JP6425109B2 - 空調室外機冷却ユニット、空調室外機冷却システム、空調室外機冷却方法、及び空調機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機の冷却効率を上げて消費電力量を低減する空調室外機冷却ユニット、空調室外機冷却システム、空調室外機冷却方法、及び空調機に関するものである。

従来、室内空間を冷房する空調機が種々開発されている。通常、空調機は室内に設置された室内機と室内で吸収した熱を室外に放出する室外機とで構成されており、室内機と室外機とは冷媒配管で接続されている。

夏場の昼間においては、このような空調機がフル運転されることが多いため、電力消費量がピークに達することがある。例えば、東京電力管内では、夏季に気温１℃の温度上昇が、冷房需要によってピーク時の電力需要が約１７０万ｋＷの増大をもたらすといわれている。この１７０万ｋＷという数字は、原子力発電所の一基分が発電し得る電力量以上に相当する巨大なものである。

ピーク時には該ピーク時に必要とされている電力を供給しなければならないことから、通常時よりも余分に発電する必要がある。そのため、余分に発電する発電機を予め用意しておかなければならず、経済的には非効率である。このようなことから、冷房のためのピーク電力量を低減させることが強く望まれている。

上記の問題を解決するために、各種空調機が提案されている。例えば特許文献１には、消費電力が所定値を超えたときに、熱交換器に水を噴霧して該熱交換器を冷却することが記載されている。同様に、特許文献２〜８の発明においても、熱交換器に水を噴霧又は散布することにより該熱交換器を冷却することが行われている。

特開２０００−６５４０９号公報 特開２００１−３１７８２１号公報 特開２００４−３１７０６４号公報 特開平５−２２３３６４号公報 特開平１０−２１３３６１号公報 特開平１１−１４２０２２号公報 特許第３７３９５３０号公報 特開２０１２−１７７５３９号公報

しかしながら、上記特許文献１〜８の発明は、熱交換器に水を噴霧又は散布するものであるので、水を噴霧又は散布するための動力（電力）が別途必要になってくる。これでは、電力量低減の目的を達成するどころか、電力量が増大する可能性がある。それだけでなく、噴霧等によって熱交換器のフィンにスケールが付着したり、該熱交換器に腐食が発生する問題も生じ得る。

本発明は、以上のような従来の課題を考慮してなされたものであり、無動力で、冷房に必要な電力量を従来よりも低減することができる空調室外機冷却ユニット、空調室外機冷却システム、空調室外機冷却方法、及び空調機を提供することを目的とする。

本発明に係る空調室外機冷却ユニットは、室外機を有する空調機に用いられ、前記室外機が有する熱交換器を冷却する空調室外機冷却ユニットであって、保水成形体と、前記保水成形体を保持すると共に前記室外機の空気吸入側に該保水成形体を取り付ける保持具と、を備えたことを要旨とする。

前記保持具が、前記保水成形体を収納する網目状の収納部と、前記収納部に取り付けられ前記保水成形体を前記室外機に取り付ける取り付け具とを有することが好ましい。

前記収納部に、該収納部の開閉を行う開閉具を設けることができる。

前記保持具が、前記保水成形体を支持する枠状の支持体と、前記支持体に取り付けられ前記保水成形体を前記室外機に取り付ける取り付け具とを有していることが好ましい。

前記保水成形体が、セメントを硬化させたセメントゲルによって作られたブロックからなり、４０重量％以上の含水率を有することが好ましい。

本発明に係る空調室外機冷却システムは、上記の空調室外機冷却ユニットを用いた空調室外機冷却システムであって、前記空調機が有する室内機に接続されたドレンから排出されるドレン水が前記保水成形体に供給されることを要旨とする。

本発明に係る空調室外機冷却方法は、空調機の室外機の空気吸入側に保水成形体を配置することを要旨とする。

本発明に係る空調機は、熱交換器を有する室外機と、前記熱交換器を冷却する空調室外機冷却ユニットとを有し、前記空調室外機冷却ユニットは、保水成形体と、前記保水成形体を保持すると共に前記室外機の空気吸入側に該保水成形体を取り付ける保持具とを備えたことを要旨とする。

本発明によれば、空調室外機冷却ユニットを室外機（室外機の熱交換器）の空気吸入側に静的に設置するだけで熱交換器のフィンの温度を低下させることができる。したがって、熱交換器の冷却のための動力が必要なく、従来よりも冷房時の消費電力量を大幅に低減することができる。その結果、真夏時などのピーク電力量を大幅に低減でき、省エネルギー社会に大いに貢献できる。

