(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システム。
【請求項２】
水蒸気を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を備えかつ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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば建物の空調に輻射パネル等の熱交換手段を用いて、水蒸気圧縮冷凍機からの冷水により輻射冷房し、当該水蒸気圧縮冷凍機を高効率で運転させて、冷媒である冷水を気化させることにより自然循環させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の水蒸気圧縮冷凍機によるポンプ式循環冷房システムは、例えば、図３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内の循環冷水を流送し、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水塔６に流送するためのポンプである。
【０００３】
また、他の従来の技術について説明すると、当該従来の技術は、空調する建物例えば屋外や室外等の高所に冷熱源として蓄熱槽が設けられ、各被空調室内あるいは被空調領域に室内機としての空調機が設置されている。そして、前記蓄熱槽と当該空調機との間は重力式ヒートパイプで接続されており、この重力式ヒートパイプはフロン等の冷媒を使用し、この冷媒の相変化と重力とを利用することにより被空調室内の空調機と冷熱源との間を冷媒が流動して冷熱移動を行う。
そして、当該従来の技術に於いては、冷房運転時に被空調室内の熱負荷を空調機内の熱交換器で冷媒が液相から気相に変化し、上記重力式ヒートパイプ内を上昇して冷熱源の蓄熱槽に至る。そして、気相の冷媒は、該蓄熱槽内で冷却されて凝縮し、液相の冷媒が重力により上記重力式ヒートパイプ内を下降して当該空調機へ戻る動作を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術は叙上の構成であるので、次の課題が存在した。
（１）前者によれば、冷房システム内にポンプ４等を備え、この働きにより循環冷水を往き管２及び帰り管３へ流送する技術であるので、ポンプ４自体及びポンプ４等の設置工数や設置費用はもとより、ポンプを駆動する制御スイッチや搬送動力又は電気エネルギーが必要とされ、冷房システムが大規模化し、冷房システム全体の設置工数や設備費用又はランニングコストが増大するという問題点があった。
（２）後者によれば、フロン等の冷媒を使用するので、漏れ現象の惧れやそれに基づく冷媒充填が必要となり、これが大気に放出されることとなれば成層圏に於いて、紫外線に分解され塩素原子を生成して連鎖反応によりオゾン層を破壊する可能性や地球の温暖化を促進するという弊害があった。
そして、当該従来の技術では、フロン等の冷媒を使用しているので、間接熱交換となり蒸発器で製造された冷水を直接利用することができず、冷凍機の効率が低下するという欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、建物の空調に熱交換手段を使用すると共に、この熱交換手段内に於いて冷水が気化放熱した後、気化した水蒸気を水蒸気管にて流送させることにより当該冷水を自然循環させること、及び、水蒸気圧縮冷凍機を高効率で運転させる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、手段から成立するものである。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システムである。
【０００７】
請求項２記載の発明によれば、水蒸気を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を備えかつ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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システムである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムの実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態１】
図１は、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムの実施の形態１の一例を示す構成配置図である。
９は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器９ａ、圧縮機９ｂ及び凝縮器９ｃを備えている。該蒸発器９ａは補給水１０を取入れた冷水１１ａ及び水蒸気１１ｂを導くと共に、前記圧縮機９ｂの運転によって低圧に保持しつつ当該冷水１１ａの一部を蒸発させる。該圧縮機９ｂは当該蒸発器９ａ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９ｃは前記圧縮機９ｂ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１２から導いた冷却水１３で冷却し凝縮する。９ｄは真空ポンプであり該凝縮器９ｃ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。
図中、１３ａ、１３ｂはそれぞれ冷却水ポンプであり、前記冷却塔１２から凝縮器９ｃへ冷却水１３を流送する。
【００１０】
尚、前記補給水１０は、海水、河川水、下水処理水、廃水処理水、工業用水または上水等各種の水が適用される。
【００１１】
