JP2009058165A - 蒸発式空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減圧にした第１容器１及び第２容器２と，間接式の冷暖房用熱交換器５と，間接式の放吸熱用熱交換器１０とから成り，蒸発性液体を前記第１容器と前記冷暖房用熱交換器との間を循環する第１循環手段７と，同じく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第２循環手段１２とを備え，更に，前記第１容器内と前記第２容器内とを接続する蒸気ダクト１７中に，正逆回転可能なルーツ式圧縮機１８を設けて成る蒸発式空調装置において，前記ルーツ式圧縮機の圧縮比を高くして，冷房及び暖房能力の向上を図る。
【解決手段】前記ルーツ式圧縮機１８におけるケーシング１８ａに，当該ケーシング内への注水口１９を設けて，この注水口に，前記第１容器１側における蒸発性液体の一部，又は前記第２容器２側における蒸発性液体の一部を導く。
【選択図】図１

Description

本発明は，水等のように蒸発性を有する液体における蒸発及び凝縮を利用して，少なくとも冷房を行うように構成した蒸発式の空調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，
「密閉した第１容器及び第２容器と，間接式の冷暖房用熱交換器と，間接式の放吸熱用熱交換器と，前記第１容器及び第２容器内を大気圧よりも低い減圧にする手段とから成り，水等のような蒸発性液体を前記第１容器と前記冷暖房用熱交換器との間を循環する第１循環手段と，同じく水等のような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第２循環手段とを備え，更に，前記第１容器内と前記第２容器内とを接続する蒸気ダクト中に，正逆回転可能なルーツ式圧縮機を設けて成る蒸発式空調装置。」
が記載されている。

この先行技術の蒸発式空調装置においては，
「冷房の場合には，前記ルーツ式圧縮機を，前記第１容器内で発生した蒸気を吸引して圧縮する方向に回転する。

これにより，前記第１容器内は前記ルーツ式圧縮機による吸引にて減圧度が高くなり，この第１容器内の蒸発性液体は，減圧状態で沸騰蒸発することで冷却されて前記冷暖房用熱交換器に送られたのち再び前記第１容器内に戻るという循環をするから，冷暖房箇所を冷房する。

一方，前記ルーツ式圧縮機にて圧縮された蒸気は，前記第２容器内に入り，ここで，当該第２容器と前記放吸熱用熱交換器との間を循環する蒸発性液体にて冷やされて凝縮し，この蒸気の凝縮にて温度が高くなった蒸発性液体は，この第２容器内から前記放吸熱用熱交換器に送られたのち再び前記第２容器内に戻るという循環をするから，放吸熱箇所で放熱を行う。

また，暖房の場合には，前記ルーツ式圧縮機を，前記第２容器内で発生した蒸気を吸引して圧縮するように逆方向に回転する。

これにより，今度は，前記第２容器内がルーツ式圧縮機の逆回転による吸引にて減圧度が高くなり，この第２容器内の蒸発性液体は減圧状態で沸騰蒸発し，ここに発生した蒸気は，前記ルーツ式圧縮機にて圧縮されたのち前記第１容器内に入り，ここで当該第１容器と前記冷暖房用熱交換器との間を循環する蒸発性液体にて冷やされて凝縮し，この蒸気の凝縮にて温度が高くなった蒸発性液体は，この第１容器内から前記冷暖房用熱交換器に送られたのち再び前記第１容器内に戻るという循環をするから，前記冷暖房箇所を暖房する。

一方，前記第２容器内において沸騰蒸発にて温度が下がった蒸発性液体は，この第２容器内から前記放吸熱用熱交換器に送られたのち再び前記第２容器内に戻るという循環をするから，前記放吸熱箇所で吸熱を行う。」
というものである。
特開２００６−９７９８９号公報

ところで，前記先行技術の蒸発式空調装置において使用されているルーツ式圧縮機は，正逆回転可能であるから冷房及び暖房の両方を行うことできることに加えて，蒸気の圧縮比を，遠心式圧縮機を使用して蒸気の圧縮を行う場合よりも大幅に高くできるから，前記第１容器と第２容器との間における温度差を大きくできるという利点を有する。

