(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛇口からの水道水あるいは井戸水を下流に導くための上流側配管と、
上流側配管からの水道水あるいは井戸水が導入される、上流側配管と連結した、イオン交換樹脂が充填されたカラムと、
カラムと連結しており、カラムから排出されたイオン交換水を下流に導くための下流側配管と
を有する、下流側配管から排出されたイオン交換水を放熱フィンに散水して当該放熱フィンを冷却するよう構成された熱交換冷却装置であって、
放熱フィンへのイオン交換水の散水ＯＮとＯＦＦとを切り替える電磁弁と、
放熱フィンの乾燥状態を推定するための、一種又は複数種の物理量を測定可能な一種又は複数種のセンサと、
センサで測定された一種又は複数種の物理量に基づき、放熱フィンが乾燥状態にあると判定した場合、電磁弁をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水するか否かを決定する散水決定手段と、
散水決定手段により放熱フィンにイオン交換水を散水することが決定された場合、予め決められた量又は予め決められた時間、電磁弁をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水した後、電磁弁をＯＦＦにする散水実行制御手段と
を有しており、
ここで、前記一種又は複数種のセンサの少なくとも一部が、エアコンのコンプレッサへ流入する冷媒温度を測定するセンサ、エアコンのコンプレッサから流出する冷媒温度を測定するセンサ、放熱フィンにおける冷媒の温度を測定するセンサであり、
放熱フィンへのイオン交換水の散水時におけるＳＶ値が０．２〜１０となるようカラム内にイオン交換樹脂が充填されているよう構成された熱交換冷却装置。
【請求項２】
カラムの下流に設けられた下流側配管が複数に分岐しており、分岐した複数の下流側配管のそれぞれに電磁弁が取り付けられており、
いずれか一の電磁弁がＯＮである場合には、他の電磁弁がＯＮにならないよう制御する、請求項１記載の熱交換冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコンは冷房負荷が下がる（冷媒温度が低くなる）につれインバーター制御でコンプレッサの回転数を低くしている。ここで、エアコンではコンプレッサが大部分の電力を消費しているので、冷媒温を下げると電力を削減できる。この冷媒温を下げる手法として、室外機のアルミフィンにより大気を送風することでの熱交換する手法の他、アルミフィンに散水する手法が、より冷却効果を高める手法として知られている。具体的には、空調装置、冷凍冷蔵装置、ガスヒートポンプ型空調装置等の熱交換器における放熱フィンに散水を施すことにより、放熱フィンを冷却して冷却効率を向上させる装置が提案されている。例えば、特許文献１には、空調装置の濃縮機（熱交換器）の放熱フィンに冷却水を散水する技術が提案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術によると、放熱フィンにスケールが付着するため、放熱フィンを清掃するための清掃ブラシを備える必要がある。但し、既存の空調装置に清掃ブラシを取り付けるにはコストがかかる、清掃ブラシの駆動に伴って機械的に弱い放熱フィンを傷める危険性がある、既存の熱交換器に取り付けることができない場合がある、等の問題がある。また、スケールの付着を防止するために、水が気化して残渣を残すことがないように多量の水を噴霧することも提案されている。しかしながら、この場合には使用水量が多くなり不経済である。
【０００４】
そこで、スケールが水道水中に含まれるミネラル分に起因することに鑑み、冷却に使用する水として、ミネラル分を含む水道水では無く、純水や逆浸透膜水といった、ミネラル分を含まない水を使用することが提案されている。その上で、純水の使用量を減らすべく、散水部により散水された純水が放熱フィンに付着した状態で蒸発する程度の間隔を空けるように散水時間を間欠制御する制御部を備えた熱交換器の効率改善装置が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５７９７１号公報
