トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F28 熱交換一般

【発明の名称】 冷却装置
【発明者】 【氏名】端野 勝利

【氏名】木ノ下 雄介

【要約】 【課題】従来の冷却装置の問題点を解決し、メンテナンス性のよい冷却装置を提供する。

【解決手段】被冷却流体が流入する往き管と被冷却流体が流出する戻り管とに接続される冷却ユニット24と前記冷却ユニット24を冷却する散水孔21aとを含む冷却塔と、圧縮機31a、31b、凝縮器32a、32b、膨張弁34a、34b、蒸発器33a、33bを含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットとを備え、凝縮器32a、32bは、冷却塔の内部に配置されて、圧縮機31a、31b圧縮された冷媒が散水孔21aより給送された冷却媒体と熱交換される冷却装置において、冷却ユニット24と、凝縮器32a、32bとは、それぞれ別体の躯体51,53によって支持されるとともに、冷却ユニット24と凝縮器32a、32bとを連結部513を介して上下に分離可能に連結した。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被冷却流体が流入する往き管と被冷却流体が流出する戻り管とに接続される冷却ユニットと前記冷却ユニットを冷却する冷却手段とを含む冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットとを備え、前記凝縮器は、前記冷却塔の内部に配置されて、前記圧縮機で冷却された冷媒が前記冷却手段より給送された冷却媒体と熱交換される冷却装置において、
前記冷却ユニットと、前記凝縮器とは、それぞれ別体の躯体によって支持されるとともに、
前記冷却ユニットと前記凝縮器とを連結部を介して分離可能に連結した
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項2】
前記冷却ユニットは、前記凝縮器の躯体と前記冷却ユニットの躯体とを連結して前記凝縮器の上部に配置されることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記連結部は、前記凝縮器の躯体の上部と前記冷却ユニットの躯体の下部とを印籠状に形成した連結部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を冷却した後、冷却すべき機器に送り出す冷却装置に関し、詳しくは冷却装置の冷却塔のメンテナンス性の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に冷却を必要とする各種機械設備では、15から30℃に冷却された被冷却流体供給し、熱交換させ各種機械設備を冷却することが行われている。特に精度を必要とする機械設備に被冷却流体を供給するために、18℃から29℃程度の中低温域の冷却水を供給する装置として、伝熱(冷却)パイプを複数層に重ねて形成した冷却部と冷却部に散水する散水装置及び冷却部に通風する冷却ファンとを有する密閉蒸発式冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有しかつこの順に冷媒を循環させる冷却器とを同一の筐体内に上下に一体的に設け、冷却部と蒸発器とを被冷却流体が通過するように接続し、被冷却流体をまず前記冷却部、次に前記蒸発器の順に通過させて外部に送り出すように設けるとともに、被冷却流体の温度によって冷却塔及び冷却器の運転、停止を制御する温度調節器を備えた冷却装置が提案され、実用化されている(特許文献1から3参照)。
【0003】
また、この密閉型冷却装置は、凝縮器が伝熱パイプを複数層に重ねて形成し、前記冷却部と同一の筐体内に上下一体的に設け、散水装置から凝縮器へも散水される特徴的な構造を有している。
この密閉型冷却装置では、冷却器が運転中でも冷却部に散水される水の温度は上昇しないので、冷却器運転時の消費電力を減少することができ、また必要に応じバイパス管を開いて冷却部を通らずに蒸発器を通過させ、圧縮機に切換弁を操作して冷凍サイクルを逆にし、蒸発器で加熱できるので、年間を通じて一定温度の被冷却流体を供給できるという利点を有する。
【0004】
【特許文献1】特公平5−70069号公報
【特許文献2】特開2001−108394号公報
【特許文献3】特開2005−42962号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、密閉型冷却装置といえども、伝熱パイプ内にスケールが付着したり、伝熱パイプが腐食し伝熱パイプの肉厚が薄くなったりすることがあり、定期的なメンテナンスが必要である。また冷却水の凍結によって伝熱パイプが破損し早急なる修理を必要とすることがあった。ところが、特許文献1から3に開示された冷却装置は、冷却部と凝縮器との伝熱パイプが同一の筐体内に上下一体的に設けられているので、例えば冷却部の伝熱パイプのみを交換メンテナンスする際には、(1)凝縮器内の冷媒を抜く工程、(2)冷却部の伝熱パイプを分解、交換する工程、(3)凝縮器へ冷媒を再充填する工程が必要で、そのメンテナンスには多大の工期と費用を要していた。
