(57)【要約】【課題】  年間のフリークーリング運転時間を長くした空気調和設備を提供する。【解決手段】  冷水を蓄える蓄熱水槽と、冷凍機群と冷却塔とポンプとを備えた冷却水循環路と、冷却塔とポンプとを備えたフリークーリング用の冷却水循環路と、冷却水循環路内の冷却水と蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、フリークーリング用の冷却水循環路内の冷却水と蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、冷却塔とポンプとを備え、フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続されフリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を冷却するフリークーリング用の冷却回路と、フリークーリング用の冷却水循環路とフリークーリング用の冷却回路との間に設け、フリークーリング用の冷却水循環路とフリークーリング用の冷却回路とを直列に接続する切替機構と、切替機構の切替制御を行う制御装置とを備えた。【選択図】    図１
2008215680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷水を蓄える蓄熱水槽と、
外気湿球温度計と、
冷凍機群と冷却塔とポンプとを備えた冷却水循環路と、
冷却塔とポンプとを備えたフリークーリング用の冷却水循環路と、
前記冷却水循環路内の冷却水と前記蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、
前記フリークーリング用の冷却水循環路内の冷却水と前記蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、
冷却塔とポンプとを備え、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続され前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を冷却するフリークーリング用の冷却回路と、
前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路とを直列に接続する切替機構と、
前記切替機構の切替制御を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項２】
請求項１記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
前記切替機構は、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続する前記フリークーリング用の冷却回路の接続部間に設けた第一のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の取込路に設けた第二のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路に設けた第三のバルブとを備え、
前記制御装置は、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値以上となると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、あるいはフリークーリング用の冷却水循環路に備わるポンプおよびフリークーリング用の冷却回路に備わるポンプを停止し、
前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第一のバルブを閉じ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔とポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔とポンプとを直列に連絡し各々の機器を動作させて、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御とともに、前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行い、
前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔およびポンプを停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用の冷却水循環路を介して前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行う
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項３】
外気湿球温度計と、
冷凍機群と冷却塔とポンプとを備えた冷却水循環路と、
冷却塔とポンプとを備えたフリークーリング用の冷却水循環路と、
生産装置などの熱負荷とポンプとを備えた冷水往還管と、
前記冷却水循環路内の冷却水と前記フリークーリング用の冷却水循環路内の冷却水と前記冷水往還管内の冷却水とを受入れもしくは送出させる蓄熱水槽もしくは往ヘッダおよび還ヘッダと、
冷却塔とポンプとを備え、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続され前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を冷却するフリークーリング用の冷却回路と、
前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路とを直列に接続する切替機構と、
前記切替機構の切替制御を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項４】
請求項３記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
前記切替機構は、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続する前記フリークーリング用の冷却回路の接続部間に設けた第一のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の取込路に設けた第二のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路に設けた第三のバルブとを備え、
前記制御装置は、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値以上となると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、あるいはフリークーリング用の冷却水循環路に備わるポンプおよびフリークーリング用の冷却回路に備わるポンプを停止し、
前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第一のバルブを閉じ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔とポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔とポンプとを直列に連絡し各々の機器を動作させて、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御とともに、前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行い、
前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔およびポンプを停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用の冷却水循環路を介して冷却水を搬送する制御を行う
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項５】
請求項２または請求項４記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
前記制御装置は、
前記フリークーリング用の冷却水循環路の生産装置などの熱負荷側へ前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接供給する冷却水往き温度をＴｓ、熱負荷側から前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接還ってくる冷却水還り温度をＴｒとした際に、
前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴr温度と等しい）℃をＴw1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw3、Ｔw1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw1、Ｔw2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw2、Ｔw3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw3、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔固有の比例定数Ｃ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔充填物高さＺ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ1、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔固有の比例定数Ｃ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔充填物高さＺ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ2と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性の対数平均法式およびフリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性の対数平均法式により、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw2と、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw3とを求め、
フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性の対数平均法式
【数１】
2008215680.tif 000009
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW2−ｈ1
Δｈ2＝ｈW1−ｈ2
（Ｕ／Ｎ）1＝Ｃ1Ｚ1Ｎ1α-1、０．３≦α≦０．５
フリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性の対数平均法式
【数２】
2008215680.tif 000010
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW3−ｈ1
Δｈ2＝ｈW2−ｈ3
（Ｕ／Ｎ）2＝Ｃ2Ｚ2Ｎ2α-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw2と前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項６】
請求項２または請求項４記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
前記制御装置は、
前記フリークーリング用の冷却水循環路の生産装置などの熱負荷側へ前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接供給する冷却水往き温度をＴｓ、熱負荷側から前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接還ってくる冷却水還り温度をＴｒとした際に、
前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴr温度と等しい）℃をＴw1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw3、Ｔw1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw1、Ｔw2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw2、Ｔw3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw3、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔固有の比例定数Ｃ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔充填物高さＺ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ1、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔固有の比例定数Ｃ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔充填物高さＺ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ2と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却水循環路冷却水循環路の冷却塔特性のチェビシェフ公式およびフリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性のチェビシェフ公式により、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw2と、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw3とを求め、
フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
Δｈ1＝  ｔW2＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）1＝Ｃ1Ｚ1Ｎ1α-1、０．３≦α≦０．５
フリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
Δｈ1＝  ｔW3＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）2＝Ｃ2Ｚ2Ｎ2α-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw2と前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、
前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、
前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とする
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
Ｃ2＝Ｃ1、Ｚ2＝Ｚ1、Ｎ2＝Ｎ1である、フリークーリング用の冷却回路の冷却塔を備えた
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項８】
請求項５または請求項６記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
Ｚ2＞Ｚ1、Ｎ2＜Ｎ1である、フリークーリング用の冷却回路の冷却塔を備えた
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れか記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、
前記フリークーリング用の冷却水循環路は、往き路側に前記ポンプと前記第一のバルブとを備えると共に、前記ポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の取込路側の接続部との間に設けられ、前記フリークーリング用の冷却水循環路のポンプの回転数を制御する第一の流量計と、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路側の接続部と前記フリークーリング用の熱交換器もしくは蓄熱槽への戻し管端との間に設けられ、前記フリークーリング用の冷却回路のポンプの回転数を制御する第二の流量計とをさらに備える
ことを特徴とする冷熱媒冷却冷凍設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水冷却冷凍設備に係り、各種工程における発熱冷却に用いられる冷却水や、空気調和設備の冷房用冷水などを、冷凍機を使わず、冷却塔だけによって冷却冷凍する（フリークーリング）期間を長くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体生産装置における高周波誘電加熱などによるヒータや加熱炉は、年間を通して冷却水による冷却が必要である。その冷却水供給温度は、装置および製品の温熱環境を良好に保つため、室温より低温でかつ室内空気の露点以下となり結露が生じない温度約２０℃に設定されている。このような冷却水の製造はその設定温度にかかわらず、冷凍機で冷却するのが基本だが、冬季の外気湿球温度が低く比較的冷却水供給温度が高い場合に省エネルギーを図るため、冷却塔での冷却水製造が一部可能であった（以降、フリークーリングという）。
【０００３】
図１１に示すように、従来の開放型冷却塔蓄熱システムでは、生産装置群１３へ２０℃の冷水を送水するために蓄熱水槽１０を設け、生産装置群１３へ冷水送管１１を介して冷水を送るポンプＰ５と、生産装置群１３に冷熱を与えて温度上昇した冷水を蓄熱水槽１０の最上流に戻す冷水還管１２とが設置してある。
蓄熱水槽１０内の水を冷却するために、冷凍機群１４と冷凍機蒸発器へ水を供給するポンプＣＰ１と補機類の冷却塔ＣＴ１とポンプＰ１および蓄熱水槽１０内の水と熱交換する熱交換器１５と蓄熱水槽１０内の水を熱交換器１５へ送るポンプＣＰ２を設置する。また、生産装置群１３へ冷水を送るポンプＰ５のくみ上げ位置側に熱交換器１５で冷却した冷水の出口管１７を配置する。また、ポンプＰ５のくみ上げ側に水槽の送水温度を計測する温水温度Ｔ３計測センサを設ける。蓄熱水槽１０は、図示しないもぐり堰や適切な経路に配置された連通管により、内容水の温度順位を図の左右で付けることができるものである。
【０００４】
冬期に蓄熱水槽１０内の水を冷却するために、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３と補機類のポンプＰ３および蓄熱水槽１０内の水と熱交換するフリークーリング用の熱交換器１６と蓄熱水槽１０内の水をフリークーリング用の熱交換器１６へ送るポンプＰ４を設置する。また、生産装置群１３から加熱された冷水還管側にフリークーリング用の熱交換器１６で冷却した冷水の出口管１８を配置する。また、その冷水の出口管１８の下流側に水槽の中間温度を計測する中間温度Ｔ２計測センサを設ける。
【０００５】
本例において、フリークーリング用の冷却水循環路２１は、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３と補機類のポンプＰ３とで構成され、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水をポンプＰ３にてフリークーリング用の熱交換器１６へ送る往路２１ａと、フリークーリング用の熱交換器１６で熱交換された冷却水をフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３へ戻す復路２１ｂとを備えている。
【０００６】
次に、図１２に基づいて、従来の開放型冷却塔蓄熱システムの動作を説明する。
先ず、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１のファン、ポンプＰ１、ポンプＣＰ１，ＣＰ２を運転し、蓄熱水槽１０の送水温度Ｔ３が設定温度２０℃になるように温度調節器ＴＩＣ１による制御を開始する（ステップＳ１００）。
