JP3038525B2 - 冷凍機の空冷式放熱装置 - Google Patents

冷凍機の空冷式放熱装置

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JP3038525B2
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空冷式放熱装置に係
り、特に冷凍機の放熱装置として好適な冷凍機の空冷式
放熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の例えば吸収式冷凍機は、図4に示
すように、発生器24でLiBrの希溶液がガス、電気
等により加熱され、高圧の水蒸気とLiBrの濃溶液と
に分離される。高圧の水蒸気は凝縮器(熱交換手段)2
6で冷却、凝縮されて水となり、低圧の蒸発器30に流
入し蒸発する。その際、外部から気化熱を奪うことによ
り図示しない冷凍負荷との間で循環する水(液体)を冷
却する。
【0003】蒸発器30からは水蒸気が吸収器(熱交換
手段)22に導かれる。また発生器24により分離され
たLiBrの濃溶液が吸収器22に滴下される。LiB
rの濃溶液はその水蒸気を吸収し希溶液となるととも
に、これにより吸収器22内及びこれと連通する蒸発器
30内の真空状態が維持される。このLiBrの希溶液
がポンプ27を経て発生器24に導かれる。なお、発生
器24から吸収器22側へ導かれる高温のLiBr濃溶
液と、吸収器22から発生器24側へ導かれる低温のL
iBr希溶液との間に熱交換器28が設けられ、前者か
ら後者へ熱が移動するようになっている。
【0004】この冷凍機の空冷式放熱装置には空冷式、
水冷式等があり、空冷式は、水冷式に比べて設置性、施
工性、利便性等の点で優れているが、熱伝達係数の低下
等の欠点がある。それを補うため、一方では装置を大型
化して熱交換面の確保が図られ、他方、装置をコクパク
ト化しつつ熱交換効率をさらに改善させる構造が検討さ
れ、空冷フィンに冷却水を散水させ、その蒸発潜熱で熱
交換を行う等が提案されている。
【0005】図5及び図6は、そのような冷凍機の空冷
式放熱装置の一例を示している。図5において、上下方
向に位置する複数の伝熱管1内には液体が流通し、伝熱
管1を横断して、複数の空冷フィン2が上下方向に間隔
をおいて固定されており、空冷フィン2の表面には、上
方より散水される冷却水の拡散向上のため、ルーバ加工
等によりスリット面が形成されている。本来ルーバ加工
は空冷時の伝熱効率向上のために施されているが、結果
として濡れ性もよくなる効果がある。空冷フィン2に
は、上方の散水器3から冷却水が散布され、図6の矢印
イに示すように流下する。空冷フィン2の間には、送風
手段としてのファン4によって、外部から冷却空気(外
気)が図5の矢印ロに示すように導入され、すなわち図
6の矢印ハに示すように空冷フィン2の間を通過する。
上記構成において、散水によって濡れた空冷フィン2を
冷却空気が通過することにより、空冷フィン上の冷却水
の蒸発が促進され、その際伝熱管1から空冷フィン2に
伝達された熱が冷却水の蒸発潜熱として奪われ、液体の
放熱が行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷凍機の空冷式
放熱装置においては、冷却水の濡れ広がりが伝熱効率に
影響するため、濡れ広がり特性を向上させることが課題
とされる。空冷フィン上への散水には冷却空気の風上側
から放水する方式と風下側から放水する方式とが考えら
れる。前者の風上側から散水する方式はスプレーノズル
等で噴霧させるやり方がとられていたが、この噴霧散水
方式は濡れ広がり特性向上に寄与するものの、一方、空
気中に存在するNOx、SOxが冷却水噴霧に溶解しや
すくなり、その結果冷却水のPHが低くなって空冷フィ
ンの腐食、スケールの付着などが生じ、耐食性が低下す
る。一方後者の風下側からの散水方式では、図7の領域
ニに示すように冷却空気ハの流れにより冷却水の拡散が
制限され、十分な濡れ広がりを得ることができない。
【0007】本発明は、前記課題を解決し、冷凍機の空
冷式放熱装置の濡れ広がり特性を向上しつつ腐食等を抑
制して、耐食性をも向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題の原因は、風上
側散水の場合、噴霧される空間が空冷フィン階層の全域
と大きいため、NOx、SOxが捕捉されやすくなる点
にある。一方、風下側散水では、濡れ広がり特性向上の
ためには、散水される空間を大きくせざるを得ず、風上
側散水と同じ結果になる他、送風方向に逆らって散水す
るには、構造上複雑になり、部品を多く要する等の不都
合が考えられる。そこで、風上側散水の改良が有効と考
えられるが、NOx、SOxの冷却水への溶解による腐
食、スケール障害を除くには、濡れ広がりを阻害しない
程度に空間を制限して散水する必要があり、そのため、
従来の噴霧散水を改めて滴下散水とするのが有効である
との知見が得られた。
【0009】さらに、空冷フィンの表面にスリット面を
