(57)【要約】  本発明は、基台又は最下部から最上部まで垂直方向（Ｚ）に展開する円筒形状又は多角形状を有する熱交換器（１１０）と、熱交換器（１１０）の最上部上に配置されたフレーム（１２２）内に収容されたモータ駆動されるファン（１２１）を具備した吸引器（１２０）とを備えた、円筒状空気凝縮器（１００）に関する。円筒状凝縮器（１００）は、さらに、熱交換器（１１０）の内側に熱交換器（１１０）に対して同軸に収容された分配器要素（１３０）を備え、分配器要素（１３０）は、同軸に配置された複数の導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）を備え、導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）は、熱交換器（１１０）の最上部から最下部に向けて次第に増加する高さと、次第に減少する横方向寸法とを有し、分配器要素（１３０）の構成は、熱交換器（１１０）の最上部を起点として最下部又は基台のほうへ、面積が名目上同一である複数の通孔部（Ａ１〜Ａ６）が熱交換器（１１０）内で垂直方向（Ｚ）に画定されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直吐出し空気凝縮器（１００）であって、
垂直方向（Ｚ）に延伸する円筒形状又は多角形状を有する熱交換器（１１０）と、
前記熱交換器（１１０）の最上部上に配置されたフレーム（１２２）内に収容されたモータ駆動されるファン（１２１）を具備する空気吸引器（１２０）とを備える、前記空気凝縮器（１００）において、
前記空気凝縮器（１００）は、さらに、前記熱交換器（１１０）の内側に前記熱交換器（１１０）に対して同軸に収容された分配器要素（１３０）を備え、該分配器要素（１３０）は、同軸に配置された複数の導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）を備え、該導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）は、前記熱交換器（１１０）の最上部から最下部に向けて次第に増加する高さと、次第に減少する断面積とを有し、前記分配器要素（１３０）の構成は、複数の通孔部（Ａ１〜Ａ６）が前記熱交換器（１１０）の最上部から最下部に向けて前記垂直方向（Ｚ）に画定されており、前記通孔部の断面積は同じ名目表面積を有することを特徴とする、空気凝縮器（１００）。
【請求項２】
最大の横方向寸法及びより小さな高さを有する前記分配器要素（１３０）の第１の導管（１３１ａ）が、前記空気吸引器（１２０）の前記フレーム（１２２）の下の前記熱交換器（１１０）の最上部に近接して配置され、
前記分配器要素（１３０）のその他の前記導管（１３１ｂ〜１３１ｅ）は、前記第１の導管（１３１ａ）から前記垂直方向（Ｚ）に次第に離間して、およびそれぞれが離間して配置されている、請求項１記載の空気凝縮器（１００）。
【請求項３】
前記導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）の配置は、前記空気吸引器（１２０）の前記フレーム（１２２）を起点として、前記導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）の最上端に接触する仮想線（ｓ）が、３０°〜６０°からなる角度で前記熱交換器（１１０）の最下部へ傾斜している、請求項２記載の空気凝縮器（１００）。
【請求項４】
前記導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）の端部に、前記熱交換器（１１０）の最下部を向く流量調整器が配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項記載の空気凝縮器（１００）。
【請求項５】
前記流量調整器は、複数のフラップを備えるタイプである、請求項４記載の空気凝縮器（４００）。
【請求項６】
前記導管（１３１ａ，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｅ）の壁に、音吸収材料からなるコーティングが被着されている、請求項１乃至５のいずれか一項記載の空気凝縮器（１００）。
【請求項７】
前記分配器要素（１３０）は、前記熱交換器（１１０）の最下部から前記垂直方向（Ｚ）に離間して配置されている、請求項１乃至６のいずれか一項記載の空気凝縮器（１００）。
【請求項８】
