(57)【要約】【課題】一次冷却水、二次冷却水のどちらに対しても有効な水質管理を行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる冷水循環装置を提供する。【解決手段】冷水循環装置１０は、蒸発冷却により二次冷却水を送出する蒸発器１１、蒸発器１１の二次冷却水側に設置され、金型調温機５０に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ１３、二次冷水側の冷却水を純水化する純水装置１２、二次冷水側の冷却水から溶存酸素を除去する脱酸素装置１５、及び蒸発器１１を冷却する空冷式の冷凍冷却器１６を備える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体に循環冷却水を供給する冷水循環装置において、
蒸発冷却により二次冷却水を送出する蒸発器と、
前記蒸発器の二次冷却水側に設置され、前記被冷却体に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、
前記二次冷水側の冷却水を純水化する純水装置と、
前記蒸発器を冷却する冷却器と
を備えることを特徴とする冷水循環装置。
【請求項２】
さらに、前記二次冷水側の冷却水から溶存酸素を除去する脱酸素装置を備えることを特徴とする請求項１記載の冷水循環装置。
【請求項３】
前記冷却器は、空冷式の凝縮器を具備する冷凍冷却器であることを特徴とする請求項１記載の冷水循環装置。
【請求項４】
前記被冷却体は、金型温調機を含む温調機であることを特徴とする請求項１記載の冷水循環装置。
【請求項５】
前記蒸発器及び又は前記冷却水循環ポンプが室内置きとされており、前記冷却器が室外置きとされていることを特徴とする請求項１記載の冷水循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種電力機器、産業機器用の冷却水循環系統、あるいは各種生産設備用の給水設備において、被冷却体に循環冷却水を供給する冷水循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発熱源を有する被冷却体を冷却して被冷却体の温度を一定に保つための冷却方法には、輻射、水冷、空冷などの種々の方法がある。このうち発熱負荷の大きい被冷却体の冷却には、主に水冷が採用される。水冷は、比熱や熱伝導率が非常に大きい液体である水を冷媒としているため、本来非常に効率のよい冷却方法である。
【０００３】
さまざまの製造、環境、医療などの設備、機械装置の使用される工場などの現場において、およそ熱を発生するものに対して、これを冷水にて一定の温度に冷却温調する方法として、冷凍機により冷水をつくりこれを循環する冷水循環装置が採用されている。
【０００４】
このような、冷却装置の方式としては、冷凍機回路を用いた空冷（冷却水−冷媒−空気熱交換）方式と水冷（冷却水−冷媒−冷却水熱交換）方式がよく用いられる。なお、ここでいう冷凍機とは、冷媒の圧縮−放熱−膨張−吸熱という冷凍サイクルを利用した冷却機という意味である。
【０００５】
これらの給水、補給水は、通常それらの工場で用いられている地下水もしくは水道水が使用され、これらの水は直接あるいはクーリングタワーのような簡易な冷却設備で循環水として用いられる。しかし、これらの水は純水ではないのでカルシウムやマグネシュウムなどの陽イオンと塩素や硝酸などの陰イオンが含まれている。しかも、これらの水には非常にものをよく溶かす性質があり、天然に存在する水は多くの物質を溶かしている。雨はもともと蒸留水であるはずだが、空気中に浮遊する塵埃をはじめ、二酸化炭素や酸化窒素などを溶かしている。
【０００６】
また、河川の水は山から流れ出し、下流に下ってくる間に各種の無機塩類や有機物を溶かしている。川を流れ下った水は一旦浄水場で処理されて、一般家庭や工場、オフィスに送られる。カルュシウムイオンやマグネシウムイオンを比較的多量に含む水を硬水といい、これらの濃度の比較的小さい水を軟水というが、硬水は配管内部に固い硬質の湯垢（缶石）を生じて熱伝導率を悪くしたりする。
【０００７】
したがって、これらの水をそのまま利用して工場内の諸設備の冷却水と利用するについては配管系統や熱交換器に腐食、スケール、スライムなどが発生して、その冷却工程の効率を低下させ、種々のトラブルを引き起こす原因となっている。特に、冷却水孔などにこれらの堆積物が堆積して付着することにより、伝熱に大きな影響を与える。熱交換器の細い管では、著しく冷却水量が減少することにより冷却効率を損なうことになる。
