(57)【要約】【課題】  被冷却体である熱媒体の沸点温度より冷却体である大気温度の方が高くても、水の蒸発潜熱等を利用せずに空冷により熱媒体の蒸気を冷却することができるようにする。【解決手段】  冷却水Ｗ１′の熱を吸収する熱媒体Ｍを収容する吸熱部２と、前記冷却水Ｗ１′の熱を吸収して前記吸熱部２で沸騰又は蒸発した熱媒体Ｍの蒸気を冷却する放熱部６とを備えた冷却装置１であって、前記放熱部６は、前記熱媒体Ｍの蒸気を螺旋状に流し、発生する遠心力により前記熱媒体Ｍの蒸気を断熱圧縮して温度上昇させる放熱用コイル６ａを備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水の熱を吸収する熱媒体を収容する吸熱部と、前記冷却水の熱を吸収して前記吸熱部で沸騰又は蒸発した熱媒体の蒸気を冷却する放熱部とを備えた冷却装置であって、前記放熱部は、前記熱媒体の蒸気を螺旋状に流し、発生する遠心力により前記熱媒体の蒸気を断熱圧縮して温度上昇させる放熱用コイルを備えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記冷却装置は、前記放熱用コイルに外気を通風して前記放熱用コイルを冷却する冷却ファンを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記放熱用コイルの出口側に設けられ、前記熱媒体の蒸気を断熱膨張させて冷却、凝縮させる冷却凝縮用チャンバを更に備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却装置は、前記放熱用コイルの入口側に設けられ、前記放熱用コイルに流入する前記熱媒体の蒸気圧力が設定値を超えたら開放されると共に前記熱媒体の蒸気圧力が設定値以下になったら閉止されるバルブを更に備えていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記放熱用コイルは、前記放熱用コイル内を流れる前記熱媒体の蒸気の比重に遠心力による重力加速度を乗じたときに、前記熱媒体の蒸気の状態圧力を超える相対遠心加速度が得られるように、コイル半径と前記熱媒体の蒸気の流速が設定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の冷却装置。
【請求項６】
前記放熱部は、適宜のコイル半径に形成した複数の放熱用コイルを並列配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記吸熱部は、熱媒体を貯蔵する熱媒体容器の内部空間を仕切り壁により二つに仕切り、一方の空間を熱媒体を貯蔵して蒸発させる蓄圧チャンバとすると共に他方の空間を前記放熱部から排出されて凝縮された液状の熱媒体を貯蔵する貯蔵チャンバとし、前記仕切り壁に、前記貯蔵チャンバ内の液状の熱媒体を前記蓄圧チャンバ内へ戻す逆止弁を設けた構成としたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にビルや工場等の空調システムに用いられる冷却水を冷却するための冷却装置に係り、特に、冷却水の温度調整のために使用する冷却塔の代替をし得る冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビルや工場等に設置した空調システムにおいては、冷凍機で用いられる冷却水の温度を低下させるために冷却塔が使用されている。この冷却塔は、通常、ビルの屋上等、外気と接触する屋外の場所に設置されている。
【０００３】
前記冷却塔は、ポンプによって冷凍機との間を冷却水が循環するように設けられている。冷却塔で冷却された冷却水は、冷凍機の凝縮器に送られて冷媒ガスと熱交換を行う。また、冷媒ガスとの熱交換により吸熱した冷却水は、再び冷凍機から冷却塔に戻されて冷却されてから、再度冷凍機へと送られて使用される。
【０００４】