形成すると、空冷フィンの風上側に滴下散水された際、
空冷フィン上層の滴下部分で、冷却水は風下側および横
方向の全面にわたり広がりやすくなり、冷却水は薄膜状
になる。そのため冷却水が横方向に吹き付ける冷却空気
によって飛散しやすくなるので、空冷フィンの下層へ冷
却水が行き渡らず、上層の風下側への濡れ広がりも不十
分になる。このような理由で、前記課題を解決し、さら
に良好な伝熱効率を得るには、単なる滴下散水によるの
みでなく、空冷フィンの各層に冷却水が行き渡る散水流
路を新たに形成する必要があるとの結論に到達した。
【0010】本発明は前記知見に基づきなされたもの
で、具体的には、冷凍機の熱交換手段に設けられ液体を
流通する複数の伝熱管に、その流通方向を横断し所定の
間隔で複数の空冷フィンを取付け、それぞれの空冷フィ
ンに外気を供給するとともにそれぞれの伝熱管に沿って
冷却水を散水し、液体の熱をそれぞれの伝熱管および空
冷フィンを介して放熱する冷凍機の空冷式放熱装置にお
いて、それぞれの空冷フィンのそれぞれの伝熱管近くの
端縁に切欠きを設け、冷却水の流路を形成した構成とす
る。
【0011】そしてそれぞれの空冷フィンの熱交換面
に、スリット面を形成するとともに熱交換面に設けた切
欠きの回りにフラット面を形成した構成でもよい。
【0012】またそれぞれの空冷フィンの切欠きは、外
気の風上側端縁に設けられてそれぞれの伝熱管の流通方
向に冷却水の流路を形成し、それぞれの冷却水の流路に
向けて冷却水を滴下させる散水器を備えた構成でもよ
い。
【0013】さらにそれぞれの空冷フィンを、外気の流
通方向の伝熱管の配列ごとに分割するとともに、それぞ
れの空冷フィンのそれぞれの伝熱管の近くに切欠きを設
けた構成でもよい。
【0014】
【作用】本発明によれば、冷却水は、流路を経由して適
下され、各空冷フィン階層の空間にて、冷却空気の占め
る体積が少なくなる。従って冷却空気中に存在するNO
x、SOxが捕捉されにくくなり、冷却水のPH低下が
抑制されるとともに各空冷フィンの下層にまで冷却水が
供給される。
【0015】さらに、好適な例によると、各空冷フィン
の切欠きの回りでは、冷却空気が広がらないので、空気
流による飛散が抑制され、各空冷フィンの下層とともに
空冷フィンの熱交換面全面への冷却水の拡散が促進され
る。
【0016】各伝熱管ごとに、冷却水の流路を設ける
と、各伝熱管に対して冷却水が供給されて熱交換が個別
に行われる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を参照して説
明する。
【0018】本実施例は、本発明を冷凍機に用いられる
空冷式放熱装置なので、冷却水で冷却する熱交換過程に
即して説明することとし、従来の技術と同一の部材には
同一の符号を付すこととする。
【0019】伝熱管1、空冷フィン2、散水器3、ファ
ン4の配置、空冷フィン2の階層構造、それ等の主な機
能、作用などは、従来の技術で説明した放熱装置と同様
なので説明を省略する。
【0020】本実施例において、各空冷フィン2aに
は、図1に示すように、伝熱管1を貫通させる管孔5が
2列に形成されている。それにより、空冷フィン2aの
組立体では、伝熱管1は2列に配列され、その横断面全
域にわたり空冷フィン2aによる熱交換面が形成される
ことになる。空冷フィン2aの表面には、ルーバ加工等
によって凹凸が形成されたスリット面6と、平らなフラ
ット面7とに表面形状が分かれ、さらにフラット面7
は、管孔5の回りのフラット面7aと、冷却空気(外気)
ハの風上側に位置する縁部の、管孔5に対向する部分の
フラット面7bとが形成されている。フラット面7b
は、本実施例の特徴の一つであるが、その詳細は他の特
徴と合わせて後述する。
【0021】本実施例の特徴の他の一つは、各空冷フィ
ン2aの、縁部のフラット面7bの部分にV字形の切欠
き8を形成した点にある。この空冷フィン2aを組み立
てると、空冷フィン2aの階層の風上側側面において、
伝熱管1に平行する溝が形成されることになる。なお、
切欠き8は、U字形、その他の形状であってもよい。こ
の溝が図3に示す冷却水流路(以下導入溝という)9と
して機能する。すなわち、散水器3aは、各導入溝9に
向けて冷却水を滴下させる手段を備えており、散水器3
aから冷却水を滴下散水すると、冷却水水滴のあるもの
は空冷フィン2aの各層に捕捉され、捕捉されないもの
は導入溝9に沿って下方へ流れることになる。
【0022】空冷フィン2aは、スリット面6によっ
て、本来、濡れ広がり易い特性を備えているが、一方、
冷却水水滴の捕捉部分である切欠き8の付近では、フラ
ット面7bのため、水滴が広がりにくく、薄膜化が抑制
される。そのため、その部分の水滴は薄膜状のものに比
べて重くなり、ファン4によって導入された冷却空気流
ハによる吹き出しに対しある程度耐えられ、冷却水水滴
の飛散が抑制される。しかし、冷却水水滴は、冷却空気
流ハの影響を全く受けないわけではなく、すなわち冷却
空気流により、フラット面7bからスリット面6へ移動
され、空冷フィン2aへの濡れ広がりが促進することに
