JP4454456B2

JP4454456B2 - 水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システム

Info

Publication number: JP4454456B2
Application number: JP2004285631A
Authority: JP
Inventors: 篤志松村
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd; Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd; Sanken Setsubi Kogyo Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP2006097989A

Description

本発明は、水蒸気圧縮冷凍機に於いて蒸発器と凝縮器の差圧を位置水頭により確保し、もって膨張弁を排除した水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに関するものである。

この種、従来の技術の一つの例としては、図５に示すような膨張弁を備えた冷媒液強制循環式の冷凍システムがある。これについて説明すれば、１は凝縮器、例えばシェルアンドチューブ凝縮器である。２は該凝縮器１に配管３を経由して接続された蒸発器、例えばシェルアンドチューブ蒸発器である。この配管３の経路に膨張弁４を介設している。また、上記蒸発器２の一方は往復配管５の経路に冷水ポンプ６及び放射パネル等の負荷７を接続しており、その他方は配管８の経路に圧縮機９及び凝縮器１の入口側を接続構成している。また、上記凝縮器１には冷却水ポンプ１０を介して冷却塔１１を備えている。

次に、上述の構成に於いて、その動作を図５及び図４に示す圧力Ｐ−比エンタルピーｈ線図に基づき説明する。
蒸発器２内の液冷媒は水冷媒体を除く外の例えば、Ｒ−２２冷媒液であり、蒸発器２の周囲の熱によって低圧下で低温で蒸発し、周囲は冷却される。蒸発した冷媒蒸気は、圧縮機９に吸入され、圧縮されて高圧で温度の高いガスとして該圧縮機９から吐出される。当該冷媒蒸気は凝縮器１に入り、冷却塔１１から冷却水ポンプ１０で送出された冷却水によって冷却されて液化し、高圧液の状態で該凝縮器１に一時的に貯留される。次に膨張弁４を経て圧力が降下した冷却液となり、蒸発器２に流入する。ここで再び液冷媒が蒸発し、冷媒蒸気となって圧縮機９に吸入され、冷媒は蒸気の状態変化を繰り返す。そして、蒸発器２出口の冷媒蒸気は図４に示す飽和乾き蒸気ａであり、圧縮機９で断熱的に圧縮されるとすれば、図４に示す圧力Ｐ−比エンタルピーｈ線図上の等エントロピー線に沿って状態変化し、過熱蒸気ｂの状態で吐出される。次に凝縮器１に流入して冷却され凝縮した後、過冷却液ｃとなる。凝縮は等圧下で行われ、上記過熱蒸気ｂから過冷却液ｃは等圧線上を変化する。凝縮器１を出た凝縮液は、膨張弁４に流入するが、膨張の通過時に絞り作用を受け、高圧から低圧となる。この時、冷媒は仕事を行わず、熱の出入りも無いため、保持エネルギーは変化せず、比エンタルピーｈは不変で、該比エンタルピー横軸方向に対して垂直方向に状態変化をし、過冷却液ｃから湿り蒸気ｄへと状態変化する。湿り蒸気ｄは蒸発器２中を流れる過程で、周囲の熱により蒸発して乾き飽和蒸気ａの状態となり、圧縮機９に吸込まれて図示するように飽和乾き蒸気線及び飽和液線に基づき冷凍サイクルを繰り返えす。

ここに於いて、上述した膨張弁４は、蒸気温度を一定に保持するために自動膨張弁又は蒸発圧力調整弁や電子膨張弁等が使用され、特に管内蒸発満液式冷凍装置では、フロート弁も使用される。小容量のシステムではキャピラリチューブが代用される。そして、上記膨張弁４として例えば、温度自動膨張弁の場合は、弁オリフィスを冷媒液が通過する際に誘起される急激な減圧により弁が振動しないようにするために該冷媒液の流れの抵抗による圧力降下を図り、弁の絞り膨張作用ないし絞り効果を利用する。