前記冷却塔は、冷却水の蒸発潜熱を利用する冷却装置であり、典型的には冷却用のファンを用いて強制的に水を蒸発させることによって冷却水の温度を低下させている。例えば、開放式の冷却塔では、外気（ファンによって生じた気流）と接触させて冷却水の一部を蒸発させており、約３７℃の冷却水の約１％を蒸発させることによって、残りの冷却水を約３２℃まで冷却することができる。
【０００５】
特開平０９−１４５１９４号公報（特許文献１）には、冷却塔を用いて冷却水を供給するように構成された吸収サイクル動作設備が記載されている。特許文献１に記載の設備では、冷却水の温度検出機構を設けて、冷却水の温度に基づいて冷却塔のファンの回転数を制御することによって、冷却水の温度を設定温度に調整している。
【０００６】
前記冷却塔は、冷却水の蒸発潜熱を利用する合理的な冷却装置であり、空調システムにおいて従前から広く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１４５１９４号公報
【特許文献２】特開昭４９−０２７９５４号公報
【特許文献３】特開昭６２−２７２８６０号公報
【特許文献４】実開昭６３−００７７５８号公報
【特許文献５】特公平０５−０３５３５５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、冷却塔は、外気の温度が低い場合や外気の湿度が高い場合等には、冷却塔での蒸発による水蒸気の白煙が発生するという問題がある。冷却塔は屋外に設置されていることが多く、白煙が発生する状況は好ましくないことがある。
【０００９】
また、冷却塔では、多量の冷却水の強制的な蒸発によって冷却が行われるので、蒸発した水及び冷却塔からの飛散により失われる水を常に補給する必要がある。このため、特に冷却水に上水を使用する都市部では、水の補給コストが大きな負担となる。
【００１０】
更に、冷却塔で繁殖したレジオネラ菌が冷却水と共に飛散し、周辺の人々に重大な被害を及ぼすことがある。
【００１１】
更に、冷却塔は、冷却源として水を必要としているため、災害時などに水が供給されない場合には、冷却設備の運転継続が困難になるという問題がある。
【００１２】
更に、冷却塔は、夏期のように大気温度が４０℃を超えるような場合には、冷却用のファンの通風だけでは、冷却水を冷却できないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、従来の冷却塔の代替として用いることができ、外気の温度に左右されず冷却水の冷却を好適に行うことができる冷却装置を提供することをその主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の一実施態様に係る冷却装置は、冷却水の熱を吸収する熱媒体を収容する吸熱部と、前記冷却水の熱を吸収して前記吸熱部で沸騰又は蒸発した熱媒体の蒸気を冷却する放熱部とを備えた冷却装置であって、前記放熱部は、前記熱媒体の蒸気を螺旋状に流し、発生する遠心力により前記熱媒体の蒸気を断熱圧縮して温度上昇させる放熱用コイルを備えていることに特徴がある。
【００１５】
ある実施形態において、前記冷却装置は、前記放熱用コイルに外気を通風して前記放熱用コイルを冷却する冷却ファンを更に備えていることが好ましい。
【００１６】
ある実施形態において、前記冷却装置は、前記放熱用コイルの出口側に設けられ、前記熱媒体の蒸気を断熱膨張させて冷却、凝縮させる冷却凝縮用チャンバを更に備えていることが好ましい。
【００１７】
ある実施形態において、前記冷却装置は、前記放熱用コイルの入口側に設けられ、前記放熱用コイルに流入する前記熱媒体の蒸気圧力が設定値を超えたら開放されると共に前記熱媒体の蒸気圧力が設定値以下になったら閉止されるバルブを更に備えていることが好ましい。
【００１８】