前記熱交換器（１１０）は、複数の壁（１１１）を備え、各壁（１１１）が、前記垂直方向（Ｚ）に延在する冷却流体に対する一対の導入／排出導管（１１２，１１３）を備える成形パネルからなり、さらには、前記導管（１１２，１１３）間に横方向に延伸するとともにフィンによって前記垂直方向（Ｚ）に離間配置された複数の微細導管を備え、前記パネルは、前記熱交換器（１１０）の外縁の一部を形成するように曲げられ、又は湾曲している、請求項１乃至７のいずれか一項記載の空気凝縮器（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く言えば、冷却システム及び空気調節装置の分野に関し、より詳細には、本発明は、このようなシステム及び装置の垂直吐出し空気凝縮器に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
冷却及び空気調節システムは、特殊な管で接続された蒸発器と凝縮器との間の流体の循環に基づく冷却回路を使用する。蒸発器から出る流体は、圧縮機によって凝縮器へと送られ、凝縮器から出てくる流体は、ローリング弁を通過して蒸発器へと再循環する。
【０００３】
冷却及び調節システムにおいて、凝縮器は、通常、冷却される部屋の外に配置されるユニットであり、周囲環境の空気を、冷却回路内で循環するガスを冷却する手段として利用する。凝縮器を通る空気流は、凝縮器の構造の構成に依存する。例えば、内部において空気流が実質的に水平である、すなわち、地面又は支持面に対して平行であるコンデンサと、内部において空気流が軸方向又は垂直である、すなわち、地面又は支持面に対して直交する凝縮器とが知られている。必要とされる冷却容量に応じて、いくつかの空気凝縮器が並べて配置されて互いに接続され得る。
【０００４】
軸方向又は垂直フロー凝縮器は、通常、フィンが設けられた壁を有する円筒形又は多角形の熱交換器を備え、この熱交換器は基台上に載置され、この熱交換器上にはモータ駆動されるファンを具備した吸引器が載設されている。吸引器は、熱交換器内に、熱交換器のフィンが設けられた壁を横又は半径方向に抜けて入る空気のフローを軸方向に吸引するような負圧を生じる。空気は、熱交換器のフィンが設けられた壁からの対流によって熱を除去し、熱交換器に収容された冷却回路内に流れるガスを冷却して凝縮を可能にする。
【０００５】
特許文献１は、この種の垂直吐出し空気凝縮器の例を開示しており、熱交換器の壁が、冷却流体が渡る、同じ平面にある微細管の束を備える。微細導管の束は、それら導管の端部において支柱として作用する導入／排出導管により接続されており、垂直方向に平行に配置されているとともに、離間配置されたフィンを有し、これらフィンを通して空気が吸引される。微細導管の使用により、大きな熱交換表面を得ると同時に、熱交換器、したがって凝縮器の、全体の重量及び全体の寸法を制限することができる。
【０００６】
微細導管を利用する熱交換器は、通常、冷却剤ガスを供給する一対の導管からなるパネルを使用して構成されており、その一対の導管の間に、フィンと交互に配置された微細導管の束が横方向に延在し、微細導管の束は、好適に湾曲し、又は曲げられて、概して円筒形状又は多角形状を有するチャンバの周壁をなしている。熱交換器の構成、及び必要とされる冷却容量に応じて、パネルは、円周又は周囲方向に互いに隣接して配置され得るのみならず、垂直に重なり合って、吸引器が載設される塔構造を生じ、この塔構造の高さは、重なり合うパネルの数と、さらにはそれらパネルのそれぞれの高さとに依存する。
【０００７】
熱交換器の断面積が与えられると、吸引器の動力は熱交換器自体の高さに応じて選択されなければならないことが知られている。熱交換器の高さ全体にわたって熱交換器の壁を横方向に抜ける空気流の通過を可能にするためには、同じ熱交換器の垂直方向に分布する圧力降下を補償するような負圧レベルを生成する必要があることが知られている。
【０００８】
モータ駆動されるファンの吸引容量に対して過度に高い構造では、分布する圧力降下に起因して、熱交換器の基台付近に、熱の形態での熱エネルギーの適切な交換を可能にするほどの空気流が存在しないか、又は空気流が全く存在しないことが起こり得る。したがって、熱交換器の表面が最適に、又は全く利用されず、熱交換の効率が損なわれることになる。
【０００９】
したがって、凝縮器の最大の高さは、凝縮器に設けられた吸引器のモータ駆動されるファンにより吸引され得る空気流によって、制限される。
【００１０】
吸引され得る空気流の流量を増加させるために、モータ駆動されるファンの回転速度を増加させることは、全体として凝縮器の、すなわち熱交換器、及び熱交換器上に設置された吸引器の、より大きい騒音レベルを伴い、そのことは、現在の規制によって許容可能でなく、一般にも許容されない。