次に、ポンプＰ５の運転を開始する（ステップＳ１０１）。
【０００７】
次に、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を冷却塔コントローラ２０に入力する。コントローラ２０では、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１０２）。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、外気湿球温度Ｔ１が５℃以下になるまでこのステップに止まる。外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ１０３へ進む。
【０００８】
次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンを運転し、ポンプＰ３とポンプＰ４とを運転する（ステップＳ１０３）。
次に、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１０４）。冷却水温Ｔ４が５℃未満の場合には、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンを停止する（ステップＳ１０５）。冷却水温Ｔ４が５℃以上の場合には、ステップＳ１０２に戻る。
【０００９】
次に、蓄熱水槽１０の中間温度Ｔ２が１８℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ１０６）。中間温度Ｔ２が１８℃未満の場合には、ポンプ４を停止する（ステップＳ１０７）。中間温度Ｔ２が１８℃以上の場合には、ステップＳ１０５へ戻る。
次に、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４が５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１０８）。冷却水温Ｔ４が５℃未満の場合には、ステップＳ１０５に戻る。フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４が５℃以上の場合には、ステップＳ１０９へ進む。
【００１０】
次に、外気湿球温度Ｔ１が５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１０９）。外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ１０３に戻る。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１１０へ進む。
次に、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファン、ポンプＰ３およびポンプＰ４を停止する（ステップＳ１１０）。
【００１１】
次に、ポンプＰ５を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ１１１）。停止する場合には、ステップＳ１１２に進む。停止しない場合には、ステップＳ１０２に戻る。
次に、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１のファン、ポンプＰ１，ＣＰ１，ＣＰ２を停止する（ステップＳ１１２）。
以上によって、従来の開放型冷却塔蓄熱システムは、動作を停止する。
【００１２】
次に、従来の開放型冷却塔蓄熱システムの夏季、中間期の動作を説明する。ここで、夏季は外気湿球温度が１３℃以上（東京の気象データでは年間４３６０時間）、中間期は外気湿球温度が５℃以上１３℃未満（東京の気象データでは年間２１００時間）とした。
冷却塔ＣＴ３での冷却が設定の水温１８℃以下に冷却できない外気湿球温度Ｔ１となるこの季節には、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３とポンプＰ３は停止し、フリークーリング用の熱交換器１６へ蓄熱水槽１０内の水を送るポンプＰ４も停止する。生産装置群１３側の冷水を冷却する手段は、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１、ポンプＣＰ１、Ｐ１を運転し、冷凍機群１４で冷却された７℃の冷水によって蓄熱水槽１０内の水をポンプＣＰ２で搬送し、熱交換器１５で２０℃に冷却する。２０℃に冷却された水は、蓄熱水槽１０内でポンプＰ５によって生産装置群１３へ送られ、生産装置群１３により加熱された水は蓄熱水槽１０内へ戻され、再び熱交換器１５で冷却される。蓄熱水槽１０内の送水温度Ｔ３が設定度２０℃以下になると、冷凍機群１４と熱交換器１５間の冷水は三方弁１９によるバイパス運転を開始し、それでも設定水温以下になると冷凍機群１４を停止する。
【００１３】
次に、フリークーリング用の冬季の動作を説明する。ここで、冬季は外気湿球温度が５℃未満（東京の気象データでは年間２３００時間）とした。
この季節では、冷却水の設定水温１８℃以下の外気湿球温度Ｔ１となるので、冷却塔ＣＴ３とポンプＰ３，Ｐ４を運転し、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３で冷却された１８℃の冷却水によって蓄熱水槽１０内の水をフリークーリング用の熱交換器１６で２０℃に冷却する。２０℃に冷却された水は、蓄熱水槽１０内でポンプＰ５によって生産装置群１３へ送られ、生産装置群１３に加熱された水は蓄熱水槽１０内へ戻され、再びフリークーリング用の熱交換器１６で冷却される。冷却塔ＣＴ３で冷却しきれず残った負荷は、上記夏季、中間期と同様冷凍機群の冷凍により処理される。
【００１４】
以下に、冷凍機と冷却塔とを切り替えて運転する技術（特許文献１，２）と、上記従来例とは、蓄熱水槽の利用が異なることで各配管の蓄熱水槽に対する位置の異なる、冷凍機群とフリークーリング用冷却水循環路との並列運転技術（特許文献３）を、先行例として示す。
【特許文献１】特開平４−２０８３３２号公報
【特許文献２】特開昭６３−３０６３５８号公報
【特許文献３】特開昭６２−１９６５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
中間期は、外気湿球温度Ｔ１が高くなるため、１８℃以下の冷水が製造できなくなる。この期間が、運転可能な冬季時間より長く、フリークーリング設備が有効に運転できていなかった。フリークーリングができない期間は、圧縮式冷凍機や吸収式冷凍機を運転することによって冷水を冷凍するためにエネルギーを多く必要とするので、省エネルギー運転ではなく、折角のフリークーリング設備の利用期間が年間で短いという問題がある。
【００１６】
フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３が冷却する熱負荷を、ターボ冷凍機用冷却塔の定格能力に合わせて選定した能力の冷却塔では、水温２３℃の冷却水を１８℃に冷却するのに外気湿球温度Ｔ１が５℃以下となることが必要であった。その時のフリークーリングが可能な時間は、東京の気候で年間延べ２３００時間と短い。
フリークーリングができない時間は、冷凍機群１４のコンプレッサーを使用するため、大きな消費電力エネルギーが必要になる。
【００１７】
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、年間のフリークーリング運転時間を長くした冷熱媒冷却冷凍設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１に係る発明は、冷水を蓄える蓄熱水槽と、外気湿球温度計と、冷凍機群と冷却塔とポンプとを備えた冷却水循環路と、冷却塔とポンプとを備えたフリークーリング用の冷却水循環路と、前記冷却水循環路内の冷却水と前記蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、前記フリークーリング用の冷却水循環路内の冷却水と前記蓄熱水槽内の水とを熱交換する熱交換器と、冷却塔とポンプとを備え、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続され前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を冷却するフリークーリング用の冷却回路と、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路とを直列に接続する切替機構と、前記切替機構の切替制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、前記切替機構は、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続する前記フリークーリング用の冷却回路の接続部間に設けた第一のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の取込路に設けた第二のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路に設けた第三のバルブとを備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値以上となると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、あるいはフリークーリング用の冷却水循環路に備わるポンプおよびフリークーリング用の冷却回路に備わるポンプを停止し、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第一のバルブを閉じ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔とポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔とポンプとを直列に連絡し各々の機器を動作させて、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御とともに、前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行い、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔およびポンプを停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用の冷却水循環路を介して前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に係る発明は、外気湿球温度計と、冷凍機群と冷却塔とポンプとを備えた冷却水循環路と、冷却塔とポンプとを備えたフリークーリング用の冷却水循環路と、生産装置などの熱負荷とポンプとを備えた冷水往還管と、前記冷却水循環路内の冷却水と前記フリークーリング用の冷却水循環路内の冷却水と前記冷水往還管内の冷水とを受入れもしくは送出させる蓄熱水槽もしくは往ヘッダおよび還ヘッダと、冷却塔とポンプとを備え、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続され前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を冷却するフリークーリング用の冷却回路と、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路との間に設け、前記フリークーリング用の冷却水循環路と前記フリークーリング用の冷却回路とを直列に接続する切替機構と、前記切替機構の切替制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、前記切替機構は、前記フリークーリング用の冷却水循環路の往路に接続する前記フリークーリング用の冷却回路の接続部間に設けた第一のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の取込路に設けた第二のバルブと、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路に設けた第三のバルブとを備え、前記制御装置は、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値以上となると、前記第一のバルブ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを閉じ、あるいはフリークーリング用の冷却水循環路に備わるポンプおよびフリークーリング用の冷却回路に備わるポンプを停止し、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が第一の設定値より低くかつ第二の設定値以上になると、前記第一のバルブを閉じ、前記第二のバルブおよび前記第三のバルブを開き、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔とポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔とポンプとを直列に連絡し各々の機器を動作させて、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却水を二段階に冷却する制御とともに、前記フリークーリング用の熱交換器に冷却水を搬送する制御を行い、前記外気湿球温度計で測定された外気湿球温度が前記第二の設定値より低くなると、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔およびポンプを停止し、前記第一のバルブを開き、前記第二のバルブおよび第三のバルブを閉じ、前記フリークーリング用の冷却水循環路を介して冷却水を搬送する制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る発明は、請求項２または請求項４記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、前記フリークーリング用の冷却水循環路の生産装置などの熱負荷側へ前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接供給する冷却水往き温度をＴｓ、熱負荷側から前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接還ってくる冷却水還り温度をＴｒとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴr温度と等しい）℃をＴw1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw3、Ｔw1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw1、Ｔw2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw2、Ｔw3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw3、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔固有の比例定数Ｃ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔充填物高さＺ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ1、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔固有の比例定数Ｃ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔充填物高さＺ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ2と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性の対数平均法式およびフリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性の対数平均法式により、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw2と、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw3とを求め、
フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性の対数平均法式
【００２３】
【数３】
2008215680.tif 000003
【００２４】
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW2−ｈ1
Δｈ2＝ｈW1−ｈ2
（Ｕ／Ｎ）1＝Ｃ1Ｚ1Ｎ1α-1、０．３≦α≦０．５
フリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性の対数平均法式
【００２５】
【数４】
2008215680.tif 000004
【００２６】
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW3−ｈ1
Δｈ2＝ｈW2−ｈ3
（Ｕ／Ｎ）2＝Ｃ2Ｚ2Ｎ2α-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw2と前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。
【００２７】
請求項６に係る発明は、請求項２または請求項４記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、前記制御装置は、前記フリークーリング用の冷却水循環路の生産装置などの熱負荷側へ前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接供給する冷却水往き温度をＴｓ、熱負荷側から前記フリークーリング用の熱交換器を介し／あるいは直接還ってくる冷却水還り温度をＴｒとした際に、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水入口水温（これはＴr温度と等しい）℃をＴw1、前記フリークーリング用の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔冷却水出口水温℃をＴw3、Ｔw1℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw1、Ｔw2℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw2、Ｔw3℃における飽和空気のエンタルピーｋＪ／ｋｇＤＡをｈw3、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔固有の比例定数Ｃ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔充填物高さＺ1、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ1、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔固有の比例定数Ｃ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔充填物高さＺ2、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔水空気比Ｌ／ＧをＮ2と規定して近似して表せる塔特性を求める、下記に示すフリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性のチェビシェフ公式およびフリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性のチェビシェフ公式により、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw2と、冷却塔を流れる空気湿球温度毎に算出したＴw3とを求め、
フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
【００２８】
Δｈ1＝  ｔW2＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）1＝Ｃ1Ｚ1Ｎ1α-1、０．３≦α≦０．５
フリークーリング用の冷却回路の冷却塔特性のチェビシェフの公式
