JP4351342B2 - ドレン利用空調設備 - Google Patents
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- F28C1/00—Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
- F28C2001/006—Systems comprising cooling towers, e.g. for recooling a cooling medium
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- Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式のヒートポンプを用いて室内を冷却し、水冷用の冷却水を、建物の外部に設けた冷却塔で外気によって冷却する形式の大規模の空調設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
前記の空調設備にあっては、冷房時の冷却能力が大きいため、空調機の空気冷却部に大量の空気が接触し、該空気中の水分が結露して低温の大量のドレンが生じ、該ドレンは、冷却塔に補給水として供給されるが、該ドレンのもつ冷熱は特に利用されていなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記ドレンが保有する冷熱を積極的に利用することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決する手段は、請求項1に記載したとおり、建物内に送入する空気又は建物内の空気を冷却し、もしくはそれらの空気を冷却するために調温された熱媒を生成するための水冷式のヒートポンプを備え、該ヒートポンプを通る冷却水を、前記建物外の冷却塔に導いて該冷却塔内を通過する外気中に散布して冷却し、冷却された冷却水をヒートポンプに再循環する空調設備であって、建物内に設置した空調機の空気冷却部に、ドレン受けと該ドレン受けから冷却塔に至るドレンパイプを連設し、該空気冷却部で結露したドレンを前記冷却塔内に流入させるドレン利用空調装置において、該冷却塔内の過剰な冷却水を前記冷却塔から排出可能なオーバーフロー管を備え、冷却塔におけるドレンパイプの吐出開口位置が冷却塔における該オーバーフロー管の開口位置よりも高く形成され、かつドレン受けと冷却塔の間のドレンパイプの途中に、吸気冷却器を設置し、該吸気冷却器に設けた冷媒通路に前記ドレンパイプを接続し、前記ドレンで圧縮空気を発生させるコンプレッサに入る吸気を冷却するために、前記コンプレッサの上流側に前記吸気冷却器を設けることを特徴とする。
【0005】
この手段によれば、コンプレッサへ吸入される空気が、コンプレッサの吸気冷却器を通るドレンの冷熱によって冷却されて容積が小になるので、別途の空気予冷設備を設けなくても吸入効率が向上し、コンプレッサの消費電力が低減する。また吸気冷却器を出たドレンは、冷却塔内の冷却水中に流入するので、冷却水の補給量は減少される。しかもこのドレンは空調される空気から必然的に発生するものであるから無費用であり、冷却水のコスト低減に役立つ。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。該実施の形態は、物を生産する工場の工場棟1を空調する場合を示す。該工場には別棟2があり、これにヒートポンプの凝縮器の冷却水を冷却するための冷却塔3、物を生産するための圧縮空気を作るコンプレッサ4などが設置されている。工場棟1は、第1の製造部門1a,第2の製造部門1b,第3の製造部門1c等に区画され、それぞれに空調機5a,5b,5cとして天吊り型のエアハンドリングユニットが設置されている。各空調機には、熱交換器5a1,5b1,5c1が設けられ、各熱交換器は、冷房時に調和すべき空気に対して空気冷却部として作用する。
【0007】
