【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商業用や事務所用等の一般ビルディングの空調装置であって、冷凍機やヒートポンプ等の熱源機器や、冷水、温水、冷却水等の熱媒体や、熱媒体搬送用のポンプや、エアハンドリングユニット等の空気調和器や、冷却塔や、熱媒体用配管等を主な構成要素として備える建築物等の一般的な空調装置に関し、特に高層建築物等に用いる好適な空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空調装置の冷温熱源機器、即ち冷凍機やヒートポンプや吸収冷温水器等は、メーカーそれぞれに標準化・汎用化が行われ、標準機として販売されている。これら冷温熱源機器で使用される熱交換器は、所定の最高使用圧力以下で使用するように設計され、量産化されている。特にプレート式は構造的に使用限界圧力が低い。また建築物の空調装置では、冷温熱源機器は地上や地階に設置されることが多い。
【０００３】
一方高層建築物では、空調システムの一部が高所に設置され、地上や地階にある冷温熱源機器に高い位置ヘッド（圧力）がかかる為、そのままでは標準的・汎用的な冷温熱源機器（特にプレート式熱交換器）が使用できない場合が生じる。このような場合は汎用的な冷温熱源機器の使用を断念し、特殊仕様の高価な冷温熱源機器を採用せざるを得ない。
【０００４】
ここで図４は従来の空調装置の一例を示す図である。この空調装置のコンデンサー（凝縮器）５側の熱媒体循環系統１００は、低所に置かれた冷温熱源機器４のコンデンサー５に、建物の屋上に設置された冷却塔１からポンプ３Ａにより配管２を通じて熱媒体を供給し、前記コンデンサー５から放熱される熱エネルギーにより高温となった熱媒体は、配管７を通じて冷却塔１に戻り、ここで大気に熱エネルギーを放熱して、元の温度に戻り、再び熱媒体として冷温熱源機器４のコンデンサー５に循環するように構成されている。コンデンサー５には、この図に示す如く、停止中はヘッドＨ１に相当する圧力がかかり、運転中はコンデンサー５の最大圧力部では、コンデンサー５の圧力損失及び配管７の圧力損失及びヘッドＨ２に相当する圧力が、前記圧力にさらに加算される。従って、ヘッドＨ１が大きな高層建築物の高所に冷却塔１の設置が必要な場合で、冷温熱源機器４を低所に設置するためには、前記圧力に耐える冷温熱源機器４のコンデンサー５の構造が要求され、前述のように汎用的な冷温熱源機器の代わりに特殊仕様の高価な冷温熱源機器を採用することとなる。なおこの空調装置において、ポンプ３Ａの必要出力は、冷却塔１内の熱媒体位置ヘッドＨ２とコンデンサー５及び配管２，７で消費する圧力損失の和となる。
【０００５】
一方クーラー（蒸発器）６側の熱媒体循環系統２００は、熱媒体が配管２５を通じてポンプ３Ｂから冷温熱源機器４のクーラー（蒸発器）６に供給され、クーラー６で熱を奪われて冷却された後、配管２７を通じて、複数のファンコイルユニット８に供給され、ファンコイルユニット８で空気から熱を奪って元の温度に戻り、膨張タンク９に至った後、配管２５を経て再びポンプ３Ｂに戻って循環するように構成されている。膨張タンク９は大気に開放され、通常、クーラー６側の熱媒体循環系統２００においては最高位置に配置されて熱媒体循環系統２００の各部の圧力を所定圧力以上に保つようにし、且つ熱媒体の温度変化による体積変化を吸収したり、熱媒体循環系統２００内に空気が混入しないように作用をしている。即ち、膨張タンク９は最も高所に配置されるファンコイルユニット８よりも高所に配置されている。そして前記コンデンサー５にかかる圧力の場合と同様に、高層建築物では、前記クーラー６にかかる圧力も高くなるため、この圧力に耐える冷温熱源機器４のクーラー６の構造が要求され、前述のように汎用的な冷温熱源機器の代わりに特殊仕様の高価な冷温熱源機器を採用することとなる。
【０００６】
図５は動力回収タービンで位置エネルギーを回収する従来の空調装置の他の例を示す図である（例えば特許文献１参照）。この空調装置において前記図４に示す空調装置と相違する点は、熱媒体循環系統として、たとえば冷却水循環系統を例にとれば、地上や地階に冷却水槽１７を設置し、この冷却水槽１７と冷却塔１との間の配管２に動力回収タービン１５を設置することにより、冷却塔１と動力回収タービン１５の水位差Ｈ１に相当する位置エネルギーを、動力回収タービン１５によって回収し、動力回収タービン１５と両軸モータ１６を連結することにより、回収された位置エネルギーをポンプ３Ａの駆動動力の一部として利用するように構成した点である。
【０００７】
しかしながら熱媒体の循環系統として、動力回収タービン１５を経由した熱媒体、即ち冷却水は冷却水槽１７に放出されるため、地上や地階に大きな冷却水槽１７を設置する必要があり、設備コストが高くなってしまうという問題があった。また動力回収タービン１５で回収された位置エネルギーは、ポンプ３Ａの駆動の補助動力としてのみ用いられており、回収した位置エネルギーを必ずしも十分に再利用しているとは言えなかった。
【０００８】
【特許文献１】
特公昭３５−１５１３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、高層建築物等の空調装置として安価な汎用の冷温熱源機器を採用でき、また設備コストの低減化が図れ、さらに回収した位置エネルギーの有効利用が図れる空調装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に記載の発明は、熱交換器を有する熱源機器と、前記熱源機器よりも上部に設置される上部水槽と、前記熱交換器と前記上部水槽間を環状に連結する流路と、前記流路に接続され流路内の熱媒体を循環するポンプとを具備する空調装置において、前記ポンプを前記熱交換器の下流側の流路に設置するとともに、前記熱交換器の上流側の流路に、前記熱媒体が前記上部水槽から前記熱交換器に向かって下降向きに流れることにより失う位置エネルギーを回転運動エネルギーに変換して取り出すことで前記熱交換器に印加される圧力を所定の値以下に抑える動力回収タービンを設置したことを特徴とする空調装置である。