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
【００２９】
Δｈ1＝  ｔW3＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
（Ｕ／Ｎ）2＝Ｃ2Ｚ2Ｎ2α-1、０．３≦α≦０．５
縦軸に冷却塔冷却水入口／出口水温℃を取り、横軸に冷却塔に導入される空気湿球温度℃を取ったグラフに、前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw2と前記冷却塔に導入される空気湿球温度毎に算出したＴw3とをそれぞれプロットしプロット点を結んだ二つの冷却塔出口水温線を作成し、前記フリークーリング用の冷却回路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第一の設定値とし、前記フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔出口水温線と前記グラフの縦軸の冷却塔冷却水出口水温℃を横軸と平行に引かれたＴs温度線との交点の空気湿球温度℃を外気湿球温度の第二の設定値とすることを特徴とする。
【００３０】
請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、Ｃ2＝Ｃ1、Ｚ2＝Ｚ1、Ｎ2＝Ｎ1である、フリークーリング用の冷却回路の冷却塔を備えたことを特徴とする。
請求項８に係る発明は、請求項５または請求項６記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、Ｚ2＞Ｚ1、Ｎ2＜Ｎ1である、フリークーリング用の冷却回路の冷却塔を備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項９に係る発明は、請求項１ないし請求項８の何れか記載の冷熱媒冷却冷凍設備において、前記フリークーリング用の冷却水循環路は、往き路側に前記ポンプと前記第一のバルブとを備えると共に、前記ポンプと前記フリークーリング用の冷却回路の取込路側の接続部との間に設けられ、前記フリークーリング用の冷却水循環路のポンプの回転数を制御する第一の流量計と、前記フリークーリング用の冷却回路の送り路側の接続部と前記フリークーリング用の熱交換器もしくは蓄熱槽への戻し管端との間に設けられ、前記フリークーリング用の冷却回路のポンプの回転数を制御する第二の流量計とをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、例えば、フリークーリングにより２３℃に温度上昇した冷却水を１８℃にまで冷却する場合、フリークーリングが可能な時間が、東京の気候で２３００時間から４４００時間へと延びた。実に年間の半分以上の時間が利用可能となった。そして、フリークーリング時間が延びることによって省エネルギー化が進んだ。
冷却塔における空気と水の熱交換において、冷却塔の空気と水の交換熱量はその塔部位における空気のエンタルピーｈと入口水温と同温での飽和空気のエンタルピーｈwとの差Δｈに比例するので、１台だけの冷却塔を、冷却塔高さを増やしたり、空気の流動方向に垂直な塔断面積を増やしたりしても、その容量アップさせた部分へ導入される空気のエンタルピーが上がってしまい、水をなかなか冷却できないところ、２台の冷却塔を直列に接続することで、２台目として容量アップした部分への入口空気のエンタルピーが、１台目の入口空気のエンタルピーと同じでとても低いので、容量アップの塔部分の熱交換を最大限促進することができる。
【００３３】
特に、冬季に遊休している冷凍機用冷却塔もしくはバックアップ用の冷却塔をフリークーリングの冷却塔容量増に使用することで、イニシャルコストを掛けずに増加したフリークーリング能力を達成した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１は、図１に示すように、フリークーリング用の冷却水循環路２１の往路２１ａに、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ２とポンプＰ２とを備えたフリークーリング用の冷却回路２２を接続すると共に、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３とフリークーリング用の冷却塔ＣＴ２とを直列に接続する切替機構３０を設けた点で、従来の冷熱媒冷却冷凍設備とは相違する。従って、本実施形態では、従来の空気調和装置と同じ構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３５】
また、本実施形態において、フリークーリング用の冷却水循環路２１は、往き路２１ａ側にポンプＰ３と第一のバルブＶ１とを備えると共に、ポンプＰ３とフリークーリング用の冷却回路２２の取込路２２ａ側の接続部２３との間に設けられ、フリークーリング用の冷却水循環路２１のポンプＰ３の回転数を制御する第一の流量計Ｆ１と、フリークーリング用の冷却回路２２の送り路２２ｂ側の接続部２４とフリークーリング用の熱交換器１６との間に設けられ、フリークーリング用の冷却回路２２のポンプＰ２の回転数を制御する第二の流量計Ｆ２とをさらに備えている。
【００３６】
フリークーリング用の冷却回路２２は、取込路２２ａに設けた第二のバルブＶ２と、送り路２２ｂに設けた第三のバルブＶ３とを備えている。
第一のバルブＶ１と、第二のバルブＶ２と、第三のバルブＶ３とは、フリークーリング用の冷却水循環路２１とフリークーリング用の冷却回路２２とを直列に接続する切替機構３０を構成している。切替機構３０は、冷却塔コントローラ（制御装置）２０によって制御されている。
【００３７】
冷却塔コントローラ（制御装置）２０には、外気湿球温度計で計測される外気湿球温度Ｔ１と、蓄熱水槽１０の中間温度Ｔ２と、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４とが入力され、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、ポンプＰ２，Ｐ３の回転数可変機構により、流量計Ｆ１，Ｆ２の計測値に基づいて流量制御を行い、ポンプＰ２、Ｐ３の発停制御、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２および第三のバルブＶ３の開閉制御、冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３のファンの回転制御を行う。
【００３８】
冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、外気湿球温度Ｔ１が第一の設定値（例えば、１３℃）以上になると、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２および第三のバルブＶ３を閉じ、外気湿球温度Ｔ１が第一の設定値より低くかつ第二の設定値（例えば、５℃）以上になると、第一のバルブＶ１を閉じ、第二のバルブＶ２および第三のバルブＶ３を開き、フリークーリング用の冷却水循環路２１の冷却塔ＣＴ３とフリークーリング用の冷却回路２２の冷却塔ＣＴ２とを直列に連絡してフリークーリング用の冷却水循環路２１の冷却水を二段階に冷却する制御とともに、フリークーリング用の熱交換器１６に冷却水を搬送する制御を行い、外気湿球温度が第二の設定値より低くなると、フリークーリング用の冷却回路２２の冷却塔ＣＴ２およびポンプＰ２を停止し、第一のバルブＶ１を開き、第二のバルブＶ２および第三のバルブＶ３を閉じ、フリークーリング用の冷却水循環路２１を介してフリークーリング用の熱交換器１６にポンプＰ３により冷却水を搬送する制御を行う。外気湿球温度Ｔ１が第一の設定値以上の場合、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３の閉止の代わりに、フリークーリング用の冷却回路２２の冷却塔ＣＴ２、フリークーリング用の冷却水循環路２１のＣＴ３、ポンプＰ２、Ｐ３を停止しても良い。
【００３９】
次に、本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１の動作を図２に基づいて説明する。
先ず、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３を閉じ、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１のファン、ポンプＰ１、ＣＴ１、ＣＴ２を運転し、蓄熱水槽１０の送水温度Ｔ３が設定温度２０℃になるように温度調節器ＴＩＣ１が制御を開始する（ステップＳ１、Ｓ２）。温度調節器ＴＩＣ１には、蓄熱水槽１０の送水温度計Ｔ３からのデータが入力される。また、温度調節器ＴＩＣ１は、冷凍機群１４の圧縮器、ポンプＰ１，ＣＰ１，ＣＰ２、冷却塔ＣＴ１のファンの発停もしくは容量制御と、三方弁１９の開閉を制御する。
【００４０】
次に、温度調節器ＴＩＣ１は、ポンプＰ５の運転を開始する（ステップＳ３）。
次に、冷却塔コントローラ２０は、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を入力し、１３℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ４）。外気湿球温度Ｔ１が１３℃以上の場合には、ステップＳ２４へ進み、外気湿球温度Ｔ１が１３℃未満の場合には、ステップＳ５へ進む。
【００４１】
次に、冷却塔コントローラ２０は、外気湿球温度計が測定した外気湿球温度Ｔ１を入力し、外気湿球温度Ｔ１が５℃以下か否かの判断を行う（ステップＳ５）。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１７へ進み、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ６へ進む。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、第一のバルブＶ１を開き、第二のバルブＶ２および第三のバルブＶ３を閉じる（ステップＳ６）。
