| 【発明の名称】 |
蒸発式冷却機 |
| 【発明者】 |
【氏名】邱 鵬舉
【氏名】薜 翠玲
【氏名】黄 志賢
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| 【要約】 |
【課題】エネルギー資源を節約し環境に優しい蒸発式冷却機の提供。
【解決手段】冷媒が気体から液体に変化する時の温度と冷却圧力が正比例する原理を利用し、冷却機の空気通路中の熱伝導接触面上を吸湿性の薄膜材料で被覆し、給水を該吸湿性材料に付着させて、空気に空気通路中を急速に通過させて常温で蒸発させ、水分に悉く潜熱変化を行わせて、冷媒管内の熱量を吸収させ、大幅に冷媒の温度を下げ、極めて低い冷却圧力を使用してそれを蒸発させるようにし、圧縮機の負担を軽減し、冷凍効果を増進し、圧縮機内部のモータの出力パワーを変更してエネルギー資源を節約し、また、吸湿性材料の吸湿と保湿機能により、周期的な給水補充によりその機能を維持するようにし、給水量を蒸発量に接近させて給水の回収、循環を不要とした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 低圧縮比の圧縮機１０とされて、圧縮機のモータコイルを、圧縮機の作業に必要な消費パワーを下げて電力節約を行えるように改良してある上記低圧縮比の圧縮機１０、蒸発式冷却装置２０とされて、冷媒管２０４を具え、該冷媒管２０４に上記低圧縮比の圧縮機１０が高圧高温の気体冷媒を送り込み、気体冷媒を該冷媒管２０４中で冷却液化させ、該冷媒管２０４の間の空気通路２１２中の熱伝導接触面が一層の吸湿材２０２で被覆されている、上記蒸発式冷却装置２０、給水システム４０とされて、一つの給水制御プリント基板４０４で給水電磁弁４０２を制御し、冷却水を均一に上記蒸発式冷却装置２０に流して冷却水を上記吸湿材２０２に吸着させる上記給水システム４０、送風装置６０とされて、ファンモータ６０４でファン６０２を駆動して発生する気流に蒸発式冷却装置２０内部の空気層間隙の空気通路２１２を通過させて、吸湿材２０２に吸着された水分を常温で蒸発させ、蒸発時に、蒸発式冷却装置２０の冷媒が液化する時に放出する熱量を吸収させることで熱交換を行わせる上記送風装置６０、以上を包括して構成された蒸発式冷却機。
【請求項２】 前記給水制御プリント基板４０４が水圧選定切り換え機能を有し、高、中、低の給水水圧に応じて、給水電磁弁４０２の閉鎖時間を一定に、開放の時間を変更可能に制御し、給水電磁弁４０２に低圧縮比の圧縮機１０の運転時期に合わせて間欠性の開閉動作を行わせることで、周期給水を進行して、給水量を、十分に冷媒と低圧縮比の圧縮機の発生した熱量を冷却するに十分なものとすると共に、給水量をほぼ蒸発量に等しくして、冷却水を回収する必要をなくし、余剰給水があれば、必要に応じて外部より回収使用する措置をとれるようにしてあることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機。
【請求項３】 前記給水システム４０にさらに一つの放水器４０８が設けられて、該放水器４０８の給水出口面に複数の孔が設けられると共に、放水器４０８の管径が入水端より管末に向けて除々に縮小されて、給水圧力を平均に分配できるようにしてあり、出水口面に一層の吸湿材２１０が設けられて給水供給時に給水を平均的に分布させられ、冷却水が均一に蒸発式冷却機を通過するようにしてあることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機。
【請求項４】 冷却水を連続して蒸発式冷却装置２０に供給してテスト運転及びメインテナンス時に十分な給水を行うための連続給水スイッチ４０６が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機。
【請求項５】 前記蒸発式冷却装置２０が、以下のもの、即ち、少なくとも一つの冷媒管２０４とされて、冷媒管本体２１０の表面を吸湿材２０２で被覆してなるもの、少なくとも一つの支持板２０６とされ、該冷媒管２０４を固定して冷媒管２０４間に同じ間隔の空気通路２１２を保持させ、該空気通路２１２を、蒸発により形成された蒸気を空気と共に連続的に送るのに供するもの、少なくとも一つの固定板２０８とされ、支持板２０６に嵌入固定されて各層の冷媒管２０４を位置決めすると共にその重量を支持するもの、以上のものを包括することを特徴とする、蒸発式冷却機。