このような構成とすることにより、熱交換器に印加される圧力が所定の値以下になるため、標準的・汎用的な冷温熱源機器を使用することができ、設備コストを下げることができる。また動力回収が行われるので、省エネルギーとなる。また動力回収タービンで位置エネルギーを回収する前記図５に示す従来の空調装置のように、例えば地上や地階に大きな冷却水槽１７を設置する必要がなく、設備コストを下げることができる。
【００１１】
本願の請求項２に記載の発明は、前記動力回収タービンで回収したエネルギーは、前記ポンプの駆動エネルギーとして用いることを特徴とする請求項１に記載の空調装置である。
このように動力回収タービンで回収された動力を、前記ポンプの補助動力として使用することにより、ポンプを小型化することができ、設備コストが削減される。
【００１２】
本願の請求項３に記載の発明は、前記上部水槽から前記動力回収タービンを経由して前記熱交換器に至る流路に、前記動力回収タービンの上流部と下流部間を接続するバイパス流路を設け、このバイパス流路に、前記熱交換器に印加される圧力を定圧に保持する定圧保持装置を設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置である。
本発明によれば、定圧保持装置内部の圧力を例えば大気圧に保つことにより、空調装置の起動／停止時に前記熱交換器に印加される圧力を安定化させることができ、且つ前記動力回収タービンの故障時に前記熱交換器に過大な圧力が印加される恐れを確実に防止できる。
【００１３】
本願の請求項４に記載の発明は、前記動力回収タービンから前記熱交換器に至る流路と、前記熱交換器から前記ポンプに至る流路間に、バイパス流路を設け、このバイパス流路に、このバイパス流路に流す熱媒体に圧力損失を生じさせる流体抵抗体を設置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の空調装置である。本発明によれば、空調装置の起動／停止時、又は動力回収タービンが何らかの理由で所定の位置エネルギーを回収できなかった時に、熱媒体を流体抵抗体に通すことで、熱交換器に過大な圧力が印加されるのを確実に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
〔第一の実施の形態〕
図１は本発明の第一の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。同図に示すようにこの空調装置は、コンデンサー５側の熱媒体循環系統１００と、クーラー６側の熱媒体循環系統２００とを具備して構成されている。
【００１５】
コンデンサー５側の熱媒体循環系統１００は、低所に置かれた冷温熱源機器４のコンデンサー（熱交換器である凝縮器）５と、前記コンデンサー５よりも上部（この熱媒体循環系統１００の最上部であり、例えば建物の屋上）に設置されその内部圧力を大気圧に保持する冷却塔（上部水槽）１と、前記コンデンサー５と冷却塔１間を環状に連結する流路となる配管群（熱媒体戻り用の配管２及び熱媒体送り用の配管７）と、前記熱媒体戻り用の配管２に設置される動力回収タービン１５及びその下流側に設置される自動開閉弁１１と、熱媒体送り用の配管７に設置される熱媒体循環用のポンプ３Ａ及びその下流側に設置されるチェッキ弁１４と、ポンプ３Ａを駆動する両軸モータ１６と、両軸モータ１６と動力回収タービン１５間を接続又は開放する自動クラッチ１８とを具備して構成されている。
【００１６】
一方クーラー６側の熱媒体循環系統２００は、低所に置かれた冷温熱源機器４のクーラー（熱交換器である蒸発器）６と、前記クーラー６よりも上部（この熱媒体循環系統２００の最上部）に設置されその内部圧力を大気圧に保持する膨張タンク（上部水槽）９と、前記クーラー６と膨張タンク９間を環状に連結する流路となる配管群（熱媒体戻り用の配管２５及び熱媒体送り用の配管２７）と、前記熱媒体戻り用の配管２５に設置されるポンプ３Ｂと、熱媒体送り用の配管２７に設置される複数台のファンコイルユニット８とを具備して構成されている。なお１０はエアベントである。
【００１７】
ここで前記動力回収タービン１５は、冷却塔１と動力回収タービン１５の水位差（Ｈ１−Ｈ１Ｂ）の位置エネルギーを回収するように選定されたタービンで構成されている。
【００１８】
また前記自動クラッチ１８は、両軸モータ１６と動力回収タービン１５間のエネルギー授受の割合を調整する構造を有し、且つポンプ３Ａや動力回収タービン１５に何らかの故障が生じた場合に両者間の接続を切り離し、一要素の故障の影響が他要素に及ばないようにしている。
【００１９】
以上のように構成された空調装置の動作を説明する。まずコンデンサー５側の熱媒体循環系統１００においては、ポンプ３Ａを駆動することで、冷温熱源機器４のコンデンサー５に、冷却塔１から配管２を通じて熱媒体が供給され、コンデンサー５から放熱される熱エネルギーにより高温となった熱媒体は、配管７を通じて冷却塔１に戻り、ここで大気に熱エネルギーを放熱して、元の温度に戻り、再び熱媒体として冷温熱源機器４のコンデンサー５に循環する。
【００２０】
ここでコンデンサー５に印加される最大圧力は、停止時には自動開閉弁１１を閉じることにより、（大気圧Ｐａ＋ヘッドＨ１Ｂ）となる。即ち自動開閉弁１１とチェッキ弁１４は、空調装置停止時にコンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防止する。一方運転中のコンデンサー５に印加される最大圧力は、動力回収タービン１５によって水位差（ヘッドＨ１−ヘッドＨ１Ｂ）の位置エネルギーが回収されるので、結局前記圧力（大気圧Ｐａ＋ヘッドＨ１Ｂ）から配管２の管摩擦損失分の圧力を差し引いた圧力となる。そこで、ヘッドＨ１Ｂをコンデンサー５の最大圧力部に印加される前記圧力が所定の値以下になるように設定すれば、コンデンサー５の最大圧力部に印加される圧力を所定の圧力以下にすることができ、冷温熱源機器４として汎用の標準機を使用することができ、コストの低減化が実現できる。またこのように空調装置を構成すれば、例えば前記図５に示す地上又は地階に設置する冷却水槽１７等の水槽が不要になり、且つ動力回収タービン１５によって動力回収が図れることになる。動力回収タービン１５で回収された位置エネルギーは、任意の用途に利用できる。この実施の形態のように動力回収タービン１５と両軸モータ１６を、自動クラッチ１８を介して接続することにより、回収された位置エネルギーをポンプ３Ａの駆動エネルギーの一部として利用すれば、ポンプ３Ａの省エネルギー化と小型化が実現できる。
