(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の熱媒を建物のフロア間で循環させる熱媒循環システムであって、
前記熱媒の漏洩が忌避される禁水エリアに設置された各種の機器類と、該禁水エリアがあるフロアよりも下のフロアに設置された、該熱媒を加熱または冷却する調温機器との間で、該熱媒を循環させる熱媒循環経路と、
前記熱媒循環経路の頭頂部に設置されるヘッドタンクと、
前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路を流れる熱媒の圧力が大気圧よりも負圧になるように、前記ヘッドタンクの気相部のガスを吸引する吸引手段と、を備える、
熱媒循環システム。
【請求項２】
前記ヘッドタンクは、前記禁水エリア内に設置される、
請求項１に記載の熱媒循環システム。
【請求項３】
前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内で最下部の経路を流れる熱媒の圧力が、大気圧よりも負圧になるように圧力を調整しながら、該熱媒を循環させる循環手段を更に備える、
請求項１または２に記載の熱媒循環システム。
【請求項４】
前記冷温水循環システムが据え付けられる建物内で各フロアを挿通するように上下に立設され、前記気相部のガスを吸引する吸引配管を介して該気相部と連通する、前記冷温水循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路が保有する水量を収容可能な大きさの耐圧配管を更に備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の熱媒循環システム。
【請求項５】
前記禁水エリアよりも低い位置に設置されると共に、前記気相部のガスを吸引する吸引配管を介して該気相部と連通し、前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路が保有する水量を収容可能な大きさの回収タンクを更に備える、
請求項１から４の何れか一項に記載の熱媒循環システム。
【請求項６】
前記調温機器は、前記熱媒循環システムが据え付けられる建物の各フロアを循環して空
調用の冷熱または温熱を供給する熱媒と前記熱媒との間で熱交換を行う熱交換器である、
請求項１から５の何れか一項に記載の熱媒循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンタ等の情報処理設備や各種の電気設備、或いは水との劇的な反応が懸念される物質を扱う設備といった、水の漏洩が忌避されるエリアで通水される熱交換器等の機器や管、弁、蛇口などの資材、或いは冷却水の通水を必要とする製造設備類といった各種の機器類は、内部を流通する液体の熱媒の漏洩を防止するための様々な措置が講じられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、水冷電算機よりも低い位置にスパイラル型水―水熱交換器を設置し、配管系統に亀裂や腐食による孔等が生じた場合はこの熱交換器内に水を回収するシステムが開示されている。また、特許文献２には、床暖房パネルよりも低い位置に設置した水槽の水を真空引きして床暖房パネルまで引き上げて循環経路内にサイフォンを形成し、配管系統に亀裂が生じた場合はサイフォンが切れることで循環経路内の水が水槽に回収されるシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１５０２９８号公報
【特許文献２】特公昭６３−５７７０１号公報
【特許文献３】特開２００８−２１５６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