なる。
【0023】前記構成によると、空冷フィン2aの階層
の各層において、むらなく冷却水水滴が与えられ、さら
に熱交換面における冷却水の濡れ広がり特性が向上され
るので熱交換効率が向上する。のみならず、さらに次の
ような効果を得ることができる。
【0024】すなわち、空冷フィン2a上の冷却水拡散
は、専ら水滴が切欠き8の部分に捕捉されてから、平面
的な浸透、移動で行われるので、従来のように空冷フィ
ン2a階層の空間にわたり、冷却水噴霧が存在すること
はない。すなわち、空冷フィン2a階層の階層構造で、
冷却水が占める部分は、滴下する水滴の部分と空冷フィ
ン2a上の熱交換面の限られた領域となる。従って、空
気中にSOx、NOxが存在しても、冷却水による捕
捉、溶解領域が狭くなるので、SOx、NOxの溶解が
それだけ低減され、冷却水のPH低下が抑制される。こ
のように本実施例によると、空気中のSOx、NOxに
起因する内部機器の腐食、スケール付着による弊害を除
去することができる。
【0025】なお、本実施例においては、管孔5が2列
に形成され、伝熱管1が2列に配列されて横断面全域に
わたり、1つの空冷フィン2aによって熱交換面を形成
するものとしたが、本発明はそれに限定されるものでは
なく、伝熱管1が2列以上であってもよく、また図2に
示すように、空冷フィン2bの管孔5を1列にし、各伝
熱管1に対応して切欠き8を設け、すなわち各伝熱管1
ごとにそれぞれ導入溝9、フラット面7bを形成しても
よい。図3に、空冷フィン2bにより組み立てた構成を
示している。この例によると、図1に示す実施例による
作用、効果を損なうことなく、さらに、各伝熱管1ごと
に冷却水が供給されるので、各伝熱管1の伝熱効率を、
一層、向上することが可能になる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、空冷フィンへの冷却水
の濡れ広がり特性を向上させつつ、外気のSOx、NO
xが冷却水に溶解することを抑制し、SOx、NOxに
よる腐食、スケール付着による弊害を除くことができ、
装置の伝熱効率および耐食性を向上させることができる
効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す部分平面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す部分平面図である。
【図3】図2に示す実施例の空冷フィンを組み立てた斜
視図である。
【図4】冷凍機サイクルを説明する図である。
【図5】従来の技術を示す断面図である。
【図6】図5の斜視図である。
【図7】従来の技術における冷却水の拡散領域を示す説
明図である。
【符号の説明】
1 伝熱管 2a 空冷フィン 2b 空冷フィン 3a 散水器 4 ファン 5 管孔 6 スリット面 7a フラット面 7b フラット面 8 切欠き 9 導入溝(冷却水流路) イ 冷却水流方向 ロ 冷却空気流方向 ハ 冷却空気流方向 ニ 冷却水拡散領域

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷凍機の熱交換手段に設けられ液体を流
    通する複数の伝熱管に、その流通方向を横断し所定の間
    隔で複数の空冷フィンを取付け、それぞれの空冷フィン
    に外気を供給するとともにそれぞれの伝熱管に沿って冷
    却水を散水し、前記液体の熱をそれぞれの伝熱管および
    空冷フィンを介して放熱する冷凍機の空冷式放熱装置に
    おいて、それぞれの空冷フィンのそれぞれの伝熱管近く
    外気の風上側端縁に切欠きを設け、前記冷却水の流路
    を形成したことを特徴とする冷凍機の空冷式放熱装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の冷凍機の空冷式放熱装置
    において、それぞれの空冷フィンの熱交換面に、スリッ
    ト面を形成するとともに前記熱交換面に設けた切欠きの
    回りにフラット面を形成したことを特徴とする冷凍機の
    空冷式放熱装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の冷凍機
    の空冷式放熱装置において、それぞれの空冷フィンの切
    欠きは外気の風上側端縁に設けられてそれぞれの伝熱管
    の流通方向に冷却水の流路を形成し、それぞれの冷却水
    の流路に向けて前記冷却水を滴下させる散水器を備えた
    ことを特徴とする冷凍機の空冷式放熱装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の冷
    凍機の空冷式放熱装置において、それぞれの空冷フィン
    を、外気の流通方向の伝熱管の配列ごとに分割するとと
    もに、それぞれの空冷フィンのそれぞれの伝熱管の近く
    に切欠きを設けたことを特徴とする冷凍機の空冷式放熱
    装置。
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