(57)【要約】【課題】  水冷媒を使用し且つ消費電力が低減される冷却装置を提供する。【解決手段】  冷却装置１は、熱媒が流動し水冷媒と熱交換する熱交換器２１１を内蔵する蒸発器２１と、水冷媒の熱量を大気に放出する凝縮器２４と、蒸発器２１で発生した水蒸気を圧縮する圧縮手段２２を有し蒸発器２１の出口と凝縮器２４の入口とが接続される第１配管２３と、凝縮器２４の出口と蒸発器２１の入口とが接続される第２配管２５と、で形成される水冷媒循環部１と、水冷媒循環部を真空圧にする真空手段３と、を有する冷却装置であって、真空手段３は、蒸発器２１に対して下方に接続され、且つ水冷媒が水冷媒循環部２の真空圧に対応する水頭差を形成する高さを有する第３配管３１と、水冷媒循環部２及び第3配管３１に給水する給水手段３３と、水冷媒循環部２と大気を連通可能にする排気手段３５と、水冷媒循環部の水冷媒を大気に開放する開放手段３４とを有する。【選択図】        図１
2007024488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒が流動し水冷媒と熱交換する熱交換器を内蔵する蒸発器と、前記水冷媒の熱量を大気に放出する凝縮器と、前記蒸発器で発生した水蒸気を圧縮する圧縮手段を有し前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とが接続される第１配管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とが接続される第２配管と、で形成される水冷媒循環部と、
前記水冷媒循環部を真空圧にする真空手段と、
を有する冷却装置であって、
前記真空手段は、
前記蒸発器に対して下方に接続され、且つ水冷媒が上記水冷媒循環部の真空圧に対応する水頭差を形成する高さを有する第３配管と、
前記水冷媒循環部及び前記第3配管に給水する給水手段と、
前記水冷媒循環部と大気を連通可能にする排気手段と、
前記水冷媒循環部の水冷媒を大気に開放する開放手段と、
を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記開放手段は、大気に開放する第１水槽と、前記第３配管の途中に設けられた開放弁とを含み、
前記圧縮手段は、ターボ圧縮機であると共に、
前記第３配管は、水の蒸発圧力に対応する水頭差を形成する高さを有し、
前記排気手段は、前記水冷媒循環部と大気とが連通可能に設けられる排気弁である
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記凝縮器は、
前記圧縮手段を有する前記第１配管を介して入口が前記蒸発器と接続され、且つ前記第２配管を介して出口が前記蒸発器と接続される冷媒コイルと、
前記冷媒コイルを水冷する散水手段、及び／又は前記冷媒コイルに送風する送風手段と、
を有す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】
前記水冷媒循環部は、前記水冷媒から非凝縮性ガスが放出されても、真空を維持可能な容積を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記水冷媒循環部と前記真空手段の少なくとも一部に加熱手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種機器から流出する被冷却流体を冷却する冷媒として水を使用し且つ水冷媒が循環する管路を真空配管とした冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種機械設備では、被冷却流体を、例えば１０〜３０℃に冷却することが行われている。特許文献１には、被冷却流体を２０℃〜２５℃程度の中低温域に冷却するための装置として、伝熱（冷却）パイプを複数層に重ねて形成した冷却部と冷却部に散水する散水装置及び冷却部に通風する冷却ファンとを有する密閉蒸発式冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有し且つこの順に冷媒を循環させる冷却器とを同一の筐体内に上下に一体的に設け、冷却部と蒸発器とを被冷却流体が通過するように接続し、被冷却流体をまず前記冷却部、次に前記蒸発器の順に通過させて外部に送り出すように設けるとともに、被冷却流体の温度によって冷却塔及び冷却器の運転、停止を制御する温度調節器を備えた冷却装置が提案され、実用化されている。