热交换器的冷却方法

专利名称：热交换器的冷却方法
技术领域：
本发明涉及一种能够提高制冷效率、显著减少电力消耗的热交换器的冷却方法以及适用于实施该方法的装置。
背景技术：
冷气装置由室内机以及用于将室内的热释放到外部的室外机组合而成，室外机具有用于放热的热交换器。通常，在城市的办公楼中，室外机大多设置在屋顶上，在大型大厦中，大多以多个室外机(热交换器)集中的状态配置在屋顶上的有限的空间内。屋顶由于夏季暴露在很强的阳光照射下，所以室外机(热交换器)自身的温度会上升，从而放热特性降低。尤其是在多个室外机(热交换器)集中配置在狭窄的空间内的情况下，由各个室外机产生的热充满于狭窄的空间内，导致室外机设置位置的空气温度进一步上升，因此，放热特性大大降低。 另外，还有以下的问题在其它的设置物等接近配置，空气的流通变差的情况下，通过由室外机整体产生的热，使得设置区域的温度进一步上升，放热特性大大降低。这样，放热特性降低时，室内的冷气变得不充分，进一步导致为了提高冷气设备能力而增加电力消耗的恶性循环。另外，在大规模工厂中，即使在建筑物的北侧设置室外机，由于制冷空间过大，因此，有时在夏季制冷效率依然会降低，像食品加工或食品材料加工的工厂，在需要维持一定的温度的情况下，有时必须降低冷气设备的设定温度来运转冷气设备。在特开2000-65409号公报的发明中，公开了一种通过对室外机(热交换器)进行水喷雾，用于提高制冷效率的控制装置。在特开2001-317821号公报的发明中，同样地公开了一种能够控制向室外机(热交换器)进行水喷雾的冷气装置。在特开2004-317064 号公报的发明中，同样地公开了一种对室外机(热交换器)进行软水喷雾的冷气系统。其它，在特开平5-223364号公报、特开平10-213361号公报、特开平11-142022号公报、特许第3739530号公报的发明中，也公开了一种通过进行水喷雾来冷却热交换器的技术。

发明内容
在特开2000-65409号公报的发明中，完全没有关于使用的水源的记载，可常识性地理解为自来水。例如，在夏季，假如对热交换器持续进行自来水喷雾，则在热交换器的表面上会附着来自自来水中所含的Ca离子或Mg离子、二氧化硅成分等的大量的水锈。这样，热交换器的放热特性降低，变得不能正常工作，因此，为了防止这种情况的发生，在特开 2000-65409号公报的发明中，在水喷雾时，有必要进行严密的控制，用于水喷雾的装置也变得复杂。因此，除了装置自身的价格变高以外，用于运转该装置的电力消耗也变大。另外， 还有在热交换器上附着水锈或热交换器被自来水中的氯离子腐蚀的问题。在特开2001-317821号公报的发明中，在W027]
段有关于自来水费用的记载，因此，可以确定对热交换器进行的是自来水喷雾。这样，如上所述，除了附着水锈的问题之外，还具有热交换器被自来水中的氯离子腐蚀的问题。在特开2004-317064号公报的发明中，由于记载有对热交换器进行通过软水生成器得到的软水喷雾，因此能够在一定程度上解决来自于Ca离子或Mg离子的水锈的问题，但是由二氧化硅成分带来的水锈附着问题得不到消除，进一步，由于所述软水生成器使用了离子交换树脂，因此，生成的软水中Ca离子或Mg离子的量减少了，但是，混入通过离子交换而生成的与Ca离子和Mg离子的合计摩尔等量的Na离子，通过与氯离子结合而生成的盐 (NaCl)的作用，有可能进行更强的腐蚀。如上所述，在特开2000-65409号公报、特开2001-317821号公报、特开 2004-317064号公报的发明中，水锈对热交换器的附着或热交换器的腐蚀的问题并未解决， 还会对电力消耗的削减效果造成不利影响。另外，由于水锈的除去或除锈的持续管理也变得复杂，热交换器的寿命变短，因此，对整体的成本削减也没有充分的贡献。上述特开2000-65409号公报、特开2001-317821号公报、特开2004-317064号公报、特开平5-223364号公报、特开平10-213361号公报、特开平11-142022号公报、特许第3739530号公报的发明，均通过温度或电力等各种传感器检测出所规定的要素，间歇性地进行水(自来水)喷雾，分别对热交换器进行冷却。但是，在这样的冷却方法中，如特开 2001-317821号公报第38段的记载，如图5所示，在增加水量的情况下，当达到某特定量时， 冷却效果不能再继续提高，达到平稳状态。