(57)【要約】【課題】ブラインを用いた冷水製造システムにおいて、運転効率を向上して、消費電力を削減する。【解決手段】冷凍機を含んで構成されるチラー３と、このチラー３において冷凍機の冷媒との熱交換により水またはブラインからなる循環液を冷却可能な循環路２と、この循環路２の循環液との熱交換により水を冷却可能な熱交換器４と、を有するユニット５を複数備える。各ユニット５の循環路２の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられる。チラー３による循環液の冷却目標温度は、ブライン濃度の低い循環液よりブライン濃度の高い循環液において低く設定され、この設定温度が高い側から低くなる順に、各ユニット５の熱交換器４に水が通される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機を含んで構成されるチラーと、このチラーにおいて前記冷凍機の冷媒との熱交換により水またはブラインからなる循環液を冷却可能な循環路と、この循環路の循環液との熱交換により水を冷却可能な熱交換器と、を有するユニットを複数備え、
前記各ユニットの循環路の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられ、
前記チラーによる循環液の冷却目標温度は、ブライン濃度の低い循環液よりブライン濃度の高い循環液において低く設定され、この設定温度が高い側から低くなる順に、前記各ユニットの熱交換器に水が通される
ことを特徴とする冷水製造システム。
【請求項２】
前記各ユニットの循環路は、水またはブラインを貯留する熱媒貯留部を備え、この熱媒貯留部内の液体が、前記チラーおよび前記熱交換器との間で循環され、
前記チラーの出口側の循環液温度を設定温度に維持するように、前記チラーの出力が制御され、
前記各ユニットの内、前記設定温度が最も低いユニットでは、前記熱交換器の出口側の水温を目標温度に維持するように、前記熱交換器に通される循環液の流量が制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の冷水製造システム。
【請求項３】
給水可能な第一貯留部と、冷水が貯留される第二貯留部とが、一部で連通して設けられ、
前記第二貯留部内の冷水は、送水路を介して送水ポンプにより送出可能とされ、
前記第一貯留部内の貯留水が、前記各ユニットの熱交換器を順に介して、前記第二貯留部に供給されるか、前記送水ポンプより上流側の前記送水路に供給される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷水製造システム。
【請求項４】
給水可能な第一貯留部と、冷水が貯留される第二貯留部とが、一部で連通して設けられ、
前記第二貯留部内の冷水は、送水路を介して送水ポンプにより送出可能とされ、
前記ユニットとして、前記設定温度が高い側から低くなる順に、第一ユニット、第二ユニットおよび第三ユニットを備え、
前記第一貯留部への給水が、前記第一ユニットの熱交換器に通され、
前記第一貯留部内の貯留水が、前記第二ユニットの熱交換器との間で循環され、
前記第二貯留部内の貯留水が、前記第三ユニットの熱交換器を介して、前記第二貯留部に戻されるか、前記送水ポンプより上流側の前記送水路に供給される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷水製造システム。
【請求項５】
前記第一貯留部と前記第二貯留部とは、一または複数の追加貯留部を介して連通され、
前記第一ユニット、前記第二ユニットおよび前記第三ユニット以外に、前記各追加貯留部に対応して、前記第二ユニットの設定温度よりも低いが前記第三ユニットの設定温度よりも高い設定温度の追加ユニットを備え、
前記各追加貯留部内の貯留水が、前記対応する追加ユニットの熱交換器との間で循環され、
前記第一貯留部から前記各追加貯留部を介して前記第二貯留部へ行くに従って、前記各貯留部の水温低下が図られる
ことを特徴とする請求項４に記載の冷水製造システム。
【請求項６】
前記各ユニットの内、前記設定温度が最も高いユニットでは、前記循環路の循環液として水が用いられる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷水製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機を有するチラーと熱交換器との間で、水またはブラインからなる循環液を循環させ、前記熱交換器において、循環液と水とを熱交換して冷水を製造する冷水製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるように、冷凍機を用いて水を冷却する冷水製造システムが知られている。当該文献の図３に基づき説明すると、冷水製造システムは、二重管構造の熱交換器（３２）を備え、この熱交換器（３２）は、冷媒循環路（３３）を介して冷凍機（３１）と接続される一方、冷水循環路（３６，３７）を介して冷水タンク（３４）と接続されている。熱交換器（３２）において、冷凍機（３１）の冷媒と冷水タンク（３４）からの水とを熱交換して、水を冷却することができる。
【０００３】