この密閉型冷却装置では、冷却器が運転中でも冷却部に散水される水の温度は上昇しないので、冷却器運転時の消費電力を減少することができ、また必要に応じバイパス管を開いて冷却部を通らずに蒸発器を通過させ、圧縮機に切換弁を操作して冷凍サイクルを逆にし、蒸発器で加熱できるので、年間を通じて一定温度の被冷却流体を供給できるといった利点を有する。
【０００３】
現行の冷却装置においては、概ね、冷却性能と環境性の点から冷媒として代替フロン（例えばＨＦＣなどのオゾン層破壊係数（ＯＤＰ）がゼロである物質）が使用されているが、さらに地球温暖化係数（ＧＷＰ）の少ない自然冷媒（水、アンモニア、プロパン、二酸化炭素等）を使用した冷却装置が実用化されつつある。これらの自然冷媒のうちでは、ＧＷＰがゼロで環境性が優れておりまた毒性が無い水が最も有用であるが、水は、５℃における蒸発圧力が０．８７１８ｋＰａと他の自然冷媒（例えばアンモニアでは、５℃で５１５．８ｋＰａ）と比べて低い。そこで、水冷媒を使用した冷却装置では、真空条件下で冷却（冷凍）サイクルが実行されるので、真空運転での冷却効率（例えば成績係数：ＣＯＰ）を向上するための構造が検討されている。
【０００４】
例えば特許文献２には、蒸発器と凝縮器との間を２つの管路で連通して密閉循環ラインを構成するとともに、一方の管路内に圧縮機を収納し、他方の管路に調整弁を配置し、冷却冷媒として水を使用し、蒸発器内を温度５℃、圧力６．５ｍｍＨg（０．８ｋＰａ）〜温度３０℃、圧力３１．８ｍｍＨg（４．２ｋＰａ）の範囲とし、凝縮器内を温度１０℃、圧力９．２ｍｍＨg（１．２ｋＰａ）〜温度９０℃、圧力５２５．８ｍｍＨg（７０．１ｋＰａ）の範囲として熱交換を行うようにした冷却装置が記載されている。この冷却装置では、熱交換を行う際には、例えば、循環ラインの一部に排気ポートを設けて、この排気ポートに真空ポンプを接続して排気し、循環ライン内の圧力を略真空圧まで下げて水を蒸発器内に充填している。
【０００５】
特許文献３には、真空製氷部と吸収式冷凍機と冷却循環ラインを備えた真空製氷装置において、真空製氷部を、冷水の三重点圧力以下の圧力条件に維持され、供給された水の一部を蒸発させ、この水の蒸発による潜熱で残りの水の一部を凍結させる真空製氷容器と、真空製氷容器で蒸発した水蒸気を圧縮する圧縮機と、その内部に設けられた水蒸気冷却用熱交換器により真空製氷容器で蒸発した水蒸気を冷却して凝縮させる真空製氷部側凝縮器とで構成することが記載されている。この真空製氷器では、真空製氷部側凝縮器に真空ポンプを接続することにより、製氷器の内部を真空に維持している。
【０００６】
特許文献４には、水蒸気を導く蒸発器、圧縮機、補給水を取り入れた凝縮器から構成された水蒸気圧縮冷凍機と、この凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置において、冷水管の経路に冷水が凝縮器から流送され、建物の各階層に設置された冷水液面制御手段及び熱交換手段としての冷房用輻射パネルが介在され、冷水管の一端は凝縮器に連結され、その他端は冷水液面制御手段（ボールタップ式液面制御器）及び熱交換手段（熱交換用コイル）を介して水蒸気管に連結され、水蒸気管は熱交換手段及び冷水液面制御手段を介して冷水管に接続してあって、その上端は蒸発器の入力側に連結された水冷媒気化自然循環冷房システムが記載されている。この水蒸気圧縮冷凍機では、真空ポンプにより凝縮器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している。
【０００７】
【特許文献１】特公平５−７００６９号公報（第２〜３頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−２５７８１７号（第３−４頁、図１）
【特許文献３】特開平７−２８０４０１号（第５−６頁、図１）