しかし，その反面，このルーツ式圧縮機は，従来から良く知られているように，楕円形断面のケーシング内に，繭型断面にした二つのロータを互いに位相をずらせて配設し，この二つのロータを互いに逆方向に回転するという構成であって，その圧縮比を高くすると，これに応じて圧縮後の蒸気における過熱度が高くなって，その温度が上昇することにより，前記ケーシング内で回転する両ロータは熱膨張し，この熱膨張により，両ロータの相互間，及び両ロータとケーシングの内面とが直接に摩擦することになるから，その部分における摩耗が増大するばかりか，駆動動力の損失の増大，ひいては，焼付きが発生することになる。

このために，前記ルーツ式圧縮機における圧縮比の上限には，前記両ロータの相互間，及び両ロータとケーシングの内面との直接的な摩擦を回避しなければならないことに起因して，限界値が存在し，圧縮比をこの上限の限界値以上に高くすることができないのであった。

本発明は，前記先行技術の蒸発式空調装置において，そのルーツ式圧縮機における圧縮比の上限値を，冷房及び暖房のうちいずれか一方又は両方における能力の低下を招来することなく，一層高くできるようにすることを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「密閉した第１容器及び第２容器と，間接式の冷暖房用熱交換器と，間接式の放吸熱用熱交換器と，前記第１容器及び第２容器内を大気圧よりも低い減圧にする手段とから成り，蒸発性液体を前記第１容器と前記冷暖房用熱交換器との間を循環する第１循環手段と，同じく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第２循環手段とを備え，更に，前記第１容器内と前記第２容器内とを接続する蒸気ダクト中に，正逆回転可能なルーツ式圧縮機を設けて成る蒸発式空調装置において，
前記ルーツ式圧縮機におけるケーシングに，当該ケーシング内への注水口を設けて，この注水口に，前記第１容器側における蒸発性液体の一部，又は前記第２容器側における蒸発性液体の一部を導くように構成した。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記注水口を，前記ケーシングのうち軸線方向に沿った複数箇所に設ける。」
ことを特徴としている。

本発明の請求項３は，
「前記請求項１又は２の記載において，前記注水口に，前記ルーツ式圧縮機を第１容器の蒸気を吸引・圧縮するように回転しているときには，前記第２容器側における蒸発性液体を導くように構成する。」
ことを特徴としている。

請求項１の記載によると，ルーツ式圧縮機におけるケーシング内には，第１容器内における蒸発性液体か当該第１容器と冷暖房用熱交換器との間を循環する蒸発性液体，つまり，第１容器側における蒸発性液体の一部，又は，第２容器内における蒸発性液体か当該第２容器と放吸熱用熱交換器との間を循環する蒸発性液体，つまり，第２容器側おける蒸発性液体の一部が，当該ケーシングに設けた注水口より導入されることにより，この蒸発性液体にて，前記ケーシング内において回転する二つロータを冷却できて，両ロータにおける熱膨張を確実に抑制することができるとともに，前記ケーシング内に導入した蒸発性液体にて，両ロータの相互間及び両ロータとケーシングの内面との間における確実なシーリング及び潤滑を図ることができるから，前記ルーツ式圧縮機における圧縮比をより高くすることができて，装置全体の小型化と，高い能力化とを達成できる。

ところで，前記ルーツ式圧縮機のケーシング内における両ロータの温度上昇は，例えば，特開平９−２３６０９３号公報に記載されているように，前記ルーツ式圧縮機における吸い込み側に，水を噴霧注入することによって防止することができる。

しかし，この構成によると，ルーツ式圧縮機への吸い込み側に噴霧注入した水は，その多くがケーシング内に入るまでの間に気化（ガス化）して大きく体積膨張することになる。このように噴霧注入水が大きく体積膨張することに起因して，前記ルーツ式圧縮機に吸い込まれる蒸気も体積膨張することにより，前記ケーシング内に両ロータの回転にて吸い込まれて圧縮される実際の蒸気量は，前記噴霧注入水が大きく体積膨張する分だけ少なくなるから，冷房能力又は暖房能力の低下を招来することになる。

これに対し，前記請求項１に記載したように，ルーツ式圧縮機におけるケーシング内に，第１容器側における蒸発性液体の一部，又は第２容器側における蒸発性液体の一部を注入することにより，前記ケーシング内に注入した蒸発性液体の大部分は，気化（ガス化）することなく，液体の状態のままで冷却及びシーリング並びに潤滑に供することができるから，前記ルーツ式圧縮機において圧縮される実際の蒸気量が減少すること，ひいては，冷房能力又は暖房能力が低下することを確実に回避できる。

