JP7175007B2 - 洗浄装置およびそれを備えた熱交換器並びに該熱交換器を備えたユニットクーラ - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置およびそれを備えた熱交換器並びに該熱交換器を備えたユニットクーラに関する。

凍結装置などに使用される熱交換器では通過する気体に含まれる水分が冷やされた際に霜として熱交換器のフィンなどの表面に付着することがあり、それにより熱交換器の冷却能力の低下を招来する。また塵や埃が付着しても熱交換器の冷却能力の低下を招来する。熱交換器を備えたユニットクーラにおいても、同様の現象が発生することがある。さらに食品工場で使用される場合は、空気中に拡散した食品カスや油分等が熱交換器に付着するおそれがある。

そこで、熱交換器に付着する霜や塵等（以下、霜等）を除去するために、清水や洗浄水を使用する洗浄装置やデフロスト装置を備えているものがある。洗浄装置には、熱交換器上方から散水する散水方式が知られている。散水方式によりデフロストや洗浄を行う装置が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１１－７３４８号公報

ところで、特許文献１の洗浄装置を用いてデフロストや塵等の除去（以下、洗浄）を行う場合、給水設備から給水される洗浄水の量が不足すると、熱交換器の霜等の除去が不均一となる虞がある。これに対し、熱交換器に付着する霜等をなるべく均一に除去するためには、短時間で大量の洗浄水を散水することが望ましいとされる。しかしながら、洗浄水を短時間で大量に散水するためには、大容量の給水設備を整備する必要があり設備コストがかかる。また、装置の設置場所によっては、大容量の給水設備を設けることができない場合もある。

そこで本発明は、コスト低減を図りつつも、設置場所に関わらず、効率的に熱交換器の洗浄を行える洗浄装置およびそれを備えた熱交換器並びに該熱交換器を備えたユニットクーラを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の洗浄装置は、ユニットクーラの洗浄装置であって、
熱交換器の上方に配置され、複数の放水開口が設けられた散水パンと、
前記ユニットクーラの外部から供給される洗浄水を前記散水パンに間欠的に供給する水供給装置と、を有する。

本発明によれば、コスト低減を図りつつも、設置場所に関わらず、効率的に熱交換器の洗浄やデフロストを行える洗浄装置およびそれを備えた熱交換器並びに該熱交換器を備えたユニットクーラを提供することができる。

図１は、本実施の形態にかかるユニットクーラの概略を示す側面図である。 図２は、散水装置を備えた熱交換器の側面図であり、図２（ａ）は貯水位置を示し、図２（ｂ）は供給位置を示している。 図３は、散水パンの斜視図である。 図４は、一方の枡部材と、分配装置とを示す概略斜視図である。

本明細書中、「上方」及び「下方」とは、それぞれ重力加速度方向上方（もしくは、反重力方向）、及び重力加速度方向下方（重力方向）を意味するものとする。又、図面では、各部の概略を示しており、実際の寸法や比率を表さない場合がある。本実施形態では、散水装置を塵や埃、食品汚れ等の洗浄として用いる例を挙げたが、デフロストのために用いてもよいことはもちろんである。
なお、本実施形態では、洗浄装置を備える熱交換器が搭載されたユニットクーラの例を挙げたが、本発明にかかる熱交換器の洗浄装置は、熱交換器に取り付けられるものであるため、熱交換器を備える装置であればよく、例えばエアコンディショナ等の空調設備にも採用してもよい。もちろん、本発明にかかる熱交換器の洗浄装置は、それ自体で流通することもあり、同様に、熱交換器が洗浄装置に取り付けられた状態（洗浄装置を備える熱交換器）又は、熱交換器をユニットクーラ等の筐体に取り付けた状態で流通することもある。

（ユニットクーラの構成）
図１は、本発明の実施形態にかかるユニットクーラの概略を示す側面図であり、一部を断面で示している。

図１において、ユニットクーラ１０は、内部に略直方体状の空間を形成し、その下部にドレーンパン１８を備えた筐体１２と、筐体１２の内部に配置された熱交換器２０（コイルともいう）と、熱交換器２０の上方に配置された洗浄装置としての散水装置３０と、筐体１２の前方面（図１で左方面）に取り付けられたダクトファンモジュール１００と、を備えている。なお、筐体１２の後方面（図１で右方面）は、ダクトファンモジュール１００の動作時に外部から筐体１２内部へと、空気を取り入れ可能に開口している。