この種の冷水製造システムでは、熱交換器において冷媒と水とを熱交換するので、熱交換器が万一破損すると、冷水中に冷凍機の冷媒や油が混入するおそれがある。そのため、冷水の用途によっては（たとえば冷水を食品冷却に用いる場合には）、安全性向上のために、冷媒と水との熱交換を、ブラインを介して行うことも考えられる。すなわち、冷凍機によりブラインを冷却し、そのブラインにより水を冷却するのである。
【０００４】
ところが、ブラインを用いて、比較的低温（たとえば１〜２℃）の冷水を得ようとする場合、次のような課題が残る。すなわち、目標温度の冷水を得るには、ブラインの温度を前記目標温度よりも所定以上低くする必要があるが、ブラインを低温にするためには、ブラインの濃度を高くする必要がある。そして、ブラインの濃度を高くするとブラインの粘性が上がり、チラー（冷凍機）や熱交換器の効率の低下や、ブラインの循環ポンプの動力が大きくなる不都合がある。
【０００５】
また、チラーは、冷凍機の冷媒の蒸発温度と凝縮温度との温度差が小さいほど、圧縮機の消費電力が少なくなりＣＯＰ（成績係数）が向上するので、ブラインの冷却目標温度を低くするほど（つまり蒸発温度を下げるほど）、チラーのＣＯＰは低下する。そのため、ブラインの冷却目標温度を高めに設定できれば、その分だけ圧縮機の消費電力を下げて、ＣＯＰを向上できることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１６６３３９号公報（段落０００２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ブラインを用いた冷水製造システムにおいて、ブラインの濃度との関係で、チラーや熱交換器の効率を向上したり、ブラインの循環ポンプの動力を下げたりすることができ、またチラーの設定温度との関係で、チラーのＣＯＰを向上して、効率のよい運転を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、冷凍機を含んで構成されるチラーと、このチラーにおいて前記冷凍機の冷媒との熱交換により水またはブラインからなる循環液を冷却可能な循環路と、この循環路の循環液との熱交換により水を冷却可能な熱交換器と、を有するユニットを複数備え、前記各ユニットの循環路の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられ、前記チラーによる循環液の冷却目標温度は、ブライン濃度の低い循環液よりブライン濃度の高い循環液において低く設定され、この設定温度が高い側から低くなる順に、前記各ユニットの熱交換器に水が通されることを特徴とする冷水製造システムである。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、循環路を介してチラーと熱交換器とが接続されたユニットを複数備え、各ユニットの循環路の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられる。そして、循環液の濃度の異なるユニット同士（このユニットにはブライン濃度０％の水のユニットが含まれてもよい）を比較した場合、ブラインの濃度が高いユニットほど、チラーによる循環液の冷却目標温度が低く設定され、この設定温度が高い側から低くなる順に、各ユニットの熱交換器に水が通される。複数のユニットを用いて、段階的に水を冷却していくことで、設定温度が高い側のユニットでは、ブラインの濃度を下げることができ、その分だけ、チラーや熱交換器の効率を向上したり、循環路の循環ポンプの動力を下げたりすることができる。また、設定温度が高い側のユニットでは、チラーのＣＯＰを向上して、効率のよい運転が可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記各ユニットの循環路は、水またはブラインを貯留する熱媒貯留部を備え、この熱媒貯留部内の液体が、前記チラーおよび前記熱交換器との間で循環され、前記チラーの出口側の循環液温度を設定温度に維持するように、前記チラーの出力が制御され、前記各ユニットの内、前記設定温度が最も低いユニットでは、前記熱交換器の出口側の水温を目標温度に維持するように、前記熱交換器に通される循環液の流量が制御されることを特徴とする請求項１に記載の冷水製造システムである。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、水またはブラインからなる循環液の循環路には、循環液の貯留部が設けられるので、循環液の循環を安定して図ることができる。また、熱交換器へ供給される循環液温度を設定温度に維持することで、熱交換器において所望に水を冷却することができる。さらに、設定温度が最も低いユニットでは、熱交換器の出口側の水温を目標温度に維持することができ、所望温度の冷水を製造することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、給水可能な第一貯留部と、冷水が貯留される第二貯留部とが、一部で連通して設けられ、前記第二貯留部内の冷水は、送水路を介して送水ポンプにより送出可能とされ、前記第一貯留部内の貯留水が、前記各ユニットの熱交換器を順に介して、前記第二貯留部に供給されるか、前記送水ポンプより上流側の前記送水路に供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷水製造システムである。