本发明的目的在于提供一种热交换器的冷却方法以及适用于实施该方法的装置， 其能够显著地抑制电力消耗，并且热交换器的使用寿命也能够达到与不 洒水的情况同等的程度。作为解决上述问题的方法，本发明提供了一种热交换器的冷却方法，该冷却方法是在组合有室内机和室外机的冷气装置运转时，对所述室外机所具有的热交换器进行冷却的方法，其中，该方法包括至少对所述热交换器喷洒通过反渗透膜处理装置的处理水。作为解决另一问题的方法，本发明还提供了一种热交换器的冷却装置，该冷却装置是在组合有室内机和室外机的冷气装置运转时，对所述室外机所具有的热交换器进行冷却的装置，其中，该装置包括反渗透膜处理装置，对所述热交换器喷洒通过所述反渗透膜处理装置的处理水的洒水单元，以及根据需要用于配置所述室外机的水回收盘。通过使用本发明的热交换器的冷却方法，能够获得以下各效果(1)由于能够显著减少冷气设备所需要的电力消耗，因此，不仅能够大幅度减少电费，还能够大幅度减少二氧化碳的产生量；(2)由于不会在热交换器上附着水锈，不会腐蚀热交换器，因此，能够获得与未洒水的情况相同程度的装置的使用寿命；(3)无水锈附着问题的洒水成为可能，在热交换器冷却的同时，具有热交换器的室外机的周边也通过洒水而冷却，能够降低室外机设置场所整体的温度。在大厦屋顶上等集中配置多台室外机的情况下，能够提高设置场所空气温度降低的效果，并且能够有效缓和城市中的热岛现象。


图1是适用于冷气装置的运转方法实施的室外机(热交换器)的冷却装置的示意图；图2是适用于冷气装置的运转方法的其它实施方式实施的室外机(热交换器)的冷却装置的示意图；图3 是表示在试验例1中喷洒RO处理水14天后的热交换器的状态的照片；图4是表示在试验例1中喷洒自来水14天后的热交换器的状态的照片。附图标记说明图中，符号10表示室外机(热交换器)的冷却装置；11表示水源；12表示RO处理装置；13表示控制阀门；14表示洒水喷嘴；15a-15d表示室外机(热交换器)；16a_16d表示室外机(热交换器)；20表示水回收盘；23表示循环管路；24表示水回收管路。
具体实施例方式<利用图1表示的室外机(热交换器)的冷却装置进行的冷却方法>图1是适用于本发明的热交换器的冷却方法实施的室外机(热交换器)的冷却装置10的示意图。水源11，有自来水的取水口的情况，也可以利用该取水口，如果是大厦等，也可以利用设置在屋顶上的储水罐。水源11自身不包含在室外机(热交换器)的冷却装置10内。从水源(自来水、工业用水或井水)11经过管路21，将自来水输送到具有泵的反渗透膜处理装置(R0处理装置)12进行处理，得到处理水(R0处理水)。此时的处理水，优选电导率为不足20 μ S/cm,更优选为4-10 μ S/cm,为实质上除去了 Ca离子、Mg离子、Na离子、Cl离子、离子状二氧化硅等的处理水。RO处理装置12能够使用公知的处理装置，例如，能够使用达纤膜系统株式会社销售的装置型号VCR40系列、VCR80系列、NER40系列、NER80系列、SHR系列等。接着，从RO处理装置12经过输水管路22，将RO处理水输送到循环管路23。此时， 通过根据需要设置的控制阀门13，能够进行输水的停止和开始、输水量的控制等。以未图示的管路与室内机连接的多个室外机(热交换器)15a_15e (有时也总称 “热交换器15”)被放置在适当的底座上。如图所示，可以设置水回收盘20来回收喷洒的水。在循环管路23上设置有多个洒水喷嘴14，洒水喷嘴14被设置在能够正对热交换器15的具有散热片的侧面侧的上部。循环管路23也可以利用未图示的支撑材料来支撑， 也可以直接固定在室外机(热交换器)15a_15e上，也可以为只是放置在室外机(热交换器)15a_15e上的状态。在图1的装置10中，控制阀门13、洒水喷嘴14、输水管路22、循环管路23、回收管路24和泵构成洒水单元。在图1中，循环管路23被配置在热交换器15的侧面，也可以以通过热交换器15 的顶棚面(通过热交换器15的正上面)的方式而配置，在该情况下，洒水喷嘴14也位于热交换器15的正上面。除此之外，通过热交换器15正上面的循环管路和如图1所示的通过热交换器15侧面的循环管路23，这两种方式还可以组合进行设置。