(57)【要約】　　　（修正有）【課題】在来は空冷式または散水蒸発冷却式チラーを使用した冷却システムでフリークーリングを行う場合にはチラーとは別に冷却塔をフリークーリング専用に設置しなければならなかった。チラーの凝縮器を多少大形にしてそこにフリークーリング機能を持たせて設備を効果的に活用できるようにする。【解決手段】凝縮器の容量を増し、同一のフィンチューブ熱交換器の中に冷媒ガス冷却凝縮用のチューブとフリークーリングに使用する冷水を冷却する冷水冷却用のチューブの双方を収納した。連続したフィンを使用することによって互いに使用していない側のフィンを伝熱面積の補助に利用できる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和設備などに使用される冷水を循環冷却する空冷式チラーまたは散水蒸発式チラーの凝縮器のフィンチューブ熱交換器において、冷媒ガスを冷却凝縮させるための冷媒チューブと一緒に冷水を冷却するための冷水チューブを組み込んだことを特色とするチラー用凝縮器。
【請求項２】
前記冷媒体チューブと冷水チューブとを一体の連続したフィンで結合した構造
を特色とする
【請求項１】
のチラー用凝縮器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は空気調和設備など使用されるチラーの凝縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の空気調和設備では室内の照明器具の照度の増加、電子事務機器、通信情報電子機器の多用による熱負荷が増し、冬季でも外周部分を除く内部では冷房の必要性が多く見られる。ここで冬季の冷たい寒気を利用して冷却塔で冷水を循環冷却し、チラーの圧縮機電力を消費せずに冷房を行う例が散見され、フリークーリングと称されている。しかしながら最もポピュラーな空冷式チラーまたは最も効率の高い散水蒸発冷却式チラーを使用する場合にはこれと並列に冷却塔を設備して、時期的に配管の切り替え操作を行うなど、設備費でも保守費でもかなりの負担となり、省エネルギー効果は認められながらも実用されることが稀である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
空気調和設備はそのエネルギー使用量が大きい処から、近年省エネルギー化に関し特にその必要性に迫られているので、上記フリークーリングのシステムを廉価に導入でき、保守も容易になることが望まれている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では在来は冬季フリークーリングを行う時季はチラーを使用せずに遊休設備となるので、夏季に外気を利用して冷媒を冷却凝縮させ外気にその熱を放散しているチラーの冷媒凝縮器に、冬季の寒気を利用して冷却塔と同様に冷水を循環冷却する機能を持たせ、２種類の機械を設備せずに、機械の一部分を改造して２種類の機械の機能を持たせることによって本課題を解決する。
【０００５】
【作用】
本発明では具体的には空冷式または散水蒸発冷却式チラーの凝縮器を構成するフィンチューブ熱交換器を通常よりチューブ数を増して、例えば在来４０本の処を６０本にして、在来の冷媒ガスを凝縮させるための冷媒管を４０本から３２本に減らし、新たに冷水を冷却するための冷水管２８本を並列に混在させて、これらのチューブ群を区別せずに１枚の連続したフィンで一体化した。
【０００６】
在来のチラーによる冷水の冷却は冷水が蒸発器を通過する際に凝縮器からの高圧の液冷媒が蒸発器入り口の絞り弁で減圧され、圧力低下で生じる気化の潜熱によって行われており、その冷水から取り去った熱が圧縮機の作動によって凝縮器に高温、高圧のガスとして運ばれここで外気で冷却されて凝縮して液化され、冷凍サイクルが運用されている。
【０００７】
外気温度が下がり、凝縮器に新たに設けた冷水管を使用して外気と熱交換することによって、冷凍機を使用した場合とほぼ同様の冷却が可能になった場合には、圧縮機を停止して冷凍サイクルの運転を止め、それまで蒸発器を通していた冷水回路を凝縮器を通る回路に切り替えて使用することによって他の冷却塔などの設備を使用しないで１台のチラーのみでフリークーリングを実現する。
【０００８】
【実施例】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。
【図１】は１０段４列すなわち直径９ミリ程度の銅製の４０本のチューブ１を持つ在来の凝縮器の断面図で４０本全てが冷媒の凝縮器として作用していて、冷媒ガスがこの４０本のチューブ１を使用して、４０本のチューブ１に直角に概ね２ミリピッチで多数取り付けられた厚さ０．２ミリのフィン２の間隙をファンの圧力で通過する外気によって冷却凝縮液化される。４０本のチューブ１は実線で示す前面のＵベンド３と、破線で示す裏面のＵベンド４によって全て直列に連結されていて、高温高圧の冷媒ガスは図中５の第１列目の第１段から入り、第１列目と第２列目を交互に下がりながら冷却され、第１０段目で第３列に移り以降、第３列目と第４列目を交互に上がりながら凝縮して図中６の第３列目の最上段に達するまでに完全に液化冷却されて凝縮器を出る。
【０００９】