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、第一貯留部の水を、各ユニットの熱交換器に順に通して冷却した後、第二貯留部へ供給したり、冷水需要箇所へ供給したりすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、給水可能な第一貯留部と、冷水が貯留される第二貯留部とが、一部で連通して設けられ、前記第二貯留部内の冷水は、送水路を介して送水ポンプにより送出可能とされ、前記ユニットとして、前記設定温度が高い側から低くなる順に、第一ユニット、第二ユニットおよび第三ユニットを備え、前記第一貯留部への給水が、前記第一ユニットの熱交換器に通され、前記第一貯留部内の貯留水が、前記第二ユニットの熱交換器との間で循環され、前記第二貯留部内の貯留水が、前記第三ユニットの熱交換器を介して、前記第二貯留部に戻されるか、前記送水ポンプより上流側の前記送水路に供給されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷水製造システムである。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、第一貯留部には、第一ユニットの熱交換器を介して冷却された水が供給されると共に、その貯留水は、第二ユニットの熱交換器との間で循環して冷却可能とされる。そして、第一貯留部と連通した第二貯留部内の貯留水を、第三ユニットの熱交換器を介して冷却した後、第二貯留部へ戻したり、冷水需要箇所へ供給したりすることができる。結果として、給水源からの給水は、第一ユニット、第二ユニットおよび第三ユニットで順に冷却されて、所望温度の冷水として利用可能とされる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記第一貯留部と前記第二貯留部とは、一または複数の追加貯留部を介して連通され、前記第一ユニット、前記第二ユニットおよび前記第三ユニット以外に、前記各追加貯留部に対応して、前記第二ユニットの設定温度よりも低いが前記第三ユニットの設定温度よりも高い設定温度の追加ユニットを備え、前記各追加貯留部内の貯留水が、前記対応する追加ユニットの熱交換器との間で循環され、前記第一貯留部から前記各追加貯留部を介して前記第二貯留部へ行くに従って、前記各貯留部の水温低下が図られることを特徴とする請求項４に記載の冷水製造システムである。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、第一貯留部と第二貯留部との間に追加貯留部を設けると共に、その追加貯留部の貯留水を追加ユニットにて冷却可能とすることで、より多段階で水を冷却していくことができる。
【００１８】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記各ユニットの内、前記設定温度が最も高いユニットでは、前記循環路の循環液として水が用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷水製造システムである。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、設定温度が最も高いユニットでは、循環路の循環液として水を用いることで、安価で、管理が容易である。また、ブラインと比較して粘性が低いので、チラーや熱交換器の効率を向上したり、循環路の循環ポンプの動力を下げたりすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ブラインを用いた冷水製造システムにおいて、ブラインの濃度との関係で、チラーや熱交換器の効率を向上したり、ブラインの循環ポンプの動力を下げたりすることができ、またチラーの設定温度との関係で、チラーのＣＯＰを向上して、効率のよい運転を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１の冷水製造システムを示す概略図である。
【図２】本発明の実施例２の冷水製造システムを示す概略図である。
【図３】冷水製造システムの比較例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明の実施例１の冷水製造システム１を示す概略図である。
本実施例の冷水製造システム１は、循環路２を介してチラー３と熱交換器４とが接続されたユニット５を複数備える。このユニット５として、本実施例では、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃを備える。
【００２４】
各ユニット５は、基本的には同一の構成であり、冷凍機を含んで構成されるチラー３と、このチラー３において冷凍機の冷媒との熱交換により水またはブラインからなる循環液を冷却可能な循環路２と、この循環路２の循環液との熱交換により水を冷却可能な熱交換器４とを備える。
【００２５】