【特許文献４】特開２００３−３２２４２３号（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水冷媒が使用される冷却装置では、循環配管ラインを真空にするために、特許文献２〜４に記載されているように、概ね真空ポンプを使用して排気することが行われている。また、凝縮された水を排出してその分だけ蒸発器に補給水を供給する形態の冷却装置によれば、補給水とともに侵入する空気などの非凝縮性ガスを排気する必要があり、真空ポンプが常時運転される。したがって、真空ポンプを常時運転することにより、冷却装置の全消費電力の１／３程度が消費されるので、その節減が望まれている。ここで、非凝縮性ガスとは冷却装置における温度と圧力のもとでは凝縮しないガスのことをいい、例えば補給水に溶け込んでいる空気、酸素、窒素、二酸化炭素などを示している。
【０００９】
また、真空ポンプが使用される冷却装置では、配管系内部に管内結露水がある時に真空ポンプを駆動すると、管内結露水が真空ポンプ内に侵入することによる故障が考えられる。
【００１０】
本発明の目的は上記の問題点を解消して、水冷媒を使用し且つ従来よりも消費電力が低減される冷却装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、上記の問題点を解消して、故障の少ない信頼性の高い水冷媒を使用する冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、熱媒が流動し水冷媒と熱交換する熱交換器を内蔵する蒸発器と、前記水冷媒の熱量を大気に放出する凝縮器と、前記蒸発器で発生した水蒸気を圧縮する圧縮手段を有し前記蒸発器の出口と前記凝縮器の入口とが接続される第１配管と、前記凝縮器の出口と前記蒸発器の入口とが接続される第２配管と、で形成される水冷媒循環部と、
前記水冷媒循環部を真空圧にする真空手段と、
を有する冷却装置であって、
前記真空手段は、
前記蒸発器に対して下方に接続され、且つ水冷媒が上記水冷媒循環部の真空圧に対応する水頭差を形成する高さを有する第３配管と、
前記水冷媒循環部及び前記第３配管に給水する給水手段と、
前記水冷媒循環部と大気を連通可能にする排気手段と、
前記水冷媒循環部の水冷媒を大気に開放する開放手段と、
を有することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において前記開放手段は、大気に開放する第１水槽と、前記第３配管の途中に設けられた開放弁とを含み、前記圧縮手段は、ターボ圧縮機であると共に、前記第３配管は、水の蒸発圧力に対応する水頭差を形成する高さを有し、前記排気手段は、前記水冷媒循環部と大気とが連通可能に設けられる排気弁であることが好ましい。
【００１３】
本発明において前記凝縮器は、前記圧縮手段を有する前記第１配管を介して入口が前記蒸発器と接続され、且つ前記第２配管を介して出口が前記蒸発器と接続される冷媒コイルと、前記冷媒コイルを水冷する散水手段と、前記冷媒コイルに送風する送風手段と、を有することが好ましい。
【００１４】
また本発明によれば、前記凝縮器は、前記圧縮手段を有する前記第１配管を介して入口が前記蒸発器と接続され、且つ前記第２配管を介して出口が前記蒸発器と接続される冷媒コイルと、前記冷媒コイルを水冷する散水手段と前記冷媒コイルに送風する送風手段の内いずれか一方、を有するようにすることもできる。
【００１５】
また、本発明において、前記水冷媒循環部は、前記水冷媒から非凝縮性ガスが放出されても、前記水冷媒循環部の真空を維持可能な容積を有することが望ましい。
【００１６】
また、本発明において、前記水冷媒循環部と前記真空手段の少なくとも一部に加熱手段を備え、冬期など外気温が０℃以下の状態で運転停止時などにおいて各機器の凍結を防止することが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水頭差を利用して水冷媒が循環する配管系を真空圧にし、且つ前記配管系が密閉配管で形成されているので配管系内の水冷媒の質量は維持される。したがって、蒸発器に補給水を給水する必要がなく補給水とともに侵入する非凝縮性ガスを排出するための真空ポンプを備える必要がないので消費電力を大幅に低減することができる。