冷气设备运转时，对因放热而温度上升的热交换器15喷洒流过循环管路23的RO 处理水。在本发明中，所谓的洒水为包括特开2000-65409号公报、特开2001-317821号公报、特开2004-317064号公报的发明的喷雾，还包括比喷雾的喷水量多的喷淋状的洒水的概念。洒水量可以根据气温或日光强度等适当增减。另外，洒水优选在冷气设备运转中持续洒水，但是也可以根据时区或气象条件等暂时停止。对热交换器15的冷却效果，主要由水蒸发除去气化热来实现，但是在冷气设备运转中持续洒水的情况下，通过将热交换器 15的热转移到水中来进行冷却，因此，可以进一步提高冷却效果。被喷洒的RO处理水，蓄积在水回收盘20内，因此，通过回收管路24回收被喷洒的 RO处理水，再次输送到RO处理装置，进行再处理。再处理得到的RO处理水，再次经过 输水管路22供给到循环管路23。在回收管路24的中途，也可以设置用于除去沙子或尘埃等的过滤器ο水回收盘20由底面部20a和形成在底面部周围的侧壁部20b构成，也可以从热交换器15a侧向热交换器15e侧带有缓缓的倾斜，使得蓄积的水的回收变得容易。水回收盘 20的深度优选为IOcm以下，水回收盘20内的水深优选为l-5cm左右。水回收盘20的底面部的长度和宽度可以根据室外机的设置状况而适当设定。例如，如图1所示，可以设定为室外机(热交换器)15a_15e的长度方向的整体长度的1. 2-1. 5倍左右的长度、宽度方向的宽度的1.5-2倍左右的宽度。在使用了水回收盘20的情况下，由于能够回收蓄积的水再利用，因此，从水资源的有效利用的观点考虑而优选，在以自来水为水源的情况下，从能够节约水费的观点考虑而优选。在使用了水回收盘20的情况下，由于也能够通过蓄积在水回收盘20中的水蒸发而除去气化热，因此，也能够使设置热交换器15整体空间的整体温度降低，也能够提高对各个热交换器的冷却效果。另外，通过利用这样的蓄积在水回收盘20中的水的气化热，即使减少洒水量，也能够维持必要的冷却效果。因此，例如，即使在实施了重复洒水30秒、停止洒水30秒的循环的间歇洒水的情况下，在洒水停止期间也能够通过蓄积在水回收盘20中的水的蒸发来除去气化热，因此，能够维持冷却效果，同时能够省水。在运转开始初期水未蓄积在水回收盘20内或者水量较少的情况下，从运转开始到水蓄积进行连续洒水，从水蓄积开始，考虑到环境温度等要素，也可以适当地组合连续洒水和间歇洒水来实施。水回收盘20，通过预先在侧壁部20b的一部分形成孔或形成凹处，有意图地使洒水后的水溢出，不仅是热交换器15，其周边(水回收盘20的外侧)也可以被洒水。另外，预先在循环管路23的多处设置面向外侧的洒水喷嘴，使得也能够对水回收盘20的外侧进行洒水。图1所示的冷却装置10具有水回收盘20，但是也能够适用未使用水回收盘20，从洒水喷嘴14直接对放置热交换器15a_15e的地面进行洒水冷却的方法。在对该地面直接洒水的方法的情况下，由于未使用水回收盘20，因此，装置容易设置，能够发挥出与使用水回收盘20的情况同等高的冷却效果。<利用图2表示的室外机(热交换器)的冷却装置进行的冷却方法>图2是适用于作为本发明的其它实施方式的热交换器的冷却方法实施的室外机(热交换器)的冷却装置100的示意图。与图1相同的编号表示的部件的意思与图1相同。 另外，在图2的装置中，不包括图1所示的水回收盘20。在冷却装置100中，热交换器15a_15e与热交换器16a_16e，以两列配置在地面30 上放置的底座上。在冷却装置100中，在输水管路22和循环管路23的连接部分设置开关阀门(电磁阀等)等，从RO处理装置12经过输水管路22将RO处理水输送到循环管路23时，可以向任意一个方向(图2中，向左或向右)输水，或向两个方向交替输水。

