(57)【要約】  【課題】  高いエネルギー効率が得られるとともに、スペース効率及びメンテナンス性に優れる凝縮器、及びそれを用いたヒートポンプ、熱利用装置を提供する。  【解決手段】  高温高圧に圧縮された冷媒Ｒを冷却して液化させる凝縮器１００において、冷媒Ｒが流れる冷媒配管２０と、冷媒配管２０に対して水を付着させて冷却する水冷部３０と、水が付着した冷媒配管２０に空気Ａを吹き付けて冷却する空冷部４０と、を備える。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器において、
前記冷媒が流れる冷媒配管と、
前記冷媒配管に対して水を付着させて冷却する水冷部と、
水が付着した前記冷媒配管に対して空気を吹き付けて冷却する空冷部と、
を備えることを特徴とする凝縮器。
【請求項２】
前記冷媒配管は、鉛直方向又は水平方向に延設された複数の冷媒支管を備えることを特徴とする請求項１に記載の凝縮器。
【請求項３】
前記冷媒配管の上方に水冷部が配置されるとともに、前記冷媒配管の下方又は側方に前記空冷部が配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の凝縮器。
【請求項４】
水冷部は、前記冷媒配管に向けて水を略均等に付着させる散水部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の凝縮器。
【請求項５】
前記散水部は、前記冷媒配管に向けて水を散布する複数の散水孔が形成された配水管を備えることを特徴とする請求項４に記載の凝縮器。
【請求項６】
前記散水部は、前記冷媒配管に向けて水を滴下させる滴下部材を備えることを特徴とする請求項４に記載の凝縮器。
【請求項７】
前記空冷部は、前記冷媒配管に向けて空気を略均等に吹き付ける送風部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の凝縮器。
【請求項８】
前記冷媒配管に吹き付けられる空気は、前記冷媒配管に接触する前に自己冷却されることを特徴とする請求項７に記載の凝縮器。
【請求項９】
前記送風部は、空気を放出する複数の放気孔が形成された気送管を備えることことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の凝縮器。
【請求項１０】
前記冷媒配管に吹き付けられる空気は、前記気送管内の空気の流れ方向に沿って温度勾配を有することを特徴とする請求項９に記載の凝縮器。
【請求項１１】
前記気送管は、長さの異なる複数の気送支管を備え、前記気送支管が長さの短い順に上方又は側方に重ねるように配置されることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の凝縮器。
【請求項１２】
前記気送管は、前記冷媒配管に吹き付けられる空気の温度勾配を維持する複数の仕切板を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の凝縮器。
【請求項１３】
凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、を有するヒートポンプにおいて、
前記凝縮器として、請求項１から請求項１２のうちいずれか一項に記載の凝縮器を用いることを特徴とするヒートポンプ。
【請求項１４】
熱源との間で熱の授受を行う熱利用装置において、
請求項１３に記載のヒートポンプを用いることを特徴とする熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプは、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える装置である。エネルギー利用効率が比較的高いため、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置に多く用いられている。
そして、冷媒が蒸発する際にその蒸発潜熱によって周囲から熱を吸収することを利用して、空気調和装置の場合には、蒸発時に吸収する熱は、冷房時には室内の空気から供給され、暖房時には大気から供給される。また、冷媒が凝縮する際に熱を発生することを利用して、空調設備の場合には、凝縮時に発生する熱は、冷房時には大気に放出され、暖房時には室内に放出される。
また、ヒートポンプは、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とそれらを接続する配管から構成され、熱の移動に携わる冷媒としては、例えばフロン系化合物の他にアンモニアなどが用いられている。そして、凝縮器としては、冷媒を冷却する冷却剤として空気を利用して冷媒と大気との直接熱交換を行う空冷式と、冷却剤として水を仲介媒体として利用して冷媒と大気への熱交換を間接的に行う水冷式とがある。また、空冷式と水冷式とを兼用する方式も提案されている。
【特許文献１】特開平９−２６９１５４号公報
