(57)【要約】【課題】排熱源から発生する排熱を回収する排熱回収システムにおいて、外気温の変動や排熱源の運転負荷変動があった場合であっても冷却水温度を安定させることでヒートポンプの効率を高く保つことのできる排熱回収システムを提供する。【解決手段】排熱源１とヒートポンプ５を接続する第１の配管３上に温度センサー７を備え、温度センサー７に接続された制御部２５は温度センサー７の計測結果に応じて冷却塔モーター用インバータ１５を可変速運転することでと、冷却塔の冷却能力を調節し、温度センサー７の値が予め設定した範囲内とすることでヒートポンプの熱源である冷却水温度を安定して高い状態に保持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱源と、
前記排熱源と第１の配管で接続されたヒートポンプと、
前記第１の配管上に設置された温度センサーと、
前記ヒートポンプの下流側に第２の配管で接続された冷却塔と、
前記冷却塔に設置されたファンを駆動するための冷却塔モーターと、
前記冷却塔に第３の配管で接続された循環ポンプと、
前記循環ポンプを駆動する循環ポンプモーターと、
前記循環ポンプと前記排熱源を接続する第４の配管と、
を備える排熱回収システムにおいて、
前記温度センサーと前記冷却塔モーターに接続され、前記温度センサーの値が予め設定した範囲内となるよう前記冷却塔モーターを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする排熱回収システム。
【請求項２】
前記冷却塔モーターは可変速運転を行う冷却塔モーター用インバータを備え、
前記制御部は前記冷却塔モーターに代えて前記冷却塔モーター用インバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の排熱回収システム。
【請求項３】
前記循環ポンプモーターは可変速運転を行う循環ポンプ用インバータを備え、
前記制御部は、前記冷却モーター用インバータの制御に加え、前記循環ポンプ用インバータを制御することを特徴とする請求項２に記載の排熱回収システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記循環ポンプ用インバータに優先して前記冷却塔モーター用インバータを制御することを特徴とする請求項３に記載の排熱回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱源で発生した排熱を、冷却水を介してヒートポンプの熱源として利用する排熱回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に排熱の発生する装置は排熱を大気に放出するための冷却塔と冷却水の循環配管を備えていることが多い。
【０００３】
冷却水により排熱源は冷却される、つまり排熱源で冷却水は加熱された後、冷却塔にて冷却され再び排熱源に投入される。この冷却水の持つ排熱は、従来は大気に排出する、つまり捨てているだけであったが、近年のヒートポンプ技術の発達によりこの排熱を回収し再利用できるケースが多くなってきている。
【０００４】
ここで排熱をヒートポンプで効率よく安定的に回収し、再利用しようとした場合、冷却水の温度をできるだけ高く、かつ安定的に保つことが望ましい。
【０００５】
これはヒートポンプで排熱を回収しようとする場合、熱源となる冷却水の温度が高い方がヒートポンプ内部に備えられている圧縮機が必要とする動力を削減できるためである。これによりヒートポンプで同じ熱量を発生させる場合でも、熱源となる冷却水温度が高い方がヒートポンプの効率は向上することになる。
【０００６】
ここで一般的に排熱源出口での冷却水の温度は４５℃程度を上限として設定されることが多い。この温度以上になると冷却水中に投入されている腐食抑制剤等の薬品が析出し、装置全体に影響を及ぼす可能性があるためである。
【０００７】
また冷却塔に備えられているファンおよび冷却水の循環ポンプには殆どの場合、いずれも定速モーターが使用され、外気温や排熱量の変動に関わらず一定の動作となっている。そのため冷却水温度は外気温や排熱量の変動により常に変動している。
【０００８】
この冷却水のもつ排熱をヒートポンプで回収し、再利用する場合、冷却水温度を上限温度である４５℃程度に安定的に保つことができれば効率的である。
【０００９】
ここで冷却水の上限設定温度である４５℃程度は夏場、特に真夏の日中に発生する。夏場は外気温が高いので冷却塔の冷却能力が低下し、一年を通じて最も冷却水温度が上昇するためである。
