JP5760863B2 - 散水チューブ - Google Patents

Description

本発明は、水を散水して対象物の冷却を行う冷却装置に用いられる散水チューブに関する。

空気調和機（エアーコンディショナーともいう。以下「エアコン」と略称する。）に代表される熱交換器は、家庭や会社等において室内温度の調節に用いられている。一般的なエアコンは、室内機と室外機で構成され、室内機と室外機の間で熱媒体（冷媒）を循環させ、熱媒体を凝縮したり蒸発させたりすることによって発生する潜熱を利用する。例えばエアコンを冷房機として利用する場合、室外機に熱媒体を凝縮する凝縮器を備え、室内機に熱媒体を蒸発させる蒸発器を備え、室外機においては凝縮熱を放出し、室内機においては気化熱を吸収する。これにより室内の熱と外気の熱とを交換し、室内を冷却することができる。

冷房機としてのエアコンを効率的に利用するには、消費電力あたりの冷房能力（成績係数：ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）を向上させる必要がある。ＣＯＰを向上させるためには凝縮器の放熱効率を高めることにより、すなわち凝縮器をよりよく冷却し、ポンプ（圧縮機）の仕事を低減させる方法が最も有効である。冷却方式としては空冷式よりも水冷式の方が放熱効率が高いため、大型の業務用凝縮器では水冷式が採用されているが、家庭用や中型の凝縮器では装置構成を簡略化するために空冷式を採用する場合が多い。

空冷式では、熱媒体が循環する管にフィンを設け（フィンチューブ熱交換器）、このフィンの間にファンによって空気を流通させることにより熱媒体を冷却する方法が一般的である。また凝縮器をより効率的に冷却する技術として、ノズルによってフィンに水道水を噴霧し、フィンに付着した水道水の気化熱を利用して放熱効率を向上させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−０１８７７１号公報

しかしながら、従来のようなノズルによる散水（以下、スプレー方式と称する）では、散布水の粒径が２０μｍ未満であると、散布水が空気の流れに乗って飛散してしまい（飛散水）、冷却対象である凝縮器に到達しないことがある。このため、実際に必要とされる量よりも多くの水を散水装置（補助冷却装置とも称される）に供給して散布しなければならない。ここで、供給水の量を減らすために散布水の粒径を大きくすることも考えられるが、粒径が大きくなると後述する散水量のムラが一層激しくなってしまう。

またスプレー方式であると、散布された水のエゼクター効果によって砂が巻き込まれ、砂を巻き込んだ散布水が凝縮器のフィンに接触することがあった。凝縮器のフィンには、表面に耐久性に優れた腐食防止膜を塗布してあるが、散布水に砂が含まれると、それによって膜がエロージョンし（切削され）、剥離した部分からフィンの電解腐食を起こすという問題があった。

更に、スプレー方式では上述した散布水の飛散により、凝縮器（冷却対象物）において、ノズルの噴射口の正面では散水量が多く、かかる噴射口から広がる方向に離れるにしたがって散水量が少なくなっていく。すなわちスプレー方式では、ノズルの噴射口からの距離によって散水量が異なるため、不均一な散水となり、散水量にムラが生じる（正規分布ができる）。一般に散水装置では、外気温度が所定範囲内に達したときに電磁弁を開いて間欠的に散水し、散布された水が蒸発するまで散水を停止する。このため、上述したように凝縮器において散水量にムラが生じると、散水が不十分な領域では、散布された水道水などに含まれるシリカ等を主成分とするスケールが、十分に散水された領域よりも早期に凝縮器のフィン表面に析出する。

フィン表面に析出したスケールは除去が困難であるため、次第に堆積していくと通風抵抗が増大する。すると、凝縮器の放熱性能の低下、ひいては空気調和機の冷房効率の低下を招く。また同時にスケールが付着した個所ではスケールのアルカリ成分によってアルミフィンにアルカリ腐食を生じる問題がある。そこで特許文献１では、ノズルに供給する水にスケール洗浄剤を添加している。しかしながら、この構成であると、上述した散布水の飛散により薬剤の拡散が生じてしまう。

