JP3359107B2 - ボルテックスチューブ型の空調装置 - Google Patents

ボルテックスチューブ型の空調装置

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JP3359107B2 JP19043493A JP19043493A JP3359107B2 JP 3359107 B2 JP3359107 B2 JP 3359107B2 JP 19043493 A JP19043493 A JP 19043493A JP 19043493 A JP19043493 A JP 19043493A JP 3359107 B2 JP3359107 B2 JP 3359107B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はボルテックスチューブ
からの冷気又は暖気を利用した空調装置に関し、工作機
械等の制御盤の内部の空調等のため使用することができ
るものである。
【0002】
【従来の技術】工作機械等の制御盤と内部にマイクロコ
ンピュータやロジック回路を備えており、その適正な作
動のためにはその内部の温度を適正に制御する必要があ
る。制御盤の内部の空調のための主な手法としては以下
の各種のものがある。 (イ) 最も単純には回転ファンを制御盤の壁面に設け、回
転ファンによって制御盤内部の換気を行う。
【0003】(ロ) ヒートパイプをその一端が制御盤内の
空気に接触し他端が制御盤外部の雰囲気に接触するよう
に設ける。ヒートパイプはその両端の温度が均衡するよ
うに機能し、制御盤内部の空気の熱を外部に放出するべ
く意図している。 (ハ) 制御盤に冷房装置を組み込み、その冷気によって制
御盤の内部を直接に冷却する。
【0004】(ニ) ボルテックスチューブを使用し、その
冷気を直接制御盤内部に導入し、冷却を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち(イ) 及
び(ロ) の手法は夏期における外気が高温・多湿の場合に
は盤内部の空調のためには殆ど機能しないし、除湿機能
を持たせることはできない。(ハ) の盤自体に冷凍機を設
けることで外気温度の制約なしに空調が可能となるが、
冷凍機の設置は冷凍サイクルを構成するための部品が必
要であり、装置が大掛かりとなりコストが嵩む問題があ
る。また、冷凍機では冷媒としてフロンが使用されてお
り、環境問題からみてフロンを使用はできうる限り避け
ることが望ましい。また、フロン代替物が最近使用され
始めてきているが、コストをさらに増加させる要因とな
っている。(ニ) の手法では冷気又は暖気を形成するため
ボルテックスチューブにコンプレッサからの圧縮空気を
導入している。圧縮空気中には水分や、コンプレッサの
摺動部分の潤滑のための潤滑油が含まれており、そのま
までは水分や潤滑油が圧縮空気と共に制御盤内部に導入
されるおそれがあるが、このおそれはフィルタを設ける
ことによって解消される。しかしながら、除湿ができな
い問題点がある。
【0006】以上の従来技術も問題点に鑑み、この発明
の目的は、外気温度に係わらず所期の空調効果を発揮す
ることができる空調装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明によるボルテ
ックスチューブ型の空調装置においては、被空調空間を
区画する壁面に形成される空気吸引口と空気吹出口とを
結ぶ空調空気用熱交換ダクトに熱交換器を設け、該熱交
換器はボルテックスチューブに接続され、ボルテックス
チューブからの空気は熱交換器において熱交換ダクトを
流れる空気と熱交換を行い、かつボルテックスチューブ
の高温側に熱交換チャンバを設け、前記熱交換器の上流
側における前記熱交換ダクトを熱交換チャンバに接続す
る分岐配管を設けることにより、前記空気吸引口より熱
交換ダクトに導入された空気の一部が分岐配管より熱交
換チャンバに導入されるようにし、更に、ボルテックス
チューブ内の空気と熱交換後の熱交換チャンバ内の空気
は外部に排出されることを特徴とする。
【0008】
【0009】
【作用】第1の発明においては、被空調空間からの空気
は空気吸引口より熱交換ダクトに取り出される。ボルテ
ックスチューブからの空気は熱交換器で熱交換ダクト内
の空気と熱交換され、所期の温度となり空気吹出口より
被空調空間に導入される。また、被空調空間から熱交換
ダクトに取り入れられた空気の一部は分岐配管を介して
熱交換チャンバに導入され、ボルテックスチューブ内の
空気と熱交換が行われ、熱交換後のボルテックスチュー
ブ内の空気は外部に排出される。
【0010】
【0011】
【実施例】図1において、10は制御盤の壁面を表し、
この壁面10によって区画される空間12に制御機器が
収容されている。壁面10は空気吸引口14と空気吹出
口16を有する。この発明の空調装置を構成する各要素
は制御盤の壁面10に取り付けられるコンパートメント
18内に配置される。このコンパートメント18は仕切
19によって熱交換ダクト20と機器室21とに分割さ
