JPH10141807A - 空冷式放熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水の気化効率がよく、少ない給水量で良好な
放熱効率が得られる空冷式放熱装置を提供すること。 【解決手段】 伝熱管１１の外面に上下方向の溝４を形
成し、受水トレーからドレン水Ｃが溝４に流れるように
した。これにより、放熱フィン１２より高温な伝熱間１
１上でドレン水Ｃの気化が起こることとなり、気化効率
がよくしたがって放熱効率に優れている。また、ドレン
水Ｃは蒸留水に近いので、空冷式放熱装置の各部分にお
ける腐食やスケーリング等の害もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調設備等の冷凍
サイクルにおいて高温の熱媒体からの放熱を行う空冷式
放熱装置に関し、さらに詳細には、熱媒体を通す伝熱管
の外部に水を供給してその気化熱により放熱効率を向上
させた散水式の空冷式放熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空調設備や冷凍もしくは冷蔵庫等に用い
られる冷凍サイクルでは、高温となった熱媒体からの放
熱を行う放熱装置が必要となる。この放熱装置には、熱
媒体を内部に通す伝熱管の外面に放熱フィンを設け、熱
媒体の熱をこの放熱フィンを通して空気に放散する空冷
式のものがある。そしてこの空冷式の放熱装置には、放
熱フィンに散水して水の気化熱により放熱を促進する散
水式のものがある。

【０００３】かかる散水式の空冷式放熱装置として従来
から知られているものとしては、特開平４−１７７０６
６号公報に記載されたもの等がある。同号公報のものに
代表される従来一般の空冷式放熱装置は、図８に示すよ
うに伝熱管８０と放熱フィン８１とを有し、伝熱管８０
の内部に高温の熱媒体（臭化リチウム溶液等）を通して
その熱を放熱フィン８１から空気に放散するものであ
り、放熱フィン８１に水Ｆ（水道水等）を滴下してその
気化熱により放熱を促進するようになっている。このた
め、水Ｆを導く給水管８２を設け、各放熱フィン８１に
導水孔を設けている。これにより、給水管８２内の水Ｆ
が直下の放熱フィン８１に給水され、その水が次々に下
段の放熱フィン８１に至るようにしている。なお図８に
示すものは、送風ファン８３により放熱フィン８１の隙
間に強制的にエアフローを生じさせて放熱をさらに促進
するようにした強制空冷式のものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の空冷式放熱装置には、以下に説明する問題点が
あった。

【０００５】すなわちこの空冷式放熱装置では、給水管
８２から滴下された水は主として放熱フィン８１に接触
してそこで気化して奪熱することになる。ところで放熱
フィン８１の熱は、熱媒体から伝熱管８０を経由して熱
伝導で伝わったものであるから、放熱フィン８１の温度
は、そもそも散水しない場合でも伝熱管８０と比べて低
いのである。このため放熱フィン８１における水の気化
効率はさほど高くない。このため、最下段の放熱フィン
８１に至っても気化しない水が存在したり、図９に示す
ように放熱フィン８１の間に水滴によりブリッジ８４が
できたりすることを避けがたい。最下段に至っても気化
しない水はそのまま流下する（無効水）ので放熱効率の
向上に貢献しないことはもちろん、放熱フィン８１の間
のブリッジ８４はエアフローを阻害するので放熱効率を
むしろ下げる結果となる。したがって、水Ｆの使用量の
わりには放熱効率が上がらないのである。

【０００６】しかも、放熱効率の向上が不十分なことか
ら、実際の使用状況では水Ｆの給水量を増やしがちであ
り、水使用量の無駄な上昇がコスト要因となる。また無
効水のための排水設備（リサイクル設備でもよい）も必
要となる。また、水の使用量が多いと、水道水を使用し
た場合の放熱フィン８１へのスケール付着による放熱効
率低下やあるいは腐食も著しい。

【０００７】本発明は、従来の空冷式放熱装置が有する
前記のような問題点を解決するためになされたものであ
り、水の気化効率がよく、より少ない給水量で良好な放
熱効率が得られる空冷式放熱装置を提供することを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題の解決を目的と
してなされた請求項１の発明は、内部に熱媒体を通す上
下方向の伝熱管を有する空冷式放熱装置であって、前記
伝熱管の外面に取り付けられた受水器を有し、前記伝熱
管の外面に上下方向の溝が形成され、前記受水器から前
記溝に水が伝わるようにしたことを特徴として特定され
る。

