JP3114447U

JP3114447U - 全熱回収冷水ユニット

Info

Publication number: JP3114447U
Application number: JP2005005279U
Authority: JP
Inventors: 李志明
Original assignee: 広州市華徳工業有限公司
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2015-07-06
Also published as: EP1614973A2; CN2729570Y; EP1614973A3; HK1073972A2

Abstract

【課題】高い効率、省エネ化、節水を可能にする健康型の全熱回収冷水ユニットの提供。
【解決手段】全熱回収冷水ユニットは凝縮器、蒸発器、コンプレッサー、膨張弁を有する。蒸発器は冷凍水循環回路と連通する。凝縮器の一側は冷却風口と対向して設置される。冷却風口は通気管とつながり、通気は子風管を通じて室内排気口と室外排気口に連通する。室外空気の給気口に室外と室内の風の混合比を調整するための室外風量調整弁が設けられる。調節比の範囲は０〜１００%（すなわち、室外空気と室内空気の混合比は０：１〜１：１）である。凝縮器の他の一側に排気口を設け、排気口と冷却口の間に冷却機を設ける。
【選択図】図４

Description

本実用新案は、エアコンクーラー、特に1種の全熱回収冷水ユニットに関する。

エアコンの普及率の継続的向上に伴い、エアコン業界はここ１０年来、急激な発展を遂げたが、エアコンの普及はもともと緊迫した電力供給施設に巨大な圧力をもたらしてきた。統計によると、1棟のオフィスビルにおけるエアコンの電力使用量が当該オフィスビル総電力使用量の３５％を占める情況であり、エアコンの電力消費は非常に大きい。省エネ効果の著しいエアコン設備を開発することが、エアコン発展の趨勢をもたらすことになる。

現在の冷水ユニットには、二種類ある。一つは空冷ユニットであり、他は水冷ユニットである。空冷ユニットは、直接に室外の空気を冷媒として利用する。空調による冷却は基本的に高温の季節に利用するので、室外の空気の直接利用は冷却効率を低下し、COPは２．０前後であり、当該凝縮方式を利用した空冷ユニットの高い電力消費が認識される。しかし、取付けの利便性、配置の柔軟性などのメリットがあるので、依然として大部分の市場を占有する。水冷ユニットは水を冷媒として用いる装置である。冷却システムの中の熱を冷却塔の中まで排出した後、冷却塔で熱を室外まで排出する。冷却塔では、冷却水を室外空気の湿球温度近くの温度に冷却する。冷却システムとして優れた凝縮効果を得て、水冷ユニットの高い冷却効率をもたらす。COP３．８〜４．０の達成が可能である。ただし、水冷式ユニットは冷却系統を増設するので、設備コストは増大する。同時に、配置についても一定の制約を受ける。その上、従来の冷却塔では放熱を図るために、通常、スプレー式の散水器を用いて散水する。当該方式では、散水の水滴が細かく、同時に冷却塔の風量が大きいので、稼動中に比較的に大量の「飛水」現象が現れて、細小な水滴が強風の作用により直接に水塔から飛び出す。このような「飛水」より発生する冷却水の損失量は冷却水塔の水消費量の５０％以上を占め、実用可能な蒸発・放熱の水量は５０％に達しない。その他、現行の冷水ユニット設備は、冷却過程中に大量の凝縮水を発生する。現在技術では発生した凝縮水を直接に排水する。凝縮水の温度は１０〜１５℃前後で、冷却量の損失が大きい。もし直接にその凝縮水を回収し冷却作業に補助的に利用することが可能であれば、冷却水の温度を低減できる同時に、省エネ化、冷却水節約を実現することが可能となる。

それ以外に、冷水ユニット設備の稼動中に室内空気の衛生上の要求を図るため、エアコンエリアに室外の新鮮な空気を継続的に補充しなければならない。現在のエアコンシステムに、新鮮な空気の負荷はエアコンの総負荷の３０％ぐらいを占め、高い電力消費をもたらす。総負荷を減らすため屡々新鮮な空気の補充を減少させる方法を取るが、これによりエアコン対象領域における空気の品質が悪くなり衛生上の要求を満たさなくなる。また、室内換気を実現するには排気システムの設置が必要であり、一部の室内空気を直接に室外に排出するので、排出した空気が低温・低湿の冷却空気源となるので、その温度が比較的低く（普通２５〜２８℃）、相対湿度も比較的低く（普通６０〜７０％）、湿球温度はさらに低く（普通２０〜２３℃）なる。エアコンシステムの中で、既存の冷水ユニットがこの部分のエネルギーを利用できないため、直接に浪費をもたらしている。

