(57)【要約】【課題】  外気熱交換器及び凝縮器の全体を均等に冷却し、水の有効利用及びロス分の低減を図ることにより冷却性能及び熱交換効率を高める。【解決手段】  冷却液Ｌを冷却する冷却装置３を用いた第一冷却系Ｍ１と、送風ファン４により送風される外気Ａと冷却液Ｌの熱交換を行う外気熱交換器５を有する第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際の制御を行う制御系Ｍｃとを備えてなるフリークーリングチラー１を構成するに際して、外気熱交換器５を起立させて配設し、冷却装置３を構成する冷凍サイクルＣにおける凝縮器６を、外気熱交換器５に対面させて配設するとともに、外気Ａの送風方向Ｆｗにおける外気熱交換器５の上流側位置に、外気熱交換器５の外面に対して、予め設定した所定角度Ｑｆで、かつ斜め下方から水Ｌｗｍを噴霧する散水機構７における少なくとも一以上の噴霧ノズルＮｓ…を配設する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液を冷却する冷却装置を用いた第一冷却系と、送風ファンにより送風される外気と前記冷却液の熱交換を行う外気熱交換器を有する第二冷却系と、前記第一冷却系及び前記第二冷却系を用いて前記冷却液を冷却する際の制御を行う制御系とを備えてなるフリークーリングチラーであって、前記外気熱交換器を起立させて配設し、前記冷却装置を構成する冷凍サイクルにおける凝縮器を、前記外気熱交換器に対面させて配設するとともに、前記外気の送風方向における前記外気熱交換器の上流側位置に、前記外気熱交換器の外面に対して、予め設定した所定角度で、かつ斜め下方から水を噴霧する散水機構における少なくとも一以上の噴霧ノズルを配設してなることを特徴とするフリークーリングチラー。
【請求項２】
前記所定角度は、前記外気熱交換器の外面に対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕（ただし、Ｑｆは所定角度）の角度条件を満たすように設定することを特徴とする請求項１記載のフリークーリングチラー。
【請求項３】
前記外気熱交換器は、一対の平坦状に構成した熱交換ユニットを組合わせることにより、側面視をＶ形に構成するとともに、前記送風ファンは、前記外気熱交換器の上方であって、送風方向の下流側位置に配設することを特徴とする請求項１又は２記載のフリークーリングチラー。
【請求項４】
前記外気熱交換器は、一対の平面視をくの字状に形成した熱交換ユニットを組合わせることにより、平面視をＸ形に構成するとともに、前記送風ファンは、前記外気熱交換器の上方であって、送風方向の下流側位置に配設することを特徴とする請求項１又は２記載のフリークーリングチラー。
【請求項５】
前記外気熱交換器又は前記凝縮器における水が噴霧される外面には、保水性シートを付設することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフリークーリングチラー。
【請求項６】
前記噴霧ノズルから噴霧する水には、外部から供給される水，又は水を用いた前記冷却液の一部を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフリークーリングチラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備えるフリークーリングチラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、運転状況や天候状況等に応じて外気の低温環境を直接利用するフリークーリング機能により省エネルギ性を高めたフリークーリングチラーとしては、特許文献１〜３により開示される冷却装置が知られている。
【０００３】
特許文献１の冷却装置は、冷却効率を高めることを目的とし、送風装置を備えた冷却塔内に、冷却水を冷却する冷却水コイルと冷凍機の冷媒を冷却するコンデンサコイルとを同じプレートフィンチューブ型熱交換器内に配管した熱交換ユニットを設け、外気温度が低いときは冷凍機の運転を停止して熱交換ユニット内に冷却水のみを通し、外気温度が高いときは冷凍機を運転して冷却水を冷凍機の蒸発器にのみ通して熱交換ユニット内に冷凍機の冷媒のみを通し、外気温度によって冷却水と冷媒のいずれか一方を冷却塔で冷却する構成を備えたものである。
【０００４】
また、特許文献２の冷却装置は、冷却効率を高めることを目的とし、伝熱パイプに被冷却流体を通し、ファンによって伝熱パイプを冷却する冷却塔において、被冷却流体が通過する伝熱パイプにフィンを設けたラジエターを冷却塔の外側部に設け、圧縮機、コンデンサ、膨張弁、蒸発器からなり、冷媒を圧縮、膨張を繰り返し運転するチラーを設け、コンデンサは、伝熱パイプにフィンを設けたフィン付コンデンサに設けてラジエターの内側に配置し、冷却塔のファンによってラジエターとコンデンサに送風し、冷却すべき機器から戻る被冷却流体をラジエターからチラーの凝縮器を通して冷却し、冷却すべき機器に送り出すようにしたものである。
【０００５】
さらに、特許文献３の冷却装置は、冷却水に対する温度管理を高い精度で行うことにより、運転制御の簡素化と信頼性の向上を目的としたものであり、二槽構造の水槽、即ち、仕切り板によって左右に二分され、一方を低温槽、他方を高温槽とした水槽を備えて構成したものであり、低温槽の冷却水は、外部機器を冷却した後に高温槽に戻されるとともに、高温槽の冷却水はフリークーリング機能により冷却された後に低温槽に戻される。
【０００６】
一方、この種の冷却装置（フリークーリングチラー）は、外気の低温環境を直接利用するため、温度制御は、外気の温度変動等に直接影響を受け、正確かつ安定した温度管理を維持することは容易でない。したがって、特許文献１及び３では、冷却水を通す冷却水コイル（伝熱パイプ）及びチラーの凝縮器に対して、送風を行うことによる冷却に加え、散水を行う散水機能を付加することにより冷却能力を高め、これにより、正確かつ安定した温度管理を維持できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２３４０５５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６６４４７号公報