各空調機5a,5b,5cの下には、冷房運転時に空気冷却部に結露したドレンを受けて排除するドレン受け6a,6b,6cが設けられ、図示しないドレン穴からドレンパイプ7によって冷却塔3の貯水部に排出される。ドレンパイプ7の中間には、貯水槽8、排水ポンプ9、コンプレッサ4の吸気管10に設けた吸気冷却器10a等が介設されており、結露したドレンは、重力落下で貯水槽8に至り、排水ポンプ9で揚水される。なお、貯水槽8はコンクリートの打ち放し仕様とし、配管に炭酸カルシウムを沈着させて防食剤の投入を省略させる。
【0008】
配管11は、冷房運転時に各空調機に冷却用の冷水を供給する冷水管で、ヒートポンプ12としての冷凍機と、図示しないポンプ及び空調機の各熱交換器を結んでいる。該冷凍機の凝縮器は、冷却塔3において気液接触で冷却されて冷却水管13を通る冷却水Wによって冷却され、冷凍機の運転が維持される。
【0009】
冷却水管13は、冷却水往管13aと冷却水復管13bとからなり、ヒートポンプ12の凝縮器を冷却した冷却水Wは、図示しないポンプによって揚水され、冷却水復管13bを経て散水器14から散布され、散布された冷却水は、図示しない充填材に沿って流下し、ファン15で白矢印の方向に流れる外気(図2)と熱交換して冷却される。16は冷却水Wの水位を調節するためのボールタップで、図2に示すように水位Lを検出して補給管17からの給水を制御し、熱交換時に外気中に放出された冷却水を補充して水位Lを一定に保つ。18は過剰の冷却水が貯水されるのを防止するためのオーバーフロー管であり、水位Lとオーバーフロー管18の上端との水位差H1は、ドレンパイプ7から入るドレン量を見込んでドレンパイプ7の無い場合に比して大にしてある。また水位Lからドレンパイプ7の吐出開口までの高さH2は、オーバーフロー管18の開口位置より高く、H1+10cm程度の位置に設定され、ドレンの流入に支障のないようにされている。
【0010】
なお、ドレンパイプ7が開口する位置は、前記の水位Lから高さH2の位置に限ることなく、冷却塔3へドレンが流入可能の位置に設ければよく、図2に仮想線で示すように冷却水復管13bにドレンパイプ7aと逆止弁7bを接続し、該冷却水復管13bと散水器14を経て冷却塔3内に流入させることができる。また、ドレンを冷却水往管13aに流入させ、冷却水と共にヒートポンプ12、冷却水復管13b、散水器14の経路で流入させることもできる。
【0011】
前記コンプレッサ4は、ガラリ10bから吸入した空気を吸気冷却器10aで冷却したのち圧縮し、圧縮空気管19から工場棟1内の製造部門に圧縮空気を供給し、物の生産のため、あるいは弁開閉機構の如き計装機器の動力源として利用される。この工場棟1の延床面積は26400m2である。なお、前記吸気冷却器10aは、公知のプレートフィン型熱交換器が利用できる。
【0012】
図1に示す空調機5a,5b,5cは、各製造部門ごとに設置された空調機を概念的に示すもので、ある一つの製造部門には、例えば送風量720m3/minの空調機6台と同360m3/minの空調機1台の計7台の空調機が設置され、他の製造部門にも床面積に応じた能力の空調機が設置されており、全製造部門の送風量の合計は13,260m3/minである。空調機は工場内のオイルミストの混入を防止するため全外気式としている。この送風量を送風することによって生じるドレン量は、冷房モードの5か月間に、公知の外気湿度出現時間から算出して13,400m3(3.72m3/h)と推定される。なおドレンの最大回収量は6m3/hである。
【0013】
本発明は、この大量のドレン及び該ドレンのもつ冷熱を利用するもので、回収したドレンは、ヒートポンプの冷却水として使用され得る。前記冷却塔3においては、冷却水の蒸発量が52m3/hと推定され、これに対してドレン発生量は前記の3.72m3/hであるから、冷却水の減少量の一部をドレンで補うことができる。仮に前記13,400m3のドレンを全部捨て、同量の水を買うとすれば、排水処理費が850円/m3,水料金が240円/m3程度であるから、冷房モードで結露水が発生する期間である5か月間における水費用の合計は、13,400×(850+240)≒1,460万円になる。
【0014】