また、本発明によれば真空を得るための真空ポンプ自体を備える必要がないので、前記配管系内部に管内結露が発生している場合であっても真空ポンプに結露水が侵入することによる故障の生じることのない信頼性の高い冷却装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる冷却装置を模式的に示す断面図である。冷却装置1は、例えば水道水などの水冷媒が破線矢印で示すように循環する水冷媒循環部2と、その水冷媒循環部２を真空にするための真空手段３とで構成されている。水冷媒循環部２は、そこに流入した水冷媒が蒸発する蒸発器２１と、その途中に圧縮手段２２が設けられた第１配管２３を介して蒸発器２１の下流側に設置された凝縮器２４と、凝縮器２４の出口２４２と蒸発器２１を密閉状態で接続する第２配管２５とが連結された密閉流路である。真空手段３は蒸発器２１の下方に接続される第３配管３１と、水冷媒循環部２及び真空手段３に給水する給水手段３３と、水冷媒循環部２に設けられた排気弁（排気手段）３５と、第３配管３１の端部に設けられた開放弁（開放手段）３４により構成される。水冷媒循環部２は真空手段３によって真空圧にされて、その後蒸発、圧縮、凝縮、膨張といった冷却サイクルが構成される。
【００１９】
この冷却装置の各部の詳細は次の通りである。
（水冷媒循環部）
蒸発器２１は、そこに流入した水冷媒が蒸発して、水蒸気が発生する密閉容器であり、その内部には、例えば熱媒（被冷却流体）が流動するコイル管で形成された熱交換器２１１が配設されている。水を冷媒とする場合、例えば５℃の水冷媒を得る利用温度帯では水を常温（５℃）で蒸発させる必要があるので水冷媒循環部２は５℃の水の蒸発圧力である０．８７１８ｋＰａとなるように設定されている。また、蒸発器２１の出口２１２は途中に圧縮手段２２が設けられた第一配管２３を介して凝縮器２４に接続されている。
【００２０】
本発明では水を冷媒として使用しており、水は単位容積当たりの冷却能力が低く、且つ高い圧縮比が必要となることから、圧縮手段２２にはターボ圧縮機が使用されることが好ましい。ターボ圧縮機は、羽根車の回転により、水蒸気にエネルギーを付与する（圧力を上昇させる）もので、例えば羽根車出口の子午面が回転軸に垂直な遠心式のターボ圧縮機（１段又は多段）を使用できる。また、後述する真空を得る際に、配管系内部の水冷媒をスムースに排出するために、図１に示すように圧縮手段２２は蒸発器２１の上部に配置され液溜まりが形成されないように設置されることが望ましい。
【００２１】
凝縮器２４は、その内部に収容された冷媒コイル２４３を有すると共に、その上方に送風機２４４と散水管２４５が設置された構造を有する。冷媒コイルの入口２４１は、第１配管２３に接続され、出口２４２は減圧・調整弁２６及び連結管２７を含む第2配管２５を介して蒸発器２１に接続されている。散水管２４５は、冷媒コイル２４３と対向する側に複数の散水孔（図示を省略）を有すると共に、下端側には散水ポンプ２４６が設けられている。この凝縮器２４には、先端にフロート２４７を有し且つ途中に補給弁２４８を有する補給管２４９が付設されている。
【００２２】
（真空手段）
第３配管３１は、蒸発器２１の下方に接続され、その先端は第１水槽３２を介して大気に開放されている。第３配管３１の中間部には水冷媒循環部２及び真空手段３に給水するために、給水弁３３１と給水管３３２からなる給水手段３３が設けられている。第３配管３１の開放側の端部近傍には水冷媒循環部２の内部の水冷媒を開放するために開放弁３４が設けられている。第３配管３１の長さは、水冷媒循環部２の内部を低真空領域の真空度が得られるような高さに水冷媒循環部２が設けられるように設定されている。具体的には蒸発器２１の内部の水冷媒の水面と、第1水槽３２の水面の水頭差ｈ１が約１０ｍ（蒸発温度を５℃とする場合、５℃の水の蒸発圧力に対応する１０．２４ｍ）に設定される。
【００２３】