ある実施形態において、前記放熱用コイルは、前記放熱用コイル内を流れる前記熱媒体の蒸気の比重に遠心力による重力加速度を乗じたときに、前記熱媒体の蒸気の状態圧力を超える相対遠心加速度が得られるように、コイル半径と前記熱媒体の蒸気の流速が設定されていることが好ましい。
【００１９】
ある実施形態において、前記放熱部は、適宜のコイル半径に形成した複数の放熱用コイルを並列配置することが好ましい。
【００２０】
ある実施形態において、前記吸熱部は、熱媒体を貯蔵する熱媒体容器の内部空間を仕切り壁により二つに仕切り、一方の空間を熱媒体を貯蔵して蒸発させる蓄圧チャンバとすると共に他方の空間を前記放熱部から排出されて凝縮された液状の熱媒体を貯蔵する貯蔵チャンバとし、前記仕切り壁に、前記貯蔵チャンバ内の液状の熱媒体を前記蓄圧チャンバ内へ戻す逆止弁を設ける構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の冷却装置によれば、白煙を出さず、また、運転コストを安価にしながら外気の温度に関係なく冷却水を適切に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置を備える空調システムを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却装置を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る冷却装置の要部（放熱部、冷却ファン及び冷却凝縮用チャンバ等）を示す模式図である。
【図４】アンモニア水のアンモニア濃度と１気圧のときの沸点との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態に係る冷却装置の一部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１は本発明の一実施形態に係る冷却装置１を備える空調システム１００の構成を示し、当該空調システム１００は、本実施形態に係る冷却装置１と、冷却装置１から冷却水Ｗ１が供給される冷凍機２０と、冷凍機２０から冷水Ｗ２が供給される空調機３０とを備えている。
【００２５】
前記空調システム１００において、本実施形態の冷却装置１は、図１に示す冷却塔４０の代替の冷却装置１として設けることができるものであり、冷却塔４０は必須ではない。但し、空調システム１００は、冷却装置１と冷却塔４０との両方を備え、必要に応じて、冷却装置１と冷却塔４０との両方又は一方を冷却水Ｗ１′の冷却に用いるように構成されていても良い。冷却塔４０は屋外に設置される一方で、冷却装置１は、冷却水Ｗ１が密閉されており飛散も蒸発もないため、屋内に設置することも可能である。
【００２６】
また、前記冷却装置１は、冷凍機２０との間に冷却水Ｗ１の循環経路を形成している。具体的には、冷却装置１で冷却された冷却水Ｗ１は、冷却水用ポンプ５０によって冷凍機２０の凝縮器６０に送られ、ここで、フロンガスなどの冷媒ガスと熱交換を行う。そして、冷媒ガスの冷却により昇温した冷却水Ｗ１′が冷却装置１へと戻され、再度冷却される。冷凍機２０入口での冷却水Ｗ１の温度は例えば約３２℃であり、冷凍機２０出口での冷却水Ｗ１′の温度は例えば約３７℃である。
【００２７】
更に、前記冷凍機２０は、上記の凝縮器６０に加えて、冷媒ガスを圧縮・高温化して凝縮器６０へと送る圧縮機７０と、凝縮器６０で液化した冷媒ガスが供給される蒸発器８０とを備えている。冷凍機２０は、蒸発器８０において、熱交換器の内部を流れる冷水Ｗ２を冷却するように構成されている。冷凍機２０で生成された冷水Ｗ２は、負荷である空調機３０へと送られ、空調のために使用される。また、空調機３０で使用された冷水Ｗ２は、冷凍機２０に戻され、再度冷却される。空調機３０に送られる冷水Ｗ２の温度は例えば５℃以下であり、冷水用ポンプ９０によって冷凍機２０と空調機３０との間を循環する。
【００２８】