【特許文献３】特開２００１−６６０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した特許文献１，３で開示される冷却装置（フリークーリングチラー）は次のような解決すべき課題も存在した。
【０００９】
第一に、冷却水コイル（伝熱パイプ）及び凝縮器に対して、水を落下（散水）させるため、散水する量が特に上下方向で片寄り、全体を均等に冷却しにくい。したがって、水が有効に利用されにくく、ロス分が生じやすいなど、冷却性能及び熱交換効率を高めるには限界がある。
【００１０】
第二に、冷却水コイル（伝熱パイプ）及び凝縮器に対して、水を直接付着させるため、冷却が局所的になる。特に、二つの被冷却部である冷却水コイル（伝熱パイプ）と凝縮器を冷却する場合、双方の被冷却部に対して、必ずしも十分かつ安定した冷却が確保されているとはいえない。
【００１１】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したフリークーリングチラーの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌを冷却する冷却装置３を用いた第一冷却系Ｍ１と、送風ファン４により送風される外気Ａと冷却液Ｌの熱交換を行う外気熱交換器５を有する第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際の制御を行う制御系Ｍｃとを備えてなるフリークーリングチラー１を構成するに際して、外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）を起立させて配設し、冷却装置３を構成する冷凍サイクルＣにおける凝縮器６（６ｐ，６ｑ）を、外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）に対面させて配設するとともに、外気Ａの送風方向Ｆｗにおける外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）の上流側位置に、外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、予め設定した所定角度Ｑｆで、かつ斜め下方から水Ｌｗｍを噴霧する散水機構７における少なくとも一以上の噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…を配設してなることを特徴とする。
【００１３】
この場合、発明の好適な態様により、所定角度Ｑｆは、外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕（ただし、Ｑｆは所定角度）の角度条件を満たすように設定できる。また、外気熱交換器５は、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑを組合わせることにより、側面視をＶ形に構成するとともに、送風ファン４は、外気熱交換器５の上方であって、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設することができる。さらに、他の形態としては、外気熱交換器５を、一対の平面視をくの字状に形成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑ，５ｒ，５ｓを組合わせることにより、平面視をＸ形に構成するとともに、送風ファン４を、外気熱交換器５の上方であって、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設することもできる。一方、外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）における水Ｌｗｍが噴霧される外面５ｐｆ，５ｑｆには、保水性シート８ｐ，８ｑを付設することができる。なお、噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…から噴霧する水Ｌｗｍには、外部から供給される水Ｌｗｍ，又は冷却水Ｌｗを用いた冷却液Ｌの一部を用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
このような構成を有する本発明に係るフリークーリングチラー１によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１５】
（１）  冷却装置３を構成する冷凍サイクルＣにおける凝縮器６を、起設した外気熱交換器５に対面させて配設するとともに、外気Ａの送風方向Ｆｗにおける外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）の上流側位置に、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、予め設定した所定角度Ｑｆで、かつ斜め下方から水Ｌｗｍを噴霧する少なくとも一以上の噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…を配設してなるため、散水する量が特に上下方向で片寄る問題を回避できる。したがって、外気熱交換器５及び凝縮器６の全体を均等に冷却できるなど、水Ｌｗｍの有効利用及びロス分の低減を図ることができ、冷却性能及び熱交換効率を高めることができる。
【００１６】
