(57)【要約】【課題】非常時における冷却水の供給を可能にしつつ、省電力で熱源に対して冷却水を供給可能な冷却設備を提供すること。【解決手段】冷却設備１は、冷却水生成設備１００から０．２ＭＰａで圧送される冷却水を０．５ＭＰａまで増圧し熱源５０へ供給する４連ポンプ１２と、熱交換した後の冷却水を一時的に貯留する非常用タンク１５と、非常用タンク１５内の冷却水をメイン冷却水循環水路１０６へ返送する返送用ポンプ１６と、熱源予冷時に４連ポンプ１２をバイパスし、熱源５０へ冷却水を供給する第１バイパス水路２１と、熱源予冷時に、非常用タンク１５をバイパスし冷却水をメイン冷却水循環水路１０６へ返送する第２バイパス水路２２と、異常停止時に、非常用タンク１５内の冷却水を０．２ＭＰａまで増圧して熱源５０に供給する非常用ポンプ３２と、各水路を切り替える切替バルブ４１，４２，４３，４４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水生成設備から第１圧力で圧送される冷却水を熱源に対して循環して冷却する冷却設備であって、
前記冷却水生成設備からの冷却水を循環するメイン冷却水循環水路から分岐し、熱源へ冷却水を循環する分岐水路と、
前記分岐水路に配置され、前記第１圧力の冷却水を第２圧力まで上昇して前記熱源へ冷却水を供給する第１ポンプと、
熱源で熱交換した後の冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ戻す第１返送水路と、
前記第１返送水路に配置され、前記熱交換した後の冷却水を一時的に貯留する非常用タンクと、
前記非常用タンク内の前記冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ返送する第２ポンプと、
熱源予冷時に前記第１ポンプをバイパスし、熱源へ冷却水を供給する第１バイパス水路と、
熱源予冷時に、前記非常用タンクをバイパスし、熱源で熱交換した後の冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ返送する第２バイパス水路と、
異常停止時に、前記非常用タンク内の冷却水を前記第１圧力まで上昇して前記熱源に供給する非常用ポンプと、
熱源の通常冷却時、予冷時及び異常停止時に各水路を切り替える切替バルブと、
を備えることを特徴とする冷却設備。
【請求項２】
前記熱源は、溶解炉の溶湯加熱用コイルであることを特徴とする請求項１に記載の冷却設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を用いて熱源を冷却する冷却設備に関し、特に、鋳造設備の溶湯加熱用コイルを冷却する冷却設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の工業製品の生産工程には、溶融させた金属（溶湯）を金型に注ぎ込んで鋳造を行う金型鋳造工程等が含まれる。金型鋳造工程では、鋳造設備を用いて鋼板の鋳造を行うが、温度上昇に伴う設備破損を防止するため、鋳造用溶解炉本体の溶湯加熱用コイルや鋳造金型等の熱源を冷却水を用いて冷却することとしている。
【０００３】
このような鋳造設備の冷却設備は、安全管理上、非常時においても確実に熱源を冷却する工夫が採られており、特許文献１には、非常事態により水源からの冷却水の供給が停止したとしても、一定時間の間は冷却水の供給を継続可能な冷却水供給システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３８６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、鋳造設備の冷却は、冷却水をポンプ等で圧送し供給する必要があり、更なる改善の余地があった。即ち、特許文献１の冷却水供給システムでは、冷却水源に貯留した冷却水を直接熱交換部に供給しており、熱源の性質によっては大型のポンプが必要になってしまう問題があった。また、特許文献１の冷却水供給システムでは、冷却水源に冷却塔（クーリングタワー）を設ける構成としており、冷却塔を運転するための電力が必要になるという問題があった。