【請求項６】 前記蒸発式冷却装置２０が一般の鰭片気冷式冷却機と組み合わせられて該鰭片気冷式冷却機の放熱効果を高めた部分蒸発式冷却機を形成しうることを特徴とする、請求項５に記載の蒸発式冷却機。
【請求項７】 前記冷媒管２０４が、吸湿材２０２で冷媒管本体２１０を被覆した後に、蛇行状に成形されてなることを特徴とする、請求項５に記載の蒸発式冷却機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一種の蒸発式冷却機に関し、さらに詳しくは、冷凍或いは空調設備で冷媒の冷却液化用いられうる冷却機及び部分蒸発式冷却機に関する。
【０００２】
【従来の技術】環境保護意識が高まり地球全体の石油エネルギーが危機にある今日、新たなエネルギー資源の開発とエネルギー資源の節約が重要な課題となっている。特に、亜熱帯地域にある国家では、毎年夏の猛暑により冷凍空調設備が大量に使用され、往々にして電力供給不足の現象が発生する。例えば台湾では、天然エネルギー資源を有さないため電力の多くを核発電に頼っている。ただし、核電力は核の廃棄物、放射などの環境問題をもたらし、ゆえに新たなエネルギー資源の開発のほか、いかに有効に設備の電力消費量を減らし、エネルギー使用効率を高めるかが早急に解決されるべき課題とされている。
【０００３】鑑みるに、空調設備中では、主に、液体冷媒に蒸発器中で引き込んだ室外空気と熱交換作用を進行させ、冷却した空気を室内に進入させている。そして気化した冷媒は冷却機中の圧縮機でまず圧縮して高密度の気体となしてから、さらに冷却器で冷却して液状冷媒となしており、この循環作用を重複して行うようにしてある。
【０００４】また、従来の冷凍空調設備の冷却機には、気冷式と水冷式及び蒸発式の三種の形態がある。これら三種類の冷却方式はそれぞれ以下のようである。
１．気冷式冷却機は空気の対流を利用して冷却効果を発生しており、空気の温度が高く高い冷媒冷却圧力が必要となると、冷却温度もまた高くなり、放熱効果が劣るために、熱伝導面積と風量を増加する必要が生じる。このため体積が大きく、騒音が高く、消耗するエネルギー資源も最大であった。
２．水冷式冷却機は冷却水入出水の温度差の顕熱変化（１グラムの水の水温が摂氏１度上昇するのに１ｃａｌの熱量を吸収する原理）を利用しており、その運転効率は気冷式のものよりやや優れているが、冷却水システムを別に設置しなければならないため、膨大な空間と設備コストがかかり、また冷却水の循環で発生する環境問題はアルツハイマー病との関係も取り沙汰されており、解決が待たれている。且つ冷却水循環システムには比較的大きな馬力の水ポンプが必要で、エネルギーの使用効率を高めることはできなかった。
３．蒸発式冷却機は冷却水の蒸発する潜熱変化（１ｇの水が蒸発するのに５３９ｃａｌの熱量を吸収する原理）を利用しており、その放熱効果は上述の２種類のタイプよりも優れている。しかし、その中の一部の水が、蒸発する際に吸収する潜熱により冷媒の温度を下げるのに使用され、その他の大部分の水は蒸発せず循環使用されるため、水冷式冷却機と同様に貯水設備の設置に大きな空間を必要とし、その問題とコストも水冷式冷却機と同じであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な課題は、１ｇの水が完全に気化する時に５３９ｃａｌの蒸発潜熱を吸収するという原理を十分に利用し、給水を回収及び循環させる必要が無く、そのため従来の大量の水の循環システムを使用したものより熱交換効率が高い、一種の蒸発式冷却機を提供することにある。
