30の雰囲気の風速が低いほど散水量を少なく、送風量を多くしてもよい。また制御器4は、熱交換器30の雰囲気の風速が高いほど散水量を多く、送風量を少なくしてもよい。この場合、室外機に風力計を設け、風力計の入力信号を制御器4に入力することで、制御器が熱交換器30の雰囲気の風速を把握できる。
In the
以上説明したように、冷却装置1によれば、制御器4が水蒸気量制御を行うことで、熱交換器30の雰囲気の状態に応じて、熱交換器30に散水された水の蒸発量を適切に設定できる。これにより、熱交換器30から蒸発する水の量を、そのときの蒸発可能な最大量に近づけ、水の気化熱による熱交換器30の冷却効果を最大限に得ることができる。また、制御器4が水蒸気量制御を行うことで、熱交換器30に対する散水量及び送風量を適切に設定できる。これにより、水の使用量や消費電力を低減できる。従って、熱交換器30の雰囲気の状態が変動しても、冷媒を安定して冷却できると共に、冷却装置1の運転コストを良好に削減できる。
As described above, according to the
また制御器4は、式1に基づいて水蒸気量制御を行うので、制御器が水蒸気量制御を適切に行うことができる。
Further, since the
また本実施形態では、決定因子が、気温、湿度、気圧のうちの少なくとも1つであある。このように測定が比較的容易な因子に基づくことで、制御器4が水蒸気量制御を迅速に行うことができる。
Further, in the present embodiment, the determinant is at least one of air temperature, humidity, and atmospheric pressure. Based on the factors that are relatively easy to measure in this way, the
また散水機構31により散水される水の電気伝導度が、200μS/cm以下の範囲の値に設定されている。これにより、散水機構31により散水する水に電気伝導性を有する異物が混入するのを防止でき、当該異物が散水により熱交換器30に付着するのを防止できる。
Further, the electric conductivity of the water sprinkled by the sprinkling
また、散水機構31により散水される水は、逆浸透膜分離処理、吸着処理、蒸留処理、及びイオン交換処理のうちの少なくとも1つにより処理されてなる純水である。これにより、散水機構31により散水する水の純度を更に高めることができ、水中の微細な異物が熱交換器30に付着するのを防止できる。
The water sprinkled by the sprinkling
また冷却装置1は、純水を生成する純水生成部33を備える。これにより、純水を外部から供給することなく冷却装置1単体で利用できる。よって、熱交換器30の雰囲気の状態が仮に急に変動した場合でも、迅速に対応できる。また、純水生成部33の造水能力を適正に設計できる。
Further, the
また冷却装置1は、散水機構31により散水する水を貯留する貯留槽34を備える。これにより、豊富な純水を冷却装置1単体で利用できる。よって、熱交換器30の雰囲気の状態が変動した場合でも迅速に対応できる。
Further, the
また本実施形態では、送風機構32により送風される風が、人工風又は自然風の少なくともいずれかである。これにより、送風機構32が送風する風の選択幅を拡大でき、熱交換器30からの水の蒸発を効率よく促進できる。
Further, in the present embodiment, the wind blown by the
また冷却装置1は、内部に冷媒を流通させることにより冷却対象を冷却する冷却部21と、冷却部21と熱交換器30との間で冷媒を循環させる配管L1,L2とを備える。これにより、冷却部21と熱交換器30とを離隔させて配置し易くできる。よって、水が冷却部21にかかるのを防止しながら、熱交換器30に対して効率的に散水できる。
Further, the
また冷却装置1は、一定期間にわたり水蒸気量制御を行った場合と、一定期間にわたり水蒸気量制御を行わなかった場合との電力消費量の差を演算する演算部41と、演算部41の演算結果を表示する表示部22とを備える。これにより、制御器4の水蒸気量制御による効果を迅速且つ容易に視認できる。
Further, the
[変形例]
第1変形例に係る制御器4は、以下の式2及び3に基づいて水蒸気量制御を行う。式2は、Wagner式とも称されるものである。
[式2]
PWS=Pc×exp{(A×x+B×x1.5+C×x3+D×x6)/(1−x)}
[式3]
x=1−T0/Tc
但し、Pwsは、Wagnerの厳密水蒸気圧[kPa]、Pcは臨界圧である22120[kPa]、Tcは臨界温度である647.3[k]、Tは絶対温度、A=−7.76451、B=1.45838、C=−2.7758、D=−1.23303とする。
[Modification example]
The
[Equation 2]
P WS = Pc × exp {(A × x + B × x 1.5 + C × x 3 + D × x 6 ) / (1-x)}
[Equation 3]
x = 1-T0 / Tc
However, P ws is Wagner's strict vapor pressure [kPa], Pc is the critical pressure of 22120 [kPa], Tc is the critical temperature of 647.3 [k], T is the absolute temperature, and A = -7.76451. , B = 1.45838, C = -2.7758, D = −1.23303.
