(57)【要約】　　　（修正有）【課題】水蒸気圧縮冷凍機内に備えた圧縮機の損傷原因を解消し、水質管理のためのドレンブロー量を削減する技術を提供する。【解決手段】水蒸気圧縮冷凍機１４は、蒸発器１４ａ、圧縮機１４ｂ及び凝縮器１４ｃを備えている。該蒸発器１４ａは補給水ラインＬに介設した用水処理装置１５からの補給水１６及び循環水１７を冷水１４ｄとして導くと共に、当該冷水１４ｄの一部を蒸発させる。前記凝縮器１４ｃは前記圧縮機１４ｂで加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔１８から導いた冷却水１９で冷却し凝縮する。前記用水処理装置１５は、前記補給水１６に含まれるカルシウムなどのスケール成分を除去すること、純水処理又は蒸留水処理することによって前記圧縮機１４ｂの損傷原因を解消し、また前記循環水１７の水質管理のためのドレンブロー量を削減する。【選択図】図１
2004132664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環水に導く蒸発器、圧縮機及び凝縮器から構成された水蒸気圧縮冷凍機と、前記循環水に補給水を導く補給ラインとでなる構成において前記補給ラインに用水処理装置を配備したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システム。
【請求項２】
前記用水処理装置は、イオン交換樹脂を用いて塩化ナトリウム濃度比を制御する軟水器及び／又は塩化ナトリウム添加装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システム。
【請求項３】
前記用水処理装置は、逆浸透膜又は限外ろ過膜を用いた膜分離装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システム。
【請求項４】
前記用水処理装置は、イオン交換樹脂、逆浸透膜、電気透析膜のいずれかの手段を用いた純水製造装置、蒸留水製造装置、又は透過気化法による水製造装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機の蒸発器に補給する用水について、例えば、軟水化処理及び純水又は蒸留水処理を行う水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種、水蒸気圧縮冷凍機のポンプ式循環冷房システムは、例えば、図２に示すような構成であった。これについて説明すれば、１は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器１ａ、圧縮機１ｂ及び凝縮器１ｃを備えている。該蒸発器１ａは往き管２及び帰り管３を備えており、該往き管２にはポンプ４を介在させ前記往き管２及び帰り管３の循環冷水を熱交換器１１及び１２を介して流送し、建物等の冷房機能を果している。そして、蒸発器１ａは補給水５及び該循環冷水を導入すると共に前記圧縮機１ｂの運転によって低圧に保持しつつ当該循環冷水の一部を蒸発させる。
該凝縮器１ｃは該圧縮機１ｂで加圧され高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔６からポンプ９を介して導いた冷却水７で冷却し凝縮する。図中、８は該凝縮器１ｃに於ける水蒸気及び水に含まれていた空気の一部を排出するための真空ポンプ、１０は前記凝縮器１ｃからの冷却水を前記冷却塔６に流送するためのポンプである。
また、この種の従来技術としては、当特許出願人が先に特許出願を行い出願公開された特開２００２−１８１４０３号に係る技術がある。これについて説明すれば、当該技術は、水蒸気圧縮冷凍機の冷熱及び純水又は清浄水取出しシステムであって、該水蒸気圧縮冷凍機が、蒸発部、圧縮機及び凝縮部を備え、該蒸発部は氷濃縮器から循環水を導くと共に該圧縮機の運転によって、低圧に保持しつつ当該循環水の一部を蒸発させる。また、該水蒸気圧縮冷凍機は、前記蒸発部の出力側に氷濃縮器を介して、蓄熱槽や清浄水貯槽を配した構成であって、該蓄熱槽又は清浄水貯槽から純水又は冷水を取出すものである。そして、前記循環水に直接に補給水を導入した構成であり、この補給水が例えば塩類濃度約２０００ｍｇ／ｌの下水処理水等である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は叙上のような構成であるので、次の課題が存在した。
すなわち、従来の技術に於けるシステムでは、水蒸気圧縮冷凍機１の蒸発器１ａで水が蒸発して、残りの循環水が徐々に濃縮し、該循環水の塩類濃度が高くなり、水蒸気圧縮冷凍機１や循環系の熱交換器１１、１２に悪影響を及ぼすような水質になると、ドレンバルブ１３を開け、該循環水を排出し、補給水５を補給することで、水質管理がなされてきた。この場合、当該循環水のドレン水量が多く省資源化や省エネルギー化に反するばかりか、当該水蒸気圧縮冷凍機１の運転効率が下がることとなった。
