(57)【要約】      （修正有）【課題】保守点検が容易でメンテナンス性に優れ冷却効率がよい冷却装置を提供する。【解決手段】冷却ユニット２４と送風機２０ｂ−１を含む冷却手段を有する冷却塔２と、複数の圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ−２、３１ｂ−２を含むチラーユニット３と、冷却ユニット２４の往き管３０ａと冷却ユニット２４からの戻り管３０ｂとの間に接続され且つ被冷却流体を蒸発器３３ａ−１、３３ａ−２、３３ｂ−１、３３ｂ−２に流すバイパス管３０ｃと、凝縮器３２ａ〜３２ｄとこれらを冷却する送風機２０ｂ−２を含む冷却手段を備え、被冷却流体の出口温度が外気温度より高い場合には被冷却流体をバイパス管３０ｃに流入させかつ送風機２０ｂ−１を含む冷却手段を停止し、被冷却流体の出口温度が外気温度よりも低い場合には前記複数の圧縮機の駆動台数を変化させ、前記複数の圧縮機を全て停止させる場合は、送風機２０ｂ−２含む冷却手段を停止させる。【選択図】        図１
2005042963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却流体が流入する冷却ユニットと前記冷却ユニットを冷却する送風手段を含む第１の冷却手段を有する冷却塔と、複数の圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットと、前記冷却ユニットに被冷却流体を流す往き管と前記冷却ユニットから流出する被冷却流体を流す戻り管との間に接続され且つ前記被冷却流体を前記蒸発器に流すチラー部配管に接続されるバイパス管と、前記第１の冷却手段から離間して配置され、前記凝縮器とそれを冷却する送風手段を含む第２の冷却手段とを備え、前記被冷却流体の出口温度が外気温度より高い場合には、前記被冷却流体を前記バイパス管に流入させると共に前記第１の冷却手段を停止し、前記被冷却流体の出口温度が外気温度よりも低い場合には前記圧縮機の駆動台数を変化させ、前記圧縮機を全て停止させる場合は、前記第２の冷却手段を停止させる制御手段を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の冷却手段は散水手段を有することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記凝縮器は複数段の冷却コイルからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を冷却した後、前記機器に送り出すようにした冷却装置に係わり、例えば蒸発式冷却塔を有する冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械設備では、被冷却流体を、１５〜３０℃に冷却することが行われている。特に１８℃から２９℃程度の中低温域に冷却するための装置として、例えば、伝熱パイプを複数層に重ねて形成した冷却部と冷却部に散水する散水装置及び冷却部に通風する冷却ファンとを有する密閉蒸発式冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有しかつこの順に冷媒を循環させる冷却器（チラーユニット）とを同一の筐体内に上下に一体的に設け、冷却部と蒸発器とを被冷却流体が通過するように接続し、被冷却流体をまず前記冷却部、次に前記蒸発器の順に通過させて外部に送り出すように設けるとともに、被冷却流体の温度によって冷却塔及び冷却器の運転、停止を制御する温度調節器を備えた冷却装置が提案され、実用化されている。この冷却装置は、外気の温度変化に対応し最小限のエネルギーで被冷却流体を効率よく中低温域に冷却できるコンパクトな冷却装置であるが、年間を通じて昼夜を問わずに運転されるので、消費電力の更なる低減を図るために、種々の構造が提案されている。特許文献１には、散水装置と冷却ファンとの間に凝縮器を配置すると共に、被冷却流体の戻り配管と冷却器から蒸発器に送る配管との間にバイパス管を設けかつ圧縮機に方向切換弁を設けて、加熱が必要な時にバイパス管を開にしかつ方向切換弁を切り替えて被冷却流体を蒸発器で加熱することが記載されている。特許文献２には、被冷却流体を冷却する冷却塔と圧縮式冷凍サイクルを実行する冷媒を冷却する冷却塔を併設し、冷却塔の下部に圧縮式冷凍サイクルを実行する圧縮機、膨張弁、蒸発器を設けることが記載されている。特許文献３には、伝熱パイプとファンを有する冷却塔とチラーと冷却塔を迂回するバイパス管路とバイパス管路と冷却塔を通過する管路との切換手段を備え、冷却塔入口温度が出口温度よりも高い時は冷却塔を迂回するバイパス運転を行い、バイパス運転に切り替わった際の冷却塔入口温度と外気温度（乾球温度又は湿球温度）との差をよりも、運転中の冷却塔入口温度と外気温度（乾球温度又は湿球温度）との差が大きくなった場合は、再度バイパス運転を解除して冷却塔とチラーとで冷却することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１８３７８５号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】
特開平２−２６７４８４号公報（第２−４頁、図１）
【特許文献３】