【０００６】
この点、図７を参照して、具体的に説明する。図７は、従来の冷却設備１Ａの構成を示す図である。冷却設備１Ａは、冷却水タンク２に貯留された冷却水を用いて熱源５０を冷却する冷却設備である。
冷却水タンク２は、熱源５０で熱交換された冷却水が返送されるとともに、冷却水生成設備１００から必要に応じて冷却水が供給される。なお、冷却水生成設備１００は、プラント全体で用いる冷却水（例えば、建屋の空調用冷却水等）を生成する設備である。冷却水タンク２にはポンプ４，５，６が設けられ、ポンプ４，５，６により増圧された冷却水が熱源５０に供給される。熱源５０が鋳造設備である場合には、冷却水はポンプ４，５，６により０．５ＭＰａまで昇圧されることになる。
冷却水タンク２には、冷却塔３が設けられており、熱源５０で熱交換された冷却水が再び冷却される構成となっている。
【０００７】
このような従来の冷却設備１Ａでは、冷却水タンク２から熱源５０に冷却水を直接供給しており、ポンプ４，５，６が大型化する傾向にあった。また、冷却水生成設備１００から冷却水の供給を受けるにも関わらず、冷却設備１Ａに固有の冷却塔を設けることとしており、不要な電力消費につながるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、非常時における冷却水の供給を可能にしつつ、省電力で熱源に対して冷却水を供給可能な冷却設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）冷却水生成設備（例えば、後述の冷却水生成設備１００）から第１圧力（例えば、後述の０．２ＭＰａ）で圧送される冷却水を熱源（例えば、後述の熱源５０）に対して循環して冷却する冷却設備（例えば、後述の冷却設備１）であって、前記冷却水生成設備からの冷却水を循環するメイン冷却水循環水路（例えば、後述のメイン冷却水循環水路１０６）から分岐し、熱源へ冷却水を循環する分岐水路（例えば、後述の分岐水路１１）と、前記分岐水路に配置され、前記第１圧力の冷却水を第２圧力（例えば、後述の０．５ＭＰａ）まで上昇して前記熱源へ冷却水を供給する第１ポンプ（例えば、後述の４連ポンプ１２）と、熱源で熱交換した後の冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ戻す第１返送水路（例えば、後述の第１返送水路１４）と、前記第１返送水路に配置され、前記熱交換した後の冷却水を一時的に貯留する非常用タンク（例えば、後述の非常用タンク１５）と、前記非常用タンク内の前記冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ返送する第２ポンプ（例えば、後述の返送用ポンプ１６）と、熱源予冷時に前記第１ポンプをバイパスし、熱源へ冷却水を供給する第１バイパス水路（例えば、後述の第１バイパス水路２１）と、熱源予冷時に、前記非常用タンクをバイパスし、熱源で熱交換した後の冷却水を前記メイン冷却水循環水路へ返送する第２バイパス水路（例えば、後述の第２バイパス水路２２）と、異常停止時に、前記非常用タンク内の冷却水を前記第１圧力まで上昇して前記熱源に供給する非常用ポンプ（例えば、後述の非常用ポンプ３２）と、熱源の通常冷却時、予冷時及び異常停止時に各水路を切り替える切替バルブ（例えば、後述の切替バルブ４１，４２，４３，４４）と、を備えることを特徴とする冷却設備。
【００１０】
（１）の冷却設備によれば、熱源への冷却水の供給には、冷却水を第２圧力で圧送する必要があるが、冷却水生成設備１００から第１圧力で圧送された冷却水を第１ポンプで更に増圧する構成としているため、第１ポンプを小型化することができる。また、冷却水生成設備で生成された冷却水を循環して熱源を冷却する構成としているため、冷却設備自体に冷却塔を設ける必要がなく、電力消費を抑えることができる。一方、冷却水生成設備に異常がある場合等の異常停止時には、非常用タンクに貯留された冷却水を非常用ポンプを用いて熱源に供給するため、非常時においても安全に運用することができる。そのため、（１）の冷却設備によれば、非常時における冷却水の供給を可能にしつつ、省電力で熱源に対して冷却水を供給することができる。