また、水の噴霧等の必要がないので、熱交換器のフィンにスケールが付着することがなく、該フィンを腐食させる可能性を少なくすることができる。

保水成形体を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の空調室外機冷却ユニットの一例を示す図であり、（ｂ）は空調室外機冷却ユニットの他の例を示す図である。 室外機の空気吸入側に空調室外機冷却ユニットを設置した様子を示す図である。 保水成形体に水分を補う空調室外機冷却システムを示す図である。 水平管による水分補給の様子を示す斜視図である。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は保水成形体を示す斜視図である。図１において保水成形体１は、セメント、無機短繊維、有機短繊維、珪酸カルシウム、建設残土から製造された水吸収性材料、及び水を混練し、その混練材料を型枠に充填して圧力を掛けて脱水・成型させる脱水プレス法によって製造することができる。成型後に養生させた成形体を例えば１時間水中に浸漬させ十分に吸水させたものを、本発明の空調室外機冷却ユニットに用いる保水成形体１とする。なお、上記の水吸収性材料として、建設残土から製造された材料以外の、例えば鹿沼土や軽石なども用いることができる。

図２（ａ）は空調室外機冷却ユニットの一例を示す図であり、図２（ｂ）は空調室外機冷却ユニットの他の例を示す図である。本発明の空調室外機冷却ユニットは、空調機の室外機に用いられ、該室外機が有する熱交換器を冷却するものである。

図２（ａ）において、空調室外機冷却ユニット２は、保水成形体１と該保水成形体１を保持すると共に室外機の空気吸入側に該保水成形体１を取り付けるための保持具３とを備えている。

保持具３は、目開きの大きい網目状の織編物からなると共に保水成形体１を収納する収納部４と、該収納部４に取り付けられ保水成形体１を室外機の空気吸入側に取り付ける取り付け具５，５とで構成される。このように収納部４を網目状にすることにより通気性が向上し冷却効果が上がる。なお取り付け具５としては、Ｓ字フックを採用することができる。

収納部４には、該収納部４の開閉を行う開閉具６を設けることができる。開閉具６としては、例えばジッパー（登録商標）を採用することができる。開閉具６で収納部４を閉口しておけば、強風等で保水成形体１が収納部４から飛び出ることを防止できる。

また、図２（ｂ）に示すような空調室外機冷却ユニット２ａを採用してもよい。この空調室外機冷却ユニット２ａは、保水成形体１の左右端部及び下端部を支持する枠状の金属フレーム（支持体）７と、該金属フレーム７の上部に取り付けられ保水成形体１を室外機の空気吸入側に配するための取り付け具８，８とを有する。このように、金属フレーム７の、少なくとも室外機の空気吸入側Ａ１及び該空気吸入側Ａ１と逆側Ａ２が開口されていることによって通気性が向上し冷却効果が上昇する。また、保水成形体１の左右端部及び下端部を金属フレーム７で強固に保持できるようになっているので、強風等で保水成形体１が金属フレーム７から外れることを防止できる。

図３は室外機の空気吸入側に空調室外機冷却ユニットを設置した様子を示す図である。図３において、室外機２０の空気吸入側Ａ１に、２つの空調室外機冷却ユニット２ａ，２ａを縦方向に並べて設置することができる。

室外機２０の熱交換器は大気によって冷却されるので、該熱交換器に供給する風量を低下させないようにするために、室外機２０の熱交換器と空調室外機冷却ユニット２ａとの間に５ｃｍ程度の間隔を設けることが望ましい。なお、空調室外機冷却ユニット２ａの設置数については、空調機２０の大きさに合わせて、例えば縦２列横２列等の種々の調整を行うことができる。

以上のように本発明によれば、空調室外機冷却ユニットを室外機（熱交換器）の空気吸入側に静的に設置するだけで熱交換器のフィンの温度を低下させることができる。したがって、従来よりも冷房時の消費電力量を大幅に低減することができる。その結果、真夏時などのピーク電力量を大幅に低減でき、省エネルギー社会に大いに貢献できる。また、水を噴霧したり散布するための動力が不要である。さらに水の噴霧等の必要がないので、熱交換器のフィンにスケールが付着することがなく、該フィンを腐食させる可能性を少なくすることができる。

なお、保水成形体内の水分量が低下すると冷却効果が低下するため、水分量を補う必要がある。本発明では、保水成形体１に水分を補う方法として、図４の空調室外機冷却システムＳにおいて、室内機３０により室内の空気を冷却することによって生じるドレン水を、ドレン配管３１によって空調室外機冷却ユニット２の保水成形体１の上部に供給することができる。これにより、保水成形体１に水分を補給する人手が必要なくなる。上記ドレン配管３１の先端には、紙面を貫く方向に水平管３１ａが接続されている。つまり図５に示すように、ドレン配管３１の先端部分と水平管３１ａとで逆Ｔ字型となっている。この水平管３１ａには、複数の供給孔３１ｂが一定間隔で設けられており、各供給孔３１ｂによって保水成形体１の上面における一端から他端に亘って水分をほぼ均等に補給できるようになっている。なお、図４中の２１は熱交換器であり、２２はファンである。