【特許文献２】特開平１１−５１５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に空冷式は、フィン（ヒートシンク）を用いて熱交換を行うため、装置が小型であると共に、殆ど保守点検を必要としないのでメンテナンス性に優れている。しかしながら、エネルギー利用効率（入力動力に対する出力熱量の比）を示す成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は、約３程度であり、水冷式に比べて低いという問題がある。
一方、水冷式は、仲介媒体である水により熱交換を行うため、ＣＯＰが約６程度であり、エネルギー利用効率に優れている。しかしながら、冷却塔等の設備を必要とするため、装置が大型化してしまう。また、冷却水の保守管理が必要であるためメンテナンス性に劣り、更に、冷却水の消費量が多いためにランニングコストが高いという問題がある。
また、空冷式と水冷式とを兼用する方式では、単に空冷式と水冷式の設備を並べたに過ぎないため、空冷式の課題（装置の大型化、メンテナンス性の悪化、ランニングコストの上昇）を解消するには至っていない。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、高いエネルギー効率が得られるとともに、スペース効率及びメンテナンス性に優れる凝縮器、及びそれを用いたヒートポンプ、熱利用装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る凝縮器、ヒートポンプ、熱利用装置では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、高温高圧に圧縮された冷媒（Ｒ）を冷却して液化させる凝縮器（１００，３００）において、冷媒が流れる冷媒配管（２０，３２０）と、冷媒配管に対して水（Ｗ）を付着させて冷却する水冷部（３０，３３０）と、水が付着した冷媒配管に対して空気（Ａ）を吹き付けて冷却する空冷部（４０，３４０）と、を備えるようにした。
この発明によれば、水及び空気により、冷媒を同時に冷却するので、凝縮器のエネルギー利用効率の向上を図ることができる。
【０００６】
また、冷媒配管（２０，３２０）は、鉛直方向又は水平方向に延設された複数の冷媒支管（２１，３２１）を備えるものでは、冷媒の効率的な冷却を実現しつつ、設置場所に合わせて冷媒配管の延設方向を設定することができる。
また、冷媒（Ｒ）が流れる冷媒配管（２０，３２０）の上方に水冷部（３０，３３０）が配置されるとともに、冷媒配管の下方又は側方に空冷部（４０，３４０）が配置されるものでは、冷媒配管を上下方向から効率的に冷却することができる。更に、水冷部及び空冷部を効率的に配置できるので、装置をコンパクトに構成することができる。特に、冷媒配管の上方に水冷部を配置することにより、重力によって水を冷媒配管に供給することが可能となる。
また、水冷部（３０）が、冷媒配管（２０）に向けて水（Ｗ）を略均等に付着させる散水部（３１）を備えるものでは、水を冷媒配管の全体に等しく行き渡るようにして、冷媒配管を均等に冷却することができる。
また、散水部（３１）が、冷媒配管（２０）に向けて水（Ｗ）を散布する複数の散水孔（３２）が形成された配水管（３１）を備えるものでは、水を冷媒配管に向けて略均等に放出することができる。
また、散水部（３１）が、冷媒配管（３２０）に向けて水（Ｗ）を滴下させる滴下部材（３３２）を備えるものでは、水を冷媒配管に向けて略均等に放出することができる。
また、空冷部（４０，３４０）が、冷媒配管（２０，３２０）に向けて空気（Ａ）を略均等に吹き付ける送風部（４２，３４１）を備えるものでは、空気を冷媒配管の全体に等しく行き渡るようにして、冷媒配管を均等に冷却することができる。
また、冷媒配管（２０）に吹き付けられる空気（Ａ）が、冷媒配管に接触する前に自己冷却されるものでは、冷媒配管に接触する空気の温度を下げることができる。
また、送風部（４２）が、空気（Ａ）を放出する複数の放気孔（４４）が形成された気送管（４２）を備えるものでは、気送管の周囲に空気を流すことにより、気送管が冷却されるので、容易に気送管内を流れる空気を自己冷却させることができる。
また、冷媒配管（２０）に吹き付けられる空気（Ａ）が、気送管（４２）内の空気の流れ方向に沿って温度勾配を有するものでは、例えば、冷媒配管の上流から下流に向けて温度が低くなるように温度勾配をつけることにより、冷媒が流れるに従って徐々に冷却させることができる。
また、気送管（４２）が、長さの異なる複数の気送支管（４３）を備え、気送支管が長さの短い順に上方又は側方に重ねるように配置されるものでは、簡単な構造により、気送支管と空気との接触面積を流れ方向に沿って調整することができる。
また、気送管（４２）が、冷媒配管（２０）に吹き付けられる空気（Ａ）の温度勾配を維持する複数の仕切板（４６）を備えるものでは、温度勾配が付けられた空気の熱変化が抑えられるので、効率よく冷媒を冷却することができる。