図５に適用する凝縮器１としては、図６に示す凝縮器つまりシェルアンドチューブ凝縮器１は、横置きされた鋼板製の円筒胴１２内に多数の冷却管１３、１３…を配置したものであり、該冷却管１３、１３…はその両端を鋼製管板１３ｃ、１３ｃに拡管して圧着されている。冷却水は冷却管１３、１３…の内側を流れる。圧縮機９からの冷媒蒸気は胴１２の上部入口１２ａから入り、冷却管１３、１３…の外表面で凝縮し、液滴の状態で落下して胴１２の下部に溜まる。液化冷媒出口１２ｂは、冷媒液のみが流出するように胴体１２の最底部に設けられている。また、底部に小さいくぼみ部分を作って、そのくぼみ部分に液冷媒出口１２ｂを設けることもある。冷媒は凝縮した後、適宜に過冷却された状態で流出する。容量が余り大きくない場合には、底部に所定の冷媒液を溜め、冷却管１３、１３…群の最下部の数本をこの液の中に浸して過冷却を図るとともに、受液器の役目ももたせる場合もある。このような使い方のものを、コンデンサー・レシーバつまり、受液器兼用水冷凝縮器という。しかし、液量が多くなり過ぎて、数多くの冷却管１３、１３…群が液に浸されると、凝縮に使われる冷却管１３、１３…の本数が減って凝縮圧力が高くなり、冷媒の過充填と同様な結果をもたらすので注意しなければならない。冷却管１３、１３…は、ローフィンチューブまたは裸管が使用され、管内面の水垢除去や冷却管１３、１３…の交換修理ができるように、水室カバーは取り外し可能な構造になっている。
尚、図中１３ａ、１３ｂはそれぞれ冷却水入口、冷却水出口である。

次に、図７（ａ）、（ｂ）に示す蒸発器２つまり、シェルアンドチューブ蒸発器は、太い円筒胴１４内に多数の冷却管１５、１５…を設けて、冷却管１５、１５…内にブラインまたは水を流し、冷却管１５、１５…と円筒胴１４の間には冷媒液が直径の半分以上を満たしている構造の熱交換器である。円筒胴１４内では、冷媒の液と蒸気が分離され、分離された蒸気は圧縮機９に吸い込まれ、液は冷却管１５、１５…を浸しており、その蒸発潜熱で冷却管１５、１５…内を流れるブラインまたは水を冷却する。
尚、図中１４ａ、１４ｂはそれぞれ冷媒入口、冷媒出口である。
社団法人日本冷凍空調学会発行のＳＩによる上級冷凍受験テキスト

従来の方式による膨張弁の制御による冷凍サイクルにおいては、蒸発器及び凝縮器内にて圧力制御のために膨張弁が必要であり、その制御は高精度に行われなければならず、また故障などの発生をさけるため、信頼性を上げる必要があった。本発明によれば、この膨張弁を排除できると共に、高精度の制御のために必要な計器類及び制御機器を省略できる。従って、冷凍機の動作はより単純なものとなり、故障などの発生頻度の低減につながるものである。

本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムは、水蒸気圧縮冷凍機において膨張弁を備えることなく、蒸発器及び凝縮器の差圧を位置水頭により確保する構成としたもので、蒸発器と凝縮器を配管で連結し、両容器内の圧力差が例えば２．９ｋＰａであれば、水位の高さが３０ｃｍに確保できるように、容器の高さを確保し製作したものであって、次の構成、手段から成立する。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、熱源水からの流量を制御する三方弁を接続した一次側及び内部に液膜型プラスチック製充填材を挿入したシェルアンドチューブ凝縮器を接続した二次側を有した熱交換器と、前記シェルアンドチューブ凝縮器からの水冷媒液を連結配管を介して直接に流送されかつ内部に液膜型プラスチック製の充填材を挿入すると共に放射パネルを接続したシェルアンドチューブ蒸発器と、前記シェルアンドチューブ蒸発器と前記シェルアンドチューブ凝縮器との間に連結配管（ダクト）を介して水蒸気を流送するルーツポンプとでなる構成に於いて、前記シェルアンドチューブ凝縮器内の水冷媒液の水位Ｈ０による凝縮圧力値と前記シェルアンドチューブ蒸発器内の冷水の水位Ｈ１による蒸発圧力値との差圧（ｋＰａ）を換算した水位差ｈ２を有した前記シェルアンドチューブ凝縮器及び前記シェルアンドチューブ蒸発器の高さを設定すると共に、前記ルーツポンプは楕円形のシリンダ内に同形のまゆ形断面形状を有する２つのロータを互に９０°位相をずらせて隣接配置しかつ該ルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤで回転制御を行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動されることを特徴とする。