上記説明したスプレー方式（ノズル）に纏わる課題を解決するために、発明者は他の散水手段を用いることを検討した。他の散水手段としてはチューブ状の散水手段を用いることが考えられた。チューブ状の散水手段では、チューブの長さ方向（長手方向）に複数の散水孔が形成されていて、その散水孔から水が流れ出る。このため、散布水の飛散が生じづらく、それに起因する散水量のムラを解消することができ、フィン表面におけるスケールの発生を抑制することが可能である。また砂の巻き込みも生じづらいため、エロージョンひいてはフィンの電解腐食も抑制される。

しかしながら、上述したように凝縮器への水の散布は常時行われているわけではなく、外気温度に応じて間欠的に行われる。したがって、散水が停止されている間はチューブ（散水手段）には水が供給されないため、チューブ内部に残っていた水が蒸発してしまい、スケールが析出して詰まりを生じてしまうという課題があった。

本発明は、このような問題に鑑み、スケールによる散水孔の詰まりが生じづらく、均一な散水を良好に行うことが可能な散水チューブを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる散水チューブの代表的な構成は、水を散水して対象物の冷却を行う冷却装置に用いられる散水チューブであって、短手方向の切断面の形状が略Ｃ字状の芯材と、芯材のＣ字の開口部を少なくとも被覆するフィルムと、フィルムにおいて芯材のＣ字の開口部に対応する領域に、芯材の長手方向に配列される複数の散水孔と、を備え、フィルムは、熱収縮材料からなり、芯材を挿通可能なチューブ状であり、芯材を挿通後にフィルムに熱を与えることにより、フィルムが収縮し芯材に密接することを特徴とする。

上記構成によれば、散水孔がフィルムに設けられていることにより、スケールによる散水孔の詰まりが生じづらく、長期に亘って均一な散水を良好に行うことが可能である。また、散水孔が長手方向に配列されていることにより、広い範囲に散水することができるため凝縮器において散水量のムラによるスケールの発生を防止することができ、また低い流速で散水（吐出）することができるためエロージョンを防止することができる。

上記のフィルムは、芯材を挿通可能なチューブ状である。これにより、フィルムを芯材に容易に装着することができる。また、上記のチューブ状のフィルムは熱収縮材料からなる。これにより、芯材を挿通後にフィルムに熱を与えることにより、かかるフィルムが収縮し芯材に密接する。したがって、フィルムを良好に固定することが可能になる。

当該散水チューブは、その一端に水道の水圧を減圧する減圧弁を更に備え、減圧弁は、円筒状の本体部と、本体部内に間隔をあけて立設され本体部内を仕切って消音室を形成する２枚の隔壁と、２枚の隔壁に各々形成される通水孔とを有するとよい。かかる構成により散水チューブを水道に直結することができ、装置構成を簡潔にすることができる。また消音室により、減圧に際して発生する流水音を低減させることができる。

当該散水チューブは、その他端に取り付けられるブロー弁を更に備えるとよい。これにより、散水チューブ内に析出したスケールを排出することができるため、より簡単にメンテナンスすることができる。

当該散水チューブは、空気調和機において熱媒体を放熱させる凝縮器への散水に用いられるとよい。上記説明した散水チューブであれば、屋外に設置される空気調和機の凝縮器に用いても、散水チューブにおいてはスケールで散水孔が詰まることなく、凝縮器においてはスケールがフィンに堆積しにくいため、好適に適用することができる。これにより空気調和機のＣＯＰ向上に貢献することができる。なお蒸発式加湿器において熱源に散水する散水チューブとしても好適である。