本実用新案では、上記の技術上の欠点を直し、高い効率、省エネ化、節水を可能にする健康型の全熱回収冷水ユニットの提供を目的とする。

本実用新案の目的は次のような技術考案により実現される。当該全熱回収冷水ユニットは凝縮器、蒸発器、コンプレッサー、膨張弁を有する。蒸発器は冷凍水循環回路と連通する。その特徴は次の通りである。凝縮器の一側は冷却風口と対向して設置される。冷却風口は通気管とつながり、該通気は子風管を通じて室内排気口と室外排気口に連通する。室外空気の給気口に室外と室内の風の混合比を調整するための室外風量調整弁が設けられる。調節比の範囲は０〜１００%（すなわち、室外空気と室内空気の混合比は０：１〜１：１）である。凝縮器の他の一側に排気口を設け、排気口と冷却口の間に冷却機を設ける。

上記の凝縮器は室外に設置可能である。その場合には、凝縮器の一側に冷却空気口を設け、該冷却空気口は通風管と接続し、該通風管は子管を通じて、別々に室内空気の排気口および室外空気の給気口と接続し、室内空気の排気口は、室内外を隔離する壁に設け、室外空気の給気口は室外と連通する。

上記の凝縮器は室内に設置することも可能である。その場合には、凝縮器の一側に室内空気の排気口と室外空気の給気口を設け、室内空気の排気口と室内を連通する。室外空気の給気口は室外と連通する。凝縮器の他の一側に排気口を設け室外と直接連通させるか、または通風管を通じて室外と連通させる。

上記の凝縮器は蒸発式で、散水器、板式熱交換チューブ、貯水池、循環ポンプを有する。散水器は板式熱交換チューブの上部に、貯水池は板式熱交換チューブの下部に設けられる。循環ポンプは散水器と貯水池に連接している。

板式熱交換チューブと貯水池の間にPVCなどの充填材を設けることができる。充填材の設置により流れた冷却水を長時間一定の温度に維持することができる。

板式熱交換チューブに板体を有し、板体内に水の通路を設ける。

板体は一側が平面であり、他の一側が突出した中空の水通路の形式のものであってよい。また、両側の各々を外へ突出した中空の水通路の形式にすることもできる。

板体の外表面は円滑表面とし、または熱交換の効果向上を可能にする強化熱伝導の表面、例えば外翼などを有する表面にすることもできる。

水通路は、板体の接続形状によって異なる。例えば、連続した「Ｓ」形の曲折・迂回の形等をとり得る。

水通路の断面形状は、円形、楕円形、オリーブ形、四角形、台形、その他の不規則な形が可能で、熱交換器の実際の要求によって決定する。

水通路の入口と出口は、利用の実際上の要求によって、板体の端部あるいは板体の側面の位置等に、柔軟に設けることができる。

水通路の入口と出口と外部接続口との接続方式は、溶接あるいは出縁接続の形式を採用することができる。

板式熱交換チューブの数は、１個でも複数個でもよい。冷却量によって柔軟に対応できる。複数個を利用する場合、各の板式熱交換チューブは並列接続とする。散水器は、線条式でも孔管式でもよい。

線条式の散水器の底部には線形の排水槽を設ける。線形散水下槽の下端出口にガイド片を設けてもよい。

孔管式の散水器の底部には散水穴を設け、散水穴に導流口が設けられ、導流口と、板式熱交換チューブの上端に設けられる線形パイプとを対向させる。水は導流口の作用で線形パイプの頂部へ流れ、そして線形パイプの壁に沿って均一に板式熱交換チューブの表面に流れる。

線形パイプの切断面は、円形、楕円形、異形滴形、ひし形あるいは四角形などの形にすることができる。

本全熱回収冷水ユニットでは凝縮水回収システムが接続されており、この回収システムは蒸発式の散水器または貯水池に連接する。凝縮水回収システムは凝縮水の冷却量を回収し、これを蒸発式凝縮器の冷却に用いる。