【００４２】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンを運転し、ポンプＰ３，Ｐ４を運転する。第一の流量計Ｆ１で測定した流量が、ポンプＰ３の設定流量（例えば、ポンプＰ３の定格流量の８０％流量）になるようにポンプＰ３の回転数を制御する（ステップＳ７〜Ｓ８）。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４が５℃未満か否かの判断を行う（ステップＳ９）。冷却水温Ｔ４が５℃未満の場合には、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンを停止する（ステップＳ１０）。冷却水温Ｔ４が５℃以上の場合には、ステップＳ５に戻る。
【００４３】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、蓄熱水槽１０の中間水温Ｔ２が１８℃以下か否かの判断を行う（ステップＳ１１）。中間水温Ｔ２が１８℃を超える場合には、ステップＳ９に戻る。中間水温Ｔ２が１８℃以下の場合には、ポンプＰ４を停止する（ステップＳ１２）。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温Ｔ４が５℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ１３）。冷却水温Ｔ４が５℃未満の場合には、ステップＳ９に戻る。冷却水温Ｔ４が５℃以上の場合には、外気湿球温度Ｔ１が５℃以上か否かの判断を行う。これは長時間参照しなかった外気湿球温度を基準に再度運転の選択を行うものである。外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１５へ進み、外気湿球温度Ｔ１が５℃未満の場合には、ステップＳ６へ進む。ステップＳ１５においては、フリークーリング用の冷却水循環路の冷却塔ＣＴ３のファンを停止し、ポンプＰ３，Ｐ４を停止する（ステップＳ１５）。
【００４４】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、ポンプＰ５を停止するか否かを判断する（ステップＳ１６）。ポンプＰ５を停止しない場合には、ステップＳ５に戻る。ポンプＰ５を停止する場合には、ステップＳ２６へ進む。
一方、ステップＳ４において、外気湿球温度Ｔ１が１３℃以上の場合には、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３を閉じる（ステップＳ２４）。
【００４５】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、ポンプＰ５を停止するか否かを判断する（ステップＳ２５）。ポンプＰ５を停止しない場合には、ステップＳ４に戻る。ポンプＰ５を停止する場合には、ステップＳ２６に進み、ポンプＰ５を停止する。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１のファン、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３を停止する（ステップＳ２７）。
【００４６】
また、ステップＳ５において、外気湿球温度Ｔ１が５℃以上の場合には、ステップＳ１７に進み、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、第一のバルブＶ１と閉じ、第二のバルブＶ２と第三のバルブＶ３を開く。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３のファンを運転し、ポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４を運転する（ステップＳ１８）。
【００４７】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、第一の流量計Ｆ１で測定した流量がポンプＰ２の定格流量の８０％流量になるように循環ポンプＰ３の回転数を制御し、第二の流量計Ｆ２で測定した流量がポンプＰ２の定格流量の８０％流量になるようにポンプＰ２の回転数を制御する（ステップＳ１９、Ｓ２０）。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、外気湿球温度Ｔ１が１３℃以上か否かの判断を行う（ステップＳ２１）。外気湿球温度Ｔ１が１３℃未満の場合には、ステップＳ５に戻る。外気湿球温度Ｔ１が１３℃以上の場合にはステップＳ２２に進む。
【００４８】
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ２のファン、冷却塔ＣＴ３のファン、ポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４を停止する（ステップＳ２２）。
次に、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、ポンプＰ５を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ２３）。ポンプＰ５を停止する場合には、ステップＳ２６に進む。ポンプＰ５を停止しない場合には、ステップＳ２４へ行き、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３を閉じる。その後、冷却塔コントローラ（制御装置）２０は、再度ポンプ５を停止するか否かの判断を行う（ステップＳ２５）。ポンプＰ５を停止しない場合は、ステップＳ４へ戻り、ポンプＰ５を停止する場合には、ステップＳ２６へ進み、引き続きステップＳ２７へ進む。
【００４９】
以上により、本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１の運転が制御されている。
次に、図１、図２に基づいて夏季、冬季、中間期の動作を説明する。
先ず、夏季の動作を説明する。ここで、夏季は外気湿球温度が１３℃以上、つまり冷却塔コントローラ２０の外気湿球温度の第一の設定値以上である（東京の気象データでは年間４３６０時間）とした。
【００５０】
この季節には、冷却塔ＣＴ１での冷却が設定水温１８℃以下に冷却できない外気湿球温度Ｔ１となるので、図２のステップＳ２４に示すように、第一のバルブＶ１、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３を閉じる。フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンと冷却塔ＣＴ３用のポンプＰ３は運転されない。冷却塔ＣＴ２のファンとポンプＰ２もしかりで運転されない。フリークーリング用の熱交換器１６へ蓄熱水槽１０内の水を送るポンプＰ４も停止する。生産装置群１３側の冷水を冷却する手段は、冷凍機群１４、冷却塔ＣＴ１、ポンプＣＰ１、Ｐ１を運転し、冷凍機群１４で冷却された７℃の冷水によって蓄熱水槽１０内の水を熱交換器１５で２０℃に冷却する。２０℃に冷却された水は、蓄熱水槽１０内でポンプＰ５によって生産装置群１３へ送られ、生産装置群１３にて加熱された水は蓄熱水槽１０内へ戻され、再び熱交換器１５で冷却される。蓄熱水槽１０内の送水温度Ｔ３が設定温度２０℃以下になると、冷凍機群１４と熱交換器１５間の冷水は三方弁１９によるバイパス運転を開始し、それでも設定水温以下になると冷凍機群１４を停止する。
【００５１】
次に、冬季の動作を説明する。ここで、冬季は外気湿球温度が５℃未満（東京の気象データでは年間２３００時間）とした。
この季節では、冷却水の水温１８℃以下での外気湿球温度Ｔ１の第二の設定温度（５℃）となるので、図２のステップＳ６に示すように、第一のバルブＶ１が開き、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３が閉まり、ステップＳ７に示すように、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３のファンとポンプＰ３，Ｐ４とを運転する。フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３によって冷却された１８℃の冷却水によって蓄熱水槽１０内の冷水をフリークーリング用の熱交換器１６で２０℃に冷却する。２０℃に冷却された冷水は蓄熱水槽１０内でポンプＰ５によって生産装置群１３へ搬送される。生産装置群１３によって加熱された冷水は蓄熱水槽１０内に戻り、再びフリークーリング用の熱交換器１６で冷却される。
【００５２】
次に、中間期の動作を説明する。中間期は外気湿球温度が５℃以上１３℃未満とした。
この季節では、１台のフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の運転では冷却水の水温１８℃以下にならず、２段直列運転で冷却塔出口水温１８℃以下での外気湿球温度Ｔ１の第一の設定値（１３℃）未満となるので、第一のバルブＶ１が閉まり、第二のバルブＶ２、第三のバルブＶ３が開き、フリークーリング用の冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３とポンプＰ２，Ｐ３，Ｐ４を運転し、フリークーリングの用冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３で冷却された１８℃の冷却水によって蓄熱水槽１０内の水をフリークーリング用の熱交換器１６にて２０℃に冷却する。２０℃に冷却された水は蓄熱水槽１０内でポンプＰ５によって生産装置群１３へ送られ、生産装置群１３で加熱された水は蓄熱水槽１０内へ戻され、再びフリークーリング用の熱交換器１６で冷却される。熱交換器１６において相対する１８℃の冷却水は、ポンプＰ３によってフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３へ搬送され、この１段目のフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３では、その時の外気湿球温度Ｔ１とフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の能力の関係によって設定水温１８℃に近ずいた温度に冷却される。この冷却水は２段目のフリークーリング用の冷却塔ＣＴ２へ搬送され、２段目のフリークーリング用の冷却塔ＣＴ２では１段目に冷却された冷却水を設定水温１８℃以下に冷却して再度フリークーリング用の熱交換器１６へ搬送される。ここで冷却塔ＣＴ２は、図１に図示しないが冷凍機群１４の凝縮器側に別の切替装置を介して接続されていても良く、低負荷時には冷凍機群１４から切り離され遊休状態になる冷却塔であることが望ましく、これを利用すればイニシャルコストを殆ど増加させずに非常な省エネルギーを図れる。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している冷却塔ＣＴ２とフリークーリング用の冷却塔ＣＴ３を直列に配置することによって、フリークーリング用の冷却水を二段に冷却することができるので、従来より冷水温度を下がることができる。
