JP2010043788A - 蒸発式空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧にした第１容器６及び第２容器７と，空調用熱交換器４と，放吸熱用熱交換器３２と，前記第１容器と前記空調用熱交換器とに対する蒸発性液体の循環管路と，前記第２容器と前記放吸熱用熱交換器とに対する蒸発性液体の放吸熱用循環管路と，前記第１容器と前記第２容器の相互間の蒸気ダクト３９に蒸気圧縮機４０を備えて成る空調装置において，前記空調用熱交換器に液漏れが発生することを防止する。
【解決手段】間接式の熱交換器９を備え，前記第１容器における蒸発性液体が前記間接式熱交換器の一次側９ａとの間を循環する構成であり，前記空調用熱交換器４における蒸発性液体が前記間接式熱交換器の二次側９ｂとの間を循環する構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は，水等のような蒸発性を有する液体，つまり，蒸発性液体における蒸発及び凝縮を利用して，空調を行うようにした装置に関するものである。

先行技術としての特許文献１には，
「大気圧以下の減圧に保持した第１容器及び第２容器と，空調箇所に設置した空調用熱交換器と，放吸熱用熱交換器とを備え，更に，蒸発性液体を前記第１容器と前記空調用熱交換器との間を循環する空調用循環管路と，蒸発性液体を前記第２容器と前記放吸熱用熱交換器との間を循環する放吸熱用循環管路と，前記第１容器と前記第２容器の相互間を接続する蒸気ダクト中に設けた蒸気圧縮機を備えて成る。」
蒸発式空調装置が記載されている。

この先行技術の空調装置によると，空調箇所に設置した空調用熱交換器における熱交換にて温度が高くなった蒸発性液体は，前記空調用熱交換器から第１容器内に戻ってフラッシュ蒸発することで温度が下がって前記空調用熱交換器に送られるという循環を繰り返すことにより，前記空調箇所を，その室内温度が略一定の温度になるように空調できる。

また，別の先行技術としての特許文献２，３及び４等には，前記空調箇所に設置されるコンピュータ，そのサーバー又は複写機等の各種のオフィス機器，或いは，照明器具等のような発熱機器に，冷却水ジャケット又は冷却水通路等の液体冷却手段を設けて，各種の発熱機器を液体にて冷却することが記載されている。

そこで，前記先行技術の空調装置における空調用循環管路の途中に，前記オフィス機器における液体冷却手段を，前記空調用熱交換器と並列に設けることにより，前記インテリアゾーン等の空調箇所における空調と，前記オフィス機器の液体による冷却とを同時に行うことができる。
特開２００６−９７９８９号公報 特開平５−２６７８７５号公報 特開平６−１２４１４３号公報 特開平７−３５４５３号公報

前記先行技術の空調装置は，大気圧より減圧に維持される第１容器内の蒸発性液体を，一台の循環ポンプによって，第１容器と空調用熱交換器との間，又は第１容器と空調用熱交換器及び各種の発熱機器との間を空調用循環管路を介して循環する構成であることにより，前記一台の循環ポンプとしては，前記蒸発性液体の所定流量を空調用循環管路を介して前記したように確実に循環することに要する流れ抵抗の全てを，当該一台の循環ポンプによって負担しなければならず，このためには，前記循環ポンプを高い揚程にして，その吐出圧力を高くしなければならない。

しかし，前記循環ポンプにおける吐出圧力を高くした場合には，前記第１容器における圧力は大気圧よりも低い減圧の状態であっても，前記空調用循環管路のうち前記循環ポンプよりも下流側の部分では，当該部分における圧力が，前記高い吐出圧力のために大気圧を越えて高くなるから，この空調用循環管路のうち前記循環ポンプよりも下流側の部分，並びに，前記空調用熱交換器及び／又は前記各種の発熱機器に液漏れが発生するおそれが大きいばかり，これら空調用熱交換器及び／又は各種の発熱機器に対する入口及び出口配管の接続部分に，液漏れが発生するおそれが大きいという問題があった。