特開２００１−１０８３９４号公報（第３−４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の冷却装置は、凝縮器は冷却ファンのみで冷却され、冷却部は、散水装置のみで冷却されるので、冷却効率がやや低下し、またチラーを形成する配管経路が長くなるという問題がある。特許文献２に記載の冷却装置は、被冷却流体を冷却する冷却塔と圧縮式冷凍サイクルを実行する冷媒を冷却する冷却塔を別々に設けているので、冷却塔が運転中でも冷却塔に散布される水の温度上昇を防止でき、省エネルギーを図れるが、冷却塔に設けられる冷却コイルの冷却効率が低下するという問題がある。特許文献３に記載された冷却装置は、バイパス運転に切り替わった際の冷却塔入口温度と外気温度（乾球温度又は湿球温度）との差及び運転中の冷却塔入口温度と外気温度（乾球温度又は湿球温度）との差を比較するので、複雑な制御装置を必要とするという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は上記の問題点を解消して、複雑な制御装置を使用せずに、消費電力を低減することができる冷却装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、被冷却流体が流入する冷却ユニットと前記冷却ユニットを冷却する送風手段を含む第１の冷却手段を有する冷却塔と、複数の圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットと、前記冷却ユニットに被冷却流体を流す往き管と前記冷却ユニットから流出した被冷却流体を流す戻り管との間に接続され且つ前記被冷却流体を前記蒸発器に流すチラー部配管に接続されるバイパス管と、前記第１の冷却手段から離間して配置され、前記凝縮器及びそれを冷却する送風手段を含む第２の冷却手段とを備え、前記被冷却流体の出口温度が外気温度より高い場合には、前記被冷却流体を前記バイパス管に流入させると共に前記第１の冷却手段を停止し、前記被冷却流体の出口温度が前記被冷却流体の外気温度よりも低い場合には前記圧縮機の駆動台数を変化させ、前記圧縮機を全て停止させる場合は、前記第２の冷却手段を停止させる制御手段を有することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の冷却装置においては、前記第１及び第２の冷却手段は送風手段の他に散水手段を有するものでもよい。
【０００９】
本発明においては、前記凝縮器は複数段の冷却コイルからなることが好ましい。
【００１０】
本発明によれば、チラーユニットを冷却ユニットから分離して設けかつ両ユニットにそれぞれ独立して駆動される冷却手段を設けた機器構成とし、被冷却流体の出口温度に応じて、各送風手段の駆動及びチラーユニットを構成する圧縮機の駆動台数を制御するので、冷却ユニットの冷却能力の低下を伴わずに消費電力を低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる冷却装置の機器構成を示す概略断面図である。冷却装置１は、ケース（筐体）１０の内部に収容された冷却塔２とその周囲に配置されたチラーユニット３とを有し、ケース１０の側部には外気を取り込むために通風孔（ルーバー）１１が設けられている。冷却塔２は、上から順に、モータ２０ａ−１により駆動される冷却ファン（送風機）２０ｂ−１と、底面に散水孔（図示せず）を有する散水槽２１−１と、内周側が入口ヘッダー２２に接続され外周側が出口ヘッダー２３に接続された密閉蒸発式の冷却ユニット２４と、冷却ユニット２４に散水される冷却水を受け取りかつ補給用水栓２７を有する受水槽２６を備えている。受水槽２６と散水槽２１−１とを接続する連結管２８−１の途中には散水ポンプ２９が設けられている。冷却ユニット２４は、図示しないが例えば銅管コイルを渦巻き状に巻回して形成された冷却パイプから構成されている。入口ヘッダー２２には、被冷却流体が冷却装置１内に流入し冷却ユニット２４に連通する往き管３０ａが接続され、出口ヘッダー２３には、冷却ユニット２４から流出する被冷却流体を蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２に流すために戻り管３０ｂが接続され、さらに蒸発器には、被冷却流体を外部機器（不図示）に戻すためにチラー部配管３０ｄが接続されている。
【００１２】
チラーユニット３は、各２組（４台）の圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ−２、３１ｂ−２、凝縮器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２及び膨張弁３４ａ−１、３４ｂ−１、３４ａ−２、３４ｂ−２を含む。凝縮器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、図示しないが渦巻き状に巻回して形成された複数段（図では４段）の冷却パイプを有し、各冷却パイプは入口ヘッダー３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ及び冷媒が循環する冷媒管路３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを介して圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ―２、３１ｂ−２に接続され、また出口ヘッダー３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ及び冷媒管路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを介して蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２２に接続されている。