【０００７】
第２の発明は、凝縮器と、膨張弁（１１０）と、蒸発器（１２０）と、圧縮機（１３０）と、を有するヒートポンプ（ＨＰ，ＨＰ２，ＨＰ３）において、凝縮器として第１の発明の凝縮器（１００，３００）を用いるようにした。この発明によれば、熱効率が高く、メンテナンス性に優れ、更にコンパクトな凝縮器が用いられるので、ヒートポンプの効率が向上し、装置コスト及びランニングが抑えられる。
【０００８】
第３の発明は、熱源との間で熱の授受を行う熱利用装置（Ｃ，Ｃ２，Ｃ３）において、第２の発明のヒートポンプ（ＨＰ，ＨＰ２，ＨＰ３）を用いるようにした。この発明によれば、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置のエネルギー効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、高温高圧に圧縮された冷媒を冷却して液化させる凝縮器において、冷媒が流れる冷媒配管と、冷媒配管に対して水（Ｗ）を付着させて冷却する水冷部と、水が付着した冷媒配管に対して空気を吹き付けて冷却する空冷部と、を備えるようにした。
これにより、凝縮器のエネルギー利用効率が向上するとともに、冷却塔を必要としないので、従来の水冷式に比べて装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
また、冷媒配管が、鉛直方向又は水平方向に延設された複数の冷媒支管を備えるようにしたので、冷媒の効率的な冷却を実現しつつ、設置場所に合わせて冷媒配管の延設方向を設定することができる。
また、冷媒が流れる冷媒配管の上方に水冷部が配置されるとともに、冷媒配管の下方又は側方に空冷部が配置されるようにしたので、冷媒配管の効率的な冷却と、装置のコンパクト化を図ることができる。
また、水冷部が、冷媒配管に向けて水を略均等に付着させる散水部を備えるようにしたので、冷媒配管が均等に冷却されて冷却効率が向上する。
また、散水部が、冷媒配管に向けて水を散布する複数の散水孔が形成された配水管を備えるようにしたので、水が冷媒配管の全体に等しく行き渡って蒸発するため、水の循環装置が不要となり、装置コストの上昇を抑えることができる。また、水を循環させないので、ランニングコストを抑えることができる。
また、散水部が、冷媒配管に向けて水を滴下させる滴下部材を備えるようにしたので、水が冷媒配管の全体に等しく行き渡って蒸発するため、水の循環装置が不要となり、装置コストの上昇を抑えることができる。また、水を循環させないので、ランニングコストを抑えることができる。
また、空冷部が、冷媒配管の周囲に向けて空気を略均等に吹き付ける送風部を備えるようにしたので、冷媒配管が均等に冷却されて冷却効率が向上する。
また、冷媒配管に吹き付けられる空気が、冷媒配管に接触する前に自己冷却されるようにしたので、空気と冷媒との温度差が広がるので、冷媒を更に効率よく冷却することができる。
また、送風部が、空気を放出する複数の放気孔が形成された気送管を備えるようにしたので、簡単な構造により容易に空気を自己冷却させることができるので、装置コストやランニングコストを上昇させずに冷却効率の向上を図ることができる。
また、冷媒配管に吹き付けられる空気が、気送管内の空気の流れ方向に沿って温度勾配を有するようにしたので、温度勾配を設けることにより、より効率よく冷媒を冷却することができる。
また、気送管が、長さの異なる複数の気送支管を備え、気送支管が長さの短い順に上方又は側方に重ねるように配置されるようにしたので、簡単な構造により、気送支管と空気との接触面積を流れ方向に沿って調整できるので、装置コストを上昇させずに冷却効率の向上を図ることができる。
また、気送管が、冷媒配管に吹き付けられる空気の温度勾配を維持する複数の仕切板を備えるようにしたので、更に効率よく冷媒を冷却することができ、ランニングコストを抑えることができる。
更に、ヒートポンプのサイクルを逆転させ、暖房或いは加熱に用いる場合は、散水を停止し、凝縮器１００を大気から吸熱するための熱交換機（蒸発器）として用いることができる。
【００１１】
第２の発明は、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器と、圧縮機と、を有するヒートポンプにおいて、凝縮器として第１の発明の凝縮器を用いるようにした。これにより、熱効率が高く、メンテナンス性に優れ、更にコンパクトな凝縮器が用いられるので、ヒートポンプの効率が向上し、装置コスト及びランニングが抑えられる。また、小規模なヒートポンプに良好に適用することができる。
【００１２】