【００１０】
これに対して冬場は冷却塔の外気温度が低いので相対的に冷却塔の冷却能力が上昇し、夏場に比べて冷却水温度が１０℃程度低下することも珍しくない。
【００１１】
また季節変動による冷却水の温度変化だけでなく、排熱源の運転負荷の変動に起因する排熱量の変動もあり、冷却水の温度を安定的に保つことは容易ではない。
【００１２】
そこで特許文献１のように排熱源の負荷センサーや冷却水の温度をセンサーで計測し、計測結果に応じて冷却水の流路の調整や、冷却塔のファンの回転数を制御する排熱利用装置などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平７−２７４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
冷却水の持つ排熱をヒートポンプで活用する際には、ヒートポンプに投入する冷却水の温度がヒートポンプの効率を左右するため、ヒートポンプに投入する冷却水温度をいかに高く安定的に保つかが最も重要である。
【００１５】
しかし冷却水温度特許文献１に記載の排熱利用装置では、電気機器の負荷を計測する負荷センサーや、複数の温度センサー、三方弁等が必要となり、装置が複雑化する上に制御装置の制御が三方弁を優先する構造となっていないのでヒートポンプに投入する冷却水温度を高く安定的に保つことが難しいという課題がある。
【００１６】
本発明はこのような課題に鑑み、冷却塔の外気温の変動や排熱源の運転状況の変動があっても冷却水のヒートポンプ入口での温度を安定的に保ち、冷却水の持つ排熱を効率よくヒートポンプで活用できる排熱回収システム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】
【００１７】
（１）  本発明にかかる排熱回収システムは、排熱源と、前記排熱源と第１の配管で接続されたヒートポンプと、前記第１の配管上に設置された温度センサーと、前記ヒートポンプの下流側に第２の配管で接続された冷却塔と、前記冷却塔に設置されたファンを駆動するための冷却塔モーターと、前記冷却塔に第３の配管で接続された循環ポンプと、前記循環ポンプを駆動する循環ポンプモーターと、前記循環ポンプと前記排熱源を接続する第４の配管と、を備える排熱回収システムにおいて、前記温度センサーと前記冷却塔モーターに接続され、前記温度センサーの値が予め設定した範囲内となるよう前記冷却塔モーターを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明にかかる排熱回収システムは、冷却水のヒートポンプ入口付近の温度を温度センサーで計測し、計測された結果に基づいて冷却塔モーターをＯＮ−ＯＦＦ制御で運転し、冷却塔の冷却能力を調節することで冷却水の温度が予め設定された範囲内となるよう制御する。
【００１９】
（２）  また本発明にかかる排熱回収システムは（１）に記載の排熱回収システムにおいて、前記冷却塔モーターは可変速運転を行う冷却塔モーター用インバータを備え、前記制御部は前記冷却塔モーターに代えて前記冷却塔モーター用インバータを制御することを特徴とする。
【００２０】
（３）  また本発明にかかる排熱回収システムは（２）に記載の排熱回収システムにおいて、前記循環ポンプモーターは可変速運転を行う循環ポンプ用インバータを備え、前記制御部は、前記冷却モーター用インバータの制御に加え、前記循環ポンプ用インバータを制御することを特徴とする。
【００２１】
本発明にかかる排熱回収システムは、冷却塔モーター用インバータに加え、更に循環ポンプ用インバータを備え、例えば真冬などで冷却水温度が低下しやすい場合に循環ポンプ用インバータを制御し、循環水の循環量を抑えることで冷却水の温度低下を防止する。これによりヒートポンプ入口付近での冷却水温度を維持することが可能となる。
【００２２】
（４）  また本発明にかかる排熱回収システムは（３）に記載の排熱回収システムにおいて、前記制御部は、前記循環ポンプ用インバータに優先して前記冷却塔モーター用インバータを制御することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る排熱回収システムは、ヒートポンプに投入する冷却水の温度が低下してくると、まず冷却塔での冷却能力を抑制し、それでも冷却水温度の低下が防げない場合に限って冷却水の循環量を抑制する。ヒートポンプで回収する熱量を可能な限り確保するためである。