【００１１】
（２）前記熱源は、溶解炉の溶湯加熱用コイルであることを特徴とする（１）に記載の冷却設備。
【００１２】
（２）の冷却設備によれば、溶解炉の溶湯加熱用コイルを適切に冷却することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、非常時における冷却水の供給を可能にしつつ、省電力で熱源に対して冷却水を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の冷却設備に冷却水を供給する冷却水生成設備の構成を示す図である。
【図２】本発明の冷却設備の構成を示す図である。
【図３】本発明の冷却設備の通常運転時の動作を示す図である。
【図４】本発明の冷却設備の予冷運転時の動作を示す図である。
【図５】本発明の冷却設備の異常運転時の動作を示す図である。
【図６】本発明の冷却設備と従来の冷却設備との消費電力の比較を示す図である。
【図７】従来の冷却設備の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の冷却設備について説明する。
【００１６】
［冷却水生成設備１００の構成］
図１は、本発明の冷却設備１に冷却水を供給する冷却水生成設備１００の構成を示す図である。冷却水生成設備１００は、プラント全体で用いられる冷却水、即ち供給設備１１１，１１２等で空調用として用いられる冷却水や、熱源の冷却に用いる冷却水（冷却設備１に供給する冷却水）を生成する。
冷却水生成設備１００は、メインタンク１０１と、ポンプ１０２と、第１ヘッダ１０３と、冷却塔（クーリングタワー）１０４と、第２ヘッダ１０５と、を含んで構成される。
【００１７】
メインタンク１０１は、冷却水を貯留する大型（１２７０ｔ）のタンクであり、供給設備１１１，１１２や冷却設備１で用いられた冷却水が返送され貯留される。ポンプ１０２は、メインタンク１０１に貯留された冷却水を増圧し圧送するポンプであり、メインタンク１０１に貯留された冷却水を０．２ＭＰａ（第１圧力）程度まで増圧し、供給設備１１１，１１２や冷却設備１に向け圧送する。より詳細には、ポンプ１０２により増圧された冷却水は、第１ヘッダ１０３を経由して冷却塔１０４に供給されて冷却される。冷却塔１０４で冷却された冷却水は、第２ヘッダ１０５を経由して供給設備１１１，１１２や冷却設備１に供給される。
【００１８】
なお、第２ヘッダ１０５と供給設備１１１，１１２とを結ぶ水路をメイン冷却水循環水路１０６と呼び、第２ヘッダ１０５と冷却設備１とを結ぶ水路を分岐水路１１と呼ぶ。このようにポンプ１０２は、メインタンク１０１に貯留された冷却水を０．２ＭＰａで供給設備１１１，１１２や冷却設備１（メイン冷却水循環水路１０６や分岐水路１１）に圧送する。
供給設備１１１，１１２は、例えば、プラント内の建屋であり、冷却水生成設備１００から供給された冷却水は、この建屋内の設備空調等に用いられる。
【００１９】
［冷却設備１の構成］
続いて、図２を参照して、本発明の冷却設備１の構成について説明する。冷却設備１は、冷却水生成設備１００から供給された冷却水を用いて、熱源５０の冷却を行う。ここで、熱源５０は、例えば鋳造設備における溶解炉の溶湯加熱用コイルや鋳造機の金型等である。
【００２０】
冷却設備１には、分岐水路１１を介して冷却水生成設備１００から冷却水が供給される。分岐水路１１には、第１ポンプとしての４連ポンプ１２が配置され、冷却水生成設備１００から供給された冷却水は、４連ポンプ１２により０．２ＭＰａから０．５ＭＰａ（第２圧力）程度まで増圧される。４連ポンプ１２は、並列４連増圧ポンプであり、熱源５０に供給する冷却水の水量及び圧力に基づいて後述の制御装置６０により並列制御される。４連ポンプ１２で増圧された冷却水は、通常時用供給水路１３を介して熱源５０に供給される。