れ、熱交換ダクト20内に熱交換器22が設けられる。
空気吸引口14の外部にファン23が設けられ、その回
転によって空間12から温めらたれ空気を吸引すること
ができる。ファン23は熱交換ダクト20を介して熱交
換器22に接続される。熱交換器22は空気吹出口16
の直前に設けられ、ボルテックスチューブ24からの冷
気と熱交換を行うことで熱交換ダクト20を流れる空調
用空気の冷却を行い、吹出口22から冷却風として空間
12内に吹き出すものである。
【0012】機器室21にボルテックスチューブ24が
配置される。ボルテックスチューブ24はそれ自体は周
知のものであるがボルテックス室を内部に形成するヘッ
ド26と、ボルテックス室の半径方向に開口する圧縮空
気入口28と、ボルテックス室の中心部に軸方向に開口
する冷気取出口30と、ボルテックス室の中心より外周
側に開口し、かつヘッド26から冷気取出口30の反対
方向に延びるチューブ32と、冷気取出口30の反対側
においてチューブ32の端部に設けられるバルブ本体3
4と、バルブ本体34に設けられる暖気取出口36とか
ら構成される。圧縮空気入口28はコンプレッサ(図示
しない)からの配管38が接続され、ヘッド26内のボ
ルテックス室に圧縮空気入口28よりその接線方向に圧
縮空気が導入され、ボルテックス室内で空気の旋回流が
形成され、ボルテックス室の中心より冷気取出口30に
冷気が取り出され、反対側からのバルブ本体34内のバ
ルブ341(図3)を介して、暖気取出口36より暖気が取
り出される。暖気取出口36はユニオン37により外部
に接続される。ボルテックスチューブによる冷気及び暖
気の形成については本出願人と同一の出願人に係わる例
えば特願昭63−128229号の記載を参照された
い。また、コンプレッサからの空気中の水分、油分の除
去のためのフィルタが配管38内等の適当な箇所に設け
られる。
【0013】ボルテックスチューブの高温側に熱交換チ
ャンバ39が設けられ、この熱交換チャンバ39は分岐
配管40を介して熱交換器22の上流側の熱交換ダクト
に接続され、空気吸引口14から熱交換ダクト20に導
入された盤内部の空気の一部が熱交換チャンバ39に矢
印Bのように導入される。図3に示すように熱交換チャ
ンバ39はバルブ本体34に近接したチューブ32の周
囲に形成され、通路41を介して、暖気取出口36に連
通される。イジェクタプレート42はバルブ341 の下流
側に形成され、チューブ32からの暖気の流れを絞り流
速増加を行わせるスロート部43を形成し、ノズル44
は通路41をスロート部43と連通している。チューブ
32からの高速暖気の流れによって惹起されるイジェク
タ効果によって熱交換チャンバ39内の空気は吸い出さ
れ、暖気取出口36より外部に排出することができる。
熱交換チャンバ39においては、盤内部の空気とチュー
ブ32内の暖気(盤内部の空気より温度が高い)との間
で熱交換が行われ、ボルテックスチューブ24の高温側
(チューブ32のバルブ本体34の側の端部)の温度を
下げ、ボルテックスチューブの低温側から得られる冷却
用空気の温度の降下に役立てることができる。
【0014】冷気取出口30は熱交換配管45、消音器
46(マフラー)を介して熱交換器22の空気導入口22
-1に接続される。熱交換配管45は45A の部分で一旦熱
交換器22から取り出され、再び熱交換器22に接続さ
れ、空気取出口22-2において熱交換器22から外部に取
り出される。熱交換器22の空気取出口22-2はマフラー
47を介して盤内部に噴出される。
【0015】熱交換器22は複数のフィン22A よりな
り、フィン22A はボルテックスチューブ24からの冷気
取出口30からの熱交換配管45の外周にロー付けされ
ている。図1の熱交換ダクト20は図2には破線で略示
するのみであるが、熱交換ダクト20は空気吸引口14
からファン23、熱交換器22を経て冷気吹出口16を
接続するように設けられ、矢印a,b,cのような被空
調空気の流れが熱交換ダクト20内で形成される。これ
により、盤内空間12からの高温空気が熱交換器22に
おいて熱交換配管45を通過する低温空気と熱交換さ
れ、空気吹出口16から冷気が吹き出されることにな
る。熱交換器22の下方には凝縮水の回収用の受け皿4
8が配置され、回収された凝縮水は図示しないドレン配
管によって外部に排出される。
【0016】圧縮機からの配管38には開閉式の制御弁
50が設けられ、この制御弁50は空調すべき空間12
内の温度に応じて制御される。即ち、制御弁50の制御
のため電子制御装置51が設けられ、空間12内の温度
を検出する温度センサ52からの温度信号が制御装置5
1に入力される。制御装置51は温度センサ52が検出
する被空調空間12の温度に応じて制御弁51及びファ
ン23の作動制御を行うものである。
【0017】コンパートメント18の壁面に窓54が形
成され、フィルタ56が配置される。図示しない圧縮機
からの圧縮空気が圧縮空気導入口よりボルテックスチュ
ーブ24に導入されると、冷気取出口30からは冷気
(温度は例えば20〜−10°C)が取り出され、熱交換配