冷媒コイル２４３、第１配管２３、第２配管２５及び第３配管３１を含む配管系を構成する材料としては、冷媒が水であることから耐食性を有する金属材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）を使用することが好ましい。また冷媒コイル２４３は、この種材料からなる蛇腹管で形成することができる。ガスケット材料（パッキン）としては、真空領域で使用されることから、機械的特性が優れているアクリルニトリルブタジエンゴムやクロロプレンゴムを使用する（使用温度は９０℃以下）ことが好ましい。
【００２４】
ここで、この冷却装置１による冷却の原理を図１及び図２を使用して説明する。図２は水を冷媒として使用して、蒸発温度５℃−凝縮温度４０℃の冷却サイクルを構成した場合のモリエル線図（圧力−比エンタルピ線図）を示しており、縦軸が圧力（ｋＰａ）、横軸が比エンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）である。図２における各区間、すなわち点Ａから点Ｂ間（第１区間）、点Ｂから点Ｃ間（第２区間）、点Ｃから点Ｄ間（第３区間）、及び点Ｄから点Ａ間（第４区間）はそれぞれ蒸発、断熱圧縮、凝縮、及び膨張の各工程に対応し冷却サイクルが構成される。各区間における水冷媒の状態の変化は次に示すとおりである。
【００２５】
（第１区間）
蒸発器２１には例えば５℃の水冷媒が充填されており、蒸発器２１を含む水冷媒循環部２は下記で説明する真空手段３の操作により５℃における水の蒸発圧力である０．８７１８ｋＰａの真空圧に設定される。このときの第1水槽の水面からの蒸発器２１内の水冷媒の上面までの高さｈ１は、大気圧と蒸発器２１内の圧力との差に相当する水圧が得られる１０．２４ｍとなる。水冷媒は図２の点Ａにおいて蒸発を開始し蒸発器２１で飽和蒸気線上の点Ｂの状態（飽和蒸気）になるまで等温変化する。前述した通り、本発明において、上記の真空圧は、蒸発器２１、圧縮機２２、凝縮器２４を含む水冷媒循環部２の内部を満水にして、蒸発器２１の下方に約１０ｍの高さを有するように設けられた第３配管３１から水冷媒循環部２の水冷媒を外部に排出することにより得られる。図２において点Ｂは飽和蒸気線上に記されているが、圧縮手段２２への水の浸入を防止するために過熱蒸気（図中  飽和蒸気線より右側）に設定されることが望ましい。
（第２区間）
点Ｂの状態の飽和蒸気は圧縮手段２２に送られ、圧縮手段２２により４０℃の水の蒸発圧力である７．３８５ｋＰａになるまで断熱圧縮され、点Ｃの状態（高温（約１９５℃）の過熱蒸気）となる。
（第３区間）
点Ｃの状態の過熱蒸気は、凝縮器２４により冷却されて７．３８５ｋＰａにおける飽和液線上の点Ｄの状態（完全に液化し４０℃の温水）となり、このとき蒸発器２１内の水冷媒の水面と第2配管内の水冷媒の水面との高さの差ｈ２は、５℃の場合と４０℃の場合の蒸気圧の差に相当する０．６６ｍとなる。図２において点Ｄは飽和液線上に記されているが、成績係数（ＣＯＰ）を向上させるためには過冷却水（図中  飽和液線より左側）に設定することが望ましい。
（第４区間）
点Ｄの状態の温水は、減圧・調整弁２６で５℃の水の蒸発圧力である０．８７１８ｋＰａに減圧され蒸発器２１に送られて点Ａの状態（５℃の湿り蒸気）となる。
以下この冷却サイクルが繰り返される。
【００２６】
上記のように構成された冷却装置を例えば次の（ａ）（ｂ）（ｃ）の手順で操作することにより、水冷媒循環部２を真空圧状態になし上記冷却サイクルを実行することができる。
（ａ）開放弁３４を閉弁して配管系（水冷媒循環部２）を大気に対して遮断した状態で、排気弁３５を開弁し、給水弁３３１を所定時間だけ開弁する。この操作より、給水管３３２から給水されて、配管系内の空気はすべて排気弁３５から大気中に放出され、且つ冷媒の水圧（例えば１０１．３２５ｋＰａ以上）により、配管系は満水状態となる。
【００２７】