【００１１】
現在の規制は、また、吸引器に使用できる電気モータの最大電力を制限する。
【００１２】
熱交換器の壁に沿った空気の流量を均等にする、特に、空気流の速度を実質的に一定にする試みでは、熱交換器の壁に沿って、複数の通孔部を備える穿孔されたパネルを配置することが提案されており、これら通孔部の通過断面積は、熱交換器自体の最上部から最下部又は基台に向けて、最小値から最大値まで次第に増大する。熱交換器の壁を抜けて横に吸引される空気流は、こうして、パネル内に得られた通孔部によって調整され、次いで、熱交換器の最上部に向けて垂直に運ばれる。
【００１３】
しかしながら、これらのパネルの使用には、それらパネルの通孔部に合わせて集中する圧力降下を生じるという不都合があり、熱交換器の熱交換効率が損なわれる。
【００１４】
さらには、熱交換器の壁に沿ってパネルが存在することにより、全体として空気凝縮器の騒音が不所望に増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許第８６２７６７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
したがって、本発明によって提示及び解決される技術的課題は、先行技術を参照した前述の欠点を解消することを可能にする垂直吐出し空気凝縮器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この課題は、請求項１による空気凝縮器によって解決される。
【００１８】
本発明の好ましい構成は、従属請求項に規定されている。
【００１９】
本発明の基礎をなす解決案は、垂直吐出し空気凝縮器の一部である、熱交換器の内部に、吸引器によって吸引される空気流の調整部材又は分配器を挿入することであり、該調整器又は分配器要素は、垂直方向に互いに同軸に配置された、かつ熱交換器の最上部から最下部に向けて次第に増加する高さと、次第に減少する径とを有する、複数の導管を備える。導管の構成は、熱交換器の最上部から最下部又は基台へ向かって、名目上同一の面積を有する複数の通孔部が、熱交換器内で軸方向又は垂直方向に画定されている。
【００２０】
分配器要素の構成と垂直方向に通る孔部の配置とは、熱交換器の基台から最上部までの流量を均等化して、集中した圧力降下を最小化するようになっている。実験的試験により、熱交換器の壁付近の空気速度が熱交換器の基台から熱交換器の最上部まで実質的に一定であり、それゆえ、熱交換器の全放熱表面を使用することが可能になり、したがって高い熱交換効率が得られることを確認することができた。それゆえ、空気凝縮器の垂直構成の利点を全て利用することと、熱交換効率が、この分野で知られた垂直フロー凝縮器の熱交換率より全体的に大きい、同じ断面積を有する熱交換器のより高い構造を生じることとが可能である。
【００２１】
本発明の実施形態によれば、熱交換器の最下部又は基台のほうへ向けられた分配器要素の導管の端部において、流量調整器が、例えばラメラと関連付けられている。これにより、熱交換器の壁に沿った流量を最適化するために、空気通過面積の変化及び微調整を可能にするという利点が提供される。
【００２２】
他の利点及び特徴は、本発明の使用方法とともに、非限定的な例として提示される、本発明のいくつかの実施形態の以下の詳細な説明から、明らかになるであろう。
【００２３】
添付図面の図を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による２つの空気凝縮器を含むセットを示す斜視図である。
【図２】図１のセットの空気凝縮器の部分断面斜視図である。
【図３】図２の空気凝縮器の上面図である。
【図４】図３の空気凝縮器の縦断面図を示す。
【図５】本発明による凝縮器の熱交換器に挿入された分配器要素を通して吸引される空気流の通過のための孔部を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１及び図２を参照すると、本発明による垂直吐出し空気凝縮器は、全体が符号１００によって示され、３次元座標系で示されており、この座標系では、互いに直交するＸ方向及びＹ方向が、地面に対する平行な水平面を規定し、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向は、重力の作用する垂直（鉛直）方向を表す。
【００２６】
