JP6360349B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、室内を冷却する冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system for cooling a room.
室内を外気との熱交換によって冷却する、チラーを含む冷却システムが知られている。特許文献1では、公知のチラーにヒートパイプを組み合わせた冷却システムを開示している。具体的には、特許文献1では、室内を循環する空気を冷却するチラーの蒸発器の手前にヒートパイプを配置し、蒸発器に流れる空気をヒートパイプによって予め冷却している。特許文献1では、ヒートパイプは、吸熱部が蒸発器の手前に配置され、放熱部が外気に晒されており、蒸発器へ流れる室内の空気の熱を外気に放出している。
A cooling system including a chiller that cools a room by heat exchange with outside air is known. In
また、チラーを含む冷却システムに関するものではないが、特許文献2では、室内に取り入れられる外気をヒートパイプにより冷却する技術を開示している。特許文献2では、ヒートパイプは、吸熱部が外気の室内への取り入れ部に配置され、放熱部が地中に埋設されており、室内へ取り入れられる外気の熱を地中に放熱している。室内へ取り入れられた外気は、室内を流れた後、排気ファンによって室外へ排気される。 Although not related to a cooling system including a chiller, Patent Document 2 discloses a technique for cooling outside air taken into a room by a heat pipe. In Patent Document 2, the heat pipe has a heat absorbing portion disposed in a portion for taking outside air into the room, and a heat radiating portion is buried in the ground, and radiates heat of the outside air taken into the room to the ground. The outside air taken into the room flows through the room and is then exhausted outside by the exhaust fan.
夏期においては、室内の温度が上昇しやすいから、室内を循環する空気及び/又は室内へ取り入れられる空気から放出すべき熱エネルギーが増加する。その一方で、夏期においては、外気の温度が高いから、熱エネルギーを外気へ放出するチラーの原理上、冷却効率は低下する。その結果、冷却システムの負担は飛躍的に増加し、ひいては、消費電力が飛躍的に増加する。 In summer, the temperature of the room tends to rise, so that the heat energy to be released from the air circulating in the room and / or the air taken into the room increases. On the other hand, since the temperature of the outside air is high in summer, the cooling efficiency is lowered due to the chiller principle that releases heat energy to the outside air. As a result, the burden on the cooling system increases dramatically, and consequently power consumption increases dramatically.
そして、夏期において、外気の温度が日中の最高気温に達する時間帯又はその前後の時間帯においては、冷却システムの消費電力がピークとなる。このとき、冷却システムの消費電力が種々の機器の消費電力全体に占める割合は比較的高いことから、発電所が送電する全消費電力もピークとなりやすい。このピーク時の消費電力は、発電所の送電能力を超えるおそれがあり、その結果、計画停電や工場の休日稼働(企業間で工場の稼働日をずらす)等の対策を余儀なくされる場合もある。 In the summer season, the power consumption of the cooling system reaches a peak in the time zone in which the temperature of the outside air reaches the highest daytime temperature or in the time zone before and after that. At this time, since the ratio of the power consumption of the cooling system to the total power consumption of various devices is relatively high, the total power consumption transmitted by the power plant tends to peak. This peak power consumption may exceed the power transmission capacity of the power plant, and as a result, measures such as planned power outages and factory holiday operations (shifting factory operation days between companies) may be required. .
このように、夏期における冷却システムの負担増加は、単なる消費電力の増加によるコスト増大に留まらず、ピーク電力の上昇に起因する種々の社会的問題も招いている。 As described above, the increase in the burden on the cooling system in the summer is not limited to an increase in cost due to an increase in power consumption, but also causes various social problems due to an increase in peak power.
従って、ピーク電力カットに寄与できる冷却システムが提供されることが望まれる。 Accordingly, it is desirable to provide a cooling system that can contribute to peak power cut.
本発明の一態様に係る冷却システムは、室内へ流れ込む外気を冷却可能な熱交換器と、吸熱部が外気の前記熱交換器への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、熱交換器用ヒートパイプと、を有する。
A cooling system according to an aspect of the present invention includes a heat exchanger capable of cooling outside air flowing into a room, a heat absorption unit located in a flow path to the heat exchanger for outside air, and a heat radiation unit embedded in the ground. Or a heat pipe for a heat exchanger that touches groundwater.
好適には、前記熱交換器用ヒートパイプの作動液は、大気圧下における沸点が25℃以上35℃以下である。 Suitably, the working fluid of the heat exchanger heat pipe has a boiling point of 25 ° C. or more and 35 ° C. or less under atmospheric pressure.
好適には、前記冷却システムは、前記放熱部の作動液を前記吸熱部に送出可能なポンプを更に有する。 Preferably, the cooling system further includes a pump capable of sending the working fluid of the heat radiating unit to the heat absorbing unit.