【００２１】
一方クーラー６側の熱媒体循環系統２００においては、熱媒体が配管２５を通じてポンプ３Ｂからクーラー６に供給され、クーラー６で熱を奪われて冷却され、配管２７を通じて、複数のファンコイルユニット８に供給される。そしてファンコイルユニット８で空気から熱を奪った熱媒体はその温度が元の温度に戻り、膨張タンク９に至った後、配管２５を経て再びポンプ３Ｂに戻って循環する。膨張タンク９は大気に開放され、クーラー６側の熱媒体循環系統２００においては最高位置に配置されて熱媒体循環系統２００の各部の圧力を所定圧力以上に保つようにし、且つ熱媒体の温度変化による体積の変化を吸収したり、熱媒体循環系統２００内に空気が混入しないように作用をしている。
【００２２】
なおこの実施の形態では採用していないが、このクーラー６側の熱媒体循環系統２００にも、前記コンデンサー５側の熱媒体循環系統１００に適用した本発明を同様に適用することができる。即ちその場合は、ポンプ３Ｂをクーラー６の下流側の配管２７に設置するとともに、クーラー６の上流側の配管２５に、熱媒体が膨張タンク９からクーラー６に向かって下降向きに流れることにより失う位置エネルギーを回転運動エネルギーに変換して取り出すことでクーラー６に印加される圧力を所定の値以下に抑える動力回収タービンを設置し、さらに前記自動開閉弁１１、チェッキ弁１４、両軸モータ１６、自動クラッチ１８に相当する部材を設置すれば良い。
【００２３】
〔第二の実施の形態〕
図２は本発明の第二の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。同図に示す空調装置において、前記図１に示す空調装置と相違する点は、冷却塔１から動力回収タービン１５を経由してコンデンサー５に至る配管２に、動力回収タービン１５の上流部と下流部間を接続するバイパス流路となるバイパス配管１９を設け、このバイパス配管１９に、流量調節ができ全閉可能な流量調節弁２２Ｂと、コンデンサー５に印加される圧力を定圧にする定圧保持タンク（定圧保持装置）１２とを設置した点と、図１に示す自動開閉弁１１を流量調節ができるように全閉可能な流量調節弁２２Ａに変更した点である。定圧保持タンク１２は、内部に熱媒体を溜めるタンクであり、大気に連通されており、熱媒体の液面の圧力は大気圧に保持されている。なおオーバーフロー管１３は、定圧保持タンク１２内における液面の異常上昇を防止するため、万一の漏洩水を放出するためのものである。
【００２４】
この空調装置の基本的動作は、前記第一の実施の形態の空調装置と同一であるが、さらにこの空調装置においては、前述のように定圧保持タンク１２と動力回収タービン１５とを並列に設置しているので、動力回収タービン１５が何らかの理由で所定の位置エネルギーを回収できなかった場合に、全ての熱媒体を定圧保持タンク１２の設置されているバイパス配管１９に流すことにより、コンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防ぐことができる。また、起動時には動力回収タービン１５の回収動力が小さく、コンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防ぐため、全ての熱媒体を定圧保持タンク１２の設置されているバイパス配管１９に流す状態から運転をはじめ、流量調整弁２２Ａ，２２Ｂを調整して、コンデンサー５に過大な圧力がかからない状態を維持しながら徐々に動力回収タービン１５を含む経路の熱媒体流量を増加させていき、動力回収タービン１５が充分に動力回収を行える運転状態となったら、全ての熱媒体を動力回収タービン１５を含む経路に流すようにする運転方法を取れば好適である。空調装置の停止時には、起動時と逆の手順を取ればよい。前記運転手順によって、起動、停止運転時にコンデンサー５に過大な圧力がかかることを防止することができる。
【００２５】
なおこの実施の形態では採用していないが、クーラー６側の熱媒体循環系統２００にも、前記コンデンサー５側の熱媒体循環系統１００に適用した本発明を同様に適用することができることは第一の実施の形態の場合と同様である。
【００２６】
〔第三の実施の形態〕
図３は本発明の第三の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。同図に示す空調装置において、前記図１に示す空調装置と相違する点は、動力回収タービン１５からコンデンサー５に至る配管２と、コンデンサー５からポンプ３Ａに至る配管７の間、即ち動力回収タービン１５の下流とコンデンサー５の下流間に、バイパス流路となるバイパス配管２９を設け、動力回収タービン１５側の配管２とバイパス配管２９との分岐点に三方弁２０を設置するとともに、このバイパス配管２９中にコンデンサー５の圧力損失に略等しい圧力損失を有する流体抵抗体２１を設置した点である。
【００２７】
