(57)【要約】【課題】代替フロンを使用することなく、高エネルギー効率で低温の熱媒体を生成することができる水冷媒冷凍装置及びこれを用いた冷暖房システムを提供する。【解決手段】貯留空間に水冷媒がそれぞれ真空状態で貯留されると共に、該水冷媒を還流して前記貯留空間に散布する還流散布手段３５，３６，３７，３８をそれぞれ有する第１真空容器３１、第２真空容器３２、第３真空容器３３及び第４真空容器３４と、第１真空容器３１及び第２真空容器３２を連通接続する連結配管３ｅ内に水蒸気を可逆流送する第１圧縮機４４と、第３真空容器３３及び第４真空容器３４を連通接続する連結配管３ｆ内に水蒸気を可逆流送する第２圧縮機４５と、第２真空容器３２の還流散布手段３６により還流される水冷媒、及び、第３真空容器３３の還流散布手段３７により還流される水冷媒の間で熱交換を行う熱交換器４７とを備える水冷媒冷凍装置３。【選択図】図１
2009115379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯留空間に水冷媒がそれぞれ真空状態で貯留されると共に、該水冷媒を還流して前記貯留空間に散布する還流散布手段をそれぞれ有する第１真空容器、第２真空容器、第３真空容器及び第４真空容器と、
前記第１真空容器及び前記第２真空容器を連通接続する連結配管内に水蒸気を可逆流送する第１圧縮機と、
前記第３真空容器及び前記第４真空容器を連通接続する連結配管内に水蒸気を可逆流送する第２圧縮機と、
前記第２真空容器の還流散布手段により還流される水冷媒、及び、前記第３真空容器の還流散布手段により還流される水冷媒の間で熱交換を行う熱交換器とを備える水冷媒冷凍装置。
【請求項２】
前記第１圧縮機及び第２圧縮機は、ルーツポンプである請求項１に記載の水冷媒冷凍装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の水冷媒冷凍装置と、
熱源からの放熱或いは熱源への吸熱により、室内空間の空調を行う放射空調設備と、
内部を通過する熱媒体と外部を通過する空気との間で熱交換を行うことにより、空気の冷熱又は加熱を行う熱媒体コイルとを備えており、
前記第２真空容器の還流散布手段は、前記熱交換器において熱交換された後の水冷媒を、前記放射空調設備の熱源として供給した後、前記第２真空容器の前記貯留空間に散布するように構成されており、
前記第４真空容器の還流散布手段は、前記第４真空容器の前記貯留空間に貯留される水冷媒を、前記熱媒体コイルを通過する熱媒体として供給した後、前記第４真空容器の前記貯留空間に散布するように構成されている冷暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷媒冷凍装置およびこれを備える冷暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物の室内空間の冷房、暖房を行う冷暖房システムとして、例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。この冷暖房システムは、図４に示すように、冷房時に蒸発器及び暖房時に凝縮器として機能する一方側真空容器１０１と、冷房時に凝縮器及び暖房時に蒸発器として機能する他方側真空容器１０２と、室内空間１１０に配置される放射パネル１０４とを備えている。各真空容器内は真空状態であり、その内部には水冷媒が貯留されている。一方側真空容器１０１と他方側真空容器１０２とは、連結配管により接続されており、この連結配管の途中には、可逆流送可能な圧縮機１０３が設けられている。また、一方側真空容器１０１の底部には、放射パネル１０４が有する熱媒体流路に接続する管路１０５が接続している。
【０００３】
このように構成された冷暖房システムを冷房運転する際には、まず、一方側真空容器１０１の圧力が他方側真空容器１０２の圧力よりも低くなるように圧縮機を駆動する。これにより、一方側真空容器１０１内に貯留されている水冷媒は、蒸発して水蒸気となる。真空下で水冷媒の一部が蒸発すると、発生蒸気の蒸発潜熱分の熱量が、一方側真空容器１０１内に残留している水冷媒から奪われるため、残留水冷媒の温度が低下する。そして、管路１０５を介して、この低温の水冷媒を放射パネル１０４の熱媒体流路に導き、建築物の室内空間における熱を吸収することによって、室内空間１１０の温度を低下させる。
【０００４】
また、このような冷暖房システムにおいては、室内空間１１０の湿気分が放射パネル１０４の表面に結露として付着するという問題があり、この問題を解消するために、室内空間の湿度を調節するための調湿装置（図示せず）が別途設けられる場合がある。この調湿装置は、水冷媒冷凍装置により生成された低温の熱媒体が内部を流れる熱媒体コイルの外表面に、空気を通過させることによって、熱媒体内部を流れる低温の熱媒体と、空気との間で熱交換を行い、空気中に含まれる湿気を熱媒体コイルの表面に凝縮させて除去するというものである。なお、除湿後の空気は、室内空間１１０に導かれる。