【発明の効果】
【００２４】
（１）に記載の排熱回収システムによれば、外気温度の変動などがあっても冷却塔の冷却能力を調節することでヒートポンプに投入する冷却水の温度をある一定の範囲に安定的に保つことが可能である。また冷却水および冷却水に投入する腐食抑制剤等の薬剤の使用量も削減することが可能となる。
【００２５】
（２）に記載の排熱回収システムによれば、冷却塔モーターをインバータで可変速制御することで冷却塔の冷却能力をよりきめ細かく調節することが可能となり、より安定的に冷却水温度をある一定の範囲に保つことが可能となる。また更に冷却水および腐食抑制剤等の薬剤の使用量も削減することが可能となる。
【００２６】
（３）に記載の排熱回収システムによれば、（２）に記載の排熱回収システムの発明の効果に加えて循環する冷却水の量を調節することでヒートポンプに投入する冷却水の温度を更に安定的に保つことが可能となる。
【００２７】
（４）に記載の排熱回収システムによれば、（３）に記載の排熱回収システムの発明の効果に加えて、真冬などの厳寒期にあってもヒートポンプに投入する冷却水の温度を可能な限り高く安定的に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態にかかる排熱回収システムの概略構成を示す図である。
【図２】第２実施形態にかかる排熱回収システムの概略構成を示す図である。
【図３】第３実施形態にかかる排熱回収システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。かかる実施形態は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００３０】
（第１実施形態）
【００３１】
まず本発明の第１実施形態の構成について図１を参照しながら説明する。
【００３２】
図１の排熱回収システム１００は排熱源１に一端が接続された第１の配管３を備え、第１の配管３の他端はヒートポンプ５に接続されている。
【００３３】
また第１の配管３上には温度センサー７が設置されている。ヒートポンプ５には第２の配管９の一端が接続され、第２の配管９の他端は冷却塔１１に接続されている。
【００３４】
冷却塔１１には冷却塔１１内に設置されたファンを駆動するため冷却塔モーター１３が設置されている。
【００３５】
冷却塔１１の下部には第３の配管１７の一端が接続され、他端は循環ポンプ１９の吸込み側に接続されている。また循環ポンプ１９を駆動するために循環ポンプモーター２１が備えられている。
【００３６】
循環ポンプ１９の吐出側には第４の配管２３の一端が接続され、他端は排熱源１に接続されている。
【００３７】
また温度センサー７での計測結果に基づいて冷却塔モーター１３を制御する制御部２５が備えられている。
【００３８】
次に第１実施形態の動作について説明する。
【００３９】
排熱源１で排出された排熱は冷却水を加熱し、加熱された冷却水は第１の配管３を通ってヒートポンプ５に送られる。ヒートポンプ５ではこの冷却水を熱源として熱を回収し（つまり冷却水を冷却して）、熱を他の用途に投入する。またヒートポンプ５で冷却された冷却水は第２の配管９を通って冷却塔１１に送られ、更に冷却される。
【００４０】
第１の配管３上に設置された温度センサー７にて冷却水の温度を計測し、計測結果があらかじめ設定された温度の範囲内となるよう制御部２５は冷却塔モーター１３をＯＮ−ＯＦＦ制御することで冷却塔１１の冷却能力を調節する。
【００４１】
冷却塔１１で冷却された冷却水は第３の配管１７を通って循環ポンプモーター２１で駆動する循環ポンプ１９の吸込み側に送られ循環ポンプ１９の吐出側から第４の配管２３を通って排熱源１に再び投入される。
【００４２】
第１実施形態の効果について説明する。
【００４３】
ヒートポンプ５の効率はその熱源である冷却水温度に大きく左右されるので、冷却水温度はできるだけ高く安定していることが望ましい。しかし冷却水温度は腐食抑制剤等の析出を防ぐため一般的には４５℃程度を上限として設定されている。つまりヒートポンプ５の熱源として有効活用するためには冷却水の温度を可能な限り４５℃程度に維持することが必要である。
【００４４】
多くの場合、冷却塔１１のファンは定速モーターで運転されており、外気温の高い夏場に比べて外気温の低い冬場は冷却塔の冷却能力が夏場に比べて相対的に大きくなる。また冷却塔１１の冷却能力は最も条件の厳しい真夏の昼間を基準として設計されることが多く、そのため外気温の低い冬場などは冷却塔の能力が過大となり、冷却水の温度も夏場に比べて１０℃程度低下することも珍しくない。