凝縮水回収システムは水受け盤と凝縮水パイプを有する。水受け盤は冷却水循環回路中の表冷器の下面に設けられる。凝縮水パイプの一端は水受け盤に連接し、他の端は散水器または貯水池に連接する。本凝縮水回収システムは、場合によって、凝縮水パイプにポンプを設けることにより凝縮水を散水器または貯水池まで輸送する。

凝縮水パイプの出口にフィルタを設けることができる。蒸発器は板式、シリンダ式、套管式等であってもよい。

本全熱回収冷水ユニットの作用原理は次の通りである。全熱回収冷水ユニットの凝縮器、膨張弁、蒸発器、コンプレッサーを順次に連接して冷却回路とし、冷却回路は冷却材（フレオン等）を利用して冷却し、それによって室内の空気を冷却する。また、蒸発器と冷却水循環回路との連通するので、冷却回路内の冷却材と冷却水循環回路内の冷却水が蒸発器の内に冷却量交換を行う。これにより冷却水の温度を下げ、冷却水で室内の空気を冷却する。同時に、冷却風機は室内空気の排気口と室外空気の給気口より、室内排気（温度と相対湿度は比較的に低い）と室外空気を蒸発式凝縮器の設けられた空間へ導入し、それと蒸発凝縮器と蒸発凝縮器中を流れる冷却水との熱交換を行う。冷却水の通過により熱量（顕熱）を冷却空気に伝導し、および冷却空気への水分蒸発（潜熱）の方式により、熱を冷却空気に伝導し冷却水の温度を下げ、冷却空気（室内排気と室外空気）の温度を上昇させ、最後に冷却風機で排気口から排出する。このように、空気の冷却量を存分に利用するほか、省エネ、節水の目的を実現する。この外、凝縮水回収システムは同時に、比較的低温の凝縮水を回収し、また蒸発式凝縮器中に凝縮水を混入させ、凝縮水全体的温度を低下させる。このようにして、蒸発式凝縮器を冷却する補助作用をなし、これにより冷却量を充分利用すると同時に、明らかに水量を節約することができる。

本実用新案は、既存技術に比べて、次の通りのメリットと効果がある。

（１）低い温度、低い湿度の室内での排気によって、蒸発式凝縮器の冷却空気とし、室内排気の顕熱（温度差）を利用すると同時に、室内排気の潜熱（湿度差）をも利用する。その効果は、直接室外空気を冷却空気とする方式より優れている。空気を通気と置換することによるエネルギーの損失を免れ、既存冷水ユニットと比較して著しい省エネの効果を有し、年稼動費用の３０％以上が節約可能となる。

（２）凝縮排出システムを不要とする。本実用新案は、既存設備で排出する凝縮水を直接に冷却水システムの中に導入して冷却水として用い、凝縮水の温度が低いので、この方式により凝縮水の冷却量を回収し冷却に用いることにより、冷却効果はより効果的になる。また、凝縮水を直接回収することにより、水の使用量を大いに節約し、冷却塔利用の冷水ユニットに比べ、節水率はより高い。

（３）室内排気の全熱回収を実現したため、エアコンシステム中の新鮮な空気の負荷を大幅に下げ、システムの冷負荷を高めない前提の下に新鮮な空気の通風量を高め、室内空気の品質を効果的に改善し、本実用新案の省エネ、節水、健康など応用上の特徴を実現する。

（４）本実用新案は、冷却塔と高能率の冷却ポンプを不要とするため、工事コスト及びエネルギー消費を下げると同時に、他の水冷ユニットの冷却水システムと比較して本実用新案は当該部分で１５％以上省エネを実現する。冷却塔を不要とするため、本実用新案の凝縮器に水膜式の散水器を採用することで、「飛水」現象を根絶する。その結果、その他の冷却塔冷水ユニットと比べて本実用新案は節水率５０％以上を実現できる。

（５）本実用新案は基本的に、最大限度でエネルギー回収とエネルギー消費、水使用量低減を実現する。エアコンシステムの新鮮な空気通風量を増大することに伴うエネルギー消費増大の問題を効果的に解決し、省エネ・節水と健康化をともに実現する。レストラン、病院、スーパーマーケット、別荘、オフィスビルなどのエアコン領域に幅広く応用され、市場の先行きはよい。

