(57)【要約】【課題】冷凍機のように冷却水の温度を厳密に制御する必要のある冷却対象設備に対して設定温度の冷却水を安定して供給する。【解決手段】塔内に設けられた充填材１５に被冷却水を散水すると共に、送風ファン１３により空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピット１７に受ける冷却塔において、ピット１７内の冷却水の温度を測定する温度センサー３１と、温度センサー３１の検出値に基いて送風ファン１３の発停を制御する制御手段３２とを有する冷却塔１０Ａ。温度センサー３１は、充填材１５の直下に位置するピット１７内に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔において、
該ピット内の冷却水の温度を測定する温度センサーと、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御する制御手段とを有する冷却塔であって、
該温度センサーが、前記充填材の直下に位置するピット内に設けられていることを特徴とする冷却塔。
【請求項２】
請求項１において、前記温度センサーが、ピットの側壁から１０ｃｍ以上離隔したピット内に設けられていることを特徴とする冷却塔。
【請求項３】
請求項１又は２において、冷凍機に冷却水を供給するための冷却塔であることを特徴とする冷却塔。
【請求項４】
冷却対象設備で加温された水を冷却塔で冷却し、冷却水を該冷却対象設備に送給する循環冷却水設備において、該冷却塔が請求項１ないし３のいずれかの冷却塔であることを特徴とする循環冷却水設備。
【請求項５】
塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより塔内に空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔で得られる冷却水の温度を制御する方法において、
前記ピット内の前記充填材の直下に温度センサーを設け、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御することを特徴とする冷却水の温度制御方法。
【請求項６】
塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより塔内の空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔で得られる冷却水の温度を制御する装置において、
前記ピット内の前記充填材の直下に設けられた温度センサーと、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御する制御手段とを有することを特徴とする冷却水の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水の温度を所望の設定温度に確実に制御することができる冷却塔並びに冷却水の温度制御方法及び装置と、この冷却塔を備える循環冷却水設備に関する。
本発明は、特に、冷凍機に送水される冷却水の温度制御に有効である。
【背景技術】
【０００２】
使用場所で加温された水を冷却して冷却水を使用場所に循環する冷却塔では、加温された水が塔上部から散水され、この水が塔内の充填材の表面を流下する間に送風ファンによって流れる空気と接触して気化することによる蒸発潜熱により冷却されて冷却塔下部のピット（水槽）に貯留される。
【０００３】
図２は、このような冷却塔のうち、充填材間のエア室１１に外気を吸い込むタイプの角形冷却塔１０の一例を示す系統図であり、エア室１１の上部の排気口１２には送風ファン１３が設けてある。排気口１２の左右両側には散水板１４が設けてあり、各散水板１４の下方に充填材１５が設けられている。充填材１５の外側には外気の取入口としてルーバー１６が設けられている。
【０００４】
冷却対象設備２０からの被冷却水は、配管２１より冷却塔１０に供給され、散水板１４から充填材１５上に落ち、充填材１５中を流下する。一方、エア室１１の上部の排気口１２に設けてある送風ファン１３を運転することにより、外気はルーバー１６から充填材１５中を横切ってエア室１１内に流入し、エア室１１を上向流で流れて排気口１２から排出される。このように充填材１５中を横切る外気と、充填材中を流下する水とが直交状態で接触することにより、水が気化するときの蒸発潜熱により水が冷却される。そして、冷却された水は冷却塔の下部に設けたピット１７に集水され、循環ポンプＰにより配管２２を経て冷却対象設備２０に送給される。このような冷却塔１０にあっては、送風ファンの発停（ＯＮ／ＯＦＦ）を制御することにより、気化する水の量が制御され、得られる冷却水の温度を調節することができる。
【０００５】
従来、冷却塔に設置された送風ファンの発停制御は、一般に、冷却塔下部のピットから冷却対象設備に冷却水を送水する配管（図２のＹの箇所）に設置された温度センサーの検出結果に基いて行われていた。
【０００６】