本発明によれば、スケールによる散水孔の詰まりが生じづらく、均一な散水を良好に行うことが可能な散水チューブを提供することが可能となる。

本実施形態のエアコンを例示する概略図である。 本実施形態の凝縮器である室外機の詳細を例示する概略図である。 本実施形態の散水チューブの詳細を例示する概略図である。 散水時の室外熱交換器を例示する図である。 散水孔とフィンの間隔について説明する図である。 シート状のフィルムを用いた例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また理解を容易にするために、本実施形態では、散水を行う対象物として空気調和機（エアーコンディショナー。以下、エアコン１００と称する）を例示し、かかるエアコン１００の冷房運転時の動作について説明する。

（エアコン１００)
図１は、本実施形態のエアコン１００を例示する概略図である。本実施形態のエアコン１００は、室内機１１０、室外機１５０、およびそれらに接続される冷媒配管１０２を含んで構成される。冷媒配管１０２は、内部に熱媒体（冷媒）が封入されていて、図１中に矢印で示すように室内機１１０と室外機１５０の間に熱媒体を循環させる。

室内機１１０は、本実施形態（冷房時）では蒸発器として機能する（暖房時は凝縮器）。室内機１１０は、後述する室外機１５０と同様にコイル１２２およびフィン１２４から構成される室内熱交換器１２０と、ファン１２６とを備える。コイル１２２は、冷媒配管１０２に接続され、それを通過する熱媒体を室内熱交換器１２０に循環させる。

室内機１１０では、室内熱交換器１２０のコイル１２２を通過する液体の熱媒体に室内空気の熱を吸熱させることにより、かかる熱媒体を蒸発させて気化させる。室内熱交換器１２０における熱媒体との熱交換によって冷却された空気は、ファン１２６によって室内空間に送出される。一方、吸熱した熱媒体は冷媒配管１０２を通じて室外機１５０に送出される。

室外機１５０は、本実施形態（冷房時）では凝縮器として機能する（暖房時は蒸発器）。室外機１５０は、コイル１６２およびフィン１６４から構成される室外熱交換器１６０と、ファン１６６と、圧縮機１９２と、膨張弁１９４とを備える。コイル１６２は、冷媒配管１０２に接続され、それを通過する熱媒体を室外熱交換器１６０に循環させる。

室外機１５０では、室内熱交換器１２０において室内空気の熱を吸熱し、圧縮機１９２において圧縮されることにより高温高圧の気体となった熱媒体が、室外熱交換器１６０のコイル１６２を通過する。そして、室外熱交換器１６０においてフィン１６４によって熱媒体の熱を外気に放熱させることにより、かかる熱媒体は冷却されて凝縮され液体となる。冷却された熱媒体は、膨張弁１９４において膨張冷却された後に再度室内機１１０の室内熱交換器１２０での熱交換に用いられる。一方、放熱された外気は、ファン１６６によって室外機１５０外へ排出される。

図２は、本実施形態の凝縮器である室外機１５０の詳細を例示する概略図である。図２に示すように、本実施形態の室外熱交換器１６０では、コイル１６２とフィン１６４が一体に接続（溶接）されたフィンコイルを例示している。詳細には、フィン１６４は、平行して立設される複数枚の板状部材であり、コイル１２２内を循環する熱媒体に対する放熱板としての機能を有する。コイル１６２は、フィン１６４を反復して貫通した状態でかかるフィン１６４に接合（溶接）されており、冷媒の熱をフィン１６４へと伝える。ファン１６６は、気流を生じさせることによってフィン１６４の間に空気を流通させ、熱媒体の放熱を促進する。

本実施形態では、上述した室外機１５０（凝縮器）における熱媒体の放熱効率を高めるために、その室外熱交換器１６０への散水を行う散水手段として、図１および図２に示す散水チューブ２００を設けている。散水チューブ２００は、フィン１６４に水を散水し、フィン１６４に付着した水の気化熱を利用してその放熱効率を向上させる。