図４のようにドレン水を保水成形体１の上部に供給するのは、該上部に供給したドレン水が保水成形体１の下部に向かって浸透することにより、該保水成形体１のほぼ全面に亘って略均等に水分を補給することができるからである。

なお冬場に暖房する場合には、空調室外機冷却ユニット２により熱交換器を冷却することが暖房効果を弱めることになるため、取り付け具５，８を介して空調室外機冷却ユニット２を室外機２０から取り外しておくことが望ましい。空調室外機冷却ユニット２を取り外さない場合には、該ユニット全体又は保水成形体を覆う非通気性材料からなるカバーやフック付きシートを設けることが望ましい。上記ユニット全体又は保水成形体にカバーを掛けておいたり、フック付きシートを、空調室外機冷却ユニット２，２ａの、上記空気吸入側Ａ１に係る面と逆側Ａ２に係る面とに掛けることで、熱交換器を冷やさないようにすることができる。なお、上記フック付きシートのフックを室外機２０に掛けることができる。

上記の保水成形体について説明する。保水成形体は、セメントを硬化させたセメントゲルによってブロック状に形成することができ、４０重量％以上の含水率を有することが好ましく、６０重量％以上の含水率を有することがより好ましい。保水成形体の含水率が４０％未満であると、積極的な潅水が必要になるためである。なお、保水成形体は、ブロック状に限られるものではなく、厚みの薄い片などの他の形状にすることもできる。また、割れ難さを担保する等の取り扱い性の観点から、保水成形体の曲げ強度は０．７Ｎ／ｍｍ^２以上であることが望ましい。保水成形体のサイズは、例えば縦３０ｃｍ、横３０ｃｍ、厚み２ｃｍとすることができる。

上記保水成形体の中には、貯水部分、毛細管部分、及び通水孔部分が形成されている。この毛細管部分及び通水孔部分は、貯水部分から保水成形体（ブロック体）の表面に延びて表面に開口している。このような表面に水分を供給すると、水分は毛細管部分及び通水孔部分への付着力と重力とにより表面から毛細管部分及び通水孔部分へ浸入し、毛細管部分及び通水孔部分を通って貯水部分に達し、貯水部分で保持される。この吸水の際、水分は、毛細管部分に吸収されるだけでなく、毛細管部分より太い通水孔部分にも吸収されるため、保水成形体は優れた吸水性を発揮する。さらに上記水分が貯水部分に保持されるため、保水成形体は優れた保水性を発揮する。

また、日射等の放射が表面に当たると、保水成形体の表面上の水分が蒸発し、次にその下で毛細管部分に保持された表面近傍の水分が蒸発し、それに伴い貯水部分の水分が毛細管現象及び拡散により毛細管部分に引き込まれる。そして、水分は表面に向かって毛細管部分の中を伝播し、表面へ補充されて蒸発する。この結果、放射エネルギーの多くは水分を蒸発させる気化の潜熱に変わることにより、保水成形体自体の温度が低下し表面の温度が上がらないため、保水成形体は表面温度上昇抑制効果を発揮する。また、貯水部分には多くの水分が保持されて、この水分が表面に順次補充されるため、保水成形体は上記の表面温度上昇抑制効果を持続することができる。

保水成形体の表面は親水性表面であることが好ましい。それにより、保水成形体の内部に保持された水分が、毛細管部分や通水孔部分を通りそれらの開口から表面に供給された際、その水分は表面に広く、薄くかつ速やかに拡がる。この結果、表面における水分の蒸発面積は広く、かつその蒸発速度は大きくなり、保水成形体は優れた蒸発性及び表面温度上昇抑制効果を奏することができる。

保水成形体の表面を親水性表面にするには、上述のセメントゲルとして、無機質セメントを硬化させた無機質セメントゲルを採用することが好ましい。

本発明はもとより上記実施形態によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前記、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

室外機の空気吸入側に本発明の空調室外機冷却ユニットを配置した状態で消費電力量を測定し（実施例）、また上記冷却ユニットを配置しない状態で消費電力量を測定した（比較例）。なお、実験条件は以下の通りである。

場所：東京都本郷の７階建てビルの５階のオフィス（床面積５７．５ｍ^２）
日時：２０１２年１０月４日の１０時〜１７時
天候：晴れ、気温２６〜２８℃、降水無し、湿度５２％、北東の風、風速２〜３ｍ／ｓ
空調機：日立アプライアンス（株）製、型番RAS-AP140HVM1、２００ＫＶ、３相、冷房能力１２．５ｋＷ
屋上設置室外機：縦１３８ｃｍ、横９５ｃｍ、幅３７ｃｍ、熱交換器の向き；南西
室内設定温度：２６℃
保水成形体：３０×３０×３ｃｍの平板、含水率６０％、曲げ強度１．０Ｎ／ｍｍ^２