熱源５０で熱交換された冷却水は、第１返送水路１４を介してメイン冷却水循環水路１０６に返送される。この第１返送水路１４は非常用タンク１５と接続され、熱交換された冷却水は非常用タンク１５に一時的に貯留される。非常用タンク１５は、独自の冷却塔を設けることのない小型（１２ｔ）のタンクであり、第２ポンプとしての返送用ポンプ１６が配置される。非常用タンク１５に貯留された冷却水は、返送用ポンプ１６により第１返送水路１４に供給され、メイン冷却水循環水路１０６に返送される。
【００２１】
また、冷却設備１には、４連ポンプ１２をバイパスし、熱源５０へ冷却水を供給する第１バイパス水路２１が設けられる。４連ポンプ１２のバイパスは、分岐水路１１に設けられた切替バルブ４１，４２の開閉により行われる。即ち、切替バルブ４１が開で切替バルブ４２が閉である場合には、分岐水路１１の冷却水は４連ポンプ１２に供給され、切替バルブ４１が閉で切替バルブ４２が開である場合には、分岐水路１１の冷却水は第１バイパス水路２１に供給される。
また、冷却設備１には、非常用タンク１５をバイパスし、熱源５０で熱交換した後の冷却水をメイン冷却水循環水路１０６へ返送する第２バイパス水路２２が設けられる。非常用タンク１５のバイパスは、第１返送水路１４に設けられた切替バルブ４３，４４の開閉により行われる。即ち、切替バルブ４３が開で切替バルブ４４が閉である場合には、第１返送水路１４の冷却水は非常用タンク１５に供給され、切替バルブ４３が閉で切替バルブ４４が開である場合には、第１返送水路１４の冷却水は第２バイパス水路２２に供給されメイン冷却水循環水路１０６に返送される。
【００２２】
また、冷却設備１には、非常用タンク１５内の冷却水を熱源５０に供給する異常時用供給水路３１が設けられる。この異常時用供給水路３１には、非常用ポンプ３２が設けられ、非常用タンク１５内の冷却水を０．２ＭＰａ程度まで増圧し熱源５０に対して圧送する。非常用ポンプ３２には発電機が設けられており、停電等により冷却設備１や冷却水生成設備１００が停止したときに独自の駆動が可能となっている。
【００２３】
また、冷却設備１には、制御装置６０が設けられている。制御装置６０は、各種ポンプや切替バルブ等と通信可能に接続され、各種ポンプや切替バルブ等を制御する。制御装置６０は、無停電電源装置であり、各種ポンプや切替バルブの制御を停電後の一定時間において行うことができる。
【００２４】
続いて、本発明の冷却設備１の動作について説明する。
【００２５】
［鋳造設備稼働時の通常運転］
図３は、熱源５０としての鋳造設備稼働時の冷却設備１の通常運転を示す図である。稼働中の鋳造設備を冷却するためには多くの冷却水が必要となり、本実施形態では冷却水を０．５ＭＰａまで増圧し圧送することとしている。
【００２６】
冷却水生成設備１００で生成された冷却水は、分岐水路１１を介して冷却設備１に供給される。通常運転時において、分岐水路１１に設けられた切替バルブ４１，４２は、制御装置６０の制御により切替バルブ４１が開状態となり、切替バルブ４２が閉状態となる。そのため、分岐水路１１を介して冷却水は４連ポンプ１２に供給され、４連ポンプ１２において増圧され、通常時用供給水路１３に供給される。通常時用供給水路１３には、流量センサや圧力センサが配置されており、これらセンサの監視結果に基づいて制御装置６０が４連ポンプ１２の駆動（即ち、駆動するポンプの台数及びポンプ回転数）を制御することで、熱源５０に供給する冷却水の水量及び圧力が制御される。これにより、冷却水生成設備１００から供給された冷却水が、０．２ＭＰａから０．５ＭＰａまで増圧されて熱源５０に供給される。
【００２７】