【００４５】
また排熱源１からの排熱量が運転負荷の変動によって低下すると、外気温低下の場合と同じように冷却水温度が低下する。
【００４６】
しかし本実施形態においては冷却塔１１のファンを駆動する冷却塔モーター１３は制御部２５により制御される。
【００４７】
温度センサー７で計測した結果、冷却水温度が４５℃程度から低下してくると、冷却塔１１の冷却能力を低下させるため制御部２５は冷却塔モーター１３をＯＮ−ＯＦＦ制御し、冷却塔１１の冷却能力を抑制する。
【００４８】
これにより排熱源１の冷却に影響を与えることなく、ヒートポンプ５に安定した熱源としての冷却水を供給することが可能となる。
【００４９】
（第２実施形態）
【００５０】
次に本発明に係る第２実施形態について図２に示す排熱回収システム１０５を参照しながら第１実施形態と異なる点について説明する。
【００５１】
第２実施形態の構成で第１実施形態と異なっているのは、冷却塔モーター１３に冷却塔モーター用インバータ１５が接続され可変速運転が可能となっており、冷却塔モーター用インバータ１５は制御部２５にて制御されている点である。
【００５２】
第２実施形態の動作では、制御部２５は冷却塔モーター用インバータ１５を温度センサー７の計測結果に応じて制御する。
【００５３】
これにより冷却塔１１内のファンをＯＮ−ＯＦＦ制御する場合に比べて更に細かく冷却塔１１の冷却能力を調整することが可能となり、更に冷却水温度を安定的に保つことが可能となる。また同時に冷却水と腐食抑制剤等の薬品の使用量も削減することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
【００５５】
次に本発明に係る第３実施形態について図３に示す排熱回収システム１１０を参照しながら第２実施形態と異なる点について説明する。
【００５６】
第３実施形態の構成で第２実施形態と異なっているのは、循環ポンプモーター２１には循環ポンプ用インバータ２７が接続され可変速運転が可能となっており、循環ポンプ用インバータ２７は制御部２５にて制御されている点である。
【００５７】
第３実施形態の動作は基本的に第２実施形態と同じであるが、制御部２５は冷却塔モーター用インバータ１５に加えて循環ポンプ用インバータ２７も温度センサー７の計測結果に応じて制御する。
【００５８】
これは特に開放型の冷却塔の場合、冬場の外気温の低下により冷却能力が過大になってしまうケースがあり、場合によっては冷却塔のファンを駆動する冷却塔モーター１３を停止してもなお、冷却水の温度が低下する場合に対応するためである。
【００５９】
このような場合、冷却塔モーター用インバータ１５の制御だけでは冷却水の温度を４５℃程度に保つことはできないので、循環ポンプ１９の回転数を抑制することで冷却水の循環量を削減する。これにより例えば厳冬期でも冷却水温度を４５℃程度に保つことが可能となる。
【００６０】
なお第３実施形態では制御部２５は冷却塔モーター用インバータ１５および循環ポンプ用インバータ２７の二つのインバータを制御するが、冷却塔モーター用インバータ１５の制御では冷却水温度を保つことができなくなった場合のみ循環ポンプ用インバータ２７を制御することが好ましい。これはヒートポンプ５で回収する熱量を可能な限り確保するためである。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明した。
【００６２】
当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、排熱源から発生する排熱を効率よくヒートポンプで回収する排熱回収システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１００：排熱回収システム、１０５：排熱回収システム、１１０：排熱回収システム、１：排熱源、３：第１の配管、５：ヒートポンプ、７：温度センサー、９：第２の配管、１１：冷却塔、１３：冷却塔モーター、１５：冷却塔モーター用インバータ、１７：第３の配管、１９：循環ポンプ、２１：循環ポンプモーター、２３：第４の配管、２５：制御部、２７：循環ポンプ用インバータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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