１．比較例
１０時から１３時半（最高気温２６℃）の３時間半の間に、冷却ユニットを設置しない状態で空調機を運転した。その時の熱交換器の空気吸入側のフィンの温度は３７．６℃であった。また、その間に消費した電力量は２．９ｋＷｈであった。

２．実施例
１３時半から１７時（最高気温２８℃）の３時間半の間に、室外機の熱交換器部分（約８０００ｃｍ^２）の空気吸入側のフィンから５ｃｍ離れた位置に、本発明に係る２つの冷却ユニット（合計面積１８００ｃｍ^２（熱交換面積の２２％））を上述の図３のように縦方向に３ｃｍの間隔で並べて設置した状態で空調機を運転した。その時の熱交換器の空気吸入側のフィンの温度は３５．５℃であり、比較例よりも２．１℃低い結果を得ることができた。また、その間に消費した電力量は２．５ｋＷｈであり、本発明の冷却ユニットを使用することによって、約１３％の消費電力量の低減を実現することができた。なお、保水成形体の、太陽光が照射される側の面温度は気温よりも低い２４．８℃であった。このことは、保水成形体自体が自己の発する水分の蒸発潜熱によって冷却されていることを示している。

３．考察
本発明の冷却ユニットを用いることにより、熱交換器のフィンの温度を低下できることが確認された。熱交換器のフィンの温度が下がるメカニズムであるが、以下のように考えられる。保水成形体内の水分が該保水成形体の表面で徐々に蒸発し、その蒸発した温度の低い大気が熱交換器に触れてフィンの温度を下げたものと推測される。また、水の蒸発潜熱により保水成形体自体が冷却されて気温以下の温度になり、且つ熱交換器のフィンの温度より１０．７℃（３５．５℃−２４．８℃）低いことから、フィンから熱を奪う輻射冷却の効果によってフィンの温度が低下したと考えられる。

上記の結果から、通気性を確保しつつ、熱交換器部分の全面又は室外機の全体を冷却ユニットで覆うようにすれば、消費電力量の更なる低減が実現できると期待される。

１ 保水成形体
２ 空調室外機冷却ユニット
３ 保持具
４ 収納部
５ 取り付け具
６ 開閉具
７ 金属フレーム（支持体）
８ 取り付け具
２０ 室外機
２１ 熱交換器
Ａ１ 室外機の空気吸入側
Ｓ 空調室外機冷却システム

Claims (8)

1. 室外機を有する空調機に用いられ、前記室外機が有する熱交換器を冷却する空調室外機冷却ユニットであって、
   保水成形体と、
   前記保水成形体を保持すると共に前記室外機の空気吸入側に該保水成形体を取り付ける保持具と、を備え、
   前記空調機が有する室内機に接続されたドレンから排出されるドレン水が前記保水成形体に供給され、
   前記保水成形体は、少なくともセメント及び無機短繊維を含むことを特徴とする空調室外機冷却ユニット。
2. 前記保持具が、前記保水成形体を収納する網目状の収納部と、前記収納部に取り付けられ前記保水成形体を前記室外機に取り付ける取り付け具とを有する請求項１に記載の空調室外機冷却ユニット。
3. 前記収納部に、該収納部の開閉を行う開閉具が設けられている請求項２に記載の空調室外機冷却ユニット。
4. 前記保持具が、前記保水成形体を支持する枠状の支持体と、前記支持体に取り付けられ前記保水成形体を前記室外機に取り付ける取り付け具とを有している請求項１に記載の空調室外機冷却ユニット。
5. 前記保水成形体が、セメントを硬化させたセメントゲルによって作られたブロックからなり、４０重量％以上の含水率を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の空調室外機冷却ユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の空調室外機冷却ユニットを用いることを特徴とする空調室外機冷却システム。
7. 空調機の室外機の空気吸入側に少なくともセメント及び無機短繊維を含む保水成形体を配置し、
   前記空調機が有する室内機に接続されたドレンから排出されるドレン水が前記保水成形体に供給されることを特徴とする空調室外機冷却方法。
8. 熱交換器を有する室外機と、前記熱交換器を冷却する空調室外機冷却ユニットとを有し、
   前記空調室外機冷却ユニットは、少なくともセメント及び無機短繊維を含む保水成形体と、前記保水成形体を保持すると共に前記室外機の空気吸入側に該保水成形体を取り付ける保持具とを備えた空調機であって、
   前記空調機が有する室内機に接続されたドレンから排出されるドレン水が前記保水成形体に供給されることを特徴とする空調機。