そして、本実施形態に係る冷却装置１は、図２に示す如く、冷却対象である昇温した冷却水Ｗ１′の熱を吸収する熱媒体Ｍを収容した吸熱部２と、吸熱部２で蒸発した熱媒体Ｍ（以下、熱媒体Ｍの蒸気と呼ぶことがある）を吸熱部２の上方へと誘導する上向ダクト３と、上向ダクト３の中を上昇してきた熱媒体Ｍの蒸気を下向へと反転させるターンダクト４と、ターンダクト４から排出された熱媒体Ｍの蒸気が流入する熱媒体蒸気用チャンバ５と、ターンダクト４から排出されて熱媒体蒸気用チャンバ５を通過した熱媒体Ｍの蒸気を冷却する放熱部６と、放熱部６を空冷により冷却する冷却ファン７と、放熱部６の入口側（ターンダクト４の下流側端部）に設けたバルブ８（例えば、圧力開放バルブや電磁弁等）と、放熱部６からの熱媒体Ｍの蒸気を断熱膨張させて冷却、凝縮させると共に凝縮した熱媒体Ｍを一旦貯蔵する冷却凝縮用チャンバ９と、冷却凝縮用チャンバ９に貯蔵された熱媒体Ｍを吸熱部２へ戻すための下降配管１０とを備えている。
【００２９】
本実施形態において、吸熱部２に収容される熱媒体Ｍとしては、低沸点の熱媒体Ｍが用いられており、具体的には、アンモニアと水との混合物（以下、アンモニア水と呼ぶことがある）が用いられている。また、アンモニア水としては、約２３ｗｔ％（重量％）〜約３０ｗｔ％濃度のアンモニア水が用いられている。
【００３０】
図４は、アンモニア水のアンモニア濃度（ｗｔ％）と、１気圧のときの沸点（℃）との関係を示すグラフである。図４からも判るように、アンモニア水は、アンモニア濃度によって沸点が異なり、アンモニア濃度が高いほど沸点は低くなる傾向がある。グラフから判るように、約２３ｗｔ％〜約３０ｗｔ％濃度のアンモニア水は、その沸点が約３０℃〜約４０℃となる。一例をあげると、工業的に入手しやすい約２５ｗｔ％濃度のアンモニア水の沸点は、約３８℃である。
【００３１】
従って、冷却装置１に導入された例えば３５℃〜４５℃の冷却水Ｗ１′からの放熱によって、上記濃度のアンモニア水を沸騰させることが可能であり、また、アンモニア水の蒸発潜熱を冷却水Ｗ１′から奪うことによって、冷却水Ｗ１′の温度を例えば３０℃〜４０℃にまで下げることができる。アンモニア水は、上記のようにアンモニア濃度を選択することによって沸点を変更することができ、また、化学的にも安定しているため、冷却水Ｗ１の冷却に適している。
【００３２】
熱媒体Ｍとして使用するアンモニア水のアンモニア濃度は、導入される冷却水Ｗ１′の温度等を考慮して適宜選択されて良いが、例えば、約２５ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の濃度のアンモニア水を用いて、約３５℃〜約４０℃の冷却水Ｗ１′を約３０℃〜３５℃に冷却することができる。より具体的には、約２５ｗｔ％〜約２８ｗｔ％の濃度のアンモニア水を用いて、約３８℃〜約４０℃（入口温度３９℃設定）の冷却水Ｗ１′を約３０℃〜約３２℃（出口温度３１℃設定）に冷却することができる。
【００３３】
次に、本実施形態に係る冷却装置１の構成を詳述する。
【００３４】
前記冷却装置１は、図２に示す如く、吸熱部２を取り囲み、内部を昇温した冷却水Ｗ１′が流出入するように構成された冷却水容器１１を備えている。冷却水容器１１は、吸熱部２の外側において、冷却水Ｗ１′，Ｗ１が流出入できるように冷却水流入管１２と、冷却水流出管１３とを備えている。
【００３５】
吸熱部２は、熱媒体Ｍを貯蔵する熱媒体容器２ａの内部空間を仕切り壁２ｂにより二つに仕切り、一方の空間を熱媒体Ｍを貯蔵して蒸発させる蓄圧チャンバ２Ａとすると共に他方の空間を放熱部６から排出されて凝縮された液状の熱媒体Ｍを貯蔵する貯蔵チャンバ２Ｂとし、前記仕切り壁２ｂに、貯蔵チャンバ２Ｂ内の液状の熱媒体Ｍを蓄圧チャンバ２Ａ内へ戻す逆止弁２ｃを設けた構成となっている。
【００３６】
また、吸熱部２を形成する熱媒体容器２ａの蓄圧チャンバ２Ａには、冷却水容器１１内の冷却水Ｗ１′と接する複数のフィン２ｄが設けられている。このフィン２ｄは、熱伝導率が高い金属、例えば銅から形成される。