【特許文献２】特開２０１１−８９６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２では、水を純水化する純水生成装置、生成された純水を貯留するタンクや、タンク内の純水を放熱フィンに吹き付けるためのポンプが必要となり、小中規模企業や一般家庭では容易に設置できないという課題がある。そこで、本発明は、放熱フィンへのスケールの付着防止及び使用水の節減を図ることを前提としつつ、巨大な設備を設けなくても簡単に採用できる熱交換冷却装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、
蛇口からの水道水あるいは井戸水を下流に導くための上流側配管と、
上流側配管からの水道水あるいは井戸水が導入される、上流側配管と連結した、イオン交換樹脂が充填されたカラムと、
カラムと連結しており、カラムから排出されたイオン交換水を下流に導くための下流側配管と
を有する、下流側配管から排出されたイオン交換水を放熱フィンに散水して当該放熱フィンを冷却するよう構成された熱交換冷却装置であって、
放熱フィンへのイオン交換水の散水ＯＮとＯＦＦとを切り替える電磁弁と、
放熱フィンの乾燥状態を推定するための、一種又は複数種の物理量を測定可能な一種又は複数種のセンサと、
センサで測定された一種又は複数種の物理量に基づき、放熱フィンが乾燥状態にあると判定した場合、電磁弁をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水することを決定する散水決定手段と、
散水決定手段により放熱フィンにイオン交換水を散水することが決定された場合、予め決められた量又は予め決められた時間、電磁弁をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水した後、電磁弁をＯＦＦにする散水実行制御手段と
を有しており、
ここで、放熱フィンへのイオン交換水の散水時におけるＳＶ値が０．２〜１０となるようカラム内にイオン交換樹脂が充填されているよう構成された熱交換冷却装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放熱フィンへのスケールの付着防止及び使用水の節減を図ることを前提としつつ、ポンプを用いること無く、一般の蛇口に取り付けるだけで簡単に放熱フィンを冷却させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本形態に係る熱交換冷却装置の概略図である。
【図２】図２は、本形態に係る制御部の機能ブロック図である。
【図３】図３は、本形態に係る制御部における一時記憶手段及び各種テーブルの内容例である。
【図４】図４は、本形態に係る制御部で実行する処理フロー例である。
【図５】図５は、本形態に係る熱交換冷却装置の作用図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１を参照しながら、本発明の一形態（蛇口からの水道水を例示）を具体的に説明する。尚、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。
【００１１】
≪熱交換冷却装置１の全体構成≫
本形態に係る熱交換冷却装置１は、
蛇口からの水道水を下流に導くための上流側配管１１と、
上流側配管１１からの水道水が導入される、上流側配管１１と連結した、イオン交換樹脂１２ａが充填されたカラム１２（純水器）と、
カラム１２と連結しており、カラム１２から排出されたイオン交換水を下流に導くための下流側配管１３と
を有する、下流側配管１３から排出されたイオン交換水を放熱フィン２１（例えばアルミフィン）に散水して当該放熱フィン２１を冷却するよう構成された熱交換冷却装置１であって、
放熱フィン２１へのイオン交換水の散水のＯＮとＯＦＦとを切り替える電磁弁１４と、