【特許文献１】特開２００６−３８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような調湿装置により除湿された空気を生成する場合、水冷媒冷凍装置が、熱媒体コイルに７℃〜８℃程度に冷却された熱媒体を供給する必要がある。しかしながら、水を熱媒体として使用する水冷媒冷凍装置によって、高エネルギー効率で、例えば７℃〜８℃程度の低温の熱媒体を生成することは困難であり、この結果、効率よく低温の熱媒体を生成することができるＨＣＦＣ類フロンやＨＦＣ類フロン等の代替フロンを熱媒体として使用する水冷媒冷凍装置が使用され続けているという問題があった。なお、代替フロンは、ＣＦＣ類フロン（特定フロン）に比べればオゾン層破壊係数が低い物質であるが、オゾン層破壊係数がゼロではなく、また、地球温暖化ガスの一種であり、その継続使用が危惧されている。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、代替フロンを使用することなく、高エネルギー効率で低温の熱媒体を生成することができる水冷媒冷凍装置及びこれを用いた冷暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、貯留空間に水冷媒がそれぞれ真空状態で貯留されると共に、該水冷媒を還流して前記貯留空間に散布する還流散布手段をそれぞれ有する第１真空容器、第２真空容器、第３真空容器及び第４真空容器と、前記第１真空容器及び前記第２真空容器を連通接続する連結配管内に水蒸気を可逆流送する第１圧縮機と、前記第３真空容器及び前記第４真空容器を連通接続する連結配管内に水蒸気を可逆流送する第２圧縮機と、前記第２真空容器の還流散布手段により還流される水冷媒、及び、前記第３真空容器の還流散布手段により還流される水冷媒の間で熱交換を行う熱交換器とを備える水冷媒冷凍装置により達成される。
【０００８】
また、この水冷媒冷凍装置において、前記第１圧縮機及び第２圧縮機は、ルーツポンプであることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、上述の水冷媒冷凍装置と、熱源からの放熱或いは熱源への吸熱により、室内空間の空調を行う放射空調設備と、内部を通過する熱媒体と外部を通過する空気との間で熱交換を行うことにより、空気の冷熱又は加熱を行う熱媒体コイルとを備えており、前記第２真空容器の還流散布手段は、前記熱交換器において熱交換された後の水冷媒を、前記放射空調設備の熱源として供給した後、前記第２真空容器の前記貯留空間に散布するように構成されており、前記第４真空容器の還流散布手段は、前記第４真空容器の前記貯留空間に貯留される水冷媒を、前記熱媒体コイルを通過する熱媒体として供給した後、前記第４真空容器の前記貯留空間に散布するように構成されている冷暖房システムにより達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、代替フロンを使用することなく、高エネルギー効率で低温の熱媒体を生成することができる水冷媒冷凍装置及びこれを用いた冷暖房システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る水冷媒冷凍装置を有する冷暖房システムについて添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る水冷媒冷凍装置を有する冷暖房システムを冷房運転した際の動作を示すシステム構成図の一例である。図２は、冷暖房システムを暖房運転した際の動作を示すシステム構成図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、冷暖房システム１は、空気調和設備２と、水冷媒冷凍装置３と、放射空調設備５と、熱交換塔６とを備えている。
【００１３】
空気調和設備２は、室外から導かれた空気の温度及び湿度を調整して当該空気を室内空間７に導く設備であり、例えば、建築物内の空調設備室等に配置される。この空気調和設備２は、室外から導かれた空気の顕熱及び潜熱を交換可能な全熱交換器２１と、顕熱のみを交換可能な顕熱交換器２２と、空気の湿度を調整する調湿装置２３とを備えている。
【００１４】
全熱交換器２１には、室外の空気が導かれる吸気配管２ａ、室外に空気を排出する外部排出配管２ｂ、室内空間７における空気が導かれる室内空気排出配管２ｃ、顕熱交換器２２に空気を導く顕熱交換器接続配管２ｄが接続している。吸気配管２ａと顕熱交換器接続配管２ｄとは、全熱交換器２１内部の第１通路２１ａを介して接続している。また、室内空気排出配管２ｃと外部排出配管２ｂとは、全熱交換器２１内部の第２通路２１ｂを介して接続している。このような構成により、全熱交換器２１において、吸気配管２ａを介して導かれた室外の空気と、室内空気排出配管２ｃを介して室内空間７から導かれた空気との間で、顕熱及び潜熱の熱交換を行うことができる。
【００１５】
顕熱交換器２２には、全熱交換器２１と接続する上記顕熱交換器接続配管２ｄの他、室内空間７に空気を導く室内空気供給配管２ｅ、調湿装置２３に空気を導く調湿装置接続配管２ｆ及び調湿装置２３において調湿処理された空気を顕熱交換器２２に還流させる調湿空気リターン配管２ｇが接続している。顕熱交換器接続配管２ｄと調湿装置接続配管２ｆとは、顕熱交換器２２内部の第１通路２２ａを介して接続している。また、室内空気供給配管２ｅと調湿空気リターン配管２ｇとは、顕熱交換器２２内部の第２通路２２ｂを介して接続している。このような構成により、顕熱交換器２２において、全熱交換器２１から導かれた空気と、調湿装置２３から導かれた空気との間で顕熱の熱交換を行うことができる。
【００１６】
調湿装置２３は、顕熱交換器２２を通過した空気の湿度を所望の値に調整する装置であり、内部を熱媒体が通過する熱媒体コイル２４と加湿器２５とを備えている。調湿装置２３によって除湿を行う場合には、水冷媒冷凍装置３から低温の水冷媒を熱媒体として熱媒体コイル２４に供給することにより、当該熱媒体コイル２４が冷却コイルとして機能するように構成する。これにより、顕熱交換器２２を通過した空気と、熱媒体コイル２４の内部を通過する低温の水冷媒との間で熱交換を行い、空気を過冷却し、当該熱媒体コイル２４の表面に空気中の水分を凝縮させて除湿することができる。なお、除湿時においては、加湿器２５を作動させずに、熱媒体コイル２４を通過した空気が加湿器２５を介して顕熱交換器２２に供給されるように構成されている。