【００３７】
仕切り壁２ｂに設けた逆止弁２ｃは、蓄圧チャンバ２Ａから貯蔵チャンバ２Ｂへの熱媒体Ｍの逆流を防止しており、蓄圧チャンバ２Ａ内の熱媒体Ｍの蒸気圧力上昇によりバルブ８（例えば、圧力開放バルブ）が開となると、蓄圧チャンバ２Ａと貯蔵チャンバ２Ｂ内の圧力が均一となり、貯蔵チャンバ２Ｂに貯蔵されていた熱媒体Ｍが蓄圧チャンバ２Ａへ戻される。
【００３８】
上向ダクト３は、吸熱部２の熱媒体容器２ａの上壁に蓄圧チャンバ２Ａ内に連通する状態で接続されており、蓄圧チャンバ２Ａ内で蒸発した熱媒体Ｍの蒸気を吸熱部２の上方へと誘導するものである。
【００３９】
ターンダクト４は、逆Ｕ字型に曲げられており、一端部が上向ダクト３の上端部に連通状に接続されている。このターンダクト４は、熱媒体Ｍの蒸気の流れ方向を下向に反転させるものである。
【００４０】
熱媒体蒸気用チャンバ５は、上方から下方へ行くに従って漸次外径が大きくなる円錐状に形成されており、ターンダクト４の他端部に連通状に接続されてターンダクト４から排出された熱媒体Ｍの蒸気が流入するようになっている。
【００４１】
放熱部６は、熱媒体Ｍの蒸気を螺旋状に流し、発生する遠心力により熱媒体Ｍの蒸気を断熱圧縮して温度上昇させる放熱用コイル６ａを備えている。この放熱部６は、放熱用コイル６ａで熱媒体Ｍの蒸気を断熱圧縮して温度上昇させ、熱媒体Ｍの蒸気の温度を外気の温度よりも高温にすることによって熱媒体Ｍの蒸気の空冷による放熱を容易にするものである。
【００４２】
放熱用コイル６ａは、断面形状が円形の配管を螺旋状に巻くことによって形成されており、放熱用コイル６ａ内を流れる熱媒体Ｍの蒸気の比重に遠心力による重力加速度を乗じたときに、熱媒体Ｍの蒸気の状態圧力を超える相対遠心加速度（遠心力）が得られるように、コイル半径と熱媒体Ｍの蒸気の流速が設定されている。ここで、コイル半径とは、螺旋状の放熱用コイル６ａの中心から放熱用コイル６ａを形成する配管の軸線までの距離をいう。
【００４３】
尚、前記相対遠心加速度（遠心力ｍ／ｓ２）は、次式により得られる。
ＲＣＦ＝１．１１８×１０−５×Ｎ２×ｒ
ここで、ＲＣＦ：相対遠心加速度（遠心力）×ｇ、Ｎ：回転数ｒｐｍ、ｒ：回転半径ｃｍ（コイル半径）である。
また、回転数Ｎ（ｒｐｍ）は、次式により得られる。
Ｎ＝Ｖ／２Ｃπ
ここで、Ｖ：風速（ｍ／分）、２Ｃπ：コイル円周長である。
即ち、
ＲＣＦ＝１．１１８×１０−５×Ｎ２×ｒ
＝１．１１８×１０−５×Ｖ２／４Ｃπ２
となり、相対遠心加速度（遠心力）は、風速の二乗に比例し、回転半径に反比例することが分かる。
【００４４】
また、放熱部６は、適宜のコイル半径に形成した複数の放熱用コイル６ａ、即ち、相対遠心加速度（遠心力）を容易に上昇させるためにコイル半径を小さくした複数の放熱用コイル６ａを並列状に配置して熱媒体Ｍの蒸気を流す構成としており、各放熱用コイル６ａの上端部が熱媒蒸気用チャンバ５にそれぞれ連通状に接続されていると共に各放熱用コイル６ａの下端部が冷却凝縮用チャンバ９にそれぞれ連通状に接続されている。コイル半径を小さくした複数の放熱用コイル６ａも、放熱用コイル６ａ内を流れる熱媒体Ｍの蒸気の比重に遠心力による重力加速度を乗じたときに、熱媒体Ｍの蒸気の状態圧力を超える相対遠心加速度（遠心力）が得られるように、コイル半径と熱媒体Ｍの蒸気の流速が設定されていることは勿論である。
【００４５】
下記の表１は放熱用コイル６ａの曲率ｒ／Ｄと放熱用コイル６ａ内を流れる熱媒体Ｍの蒸気の風速ｍ／秒を一定にしたときの遠心力等を表した表である。尚、ｒは放熱用コイル６ａの中心から放熱用コイル６ａを形成する配管の軸線までの距離、また、Ｄは放熱用コイル６ａを形成する配管の内径である。
【００４６】
【表１】
2020165558.tif 000003
【００４７】
表１からも明らかなように、放熱用コイル６ａは、コイル半径を小さくした方が相対遠心加速度（遠心力）が上昇することが判る。
【００４８】