本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムは、上述の構成を有するので次の効果がある。
すなわち、請求項１記載の発明によれば、熱源水からの流量を制御する三方弁を接続した一次側及び内部に液膜型プラスチック製充填材を挿入したシェルアンドチューブ凝縮器を接続した二次側を有した熱交換器と、前記シェルアンドチューブ凝縮器からの水冷媒液を連結配管を介して直接に流送されかつ内部に液膜型プラスチック製の充填材を挿入すると共に放射パネルを接続したシェルアンドチューブ蒸発器と、前記シェルアンドチューブ蒸発器と前記シェルアンドチューブ凝縮器との間に連結配管（ダクト）を介して水蒸気を流送するルーツポンプとでなる構成に於いて、前記シェルアンドチューブ凝縮器内の水冷媒液の水位Ｈ０による凝縮圧力値と前記シェルアンドチューブ蒸発器内の冷水の水位Ｈ１による蒸発圧力値との差圧（ｋＰａ）を換算した水位差ｈ２を有した前記シェルアンドチューブ凝縮器及び前記シェルアンドチューブ蒸発器の高さを設定すると共に、前記ルーツポンプは楕円形のシリンダ内に同形のまゆ形断面形状を有する２つのロータを互に９０°位相をずらせて隣接配置しかつ該ルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤで回転制御を行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動されることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムを提供する。
このような構成としたので、蒸発器内における冷水循環水の噴霧により、膨張弁による冷媒の気化作用を利用する必要がなく、蒸発器と凝縮器内の圧力差を冷媒である水の水位差によりバランスすることで冷凍サイクルを成立させ、膨張弁やキャピラリーチューブの詰まりなどによる制御性、故障発生等の問題を解消すると共にシェルアンドチューブ凝縮器を適用したので噴射ノズルが不要となり、ルーツポンプが楕円形のシリンダ内に同形のまゆ形断面形状を有する２つのロータを備えたのでシリンダ内に摺動部がなく動力損が少なく高速回転が可能となるという効果がある。

以下、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムの実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける基本システム構成を示す実施の形態に於ける一例である。

当該基本システムに備えた水蒸気圧縮冷凍機はいわゆる密閉系の水冷媒冷凍機であって、蒸発器１６と、該蒸発器１６の近傍位置に膨張弁を介設することなく直接に連結配管１７で相互連結することによって配置された凝縮器１８と、該蒸発器１６と凝縮器１８との相互間を接続する連結配管（ダクト）１９に配設した圧縮機２０とで構成されている。
前記蒸発器１６は例えば、図７に示すようなシェルアンドチューブ蒸発器で構成する。該シェルアンドチューブ蒸発器は、太い円筒胴内に多数の冷却管を設けて、冷却管内にブラインまたは水を流し、冷却管と円筒胴の間には水冷媒液が直径の半分以上を満たしている構造の熱交換器である。円筒胴内では、水冷媒の液と蒸気が分離され、分離された蒸気は圧縮機２０に吸い込まれ、水冷媒液は冷却管を浸しており、その蒸発潜熱で冷却管内を流れるブラインまたは水を冷却する。
尚、前記シェルアンドチューブ蒸発器を適用する場合は後述する噴射ノズル１６ａが不要となる。

また、前記凝縮器１８は、例えば、図６に示すようなシェルアンドチューブ凝縮器は、横置きされた鋼板製の円筒胴内に多数の冷却管を配置したものであり、該冷却管はその両端を鋼製管板に拡管して圧着されている。冷却水は冷却管の内側を流れる。そして、圧縮機２０からの冷媒蒸気は胴の上部入口から入り、冷却管の外表面で凝縮し、液滴の状態で落下して胴の下部に溜まる。前記圧縮機２０は例えば、ルーツポンプであり、このルーツポンプはいわゆる真空用のブースタポンプであって、例えば、楕円形のシリンダ内に同形のまゆ形断面形状を有する２つのロータを互に９０°位相をずらせて隣接配置し、各ロータは互に逆方向に等速度で回転する。この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を吸気口から排気口側つまり、図１に示す凝縮器１８に流送する。そして、２つのロータの回転制御は該ルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤによって行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動される。そして、このルーツポンプの特徴点は、シリンダ内に摺動部がなく動力損が少なく高速回転が可能となると共に良好な排気特性が得られることにある。
尚、前記シェルアンドチューブ凝縮器を適用する場合は噴射ノズル１８ａが不要となる。