【００１７】
また、加湿を行う場合には、水冷媒冷凍装置３から高温の水冷媒を熱媒体として熱媒体コイル２４に供給することにより、当該熱媒体コイル２４が加熱コイルとして機能するように構成すると共に、加湿器２５により空気中に水蒸気を付加する。加湿器２５としては、水道水の水を気化させて空気中の湿度を高める気化式加湿器２５を例示することができる。
【００１８】
水冷媒冷凍装置３は、図１及び図２に示すように、第１真空容器３１、第２真空容器３２、第３真空容器３３及び第４真空容器３４を備えている。冷暖房システム１が冷房運転する際には、第１真空容器３１及び第３真空容器３３は凝縮器として機能し、第２真空容器３２及び第４真空容器３４は蒸発器として機能するように構成されている。また、冷暖房システム１が暖房運転する際には、第１真空容器３１及び第３真空容器３３は蒸発器として機能し、第２真空容器３２及び第４真空容器３４は凝縮器として機能するように構成されている。
【００１９】
これら各真空容器には、貯留空間に水冷媒である水がそれぞれ真空状態で貯留されている。また、各真空容器３１，３２，３３，３４は、貯留空間に貯留されている水冷媒を還流して貯留空間内に散布する還流散布手段３５，３６，３７，３８を備えている。還流散布手段３５，３６，３７，３８は、貯留空間の上方に配置される散布ノズル３９，４０，４１，４２と、真空容器の底部に貯留される水冷媒を散布ノズル３９，４０，４１，４２に導く配管３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを備えている。また、各配管の途中には、水冷媒を流送する循環ポンプ４３が配置されている。配管３ａを第１還流配管３ａ、配管３ｂを第２還流配管３ｂ、配管３ｃを第３還流配管３ｃ、配管３ｄを第４還流配管３ｄとして以下説明する。
【００２０】
第１還流配管３ａの途中には、第１熱交換器４６が接続しており、後述の熱交換塔６から導かれる熱交換塔用水冷媒と、第１還流配管３ａを通過する水冷媒との間で熱交換できるように構成されている。
【００２１】
また、第２還流配管３ｂの途中には、第３還流配管３ｃ内を流れる水冷媒が通過する第２熱交換器４５が接続しており、第２還流配管３ｂを通過する水冷媒と、第３還流配管３ｃを通過する水冷媒との間で熱交換できるように構成されている。
【００２２】
また、第２還流配管３ｂの途中には、後述する放射空調設備５が有する熱媒体流路５５が接続しており、第２熱交換器４５において熱交換された第２還流配管３ｂ内を通過する水冷媒が、熱媒体流路５５内を流通するように構成されている。
【００２３】
第３還流配管３ｃの途中には、上述のように第２熱交換器４５が接続しており、第３還流配管３ｃを通過する水冷媒と、第２還流配管３ｂを通過する水冷媒との間で熱交換できるように構成されている。
【００２４】
第４還流配管３ｄの途中には、後述する空気調和設備２が有する調湿装置２３の熱媒体コイル２４が接続しており、第４還流配管３ｄを通過する水冷媒を、熱媒体コイル２４内を通過する熱媒体として供給できるように構成されている。
【００２５】
また、水冷媒冷凍装置３は、第１真空容器３１及び第２真空容器３２の相互間を連通接続する連結配管３ｅに配設した第１圧縮機４４と、第３真空容器３３及び第４真空容器３４の相互間を連通接続する連結配管３ｆに配設した第２圧縮機４５とを備えている。
【００２６】
第１圧縮機４４は、冷暖房システム１が冷房運転を行う際には、第２真空容器３２内の圧力を低下させると共に、第１真空容器３１内の圧力を上昇させるように構成されている。また、冷暖房システム１が暖房運転を行う際には、第１真空容器３１内の圧力を低下させると共に、第２真空容器３２の圧力を上昇させるように構成されている。このような構成により、冷暖房システム１が冷房運転する際には、第２真空容器３２内の圧力が低下し、その結果、第２真空容器３２内に貯留されている水冷媒が蒸発して水蒸気が生成されると共に、生成した水蒸気を第１真空容器３１に導くことができる。なお、第１真空容器３１に導かれた水蒸気は、第１還流配管３ａを介して散布される水冷媒により冷却されて凝縮し、液体状の水冷媒に状態変化する。また、冷暖房システム１が冷暖房転する際には、第１真空容器３１内の圧力が低下し、その結果、第１真空容器３１内に貯留されている水冷媒が蒸発して水蒸気が生成されると共に、生成した水蒸気を第２真空容器３２に導くことができる。なお、第２真空容器３２に導かれた水蒸気は、第２還流配管３ｂを介して散布される水冷媒により冷却されて凝縮し、液体状の水冷媒に状態変化する。
【００２７】
第２圧縮機４５は、冷暖房システム１が冷房運転を行う際には、第４真空容器３４内の圧力を低下させると共に、第３真空容器３３内の圧力を上昇させるように構成されている。また、冷暖房システム１が暖房運転を行う際には、第３真空容器３３内の圧力を低下させると共に、第４真空容器３４の圧力を上昇させるように構成されている。このような構成により、冷暖房システム１が冷房運転する際には、第４真空容器３４内の圧力が低下し、その結果、第４真空容器３４内に貯留されている水冷媒が蒸発して水蒸気が生成されると共に、生成した水蒸気を第３真空容器３３に導くことができる。なお、第３真空容器３３に導かれた水蒸気は、第３還流配管３ｃを介して散布される水冷媒により冷却されて凝縮し、液体状の水冷媒に状態変化する。また、冷暖房システム１が暖房房転する際には、第３真空容器３３内の圧力が低下し、その結果、第３真空容器３３内に貯留されている水冷媒が蒸発して水蒸気が生成されると共に、生成した水蒸気を第４真空容器３４に導くことができる。なお、第４真空容器３４に導かれた水蒸気は、第４還流配管３ｄを介して散布される水冷媒により冷却されて凝縮し、液体状の水冷媒に状態変化する。