【０００８】
現在行われている通常の工場における冷却水の循環システムには、以下のような事例のものがある。
事例−１は、クーリングタワーの水を直接、冷却水を必要とする機器（被冷却体）等に循環する方式である。
【０００９】
事例−２は、上記事例−１の中間にタンクを設け、熱効率をよくする方式である。
事例−３は、一次冷却水と二次冷却水を分離して、この間に熱交換器を設け、二次冷却水の補給水は純水装置を介して補給して薬品を投与するなどして最適な水管理を行っている。
【００１０】
図２は、上記事例−１の冷却循環系統の構成図、図３は、上記事例−２の冷却循環系統の構成図、図４は、上記事例−３の冷却循環系統の構成図であり、いずれも生産工場における冷却水のシステムフローを示す。
【００１１】
図２において、事例−１の冷却循環系統１００は、循環ポンプ１０１及びクーリングタワー１０２等を有し、工場内の冷却水を必要とする複数の設備・装置機器である空調・冷水機器１１０、プラスチック射出成形機１２０、プラスチック押出成形機１３０、高速ミキサー１４０、又はダイカストマシン１５０などに循環冷却水を供給する。
【００１２】
冷却水を必要とする複数の設備・装置機器から帰ってきた循環冷却水は、クーリングタワー１０２により蒸発冷却され、再び上記設備・装置機器に供給される。クーリングタワー１０２で蒸発冷却される循環冷却水は、一次側給水として井水、市水（水道水）、工業用水が用いられる。
【００１３】
また、図３において、事例−２の冷却循環系統２００は、循環ポンプ１０１，１０３、クーリングタワー１０２、及び高温槽１０４ａ，低温槽１０４ｂからなるタンク１０４を備えて構成される。クーリングタワー１０２と上記設備・装置機器との間にタンク１０４を設けることによって熱効率を高めることができる。
【００１４】
また、図４において、事例−３の冷却循環系統３００は、循環ポンプ１０１，１０３，１０５、クーリングタワー１０２、タンク１０４、水−水熱交換器１０６、純水装置１０７、及び薬品１０８を備えて構成される。
【００１５】
熱交換器１０６には、管路１０９ａ、フィルター（図示略）を通ってタンク１０４の高温槽１０４ａから二次冷却水（外部冷却水）が導入され、この二次冷却水と管路１０９ｂを通る冷却水（一次冷却水）との間で熱交換が行われ、冷却水が冷却される。二次冷却水としては、クーリングタワー１０２で蒸発冷却される循環冷却水、地下水又は水道水等が用いられる。熱交換器１０６で冷却された二次冷却水は、配管１０９ａ中を流れ、タンク１０４の低温槽１０４ｂに送り込まれる。
【００１６】
また、一次側給水の一部は、純水装置１０７に導入され、純水装置１０７によって製造された純水は、配管１０９ｃを通してタンク１０４の高温槽１０４ａに送り込まれる。また、水管理のため、適宜、配管１０９ｄを通して薬品１０８が投与される。なお、熱交換器１０６の一次側配管１０９ｂを流れる一次冷却水は熱交換器１０６内の二次側配管を流れる冷却水を冷却した後、外部に排水される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような従来の冷水循環装置にあっては、以下のような問題点があった。
上記事例−１及び事例−２のように、クーリングタワー１０２の水を直接、冷却水を必要とする設備・装置機器等に循環する方式では、配管系統や設備・装置機器内の熱交換器に腐食、スケール、スライムなどが発生して、その冷却工程の効率を低下させ、種々のトラブルを引き起こす。特に、冷却水孔などにこれらの堆積物が堆積して付着することにより、伝熱に大きな影響を与え、著しく冷却水量が減少することにより冷却効率を損なうことになる。
【００１８】
上記事例−３では、一次冷却水と二次冷却水を分離して、この間に熱交換器１０６を設け、二次冷却水の補給水は純水装置１０７を介して補給して薬品１０８を投与するなどして水質管理を行っているので、一応の解決方法となっている。しかし、事例−３の方式においては、一次冷却水に対する対策がなされていないため、この熱交換器１０６の一次側においてはスケール、スライム、缶石などの付着が発生する。したがって、定期的にこれを除去することが必要であることに加え、二次冷却水においては、薬品の投与などの水質管理が必要である、などのメンテナンスコストのかかるシステムとなっている。