前記蒸発器１６の一次側には、上述した連結配管１７及び連結配管（ダクト）１９を、その二次側には、負荷側連結配管２１を往復させて接続し、この負荷側連結配管２１に冷水ポンプ２２及び放射パネル等でなる負荷２３を介設する。また、前記凝縮器１８には冷却水生成手段としての冷却塔２４を介設する連結配管２５を往復させて接続する。そして、該連結配管２５は該凝縮器１８の出口側部２５ａには冷却水を該冷却塔２４に流送する冷却水ポンプ２６を、その入口側部２５ｂには該凝縮器１８に収容した噴射ノズル１８ａをそれぞれ接続している。この場合、該凝縮器１８がシェルアンドチューブ凝縮器を適用すると、該噴射ノズル１８ａは不要となる。また、前記冷却塔２４は密閉方式又は開放方式のいずれでも適用できる。
尚、図中２７は真空ポンプであり、前記凝縮器１８に接続され、該凝縮器１８から空気を排出し、例えば水の３７℃飽和蒸気圧である６．３ｋＰａ程度の圧力値として該凝縮器１８を真空状態にする。
前記蒸発器１６及び前記凝縮器１８は図示しないが、その内部に例えば、液膜型プラスチック製の充填材を挿入してもよい。この充填材は、現場組立が可能であり、耐食性及び挫屈強度に優れ、前記蒸発器１６及び前記凝縮器１８の冷却性能や熱交換性能を向上させる特質がある。

このように、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムは、膨張弁を排除しており、蒸発器１６、圧縮機２０、凝縮器１８、冷却塔２４及び負荷側連結配管２１を密閉系として接続し、この内部を真空状態にし、圧縮機２０を運転することで蒸発器１６内の水蒸気が蒸発し、蒸発器１６内の温度を低下させる。次に、該圧縮機２０によってその水蒸気を圧縮した後、水蒸気は高温となって凝縮器１８に導かれる。該凝縮器１８では冷却塔２４からの冷却水によって凝縮され再び水に戻る。高温水蒸気の凝縮によって昇温された冷却水は冷却塔２４等に送られ、その熱を該冷却塔２４により外部へ放熱する。該凝縮器１８内の凝縮水は、凝縮器１８と蒸発器１６を連結した連結配管１７により蒸発器１６へ戻り、両容器の圧力差に相当する水位差を維持する。

次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムの実施の形態に於ける動作等を説明する。

水蒸気は、蒸発器１６から連結配管（ダクト）１９内を流送し、圧縮機２０に流れ、さらに、凝縮器１８に流れ込む。そして、蒸発時に前記蒸発器１６の水を冷却し、冷水を製造する。前記蒸発器１６の出口側は冷水温度が例えば１５℃であり、該冷水は冷水ポンプ２２により放射パネル等の負荷２３の入力側に流送される。そこで、該負荷２３の出口側から例えば２０℃の冷水を放出し、前記蒸発器１６内に配置された噴射ノズル１６ａから例えば２０℃の冷水を散布する。このとき、該蒸発器１６内は例えば１．７ｋＰａの飽和蒸気圧を有し、１５℃の冷水を取出すことができる。さらに、図４に基づき詳しく説明すれば、蒸発器１６内の冷媒液すなわち水は蒸発器１６の周囲の熱によって低圧下で例えば１５℃の低温の状態で蒸発し、その周囲は冷却される。蒸発した冷媒蒸気ｅは、図４に示すように圧縮機２０に吸入され、圧縮されて温度の高い過熱蒸気ｆとして吐出される。冷媒蒸気ｅは凝縮器１８に入り、冷却水によって冷却されて液化し、飽和液ｇの状態で例えば３７℃の温度を有して凝縮器１８に一時貯留される。次に蒸発器１６と、凝縮器１８を連結した連結配管１７を通過する際、圧力が降下し、比エンタルピーｈの値も減少して飽和液ｉの状態となり、蒸発器１６に流入する。ここで再び蒸発し、冷媒蒸気ｅとなって圧縮機２０に吸入され、冷媒は蒸気の状態変化を繰り返えす。

