(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法において、
前記冷却塔の送風機を回転数及び回転方向を制御可能とし、
前記冷却塔の設置場所周囲空気の外気湿球温度が氷点近傍以下であるとき、前記冷却塔に設けた上部水槽から充填板上へ流す前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるように前記上部水槽からの散水量を設定し、
Ａ）前記冷却塔の冷却水出口温度を設定値に保つように前記送風機の正回転回転数を制御するステップ。
Ｂ）この後、前記充填板上での氷結により、冷却水出口温度が上昇して設定値より少し高目に設定された第１目標値に達したとき、前記送風機を正回転から逆回転に切換えるステップ。
Ｃ）次いで、前記送風機の逆回転中、冷却水出口温度が、一旦降下後に再び上昇して、前記設定値より高く、前記第１目標値より少し低めに設定された第２目標値に達したときに、前記送風機を逆回転から正回転に切換えるステップ。
前記充填板上での氷結状態による冷却水出口温度の変化に伴い、前記Ａ）乃至Ｃ）のステップを繰り返す
ことを特徴とするフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項２】
前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分して設定しておき、外気湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定することを特徴とする請求項１記載のフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項３】
前記送風機の正回転時間を逆回転時間より長く設定し、外気湿球温度との関係で１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とすることを特徴とする請求項１又は２記載のフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項４】
前記充填板内の空気通路の氷結による閉塞率を平均４０％乃至８０％として，前記開放式冷却塔を運転することを特徴とする請求項１、２又は３記載フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項５】
氷結による送風機の駆動モータの送風抵抗を負荷電流として測定し、この負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と前記出口温度の上限値を越えた場合の測定信号のオア信号を前記送風機の停止及び逆転指令信号とし、
前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信号により前記送風機の回転方向を正転に戻すことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項６】
前記設定された散水量の各区分の範囲で、前記出口温度の変化に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を正逆回転制御するものとすることを特徴とする請求項２、３又は４記載のフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
【請求項７】
開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に送風機が設置され、この送風機のモータは可変速制御型で、その回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、更に前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるように散水量を連続的に設定する散水量設定部が設けてあり、
前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍において、この冷却塔の出口温度の設定値と、この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部と共に、
前記データ演算部には、更に前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が各々設けてあり、
このデータ演算部により前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部とモータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔。
【請求項８】
開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に送風機が設置され、この送風機のモータは可変速制御型でその回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部とが各々設けてあり、
このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔。
【請求項９】
開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点下近傍において冷凍機の運転を停止し、冷却塔のみを運転して得られる冷却した循環冷却水を間接的に用いるフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に設けられた送風機のモータは可変速制御型でその回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部とが各々設けてあり、
このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷却塔に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点近傍以下において冷却塔を運転する場合、運転中であっても冷却塔の内部や外周部が凍結することがある。
開放式冷却塔では充填板やルーバが、密閉式冷却塔では熱交換器内が凍結する。対策としては、形式を密閉式として不凍液を含む循環冷却水を流し、所定出口温度の冷却水を得ている。（例えば、本願の原出願後に公開された特許文献１、び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２-２１３８９８号公報（段落【０００４】乃至段落【００１７】）
【０００４】
【特許文献２】
特開平４-２７０８９７号公報（段落【００１１】）
【０００５】
また、形式を開放式とした場合、空気取入れ口にヒータを取付けるが、冷却のために加熱することになり、省エネルギー・省コストに反する。特に２４時間連続運転する必要のある冷却塔では問題が顕著である。
一方冷却塔の運転方法の一態様として、例えば空調設備において冷凍機の運転を停止して冷却塔のみを運転し、冷却塔により低温となった冷却水を用いて冷房を行うフリークーリング方法が採用されている。この方法は外気湿球温度が低いとそれだけ冷却水の温度を降下させられる。
そして冬期には冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点下近傍においてこの冷却塔が運転がされることも多い。そして厳寒地では、冷却水が流動していても冷却塔塔内で凍るという現象も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記密閉式冷却塔の使用に関して、不凍液が注入された循環冷却水が外気流と直接接触しないため、循環冷却水が汚染される恐れはないが、前記不凍液の使用により冷却能力が充分に発揮されない恐れがあるとともに、前記密閉式冷却塔は間接冷却方式のため、熱交換効率が開放式に比べて悪く、イニシャルコストも高い。また、不凍液の注入に手間を要し、そのメンテナンスコスト及びランニングコストが嵩む。このため熱交換効率のよりよい開放式冷却塔を用いた低温冷却水の製造方法が望まれている。
【０００７】
しかし、外気湿球温度が氷点近傍以下で開放式冷却塔を運転した場合には、開放式熱交換器である波板状の充填板上に冷却水が氷結し始め、この氷結の進行に伴い、通風量が減少し、前記冷却水の出口温度が上昇する傾向をとり、開放式冷却塔を連続運転し所望の冷却性能を発揮するには支障をきたす。
この発明は、加熱設備を改めて設置しなくとも氷結した氷を融解でき、冷却塔を停止することなく連続運転でき、結果として安価な開放式冷却塔を採用でき、省スペース・省コストで効果的な冷却と、冷却塔の外気取り入れ口や充填板上にある程度結氷が発生している状態でもほぼ所定の出口温度の冷却水が得られる、フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷却塔を提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、前記フリークーリングにおいて、散水量を外気湿球温度パターンに応じて予め段階的に区分し設定しておき、かつ、送風機の正逆回転を制御することで、効果的な冷却と、冷却塔の外気取り入れ口や充填板間にある程度結氷が発生している状態でも所定の出口温度の循環冷却水が得られるフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷却塔を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法において、
前記冷却塔の送風機を回転数及び回転方向を制御可能とし、
前記冷却塔の設置場所周囲空気の外気湿球温度が氷点近傍以下であるとき、前記冷却塔に設けた上部水槽から充填板上へ流す前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるように前記上部水槽からの散水量を設定し、
Ａ）前記冷却塔の冷却水出口温度を設定値に保つように前記送風機の正回転回転数を制御するステップ。
Ｂ）この後、前記充填板上での氷結により、冷却水出口温度が上昇して設定値より少し高目に設定された第１目標値に達したとき、前記送風機を正回転から逆回転に切換えるステップ。