放熱部６を冷却する冷却ファン７は、放熱部６を形成する放熱用コイル６ａと対向状に配設されており、放熱用コイル６ａに外気を通気して放熱用コイル６ａを空冷により冷却するものである。この冷却ファン７は、２つ以上を設けても良い。
【００４９】
放熱部６の入口側（ターンダクト４の下流側端部）に設けたバルブ８は、放熱用コイル６ａに流入するターンダクト４内の熱媒体Ｍの蒸気圧力が設定値を超えたら自動的に開放されると共に熱媒体Ｍの蒸気圧力が設定値以下になったら自動的に閉止されるようになっている。このバルブ８は、放熱部６の放熱用コイル６ａ内を流れる熱媒体Ｍの蒸気の流速を維持するために開閉操作される。このバルブ８には、従来公知の圧力開放バルブ、或いは、ターンダクト４若しくは蓄圧チャンバ２Ａに設置された圧力計若しくは圧力スイッチからの信号で開閉される電磁弁等が使用されている。
【００５０】
放熱部６の出口側に設けた冷却凝縮用チャンバ９は、放熱部６の各放熱用コイル６ａの下端部に連通状に接続されており、放熱部６からの熱媒体Ｍの蒸気を断熱膨張させて冷却、凝縮させると共に凝縮した熱媒体Ｍを一旦貯蔵するものである。この冷却凝縮用チャンバ９は、その下端部側がすり鉢状に形成されており、液化した熱媒体Ｍを適切に収集することができる。
【００５１】
冷却凝縮用チャンバ９の下方に設けた下降配管１０は、上向ダクト３よりも小径に形成されており、上端部が冷却凝縮用チャンバ９のすり鉢状の上端部に連通状に接続されていると共に下端部が吸熱部２の貯蔵チャンバ２Ｂに連通状に接続されている。
【００５２】
尚、吸熱部２、上向ダクト３、ターンダクト４、熱媒体蒸気用チャンバ５、放熱部６の放熱用コイル６ａ、冷却凝縮用チャンバ９、下降配管１０等の、アンモニア水又はアンモニア水の蒸気と接する部材については、アンモニアとの反応性の低い材料、例えば、ステンレスから形成することが好適である。
【００５３】
以上の構成において、冷凍機２０において温度上昇した冷却水Ｗ１′は、複数のフィン２ｄが設けられて熱交換性が向上した吸熱部２に接するようにして、冷却水流入管１２から冷却水容器１１へと流入する。流入した冷却水Ｗ１′は、吸熱部２の内部に収容されたアンモニア水に熱を与え、アンモニア水を沸騰又は蒸発させる。尚、冷却水流入管１２は、冷却水Ｗ１′の熱が吸熱部２に効率的に伝わる限り、任意の場所に任意の態様で設けられていて良い。
【００５４】
このとき、アンモニア水の蒸発潜熱は比較的大きいので、アンモニア水の蒸発のために冷却水Ｗ１′は効果的に放熱する。そして、放熱した冷却水Ｗ１の温度は所定の温度に低下し、即ち、冷却されてから冷却水容器１１から回収される。冷却水容器１１から回収された冷却水Ｗ１は、冷却水流出管１３を介して冷凍機２０へと送られる。この過程において、冷却水Ｗ１′の冷却は、冷却水Ｗ１′の蒸発を伴わずに行われるため、白煙が発生することはない。尚、冷却水流出管１３は、吸熱部２によって冷却された冷却水Ｗ１を適切に取り出せる限り、任意の場所に任意の態様で設けられていて良い。
【００５５】
また、冷却水Ｗ１′を冷却する過程において、吸熱部２の蓄熱チャンバ２Ａでは、冷却水Ｗ１′からの放熱によってアンモニア水が加温されて沸騰又は蒸発し、液面上方にアンモニア水の蒸気（熱媒体Ｍの蒸気）が発生する。そして、発生したアンモニア水の蒸気は、吸熱部２の熱媒体容器２ａの上壁に連通接続された上向ダクト３を通って上方へと移動する。冷却水Ｗ１′の流量が１６６０ｍ3／ｈ、入口水温度が３９℃、冷却後温度が３１℃の場合、上向ダクト３の内径は例えば６５０ｍｍに設計され、上向ダクト３の内部を流れる熱媒体Ｍの蒸気の流速は例えば１５ｍ／ｓに設定される。
【００５６】
上向ダクト３を通って上方へ移動したアンモニア水の蒸気は、ターンダクト４によって下向きに流れを変える。このとき、ターンダクト４内のアンモニア水の蒸気圧力が設定値以下の場合には、バルブ８が閉止されているため、ターンダクト４内にアンモニア水の蒸気が漸次溜められて行き、ターンダクト４内のアンモニア水の蒸気圧力が上昇する。