前記冷却塔１２は、前記水蒸気圧縮冷凍機９の付帯設備であり、前記凝縮器９ｃから導かれた冷却水１３を冷却水ポンプ１３ａで流送する。そして、該冷却塔１２は冷却水１３を冷却水ポンプ１３ｂで前記凝縮器９ｃへ導入する。また、前記冷却塔１２は前記凝縮器９ｃに於いて、水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水１３の熱を大気に放出する機能を有する。
【００１２】
１４は冷水管であって、その経路には冷水１１ａが前記蒸発器９ａ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１７及び熱交換手段１５としての冷房用輻射パネルを介在させている。そして、冷水管１４の一端は該冷水管１４の上部に位置する前記蒸発器９ａに連結され、その他端は水蒸気管１６に連結されている。該熱交換手段１５は熱交換コイルや汎用の熱交換器で構成してもよい。該水蒸気管１６は前記冷水管１４又は前記熱交換手段１５と接続してあって、その上端は前記水蒸気管１６の上部に位置する前記蒸発器９ａに連結している。
前記冷水液面制御手段１７は、例えばボールタップ方式液面制御器で構成されており、該ボールタップ方式液面制御器は、液相は前記熱交換手段１５に繋がれ、気相は前記水蒸気管１６に繋がれている。
【００１３】
前記冷水管１４は建物の最上階から最下階又は地階まで一連に垂下配管されており、前記冷水液面制御手段１７及び熱交換手段１５を介して前記水蒸気管１６が建物の最下階から最上階まで竪管として立設配管されるものである。そして、該冷水液面制御手段１７及び熱交換手段１５も建物の各階に設置されてなる。１８は複数又は単一で構成された絞り機構であって、前記熱交換手段１５に備えており、また、水蒸気の水蒸気管１６の流送量は調整弁等でなる該絞り機構１８を動作させることにより行う。
尚、図中、１９は冷水管１４の最下部に設置したドレン弁であって、冷水管１４内の冷水１１ａを一部放出する機能を有する。
【００１４】
次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒自然循環冷房システムの実施の形態１の動作について説明する。
【００１５】
前記水蒸気圧縮冷凍機９の圧縮機９ｂが運転すると、該蒸発器９ａが冷水１１ａを冷水管１４に流送させる。ここで、建物の各階の被空調室を冷房すべく熱交換手段１５として輻射パネルを用いれば、蒸発器９ａからの冷水１１ａの水温を例えば１８℃程度とし、該冷水１１ａと凝縮器９ｃの冷却水１３の水温差を小さくすることで水蒸気圧縮冷凍機９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９の出口冷却水水温を３４℃とすると、冷水１１ａの水温１８℃から、その水蒸気圧縮冷凍機９の該単体の成績係数は８〜１０程度となる。本発明のシステムでは、熱交換手段１５としての冷房用輻射パネルに送る冷水１１ａは水蒸気圧縮冷凍機９の蒸発器９ａ内で冷却したものであり、該冷水１１ａが冷房に利用される。
【００１６】
そして、該冷水１１ａが前記冷水管１４内を流送し、該冷水１１ａが熱交換手段１５としての冷房用輻射パネルに導入される際、前記冷水液面制御手段１７により冷房用輻射パネル内の水位が調節されていることにより、冷房用輻射パネル内に導入された冷水が冷房用輻射パネル内で蒸発することで気化熱が当該冷水１１ａから奪われ、冷水１１ａが冷却されて輻射冷房が行われることとなる。
尚、前記冷水液面制御手段１７に代えて各種の分配器を使用し、その取付位置を変えることにより水位の調節を行ってもよく、更に、制御弁や水圧調整機構を備えて当該冷房用輻射パネル内の水位を調整することができる。
【００１７】
また、熱交換手段１５としての冷房用輻射パネルまで重力により自然流下してきた冷水１１ａが輻射冷房され気化放熱して水蒸気となり、この水蒸気が自然上昇し、水蒸気管１６を経由して水蒸気圧縮冷凍機９内の蒸発器９ａへ戻ることとなり、前記冷水１１ａの自然循環作用の動作を行う。
【００１８】
【発明の実施の形態２】
図２は、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒自然循環冷房システムの実施の形態２の一例を示す構成配置図である。
９は水蒸気圧縮冷凍機であって、蒸発器９ａ、圧縮機９ｂ及び凝縮器９ｃを備えている。該蒸発器９ａは補給水１０を取入れた冷水１１ａを導くと共に、前記圧縮機９ｂの運転によって低圧に保持しつつ当該冷水１１ａの一部を蒸発させる。該圧縮機９ｂは当該蒸発器９ａ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９ｃは前記圧縮機９ｂ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１２から導いた冷却水１３で冷却し凝縮する。９ｄは真空ポンプであり該凝縮器９ｃ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。
【００１９】
ここに於いて、２０は前記水蒸気圧縮冷凍機９と冷却塔１２間に介置された熱交換器であって、熱交換作用をさせながらその冷却塔１２からの冷却水ポンプ１３ｄの循環流送に基づき冷却水１３を冷却水ポンプ１３ｃで凝縮器９ｃに流送する。
尚、前記補給水１０は、海水、河川水、下水処理水、廃水処理水、工業用水または上水等各種の水が適用される。
【００２０】
前記冷却塔１２は、前記水蒸気圧縮冷凍機９の付帯設備であり、前記凝縮器９ｃから冷却水ポンプ１３ｃで流送された冷却水１３を前記熱交換器２０を介して冷却水ポンプ１３ｄにより循環冷却する。また、前記冷却塔１２は前記凝縮器９ｃに於いて、水蒸気を凝縮することで温度上昇した冷却水１３の熱を大気に放出する機能を有する。
【００２１】
１４は冷水管であって、その経路には冷水１１ａが前記蒸発器９ａ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１７及び熱交換手段１５としての冷房用輻射パネルを介在させている。そして、冷水管１４の一端は該冷水管１４の上部に位置する前記蒸発器９ａに連結され、その他端は水蒸気管１６に連結されている。該熱交換手段１５は熱交換コイルや汎用の熱交換器で構成してもよい。該水蒸気管１６は前記冷水管１４又は前記熱交換手段１５と接続してあって、その上端は前記水蒸気管１６の上部に位置する前記蒸発器９ａの入力側に連結している。