冷媒管路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの途中には、それぞれ膨張弁３４ａ−１、３４ｂ−１、３４ａ−２、３４ｂ−２が設けられている。さらにチラーユニット３においては、冷却ユニット２４の上流側に設けられた往き管３０ａの途中（Ｘ１）からバイパス管３０ｃが分岐され、このバイパス管３０ｃは冷却ユニット２４の下流側に設けられた戻り管３０ｂとその出口（Ｘ２）で合流しかつ蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２を通過するチラー部配管３０ｄに接続され、そこを通過した被冷却流体は外部機器（不図示）に戻される。バイパス管３０ｃの途中及び戻り管３０ｂの途中にはそれぞれ被冷却流体の流路を切り替えるバルブ３８ａ及び３８ｂが設けられている。また往き管３０ａの入口付近、チラー部配管３０ｄの出口付近、戻り管３０ｂの途中及び受水槽３２の周囲には、各々被冷却流体の入口温度を検出する温度センサ３９ａ、被冷却流体の出口温度を検出する温度センサ３９ｂ、冷却ユニット２４を通過後の被冷却流体の温度を検出する温度センサ３９ｃ及び外気湿球温度を検出する温度センサ３９ｄが設置されている。
【００１３】
上記冷却装置１の運転方法の一例を説明する。上記の冷却装置１を外気温度が高い、夏期に運転する場合、温度センサ３９ｄで外気湿球温度を検出し、その温度が設定温度範囲を上回った時に、バルブ３８ａを開弁しかつバルブ３８ｂを閉弁して、外部機器（図示せず）で熱交換された高温の被冷却流体は、往き管３０ａから分岐するバイパス管３０ｃに流入し次いで蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２に給送され、そこで冷媒に吸熱された後、チラー部配管３０ｄを通過し、外部機器に送り出される。すなわち夏期では、外気温度が高くなるので、温度センサ３９ｂで検出された被冷却流体の温度が設定温度範囲を越えると、チラーユニット３に設置された４台の圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ―２、３１ｂ−２が運転されて、被冷却流体は蒸発器３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２で冷却される。この場合冷却ユニット２４に被冷却流体が流れないので、モータ２０ａ−１の駆動を停止するため、消費電力を低減することができる。但し温度センサ３９ｂで検出された被冷却流体の温度が設定温度範囲を下回った場合は、圧縮機３３ａ−１、３３ｂ−１、３３ａ−２、３３ｂ−２の駆動台数を調整することにより、チラーユニット３の冷却能力を段階的に調整すればよい（冷却能力は圧縮機の駆動台数に比例する）。この運転過程において、凝縮器３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄの上部に設けられた送風機２０ｂ−２の送風量及び散水槽２１−２の散水量を調整することにより、冷凍サイクルの凝縮温度を調整することができる。そのため消費電力を低減することができる。
【００１４】
次に、冬期のように外気温度が低い場合は、冷却水の温度は１０℃位まで低下するので、バルブ３８ａを閉弁し、バルブ３８ｂを開弁して、外部機器（図示せず）で熱交換された高温の被冷却流体は、往き管３０ａを通り入口ヘッダー２２から冷却ユニット２４に流入し、出口ヘッダー２３からチラー部配管３０ｄを通過後外部機器に送出される。ここで冷却ユニット２４の上部に配置された散水槽２１−１の底面に設けた多数の小孔（不図示）から冷却水が冷却パイプ上に均一に散布され、被冷却流体はその冷却コイルの中を通過することにより冷却される。すなわち散水された冷却水は冷却パイプの外周面に水膜を作りながら順に下方の冷却パイプに落下し、冷却パイプがそこに散水された水の蒸発潜熱で冷却され、冷却パイプ内の被冷却流体が冷却される。さらに冷却パイプは冷却水で冷却される途中で送風機２０ｂ−１により導入された外気によっても冷却される。冷却ユニット２４で冷却された被冷却流体は、出口ヘッダー２３からチラー部配管３０ｄを通過後、外部機器に送り返される。この通常運転時には、圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ−２、３１ｂ−２は停止しているので、冷媒の冷却手段を構成するモータ２０ａ−２とポンプ２９−２の駆動を停止しておくことにより消費電力を低減することができる。また冬期では、被冷却流体の出口温度を温度センサ３９ｂにて測定しながら、送風機２０ｂ−１の回転数を制御することにより、外部機器に供給される被冷却流体の温度を一定に保持する。ここで外部機器の負荷等が減少して、送風機２０ｂ−１の風量を最小にしても被冷却流体の温度が低下する場合は、送風機２０ｂ−１を停止するとともに散水量を減少させて冷却ユニット２４の冷却能力を低減すればよい。
