JPS5912528Y2 - 湿式空冷式凝縮器をもった冷凍機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、効率の良いコンパクトな、空気調和器に用い
或いはユニットクーラーに用いるに適した処の、機械式
冷凍機に関する。

従来この種の冷凍機に於いては、冷媒の凝縮器に、１井
水或いは水道水を使用し使い捨てるところの水冷式凝縮
器を用いるか、２同様に水で冷却するが、その水を使い
捨てにせず、再循環させ、循環水を散布塔内でエアーで
放熱させる処の水冷式凝縮器を用いるか、或いは３直接
大気で冷却する空冷式凝縮器を用いるか、更には４循環
散布水の蒸発潜熱を利用した蒸発水式凝縮器が用いられ
ている。

上記１の凝縮器は、使用される水の温度がほぼ一定であ
り、水の温度が低いので、冷媒が良く冷却され冷凍機の
所要動力が少く且つ変動もない。

従って経済性に富み好ましいのであるが、感熱利用によ
る冷却であるために、その冷却効率は必ずしも良くなく
、多量の水を消費することとなる。

従って水資源保護の面から、或いは地下水の汲上げの抑
制されている現状から、今後この冷却方式の採用は困難
である。

又上記２の凝縮器は、やはり感熱利用の冷却である外に
、循環水の温度を充分に降下し得す、従って多量の水を
循環させる事となり、その使用動力が大きくなる。

又循環水の冷却がその時々の気象条件に大きく左右され
、冷凍機運転条件が一定せず、全体として冷凍機運転動
力の経済性が劣る。

又循環水の冷却のための大型の設備が必要となり、且つ
循環水が多量の外気と繰り返し接触して大気中の塵や好
ましくないガス等を混入溶解してしまい、凝縮器のコイ
ルおよび冷却配管に付着し能力を低下させ、或いはこれ
を閉塞させたりして、設備の保守整備に費用がかかるな
ど欠点がある。

上記３の凝縮器は、これも大気の感熱利用による冷却方
法であるために、効率が悪く所要動力が大きい。

そして更に季節、天候にその能力が左右され、運転動力
の変動が大きい等の欠点がある。

しかし冷却水の配管設備や冷却水の冷却の設備が全く不
要で、直冷式の凝縮器のみとなり冷凍機を小型化し得る
利点を有する。

そして更に上記４の凝縮器は、水を散布しその感熱利用
のみでなく蒸発潜熱を利用している点では効率が良く、
使用水量も少くてすむ利点を有する。

しかし季節や天候によって冷却能力が著しく左右され、
しかも散布水中に大気中の塵やガスが捕促混入し且つ濃
縮されて、循環系の目づまりや腐触又は凝縮コイルの汚
れ等が生ずるなどの欠点を有する。

この様な現状から、現在ではまだ上記１の凝縮器の使用
例が多く、近時２の凝縮器の使用が次第に増加している
のが現状である。

本考案はこの様な現状に於いて、水の蒸発潜熱を効果的
に利用すると共に空冷式の利点をも併有し、しかもター
ボ圧縮器を冷媒圧縮に用いるにも拘らず冷凍機の運転動
力が季節や天候に左右されず一定になし得る処の冷凍機
を提供すると共に、従来の冷却水のクーリングタワーの
如き設備を必要としない能率の良いしかもコンパクトな
冷凍機を提供することを目的としている。

本考案を図面に従って説明すれば、下記の通りである。

第１図は本考案に係る冷凍機の模式図であり、第２図は
その凝縮器部分の縦断面を示す模式図である。

第１図に示すように、本考案に係る冷凍機は、例えば通
常のユニットクーラーとの間で管路Ｐによって循環して
いる冷水を冷却器５内のフロンの如き冷媒液体によって
冷却し、その際気化熱を奪って蒸発する冷媒ガスをター
ボ圧縮機１で加圧し、管２を通して凝縮器３に導き、凝
縮器３では冷却された加圧冷媒ガスを液化し、液化冷媒
をエコノマイザ−４を経て冷却器５へと返戻し、ユニッ
トクーラー用冷水の冷却に供するようにしたものである
。