本発明は，この問題を解消した蒸発式の空調装置を提供することを技術的課題としている。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「大気圧より低い減圧に保持した第１容器及び第２容器と，空調用熱交換器と，放吸熱用熱交換器を備え，前記空調用熱交換器は，空調箇所に設置され，蒸発性液体を前記第２容器と前記放吸熱用熱交換器との間を循環する放吸熱用循環管路と，前記第１容器と前記第２容器の相互間を接続する蒸気ダクト中に設けた蒸気圧縮機を備えており，更に，間接式の熱交換器と，蒸発性液体を前記第１容器と前記間接式熱交換器における一次側との間を循環する一次側循環管路と，蒸発性液体を前記間接式熱交換器における二次側と前記空調用熱交換器との間を循環する二次側循環管路とを備え，前記二次側循環管路には，真空発生手段にて大気圧より低い減圧にした真空タンクが設けられている。」
ことを特徴としている。

請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記空調箇所が複数で，この各空調箇所ごとに前記空調用熱交換器が配置されており，前記各空調箇所ごとに前記間接式熱交換器，前記二次側循環管路及び前記真空タンクを備えおり，前記一次側循環管路が，蒸発性液体を前記第１容器と前記各空調箇所における間接式熱交換器との間を循環する構成である。」
ことを特徴としている。

請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記二次側循環管路には，前記空調箇所に配設した発熱機器に対する液体冷却手段が，前記空調用熱交換器と並列に接続されている。」
ことを特徴としている。

この請求項３における「発熱機器」には，コンピュータ，そのサーバー又は複写機等のような各種のオフィス機器及び照明器具が含まれるほか，その他の発熱を伴う機器が含まれる。

第１容器に対する一次側循環管路における蒸発性液体と，空調用熱交換器に対する二次側循環管路における蒸発性液体とは，間接式の熱交換器において，その温度が互いに近づくように熱交換する。

そこで，前記二次側循環管路における蒸発性液体の温度が，空調用熱交換器における熱交換にて温度が高くなると，前記一次側循環管路における蒸発性液体は，その温度が高くなり，これが前記第１容器内に戻ってフラッシュ蒸発することにより，その温度が低くなり，これに追従して，前記二次側循環管路における蒸発性液体の温度が低くなって空調用熱交換器に供給されることを繰り返すから，前記空調箇所を，その室内温度が略一定の温度になるように空調できる。

この場合において，前記二次側循環管路は，前記一次側循環管路に対して，完全に分離された独立の構成であることに加えて，この二次側循環管路には，真空発生手段にて大気圧より低い減圧にした真空タンクが設けられていることにより，前記二次側循環管路の全体，及び前記空調用熱交換器内における圧力を，常時，大気圧より低い減圧の状態に維持することができるから，前記空調箇所に配設した前記空調用熱交換器に液漏れが発生することを確実に回避できるとともに，前記空調用熱交換器に対する入口及び出口配管の接続部分に，液漏れが発生することを確実に回避できる。

また，前記二次側循環管路及び前記空調用熱交換器内には，その圧力を減圧にしたことにより，大気空気が漏れ吸入されることになるが，この漏れ吸入された空気は，前記真空タンクにおける真空発生手段にて逐次大気中に排出されることになるから，前記二次側循環管路の全体及び前記空調用熱交換器内における圧力を，大気空気の漏れ吸入があった場合においても，確実に大気圧より低い減圧の状態に維持することができる。

また，請求項２によると，複数の空調箇所を，一台の第１容器，第２容器及び放吸熱用熱交換器等により，当該各空調箇所の各々に対する空調用熱交換器及び二次側循環管路に液漏れが発生することを防止した状態のもとで，確実に空調できる。