【００２８】
第１圧縮機４４及び第２圧縮機４５としては、ルーツポンプを例示することができる。このルーツポンプは、いわゆる真空用のブースターポンプであって、図１及び図２に示すように、例えば楕円形のシリンダ内に同形のまゆ型断面形状を有する２つのロータを互いに９０°移送をずらせて隣接配置した構造を有する。各ロータが互いに逆方向に等速度で回転することにより、２つのロータとシリンダとの間に閉じ込められた水蒸気が流送される。例えば、第１圧縮機４４としてルーツポンプを用いた場合、このルーツポンプを正・逆回転することにより、第１真空容器３１から第２真空容器３２に水蒸気を流送する場合と、第２真空容器３２から第１真空容器３１に水蒸気を流送する場合とを可逆的に切り替えることができる。また、ルーツポンプは、真空中において大容量の圧縮・排気を行うことができる上、シリンダ内に摺動部が無く動力損が少ないので、高エネルギー効率で駆動することができる。なお、図１及び図２においては、圧縮機としてルーツポンプを例示したが、特にルーツポンプに限定されるものではなく、冷暖房システム１の冷房運転時に、第２真空容器３２（第４真空容器３４）から第１真空容器３１（第３真空容器３３）に水蒸気を流送すると共に、冷暖房システム１の暖房運転時に、第１真空容器３１（第３真空容器３３）から第１真空容器３１（第４真空容器３４）に水蒸気を流送する構成を備えた圧縮機であればよい。
【００２９】
また、水冷媒冷凍装置３が備える第１真空容器３１の底部及び第２真空容器３２の底部は、第１相互流送配管３ｇにより連通接続している。第３真空容器３３の底部及び第４真空容器３４の底部は、第２相互流送配管３ｈにより連通接続している。
【００３０】
放射空調設備５は、例えば図３に示すような、熱媒体流通管５２を放射板５３に敷設した放射パネル５１を天井や床、壁に複数設け、各熱媒体流通管５２を接続して熱媒体流路５５を形成すると共に、当該熱媒体流路５５に、低温あるいは高温の熱媒体（熱源）を流して、放射板５３を介して室内空間７の熱を熱源に吸熱したり、あるいは、放射板５３を介して熱源から熱を室内空間７に放熱したりして、室内空間７の空調を行う設備である。なお、図１及び図２においては、放射空調設備５を天井に設けた場合を示している。
【００３１】
放射パネル５１を構成する放射板５３の材質は、例えば、アルミニウムが好ましく用いられるが、ステンレス、その他の熱伝導率の高い材料を用いてもよい。
【００３２】
また、熱媒体流通管５２は、適宜曲げられた状態で放射板５３に取り付けられている。この熱媒体流通管５２の材質は、例えば、アルミニウム、鋼、銅、合成樹脂等が用いられる。その他の材質を用いてもよいが、曲げ加工性に優れ、曲げに強い材料を用いるとよい。また、各熱媒体流通管５２を接続して形成した熱媒体流路５５は、第２真空容器３２から延びる第２還流配管３ｂの途中に配置されており、水冷媒冷凍装置３の第２真空容器３２において生成される低温又は高温の水冷媒が、熱媒体流路５５内を通過できるように構成されている。熱媒体流路５５を通過した水冷媒は、第２還流配管３ｂを介して第２真空容器３２内の散布ノズル４０に導かれる。このような構成により、第２真空容器３２の底部から導かれる水冷媒を放射空調設備５の熱源として供給することができる。
【００３３】
熱交換塔６は、冷暖房システム１を冷房運転する場合に冷却塔として動作すると共に、暖房運転する場合にヒーティングタワーとして動作する熱交換設備であり、例えば、室内空間７等が形成される建築物の屋上に配置される。熱交換塔６は、内部に熱交換塔用水冷媒を散布する散布ノズル６１と、熱交換塔用水冷媒が貯留される貯留部６２とを備えている。また、貯留部６２と散布ノズル６１とは循環ポンプ６３を有する熱交換塔配管６４により接続されている。熱交換塔配管６４の途中には、第１熱交換器４６が設けられており、熱交換塔配管６４内を通過する熱交換塔用水冷媒と、第１真空容器３１から第１還流配管３ａを介して導かれる水冷媒との間で熱交換を行う。この熱交換塔６は、冷暖房システム１の冷房運転時には、熱交換塔用水冷媒よりも低い外気湿球の空気と接触し、熱交換塔用水冷媒の一部を蒸発させて熱交換塔用水冷媒自身を冷却する。また、冷暖房システム１の暖房運転時には、冷たい熱交換塔用水冷媒がこれより高い外気湿球の空気と直接接触し、空気中の水分を一部凝縮しながら熱交換塔用水冷媒を加熱する。
【００３４】
次に、このように構成された冷暖房システム１の冷房運転時の動作について図１を用いて説明する。なお、冷房運転であるため、熱交換塔６は、冷却塔として動作する。水冷媒冷凍装置３における第１真空容器３１及び第３真空容器３３は、凝縮器として動作する。また、第２真空容器３２及び第４真空容器３４は、蒸発器として動作する。
【００３５】
まず、熱交換塔６、水冷媒冷凍装置３及び空気調和設備２を起動させる。なお、水冷媒冷凍装置３の第１圧縮機４４は、図１の矢印Ａに示すように第２真空容器３２側から第１真空容器３１側に向けて水蒸気が流れるように作動させる。同様に、第２圧縮機４５は、図１の矢印Ｂに示すように第４真空容器３４側から第３真空容器３３側に向けて水蒸気が流れるように作動させる。
【００３６】