尚、これまでの水蒸気圧縮冷凍機システムに於ける水質管理では、例えば、濃縮水の全蒸発残留物資（ＴＤＳ）などを約５０００ｍｇ／Ｌとしているため、補給水５を上水とするとその全蒸発残留物質（ＴＤＳ）は約２００ｍｇ／Ｌであるため、約２５倍程度濃縮されて利用されている。
【０００４】
また、前述した特開２００２−１８１４０３号に係る技術によれば、水蒸気圧縮冷凍機による純水または冷水を取出するシステムに導入する補給水の用水処理がされていないので、該水蒸気圧縮冷凍機の圧縮機に流入する水蒸気にスケール成分が包含し、該圧縮機の機能に弊害を与える等の問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水蒸気圧縮冷凍機に用水処理装置を備え、該用水処理装置により補給する用水を軟水化処理及び純水又は蒸留水処理並びに循環冷水の一部又は全量を軟水化等処理することを特徴とした水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムを提供することを目的としたものであって、次の構成、手段から成立する。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、循環水に導く蒸発器、圧縮機及び凝縮器から構成された水蒸気圧縮冷凍機と、前記循環水に補給水を導く補給ラインとでなる構成において前記補給ラインに用水処理装置を配備したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムである。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、前記用水処理装置は、イオン交換樹脂を用いて塩化ナトリウム濃度比を制御する軟水器及び／又は塩化ナトリウム添加装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムである。
【０００８】
請求項３記載の発明によれば、前記用水処理装置は、逆浸透膜又は限外ろ過膜を用いた膜分離装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムである。
【０００９】
請求項４記載の発明によれば、前記用水処理装置は、イオン交換樹脂、逆浸透膜、電気透析膜のいずれかの手段を用いた純水製造装置、蒸留水製造装置、又は透過気化法による水製造装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムに於ける実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムに於ける実施の形態の一例を示す構成図である。
【００１２】
１４は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器１４ａ、圧縮機１４ｂ及び凝縮器１４ｃを備えている。該蒸発器１４ａは補給水ラインＬに介設した用水処理装置１５からの補給水１６及び循環水１７、１７を冷水１４ｄとして導くと共に、前記圧縮機１４ｂの運転によって低圧に保持しつつ当該冷水１４ｄの一部を蒸発させる。該圧縮機１４ｂは当該蒸発器１４ａから導入された水蒸気を所定の条件で加圧する。前記凝縮器１４ｃは前記圧縮機１４ｂで加圧されかつ高温になった水蒸気を導入し、これを外部に設置した冷却塔１８から導いた冷却水１９で冷却し凝縮する。２０は真空ポンプであり、該凝縮器１４ｃに蓄積された水蒸気及び水に含まれていた空気の一部を排出する。
【００１３】
図中、２１ａ、２１ｂはそれぞれ冷却水ポンプであり、前記冷却塔１８から凝縮器１４ｃへ冷却水１９を流送する。
【００１４】
尚、前記補給水１６は、海水、河川水、下水処理水、排水処理水、工業水または上水等各種の水が適用される。
【００１５】
前記冷却塔１８は、前記水蒸気圧縮冷凍機１４の付帯設備であり、前記凝縮器１４ｃから導かれた冷却水１９を冷却水ポンプ２１ａで流送する。そして、該冷却塔１８は冷却水１９を冷却ポンプ２１ｂで前記凝縮器１４ｃへ導入する。また、前記冷却塔１８は前記凝縮器１４ｃに於いて、水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水１９の熱を大気に放出する機能を有する。
２２は冷水管であって、その経路には冷水１４ｄが前記蒸発器１４ａからポンプ２２ａ、２２ａで流送され、建物の各階層に設置された熱交換手段としての熱交換器２３、２３を介在させている。そして、冷水管２２の一端は前記蒸発器１４ａの出力端に連結され、その他端は熱交換器２３、２３を介して前記蒸発器１４ａの入力端に接続している。
【００１６】
尚、図中２４は、冷水管２２の最下部に設置したドレン弁であって、冷水管２２内の冷水１４ｄを一部放出する機能を有する。
【００１７】
次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムに於ける実施の形態の動作等について説明する。