なお、図面において、各ユニット５やその構成要素の参照符号には、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃに対応して、それぞれ添え字Ａ，Ｂ，Ｃを付している。従って、第一ユニット５Ａは、チラー３Ａ、循環路２Ａおよび熱交換器４Ａを備えて構成され、第二ユニット５Ｂは、チラー３Ｂ、循環路２Ｂおよび熱交換器４Ｂを備えて構成され、第三ユニット５Ｃは、チラー３Ｃ、循環路２Ｃおよび熱交換器４Ｃを備えて構成される。
【００２６】
各ユニット５のチラー３は、典型的には同一の構成とされ、最大冷却能力が同一とされる。各チラー３は、蒸気圧縮式の冷凍機（図示省略）を備える。この場合、冷凍機は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が、順次環状に接続されて構成される。圧縮機は、冷媒を圧縮して高温高圧の気体にする。凝縮器は、圧縮機からの冷媒を凝縮液化する。膨張弁は、凝縮器からの冷媒を通過させることで、冷媒の圧力と温度とを低下させる。そして、蒸発器は、膨張弁からの冷媒を蒸発させる。この蒸発時の気化熱により、循環路２の循環液の冷却を図ることができる。つまり、蒸発器は、冷凍機の冷媒と循環路２の循環液とを混ぜることなく熱交換する間接熱交換器とされる。
【００２７】
各ユニット５の循環路２は、チラー３（より具体的には冷凍機の蒸発器）と熱交換器４との間で、液体を循環させる。図示例では、循環路２は、水またはブラインの貯留部として貯留タンク６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ）を備え、この貯留タンク６内の液体が循環ポンプ７（７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）を介してチラー３へ送られ、チラー３で冷却後の液体が熱交供給路８（８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）を介して熱交換器４へ送られ、熱交排出路９（９Ａ，９Ｂ，９Ｃ）を介して貯留タンク６へ戻される。従って、循環ポンプ７を作動させることで、貯留タンク６と、チラー３および熱交換器４との間で、液体を循環させることができる。
【００２８】
なお、図示例では、各貯留タンク６は、所定液位まで液体が貯留されると共に、大気圧下に開放されている。また、各循環ポンプ７は、キャビテーション防止の観点から、図示例のように、貯留タンク６からチラー３へのチラー供給路１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）に設けられるのが好ましいが、場合により、熱交供給路８または熱交排出路９に設けられてもよい。
【００２９】
各ユニット５の熱交換器４は、循環液と水とを混ぜることなく熱交換可能に、循環液側の流路と水側の流路とを備える。熱交換器４は、その構成を特に問わないが、たとえばプレート式熱交換器とされる。
【００３０】
冷水製造システム１は、さらに、各熱交換器４に対する給排水系統を備える。具体的には、本実施例では、給水可能な第一貯留部１１と、冷水が貯留される第二貯留部１２とが、一部で連通して設けられる。図示例では、下方に連通穴１３を備えた仕切板１４でタンク１５が仕切られることで、第一貯留部１１と第二貯留部１２とが形成されている。第一貯留部１１は、ボールタップ１６などを介して適宜、水（典型的には水道水または井水などの常温水）が供給可能とされ、設定水位に維持される。第一貯留部１１と第二貯留部１２とは一部で連通されているので、第二貯留部１２内の水位も所望に維持される。なお、図示例では、各貯留部１１，１２を備えたタンク１５は、大気圧下に開放されている。
【００３１】
第一貯留部１１からは冷水循環路１７が導出されており、この冷水循環路１７は、冷水ポンプ１８の他、各ユニット５の熱交換器４を順に介して、第二貯留部１２へ開口される。第一貯留部１１と第二貯留部１２とは連通されているので、冷水ポンプ１８を作動させると、タンク１５内の水が各熱交換器４との間で循環され、その際、各熱交換器４へは第一貯留部１１から供給され、各熱交換器４からは第二貯留部１２へ排出されることになる。
【００３２】
なお、後述するように、各ユニット５の循環路２の循環液はブラインの濃度が変更されるが、そのブラインの濃度が低い（０％でもよい）側から高くなる順に、各ユニット５の熱交換器４に冷水循環路１７の水が通される。ここでは、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃの順に、各ユニット５の熱交換器４に、冷水循環路１７の水が通される。
【００３３】
第二貯留部１２内の水は、送水路１９を介して、各種の冷水需要箇所（図示省略）へ供給可能とされる。具体的には、送水路１９には送水ポンプ２０が設けられており、送水ポンプ２０を作動させることで、冷水を冷水需要箇所（たとえば食品機械）へ供給可能とされる。
【００３４】
図示例では、冷水循環路１７を介して各熱交換器４で冷却された水は、第二貯留部１２へ供給されているが、送水ポンプ２０より上流側の送水路１９に供給されてもよい。その場合、冷水ポンプ１８の作動中、冷水需要箇所での冷水要求により送水ポンプ２０が作動すると、第二貯留部１２の貯留水ではなく、冷水循環路１７の水（つまり各熱交換器４での冷却直後の水）が優先して送水路から冷水需要箇所へ送られることになる。そのため、冷水需要箇所への冷水温度を所望に維持することができる。