熱源５０で熱交換した冷却水は、第１返送水路１４を介して冷却水生成設備１００に返送される。このとき、通常運転時では、熱交換した冷却水を一度、非常用タンク１５に返送するため、第１返送水路１４に設けられた切替バルブ４３，４４は、制御装置６０の制御により切替バルブ４３が開状態となり、切替バルブ４４が閉状態となる。非常用タンク１５に返送された冷却水は、水位センサ及び制御装置６０により水量が監視され、タンク内の水量が一定量を超えると制御装置６０が返送用ポンプ１６を駆動することで、タンク内の冷却水を冷却水生成設備１００に返送する。即ち、通常運転時では、非常用タンク１５に一定量の冷却水が貯留される。
【００２８】
［鋳造設備停止時の予冷運転］
図４は、熱源５０としての鋳造設備停止時の冷却設備１の予冷運転を示す図である。鋳造設備が停止している状態では、供給する冷却水は稼働時に比べ少なくなる。本実施形態では、鋳造設備停止時の予冷運転では、熱源５０に対して冷却水を０．２ＭＰａで圧送することとしている。
【００２９】
冷却水生成設備１００で生成された冷却水は、分岐水路１１を介して冷却設備１に供給される。予冷運転時において、分岐水路１１に設けられた切替バルブ４１，４２は、制御装置６０の制御により切替バルブ４１が閉状態となり、切替バルブ４２が開状態となる。そのため、冷却水生成設備１００から供給された冷却水は、４連ポンプ１２を介することなく、第１バイパス水路２１を流通し熱源５０に供給される。このとき、冷却設備１には冷却水生成設備１００から０．２ＭＰａで冷却水が圧送されているため、４連ポンプ１２を介することなく熱源５０を適切に冷却することができる。
【００３０】
予冷運転時において、熱源５０で熱交換した冷却水は、非常用タンク１５を介することなく冷却水生成設備１００に返送される。そのため、予冷運転時では、第１返送水路１４に設けられた切替バルブ４３，４４は、制御装置６０の制御により切替バルブ４３が閉状態となり、切替バルブ４４が開状態となり、熱交換した冷却水は、第１返送水路１４及び第２バイパス水路２２を流通して冷却水生成設備１００に返送される。
【００３１】
［異常停止時の異常運転］
図５は、地震等の災害により冷却水生成設備１００の圧送設備が異常停止した場合における冷却設備１の異常運転を示す図である。災害が発生すると鋳造設備も自動停止するため、供給する冷却水は稼働時に比べ少なくなる。本実施形態では、異常運転時には、予冷運転時と同様に熱源５０に対して冷却水を０．２ＭＰａで圧送することとしている。
【００３２】
異常運転時には、冷却水生成設備１００から冷却水が供給されなくなるため、通常運転時に非常用タンク１５に貯留しておいた冷却水を用いて熱源５０の冷却を行う。そこで、制御装置６０（無停電電源装置）は、停電や冷却水生成設備１００の停止を検知すると、切替バルブ４１，４２，４４を閉状態にするとともに、切替バルブ４３を開状態にすることで、冷却設備１内で、非常用タンク１５→異常時用供給水路３１→熱源５０→第１返送水路１４→非常用タンク１５により構成される冷却水循環回路を構成する。そして、制御装置６０（無停電電源装置）は、非常用ポンプ３２に設けられた発電機に起動指示を供給する。この起動指示に応じて、発電機が起動することで非常用ポンプ３２が起動し、非常用タンク１５内の冷却水が非常用ポンプ３２により０．２ＭＰａまで増圧され熱源５０に供給される。
【００３３】
なお、熱源５０への供給により非常用タンク１５内の冷却水の温度は上昇することになるが、熱源５０（溶解炉内）の温度が１５００℃と高温のため、１００℃の冷却水（温水）であっても冷却には問題がなく、異常運転時における熱源５０の冷却を適切に行うことができる。
【００３４】
続いて、本発明の冷却設備１の効果について説明する。図６は、本発明の冷却設備１と従来の冷却設備１Ａ（図７参照）との消費電力の比較を示す図である。
【００３５】
通常運転時（月、火、木）において、熱源５０の冷却のため、冷却水を０．５ＭＰａまで増圧し圧送する必要がある。この点、従来の冷却設備１Ａ（図７参照）では、冷却水タンク２に貯留された冷却水を大型のポンプ４，５，６を駆動して０．５ＭＰａまで増圧しており、この大型のポンプ４，５，６の駆動により約３５ＫＷｈの電力を消費していた。