第３の発明は、熱源との間で熱の授受を行う熱利用装置において、第２の発明のヒートポンプを用いるようにした。これにより、冷暖房機能を有する空気調和装置や冷凍装置などの熱利用装置のエネルギー効率を向上させることができる。特に、小規模な熱利用装置に良好に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の凝縮器、ヒートポンプ、熱利用装置の実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る凝縮器１００を示す模式断面図である。図２は、図１のＰ−Ｐ断面図、図３は図１のＱ−Ｑ断面図である。
凝縮器１００は、高温高圧に圧縮された冷媒Ｒを冷却して液化させるものであって、水平方向に延びた四角柱形の容器１０と、容器１０の長手方向の端面（側壁１０ａ）から対向する端面（側壁１０ｂ）に向けて容器１０内を貫くように延設された冷媒配管２０と、容器１０内の冷媒配管２０の上方に配置された水冷部３０と、容器１０内の冷媒配管２０の下方に配置された空冷部４０とを備える。
そして、容器１０内において、冷媒Ｒが流れる冷媒配管２０に対して、水冷部３０から水Ｗが吹き付けられ、同時に、空冷部４０から空気Ａが吹き付けられることにより、冷媒配管２０内の冷媒Ｒが冷却される。
【００１４】
冷媒配管２０は、高温高圧に圧縮された冷媒Ｒが容器１０内を流れるための配管であって、同一形状の複数の冷媒支管２１から構成される。すなわち、冷媒配管２０は、側壁１０ａの近傍（上流側）において１本の配管２２から同一形状の複数の冷媒支管２１に分岐（分流）され、更に側壁１０ｂの近傍（下流側）において１本の配管２３に統合（合流）される。なお、冷媒配管２０の分岐部と統合部には、冷媒Ｒを一旦充満させるプレナム部２４,２５が設けられ、冷媒Ｒの流れを円滑にしている。
これにより、配管２２内を圧送された冷媒Ｒは、プレナム部２４を介して複数の冷媒支管２１内に分流する。そして、冷媒支管２１内（容器１０内）を通過する（図面左手から右手に向かって流れる）際に水冷部３０及び空冷部４０により冷却・液化され、更にプレナム部２５を介して配管２３から圧送される。
なお、冷媒Ｒとしては、例えばフロン、アンモニア、炭化水素、水等のいずれであってもよい。
【００１５】
容器１０内において冷媒配管２０を複数の冷媒支管２１により構成するのは、水冷部３０及び空冷部４０から放出される水Ｗ及び空気Ａとの接触面積を増やして、冷媒Ｒの冷却効率の向上を図るためである。
すなわち、図２に示すように、複数の冷媒支管２１は、上下左右方向に複数段に重ねられるように配置され、各冷媒支管２１の間には隙間が形成される。そして、その隙間に水Ｗ及び空気Ａを流すことにより、冷媒支管２１内を流れる冷媒Ｒの熱を水Ｗ及び空気Ａに移動させて、冷媒Ｒを冷却させるようにしている。
したがって、例えば直径１０ｍｍ程度の直線形の冷媒支管２１を複数配置する場合（図２参照）の他、冷媒支管２１をＳ字形に蛇行させてもよい。また、冷媒支管２１の表面に複数のフィンや突起等を設けてもよい。
なお、冷媒支管２１の形成材料としては、熱伝導率が高い銅やアルミニウム等の金属を用いることが好ましい。
【００１６】
水冷部３０は、複数の冷媒支管２１に上方から水Ｗを吹き付けることにより、冷媒Ｒを冷却させるものであって、水Ｗが流れるとともに、その水Ｗを複数の冷媒支管２１に向けて略均等に放出（放水）する複数の散水孔３２を有する複数の配水管３１から構成される。
そして、複数の配水管（散水部）３１は、容器１０内における冷媒支管２１の上方に、冷媒支管２１と平行に配置されると共に、配水管３１内に水道等から水Ｗが圧送されて複数の散水孔３２から冷媒支管２１に向けて水Ｗを散布（散水）する。
水冷部３０は、水Ｗを冷媒配管２０（複数の冷媒支管２１）の全体に等しく行き渡るように放水すればよいので、例えば、複数の配水管３１を冷媒支管２１と直交する方向に配置したり、複数の配水管３１を格子状に配置したりしてもよい。また、配水管３１に複数の散水孔３２を設ける場合の他、多孔質体により配水管３１を形成してもよい。この他、一定の間隔で穴のある平板状の棚を設け、これにより散水してもよい。
なお、容器１０の底面１０ｃには、水冷部３０から放出された水Ｗを容器１０外に排水する排水口１４が形成される。
【００１７】
空冷部４０は、冷媒配管２０（複数の冷媒支管２１）に下方から空気Ａを吹き付けて冷却させるものであって、空気Ａを圧送するためのファン４１と、空気Ａを複数の冷媒支管２１に略均等に吹き付ける気送管４２等から構成される。なお、空冷部４０等を収容する容器１０は、冷媒配管２０に吹き付けられる空気Ａの流路として機能するため、空冷部４０の構成要素でもある。
容器１０は、側壁１０ａの下方に外気（空気Ａ）を容器１０内に取り入れる給気口１２と、側壁１０ｂの上方に容器１０内の空気Ａを外部に放出する排気口１３とが形成される。そして、給気口１２には、空気Ａを圧送するファン４１が設置される。
気送管（送風部）４２は、給気口１２から取り入れられた空気Ａが流れる配管であって、容器１０内における冷媒支管２１の下方に配置されると共に、長さが異なり且つ冷媒支管２１と平行する複数の気送支管４３から構成される。なお、給気口１２と気送管４２（複数の気送支管４３）との連結部には、空気Ａを一旦充満させるプレナム部４５が設けられ、空気Ａが複数の気送支管４３に均一に圧送される。