図３は、本実施形態の散水チューブ２００の詳細を例示する概略図である。図３（ａ）は図２に示す散水チューブ２００の斜視図であり、図３（ｂ）は散水チューブ２００の横断面図（図３（ａ）のＡ−Ａ断面図）であり、図３（ｃ）は減圧弁２３０の断面図である。

図３（ａ）に示すように、散水チューブ２００は、一端に水道管（不図示）と接続するためのジョイント２０２を備え、他端にブロー弁２４０を備えている。ジョイント２０２には、減圧弁２３０が備えられている。

散水チューブ２００は、図３（ｂ）に示すように、芯材２１０およびフィルム２２０を有する。芯材２１０は、短手方向（径方向）の切断面の形状が略Ｃ字状であり、開口部２１２を有する。かかる開口部２１２はフィルム２２０によって被覆されている。そして、開口部２１２のフィルム２２０、すなわちフィルム２２０において芯材２１０のＣ字の開口部２１２に対応する領域に、散水孔２２２が設けられている。

本実施形態のフィルム２２０は、芯材２１０を挿通可能なチューブ状である。これにより、フィルム２２０を芯材２１０に容易に装着することができる。なお、フィルム２２０の形状は一例にすぎず、これに限定するものではない。フィルム２２０は、少なくとも開口部２１２を被覆すればよく、かかる開口部２１２を被覆可能な面積を有する単なるシート状とすることも可能である（図６参照）。

またフィルム２２０は、熱収縮材料（熱収縮チューブ）からなるとよい。かかる構成により、芯材２１０を挿通後に、温風（熱風）等によって熱を与えることにより、フィルム２２０が収縮して芯材２１０に密接し、固着される。したがって、フィルム２２０を良好に固定することが可能になる。

散水孔２２２は、図３（ａ）に示すように、散水チューブ２００の長手方向に配列されている。これにより、散水チューブ２００に水が供給されると、図２に示すように芯材２１０の内部を通過する水が散水孔２２２から下方に向かって流れ出て、散水チューブ２００の下方に配置される室外熱交換器１６０のフィン１６４に散水される。

散水チューブ２００からの散水量は、室外熱交換器１６０のフィン１６４における水の蒸発量の２倍以上であることが好ましい。これにより、フィン１６４の上で水が乾いてしまうことを防止し、さらにスケールの発生を抑制することができる。フィン１６４の下方には水受皿１７２が配置されていて、フィン１６４を伝って落下した水を受け止める。かかる水受皿１７２には排水管１７４が接続されており、受け止められた水は溜まることなく排水される。

本実施形態のように薄いフィルム２２０に散水孔２２２を形成することにより、従来の散水管としての芯材に散水孔を形成していた場合に比して、散水孔２２２の深さを極めて浅くすることができる。このため、水（特に水道水）に含まれている無機成分に由来するスケールが析出しても、それによる散水孔２２２の詰まりが生じづらい。したがって、メンテナンス性が向上し、長期に亘って均一な散水を良好に行うことが可能である。

また散水孔２２２が、芯材２１０やフィルム２２０の長手方向に複数配列されていることにより、広い範囲に均一に散水することができる。このため、室外機１５０（凝縮器）の室外熱交換器１６０のフィン１６４において散水量のムラが生じにくく、それに起因するスケールの発生を好適に抑制することが可能である。

更に、散水孔２２２から糸状に低い流速で散水（吐出）することができるため、水が飛散することがない。このため、飛散した散布水による砂の巻き込みを防ぎ、エロージョンを防止することができる。また、水滴がファン１６６に飛散してモーターを傷めるおそれがない。