【００３５】
前述したとおり、各ユニット５は、基本的には同一の構成とされる。但し、第三ユニット５Ｃの循環路（循環液の濃度が最も高い循環路）２Ｃでは、熱交換器４Ｃに通される循環液の流量を調整可能とされるのが好ましい。そのために、本実施例では、第三ユニット５Ｃにおいて、熱交供給路８Ｃには貯留タンク６Ｃ（または熱交排出路９Ｃ）への還流路２１が分岐して設けられ、その還流路２１と熱交供給路８Ｃとの分岐部に三方弁２２が設けられている。この三方弁２２を制御することで、チラー３Ｃで冷却された循環液を、熱交換器４Ｃを介して熱交排出路９Ｃにより貯留タンク６Ｃへ戻すか、熱交換器４Ｃを介さずに還流路２１により貯留タンク６Ｃへ戻すかの分配割合を調整可能とされる。
【００３６】
また、各ユニット５は、循環路２の循環液が異なる。すなわち、各ユニット５の循環路２の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられる。この際、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂ、第三ユニット５Ｃの順に、ブラインの濃度が高くなるように構成される。
【００３７】
たとえば、第一ユニット５Ａの第一循環液は水（清水）とされ、第二ユニット５Ｂの第二循環液はブライン（たとえばブライン３５％の水溶液）とされ、第三ユニット５Ｃの第三循環液は第二循環液よりも高濃度のブライン（たとえばブライン５０％の水溶液）とされる。あるいは、第一ユニット５Ａの第一循環液はブラインとされ、第二ユニット５Ｂの第二循環液は第一循環液よりも高濃度のブラインとされ、第三ユニット５Ｃの第三循環液は第二循環液よりも高濃度のブラインとされる。
【００３８】
各熱交換器４において、冷水循環路１７の水を冷却して冷水とするが、その冷水を食品冷却に用いる場合（特に食品と直接に接触させる場合）、万一の熱交換器４の破損によるブラインの漏れにも安全なように、食品添加物としても許容されるブライン（たとえばプロピレングリコール）を用いるのが好ましい。
【００３９】
各ユニット５では、チラー３の出口側の循環液温度を検出可能に、温度センサ２３が設けられる。具体的には、第一ユニット５Ａの熱交供給路８Ａには、第一温度センサ２３Ａが設けられ、第二ユニット５Ｂの熱交供給路８Ｂには、第二温度センサ２３Ｂが設けられ、第三ユニット５Ｃの熱交供給路８Ｃには、三方弁２２よりも上流側（チラー３Ｃ側）に第三温度センサ２３Ｃが設けられる。
【００４０】
さらに、冷水循環路１７には、各熱交換器４を通過後の水温を検出可能に、水温センサ２４が設けられる。具体的には、冷水循環路１７の内、第三熱交換器４Ｃの出口側には、水温センサ２４が設けられる。
【００４１】
次に、本実施例の冷水製造システム１の運転例について説明する。以下に説明する運転は、図示しない制御器により自動でなされる。つまり、制御器は、各ユニット５のチラー３、循環ポンプ７、第三ユニット５Ｃの三方弁２２、冷水ポンプ１８、送水ポンプ２０の他、各温度センサ２３および水温センサ２４などに接続されており、これらセンサ２３，２４の検出信号などに基づき、チラー３や三方弁２２や各ポンプ７，１８，２０などを制御する。
【００４２】
スタートボタンが押されるなど、運転開始が指示されると、制御器は、冷水製造システム１の運転を開始する。一方、ストップボタンが押されるなど、運転停止が指示されると、制御器は、冷水製造システム１の運転を停止する。
【００４３】
冷水製造システム１の運転中、各ユニット５の循環ポンプ７は、作動を継続する。従って、各ユニット５では、貯留タンク６内の液体が、チラー３と熱交換器４との間で循環する。また、冷水製造システム１の運転中、冷水ポンプ１８も、作動を継続する。従って、第一貯留部１１からの水が、各熱交換器４に通されて、第二貯留部１２へ戻される循環がなされる。
【００４４】
各ユニット５では、チラー３の出口側の循環液温度を設定温度に維持するように、チラー３の出力が制御される。具体的には、第一ユニット５Ａでは、第一温度センサ２３Ａの検出温度を第一設定温度に維持するように、チラー３Ａが制御（たとえば冷凍機の圧縮機のモータがインバータ制御）される。同様に、第二ユニット５Ｂでは、第二温度センサ２３Ｂの検出温度を第二設定温度に維持するように、チラー３Ｂが制御され、第三ユニット５Ｃでは、第三温度センサ２３Ｃの検出温度を第三設定温度に維持するように、チラー３Ｃが制御される。
【００４５】
循環液の濃度の異なるユニット５同士を比較した場合、ブラインの濃度が高いユニット５ほど、前記設定温度が低くなるように設定される。本実施例では、前述したとおり、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂ、第三ユニット５Ｃの順に、ブラインの濃度が高くなるように構成されているので、これに合わせて、第一設定温度＞第二設定温度＞第三設定温度、の関係となるように、各チラー３による循環液の冷却目標温度が設定される。そして、設定温度が高い側から低くなる順に、各ユニット５の熱交換器４に水が通されることになる。これにより、冷水循環路１７による水は、各ユニット５の熱交換器４を介するごとに、段階的に（たとえば数℃ずつ）冷却される。なお、各ユニット５では、チラー３の設定温度が、熱交換器４における水の冷却目標温度よりも所定温度（たとえば２〜５℃）低い温度に設定されると共に、その設定温度の実現に必要な濃度のブラインまたは水が用いられる（当該濃度でのブライン凍結温度＋α≦設定温度）。