この空調装置の基本的動作は、前記第一の実施の形態の空調装置と同一であるが、さらにこの空調装置においては、流体抵抗体２１を設置したので、動力回収タービン１５が何らかの理由で所定の位置エネルギーを回収できなかった場合に、三方弁２０を熱媒体がバイパス配管２９に流れるように切り替えることにより、コンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防ぐことができる。また空調装置の起動／停止運転時に三方弁２０を熱媒体がバイパス配管２９に流れるように切り替えてコンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防ぎ、前記動力回収タービン１５が十分に機能して三方弁２０にかかる圧力が所定の圧力以下になってから三方弁２０を切り替えてコンデンサー５に熱媒体が流れるようにするという、起動／停止時の運転方法とすることで、空調装置の起動／停止運転時にコンデンサー５に過大な圧力がかかるのを防ぐことができる。流体抵抗体２１は、コンデンサー５の圧力損失にほぼ等しい圧力損失を持つので、熱媒体がバイパス配管２９を流れている時点において、動力回収タービン１５が十分に機能して流体抵抗体２１にかかる圧力がコンデンサー５の許容圧力以下であることを確認するためにも利用でき、更に、三方弁２０を切り替えた際に配管内の抵抗が急激に変化するのを防ぐためなどの目的にも利用できる。
【００２８】
なおこの実施の形態では採用していないが、クーラー６側の熱媒体循環系統２００にも、前記コンデンサー５側の熱媒体循環系統１００に適用した本発明を同様に適用することができることは第一の実施の形態の場合と同様である。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、熱交換器にかかる圧力を所定の値以下に抑えることができるため、標準化・汎用化された安価な冷温熱源機器を高層建築物の空調装置に採用することができ、また従来のように地階あるいは地上に大きな冷水、冷却水又は温水槽等を設置する必要がなくなるため、設備コストの低減化が図れる。
【００３０】
また熱媒体の位置エネルギーを回収することにより、回収したエネルギーを任意の用途に利用したり、熱媒体循環用のポンプの動力支援ができるため、省エネルギー対策やポンプの小型化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。
【図２】本発明の第二の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。
【図３】本発明の第三の実施の形態にかかる空調装置を示す図である。
【図４】従来の空調装置を示す図である。
【図５】動力回収タービンで位置エネルギーを回収する従来の空調装置を示す図である。
【符号の説明】
１００ 熱媒体循環系統
２００ 熱媒体循環系統
１ 冷却塔（上部水槽）
２ 配管（流路）
３Ａ ポンプ
３Ｂ ポンプ
４ 冷温熱源機器（熱源機器）
５ コンデンサー（熱交換器である凝縮器）
６ クーラー（熱交換器である蒸発器）
７ 配管（流路）
８ ファンコイルユニット
９ 膨張タンク（上部水槽）
１０ エアベント
１１ 自動開閉弁
１２ 定圧保持タンク（定圧保持装置）
１３ オーバーフロー管
１４ チェッキ弁
１５ 動力回収タービン
１６ 両軸モータ
１７ 冷却水槽
１８ 自動クラッチ
１９ バイパス配管（バイパス流路）
２０ 三方弁
２１ 流体抵抗体
２２Ａ 流量調節弁
２２Ｂ 流量調節弁
２５ 配管
２７ 配管
２９ バイパス配管（バイパス流路）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is an air conditioner for a general building such as a commercial or office building, a heat source device such as a refrigerator or a heat pump, a heating medium such as cold water, hot water, or cooling water, and a pump for transferring a heating medium. The present invention relates to an air conditioner such as an air handling unit, a general air conditioner such as a building having a cooling tower, a pipe for a heat medium, and the like as main components, and particularly to a suitable air conditioner used for a high-rise building or the like. Things.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, cold and hot heat source devices of an air conditioner, that is, a refrigerator, a heat pump, an absorption chiller / heater, and the like have been standardized and generalized by manufacturers, and sold as standard machines. The heat exchangers used in these cold / hot heat source devices are designed to be used at a predetermined maximum operating pressure or less, and are mass-produced. Particularly, the plate type has a low working limit pressure structurally. In a building air conditioner, the cold and hot heat source equipment is often installed on the ground or the basement.