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１によれば、例えば、冬季や中間期の低熱負荷により遊休している冷却塔、もしくはバックアップ用の冷却塔とフリークーリング用冷却塔を直列に配置することによって、１台目で２３℃の冷却水を２０℃まで冷却し、２台目で２０℃の冷却水を１８℃まで冷却する二段冷却を行うことができるので、従来よりフリークーリングによる冷水製造時間の長いフリークーリングシステムを得ることができる。
【００５４】
なお、本発明は、この実施形態に限らず、フリークーリング用の冷却水循環路の往き路に、フリークーリング用の冷却回路が直列に接続可能な切替装置があれば目的を満足するので、図１に示す実施形態の蓄熱水槽に対し、熱交換器１５や熱交換器１６を介して冷凍機群の製造する低温の冷水や冷却塔にて冷却される冷却水を間接接続するのではなく、低温の冷水や冷却塔にて冷却される冷却水を直接水槽に導入しても良い。
【００５５】
次に、冷却塔２台直列冷却の概論について説明する。
冷却塔の空気と水の交換熱量は、空気のエンタルピーｈと入口水温と同温での飽和空気のエンタルピーｈｗとの差Δｈに比例し、空気のエンタルピーｈおよび湿球温度ｔ′以下には冷却が不可能である。言い換えれば、水に熱を与えなければ湿球温度付近まで冷却可能である。冷却塔２台を直列で冷却した時の水と空気の状態を図３に示す。ここで１台の冷却塔である水温での水を冷却させるとすると、冷却塔の冷却熱量と水が空調機や装置のコイルから受けた熱量の熱収支は等しくなり、冷却された水は湿球温度までは到達せずに水温ｔW1と湿球温度ｔ1´の途中の状態にある。また、この時の空気は熱交換を行うことによって、出口に近いほどエンタルピーが増え、湿球温度が上がる。このことで冷却塔の高さを増し、交換器を増やしても効果が見られない。それで、１台目で冷却された水をさらに別の冷却塔で冷却すると、新鮮空気（外気）を取り入れることにより湿球温度の低い空気と熱交換が可能となり、前段で冷却された水温ｔW2以下の状態にすることが可能となる。
【００５６】
次に、２台冷却塔直列での計算について説明する。
計算に用いる各種記号を以下のように決定する。
ｔw1＝１台目冷却塔冷却水入口水温［℃］
ｔw2＝１台目冷却塔冷却水出口水温［℃］
ｔw3＝２台目冷却塔冷却水出口水温［℃］
ｈw1＝１台目冷却塔冷却水入口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈw2＝１台目冷却塔冷却水出口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈw3＝２台目冷却塔冷却水出口水温と同じ飽和空気のエンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ1＝１台目、２台目冷却塔入口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ2＝１台目冷却塔出口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
ｈ3＝２台目冷却塔出口空気エンタルピー［kJ/kgDA］
Ｃρ＝水の比重［kJ/kg］
Ｋａ＝エンタルピー基準総括面積熱伝達係数［kJ/m2・ΔI・h］
Ｃ＝冷却塔固有の比例定数
Ｌ＝循環水量［kg/h］
Ｇ＝冷却塔風量［kg/h］
Ａ＝空気の流動方向に垂直な塔断面積［m2］
Ｚ＝充填物高さ［m］
α，β＝充填物によって決定される定数
Ｎ＝水空気比Ｌ／Ｇ
Ｘ＝近似的に算出した塔特性Ｕ／Ｎ
Ｙ1＝対数平均法で算出した塔特性Ｕ／Ｎ
Ｙ2＝チェビショフの公式で算出した塔特性Ｕ／Ｎ
冷却塔による水の冷却は、一般の熱交換器の冷却と異なり、水と空気の直接接触によって熱交換が行われる。そのため顕熱移動だけでなく水蒸気の移動が生じ、複雑な解析が生じる。しかし、ここで冷却塔に対しての冷水の蒸発量は１％未満と非常に少ないため、移動した水蒸気流量にについては、無視できる大きさである。そこで冷却塔の冷水が大気に与える熱量と冷水が冷却される熱収支の熱量Ｑは次式で与えられる。
【００５７】
ｄＱ＝Ｇ×（ｄｈ）＝（−Ｃρ）×Ｌ×（ｄＴw）                   ・・・（１）
図４では、対向流型冷却塔での入口水温ｔw1、出口水温ｔw2、入口空気湿球温度ｔ1´、出口空気湿球温度ｔ2´と比エンタルピーの関係を表わし、水と空気が熱交換する状態を表わす。入口空気はＬ／Ｇである勾配線（操作線）によって変化してゆく。また、対向流冷却塔の微小高さｄＺについての熱交換を考えた場合、微小高さにおける微小な熱交換量  Ｑは、その部分での水温ｔwに等しい温度の飽和空気比エンタルピーｈwと空気の比エンタルピーｈとの差（ｈw−ｈ）に比例し、次式で与えられる。
【００５８】
ｄＱ＝Ｋａ×（ｈw−ｈ）×ｄＺ×Ａ                               ・・・（２）
（１）式、（２）式より（３）式を求める。
ｄＱ＝Ｇ×（ｄｈ）＝（−Ｃρ）×Ｌ×（ｄＴw）＝Ｋａ×（ｈw−ｈ）×ｄＺ×Ａ                                                                      ・・・（３）
（３）式を変形して、（４）式、（５）式を求める。
【００５９】
Ｋａ×ｄＺ×Ａ／Ｇ＝（ｄｈ）／（ｈw−ｈ）                       ・・・（４）
Ｋａ×ｄＺ×Ａ／Ｌ＝（−Ｃρ）×（ｄＴw）／（ｈw−ｈ）          ・・・（５）
（４）式、（５）式を充填物高さＺについて積分すると、（６）式、（７）式が求められる。
【００６０】
【数５】
2008215680.tif 000005
【００６１】
【数６】
2008215680.tif 000006
【００６２】
（６）、（７）式が対向流型冷却塔の基本式で、Ｕは移動単位数でＮ0はＬ／Ｇの初期値に置き換えた数値である。Ｕ／Ｎは塔特性（tower performance factor）と呼ばれている。その求め方は近似して（７）式の積分記号内の変数の平均値を計算する方法で、代表して対数平均法の場合と、チェビシェフの公式（適当に４分割して、１／（ｈw−ｈ）の平均値を計算する）の場合でＵ、Ｕ／Ｎを求めることができる。
【００６３】
対数平均法の場合を（８）式に示す。
【００６４】
【数７】
2008215680.tif 000007
【００６５】
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW2−ｈ1
Δｈ2＝ｈW1−ｈ2
チェビシェフの公式を用いた場合も対数平均法の場合と同様に計算結果として（９）式に記載した。
【００６６】
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝                                         ・・・（９）
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
Δｈ1＝  ｔW2＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
熱特性Ｋａは充填材の性能を表わす数値で、塔内の水と空気の流れが複雑なため理論的に求めるのは困難である。そこでＫａはあらかじめ充填物ごとに実験式で求められ、その実験式は（Ｌ／Ａ）と（Ｇ／Ａ）の関数として（１０）式で求められる。
【００６７】
Ｋａ＝Ｃ（Ｌ／Ａ）α（Ｇ／Ａ）β                               ・・・（１０）
ここでα＋β≒１である。
（１０）式を（７）式のＵ／Ｎに代入すると、（１１）式が求められる。
Ｕ／Ｎ＝Ｋａ×Ａ×Ｚ／Ｌ＝ＣＺ〔Ｌ／Ａ〕α-1〔Ｇ／Ａ〕-(α-1)＝ＣＺＮα-1
・・・（１１）
ここでＣＺを定数Ｋと置くと、（１２）式が求められる。
【００６８】
Ｕ／Ｎ＝ＫＮα-1                                                ・・・（１２）
冷却塔メーカー定格能力値がわかれば、Ｕ／Ｎを求めＮ、Ｋが求まる。αは０．４前後をとり、（１２）式のＵ／Ｎが求まる。
（例えば、定格水量Ｌ、定格風量Ｇ、定格外気湿球温度ｔ1´、定格入口水温ｔW1、出口水温ｔW2の冷却塔からＮ＝Ｌ／Ｇを求め、定格時の水温ｔW1、ｔW2の定格格外気湿球温度からのｈ1と計算値ｈ2を使って（８）式を逆算してＵ／Ｎを求め冷却塔のＫ＝を導く。）
ここで、（１２）式で求めた塔特性Ｕ／Ｎと入口水温ｔw1を０．１℃ずつ変化させた値を（８）式もしくは（９）式のｔw2に代入し、Ｕ／Ｎが等しくなるような点ｔw2を計算結果として求めることができる。
【００６９】
以上から求まるｔw2を１台目の冷却塔出口水温とする。
次に、２台目冷却塔の出口水温ｔW3を求める。２台冷却塔２台直列の水と空気の状態を図３に示す。ここで、１台目冷却塔の出口水温ｔW2を２台目冷却塔の入口水温となるので、（８）式もしくは（９）式の各温度状態は以下のように置き換わる。
ｔW1→ｔW2
ｔW2→ｔW3
ｈW1→ｈW2
ｈW2→ｈW3
ｈ2→ｈ3
よって、Ｕ／Ｎの近似式は、対数平均法の場合は（１３）式となり、チェビシェフの公式の場合は（１４）式となる。
【００７０】
【数８】
2008215680.tif 000008
【００７１】
ただし、ここでのΔｈ1とΔｈ2は以下とする。
Δｈ1＝ｈW3−ｈ1
Δｈ2＝ｈW2−ｈ3
チェビシェフの公式を用いた場合も対数平均法の場合と同様に計算結果として（１４）式に記載した。
【００７２】
Ｕ／Ｎ＝（Ｃρ×Δｔw／４）×｛（１／Δｈ1）＋（１／Δｈ2）＋（１／Δｈ3）
＋（１／Δｈ4）｝                                       ・・・（１４）
ただし、ここでのΔｈ1〜Δｈ4は以下とする。