【００４６】
さらに、各ユニット５の内、設定温度が最も低いユニット（第三ユニット５Ｃ）では、熱交換器４Ｃの出口側の水温を目標温度に維持するように、熱交換器４Ｃに通される循環液の流量を制御するのが好ましい。本実施例では、第三ユニット５Ｃにおいて、水温センサ２４の検出温度を目標温度に維持するように、三方弁２２の開度を調整する。これにより、所望温度の冷水を製造することができる。
【００４７】
なお、設定温度が最も高い第一ユニット５Ａでは、循環路２Ａの循環液として水を用いるのが好ましい。循環液としてブラインではなく水を用いることで、安価で、管理が容易である。また、ブラインと比較して粘性が低いので、チラー３Ａや熱交換器４Ａの効率を向上したり、循環路２Ａの循環ポンプ７Ａの動力を下げたりすることができる。
【００４８】
図３は、冷水製造システム１の比較例を示す概略図である。
この比較例では、ブラインタンク１０１内のブラインが、複数台のチラー１０２との間で循環されて冷却可能とされる。具体的には、ブラインタンク１０１内のブラインは、循環ポンプ１０３を介してチラー１０２へ供給され、設定温度に冷却されてブラインタンク１０１へ戻される。また、ブラインタンク１０１内のブラインは、熱交供給路１０４を介して熱交換器１０５へ送られ、熱交排出路１０６を介してブラインタンク１０１へ戻される。熱交供給路１０４と熱交排出路１０６とはバイパス路１０７で接続されており、熱交供給路１０４とバイパス路１０７との分岐部に設けた三方弁１０８を制御することで、循環ポンプ１０９からのブラインを熱交換器１０５に通す流量を調整することができる。一方、熱交換器１０５に対する給排水系統は、前記実施例と同一のため、同じ箇所には同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４９】
仮に、比較例のように構成した場合、熱交換器１０５出口側の冷水温度を目標温度にするためには、その目標温度よりも所定以上低くなるように、ブラインを冷却する必要がある。そして、ブラインを低温にするために、ブラインの濃度を高くする必要もあり、ブラインの粘性が上がる。そのため、全てのチラー１０２に粘度の高いブラインが通されることになり、チラー１０２（冷凍機）や熱交換器１０５の効率の低下や、ブラインの循環ポンプ１０３，１０９の動力が大きくなる。また、すべてのチラー１０２の設定温度を下げる必要があるので、全てのチラー１０２のＣＯＰが低下する。さらに、熱交換器１０５は、前記実施例と比較して、大型に形成する必要もある。
【００５０】
ところが、前記実施例の冷水製造システム１によれば、複数のユニット５を用いて、段階的に水を冷却していくことで、設定温度（チラー３による循環液の冷却目標温度）が高い側のユニット３Ａ，３Ｂでは、ブラインの濃度を下げることができる。つまり、比較例のように、複数台のチラー１０２が共通のブラインタンク１０１を使用する場合と比較して、本実施例では、設定温度の最も低いユニット（第三ユニット）５Ｃ以外のユニット５Ａ，５Ｂでは、ブラインの濃度を下げることができる。
【００５１】
たとえば、最終的に２℃の冷水を得るために、ブラインを−２℃まで冷却する必要がある場合、比較例では、−２℃に合わせてブラインの濃度が比較的高く設定され、全てのチラー１０２が−２℃を目標に運転される必要があるが、本実施例では、設定温度が高い側のユニット（第一ユニット５Ａおよび第二ユニット５Ｂ）では、ブラインの濃度を下げることができると共に、チラー３Ａ，３Ｂの設定温度も上げることができる。
【００５２】
このように、本実施例によれば、第三ユニット５Ｃ以外では、ブラインの濃度を下げたり、チラー３Ａ，３Ｂの設定温度を上げることができ、チラー３Ａ，３Ｂや熱交換器４Ａ，４Ｂの効率を向上したり、循環路２Ａ，２Ｂの循環ポンプ７Ａ，７Ｂの動力を下げたりすることができる。また、設定温度が高い側のユニット５Ａ，５Ｂでは、チラー３Ａ，３ＢのＣＯＰを向上して、消費電力を削減して、効率のよい運転が可能となる。
【実施例２】
【００５３】
図２は、本発明の実施例２の冷水製造システム１を示す概略図である。
本実施例２の冷水製造システム１も、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。
【００５４】
本実施例２でも、冷水製造システム１は、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃを備える。また、各ユニット５は、循環路２の循環液の濃度が異なると共に、チラー３の設定温度（チラー３による循環液の冷却目標温度）も異なる。その際、前記実施例１と同様、循環液の濃度の異なるユニット５同士を比較した場合、ブラインの濃度が高いユニット５ほど、チラー３の設定温度が低くなるよう構成されている。ここでは、前記実施例１と同様、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃの順に、設定温度が低くなるよう構成されている。
