(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱パイプと該伝熱パイプに送風するファンとを有する冷却塔と、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらを循環する冷媒とを有するチラーと、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を前記冷却塔から蒸発器の順に導いた後、前記機器に送り出す管路とを設け、前記冷却塔を迂回するバイパス管路と、該バイパス管路と前記冷却塔を通過する管路との切り替え手段を敷設した冷却装置において、
前記機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却塔入り口温度Ｔ１が冷却塔出口温度Ｔ２より同じか低いときは、冷却塔を通過する管路を閉としてバイパス管路を開とするように前記切り替え手段を制御してチラーでのみ冷却し、該切り替え時の冷却塔の入り口温度Ｔ１から外気乾球温度ＤＢを減じた値ΔＴａを記憶しておき、
チラーのみで冷却していて、前記冷却塔入り口温度Ｔ１から外気乾球温度ＤＢを減じた値ΔＴｂが前記ΔＴａよりも大きくなったときは、冷却塔を通過する管路を開としバイパス管路を閉とするように前記切り替え手段を制御して冷却塔とチラーを運転し、その後も前記の制御を繰り返すことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
伝熱パイプと該伝熱パイプに散水する散水機構とを有する冷却塔と、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらを循環する冷媒とを有する有するチラーと、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を前記冷却塔、蒸発器の順に導いた後、前記機器に送り出す管路とを設け、前記冷却塔を迂回するバイパス管路と、該バイパス管路と前記冷却塔を通過する管路との切り替え手段を敷設した冷却装置において、
前記機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却塔入り口温度Ｔ１が冷却塔出口温度Ｔ２よりも低いときは、冷却塔を通過する管路を閉としてバイパス管路を開とするように前記切り替え手段を制御してチラーでのみ冷却し、該切り替え時の冷却塔の入り口温度Ｔ１から外気湿球温度ＷＢを減じた値ΔＴａを記憶しておき、
チラーのみで冷却していて、前記冷却塔入り口温度Ｔ１から外気湿球温度ＷＢを減じた値ΔＴｂが前記ΔＴａよりも大きくなったときは、冷却塔を通過する管路を開としバイパス管路を閉とするように前記切り替え手段を制御して冷却塔とチラーを運転し、その後も前記の制御を繰り返すことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記凝縮器は前記冷却塔によって冷却することを特徴とする請求項１乃至２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、冷却すべき機器に送り出す冷却装置に関し、詳しくは冷却装置の冷却塔において生じうる被冷却流体の加熱を防止した冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、１８〜２９℃程度の中低温域で定温度保持できる冷却装置として、伝熱パイプと該伝熱パイプに送風するファンとを有す冷却塔と、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらを循環する冷媒とを有するチラーと、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を前記冷却塔、蒸発器の順に導いた後、前記機器に送り出す管路とを設けた冷却装置が実開昭６１−８４４８０号公報で提案されている。
【０００３】
上記した冷却装置は、１８〜２９℃程度の中低温域で定温保持することができ、かつ不要な過冷が防止される冷却装置であるが、冷却塔として空冷式冷却塔によるときは、冷却塔に入る被冷却流体の温度が外気乾球温度よりも低いときに、また冷却塔として蒸発式冷却塔によるときは冷却塔に入る被冷却流体の温度が外気湿球温度よりも低いときに、被冷却流体が冷却塔を通過する際に冷却されずにかえって冷却塔内で加熱されてしまい、チラーでの冷却を不必要に大きく取らなければならなくなって冷却装置全体の効率を悪化させていた。
【０００４】