放熱フィン２１の乾燥状態を推定するための、一種又は複数種の物理量を測定可能な一種又は複数種のセンサ１５（１５ａ、ｂ・・・）と、
放熱フィン２１へのイオン交換水の散水の制御を実行する制御部（操作盤）１６と
を有しており、
ここで、放熱フィン２１へのイオン交換水の散水時におけるＳＶ値が０．２〜１０となるようカラム１２内にイオン交換樹脂１２ａが充填されているよう構成されている。以下、各構成要素を詳述する。尚、図１では放熱フィンのみ図示したが、当該放熱フィンは、例えば、エアコンの室外機のコンプレッサからの冷媒を空冷するためのものである。
【００１２】
（上流側配管１１）
上流側配管１１は、水道水を通すための管である限り特に限定されず、例えば通常使用される金属管（例えばＣｕ管）やホースであってもよい。蛇口（水源）から純水器（イオン交換樹脂が充填されたカラム）に至るまでの管は、一本でなくとも複数の管から構成されていてもよい（例えば、図１に示すように、途中にバルブや減圧弁等を介した場合等）。尚、金属の溶出が極力防止できる素材、例えば樹脂製が好適である。ここで、上流側配管１１の一端（最上流側）と蛇口とは固定されている。固定の手法は、蛇口から放出された水道水が、放出圧力を維持しつつ上流側配管１１内に供給されるよう構成されている限り特に限定されない。例えば、上流側配管１１の最上流側開口を介して、上流側配管１１内に蛇口を嵌入させ、上流側配管１１が蛇口から外れないように固定してもよいし、上流側配管１１と蛇口とを連結固定させるための別部材を両者間に介在させてもよい。また、上流側配管１１の他端（最下流側）とカラム（純水器）１２の入口とは固定されている。固定の手法は、蛇口から放出された水道水が、放出圧力を維持しつつカラム（純水器）１２内に供給されるよう構成されている限り特に限定されない。例えば、上流側配管１１の下流側開口を介して、上流側配管１１内にカラム１２の入口を嵌入させ、上流側配管１１がカラム１２の入口から外れないように固定してもよいし、上流側配管１１とカラム１２の入口とを連結固定させるための別部材を両者間に介在させてもよい。
【００１３】
（カラム１２）
カラム（純水器）１２は、例えば、イオン交換水を製造する際に使用されるカラムであり、例えば、入口と出口とを備えた円筒状の容器である。当該カラム１２の中に、イオン交換樹脂１２ａが詰められている。ここで、使用するイオン交換樹脂は、好適には、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウム等、金属塩及びケイ酸の堆積を防止する趣旨から、強酸性陽イオン交換樹脂と強塩基性陰イオン交換樹脂との混合物である。ここで、イオン交換樹脂の量は、１シーズン交換又は再生せずに必要水量を賄うに足る量であることが好適である。
【００１４】
ここで、カラム１２内でのイオン交換樹脂１２ａの詰める量は、通常の水道水圧を印加した場合、ＳＶ値が０．２〜１０（好適には１〜５、より好適には１〜３）となるような量にする。ここで、ＳＶ値とは、スペースベロシティ（空間速度）の略であり、水を処理する速度の指標で、１時間に処理できる水の体積を装置ろ材の体積で割った値である。この範囲に設定することにより、従来のようにポンプを別途設けなくても、水道水圧だけで、水（イオン交換水）を放熱フィンに吹き付けることが可能となる。尚、通常、イオン交換水を生成させる際には、ＳＶ２０〜４０程度で実施する。この速度で通水するとカラムからの流出水圧が下がり、ノズルからの散水圧が足りなくなる。これとの比較では、今回のイオン交換水の生成は、相当低いＳＶ値で実施することが分かる。
【００１５】
（下流側配管１３）