循環経路の途中に設けたタンクに熱媒を回収させる構成を採る場合、タンクの設置位置やポンプの運転条件が絡み合うため、適用できる箇所が限られる。例えば、循環経路の途中に設けたタンクに熱媒を回収させる構成を採る場合、熱媒を循環させるポンプの吸込み圧力を確保することは難しい。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、禁水エリアにおける水の漏洩を防ぎつつポンプの吸込み圧力を十分に確保できる熱媒循環システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、熱媒が循環する経路の頭頂部に設置したヘッドタンクの気相部を大気圧よりも負圧にする。
【０００８】
詳細には、液体の熱媒を循環させる熱媒循環システムであって、前記熱媒の漏洩が忌避される禁水エリアに設置された各種の機器類と、該禁水エリアよりも低い位置に設置された、該熱媒を加熱または冷却する調温機器との間で、該熱媒を循環させる熱媒循環経路と、前記熱媒循環経路の頭頂部に設置されるヘッドタンクと、前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路を流れる熱媒の圧力が大気圧よりも負圧になるように、前記ヘッドタンクの気相部のガスを吸引する吸引手段と、を備える。
【０００９】
上記熱媒循環システムは、禁水エリアに設置された機器類へ熱媒を供給すべく、調温機器と機器類との間で熱媒を循環させる熱媒循環経路を備える。調温機器は、当該禁水エリ
アよりも低い位置に設置される。ここで、各種の機器類とは、空調機器や各種の器材、あるいは管材といった熱媒が流れる機器類をいう。上記熱媒循環システムが対象とする熱媒は、例えば、冷凍機で温度調節され、空調機に送られる冷温水やブライン、冷却塔で放熱され各種電算機や製造設備の放熱部の熱交換器に送られる冷却水等を例示できる。
【００１０】
ここで、上記熱媒循環システムは、熱媒循環経路の頭頂部にヘッドタンクを備えており、このヘッドタンクの気相部が負圧にされる。その圧力は、熱媒循環経路のうち少なくとも禁水エリア内の経路を流れる熱媒の圧力が大気圧よりも負圧になる圧力である。熱媒循環経路が正常な場合、ヘッドタンクの気相部が負圧でもヘッドタンク内の水位が上がることは無い。しかし、熱媒循環経路に亀裂等の異常が生じ、熱媒循環経路内が外と連通する状態になった場合、冷温水循環系路の圧力が上昇し、ヘッドタンク内に冷温水が流入する。この結果、熱媒循環経路内のうち少なくとも禁水エリア内の経路を流れる熱媒はヘッドタンク側に吸い上げられ、熱媒の漏洩が防止される。
【００１１】
このような熱媒循環システムであれば、熱媒循環経路に異常が生じた場合に、熱媒循環経路の禁水エリア内の熱媒がヘッドタンク側へ吸引されるため、熱媒を禁水エリアへ流出させることがなく、また、禁水エリアよりも十分に低い位置に熱媒を循環させるポンプを設置可能であるため、ポンプの吸込み側の圧力も確保できる。
【００１２】
なお、前記ヘッドタンクは、前記禁水エリア内に設置されるものであれば、熱媒循環経路の禁水エリア内の経路とヘッドタンクとの高低差がほとんど無いため、ヘッドタンクの気相部の真空度を僅かな大きさにすることができる。
【００１３】
また、前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内で最下部の経路を流れる熱媒の圧力が、大気圧よりも負圧になるように圧力を調整しながら、該熱媒を循環させる循環手段を更に備えるものであってもよい。循環手段が、圧力をこのように調整しながら動作することで、熱媒循環経路の禁水エリア内の経路を流れる熱媒の圧力が大気圧よりも高くなることが無くなり、漏水のリスクが更に低減する。
【００１４】
また、前記熱媒循環システムは、前記冷温水循環システムが据え付けられる建物内で各フロアを挿通するように上下に立設され、前記気相部のガスを吸引する吸引配管を介して該気相部と連通する、前記冷温水循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路が保有する水量を収容可能な大きさの耐圧配管を更に備えるものであってもよい。ヘッドタンク側へ吸い上げられた熱媒を回収する耐圧配管をこのように構成すれば、建物に通常設けられているユーティリティ配管を収めたシャフト内に耐圧配管を収めてスペースを有効に活用することができ、省スペース化を図ることができる。