【００２２】
前記冷水管１４は建物の最上階から最下階又は地階まで一連に垂下配管されており、前記冷水液面制御手段１７及び熱交換手段１５を介して前記水蒸気管１６が建物の最下階から最上階まで竪管として立設配管されるものである。そして、該冷水液面制御手段１７及び熱交換手段１５も建物の各階に設置されてなる。１８は複数又は単一で構成された絞り機構であって、前記熱交換手段１５備えており、また、水蒸気の水蒸気管１６の流送量は調整弁等でなる該絞り機構１８を動作させることにより行う。
尚、本発明に係る実施の形態２の他の構成は前記本発明に係る実施の形態１と略同一であるので、その説明を省略する。
【００２３】
本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムの実施の形態２の動作は、前記本発明による実施の形態１と略同一であるので、その相違点のみ説明し、他の説明は省略する。
【００２４】
本発明に係る実施の形態２は、特に、本発明に係る実施の形態１の構成に熱交換器２０を設置した実施の形態である。当該実施の形態２によれば、前記蒸発器９ａから圧縮機９ｂ、凝縮器９ｃ及び蒸発器９ａの閉回路が形成されており、前記水蒸気圧縮冷凍機９の蒸発器９ａで蒸発した水蒸気を圧縮機９ｂを経由して前記凝縮器９ｃに流送する。そして、該凝縮器９ｃで凝縮した水を該蒸発器９ａに流送する。
【００２５】
本発明の実施の形態２によれば、前記凝縮器９ｃから前記真空ポンプ９ｄを介して水蒸気又は水の一定量が排出される。そこで、補給水１０により蒸発器９ａに補給する。この補給水１０の中にはミネラル分が包含されており、前記真空ポンプ９ｄの動作により、本発明に係るシステム内のミネラル分が濃縮されることとなるが、本発明の実施の形態１のように、前記蒸発器９ａで蒸発した水がすべて前記凝縮器９ｃから排出される構成に比較して、当該ミネラル分の濃縮速度が緩慢であり、冷水の水質が向上すると共に水質管理が容易となる動作をする。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムは、叙上の構成、動作を有するので次の効果がある。
【００２７】
請求項１記載の発明によれば、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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システムを提供する。
このような構成としたので、水蒸気圧縮冷凍機を利用したうえで更に建物等の各階に於ける被空調室内を冷房する際、凝縮器からの冷水管の経路にボールタップ式液面制御器を介在させ、各階の水頭圧が熱交換手段に拘らず、容易に水位が安定して維持され、しかも、各々の熱交換手段の蒸発量に見合った量の冷水のみ補給することができると共に、約１８℃程度の冷水により当該水蒸気圧縮冷凍機を高効率で運転可能とし、ポンプを使用することなく冷媒である冷水を水蒸気管に取入れることにより自然循環させる効果がある。また、本発明のシステムのように、冷媒水の自然循環方式によるシステムを構築するための設備費や設置スペースを大幅に削減して小規模化を実現し、更に、当該水蒸気圧縮冷凍機の夏季に於ける運転に際し、本システムの稼動に於けるランニングコストの低減を図れる効果がある。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、水蒸気を導く蒸発器、圧縮機、熱交換器を備えかつ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、該水蒸気圧縮冷凍機の凝縮器に冷却水を導く冷却塔とでなる装置に於いて、建物の各階にボールタップ方式液面制御器及び熱交換手段を設置すると共に該建物の最下階から最上階で前記蒸発器に竪管でなる水蒸気管を前記凝縮器に冷水管をそれぞれ連結し、ボールタップ方式液面制御器内の液相を前記熱交換手段に及びボールタップ方式液面制御器内の気相を水蒸気管に繋がれたことを特徴とする水冷媒気化自然循環冷房システムを提供する。
このような構成としたので、前述の請求項１の効果に加えて、熱交換器を前記水蒸気圧縮冷凍機と前記冷却塔との間に介在させてあり、冷凍サイクルと負荷側の配管が密閉状態に構成され循環冷水の水質を高品質に保持できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムの実施の形態１の一例を示す構成配置図である。
【図２】本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機による水冷媒気化自然循環冷房システムの実施の形態２の一例を示す構成配置図である。
【図３】従来の技術に於ける水蒸気圧縮冷凍機によるポンプ式循環冷房システムの構成配置図である。
【符号の説明】
９              水蒸気圧縮冷凍機
９ａ            蒸発器
９ｂ            圧縮機
９ｃ            凝縮器
９ｄ            真空ポンプ
１０            補給水
１１ａ          冷水
１１ｂ          水蒸気
１２            冷却塔
１３            冷却水
１３ａ          冷却水ポンプ
１３ｂ          冷却水ポンプ
１３ｃ          冷却水ポンプ
１３ｄ          冷却水ポンプ
１４            冷水管
１５            熱交換手段
１６            水蒸気管
１７            冷水液面制御手段
１８            絞り機構
１９            ドレン弁
２０            熱交換器
【図１】
0004196587.tif 000002
【図２】
0004196587.tif 000003
【図３】
0004196587.tif 000004