[0003]
On the other hand, in high-rise buildings, a part of the air-conditioning system is installed at a high place, and the high-temperature head (pressure) is applied to the cold and hot heat source equipment on the ground and the basement. Plate heat exchanger) cannot be used. In such a case, use of general-purpose cold / hot heat source equipment has to be abandoned, and expensive special cold / hot heat source equipment must be adopted.
[0004]
Here, FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional air conditioner. The heat medium circulation system 100 on the condenser (condenser) 5 side of this air conditioner is connected to the condenser 5 of the cold / hot heat source equipment 4 placed at a low place by the pump 3A from the cooling tower 1 installed on the rooftop of the building. The heat medium supplied through the condenser 5 and heated to a high temperature by the heat energy radiated from the condenser 5 returns to the cooling tower 1 through the pipe 7 and radiates the heat energy to the atmosphere where it returns to the original temperature. , And is circulated again as a heat medium to the condenser 5 of the cold / hot heat source device 4. As shown in this figure, a pressure corresponding to the head H1 is applied to the condenser 5 during stoppage, and a pressure loss corresponding to the pressure loss of the condenser 5, the pressure loss of the pipe 7, and the head H2 at the maximum pressure portion of the condenser 5 during operation. Is further added to the pressure. Therefore, when it is necessary to install the cooling tower 1 in a high place of a high-rise building where the head H1 is large, in order to install the cold / hot heat source equipment 4 in a low place, the condenser 5 of the cold / hot heat source equipment 4 withstanding the pressure is required. A structure is required, and as described above, a specially-designed expensive cold / hot heat source device is used instead of a general-purpose cold / hot heat source device. In this air conditioner, the required output of the pump 3A is the sum of the pressure loss consumed by the heat medium position head H2 in the cooling tower 1, the condenser 5, and the pipes 2, 7.
[0005]
On the other hand, in the heat medium circulation system 200 on the cooler (evaporator) 6 side, the heat medium is supplied from the pump 3B to the cooler (evaporator) 6 of the cold / hot heat source device 4 through the pipe 25, and the heat is taken off by the cooler 6 to be cooled. After that, the heat is supplied to the plurality of fan coil units 8 through the pipe 27, the heat is removed from the air by the fan coil unit 8, the temperature returns to the original temperature, and after reaching the expansion tank 9, the pump 3 B is again supplied to the pump 3 B through the pipe 25. It is configured to circulate back. The expansion tank 9 is opened to the atmosphere, and is usually arranged at the highest position in the heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side so that the pressure of each part of the heat medium circulation system 200 is maintained at a predetermined pressure or more, and It functions to absorb a volume change due to a temperature change and to prevent air from entering the heat medium circulation system 200. That is, the expansion tank 9 is disposed at a higher position than the fan coil unit 8 disposed at the highest position. Then, as in the case of the pressure applied to the condenser 5, in a high-rise building, the pressure applied to the cooler 6 is also increased. Therefore, the structure of the cooler 6 of the cold / hot heat source device 4 that can withstand this pressure is required. Instead of a general-purpose cold / hot heat source device, an expensive cold / hot heat source device with special specifications will be adopted.
[0006]
FIG. 5 is a diagram showing another example of a conventional air conditioner for recovering potential energy by a power recovery turbine (for example, see Patent Document 1). This air conditioner is different from the air conditioner shown in FIG. 4 in that, for example, a cooling water circulation system is provided as a heat medium circulation system. By installing the power recovery turbine 15 in the pipe 2 between the tower 1 and the power recovery turbine 15, potential energy corresponding to the water level difference H1 between the cooling tower 1 and the power recovery turbine 15 is recovered by the power recovery turbine 15. The configuration is such that the recovered potential energy is used as a part of the driving power of the pump 3A by connecting the motor 16 and the double-shaft motor 16.