更にまた，請求項３によると，前記した効果に加えて，空調と一緒に，各種のオフィス機器又は照明器具等を含む発熱機器を確実に冷却することができるとともに，この発熱機器の液体冷却手段，及びこの発熱機器の液体冷却手段に対する入口及び出口配管の接続部分に，液漏れが発生することを確実に回避できる。

以下，本発明の実施の形態を，図面について説明する。

図１は，第１の実施の形態を示し，この第１の実施の形態は，オフィスビル１の二階における一つの空調箇所２を空調する場合である。

前記二階における一つの空調箇所２には，空調用の熱交換器４が，天井等の適宜箇所に設置されているほか，液体冷却式に構成したコンピュータ等のオフィス機器５が床面に複数個設置されており，更に，前記空調箇所２には，ＬＥＤランプ等を使用した照明器具４４が天井等の適宜箇所に設置されている。

前記各オフィス機器５の各々には，冷却水ジャケット又は冷却水通路等の液体冷却手段５ａが設けられている一方，前記照明器具４４にも，冷却水ジャケット又は冷却水通路等の液体冷却手段４４ａが設けられている。

前記オフィスビル１における地下層又は一階層等のような適宜箇所には，密閉構造にした第１容器６と，同じく密閉構造にした第２容器７とが配設されており，これら両容器６，７のうちいずれか一方又は両方には，前記第１容器６及び前記第２容器７内の両方を大気圧より低い減圧にするための真空ポンプ８等の真空発生手段が接続されている。

また，図１において，符号９は，間接式の熱交換器を，符号１０は，真空タンクを各々示し，前記真空タンク１０には，当該真空タンク１０の内部を大気圧より低い減圧に保持するための真空ポンプ１１等の真空発生手段が接続されている。

前記第１容器６内に入れた水等の蒸発性液体は，当該第１容器６からの管路１２を介して一次循環ポンプ１３にて汲み出されたのち，前記間接式熱交換器９における一次側９ａに供給され，次いで，この間接式熱交換器９における一次側９ａから管路１４を介して，再び前記第１容器６内の上部にノズル１５から噴出するように戻るという循環を行うように構成されており，これら管路１２，１４及び一次循環ポンプ１３等により一次側循環管路１６を構成している。

一方，前記間接式熱交換器９の二次側９ｂにおける水等の蒸発性液体は，管路１７を介して前記真空タンク１０に入り，この真空タンク１０から二次循環ポンプ２６備えた管路２７を介して供給ヘッダー１８に送られ，この供給ヘッダー１８から，ポンプ１９を備えた入口管路２０を介して前記空調用熱交換器４に送られるとともに，ポンプ２１を備えた入口管路２２を介して前記各オフィス機器５における液体冷却手段５ａに送られる。

更に，前記供給ヘッダー１８に送られた蒸発性液体は，ポンプ２９を備えた入口管路３０を介して前記照明器具４４における液体冷却手段４４ａにも送られる。

そして，前記空調用熱交換器４における出口管路２３からの蒸発性液体，及び，前記各オフィス機器５の液体冷却手段５ａにおける出口管路２４からの蒸発性液体，並びに前記照明器具４４の液体冷却手段４４ａからの蒸発性液体は，管路２５を介して再び前記間接式熱交換器９の二次側９ｂに戻るという循環を行うように構成されている。

これにより，蒸発性液体を，前記間接式熱交換器９の二次側９ｂと前記空調用熱交換器４との間を循環するという二次側循環管路２８が構成されている一方，前記各オフィス機器５の液体冷却手段５ａ及びその入口側のポンプ２１は，前記空調用熱交換器４及びそのポンプ１９に対して並列に構成されている。

また，前記照明器具４４の液体冷却手段４４ａ及びその入口側のポンプ２９は，前記空調用熱交換器４とそのポンプ１９，及び，前記各オフィス機器５とそのポンプ２１との両方に対して並列に構成されている。

なお，前記間接式熱交換器９及び前記真空タンク１０は，図１に図示したように，オフィスビル１の二階に，前記空調箇所２に隣接して設置することに限らず，オフィスビル１における三階又は一階等に設置するというように，前記空調箇所２から離れた箇所に設置することができる。