【0006】
従って本発明の目的は、従来の冷却装置の問題点を解決し、メンテナンス性のよい冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、被冷却流体が流入する往き管と被冷却流体が流出する戻り管とに接続される冷却ユニットと前記冷却ユニットを冷却する冷却手段とを含む冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットとを備え、前記凝縮器は、前記冷却塔の内部に配置されて、前記圧縮機で冷却された冷媒が前記冷却手段より給送された冷却媒体と熱交換される冷却装置において、前記冷却ユニットと、前記凝縮器とは、それぞれ別体の躯体によって支持されるとともに、前記冷却ユニットと前記凝縮器とを連結部を介して上下に分離可能に連結したことを特徴とするものである。
【0008】
また本発明の冷却装置は、前記凝縮器の躯体と前記冷却ユニットの躯体とを連結して、前記冷却ユニットが、前記凝縮器の上部に配置することができる。
また本発明の冷却装置において、前記連結部は、前記凝縮器の躯体の上部と前記冷却ユニットの躯体の下部とを印籠状に形成した連結部であることが好ましい。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、冷却ユニットと、凝縮器とは、それぞれ別体の躯体によって支持されるとともに、前記冷却ユニットと前記凝縮器とを連結部を介して上下に分離可能に連結した構成であるので、交換修理作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係わる冷却装置の機器構成を示す概略断面図である。図2は、本発明の実施の形態に係わる冷却装置の運転フローの一部を示すチャート図である。
【0011】
冷却装置1は、ケース(筐体)10の内部に収容された冷却塔2とその下方に配置されたチラーユニット3とを有し、ケース10の側部には外気を取り込むために通風孔(ルーバー)11が設けられている。冷却塔2は、上から順に、モータ20aにより駆動される冷却ファン(送風機)20bと、底面に散水孔21aを有する散水槽21と、内周側が入口ヘッダー22に接続され外周側が出口ヘッダー23に接続された密閉蒸発式の冷却ユニット24と、冷却ユニット24に散水される冷却水を補給する補給用水栓27とストレーナ26aを有する受水槽26を備えている。受水槽26と散水槽21とを接続する連結管28の途中には散水ポンプ29が設けられている。
【0012】
冷却ユニット24は、(後述する)銅管コイルを渦巻き状に巻回して形成された冷却パイプから構成されている。入口ヘッダー22には、冷却ユニット24内に被冷却流体を流入させるために往き管30aが接続され、出口ヘッダー23には、冷却ユニット24から流出する被冷却流体を蒸発器33a、33bに流すために戻り管30bが接続され、さらに蒸発器には、被冷却流体を外部機器(不図示)に戻すためにチラー部配管30dが接続されている。
【0013】
チラーユニット3は、各一対の圧縮機31a、31b、凝縮器32a、32b、蒸発器33a、33b及び膨張弁34a、34b及び冷媒が循環する冷媒管路35a、35bを含む。凝縮器32a、32bは、(後述する)渦巻き状に巻回して形成された伝熱パイプを有し、各伝熱パイプは入口ヘッダー36a、36bを介して一対の圧縮機31a、31bに接続され、また出口ヘッダー37a、37bを介して一対の膨張弁34a、34bに接続されている。さらにチラーユニット3においては、冷却ユニット24の上流側に設けられた往き管30aの途中(X)からバイパス管30cが分岐され、このバイパス管30cは冷却ユニット24の下流側に設けられた戻り管30bとその出口(X)で合流しかつ蒸発器33a、33bを通過するチラー部配管30dに接続されている。
【0014】
バイパス管30c及び戻り管30bの途中にはそれぞれ被冷却流体の流路を切替える方向切換弁(二方弁)38a及び38bが設けられている。この方向切換弁38bは往き管30aの途中に設けてもよい。また往き管30aの入口付近、チラー部配管30dの出口付近、戻り管30bの途中及び受水槽26の周囲には、各々被冷却流体の入口温度を検出する温度センサ39a、被冷却流体の出口温度を検出する温度センサ39b、冷却ユニット24を通過後の被冷却流体の温度を検出する温度センサ39c及び外気湿球温度を検出する温度センサ39dが設置されている。
【0015】
