(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の被冷却体を被冷却体の冷却温度域毎にグループに分け、
各グループ毎にそれぞれ独立した１次冷却水供給配管を設けるとともにそれぞれの１次冷却水供給配管に熱交換器を設け、
１次冷却水供給配管とは別の２次冷却水供給配管を、前記冷却温度域の低い温度順に各熱交換器を順次通るように配置し、
前記１次冷却水供給配管のライン及び前記２次冷却水供給配管のラインは密閉系であって、
前記１次冷却水供給配管ないし２次冷却水供給配管へ水素ガス溶解した水（以下「水素水」という）を供給するための手段を設けたことを特徴とする高効率装置冷却システム。
【請求項２】
前記被冷却体は、製造プロセスに必要な生産機器、評価機器及び／またはそれらを含む空間であることを特徴とする請求項１記載の高効率冷却システム。
【請求項３】
前記１次冷却水供給配管ないし２次冷却水供給配管へ脱気した水（以下「脱気水」という）を供給するための手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の高効率装置冷却システム。
【請求項４】
前記グループには複数の被冷却体が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の高効率冷却システム。
【請求項５】
前記２次冷却水配管ライン上に他の被冷却体を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の高効率冷却システム。
【請求項６】
前記２次冷却水供給配管のライン上で、最も温度の高いグループの熱交換器の下流側に該２次冷却水の熱を利用するための手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の高効率冷却システム。
【請求項７】
前記２次冷却水供給配管のライン上で、最も温度の高いグループの熱交換器の下流側にクーリングタワーを設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の高効率冷却システム。
【請求項８】
複数の被冷却体を被冷却体の冷却温度域毎にグループに分け、
各グループ毎にそれぞれ独立して１次冷却水により被冷却体を冷却し、
１次冷却水とは別の２次冷却水により、冷却後の前記１次冷却水を冷却温度域の低い温度順に順次冷却する高効率装置冷却方法であって、
前記１次冷却水及び２次冷却水は密閉系のラインによって供給され、
前記１次冷却水及び／または２次冷却水として水素水を用いることを特徴とする高効率装置冷却方法。
【請求項９】
前記１次冷却水及び／または２次冷却水として、水素水を脱気した水を用いることを特徴とする請求項８記載の高効率装置冷却方法。
【請求項１０】
前記水素水における水素濃度は０．１〜１．６ｍｇ／リットルであることを特徴とする請求項８または９記載の高効率温湿度調整方法。
【請求項１１】
前記脱気水における酸素濃度は０．００１〜３ｍｇ／リットルであることを特徴とする請求項９記載の高効率冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被処理物である冷却装置に有効的な温度帯の冷却水の輸送を行う高効率装置冷却システム及び冷却方法に係る。
【０００２】
【発明の背景】
発熱源を有する被冷却体を冷却して被冷却体の温度をー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】
また、従来の冷却水システムによる冷却では、冷却を行う被冷却体には冷却水流入口と流出口があり、流入口から流入した冷却水は配管を通り被冷却部まで導かれ、比例客部から熱を奪った後、配管を通して冷却水流出口まで導かれる単純な構成になっている。
【０００４】
被冷却体に流れる冷却水の流量は、被冷却体が最大の熱負荷を発生した場合に被冷却体の温度を所定の温度以下になるように余裕をもって定められ、個別に流量を制御することは通常行われていない。また被冷却体の動作状況により発熱負荷量は大きく変化するし、かつ被冷却体が停止中には発熱しないにもかかわらず、最大発熱負荷量に合わせた、常にー定流量の冷却水を流しているのが現状である。すなわち、被冷却体の稼動状況によっては、ほとんどの冷却水が無駄に流れていることになる。
【０００５】
さらに、冷却水の流入温度は通常室温であり、流出温度はそれよりも５℃程度高くなっている。流入温度と流出温度の温度差を小さくしなければならないため、大流量の冷却水が必要となる。これらの理由により、被冷却体の設置台数が多い工場では莫大な流量の冷却水を循環させる冷却システムが必要となる。大流量の冷却水を流すためには、冷却水の循環ライン配管を太くして、配管のコンダクタンスを滅少させる必要があるが、限度があるため、圧送ポンプの圧送圧力を高くする方法が有力である。
【０００６】
しかし圧送ポンプの消費電力は、ポンプの排出速度と設置台数に依存して大きくなるため、それによるポンプ大型化、大口径配管等に伴うコスト、占有面積の増大および大型ポンプより発生する振動等の問題が無視できない状況になってきた。
【０００７】