【００１５】
また、前記熱媒循環システムは、前記禁水エリアよりも低い位置に設置されると共に、前記気相部のガスを吸引する吸引配管を介して該気相部と連通し、前記熱媒循環経路のうち少なくとも前記禁水エリア内の経路が保有する水量を収容可能な大きさの回収タンクを更に備えるものであってもよい。このように構成される熱媒循環システムであれば、熱媒循環配管に異常が発生した場合に熱媒が回収されるタンクを自由な位置に設置することができる。
【００１６】
また、前記調温機器は、前記熱媒循環システムが据え付けられる建物の各フロアを循環して空調用の冷熱または温熱を供給する熱媒と前記熱媒との間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。このように構成される熱媒循環システムであれば、各フロアを循環する熱媒と熱媒循環配管の熱媒とが流路的に隔離されるので、禁水エリアを複数のフロアに設定することが可能である。
【発明の効果】
【００１７】
禁水エリアにおける水の漏洩を防ぎつつポンプの吸込み圧力を十分に確保できる熱媒循環システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】冷温水循環システムの構成図である。
【図２】ヘッドタンクおよびその周辺部分を拡大した図である。
【図３】冷温水循環配管に亀裂が生じた場合の冷温水の流れを示す図である。
【図４】ヘッドタンクの接続位置を変えた冷温水循環システムの構成図である。
【図５】吸引配管に高低差がある場合のヘッドタンクおよびその周辺部分を拡大した図である。
【図６】第１変形例に係る冷温水循環システムの構成図である。
【図７】第２変形例に係る冷温水循環システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る冷温水循環システム１の構成を図１に示す。冷温水循環システム１は、図１に示すように、主循環配管２を流れる液体の熱媒としての水に含まれる冷温熱を、水の漏洩が忌避される禁水エリアとして設定されている上部フロア（禁水エリア）４に設置された各空調機器１３へ供給する設備であり、冷温水循環配管６やヘッドタンク７、熱交換器８、循環ポンプ９、圧力センサ１０、吸引配管１１を介してヘッドタンク７の気相部を大気圧よりも負圧にする後述の真空ポンプと繋がる吸引母管１２を備える。各空調機器１３から出る冷温排熱は主循環配管３へ送られる。
【００２０】
上部フロア（禁水エリア）４は、データセンタ等の情報処理設備や各種の電気設備、或いは水との劇的な反応が懸念される物質を扱った薬品庫といった、水の漏洩が忌避される禁水エリアである。各空調機器１３は、当該上部フロア（禁水エリア）４の空気と冷温水循環配管６を流れる水との間で熱交換を行うことにより上部フロア（禁水エリア）４の温度を調整する機器であり、ファンコイルユニットや水を熱源とするパッケージクーラ類で構成される。
【００２１】
冷温水循環配管６は、禁水エリアとして設定されている上部フロア（禁水エリア）４と、上部フロア（禁水エリア）４よりも下側にある下部フロア（下部エリア）５との間で水を循環させる経路を形成する。循環ポンプ９と熱交換器８は、水の漏洩が許容される下部フロア（下部エリア）５に据え付けられている。一方、ヘッドタンク７と空調機器１３は、水の漏洩が許容されない上部フロア（禁水エリア）４に据え付けられている。冷温水循環配管６を水が循環すると、調温機器としての熱交換器８から各空調機器１３へ冷温熱が伝わる。
【００２２】