図１は、特に、基台２１０と垂直方向Ｚに延在する複数の支柱２２０とを備えて並置されるとともにフレーム２００上に配置された２つの空気凝縮器１００を含むセットを示す。
【００２７】
本発明による空気凝縮器１００は、垂直方向Ｚに延伸する円筒形状又は角柱形状を有する熱交換器１１０を備える。
【００２８】
示された実施形態において、熱交換器１１０は、例えば、それぞれ、垂直方向Ｚに延在するとともに支柱として作用する、冷却流体に対する一対の導入／排出導管１１２、１１３を備える成形パネル１１１によって構成された２つの壁と、垂直方向Ｚに沿ってフィンと交互に配置された微細管の複数の束又はターン（不図示）とを含む、八角柱形状を有する。壁１１１を形成するパネルは、八角形の周囲の４つの側面を形成するように折り曲げられている。熱交換器１１０は、２つの壁１１１を周方向に当接させることによって形成されている。
【００２９】
熱交換器１１０のこの構成は、本発明を拘束しないが、知られているように、微細管の使用により、熱交換器の寸法を大きくすることなく大きな熱交換表面を得ることが可能になるため、有利であることが分かるであろう。
【００３０】
示された実施形態において、熱交換器１１０は、垂直方向Ｚに二対の重ねられたパネルを備えたモジュール式構造を有する。熱交換器１１０のこの構成が本発明を拘束しないことは分かるであろう。
【００３１】
凝縮器１００は、さらに、概ね円筒形状を有するフレーム１２２内に収容されたモータ駆動されるファン１２１を具備する吸引器１２０を備える。この吸引器１２０は、熱交換器１１０の最上部上に設けられている。フレーム１２２は、熱交換器１１０上に載設されており、熱交換器１１０との流体連通を可能にするために、最下部において開口している。フレーム１２２と熱交換器１１０との間に安全格子１２３が配置されている。
【００３２】
本発明によれば、空気凝縮器１００は、さらに、吸引器１２０により熱交換器１１０の壁を横方向に抜けてから垂直方向Ｚに吸引される空気流のコントローラ機能Ｆを有する分配器要素１３０を備える。吸引器要素１３０は、熱交換器１１０の内部に熱交換器１１０と同軸に収容されている。
【００３３】
分配器要素１３０は、同軸に配置された複数の導管によって構成されている。これらの導管は、示された実施形態では例えば５つであってそれぞれ符号１３１ａ〜１３１ｅによって示される円筒形状を有し、凝縮器１００の最上部から最下部に向けて次第に高さが増加し横方向寸法が次第に減少する。
【００３４】
図３及び図４を参照すると、分配器要素１３０の構成は、熱交換器１１０の最上部を起点として最下部又は基台に向かうことによって、複数の通孔部が分配器要素１３０内で垂直方向Ｚに画定され、より詳細に後述するように、これら通孔部の面積は名目上同一であるようになっている。示された実施形態において、通孔部は、例えば、円冠状のものである。
【００３５】
より詳細には、示された実施形態を参照すると、吸引器のフレーム１２２と導管１３１ａからなる第１の導管との間と、第１の導管と分配器要素１３０の後続の導管１３１ｂ〜１３１ｅとの間とに、熱交換器１１０の壁を通過する空気流Ｆが軸方向に吸引される通孔部Ａ１〜Ａ５が、垂直方向Ｚに画定される。分配器要素１３０は、熱交換器の最下部から離間配置されており、これにより、さらなる通孔部Ａ６が、導管１３１の断面積と、より小さい横方向寸法とに適合する。
【００３６】
図２及び図４の矢印は、熱交換器１１０の壁１１１を横方向に抜けてから分配器要素１３０の通孔部Ａ１〜Ａ６を軸方向又は垂直に抜ける空気流Ｆの経路を概略的に示す。
【００３７】
特に図４及び図５を参照すると、熱交換器１１０は、理想的には複数のセクタに分割されており、これらセクタ内で空気流Ｆの吸引が、それぞれ通孔部Ａ１〜Ａ６によって管理される。
【００３８】
以上の内容に照らして、熱交換器１１０の最上部から最下部のほうへ垂直に進むと、熱交換器１１０の壁を横方向に抜けて吸引される空気流Ｆに対する総計の通過断面積は、離散的に増加し、熱交換器１１０自体の最上部から特定の距離において熱交換器１１０の最下部のほうを向く通孔部の面積の合計から得られる。
【００３９】
セクタの数に「ｎ」が選択されると、熱交換器１１０の全高さ「Ｈ」は、名目上同じ高さを有するｎ個のセクタＨｃ１〜Ｈｃｎに下位分割される。示された実施形態では、例えば、６つのセクタＨｃ１〜Ｈｃ６が存在する。
【００４０】
熱交換器１１０の最上部を起点にして最下部へ向かって進むと、導管１３１ａ〜１３１ｅは、それぞれ、セクタＨｃ（ｉ）と後続のセクタＨｃ（ｉ＋１）との間の境界まで延在する。導管の数は、セクタの数より１だけ小さい数に等しく、セクタの数に対する最後のセクタＨｃｎは、分配器要素１３０から完全に解放されている。