好適には、前記冷却システムは、前記熱交換器との間で冷媒を循環させ、前記冷媒を冷却水により冷却する凝縮器と、前記凝縮器との間で前記冷却水を循環させ、前記冷却水を空冷する冷却塔と、吸熱部が外気の前記冷却塔内の冷却水への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、冷却塔用ヒートパイプと、を更に有する。 Preferably, the cooling system circulates a refrigerant with the heat exchanger, circulates the cooling water between a condenser that cools the refrigerant with cooling water, and the condenser, and A cooling tower for air-cooling water, and a heat pipe for the cooling tower in which an endothermic part is located in a flow path to the cooling water in the cooling tower of outside air, and a heat radiating part is embedded in the ground or touches groundwater. Also have.
好適には、前記冷却システムは、前記熱交換器との間で冷媒を循環させ、前記冷媒を空冷する凝縮器と、吸熱部が外気の前記凝縮器への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、凝縮器用ヒートパイプと、を更に有する。 Preferably, the cooling system includes a condenser that circulates a refrigerant with the heat exchanger, air-cools the refrigerant, a heat absorption part located in a flow path to the condenser of outside air, and a heat radiation part. And a condenser heat pipe embedded in the ground or in contact with groundwater.
本発明の一態様に係る冷却システムは、室内へ流れ込む外気及び室内を循環する空気の少なくとも一方を冷却可能な熱交換器と、前記熱交換器との間で冷媒を循環させ、前記冷媒を冷却水により冷却する凝縮器と、前記凝縮器との間で前記冷却水を循環させ、前記冷却水を空冷する冷却塔と、吸熱部が外気の前記冷却塔内の冷却水への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、冷却塔用ヒートパイプと、を有する。 A cooling system according to an aspect of the present invention circulates a refrigerant between a heat exchanger capable of cooling at least one of outside air flowing into the room and air circulating in the room and the heat exchanger, and cools the refrigerant A condenser cooled by water, a cooling tower that circulates the cooling water between the condenser and air-cooling the cooling water, and an endothermic portion located in a flow path to the cooling water in the cooling tower of outside air The cooling tower heat pipe is embedded in the ground or touches groundwater.
本発明の一態様に係る冷却システムは、室内へ流れ込む外気及び室内を循環する空気の少なくとも一方を冷却可能な熱交換器と、前記熱交換器との間で冷媒を循環させ、前記冷媒を空冷する凝縮器と、吸熱部が外気の前記凝縮器への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、凝縮器用ヒートパイプと、を有する。 A cooling system according to one aspect of the present invention circulates a refrigerant between a heat exchanger capable of cooling at least one of outside air flowing into a room and air circulating in the room and the heat exchanger, and air-cools the refrigerant. And a heat-absorbing part located in the flow path to the condenser of the outside air, and a heat-dissipating part embedded in the ground or in contact with groundwater.