ヘッドタンク７は、冷温水循環配管６の頭頂部に設置されるタンクである。ヘッドタンク７内で水位が保たれることにより、下部フロア（下部エリア）５に設置された循環ポンプ９の吸込み圧力が確保されることになる。すなわち、循環ポンプ９の吸込み側の圧力（ＮＰＳＨ）は、水頭圧力（ヘッドタンク７内の水面と循環ポンプ９との高低差による圧力）からヘッドタンク７内の気相部の圧力と冷温水循環配管６の圧力損失（冷温水が循環する際に各空調機器１３で生ずる抵抗分）を減算した値となる。よって、本実施形態に係る冷温水循環システム１であれば、循環ポンプ９の吸込み側の圧力を高くするのに有効なヘッドを循環ポンプ９よりも極めて高い位置にすることができるので、循環経路の途中に設けたタンクで配管破損時に水を回収する構成を採る従来技術に比べて優位であり、特に、上部フロア（禁水エリア）４と下部フロア（下部エリア）５の高低差が大きいような場合に好適である。なお、下部フロア（下部エリア）５は上部フロア（禁水エリア）４の直下階に限定されるものではなく、例えば、地下のフロアなど階を飛ばした下層でもよい。
【００２３】
また、ヘッドタンク７の上部には、吸引配管１１が接続されている。このため、ヘッドタンク７内の水位が正常な場合、ヘッドタンク７内の気相部が吸引配管１１を介して吸引母管１２と連通した状態となる。また、ヘッドタンク７内の水位が上昇して吸引配管１１の接続部にまで到達した場合、ヘッドタンク７内の冷温水が吸引配管１１を介して吸引母管１２へ流れ込むことになる。
【００２４】
なお、ヘッドタンク７には、タンク内の水位が低下した場合に備えて、冷温水を補給する給水経路を接続しておいてもよい。この場合、冷温水の補給は、手動弁の開閉操作等により手動で行われるようにしてもよいし、ボールタップ弁や水位センサと併用される電動弁等により自動で行われるようにしてもよい。なお、ヘッドタンク７内の液面は、水の蒸発を防ぐシリコンオイルで覆われるようにしてもよい。
【００２５】
熱交換器８は、いわゆるシェル＆チューブ式の熱交換器であり、主循環配管２から分流した水がチューブ側を通過した後に主循環配管３へ流れ、冷温水循環配管６内を循環する水がシェル側を流れることで熱交換が行われる。この熱交換器８は、主循環配管２や主循環配管３と冷温水循環配管６との間で熱交換を可能にしつつ流路を隔離する目的で設置されている。この熱交換器８によって両者間の流路が隔離されているため、冷温水循環配管６の水が減少あるいは喪失した場合でも、主循環配管２や主循環配管３の水が冷温水循環配管６内に流入しない。なお、熱交換器８は、このようなシェル＆チューブ式のものに限定されるものではなく、液体同士で熱交換可能なものであれば如何なる形式のものであってもよい。
【００２６】
循環ポンプ９は、冷温水循環配管６の経路上であって、熱交換器８の入口側に設けられている。循環ポンプ９は、インバータによる回転数制御により容量を変更できる可変容量型のポンプである。循環ポンプ９は、上部フロア（禁水エリア）４のヘッドタンク７の入口側に設けられた圧力センサ１０によって検出される冷温水の圧力が所定の圧力（以下、所定第一圧力という）となるように容量を調整する。この所定第一圧力とは、禁水エリア内の冷温水循環配管に異常があっても水が漏れない圧力であり、例えば、冷温水循環配管のうち禁水エリア内の最下部であり且つポンプに最寄りの部分の冷温水の圧力が大気圧よりも負圧となる圧力である。
【００２７】
なお、循環ポンプ９は、インバータ制御による可変容量型のものに限定されるものではない。例えば、循環ポンプを一定の回転数で作動するものとし、循環ポンプの出口側に圧力調整弁を設ける構成を採ってもよい。この場合、循環ポンプの締め切り運転を防止するためにミニマムフローラインを設けることが好ましい。
【００２８】
主循環配管２は、冷温水循環システム１が据え付けられている建物内を上下に貫くように設けられている配管であり、熱媒としての水を各フロアに供給する。主循環配管２を流れる水は、建物の最下層階等に設置された図示しない冷凍機あるいはボイラーなどの熱生成設備から送られる。主循環配管３は、主循環配管２と同様、冷温水循環システム１が据え付けられている建物内を上下に貫くように設けられている配管であり、各フロアに供給された水を冷凍設備あるいはボイラー設備へ戻す。
【００２９】