そこで特開平２−１９７７８０号公報では、これを解決するために、冷却塔として空冷式冷却塔によるときは冷却塔に入る被冷却流体の温度と外気乾球温度とを比較し、冷却塔として蒸発式冷却塔によるときは冷却塔に入る被冷却流体の温度と外気湿球温度とを比較して、冷却塔を通過させて冷却塔とチラーとで冷却するか、冷却塔を迂回してチラーのみで冷却するかの制御を行う提案がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、空冷式冷却塔及び蒸発式冷却塔の冷却能力は、外気乾球温度または湿球温度が同じであっても種々の条件で変化する。例えば冷却すべき負荷側へ送る水量が減少した場合は、水量が多い時に比べて冷却塔を出た後の出口水温度が乾球温度ＤＢ又は湿球温度ＷＢ近くまで冷却される。
従来技術で例えば蒸発式冷却塔の場合で水量が減少した場合、冷却塔で冷却された出口水温が低く、未だ冷却塔で冷却できる能力があるにも係わらず、制御の方は冷却塔へ入る被冷却流体の入り口温度と外気湿球温度との比較で制御しているから、入り口温度と外気湿球温度との差が所定値に達したらバイパス運転に切り替えられて冷却塔では冷却せず、より多くの電力を消費するチラーでのみ冷却する冷却運転制御に切り替わってしまう。
【０００６】
他方、例えば蒸発式冷却塔の場合で、冷却塔内の伝熱コイルが汚れたり、伝熱コイルに散水する水が少なくて正常に伝熱コイルに散水できなくなった場合は、冷却塔内の伝熱コイルが散水による冷却作用と空冷による冷却作用との併用になってしまう。この場合、従来技術では冷却塔へ入る水の入り口温度と外気湿球温度との比較で制御しているから、例えば外気湿球温度が１８℃で入り口水温度がこれよりも高く、未だ冷却塔で冷却できると判断して冷却塔を通過するように制御していても、通常外気乾球温度は湿球温度よりも高く、外気乾球温度が入り口水温度よりも高いケースが多いから、この場合、冷却塔を通過することで却って暖められてしまい、冷却塔を通過した後の電力消費が大きいチラーでの冷却負荷を増大させてしまう結果になる。
【０００７】
本発明は上記の課題を解消して、冷却塔の熱交換効率が種々の影響によって変化しても、冷却塔内で暖めたりすることなく、効率良く冷却塔を運転し省エネルギーで冷却できる冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、伝熱パイプと該伝熱パイプに送風するファンとを有する冷却塔と、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらを循環する冷媒とを有する有するチラーと、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を前記冷却塔から蒸発器の順に導いた後、前記機器に送り出す管路とを設け、前記冷却塔を迂回するバイパス管路と、該バイパス管路と前記冷却塔を通過する管路との切り替え手段を敷設した冷却装置において、
前記機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却塔入り口温度Ｔ１が冷却塔出口温度Ｔ２よりも低いときは、冷却塔を通過する管路を閉としてバイパス管路を開とするように前記切り替え手段を制御してチラーでのみ運転し、該切り替え時の冷却塔の入り口温度Ｔ１から外気乾球温度ＤＢを減じた値ΔＴａを記憶しておき、
チラーのみを運転していて、前記冷却塔入り口温度Ｔ１から外気乾球温度ＤＢを減じた値ΔＴｂが前記ΔＴａよりも大きくなったときは、冷却塔を通過する管路を開としバイパス管路を閉とするように前記切り替え手段を制御して冷却塔とチラーを運転し、その後も前記の制御を繰り返すことを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
更に、伝熱パイプと該伝熱パイプに散水する散水機構とを有する冷却塔と、圧縮機と凝縮器と膨張弁と蒸発器とこれらを循環する冷媒とを有する有するチラーと、冷却すべき機器から戻る被冷却流体を前記冷却塔、蒸発器の順に導いた後、前記機器に送り出す管路とを設け、前記冷却塔を迂回するバイパス管路と、該バイパス管路と前記冷却塔を通過する管路との切り替え手段を敷設した冷却装置において、
前記機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却塔入り口温度Ｔ１が冷却塔出口温度Ｔ２よりも低いときは、冷却塔を通過する管路を閉としてバイパス管路を開とするように前記切り替え手段を制御してチラーでのみ運転し、該切り替え時の冷却塔の入り口温度Ｔ１から外気湿球温度ＷＢを減じた値ΔＴａを記憶しておき、
チラーでのみ運転していて、前記冷却塔入り口温度Ｔ１から外気湿球温度ＷＢを減じた値ΔＴｂが前記ΔＴａよりも大きくなったときは、冷却塔を通過する管路を開としバイパス管路を閉とするように前記切り替え手段を制御して冷却塔とチラーを運転し、その後も前記の制御を繰り返すことを特徴とする冷却装置である。
上記において、チラーの凝縮器は冷却塔によって冷却する冷却装置とできる。
【００１０】
【作用】