下流側配管１３は、イオン交換水を通すための管である限り特に限定されず、例えば通常使用される金属管やホースであってもよい。尚、放熱フィンへの沈着原因成分の溶出が極力防止できる素材、例えば金属製（例えばＣｕ管）や樹脂製が好適である。ここで、カラム（純水器）１２からノズルに至るまでの管は、一本でなくとも複数の管から構成されていてもよい。例えば、図１に示した形態では、カラム１２からの配管が複数（本例では２本）に分岐し、当該複数の配管のそれぞれに電磁弁が設置されている。このように構成することで、複数のエアコン室外機の冷媒を冷却することが可能となる。但し、後述するように、カラムにおけるＳＶ値が０．２〜１０であることを踏まえると、複数の電磁弁を同時にＯＮにすると水圧が低下し、放熱フィンに散水することが不可能乃至は末広ノズルの散水パターンが不均一となる。よって、一の電磁弁のみがＯＮ状態となるように制御される。ここで、下流側配管１３の一端（最上流側）とカラム１２とは固定されている。固定の手法は、蛇口から放出された水道水が、放出圧力を維持しつつ下流側配管１３内に供給されるよう構成されている限り特に限定されない。例えば、下流側配管１３の上流側開口を介して、下流側配管１３内にカラム１２の出口を嵌入させ、下流側配管１３の出口から外れないように固定してもよいし、下流側配管１３とカラム１２の出口とを連結固定させるための別部材を両者間に介在させてもよい。また、下流側配管１３の他端（下流側）には、末広ノズル１３ａ（広角のスプレーノズル）が取り付けられている（図１では、一本の配管に対し、４個のノズルが取り付けられており、共通した一つのフィンに対してこれら４個のノズルから散水が実行される）。この末広ノズル１３ａを介して、下流側配管１３を通じて下流に導かれたイオン交換水が放熱フィン２１に吹き付けられる。尚、末広ノズルをアルミフィンを保護するネットの外側に設置すると、散水はネットにかかり、無駄に水を消費するので、広角のスプレーノズルを保護ネットとアルミフィンとの間に設置することが好適である。また、本装置では、少量の水をアルミフィンに散水し、乾いた時点で散水するので頻繁に散水することになる。その場合、ノズルからの散水を中断すると、ノズルより高い位置にある配管内の水が垂れ落ちる。よって、垂れ落ちる水が無駄にならないよう、ノズルの位置は配管より高い位置に設置することが好適である。
【００１６】
（電磁弁１４）
電磁弁１４は、放熱フィン２１へのイオン交換水の吹き付けのＯＮとＯＦＦとを切替可能な弁であれば特に限定されない。ここで、電磁弁１４が設けられている位置も、弁のＯＮＯＦＦによりイオン交換水の吹き付け（系内の水の流れ）が制御できる位置であれば特に限定されず、カラムの下流側でも上流側でもよい。但し、図１の例のように、カラム１２の下流側配管が複数に分岐しており、分岐した下流側配管のそれぞれに電磁弁１４が設けられている場合においては、電磁弁の位置はカラム１２の下流側である。
【００１７】
（センサ１５）
センサ１５は、放熱フィン２１が乾燥状態にあるか否かを判断するための物理量を測定可能なセンサである。ここで、センサの種類及び数は、特に限定されず、例えば、外気温を測定するための温度センサ、湿度を測定するための湿度センサ、風速を検知するための風速量センサ、表面が濡れているか否かを検知するための赤外線センサ等を挙げることができる。ここで、好適には、エアコンのコンプレッサへ流入する冷媒温度を測定するセンサ、エアコンのコンプレッサから流出する冷媒温度を測定するセンサ、エアコンのコンプレッサから排出される排気温度を測定するセンサ、放熱フィンの温度を測定するセンサ、外気温を測定するセンサである。尚、図１の形態では、放熱フィン２１での冷媒温度（エアコンのコンプレッサの冷媒）を測定するためのセンサ、コンプレッサに流入する冷媒温度を測定するためのセンサ、コンプレッサを流出する冷媒温度を測定するためのセンサ、が、冷媒管の表面又は内部に設置されている（これらの内、特に好適には、コンプレッサ通過後の冷媒配管表面に取り付けられた、冷媒配管表面の温度を測定するためのセンサ）。
【００１８】
（制御部１６）
制御部１６は、周知のように、ＣＰＵ、プログラムを記録したＲＯＭ、情報を一時記憶するＲＡＭから構成される。ここで、制御部１６は、センサ１５と電気的に接続しており、センサ１５からの出力情報が入力されると共に、電磁弁１４のＯＮＯＦＦを制御する機能を有する。
【００１９】