（２）  好適な態様により、所定角度Ｑｆを、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕の角度条件を満たすように設定すれば、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対する送風ファン４による送風量Ｄｆの分布と噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…による噴霧量Ｄｗの分布を、相互に補完する位置関係に容易に設定できるため、全体を均等に冷却する観点から最良の結果を得ることができる。
【００１７】
（３）  好適な態様により、外気熱交換器５を、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑを組合わせることにより、側面視をＶ形に構成するとともに、送風ファン４を、外気熱交換器５の上方であって、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設すれば、外気熱交換器５における外面５ｐｆ，５ｑｆが傾斜するため、空気抵抗による送風量Ｄｆのロス分を低減できるとともに、所定角度Ｑｆは、外面５ｐｆ，５ｑｆの傾斜角度と噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…の傾斜角度に基づいて設定できるため、冷却性能及び熱交換効率を高める観点からより望ましいパフォーマンスを得ることができる。
【００１８】
（４）  好適な態様により、外気熱交換器５は、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑを組合わせることにより側面視をＶ形に構成してもよいし、一対の平面視をくの字状に形成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑ，５ｒ，５ｓを組合わせることにより、平面視をＸ形に構成してもよいなど、外気熱交換器５を各種形態で構成した場合でも適用可能となり、適応性及び汎用性に優れる。
【００１９】
（５）  好適な態様により、外気熱交換器５（又は凝縮器６）における水Ｌｗｍが噴霧される外面５ｐｆ，５ｑｆに、保水性シート８ｐ，８ｑを付設すれば、噴霧した水Ｌｗｍは保水性シート８ｐ，８ｑにより保水され、この保水性シート８ｐ，８ｑ上で蒸発させることができる。したがって、保水性シート８ｐ，８ｑ上で生成された冷却空気を外気熱交換器５及び凝縮器６に供給できるため、外気熱交換器５及び凝縮器６の双方に対して有効かつ安定した冷却を行うことができる。
【００２０】
（６）  好適な態様により、噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…から噴霧する水Ｌｗｍに、外部から供給される水Ｌｗｍ，又は冷却水Ｌｗを用いた冷却液Ｌの一部を用いれば、使用できる水の選択肢が増える。特に、冷却水Ｌｗを収容する冷却液タンクを内蔵し、この冷却液タンクにおける冷却水Ｌｗ（冷却液Ｌ）の一部を用いれば、例えば、冷却液タンクに備える自動給水部と組合わせることにより冷却水Ｌｗのメンテナンスによる入れ替えを不要にできる。しかも、冷却水Ｌｗ自体の温度を利用して、外気熱交換器５及び凝縮器６に対する冷却も行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適実施形態に係るフリークーリングチラーの要部を示す側面から見た構成図、
【図２】同フリークーリングチラーの全体系統回路図、
【図３】同フリークーリングチラーの冷却液の系統図、
【図４】同フリークーリングチラーの内部構造の全体を示す正面構成図、
【図５】同フリークーリングチラーの内部側面構成の一部を示す作用説明図、
【図６】同フリークーリングチラーの外気熱交換器の位置（高さ）に対する送風量と噴霧量の傾向を示す関係図、
【図７】本発明の変更実施形態に係るフリークーリングチラーの外観斜視図、
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
まず、本発明の理解を容易にするため、本実施形態に係るフリークーリングチラー１の全体構造について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２４】
フリークーリングチラー１は、図１及び図４に示すように、全体を直方体状に形成したケーシング２１を備え、このケーシング２１の上部内部は外気熱交換室Ｒｃとして構成するとともに、下部内部は収納室Ｒｉとして構成する。また、ケーシング２１の上端にはフード２２に覆われる送風ファン４を配設する。フード２２の先端は排気口２２ｅとなり、送風ファン４の回転により外気熱交換室Ｒｃ内が吸引される。
【００２５】
外気熱交換室Ｒｃの内部には、第一冷却系Ｍ１の凝縮器６と第二冷却系Ｍ２の外気熱交換器５を配設する。この場合、凝縮器６は、図２に示すように、冷媒が循環する冷凍サイクルＣの一部となり、この冷凍サイクルＣは第一冷却系Ｍ１における冷却装置３を構成する。一方、外気熱交換器５は、外気Ａと冷却水Ｌｗ（冷却液Ｌ）の熱交換を行う第二冷却系Ｍ２を構成する。冷却装置３（第一冷却系Ｍ１）及び第二冷却系Ｍ２は、いずれも後述する冷却水Ｌｗを冷却する機能を備え、特に、第二冷却系Ｍ２はフリークーリング機能を有する。
【００２６】
外気熱交換器５は、図１に示すように、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑの組合わせにより構成し、外気熱交換室Ｒｃの内部に側面から見てＶ形となるように配設する。これにより、送風ファン４は、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑの内面により挟まれる内部空間の上方に配設されるとともに、外気熱交換器５に対しては送風方向Ｆｗの下流側位置に配設される。また、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対向するケーシング２１の側面（正面，背面）には吸気口２１ｉ，２１ｉを設ける。なお、各吸気口２１ｉ…には図示を省略したエアフィルタが付設されている。この場合、エアフィルタの代わりに、又は一緒に、後述する保水性シート（８ｐ，８ｑ）を付設してもよい。これにより、この保水性シートも送風方向Ｆｗに置かれるため、この保水性シートに付着する一部の水Ｌｗｍにより送風に対する冷却効果をより高めることができる。