将来の建築物の空調設備及び装置冷却設備においては、省エネルギーの設備が強く求められている。特に、クリーンルームのランニングコストに関しては電気料金の占める割合は全体の３分の１程度にもなり、その大半が空調ならびにプロセス装置に費やされる電力である。よってこの空調および装置電力量の低滅をはかることが低コスト生産には必要不可欠となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、冷却システムをコンパクトにし、省エネルギー型の高効率装置冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の高効率装置冷却システムは、
複数の被冷却体を被冷却体の冷却温度域毎にグループに分け、
各グループ毎にそれぞれ独立した１次冷却水供給配管を設けるとともにそれぞれの１次冷却水供給配管に熱交換器を設け、
１次冷却水供給配管とは別の２次冷却水供給配管を、前記冷却温度域の低い温度順に各熱交換器を順次通るように配置し、
前記１次冷却水供給配管のライン及び前記２次冷却水供給配管のラインは密閉系であって、
前記１次冷却水供給配管ないし２次冷却水供給配管へ水素ガス溶解した水（以下「水素水」という）を供給するための手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の高効率装置冷却方法は、
複数の被冷却体を被冷却体の冷却温度域毎にグループに分け、
各グループ毎にそれぞれ独立して１次冷却水により被冷却体を冷却し、
１次冷却水とは別の２次冷却水により、冷却後の前記１次冷却水を冷却温度域の低い温度順に順次冷却する高効率装置冷却方法であって、
前記１次冷却水及び２次冷却水は密閉系のラインによって供給され、
前記１次冷却水及び／または２次冷却水として水素水を用いることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１２】
装置冷却用媒体は、共通の温度を各装置に送られるしくみになっている為、従来の冷却水の温度帯は、供給温度が室温の２０℃前後、戻り温度は２５℃前後と設定し、供給温度と戻り温度の温度差は５℃前後になっている。
【００１３】
本発明では、図１に示すように複数の被冷却体１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃを冷却温度域毎にグループに分ける。１次冷却水供給配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにより各温度帯別に独立した冷却水供給ループを組み、それぞれの装置に適した温度域を設定する。図１は本発明の実施の形態に係る冷却システムを示すものである。図１では、３つのグループ１０２、１０３、１０４に分けた場合の事例を示す。例えば、グループ１（１０２）では、供給温度２０℃、戻り温度２５℃とし、グループ２（１０３）では、供給温度２５℃、戻り温度３０℃、グループ３（１０４）では、供給温度３５℃、戻り温度４０℃の様にである。
【００１４】
各グループには複数の被冷却体が設けられており、１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと被冷却体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃとはそれぞれバルブを介して接続されている。
【００１５】
一方、原水（市水、工水、水道水など）は、タンク１３０に溜められ、タンク１３０内の水はポンプ１３１により前処理装置１３２に送られる。前処理装置１３２においては、必要に応じて除濁などの処理が行われる。
【００１６】
前処理装置１３２と２次冷却水供給配管１０７とはバルブを介して接続されており、前処理後の水は２次冷却水供給配管１０７に送られる。また、前処理装置１３２と各グループの１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃともバルブを介して管１３５により接続されており、前処理後の水は１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにも送られる。なお、前処理後の余剰の水は別のタンクに溜められ系外の各種水使用体（水を使用する部分、たとえば、各種洗浄）に供給される。
【００１７】
１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃと被冷却体１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃとはバルブを介してそれぞれ接続されており、１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにより冷却水はそれぞれ被冷却体１１ａ，１１ｂ，１１ｃに供給される。
【００１８】
１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの下流側の熱交換機１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ手前には管１３５が設けられており、管１３４により１次冷却水供給配管１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃとタンク１３０とは、バルブ、タンク１３３、ポンプ１３６、水処理装置１３７を介して接続されている。従って１次冷却水は冷却後、必要に応じてタンク１３０に環流せしめることができる。また、管１３５は分岐しており、タンク１３０に環流する以外に外部へ排水したり、他の水使用部へ供給することができる。なお、水処理装置１３７においては水中のイオンなどの除去等を行う。