ここで、図２は、制御部１６の機能ブロック図である。当該図に示されるように、制御部１６は、センサ１５からの出力信号を受信するセンサ情報受信手段１６ａと、センサ１５（１５ａ、ｂ・・・）で測定された一種又は複数種の物理量に基づき、放熱フィン２１が乾燥状態にあると判定した場合、電磁弁１４をＯＮにして放熱フィン２１にイオン交換水を散水することを決定する散水決定手段１６ｂと、散水決定手段１６ｂにより放熱フィン２１にイオン交換水を散水することが決定された場合、予め決められた量又は予め決められた時間、電磁弁１４をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水した後、切替弁１４をＯＦＦにする散水実行制御手段１６ｃと、を有している。
【００２０】
ここで、散水決定手段１６ｂは、過去における物理量（例えば、温度や湿度）に関する情報を一時記憶する過去情報一時記憶手段１６ｂ−１と、散水タイミングに到達したか否かを判定するための散水タイミング判定用テーブル１６ｂ−２と、散水量を決定する際に参照される散水量決定用テーブル１６ｂ−３と、計時するタイマ１６ｂ−４と、を有している。ここで、図３は、一例として、物理量として温度及び湿度を採用した場合の、過去情報一時記憶手段１６ｂ−１、散水タイミング判定用テーブル１６ｂ−２及び散水量決定用テーブル１６ｂ−３の一例である。図３に示されるように、定期的に温度情報及び湿度情報が取得され、当該取得情報が過去情報一時手段１６ｂ−１に一時記録される。そして、一時記録する際、どの程度の水分量が乾燥したかのパラメータ値Ｘを更新する。また、図３に示すように、散水タイミング判定用テーブル１６ｂ−２は、前回放出した水分量とパラメータ値Ｘｍａｘの関係が記録されている。更に、図３に示すように、散水量決定用テーブル１６ｂ−３は、前回吹き付けたイオン交換水の乾燥速度と対応して、今回吹き付けるべきイオン交換水の量が記録されている。尚、ここで述べた手法はあくまで一例であり、単に、センサでの物理量が所定値となった場合（例えば、冷媒の温度、例えば、アルミフィンでの温度、コンプレッサへの流入温度、及び／又は、コンプレッサへの流出温度、が所定値に達した場合）に散水する構成の場合、過去情報一時記憶手段は必ずしも必要無い。
【００２１】
≪本装置の制御≫
次に、図４を参照しながら、本装置で実行される、放熱フィンへのイオン交換水の散水処理を説明する。まず、ステップ１０１で、制御部１６は、過去情報一時記憶手段１６−１に一時記録されているパラメータ値及びタイマ値をクリアし、タイマ１６ｂ−４をリセットする初期化処理を実行する。次に、ステップ１０３で、制御部１６は、タイマ１６ｂ−４をスタートさせる。以後、当該タイマ１６ｂ−４が所定時間（例えば１分毎）に到達する度に、センサ１５からの出力情報を取得し続け、前回散水した水分がどの程度蒸発したかに関するパラメータ値Ｘを更新していく。具体的には、ステップ１０５で、散水決定手段１６ｂは、タイマ１６ｂ−４を参照し、所定時間（例えば、１分毎であれば、初期化から１分、初期化から２分・・・）に到達したか否かを判定する。ステップ１０５でＹｅｓの場合、ステップ１０７で、散水決定手段１６ｂは、センサ情報受信手段１６ａを参照し、各センサからの物理量に関する情報（例えば、温度センサや湿度センサからの出力情報）を取得し、当該物理量に関する情報を過去情報一時記憶手段１６ｂ−１に一時記憶する。そして、ステップ１０９で、散水決定手段１６ｂは、過去情報一時記憶手段１６ｂ−１に一時記憶されている現在のパラメータＸ値を、今回取得した物理量に関する情報を踏まえて更新する。次に、ステップ１１１で、散水決定手段１６ｂは、過去情報一時記憶手段１６ｂ−１を参照し、前回の散水量を把握した上、散水タイミング判定用テーブル１６ｂ−２を参照し、前回の散水量と対応して設定されているパラメータ値Ｘｍａｘに到達したか否か、換言すれば、前回散水した水分のすべてが蒸発した可能性がある状況に至ったか否かを判定する。ステップ１１１でＹｅｓの場合、ステップ１１３で、散水決定手段１６ｂは、過去情報一時記憶手段１６ｂ−１を再度参照し、パラメータ値が当該所定値に到達した速度（即ち、前回吹き付けたイオン交換水がすべて蒸発した可能性に至るまでの時間）を特定した上、当該速度に基づき、散水量決定テーブル１６ｂ−３を参照し、今回散水するイオン交換水の量を決定する（その後、過去情報一時記憶手段１６ｂ−１に当該量を上書きする）。そして、ステップ１１５で、散水実行制御手段１６ｃは、ステップ１１３で決定した量（又は決定した時間）、電磁弁１４をＯＮにして放熱フィンにイオン交換水を散水した後、切替弁１４をＯＦＦにし、ステップ１０１に戻る。