【００２７】
熱交換ユニット５ｐは、冷却水Ｌｗを通す冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成し、外周面に多数の放熱用フィンを付設した一般的な熱交換器の形態により実施可能であるが、その形態は特定されるものではなく、各種形態により実施できる。例示する熱交換ユニット５ｐの形態は、冷却水Ｌｗを通す冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成した１パスを複数パス用意し、順次配列接続した複数のパスの外周面に多数の放熱用フィンを付設して単位熱交換ユニット部５ｐｓとして構成するとともに、図４に示すように、二つの単位熱交換ユニット部５ｐｓ，５ｐｓを上下に連結して構成したものである。そして、熱交換ユニット５ｐは、鉛直線に対して所定の傾倒角度Ｑｃ（例示は１５〔゜〕）で起立（傾斜）させて配設する。他方の熱交換ユニット５ｑも熱交換ユニット５ｐと同様に構成するとともに、鉛直線に対して１５〔゜〕の傾倒角度Ｑｃで起立（傾斜）させて配設する。この場合、熱交換ユニット５ｐと５ｑの傾倒方向は反対方向となる。これにより、図１に示すように、側面から見てＶ形となる外気熱交換器５が得られる。なお、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑは並列接続により使用する。
【００２８】
また、凝縮器６も二つの凝縮ユニット６ｐ，６ｑの組合わせにより構成する。凝縮ユニット６ｐは、一般的な凝縮器構造、即ち、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設した構造を有している。他方の凝縮ユニット６ｑも凝縮ユニット６ｐと同様に構成し、二つの凝縮ユニット６ｐと６ｑは並列接続により使用する。そして、各凝縮ユニット６ｐ，６ｑは、図１に示すように、送風ファン４の送風方向Ｆｗの下流側から、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対してそれぞれ重なり合うように配設する。このような構成により、凝縮器６は、送風方向Ｆｗの下流側から外気熱交換器５に対面するため、凝縮器６及び外気熱交換器５を配設する際のデッドスペースが無くなり、全体の小型化に寄与できるとともに、送風ファン４の共用化を容易に実現できる。加えて、通常、外気熱交換器５の温度は、凝縮器６の温度よりも低くなるため、送風方向Ｆｗを考慮すれば、より効率的な熱交換を行わせることができる。
【００２９】
他方、収納室Ｒｉには、図４（図１）に示すように、凝縮器６（凝縮ユニット６ｐ，６ｑ）を除く冷凍サイクルＣ（第一冷却系Ｍ１）の構成部品類、及び外気熱交換器５（熱交換ユニット５ｐ，５ｑ）を除く循環ポンプ２３等の第二冷却系Ｍ２における構成部品類を配設するとともに、後述する被冷却部７０に冷却水Ｌｗを供給するための冷却液タンク２４及び循環ポンプ２３等を配設する。図４中、２６は冷凍サイクルＣにおける圧縮機、２７は配電盤を含む制御盤をそれぞれ示す。
【００３０】
冷却液タンク２４は、図３に示すように、上面部を開放した直方体形のタンク本体部３１を備えるとともに、このタンク本体部３１の上面部に着脱する蓋部３２を備える。また、タンク本体部３１の内部には領域区画板３３を配設することにより、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画するとともに、下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させる。領域区画板３３は、主区画板部３３ｍと副区画板部３３ｓの組合わせにより構成する。主区画板部３３ｍは、平面視をＬ形に形成し、底面部２４ｄからタンク本体部３１の所定高さまで起立する形状に形成するとともに、Ｌ形をなす一方の平板部３３ｍａの下部を切欠くことにより開口部３３ｍｏを設ける。これにより、主区画板部３３ｍは、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを区画するとともに、下端に設けた開口部により連通空間Ｓｓが形成される。副区画板部３３ｓは、冷却液タンク２４（タンク本体部３１）の底面部２４ｄから上方に起立し、上端を開口部よりも上方に位置させるとともに、主区画板部３３ｍにおける平板部３３ｍａに対して第二冷却液領域Ｚｂ側に所定間隔だけ離間して配設する。このような構成により連通空間Ｓｓをいわゆるジグザグ経路とすることができ、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂ間における冷却水Ｌｗの安定した流通を確保できる。また、領域区画板３３により囲まれる空間は第二冷却液領域Ｚｂの容積となり、この第二冷却液領域Ｚｂの容積は、冷却液タンク２４の全体の容積に対して、１５〜３５〔％〕となるように選定することが望ましい。
【００３１】
一方、冷却液タンク２４には、第一冷却系Ｍ１を接続する供給口２５ｉ及び戻し口２５ｒを臨ませるとともに、第二冷却系Ｍ２を接続する供給口２３ｉ及び戻し口２３ｒを臨ませる。この場合、第一冷却系Ｍ１の供給口２５ｉは、圧送ポンプ２５の吸込口を兼用するため、圧送ポンプ２５を、蓋部３２に取付けることにより、吸込口を第一冷却液領域Ｚａの内部に臨ませる。なお、蓋部３２の一部は二枚構造に構成し、圧送ポンプ２５は下側の取付プレート３２ｓに取付ける。また、図３に示すように、第一冷却系Ｍ１の戻し口２５ｒは、第二冷却液領域Ｚｂの内部に臨ませるとともに、先端側を直角形成し、向きを斜め下方に設定する。さらに、第二冷却系Ｍ２の供給口２３ｉは、循環ポンプ２３の吸込口を兼用するため、冷却液タンク２４の側面から第二冷却液領域Ｚｂの内部に臨ませるとともに、戻し口２３ｒは、第一冷却液領域Ｚａの内部に臨ませる。この場合、先端に戻し口２３ｒを有する戻し配管３６を蓋部３２に取付け、戻し配管３６の戻し口２３ｒ側を第一冷却液領域Ｚａの内部に至らせることにより先端側を鉛直方向下方に向ける。