上記の構成によれば、ピーク電力をカットできる。 According to said structure, peak electric power can be cut.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態及び変形例について説明する。なお、第2の実施形態以降において、既に説明した構成と同様又は類似の構成については、既に説明した構成に付した符号と同一の符号を付すことがあり、また、説明を省略することがある。 Hereinafter, embodiments and modifications of the present invention will be described with reference to the drawings. In the second and subsequent embodiments, the same or similar configurations as those already described may be denoted by the same reference numerals as those already described, and the description may be omitted. .
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る冷却システム1の概略構成を示す模式図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
冷却システム1は、建築物101の対象室103内の空気を冷却するシステムとして構成されている。なお、冷却システム1は、冷房と暖房との双方を行うことが可能な空調システムの一部として構成されてもよいし、対象室103の空気を清浄化する空気清浄システムと組み合わされてもよい。
The
建築物101は、例えば、工場、ビル、店舗、倉庫又は一般的な家屋である。建築物101は、一の冷却システム1によって冷却される複数の対象室103を有していてもよいし、一つのみの対象室103を有していてもよい。対象室103は、どのような室であってもよく、例えば、クリーンルームであってもよい。
The
図1において、冷却システム1のうち、建築物101の外郭と対象室103との間に図示された部分の全部又は一部は、建築物101の外部に配置されてもよいし、逆に、対象室103の内部に配置されてもよい。図1では、建築物101の外郭と、対象室103とを別個に図示しているが、これらは一体的であってもよい。
In FIG. 1, in the
冷却システム1は、例えば、冷媒によって空気を冷却するチラー本体3と、チラー本体3の冷媒を冷却する冷却水を空冷するための冷却塔5とを有している。また、冷却システム1は、例えば、外気をチラー本体3へ導くための外気ダクト7と、チラー本体3によって冷却された空気を対象室103内へ供給する給気ダクト9と、対象室103内の空気をチラー本体3へ還流させる還気ダクト11と、対象室103内の空気を外部へ排出するための排気ダクト13とを有している。これらチラー本体3、冷却塔5及び各種ダクトの構成は、公知の構成と同様とされてよい。
The
チラー本体3は、例えば、建築物101の内部であって対象室103の外部に配置される。冷却塔5は、例えば、建築物101の外部に配置される。なお、図1では、冷却塔5は、建築物101の屋上に配置されているが、冷却塔5は、建築物101の側方において、適宜な高さの位置(例えば地面の上)に配置されてよい。
The
各種ダクトの数、取り付け位置(端部の開口位置や全体の引き回し位置)、材質、形状、寸法等は、建築物101の構成等の種々の事情に応じて適宜に設定されてよい。また、各種ダクトは、図1に模式的に示した構成以外に種々の変形が可能である。例えば、外気ダクト7及び給気ダクト9はチラー本体3側が共通化されてもよい。また、例えば、還気ダクト11及び排気ダクト13は対象室103側が共通化されてもよい。また、例えば、還気ダクト11は省略されてもよい。
The number of various ducts, the mounting position (opening position of the end portion and the entire routing position), material, shape, dimensions, and the like may be appropriately set according to various circumstances such as the configuration of the
冷却システム1は、更に、チラー本体3へ流れ込む外気を予め冷却するための熱交換器用ヒートパイプ15と、冷却塔5へ流れ込む外気を予め冷却するための冷却塔用ヒートパイプ17とを有している。冷却システム1は、これらヒートパイプを有していることを特徴の一つとしている。
The
図2は、冷却システム1の要部の構成を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the
チラー本体3は、冷媒(例えばフロン)が循環する冷媒流路19を有している。冷媒流路19には各種装置が配置されている。例えば、チラー本体3に送られた空気と冷媒流路19を流れる冷媒との間で熱交換を行うための蒸発器21と、蒸発器21にて温度が上昇した冷媒を圧縮する圧縮機23と、圧縮された冷媒を冷却して凝縮する凝縮器25と、凝縮され、蒸発器21へ流れる冷媒を低圧にする膨張弁27とを有している。
The
外気ダクト7及び/又は還気ダクト11からチラー本体3へ流れ込んだ空気は、蒸発器21において冷媒と熱交換を行うことによって冷却される。冷却された空気は、チラー本体3から給気ダクト9へ流れ込む。
The air flowing into the
なお、図2の例では、チラー本体3は、外気ダクト7及び/又は還気ダクト11から給気ダクト9への空気の流れを生じさせるために、蒸発器21の給気ダクト9側にファン29と、ファン29を駆動する不図示の電動機とを有している。このようなファンは、チラー本体3に加えて又は代えて、外気ダクト7、給気ダクト9及び/又は還気ダクト11の適宜な位置に設けられてよい。
In the example of FIG. 2, the chiller
チラー本体3の凝縮器25と冷却塔5との間では、冷却水流路31を介して冷却水が循環される。凝縮器25においては、冷媒流路19を流れる冷媒と、冷却水流路31を流れる冷却水との間で熱交換が行われ、冷媒が冷却される。冷却塔5は、凝縮器25から流れてくる冷却水を空冷する。冷却水流路31における冷却水の流れは、例えば、冷却水流路31の適宜な位置に設けられたポンプ33によって実現される。
Cooling water is circulated between the