複数の気送支管４３は、図２に示すように、上下方向に三段に重なるように配置される。なお、各段に配置される気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの長さは同一に形成される。また、最下段から最上段に向けて気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの長さが長くなるように配置され、各気送支管４３の間には隙間が形成される。
更に、気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃは、気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ内を流れる空気Ａを下方に放出する複数の放気孔４４を備える。すなわち、気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの底側に複数の放気孔４４が形成される。なお、複数の放気孔４４は、気送支管４３Ａにおいては全体、気送支管４３Ｂ，４３Ｃにおいてはそれぞれの先端領域にのみ形成される。そして、気送管４２の全体としては、複数の放気孔４４が平面方向に略均等に配置されるように形成される。
また、容器１０内における冷媒配管２０の下方、すなわち、複数の気送支管４３が形成された空間には、気送支管４３の配置方向と直交する方向に所定の間隔を介して配置された複数の仕切板４６が設けられる。そして、各仕切板４６は、容器１０の内壁と気送支管４３に接合されるため、複数の気送支管４３が形成された空間は、図３に示すように、気送支管４３の配置方向と直交する方向に複数の空間（空間Ｓ１〜Ｓ１５）に仕切られる。
なお、気送支管４３の形成材料としては、熱伝導率が高い銅等の金属を用いることが好ましい。また、容器１０及び仕切板４６の形成材料としては、断熱性が高い材料が好ましい。
【００１８】
続いて、以上のような構成を備えた凝縮器１００の作用について、説明する。
まず、例えば、約６０℃程度の温度の冷媒Ｒが冷媒配管２０内を圧送される。具体的には、冷媒Ｒは、配管２２内を圧送され、プレナム部２４を介して複数の冷媒支管２１内に略均等に分流する。そして、冷媒Ｒは、冷媒支管２１内を圧送される際に、冷媒配管２０をその熱により加熱する。その一方で、冷媒Ｒは、後述するように、水冷部３０及び空冷部４０により冷媒配管２０を介して熱を奪われる（冷却される）ため、冷媒Ｒは徐々に液化されて下流に向けて流れる。
【００１９】
そして、水冷部３０では、水道等から配水管３１内に、例えば２５℃程度の水Ｗが圧送される。そして、配水管３１内を圧送された水Ｗは、配水管３１に形成した複数の散水孔３２から容器１０の内部に散水される。
配水管３１から散水された水Ｗは、重力に従って落下して、配水管３１の下方に配置された冷媒配管２０（最上段の冷媒支管２１）の表面に付着する。冷媒支管２１の表面は、冷媒Ｒにより加熱されているため、付着した水Ｗが蒸発し、その蒸発潜熱によって冷媒支管２１から熱を吸収する。また、蒸発しきれずに残った水Ｗは、下段の冷媒支管２１の表面に流れ落ち、その表面において加熱されて蒸発する。同様にして、最下段の冷媒支管２１の表面にも水Ｗが付着、蒸発して、冷媒支管２１から熱を吸収する。
このように、水冷部３０から冷媒配管２０の表面に、水Ｗを略均等に散水することにより、冷媒支管２１を介して冷媒支管２１内を流れる冷媒Ｒから熱を奪い、冷媒Ｒを冷却する。
なお、最下段の冷媒支管２１の表面において蒸発されずに残った水Ｗは、気送支管４３の表面に付着して蒸発して、気送支管４３内を流れる空気Ａを冷却する。そして、更に残った水Ｗは、容器１０の底面１０ｃに垂れ流され、容器１０の底面１０ｃに設けた排水口１４から容器１０外に排水される。
【００２０】
次に、空冷部４０では、容器１０に形成した給気口１２から外気（例えば２５℃程度の空気Ａ）がファン４１によってプレナム部４５に取り入れられる。そして、複数の気送支管４３に略均一に圧送される。そして、各気送支管４３内に圧送された空気Ａは、各気送支管４３の底側に形成された放気孔４４から仕切板４６により区切られた空間Ｓ１〜Ｓ１５に吹き出される。
そして、空間Ｓ１〜Ｓ５に放出された空気Ａは、気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃの外周を上方に向けて流れる。空間Ｓ６〜Ｓ１０に放出された空気Ａは、気送支管４３Ｂ，４３Ｃの外周を上方に向けて流れる。空間Ｓ１１〜Ｓ１５に放出された空気Ａは、気送支管４３Ｃの外周を上方に向けて流れる。なお、気送管４２の全体としては、複数の放気孔４４が平面方向に略均等に配置されるように形成されているので、空間Ｓ１〜Ｓ１５に放出される空気Ａの流量は、略均一である。