【００３２】
他方、図２は、フリークーリングチラー１の全体系統回路を示す。７０は、フリークーリングチラー１に接続することにより当該フリークーリングチラー１から供給される冷却水Ｌｗにより冷却される工作機械等の被冷却部を示す。また、図２において、Ｍ１は第一冷却系、Ｍ２はフリークーリング機能を有する第二冷却系をそれぞれ示す。
【００３３】
第一冷却系Ｍ１は、前述した凝縮器６を含む冷凍サイクルＣを用いた冷却装置３により構成し、この冷凍サイクルＣは、冷媒Ｋが循環する一般的な冷凍サイクルにより構成可能である。２６は圧縮機であり、この圧縮機２６の吐出口は、凝縮器６の冷媒入口に接続するとともに、圧縮機２６の戻り口は、冷媒Ｋと冷却水Ｌｗの熱交換を行う冷却器（熱交換器）４１における一次側４１ｆの冷媒出口に接続する。また、冷却器４１における一次側４１ｆの冷媒入口は、電子膨張弁４２を介して凝縮器６の冷媒出口に接続する。これにより、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣが構成される。なお、２６ｉは圧縮機２６を駆動する圧縮機インバータを示す。
【００３４】
さらに、冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液入口は、圧送ポンプ２５を介して冷却液タンク２４の第一冷却液領域Ｚａに臨む供給口２５ｉに接続する。この場合、供給口２５ｉは、圧送ポンプ２５の吸込口２５ｉを兼用するため、実質的には、供給配管４３の一端を冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液入口に接続し、供給配管４３の他端を圧送ポンプ２５の吐出口２５ｅに接続すればよい。例示の場合、供給配管４３の他端は、計測ユニット４５を介して圧送ポンプ２５の吐出口２５ｅに接続する。一方、冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液出口は、被冷却部７０が接続される冷却液供給口４６ｓに接続する。また、被冷却部７０が接続される冷却液戻り口４６ｒは、戻し配管３５を介して戻し口２５ｒに接続する。
【００３５】
一方、第二冷却系Ｍ２は、前述した外気熱交換器５を備え、この外気熱交換器５の冷却液流入口は、循環ポンプ２３を介して冷却液タンク２４の第二冷却液領域Ｚｂに臨む供給口２３ｉに接続する。この場合、供給口２３ｉは、循環ポンプ２３の吸込口を兼用するため、実質的には、供給配管４７の一端を外気熱交換器５の冷却液流入口に接続し、供給配管４７の他端を循環ポンプ２３の吐出口２３ｅに接続すればよい。また、外気熱交換器５の冷却液流出口は、戻し配管３６を介して戻し口２３ｒに接続する。なお、４８は外気熱交換器５の冷却液流出口に接続した給気弁、４９はバイパスバルブをそれぞれ示す。
【００３６】
他方、５１は制御系Ｍｃの主要部を構成するコントローラであり、このコントローラ５１は、フリークーリングチラー１の全体の制御を司る機能を備える。コントローラ５１には、冷却水Ｌｗの設定温度Ｔｓ（例えば、２０〔℃〕）等の各種設定項目が設定されている。また、コントローラ５１の制御出力ポートには、前述した圧縮機インバータ２６ｉを接続するとともに、送風ファン４，電子膨張弁４２，循環ポンプ２３，圧送ポンプ２５及び給気弁４８を接続する。さらに、コントローラ５１の入力ポートには、外気乾球温度センサ５２ｔ，外気湿球温度センサ５２ｗ，チラー出口温度センサ５３，戻り温度センサ５４及び熱交換器出口温度センサ５５を接続する。これにより、外気乾球温度センサ５２ｔからは外気乾球温度となる外気Ａの温度（外気温度）Ｔｔが検出され、外気湿球温度センサ５２ｗからは外気湿球温度Ｔｈが検出され、チラー出口温度センサ５３からはチラー出口温度Ｔｅが検出され、戻り温度センサ５４からは戻り液温度Ｔｒが検出され、それぞれコントローラ５１に付与される。コントローラ５１は、ＣＰＵ及び各種メモリ等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともフリークーリングチラー１に係わる温度制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ５１には、温度制御を実現するための制御プログラムを格納する。
【００３７】
次に、本実施形態に係るフリークーリングチラー１に備える本発明の要部構成について、図１〜図６を参照して説明する。
【００３８】
まず、熱交換ユニット５ｐ，５ｑにおける後述する水Ｌｗｍが噴霧される外面５ｐｆ，５ｑｆには、保水性シート８ｐ，８ｑを付設する。保水性シート８ｐ，８ｑとしては、例えば、ポリプロピレン素材により製作したネット部材（織物）、例えば、サランネット（登録商標）等を利用できる。このようなネット部材はメッシュ構造のため、十分な通気性を確保できるとともに、必要な保水性を確保できる。この場合、保水性シート８ｐ，８ｑは、熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対して着脱可能に構成し、メンテナンス等において新しいものと交換できるように構成する。
【００３９】
このように、外気熱交換器５を構成する熱交換ユニット５ｐ，５ｑにおける水Ｌｗｍが噴霧される外面５ｐｆ，５ｑｆに、保水性シート８ｐ，８ｑを付設すれば、噴霧した水Ｌｗｍは保水性シート８ｐ，８ｑにより保水され、この保水性シート８ｐ，８ｑ上で蒸発させることができる。したがって、保水性シート８ｐ，８ｑ上で生成された冷却空気を外気熱交換器５及び凝縮器６に供給できるため、外気熱交換器５及び凝縮器６の双方に対して有効かつ安定した冷却を行える利点がある。
【００４０】