【０００６】本発明の次の課題は、簡単な構造で各部品がその中に包含され、外部の冷却システムと管路を取り付ける必要がなく、製造と取り付けコストを最低にまで下げることができる一種の冷却機を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、低圧縮比の圧縮機１０とされて、圧縮機のモータコイルを、圧縮機の作業に必要な消費パワーを下げて電力節約を行えるように改良してある上記低圧縮比の圧縮機１０、蒸発式冷却装置２０とされて、冷媒管２０４を具え、該冷媒管２０４に上記低圧縮比の圧縮機１０が高圧高温の気体冷媒を送り込み、気体冷媒を該冷媒管２０４中で冷却液化させ、該冷媒管２０４の間の空気通路２１２中の熱伝導接触面が一層の吸湿材２０２で被覆されている、上記蒸発式冷却装置２０、給水システム４０とされて、一つの給水制御プリント基板４０４で給水電磁弁４０２を制御し、冷却水を均一に上記蒸発式冷却装置２０に流して冷却水を上記吸湿材２０２に吸着させる上記給水システム４０、送風装置６０とされて、ファンモータ６０４でファン６０２を駆動して発生する気流に蒸発式冷却装置２０内部の空気層間隙の空気通路２１２を通過させて、吸湿材２０２に吸着された水分を常温で蒸発させ、蒸発時に、蒸発式冷却装置２０の冷媒が液化する時に放出する熱量を吸収させることで熱交換を行わせる上記送風装置６０、以上を包括して構成された蒸発式冷却機としている。
【０００８】請求項２の発明は、前記給水制御プリント基板４０４が水圧選定切り換え機能を有し、高、中、低の給水水圧に応じて、給水電磁弁４０２の閉鎖時間を一定に、開放の時間を変更可能に制御し、給水電磁弁４０２に低圧縮比の圧縮機１０の運転時期に合わせて間欠性の開閉動作を行わせることで、周期給水を進行して、給水量を、十分に冷媒と低圧縮比の圧縮機の発生した熱量を冷却するに十分なものとすると共に、給水量をほぼ蒸発量に等しくして、冷却水を回収する必要をなくし、余剰給水があれば、必要に応じて外部より回収使用する措置をとれるようにしてあることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機としている。
【０００９】請求項３の発明は、前記給水システム４０にさらに一つの放水器４０８が設けられて、該放水器４０８の給水出口面に複数の孔が設けられると共に、放水器４０８の管径が入水端より管末に向けて除々に縮小されて、給水圧力を平均に分配できるようにしてあり、出水口面に一層の吸湿材２１０が設けられて給水供給時に給水を平均的に分布させられ、冷却水が均一に蒸発式冷却機を通過するようにしてあることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機としている。
【００１０】請求項４の発明は、冷却水を連続して蒸発式冷却装置２０に供給してテスト運転及びメインテナンス時に十分な給水を行うための連続給水スイッチ４０６が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の蒸発式冷却機としている。
【００１１】請求項５の発明は、前記蒸発式冷却装置２０が、以下のもの、即ち、少なくとも一つの冷媒管２０４とされて、冷媒管本体２１０の表面を吸湿材２０２で被覆してなるもの、少なくとも一つの支持板２０６とされ、該冷媒管２０４を固定して冷媒管２０４間に同じ間隔の空気通路２１２を保持させ、該空気通路２１２を、蒸発により形成された蒸気を空気と共に連続的に送るのに供するもの、少なくとも一つの固定板２０８とされ、支持板２０６に嵌入固定されて各層の冷媒管２０４を位置決めすると共にその重量を支持するもの、以上のものを包括することを特徴とする、蒸発式冷却機としている。
【００１２】請求項６の発明は、前記蒸発式冷却装置２０が一般の鰭片気冷式冷却機と組み合わせられて該鰭片気冷式冷却機の放熱効果を高めた部分蒸発式冷却機を形成しうることを特徴とする、請求項５に記載の蒸発式冷却機としている。
【００１３】請求項７の発明は、前記冷媒管２０４が、吸湿材２０２で冷媒管本体２１０を被覆した後に、蛇行状に成形されてなることを特徴とする、請求項５に記載の蒸発式冷却機としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、冷媒が気体から液体に変化する時の温度と冷却圧力が正比例する原理を利用し、冷却機の空気通路中の熱伝導接触面上を吸湿性の薄膜材料で被覆し、給水を該吸湿性材料に付着させて、空気に空気通路中を急速に通過させて常温で蒸発させ、水分に悉く潜熱変化を行わせて、冷媒管内の熱量を吸収させ、大幅に冷媒の温度を下げ、極めて低い冷却圧力を使用してそれを蒸発させるようにしてあり、これにより、圧縮機のシステム中での運転も軽々と行えるようになり、冷凍効果を増進でき、並びに圧縮機内部のモータの出力パワーを変更できてエネルギー資源を節約する目的を達成できるものとされている。また、吸湿性材料の吸湿と保湿機能により、周期的な給水補充を行えばその機能を維持できるようにしてあり、給水量を蒸発量に接近させる制御が可能であり、給水を回収し、循環させる必要がない。