【０００９】この空冷式放熱装置では、伝熱管の外面に
上下方向に形成されている溝に受水器から水が伝わり、
そこで気化して奪熱する。これにより伝熱管の内部の熱
媒体からの放熱が促進される。すなわちこの空冷式放熱
装置では、受水器から供給された水の気化は、内部に熱
媒体を通している伝熱管の表面上で起こる。この位置は
空冷式放熱装置の外面としては最も高温なので、気化効
率が良い。このため、少ない使用水量で優れた放熱効率
が得られる。なお、受水器から溝に水が伝わる構造とし
ては、第１に、溝を受水器より下方に形成するととも
に、受水器の底面と伝熱管との間に隙間があるようにし
てこの隙間から溝に水が伝わる構造が考えられる。この
場合に隙間は、受水器の縁辺にまで達するものであって
もよい。第２に、溝を受水器より上方に形成し、受水器
の水が毛管現象により溝を上昇する構造でもよい。もち
ろん第１と第２とを併用してもよい。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１に記載
する空冷式放熱装置であって、前記伝熱管の外面に取り
付けられた放熱フィンを有し、前記放熱フィンと前記伝
熱管との接触箇所に前記溝を上下に連通させる隙間が設
けられていることを特徴として特定される。

【００１１】この空冷式放熱装置では、受水器から伝熱
管の溝に伝わった水は、放熱フィンと伝熱管との接触箇
所に設けられた隙間を通って放熱フィンを通過する。し
たがって、溝が形成されている範囲全体にわたって水が
行き渡り、溝全体で水の気化が起こる。このため気化効
率が良く、気化しきらない水が無効水として流下するこ
とや、放熱フィンの間にブリッジを形成することがな
く、放熱効率が高い。

【００１２】ここにいう「隙間」は、水を上下に通過さ
せうる一切の形状をいう。具体的には放熱フィンの溝に
相当する位置に設けられた切り欠きが考えられる。な
お、この切り欠きの幅は、放熱フィンの溝の幅より広く
しておくことが好ましい。溝を伝わる水は表面張力のた
め溝から盛り上がった形状であることが多いが、その場
合でも放熱フィンにより水の流れが妨げられないように
するためである。この切り欠きは放熱フィンの縁辺にま
で達するものでもよい。また、放熱フィンとなる板材
に、溝形成前の伝熱管の外形に一致させた孔を形成して
これに溝形成後の伝熱管をはめ込むと結果的に溝の部分
が隙間となるが、これでもよい。

【００１３】また、請求項３の発明は、請求項２に記載
する空冷式放熱装置であって、前記放熱フィンには、前
記伝熱管の外面であって前記溝以外の部分に密着する返
し部が形成されていることを特徴として特定される。

【００１４】この空冷式放熱装置では、放熱フィンに形
成されている返し部が伝熱管の外面に密着しており伝熱
管から放熱フィンへの熱伝導効率が良好である一方、溝
の部分には返し部がないので、溝の中で伝熱管に加熱さ
れた水は返し部に妨げられることなく蒸発して空気中に
脱出する。このため、水が蒸発しやすく気化による奪熱
の効率がよい。

【００１５】また、請求項４の発明は、請求項１ないし
請求項２のいずれか１つに記載する空冷式放熱装置であ
って、冷凍サイクルの蒸発器で発生するドレン水を前記
受水器に供給する給水手段を設けたことを特徴として特
定される。