空間Ｓ１〜Ｓ１５に流入した空気Ａは、それぞれの空間Ｓ１〜Ｓ１５内を流れて気送支管４３の外周を通過する際に、気送支管４３から熱を奪い、気送支管４３内を流れる空気Ａを自己冷却する。すなわち、空間Ｓ１〜Ｓ５に放出された空気Ａは、気送支管４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃから熱を奪う。空間Ｓ６〜Ｓ１０に放出された空気Ａは、気送支管４３Ｂ，４３Ｃから熱を奪う。空間Ｓ１１〜Ｓ１５に放出された空気Ａは、気送支管４３Ｃから熱を奪う。
したがって、気送支管４３Ｃ，４３Ｂ，４３Ａの順に低温になり、下流に向かうに従って空気Ａが徐々に低温になる。そして、空間Ｓ１〜Ｓ１５のそれぞれには、下流に向かうに従って低温になった空気Ａが流入する。
なお、各空間Ｓ１〜Ｓ１５は、仕切板４６によって区分けされているため、それぞれの空間Ｓ１〜Ｓ１５の空気Ａが混入せずに、空気Ａが下流に向かうに従って低温になった状態、すなわち温度勾配が付けられた状態が維持される。
【００２１】
そして、空間Ｓ１〜Ｓ１５に流入した空気Ａは、各空間Ｓ１〜Ｓ１５の上方に位置する冷媒配管２０（複数の冷媒支管２１）の周辺を下方から上方に向けて流れる。この空気Ａが冷媒支管２１の周辺を流れる際に、それぞれの冷媒支管２１の表面から熱を吸収する。したがって、冷媒支管２１、更に冷媒支管２１内を流れる冷媒Ｒが冷却される。
特に、空冷部４０から冷媒配管２０に向けて送風される空気Ａは、冷媒配管２０内を流れる冷媒Ｒの流れの方向に沿って自己冷却されて、温度勾配が付けられているので、冷媒Ｒを効率よく冷却することができる。すなわち、外気温と同一温度の空気Ａにより冷媒Ｒを冷却する場合に比べて、自己冷却することによって温度勾配が付けられた空気Ａの方が、冷媒Ｒとの温度差を大きくすることができる。そして、温度差が大きい程、冷却効率が向上するため、冷媒Ｒを効率よく冷却することができる。また、仕切板４６を設けたことにより、空気Ａの温度勾配が維持されるので、冷媒Ｒを効率よく冷却することができる。
更に、各冷媒支管２１の表面には水冷部３０により散水された水Ｗが付着しているため、各冷媒支管２１の周辺に空気Ａを流すことによって、この水Ｗの蒸発を促進させ、更に冷媒支管２１及び冷媒Ｒの冷却効率が向上する。
そして、複数の冷媒支管２１から熱を奪った空気Ａは、容器１０内の上部で合流して、排気口１３から容器１０外に放出される。
【００２２】
このようにして、冷媒配管２０内を圧送される冷媒Ｒは、容器１０内において、水冷部３０及び空冷部４０により冷却され、徐々に液化されて下流に向けて流れる。そして、液化された冷媒Ｒは、各冷媒支管２１内を圧送された後に、プレナム部２５において合流し、配管２３を介して容器１０外に圧送される。
【００２３】
次に、本発明の凝縮器の第２実施形態について図を参照して説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係る凝縮器３００を示す模式断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ断面図である。なお、第１実施形態に係る凝縮器と同一の構成要素等については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
凝縮器３００は、鉛直方向に延びた略四角柱形の容器３１０と、容器３１０内の底部から上部に向けて延設された冷媒配管３２０と、冷媒配管３２０の上方に配置された水冷部３３０と、冷媒配管３２０の側方に配置された空冷部３４０とを備える。
【００２４】
冷媒配管３２０は、容器３１０内において、分岐する複数の平板状の冷媒支管３２１を備える。各冷媒支管３２１は、所定の隙間を介して平行に重ねるように配置されている。これにより、配管３２２内を圧送された冷媒Ｒは、複数の冷媒支管３２１内に分流し、冷媒支管３２１内を通過する（図面下方から上方に向かって流れる）際に、水冷部３３０及び空冷部３４０により冷却・液化され、更に配管３２３から圧送される。
なお、各冷媒支管３２１の内外面には、表面積を増大させて冷却効率を向上させるために、フィンや突起等を設けてもよい。
【００２５】
水冷部３３０は、複数の冷媒支管３２１に対して、上方から水Ｗを滴下しすることにより、冷媒Ｒを冷却させるものであって、水Ｗを貯めるタンク３３１と、タンク３３１内の水Ｗを滴下させる複数の滴下部３３２から構成される。滴下部３３２は、タンク３３１の側面或いは底面に設けられた微小な穴３３２ａとその穴から漏れ出す水Ｗを下方に伝わらせて滴下させる部材３３２ｂから構成される。
そして、部材３３２ｂから滴下される水Ｗは、複数の冷媒支管３２１の上端に付着し、複数の冷媒支管３２１を伝わって下方に流れ、容器３１０の側方に設けられた開口３１０ｄから外部に排水されるようになっている。
なお、水冷部３３０から冷媒支管３２１に向けて滴下させる水Ｗの量は、タンク３３１に貯めた水Ｗの水頭値、滴下部３３２の数、穴３３２ａの大きさによって調整可能である。