[0007]
However, as a heat medium circulating system, the heat medium passing through the power recovery turbine 15, that is, the cooling water is discharged to the cooling water tank 17, so that it is necessary to install a large cooling water tank 17 on the ground or on the ground floor, which increases equipment costs. There was a problem of becoming. Further, the potential energy recovered by the power recovery turbine 15 is used only as an auxiliary power for driving the pump 3A, and it cannot be said that the recovered potential energy is necessarily sufficiently reused.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 35-15137
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above points, and its object is to adopt an inexpensive general-purpose cooling / heating heat source device as an air conditioner for a high-rise building or the like, to reduce equipment costs, and to further recover the position. An object of the present invention is to provide an air conditioner that can effectively use energy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present application is directed to a heat source device having a heat exchanger, an upper water tank installed above the heat source device, and a flow path annularly connecting the heat exchanger and the upper water tank. And an air conditioner including a pump connected to the flow path and circulating a heat medium in the flow path, wherein the pump is installed in a flow path on the downstream side of the heat exchanger, and an upstream of the heat exchanger. Pressure applied to the heat exchanger by converting potential energy lost by the heat medium flowing downward from the upper water tank toward the heat exchanger into rotational kinetic energy and extracting the rotational energy from the upper water tank to the side flow path. Characterized in that a power recovery turbine that suppresses the pressure to a predetermined value or less is installed.
With such a configuration, the pressure applied to the heat exchanger becomes equal to or less than a predetermined value, so that a standard / general-purpose cooling / heating heat source device can be used, and equipment costs can be reduced. In addition, energy is saved because power is recovered. Further, unlike the conventional air conditioner shown in FIG. 5 for recovering potential energy by the power recovery turbine, there is no need to install a large cooling water tank 17 on the ground or on the ground floor, for example, so that equipment costs can be reduced.
[0011]
The invention according to claim 2 of the present application is the air conditioner according to claim 1, wherein energy recovered by the power recovery turbine is used as drive energy of the pump.
By using the power recovered by the power recovery turbine as auxiliary power for the pump, the size of the pump can be reduced, and equipment costs can be reduced.
[0012]
The invention according to claim 3 of the present application provides a bypass flow path that connects between an upstream part and a downstream part of the power recovery turbine to a flow path from the upper water tank through the power recovery turbine to the heat exchanger. The air conditioner according to claim 1 or 2, wherein a constant pressure holding device that holds a pressure applied to the heat exchanger at a constant pressure is provided in the bypass flow path.
According to the present invention, the pressure applied to the heat exchanger at the time of starting / stopping the air conditioner can be stabilized by maintaining the pressure inside the constant pressure holding device at, for example, the atmospheric pressure, and the power recovery turbine can be stabilized. In the event of a failure, it is possible to reliably prevent the excessive pressure from being applied to the heat exchanger.
[0013]
The invention according to claim 4 of the present application provides a bypass flow path between a flow path from the power recovery turbine to the heat exchanger and a flow path from the heat exchanger to the pump. The air conditioner according to claim 1 or 2, further comprising a fluid resistor for causing a pressure loss in the heat medium flowing through the bypass flow path. According to the present invention, when the air conditioner is started / stopped, or when the power recovery turbine cannot recover the predetermined potential energy for some reason, the heat medium is passed through the fluid resistor to generate an excessive amount of heat in the heat exchanger. Pressure can be reliably prevented from being applied.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an air conditioner according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the air conditioner includes a heat medium circulation system 100 on the condenser 5 side and a heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side.
[0015]
The heat medium circulating system 100 on the side of the condenser 5 includes a condenser (condenser, which is a heat exchanger) 5 of the cold / hot heat source device 4 placed at a low place, and an upper part of the condenser 5 (the uppermost part of the heat medium circulating system 100). A cooling tower (upper water tank) 1 which is installed on the upper part, for example, on the roof of a building, and maintains its internal pressure at atmospheric pressure, and a piping group (flow path) which connects the condenser 5 and the cooling tower 1 in a ring shape. A pipe 2 for returning the heat medium and a pipe 7) for feeding the heat medium, a power recovery turbine 15 installed in the pipe 2 for returning the heat medium, and an automatic opening / closing valve 11 installed downstream thereof; A pump 3A for circulating a heat medium installed in the pipe 7 for feeding and a check valve 14 installed downstream of the pump 3A; a double-shaft motor 16 for driving the pump 3A; Connect or It is configured by including the automatic clutch 18 to release.
[0016]
On the other hand, the heat medium circulation system 200 on the side of the cooler 6 includes a cooler (evaporator, which is a heat exchanger) 6 of the cooling / heating heat source device 4 placed at a low place, and an upper portion of the cooler 6 (the heat medium circulation system 200 has An expansion tank (upper water tank) 9 installed at the uppermost part and maintaining its internal pressure at atmospheric pressure, and a pipe group (piping for returning the heat medium) serving as a flow path connecting the cooler 6 and the expansion tank 9 in a ring shape. 25 and a pipe 27 for feeding the heat medium), a pump 3B installed in the pipe 25 for returning the heat medium, and a plurality of fan coil units 8 installed in the pipe 27 for feeding the heat medium. It is configured. Reference numeral 10 denotes an air vent.
[0017]
Here, the power recovery turbine 15 is configured by a turbine selected so as to recover the potential energy of the water level difference (H1-H1B) between the cooling tower 1 and the power recovery turbine 15.