【００１６】この空冷式放熱装置では、冷凍サイクルの
蒸発器で必然的に発生するドレン水が給水手段から受水
器に供給され、伝熱管の溝に供給される。したがって、
水道水等を供給する設備を設けなくても、水の気化熱に
よる放熱効率の向上が図られる。また、ドレン水は蒸留
水に近いので、伝熱管や放熱フィンの腐食やスケール付
着はほとんど生じない。さらに、冷房等の負荷が大きく
放熱量の大きいときほどドレン水の発生量も多いので都
合がよい。なお、ドレン水の発生量は、その気化熱が放
熱量の数分の１程度となる量であり、無効水やブリッジ
を発生させるほどの量ではない。このため、水道水等を
供給せずドレン水のみを受水器に供給することとすれ
ば、水の過剰による放熱効率の低下は生じない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の空冷式放熱装置を
具体化した実施の形態について、図面を参照しつつ詳細
に説明する。本実施の形態に係る空冷式放熱装置１は、
冷房、冷蔵庫、冷凍庫等の冷凍サイクルにおいて、高温
となった熱媒体（臭化リチウム溶液等）からの放熱を行
う放熱器として用いられるものである。

【００１８】空冷式放熱装置１は、図１の斜視図に示す
ように、上下方向に並列に設けられた多数の伝熱管１１
と、これらの外面に直交して設けられた多数の放熱フィ
ン１２とを有している。そして、最上段には皿状の受水
トレー１３とこれにドレン水Ｃを供給する給水管１４と
が設けられている。伝熱管１１は、銅等の伝熱性に優れ
た素材で形成されたパイプであり、内部に熱媒体が通さ
れるようになっている。放熱フィン１２は、アルミニウ
ムや銅等の伝熱性および加工性に優れた素材の板材であ
り、伝熱管１１から熱伝導により伝達される熱を空気中
に放散する役割を有する。受水トレー１３は、伝熱管１
１の外面に供給するための水としてドレン水Ｃを受ける
ものである。その水は、熱媒体の熱で高温となっている
伝熱管１１の表面で気化して奪熱することにより空冷式
放熱装置１の放熱効率を向上させるためのものである。

【００１９】伝熱管１１および放熱フィン１２の拡大図
を図２に示す。伝熱管１１の外面には、上下方向に溝２
が形成されている。溝２は、受水トレー１３から供給さ
れた水を導いて伝熱管１１の外面上の上下に長い範囲に
分布させるためのものである。そして放熱フィン１２に
も、溝２に相当する位置に切り欠き３が設けられてい
る。このため伝熱管１１と放熱フィン１２との間には、
切り欠き３の隙間があり、溝２はこの隙間により放熱フ
ィン１２の上下に連通している。そして、切り欠き３の
幅は溝２の幅より広くされている。溝２を伝わってくる
水がスムーズに通過できるようにするためである。

【００２０】さらに、図３に示すように受水トレー１３
の底面にも、同様に切り欠き４が設けられており、伝熱
管１１と受水トレー１３との間に溝２を連通させる隙間
が確保されている。なお図３では、切り欠き４の幅と溝
２の幅とがほぼ等しくなっているが、放熱フィン１２の
場合（図２参照）のように切り欠き４の幅を溝２の幅よ
り広くしてもよい。

【００２１】空冷式放熱装置１についてさらに説明す
る。空冷式放熱装置１に用いる伝熱管１１（図４参照）
は、銅等のパイプの外面に、長さ方向の溝２を形成した
ものである。図４では溝２は１本しか形成されていない
が、複数本形成してもよい。

【００２２】空冷式放熱装置１に用いる放熱フィン１２
（図５参照）は、アルミニウムや銅等の板材に、伝熱管
１１を通すための孔２１を設けたものである。孔２１の
内径は伝熱管１１の外径と一致しており、その縁辺に
は、板材の一部を上方に折り曲げた返し部２２が設けら
れている。返し部２２は、伝熱管１１と放熱フィン１２
との接触面積を大きくして伝熱管１１から放熱フィン１
２への熱伝導効率を高める役割を有する。また、その高
さｈにより、放熱フィン１２相互の間隔を決定する役割
をも有する。

【００２３】そして孔２１の縁辺の一部に、切り欠き３
が設けられている。切り欠き３は、伝熱管１１の溝２に
対応する位置に設けられ、その部分には返し部２２はな
い。図５では切り欠き３は１箇所しか形成されていない
が、伝熱管１１に溝２を複数本形成した場合には切り欠
き３もその本数に合わせて複数箇所形成する。切り欠き
３は、図５に示した形状のほか、放熱フィン１２の縁辺
にまで達する形状でもよい。なお、特に切り欠き３を設
けなくても、孔２１の形状を溝２形成前の伝熱管１１の
外形と一致させておけば溝２の部分が隙間となるので、
それでもよい。ただしその場合でも、溝２に対応する位
置には返し部２２を設けない。