在冷却装置100中，热交换器的数量多至10台，如果与图1所示的装置的情况相比，则通过从各个热交换器产生的热量，使得设置场所整体温度(气温)上升的程度变大。 该气温上升，使各个热交换器的热交换功率降低。另外，根据设置状况，在热交换器15a_15e 或热交换器16a_16e的正面会具有墙壁或其它设置物，在该情况下，必须考虑由反射的热气带来的温度上升。因此，如以往的技术所述(特开2000-65409号公报、特开2001-317821 号公报、特开2004-317064号公报、特开平5-223364号公报、特开平10-213361号公报、特开平11-142022号公报、特许第3739530号公报)，如果采用对每个热交换器进行间歇水喷雾而冷却的方法，充分的冷却是困难的。但是，在图2所示的冷却装置100中，由于从多个洒水喷嘴14对热交换器15a_15e 或热交换器16a_16e进行洒水，因此，流下的水也会润湿设置热交换器的地面30 (被循环管路23包围的地面)。因此，由于能够同时冷却地面30和地面30上的空间，能够使室外机设置位置周边的空气温度降低，因此，还能够提高热交换器自身的冷却效果。进一步，在图2所示的冷却装置100中，使得能够从一部分或全部的多个洒水喷嘴 14向循环管路23的内侧和外侧这两侧洒水，通过对循环管路23的内外同时或交替洒水，还能够进一步增加水润湿的地面面积。由此，能够进一步提高上述冷却效果。在图2所示的冷却装置100中，与图1所示的冷却装置10同样地，以包围周边的方式配置一个循环管路23，但是也可以根据热交换器的台数的增加，配置2个系统、3个系统的循环管路，还可以根据循环管路的增加，使泵的台数增加。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，优选对室外机所具有的热交换器和包括设置室外机的地面的周边进行洒水。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，优选10台以上的室外机以两列以上进行配置，对包括设置全部的室外机的地面的周边进行洒水。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，优选室外机设置在地面上放置的水回收盘内，除了通过对热交换器洒水开始冷却时以外，在所述水回收盘内蓄积洒水产生的水。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，优选室外机设置在地面上放置的水回收盘内，对热交换器进行洒水，回收蓄积在水回收盘内的一部分水，再次通过反渗透膜处理装置进行处理，作为喷洒用的处理水再利用。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，优选室外机设置在建筑物的屋顶上，从设置在屋顶上的水源对用于利用反渗透膜处理装置处理的原水进行取水。在本发明的上述热交换器的冷却方法中，通过反渗透膜处理装置的处理水的电导率优选为不足20yS/cm。本发明的热交换器的冷却方法，例如，由于使用图1或图2所示的冷却装置来喷洒RO处理水，因此，不会象以往的技术那样，在热交换器上附着水锈，或者腐蚀热交换器。因此，在夏季冷气设备运转期间，除了不需要水锈除去或除锈那样的持续管理以外，热交换器的寿命也能够达到与不洒水的情况相同的程度。另外，本发明的热交换器的冷却方法，不会使水锈附着或使热交换器腐蚀，能够不是象以往的技术那样“喷雾”，而是以喷淋状洒水，能够在冷气设备运转中持续洒水，因此， 还能够大大提高热交换器的冷却效果。本发明的热交换器的冷却方法，如图1所示的冷却装置，通过组合水回收盘，能够利用蓄积在水回收盘内的水的蒸发而除去气化热，从而冷却设置热交换器的场所整体，因此，还能够提高热交换器自身的冷却效果。进一步，通过组合水回收盘，通过所述气化热的利用，还能够减少洒水量。另外，本发明的热交换器的冷却方法，如图2所示的冷却装置，通过直接在地面上洒水，能够冷却设置热交换器的场所整体，因此，还能够提高热交换器自身的冷却效果。进一步，本发明的热交换器的冷却方法，RO处理装置的电力消耗、与通过适用本发明而削减了的冷气用的电力消耗的差非常大，冷气设备规模越大，电力消耗的削减效果也越大。在冬季暖气设备中具有多个替代方式(灯油、气体等)，作为夏季的冷气设备的替代方式，也只是最近普及的燃气热泵的程度，通过适用本发明的热交换器的冷却方法，夏季的电力消耗的峰值大大下降，因此，能够以更少的电量与电力公司签订合同，这还关系到基本费用的节 约。另外，燃气热泵也具有热交换器，因此，通过适用本发明的冷却方法，能够期待削减能量消耗量。进一步，通过在宽敞的地域实施本发明的热交换器的冷却方法，对地域整体的二氧化碳的削减效果或温度降低(例如，热岛现象的缓和)也有效。本发明的热交换器的冷却方法，在对集中设置在如城市的大厦那样的建筑物的屋顶上的多个室外机进行冷却的情况下(尤其是以两列或三列以上集中配置10台以上的室外机的情况)，以及在对大规模工厂等的大空间进行制冷的冷气装置的室外机进行冷却的情况下尤其适用。