ユニットクーラ１０は、本実施形態においては、例えば脚部１６を介して大型の冷蔵庫や冷凍庫等（図示せず）の床面に設置される。しかし、適宜の手段（例えば筐体１２の天井面に連結されたワイヤ等）を用いて、ユニットクーラ１０を当該冷蔵庫や冷凍庫の天井より垂下するようにしてもよい。

（ユニットクーラの動作）
次に、ユニットクーラ１０の動作について説明する。図１において、ユニットクーラ１０の冷却運転時には、ダクトファンモジュール１００のファンを回転駆動させる。ファンが回転駆動すると、ユニットクーラ１０の背面の開口から吸引された空気が、熱交換器２０を通過することで冷却され、前面の開口（本実施形態ではダクトファンモジュール１００のダクト）を介してユニットクーラの外部へと排出されて、外部空間を冷却する。

図２は、散水装置３０を備えた熱交換器２０の側面図である。図２では熱交換器２０としてプレートフィン式熱交換器の例を示す。図２において下部を省略して示す熱交換器２０（コイルともいう）は、冷媒が通過するパイプ２１と、パイプ２１の表面に取り付けられたフィン（不図示）と、筐体１２（図１）に連結されパイプ２１を保持する板状の保持部材２２とを有する。熱交換器２０は、ユニットクーラの外部から吸入された空気がフィン間を通過する際に熱交換を行うことで、この空気を冷却する機能を有する。なお、熱交換器は空気の冷却だけでなく加熱に用いることもできる。

（散水装置の構成）
散水装置３０は、保持部材２２の上方に配置された散水パン３１と、散水パン３１内に配置された枡部材３２Ｌ，３２Ｒと、分配装置３３とを有する。ここで、枡部材３２Ｌ，３２Ｒと分配装置３３とにより、水供給装置を構成する。

図３は、散水パン３１の斜視図である。散水パン３１は、例えば金属板材の周囲を折り曲げて溶接してなり、矩形状の底面部３１ａと、底面部３１ａの各辺に連設された側板部３１ｂとを有する。底面部３１ａには、共通した径を持つ多数の貫通孔（放水開口）３１ｃが等間隔で（等密度で）形成されている。貫通孔３１ｃの径及び数、すなわち合計開口面積は、後述する枡部材により一度に供給された洗浄水が、すぐに放水されることなく所定の水位で貯水される程度に小さくなっている。なお、放水開口としては、円形の貫通孔に限らず、軸状もしく矩形状のスリットであってもよい。

図４は、一方の枡部材３２Ｌと、分配装置３３とを示す概略斜視図である。ここで、分配装置３３の分配板３４は、一点鎖線で示している。また、枡部材３２Ｌと対向配置された他方の枡部材３２Ｒ（図２）は、枡部材３２Ｌと同じ形状を有するため、図示及び重複説明を省略する。枡部材３２Ｌ（３２Ｒ）と分配装置３３の形状は、後述するように、図４に示すものに限定されない。

分配装置３３は、散水パン３１の底面部３１ａの上方に保持された分配板３４と、分配板３４の中央下方に配置された給水管３５と、を有する。給水管３５は、その一端が不図示の外部配水管（ユニットクーラの設置場所に設けられた給水設備に接続された配水管）に接続されている。更に、給水管３５の外表面（本実施形態では最上部）に、長手方向に所定間隔で給水穴３５ａが形成されている。後述するように、外部配水管から給水管３５に供給された洗浄水は、給水穴３５ａより分配底面部３４ａ上に噴出する。