【００２２】
尚、ステップ１０５でＮｏの場合には所定時間に到達するまでステップ１０５をループし、ステップ１１１でＮｏの場合にはステップ１０５に移行する。
【００２３】
ここで、特に処理上明記しなかったが、複数のノズルが存在する場合、複数のノズルから同時に散水すると、散水圧が足りなくなるので、同時に２以上のノズルから散水しないように一つずつのノズルから散水するように制御することが好適である。この場合、複数のノズル毎に、パラメータ値やタイマ等の管理を実行する必要がある。また、前述のように、イオン交換樹脂の量は、１シーズン交換又は再生せずに必要水量を賄うに足る量であることが好適である。具体的には、生成できる純水量は水道水質により樹脂量の約４００〜６００倍であるので、イオン交換樹脂量は水道水質に応じ年間の散水量以上の純水を製造可能な量とすることが、イオン交換樹脂の交換作業を年1回にできる上ＳＶ値を低減できるので好適である。加えて、単に、センサでの物理量が所定値となった場合（例えば、冷媒の温度、例えば、アルミフィンでの温度、コンプレッサへの流入温度、及び／又は、コンプレッサへの流出温度、が所定値に達した場合）に散水する構成の場合、更には一回の散水時間（又は散水量）が固定値である場合には、上述のような複雑な処理は不要である。例えば、コンプレッサからの冷媒の流出温度が所定値（例えば５８℃）に到達した場合に散水を所定時間（例えば５秒）行う構成を採った場合、冷媒温度にもよるが、散水間隔は所定間隔（例えば２〜５分程度）となる（括弧内に示した例示の場合、アルミフィン１ｍ２に対し水２００ｍｌ程度の散水量となり、アルミフィンは濡れるが、水が垂れ落ちない程度で済む）。
【００２４】
次に、図５を参照しながら、本形態に係る装置の、散水量と散水タイミングの一例を説明する。ここで、当該図は、レベル１に対応した散水が終了した直後の様子を示したタイミングチャートである。まず、定時的に物理量（例えば温度や湿度）をセンサから取得し、パラメータ値が増加していく。そして、パラメータ値がレベル１（Ｌ１）に対応した値（Ｘｍａｘ１）に到達したとき（即ち、レベル１に対応した散水量がすべて蒸発したと推定される状況に至ったとき）、散水を実行する。この際、前回の散水量及び散水時間（Ｔｘ）を踏まえ、それほど高温・乾燥状態には無いと判定し、散水量をレベル１のままとし、散水を実行する。その後、パラメータ値をリセットした後、同様にパラメータ値を更新していく。今回は比較的短時間（Ｔｙ）でレベル１（Ｌ１）に対応した値に到達している。よって、前回よりも高温及び／又は高乾燥状態にあると判定し、散水量をレベル２（Ｌ２）に変更し、散水を実行する。その後、パラメータ値をリセットした後、同様にパラメータ値を更新していく。今回は前回よりも多い量散水した（前回がレベル１であるのに対し、今回はレベル２）にも拘わらず比較的短時間（Ｔｚ）でレベル２（Ｌ２）に対応した値（Ｌｍａｘ２）に到達している。よって、高温・高乾燥状態にあると判定し、水量をレベル３（Ｌ３）に変更し、散水を実行する。
【符号の説明】
【００２５】
１  熱交換冷却装置
１１  上流側配管
１２  カラム
１２ａ  イオン交換樹脂
１３  下流側配管
１４  電磁弁
１５（１５ａ、ｂ・・・）  センサ
１６  制御部（操作盤）
２１  放熱フィン
【図１】
0005456075.tif 000002
【図２】
0005456075.tif 000003
【図３】
0005456075.tif 000004
【図４】
0005456075.tif 000005
【図５】
0005456075.tif 000006