【００４１】
導管１３１ａ〜１３１ｅの面積の計算は、通孔部の面積に基づいて実行される。吸引器１２０と熱交換器１１０との間の境界面を通過する孔部の面積を「Ａｐｔ」とすると、Ａｐｔは、吸引器１２０によって吸引される空気流の総計又は全体の通過面積を表し、包括的な通孔部の面積「Ａｘ」は、次の式によって計算される。
Ａｘ＝Ａｐｔ／（セクタの数−１）
【００４２】
したがって、通孔部は、互いに名目上同一である。
【００４３】
示された実施形態において６つである通孔部Ａ１〜Ａ６の名目面積が分かると、導管１３１ａ〜１３１ｅの横方向寸法、例えば示された実施形態ではそれら導管１３１ａ〜１３１ｅの径、を決定することが可能である。
【００４４】
分配器要素１３０の実際の寸法が、分配器要素１３０の部品の製造及び組立て交差に依存することは分かるであろう。
【００４５】
本発明の一実施形態によれば、導管１３１ａ〜１３１ｅは、垂直方向Ｚに互いにずれるように配置されており、このことは、吸引器１２０のファンによる空気渦の形成に好都合である。より詳細には、より大きい横方向寸法とより低い高さとを有する導管１３１ａは、吸引器１２０のフレーム１２２の直下の、熱交換器１１０の最上部の近傍に配置されている。その他の導管１３１ｂ〜１３１ｅは、第１の導管１３１ａとその他のうちの１つとから垂直方向Ｚに次第に離間して配置されている。
【００４６】
図４の縦断面図を特に参照すると、示された実施形態において、吸引器１２０のフレーム１２２を起点として、導管１３１ａ〜１３１ｅの最上端に接触する仮想線（ｓ）が、３０°〜６０°の角度、例えば示された実施形態におけるように４５°で、熱交換器１１０の最下部のほうへ傾斜している。この構成により、分配器要素１３０を垂直方向Ｚに過度にかさばらせることなく、吸引器１２０のファンによる空気渦の形成に適切な容積を与えることが可能になる。
【００４７】
知られているように、吸引器１２０は、熱交換器１１０の内側に、フィンが設けられた壁を通して外側から空気流Ｆを吸引するような負圧を生成する。分配器要素１３０の構成と、導管１３１ａ〜１３１ｅ及び導管１３１ａ〜１３１ｅの孔部Ａ１〜Ａ６の垂直方向Ｚの配置とは、熱交換器１１０の最下部から最上部までの流量Ｆを均等化して、集中した圧力降下を最小化するようになっている。
【００４８】
実験的試験により、熱交換器１１０の壁付近の空気速度が熱交換器の最下部から熱交換器の最上部まで実質的に一定であり、それゆえ、熱交換器の全放熱表面を利用することが可能になり、したがって高い熱交換効率が得られることを確認することができた。
【００４９】
比較の実験的試験により、熱交換器１１０の壁付近の空気速度が、分配器要素１３０に代えて、熱交換器１１０の壁に沿って配置されたパネルであって、同じ熱交換器１１０の最上部から最下部のほうへ向かってフロー断面積が最小値から最大値まで次第に増加する複数の通孔部を有する穿孔されたパネルを使用することにより測定可能な速度の、約２倍であることを確認することができた。
【００５０】
本発明の実施形態によれば、熱交換器１１０の最下部のほうを向く導管１３１ａ〜１３１ｅの端部において、有利には、例えば空気調節導管に通常使用されるラメラを有する抑制器などの、流量抑制器が適用されてもよく、この流量抑制器は、通孔部Ａ１〜Ａ６の面積の変化及び微調整を可能にするという利点を提供する。それゆえ、熱交換器１１０を通る空気流Ｆを最適化し、それゆえ熱交換効率にプラスに寄与することが可能である。
【００５１】
圧力降下の最小化が可能であることは、さらに、空気凝縮器１００の騒音を、関連規制により設定された制限内に維持するという利点を提供する。
【００５２】
本発明の一実施形態によれば、有利には、導管１３１ａ〜１３１ｅの壁上に、空気凝縮器１００の全体の騒音の低減を可能にするために、音吸収材料からなるコーティングを被着させてもよい。
【００５３】
本発明を、本発明の好ましい実施形態を参照して開示した。以下の特許請求の範囲によって規定される保護の範囲内に含まれる同じ解決案に基づくさらなる実施形態が存在し得ることは分かるであろう。
【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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【国際調査報告】
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