特許文献１には、下部水槽５内に水温計１８を設置し、この水温計１８の測定値によって送風機１０の回転速度を制御することが記載され、特許文献１の図１には、水温計１８の先端が水槽５内に挿入された図が示されているが、あくまでも模式的な図示であり、特許文献１には、「水温計１８は下部水槽５内ではなく送水主管９中の水温を測定するものでもよい。」との記載もあり、充填材直下の冷却水温度とその他の送水配管や水槽内の充填材直下以外の箇所の冷却水温度とに差異があるとの認識もなく、この水温計１８が特許文献１における充填物６の直下の水温を測定していることは読み取れない。また、特許文献１において、水温計１８は、水槽５から冷却水の送水配管９へ冷却水が流出する排出口近くに設けられている。
【０００７】
このように、冷却塔においては、冷却水の水温を測定し、その結果に基いて送風ファンの発停を制御することが行われていたが、従来において、このような制御では必ずしも所望の温度の冷却水を確実に得ることができるものではなく、冷却水の温度を厳密に制御する必要がある冷却対象設備においては、冷却水の温度が適当でないために支障が生じることがあった。
【０００８】
例えば、冷凍機で使用される冷却水の温度は、一般的には低い方が冷凍機の効率が高くなる。しかし、使用される冷却水の温度には下限値があり、ある一定温度以下の冷却水を用いると、吸収式冷凍機では冷媒中の臭化リチウムが析出して運転ができなくなったり、ターボ式冷凍機の場合も冷媒の圧力が一定値以下になって運転が不安定になるなどの不具合が生じる。
【０００９】
このため、特に冷凍機用の冷却塔にあっては、冷却水の温度を所定の温度以上であって、可能な限り低い温度に制御する必要があるが、従来の制御方式では、このような高精度の温度制御を行うことはできず、設定温度よりも低い冷却水が冷却対象設備に送水されることがあった。
【００１０】
冷却塔の冷却水の温度が設定温度よりも低くなるのは、冷却水の温度測定とこの検出結果に基いて発信される冷却塔の送風ファンの発停信号のタイミングのずれによって生じるものである。即ち、例えば、冷却水を循環させている状態で、冷却塔の送風ファンが停止状態から運転状態に切り替わった後に、冷却水が冷え過ぎて送水温度が設定値より低くなる。このような現象は、オーバーシュート現象と呼ばれている。
【００１１】
前述のように、冷凍機の効率を考慮するとできるだけ冷却水の温度を低く設定することが望まれるが、このようなオーバーシュート現象が生じると設定温度より低い水温の冷却水が冷凍機に流れて運転トラブルを生じるため、従来、冷凍機の冷却塔では設定温度を十分に低くすることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平４−２７３９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記従来の問題を解決し、冷凍機のように冷却水温度を厳密に制御する必要のある冷却対象設備に対して、設定温度の冷却水を安定して供給することができる冷却塔並びに冷却水の温度制御方法及び装置と、この冷却塔を備える循環冷却水設備を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、次のような知見を得た。
【００１５】
即ち、前述の如く、冷却塔において、被冷却水は冷却塔上部から散水され、充填材の表面を流れる間に送風ファンによって通流される空気と接触し、主として蒸発潜熱により冷却されてピットに貯留されるため、冷却された冷却水は充填材の直下のピット内において、水温が最も低くなる。
【００１６】
しかしながら、従来法では、冷却対象設備に冷却水を送水する配管に設置された温度センサーで冷却水温度を検出しており、充填材直下の冷却水部分と温度センサーが設置された箇所とで距離があるため、送風ファンの発停制御のために設定した温度を配管部分で検知した際には充填材直下の冷却水はさらに温度が低くなってしまう。その結果、オーバーシュート現象が起こり、本来、送水したかった冷却水温度より低い温度の冷却水が冷却対象設備に送水されることとなり、冷却対象設備が冷凍機の場合には前述のような不具合が生じることとなる。
また、ピット内であっても、充填材の直下ではない箇所に設けた温度センサーで冷却水の温度を検出すると、ピット内に生じた温度分布により、充填材直下の冷却水温度よりも高い値を検出するため、結果としてやはりオーバーシュート現象が起こり、設定温度よりも低い冷却水が冷却対象設備に送水されることとなる。
【００１７】
そこで、本発明者らは、ピットの中で最も冷却水温度が低い充填材の直下に位置する箇所に温度センサーを設け、この検出値によって送風ファンの発停を制御することにより、オーバーシュート現象を防止することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１８】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１９】
［１］  塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔において、該ピット内の冷却水の温度を測定する温度センサーと、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御する制御手段とを有する冷却塔であって、該温度センサーが、前記充填材の直下に位置するピット内に設けられていることを特徴とする冷却塔。
【００２０】
［２］  ［１］において、前記温度センサーが、ピットの側壁から１０ｃｍ以上離隔したピット内に設けられていることを特徴とする冷却塔。
【００２１】