【００５５】
本実施例２でも、給水可能な第一貯留部１１と、冷水が貯留される第二貯留部１２とを備え、第二貯留部１２に冷水需要箇所への送水路１９が接続されている点は、前記実施例１と同様である。但し、各熱交換器４に対する給排水系統が異なる。
【００５６】
すなわち、本実施例２では、第一貯留部１１への給水は、第一ユニット５Ａの熱交換器４Ａに通されて冷却される。第一貯留部１１では、たとえばボールタップ１６を用いて、設定水位に維持されるように給水制御されるが、その給水路に第一ユニット５Ａの熱交換器４Ａが設けられており、この熱交換器４Ａを介して冷却された水が第一貯留部１１へ供給される。
【００５７】
また、第一貯留部１１内の貯留水は、第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂとの間で循環される。具体的には、タンク１５の第一貯留部１１と第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂとは、冷水循環路１７Ｂを介して接続されている。冷水製造システム１の運転中、冷水ポンプ１８Ｂを作動させることで、第一貯留部１１内の水を第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂに循環供給して、第一貯留部１１内の貯留水の冷却を図ることができる。
【００５８】
さらに、第二貯留部１２内の貯留水は、第三ユニット５Ｃの熱交換器４Ｃを介して、第二貯留部１２に戻されるか、送水ポンプ２０より上流側の送水路１９に供給される。図示例では、タンク１５の第二貯留部１２から導出される冷水循環路１７Ｃは、冷水ポンプ１８Ｃと、第三ユニット５Ｃの熱交換器４Ｃとを順に介した後、送水ポンプ２０より上流側の送水路１９に接続されている。そして、第三ユニット５Ｃでは、熱交換器４Ｃの出口側に設けた水温センサ２４の検出温度を目標温度に維持するように、三方弁２２の開度を調整する。これにより、第三熱交換器４Ｃにおいて冷水温度を目標温度とすることができ、送水ポンプ２０を作動させると、目標温度の冷水を冷水需要箇所へ送ることができる。
【００５９】
本実施例でも、結果として、給水源からの給水は、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃで順に冷却されて、所望温度の冷水として利用可能とされる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。
【００６０】
本発明の冷水製造システム１は、前記各実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、（ａ）冷凍機を含んで構成されるチラー３と、このチラー３において冷凍機の冷媒との熱交換により水またはブラインからなる循環液を冷却可能な循環路２と、この循環路２の循環液との熱交換により水を冷却可能な熱交換器４と、を有するユニット５を複数備え、（ｂ）各ユニット５の循環路２の循環液として、水とブラインとが用いられるか、および／または、濃度の異なるブラインが用いられ、（ｃ）チラー３による循環液の冷却目標温度は、ブライン濃度の低い循環液よりブライン濃度の高い循環液において低く設定され、この設定温度が高い側から低くなる順に、前記各ユニット５の熱交換器４に水が通されるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
【００６１】
たとえば、前記各実施例では、第一貯留部１１と第二貯留部１２とは、一つのタンク１５内を、連通穴１３を有する仕切板１４で仕切って形成されたが、二つのタンクを連通路で連通して形成されてもよい。すなわち、第一貯留部１１を形成するタンクと、第二貯留部１２を形成するタンクとを、連通路で接続して形成してもよい。
【００６２】
また、前記各実施例では、第三ユニット５Ｃの循環路２Ｃに三方弁２２を設けて、熱交換器４Ｃに通す循環液の流量を調整したが、熱交換器４Ｃに通す循環液の流量調整方法は、これに限定されない。たとえば、還流路２１との分岐部よりも下流側の熱交供給路８Ｃと、還流路２１との内、一方または双方に弁を設けて、この弁の開度を調整してもよい。
【００６３】
また、ユニット５の数は、適宜に変更可能である。すなわち、前記各実施例では、冷水製造システム１は、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃの三つのユニットを備えたが、ユニット５の数は二つとしてもよいし、四つ以上としてもよい。
【００６４】
たとえば、前記実施例１において、第二ユニット５Ｂ（チラー３Ｂ、循環路２Ｂ、熱交換器４Ｂ）の設置を省略して、第一ユニット５Ａと第三ユニット５Ｃとから構成してもよい。また、前記実施例２において、第一ユニット５Ａ（チラー３Ａ、循環路２Ａ、熱交換器４Ａ）の設置を省略して、第二ユニット５Ｂと第三ユニット５Ｃとから構成したり、あるいは、第二ユニット５Ｂ（チラー３Ｂ、循環路２Ｂ、熱交換器４Ｂ）を省略して、第一ユニット５Ａと第三ユニット５Ｃとから構成したりしてもよい。