なお、主循環配管２や主循環配管３を流れる冷温水は、冷凍設備で冷やされたものやボイラー設備で暖められたものに限定されるものではない。各空調機器１３が冷房運転のみを行う場合には、主循環配管２や主循環配管３を流れる水は、例えば、建物の屋上等に設置されたクーリングタワーで冷やす構成を採ってもよい。この場合、各空調機器１３を、冷凍機や冷却コイル、送風機等を一体にまとめたパッケージクーラとし、或いは、熱交換器８を、凝縮器側を主循環配管２の水が流れ、蒸発器側を冷温水循環配管６の水が流れる
冷凍機に代えてもよい。
【００３０】
吸引母管１２は、主循環配管２や主循環配管３と同様、冷温水循環システム１が据え付けられている建物内を上下に貫くように設けられている配管であるが、水等は流れていない。吸引母管１２は、負圧になるため、例えば、ＳＴＰＧ管（圧力配管用鋼管）等で構成する。吸引母管１２は、冷温水循環配管６内の冷温水を収容可能な容量の配管であり、冷温水循環配管６が破損した場合には冷温水を回収するタンクとしての役割を果たす。なお、十分な回収容量を確保するべく、吸引母管１２の最下部にタンク等を設置してもよい。
【００３１】
吸引母管１２は、建物の最下層階等に設置された図示しない真空ポンプと繋がっており、吸引母管１２内が大気圧よりも負圧になるように調整されている。吸引母管１２内が真空ポンプによって所定の圧力（以下、所定第二圧力という）に保たれているため、吸引配管１１を介して連通するヘッドタンク７の気相部もこれと同じ圧力になる。なお、真空ポンプを水から保護したい場合には、真空ポンプを吸引母管１２の頭頂部に繋げるのがよい。また、真空ポンプは、圧力センサによって自動的に発停することにより、吸引母管１２内が所定第二圧力に保たれるようにする。
【００３２】
なお、この所定第二圧力とは、冷温水循環配管６のうち禁水エリアである上部フロア（禁水エリア）４内の経路を流れる冷温水の圧力が大気圧よりも負圧になるときのヘッドタンク７内の気相部の圧力であり、例えば、冷温水循環配管６が破損した場合にヘッドタンク７内の水位が上がって水が吸引母管１２へ流入し得る圧力である。具体的には、例えば、次のようにして決定する。図２は、ヘッドタンク７およびその周辺部分を拡大した図である。ヘッドタンク７と吸引母管１２とを連絡する吸引配管１１のうち最も高い位置と冷温水循環配管６のうち上部フロア（禁水エリア）４内で最も低い位置との高低差をΔＨとする場合、所定第二圧力は、ゲージ圧表示で−ΔＨｍＡｑよりも負圧とする。例えば、ΔＨが０．５ｍ未満であれば、所定第二圧力は、ゲージ圧表示で−０．５〜−１ｍＡｑ程度にする。
【００３３】
この冷温水循環システム１は、ヘッドタンク７と吸引配管１１を介して連通する吸引母管１２内が所定第二圧力に保たれているため、上部フロア（禁水エリア）４内で冷温水循環配管６に亀裂や破断が生じても上部フロア（禁水エリア）４内で水が漏洩しない。図３は、冷温水循環配管６に亀裂が生じた場合の水の流れを示す。ヘッドタンク７の気相部が所定第二圧力に保たれているため、冷温水循環配管６に亀裂が生じると、この亀裂から空気が吸引されるのでヘッドタンク７内の水位が上昇し、水が吸引母管１２へ流れる。冷温水の吸引母管１２への流れは、水のサイフォンが切れるまで、換言すると、冷温水循環配管６の亀裂と吸引母管１２との間が空気で連通するまで続く。このため、水が冷温水循環配管６の亀裂から上部フロア（禁水エリア）４内へ漏れ出すことが無い。なお、冷温水循環配管６に異常が生じると、圧力センサ１０の計測値が上がるため、圧力センサ１０の計測値を所定第一圧力になるように制御している循環ポンプ９は回転数が低下し或いは停止する。
【００３４】
一般的に、配管が瞬時に破断することは稀であり、通常は、破断前に亀裂が生じる。上記冷温水循環システム１であれば、冷温水循環配管６に亀裂が生じた場合、ヘッドタンク７の水位が上昇し始める。そこで、ヘッドタンク７の水位を水位センサ等で監視し、水位が上昇した際に警報を発信するようにすれば、配管の異常を早期に知ることができる。
【００３５】