Δｈ1＝  ｔW3＋０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ2＝  ｔW2＋０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ3＝  ｔW2−０．４ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
Δｈ4＝  ｔW2−０．１ΔｔWにおける（ｈW−ｈ）の値
また、２台目の冷却塔の（１２）式による塔特性Ｕ／Ｎを求めるが、この時のＮ、Ｋ値は２台目冷却塔の能力によって変わる。仮に１台目冷却塔と同じ能力であればＮ、Ｋ値は同じとなり、それで１台目の冷却塔と同様（１２）式で求めた塔特性Ｕ／Ｎと入口水温ｔw2を０．１℃ずつ変化させた値を（１３）式もしくは（１４）式のｔw3に代入し、Ｕ／Ｎが等しくなるような点ｔw3を計算結果として付した。
【００７３】
以上から求まるｔw3を２台目の冷却塔出口水温とする。
図５に同じ能力の冷却塔２台直列の１台目冷却塔入口水温２３℃の時の外気湿球温度と出口水温の関係を示す。冷却水出口水温１８℃を取り出せる外気湿球温度は、冷却塔１台では５℃以下であり、これは東京の気象データでは年間２３００時間以下であった。しかし、冷却塔２台直列では外気湿球温度１３℃で良く、東京の気象データでは年間４０００時間であった。
【００７４】
次に、２台目の冷却塔能力が大きい場合を示す。１台目と同じ水量を２台目の能力が大きい冷却塔に通すと水量Ｌは変わらないが、風量Ｇが大きいのでＮは小さくなり、塔特性（１２）式Ｕ／Ｎは大きくなる。つまり、Ｚ2＞Ｚ1、Ｎ2＜Ｎ1である、フリークーリング用の冷却回路の冷却塔を備えるものである。よって、近似式の（１３）式もしくは（１４）式の２台目冷却塔出口温度ｔw3は低くなることができる。このような傾向にあることを考慮して新たに２台目冷却塔のＮ、Ｋ値を求め、上記同様に塔特性（１２）式と近似式（１３）式もしくは（１４）式により２台目冷却塔出口温度ｔw3を計算できる。
【００７５】
図６に仮に２台目冷却塔の能力を１．０〜２．０倍にした場合での冷却塔入口水温２３℃の外気湿球温度と冷却塔出口温度の関係を示す。２台目の冷却塔の能力が１台目の冷却塔と同じ能力の場合は、冷却塔出口水温１８℃にするには、外気湿球温度１３℃未満が必要であり、東京の気象データでは年間４４００時間だったが、２台目の冷却塔の能力が１台目の能力の２倍であれば、外気湿球温度１５℃未満であればよく、東京の気象データで年間４８００時間であった。
【００７６】
室内温度条件もしくは床下吹出温度条件によって空調機の還り温度が変わるので、予冷水温度条件、冷却水温度条件が変わる。今度は冷却水入口水温が２３℃では無く、２１℃となり熱交換器へ１６℃で送水しなければならない条件の時は、上記の計算により図７の外気湿球温度と冷却塔出口水温の関係となる。２台目の冷却塔の能力が１台目の冷却塔と同じ能力の場合は冷却塔出口水温１６℃にするには、外気湿球温度１１℃未満が必要であり、その時間は東京の気象データで年間３６００時間であったところ、２台目の冷却塔の能力が１台目の能力の２倍であれば、外気湿球温度は１３℃未満であれば良く、東京の気象データで年間４４００時間であった。
【００７７】
これらのことにより冷却塔２台直列による年間のフリークーリング運転時間の延長可能とさらに冷却塔能力アップによるフリークーリング運転時間延長により、年間のエネルギー消費が抑えられ、ランニングコストが削減される。これらは実際に冷却塔能力アップによるイニシャルコストアップとフリークーリングが長くできることによるランニングコストダウンと兼ね合いによってシステムを決定する。
【００７８】
（第二実施形態）
本発明は、フリークーリング用の冷却水循環路の往き路２１ａに、フリークーリング用の冷却回路が直列に接続可能な切替装置があれば目的を満足するので、本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ａでは、第一実施形態における熱交換器１６を取り除き、フリークーリングにて冷却される冷却水を直接蓄熱水槽１０に導入する例を、図８に示す。
【００７９】
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ａおいては、冷却水循環路内の冷却水とフリークーリング用冷却水循環路２１内の冷却水と冷水往還管１１，１２内の冷水とを受入れもしくは送出させる蓄熱水槽１０を備えている。
なお、蓄熱水槽１０内の水をフリークーリング用冷却水循環路２１へ送るポンプＰ４１はインバータ方式とした。
【００８０】
その他の構成は、第一実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１と同じであるから、その説明を省略する。
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ａおいても、第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
（第三実施形態）
本発明は、フリークーリング用の冷却水循環路の往き路２１ａに、フリークーリング用の冷却回路が直列に接続可能な切替装置があれば目的を満足するので、本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ｂでは、第一実施形態における蓄熱水槽１０を、高温側と低温側を分離させ、その容積を小さくした還りヘッダ１０１および往きヘッダ１０２に置き換え、冷凍機群１４の製造する低温の冷水や冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３にて冷却される冷却水、さらは生産装置群１３などの熱負荷に送る冷水往管１１および冷水還管１２を流れる冷水を直接接続した例を、図９に示す。
【００８１】
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ａおいては、冷却水循環路内の冷却水とフリークーリング用冷却水循環路２１内の冷却水と冷水往還管１１，１２内の冷水とを受入れもしくは送出させる還りヘッダ１０１および往きヘッダ１０２を備えている。
その他の構成は、第一実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１と同じであるから、その説明を省略する。
【００８２】
本実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備１Ａおいても、第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
（第四実施形態）
本実施形態は、第三実施形態における熱交換器１５、１６への冷却水の送りを還りヘッダ１０１からポンプＰ４、ＣＰ２の搬送力で行い、熱交換器１６から戻る冷水の出口管１８が往きヘッダ１０２に接続している点で、第三実施形態とは相違する。この実施形態の例を図１０に示す。
【００８３】
本実施形態においても、冷凍機群１４の製造する低温の冷水や冷却塔ＣＴ２，ＣＴ３にて冷却される冷却水、さらは生産装置群１３などの熱負荷に送る冷水往管１１および冷水還管１２を流れる冷水を直接接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備の構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備に基づいて夏季、冬季、中間期の動作を説明するフローチャートである。
【図３】フリークーリング用の冷却塔を２台直列で連結した場合の空気のエンタルピーｈと外気湿球温度ｔとの関係線図である。
【図４】１台にフリークーリング用の冷却塔における空気のエンタルピーｈと外気湿球温度ｔとの関係線図である。
【図５】同じ能力の冷却塔を２台連結した場合の入口温度２３℃時の外気湿球温度と出口温度との関係を示す図である。
【図６】２台目の能力が大きい冷却塔を連結した場合の入口温度２３℃時の外気湿球温度と出口温度との関係を示す図である。
【図７】２台目の能力が大きい冷却塔を連結した場合の入口温度２１℃時の外気湿球温度と出口温度との関係を示す図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備の構成図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備の構成図である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係る冷熱媒冷却冷凍設備の構成図である。
【図１１】従来の冷熱媒冷却冷凍設備の構成図である。
【図１２】図１１の冷熱媒冷却冷凍設備に基づいて夏季、冬季、中間期の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００８５】
１０  蓄熱水槽
１３  生産装置群
１４  冷凍機群
１５  熱交換器
１６  フリークーリング用の熱交換器
２０  冷却塔コントローラ（制御装置）
２１  フリークーリング用の冷却水循環路
２１ａ  往路
２２  フリークーリング用の冷却回路
２２ａ  取込路
２２ｂ  送り路
２３，２４  接続部
３０  切替機構
１０１  還りヘッダ
１０２  往きヘッダ
ＣＴ１  冷却塔
ＣＴ２，ＣＴ３  フリークーリング用の冷却塔
Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，ＣＴ１，ＣＴ２  ポンプ
Ｖ１  第一のバルブ
Ｖ２  第二のバルブ
Ｖ３  第三のバルブ
Ｆ１  第一の流量計
Ｆ２  第二の流量計
Ｔ１  外気湿球温度
Ｔ２  蓄熱水槽１０の中間水温
Ｔ３  蓄熱水槽１０の送水温度
Ｔ４  フリークーリング用の冷却塔ＣＴ３の冷却水温
【図１】
2008215680.tif 000011
【図２】
2008215680.tif 000012
【図３】
2008215680.tif 000013
【図４】
2008215680.tif 000014
【図５】
2008215680.tif 000015
【図６】
2008215680.tif 000016
【図７】
2008215680.tif 000017
【図８】
2008215680.tif 000018
【図９】
2008215680.tif 000019
【図１０】
2008215680.tif 000020
【図１１】
2008215680.tif 000021
【図１２】
2008215680.tif 000022