本発明は上記の構成であって、冷却塔内に入る冷却水の入り口温度と、冷却塔から出る冷却水の出口温度との直接的な比較でもって、冷却塔へ導くか或いは冷却塔を迂回するバイパス運転するかを判断して制御しているから、冷却塔の種々の要件による冷却効率や冷却能力等に関係なく正しく制御される。
また、冷却塔出口温度が冷却塔入り口温度より高くなって冷却塔を迂回するバイパス運転に切り替わった際の冷却塔入り口温度−外気乾球温度（空冷式冷却塔の場合）、又は入り口温度−外気湿球温度（蒸発式冷却塔の場合）＝ΔＴａを記憶しておき、このΔＴａよりも、運転中の冷却塔入り口温度−外気乾球温度（空冷式）、又は入り口温度−外気湿球温度（蒸発式）＝ΔＴｂが大きくなったら、再度バイパス運転を解除して冷却塔へ導き、冷却塔とチラーとによって冷却するようにしている。このため、空冷式冷却塔であっても蒸発式冷却塔であっても、バイパス運転に切り替わる際のΔＴａとバイパス運転中のΔＴｂを比較してΔＴａ＜ΔＴｂになった際に再度冷却塔へ導くから、正確確実に、冷却塔で冷却できる条件になった際に冷却塔へ導き、冷却塔で冷却できない条件の際はバイパス運転するように制御される。
従って冷却塔において加熱されることが無く、またチラーで冷却する負荷が最小限で冷却が行われ、省エネルギーで冷却できる。
尚上記における、バイパス運転に切り替わる際のΔＴａよりもバイパス運転中のΔＴｂが大きい条件は、その差が０℃では切り替え運転時にＯＮ、ＯＦＦを繰り返すチャタリング現象が生じるので、実用上は１〜３℃大きい条件で制御するのが望ましい。
【００１１】
【発明の実施形態】
以下本発明の実施例を図１ないし図４を参照して説明する。
図１、図２は本発明の一実施例を示す冷却装置の系統図であり、図１は冷却塔１として空冷式冷却塔の場合を示す。冷却塔１は複数層の伝熱パイプ２とファン３とを有し、モータ４によって駆動するファン３の送風によって空気吸入口５から吸気した空気を伝熱パイプ２に送風して伝熱パイプ２内を循環する水を冷却する。チラー１０は圧縮機１１と凝縮器１１と膨張弁１３と蒸発器１４とを有し、チラー１０には冷媒が循環し、冷媒は圧縮機１１において圧縮され、凝縮器１２において液化して放熱し、膨張弁１３を介して蒸発器１４内で蒸発して吸熱するサイクルを繰り返す。
【００１２】
他方冷却すべき機器２０から戻った被冷却流体例えば水は、ブースターポンプ２１、第１の弁２５、冷却塔１の伝熱パイプ２、蒸発器１４の順に導かれ、最後に循環ポンプ２２を介して冷却すべき機器２０へ送り出される。また第一の弁２５の上流側と、蒸発器１４の上流側即ち冷却塔１の出口側との間には、バイパス弁２７を有するバイパス管路２８によって短絡しており、また冷却塔１の上流側には入り口水温検出器２９が、冷却塔の出口側には出口水温検出器３０が取り付けられている。なお図面では冷却塔１、チラー１０、及び機器２０への流出入配管は１系統しか示してないが、これらの全部又は一部を複数の系統によって構成してもよい。またチラー１０は１台の圧縮機１１を有するが、複数台の圧縮機１１を有するチラー１０であってもよい。
【００１３】
次に図２では、冷却塔１を伝熱パイプ２とファン３との他に、伝熱パイプ２の上方に設けた散水ヘッダー６と、伝熱パイプ２の下方に設けた受水槽７と、受水槽７の水を散水ヘッダー６に供給する散水ポンプ８とを有する散水機構を更に設けた蒸発式冷却塔１とし、上記の外気乾球温度検出器に代えて外気湿球温度検出器２６を用いている。また凝縮器１２を冷却塔１において行っており、装置全体をコンパクトに形成して凝縮器１２の放熱を効率よく行っている。
尚、図２の凝縮器１２は、図１の空冷式凝縮器に代えて水冷式凝縮器として冷却塔１とは別に設けて更に効率よく放熱するように設けてもよい。
【００１４】
上記冷却装置において、冷却塔１とチラー１０の運転については、被冷却流体の蒸発器１４の出口に設けた温度検出器２３の温度が設定温度範囲よりも高くなった時は、まず冷却塔１のファン３の送風量を増加し、なおも温度検出器２３の温度が設定温度範囲よりも高くなったときはチラー１０の圧縮機１１を運転して冷却塔１とチラー１０とで冷却する。また温度検出器２３の温度が設定温度範囲よりも低くなったときには、上記とは逆に先ずチラー１０の運転を停止し、なおも設定温度範囲よりも低くなったときには更にファン３の送風量を減少させるように制御する。
【００１５】
本実施例による、冷却塔１へ導くか、冷却塔１を迂回するバイパスへ導くかの制御について、図３のフローを参照して説明する。尚、説明では図１の空冷式冷却塔の場合を主体にして外気乾球温度ＤＢを用いて説明しているが、図２の蒸発式冷却塔の場合では、空冷式の場合の乾球温度ＤＢに代えて外気湿球温度ＷＢを用いて同様の制御が行えるので、空冷式冷却塔の場合と蒸発式冷却塔の場合を含めて説明する。