前記水蒸気圧縮冷凍機１４の圧縮機１４ｂが運転すると、該蒸発器１４ａからの冷水１４ｄが冷水管２２に流送される。ここで、建物の各階の被空調室を冷房すべく熱交換手段２３として熱交換器に冷房用幅射パネルを用いれば、蒸発器１４ａからの冷水１４ｄの水温を例えば１８℃とし、該冷水１４ｄと凝縮器１４ｃの冷却水１９の水温差を小さくすることで水蒸気圧縮冷凍機１４を高効率で運転することができる。
試算によれば、該水蒸気圧縮冷凍機１４の出口冷却水水温を３４℃とすると、冷水１４ｄの水温１８℃から、その水蒸気圧縮冷凍機１４の該単体の成績係数８〜１０程度となる。本発明のシステムでは、熱交換手段２３としての冷房用幅射パネルに送る冷水１４ｄは水蒸気圧縮冷凍機１４の蒸発器１４ａ内で冷却したものであり、該冷水１４ｄが冷房に利用される。
【００１８】
ここに於いて、前記用水処理装置１５等について説明する。
図１は水蒸気圧縮冷凍機システムにおける水蒸気圧縮冷凍機１４の蒸発器１４ａへの補給水１６の用水処理装置１５と冷水１４ｄの一部をドレン弁２４で排出するドレンブローの関係を示しており、この用水処理装置１５は二つの方法によって用水処理される。すなわち、その一つは水蒸気圧縮冷凍機１４の圧縮機１４ｂに悪影響を与えないように用水処理し、冷水１４ｄを排水するドレンブローによる量を削減して水質管理を行うものである。すなわち、ドレンブローによる水質管理の場合に於いて、当該用水処理装置１５は、イオン交換樹脂を用いて塩化ナトリウム濃度比をコントロールする軟水器及び／又は塩化ナトリウム添加装置や逆浸透膜又は限外ろ過膜を利用しスケール成分を分離除去する膜分離装置が適用される。また、他の一つは、当該ドレンブローによる水質管理を必要としない場合であって、該用水処理装置１５はイオン交換樹脂、逆浸透膜、電気透析膜のいずれかの手段を用いた純水製造装置、若しくは蒸留水製造装置、又は透過気化法による水製造装置が適用される。
【００１９】
本発明による用水処理システムは、水蒸気圧縮冷凍機１４に悪影響を与えないように、最終的には水の蒸発により濃縮する循環水１７又は冷水１４ｄ若しくは水蒸気に付随するスケール成分の割合をコントロールするものである。そして圧縮機１４ｂを傷めるスケール成分としては、カルシウム化合物質が良く知られている。イオン交換樹脂を用いて塩化ナトリウム濃度比をコントロールする軟水器及び／又は塩化ナトリウム添加装置では、陽イオン交換樹脂に予め付加されたナトリウムイオンと用水又は補給水１６に含まれるカルシウムイオンを置換することにより、水蒸気圧縮冷凍機１４の蒸発器１４ａに供給する用水又は補給水１６中のナトリウム化合物とカルシウム化合物の割合を例えば１０：１に調節することで、濃縮水が飛散しても圧縮機１４ｂを傷めない循環水１７又は冷水１４ｄとするものである。
この構成によれば、圧縮機１４ｂを傷めない濃縮水の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）の濃度を約５，０００ｍｇ／ｌとし、補給水１６をＮａＣｌ濃度が約５０ｍｇ／ｌの上水とすると、１００倍程度濃縮で利用できる。
【００２０】
また、逆浸透膜を利用してスケール成分を分離除去する逆浸透膜処理手段としての膜分離装置は、通常に於いて分子量５００以下の化合物質を分離対象とする装置であるが、スケール成分を膜により分離するか、又はナトリウム化合物とカルシウム化合物の透過性の異なりを利用した膜分離が適用できる。この逆浸透膜処理手段では上水を処理した場合、カルシウム化合物濃度を０〜２ｍｇ／ｌ程度、ナトリウム化合物濃度を０〜２０ｍｇ／ｌ程度とすることができ、処理水は約２５０倍〜約５００倍程度濃縮で利用できる。
【００２１】
更に、限外ろ過膜を利用しスケール成分を分離除去する処理としての膜分離装置は逆浸透膜処理より大きな分子量例えば分子量５００以上の化合物分離に適用される装置であるが、カルシウム化合物質などのスケール成分が他の汚れ成分などと一体化している場合、スケール成分の除去に適用できるものである。
そしてこの装置によればドレン弁２４によるブロー水量をこれまでのシステムに比べ約１／４〜１／２０程度に大幅に削減できることが判明した。
【００２２】
また、水蒸気圧縮冷凍機１４への補給水１６を純水又は蒸留水処理し、ドレン弁２４のブローによる水質管理をほとんど必要としない場合、この用水処理装置１５には、前述したようにイオン交換樹脂手段を利用した純水製造装置、逆浸透膜処理手段を利用した純水製造装置、電気透析膜手段を利用した純水製造装置、蒸発法を利用した蒸留水製造装置又は透過気化法による水製造装置がある。
そして、イオン交換樹脂手段を利用した純水製造装置は、あらかじめＨ＋が付加された陽イオン交換樹脂とＯＨ−が付加された陰イオン交換樹脂により用水を処理することで、用水又は補給水１６中のプラスイオンとマイナスイオンをＨ＋とＯＨ−に交換し、最終的にはＨ２０（純水）とするものである。また、逆浸透膜処理手段による純水製造装置は、用水又は補給水１６中に含まれる溶質を膜分離するもので、例えば海水の淡水化に用いられる逆浸透膜手段によれば、塩化ナトリウム排除率が約９０〜９９％のものすなわち高純水となる。その処理される純水の質は、用いられる逆浸透膜手段の性能に依存する。