そして、コンプレッサ4に吸入される空気を吸気冷却器10aにおいてドレンで冷却することにより、空気の容積が減少し、コンプレッサの負荷が減少する。図3はコンプレッサ4に吸入される空気の季節による温度の変化を示し、曲線A1は外気温度、曲線A2はドレンで冷却したときの吸気温度であり、斜線部分の温度低下が生じる。また、コンプレッサ4から吐出された高温の圧縮空気をドレンによって冷却して圧縮圧力を減少させることができる。従来のコンプレッサにおいては、圧縮空気管にファンで送風して空気冷却するのが一般であるが、図1の形態においては、圧縮空気管19を二重管構造とし、外管にドレンを導き内管を通る圧縮空気を冷却する。
【0015】
本設備では、コンプレッサ4を駆動するモータは、1,320KWであり、軸動力効率を0.8、5か月間の運転時間を24H×150日、時間係数を0.7、吸気冷却による電力量低減率を0.03、ドレン量流出係数を0.5とすれば、これらの全ての積は約40,000KWになり、1KWを20円とすれば、約80万円の節減になる。したがって、5か月間の節減費用の総額は1,460+80=1,540万円になる。なお、ドレンを排水処理することなく放流することができれば、前記の排水処理費850円/m3は不要になるが、この分を除いても401.6万円の節減になる。また、24時間操業する工場にあって、ドレン量が冷却塔3へ24時間導入するのに不足する量である場合は、ドレンを貯水槽8に溜めておき、ポンプ9の運転を主として電力料金の安い夜間の時間帯にすることができる。
【0016】
前記の実施の形態には全外気式の空調機が用いられているが、本発明は、被空調室から還気を循環させながら空調する設備にも利用できる。また空調機はファンコイルユニットであってもよいし、水熱源ヒートポンプユニットであってもよい。後者の場合にはそれ自体に冷凍サイクルをもつため、ヒートポンプ12を介さずに直接冷却塔と熱源水をやりとりする。ヒートポンプ12としては、吸収式冷凍機や冷温水発生機や水冷チラーであってもよい。
【0017】
【発明の効果】
請求項1の手段によれば、空調機の冷却部で凝縮したドレンを、空調機の冷却水として利用するから、冷却塔で失われる冷却水の一部を補って水料金を節減することができると共に、コンプレッサで高圧にした空気を使用する工場において、該コンプレッサに吸入する空気を前記ドレンの冷熱で冷却して吸気効率を上昇させるから、コンプレッサで使用する電力を節減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の要素配置図
【図2】 冷却塔の縦断面図
【図3】 吸気冷却器の作用説明図
【符号の説明】
1 工場棟 3 冷却棟
4 コンプレッサ
5a,5b,5c 空調機
5a1,5b1,5c1 熱交換器(空気冷却部)
6a,6b,6c ドレン受け
7 ドレンパイプ 10 吸気管
10a 吸気冷却器 11 冷水管
12 ヒートポンプ 13 冷却水管
14 散水器 16 ボールタップ
19 圧縮空気管
Claims (1)
- 建物内に送入する空気又は建物内の空気を冷却し、もしくはそれらの空気を冷却するために調温された熱媒を生成するための水冷式のヒートポンプを備え、該ヒートポンプを通る冷却水を、前記建物外の冷却塔に導いて該冷却塔内を通過する外気中に散布して冷却し、冷却された冷却水をヒートポンプに再循環する空調設備であって、建物内に設置した空調機の空気冷却部に、ドレン受けと該ドレン受けから冷却塔に至るドレンパイプを連設し、該空気冷却部で結露したドレンを前記冷却塔内に流入させるドレン利用空調装置において、該冷却塔内の過剰な冷却水を前記冷却塔から排出可能なオーバーフロー管を備え、冷却塔におけるドレンパイプの吐出開口位置が冷却塔における該オーバーフロー管の開口位置よりも高く形成され、かつドレン受けと冷却塔の間のドレンパイプの途中に、吸気冷却器を設置し、該吸気冷却器に設けた冷媒通路に前記ドレンパイプを接続し、前記ドレンで圧縮空気を発生させるコンプレッサに入る吸気を冷却するために、前記コンプレッサの上流側に前記吸気冷却器を設けることを特徴とするドレン利用空調設備。
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