【図２】は凝縮器の大きさを５０％増してフリークーリングの機能を兼用させた凝縮器の断面図でチューブを１５段４列すなわち６０本とし、図中７、８の第１列と第４列とを主とし、図中９、１０の第２列、第３列の下部１段目のチューブ、合計３２本を冷媒の凝縮器として使用し、図中１１、１２の第２列と第３列の１段目から図中１３、１４の１４段目までのチューブ合計２８本を冷水の冷却器として使用する。第１列目と第４列目のチューブ７、８は第１５段目の第２列目と第３列目のチューブ９、１０を経て、３１個のＵベンド１５で全て直列に連結され、さらに第２列目と第３列目のチューブは第１段目１１、１２から第１４段目１３、１４までが交互に２７個のＵベンド１６で直列に連結されている。
【００１０】
外気温度が高く冷凍機を使用する期間は高温高圧の冷媒ガスは第１列目の第１段３から入り、第１５段目１７までを下り、第２列目と第３列目の第１５段目のチューブ９、１０を経て第４列目の第１５段目１４からは第４列目を最上段のチューブ８まで上がって行く間に完全に液化冷却されて凝縮回路を出る。
【００１１】
外気温度が下がり冷水の冷却が可能な状態になった場合は、第２列の第１４段目１３から冷水が入り、第２列目と第３列目を交互に通過して第３列目の最上段のチューブ１２に至るまでに所要の温度まで冷却されて冷水冷却回路を出る。
【００１２】
このフィンチューブ熱交換器は第１列目から第４列目まで１枚の連続したフィン１９を使用している。外気温度が高く冷凍機を運転して凝縮器として冷媒の冷却凝縮に使用する場合は冷水は蒸発器で冷却されるため、この熱交換器を使用していない。従って、凝縮器としては第１列目と第４列目を主として使用してはいるがフィンが連続している隣接の第２列、第３列の部分のフィンも十分に放熱冷却の役に立ち、５０％程度の放熱の効力が生じるので在来４０本であった凝縮器としてのチューブが３２本に減っても十分にその性能を発揮することが出来る。
【００１３】
外気温度が下がってフリークーリングを行う場合は逆に冷凍機は停止され凝縮器として使用しないので、冷水管についても第２列と第３列のみを使用してはいるがフィンが連続しているため第１列目と第４列目の部分のフィンも十分に冷水の冷却に役に立つ。さらに冷水冷却管としての熱伝達率は冷媒凝縮管としての熱伝達率より大きいために、２８本でも十分にフリークーリングの性能が得られる。
【００１４】
本実施例では在来１０段４列であった凝縮器をフリークーリングの機能を持たせるために１５段４列に変更したが、同じ段数で１０段６列にしてもほぼ同様の効果が得られる。必要によって全チューブ本数の設定は自由で、また３２本対２８本の振り分けもフリークーリングを利用する外気温度の設定に従って自由に選ぶ事が出来る。
【００１５】
外気温度が高い期間に冷水の冷却に使用する蒸発器と外気温度が低い期間に使用するフリークーリングの水冷却器とは一体のチラーの機内にあるので、機内の自動弁による配管の切り替え、あるいは専用回路にポンプをそれぞれ設けてポンプの運転を切り替えなどによって冷水の回路を自動的に切り替え使用できる。
【００１６】
さらに、冬季に建物外周部すなわちペリメーターゾーンの暖房の熱源が必要な場合には冷凍機をヒートポンプ運転に切り替えて凝縮器を蒸発器として使用すると、戻り冷水の熱を外気に捨てないで、同じ熱交換器で直接ヒートポンプの熱源として利用することも可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は実施例の説明に述べた様に構成したので、在来の様に、外気温度の高い時季に使用するチラーの他に外気温度の低い時季にフリークーリングを行うための冷却塔を設置して、時期的に冷水配管をバルブで切り替えて使用し、何れかが遊休設備になると言う無駄がなくなりチラーを構成する部品の一部である凝縮器の容量を５０％程度増して機内に切り替え回路を設けて容易に外気温度で自動的に回路を切り替える事ができ、機器を設置してからの切り替え配管の工事なども省けて、１台の機械を使用してフリークーリングが可能になる。従って、チラーの価格が幾らか上がるのみで、設備費、保守費ともに大幅な節約が可能となり、フリークーリングの普及に資する効果が期待できゐ。さらに、実施例の【００１６】に説明した通り、冷水の廃熱を外気に捨てないで、冬季に必要なペリメーターゾーンのヒートポンプの熱源として同じ熱交換器を利用して極めて容易に利用できる大きな効果もあり、ともに省エネルギーによって地球エコロジーを実現できる。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】は在来のチラーの凝縮器の断面図を示し、
【図２】は本発明によってフリークーリング機能を併せ持たせた凝縮器の断面図である。
【符号の説明】
１．４０本のチューブ
２．フィン
３．前面のＵベンド
４．裏面のＵベンド
５．第１列第１段目のチューブ
６．第２列第１段目のチューブ
７．第１列第１段目のチューブ
８．第４列第１段目のチューブ
９．第２列第１５段目のチューブ
１０．第３列第１５段目のチューブ
１１．第２列第１段目のチューブ
１２．第３列第１段目のチューブ
１３．第２列第１４段目のチューブ
１４．第３列第１４段目のチューブ
１５．冷媒凝縮管を接続するＵベンド
１６．冷水冷却管を接続するＵベンド
１７．第１列第１５段目のチューブ
１８．第４列第１５段目のチューブ
１９．フィン
【図１】
2004053236.tif 000003
【図２】
2004053236.tif 000004