第2変形例に係る制御器4は、以下の式4に基づいて水蒸気量制御を行う。式4は、Tetens式とも称されるものである。
[式4]
e(T)=6.1078×10{7.5×T/(T+273.3)}
但し、e(T)は温度Tにおける空気中の飽和水蒸気圧[hPa]、Tは温度[℃]とする。
第1及び2の変形例においても、第1実施形態と同様に、制御器4が水蒸気量制御を適切に行うことができる。
The
[Equation 4]
e (T) = 6.1078 × 10 {7.5 × T / (T + 273.3)}
However, e (T) is the saturated water vapor pressure [hPa] in the air at the temperature T, and T is the temperature [° C.].
Also in the first and second modifications, the
第3変形例に係る冷却装置は、温度計M1、湿度計M2、及び気圧計M3を備えていない。制御器4には、外部から無線通信又は有線通信により、雰囲気の温度、湿度、及び気圧の各値が入力される。これらの各値としては、例えば、インターネットを通じて提供される情報を利用できる。制御器4は、これらの入力された各値に基づいて水蒸気量制御を行う。第3変形例によっても、第1実施形態と同様の効果を期待できる。
The cooling device according to the third modification does not include a thermometer M1, a hygrometer M2, and a barometer M3. Each value of the temperature, humidity, and atmospheric pressure of the atmosphere is input to the
なお、飽和水蒸気量を決定する決定因子は、飽和水蒸気圧を決定する因子でもある。熱交換器30の雰囲気の水蒸気量が、前記雰囲気の飽和水蒸気圧に近づく方向は、熱交換器30の雰囲気の水蒸気圧が、前記雰囲気の飽和水蒸気圧に近づく方向と実質的に同様である。即ち本実施形態の水蒸気量制御には、飽和水蒸気圧を決定する決定因子に基づいて、熱交換器30の雰囲気の水蒸気圧が、前記雰囲気の飽和水蒸気圧に近づく方向に、散水機構31及び送風機構32の少なくともいずれかを制御することも含まれる。以下、その他の実施形態について、第1実施形態との差異を中心に説明する。
The determinant that determines the saturated water vapor amount is also a factor that determines the saturated water vapor pressure. The direction in which the amount of water vapor in the atmosphere of the
(第2実施形態)
図3は、第2実施形態に係る冷却システム101の一部を示す概要図である。図3に示すように、冷却システム101は、複数の冷却装置1を備える。各冷却装置1の流通経路Sの入口には、気体を導入する導入管L4の下流端が接続され、出口には、気体を排出する排出管L5の上流端が接続されている。各導入管L4の上流端と、各排出管L5の下流端とは、共通配管L6に接続されている。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic view showing a part of the
導入管L4の途中には、導入管L4内を流通する気体の導入先を共通配管L6とする第1導入モードと、前記導入先を室外機3の外部とする第2導入モードとの間で切り替える切替バルブV1が設けられている。排出管L5の途中には、排出管L5内を流通する気体の排出先を共通配管L6とする第1排出モードと、前記排出先を室外機3の外部とする第2排出モードとの間で切り替える切替バルブV2が設けられている。バルブV1,V2の切替動作は、各冷却装置1の制御器4により個別に制御される。
In the middle of the introduction pipe L4, there is a first introduction mode in which the introduction destination of the gas flowing in the introduction pipe L4 is the common pipe L6 and a second introduction mode in which the introduction destination is the outside of the
この冷却システム101では、複数の冷却装置1のうちの1の冷却装置1の送風機構32により送風される風が、複数の冷却装置のうちの他の1以上の冷却装置1から排出された排気である。
In this