尚、この様な冷媒の蒸発、液化サイクルは通常のもので
ある。

冷却器５には管路Ｐ内を通ってユニットクーラーから戻
ってきた冷水の温度もしくはそれよりも低い温度で蒸発
する液体冷媒が封入されており、従って冷水は冷却器５
内の冷媒中を通過する際液体冷媒に熱を与えてこれを蒸
発させ、その際発生する気化熱が冷水周囲から熱を奪い
、その結果冷水の温度が下がり冷却され、しかる後ユニ
ットクーラーへ給送される。

この熱交換のための実際の装置は公知であるので、その
詳細な説明は省略する。

ターボ圧縮器１にて圧縮された冷媒フロンガスは、コイ
ルから或る第１凝縮部３ａに於て冷却されて液化し、液
化冷媒のほとんどは捕促網３ｂを通過するとき液体流と
なってエコノマイザ−４へと送られる。

このエコノマイザ−４は冷凍サイクルの効率向上のため
に使用されるものであって、各種型式構造のものが提案
されているが、本質的には第１図に示すようにコンデン
サーフロート弁４ａ、エコノマイザー室４ｂ、エコノマ
イザーフロート弁４Ｃを有している。

コンデンサーフロート弁４ａは液レベルを保ちながら凝
縮冷媒液の流れを加減し、冷媒ガスがエコノマイザー室
４ｂに入るのを阻止し、且つ中間圧になされるエコノマ
イザ一室の膨張弁として作用する。

上記のエコノマイザー室４ｂは、中間圧の冷媒の気液を
分離し、フラッシュガスをエコノマイザー配管４ｄにて
ターボ圧縮器１の二段目の羽根車の吸込口に給気する作
用を行い、また上記のエコノマイザーフロート弁４Ｃは
、分離され中間圧温度で冷却された冷媒液の流れを加減
して液面を保ち、冷媒ガスの冷却器５への漏れを防ぎ、
且つ冷却器５の膨張弁の作用を行うものである。

従って、このエコノマイザ−４に於で、凝縮器３から還
流管３ｄを通して送られてくる液化冷媒はコンデンサー
フロート弁４ａを経てエコノマイザー室４ｂ内に入る。

このエコノマイザー室は上記のようにエコノマイザー配
管４ｄを介してターボ圧縮器１の二段目の羽根車の吸込
口に連結されており、そのためこのエコノマイザー室４
ｂは中間圧に保たれる。

この結果、エコノマイザ一室内の冷媒液は一部の液がフ
ラッシュすることによって凝縮器３と冷却器（蒸発器）
５の中間圧力に相当する飽和温度まで冷却され、これに
よって冷凍効果が増大する。

冷凍効果の増大した冷媒液は膨張弁として作用するエコ
ノマイザーフロート弁４Ｃを経て断熱膨張し冷却器５へ
流入する。

冷却器５に送られた冷媒液は管路Ｐ内の冷水から熱を奪
い自らは蒸発し冷水を冷却する。

尚、上記の第１凝縮部３ａで液化し得なかった冷媒ガス
は、噴霧水により完全に湿った表面を有する凝縮器３の
最も冷却されるコイル状の第２凝縮部３Ｃに於いて液化
され、還流管３ｄを経てエコノマイザ−４にもたらされ
る。

そして空気等の不凝縮ガスは、適宜の個所に取り付けら
れた公知の不凝縮ガス放出器（ガスパージャー）により
凝縮器３から外部へ排出される。

本考案は上記のような冷凍機の凝縮器３に於で、凝縮器
の表面にスケールが生戒、沈着するのを防止すると共に
凝縮器の放熱効率を向上させることを目的としている。

この目的を達或するためには、凝縮器としての凝縮コイ
ル３ａ，３ｃの表面に極く薄い水膜を連続的に切れ目な
く形或することが要求されるのであるが、本考案はこの
要求を次のようにして満足したものである。

