(57)【要約】      （修正有）【課題】空調システム用の改良された蒸発凝縮器および蒸発冷却の方法を提供する。【解決手段】分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器１であって、冷媒が流れることを可能にするための複数のチューブ２が配置される。チューブ上部に沿って配設された直立フィンを有するチューブと、水をチューブおよびフィン上に分配するための水供給システムと、チューブおよびフィンに取り付いた水を蒸発させるためにチューブ、およびフィン上に流すための空気のストリームを作り出すためのファン１０とを備える。チューブは、さらに、チューブ底部に沿って配設された直立フィンをも備える。上部フィンは、チューブの上部から上方向に延び、底部フィンは、チューブの底部から下方向に延びる。すべての上記の構成要素は、分割タイプの空調ユニット用の屋外ユニット内にパッケージ化される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器であって、
冷媒が流れることを可能にするためのチューブバンクを形成する複数のチューブであって、前記個々のチューブが、前記チューブの上部に沿って配設された直立フィンを有する、複数の前記チューブと、
水を前記フィンおよび前記チューブ上に分配するための水供給システムと、
前記チューブおよび前記フィンに取り付いた前記水を蒸発させるために前記チューブおよび前記フィン上に流すための空気ストリームを作り出すためのファンとを備える、分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項２】
さらに、前記チューブの底部に沿って配設された直立フィンを備える、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項３】
前記フィンが、前記チューブの上部から上方向に延びる、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項４】
前記フィンが、前記チューブの底部から下方向に延びる、請求項２に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項５】
前記フィンが、前記チューブに取り付けられる、請求項１または２に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項６】
前記チューブが、互いの隣に配置され、前記フィンは、直立位置では互いに対して平行である、請求項１または２に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項７】
前記チューブが、前記上部チューブの前記フィンが、互い違いの配置で前記底部チューブの前記フィンと位置合わせされて配置される、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項８】
前記フィンが、表面積を増大させるために横方向溝および圧痕などの不均一表面を有する側壁を有する、請求項１または２に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項９】
前記空気ストリームが、形状抗力を防止するために、前記チューブの湾曲表面および前記フィンの側壁の表面上を流れるように押し出される、請求項８に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１０】
前記水供給システムが、前記チューブバンクの上部に配設されたスプレイノズルと、リザーバパン上に滴下された水を再循環させるためのポンプとを含む、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１１】
前記水供給システムが、前記チューブバンクの前記上部に配設された分配穴を備えたトレイと、リザーバパン上に滴下された水を再循環させるためのポンプとを含む、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１２】
さらに、前記冷媒の過熱ガスが前記水によって冷却されてから、前記チューブバンクに入ってさらに冷却されることを可能にするために、前記水供給システムと前記チューブバンクとの間に位置する配管ループを備える、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１３】
前記ファンが、前記チューブバンクの上部に位置して空気を引き出して上方向に流す、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１４】
前記ファンが、前記チューブバンクの側部に配設されて空気を押し出して横向きに流す、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１５】