冷却塔5は、例えば、容器35と、凝縮器25からの冷却水を容器35内にて散水する散水部37と、容器35内に外気を取り入れるためのファン39と、ファン39を駆動する不図示の電動機と、容器35内にて散水された冷却水と取り入れられた外気とを触れさせ易くする充填材41とを有している。
The
容器35は、例えば、側面に外気を取り入れるための取入口35pが形成されている。容器35の下部は、散水部37から充填材41を経由して落下する冷却水を受ける水槽35aとなっている。ファン39は、例えば、容器35の上方に設けられた開口付近に配置されている。
In the
従って、ファン39が駆動されると、外気は、取入口35pから容器35内へ取り入れられ、その後、容器35内を上方へ流れる。この際、この上方へ流れる外気と、散水部37から落下する冷却水とが充填材41において接触し、冷却水と外気との間で熱交換がなされ、冷却水が冷却される。
Therefore, when the
冷却システム1は、上記のようなチラー本体3及び冷却塔5の動作を実現するために、各部の動作を制御する制御装置43と、各部に電力を供給する電源装置45とを有している。なお、制御装置43は、図2では1ブロックで示されているが、各部に配置された複数の制御装置から構成されてよい。電源装置45についても同様である。
The
制御装置43は、例えば、対象室103内の適宜な位置に設けられた温度センサ47の検出する温度に基づいて、対象室103内の温度が所定の目標温度に収束するように冷却システム1の各部の動作をフィードバック制御する。電源装置45は、制御装置43の制御指令に応じた電力を冷却システム1の各部に供給する。
For example, based on the temperature detected by the
図3(a)は、熱交換器用ヒートパイプ15の構成を示す模式図であり、より具体的には、図2の紙面左側から見た図である。
FIG. 3A is a schematic diagram showing the configuration of the heat
熱交換器用ヒートパイプ15は、周囲から熱を奪う吸熱部15aと、周囲に熱を放出する放熱部15bとを有している。吸熱部15aと放熱部15bとは互いに接続されている。熱交換器用ヒートパイプ15内には作動液105が封入されている。熱交換器用ヒートパイプ15内は、必要に応じて、大気圧よりも低い適宜な圧力まで減圧されている。
The heat
公知のように、吸熱部15aは、その内部において作動液105を蒸発させ、周囲から熱を奪う。作動液105が蒸発することによって、吸熱部15a側の気圧は放熱部15b側の気圧よりも相対的に高くなり、蒸発した作動液105は放熱部15bへ流れる。放熱部15bは、周囲に熱を放熱し、作動液105を凝縮する。凝縮した作動液105は、適宜な方法によって吸熱部15aに供給される。
As is well known, the
吸熱部15aは、例えば、外気ダクト7の手前に配置される。放熱部15bは、例えば、地中に埋設される。埋設の深さは、例えば、1m以上である。地中の温度は、大気の温度に比較して温度変化が少ない。すなわち、地中の温度は、夏期においては大気の温度よりも低く、また、冬期においては大気の温度よりも高い。例えば、1m以上の深さの地中の温度は、大気の温度が35℃を超えるときにおいても、20℃程度に保たれる。従って、熱交換器用ヒートパイプ15は、夏期において、外気ダクト7に流れ込む外気から吸熱部15aにおいて熱を奪い、その熱を放熱部15bにおいて地中に放出することが可能である。
The
作動液105は、例えば、比較的低温で沸騰する液体である。例えば、大気圧下において、作動液105の沸点は、水の沸点(100℃)よりも低く、より好適には、25℃以上35℃以下である。作動液105として低沸点の液体を用いることにより、熱交換器用ヒートパイプ15の内部の真空度を高くしなくても、吸熱部15aにおいて外気の熱によって作動液105を蒸発させる効率を高くできる。
The working
このような低沸点の作動液105としては、例えば、イー・アイ・デュポン・ド・ヌムール・アンド・カンパニー(米国デュポン社)製の「DR−2」を用いてよい。「DR−2」は、ハイドロフルオロオレフィンの(Hydro Fluoro Olefin)の一種であり、構造式はCF3CH=CHCF3である。「DR−2」の大気圧下の沸点は33.4℃である。本願発明者の実験では、水が60℃〜70℃で沸騰する圧力下において、「DR−2」は約29℃で沸騰した。その他、低沸点の作動液105としては、洗浄液として利用されている低沸点溶剤を用いてもよい。
As such a low boiling point
熱交換器用ヒートパイプ15は、例えば、全体として環状に延びるように構成されており、作動液105を還流させることが可能となっている。換言すれば、熱交換器用ヒートパイプ15は、吸熱部15aの一端と放熱部15bの一端とを接続する往路15cと、吸熱部15aの他端と放熱部15bの他端とを接続する復路15dとを有している。図3(a)において矢印で示すように、放熱部15bから往路15cを介して吸熱部15aへ液状の作動液105が供給され、吸熱部15aから復路15dを介して放熱部15bへ蒸発した作動液105が流れる。
The heat
往路15cの放熱部15b側には、放熱部15bにて凝縮された液状の作動液105を吸熱部15aに送出するためのポンプ49と、当該ポンプ49を駆動する不図示の電動機とが設けられている。この他、往路15cには、液状の作動液105の逆流を防止するために、放熱部15bから吸熱部15aへの流れを許容し、その反対方向の流れを禁止する逆止弁51が設けられてもよい。
A
吸熱部15aは、例えば、複数に分岐している。すなわち、吸熱部15aは、一端及び他端が往路15c及び復路15dを介して放熱部15bの一端及び他端に接続された複数の分岐路15aaを有している。複数の分岐路15aaは、例えば、互いに平行に上下に延び、外気ダクト7の開口端に対して対向している。
The
図3(b)は、図3(a)のIIIb−IIIb線における断面図である。 FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIb-IIIb in FIG.