そして、蒸発器１６出口の冷媒蒸気ｅは水飽和乾き蒸気であり、圧縮機２０で断熱的に圧縮されるとすれば、圧力ｐ−比エンタルピーｈ線図上の等エントロピー線に沿って状態変化し、過熱蒸気ｆの状態で吐出される。次に凝縮器１８に流入し冷却され凝縮した後、飽和液ｇとなる。凝縮は等圧下で行われ、過熱蒸気ｆと飽和蒸気ｇは等圧線上を変化する。
飽和液ｇは凝縮器１８の底部の連結配管１７を通過する際、圧力が降下し、比エンタルピーｈの値も減少して飽和液ｉとなり、蒸発器１６に流入する。ここで再び蒸発して飽和乾き蒸気となり、圧縮機２０に吸込まれて図示するように、水飽和乾き蒸気線及び水飽和液線に基づき冷凍サイクルを繰り返えす。

前記冷却塔２４は、前記連結配管２５に介設されており、この連結配管２５を経て冷却水を流送する。そして、前記凝縮器１８の入口側から該冷却水が噴射ノズル１８ａで該凝縮器１８内に散布する。この冷却水の温度は例えば３２℃である。このとき、該凝縮器１８は滞留する水冷媒液１８ｂの温度が例えば３７℃であって、約６．３ｋＰａの飽和蒸気圧を有し、その出口側から３７℃の冷却水が冷却水ポンプ２６により前記冷却塔２４に流送される。さらに図４に基づき詳しく説明すれば、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムは、凝縮器１８に滞留している水冷媒液１８ｂを、蒸発器１６へ流送する。従来の技術のように膨張弁を使用する場合は、該膨張弁の絞り効果により凝縮器１８及び蒸発器１６間の圧力差を一定に保つ技術であるが、本発明に係るシステムでは膨張弁を排除しており、凝縮器１８及び蒸発器１６の圧力差を別の技術手段で確保する。本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムでは、当該圧力差を凝縮器１８内及び蒸発器１６内の水位差による水頭圧で保持することを特徴とする。
従来の冷凍機の冷凍システムに於いては、例えば前述したＲ−２２冷媒液である場合、動作域での冷媒液密度が、例えば１５℃において１．２３ｇ／ｃｍ^３、３７℃において１．１４ｇ／ｃｍ^３であり、その平均値は約１．２ｇ／ｃｍ^３程度となる。一方本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムでは、水冷媒の液密度が１５℃〜３７℃において１．０ｇ／ｃｍ^３となるため、これらを比較すると、Ｒ−２２冷媒液の密度は水の密度の約１．２倍となる。そのため前記Ｒ−２２冷媒液を使用した冷凍機に於いて、本発明と同様に膨張弁を省略するとすれば、前記蒸発器１６及び凝縮器１８の液位差は８０４（ｋＰａ）／９．８（ｋＰａ／ｍＡｑ）≒８２（ｍＡｑ）であり、数値１．２で除算し６８．３（ｍ）を算出する。つまり、従来の冷凍機の冷凍システムでは６８．３（ｍ）の液位差としなければならない。

本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムでは、例えば、図３に示すように蒸発圧力１．７ｋＰａ、凝縮圧力６．３ｋＰａの時、差圧が４．６ｋＰａとなるため、１ｍＡｑ＝９．８ｋＰａから水位差４７ｃｍとすれば、凝縮器１８内及び蒸発器１６内の圧力が保持される。
そこでこの運転条件で冷凍運転するためには、蒸発器１６及び／又は凝縮器１８の高さ寸法Ｈとし、冷水ポンプ２２及び冷却水ポンプ２６による循環系統に付する噴射ノズル１６ａ、１８ａに、所要の冷凍能力を達成するために該噴射ノズル１６ａ、１８ａから噴射する散布水が蒸発するのに必要な散布空間高さ、すなわち図１に示すように充填材などのような熱交換手段を充填する空間高さｈ１であって例えば、約１００ｃｍを確保するとともに、圧力差保持のための水位差ｈ２が例えば約４７ｃｍ、さらには冷水ポンプ２２及び冷却水ポンプ２６がキャビテーションを発生させず適切に動作するための所要吸込みヘッドの高さｈ３が例えば約１００ｃｍとした場合、前記蒸発器１６及び／又は凝縮器１８の高さＨ（ｃｍ）は次の不等式を満足するように設定する必要がある。前記圧力保持のための水位差ｈ２は、例えば前記凝縮器１８に於ける水冷媒液１８ｂの水位Ｈ０であって、その凝縮圧力値６．３ｋＰａと前記蒸発器１６に於ける冷水１６ｂの水位Ｈ１であって、その蒸発圧力値１．７ｋＰａとの差圧が４．６ｋＰａであり、その換算値すなわち水位差ｈ２がＨ０−Ｈ１≒４７ｃｍを意味する。そして、Ｈ＞ｈ１＋ｈ２＋ｈ３＝２４７ｃｍ、つまり、蒸発器１６及び／又は凝縮器１８の高さＨ（ｃｍ）は２４７ｃｍより高く設定する必要がある。実施例では蒸発器１６及び／又は凝縮器１８の高さＨは２４７ｃｍが好適であった。