屋外ユニット内にパッケージ化され、屋内蒸発器ユニットと連通する、請求項１に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【請求項１６】
屋外ユニット内にパッケージ化され、屋内蒸発器ユニットと連通する、請求項１２に記載の分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調システムに関する。より詳細には、本発明は、改良された蒸発タイプの空調システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分割タイプの空調機は、屋外ユニット内に配設された空気冷却式フィンおよびチューブ凝縮器を備える。屋外ユニットは、蒸発器を収容する屋内ユニットから分離される。空調プロセス中、蒸気冷媒は、圧縮機から凝縮器内に圧送されて蒸気を液体に変化させる。この液体は、次いで、毛細管または膨張弁などの、冷媒の圧力および温度を低減する膨張装置まで循環される。冷媒は、屋内ユニット内の蒸発器に流れ込んで屋内調節される空間を冷却する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明によれば、水冷却式凝縮器または蒸発凝縮器は、分割タイプの空調システムの熱交換プロセスを改良するために設けられる。屋外蒸発凝縮器は、水を冷却し、熱を大気中に排除するために別個の冷却塔を必要とすることがある。通常、冷却塔は、屋外に設けられ、大きな熱負荷に対応する。
【０００４】
蒸発空調機は、通常、凝縮器に水を与える水供給装置と、周囲空気を凝縮器上に送り込むためのファンとを有する。空気は、凝縮器の表面上の水膜を蒸発させ、こうして、蒸発冷却によって凝縮器内の冷媒から熱を除去する。
【０００５】
たとえば、上部からの水が、滴下され、または凝縮器のチューブ上に噴霧され、ファンは、空気ストリームを引き出して前記チューブ上に上方向に流すように作動可能であり、それによって水の流れ方向に対抗し、水を蒸発させる。気化の潜熱は、水が蒸発して蒸気になるときに吸収され、蒸気および熱を大気中に排出する空気ストリーム内に運ばれる。水の気化の高い比熱および潜熱により、蒸発凝縮器が熱を排除する効果性は、従来の空気冷却式凝縮器と比較して高い。これは、空調システムの凝縮圧力を低減し、それによってエネルギー効率を改良する。
【０００６】
いくつかの従来技術文献は、空調システムにおける蒸発凝縮器の使用を開示している。たとえば、蒸発冷却機内の水は、重力または噴霧によって、米国特許第２１６６３９７号明細書および米国特許第４６８３１０１号明細書に開示されるような曲がりくねったチューブ上に、米国特許第４６２６３８７号明細書および米国特許第５０４６３３１号明細書に開示されるようならせんコイル上に、および米国特許第２２７８２４２号明細書に開示されるようなフィンおよびチューブコイル上に分配される。米国特許第６７６６６５５号明細書は、前部ヘッド部分および後部テ−ル部分を有する流線形のチューブを開示し、ここでは、複数の流線形チューブが、前記チューブの２つの対向する両端部において２つの支持プレート上に固定される。前記文献内に開示される蒸発凝縮器は、本発明とは異なる冷却塔として構成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、分割タイプの空調システム用の改良された蒸発凝縮器および蒸発冷却の方法を提供する。蒸発凝縮器は、複数のチューブを備え、この複数チューブは、凝縮器のチューブ上に空気が流れた結果生じる形状抗力を低減し、したがって、空気側の圧力降下を低減するための伴流スプリッタフィンを有する。空気のストリームまたは流れが、チューブ上に流れるとき、再循環渦が、チューブの後部端部において下流側に生成される。スプリッタフィンは、チューブの両側から生成された渦または伴流を分離し、こうしてこれらが相互作用することを防止する。本発明による蒸発冷却は、チューブおよびそのスプリッタフィンの表面からの水膜の蒸発によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、分割タイプの空調ユニット用の蒸発凝縮器は、冷媒が流れることを可能にするための複数のチューブであって、チューブの上部に沿って配設された直立フィンを有する、チューブと、水をチューブおよびフィン上に分配するための水供給システムと、チューブおよびフィンに取り付いた水を蒸発させるためにチューブおよびフィン上に流すための空気のストリームを作り出すためのファンとを備える。チューブは、さらに、チューブの底部に沿って配設された直立フィンを備える。上部フィンは、チューブの上部から上方向に延び、底部フィンは、チューブの底部から下方向に延びる。フィンは、チューブに取り付けられ得る。チューブは、互いの隣に配置され、この場合、フィンは、直立位置では対応するフィンに対して平行である。チューブは、上部チューブのフィンが、互い違いの配置で底部チューブのフィンと位置合わせされて配置される。この配置は、充填媒体として作用するチューブバンクを形成する。フィンは、直立側壁を有し、この場合、側壁は、表面積を増大させ、表面積上の水膜の形成を破壊するために不均一表面、たとえば、溝および圧痕による形態を含む。ファンによって引き出された空気ストリームは、チューブの湾曲表面およびフィンの直立側壁上に流れるように押し出される。蒸発凝縮器は、さらに、冷媒の過熱ガスが水によって冷却されてから、チューブバンクに入ってさらに冷却されることを可能にするために、水供給システムとチューブバンクとの間に位置する配管システムを備える。すべての上記の構成要素は、分割タイプの空調ユニット用の屋外ユニット内にパッケージ化される。