各分岐路15aaは、通常のヒートパイプと同様に、管状部材15abの内壁面に、毛細管力を生じる毛管構造部15acが形成された構成とされている。毛管構造部15acは、網状のもの(ウィック)でもよいし、溝状のもの(グルーブ)であってもよい。毛管構造部15acは、管状部材15abの内壁面に対する加工により形成されてもよいし、管状部材15abの内壁面に別部材を設けることにより構成されてもよい。図3(b)において矢印で示すように、液状の作動液105は、毛細管力によって分岐路15aaの内壁面に速やかに液膜を形成する。
Each branch passage 15aa has a structure in which a capillary structure portion 15ac that generates a capillary force is formed on the inner wall surface of the tubular member 15ab, like a normal heat pipe. The capillary structure portion 15ac may be a net-like (wick) or a groove-like (groove). The capillary structure portion 15ac may be formed by processing the inner wall surface of the tubular member 15ab, or may be configured by providing another member on the inner wall surface of the tubular member 15ab. As shown by the arrows in FIG. 3B, the
図3(a)及び図3(b)では、熱交換器用ヒートパイプ15の構成を説明したが、冷却塔用ヒートパイプ17の構成も同様である。熱交換器用ヒートパイプ15と、冷却塔用ヒートパイプ17との相違は、概して言えば、取り付け位置のみである。すなわち、冷却塔用ヒートパイプ17は、吸熱部17aが冷却塔5の取入口35pの手前に位置している(図2)。冷却塔用ヒートパイプ17の不図示の放熱部が地中に埋設されていることは、熱交換器用ヒートパイプ15の放熱部15bと同様である。なお、実際の適用において、各種の寸法や具体的形状等が両者で相違してよいことはもちろんである。
3A and 3B, the configuration of the heat
以上のとおり、本実施形態の冷却システム1は、室内へ流れ込む外気を冷却可能な蒸発器21(熱交換器)と、吸熱部15aが外気の蒸発器21への流路に位置し、放熱部15bが地中に埋設された熱交換器用ヒートパイプ15とを有している。
As described above, in the
従って、蒸発器21に流れる外気を熱交換器用ヒートパイプ15によって予め冷却できる。その結果、チラー本体3の負担を軽減し、夏期のピーク電力をカットすることができる。また、冷房に必要な消費電力を全体的に低減することもできる。さらに、冷却システム1は、既設のチラーに対して熱交換器用ヒートパイプ15等を追加することによって実現可能であることから、設置コストが安い。
Therefore, the outside air flowing through the
図4は、冷却システム1の消費電力低減の効果を説明するための模式図である。この図において、横軸は、夏期の日を示し、縦軸は、各日の最高気温及び各日の消費電力を示している。上部の実線L1で示す折れ線グラフは、最高気温を示している。下部の棒グラフは消費電力を示している。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the effect of reducing the power consumption of the
日本の夏期においては、最高気温は30℃以上の日が多く、35℃〜37℃に至ることもある。また、図4において模式的に示すように、本願発明者の調査では、最高気温と、消費電力との間には、比較的強い相関があり、最高気温が高い日は、1日の消費電力も大きくなる傾向にある。 In Japan's summer season, the maximum temperature is often 30 ° C or higher, sometimes reaching 35 ° C to 37 ° C. In addition, as schematically shown in FIG. 4, according to the inventor's investigation, there is a relatively strong correlation between the maximum temperature and the power consumption. Tend to be larger.
ここで、本実施形態の冷却システム1のように、熱交換器用ヒートパイプ15によって、蒸発器21に流れる外気を予め冷却すると、点線L2で示すように、蒸発器21にとっては、実質的に外気の気温が下がることになる。例えば、本願発明者の実験等によれば、熱交換器用ヒートパイプ15によって、35℃〜37℃の外気は、30℃〜33℃まで冷却することが可能であると推測される。そして、下部の棒グラフに交差する点線L3で示すように、消費電力のうち点線L3よりも上の部分は、カットすることが可能である。この消費電力のカットによる経済効果は、建築物101が大きくなるほど大きくなる。
Here, when the outside air flowing through the
また、本実施形態では、熱交換器用ヒートパイプ15の作動液105は、大気圧下における沸点が25℃以上35℃以下である。
In the present embodiment, the working
従って、作動液105は、比較的低温で沸騰することから、既に述べたように、熱交換器用ヒートパイプ15の真空度を高くしなくても、効果的に、夏期の外気の温度(例えば30℃以上)で作動液105を蒸発させることができる。また、沸点が低すぎると、地中の温度(例えば20℃程度)で作動液105を凝縮させにくくなるが、そのような不都合も低減される。その結果、本実施形態の冷却システム1の実現容易性が向上する。
Accordingly, since the working
なお、特許文献1の技術は、本実施形態とは逆に、夏期の外気の温度で作動液を凝縮させるものである。従って、特許文献1において作動液の沸点は、本実施形態に比較して高いと考えられる。また、特許文献2の技術は、夏期だけでなく、冬期にも用いられ、夏期においては作動液を地中の温度(20℃程度)で凝縮させ、冬期においては作動液を地中の温度(夏期と同じく20℃程度)で蒸発させるものである。このような作用を実現するためにどのような沸点の作動液が用いられることが好ましいのか、特許文献2では不明である。
In contrast to the present embodiment, the technique of
また、本実施形態では、冷却システム1は、放熱部15bの作動液105を吸熱部15aに送出可能なポンプ49を有している。
Moreover, in this embodiment, the