Ｃ）次いで、前記送風機の逆回転中、冷却水出口温度が、一旦降下後に再び上昇して、前記設定値より高く、前記第１目標値より少し低めに設定された第２目標値に達したときに、前記送風機を逆回転から正回転に切換えるステップ。
前記充填板上での氷結状態による冷却水出口温度の変化に伴い、前記Ａ）乃至Ｃ）のステップを繰り返すことを特徴とするフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法しとしてある。
前記冷却負荷の冷却とは、冷房のほか、液体の冷却、物品の保管、発熱機器の冷却を含む。
前記冷却塔のみを運転するとは，冷熱供給の熱源として冷却塔系統のみを採用し、他の熱源例えば冷凍機からの冷水系統による冷却によらずに冷却負荷の冷却運転をすることを意味する。冷却塔系統（配管系）にはポンプ，水処理装置，冷却配管に付設された自動弁などの付属機器を含むが、これら機器も当然に冷却塔とともに運転される。
前記氷点近傍とは、水の凍る温度である湿球温度０℃を基準としたその近傍の温度を意味し、前記氷点近傍以下とはその範囲の温度以下の外気湿球温度を指す。
前記氷点近傍以下の外気湿球温度の範囲は、例えば−１０℃乃至+１℃の範囲とする。
例えば外気湿球温度０℃になることを予測して若干高い外気湿球温度（１．５℃など）で本件発明の運転方法を開始したり、あるいは水の過冷却などの現象があり外気湿球温度−０．５℃以下で運転を始めても良い場合もある。
【０００９】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し設定しておき、外気湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定することを特徴とする。このように循環冷却水の散水量を段階的に設定することは、ポンプ、送風機のモータのハンチングを防止する上から好ましい。
【００１０】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記送風機の正回転時間を逆回転時間より長く設定し、外気湿球温度との関係から１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とすることを特徴とする。このように前記送風機の正回転時間を逆回転時間より長く設定し、外気湿球温度との関係から１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とすることで、外気湿球温度が低めの場合には１サイクルの時間を長めに取り、氷の融解を促進し、外気湿球温度が高めの場合には１サイクルの時間を短めに取り、冷却塔本体内に充分な風量を得にくい逆転時間をやたらに長くすることは冷却塔の本来の機能を殺すこととなり、正回転時間を充分に取り、前記冷却塔の本来の冷却性能を従来のものに比べ大幅に低下することなく、前記冷却性能を発揮する。
【００１１】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記充填板内の空気通路の氷結による閉塞率を平均４０％乃至８０％として、前記開放式冷却塔を運転することを特徴とする。このような氷による閉塞状態でも送風機の正、逆転運転により所望出口温度の循環冷却水を得る。
ここで、前記閉塞率とは、外気取り入れ部近傍で充填板の空気通路全正面面積に対する氷により閉塞される空気通路正面面積の比率を示し、視覚的に認定する場合と、前記送風機に設けたモータの定格電流に対する負荷電流値の比率で示され、電流計で計測されることが例示できる。
【００１２】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における氷結による送風機の駆動モータの送風抵抗を負荷電流として測定し、この負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と前記出口温度の上限値を越えた場合の測定信号のオア信号を前記送風機の停止及び逆転指令信号とし、前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信号により前記送風機の回転方向を正転に戻すことが望ましい。
【００１３】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記外気湿球温度がそれぞれの段階の外気湿球温度を越える変動があったときは、そのときの外気湿球温度に対応した予め定められた散水量に変化させるものとしてある。
【００１４】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記設定された散水量の各区分の範囲で、その区分内の設定された散水量に応じて水膜を充填板上に形成する。その際、前記出口温度の変化に基づいて前記送風機のモータの回転数、その正逆回転を前記散水量と連動して制御する。
【００１５】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における外気湿球温度を−１０℃乃至+１℃の範囲で、少なくとも３段階、好ましくは５段階に区分し、各区分における外気湿球温度の範囲内において予め前記散水量を所定値に設定し、冷却水の充填板上に完全結氷することを阻止する。