上記冷却装置1の運転を制御する装置は、バイパス運転を行う時間を設定するタイマーと、被冷却流体の入口温度、その出口温度及び外気温度に基いて上記方向切換弁38a及び38bの制御装置に開閉信号を出力するシーケンサーを含む。タイマーでは、方向切換弁38a及び38bの開弁(閉弁)時間を指定する代わりに開弁(閉弁)する時刻を指定してもよい。
【0016】
上記冷却装置1の運転方法の一例を説明する。外気の温度(T)が設定温度(例えば20℃)より低い場合(例えば冬期)は、冷却水の温度は10℃位まで低下するので、被冷却流体は次の手順で冷却される。すなわちシーケンサー(不図示)から方向切換弁38aを閉じかつ方向切換弁38bを開く信号を出力することにより、外部機器(図示せず)で熱交換された高温の被冷却流体が冷却塔2の内部に導入され、冷却塔2の上部に配置された散水槽12の底面に設けた多数の小孔の散水孔21aから冷却水が冷却ユニット24に均一に散布され、その冷却コイルの中を通過する被冷却流体が冷却される。この場合、散水された冷却水は冷却パイプの外周面に水膜を作りながら順に下方の冷却パイプに落下し、冷却パイプがそこに散水された水の蒸発潜熱で冷却され、冷却パイプ内の被冷却流体が冷却される。
【0017】
ここで、上記冷却ユニット24に散水される冷却水は、補給用水栓27から受水槽26に供給されるとともに、受水槽26の下部に設けられたストレーナ26aで挟雑物が除去された後、散水ポンプ29で汲み上げられて散水槽21に給送される。さらに冷却ユニット24は冷却水で冷却されることに加えて、送風機20bにより導入された外気によっても冷却される。冷却ユニット24で冷却された被冷却流体は、出口ヘッダー23からチラーユニット3に給送され、そこで冷却媒体に吸熱された後、外部機器に給送される。チラーユニット3においては、圧縮機31a、31bで圧縮された冷媒(図示せず)を、凝縮器32a、32bで放熱し、膨張弁34a、34bを介して蒸発器33a、33b内で膨張蒸発して吸熱するサイクルが繰り返される。凝縮器32a、32bにおいては、圧縮機31a、31bで圧縮された冷媒と、散水手段の一部である受水槽26から給送される冷却水及び冷却塔2の内部に導入される外気とが熱交換される。
【0018】
次に、夏期又は夏期と冬期の中間期のように外気温度が高い(例えば20℃以上)の場合は、冷却水の温度は20〜30℃になり、冷却ユニット24を被冷却流体が通過すると逆に熱を受けることとなるため、被冷却流体は次の手順で冷却される。すなわちシーケンサーから方向切換弁38aを開弁し、方向切換弁38bを閉弁する信号を出力することにより、冷却装置1内に流入した高温の被冷却流体は、冷却ユニット24を通らずにバイパス管30cに給送されてバイパス運転が行われる。
【0019】
このバイパス運転は図2に示す手順に従って実行される。ステップS1で、バイパス運転が行われているか否かを確認し、バイパス運転が行われている場合は、ステップS2でバイパス運転を行う時間が予め設定された時間を経過したか否かを確認し、バイパス運転を行う時間がその設定時間を経過した時は、ステップS3のように、シーケンサーから方向切換弁38aを閉弁し、方向切換弁38bを開弁する信号を出力して、バイパス運転を解除することにより、冷却ユニット24に被冷却流体を流す。
【0020】
次に冷却ユニット24に被冷却流体が所定時間流れた後に、シーケンサーから方向切換弁38aを開弁し、方向切換弁38bを閉弁する信号を出力することにより、ステップS4に示すように、バイパス運転が行われる。また夏期又は夏期と冬期の中間期はバイパス運転が長期間に及ぶことがあるので、消費電力を節約するために、バイパス運転が行われていない場合、バイパス運転を行う時間がその設定時間を経過していない場合あるいはバイパス運転が実行された場合は、冷却装置に被冷却流体が流入する温度、冷却装置から被冷却流体が流出する温度、又は外気湿球温度を検出し、その温度を基準値と比較することにより、弁の切換え制御を行うことが望ましい。上記のバイパス運転は、1日当たり例えば12回の頻度(例えば118分間隔)で、タイマーで設定した時間(例えば2分間)だけ方向切換弁38aを閉弁しかつ方向切換弁38bを開弁する動作を繰り返すシーケンス制御を行うことにより実行される。このような弁の切換え制御により、冷却パイプの内部に流入した被冷却流体がそこに滞留することが防止される。タイマーによる上記設定時間(方向切換弁38bを開く時間)は、冷却ユニット24内の被冷却流体が全て入れ替わるだけの時間に設定すればよい。
【0021】
図3は冷却ユニット及び凝縮器の構造を示す斜視図である。図4は冷却ユニット及び凝縮器の躯体の構造を示す断面図であり、図1と同一機能部分は同一の参照符号で示す。
【0022】