【００２４】また、図６に示すように、受水トレー１３
の底面にも、伝熱管１１の外径と合わせた内径の孔２３
が形成されており、その縁辺の一部に切り欠き４が設け
られている（返し部は任意）。

【００２５】空冷式放熱装置１では、図５に示す放熱フ
ィン１２の孔２１に、溝２が切り欠き３に一致するよう
に伝熱管１１が圧入され、返し部２２と伝熱管１１の外
面とが密着させられている。そして、返し部２２の上辺
に別の放熱フィン１２の裏面が接触しており、このため
放熱フィン１２相互間の間隔は返し部２２の高さｈと一
致している。また、最上段に取り付けられている受水ト
レー１３においても、溝２と切り欠き４とが一致するよ
うにされている。なお、受水トレー１３に給水する給水
管１４には、冷凍サイクルの蒸発器で発生するドレン水
Ｃが供給されるようになっている。かかる空冷式放熱装
置１の伝熱管１１の内部には、冷凍サイクルで高温とな
った熱媒体が通されるように配置される。

【００２６】上記構成を有する空冷式放熱装置１の作用
を説明する。まず、空冷式放熱装置１における放熱作用
を、ドレン水Ｃの効果を考慮しないで説明する。

【００２７】伝熱管１１の内部に高温の熱媒体が通され
ると、熱媒体から伝熱管１１へと熱伝導が起こり、伝熱
管１１が高温となる。ただし熱媒体の温度を超えること
はない。そして、伝熱管１１の外面には放熱フィン１２
の返し部２２が密着しているので、伝熱管１１から放熱
フィン１２へと熱伝導が起こり、放熱フィン１２が高温
となる。ただし、伝熱管１１の温度を超えることはな
い。こうして放熱フィン１２が高温になると、放熱フィ
ン１２から空気へと熱が放散される。この、熱媒体→伝
熱管１１→放熱フィン１２→空気の熱の流れにより、高
温の熱媒体が有する熱が放熱され、熱媒体の温度が下が
る。これが、空冷式放熱装置１の基本的な作用である。
この放熱が起こっているとき、放熱フィン１２よりも伝
熱管１１の方が高温であることはもちろんである。

【００２８】次に、ドレン水Ｃの作用を説明する。冷凍
サイクルの運転中には、蒸発器で不可避的に、空気中の
水蒸気が凝結してドレン水Ｃが発生しており、このドレ
ン水Ｃは、給水管１４から受水トレー１３に注がれる。
受水トレー１３に注がれたドレン水Ｃは、受水トレー１
３の底面の切り欠き４を通って下方に流れ、伝熱管１１
の溝２に沿って流れる。またドレン水の一部は、毛管現
象により受水トレー１３から溝２を上昇する。そして、
伝熱管１１には放熱フィン１２が取り付けられている
が、溝２を伝わる水は、切り欠き３の隙間により放熱フ
ィン１２を通過するので、さらに溝２に沿って分布す
る。このとき、切り欠き３が溝２より幅広なので、溝２
を伝わる水が表面張力により溝２から盛り上がった状態
であっても、放熱フィン１２により流れを遮られること
はない。

【００２９】伝熱管１１は前記のように、高温の熱媒体
の温度にかなり近い高温であるため、溝２の中でドレン
水Ｃは加熱されて蒸発し、その蒸発の際の気化熱（吸
熱）により伝熱管１１から奪熱する。ここにおいて、伝
熱管１１の外面には放熱フィン１２の返し部２２が密着
しているが、溝２の部分には返し部２２がなく開放され
ているので、加熱されたドレン水は障害物なく蒸発して
空気中に脱出する。これにより、前記した熱媒体→伝熱
管１１→放熱フィン１２→空気の熱の流れに加えて、熱
媒体→伝熱管１１→ドレン水Ｃ→空気の熱の流れが生じ
るので、熱媒体からの放熱効率が向上する。