他方、吸気口２１ｉ，２１ｉの近傍には、散水機構７を構成する噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…を配設する。各噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…は、斜め上方に噴霧できるように、それぞれ熱交換ユニット５ｐ，５ｑに向けて配設し、特に、より広い範囲に拡散できるように最適位置及び角度を選定する。例示の場合、図４に示すように、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対して、離間した二つの噴霧ノズルＮｓ，Ｎｓ…をそれぞれ配設した。なお、噴霧ノズルＮｓ…の数量は任意であり、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対して、一つでもよいし、三つ以上であってもよい。各噴霧ノズルＮｓ…は、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの設置面上に取付ける。これにより、各噴霧ノズルＮｓ…は、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対して送風方向Ｆｗの上流側に配されるとともに、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、予め設定した所定角度Ｑｆで噴霧可能となる。
【００４１】
この場合、外面５ｐｆ，５ｑｆにおける噴霧位置は中央位置から下寄り位置に設定することが望ましい。また、所定角度Ｑｆは、図１に示すように、熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕に設定することが望ましい。例示の所定角度Ｑｆは、３０〔゜〕（鉛直線に対する角度Ｑｃｆは、１５〔゜〕）である。なお、図１に示すＱｍｆは、鉛直線に対する４５〔゜〕の角度（所定角度Ｑｆは、６０〔゜〕）を示している。所定角度Ｑｆが６０〔゜〕の場合には大き過ぎる。所定角度Ｑｆが大きくなり過ぎた場合、噴霧された水Ｌｗｍの外面５ｐｆ，５ｑｆに対する浮遊距離が短くなるため、良好な結果は得られなかった。反対に、所定角度Ｑｆが小さくなり過ぎた場合には、浮遊距離が長くなるため、この場合も良好な結果は得られなかった。
【００４２】
さらに、本実施形態では、外気熱交換器５（各熱交換ユニット５ｐ，５ｑ）をＶ形に配設し、この上方に吸気を行う送風ファン４を配設するとともに、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑにおける外面５ｐｆ，５ｑｆの横方に吸気口２１ｉ，２１ｉを設けるレイアウトのため、送風ファン４による送風方向Ｆｗは、図５に示す点線矢印のように、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの前後で向きが直角方向に変化する。したがって、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対する送風量Ｄｆの傾向は、上側ほど多くなり、かつ下側ほど少なくなる。この傾向を図６にグラフで示す。一方、各噴霧ノズルＮｓ…の所定角度Ｑｆを、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕に設定し、各噴霧ノズルＮｓ…から各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、斜め下方から水Ｌｗｍを噴霧するため、各噴霧ノズルＮｓ…による水Ｌｗｍの噴霧分布は、図５に示す実線矢印のようになる。即ち、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対する水Ｌｗｍの噴霧量Ｄｗの傾向は、上側ほど少なくなり、かつ下側ほど多くなる。この傾向を図６にグラフで示す。
【００４３】
このように、所定角度Ｑｆを、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、１０〔゜〕≦Ｑｆ＜５０〔゜〕の角度条件を満たすように設定すれば、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対する送風ファン４による送風量Ｄｆの分布と噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…による噴霧量Ｄｗの分布を、相互に補完する位置関係に容易に設定できるため、全体を均等に冷却する観点から最良の結果を得ることができる。また、外気熱交換器５は、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑを組合わせることにより、側面視をＶ形に構成するとともに、送風ファン４は、外気熱交換器５の上方であって、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設したため、外気熱交換器５における外面５ｐｆ，５ｑｆが傾斜し、空気抵抗による送風量Ｄｆのロス分を低減できるとともに、所定角度Ｑｆは、外面５ｐｆ，５ｑｆの傾斜角度と噴霧ノズルＮｓ…，Ｎｓ…の傾斜角度に基づいて設定できるため、冷却性能及び熱交換効率を高める観点からより望ましいパフォーマンスを得ることができる。
【００４４】
一方、図２及び図３に示すように、各噴霧ノズルＮｓ…は、噴霧バルブ１１を介して切換弁１２の出口ポートに接続するとともに、切換弁１２における第一入口ポートは水Ｌｗｍが供給される外部の給水源（水道管等）に接続し、かつ第二入口ポートは循環ポンプ２３の吐出口２３ｅに接続した供給配管４７の中途に接続する。この場合、噴霧バルブ１１には、各噴霧ノズルＮｓ…に対する水Ｌｗｍの供給又は停止を行う電磁開閉弁や各噴霧ノズルＮｓ…に対する水Ｌｗｍの供給量を可変制御可能な制御弁を用いることができるとともに、切換弁１２には、第一入口ポート又は第二入口ポートを出口ポートに選択的に接続する電磁切換弁を用いることができる。また、噴霧バルブ１１及び切換弁１２は、それぞれコントローラ５１の制御出力ポートに接続する。これにより、切換弁１２を切換えることにより、噴霧ノズルＮｓ…から噴霧する水Ｌｗｍとして、外部から供給される水Ｌｗｍ，又は冷却液タンク２４に収容された冷却水Ｌｗの一部を選択して使用できる。