【００１６】
前記課題を解決するために、この発明の開放式冷却塔の運転方法における前記散水量の変更により、散水状態例えば散水域を調整し、冷却水の充填板上に完全結氷することを阻止する。
【００１７】
前記課題を解決するために、関連発明は、開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点近傍以下において開放型冷却塔のみを運転して得られる冷却した循環冷却水を用いるフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に送風機が設置され、この送風機のモータは可変速制御型で、その回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、更に前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるように散水量を連続的に設定する散水量設定部が設けてあり、
前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍において、この冷却塔の出口温度の設定値と、この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部と共に、
前記データ演算部には、更に前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が各々設けてあり、
このデータ演算部により前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部とモータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔としてある。
【００１８】
前記課題を解決するために、関連発明は、開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点近傍以下において冷却塔のみを運転して得られる冷却した循環冷却水を用いるフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に送風機が設置され、この送風機のモータは可変速制御型でその回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部とが各々設けてあり、
このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔としてある。
【００１９】
前記課題を解決するために、関連発明は、開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点下近傍において冷凍機の運転を停止し、冷却塔のみを運転して得られる冷却した循環冷却水を間接的に用いるフリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、
前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に設けられた送風機のモータは可変速制御型でその回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部とが各々設けてあり、
このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却塔としてある。
前記氷点下近傍とは、氷点下すなわち湿球温度０℃を下回る外気湿球温度の範囲に加え、氷点近傍の外気湿球温度を含む。具体的には外気湿球温度１℃以下を指す。
【００２０】
なお、前記送風機の正回転から逆回転への切換えにおいて、正回転から停止までにかける時間、停止状態の継続時間、および停止から定常逆回転までにかける時間を各々タイマにより設定し、  前記送風機の逆回転から正回転への切換えにおいて、定常逆回転から停止までにかける時間、停止状態の継続時間、および停止から定常正回転までにかける時間を各々タイマにより設定することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
この形態は請求項８、９記載の開放式冷却塔の発明の代表的な実施の形態である。
図１において、Ａは直交流型の開放式冷却塔を示し、上部水槽１０の下方に、合成樹脂製の波板からなる充填板１１が前記冷却塔Ａ内に装填されている。
この充填板１１上に散布された循環冷却水を受ける下部水槽１３の落とし込み水槽１４は、冷却負荷としての空調装置に冷却水配管され、フリークーリング時に冷凍機を介すことなく空調装置に連なる熱交換器（図示せず）に選択的に連通可能としてある。
前記フリークーリング時に循環冷却水は前記熱交換器に供給された空調装置側の冷水(二次側循環冷却水)と間接或いは直接に接触し、これを冷却した後は前記上部水槽１０に供給され、外気流と直接接触して再び冷却され、循環して使用される循環冷却水系が構成されている。
【００２２】