【０００９】
図１を参照すれば、分割タイプの空調機の蒸発冷却システムの冷媒循環の例が、示される。蒸発冷却システムは、配管システムを介して蒸発器と連通する蒸発凝縮器（１）を備える。図１に示すように、蒸発凝縮器（１）は、第１の銅配管（６、８）および第２の銅配管（６、８）を介して蒸発器（９）に連結される。第１の銅配管は、膨張弁（５）および第１の停止弁（７）を通ってこれらの間に連結される。第２の銅配管は、圧縮機（４）および第２の停止弁（７）を通って連結される。凝縮器（１）、圧縮機（４）、膨張弁（５）、および関連する配管システムは、屋内蒸発器ユニット（９）から分離された分割タイプの空調機の屋外ユニットを形成する。蒸発凝縮器（１）は、冷媒が流れることを可能にするための複数のチューブ（２）であって、それぞれがチューブ（２）の上部および底部に沿って配設された直立フィンを有する、チューブを備える。蒸発凝縮器は、さらに、水をチューブおよびそのフィン上に分配するための水供給システムを備える。噴霧ノズル（１４）が、凝縮器の上部に設けられて、チューブおよびそのフィン上に水を噴霧することができる。分配穴を備えた水トレイもまた、水をチューブおよびそのフィン上に滴らせるために設けられ得る。水は、チューブおよびそのフィンに水膜の形態で取り付く。ファンが、チューブおよびそのフィンに取り付いた水を蒸気に蒸発させるためにチューブおよびフィン上に流すための空気のストリームを作り出すために設けられる。リザーバパン（１２）が、リザーバの底部に設けられてあらゆる水滴を収集し、ここでは水は、次いで、ポンプ（１３）によって再循環されて戻されて、チューブおよびそのフィン上に再度分配される。チューブおよびそのフィンの湿った表面からの水の気化の高い潜熱は、乾燥表面と比較して高い伝熱係数をもたらす。これは、凝縮プロセスの効率性、および空調機の全体冷媒サイクルを改良する。
【００１０】
図２に示すように、チューブは、上部直立フィン（１６ａ）および底部直立フィン（１６ｂ）を有する。フィンは、互いから１８０度離し、空気ストリーム（１６３）の流れ方向に対して平行になるように位置合わせされる。チューブは、互い違いの配置で互いの隣に配置され、この場合、フィンは、直立位置では対応するフィンに対して平行である。図３に示すように、フィンは、チューブの下流側の両側に生成された再循環渦（１７）を分離し、こうして、渦の相互作用および渦巻きの形成を防止する。これは、圧力降下を低減し、圧力回収を改良する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明は、さらに、添付の図を参照して例として説明される。
【００１２】
【図１】分割タイプの空調機用の蒸発冷却システムの冷媒循環を示す図である。
【図２】伴流スプリッタフィンを備えた凝縮器チューブを示す図である。
【図３】伴流スプリッタフィンを備えたチューブ上の空気速度プロファイルを示す図である。
【図４ａ】チューブ上の伴流スプリッタフィンの構成を示す図である。
【図４ｂ】チューブ上の伴流スプリッタフィンの構成を示す図である。
【図５ａ】チューブ上の伴流スプリッタフィンの別の構成を示す図である。
【図５ｂ】チューブ上の伴流スプリッタフィンの別の構成を示す図である。
【図６】チューブ上の伴流スプリッタフィンのジオメトリを示す図である。
【図７】チューブバンク用のヘッダカバーを示す図である。
【図８】分割タイプの空調機用の過熱防止ループを備えた蒸発冷却システムの冷媒循環を示す図である。
【図９ａ】チューブバンク上に流すための空気ストリームを生成する方法を示す図である。
【図９ｂ】チューブバンク上に流すための空気ストリームを生成する方法を示す図である。
【図１０】チューブバンク上に流すための空気ストリームを生成するための別の方法を示す図である。
【図１１ａ】チューブの別の配置を示す図である。