熱交換塔６の起動により、熱交換塔６は、熱交換塔配管６４、第１熱交換器４６及び散布ノズル６１を介して、内部に貯留される熱交換塔用水冷媒を循環させる。熱交換塔６においては、散布ノズル６１から散布された熱交換塔用水冷媒が、この水冷媒よりも低い外気湿球の空気と接触する。これにより、熱交換塔用水冷媒の一部を蒸発させて熱交換塔用水冷媒自身を冷却し、例えば、３０℃の熱交換塔用水冷媒を生成する。そして、熱交換塔配管６４を介して、熱交換塔用水冷媒を第１熱交換器４６に導く。この第１熱交換器４６において、熱交換塔用水冷媒は、第１真空容器３１から導かれた例えば３４℃の水冷媒との間で熱交換を行って加熱され、例えば３３℃の熱交換塔用水冷媒となる。加熱された熱交換塔用水冷媒は、上述の散布ノズル６１から熱交換塔６内部に散布され、上述のように冷却される。
【００３７】
水冷媒冷凍装置３においては、第１圧縮機４４の作用により、第２真空容器３２内の圧力が低下し、この容器の内部に貯留されている水冷媒の一部が蒸発して水蒸気となる。真空下で水冷媒の一部が蒸発すると、発生蒸気の蒸発潜熱分の熱量が、第２真空容器３２の貯留空間に残留している水冷媒から奪われるため、残留水冷媒の温度が低下し、例えば１９℃の水冷媒となる。
【００３８】
第２真空容器３２で生成された水蒸気は、第１圧縮機４４を介して高圧水蒸気となって第１真空容器３１に導かれる。第１真空容器３１に導かれた高圧の水蒸気は、当該第１真空容器３１の底部に接続する第１還流配管３ａ及び第１熱交換器４６を介して散布ノズル３９から散布される水冷媒によって冷却されて凝縮し、例えば３４℃の水冷媒として貯留空間に貯留する。第１熱交換器４６においては、第１真空容器３１から導かれる水冷媒が、上述のように、熱交換塔６から導かれる例えば３０℃の熱交換塔用水冷媒との間で熱交換を行って。例えば３１℃まで冷却される。冷却された水冷媒は、上述の散布ノズル３９から第１真空容器３１内部に散布され、上述のように、第２真空容器３２から導かれた水蒸気の凝縮に供された後、第１真空容器３１の底部に貯留される。貯留された水冷媒の一部は、第１相互流送配管３ｇを介して第２真空容器３２に導かれる。
【００３９】
また、第２真空容器３２において、温度が低下し、例えば１９℃となった残留水冷媒は、第２循環配管及び第２熱交換器４５を介して、放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる。第２熱交換器４５においては、第２真空容器３２から導かれる水冷媒が、第３真空容器３３から導かれる例えば２３℃の水冷媒との間で熱交換を行って加熱され、例えば２０℃の水冷媒になる。放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる水冷媒は、放射板５３を冷却しその温度を低下させる。温度が低下した放射板５３は、室内空間７にいる人間や、電気機器等から放射された熱を吸収する。これにより、室内空間７の居住者に、納涼感を与える。
【００４０】
熱媒体流路５５を通過した水冷媒は、第２還流配管３ｂを介して第２真空容器３２の散布ノズル４０に導かれる。散布ノズル４０に導かれた水冷媒は、放射板５３を介して吸収した熱により温められて例えば２３℃となる。
【００４１】
散布ノズル４０から第２真空容器３２内部に散布される水冷媒は、上述のように、第１圧縮機４４の作用によりその一部が水蒸気になると共に、残りは、冷却されて第２真空容器３２の底部に貯留される。貯留された冷媒は、上述のように、第２還流配管３ｂ及び第２熱交換器４５を介して、放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる。
【００４２】
また、水冷媒冷凍装置３においては、第２圧縮機４５の作用により、第４真空容器３４内の圧力が低下し、この容器の内部に貯留されている水冷媒の一部が蒸発して水蒸気となる。真空下で水冷媒の一部が蒸発すると、発生蒸気の蒸発潜熱分の熱量が、第４真空容器３４に残留している水冷媒から奪われるため、残留水冷媒の温度が低下し、例えば７℃となる。
【００４３】
第４真空容器３４で生成された水蒸気は、第２圧縮機４５を介して高圧水蒸気となって第３真空容器３３に導かれる。第３真空容器３３に導かれた高圧の水蒸気は、当該第３真空容器３３の底部に接続される第３還流配管３ｃ及び第２熱交換器４５を介して散布ノズル４１から散布される水冷媒によって冷却されて凝縮し、例えば２３℃の液状の水冷媒になる。第２熱交換器４５においては、第３真空容器３３から導かれる水冷媒が、上述のように、第２真空容器３２から導かれる例えば１９℃の水冷媒との間で熱交換を行って、例えば２０℃まで冷却される。冷却された水冷媒は、散布ノズル４１から第３真空容器３３内部に散布され、上述のように、第４真空容器３４から導かれた水蒸気の凝縮に供された後、第３真空容器３３の底部に貯留される。貯留された水冷媒は、第２相互流送配管３ｈを介して第４真空容器３４に導かれる。
【００４４】
また、第４真空容器３４において、温度が低下し、例えば７℃となった残留水冷媒は、第４還流配管３ｄの途中に接続される調湿装置２３の熱媒体コイル２４に導かれる。熱媒体コイル２４に導かれた水冷媒は、後述のように顕熱交換器２２から導かれた空気を間接冷却して、その空気中から湿気を除去するために供される。また、熱媒体コイル２４を通過する水冷媒は、顕熱交換器２２から供給される空気によって加熱されて、例えば１２℃の水冷媒となる。
【００４５】
熱媒体コイル２４を通過した水冷媒は、第４還流配管３ｄを介して第４真空容器３４の散布ノズル４２に導かれる。散布ノズル４２から第４真空容器３４内部に散布される水冷媒は、上述のように、第２圧縮機４５の作用によりその一部が水蒸気になると共に、残りは、冷却されて第４真空容器３４の底部に貯留される。第４真空容器３４の底部に貯留される水冷媒は、上述のように、第４還流配管３ｄを介して、調湿装置２３の熱媒体コイル２４に導かれる。
【００４６】