前記循環冷却水系の冷却塔出口温度を検出する温度センサー１６が設けてあると共に、前記冷却塔Ａの設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔Ａの外気取り入れ部１７近傍の相対湿度を測定する相対湿度計１８と、乾球温度を測定する乾球温度計１９がそれぞれ設置されている。
前記循環冷却水系の戻り管２０には前記循環冷却水流量を測定する流量計２１が設置されている。
前記流量計２１で検出された循環冷却水の流量と設定値との差を求め、その差に基づいて循環ポンプＰのモータは回転数を増減する装置、例えばインバータを使用し、インバータ回路２２の周波数を増減する流量調節器（図示せず）が設けてある。
データ演算部２７には、少なくとも前記センサー１６と、相対湿度計１８と、乾球温度計１９と流量計２１が電気的に接続されているとともに、相対湿度計１８の測定値と乾球湿度計１９の測定値とをもとに湿球温度を求める演算機構を有し、前記冷却塔Ａの設置場所での外気湿球温度が０℃以下であるとき、この冷却塔Ａの循環冷却水出口温度の設定値ｔ２℃、この設定値より高めの第１目標値ｔ４℃及び前記設定値より高く前記第１目標値より少し低めに第２目標値ｔ３℃が予め設定されている。
【００２３】
また、前記外気取り入れ部１７から充填板１１を通り、この充填板１１の表面上を流下する循環冷却水との直接接触で循環冷却水を冷却した外気流を混合室２３を通して排気口２４から前記冷却塔Ａ外に排気するための送風機２５がこの排気口２４に設置されている。
この送風機２５は回転数を増減する装置、例えばインバータを使用し、インバータ回路２６によりモータを駆動制御されるとともに、その回転方向を正逆回転制御される方式のものとしてある。なお、このモータはギアドモータまたはギアボックスを敷設したモータであることが好ましい。
【００２４】
更に、前記充填板１１上への前記上部水槽１０からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、データ演算部２７に記憶されたプログラムのパラメータとして、数段階に区分し、外気湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく、階段状に制御されるよう予め設定してある（図２）。
好ましくは、前記外気湿球温度を−１０℃〜＋１℃の範囲で、前記散水量を５段階に区分し、各区分における外気湿球温度の範囲内において予め前記散水量を所定値に設定する。
前記外気湿球温度がそれぞれの段階の外気湿球温度を越える変動があったときは、そのときの外気湿球温度に対応した予め定められた散水量に変化させる。
前記データ演算部２７には、このデータ演算部２７により演算された結果に基づいて前記モータのインバータ回路２２の周波数を増減し、各モータの回転数を制御するとともに、前記送風機２５の回転方向を正、逆回転制御する制御部２８が接続されている。またデータ演算部２７は循環ポンプＰの回転数を制御するためのインバータ回路２６の周波数の増減も行い、前記制御部２８を前記インバータ回路２２と共有している。
【００２５】
前記のように構成した開放式冷却塔の作用を、請求項１乃至３、６記載のフリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法の発明の代表的な実施の形態と併せて説明する。
前記冷却塔Ａ内で氷結が起きたときには、この冷却塔Ａの送風機２５を逆回転させて循環冷却水自身の温熱や送風機２５のモータの熱を氷結個所に送って氷を融解する。
【００２６】
更に詳述すれば、冷却塔Ａの外気取り入れ部１７近傍の外気相対湿度と乾球温度を前記湿度計１８および前記温度計１９により測定し、これら測定値を前記データ演算部２７に入力し、これら測定値に基づいて外気湿球温度を演算して求める。
この求められた外気湿球温度がフリークーリング可能温度以下の場合には、前記冷凍機の運転を停止し、この冷却塔Ａを運転して、前記フリークーリングを行う。その運転パターンは図３の通りである。
前記データ演算部２７にこの冷却塔Ａの循環冷却水出口温度の設定値ｔ２、この設定値よりやや高めの第１目標値ｔ４及び前記設定値より高く前記第１目標値より少し低めに第２目標値ｔ３を予め設定する。
さらに前記データ演算部２７に、充填板１１上への上部水槽１０からの循環冷却水の散水量を、前記湿球温度に応じて、数段階に区分し設定しておき、湿球温度が低い程水量を多く、湿球温度が高い程水量を少なく、５段階に予め設定する（図２参照）。
前記冷却塔Ａの運転開始時点の前記冷却塔Ａの設置場所の外気湿球温度を氷点近傍以下、例えば１℃とする。
【００２７】
この際、求められた外気湿球温度に対応した散水量の区分が前記設定された数区分のうちから選択され、この選択された区分の散水量になるように、循環ポンプＰ用のインバータ回路２２に制御部２８から指令信号が発せられ、このインバータ回路２２の周波数を変更し、循環ポンプＰのモータの回転数を調整し、循環冷却水の散水量を選択された区分の数値とする。図２に例示したものは２℃刻みで散水量を設定してある。
この選択後の散水量の流量は前記流量計２１により常時測定され、同一区分での散水量の変動を監視し、インバータ回路２２の周波数をフィードバック制御する。
【００２８】