【００２６】
空冷部３４０は、複数の冷媒支管３２１に対して、側方から空気Ａを吹き付けることにより冷媒Ｒを冷却させるものであって、空気Ａを圧送するためのファン３４１を備える。また、空冷部３４０等を収容する容器３１０は、冷媒配管３２０に吹き付けられる空気Ａの流路として機能するため、空冷部３４０の構成要素でもある。
容器３１０の側方には、開口３１０ｄが設けられ、対向する側壁３１０ａには、容器３１０内の空気Ａを外部に放出する排気口３１３が形成される。そして、排気口３１３には、空気Ａを圧送するファン３４１が設置される。
なお、本実施形態においては、容器３１０を空冷部３４０の主要素しているが、第１実施形態のような気送管４２を用いてもよい。すなわち、気送管４２を冷媒配管３２０の側方に、鉛直方向に延設するように配置してもよい。
ファン３４１は、冷媒配管３２０を通過する空気Ａの流れを均一化する点で、図５のように、冷媒配管３２０の下流側に配置することが望ましい。しかし、配置上の制約等が存在する場合には、ファン３４１を冷媒配管３２０の上流側に配置してもよい。
【００２７】
続いて、以上のような構成を備えた凝縮器３００の作用について、説明する。
まず、約６０℃程度の温度の冷媒Ｒは、冷媒配管３２０内を圧送される。具体的には、冷媒Ｒは、配管３２２内を圧送され、複数の冷媒支管３２１内に略均等に分流して、下流（上方）に向けて流れる。そして、冷媒Ｒは、冷媒支管３２１内を圧送される際に、水冷部３３０及び空冷部３４０により冷媒配管３２０を介して熱を奪われる（冷却される）ため、液化される。
【００２８】
そして、水冷部３３０では、タンク３３１内に貯められた水Ｗを滴下部３３２から冷媒支管３２１に向けて滴下する。滴下部３３２から滴下された水Ｗは、重力に従って落下して、冷媒支管３２１の上端に付着する。各冷媒支管３２１に付着した水Ｗは、冷媒支管３２１の表面を伝わって下方に流れ落ちながら、冷媒支管３２１から熱を吸収して徐々に蒸発する。
このように、水冷部３３０から冷媒配管３２０の表面に、水Ｗを略均等に滴下することにより、冷媒支管３２１内を流れる冷媒Ｒから熱を奪い、冷媒Ｒを冷却する。
なお、各冷媒支管３２１の表面において蒸発されずに残った水Ｗは、容器３１０の底面３１０ｃに垂れ流され、容器３１０の開口３１０ｄから容器３１０外に排水される。
【００２９】
次に、空冷部３４０では、ファン３４１によって、容器３１０の開口３１０ｄから空気Ａが取り入れられる。容器３１０内に取り入れられた空気Ａは、排気口３１３に向けて流れる。そして、この空気Ａが各冷媒支管３２１の周辺を流れる際に、それぞれの冷媒支管３２１の表面から熱を吸収し、これにより冷媒支管３２１内を流れる冷媒Ｒが冷却される。
【００３０】
このようにして、冷媒配管３２０内を圧送される冷媒Ｒは、容器３１０内において、水冷部３３０及び空冷部３４０により冷却され、徐々に液化されて下流に向けて流れる。そして、液化された冷媒Ｒは、各冷媒支管３２１内を圧送された後に、配管３２３を介して容器３１０外に圧送される。
【００３１】
以上説明したように、水冷部３０，３３０は、従来の水冷式凝縮器のように冷媒Ｒを冷却する水Ｗを循環させる必要がないので、水Ｗに藻等が発生せず、このためメンテナンス性に優れたものとなる。更に、冷却塔等の設備が不要であるため、配水管３１のような簡易な設備のみでよく、設備がコンパクト化されるとともに、設備コストを抑えられる。
また、水冷部３０，３３０から冷媒配管２０，３２０に向けて吹き付け、又は滴下させる水Ｗの量は、複数の冷媒支管２１，３２１の表面に略均等に付着させて蒸発させる必要があるので、大量である必要はない。すなわち、冷媒支管２１，３２１の表面に大量に水Ｗが付着すると、水膜による熱抵抗が増大するので、却って付着した水Ｗが蒸発しづらくなり、冷却効率を低下させてしまう。そのため、水Ｗの供給量は、全ての水Ｗが冷媒支管２１，３２１の表面で蒸発しきってしまう程度であればよい。言い換えれば排水口１４，開口３１０ｄから排水される水Ｗが殆どない程度であってもよい。したがって、水Ｗの供給量が少ないため、ランニングコストを抑えることができる。
【００３２】
更に、空冷部４０，３４０から冷媒支管２１，３２１の周辺に流した空気Ａによって、冷媒支管２１，３２１の表面に付着した水Ｗの蒸発を促進させることができるので、更に冷媒Ｒの冷却効率を向上させることができる。
特に、空冷部４０，３４０は、従来の空冷式凝縮器とは異なり、自己冷却された空気Ａを冷媒配管２０，３２０に吹き付けているために、冷却効率を向上させることができる。
また、空冷部４０，３４０は、簡易な構造であるので、設備の大型化、設備コストの上昇を容易に抑えることができる。
これにより、冷媒Ｒの温度を空気Ａの露点近くまで冷却することが可能となる。
【００３３】
次に、凝縮器１００を用いたヒートポンプ、冷却装置について説明する。