空気調和設備２においては、まず、例えば温度が３４℃、絶対湿度が１７ｇ／ｋｇの室外の空気が、図示しないポンプ等の作用により、吸気配管２ａを介して全熱交換器２１に導かれる。この空気は、室内空気排出配管２ｃにより導かれる室内空間７の空気との間で全熱交換を行う。室内空気排出配管２ｃによって導かれる室内空間７の空気は、吸気配管２ａによって全熱交換器２１に導かれる空気よりも温度および湿度が低いため、吸気配管２ａにより導かれた高温多湿の室外空気は、温度及び湿度が低下した空気になる（例えば、温度が３０℃、絶対湿度が１３ｇ／ｋｇの空気となる）。
【００４７】
次に、温度及び湿度が低下した空気は、顕熱交換器２２に導かれ、調湿装置２３を通過した空気との間で顕熱交換を行う。調湿装置２３を通過した空気は、後述のように低温かつ低湿度であるため、全熱交換器２１から導かれた空気は、絶対湿度を維持したまま温度のみが更に低下された状態（例えば１９℃）となって調湿装置２３に導かれる。
【００４８】
調湿装置２３においては、導かれた空気が、水冷媒冷凍装置３の第４真空容器３４から供給された例えば７℃の水冷媒が熱媒体として流送される熱媒体コイル２４の外部を通過することにより、空気中の湿気（水蒸気）が、熱媒体コイル２４の外表面に凝縮し除去される。除去された湿気は、図示しないドレンから外部に排出される。この熱媒体コイル２４を通過した空気は、低温かつ絶対湿度が低い空気となる（例えば、温度が７℃、絶対湿度が７ｇ／ｋｇの空気となる）。
【００４９】
調湿装置２３を通過した空気は、顕熱交換器２２において全熱交換器２１から導かれた空気との顕熱交換により絶対湿度を維持したまま加温されて室内空間７に導かれる（例えば、温度が１９℃、絶対湿度が７ｇ／ｋｇの空気となる）。
【００５０】
室内空間７の空気は、室内空気排出配管２ｃを介して全熱交換器２１に導かれ、吸気配管２ａによって導かれた室外空気との間で全熱交換を行う。これにより、室内空間７から導かれた空気は、温度及び湿度共に高められた状態となり、室外に排出される（例えば、温度が３１℃、絶対湿度が１３ｇ／ｋｇの空気となって、室外に排出される）。
【００５１】
次に、冷暖房システム１の暖房運転時の動作について図２を用いて説明する。なお、暖房運転であるため、熱交換塔６は、ヒーティングタワーとして動作する。水冷媒冷凍装置３における第１真空容器３１及び第３真空容器３３は、蒸発器として動作する。また、第２真空容器３２及び第４真空容器３４は、凝縮器として動作する。
【００５２】
まず、熱交換塔６、水冷媒冷凍装置３及び空気調和設備２を起動させる。なお、水冷媒冷凍装置３の第１圧縮機４４は、図２の矢印Ｃに示すように第１真空容器３１側から第２真空容器３２側に向けて水蒸気が流れるように作動させる。同様に、第２圧縮機４５は、図２の矢印Ｄに示すように第３真空容器３３側から第４真空容器３４側に向けて水蒸気が流れるように作動させる。
【００５３】
熱交換塔６の起動により、熱交換塔６は、熱交換塔配管６４、第１熱交換器４６及び散布ノズル６１を介して、内部に貯留される熱交換塔用水冷媒を循環させる。熱交換塔６においては、散布ノズル６１から散布された熱交換塔用水冷媒が、この水冷媒よりも高い外気湿球の空気と接触する。これにより、空気中の水分を一部凝縮しながら熱交換塔用水冷媒自身を加熱し、例えば、５℃の熱交換塔用水冷媒を生成する。そして、熱交換塔配管６４を介して、熱交換塔用水冷媒を第１熱交換器４６に導く。この第１熱交換器４６において、熱交換塔用水冷媒は、第１真空容器３１から導かれる例えば１℃の水冷媒との間で熱交換を行って冷却され、例えば２℃の熱交換塔用水冷媒となる。冷却された熱交換塔用水冷媒は、上述の散布ノズル６１から熱交換塔６内部に散布され、上述のように加熱される。
【００５４】
水冷媒冷凍装置３においては、第１圧縮機４４の作用により、第１真空容器３１内の圧力は低下し、この容器の内部に貯留されている水冷媒の一部が蒸発して水蒸気となる。真空下で水冷媒の一部が蒸発すると、発生蒸気の蒸発潜熱分の熱量が、第１真空容器３１に残留している水冷媒から奪われるため、残留水冷媒の温度が低下し、例えば１℃の水冷媒となる。
【００５５】
１℃の温度に低下した水冷媒は、第１還流配管３ａ及び第１熱交換器４６を介して、第１真空容器３１の散布ノズル３９から第１真空容器３１の内部に散布される。第１熱交換器４６においては、第１真空容器３１から導かれる水冷媒が、上述のように、熱交換塔６から導かれる例えば５℃の熱交換塔用水冷媒との間で熱交換を行って、例えば４℃に昇温される。第１真空容器３１の内部に散布された水冷媒は、上述のように、第１圧縮機４４の作用によりその一部が水蒸気になると共に、残りは、冷却されて第１真空容器３１の底部に貯留される。第１真空容器３１の底部に貯留される空調用水冷媒は、上述のように、第１還流配管３ａ及び第１熱交換器４６を介して、散布ノズル３９に導かれる。
【００５６】
第１真空容器３１で生成された水蒸気は、第１圧縮機４４を介して高圧水蒸気となって第２真空容器３２に導かれる。第２真空容器３２に導かれた高圧の水蒸気は、放射空調設備５の熱媒体流路５５を通過して散布ノズル４０から散布される水冷媒によって冷却されて凝縮し、例えば、２６℃の液状の水冷媒となって、第２真空容器３２の底部に貯留される。
【００５７】
第２真空容器３２の底部に貯留される水冷媒は、第２還流配管３ｂ及び第２熱交換器４５を介して放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる。第２熱交換器４５において、第２真空容器３２から導かれる水冷媒は、第３真空容器３３から導かれる例えば２２℃の水冷媒との熱交換により、例えば２５℃まで冷却される。放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる水冷媒は、放射板５３を加熱しその温度を上昇させる。加熱された放射板５３は、室内空間７に対して熱を放射し、例えば２０℃となるように室内空間７を暖める。なお、水冷媒は、放射板５３を介して放熱することにより冷やされ、例えば、２３℃となる。