図４において、分配板３４は、例えば金属板材の周囲を折り曲げて溶接してなり、矩形状の分配底面部３４ａと、分配底面部３４ａの各辺に連設された分配側板部３４ｂとを有する。分配底面部３４ａは、給水管３５が配置される凹部が形成されており、凹部を塞ぐように分配穴３４ｃを有する蓋板が配置されている。また、枡部材３２Ｌに（また図示していないが枡部材３２Ｒに）対向する分配側板部３４ｂの中央部に、切欠３４ｄが形成されている。

分配板３４に対し、その下方にずれて配置された枡部材３２Ｌは、例えば金属板材の板材を折り曲げて溶接されて槽状に形成され、第１枡底面部３２ａと、第２枡底面部３２ｂと、枡背面部３２ｃと、これらの端部に接合された一対の枡側面部３２ｄとを有する。さらに、枡背面部３２ｃと一対の枡側面部３２ｄとに接合されるようにして、架橋板３２ｅが配置されている。架橋板３２ｅは、枡部材３２Ｌの剛性を確保する機能と、枡部材３２Ｌの重心位置を調整する機能とを有する。

各枡側面部３２ｄは、同軸の軸孔３２ｈを形成している。軸孔３２ｈには、散水パン３１などに螺合されるボルト３６の回転軸部３６ａが嵌合している。これにより、枡部材３２Ｌは回転軸部３６ａに支持されて、その軸線回りに図２（ａ）に示す貯水位置と、図２（ｂ）に示す供給位置との間で変位可能（回動可能）となっている。枡部材３２Ｌの最大回動角度は、１０°～３０°であると好ましく、例えば２０°であるとより好ましい。

また、各枡側面部３２ｄには、ストッパ部材３２ｆが取り付けられている。ストッパ部材３２ｆは、金属板材をＬ字状に折り曲げて形成され、各枡側面部３２ｄにボルト締結又は溶接により連結されている。ストッパ部材３２ｆは、図４に示す状態で、架橋板３２ｅと分配板３４との間で、枡側面部３２ｄよりも上方に突出するように配置されている。ストッパ部材３２ｆは、枡部材３２Ｌが最大回動角度まで回動した際に分配側板部３４ｂに当接し、枡部材３２Ｌの回動を規制するストッパ（給水位置のストッパ）として機能する。これにより、第２枡底面部３２ｂが散水パン３１の底面部３１ａに当接することを防いでいる。ストッパ部材３２ｆは面接触により騒音防止を図っているが、ゴムなどの弾性体を周囲に取り付けて（ストッパ部材３２ｆに弾性を付与して）防音してもよい。ストッパの形状はこの通りに限らず、升部材３２Ｌをそのまま分配板３４に当接させてもよい。

各枡側面部３２ｄの近傍において、第１枡底面部３２ａと第２枡底面部３２ｂとの境界に、比較的小径の水抜き穴３２ｇ（一方のみ図示）が形成されている。図２（ａ）に示す貯水位置では、第１枡底面部３２ａと第２枡底面部３２ｂは互いに逆方向に傾斜しており、そのため水抜き穴３２ｇは、枡部材３２Ｌ（及び枡部材３２Ｒ）の最下方位置に位置することとなる。なお、水抜き穴３２ｇから排出される水の最大量よりも、分配板３４を介して供給される水の量の方が多いものとする。分配板３４を用いて、給水管から給水された洗浄水を一時的に貯水してから各枡部材３２Ｒ，３２Ｌに給水することで、２つの枡部材３２Ｒ，３２Ｌに均等に洗浄水を給水することができ、熱交換器をより均一に洗浄できる。

（散水装置の動作）
次に、散水装置３０の動作について説明する。まず、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒ内に洗浄水が供給されない場合、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒの重心位置は、回転軸部３６ａに対して枡背面部３２ｃに近い側にある。従って、図２（ａ）に示すように、枡側面部３２ｄの先端側上辺が、分配板３４の下面に当接して貯水位置に保持される。なお、散水装置３０の動作時には、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは貯水位置に維持されるため、分配板３４に枡側面部３２ｄが当接した状態で凍結する可能性がある。しかしながら、例え凍結が生じたとしても、給水管３５から分配板３４に洗浄水を供給することにより凍結部位の解氷が行われるため、後述する枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒの動作に支障を与えない。もちろん、枡側面部３２ｄの一部に突起（貯水位置のストッパ）を設け、分配板３４に面接触しないようにしてもよい。