これに対して、本発明の冷却設備１では、冷却水生成設備１００から０．２ＭＰａで圧送される冷却水を４連ポンプ１２で増圧し熱源５０に対して供給するため、熱源５０への冷却水の供給に必要な電力を抑えることができる。なお、本発明の冷却設備１では、返送用ポンプ１６により非常用タンク１５内の冷却水をメイン冷却水循環水路１０６に返送するが、４連ポンプ１２及び返送用ポンプ１６の駆動を合わせたとしても約２５ＫＷｈの電力消費で足りる。
【００３６】
また、通常運転時において、従来の冷却設備１Ａでは、冷却水タンク２内の冷却水を冷却塔３で冷却しなければならず、この冷却塔３の駆動により約２０ＫＷｈの電力を消費し、大型のポンプ４，５，６を駆動と合わせ、通常運転時には最大約５５ＫＷｈの電力を消費していた。
これに対して、本発明の冷却設備１では、冷却水生成設備１００で生成された冷却水を用いて熱源５０を冷却しているため、冷却設備１自体に冷却塔を持たせる必要がなく、固有の冷却塔を駆動するための電力を必要としない。
【００３７】
また、鋳造設備の稼働停止時（水、金）において、熱源５０の予冷を行うことになるが、従来の冷却設備１Ａ（図７参照）では、冷却水タンク２に貯留された冷却水を圧送しなければならず、大型のポンプ４，５，６の駆動により約３５ＫＷｈの電力を消費していた。
これに対して、本発明の冷却設備１では、予冷運転時には、冷却水生成設備１００から０．２ＭＰａで圧送される冷却水をそのまま熱源５０に供給し、メイン冷却水循環水路１０６に返送する。そのため、本発明の冷却設備１では、通常運転から予冷運転への切り替えに、切替バルブ４１，４２，４３，４４を制御するだけで足り、予冷運転時には実質的な消費電力は０ＫＷｈとなる。
【００３８】
このように本発明の冷却設備１では、従来の冷却設備１Ａに比べて消費電力を抑えることができる。具体的には、１週間当たり（土日は運転停止）約７２１２ＫＷｈの電力を抑制し、年間当たり３３４ＭＷｈの電力を抑制することができる。
【００３９】
なお、異常運転時においても、４連ポンプ１２や返送用ポンプ１６を駆動する必要が無いため、冷却設備１としては切替バルブ４１，４２，４３，４４の制御及び非常用ポンプ３２の起動制御のみでたり、既存の無停電電源装置を用いることで十分対応することができる。そのため、本発明の冷却設備１によれば、通常運転及び予冷運転において消費電力を抑えることができるとともに、災害等による異常発生時であっても安全なプラント運用を行うことができる。
【００４０】
また、本発明の冷却設備１では、非常用タンク１５に貯留された冷却水を通常運転時及び予冷運転時は用いることなく異常運転時にのみ用いることとしているため、非常用タンク１５を小型化することができ、メンテナンスの簡略化と省スペースが実現できる。
【００４１】
以上、本発明の冷却設備１の好ましい一実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    冷却設備
１１  分岐水路
１２  ４連ポンプ
１３  通常時用供給水路
１４  第１返送水路
１５  非常用タンク
１６  返送用ポンプ
２１  第１バイパス水路
２２  第２バイパス水路
３１  異常時用供給水路
３２  非常用ポンプ
４１，４２，４３，４４  切替バルブ
５０  熱源
６０  制御装置
１００  冷却水生成設備
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014217852.tif 000006
【図５】
2014217852.tif 000007
【図６】
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【図７】
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