【００１５】
【実施例】図１は、Ｒ−２２冷媒の液体気体の互換曲線図である。図より分かるように、冷媒温度が低い時には、極めて低い温度の冷却圧力でそれを凝結させられる。例えば冷媒温度４５℃で凝結させるのに必要な相対圧力理論値は約１８kg/cm2であり、もし冷媒温度３０℃で凝結させるのであれば、必要な相対圧力理論値は１２．２７kg/cm2まで大幅に下がる。ゆえに圧縮機のシステム中での運転の負担が少なくなり、冷凍効果を増進することができ、並びに圧縮機内部のモータの出力パワーを変更できるため、エネルギー資源節約の目的を達成できる。本発明では、以上に述べた、冷媒の気体と液体の相互変換時の冷媒温度と凝結圧力が正比例する原理を十分に利用し、大幅に冷却機中の圧縮機の作業圧力を下げて、圧縮機の駆動のための消費パワー（馬力）を大幅に節約することを以て、冷凍空調設備のＥＥＲ（エネルギー効率比）を大幅に改善する。
【００１６】図２を参照されたい。本発明では、低圧縮比の圧縮機１０で高圧高温の気体冷媒を蒸発式冷却装置２０に進入させて冷却液化させており、その中、給水システム４０の給水制御プリント基板４０４が蒸発式冷却装置２０への周期的な給水を制御する。そして、送風装置６０のファンモータ６０４がファン６０２を駆動することで外部の空気が蒸発式冷却装置２０内部の空気通路間隙に引き込まれて蒸発を強力に進行し、水が蒸発する時に蒸発式冷却装置２０の冷媒が液化する時に排出する熱量を吸収し、熱交換の目的が達成される。該給水制御プリント基板４０４は水圧選定切り換え機能を有し、高、中、低の給水水圧に応じて自動設定され、給水制御プリント基板４０４は給水電磁弁４０２の閉鎖時間を一定に制御し、開放の時間を変更可能とすることで対応しており、給水電磁弁４０２が低圧縮比の圧縮機１０の運転時期に合わせて間欠性の開閉動作を行い、周期給水の目的を達成する。こうして、給水量を、十分に冷媒及び低圧縮比の圧縮機１０の発生する熱量を冷却できるものとなし、且つ給水量をほぼ蒸発量に等しいものとし、冷却水を回収する必要をなくし、余剰給水があれば、必要に応じて外部より回収使用する措置をとれるようにしてある。給水電磁弁４０２は給水システム４０の給水の供給源であり、周期性給水の開閉と外部との接続用途を提供しており、給水源には、水道水、地下水など自然圧力給水、及び蒸発器凝結水補充などの方式とされ、極めて少量の外部再増圧給水の方式が採用されうる。連続給水スイッチ４０６は、手動で連続給水して試験運転や洗浄メンテナンスを行うのに用いられる。その他の図示される部品は従来の設計に属し、予めユニット化され包装されている。これは図３に示されるとおりである。
【００１７】図４及び図５には蒸発式冷却装置２０の外観が示されている。本発明の蒸発式冷却装置２０の外形は、図４に示される縦型或いは図５に示されるＬ型或いはＵ型及び円型など各種の形式とされうる。その構成部品については図６を参照されたい。吸湿材２０２で被覆された冷媒管２０４にそれぞれ支持板２０６が組み込まれて、単数層或いは複数層の冷媒管２０４が、空気層間隙により平行或いは交錯するように配列されて、冷媒管２０４が同じ間隔の空気通路２１２を有するものとされて、蒸発により形成された蒸気が空気により連続的に吹き送られるようにしてある。冷媒管２０４の組み込み完成後に、固定板２０８が押し込まれてネジで固定される。その中、固定板２０８には孔が穿たれて支持板２０６へのネジ止めに利用され、固定板２０８と支持板２０６により各層の冷媒管２０４が位置決めされる。最後に放水器４０８が支持板２０６中に設けられた空間に置き入れられ、並びに放水器４０８の出水面に一層の吸湿材４１０が置かれて給水時に平均した引水作用が得られるようにしてある。放水器４０８は冷却機の設計高度により一層或いは複数層設けられる。