【００３０】上記の構成および作用を有する空冷式放熱
装置１においては、ドレン水Ｃが受水トレー１３から、
放熱フィン１２よりも高温である伝熱管１１の外面の溝
２に供給され、そこで加熱され気化する。したがって、
放熱フィン１２上に散水され加熱される構造のものと比
較して気化効率がよい。また、放熱フィン１２の孔２１
の縁辺の一部に、溝２より幅広の切り欠き３を設けて溝
２を上下に連通させているので、溝２に沿って流れて放
熱フィン１２に達したドレン水はそこに溜まることなく
さらに上下に流れる。このため、溝２の広い範囲にドレ
ン水Ｃが分布するので、このことによっても気化効率の
向上が図られている。このため、溝２に供給されたドレ
ン水Ｃが気化しきらず無効水として流下したりあるいは
放熱フィン１２の間に溜まってブリッジを形成すること
がない。その結果として熱媒体からの放熱効率が優れて
いる。また、流下した無効水を回収する手段を設ける必
要もない。

【００３１】また、溝２に供給する水Ｃがドレン水であ
るため、水道水のように伝熱管１１や放熱フィン１２を
腐食したりあるいはスケールを堆積させて放熱効率を落
とすこともない。さらに、冷凍サイクルにおいては、冷
凍負荷が大きいほどドレン水Ｃの発生も増えるので、放
熱すべき熱量が増えるとドレン水Ｃの供給量も増えるこ
ととなり好都合である。

【００３２】以上詳細に説明したように、本実施の形態
によれば、受水トレー１３から供給した水の気化効率が
よいために放熱効率に優れ、また水道水を用いることに
よる不都合も生じない空冷式放熱装置１が実現されてい
る。

【００３３】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の
改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば
各構成部品の材質は、単なる例示にすぎない。

【００３４】例えば、図８に示したような、送風ファン
８３を有する強制空冷式のものに適用してもよい。ま
た、受水トレー１３および給水管１４の位置は、図１に
示したような最上段ばかりでなく、例えば図７に示すよ
うに、中段や下段に設けてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、放熱フィンよりも伝熱管の方が高温であること
を利用して水を効率よく加熱し気化させ、その結果少な
い給水量で良好な放熱効率を得ることができる空冷式放
熱装置が提供されている。これにより、冷凍サイクルで
発生するドレン水のみで十分放熱効率を上げることが可
能となり、水道設備や排水設備等も不要となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る空冷式放熱装置の概要を示す
斜視図である。

【図２】空冷式放熱装置の放熱フィンの部分を拡大して
示す図である。

【図３】空冷式放熱装置の受水トレーの底部を拡大して
示す図である。

【図４】空冷式放熱装置の伝熱管を示す図である。

【図５】空冷式放熱装置の放熱フィンを示す図である。

【図６】空冷式放熱装置の受水トレーを示す図である。

【図７】中段、下段にも受水トレーを設けた空冷式放熱
装置を示す図である。

【図８】従来の空冷式放熱装置の概要を示す図である。

【図９】放熱フィンの間に水滴でブリッジができている
状態を示す図である。

【符号の説明】

２ 溝 ３ 放熱フィンの切り欠き ４ 受水トレーの切り欠き １１ 伝熱管 １２ 放熱フィン １４ 給水管 １３ 受水トレー ２２ 返し部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に熱媒体を通す上下方向の伝熱管を
   有する空冷式放熱装置において、 前記伝熱管の外面に取り付けられた受水器を有し、 前記伝熱管の外面に上下方向の溝が形成され、 前記受水器から前記溝に水が伝わるようにしたことを特
   徴とする空冷式放熱装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載する空冷式放熱装置にお
   いて、 前記伝熱管の外面に取り付けられた放熱フィンを有し、 前記放熱フィンと前記伝熱管との接触箇所に前記溝を上
   下に連通させる隙間が設けられていることを特徴とする
   空冷式放熱装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載する空冷式放熱装置にお
   いて、 前記放熱フィンには、前記伝熱管の外面であって前記溝
   以外の部分に密着する返し部が形成されていることを特
   徴とする空冷式放熱装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１つ
   に記載する空冷式放熱装置において、 冷凍サイクルの蒸発器で発生するドレン水を前記受水器
   に供給する給水手段を設けたことを特徴とする空冷式放
   熱装置。