【図１１ｂ】チューブの別の配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図４ａに示すように、伴流スプリッタフィン（１８）が、チューブに取り付けられ得る。チューブは、互いの隣に配置され、それにより、フィンは、直立位置では互いに対して平行であり位置合わせされる。上部フィンは、チューブの上部から上方向に延び、または上流側に位置し、底部フィンは、直立位置ではチューブの底部から下方向に延び、またはチューブの下流側に位置して統一的構造体を形成する。この構成は、金属から作製されたチューブおよび判流スプリッタに適している。図４ｂでは、伴流スプリッタフィン（１９）は、チューブに取り付けられていない。上部および底部のフィンは、チューブの近位にある。チューブは、互いの隣に配置され、それにより、フィンは、直立位置では互いに対して平行であり位置合わせされる。図５ａおよび５ｂでは、上部伴流スプリッタフィンだけがチューブの上部に配設される。図５ａは、チューブに取り付けられて統一的構造体になる上部伴流スプリッタフィン（２０ａ）を示し、図５ｂは、チューブに取り付けられない上部判流スプリッタフィン（２０ｂ）を示す。
【００１４】
図６を参照すれば、チューブバンクのジオメトリは、６つのパラメータ、すなわちａ）チューブ長手方向ピッチＳＬ、ｂ）チューブ横断方向ピッチ、Ｓｔ、ｃ）スプリッタフィン長さ、Ｌ、ｄ）チューブ直径Ｄ、ｅ）チューブ壁厚さ、ｔｗ、およびｆ）フィン厚さｆｔによって定められる。チューブの直径は、チューブ内の流体、たとえば冷媒の作動圧力によって決定される。より小さいチューブ直径およびより厚い壁の厚さが、より高い作用圧力に必要とされ、その逆も言える。バンク内のチューブの直径および数は、熱交換機の必要熱量を定める。
【００１５】
Ｌ／Ｄの比は、０．５０から１．５０の間の範囲になることができるが、１．００の比が好まれる。長手方向ピッチの範囲は、ＳＬ＞Ｌ＋Ｄ／２として与えられ、一方で横断方向ピッチは、Ｄ／２＜Ｓｔ＜Ｄとして与えられる。フィン厚さは、できるだけ薄くなければならない。
【００１６】
言及した横断方向ピッチを有するチューブの互い違いの配置は、上側チューブからの滝状の水が、底部チューブの上部および側部に流れることを可能にし、これは、このときカスケード効果を反復し、外部チューブ表面の良好な湿潤を確実にする。
【００１７】
一体型の判流スプリッタチューブは、金属で製作され得る。しかし、熱的に強化されたもしくは強化されないポリマー材料によって、または外部チューブ表面上の蒸発水膜の高い伝熱係数を鑑みて金属／ポリマーの任意の組み合わせによってチューブおよび流れスプリッタを製作することも可能である。
【００１８】
蒸発熱交換機の伝熱パフォーマンスを増強させるために、チューブの内側表面は、らせん溝パターンを有して、内部伝熱係数を改良する境界層外乱を促進させることができる。同様に、伴流スプリッタフィンの外部表面は、横方向溝（２１）などのジオメトリの改変形態を有して、チューブおよびフィンの表面上を流れる水膜および空気膜層内の外乱を誘発し、外部伝熱係数を増大させることを助けることができる。横方向溝の例は、図６に示される。
【００１９】
空気が水膜上を流れ、気化の潜熱を吸収するとき、チューブ内に流れる冷媒の凝縮が起こる。冷媒は、チューブ内で蒸気相から液体相に変化する。
【００２０】
図７に示すように、冷媒は、凝縮器の側部に取り付けられたヘッダカバー（２２）を介してチューブバンクを流れ抜ける。冷媒は、第１のヘッダカバーの入口（２３）を介して凝縮器に入り、第２のヘッダカバーの出口（２４）から離れる。個々の端部プレート（２５）は、凝縮器の両端部に配設されてチューブを所定位置に保持する。銅管（６）は、入口および出口に連結される。管は、ねじ嵌合または溶接によって連結され得る。連結は、以下の構成の形態になることができる。
ａ）圧縮機からの冷媒の高温過熱ガスが、入口（２３）に導かれて液化され、次いで、出口（２４）を通って冷却された液体冷媒として蒸発凝縮器を退出する。この連結は、図１に示される。
ｂ）Ｔ圧縮機からの冷媒の高温過熱ガスは、入口（２３）に入る前に過熱防止ループ（２６）に導かれる。ループは、水スプレイ（１４）または水分配器（１５）の下方に置かれ、ここでは冷媒が、水によって冷却され、次いで、蒸発凝縮器（２３）の入口（２３）に導かれ、出口（２４）において冷却された液体冷媒として退出する。この連結は、図８に示される。
【００２１】
ファン（１０）は、空気ストリームを生成するための手段として使用され、それにより、この空気ストリームは、チューブバンク上を流れることができる。空気ストリームは、水の流れに対抗する流れ方向に流れることができる。ファンが、チューブバンクの上部に配設されたとき、空気は、上部から流れる水の反対である上方向に流れるように引き出される。ファンは、図９に示すようにチューブバンクの側部（２７ａ、２７ｂ）に配設されて、空気がフィンに対して垂直に横方向に流れることを可能にする。図１０では、空気（１８）が、チューブに沿って平行に流れる。図１１では、チューブは、空気がフィンに対して垂直に流れる水平位置にフィンが位置するように配置される。上部チューブからの水の流れは、底部チューブに向かって滝状に流れて、上側表面（２９ａ）を湿潤し、下側表面（２９ｂ）は湿潤しないままにする。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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