この場合において，前記注水口を，請求項２に記載したように，ケーシングのうち軸線方向に沿った複数箇所に設けることにより，軸線方向の各所について的確な冷却及びシーリング並びに潤滑を，少ない量の蒸発性液体の注水によって確実に達成できる。

また，前記請求項１の記載した構成において，前記ルーツ式圧縮機を，冷房運転に際して第１容器内の蒸気を吸引・圧縮するように回転するときには，第１容器が温度の低い蒸発側で，第２容器が温度の高い凝縮側であるから，前記冷房運転の際に，前記ルーツ式圧縮機におけるケーシング内に第１容器側における温度の低い蒸発性液体を注入することは，熱量のロスを招来する。

そこで，請求項３に記載した構成したように，冷房運転の際には，前記ルーツ式圧縮機におけるケーシング内に，第２容器の凝縮側において蒸気の凝縮で温度が高くなった状態の蒸発性液体を注入することにより，前記ケーシング内への注水による熱量のロスを低減できて，熱効率の向上を達成できる。

以下，本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１及び図２は，第１の実施の形態を示す。

図１及び図２において，符号１は，密閉構造にした第１容器を，符号２は，同じく密閉構造にした第２容器を各々示し，これら両容器１，２のうちいずれか一方又は両方には，当該両容器１，２内を大気圧より低い減圧にするための真空ポンプ３等の真空発生装置が接続されており，また，前記両容器１，２の相互間は，その各々に入れた水等の蒸発性液体が互いに往来するように連通管路４にて接続されている。

符号５は，間接熱交換型の冷暖房用熱交換器を示し，この冷暖房用熱交換器５と，前記第１容器１との間を，循環ポンプ６を備えた第１循環管路７を介して接続することにより，前記第１容器１内における水等の蒸発性液体を，前記冷暖房用熱交換器４に送り，次いで，この冷暖房用熱交換器４から前記第１容器内の上部に設けたノズル８に送り，このノズル８から第１容器１内に噴出するように戻すという循環を行う構成にしている。

この場合，前記冷暖房用熱交換器５は，室内等のような冷暖房箇所９に，当該冷暖房箇所９における空気と間接的に熱交換するように設置されている。

次に，符号１０は，間接熱交換型の放吸熱用熱交換器を示し，この放吸熱用熱交換器１０と，前記第２容器２との間を，循環ポンプ１１を備えた第２循環管路１２を介して接続することにより，前記第２容器２内における水等の蒸発性液体を，前記放吸熱用熱交換器１０に送り，次いで，この放吸熱用熱交換器１０から前記第２容器２内の上部に設けたノズル１３に送り，このノズル１３から第２容器２内に噴出するように戻すという循環を行う構成にしている。

この場合，前記放吸熱用熱交換器１０は，放吸熱用容器１４内に設けられており，地面に掘削の汲み上げ用井戸１５よりポンプ１５にて汲み上げた地下水を，前記放吸熱用容器１４内に供給したのち，この放吸熱用容器１４から排出して，同じく地面に掘削の還元用井戸１６を介して地中に戻すように構成している。

そして，前記第１容器１の上部と，前記第２容器２の上部との間は，蒸気ダクト１７を介して接続され，この蒸気ダクト１７には，図示しない伝動モータ又は内燃機関等の動力源にて回転駆動されるルーツ式圧縮機１８が設けられている。

このルーツ式圧縮機１８は，従来から良く知られていように，楕円形断面のケーシング１８ａ内に，繭型断面にした二つのロータ１８ｂ，１８ｃを互いに位相をずらせて配設し，この二つのロータ１８ｂ，１８ｃを互いに逆方向に回転するという構成であり，前記ケーシング１８ａには，当該ケーシング１８ａ内に開口するように構成した注水口１９が，図２に示すように，軸線方向に沿った複数箇所に設けられている。

前記各注水口１９には，前記第１循環管路７から分岐した冷却用管路２０がバルブ２１を介して接続されているとともに，前記第２循環管路１２から分岐した冷却用管路２２がバルブ２３を介して接続されている。