【００１９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、一次冷却水、二次冷却水のどちらに対しても有効な水質管理を行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる冷水循環装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の冷水循環装置は、被冷却体に循環冷却水を供給する冷水循環装置において、蒸発冷却により二次冷却水を送出する蒸発器と、前記蒸発器の二次冷却水側に設置され、前記被冷却体に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、前記二次冷水側の冷却水を純水化する純水装置と、前記蒸発器を冷却する冷却器とを備えることを特徴としている。
さらに、前記二次冷水側の冷却水から溶存酸素を除去する脱酸素装置を備えることがより好ましい。
【００２１】
また、前記冷却器は、空冷式の凝縮器を具備する冷凍冷却器であってもよく、前記被冷却体は、金型温調機を含む温調機であってもよい。
また、より好ましくは、前記蒸発器及び又は前記冷却水循環ポンプが室内置きとされており、前記冷却器が室外置きとされているものであってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な冷水循環装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷水循環装置の構成を示す系統図である。本実施の形態は、冷却水を必要とする機器として金型温調器に循環冷却水を供給する冷水循環装置に適用した例である。
【００２３】
図１において、１０は金型調温機５０に冷却水を供給する冷水循環装置であり、冷水循環装置１０は、蒸発冷却により二次冷却水を送出する蒸発器１１と、蒸発器１１の二次冷却水側配管１２と、配管１２に設置された循環ポンプ１３と、蒸発器１１の二次冷水側の冷水タンク１１ａと配管１２間に設置され、冷水タンク１１ａ内の冷水から塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などを取り除き純水化する純水装置１４と、冷水タンク１１ａと配管１２間に設置され、冷水タンク１１ａ内の冷水から溶存酸素（ＤＯ：Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　Ｏｘｙｇｅｎ）を除去する脱酸素装置１５と、蒸発器１１を冷却する空冷式の冷凍冷却器１６と、蒸発器１１にフィルター１７を通して外部から給水する給水管１８とを備えて構成される。
【００２４】
上記冷凍冷却器１６は、冷媒（フロン等）を圧縮する圧縮機２０、圧縮された冷媒を凝縮させる空冷式凝縮器２１、凝縮した冷媒を膨張させる自動膨張弁２２、アキュームレータ２３、冷媒と冷却水の熱交換を行う冷媒−水熱交換器２４を備えて構成される。
【００２５】
以下、上述のように構成された冷水循環装置１０の動作を説明する。
圧縮機２０で圧縮された冷媒は、凝縮器２１内において冷却されて凝縮する。図示しないモータにより駆動されるファン２５は、凝縮器２１に外から風を送って凝縮熱を取り去る。凝縮器２１を出た液化冷媒はドライヤーフィルター（図示略）にて水分除去される。次に、冷媒は自動膨張弁２２で絞られつつ膨張し気化する。このときの気化潜熱で冷媒の温度が下がる。温度の下がった冷媒は、冷媒−水熱交換器２４に入り、冷却水と熱交換し、冷水タンク１１ａの冷却水を冷やす。熱交換器２４を出た冷媒は、再び圧縮機２０で圧縮され、同様の冷凍サイクル中を循環し続ける。
【００２６】
一方、循環ポンプ１３によって蒸発器１１から送り出された冷却水は、二次冷却水側配管１２に送り込まれ、冷却水を必要とする金型調温機５０に供給される。また、二次冷却水側配管１２の冷却水の一部は、純水装置１４に送られて二次冷却水中に溶存するイオンを除去して純水度を維持するようにしている。純水処理された冷却水は、冷水タンク１１ａに送られる。さらに、二次冷却水側配管１２の冷却水の一部は、脱酸素装置１５に送られ、二次冷却水中の溶存酸素が除去され、溶存酸素による金属腐食が防止される。
【００２７】
また、金型調温機５０からの二次冷却水は、蒸発器１１に戻り、蒸発器１１により蒸発冷却された後、循環ポンプ１３の吸水側に戻される。
以上は、加熱温調を要する場合の例であり、冷却温調を要する場合は、図１に示すように金型調温機５０を経由せず、そのまま冷却水を必要とする機器に供給される。
【００２８】