实施例实施例1利用下述条件，估算出不适用本发明的情况的冷气设备的电力消耗和作为合同电费的基础的最大需求电力，以及适用本发明的情况的冷气设备的电力消耗和最大需求电力。场所长野县内的食品工厂、室外机40台、总消耗电力272kwh期间从2008年5月15日到9月30日的4. 5个月期间时间从上午7点到下午7点洒水设定温度25°CRO处理装置达纤膜系统株式会社制(处理量3000L/hr，电导率6_8 μ S/cm)不适用本发明的情况的冷气所需要的总使用电量为4，115，000KW，适用了本发明的情况的冷气设备所需要的总使用电量为3，919，OOOKff0其间的RO处理装置的消耗电力为约9000KW。另外，不适用本发明的情况的最大需求电力为850KW，适用了本发明的情况的最大需求电力为755KW。实施例2在温度调节为27.4°C (表1表示的室外空气温度)的实验室内设置室外机和水回收盘，在所述实验室外设置冷气装置(三菱电机株式会社社制的MBZ-J228)。在该状态下一边运转冷气设备，一边在下述条件下对室外机喷洒RO处理水。结果表示在表1中。(洒水条件)水自来水(水温约25 °C )洒水量400ml/min对室外机进行洒水的喷嘴数2个洒水形式一直洒水RO装置NRX20_P (达纤膜系统株式会社制)
RO 膜SW02200-DRA982PRO渗透水电导率5 μ S/cm表 权利要求
1.一种热交换器的冷却方法，该冷却方法是在组合有室内机和室外机的冷气装置运转时，对所述室外机所具有的热交换器进行冷却的方法，其中，该方法包括至少对所述热交换器喷洒通过反渗透膜处理装置的处理水。
2.根据权利要求1所述的热交换器的冷却方法，其中，对室外机所具有的热交换器和包括设置室外机的地面的周边进行洒水。
3.根据权利要求1所述的热交换器的冷却方法，其中，10台以上的室外机以两列以上进行配置，对包括设置全部的室外机的地面的周边进行洒水。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的热交换器的冷却方法，其中，室外机设置在地面上放置的水回收盘内，除了通过对热交换器洒水开始冷却时以外，在所述水回收盘内蓄积洒水产生的水。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的热交换器的冷却方法，其中，室外机设置在地面上放置的水回收盘内，对热交换器进行洒水，回收蓄积在水回收盘内的一部分水，再次通过反渗透膜处理装置进行处理，作为喷洒用的处理水再利用。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的热交换器的冷却方法，其中，室外机设置在建筑物的屋顶上，从设置在屋顶上的水源对用于反渗透膜处理装置处理的原水进行取水。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的热交换器的冷却方法，其中，通过反渗透膜处理装置的处理水的电导率为不足20 μ S/cm。
8.一种热交换器的冷却装置，该冷却装置是在组合有室内机和室外机的冷气装置的运转时，用于对所述室外机所具有的热交换器进行冷却的装置，其中，该装置包括反渗透膜处理装置，对所述热交换器喷洒通过所述反渗透膜处理装置的处理水的洒水单元，以及根据需要用于配置所述室外机的水回收盘。
全文摘要
本发明使经过反渗透膜处理装置(12)的处理水流过循环管路(23)，从洒水喷嘴(14)到室外机(热交换器)(15a-15d)以喷淋状进行洒水。所述处理水由于不含Ca、Mg、Cl离子等，因此，在热交换器(15-15d)上不会附着水锈，能够维持高的冷却效果。
文档编号C02F1/44GK102159898SQ201080002246
公开日2011年8月17日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年12月10日
发明者加藤直史, 岩崎哲也, 笠井庸三 申请人:达纤膜系统株式会社