即ち凝縮コイル３ ａ， ３ ｃの上方に水スプレ一手
段を設け、この水スプレ一手段から噴出せしめられる噴
霧水７を凝縮コイル３ａ，３ｃに満遍なく掛けて表面全
体を濡らすようにし、また噴霧水７の噴射方向に対して
順方向に空気流を発生させるためのファン９を設け、こ
のファンによって積極的にもたらされる空気流により、
凝縮コイル表面を濡らして流下する水膜を伸延して極く
薄い水膜とするものである。

凝縮コイル３ａ，３ｃを構或する管内を流れる冷媒ガス
の熱が凝縮コイルを通して水膜に伝えられ、水膜の温度
が上昇して水の蒸発が起り、熱は水蒸気の形で空気に伝
えられる。

かくして冷媒ガスは冷却され順次液化されるものである
。

水膜を積極的に薄くすることは、凝縮器３の放熱効果を
向上させると同時に凝縮コイルを構或する管の外表面温
度を低下させ更に内外表面の温度差を減少させるので汚
れのスケール化を防ぐことになり、更に凝縮温度の低下
によって冷媒圧縮機の圧縮比を減少させることができ消
費動力を軽減する。

即ち、極めて薄い水膜を形或させることによって、凝縮
コイル表面からの放熱が効率よく行なわれ、しかもスケ
ールの発生が回避されるので、スケールに基因する保守
点検作業の回数を大幅に減少させることが可能となり、
従って長時間の連続運転が可能であり、また凝縮コイル
の腐食の問題も回避されるので凝縮器の寿命を大幅に延
長させ得るものである。

実際に、通常の厚い水膜にて作業する場合に比較して、
本考案の場合には凝縮器の寿命が３倍以上になることが
確認されている。

水膜が厚いほどスケールを発生し易く、スケールが発生
し沈着すると伝熱効果が急速に低下し、凝縮コイル温度
が上昇して危険な状態になるために、冷凍機の運転を頻
繁に中断してスケール除去を行なわねばならない。

また、スケールの生或、沈着は凝縮コイルの腐食を招き
、凝縮器の寿命を短縮することになる。

凝縮コイル３ａ，３ｃを伝って流れ落ちる水は下方に設
けた水受け８にて捕集されるが、上記のように空気流を
積極的に発生させた結果、その空気流に運ばれて外部へ
出てしまう可能性のある水滴及び水蒸気をも捕集するた
めに、本考案によれば凝縮コイル通過後の液滴乃至水蒸
気含有空気を高流速でＵターンさせて遠心分離作用によ
って気液分離を行っている。

そのために、凝縮室を２つの室に仕切っている概して垂
直な隔壁の下方に連通口を設け、一方の室に水スプレ一
手段及び凝縮コイル３ａ，３ｃを配し、他方の室にファ
ン９を配し、これによって水滴乃至蒸気を含む空気流を
連通口を通過するあたりでＵターンさせ、しかもこのＵ
ターンをファン９による作用によって加速させて比較的
高速で行ない、これによって水分を遠心分離作用によっ
て外周側へ移行せしめ水受け８に捕集させるものであり
、これによって効果的な気液分離が行なわれる。

そして尚湿気を含んだ空気はファン９によって機外に排
出される。

なお、気候の変動や冷房負荷が変動して凝縮器内の凝縮
負荷が減少した様な場合、定量吐出ポンプ型の圧縮機で
ないターボ圧縮機に於いては、その運転動力が非効率的
に変動する。