尚、当該本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける実施の形態では、上記冷凍システムの中で、冷却塔２４を配備しており、これを利用する場合、図３に示す凝縮器１８の凝縮温度値３７℃の意味は、その冷却水入口側が３２℃、その出口側が３７℃である。

次に、本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける実施例について図２に基づき説明する。

図２に示すシステム構成は大概すれば図１に示すシステムに配置した冷却塔２４に代えて熱交換器及び三方弁等を配置し、熱源水を利用する冷凍システムである。
２８は熱交換器であり、その一次側２８ａは下記の熱源水２９に接続される一次連結配管３０に接続されている。該熱交換器２８は熱源水２９と組合せて冷却水生成手段を構成している。前記熱交換器２８の二次側２８ｂは前記凝縮器１８に接続される二次連結配管３１に接続されている。前記凝縮器１８の出口側に於ける二次連結配管３１に冷却水ポンプ２６を介設している。

Ｂは大地であり、熱源水２９を有する。該熱源水２９は例えば井水や河川、海水、地中熱、工場廃水等であって、一方ではポンプ２９ａの駆動により揚水井として地上に揚水し、また、他方では還元井として再び地下に戻す。そして、前記熱交換器２８の一次側２８ａには一次連結配管３０としての分岐連結配管３０ａを配管し、三方弁３２を接続している。該三方弁３２は、前記凝縮器１８の出口側に於ける二次連結配管３１内を流送する冷却水の出口温度が該二次連結配管３１に接続された温度計３３（Ｔ）により所定値例えば３７℃になるように前記一次連結配管３０及び分岐連結配管３０ａを流送する井水等の熱源水２９からの流量を制御する。制御線３４は前記温度計３３（Ｔ）と前記三方弁３２との間に接続されており、該三方弁３２はこの制御線３４により温度計の温度信号を取込み、該三方弁３２の弁開度を制御する。

尚、前記三方弁３２に代えて２個の二方弁を配設することにより同一の構成、動作をすることができる。すなわち、熱交換器２８の一次側２８ａの出口部分に於ける一次連結配管３０及び分岐連結配管３０ａにそれぞれ二方弁（図示せず）を配設する。そして、前記凝縮器１８の出口側に於ける二次連結配管３１内を流送する冷却水の出口温度が該二次連結配管３１に接続された温度計３３（Ｔ）により所定値例えば、３７℃になるように前記一次連結配管３０及び分岐連結配管３０ａを流送する井水等の熱源水２９からの流量を制御する。その際、前記制御線３４は前記温度計３３（Ｔ）と各二方弁との間に接続され、各二方弁はこの制御線３４により該温度計３３（Ｔ）の計測温度信号を取込み各二方弁の弁開度を制御する。

前述した本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける実施例に於けるほかの構成要素は図１に示すシステム構成と略同一であり、同一番号を付し、その説明を省略する。