図3(a)(b)に示すように、冷却ユニット24は、例えば渦巻状に13周巻回して形成された冷却パイプを20段積層して構成され、冷却ユニット躯体51に支持されている。また、それぞれの冷却パイプは内端を入口ヘッダー22に、外端を出口ヘッダー23にロウ付け等によって接続されている。躯体51は、約φ1200mmの円環状の上部支持リング51aと、上部支持リング51aから放射状に配置された上部腕木51bと、円環状の下部支持リング51c(図4参照)と、下部支持リング51cから放射状に配置された下部腕木51dと、上部支持リング51aと下部支持リング51cとを連結する支持柱51eとからなっている。
【0023】
また、同様に凝縮器32も渦巻状に13周巻回して形成された伝熱パイプを10段積層して構成され、凝縮器躯体53に支持されている。また、それぞれの伝熱パイプは内端を入口ヘッダー36に、外端を出口ヘッダー37にロウ付け等によって接続されている。躯体53は、円環状の上部支持リング53aと、円環状の下部支持リング53c(図4参照)と、下部支持リング53cから放射状に配置された下部腕木53dと、上部支持リング53aと下部支持リング53cとを連結する支持柱53eとからなっている。
そして、凝縮器32の上部に冷却ユニット24が配置されている。なお、図1においては凝縮器32a、32bと2段に、図3においては凝縮器32の1段の例を示しているが、冷却装置を構成するチラー回路の数に合わせて凝縮器は積層される。
【0024】
しかして、図3(b)に示すように、冷却ユニット24と凝縮器32とは冷却ユニット躯体51と凝縮器躯体53をして分離可能に構成されている。
具体的には、図4に示すように、凝縮器躯体53の上部支持リング53aは断面L型の円環状で、断面L型を上向きに突出したスリーブ部531が設けられている。そしてスリーブ部531の外径は、冷却ユニット躯体51の下部支持リング51cの内径511よりも(例えば数mm)小さく設定されており、冷却ユニット躯体51と凝縮器躯体53を接続する再には、印篭状に嵌り合う。そして、締結部513をボルト・ナット等で締結すると、凝縮器躯体53の上部に冷却ユニット躯体51を連結することができる。
【0025】
また、下部腕木51d上にはパイプホルダ520を配置されている。そして、下部腕木51dは、前記雌ねじのピッチ(例えば2mm)に冷却パイプの巻き数(例えば13周)を乗じた寸法分、下部腕木51dの内周側から外周側へと上昇するように傾斜を設けている。また、パイプホルダ520の上面には冷却パイプを例えば13周保持するための凹部が設けられ、冷却コイルの積層段数分だけ設けられる。
【0026】
凝縮器32も同様に下部腕木53dの内周側から外周側へと上昇するように傾斜を設けており、冷却ユニット24と凝縮器32とは内外径がほぼ同一である。しかして、図1に示したように冷却ユニット24と凝縮器32とはその上部から散水され熱交換を行うので、散水が均一に行き渡るためには、冷却ユニット24と凝縮器32との中心線が一致していることが好ましい。上記の構成によれば、冷却ユニット躯体51と凝縮器躯体53とが印籠状に嵌り合うので、冷却ユニット24と凝縮器32との中心を合わせて組立てることが容易にできる。
また、冷却ユニットと凝縮器とは締結部513において上下に分離可能に連結されているので、万が一冷却ユニットの銅管パイプの劣化や破損があった場合に、締結部513から冷却ユニットを取外し、容易に交換修理が可能である。冷却能力が大きい冷却装置では、冷却ユニットと凝縮器とが大型となるために特に有益である
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の実施の形態に係わる冷却装置の機器構成を示す概略断面図である。
【図2】図1の冷却装置の運転フローの一部を示すチャート図である。
【図3】冷却ユニット及び凝縮器の構造を示す斜視図である。
【図4】冷却ユニット及び凝縮器の躯体の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【0028】
1:冷却装置、10:筐体、11:ルーバー
2:冷却塔、20a:モータ、20b:送風機、21:散水槽、22:入口ヘッダー、23:出口ヘッダー、24:冷却ユニット、26:受水槽、26a:ストレーナ、27:補給用水栓、28:連結管、29:ポンプ、
3:チラーユニット、30a:往き管、30b:戻り管、30c:バイパス管、30d:チラー部配管、31a、31b:圧縮機、32、32a、32b:凝縮器、33a、33b:蒸発器、34a、34b:膨張弁、35a、35b:冷媒管路、36、36a、36b:入口ヘッダー、37、37a、37b:出口ヘッダー、38a、38b:方向切換弁、39a、39b、39c、39d:温度センサ
51:冷却ユニット躯体、53:凝縮器躯体
【出願人】 【識別番号】000005083
【氏名又は名称】日立金属株式会社
【出願日】 平成19年3月7日(2007.3.7)
【代理人】
【公開番号】 特開2008−215761(P2008−215761A)
【公開日】 平成20年9月18日(2008.9.18)
【出願番号】 特願2007−56709(P2007−56709)