なお、ヘッドタンク７と冷温水循環配管６は、図４に示すように下部フロア（下部エリア）５内で接続してもよいし、或いは上部フロア（禁水エリア）４内で最も低い位置に接続してもよい。ヘッドタンク７と冷温水循環配管６とをこのような位置で接続しておけば、冷温水循環配管６に亀裂が生じた場合に、冷温水循環配管６から吸引母管１２へ流れる
水のサイフォンが切れにくくなるので、上部フロア（禁水エリア）４内の冷温水循環配管６の水が確実に回収され、水が亀裂から上部フロア（禁水エリア）４内へ漏れ出すことが無い。
【００３６】
ところで、吸引配管１１に勾配や高低差がある場合、前記所定第二圧力は、次のようにして決定する。図５は、吸引配管１１に高低差がある場合のヘッドタンク７およびその周辺部分を拡大した図である。吸引配管１１に高低差がある場合は、吸引配管１１のうち最も高い位置と冷温水循環配管６のうち上部フロア（禁水エリア）４内で最も低い位置との高低差をΔＨとして前記所定第二圧力を決定する。
【００３７】
なお、上記冷温水循環システム１は、ヘッドタンク７を吸引母管１２と連通させ、冷温水を吸引母管１２内に回収するようにしていたが、以下のようにしてもよい。図６は、本変形例に係る冷温水循環システム１’の構成を示す。この冷温水循環システム１’は、吸引母管１２の代わりに、下部フロア（下部エリア）５に回収タンク１４を備えている。回収タンク１４は、吸引配管１１’を介してヘッドタンク７の気相部と連通しており、冷温水循環配管６のうち少なくとも上部フロア（禁水エリア）４の冷温水を回収できる容量を有する。回収タンク１４には、真空ポンプ１５が繋がっており、回収タンク１４内の圧力が所定第二圧力に保たれている。このように構成される冷温水循環システム１’であれば、吸引母管１２を設ける必要が無いため、吸引母管１２を設けることができないような建物にも据付可能である。なお、吸引母管１２と回収タンク１４とを併用し、回収タンク１４を下部フロア（下部エリア）５よりも更に下層の階に設置するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記冷温水循環システム１は、１つのフロアを禁水エリアとして設定していたが、複数のフロアを禁水エリアとして設定してもよい。図７は、本変形例に係る冷温水循環システム１”の構成を示す。図７に示すように、冷温水循環システム１”は、第２フロア１６から第４フロア１８までの３つのフロアについて設定されている禁水エリアに冷温水を供給する。冷温水循環システム１”は、既述した構成機器が複数のフロアにそれぞれ設置されているだけなので、その詳細は省略するが、冷温水循環配管６や循環ポンプ９、熱交換器８やヘッドタンク７が各フロアに設置されている。既述した冷温水循環システム１との相違点は、禁水エリアが設定されている第２フロア１６と第３フロア１７に防水壁１９が設置されている点にある。この防水壁１９は、禁水エリアと熱交換器８や循環ポンプ９が設置されるエリアとを隔離する防水壁であり、熱交換器８や循環ポンプ９が設置されているエリアで冷温水の漏洩が生じた場合に禁水エリアに水が流れないようにするものである。このように構成される冷温水循環システム１”であれば、連続する複数のフロアについて禁水エリアを設定することが可能である。また、上記冷温水循環システム１は、上述した空調機器１３のみならず、弁やコイル状に加工された管端部などの資材を循環するシステムにも適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１，１’，１”・・冷温水循環システム
２，３・・主循環配管
４・・上部フロア（禁水エリア）
５・・下部フロア（下部エリア）
６・・冷温水循環配管
７・・ヘッドタンク
８・・熱交換器
９・・循環ポンプ
１１、１１’・・吸引配管
１２・・吸引母管
１３・・空調機器
【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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