前述した本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける実施例の動作等を説明する。
ポンプ２９ａを駆動すれば井水等の熱源水２９を揚水し、該熱源水２９は一次連結配管３０内を矢印Ｐ１に示す方向に流送し、熱交換器２８の一次側２８ａ及び三方弁３２を経由して再び大地Ｂの地下まで還元流送される。また、該三方弁３２が弁の開放動作を行ない分岐配管３０ａにも前記熱源水２９の一部が矢印Ｐ２に示す方向に流送する。そして、ポンプ２９ａから熱交換器２８の一次側２８ａまでに配管された入力部分に於ける一次連結配管３０内及び分岐連結配管３０ａ内には例えば１８℃の熱源水２９が揚水される。さらに、該熱交換器２８の一次側２８ａから三方弁３２までは例えば２３℃の熱源水が流送し、分岐連結配管３０ａ内には例えば１８℃の熱源水２９が流送され、地下に還元される。
尚、当該本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムの実施例の外の動作は前述した実施の形態の説明の項と略同一であり、その説明を省略する。

尚、当該本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける実施例では、上記冷凍システムの中で、熱交換器２８及び熱源水２９を配備しており、これを利用する場合、図２に示す実施例は冷房運転時の構成であり、暖房運転に際しては、前記蒸発器１６は凝縮器に、前記凝縮器１８は蒸発器に機能する。従って図３に示す蒸発器の機能を有する凝縮器１８の蒸発温度１２℃の意味は、その熱源水入口側が１５℃、その出口側が１２℃である。

本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける基本システム構成を示す実施の形態のシステム構成図である。本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける基本システム構成を示す実施例のシステム構成図である。本発明に係る水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システムに於ける基本システム構成を示す実施の形態及び実施例に基づく各運転条件に於ける各部位のデータ値を示す図である。本発明及び従来技術に於ける冷凍システムの圧力ｐ−比エンタルピーｈ線図である。従来の技術に於ける膨張弁を備えた冷媒液強制循環式の冷凍システムの一例を示すシステム構成図である。本発明及び従来技術に於ける冷凍システムに適用されるシェルアンドチューブ凝縮器の一例を示す側面図である。本発明及び従来技術に於ける冷凍システムに適用されるシェルアンドチューブ蒸発器の一例を示す図面であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ線方向の断面図である。

１６蒸発器
１６ａ噴射ノズル
１６ｂ冷水
１７連結配管
１８凝縮器
１８ａ噴射ノズル
１８ｂ水冷媒液
１９連結配管（ダクト）
２０圧縮機
２１負荷側連結配管
２２冷水ポンプ
２３負荷
２４冷却塔
２５連結配管
２５ａ連結配管の出口側部
２５ｂ連結配管の入口側部
２６冷却水ポンプ
２７真空ポンプ
２８熱交換器
２８ａ熱交換器の一次側
２８ｂ熱交換器の二次側
２９熱源水（井水）
２９ａポンプ
３０一次連結配管
３０ａ分岐連結配管
３１二次連結配管
３２三方弁
３３温度計
３４制御線
ｈ１空間高さ
ｈ２水位差（Ｈ１−Ｈ０）
ｈ３冷却水ポンプの所要吸込みヘッド高さ
Ｈ１蒸発器内の冷水の水位
Ｈ０凝縮器内の水冷媒液の水位

Claims

熱源水からの流量を制御する三方弁を接続した一次側及び内部に液膜型プラスチック製充填材を挿入したシェルアンドチューブ凝縮器を接続した二次側を有した熱交換器と、前記シェルアンドチューブ凝縮器からの水冷媒液を連結配管を介して直接に流送されかつ内部に液膜型プラスチック製の充填材を挿入すると共に放射パネルを接続したシェルアンドチューブ蒸発器と、前記シェルアンドチューブ蒸発器と前記シェルアンドチューブ凝縮器との間に連結配管（ダクト）を介して水蒸気を流送するルーツポンプとでなる構成に於いて、前記シェルアンドチューブ凝縮器内の水冷媒液の水位Ｈ０による凝縮圧力値と前記シェルアンドチューブ蒸発器内の冷水の水位Ｈ１による蒸発圧力値との差圧（ｋＰａ）を換算した水位差ｈ２を有した前記シェルアンドチューブ凝縮器及び前記シェルアンドチューブ蒸発器の高さを設定すると共に、前記ルーツポンプは楕円形のシリンダ内に同形のまゆ形断面形状を有する２つのロータを互に９０°位相をずらせて隣接配置しかつ該ルーツポンプの軸端に接続されたタイミングギヤで回転制御を行ない、駆動軸の他端は軸封部を介して大気中に出しモータによって駆動されることを特徴とする水蒸気圧縮冷凍機の冷凍システム。