前記区分を選択し、散水量を設定値に設定した後、前記出口温度に応じて送風機２５のインバータ回路２６に制御部２８から指令信号が発せられ、このインバータ回路２６の周波数制御と送風機２５の正逆転制御を下記の通り行う（図３参照）。
前記単一の区分内毎の湿球温度範囲では、予めそれぞれ設定されている前記散水量を維持した状態において、冷却水出口温度を設定値に保つようにインバータ回路２６の周波数制御により、送風機２５の正転回転数を制御する。前記充填板１１上での氷結に伴い空気通路の閉塞が進み、送風機２５の回転数が増加し、定常回転数に達しても前記出口温度が上昇する。この温度の上昇は、冷却塔の外周部すなわち外気取り入れ部１７の近傍で氷結が起こり、被冷却水に対して冷却熱源となる屋外空気の取り入れが妨げられるためである。そして前記出口温度が前記設定値より少し高めの第１目標値に達するまでは冷却塔Ａに設けた送風機２５を正回転運転し続ける。
この後、前記出口温度が前記第１目標値に達した時に、前記送風機２５の回転を、正回転から所定時間かけ停止する（図３の符号Ａ参照）。停止状態を所定時間継続する（図３の符号Ｂ参照）。
【００２９】
前記所定停止時間終了後、前記送風機２５を低速逆回転で運転開始し、所定時間かけて定常逆回転まで増速する（図３の符号Ｄ参照）。冷却塔の側方（ルーバ１２）から外気を取入れ、前記排気口２４から排気していた運転であったものが、空気流れを逆方向にした運転となる。すなわち、それまで外気取り入れ口に最も近かった部位は熱交換後の暖気の吐出口に最も近い部位になる。散水は停止していないため、冷却負荷で加熱された冷却水の温熱と冷却塔の送風機２５のモータ発熱とが相俟って、氷結部であるルーバ１２側の充填板に暖気を送り、当該個所の氷結を融解することになる。
【００３０】
この送風機２５の逆回転運転中、前記出口温度が急降下した後、再び上昇する。ここでは冷却塔の内周部すなわち混合室２３の近傍の部位で氷結が起こる。その際前述のように屋外空気の導入が不足し、これを補償すべく送風機２５の回転数を予め設定した設定値に従って増加させるが、なお温度が上昇し前記第２目標値に達した時に、前記送風機２５の回転を逆回転から設定された所定時間かけて停止する（図３の符号Ｅ参照）。
停止状態を設定された所定時間継続する（図３の符号Ｆ参照）。
前記所定停止時間終了後、前記送風機２５の回転を低速正回転で運転開始し、設定された所定時間かけて定常正回転するまで増速する（図３の符号Ｈ参照）。
【００３１】
この後、前記出口温度が急激に低下し、設定値に達する。
再び前記充填板１１での氷結に伴い前記出口温度が上昇し、前記第１目標値に達する毎に前記送風機２５の停止、逆転、停止、正転を１サイクルとして繰り返し行い、前記出口温度を設定値近傍に維持する。
このような運転中に、前記外気湿球温度が０℃から例えば−４℃に低下した場合には、使用中の区分を変更し、０℃の場合より散水量が多めに予め設定してある−４℃に対応する区分を使用し、この新たに指定された区分の散水量を充填板１１上に散布し、前記同様の運転を行う。
なお、当初から前記外気湿球温度が氷点下のある温度例えば−４℃であれば、この−４℃に対応する区分を選択し、前記同様の運転を行うこともある。
【００３２】
実施の形態２
この形態は、請求項７記載の開放式冷却塔の代表的な実施の形態であり、実施の形態１と異なる構成は、データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、更に前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるように散水量を連続的に設定する散水量設定部が設けてあり、実施の形態１と異なる作用は循環冷却水の散水量の設定は、前記外気湿球温度に応じて、外気湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく、連続的に予め設定する(請求項１記載の発明の代表的な実施の形態に対応)。その他は実施の形態１と同じである。
【００３３】
実施の形態３
この形態は、請求項４乃至５記載の発明の代表的な実施の形態であり、実施の形態１と異なる構成は充填板１１上における氷結による空気通路の閉塞率を４０％乃至８０％として、前記冷却塔Ａの運転を行う。具体的には、空気通路の閉塞率の下限、上限が所定の率、例えば４０％、８０％で前記冷却塔Ａの送風機２５の運転状態を変更する。より好ましくは、前記送風機２５の送風抵抗を前記モータの負荷電流として測定し、この負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と、循環冷却水出口温度が第１目標値を超えた場合の測定信号のオア信号を正回転から逆回転への指令信号とし、前記送風機２５を正回転から逆回転にする。前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号と前期出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信号により前記送風機２５の回転方向を正転に戻す。以上のようにすることにより、所定出口温度の安定化が図られ前記冷却塔の運転の確実性が増す。