冷却システム101の駆動時には、一例として、複数の冷却装置1のうち1の冷却装置1(以下、冷却装置Aと称する。)が、制御器4により、バルブV1を第2導入モードに設定され、バルブV2を第1排出モードに設定される。また、複数の冷却装置1のうち他の1以上の冷却装置1(以下、冷却装置Bと称する。)が、制御器4により、バルブV1を第1導入モードに設定され、バルブV2を第2排出モードに設定される。
When driving the
これにより、冷却装置Bからの排気は、排出管L5と共通配管L6とを流通した後、冷却装置Aの導入管L4を流通する。冷却装置Aの流通経路Sには、冷却装置Bからの排気が流通する。熱交換器30に付着した水は、流通経路Sを流通する排気により蒸発する。このときの水の気化熱により、熱交換器30内を流通する冷媒の冷却が促進される。冷却装置Aの流通経路Sを通過した排気は、冷却装置Aの外部へ排出される。
As a result, the exhaust from the cooling device B circulates through the discharge pipe L5 and the common pipe L6, and then flows through the introduction pipe L4 of the cooling device A. Exhaust gas from the cooling device B circulates in the distribution path S of the cooling device A. The water adhering to the
なお、水は気化(蒸発)熱が比較的大きいため、水と接触する気体の温度が比較的高くても、水の気化熱による冷却効果は十分に得られる。このため、流通経路Sを流通する排気の温度がある程度高い場合でも、熱交換器30内を流通する冷媒の冷却を促進できる。このため、冷却装置Bから排出される排気を再び共通配管L6に戻し、当該排気を、いずれかの冷却装置1の冷媒の冷却の促進に用いてもよい。
Since water has a relatively large heat of vaporization (evaporation), even if the temperature of the gas in contact with water is relatively high, the cooling effect of the heat of vaporization of water can be sufficiently obtained. Therefore, even when the temperature of the exhaust gas flowing through the distribution path S is high to some extent, the cooling of the refrigerant flowing through the
また冷却システム101では、各冷却装置1の制御器4は、他の冷却装置1の排気の温度を温度計M1からの出力信号により把握し、排気の温度が流通経路Sに導入可能な他の冷却装置1からの排気を流通経路Sに導入するように、バルブV1,V2を制御してもよい。これにより、他の冷却装置からの排気を利用することで、熱交換器30を気化熱により効率よく冷却できる。
Further, in the
(第3実施形態)
第3実施形態の冷却装置の冷却対象は、コンビニエンスストア等の店舗内の空気である。制御器4は、店舗の販売利益に影響を与える影響因子に基づいて、散水機構31及び送風機構32の少なくともいずれかを制御することで熱交換器30の冷却を促す冷却制御を行う。
(Third Embodiment)
The cooling target of the cooling device of the third embodiment is the air in a store such as a convenience store. The
制御器4が冷却制御を行う際に基づく影響因子としては、例えば、店舗内の店員及び客を含めた人数、客の顔認証を行うことで得られる客の年齢や表情(不快感の程度等)、客の画像認証を行うことで得られる客の服装(軽装の程度等)、店舗内の冷蔵庫又は冷凍庫の扉の開閉回数、予想される来客数、気象予報情報、商品在庫数等が挙げられるが、これに限定されない。
Influential factors based on the
第3実施形態の冷却装置によれば、第1実施形態と同様に冷却装置の運転コストの低減を図れると共に、店舗内の空気を快適にすることで客の購買意欲を促進し、店舗の販売利益に貢献できる。なお制御器4は、所定のタイミングで、これらの影響因子に基づいて冷却制御を行った場合の販売利益を目標値と比較し、比較結果が予め定められた基準範囲よりもずれている場合、ずれ量が小さくなるように冷却制御の内容を変更してもよい。
According to the cooling device of the third embodiment, the operating cost of the cooling device can be reduced as in the first embodiment, and the air in the store is made comfortable to promote the purchase motivation of the customer and sell the store. Can contribute to profits. Note that the