【００６５】
また、前記実施例１において、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃ以外に、一または複数の追加ユニットを設けてもよい。たとえば、第二ユニット５Ｂと第三ユニット５Ｃとの間に、第二ユニット５Ｂと同様の構成の追加ユニットを設ける。この追加ユニットの設定温度（チラー３による循環液の冷却目標温度）は、第二ユニット５Ｂの設定温度よりも低いが第三ユニット５Ｃの設定温度よりも高くする。また、追加ユニットのブラインの濃度は、典型的には、第二ユニット５Ｂの濃度よりも高いが、第三ユニット５Ｃの濃度よりも低くする。そして、冷水循環路１７の循環水は、第一熱交換器４Ａ、第二熱交換器４Ｂ、追加熱交換器（追加ユニットの熱交換器）および第三熱交換器４Ｃの順に通される。ユニット５の数をさらに増加する場合も同様に、ブラインの濃度を段階的に変えると共に、循環液の濃度の異なるユニット５同士を比較した場合、ブラインの濃度が高いユニット５ほど、チラー３の設定温度を低くして、この設定温度が高い側から低くなる順に、各ユニット５の熱交換器４に水を通せばよい。
【００６６】
同様に、前記実施例２において、第一ユニット５Ａ、第二ユニット５Ｂおよび第三ユニット５Ｃ以外に、一または複数の追加ユニットを設けてもよい。たとえば、第二ユニット５Ｂと第三ユニット５Ｃとの間に、第二ユニット５Ｂと同様の構成の追加ユニットを設ける。この追加ユニットの設定温度（チラー３による循環液の冷却目標温度）は、第二ユニット５Ｂの設定温度よりも低いが第三ユニット５Ｃの設定温度よりも高くする。また、追加ユニットのブラインの濃度は、典型的には、第二ユニット５Ｂの濃度よりも高いが、第三ユニット５Ｃの濃度よりも低くする。さらに、第一貯留部１１と第二貯留部１２とは、追加貯留部を介して連通される。そして、追加貯留部内の貯留水が、追加ユニットの熱交換器４との間で循環して冷却される。
【００６７】
ユニット５の数をさらに増加する場合も同様に、追加ユニットの数に合わせて追加貯留部を設け、それら追加貯留部を順に介して、第一貯留部１１と第二貯留部１２とを連通させる。そして、各追加貯留部内の貯留水が、対応する追加ユニットの熱交換器４との間で循環されて冷却可能とされる。第一貯留部１１から各追加貯留部を介して第二貯留部１２へ行くに従って、各貯留部の水温低下が図られるように、各追加ユニットの循環液の濃度が段階的に高くされると共に、各追加ユニットの設定温度が低く設定される。
【００６８】
なお、前記各実施例および変形例において、ユニット５の数が三つ以上の場合、それらユニット５の内の一部において、循環液の濃度が同一のユニット５が存在してもよい。たとえば、ブライン濃度０％（水）の第一ユニット５Ａと、ブライン濃度が３５％の第二ユニット５Ｂと、同じくブライン濃度３５％の第三ユニット５Ｃとを備えてもよい。その場合も、設定温度（水の冷却目標温度）は順次に下げていくことが好ましく、たとえば、第一ユニット５Ａの設定温度を１０℃、第二ユニット５Ｂの設定温度を０℃、第三ユニット５Ｃの設定温度を−５℃とすることができる。そして、設定温度が高い側から低くなる順に、各ユニット５の熱交換器４に水が通される。
【００６９】
その他、前記各実施例および変形例では、第三ユニット５Ｃの熱交換器４Ｃを通過後の冷水のみを利用可能としたが、たとえば、第一ユニット５Ａの熱交換器４Ａを通過後の冷水を取り出したり、第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂを通過後の冷水を取り出したりして、異なる温度の冷水を利用可能としてもよい。この場合において、実施例１では、冷水循環路１７の中途（たとえば、第一ユニット５Ａの熱交換器４Ａと第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂとの間、および／または、第二ユニット５Ｂの熱交換器４Ｂと第三ユニット５Ｃの熱交換器４Ｃとの間）から冷水取出路を分岐して設ければよいし、実施例２では、第二貯留部１２だけでなく、第一貯留部１１からの冷水を取り出し可能とすればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  冷水製造システム
２  循環路
３  チラー
４  熱交換器（４Ａ：第一熱交換器、４Ｂ：第二熱交換器、４Ｃ：第三熱交換器）
５  ユニット（５Ａ：第一ユニット、５Ｂ：第二ユニット、５Ｃ：第三ユニット）
６  貯留タンク（熱媒貯留部）
７  循環ポンプ
８  熱交供給路
９  熱交排出路
１０  チラー供給路
１１  第一貯留部
１２  第二貯留部
１３  連通穴
１４  仕切板
１５  タンク
１６  ボールタップ
１７  冷水循環路
１８  冷水ポンプ
１９  送水路
２０  送水ポンプ
２１  還流路
２２  三方弁
２３  温度センサ（２３Ａ：第一温度センサ、２３Ｂ：第二温度センサ、２３Ｃ：第三温度センサ）
２４  水温センサ
【図１】
2019203632.tif 000003
【図２】
2019203632.tif 000004
【図３】
2019203632.tif 000005