（ｂ）配管系が満水状態になった後、給水弁３３１と排気弁３５を閉弁し且つ開放弁３４を開弁する。これらの閉弁と開弁の操作により、水冷媒循環部２は蒸発器２１の下方に接続された第３配管３１の端部を受け取る第１水槽３２を介して外部に開放される。このとき水冷媒の上方の水面は排気弁３５より降下し、上方の水面が第一水槽３２内の水面より約１０ｍの高さの位置まで降下した位置で水面の降下は停止する。この現象は、配管系内の水の圧力と大気圧が釣り合うために生じ、このとき水冷媒循環部２の密閉流路内部は低真空領域の真空状態となる。ここで得られる真空度は第一水槽３２内の水面と蒸発器２１との水頭差ｈに依存し、水頭差ｈ１を例えば１０．２４３ｍに設定すれば理論的には０．８７１８ｋＰａの真空となる。このとき、水冷媒に含まれる空気等の非凝縮性ガスが水冷媒循環部２に放出されるので、放出される非凝縮性ガスの分圧を低くしてその影響を小さくするために、水冷媒循環部２の内容積を十分大きくすることが望ましく、排気弁３５は第1配管２３から所定の高さを有するように配置することができる。
【００２８】
（ｃ）次いで、圧縮手段２２を駆動しながら蒸発器２１内の熱交換器２１１に外部機器４から排出された熱媒（例えば１２℃の被冷却水）を導入し且つ凝縮器２４に備わった送風機２４４と散水ポンプ２４６を駆動することにより、次のようにして、水冷媒の蒸発、圧縮、凝縮、膨張といった冷却サイクルが行われると共に、前記熱媒が冷却される。
【００２９】
蒸発器２１では、水が蒸発することにより（水の蒸発温度は５℃）、水蒸気（蒸気圧は０．８７１８ｋＰａ）が発生し、内部には５℃程度の冷水が溜まる。この水蒸気は、圧縮手段２２で圧縮されて（例えば７．３７５ｋＰａの圧力上昇が与えられる）、凝縮器２４に送られる。凝縮器２４においては、散水管２４５の上部から冷却コイル２４３に冷水が散布されてその蒸発潜熱で水冷媒が冷却されると共に、送風機２４４により導入された外気によっても冷却される。この場合、散水された冷却水は冷却パイプの外周面に水膜を作りながら順に下方の冷却パイプに落下し、冷却パイプ内の水冷媒が冷却される。冷却コイルに散布される冷水は補給管２４９から給水され、次いでストレーナ（図示を省略）などで挟雑物が除去された後、散水ポンプ２４６で汲み上げられる。そして最終的に水蒸気は冷却されて液化し、４０℃の温水となり、減圧・調整弁２６及び連結管２７を含む第２配管２５を通って減圧され蒸発器２１に戻る。
【００３０】
上記の冷却サイクルが繰り返される過程で、蒸発器２１においては、外部機器４から流入した被冷却水（例えば１２℃）は、上記で得られた水冷媒（例えば５℃）との熱交換により冷却されて（例えば７℃）、外部機器４に戻される。
【００３１】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係わる冷却装置を模式的に示す概略断面図であり、図１と同一機能部分は同一の参照符号で示しその説明を省略する。この冷却装置１’は、図１の凝縮器２４において、散水手段（散水管２４５、給水管２４９及びこれらの付属機器）を省略し、冷却コイル２４３を空冷した以外は、図１と同様の構造を有する。この構造によれば、凝縮器２４の部品点数を削減できるので、低コストの装置が得られる。またこの冷却装置１’によれば、水冷式のものよりも冷却能力はやや低下するが、冷却コイル２４３にスケールが付着しないので、保守点検が容易になるという利点がある。この冷却装置によれば、図１に示す冷却装置と同様の操作で運転を行うことができる。
【００３２】
なお、図１、図３の冷却装置は水冷媒を使用しているので、冬期など外気温が０℃以下になる運転停止時に水冷媒の凍結を防止する必要があり、蒸発器２１、圧縮手段２２、凝縮器２４及び各機器を接続する第１配管２３、第２配管２５で形成される水冷媒循環部２と、真空手段３の少なくとも一部に保温処理（断熱処理）を施すことが望ましい。さらに、上記の各装置が０℃以下になることを防止するための加熱手段（不図示）を備えることがより望ましい。
【００３３】
（実験例）
水冷媒循環部２と真空手段３を独立して作製し、それぞれの動作の確認試験を実施することにより本発明の冷却装置の動作を確認した。
まず、真空手段の動作確認試験について説明する。図４に示す真空手段の試験装置は、図１に示す冷却装置１から真空手段３のみを抜き出した試験装置である。すなわち、この試験装置は上部より排気弁３５’、仮想水冷媒循環部２’、第３配管３１、開放弁３４及び第１水槽３２により構成されており、第３配管３１の中間部に給水弁３３１を介して給水管３３２が接続されている。排気弁３５’の設置高さｈは第１水槽３２の水面より１３．４ｍ上方である。また、仮想水冷媒循環部２’には真空計３６が接続されている。