［３］  ［１］又は［２］において、冷凍機に冷却水を供給するための冷却塔であることを特徴とする冷却塔。
【００２２】
［４］  冷却対象設備で加温された水を冷却塔で冷却し、冷却水を該冷却対象設備に送給する循環冷却水設備において、該冷却塔が［１］ないし［３］のいずれかの冷却塔であることを特徴とする循環冷却水設備。
【００２３】
［５］  塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより塔内に空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔で得られる冷却水の温度を制御する方法において、前記ピット内の前記充填材の直下に温度センサーを設け、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御することを特徴とする冷却水の温度制御方法。
【００２４】
［６］  塔内に設けられた充填材に被冷却水を散水すると共に、送風ファンにより塔内の空気を流通させることにより、該被冷却水を冷却し、冷却水を塔下部のピットに受ける冷却塔で得られる冷却水の温度を制御する装置において、前記ピット内の前記充填材の直下に設けられた温度センサーと、該温度センサーの検出値に基いて前記送風ファンの発停を制御する制御手段とを有することを特徴とする冷却水の温度制御装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、オーバーシュート現象を防止して、予め設定された温度に精度良く制御された冷却水を冷却対象設備に安定に送水することができる。
このため、例えば、冷却対象設備が冷凍機である場合において、冷凍機に送水する冷却水の設定温度を、冷凍機における下限値にごく近い、冷凍機の効率を考慮した十分に低い温度に設定しても、オーバーシュート現象の影響を受けることなく安定な運転を行える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の冷却塔の実施の形態を示す系統図である。
【図２】従来の一般的な角形冷却塔を示す系統図である。
【図３】実験例１〜３における冷却水測定温度の経時変化を示すグラフである。
【図４】比較例１と実施例１の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の冷却塔の実施の形態を示す系統図である。
【００２８】
この冷却塔１０Ａは充填材１５の直下のピット１７内に温度センサー３１が設けられ、この温度センサー３１で測定された冷却水温の検出値が入力され、その結果に基いて送風ファン１３の発停信号を発信する制御装置３２を備えること以外は、図２に示す冷却塔１０と同様の構成とされており、同一機能を奏する部材に同一符号を付してある。
【００２９】
なお、図１においては、図２と同様の平面視形状が角形の冷却塔を示すが、本発明に係る冷却塔は、このような冷却塔に何ら限定されず、冷却塔のタイプには全く制限はない。即ち、冷却塔は、平面視形状が円形の冷却塔であっても良く、また、角形冷却塔であっても、１つの大型の充填材を設けたものであってもよく、充填材は３個以上であってもよい。また、送風ファンによる空気の流通方式も、外気吸引型であっても、排気型であってもよく、更には、散水手段や各部材の位置についても何ら制限はない。本発明の冷却塔は、充填材直下のピット内に送風ファンの発停を制御するための温度センサーを設けた点が特徴である。
【００３０】
この冷却塔１０Ａにおいても、図２の冷却塔１０と同様に、冷却対象設備２０からの被冷却水は、配管２１より冷却塔１０に供給され、散水板１４から充填材１５上に落ち、充填材１５中を流下する。一方、エア室１１の上部の排気口１２に設けてある送風ファン１３を運転することにより、外気はルーバー１６から充填材１５中を横切ってエア室１１内に流入し、エア室１１を上向流で流れて排気口１２から排出される。このように充填材１５中を横切る外気と、充填材中を流下する水とが直交状態で接触することにより、水が気化するときの蒸発潜熱により水が冷却される。そして、冷却された水は冷却塔の下部に設けたピット１７に集水され、循環ポンプＰにより配管２２を経て冷却対象設備２０に送給される。
【００３１】
この冷却塔１０Ａでは、充填材１５の直下のピット１７内の冷却水中に浸漬配置された温度センサー３１により冷却水の温度が測定され、その測定結果に基いて、制御装置３２により送風ファン１３の発停が制御され、これにより予め設定された設定冷却水温に確実に制御された冷却水が冷却対象設備２０に送給されるようになる。
【００３２】
温度センサー３１としては特に制限はなく、通常の水温測定用の温度センサーを用いることができる。
【００３３】
なお、本発明において、温度センサーを設ける充填材の直下とは、充填材を鉛直方向に投影した際に、その投影面内に温度センサーの検出センサー部が位置するような箇所であって、好ましくは、その投影面積のうちの中心部分の約８０％の面積内に位置する部分である。例えば、充填材の投影面が直径Ｒｃｍの円形であれば、その中央の直径Ｒ／１．２の円形面積部分内に温度センサーの検出センサー部が位置することが好ましく、また、充填材の投影面が、Ａｃｍ×Ｂｃｍの四角形である場合には、その中央のＡ／１．２ｃｍ×Ｂ／１．２ｃｍの方形面積部分内に温度センサーの検出センサー部が位置することが好ましい。