[0018]
The automatic clutch 18 has a structure for adjusting the rate of energy transfer between the two-shaft motor 16 and the power recovery turbine 15, and is connected to the pump 3 </ b> A or the power recovery turbine 15 when any failure occurs. To ensure that the failure of one element does not affect the other.
[0019]
The operation of the air conditioner configured as described above will be described. First, in the heat medium circulation system 100 on the condenser 5 side, by driving the pump 3A, the heat medium is supplied from the cooling tower 1 to the condenser 5 of the cold / hot heat source device 4 through the pipe 2, and the heat radiated from the condenser 5 The heat medium heated to a high temperature by the energy returns to the cooling tower 1 through the pipe 7 and radiates heat energy to the atmosphere, returns to the original temperature, and circulates again as a heat medium to the condenser 5 of the cold / hot heat source device 4. .
[0020]
Here, the maximum pressure applied to the condenser 5 becomes (atmospheric pressure Pa + head H1B) by closing the automatic opening / closing valve 11 at the time of stop. That is, the automatic on-off valve 11 and the check valve 14 prevent excessive pressure from being applied to the condenser 5 when the air conditioner is stopped. On the other hand, since the potential energy of the water level difference (head H1-head H1B) is recovered by the power recovery turbine 15, the maximum pressure applied to the condenser 5 during operation is eventually reduced from the pressure (atmospheric pressure Pa + head H1B) to the pipe 2 Is the pressure obtained by subtracting the pressure corresponding to the pipe friction loss. Therefore, if the head H1B is set so that the pressure applied to the maximum pressure portion of the condenser 5 is equal to or less than a predetermined value, the pressure applied to the maximum pressure portion of the condenser 5 can be reduced to a predetermined pressure or less. Thus, a general-purpose standard device can be used as the cooling / heating heat source device 4, and cost reduction can be realized. Further, if the air conditioner is configured in this manner, for example, a water tank such as the cooling water tank 17 installed on the ground or the ground floor shown in FIG. 5 is not required, and power can be recovered by the power recovery turbine 15. The potential energy recovered by the power recovery turbine 15 can be used for any purpose. By connecting the power recovery turbine 15 and the two-axis motor 16 via the automatic clutch 18 as in this embodiment, if the recovered potential energy is used as a part of the driving energy of the pump 3A, the pump 3A Energy saving and miniaturization can be realized.
[0021]
On the other hand, in the heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side, the heat medium is supplied from the pump 3B to the cooler 6 through the pipe 25, is cooled by being deprived of heat by the cooler 6, and passes through the pipe 27 to the plurality of fan coil units 8. Supplied. Then, the heat medium having taken heat from the air by the fan coil unit 8 returns to the original temperature, reaches the expansion tank 9, and then returns to the pump 3B via the pipe 25 and circulates again. The expansion tank 9 is opened to the atmosphere, is arranged at the highest position in the heat medium circulation system 200 on the side of the cooler 6, so that the pressure of each part of the heat medium circulation system 200 is maintained at a predetermined pressure or higher, and the temperature change of the heat medium. And acts to prevent air from entering the heat medium circulating system 200.
[0022]
Although not adopted in this embodiment, the present invention applied to the heat medium circulation system 100 on the condenser 5 side can be similarly applied to the heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side. That is, in this case, the pump 3B is installed in the pipe 27 on the downstream side of the cooler 6, and the heat medium is lost in the pipe 25 on the upstream side of the cooler 6 by flowing downward from the expansion tank 9 toward the cooler 6. A power recovery turbine that suppresses the pressure applied to the cooler 6 to a predetermined value or less by converting the potential energy into rotational kinetic energy and taking it out is installed. Further, the automatic on-off valve 11, the check valve 14, the double shaft motor 16, A member corresponding to the automatic clutch 18 may be provided.
[0023]
[Second embodiment]
FIG. 2 is a diagram illustrating an air conditioner according to a second embodiment of the present invention. The air conditioner shown in FIG. 2 differs from the air conditioner shown in FIG. 1 in that the pipe 2 extending from the cooling tower 1 to the condenser 5 via the power recovery turbine 15 has an upstream portion and a downstream portion of the power recovery turbine 15. A bypass pipe 19 serving as a bypass flow path connecting the parts is provided. In the bypass pipe 19, a flow rate control valve 22B capable of adjusting a flow rate and capable of being fully closed, and a constant pressure holding tank for keeping the pressure applied to the condenser 5 constant. (Constant pressure holding device) 12 and the point that the automatic on-off valve 11 shown in FIG. 1 is changed to a flow control valve 22A that can be fully closed so that the flow can be controlled. The constant pressure holding tank 12 is a tank for storing a heat medium therein, and is communicated with the atmosphere. The pressure of the liquid surface of the heat medium is maintained at atmospheric pressure. The overflow pipe 13 is for discharging leakage water in order to prevent the liquid level in the constant pressure holding tank 12 from rising abnormally.