図４は、散水時の室外熱交換器１６０を例示する図である。従来のスプレー式であると散布された水は、粒径２００μｍ程度の球状でフィン上へ付着していたため蒸発しづらく、フィン１６４の放熱効率の向上が頭打ちになっていた。これに対し、本実施形態では上述したように散水孔２２２から散布水１９０が糸状に流れ出るため、散布水１９０の表面張力が低下する。これにより、散布水１９０がフィン１６４を伝って流れ落ち、図４に示すようにコイル１６２とフィン１６４との間においてメニスカス部１９０ａを生じさせ薄い液膜を張ることができる。したがって、散布水１９０のフィン１６４への付着率、ひいてはフィン１６４の放熱効率を高めることが可能となる。

図５は、散水孔２２２とフィン１６４の間隔について説明する図であって、図５（ａ）は散水孔２２２とフィン１６４の部分拡大図、図５（ｂ）は散水孔２２２の他の構成例である。図５（ａ）に示すように、フィルム２２０において隣接する散水孔２２２同士の間隔ｄ１は、室外熱交換器１６０において複数立設され隣接しているフィン１６４同士の間隔ｄ２（図２参照）よりも狭いか、または同等程度であるとよい。これにより、複数のフィン１６４各々に確実に散水可能となるため、散水量の一層の均一化が図られ、散水量のムラによるスケールの発生を更に抑制することが可能となる。具体的には、隣接するフィン１６４同士の間隔ｄ２は一般に１．５ｍｍ〜３ｍｍ程度であるため、隣接する散水孔２２２同士の間隔ｄ１は、それ以下であるとよい。

また散水孔２２２は一列に形成する場合に限らず、図５（ｂ）に示すように、複数列で交互に開口するように形成してもよい。図５（ｂ）は、２列で千鳥状に散水孔２２２を形成した例である。この場合において散水孔２２２同士の間隔ｄ１は、長手方向に隣接する散水孔２２２同士の間隔になる。このように複数列で散水孔２２２を形成することにより、フィルム２２０の破れを防止して耐久性を向上させつつ、間隔ｄ１を狭くすることができる。

散水孔２２２の形成方法としては、例えば針（ニードル）等の尖鋭な工具を用いてフィルム２２０に穿孔する方法を例示することができる。ただし、これに限定するものではなく、他の手法を用いて散水孔２２２を形成してもよい。また散水孔２２２の径については、０．５ｍｍ程度とすることができるが、これにおいても限定されず、室外機１５０（厳密には室外熱交換器１６０）において求められる放熱効率（散水量）に応じて適宜設定することが可能である。

また本実施形態では、図３（ａ）に示すように、散水チューブ２００の両端のうち、水道に接続される側の一端に減圧弁２３０を設けている。これにより水道の水圧を減圧可能となるため、当該散水チューブ２００を水道に直結することができ、装置構成を簡潔にすることができる。

特に本実施形態では、図３（ｃ）に示すように減圧弁２３０に消音室２３０ａを形成している。詳細には、本実施形態の減圧弁２３０は、円筒状の本体部２３２の内部に、間隔をあけて２枚の隔壁２３４ａおよび２３４ｂが立設されている。これにより、本体部２３２内が仕切られ、２枚の隔壁２３４ａおよび２３４ｂの間に消音室２３０ａが形成される。また２枚の隔壁２３４ａおよび２３４ｂには、それぞれ通水孔２３６ａおよび２３６ｂが形成されている。

上述した構成によれば、水道からの水（水道水）は減圧弁２３０内に直進し、隔壁２３４ａの通水孔２３６ａから消音室２３０ａ内に進入する。そして、この消音室２３０ａによって、減圧に際して発生する流水音が低減され、隔壁２３４ｂの通水孔２３６ｂを通過した後に芯材２１０に供給される。これにより、室外熱交換器１６０ひいては室外機１５０の騒音を極めて低減することが可能となる。

更に、図２および図３（ａ）に示すように、本実施形態の散水チューブ２００の他端、すなわち減圧弁２３０が取り付けられていない側の端部には、ブロー弁２４０が設けられている。これにより、仮に散水チューブ２００内にスケールが析出したとしても、ブロー弁２４０を開状態として散水チューブ２００内の水を勢いよく外部に放水することにより、水とともにスケールが流し出される。したがって、散水チューブ２００内において生じたスケールを容易に除去可能であるため、散水孔２２２の目詰まりの発生を抑制し、メンテナンス性の更なる向上を図ることができる。