【００５７】
ターンダクト４内のアンモニア水の蒸気圧力が設定値を超えたら、バルブ８が自動的に開放される。バルブ８の開放によりターンダクト４内のアンモニア水の蒸気は、熱媒体蒸気用チャンバ５に流入し、熱媒体蒸気用チャンバ５から放熱部６の各放熱用コイル６ａ内に勢い良く流入する。
【００５８】
尚、ターンダクト４内のアンモニア水の蒸気が排出され、ターンダクト４内のアンモニア水の蒸気圧力が設定値以下になったら、バルブ８が自動的に閉止される。
【００５９】
放熱部６の各放熱用コイル６ａ内に流入したアンモニア水の蒸気は、各放熱用コイル６ａ内を螺旋状に流れ、その間に発生する遠心力によりアンモニア水の蒸気が断熱圧縮されて温度上昇し、外気温度よりも高温になる。また、放熱部６の各放熱用コイル６ａは、冷却ファン７によって外側から冷却されており、放熱部６におけるアンモニア水の蒸気の冷却が促進される。このとき、各放熱用コイル６ａ内を流れるアンモニア水の蒸気温度は、外気温度よりも高温になっているため、空冷による放熱を容易にし、水噴霧したりしなくても、外気の通風のみで熱媒体Ｍの蒸気を冷却することができる。従って、放熱部６は、夏期のように大気温度が４０℃を超えるような場合でも、空冷による放熱が可能となる。
【００６０】
放熱部６の各放熱用コイル６ａで冷却されたアンモニア水の蒸気は、各放熱用コイル６ａから冷却凝縮用チャンバ９内に流入し、ここで断熱膨張して冷却、凝縮される。
【００６１】
冷却凝縮用チャンバ９内で冷却、凝縮して液化された液状の熱媒体Ｍ、即ち、アンモニア水は、冷却凝縮用チャンバ９のすり鉢形状の部分に一旦貯蔵される。この冷却凝縮用チャンバ９は、その下端部側がすり鉢状に形成されているため、加熱側となる冷却水Ｗ１′の温度変化などによって凝縮する熱媒量が変化したときにもこれに対応すると共に、熱媒体Ｍが少量であっても小径の下降配管１０の入口を容易に塞ぐことができ、下降配管１０に気泡が混入しないように機能する。
【００６２】
冷却凝縮用チャンバ９内に一旦貯蔵された液状のアンモニア水は、自重により、冷却凝縮用チャンバ９の下端に接続された下降配管１０を介して自然落下し、吸熱部２の貯蔵チャンバ２Ｂへと還流する。冷却水Ｗ１′の流量が１６６０ｍ3／ｈ、入口水温度が３９℃、冷却後温度が３１℃の場合、下降配管１０の内径は例えば１００ｍｍに設計され、下降配管１０の内部を流れるアンモニア水の流速は例えば１．１ｍ／ｓに設定される。
【００６３】
吸熱部２の貯蔵チャンバ２Ｂに還流されたアンモニア水は、貯蔵チャンバ２Ｂ内の熱媒体Ｍの貯蔵量が増えて貯蔵チャンバ２Ｂ内の圧力がバルブ８開放により蓄圧チャンバ２Ａと同圧になったときに、貯蔵された熱媒体Ｍの重量により逆止弁２ｃが自動的に開放されて貯蔵チャンバ２Ｂ内の熱媒体Ｍの一部が蓄圧チャンバ２Ａ内に戻る。
【００６４】
吸熱部２は、仕切り壁２ｂによってアンモニア水を沸騰させる蓄圧チャンバ２Ａと、還流したアンモニア水が下降配管１０から排出される貯蔵チャンバ２Ｂとに区画されているため、沸騰が行われる蓄圧チャンバ２Ａに対して、下降配管１０から比較的低温のアンモニア水が直接排出されることが防止されるので、効率的に沸騰を行い得る。
【００６５】
以上に説明したように、本実施形態の冷却装置１は、冷却水Ｗ１′の蒸発潜熱ではなく、低沸点熱媒体Ｍであるアンモニア水の蒸発潜熱を利用して冷却水Ｗ１′を冷却するように構成されている。これにより、従来の冷却塔４０とは異なり、ファンによる冷却水Ｗ１′の強制的な蒸発を行わずに済み、低温時や高湿度時における白煙の発生を防止することができる。
【００６６】
また、本実施形態の冷却装置１は、冷却水Ｗ１′が吸熱部２において吸熱により温度が下げられ、冷却水Ｗ１′の蒸発や装置からの飛散を伴わないため、冷却水Ｗ１′の補給を不要にすることができる。
【００６７】