【００４５】
さらに、図２に示すように、冷却液タンク２４には、内部に収容された冷却水Ｌｗが常に規定量を維持するように自動で冷却水Ｌｗを供給する自動給水部１３を設ける。自動給水部１３は、冷却水Ｌｗの液面に臨ませたボールタップ１４を備えるとともに、このボールタップ１４が設定した規定位置よりも下降して開き、かつ規定位置で閉じる開閉バルブ１５を備える。また、開閉バルブ１５の下流側は、冷却液タンク２４の内部に臨むとともに、開閉バルブ１５の上流側は、冷却水Ｌｗが供給される給水源（水道管等）１６に接続する。
【００４６】
このように、噴霧ノズルＮｓ…から噴霧する水Ｌｗｍとして、外部から供給される水Ｌｗｍ，又は冷却水Ｌｗを用いた冷却液Ｌの一部を用いることができるようにすれば、使用できる水の選択肢が増え、特に、冷却液タンク２４における冷却水Ｌｗの一部を用いた場合には、冷却水Ｌｗのメンテナンスによる入れ替えを不要にできる。しかも、冷却水Ｌｗ自体の温度を利用して、外気熱交換器５及び凝縮器６を冷却できる利点がある。
【００４７】
次に、本実施形態に係るフリークーリングチラー１の動作の一例について、各図を参照して説明する。
【００４８】
まず、フリークーリングチラー１の運転開始により圧送ポンプ２５が作動を開始する。圧送ポンプ２５の作動により、冷却液タンク２４における第一冷却液領域Ｚａ内の冷却水Ｌｗは、圧送ポンプ２５，冷却器４１の二次側４１ｓ，冷却液供給口４６ｓを経て、被冷却部７０に供給される。これにより、被冷却部７０は冷却水Ｌｗにより冷却されるとともに、熱交換により温められた冷却水Ｌｗは、冷却液戻り口４６ｒを介して冷却液タンク２４の戻し口２５ｒから第二冷却液領域Ｚｂ内に戻される。この際、前述したように、戻し口２５ｒの向きは、斜め下方に向けて配するため、戻し口２５ｒを冷却液タンク２４の底面２４ｄ近くに配する場合であっても、当該戻し口２５ｒから流入する冷却水Ｌｗが冷却液タンク２４の底面２４ｄに直角に激しく衝突する不具合を回避でき、無用な液面変動を防止して冷却水Ｌｗを安定に流入させることができる。また、戻し口２５ｒは、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように副区画板部３３ｓの上方に位置させるため、例えば、第二冷却系Ｍ２における外気熱交換器５側への流量が多くなったような場合、それに応じて戻し口２５ｒから流入する冷却水Ｌｗの流量も自動的に第一冷却液領域Ｚａ側が多くなるなど、より的確性及び柔軟性の高い制御を行うことができる。
【００４９】
一方、コントローラ５１は、チラー出口温度Ｔｅ，戻り液温度Ｔｒ，外気温度Ｔｔ，湿球温度Ｔｈを監視する。そして、温度制御は、一例として、次のように行われる。今、チラー出口温度Ｔｅが、予め設定された冷却水Ｌｗの設定温度Ｔｓよりも高く、かつ戻り液温度Ｔｒが外気温度Ｔｔ以下であれば、通常のチラー運転制御（冷却装置３の制御）を行い、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓになるようにフィードバック制御する。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが戻り液温度Ｔｒよりも低いときは、チラー運転制御を行うことなく、循環ポンプ２３に対する運転制御を行う。循環ポンプ２３の運転により、冷却液タンク２４における第二冷却液領域Ｚｂ内の冷却水Ｌｗは、循環ポンプ２３，外気熱交換器５を経て、冷却液タンク２４における第一冷却液領域Ｚａ内に戻される。循環ポンプ２３の運転制御中に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、循環ポンプ２３の運転を停止する。
【００５０】
他方、循環ポンプ２３の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高ければ、送風ファン４に対する運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、送風ファン４の運転を停止する。また、送風ファン４の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが外気湿球温度Ｔｈよりも高いときは、噴霧バルブ１１を開側に切換え、噴霧ノズルＮｓ…から水Ｌｗｍを噴霧する。これにより、噴霧によるミストの水温及び蒸発する際の潜熱を利用して冷却能力がより高められる。特に、本実施形態では、冷却装置３を構成する冷凍サイクルＣにおける凝縮器６を、起設した外気熱交換器５に対面させて配設するとともに、外気Ａの送風方向Ｆｗにおける外気熱交換器５（５ｐ，５ｑ）の上流側位置に、外気熱交換器５の外面５ｐｆ，５ｑｆに対して、予め設定した所定角度Ｑｆで、かつ斜め下方から水Ｌｗｍを噴霧する噴霧ノズルＮｓ…を配設してなるため、散水する量が特に上下方向で片寄る問題を回避でき、外気熱交換器５及び凝縮器６の全体を均等に冷却できるなど、水Ｌｗｍの有効利用及びロス分の低減を図ることができるとともに、冷却性能及び熱交換効率を高めることができる。
【００５１】
一方、噴霧バルブ１１が開側に切換えられている際に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、噴霧バルブ１１を閉側に切換える。さらに、噴霧バルブ１１が開側においてチラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高くなり、或いは噴霧バルブ１１が閉側において外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈ以下になれば、圧縮機２６の運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、圧縮機２６の運転を停止する。