上記説明したように、本実施形態の散水チューブ２００によれば、散水孔２２２がフィルム２２０に形成されているため、かかる散水孔２２２の目詰まりが生じにくく、均一な散水を良好に行うことが可能である。このため、当該散水チューブ２００は、エアコン１００（空気調和機）において熱媒体を放熱させる室外機１５０（凝縮器）への散水に好適に用いることができ、フィン１６４におけるスケール堆積の抑制を図り、エアコン１００のＣＯＰ向上への貢献を達成することが可能である。

なお、本実施形態では、散水チューブ２００を、エアコン１００の室外機１５０での散水に用いたが、上記説明した構成は一例にすぎず、これに限定するものではない。本実施形態散水チューブ２００は、蒸発式加湿器において熱源に散水する散水チューブとしても好適に利用可能であり、更には他の用途に用いることも当然にして可能である。

また上記実施形態において散水チューブ２００のフィルム２２０は熱収縮チューブを利用できると説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、散水孔２２２がフィルム２２０上に形成されていればよい。

図６は、シート状のフィルムを用いた例を示す図である。図６においては、Ｃ字状の芯材２５０の開口部２５２にシート状のフィルム２５４が接合されていて、フィルム２５４に散水孔２５６が形成されている。フィルム２５４は芯材２５０の端面２５０ａに、熱溶着（ヒートシール）や超音波溶着によって好適に接合することができる。散水孔２５６は、フィルム２５４を芯材２５０に接合する前に穿孔する方が作業が容易であるため好ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、水を散水して対象物の冷却を行う冷却装置に用いられる散水チューブとして利用することができる。

１００…エアコン、１０２…冷媒配管、１１０…室内機、１２０…室内熱交換器、１２２…コイル、１２４…フィン、１２６…ファン、１５０…室外機、１６０…室外熱交換器、１６２…コイル、１６４…フィン、１６６…ファン、１９２…圧縮機、１９４…膨張弁、２００…散水チューブ、２０２…ジョイント、２１０…芯材、２１２…開口部、２２０…フィルム、２２２…散水孔、２３０…減圧弁、２３０ａ…消音室、２３２…本体部、２３４ａ…隔壁、２３４ｂ…隔壁、２３６ａ…通水孔、２３６ｂ…通水孔、２４０…ブロー弁、２５０…芯材、２５０ａ…端面、２５２…開口部、２５４…フィルム、２５６…散水孔

Claims (4)

1. 水を散水して対象物の冷却を行う冷却装置に用いられる散水チューブであって、
   短手方向の切断面の形状が略Ｃ字状の芯材と、
   前記芯材のＣ字の開口部を少なくとも被覆するフィルムと、
   前記フィルムにおいて前記芯材のＣ字の開口部に対応する領域に、該芯材の長手方向に配列される複数の散水孔と、
   を備え、
   前記フィルムは、熱収縮材料からなり、前記芯材を挿通可能なチューブ状であり、
   前記芯材を挿通後に前記フィルムに熱を与えることにより、該フィルムが収縮し芯材に密接することを特徴とする散水チューブ。
2. 当該散水チューブは、その一端に水道の水圧を減圧する減圧弁を更に備え、
   前記減圧弁は、円筒状の本体部と、該本体部内に間隔をあけて立設され該本体部内を仕切って消音室を形成する２枚の隔壁と、該２枚の隔壁に各々形成される通水孔とを有することを特徴とする請求項１に記載の散水チューブ。
3. 当該散水チューブは、その他端に取り付けられるブロー弁を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の散水チューブ。
4. 当該散水チューブは、空気調和機において熱媒体を放熱させる凝縮器への散水に用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の散水チューブ。

Images