従って、例えば、最もよく知られているウィック式のヒートパイプのように、毛細管力によって放熱部から吸熱部へ作動液を供給する場合に比較して、作動液105を迅速かつ長い距離で吸熱部15aへ供給することができる。その結果、例えば、放熱部15bを地中に配置する一方で、吸熱部15aを地面から離れた位置(高所等)に配置しても、吸熱部15aにおける作動液105の蒸発に遅れずに、作動液105を吸熱部15aに供給することができる。ひいては、冷却システム1の各部の配置の自由度が向上し、また、既設の冷却システムに対する本発明の適用も容易化される。
Therefore, for example, as in the most well-known wick-type heat pipe, the
また、本実施形態では、冷却システム1は、蒸発器21との間で冷媒を循環させ、冷媒を冷却水により冷却する凝縮器25と、凝縮器25との間で冷却水を循環させ、冷却水を空冷する冷却塔5と、吸熱部17a(図2)が外気の冷却塔5内の冷却水への流路に位置し、放熱部(不図示。放熱部15bを参照)が地中に埋設された冷却塔用ヒートパイプ17と、を有している。
Moreover, in this embodiment, the
従って、冷却塔5に流れ込む外気を冷却塔用ヒートパイプ17によって予め冷却できる。その結果、冷却塔5の負担を軽減し、夏期のピーク電力をカットすることができる。また、冷房に必要な消費電力を全体的に低減することもできる。さらに、冷却システム1は、既設のチラーに対して冷却塔用ヒートパイプ17等を追加することによって実現可能であることから、設置コストが安い。
Therefore, the outside air flowing into the
<第2の実施形態>
図5は、第2の実施形態に係る冷却システム201の要部の構成を示す模式図である。
<Second Embodiment>
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a main part of the
冷却システム201は、チラーが空冷式である点が第1の実施形態の冷却システム1と相違する。すなわち、冷却システム201のチラー203は、第1の実施形態のチラー本体3と概略同様の構成であるが、凝縮器225において、冷媒流路19を流れる冷媒は空気によって冷却される。チラー203は、例えば、凝縮器225に送風するファン239と、ファン239を駆動する不図示の電動機とを有している。
The
そして、冷却システム201においては、第1の実施形態の冷却塔用ヒートパイプ17に代えて、凝縮器225へ流れる外気を冷却するための凝縮器用ヒートパイプ217が設けられている。凝縮器用ヒートパイプ217は、例えば、図3を参照して説明した熱交換器用ヒートパイプ15と同様の構成であり、吸熱部217aが外気の凝縮器225への流路(例えばファン239の手前位置)に配置され、不図示の放熱部(図3の放熱部15b参照)が地中に埋設されている。
And in the
このような構成の冷却システム201においても、第1の実施形態の冷却システム1と同様の効果が奏される。例えば、ピーク電力のカットが期待される。
Even in the
<ヒートパイプの変形例>
以下では、ヒートパイプの変形例について説明する。なお、熱交換器用ヒートパイプを例にとって説明するが、冷却塔用ヒートパイプ及び凝縮器用ヒートパイプについても同様である。
<Modification of heat pipe>
Below, the modification of a heat pipe is demonstrated. In addition, although it demonstrates taking the case of the heat pipe for heat exchangers, it is the same also about the heat pipe for cooling towers and the heat pipe for condensers.
(第1の変形例)
図6(a)〜図6(c)は、第1の変形例に係る熱交換器用ヒートパイプ151を示す模式図である。具体的には、図6(a)は、外気ダクト7の側方から熱交換器用ヒートパイプ151を見た模式図、図6(b)は、外気ダクト7の開口方向から熱交換器用ヒートパイプ151を見た模式図、図6(c)は図6(a)のVIc−VIc線における断面図(一部省略)である。
(First modification)
Fig.6 (a)-FIG.6 (c) are the schematic diagrams which show the
熱交換器用ヒートパイプ151は、最もよく知られているウィック式のヒートパイプによって構成されている。すなわち、図6(c)に示すように、熱交換器用ヒートパイプ151は、その概ね全体が、管状部材151dの内壁にウィックなどの毛管構造部151cが設けられた構造となっている。
The heat
また、熱交換器用ヒートパイプ151は、例えば、全体が直線状に延びるように構成されている。そして、熱交換器用ヒートパイプ151は、長手方向を上下方向にして配置され、一端側部分により構成された吸熱部151aが外気ダクト7の手間に配置され、他端側部分により構成された放熱部151bが地中に埋設されている。熱交換器用ヒートパイプ151は、例えば、複数本設けられ、また、互いに平行に設けられている。
Further, the heat
このような構成の熱交換器用ヒートパイプ151においても、実施形態の熱交換器用ヒートパイプ15と同様に、外気の熱を地中に放熱し、ひいては、チラー本体3の負担を軽減することができる。
Also in the heat
(第2の変形例)
図7は、第2の変形例に係る熱交換器用ヒートパイプ153を示す断面図である。
(Second modification)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a heat
熱交換器用ヒートパイプ153は、吸熱部153a及び放熱部153bの外周面に複数のフィン153fを有している。このようにして吸熱部153a及び放熱部153bの表面積を大きくすることにより、外気からの吸熱及び地中への放熱が効率的になされる。なお、図7では、第1の変形例と同様のウィック式のヒートパイプを例にとっているが、実施形態と同様のポンプ式のヒートパイプにおいて、複数のフィン153fのような吸熱部及び放熱部の表面積を大きくするための形状が採用されてもよい。
The heat
(第3の変形例)
図8は、第3の変形例に係る熱交換器用ヒートパイプ151を示す断面図である。
(Third Modification)
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a heat
この変形例では、放熱部151bは、地下水に触れている。夏期において地下水の温度は地中の温度よりも低いことが多く、より効果的に外気の温度を低くできると考えられる。なお、図8では、第1の変形例と同様のウィック式のヒートパイプを例にとっているが、実施形態と同様のポンプ式のヒートパイプにおいて、放熱部が地下水に触れるように配置されてもよい。
In this modification, the
本発明は、以上の実施形態及び変形例に限定されず、種々の態様で実施されてよい。 The present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and may be implemented in various aspects.