【００１５】
中間期（夏期と冬期の間）では、冷却塔２のみを運転するか又は冷却塔２とチラーユニット３を共に運転することにより被冷却流体の出口温度を調整すればよい。また、送風機２０ｂ−１、２０ｂ−２の回転数、両ユニットへの散水量、あるいは圧縮機３１ａ−１、３１ｂ−１、３１ａ−２、３１ｂ−２の運転台数を制御することにより、冷却塔２とチラーユニット３の冷却能力を調整することができる。
【００１６】
図１に示す冷却装置は、チラーユニット３が冷却塔２から分離して設けられかつ両者にそれぞれ独立して駆動される冷却手段が設置されるので、夏期のように冷却塔２を運転しない場合には、冷却塔２に設置された冷却手段を停止することが可能となり、消費電力を低減することができる。また図１に示す冷却装置１は、複数の圧縮機を備えているので、従来のようなフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）を行わずに、これらの駆動台数を調整することによってもチラーユニット３の冷却能力を調整できるため、安価な制御装置を用いて被冷却流体の温度を高精度で調整することができる。
【００１７】
図２は、本発明の冷却装置による月別の電力消費量の変化を示し、図３は従来の冷却装置（図１において、冷却塔の下部にチラーユニットを組み込んだ冷却装置）による月別の電力消費量の変化を示す。図２及び図３において、領域Ｅ１−１ａ、Ｅ１−２ａ、Ｅ１−２はモータ２０ａ−１の電力消費量、領域Ｅ２−１、Ｅ１−２はモータ２０ａ−２の電力消費量、領域Ｅ３−１、Ｅ３−２はポンプ２９−１の電力消費量、領域Ｅ４−１、Ｅ４−２はポンプ２９−２の電力消費量、領域Ｅ５−１、Ｅ５−２は圧縮機３１ｂ−１、３１ａ−１、３１ａ―２、３１ｂ−２の電力消費量を示す。年間を通じて冷却装置全体の消費電力を比較すると、本発明の冷却装置の消費電力｛（Ｅ１−１ａ）＋（Ｅ１−２ａ）＋（Ｅ２−１）＋（Ｅ３−１）＋（Ｅ４−１）＋（Ｅ５−１）｝は、従来の冷却装置の消費電力｛（Ｅ１−２）＋（Ｅ２−２）＋（Ｅ３−２）＋（Ｅ４−２）＋（Ｅ５−２）｝よりも減少し、特に夏期及び中間期（５月中旬から９月下旬）にかけては、圧縮機の消費電力が減少することがわかる。また夏期（８月上旬）においては、本発明の冷却装置でもバイパス運転を行うため、圧縮機の消費電力｛（Ｅ５−１）｝は従来の冷却装置の消費電力｛（Ｅ５−２）｝と同程度であるが、モータ２０ａ−１、ポンプ２９−１の運転を停止するために、その分の消費電力が節減されるので、全体の消費電力を低減することができる。
【００１８】
本発明においては、図１に示す冷却装置に限らず、例えば冷却ユニット及び凝縮器の冷却手段から散水装置を省き、送風手段のみで冷却ユニット及び凝縮器を冷却するようにしてもよい。この空冷式冷却装置によれば、水冷式のものよりも冷却能力はやや低下するが、消費電力が低減され、また冷却コイルにスケールが付着しないので、保守点検が容易になるという利点がある。
【００１９】
【発明の効果】
以上に記述の如く本発明によれば、チラーユニットを冷却ユニットから分離して設けかつ両ユニットにそれぞれ独立して駆動される冷却手段を設けた機器構成とし、被冷却流体の出口温度に応じて、各冷却手段の駆動及びチラーユニットを構成する圧縮機の駆動台数を制御するので、冷却ユニットの冷却能力を適正に維持しつつ消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる冷却装置の機器構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる冷却装置の電力消費量と季節との関係を示す図である。
【図３】従来の冷却装置の電力消費量と季節との関係を示す図である。
【符号の説明】
１：冷却装置、１０：筐体、１１：ルーバー、
２：冷却塔、２０ａ−１、２０ａ−２：モータ、２０ｂ−１、２０ｂ−２：送風機、２１−１、２１−２：散水槽、２２：入口ヘッダー、２３：出口ヘッダー、２４：冷却ユニット、２５：冷却コイル、２６：受水槽、２７：水栓、２８−１、２８−２：連結管、２９−１、２９−２：散水用ポンプ、
３：チラーユニット、３０ａ：往き管、３０ｂ：戻り管、３０ｃ：バイパス管、３０ｄ：チラー部配管、３１ａ−１、３１ａ−２、３１ｂ−１、３１ｂ−２：圧縮機、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ：凝縮器、３３ａ−１、３３ａ−２、３３ｂ−１、３３ｂ−２：蒸発器、３４ａ−１、３４ａ−２、３４ｂ−１、３４ｂ−２：膨張弁、３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２：冷媒管路、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ：入口ヘッダー、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ：出口ヘッダー、３８ａ、３８ｂ：バルブ、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ：温度センサ
【図１】
2005042963.tif 000003
【図２】
2005042963.tif 000004
【図３】
2005042963.tif 000005