図６はヒートポンプＨＰ及び冷却装置Ｃを示す概念図、図７はヒートポンプＨＰ２，ＨＰ３及び冷却装置Ｃ２，Ｃ３を示す概念図である。
図６に示すように、ヒートポンプＨＰは、凝縮器１００と膨張弁１１０と蒸発器１２０と圧縮機１３０と、これらを接続する配管１４０とから構成され、凝縮、膨張、蒸発及び圧縮の各工程からなるサイクルにより、低温の物体から熱を汲み上げ、高温の物体に熱を与える。
そして、ヒートポンプＨＰに上述した凝縮器１００が用いられるので、凝縮工程を成績係数ＣＯＰが高く、かつスペース効率、低価格、メンテナンス性に優れるものにすることができる。したがって、小規模でかつ効率の高いヒートポンプＨＰを構成することができる。
大規模なヒートポンプＨＰを構成する場合には、例えば、凝縮器１００を直列或いは並列に連結することにより、大量の冷媒Ｒを効率よく冷却することができる。特に、凝縮器１００はスペース効率が高いので、凝縮器１００を積み重ねて配置することにより、高能力かつ省スペースの凝縮器を実現することができる。このため、ビルの屋上等の限られたスペースに好適に設置することができる。
【００３４】
また、図７（ａ）に示すヒートポンプＨＰ２に示すように、凝縮器１００により冷却する冷媒Ｒにより、ヒートポンプＨＰ２を循環する冷媒Ｒ２を間接的に冷却する熱交換器２００を設けてもよい。
更に、図７（ｂ）に示すヒートポンプＨＰ３に示すように、ヒートポンプＨＰ３を循環する冷媒Ｒとして水を用いる場合には、凝縮器１００を、凝縮器２１０において凝縮、液化した水を冷却させる冷却器として使用してもよい。
【００３５】
そして、図６，図７に示すように、これらヒートポンプＨＰ，ＨＰ２，ＨＰ３を冷却装置Ｃ，Ｃ２，Ｃ３として適用することにより、蒸発器１２０において、冷媒Ｒが蒸発する際にその蒸発潜熱によって周囲から熱を吸収して、室内等の空気を効率よく、かつランニングコストを抑えつつ、冷却することができる。また、毛細管現象を利用した配水装置を併用してもよい。
【００３６】
なお、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３７】
例えば、水冷部３０，３３０としては、冷媒配管２０，３２０の全体に水Ｗを等しく行き渡るように吹き付ければよい。したがって、配水管３１に替えて、スプリンクラー等を設けてもよい。
【００３８】
また、空冷部４０，３４０としては、冷媒配管２０，３２０の全体に空気Ａを等しく行き渡るように吹き付ければよい。したがって、例えば、冷媒配管２０，３２０の上方や下方、又は側方に複数のファン等を設けてもよい。また、空気Ａを自己冷却する場合に限らない。
【００３９】
また、冷媒配管２０に吹き付ける空気Ａに温度勾配を設ける場合には、限らない。したがって、多段に構成された複数の気送支管４３に替えて、均等に穴の空いた気送管を配置する場合であってもよい。
【００４０】
また、仕切板４６は、容器１０内における気送管４２の配置領域のみに設けたが、冷媒配管２０の配置領域まで仕切りようにしても構わない。
【００４１】
冷媒配管２０は、水平方向に延設される場合に限らず、鉛直方向に延設されてもよい。また、冷媒配管３２０は、鉛直方向に延設される場合に限らず、水平方向に延設されてもよい。
【００４２】
また、凝縮器１００，３００としては、大量の冷媒Ｒを冷却するために、冷媒支管２１，３２１を複数設けたが、最小限の構成としては、冷媒配管が１本のみであってもよい。また、配水管３１及び気送支管４３もそれぞれ１本のみであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】凝縮器１００を示す模式断面図である。
【図２】図１のＰ−Ｐ断面図である。
【図３】図１のＱ−Ｑ断面図である。
【図４】凝縮器３００を示す模式断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図である。
【図６】ヒートポンプＨＰ及び冷却装置Ｃを示す概念図である。
【図７】ヒートポンプＨＰ２，ＨＰ３及び冷却装置Ｃ２，Ｃ３を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｒ…冷媒
Ａ…空気
Ｗ…水
２０，３２０…冷媒配管
３０，３３０…水冷部
３１…配水管（散水部）
３２…散水孔
４０，３４０…空冷部
４２…気送管（送風部）
４３（４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ）…気送支管
４４…放気孔
４６…仕切板
１００…凝縮器
１１０…膨張弁
１２０…蒸発器
１３０…圧縮機
２００…凝縮器
３３１…タンク（散水部）
３３２…滴下部（滴下部材）
３４１…ファン（送風部）
ＨＰ，ＨＰ２，ＨＰ３…ヒートポンプ
Ｃ，Ｃ２，Ｃ３…冷却装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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