【００２３】
また、電気透析膜を利用した純水製造装置は、用水又は補給水１６中においてイオン化した無機物がある場合、この用水又は補給水１ｂを陽電極と陰電極を有する容器に導入し、該電極に電流を流すと、陽イオンまたは陰イオンだけを選択的に通過、停止または交換できる膜すなわちイオン交換膜を用いて仕切りを設けることで、イオン種と水分を分離することができる。そして、蒸発法を利用した蒸留水製造装置では、水蒸発法として加熱蒸発、水蒸気圧縮などにより蒸留水を得ることができる。
更に、透過気化法による水製造装置は水蒸気を通すが液体の水は通さないいわゆる透過気化膜で容器を仕切り、その片側に用水を入れ、水蒸気のみを通過させ蒸留水に近い水を得るものである。
【００２４】
この水蒸気圧縮冷凍機１４の補給水１６を純水又は蒸留水処理するシステムは、水蒸気圧縮冷凍機１４の蒸発器１４ａに純水または蒸留水などを供給することで、循環水１７や冷水１４ｄの濃縮が非常に緩やかとなり、ドレン弁２４によるブロー水管理をほとんど必要としないものである。
ただし用水や補給水１６の水質によっては数年に一回程度の濃縮された冷水１４ｄをブロー排水することもある。
尚、本発明によるシステムでは、前記補給水１６の代わりに前記循環水１７の一部又は全量を前記用水処理装置１５に通水してもよく、この場合は水蒸気圧縮冷凍機１４の蒸発器１４ａ及び冷水管２２などを循環している冷水１４ｄの一部または全量を前述した手段で用水処理をすることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムは叙上の構成、及び動作を有するので次の効果を奏する。
【００２６】
請求項１記載の発明によれば、循環水に導く蒸発器、圧縮機及び凝縮器から構成された水蒸気圧縮冷凍機と、前記循環水に補給水を導く補給ラインとでなる構成において前記補給ラインに用水処理装置を配備したことを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムを提供する。
このような構成としたので、水蒸気圧縮冷凍機の蒸発器に供給する用水又は補給水を用水処理装置によって、軟水化処理及び純水処理又は蒸留水処理を行うと共に、本システムを流通する循環水又は冷水の一部又は全量も併せて軟水化処理等を行い、該水蒸気圧縮冷凍機の濃縮水の飛散による圧縮機への損傷を防止する効果がある。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、前記用水処理装置は、イオン交換樹脂を用いて塩化ナトリウム濃度比を制御する軟水器及び／又は塩化ナトリウム添加装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムを提供する。
このような構成としたので、用水処理装置を簡易な手段、すなわち軟水器や塩化ナトリウム添加装置で構成したので、前記請求項１記載の発明の効果に加えて、ドレンブローによる水質管理を極めて適切なものとする効果がある。
【００２８】
請求項３記載の発明によれば、前記用水処理装置は、逆浸透膜又は限外ろ過膜を用いた膜分離装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムを提供する。
このような構成としたので、用水処理装置を簡易な手段、すなわち膜分離装置で構成したので、特に塩化ナトリウムを添加せずに用水又は補給水中のカルシウム等の大きいスケール成分を除去することができ、前記請求項１記載の発明の効果に加えて、更に、冷水管の腐食を防止する効果がある。
【００２９】
請求項４記載の発明によれば、前記用水処理装置は、イオン交換樹脂、逆浸透膜、電気透析膜のいずれかの手段を用いた純水製造装置、蒸留水製造装置、又は透過気化法による水製造装置でなることを特徴とする請求項１記載の水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムを提供する。
このような構成としたので、特に、前記請求項１記載の発明の効果に加えて、ドレンブローによる水質管理を必要としないシステムにも好適となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の用水処理システムに於ける実施の形態を示す構成図である。
【図２】従来の技術に於ける水蒸気圧縮冷凍機のポンプ式循環冷房システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１４　水蒸気圧縮冷凍機
１４ａ　蒸発器
１４ｂ　圧縮機
１４ｃ　凝縮器
１４ｄ　冷水
１５　用水処理装置
１６　補給水
１７　循環水
１８　冷却塔
１９　冷却水
２０　真空ポンプ
２１ａ、２１ｂ　冷却水ポンプ
２２　冷水管
２２ａ　ポンプ
２３　熱交換手段（熱交換器）
２４　ドレン弁
【図１】
2004132664.tif 000003
【図２】
2004132664.tif 000004