しかし本考案に於いては、この様な場合に、外気取入口
のダンパー１０と排気口のダンパー１１を閉じ、そして
循環口のダンパー１２を開いてエアーを循環させること
によって上記凝縮負荷を調節して、一定条件での冷凍機
の運転が出来るようになっている。

以上の様に本考案によれば、直冷式の凝縮器を用いてい
るために、クーリング・タワーや冷媒冷却用熱交換機並
びにそのための配管設備が不要となる。

又通常の水冷式凝縮器をもった冷凍機に比し、９５％の
水節減が可能となる。

そして更に散布水流で、その蒸発潜熱利用の冷却を行う
従来装置と比較しても、湿り表面冷却効率は大となり、
伝熱面積を小さくすることが可能となり、又ウエット・
サーフエイスによる冷却はコイルへのスケールの付着が
少いのでコイルにフィンを設ける事も可能となり、冷凍
機を全体としてコンパクトにする事が出来る。

又冷凍機にターボ圧縮機を用いる事が出来、しかも一定
条件での冷凍機の運転が出来るようにコントロールする
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る冷凍機の模式図であり、第２図は
その凝縮器部分の縦断面を示す模式図である。 符号説明、１：ターボ圧縮機、２：加圧冷媒導通用の管
、３：凝縮器、３ａ：第１凝縮部、３ｅ：第２凝縮部、
４：エコノマイザー、５：冷却器、６：空気、７：噴霧
水、８：水受け、９：ファン、１０：外気取入口、１１
：排気ロダンパー、１２：循環ロダンパー

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 冷却器５に於て気化された冷媒ガスを吸引して凝縮器３
   に送るターボ圧縮機１と、 概して垂直な隔壁によって、上下両端にそれぞれ循環口
   及び連通口を形或された第一と第二の室に仕切られてい
   る凝縮室とを有し、 上記第一の室には、上記ターボ圧縮機１から冷却ガスを
   受け取リ凝縮された液化冷媒を冷却器５へ送るように配
   置された第一の凝縮コイル３ａと、その上方に位置して
   上記第一の凝縮コイルに於で凝縮され得なかった冷媒ガ
   スを受け取り不凝縮ガスの分離のため更に冷却して凝縮
   された液化冷媒を冷却器５へ送り不凝縮ガスは不凝縮ガ
   ス放出器（ガスパージャー）にて取出すように配置され
   た第二凝縮コイル３Ｃと、その上方に配置されて上記第
   一と第二の凝縮コイル３ａ，３ｃを満遍なく濡らす水ス
   プレ一手段と、その上方に配置された外気取入口とを有
   し、 には、上記隔壁には、上記隔壁の下方の連通口から湿潤
   した空気を吸引して上方の排気口から排出し、その際凝
   縮コイル表面を濡らして流下する水膜の流れ方向の気流
   をもたらして水膜を延伸して極く薄い水膜となし併せて
   水膜面からの水の蒸発による冷却を計るためのファン９
   を有し、上記外気取入口、排気口および上記隔壁の上方
   の循環口にはそれぞれダンパ１０， １１， １２が配
   置され、 上記凝縮室の下方に空気流のＵターンによる気液分離効
   果を持つ水受け８が配置され、 上記水スプレ一手段から噴霧された噴霧氷と上記ファン
   ９の吸引によって上記噴霧氷と同一方向に流過する空気
   流によって、上記第一と第二の凝縮コイル３ａ，３ｃの
   表面に極く薄い水膜を形戊させ、スケールの形或沈着を
   防止すると共に空気冷却の効果を与え、 上記第一と第二の凝縮コイルに於ける凝縮負荷が減少し
   たとき、外気取入口と排気口とに於けるダンパ１０，１
   １を閉方向に、隔壁上方の循環口に於けるダンパ１２を
   開方向に調節して、上記第一と第二の凝縮コイルを流過
   する空気の全部又は一部を上記凝縮室内で循環せしめる
   ことを特徴とする湿式空冷式凝縮器をもった冷凍機。