室内は、建築物によって構成されたものに限定されない。例えば、室内は、食品を陳列する陳列棚の内部であってもよいし、冷蔵庫(建築物とは言えない比較的小型のもの)の内部であってもよいし、大型コンピュータの筐体内部であってもよいし、製造装置若しくは実験装置のチャンバ内であってもよい。 The interior of the room is not limited to that constituted by buildings. For example, the inside of the room may be inside a display shelf for displaying food, inside a refrigerator (a relatively small thing that cannot be said to be a building), or inside a case of a large computer. It may be in a chamber of a manufacturing apparatus or an experimental apparatus.
ダクトは、適宜に省略可能である。例えば、チラーの、外気を取り入れるための筐体開口が設けられている部分を室外に露出させて外気ダクトを省略してもよい。また、例えば、チラーの、冷却後の空気を排出する筐体開口が設けられている部分を室内に露出させて給気ダクトを省略してもよい。 The duct can be omitted as appropriate. For example, the portion of the chiller where the housing opening for taking in outside air is provided may be exposed outside the room, and the outside air duct may be omitted. Further, for example, a portion of the chiller in which a housing opening for discharging the air after cooling is provided may be exposed indoors and the air supply duct may be omitted.
ヒートパイプは、ポンプにより放熱部から吸熱部へ作動液を供給するもの、及び、ウィック式のものに限定されない。例えば、ヒートパイプは、自動励振式のものであってもよいし、気泡を利用して作動液を放熱部から吸熱部へ供給するものであってもよい。 A heat pipe is not limited to what supplies a hydraulic fluid from a thermal radiation part to a thermal absorption part with a pump, and a wick type thing. For example, the heat pipe may be of an automatic excitation type or may supply hydraulic fluid from the heat radiating unit to the heat absorbing unit using bubbles.
熱交換器用ヒートパイプの吸熱部の配置位置は、熱交換器(蒸発器)に流れる外気に熱交換器用ヒートパイプが触れる位置(外気の蒸発器への流路内)であればよく、外気ダクト手前に限定されない。例えば、吸熱部の位置は、外気ダクトの端部(吸い込み口)であってもよいし、外気ダクト内部の適宜な位置であってもよい。また、例えば、外部ダクトが設けられている場合又は設けられていない場合において、吸熱部の位置は、チラーの、外気を取り入れるための筐体開口の手前であってもよいし、筐体開口の位置であってもよいし、筐体開口よりも筐体内部側の位置であってもよい。ただし、外気ダクトの手前であれば、建築物用の既設の冷却システムに対する本発明の適用が容易である。 The position of the heat absorption part of the heat exchanger heat pipe may be any position where the heat exchanger heat pipe is in contact with the outside air flowing through the heat exchanger (evaporator) (in the flow path to the outside air evaporator). It is not limited to this side. For example, the position of the heat absorption part may be an end part (suction port) of the outside air duct, or may be an appropriate position inside the outside air duct. Further, for example, in the case where an external duct is provided or not provided, the position of the heat absorption part may be before the housing opening of the chiller for taking in outside air, It may be a position, or may be a position inside the housing with respect to the housing opening. However, application of the present invention to an existing cooling system for buildings is easy as long as it is in front of the outside air duct.
同様に、冷却塔用ヒートパイプの吸熱部の配置位置は、冷却塔内の冷却水へ流れる外気に冷却塔用ヒートパイプが触れる位置(外気の冷却塔内の冷却水への流路内)であればよく、取入口の手前に限定されない。例えば、吸熱部の位置は、取入口の位置であってもよいし、取入口よりも冷却塔の内部側の位置であってもよい。ただし、取入口の手前であれば、既設の冷却システムに対する本発明の適用が容易である。 Similarly, the arrangement position of the heat absorption part of the cooling tower heat pipe is the position where the cooling tower heat pipe touches the outside air flowing to the cooling water in the cooling tower (in the flow path of the outside air to the cooling water in the cooling tower). What is necessary is not limited to the front of the intake. For example, the position of the heat absorption part may be the position of the intake port, or may be a position on the inner side of the cooling tower than the intake port. However, application of the present invention to an existing cooling system is easy if it is before the intake port.
同様に、凝縮器用ヒートパイプの吸熱部の配置位置は、凝縮器に流れる外気に凝縮器用ヒートパイプが触れる位置(外気の凝縮器への流路内)であればよく、チラーの、外気を取り入れるための筐体開口の手前に限定されない。例えば、吸熱部の位置は、筐体開口の位置であってもよいし、筐体開口よりもチラーの筐体内部側の位置であってもよい。ただし、チラーの筐体開口の手前であれば、既設の冷却システムに対する本発明の適用が容易である。 Similarly, the arrangement position of the heat absorption part of the condenser heat pipe may be a position where the condenser heat pipe comes into contact with the outside air flowing in the condenser (in the flow path to the condenser of the outside air), and takes in the outside air of the chiller. It is not limited to the front of the housing opening for. For example, the position of the heat absorption part may be the position of the housing opening, or the position of the chiller inside the housing relative to the housing opening. However, the present invention can be easily applied to an existing cooling system as long as it is before the housing opening of the chiller.