【００５８】
熱媒体流路５５を通過した水冷媒は、第２還流配管３ｂを介して第２真空容器３２の散布ノズル４０に導かれる。散布ノズル４０から第２真空容器３２内部に散布される水冷媒は、上述のように、第１真空容器３１から導かれた水蒸気を凝縮するために供された後、第２真空容器３２の底部に貯留される。第２真空容器３２の底部に貯留される空調用水冷媒は、上述のように、第２還流配管３ｂ及び第２熱交換器４５を介して、放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる。
【００５９】
また、水冷媒冷凍装置３においては、第２圧縮機４５の作用により、第３真空容器３３内の圧力は低下し、この容器の内部に貯留されている水冷媒の一部が蒸発して水蒸気となる。真空下で水冷媒の一部が蒸発すると、発生蒸気の蒸発潜熱分の熱量が、第３真空容器３３に残留している水冷媒から奪われるため、残留水冷媒の温度が低下し、例えば２２℃の水冷媒となる。
【００６０】
２２℃の温度に低下した水冷媒は、第３還流配管３ｃ及び第２熱交換器４５を介して、第３真空容器３３の散布ノズル４１から第３真空容器３３の内部に散布される。第２熱交換器４５においては、第３真空容器３３から導かれる水冷媒が、上述のように、第２真空容器３２から導かれる例えば２６℃の空調用水冷媒との間で熱交換を行って。例えば２５℃まで加熱される。第３真空容器３３の内部に散布された水冷媒は、上述のように、第２圧縮機４５の作用によりその一部が水蒸気になると共に、残りは、冷却されて第３真空容器３３の底部に貯留される。第３真空容器３３の底部に貯留される水冷媒は、上述のように、第３還流配管３ｃ及び第２熱交換器４５を介して、散布ノズル４１に導かれる。
【００６１】
第３真空容器３３で生成された水蒸気は、第２圧縮機４５を介して高圧水蒸気となって第４真空容器３４に導かれる。第４真空容器３４に導かれた高圧の水蒸気は、調湿装置２３の熱媒体コイル２４を通過して散布ノズル４２から散布される例えば２５℃の水冷媒によって冷却されて凝縮し、例えば、３０℃の水冷媒になって第４真空容器３４の底部に貯留される。
【００６２】
第４真空容器３４の底部に貯留される水冷媒は、第４還流配管３ｄを介して調湿装置２３の熱媒体コイル２４に導かれる。熱媒体コイル２４に導かれる水冷媒は、後述のように顕熱交換器２２から導かれた空気を間接加熱する。熱媒体コイル２４を通過する水冷媒は、顕熱交換器２２から供給される空気によって冷却されて、例えば２５℃の水冷媒となる。
【００６３】
熱媒体コイル２４を通過した水冷媒は、第４還流配管３ｄを介して第４真空容器３４の散布ノズル４２に導かれ、当該散布ノズル４２から第４真空容器３４内部に散布される。散布ノズル４２から散布される水冷媒は、上述のように、第３真空容器３３から導かれた水蒸気を凝縮するために供された後、第４真空容器３４の底部に貯留される。第４真空容器３４の底部に貯留される水冷媒は、上述のように、第４真空容器３４を介して、調湿装置２３の熱媒体コイル２４に導かれる。
【００６４】
空気調和設備２においては、まず、例えば０℃の室外の空気が、図示しないポンプ等の作用により、吸気配管２ａを介して全熱交換器２１に導かれる。この空気は、室内空気排出配管２ｃにより導かれる室内空間７の空気との間で全熱交換を行う。冬期における室内空間７の温度及び絶対湿度は、室外の空気よりも高い状態であるから、吸気配管２ａにより導かれた低温かつ低湿度の空気は、温度及び湿度共に高められる（例えば、温度が１１℃、絶対湿度が４．８ｇ／ｋｇの空気となる）。
【００６５】
次に、温度及び絶対湿度が高められた空気は、顕熱交換器２２に導かれ、調湿装置２３を通過した空気との間で顕熱交換を行う。調湿装置２３を通過した空気は、後述のように高温であるため、全熱交換器２１から導かれた空気は、絶対湿度を維持したまま温度のみが更に高められた状態（例えば１８℃）となって調湿装置２３に導かれる。
【００６６】
調湿装置２３においては、導かれた空気が、水冷媒冷凍装置３の第４真空容器３４から供給された例えば３０℃の水冷媒を熱媒体として流送される熱媒体コイル２４の外部を通過することにより、加熱される。また、加湿器２５から水蒸気の供給を受けるため、空気の絶対湿度が高められる。したがって、調湿装置２３を通過した空気は、高温多湿の状態となる（例えば、温度が２２℃、絶対湿度が６．４ｇ／ｋｇの空気となる）。このように、暖房運転時においては、空気が加湿器２５を通過する前において、温かい水冷媒が供給された熱媒体コイル２４により空気が予め加熱されるため、加湿器２５を通過する際に多くの水蒸気を空気中に含ませることが可能になり、効率よく空気の加湿を行うことができる。
【００６７】
調湿装置２３を通過した高温多湿の空気は、顕熱交換器２２において、全熱交換器２１から導かれた温度の低い空気との顕熱交換により絶対湿度を維持したまま冷却されて室内空間７に導かれる。したがって、室内空間７供給される空気は、低温多湿な状態となっている（例えば、温度が１５℃、絶対湿度が６．４ｇ／ｋｇの空気となる）。
【００６８】
室内空間７の空気は、室内空気排出配管２ｃを介して全熱交換器２１に導かれ、吸気配管２ａにより導かれた室外空気との間で全熱交換を行う。これにより、室内空間７から導かれた空気は、温度及び絶対湿度共に低下した状態となり、室外に排気される（例えば、温度が１１℃、絶対湿度が４．８ｇ／ｋｇの空気となって、室外に排出される）。
【００６９】