その他は実施の形態１と同様である。
このようにして前記外気湿球温度が０℃以下での充填板１１上及び外気取り入れ口１７での氷結による空気通路の密閉を回避しながら循環冷却水の出口温度を設定値にほぼ維持し、所望温度の冷却水を供給する。
また冷却塔は開放式冷却塔で送風機があれば型式を問わず実施でき、向流型にももちろん適用できる。
なお、前記循環冷却水の供給先は空調装置、冷却装置、保管・保存装置、その他５℃乃至１０℃程度の冷熱を必要とする設備であり、空調装置（図示せず）としては熱交換器を介さずに空調機やファンコイルユニットに配管を通じて連通することもある。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１乃至６記載の運転方法の発明において、散水量を外気湿球温度により変化するよう設定し、送風機の回転数及び回転方向を制御することで、冷却塔の外気取り入れ口や充填板上にある程度氷結が発生している状態でも効果的な冷却が可能となり、所望の冷却水出口温度を得ることができる。また、前記冷却塔を運転できる外気湿球温度の範囲を拡大でき、この開放式冷却塔を北海道、東北、北陸などの厳冬地でも使用することができる。
【００３５】
殊に請求項２記載の発明においては、前記フリークーリング時に散水量を温度パターンに応じて段階的に区分し設定し、かつ、送風機の回転方向を制御することで、ポンプ、送風機のモータのハンチングを防止できると共に、効果的な冷却と、冷却塔の外気取り入れ口や充填板間にある程度氷結が発生している状態でも目標値の冷却水出口温度を得ることが出来る。また、前記冷却塔が運転できる外気湿球温度の範囲を拡大でき、この開放型冷却塔を北海道、東北、北陸などの厳冬地でも使用することができる。
なお、前記送風機の駆動モータ及び冷却水循環ポンプの駆動モータを、前記外気湿球温度に基づいてインバータ制御することで、前記外気湿球温度の変化に応答して、確実にこれらモータを制御でき、前記効果をより顕著に発揮できる。
【００３６】
殊に請求項３記載の発明においては、前記送風機の正回転時間を逆回転時間より長く設定することにより、外気湿球温度が低めの場合には１サイクルの時間を長めに取り、氷の融解を促進し、外気湿球温度が高めの場合には１サイクルの時間を短めに取り、冷却塔本体内に充分な風量を得にくい逆転時間をやたらに長くすることは本来の冷却塔の機能を殺すこととなり、正回転時間を充分に取り、前記冷却塔の本来の冷却性能を汎用の物に比べ大幅に低下することなく、前記冷却性能を発揮することができる。
【００３７】
請求項４記載の発明においては、前記充填板内の空気通路の氷結による閉塞率を平均４０％乃至８０％として、前記開放式冷却塔を運転することにより、氷による閉塞状態を許容しながら送風機の正、逆転運転により所望出口温度の循環冷却水を得ることができると共に、冷却塔の運転を適切に自動化できる。
請求項５記載の発明においては、氷結による送風機の駆動モータの送風抵抗を負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と前記出口温度の上限値を越えた場合の測定信号のオア信号が前記送風機の停止及び逆転指令信号とし、前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信号により前記送風機の回転方向を正転に戻すことにより、氷結が解凍することに伴い循環冷却水を効率よく冷却し、氷結をある程度許容した状態で、前記効果を発揮できる。
【００３８】
請求項６記載の発明においては、前記設定された散水量の各区分の範囲で、前記出口温度の変化に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を正逆回転制御するものとすることにより、外気湿球温度の変化にかかわらず、常に所定の出口温度をフリークーリングにおいて得ることが出来る。
【００３９】
請求項７記載の開放式冷却塔の発明においては、請求項１乃至６記載の運転方法を実施でき、その効果を発揮できる。
請求項８記載の開放式冷却塔の発明においては、請求項２乃至６記載の運転方法を実施でき、その効果を発揮できる。
請求項９記載の開放式冷却塔の発明においては、請求項２乃至６記載の運転方法を実施でき、その効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態の全体を示す概略図である。
【図２】図１における散水量の制御パターンを示す概略図である。
【図３】図１における送風機の運転パターン概略図である。
【符号の説明】
Ａ        開放式冷却塔
Ｐ        循環ポンプ
１０      上部水槽
１１      充填板
１２      ルーバ
１５、１６      温度センサー
１８      相対湿度計
１９      乾球温度計
２１      流量計
２２、２６      インバータ回路
２３      混合室
２５      送風機
２７      データ演算部
２８      制御部
【図１】
0003934024.tif 000002
【図２】
0003934024.tif 000003
【図３】
0003934024.tif 000004