一方，前記第２容器７内に入れた水等の蒸発性液体は，ポンプ３１にて汲み出されたのち，放吸熱用熱交換器３２における一次側３２ａに送られ，この一次側３２ａから管路３３を介して，再び，前記第２容器７内の上部にノズル３４から噴出するように戻るという循環を行うように構成されている。

前記オフィスビル１の外側等の適宜箇所には，フアン３６による強制通風に構成した通風塔３５が設置され，その底に溜まる蒸発性液体は，ポンプ３６にて前記放吸熱用熱交換器３２における二次側３２ｂに送られ，この二次側３２ｂから管路３７を介して，再び，前記通風塔３５内の上部にノズル３８から噴出するように戻るという循環を行うように構成されており，これらにより，前記第２容器７と前記放吸熱用熱交換器３２との間を循環する蒸発性液体は，大気空気との間で熱交換を行うという構成になっている。

なお，前記第１容器６と前記第２容器７の相互間は，その各々における水等の蒸発性液体が互いに往来するように，底部における連通路３９を介して接続されている。

また，前記第１容器６の上部と前記第２容器７の上部の間は，蒸気ダクト４０を介して接続され，この蒸気ダクト４０の途中には，ルーツ式圧縮機等の蒸気圧縮機４１が設けられ，この蒸気圧縮機４１は，前記第１容器６における蒸気を第２容器７の方向に圧縮するように回転駆動されている。

前記蒸気ダクト４０には，前記蒸気圧縮機４１の上流側と下流側とを接続するバイパス通路４２が設けられ，このバイパス通路４２に，開閉式のバイパス弁４３が設けられている。

そして，大気温度が前記空調箇所２において要求される所定温度（以下，単に空調箇所の所定温度と称する）よりも高いときには，前記バイパス弁４３を閉じて，前記蒸気圧縮機４１を回転駆動しているが，大気温度が空調箇所２の所定温度よりも低いときには，前記蒸気圧縮機４１を回転駆動を停止して，前記バイパス弁４３を開くというように，「フリークーリング」にするという構成にしている。

この構成において，夏期等において，前記第２容器７の温度が，第１容器６側の温度よりも高い場合，つまり，大気空気の温度が，前記空調箇所２の所定温度（例えば，２５〜２８℃）よりも高い場合，前記蒸気圧縮機４１が，前記第１容器６から前記第２容器７の方向に蒸気圧縮を行うように回転駆動されることにより，前記第１容器６における蒸発性液体は，フラッシュ蒸発にて所定温度に冷却されたのち間接式の熱交換器９の一次側９ａを経て，再び前記第１容器６に戻ってフラッシュ蒸発することを繰り返す一方，前記第１容器６内でのフラッシュ蒸発にて発生した蒸気は前記蒸気圧縮機４１にて圧縮されたのち前記第２容器７に至り，ここにおける蒸発性液体にて凝縮され，この蒸気凝縮にて温度が高くなった蒸発性液体は放吸熱用熱交換器３２に送られて，ここで大気空気との通風塔３５を介しての熱交換にて冷却されたのち再び前記第２容器７に戻って蒸気を凝縮することを繰り返す。

この場合，前記間接式熱交換器９の二次側９ｂと前記空調用熱交換器４及び前記各オフィス機器５の液体冷却手段５ａ並びに前記照明器具４４の液体冷却手段４４ａとの間を，二次側循環管路２８を介して循環する蒸発性液体は，前記間接式熱交換器９における熱交換にて，前記第１容器６における蒸発性液体に近い温度になるから，前記空調箇所２を，前記所定温度になるように空調することができるとともに，前記各オフィス機器５及び前記照明器具４４を同時に冷却できる。

