JP2009115379A - Water refrigerant refrigerating device and heating/cooling system comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a water refrigerant refrigeration apparatus and a cooling / heating system including the same.
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。
Conventionally, what is indicated by
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。
When the cooling / heating system configured as described above is air-cooled, first, the compressor is driven so that the pressure in the one-
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。
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。 When generating the air dehumidified by the humidity control apparatus as described above, the water refrigerant refrigeration apparatus needs to supply a heat medium cooled to about 7 ° C. to 8 ° C. to the heat medium coil. However, it is difficult to generate a low-temperature heat medium having high energy efficiency, for example, about 7 ° C. to 8 ° C., with a water refrigerant refrigeration apparatus that uses water as a heat medium. There has been a problem that water refrigerant refrigeration apparatuses using alternative chlorofluorocarbons such as HCFCs and HFCs that can generate HFFC as a heat medium continue to be used. Substitute chlorofluorocarbon is a substance with a lower ozone depletion coefficient than CFC-type chlorofluorocarbons (specific chlorofluorocarbons), but the ozone depletion coefficient is not zero, and it is a kind of global warming gas. Is feared.
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。 The present invention has been made to solve such a problem, and a water refrigerant refrigeration apparatus capable of generating a low-temperature heat medium with high energy efficiency without using an alternative chlorofluorocarbon and its use. The purpose is to provide an air conditioning system.
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。 The above object of the present invention is to provide a first vacuum container and a second vacuum container each having a reflux spraying means for recirculating the water refrigerant and spraying the water refrigerant into the storage space while the water refrigerant is stored in the storage space in a vacuum state. A first compressor for reversibly flowing water vapor into a connection pipe connecting the first vacuum container and the second vacuum container, the third vacuum container and the fourth vacuum container; A second compressor that reversibly flows water vapor into a connecting pipe that communicates with the fourth vacuum vessel, a water refrigerant that is refluxed by the reflux spraying means of the second vacuum vessel, and a reflux spray of the third vacuum vessel. This is achieved by a water refrigerant refrigeration apparatus including a heat exchanger that exchanges heat between water refrigerants refluxed by the means.
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。 In the water refrigerant refrigeration apparatus, the first compressor and the second compressor are preferably roots pumps.
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。 Further, the object of the present invention is to pass through the water refrigerant refrigeration apparatus described above, radiation air conditioning equipment for air conditioning the indoor space by heat radiation from the heat source or heat absorption to the heat source, a heat medium passing through the inside, and the outside. A heat medium coil that cools or heats the air by exchanging heat with air, and the reflux spraying means of the second vacuum vessel is heat-exchanged in the heat exchanger After supplying the water refrigerant as a heat source of the radiation air-conditioning equipment, it is configured to spray the storage space of the second vacuum container, and the reflux spraying means of the fourth vacuum container includes the fourth vacuum container The water refrigerant stored in the storage space is supplied as a heat medium that passes through the heat medium coil, and is then distributed by the cooling and heating system configured to be distributed in the storage space of the fourth vacuum container. .
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the water refrigerant freezing apparatus which can produce | generate a low-temperature heat medium with high energy efficiency, and an air-conditioning system using the same can be provided, without using an alternative CFC.
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。 Hereinafter, an air conditioning system having a water refrigerant refrigeration apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an example of a system configuration diagram showing an operation when a cooling / heating system having a water refrigerant refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention is in a cooling operation. FIG. 2 is a system configuration diagram showing an operation when the cooling / heating system is operated for heating.
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
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。
The
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。
The
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。
In the
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。
The
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。
In addition, when humidification is performed, the high-temperature water refrigerant is supplied from the water-
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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the water
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。
In each of these vacuum containers, water that is a water refrigerant is stored in a storage space in a vacuum state. Moreover, each
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。
A
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。
Further, a
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。
In addition, a
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。
In the middle of the
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。
A
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。
The water
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。
The first compressor 44 is configured to decrease the pressure in the
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。
The
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。
An example of the first compressor 44 and the
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。
Further, the bottom of the
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。
For example, as shown in FIG. 3, the radiant air-
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。
For example, aluminum is preferably used as the material of the
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。
Further, the heat
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。
The
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。
Next, the operation | movement at the time of air_conditionaing | cooling operation of the
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。
First, the
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。
When the
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。
In the water
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。
The water vapor generated in the
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。
Further, in the
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。
The water refrigerant that has passed through the
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。
As described above, a part of the water refrigerant sprayed from the
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。
Further, in the water
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。
The water vapor generated in the
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。
Further, in the
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。
The water refrigerant that has passed through the
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)。
In the
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。
Next, the air whose temperature and humidity are reduced is guided to the
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)。
In the
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)。
The air that has passed through the
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)。
The air in the
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。
Next, the operation | movement at the time of the heating operation of the
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。
First, the
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。
When the
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。
In the water
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。
The water refrigerant lowered to a temperature of 1 ° C. is sprayed from the
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。
The water vapor generated in the
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。
The water refrigerant stored at the bottom of the
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。
The water refrigerant that has passed through the
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。
Further, in the water
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。
The water refrigerant lowered to a temperature of 22 ° C. is sprayed from the
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。
The water vapor generated in the
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。
The water refrigerant stored at the bottom of the
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。
The water refrigerant that has passed through the
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)。
In the
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。
Next, the air whose temperature and absolute humidity have been increased is guided to the
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。
In the
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)。
The high-temperature and high-humidity air that has passed through the
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)。
The air in the
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。
The water
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。
Further, in the heating operation, the water refrigerant guided from the
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。
In the
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。
Further, during the heating operation, the temperature of the air can be efficiently lowered by the action of the
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。
Further, during the cooling operation, by controlling the temperature and flow rate of the water refrigerant supplied to the
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。
Further, in the present embodiment, total heat exchange is performed for exchanging sensible heat and latent heat between outdoor air guided by the
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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。 Water refrigerant is stored in the storage space in a vacuum state, and each of the first vacuum container, the second vacuum container, the third vacuum container, and the second vacuum container has reflux circulation means for refluxing the water refrigerant and spraying the water refrigerant in the storage space. 4 vacuum vessels,
A first compressor for reversibly flowing water vapor into a connecting pipe connecting the first vacuum vessel and the second vacuum vessel;
A second compressor for reversibly flowing water vapor into a connecting pipe connecting the third vacuum container and the fourth vacuum container;
A water refrigerant refrigeration apparatus comprising: a water refrigerant that is refluxed by the reflux spraying means of the second vacuum container; and a heat exchanger that exchanges heat between the water refrigerant refluxed by the reflux spraying means of the third vacuum container. .
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。
The water refrigerant refrigeration apparatus according to claim 1 or 2,
Radiation air-conditioning equipment that air-conditions the indoor space by heat radiation from the heat source or heat absorption to the heat source,
A heat medium coil that cools or heats the air by exchanging heat between the heat medium passing through the inside and the air passing through the outside;
The reflux spraying means of the second vacuum container supplies the water refrigerant after heat exchange in the heat exchanger as a heat source of the radiation air-conditioning equipment, and then sprays it in the storage space of the second vacuum container. Is composed of
The reflux distribution means of the fourth vacuum container supplies the water refrigerant stored in the storage space of the fourth vacuum container as a heat medium passing through the heat medium coil, and then stores the storage of the fourth vacuum container. An air-conditioning system that is configured to spread in space.
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