本実施形態に係る冷暖房システム１が有する水冷媒冷凍装置３は、第２真空容器３２で処理され放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる水冷媒と、第３真空容器３３で処理される水冷媒との間で熱交換を行う第２熱交換器４７を備えているので、冷房運転時の場合には、第３真空容器３３の散布ノズル４１が第３真空容器３３内に散布する水冷媒の温度を効率的に低下させることができる。これにより、第４真空容器４２から第３真空容器３３に導かれる水蒸気を効率よく冷却して凝縮させることが可能となり、第２圧縮機４５の作動負荷を低減させつつ、第４真空容器４２からの発生水蒸気量を増大させることができる。そして、第４真空容器４２からの発生水蒸気量を増大できる結果、第４真空容器４２内に貯留され、熱媒体コイル２４に導かれる冷却除湿用の水冷媒の温度を効率よく低下させることができる。
【００７０】
また、暖房運転時の場合には、第２真空容器３２から放射空調設備５の熱媒体流路５５に導かれる水冷媒により、第３真空容器３３の底部から還流されて散布ノズル４１から第３真空容器３３内に散布される水冷媒の温度を効率的に上昇させることができる。この結果、蒸発器として作動する第３真空容器３３において発生する水蒸気量を増大させることができるので、第４真空容器４２内に凝縮して貯留され、熱媒体コイル２４に導かれる水冷媒の温度を効率よく上昇させることができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る冷暖房システム１が有する空気調和設備２は、冷房運転時において、顕熱交換器２２が、全熱交換器２１を通過した室外の空気と、調湿装置２３を通過し湿気が除去された低温の空気との間で顕熱交換を行うように構成されているため、室内空間７に供給される空気に含まれる湿気を少ない状態に維持したまま（除湿された状態のまま）、当該空気の温度を効率よく再熱することができ、再熱負荷を低減させることができる。更に、顕熱交換器２２の作用により、調湿装置２３に導かれる空気の温度を低い状態に変化させることができるので、冷却コイルとして機能する熱媒体コイル２４の作動負荷を低減させることができる。このように顕熱交換器２２単体の作用により、室内空間７に供給される空気を効率的に再熱することができると共に、熱媒体コイル２４の作動負荷を低減させることができるので、大幅な省エネルギー効果を得ることができる上に、空気調和設備２の小型化を図ることも可能になる。
【００７２】
また、暖房運転時においては、顕熱交換器２２の作用により、室内空間７に供給される空気に含まれる湿気を多い状態に維持したまま、当該空気の温度を効率よく下げることができる。更に、調湿装置２３に導かれる空気の温度を、当該調湿装置２３を通過した空気の熱エネルギーを利用して加温することができるので、加熱コイルとして機能する熱媒体コイル２４の作動負荷を効率よく低減させることができ、高い省エネルギー効果を得ることが可能になる。
【００７３】
また、冷房運転時においては、調湿装置２３における熱媒体コイル２４に供給する水冷媒の温度や流量などを制御することにより、熱媒体コイル２４を通過し顕熱交換器２２に導かれる空気の温度を容易に変化させることができる。この結果、顕熱交換器２２を通過して室内空間７に供給される空気の温度を所望の値に設定することができ、室内空間７の室温制御を容易に行うことができる。同様に、暖房運転時においても、熱媒体コイル２４に供給する水冷媒の温度や流量等を制御することにより、室内空間７に供給される空気の温度を所望の値に設定することが可能になる。
【００７４】
また、本実施形態においては、吸気配管２ａにより導かれた室外の空気と、室内空気排気配管２ｃにより導かれた室内空間７の空気との間で、顕熱及び潜熱の交換を行う全熱交換器２１を備えている。これにより、室内空間７から排出される空気の持つ熱エネルギーを有効的に利用して、室外の空気が有する温度や湿度を所望の状態に調整して顕熱交換器２２に導くことができるので、顕熱交換器２２の作動負荷を低減させることが可能になる。この結果、冷房運転時及び暖房運転時の双方において、大幅な省エネルギー効果を得ることができ、空気調和設備２のランニングコストをより一層低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水冷媒冷凍装置を有する冷暖房システムの基本構成を示すシステム構成図（冷房運転時）である
【図２】本発明の一実施形態に係る水冷媒冷凍装置を有する冷暖房システムの基本構成を示すシステム構成図（暖房運転時）である。
【図３】図１及び図２に示す冷暖房システムが有する放射空調設備が備える放射パネルの一例を示す斜視図である。
【図４】従来の冷暖房システムの基本構成を示すシステム構成図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  冷暖房システム
２  空気調和装置
３  水冷媒冷凍装置
３１  第１真空容器
３２  第２真空容器
３３  第３真空容器
３４  第４真空容器
３５〜３８  還流散布手段
３９〜４２  散布ノズル
４４  第１圧縮機
４５  第２圧縮機
４６  第１熱交換器
４７  第２熱交換器
５  放射空調設備
５１  放射パネル
５２  放射板
５３  熱媒体流通管
５５  熱媒体流路
６  熱交換塔
７  室内空間
【図１】
2009115379.tif 000003
【図２】
2009115379.tif 000004
【図３】
2009115379.tif 000005
【図４】
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