[0024]
The basic operation of this air conditioner is the same as that of the air conditioner of the first embodiment, but in this air conditioner, the constant pressure holding tank 12 and the power recovery turbine 15 are installed in parallel as described above. Therefore, when the power recovery turbine 15 cannot recover the predetermined potential energy for some reason, the heat recovery medium 15 is supplied to the condenser 5 by flowing all the heat medium to the bypass pipe 19 provided with the constant pressure holding tank 12. Excessive pressure can be prevented from being applied. Further, at the time of startup, in order to prevent the recovery power of the power recovery turbine 15 from being small and applying excessive pressure to the condenser 5, the operation is started from a state in which all the heat medium flows through the bypass pipe 19 provided with the constant pressure holding tank 12. First, the flow rate control valves 22A and 22B are adjusted to gradually increase the heat medium flow rate in the path including the power recovery turbine 15 while maintaining a state where excessive pressure is not applied to the condenser 5, so that the power recovery turbine 15 When the operation state is such that power can be sufficiently recovered, it is preferable to adopt an operation method in which all the heat medium is caused to flow through the path including the power recovery turbine 15. When the air conditioner is stopped, a procedure reverse to that at the time of startup may be performed. According to the above operation procedure, it is possible to prevent an excessive pressure from being applied to the condenser 5 during the start and stop operation.
[0025]
Although not adopted in the present embodiment, the present invention applied to the heat medium circulation system 100 on the condenser 5 side can be similarly applied to the heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side. This is the same as the embodiment.
[0026]
[Third embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing an air conditioner according to a third embodiment of the present invention. 1 differs from the air conditioner shown in FIG. 1 in that the pipe 2 extends from the power recovery turbine 15 to the condenser 5 and the pipe 7 extends from the condenser 5 to the pump 3A, that is, the power recovery turbine. A bypass pipe 29 serving as a bypass flow path is provided downstream of the condenser 15 and the condenser 5, and a three-way valve 20 is installed at a branch point between the pipe 2 on the power recovery turbine 15 side and the bypass pipe 29. The point is that a fluid resistor 21 having a pressure loss substantially equal to the pressure loss of the condenser 5 is provided in 29.
[0027]
The basic operation of this air conditioner is the same as that of the air conditioner according to the first embodiment. However, in this air conditioner, since the fluid resistor 21 is installed, the power recovery turbine 15 has a predetermined operation for some reason. When the potential energy cannot be recovered, the three-way valve 20 is switched so that the heat medium flows to the bypass pipe 29, so that an excessive pressure can be prevented from being applied to the condenser 5. Further, the three-way valve 20 is switched so that the heat medium flows to the bypass pipe 29 during the start / stop operation of the air conditioner, so that excessive pressure is prevented from being applied to the condenser 5. The start / stop operation of the air conditioner is performed by switching the three-way valve 20 so that the heat medium flows to the condenser 5 after the pressure applied to the air conditioner 20 becomes equal to or lower than a predetermined pressure. At times, excessive pressure can be prevented from being applied to the condenser 5. Since the fluid resistor 21 has a pressure loss substantially equal to the pressure loss of the condenser 5, when the heat medium flows through the bypass pipe 29, the power recovery turbine 15 sufficiently functions and the pressure applied to the fluid resistor 21 is reduced. Can be used to confirm that the pressure is equal to or less than the allowable pressure of the condenser 5, and can also be used for the purpose of preventing a sudden change in resistance in the piping when the three-way valve 20 is switched.
[0028]
Although not adopted in this embodiment, the present invention applied to the heat medium circulation system 100 on the condenser 5 side can be similarly applied to the heat medium circulation system 200 on the cooler 6 side. This is the same as the embodiment.
[0029]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since the pressure applied to the heat exchanger can be suppressed to a predetermined value or less, a standardized and general-purpose inexpensive cooling / heating heat source device can be used for an air conditioner of a high-rise building. Since it is not necessary to install large cold water, cooling water or hot water tank on the basement floor or the ground as in the related art, it is possible to reduce the equipment cost.
[0030]
Further, by recovering the potential energy of the heat medium, the recovered energy can be used for any purpose or the power of the pump for circulating the heat medium can be supported, so that energy saving measures and downsizing of the pump can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an air conditioner according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an air conditioner according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an air conditioner according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a conventional air conditioner.
FIG. 5 is a diagram showing a conventional air conditioner for recovering potential energy with a power recovery turbine.
[Explanation of symbols]
100 Heat medium circulation system 200 Heat medium circulation system 1 Cooling tower (upper water tank)
2 Piping (flow path)
3A pump 3B pump 4 Cold and hot heat source equipment (heat source equipment)
5. Condenser (condenser which is a heat exchanger)
6. Cooler (evaporator which is a heat exchanger)
7 Piping (flow path)
8 Fan coil unit 9 Expansion tank (upper water tank)
10 Air vent 11 Automatic open / close valve 12 Constant pressure holding tank (constant pressure holding device)
13 Overflow pipe 14 Check valve 15 Power recovery turbine 16 Double shaft motor 17 Cooling water tank 18 Automatic clutch 19 Bypass pipe (bypass flow path)
Reference Signs List 20 three-way valve 21 fluid resistance element 22A flow control valve 22B flow control valve 25 pipe 27 pipe 29 bypass pipe (bypass flow path)