【００５２】
次に、本発明の変更実施形態に係るフリークーリングチラー１について、図７を参照して説明する。
【００５３】
図１〜図６に示したフリークーリングチラー１は、外気熱交換室Ｒｃに配設する外気熱交換器５（凝縮器６）をＶ形に構成した場合を示したが、図７に示す変更実施形態は、外気熱交換器５を、一対の平面視をくの字状に形成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑ，５ｒ，５ｓを組合わせることにより、平面視をＸ形に構成するとともに、送風ファン４を、外気熱交換器５の上方であって、送風方向Ｆｗの下流側位置に配設した。この場合、凝縮器６は、くの字形に折曲した二つの凝縮ユニット６ｘ，６ｙにより構成し、各凝縮ユニット６ｘ，６ｙの中央の山折部を対向させることにより平面視がＸ形になるように配設した。したがって、各凝縮ユニット６ｘ，６ｙは、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設する点は、前述した凝縮ユニット部６ｐ…と同じとなるが、冷媒管ユニットの中央を折曲することによりくの字形に構成した点が異なる。また、各熱交換ユニット５ｐ…は、二つの凝縮ユニット６ｘと６ｙにおける山折部の両側位置にそれぞれ対面させて配設するとともに、各凝縮ユニット６ｘ…に対して送風ファン４の送風方向Ｆｗの上流側に配する。
【００５４】
これにより、四つの各熱交換ユニット５ｐ…により区画される四つの空間Ｓｐｑ，Ｓｑｒ，Ｓｒｓ，Ｓｓｐにおける相対向する位置関係にある二つの空間Ｓｐｑ，Ｓｒｓは送風入口側となる。このため、これらの空間Ｓｐｑ，Ｓｒｓに臨むケーシング２１の左右両側及び上側に、外気Ａが流入する吸気口２１ｉ…，２１ｉ…をそれぞれ設ける。一方、残りの二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐは送風出口側となる。したがって、送風ファン４と二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐ間には、不図示のガイド板等が配設され、二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐは、送風ファン４により吸引される。また、噴霧ノズルＮｓは、各空間Ｓｐｑ，Ｓｒｓに一つずつ配設した。この噴霧ノズルＮｓは、噴霧口を広角に構成し、一つの噴霧ノズルＮｓから二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑ（又は５ｒ，５ｓ）に噴霧することができる。その他、図７において、図１〜図６と同一部分には同一符号を付し、その構成を明確にした。
【００５５】
このように、本発明に係るフリークーリングチラー１は、外気熱交換器５を、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑを組合わせることにより側面視をＶ形に構成してもよいし、一対の平面視をくの字状に形成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑ，５ｒ，５ｓを組合わせることにより、平面視をＸ形に構成してもよいなど、外気熱交換器５を各種形態で構成した場合であっても適用可能となり、適応性及び汎用性に優れる。
【００５６】
以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，制御手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、実施形態では、各噴霧ノズルＮｓ…を、各熱交換ユニット５ｐ，５ｑの設置面上に取付けた場合を例示したが、その他、上方から垂下したステーの下端に取付けたり、側面部に配したエアフィルタのフレームを利用して取付けるなど、その取付形態は任意である。一方、外気熱交換器５の構成として、Ｖ形，Ｘ形に構成した例を挙げたが、最も一般的な構成となる一つ又は二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑを平行に起立させた構成を排除するものではない。また、熱交換ユニット５ｐ…を凝縮ユニット６ｐ…に重ね合わせ又は近接させて配設する場合を示したが、離間して配設する場合を排除するものではない。さらに、保水性シート８ｐ，８ｑは、同様の機能を有するものであれば、各種素材及び各種形態により実施できる。なお、例示した、特に、角度の数値は、正確な数値を意味するものではなく、本発明の効果を享受できるものであれば、その前後の範囲も含まれる概念である。また、冷却液Ｌには、冷却水Ｌｗをはじめ不凍液等の各種溶液を含む液体が含まれる。この場合、冷却水には、水道水や井戸水等の各種清水が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係るフリークーリングチラーは、冷却液を循環させて冷却する必要のある工作機械等の各種被冷却部に接続して利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１：フリークーリングチラー，３：冷却装置，４：送風ファン，５：外気熱交換器，５ｐ：熱交換ユニット，５ｑ：熱交換ユニット，５ｒ：熱交換ユニット，５ｓ：熱交換ユニット，５ｐｆ：外気熱交換器（熱交換ユニット）の外面，５ｑｆ：外気熱交換器（熱交換ユニット）の外面，６：凝縮器，７：散水機構，８ｐ：保水性シート，８ｑ：保水性シート，Ｌ：冷却液，Ｌｗ：冷却水，Ｌｗｍ：水，Ｍ１：第一冷却系，Ｍ２：第二冷却系，Ｍｃ：制御系，Ａ：外気，Ｃ：冷凍サイクル，Ｆｗ：送風方向，Ｑｆ：所定角度，Ｎｓ…：噴霧ノズル
【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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