この構成において，冷房を行う場合には，前記ルーツ式圧縮機１８を，図１に実線矢印Ａで示すように，前記第１容器１内で発生した蒸気を吸引して圧縮する方向に回転駆動する。

これにより，前記第１容器１内は前記ルーツ式圧縮機１８による吸引にて減圧度が高くなり，この第１容器１内の蒸発性液体は，減圧状態で沸騰蒸発することで冷却されて前記冷暖房用熱交換器５に送られ，ここで温度上昇したのち再び前記第１容器１内に戻るというように，第１容器１と冷暖房用熱交換器５との間を第１循環管路７を介して循環するから，冷暖房箇所９を冷房する。

一方，前記ルーツ式圧縮機１８にて圧縮された蒸気は，前記第２容器２内に入り，ここで，当該第２容器２と前記放吸熱用熱交換器１０との間を循環する蒸発性液体にて冷やされて凝縮し，この蒸気の凝縮にて温度が高くなった蒸発性液体は，この第２容器２内から前記放吸熱用熱交換器１０に送られたのち再び前記第２容器２内に戻るというように，第２容器２と放吸熱用熱交換器１０との間を第２循環管路１２を介して循環することにより，放吸熱用容器１４において，地下水への放熱を行う。

この冷房に際しては，前記第２循環管路１２から分岐した冷却用管路２２におけるバルブ２３のみを開くことにより，前記第２容器２において，蒸気の凝縮で温度が高くなった水等の蒸発性液体の一部が，前記ルーツ式圧縮機１８におけるケーシング１８ａ内に，当該ケーシング１８ａに設けた各注水口１９より導入されるから，この蒸発性液体にて，前記ケーシング１８ａ内において回転する二つロータ１８ｂ，１８ｃを冷却できて，両ロータ１８ｂ，１８ｃにおける熱膨張を確実に抑制することができ，しかも，両ロータ１８ｂ，１８ｃの相互間及び両ロータ１８ｂ，１８ｃとケーシング１８ａの内面との間を，軸線方向の各所について確実にシーリングできるとともに，確実に潤滑することができる。

なお，前記冷房の場合においては，前記ケーシング１８ａにおける各注水口１９に，前記第２容器２内における蒸発性液体の一部を直接に導くという構成にしても良い。

つまり，冷房の場合においては，前記したように，前記ケーシング１８ａにおける各注水口１９に，第２容器２側における温度の高い蒸発性液体を導入することにより，この分だけ，熱量のロスを低減できる。

次に，暖房を行う場合には，前記ルーツ式圧縮機１８を，図１に点線矢印Ｂで示すように，前記第２容器２内で発生した蒸気を吸引して圧縮するように逆方向に回転する。

これにより，今度は，前記第２容器２内がルーツ式圧縮機１８の逆回転による吸引にて減圧度が高くなり，この第２容器２内の蒸発性液体は減圧状態で沸騰蒸発し，ここに発生した蒸気は，前記ルーツ式圧縮機１８にて圧縮されたのち前記第１容器１内に入り，ここで当該第１容器１と前記冷暖房用熱交換器５との間を循環する蒸発性液体にて冷やされて凝縮し，この蒸気の凝縮にて温度が高くなった蒸発性液体は，この第１容器１内から前記冷暖房用熱交換器５に送られたのち再び前記第１容器内に戻るという循環をするから，前記冷暖房箇所を暖房する。

一方，前記第２容器２内において沸騰蒸発にて温度が下がった蒸発性液体は，この第２容器２内から前記放吸熱用熱交換器１０に送られたのち再び前記第２容器２内に戻るというように，第２容器２と放吸熱用熱交換器１０との間を第２循環管路１２を介して循環することにより，放吸熱用容器１４において，地下水からの吸熱を受ける。

この暖房に際しては，前記第１循環管路７から分岐した冷却用管路２０におけるバルブ２１のみを開くことにより，前記第１容器１において，蒸気の凝縮で温度が高くなった水等の蒸発性液体の一部が，前記ルーツ式圧縮機１８におけるケーシング１８ａ内に，当該ケーシング１８ａに設けた各注水口１９より導入されるから，この蒸発性液体にて，前記ケーシング１８ａ内において回転する二つロータ１８ｂ，１８ｃを冷却できて，両ロータ１８ｂ，１８ｃにおける熱膨張を確実に抑制することができ，しかも，両ロータ１８ｂ，１８ｃの相互間及び両ロータ１８ｂ，１８ｃとケーシング１８ａの内面との間を，軸線方向の各所について確実にシーリングできるとともに，確実に潤滑することができる。