前記照明器具４４を冷却するに際して，この照明器具４４が，ＬＥＤランプを使用したものである場合には，前記した冷却によって，前記ＬＥＤランプにおける耐久性及び発光性能の向上を図ることができる。

なお，前記蒸気圧縮機４１は，その回転数を大気温度が前記空調箇所２の所定温度に近づくように下がること，及び空調負荷が下がることにに追従して，次第に減速するようにインバータにて制御するという構成にしても良い。

次に，冬季等において，大気空気の温度が，前記空調箇所２の所定温度（例えば，２５〜２８℃）よりも低い場合には，前記蒸気圧縮機４１の回転駆動を停止することにより，省エネルギーが図られる。

その一方で，前記バイパス弁４３が開くことにより，前記第１容器６において発生した蒸気を，前記バイパス通路４２を通って第２容器８側に導くことができ，前記第１容器６ａにおけるフラッシュ蒸発が，前記蒸気圧縮機４１の停止によって途絶えることを確実に防止でき，ひいては，前記第１容器６におけるフラッシュ蒸発による蒸発性液体の冷却を続行できるから，前記空調箇所２の空調，前記各オフィス機器５及び前記照明器具４４の冷却を継続できる。

そして，前記二次側循環管路２８と前記一次側循環管路１６とは，その各々における蒸発性液体が前記間接式熱交換器９における互いに熱交換するだけで，完全に分離された独立の構成であることに加えて，前記二次側循環管路２８には，真空ポンプ１１等の真空発生手段にて大気圧より低い減圧に保持されている真空タンク１０が設けられていることにより，前記二次側循環管路２８の全体，前記空調用熱交換器４及び前記各オフィス機器５の液体冷却手段５ａ内における圧力を，常時，大気圧より低い減圧の状態に維持することができる。

これにより，前記空調用熱交換器４及び前記各オフィス機器５の液体冷却手段５ａ並びに前記照明器具４４の液体冷却手段４４ａに液漏れが発生することを確実に回避できるとともに，前記空調用熱交換器４及び各オフィス機器５の液体冷却手段５ａ並びに照明器具４４の液体冷却手段４４ａに対する入口及び出口配管の接続部分に，液漏れが発生することを確実に回避できる。

また，前記した実施の形態において，前記放吸熱用熱交換器３２は，大気空気との間で熱交換する場合であったが，本発明は，これに限らず，前記放吸熱用熱交換器３２を，地下水，又は各種の工業用廃水，或いは海水との間で熱交換にするものに構成するか，地熱との間で熱交換するものに構成できる。

或いは，前記放吸熱用熱交換器３２を，前記通風塔３５の内部に設けて，この放吸熱用熱交換器３５と前記第２容器７との間を循環する蒸発性液体を，前記通風塔３５において大気と熱交換するように構成することができる。

次に，図２は，第２の実施の形態を示す。

この第２の実施の形態は，前記オフィスビル１の二階における空調箇所２に適用することに加えて，三階における空調箇所３にも適用した場合である。

すなわち，前記三階における空調箇所３には，前記二階の空調箇所２と同様に，空調用熱交換器４′，各オフィス機器５′及び照明器具４４′が配設されていることに加えて，この空調箇所３に対する間接式熱交換器９′及び二次側循環管路２８′を備え，更に，前記第１容器６における蒸発性液体を，一次側循環管路１６′により，前記間接式熱交換器９′との間を循環するように構成したものであり，その他は，前記二階の空調箇所２の場合と同様に構成している（なお，前記二階の空調箇所２と同し構成部分については，その符号の後にダッシュを付している）。

なお，この場合においても，前記間接式熱交換器９′及び前記真空タンク１０′は，図２に図示したように，オフィスビル１の三階に，前記空調箇所３に隣接して設置することに限らず，オフィスビル１における二階又は一階等に設置するというように，前記空調箇所３から離れた箇所に設置することができる。