洗浄を行うときは、図４において矢印ＷＴで示すように、給水管３５へと洗浄水を供給する。供給された洗浄水は、給水穴３５ａ及び分配穴３４ｃを介して、矢印に示すように分配板３４の分配底面部３４ａ上に噴出する。この時、分配側板部３４ｂがあるため、洗浄水は分配底面部３４ａ上に貯水されるが、一部の洗浄水は切欠３４ｄを介して、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒ内へと溢れ出る。分配板３４は水平であり且つ切欠３４ｄのサイズが共通であるため、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒには、ほぼ等量の洗浄水が供給され、図２（ａ）に点線で示す所定の貯水レベル（以下、貯水レベルＦ）になるまで貯水が行われる。貯水レベルＦでの水位は、回転軸部３６ａの上方であり（換言すれば、回転軸部３６ａは貯水レベルＦでの水位より下方に位置し）、例え回転軸部３６ａが凍結していた場合でも、供給された洗浄水により解氷され、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒの円滑な回動を確保することができる。すなわち、一定レベルまで貯水される。

枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒ内に洗浄水が貯水レベルＦまで貯水されたとき、枡部材３２Ｌ自身と貯水された洗浄水との総合重心位置、及び枡部材３２Ｒ自身と貯水された洗浄水との総合重心位置が、それぞれ回転軸部３６ａを挟んで枡背面部３２ｃから遠い側（内側）へと移動する。このため、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは、図２（ａ）に示す貯水位置から、図２（ｂ）に示す供給位置へ向かって回動する。すなわち、洗浄水が枡部材３２Ｒ内に一定レベルまで貯水されたことに応動して、貯水位置から供給位置へと回動し、供給位置に回動後、洗浄水が枡部材３２Ｒ内から散水パン３１へと供給されたことに応動して、供給位置から貯水位置へと回動する。なお、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは、同時に回動する必要はなく、それぞれ独立して回動しても同様の効果は得られる。
なお、「総合重心位置」とは、棚部材３２Ｌの回転軸線に直交する任意の断面において、枡部材３２Ｌの質量をｍ１とし、総合重心位置から枡部材３２Ｌの重心位置までの水平距離をｘ１とし、枡部材３２Ｌに貯水された洗浄水の質量をｍ２とし、総合重心位置から該洗浄水の重心位置までの水平距離をｘ２としたときに、ｍ１・ｘ１＝ｍ２・ｘ２が成立する位置をいう。

枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒが供給位置へと回動したとき、ストッパ部材３２ｆが分配板３４の端に衝接して、それ以上の回動が阻止される。上述したように、ストッパ部材３２ｆは分配板３４に面接触するため、衝接音を小さく抑えることができる。

このとき、第１枡底面部３２ａと第２枡底面部３２ｂとの境界よりも、第２枡底面部３２ｂの先端の方が低くなるため、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒに貯水されていた洗浄水は、第２枡底面部３２ｂの先端より流れ出し、一時的に、散水パン３１の底面部３１ａ上に所定の水位ＬＶにて貯水される（図２（ｂ）参照）。このため、貫通孔３１ｃから下方に向かって放水される洗浄水には、適切な水圧が付与されるとともに、貫通孔３１ｃごとに均等な量の洗浄水が放水されることで、下方の熱交換器２０をむらなく洗浄することができる。これにより水圧の低い給水設備を用いても、効率よい洗浄やデフロストを行える。熱交換器２０を通過した洗浄水は、ドレーンパン１８（図１）により回収されて、不図示の排出口より外部へと排出される。

なお、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒが供給位置へと回動したとき、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは散水パン３１に接しない。仮に枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒが散水パン３１に接した場合、散水パン３１の破損を招いたり、又は散水パンに枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒが凍結固着するなどの虞がある。本実施形態によれば、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒが散水パン３１に接しないよう、ストッパ部材３２ｆを用いて回動を係止することで、かかる不具合を回避できる。

枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒから洗浄水が流れ出ることにより、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒの重心位置が、再び回転軸部３６ａに対して枡背面部３２ｃに近い側となるため、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは図２（ａ）に示す貯水位置へと回動する。このとき、例え枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒ内に洗浄水が残った場合でも、貯水位置で最下方にある水抜き穴３２ｇから洗浄水を排出させることができ、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒ内で洗浄水が凍結して着氷することを抑制できる。
このように、枡部材３２Ｌ及び枡部材３２Ｒは、それぞれ貯水位置と供給位置との間で回動を繰り返すことで、散水パンへの洗浄水の供給中止と供給再開とを繰り返す、いわゆる間欠的な水供給を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変を施すことができる。上記実施の形態では一対の枡部材を用いることで、洗浄水の放水分布をより均一化しているが、容量の大きな単一の枡部材を用いたり、散水パン３１外側に升部材が配置されるレイアウトとしてもよい。
また、分配装置は本実施形態の構成に限られず、種々の構成をとることができる。例えば、給水管３５の端部を２つの流れに分けて配管し、夫々の枡部品に給水するようにしてもよい。また、枡部品が１つだけの構成では給水管３５から直接給水するようにしてもよい。また、枡部品が複数の構成では、一つあるいは複数の枡部品を選択的に使用し、切り替え可能な分配装置としてもよい。

１０ ユニットクーラ
１２ 筐体
１６ 脚部
１８ ドレーンパン
２０ 熱交換器
３０ 散水装置
３１ 散水パン
３２Ｌ，３２Ｒ 枡部材
３３ 分配装置
３４ 分配板
３５ 給水管
１００ ダクトファンモジュール

Claims (13)

1. ユニットクーラの洗浄装置であって、
   熱交換器の上方に配置され、複数の放水開口が設けられた散水パンと、
   前記ユニットクーラの外部から供給される洗浄水を前記散水パンに間欠的に供給する水供給装置と、を有する洗浄装置。
2. 前記水供給装置は、前記洗浄水を貯水可能な貯水位置と、貯水された前記洗浄水を前記散水パンに供給する供給位置との間で変位可能な枡部材を有する、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記枡部材は、前記洗浄水が前記枡部材内に一定レベルまで貯水されたことに応動して、前記貯水位置から前記供給位置へと回動し、前記洗浄水が前記枡部材内から前記散水パンへと供給されたことに応動して、前記供給位置から前記貯水位置へと回動する、請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記枡部材を回動可能に支持する回転軸部を備え、前記洗浄水が前記枡部材内に一定レベルまで貯水されたときの前記枡部材及び前記洗浄水の総合重心位置は、前記洗浄水が前記枡部材内から前記散水パンへと供給されたときの前記枡部材の重心位置に対し、前記回転軸部を挟んで反対側にある、請求項３に記載の洗浄装置。
5. 前記回転軸部は、前記枡部材内に一定レベルまで貯水された前記洗浄水の水位より下方に位置する、請求項４に記載の洗浄装置。
6. 前記枡部材は、前記貯水位置で最下方となる位置に水抜き穴を有する、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の洗浄装置。
7. 一対の前記枡部材が対向配置されている、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の洗浄装置。
8. 前記一対の枡部材に対して、前記洗浄水を分配する分配装置を有する、請求項７に記載の洗浄装置。
9. 前記枡部材が前記供給位置へと回動したときに、前記枡部材の回動を停止させるストッパ部材を有する、請求項２乃至８のいずれか一項に記載の洗浄装置。
10. 前記一対の枡部材に対して、前記洗浄水を分配する分配装置と、
    前記枡部材に取り付けられており、前記枡部材が前記供給位置へと回動したときに、前記分配装置に当接することで、前記枡部材の回動を停止させるストッパ部材と、を有する、請求項７に記載の洗浄装置。
11. 前記ストッパ部材は少なくとも一部に弾性を有する、請求項９又は１０に記載の洗浄装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の洗浄装置を備えた熱交換器。
13. 請求項１２に記載の熱交換器を備えたユニットクーラ。

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