なお，前記暖房の場合においては，前記ケーシング１８ａにおける各注水口１９に，前記第１容器１内における蒸発性液体の一部を直接に導くという構成にしても良い。

また，前記暖房の場合においては，前記したように，前記ケーシング１８ａにおける各注水口１９に，第１容器１側における温度の高い蒸発性液体を導入することにより，熱量のロスを低減できる。

しかし，前記暖房の際に，第２容器２側における温度の低い蒸発性液体を導入する場合における熱量のロスは，冷房の際に第１容器１側における温度の低い蒸発性液体を導入することによる熱量のロスよりも遥かに少ないので，前記暖房の際には，第１容器１側における蒸発性液体を導入することに代えて，第２容器２側における蒸発性液体を導入するか，或いは，第１容器１側における蒸発性液体及び第２容器２側における蒸発性液体の両方を導入するという構成にすることができる。

前記した実施の形態は，冷房に際しての放熱，及び暖房に際しての吸熱に地下水を利用した場合であったが，本発明は，これに限らず，地下水に代えて他の工業用水を使用することができるほか，以下の図３に示す第２の実施の形態にするか，或いは，図４に示す第３の実施の形態に構成することにより，冷房に際しての放熱及び暖房に際しての吸熱に大気空気を利用することができる。

すなわち，図３は，前記第２循環管路１０における放吸熱用熱交換器１０を内蔵する放吸熱用容器１４に，フアン２４による強制通風の通風塔２５内の底に溜まる水等の蒸発性液体をポンプ２６にて供給し，この放吸熱用容器１４から排出される蒸発性液体を，前記通風塔２５内に設けたラシヒリング等の充填層２７に対して散布して，大気空気と接触するという循環を行うように構成したものである。

また，図４は，前記第２循環管路１０における放吸熱用熱交換器１０を，フアン２８による強制通風の通風塔２９内に配設し，この通風塔２９内の底に溜まる水等の蒸発性液体をポンプ３０にて汲み出して，前記放吸熱用熱交換器１０に対してノズル３１にて散布するという循環を行うように構成したものである。

これら図３及び図４の構成によると，大気空気を利用して冷房時における放熱と，暖房時における吸熱とを行うことかできる。

第１の実施の形態を示す図である。 図１のII−II視断面図である。 第２の実施の形態を示す図である。 第３の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１ 第１容器
２ 第２容器
３ 真空ポンプ
４ 連通管路
５ 冷暖房用熱交換器
７ 第１循環管路
９ 冷暖房箇所
１０ 放吸熱用熱交換器
１２ 第２循環管路
１７ 蒸気ダクト
１８ ルーツ式圧縮機
１８ａ ルーツ式圧縮機のケーシング
１８ｂ，１８ｃ ルーツ式圧縮機のロータ
１９ 注水口
２０，２２ 冷却用管路
２１，２３ バルブ

Claims (3)

1. 密閉した第１容器及び第２容器と，間接式の冷暖房用熱交換器と，間接式の放吸熱用熱交換器と，前記第１容器及び第２容器内を大気圧よりも低い減圧にする手段とから成り，蒸発性液体を前記第１容器と前記冷暖房用熱交換器との間を循環する第１循環手段と，同じく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第２循環手段とを備え，更に，前記第１容器内と前記第２容器内とを接続する蒸気ダクト中に，正逆回転可能なルーツ式圧縮機を設けて成る蒸発式空調装置において，
   前記ルーツ式圧縮機におけるケーシングに，当該ケーシング内への注水口を設けて，この注水口に，前記第１容器側における蒸発性液体の一部，又は前記第２容器側における蒸発性液体の一部を導くように構成した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，前記注水口を，前記ケーシングのうち軸線方向に沿った複数箇所に設け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，前記注水口に，前記ルーツ式圧縮機を第１容器の蒸気を吸引・圧縮するように回転しているときには，前記第２容器側における蒸発性液体を導くように構成することを特徴とする蒸発式空調装置。

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