以上のように、本実施の形態の冷水循環装置１０は、蒸発冷却により二次冷却水を送出する蒸発器１１、蒸発器１１の二次冷却水側に設置され、金型調温機５０に冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ１３、二次冷水側の冷却水を純水化する純水装置１４、二次冷水側の冷却水から溶存酸素を除去する脱酸素装置１５、及び蒸発器１１を冷却する空冷式の冷凍冷却器１６を備えて構成したので、一次冷却水、二次冷却水のどちらに対しても有効な水質管理を行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる。
すなわち、冷凍冷却器１６の凝縮器２１の冷却においては空冷式を採用し、水を用いないことで一次冷却水を不要とすることができる。
【００２９】
また、二次冷却水側においては、純水化装置１４及び脱酸素装置１５を設置しているため、蒸発器１１の二次冷水側の冷水タンク１１ａ内の冷水を、純水化及び脱酸素化することが可能であり、純水化装置１４によって水中の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などを取り除き、脱酸素装置１５によって水中の溶存酸素を除去し通水部の腐食を防止するなどにより、障害の極めて少ない高品質の冷水を供給することができる。
【００３０】
また、クーリングタワーや冷却水配管、廃水処理設備・井戸等の大掛かりな付帯設備が不要であることに加え、クーリングタワーで冷却された二次冷却水で一次冷却水を冷やす水冷方式のものと比較して、消費電力を大幅に節約することができる。
また、常時必要なユーティリティーは電気のみであるので、容易に設置可能であると共に、夏期の渇水時でも支障なく運転できる。また、冬季は暖房に切り替えることも容易である。
【００３１】
さらに、室内置きのユニットと屋外置きのユニットとに機器を分けて配置することにより、フィルター（又はストレーナ）、イオン交換フィルター、冷却水タンク等のメンテナンスのかかる機器構成品のメンテナンスがすべて室内で実施することができる。
【００３２】
なお、上記実施の形態では、温調機に循環冷却水を供給する冷水循環装置に適用することができるが、冷却水を必要とする設備・装置機器、例えば、プラスチック射出成形機、プラスチック押出成形機、高速ミキサー、ダイカストマシンなど種々の設備や生産工場で幅広く適用できる。
また、上記実施の形態では、冷水循環装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、冷水装置、水処理装置や水処理システム等でもよいことは勿論である。
【００３３】
本実施の形態では、冷水循環装置１０の凝縮器２１の冷却を空冷方式としているが、これを水冷式としても二次冷却水側では水質管理を行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる点からは有効である。
【００３４】
ここで、冷却水は、言葉通りの水に限られず、広く液体系の冷媒をさす意味である。また、冷凍機も、最も広義な意味で使用する場合は、冷媒の冷凍サイクルを有しない人工的冷却器（例えば熱電原理による冷却器）を広く含む意味である。
【００３５】
また、図１に示す例はあくまでも一例であり、フィルターやポンプ、図示しない水温センサ、制御部等はどのようなものでもよい。
さらに、上記冷水循環装置を構成するポンプやタンクの数、種類など、さらには設備・機器の種類は前述した実施の形態に限られないことは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明の冷水循環装置によれば、一次冷却水、二次冷却水のどちらに対しても有効な水質管理を行うことができ、メンテナンスコストを低減することができる。
このような優れた特長を有する冷水循環装置を金型温調機を含む温調機に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の冷水循環装置の構成を示す系統図である。
【図２】従来の冷却循環系統の構成を示す図である。
【図３】従来の冷却循環系統の構成を示す図である。
【図４】従来の冷却循環系統の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０　冷水循環装置
１１　蒸発器
１１ａ　冷水タンク
１２　二次冷却水側配管
１３　循環ポンプ
１４　純水装置
１５　脱酸素装置
１６　冷凍冷却器
１７　フィルター
１８　給水管
２０　圧縮機
２１　空冷式凝縮器
２２　自動膨張弁
２３　アキュームレータ
２４　冷媒−水熱交換器
５０　金型調温機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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