【００１８】上述の冷媒管２０４は図７に示されるように、冷媒管本体２１０の表面を吸湿材２０２で螺旋式に被覆して形成されるか、或いは、吸湿材２０２と相似の材料で形成した円形チューブを冷媒管本体２１０に套設して冷媒管本体２１０を被覆する方式、或いは接着などの方式が採用されうる。その中、吸湿材には、不織布、布、天然繊維、合成繊維、再生繊維、無機質繊維などの材料が使用される。被覆完成した冷媒管２０４は設計に応じてその管間の空気通路２１２の寸法が決定されて一体に成形され、図に示されるように、管間を溶接処理により接続する必要がない。
【００１９】図８に示されるように、放水器４０８は、図のような方形管或いは円形管とされ、給水出口端は線形出口或いは円形出口のいずれとされてもよい。且つ管径は入水端から管末へと漸次縮小され、こうして給水圧力を平均して分配して冷却水を均一に蒸発式冷却装置２０に流すことができ、並びに各層結合後に、水管４１２でそれと給水電磁弁４０２が接続される。
【００２０】総合すると、本発明は蒸発式冷却装置２０の冷媒管本体２１０を吸湿材２０２で被覆し、即ち空気通路２１２中の熱伝導接触面上を吸湿性の薄膜材料（吸湿材２０２）で被覆し、放水器４０８による給水を該吸湿材２０２に付着させ、空気通路２１２中への快速空気の吹送りにより付着した水分を常温で蒸発させて、大幅に冷媒の温度を下げて、極めて低い冷却圧力を以てそれを凝結させられるようにしている。さらに吸湿材２０２の有する吸湿と保湿の機能に、給水制御プリント基板４０４による周期的な給水補充制御を組み合わせて、吸湿材２０２の機能を維持させるようにしてあり、これにより給水量をほぼ蒸発量に接近させることができ、ゆえに給水の回収と循環を必要としない特性を有するものとされている。
【００２１】最後に図１１に示されるように、本発明を各種の天候環境或いは水量不足或いは停水時期に応用するとき、従来の鰭片気冷式冷却機８０を本発明の蒸発式冷却装置２０の上面に配置し、並びに連接管で両者を結合して一つの冷却機となせば、高効率の熱交換の目的を達成することができる。
【００２２】
【発明の効果】従来の冷却機は空調設備に利用される時、Ｒ−２２システムでは、図９のＲ−２２のモーリエグラフ（Ｍｏｌｌｉｅｒ ｄｉａｇｒａｍ）に示されるように、冷却機入口の気体冷媒温度が約８０度で、出口の液体冷媒温度は約３７度で、冷却圧力は２０kg/cm2−ａであったが、本発明の冷却機を使用した時には、図１０に示されるように、Ｒ−２２システムにおいて、冷却機の入口の気体冷媒温度は約６０℃に下げられ、出口の液体冷媒温度は約３０℃であり、冷却圧力は約１４kg/cm2−ａしか必要でない（図１に示されるように、理論的にはＲ−２２が３０℃の時、液化に要する冷却圧力は１２．２７kg/cm2である）。本発明により、圧縮機に要求される圧縮比が大幅に下がり、冷却機出口の液体冷媒温度は従来のものより約７℃も下がり、その冷凍効果は約２０％も上昇した。また圧縮比が低くなるために、本発明は従来の圧縮機内部のモータの巻線を改良して、圧縮機自身の出力効率を下げた低圧縮比の圧縮機１０を使用することができ、圧縮機単体の運転による消耗パワーも２５％減少する。ゆえに本発明の冷却機は冷凍或いは空調製品に使用されていずれもその出力パワーを向上でき、消耗パワーを減少でき、ＥＥＲ値（或いはＣＯＰ）を５０％以上も向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９８１２８４１０
【氏名又は名称】劉 富欽
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| 【出願日】 |
平成１０年９月１０日（１９９８．９．１０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６３８０８
【弁理士】
【氏名又は名称】門間 正一 （外５名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−８８４００（Ｐ２０００−８８４００Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年３月３１日（２０００．３．３１） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２５６７６９ |
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