【００３４】
この試験装置を使用して次に示す手順で確認試験を実施した。
１．排気弁３５’と開放弁３４を開弁した状態で給水弁３３１を開弁して給水管３３４から、開放弁３４が完全に浸るまで第１水槽３２に給水する。
２．この状態で開放弁３４を閉弁して第３配管３２及び仮想水冷媒循環部２’が満水になるまで給水を続ける。このとき、第３配管３２及び仮想水冷媒循環部２’内の空気は排気弁３５’より大気に放出されるので排気弁３５’より下方の管内部は水のみで満たされる。
３．次いで、開放弁３４を開弁すると、その結果、排気弁３５’より下方の水は開放弁３４、第１水槽３２を介して外部に排出されるので、管内の水位は第１水槽３２に溜められた水の水面からｈ１の高さになるまで下降する。
４．このときの仮想水冷媒循環部２’の圧力と、第１水槽３２の水面から上方への水位ｈ１及び真空計３６の圧力値を確認する。
【００３５】
上記確認試験の結果、仮想水冷媒循環部２’の圧力は２ｋＰａ〜４ｋＰａとなり、真空圧力が得られること、及び、このときの水位ｈ２は１０．３３ｍ〜１０．５４ｍとなることが確認され、このとき水面付近において沸騰現象が確認された。このことから、真空ポンプを使用することなく常温（２７℃）で水を沸騰させるために必要な真空圧力が得られることを確認することができた。
【００３６】
次に、水冷媒循環部の動作確認試験について説明する。図５に示す試験装置は、図１に示す冷却装置の真空手段３の代わりに真空ポンプ３’を備え、また排気弁３５を省略している以外は図１に示す冷却装置と同様の構成である。本試験装置では、内容積が０．２１ｍ３で内部に水冷媒を貯留する蒸発器、圧縮機出力が２．２ｋＷの圧縮機、排気速度８．５ｍ３／ｈの真空ポンプ、及び凝縮熱量が４．８５ｋＷの凝縮器を使用して次に示す手順で確認試験を実施した。
１．蒸発器２１に水冷媒を入れた状態で真空ポンプ３’を駆動させて水冷媒循環部２を０．８７１８ｋＰａの真空にし、真空ポンプ３’を停止する。
２．圧縮機２２を駆動する。
３．蒸発器２１の内部の圧力及び水冷媒の温度を確認する。
【００３７】
上記の確認試験の結果、一旦真空ポンプ３’により水冷媒循環部２を０．８７１８ｋＰａの真空にすれば、圧縮機２２の運転を開始した後も真空状態が維持されること、また、蒸発器２１内部の水（０．２１ｍ３）は１７．０℃〜４．６℃に冷却されることが確認された。
【００３８】
上記した２つの確認試験の結果、水頭差を利用した真空手段を使用し、且つ水冷媒循環部を密閉配管で構成することによって、真空ポンプを全く使用する必要のない冷却装置が得られることが確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる冷却装置の概略断面図である。
【図２】水冷媒のモリエル線図（圧力−比エンタルピ線図（５−４０℃））である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる冷却装置の概略断面図である。
【図４】真空手段の確認試験装置を示す概略断面図である。
【図５】水冷媒循環部の確認試験装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、１’：冷却装置
２：水冷媒循環部、２’：仮想水冷媒循環部
２１：蒸発器、２１１：熱交換器
２２：圧縮手段（圧縮機）
２３：第1配管
２４：凝縮器、２４１：入口、２４２：出口、２４３：冷却コイル、２４４：送風機、２４５：散水管、２４６：散水ポンプ、２４７：フロート、２４８：補給弁、２４９：補給管
２５：第2配管
２６：減圧・調整弁
２７：連結管
３：真空手段、３’：真空ポンプ
３１：第3配管
３２：第1水槽
３３：給水手段、３３１：給水弁、３３２：給水管
３４：開放弁
３５、３５’：排気弁
４：外部機器
【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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