実施形態では、熱交換器用ヒートパイプ及び冷却塔用ヒートパイプの双方が設けられる場合、並びに、熱交換器用ヒートパイプ及び凝縮器用ヒートパイプの双方が設けられる場合について例示したが、熱交換器用ヒートパイプのみ、冷却塔用ヒートパイプのみ、又は、凝縮器用ヒートパイプのみが設けられてもよい。なお、これらヒートパイプは、チラーに流れる外気の熱を地中又は地下水に放熱するという点において、従来技術に比較した特徴が共通している。 In the embodiment, the case where both the heat pipe for the heat exchanger and the heat pipe for the cooling tower are provided, and the case where both the heat pipe for the heat exchanger and the heat pipe for the condenser are provided are exemplified, but the heat pipe for the heat exchanger Only the heat pipe for the cooling tower or only the heat pipe for the condenser may be provided. In addition, these heat pipes have the same feature compared with the prior art in that the heat of the outside air flowing through the chiller is radiated to the ground or groundwater.
熱交換器用ヒートパイプを有する冷却システムにおいて、チラーは、室内へ取り入れられる外気のみを冷却するもの(室内を循環する空気を冷却する機能を有さないもの)であってもよい。また、冷却塔用ヒートパイプのみ、又は、凝縮器用ヒートパイプのみが設けられる冷却システムにおいて、チラーは、室内を循環する空気のみを冷却するもの(外気を室内へ取り入れる機能又は室内へ取り入れられる外気を冷却する機能を有さないもの)であってもよい。 In a cooling system having a heat exchanger heat pipe, the chiller may be one that cools only the outside air taken into the room (one that does not have a function of cooling the air circulating in the room). In a cooling system in which only the cooling tower heat pipe or only the condenser heat pipe is provided, the chiller cools only the air circulating in the room (the function of taking outside air into the room or the outside air taken into the room). It may have no cooling function).
水冷式チラーのチラー本体及び冷却塔、並びに、空冷式のチラーの構成は、公知の種々の構成が採用されてよい。例えば、図2では、冷却塔として、冷却水が直接的に外気に触れ(開放型)、冷却水と外気とが互いに反対方向に流れる(向流型)ものを例示したが、冷却水と外気とが直接には触れないもの(密閉型)や冷却水と外気とが互いに直交する方向に流れるもの(直交流型)が冷却塔として採用されてもよい。 Various known configurations may be adopted as the configuration of the chiller body and cooling tower of the water-cooled chiller, and the configuration of the air-cooled chiller. For example, FIG. 2 illustrates an example of the cooling tower in which the cooling water directly touches the outside air (open type), and the cooling water and the outside air flow in opposite directions (counter flow type). May not be directly touched (sealed type), or cooling water and outside air may flow in directions orthogonal to each other (cross flow type).
1…冷却システム、21…蒸発器(熱交換器)、15…熱交換器用ヒートパイプの、15a…吸熱部、15b…放熱部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
吸熱部が外気の前記熱交換器への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、熱交換器用ヒートパイプと、
前記熱交換器との間で冷媒を循環させ、前記冷媒を冷却水により冷却する凝縮器と、
前記凝縮器との間で前記冷却水を循環させ、前記冷却水を空冷する冷却塔と、
吸熱部が外気の前記冷却塔内の冷却水への流路に位置し、放熱部が地中に埋設された又は地下水に触れる、冷却塔用ヒートパイプと、
を有する冷却システム。 A heat exchanger capable of cooling the outside air flowing into the room,
A heat pipe for a heat exchanger in which a heat absorption part is located in a flow path to the heat exchanger of outside air, and a heat radiation part is embedded in the ground or touches groundwater;
A condenser for circulating a refrigerant between the heat exchanger and cooling the refrigerant with cooling water;
A cooling tower for circulating the cooling water between the condenser and air-cooling the cooling water;
A heat pipe for the cooling tower, wherein the heat absorption part is located in a flow path to the cooling water in the cooling tower of the outside air, and the heat radiating part is buried in the ground or touches the ground water,
Having a cooling system.
請求項1に記載の冷却システム。 The cooling system according to claim 1, wherein the hydraulic fluid of the heat exchanger heat pipe has a boiling point of 25 ° C. or more and 35 ° C. or less under atmospheric pressure.
請求項1又は2に記載の冷却システム。 Cooling system according to claim 1 or 2 further comprising a deliverable pump hydraulic fluid of the heat radiating portion of the heat exchanger heat pipe to the heat absorbing portion of the heat exchanger heat pipe.
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