以下に、図面を参照して、本実用新案についてさらに詳しい説明をするが、本実用新案の実施方式はこれに限らない。

本実用新案の具体的な構造は、図１〜図４に示すとおりである。図１において、本全熱回収冷水ユニットは、コンプレッサー１、逆止弁２、蒸発式凝縮器３、液体貯溜器４、乾燥フィルタ５、液体観察用器具６、液体電磁弁７、膨張弁８、シリンダ式蒸発器９の熱交換器による順次連接する閉鎖冷却回路よりなる。冷却材（フレオン）がその冷却回路中を流れる。シリンダ式蒸発器９のシリンダ体は冷却水循環回路につながり、冷却水がシリンダ式蒸発器９を通じて流れる。冷却水循環回路は冷却水の給水パイプ１０、バルブ１１、室内冷却器１２、冷却水の回水パイプ１３を有する。冷却器１２は、それぞれ室内の異なった空間Ｉ、ＩＩに設ける。冷却器１２の下に水受け盤１４を設ける。水受け盤１４は凝縮水パイプ１５を通じ、蒸発式凝縮器３と接続する。蒸発式凝縮器の構造の詳細は、図２および図３に示す。図２において、蒸発式凝縮器３は散水器３−１、板式熱交換チューブ３−２、貯水池３−３、循環ポンプ３−４からなる。散水器３−１は、板式熱交換チューブ３−２の上に設け、貯水池３−３は板式熱交換チューブ３−２の下に設け、循環ポンプ３−４は散水器３−１と貯水池３−３とに接続する。同時に、水受け盤１４は、凝縮水パイプ１５を通して貯水池３−３と連通する。蒸発器凝縮器３の板式熱交換チューブ３−２の一側に排気口３−５を設ける。板式熱交換チューブ３−２と排気口３−５の間に冷却風機３−６を設ける。板式熱交換チューブ３−２の他の一側に冷却風口３−７があって、冷却風口３−７は通風管１６に連接する。通風管１６は、子管１６−１、１６−２を通じ、室内空気の排気口１７と室外空気の給気口１８に連通する。室外空気の給気口１８は、風量調整弁１９を有し、室内外の空気の混合比を０〜１００％の調整範囲に調整する（すなわち、室外空気と室内空気の混合比は０：１〜１：１である）。

全熱回収冷水ユニットの作用原理は次の通りである。冷却材はコンプレッサー１を通じて圧縮され、高温・高圧状態の気体になった後、パイプを通して蒸発式凝縮器３の板式熱交換チューブ３−２の中を流れ、板式熱交換チューブ３−２を経由した高温・高圧状態の気体は冷却されて低温・高圧液体になり、液体貯溜器４で貯溜される。液体電磁弁７を起動すると、冷却材液体は、液体貯溜器４から流れ出し、乾燥フィルタ５、液体観察用器具６、給液電磁弁７、膨張弁８を通過して低温高圧気体となり、シリンダ式蒸発器９中へ流れ、シリンダ式蒸発器９の水と熱交換を行ってから、水冷却をする。それから冷却材はシリンダ式蒸発器９から、コンプレッサー１に流れ、冷却循環過程を完成する。冷却材が板式熱交換チューブ３−２中を流れる間に、循環ポンプ３−４を始動させて貯水池３−３の中の水を散水器３−１へ引き出す。水は散水器３−１の中の線形水槽を通じ、水膜の形で板式熱交換チューブ３−２の両側の外表面へ流れ、板式熱交換チューブ３−２内を流れる冷却材と熱交換を行う。熱交換をした水は貯水池３−３に戻る。同時に、シリンダ式蒸発器９を流した水は、冷却された後に冷却水給水パイプ１０より、それぞれ空間Ｉ、ＩＩにおける異なった凝縮管１２へ送り、それによって異なった空間における空気に対する冷却を可能にする。空気を冷却した水は、冷却水回水パイプ１３を通過し、シリンダ式蒸発器９と熱交換を行う。