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。制御器4が水蒸気量制御を行う際に基づく式は、上記した式1〜4に限定されず、その他の式であってもよい。また熱交換器30は、例えばパネル型でもよいし、外気と純水とに接触可能な少なくとも1つのフィンを有する形式でもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and its configuration can be changed, added, or deleted without departing from the spirit of the present invention. The formula based on the control of the water vapor amount by the
また温度計M1、湿度計M2、及び気圧計M3に加え、更に熱交換器30の直近に温度計m1、湿度計m2、及び気圧計m3等の計器を配置してもよい。この場合、制御器4は、この計器からの出力信号の値を加味した水蒸気量制御を行ってもよい。
Further, in addition to the thermometer M1, the hygrometer M2, and the barometer M3, instruments such as the thermometer m1, the hygrometer m2, and the barometer m3 may be arranged in the immediate vicinity of the
またポンプP2の代わりに、配管L3を流通する純水の流量を調整可能なバルブを用いてもよい。この場合のバルブの開閉動作は、制御器4により制御される。散水機構31は、室外機3のハウジング35の外部から熱交換器30に対して散水してもよい。また散水機構31は、熱交換器30に散水された余剰の水を回収して再び散水に用いる構成を有していてもよい。
Further, instead of the pump P2, a valve capable of adjusting the flow rate of pure water flowing through the pipe L3 may be used. The valve opening / closing operation in this case is controlled by the
また散水装置31は、熱交換器30に直接水を付着させるように散水しなくてもよく、例えば、送風機構32により送風される風により水滴を移動させて、熱交換器30に水を付着させてもよい。また、流通経路Sは直線状に延びていなくてもよく、曲線状に延びていてもよい。
Further, the watering
また送風機構32は、ファンF以外の構成により機械的に風を生成してもよい。また送風機構32は、例えば熱交換器に向けて自然風を流通させる流通経路Sと、当該流通経路Sを流通する外気の流量を調節するバルブとを有していてもよい。この場合、バルブの開閉動作は、制御器4に制御される。
Further, the
また、流通経路Sの外気の流通方向におけるファンFとノズルユニット37との位置は、適宜設定可能である。例えば当該流通方向において、ファンFが上流側に配置され、ノズルユニット37が下流側に配置されていてもよいし、ファンFとノズルユニット37とがこの逆に配置されていてもよい。
Further, the positions of the fan F and the
また第1及び2実施形態の冷却装置は、室内用の空調装置であるが、その他の用途の空調装置であってもよいし、冷蔵装置、冷凍装置、又は、成形加工における金型冷却や機械の運転熱冷却等の冷却装置であってもよい。冷蔵装置、冷凍装置、冷却装置としては、例えば家庭用の他、業務用や産業用であってもよい。 Further, the cooling device of the first and second embodiments is an air conditioner for indoor use, but may be an air conditioner for other purposes, a refrigerating device, a refrigerating device, or a mold cooling device or a machine in molding. It may be a cooling device such as an operating heat cooling system. The refrigerating device, refrigerating device, and cooling device may be, for example, for home use, for business use, or for industrial use.