更に、本実施形態の冷却装置１は、熱媒体Ｍの蒸気を冷却する放熱部６が、熱媒体Ｍの蒸気を螺旋状に流し、発生する遠心力により熱媒体Ｍの蒸気を断熱圧縮して温度上昇させる放熱用コイル６ａを備えているため、放熱用コイル６ａ内を流れる熱媒体Ｍの蒸気の温度が外気の温度よりも上昇することになり、その結果、空冷による放熱を容易にし、水噴霧したりしなくても、外気の通風のみで熱媒体Ｍの蒸気を冷却することができる。
【００６８】
次に、熱媒体Ｍの蒸気を遠心力により断熱圧縮して温度上昇させる場合の計算例について説明する。
【００６９】
コイル中を流れる気体を遠心力で圧縮させる場合、気体の圧力エネルギー以上の遠心力が必要となる。即ち、大気圧１ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、遠心方向に１ｋｇｆ／ｃｍ２以上の遠心力が働かないと、気体は圧縮できない。このため、圧縮対象気体が１ｋｇｆ／ｃｍ２以上となる遠心加速度を与える必要がある。
例えば、窒素ガスを例にとると、分子量２８、温度２７℃＝３００Ｋ（ケルビン度）、大気圧１ｋｇｆ／ｃｍ２とした場合、窒素ガスの比重は２８÷（２２．４リットル×３００÷２７３）≒１．１３７５ｇ／リットル＝１．１３７５ｋｇｆ／ｍ３であり、窒素ガス質量のみの圧力は１．１３７５ｋｇｆ／ｍ２となる。
１０，０００ｋｇｆ／ｍ２÷１．１３７５ｋｇｆ／ｍ２≒８７９１
窒素ガスに８７９１Ｇ以上の遠心加速度を与えれば、遠心方向への圧力は気体の圧力より大きくなり、窒素ガスは遠心方向に自重により断熱圧縮されて昇温することになる。
【００７０】
また、窒素ガスの断熱圧縮時の温度変化は、次式により得られる。
ΔＴ＝Ｔ１（αγ−１−１）
ここで、Ｔ１は圧縮前の気体の温度、ΔＴは変動温度、αは圧縮比（圧縮前の気体の体積／圧縮後の気体の体積）、γは比熱比（Ｃｐ／Ｃｖ）、Ｃｐは定圧比熱、Ｃｖは定容比熱、窒素ガスのγは１．４である。
温度２７℃（３００Ｋ）の窒素ガスに１０００Ｇの遠心加速度を与えた場合、窒素ガスの重量ｋｇは０．００１２５×１０００＝１．２５ｋｇｆ、圧縮比は１．２５となる。
従って、変動温度ΔＴは、
ΔＴ＝３００×（１．２５（１．４−１）−１）≒２８
となり、約２５％圧縮されると、２８℃の温度上昇となる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態による冷却装置１を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、図５に示す冷却装置１のように、熱媒体Ｍが収容された吸熱部２の内部を、冷却水流入管１２から流入した冷却水Ｗ１′が水平方向に往復するパイプに沿って流れた後、冷却水流出管１３から冷却水Ｗ１が流出するように構成されていても良い。このようにすれば、図２に示した冷却水容器１１を設けなくても良く、流入した冷却水Ｗ１′がパイプ外側のアンモニア水に熱を与えてアンモニア水を沸騰させると共に、アンモニア水の蒸発潜熱によりパイプ内を流れる冷却水Ｗ１′を冷却することができる。尚、図５には、吸熱部２の近傍のみを示しているが、図２に示した冷却装置１と同様の構成を有する放熱部６や冷却凝縮用チャンバ９等が設けられていることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の実施形態による冷却装置１は、ビル空調や工場で使用する冷却水Ｗ１′を冷却するために好適に利用される。
【符号の説明】
【００７３】
１    冷却装置
２    吸熱部
２ａ  熱媒体容器
２ｂ  仕切り壁
２ｃ  逆止弁
６    放熱部
６ａ  放熱用コイル
７    冷却ファン
８    バルブ
９    冷却凝縮用チャンバ
Ｍ    熱媒体
【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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