【００３４】
温度センサーの検出センサー部のピット内水面下の位置は、ピットの底面に過度に近接していても、水面に過度に近接していても、測定精度が劣るものとなることから、ピットの大きさ、設定された水深によっても異なるが、水面よりも５ｃｍ以上下方であって、ピット底面よりも１０ｃｍ以上上方、特に水面より５〜２０ｃｍ下方の位置であることが好ましい。
【００３５】
また、温度センサーの検出センサー部は、充填材の直下であっても、ピットの側壁に近接し過ぎた箇所であると、やはり測定誤差を招き易いため、ピットの側壁内面よりも水平距離で１０ｃｍ以上離隔した位置であることが好ましい。
【００３６】
また、温度センサーの検出センサー部が、ピットの冷却水排出口（冷却水送水配管の接続部）近傍に設けられていると、水流により測定誤差を招くおそれがあるため、温度センサーは、冷却水排出口から離隔した位置に設けることが好ましく、例えば、図１に示す冷却塔１０Ａのように、２つの充填材１５のうちの一方の充填材の側のピット１７の側壁に冷却水の送水配管２２が接続されている場合には、他方の充填材１５の直下に温度センサー３１を設けることが好ましい。温度センサーの検出センサー部は、ピットの冷却水排出口から３０ｃｍ以上離隔していることが好ましい。
【００３７】
このような本発明の冷却塔から冷却水が供給される冷却対象設備としては特に制限はないが、本発明の冷却塔は、コンプレッサや冷凍機のような設定温度に正確に制御された冷却水を供給することが好ましいとされた冷却対象設備に有効であり、特に、設定下限値を下回らない温度において、可能な限り低い温度の冷却水で効率的な運転を行うことが必要とされる冷凍機への冷却水供給に有効である。
【実施例】
【００３８】
以下に実験例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３９】
［実験例１］
図１に示す冷却塔（空研工業（株）製「型式：ＳＫＢ−２００Ｒ」）１０Ａの運転中に、充填材１５の直下に設けた温度センサー（（株）ネツシン製「型式：ＯＭＮＦＲ−ＣＦ−２−０８１５−３５−１００Ｓ−２−１０ｍＴＦ−Ａ−４−防水（ＫＦモールド付）」）３１によりピット内の冷却水の温度を測定し、その経時変化を調べ、結果を図３に示した。
なお、温度センサー３１は、充填材１５の直下であって、充填材１５の投影面の中心位置、かつ、水面下１０ｃｍ、ピット１７の底面より２０ｃｍ上方、ピット１７の側壁内面より水平方向に１５ｃｍ離隔した位置に、その検出センサー部が位置するように設けた。
【００４０】
［実験例２］
実験例１の冷却塔の冷却水温度の測定と同期して、温度センサーを充填材の直下ではなく、充填材の直下から外れたピット内位置（図２のＸ部、水深位置は実験例１におけると同様）に設けたこと以外は実験例１と同様にピット内の冷却水の温度を測定し、その経時変化を図３に示した。
【００４１】
［実験例３］
実験例１の冷却塔の冷却水温度の測定と同期して、温度センサーを冷却水の送水配管２２の上流側（図２のＹ部）に設け、配管２２内の冷却水の温度を測定し、その経時変化を図３に示した。
【００４２】
図３より、温度センサーの位置により冷却水の測定温度が異なり、冷却水の測定温度にずれが生じていることが分かる。
【００４３】
［比較例１］
実験例２において、冷却水の設定温度を２７℃に設定し、充填材直下を外れるピット内の位置Ｘに設けた温度センサーによる検出水温に基いて、温度センサーの検出温度が２７℃となるように送風ファンの発停を制御して、冷却塔から冷凍機（（株）ダイキンアプライドシステムズ製「型式：ＨＴ２００ＭＢ」、冷却水送り温度下限値は１２℃）への冷却水の送水と、戻り水の冷却塔への循環運転を行った。
【００４４】
この比較例１では、オーバーシュート現象の発生で冷凍機の運転ができなくなることを懸念して、冷却水の設定温度を高めに設定した。
このときに、冷凍機の冷却水入口付近と出口付近に温度センサーを設けて冷却水送り温度と、戻り温度をそれぞれ測定し、その経時変化を図４に示した。
【００４５】
［実施例１］
上記比較例１を行った後、実験例１において、冷却水の設定温度を１５℃に設定し、充填材直下のピット内に設けた温度センサー３１による検出温度に基いて、温度センサー３１の検出温度が１５℃となるように送風ファン１３の発停を制御して、比較例１と同様に冷却水の循環を行い、同様に冷却水送り温度と戻り温度をそれぞれ測定し、その経時変化を図４に示した。
【００４６】
図４より明らかなように、比較例１では、オーバーシュート現象が起こり、設定温度より低い温度の冷却水が冷凍機に送水されたのに対して、実施例１ではオーバーシュート現象は起こらず、設定温度に制御された冷却水を安定に冷凍機に送水することができた。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１０Ａ  冷却塔
１１  エア室
１２  排気口
１３  送風ファン
１５  充填材
１６  ルーバー
１７  ピット
２０  冷却対象設備
３１  温度センサー
３２  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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