L1,L2 配管
1,A,B 冷却装置
4 制御器
21 冷却部
22 表示部
30 熱交換器
31 散水機構
32 送風機構
33 純水生成部
34 貯留槽
41 演算部
101 冷却システム
L1, L2 Piping 1, A,
Claims (12)
前記熱交換器の表面に水が付着するように前記熱交換器に対して散水する散水機構と、
前記熱交換器に対して送風する送風機構と、
前記散水機構と前記送風機構とを制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、飽和水蒸気量を決定する決定因子に基づいて、前記熱交換器の雰囲気の水蒸気量が、前記雰囲気の飽和水蒸気量に近づく方向に、前記散水機構及び前記送風機構の少なくともいずれかを制御する水蒸気量制御を行う、冷却装置。 A heat exchanger in which the refrigerant used for cooling flows inside,
A watering mechanism that sprinkles water on the heat exchanger so that water adheres to the surface of the heat exchanger.
A ventilation mechanism that blows air to the heat exchanger,
A controller for controlling the watering mechanism and the blowing mechanism is provided.
The controller is at least one of the sprinkler mechanism and the blower mechanism in a direction in which the amount of water vapor in the atmosphere of the heat exchanger approaches the amount of saturated water vapor in the atmosphere based on a determinant that determines the amount of saturated water vapor. A cooling device that controls the amount of water vapor.
[式1]
a(T)=(217×e(T))/(T+273.15)
但し、Tは雰囲気の温度[℃]、a(T)は温度Tにおける飽和水蒸気量[g/m3]、e(T)は温度Tにおける空気中の飽和水蒸気圧[hPa]とする。 The cooling device according to claim 1, wherein the controller controls the amount of water vapor based on the formula 1.
[Equation 1]
a (T) = (217 × e (T)) / (T + 273.15)
However, T is the temperature of the atmosphere [° C.], a (T) is the saturated water vapor amount [g / m 3 ] at the temperature T, and e (T) is the saturated water vapor pressure [hPa] in the air at the temperature T.
[式2]
PWS=Pc×exp{(A×x+B×x1.5+C×x3+D×x6)/(1−x)}
[式3]
x=1−T0/Tc
但し、PwsはWagnerの厳密水蒸気圧[kPa]、Pcは臨界圧である22120[kPa]、Tcは臨界温度である647.3[k]、T0は絶対温度[K]、A=−7.76451、B=1.45838、C=−2.7758、D=−1.23303とする。 The cooling device according to claim 1, wherein the controller controls the amount of water vapor based on the formulas 2 and 3.
[Equation 2]
P WS = Pc × exp {(A × x + B × x 1.5 + C × x 3 + D × x 6 ) / (1-x)}
[Equation 3]
x = 1-T0 / Tc
However, P ws is Wagner's strict vapor pressure [kPa], Pc is the critical pressure of 22120 [kPa], Tc is the critical temperature of 647.3 [k], T0 is the absolute temperature [K], and A = -7. It is assumed that .76451, B = 1.45838, C = -2.7758, and D = -1.23303.
前記冷却部と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる配管と、を更に備える、請求項1〜9のいずれか1項に記載の冷却装置。 A cooling unit that cools the object to be cooled by circulating the refrigerant inside,
The cooling device according to any one of claims 1 to 9, further comprising a pipe for circulating a refrigerant between the cooling unit and the heat exchanger.
前記演算部の演算結果を表示する表示部と、を更に備える、請求項1〜10のいずれか1項に記載の冷却装置。 An arithmetic unit that calculates the difference in power consumption between the case where the water vapor amount control is performed for a certain period and the case where the water vapor amount control is not performed for a certain period.
The cooling device according to any one of claims 1 to 10, further comprising a display unit for displaying the calculation result of the calculation unit.
前記複数の冷却装置のうちの1の冷却装置の前記送風機構により送風される風が、前記複数の冷却装置のうちの他の1以上の冷却装置から排出された排気である、冷却システム。
The cooling device according to any one of claims 1 to 11 is provided.
A cooling system in which the air blown by the blower mechanism of one of the plurality of cooling devices is exhaust discharged from one or more of the other cooling devices of the plurality of cooling devices.
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