管45、消音器46を介して熱交換器22に導入され
る。熱交換器22は空気吸引口14からファン23、熱
交換器22を経て空気吹出口16を接続するように設け
られた熱交換ダクト20内に配置され、同熱交換ダクト
20を流れる高温空気が交換器22において配管45を
通過する低温空気と熱交換され、熱交換ダクト20内の
空気の温度は降下されかつ除湿が行われ、空気吹出口1
6から冷気として吹き出される。熱交換の結果発生した
凝縮水は回収皿48に回収される。
【0018】熱交換ダクト20に導入された盤内部の空
気はその一部が分岐配管40を介して熱交換チャンバ3
9に導入され、この空気はボルテックスチューブの高温
側と熱交換を行う。盤内からダクト20に吸引される空
気の温度は、例えば15〜40°Cで、ボルテックスチュー
ブの高温側の温度(例えば、20〜160 °C)より相当に
低く、この熱交換によってボルテックスチューブ24の
高温側の温度を下げることができ、ボルテックスチュー
ブの低温側出口からの空気の温度を一層降下させること
ができ、熱交換器22による冷却効率の向上を図ること
ができる。尚、バルブ341の開度を制御することにより
暖気の流量を制御することで、冷気と暖気との流量バラ
ンスを最適に調節することができる。
【0019】熱交換器22の空気取出口22-2からの熱交
換後の空気は熱交換器22がある程度の容量を持ってい
れば、盤内部の空気温度と殆ど等しい温度まで高められ
ようが、熱交換器22の容量に限界がある場合には空気
取出口22-2での空気の温度は盤内部の空気温度より相当
に低い。熱交換器22の空気取出口22-2からの空気を盤
内部に噴出することによりボルテックスチューブからの
冷気の完全活用を図ることができる。
【0020】フィルタ56を介して機器室21内の余剰
空気は外部に排出される。温度センサ52は被空調空間
12の温度を検出し、その温度が所定値より低いときは
制御装置51は制御弁50を閉鎖することによってボル
テックスチューブ24への圧縮空気の導入を停止する。
その結果、被空調空間12の温度が所定値より高くなる
と制御装置51は制御弁50を開放することによってボ
ルテックスチューブ24への圧縮空気の導入が再開され
る。
【0021】
【発明の効果】この発明のボルテックスチューブによれ
ば、被空調空間の壁面に空気吸引口と空気吹出口とを結
ぶ空調空気用熱交換ダクトに熱交換器を設け、該熱交換
器はボルテックスチューブに接続され、ボルテックスチ
ューブからの空気は熱交換器において熱交換ダクトを流
れる空気との熱交換により冷却・除湿を行い、かつ熱交
換の上流側における熱交換ダクトを分岐配管によりボル
テックスチューブの高温側に接続することによりボルテ
ックスチューブの高温側を盤内部からの一部の空気によ
り冷却することができ、これによってボルテックスチュ
ーブの低温側からの冷気の温度を下げ、熱交換器による
冷却効率の一層の向上を図ることができる。
【0022】更に、熱交換器の空気排出口からの熱交換
後の未だ温度の低い空気を盤内部に導くことによって熱
交換器が完全に熱交換しきれなかった冷気の活用を図
り、効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の実施例の構成全体の概略図で
ある。
【図2】図2は図1の要部の斜視図である。
【図3】図3は図1のボルテックスチューブのバルブ本
体側の概略断面図である。
【符号の説明】
10…壁面 12…被空調空間 14…空気吸引口 16…空気吹出口 20…熱交換ダクト 22…熱交換器 23…ファン 24…ボルテックスチューブ 28…圧縮空気入口 30…空気取出口 36…暖気取出口 46…消音器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F24F 5/00 F25B 9/02 F25B 9/04 B04C 5/13 A61F 7/00 310 A61F 7/00 331

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被空調空間を区画する壁面に形成される
    空気吸引口と空気吹出口とを結ぶ空調空気用熱交換ダク
    トに熱交換器を設け、該熱交換器はボルテックスチュー
    ブに接続され、ボルテックスチューブからの空気は熱交
    換器において熱交換ダクトを流れる空気と熱交換を行
    い、かつボルテックスチューブの高温側に熱交換チャン
    バを設け、前記熱交換器の上流側における前記熱交換ダ
    クトを熱交換チャンバに接続する分岐配管を設けること
    により、前記空気吸引口より熱交換ダクトに導入された
    空気の一部が分岐配管より熱交換チャンバに導入される
    ようにし、更に、ボルテックスチューブ内の空気と熱交
    換後の熱交換チャンバ内の空気は外部に排出されること
    を特徴とするボルテックスチューブ型の空調装置。
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