本実施例では冷却塔入り口水温検出器２９によって冷却塔１への入り口水温Ｔ１を検出するほか、冷却塔出口水温検出器３０によって冷却塔１を出た出口水温Ｔ２及び外気乾球温度計３０で外気温度ＤＢを常時検出している。図３に示すフローのステップＳ１、Ｓ２で示すごとく、バイパス運転がＮｏの冷却塔運転中は、常時入り口水温Ｔ１と出口水温Ｔ２とを比較している。ステップＳ２で、入り口水温Ｔ１よりも出口水温Ｔ２が同じか高くなったら（夏期等冷却塔で逆に加熱される時期）、Ｓ３で示すバイパス管路２８を通過するように第１の弁２５を閉じバイパス弁２７を開とするバイパス運転が行われる。これによって被冷却流体は冷却塔１を通さずにチラー１０による蒸発器１４でのみ冷却される。即ち入り口水温Ｔ１と出口水温Ｔ２を直接比較して冷却塔１を通過することによる不必要な加熱や、冷却塔１を運転することによる不必要な電力損失を除去している。
【００１６】
またＳ４で、上記の冷却塔運転からバイパス運転に切り替わった時の入り口温度Ｔ１−乾球温度ＤＢ（蒸発式冷却塔の場合は外気湿球温度ＷＢ）＝ΔＴａを記憶しておき、引き続きバイパス運転が行われる。バイパス運転中はＳ４からＳ１、Ｓ５へ移る。
バイパス運転中は常時、冷却塔１への入り口温度Ｔ１−外気乾球温度ＤＢ（蒸発式冷却塔の場合は外気湿球温度ＷＢ）の値が、前記Ｓ４で記憶したΔＴａ＋２℃の値より大きいかどうかを比較しており、ΔＴａ＋２℃よりも大きくなったらＳ６のバイパス運転が解除され、冷却塔１へ導く運転に切り替えられ、Ｓ１へ戻る。上記の入り口温度Ｔ１−乾球温度ＤＢ（ＷＢ）がΔＴａ＋２℃大きいかどうかの比較で、ΔＴａ＋２℃を設けているのは、冷却塔１へとバイパス運転との切り替えが交互に発生するチャタリング現象が生じるのを防止するためで、本実施例ではΔＴに２℃プラスして実用上問題なく、効率よく制御している。
このステップＳ５の制御により、運転中の入り口温度Ｔ１−乾球温度ＤＢ（湿球温度ＷＢ）が、バイパス運転に切り替えられた際のΔＴａと比較しているから、冷却塔１で確実に冷却できる条件になった際に冷却塔での運転に切り替えられ、正確な冷却塔での運転と、バイパス運転によるチラーのみによる冷却との切り替え制御が行われる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明のごとく本発明の冷却装置は、冷却塔内に入る冷却水の入り口温度と、冷却塔から出る冷却水の出口温度とを直接比較して、冷却塔へ導くか、迂回するバイパス運転するかを制御しているから、冷却塔の種々の要件による冷却効率や冷却能力等に関係なく正しく制御される。
また、冷却塔出口温度が冷却塔入り口温度より高くなって冷却塔を迂回するバイパス運転に切り替わった際の冷却塔入り口温度−外気乾球温度（空冷式冷却塔の場合）、又は入り口温度−外気湿球温度（蒸発式冷却塔の場合）＝ΔＴａを記憶しておき、このΔＴａよりも、運転中の冷却塔入り口温度−外気乾球温度（空冷式）、又は入り口温度−外気湿球温度（蒸発式）＝ΔＴｂが大きくなったら、バイパス運転を解除して冷却塔へ導き、冷却塔とチラーとによって冷却するため、空冷式冷却塔であっても蒸発式冷却塔であっても、バイパス運転に切り替わる際のΔＴａとバイパス運転中のΔＴｂを比較して制御するから、確実に冷却塔で冷却できる条件になった際に冷却塔へ導き、冷却塔で冷却できない条件の際はバイパス運転するように制御される。このため、冷却塔において加熱されることが無く、またチラーで冷却する負荷が最小限で冷却が行われ、省エネルギーで冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す空冷式冷却塔１を用いた場合の系統図である。
【図２】  本発明の実施例を示す蒸発式冷却塔１を用いた場合の系統図である。
【図３】  本発明の実施例を示す制御のフローである。
【符号の説明】
１  冷却塔                            ２  伝熱パイプ
３  ファン                            ４  モータ
４  空気吸入口                        ６  散水ヘッダー
７  受水槽                            ８  散水ポンプ
１０  チラー                          １１  圧縮機
１２  凝縮器                          １３  膨張弁
１４  蒸発器                          ２１  ブースターポンプ
２２  循環ポンプ                      ２３  冷却水温検出器
２４  外気乾球温度計                  ２５  第１の弁
２６  外気湿球温度計                  ２７  バイパス弁
２８  バイパス管路                    ２９  冷却塔入り口水温検出器
３０  冷却塔出口水温検出器
【図１】
0004081737.tif 000002
【図２】
0004081737.tif 000003
【図３】
0004081737.tif 000004