この第２の実施の形態によると，三階における空調箇所３を，前記二階における空調箇所２の場合と同様に，液漏れを生じることなく空調できることともに，三階の空調箇所３における各オフィス機器５′及び照明器具４４′の液体冷却手段４４ａを，これらに液漏れを生じることなく冷却できる。

同様にして，四階以上に多層階とか，或いは，複数の空調箇所に対しても適用できることはいうまでもない。つまり，一つの第１容器６，第２容器７及び放吸熱用熱交換器３２を使用して，複数の空調箇所の空調と，この複数の空調箇所における発熱機器の冷却とを行うことができる。

そして，図３は，前記空調箇所２，３に配設した空調用熱交換器４，４′における一つの具体例を示している。

この具体例としての空調用熱交換器４″は，前記空調箇所２，３の天井面又は壁面に沿って並べて配設した複数枚のアルミ等の金属製輻射パネル４ａ″と，この各輻射パネル４ａ″の各々に設けた流体通路４ｂ″から成り，前記各輻射パネル４ａ″における流体通路４ｂ″内に前記第１容器６における蒸発性液体を流して，前記各輻射パネル４ａ′を冷やすことにより，前記空調箇所２，３を，熱輻射にて冷房に空調するようにした構成したものである。

この構成の空調用熱交換器４″の下面に，前記したようにＬＥＤランプ等を使用した照明器具４４を取付けることができる。この場合，前記照明器具４４は，前記輻射パネル４ａ″との間の熱伝達にて冷却するように構成できるほか，図１及び図２に示したように，輻射パネル４ａ″とは別個に冷却するように構成できる。

本発明の第１の実施の形態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図である。 空調用熱交換器の具体例を示す斜視図である。

符号の説明

１ オフィスビル
２，３ 空調箇所
４，４′ 空調用熱交換器
５，５′ オフィス機器
５ａ，５ａ′ オフィス機器の液体冷却手段
４４，４４′ 照明器具
４４ａ，４４ａ′ 照明器具の液体冷却手段
６ 第１容器
７ 第２容器
８ 真空ポンプ（真空発生手段）
９，９′ 間接式熱交換器
９ａ，９ａ′ 間接式熱交換器の一次側
９ｂ，９ｂ′ 間接式熱交換器の二次側
１０，１０′ 真空タンク
１１，１１′ 真空ポンプ（真空発生手段）
１６，１６′ 一次側循環管路
２８，２８′ 二次側循環管路
３２ 放吸熱用熱交換器
３９ 蒸気ダクト
４０ 蒸気圧縮機

Claims (3)

1. 大気圧より低い減圧に保持した第１容器及び第２容器と，空調用熱交換器と，放吸熱用熱交換器を備え，前記空調用熱交換器は，空調箇所に設置され，蒸発性液体を前記第２容器と前記放吸熱用熱交換器との間を循環する放吸熱用循環管路と，前記第１容器と前記第２容器の相互間を接続する蒸気ダクト中に設けた蒸気圧縮機を備えており，更に，間接式の熱交換器と，蒸発性液体を前記第１容器と前記間接式熱交換器における一次側との間を循環する一次側循環管路と，蒸発性液体を前記間接式熱交換器における二次側と前記空調用熱交換器との間を循環する二次側循環管路とを備え，前記二次側循環管路には，真空発生手段にて大気圧より低い減圧にした真空タンクが設けられていることを特徴とする蒸発式空調装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記空調箇所が複数で，この各空調箇所ごとに前記空調用熱交換器が配置されており，前記各空調箇所ごとに前記間接式熱交換器，前記二次側循環管路及び前記真空タンクを備えおり，前記一次側循環管路が，蒸発性液体を前記第１容器と前記各空調箇所における間接式熱交換器との間を循環する構成であることを特徴とする蒸発式空調装置。
3. 前記請求項１又は２の記載において，前記二次側循環管路には，前記空調箇所に配設した発熱機器に対する液体冷却手段が，前記空調用熱交換器と並列に接続されていることを特徴とする蒸発式空調装置。

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