上記の過程中に、冷却風機３−６は、室内空気の排気口１７と室外空気の給気口１８を通じ、室内排気（温度と相対湿度は比較的に低い）と室外空気を蒸発式凝縮器３内へ導入し、それと板式熱交換チューブ３−２および該チューブ内を流れる冷却水との熱交換を行わせる。冷却水の通過により、熱量（顕熱）を冷却空気へ伝導し、及び冷却空気への水分（潜熱）蒸発という方式で冷却空気へ熱を伝導し、冷却水の温度を下げ、冷却空気（室内排気と室外空気）の温度を上昇させる。空気は最後に冷却風機３−６を通して排気口３−５から排出する。そうすると、空気の冷却量を存分に利用し、省エネ化が実現できる。それ以外に、空間Ｉ、ＩＩ内の凝縮管１２は、冷凍過程中において大量の低温度の凝縮水を発生する。凝縮水は水受け盤１４を通じ、収集後、凝縮水パイプ１５を経由して貯水池３−３まで流入し、蒸発式凝縮器３の凝縮水と混合し、凝縮水の全体温度を下げると同時に蒸発式凝縮器３の冷却を促進し、それによって冷却量を存分に利用すると同時に節水の目的を達成する。

図１は本実用新案全熱回収冷水ユニットのシステム原理説明図である。図２は図１全熱回収冷水ユニットに利用される蒸発式凝縮器の構造説明図である。図３は図２蒸発式凝縮器A-A方向の断面図である。図４は図１全熱回収冷水ユニットの排気システム構造説明図である。

符号の説明

１コンプレッサー
２逆止弁
３蒸発式凝縮器
３−１散水器
３−２板式熱交換チューブ
３−３貯水池
３−４循環ポンプ
３−５排気口
３−６冷却風機
３−７冷却風口
４液体貯溜器
５乾燥フィルタ
６液体観察用器具
７液体電磁弁
８膨張弁
９シリンダ式蒸発器
１０給水パイプ
１１バルブ
１２室内冷却器
１３冷却水の回水パイプ
１４水受け盤
１５凝縮水パイプ
１６通風管
１６−１子管
１６−２子管
１７排気口
１８給気口
１９風量調整弁

Claims

凝縮器、蒸発器、コンプレッサー、および膨張弁を有し、該蒸発器は冷凍水循環回路と連通するように設けられた全熱回収冷水ユニットであって、凝縮器の一側と冷却風口とを対向するように設け、該冷却風口は通風管と接続し、該通風管は子管を通じて室内空気の排気口および室外空気の給気口と連通し、凝縮器の他の一側に排気口を設け、排気口と冷却風口の間に冷却風機を設けることを特徴とするユニット。
請求項1に記載の全熱回収冷水ユニットであって、室外の給気口に風量調整弁を設けることを特徴とするユニット。
請求項１に記載の全熱回収冷水ユニットであって、凝縮水回収システムを含み、凝縮水回収システムは蒸発式凝縮器の散水器または貯水池と連通することを特徴とするユニット。
請求項３に記載の全熱回収冷水ユニットであって、凝縮水回収システムは水受け盤および凝縮水のパイプを有し、水受け盤を室内冷却器の下に設け、凝縮水パイプの一端と水受け盤とを接続し、他の一端は散水器または貯水池と接続することを特徴とするユニット。
請求項４に記載の全熱回収冷水ユニットであって、凝縮水パイプの上にポンプを設けることを特徴とするユニット。
請求項４に記載の全熱回収冷水ユニットであって、凝縮水パイプの出口にフィルタを設けることを特徴とするユニット。
請求項１〜６の任意の一項に記載の全熱回収冷水ユニットであって、凝縮器は、蒸発式で、散水器、板式熱交換チューブ、貯水池、循環ポンプを有し、散水器は、板式熱交換チューブの上に設け、貯水池は板式熱交換チューブの下に設け、循環ポンプは散水器および貯水池と連通することを特徴とするユニット。
請求項７に記載の全熱回収冷水ユニットであって、板式熱交換チューブと貯水池の間に充填材を設けることを特徴とするユニット。
請求項７に記載の全熱回収冷水ユニットであって、板式熱交換チューブが板体を有し、その中に水流通路を設けることを特徴とするユニット。
請求項７に記載の全熱回収冷水ユニットであって、散水器が線条式または孔管式であることを特徴とするユニット。