【００１９】
なお、グループ内における被冷却体は一つでもいいが複数とすることにより熱交換のより一層の効率化を図ることができる。図１に示す例では、各グループにそれぞれ３つの被冷却体を設けてある。なお、冷却ループには非冷却体を配置しないラインを一つ設けてあり、このラインを利用してループのは常時水が流れるようにしてある。これにより水の滞留による水の腐敗を防止することができ、ひいては電気消費量の低減を図ることができる。
【００２０】
本システムは各冷却温度帯の装置に該冷却温度冷却水を供給し、装置を最小限のエネルギーで冷却する事を目的とする。１０１は２次冷却水供給配管１０７により構成された２次側冷却ループを示し、１０２、１０３、１０４は１次冷却水供給配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにより構成された一次側冷却ループを示す。１０５は冷熱源本体であり、冷却水を移送するポンプ１０６により、冷却水供給配管１０７により冷却水を熱交換器１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃに送り込み、ループ１０１に接続されている各装置群を冷却する為の冷却水を作り出す。なお、図１に示す例では、１次冷却水供給配管１０７途上に別の被冷却体１１２が設けられている。
【００２１】
一次側冷却ループ１０２では、冷却水送水ポンプ１０９ａにより冷水供給配管１１０ａにより各装置１１１ａに送られる。他の装置群１０３、１０４も同様に冷却される。
【００２２】
本発明においては、被冷却体として、製造プロセスに必要な生産機器、評価機器及び／またはそれらを含む空間を対象とすることが特に好ましい。
【００２３】
本発明では、一次冷却水配管と二次冷却水配管とは別体である。すなわち、一次冷却水配管と二次冷却水配管とは熱交換機を通して完全に独立している。
【００２４】
本発明においては、１次冷却水供給配管と２次冷却水供給配管のラインとの一方あるいは両方を密閉系とすることが好ましい。密閉系とすることにより冷却水への外部からの気体の混入を防止することができ、また、溶解した水素が抜けてしまうことを防止することができる。
【００２５】
また、２次冷却水供給配管のライン上で、最も温度の高いグループの熱交換器の下流側に２次冷却水の熱を利用するための手段を設けておくことが好ましい。最も温度の高いグループの熱交換器において１次冷却水から熱を受けた２次冷却水は高温であるため、その熱の再利用を図ることができる。熱を利用するための手段として別途熱交換器を設けてもよい。
【００２６】
また、クーリングタワーを設けておくことが好ましい。このクーリングタワーも外部から密閉しておくことが好ましい。
【００２７】
一方、1次冷却水供給配管に流す冷却水として、脱気水を用いることが変換効率を高めるために有効である。ここで、脱気水とは、水道水からガス（特に酸素）を除去した水である。脱気後における酸素濃度としては３ｍｇ／リットル以下が好ましく、１．５ｍｇ／リットル以下がより好ましく、１ｍｇ／リットル以下がさらに好ましい。ただ、０．００１ｍｇ／リットル未満では効果が飽和するため０．００１〜３ｍｇ／リットルが好ましい範囲である。
【００２８】
また、1次冷却水供給配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに流す冷却水として、水素水を用いることが好ましい。水素水は水に水素を添加した水であるが、前記脱気水に水素を添加したものを用いることがより一層好ましい。水素水における水素濃度としては０．１〜１．６ｍｇ／リットルが好ましい。
【００２９】
なお、１次冷却水供給配管ないし２次冷却水供給配管へ供給する水を脱気するための手段あるいは水に水素ガスを溶解するための手段は系に直列あるいは並列に設けておけばよい。特にポンプと熱交換器との間に設けておくことが好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の装置によって、本冷却システムにより装置冷却した時の結果について説明する。相対評価置として、従来型冷却システムにより装置冷却を行った事例を示し、本システムの効果について説明する。
【００３１】
（実施例１）
２次冷却水供給配管１０７により構成された二次冷却循環系１０１に７℃の冷却水を供給し、１次冷却水供給配管１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにより構成された一次冷却循環系１０２、１０３、１０４をそれぞれ装置入口温度７℃から装置出口温度１５℃、装置入口温度２０℃から装置出口温度３０℃、装置入口温度３０℃から装置出口温度４０℃とし、消費電力を算出した。
【００３２】
その時のパラメーターとして、冷却水として脱気水、水素水を使用した場合について実験を行い、それぞれの比較を行った。
【００３３】
本実験は冷却水として水道水を使用した場合の測定結果を示している。
図２において右側が本実施例の結果を示し、左側が比較例の結果を示している。
【００３４】
本システムを採用した場合（右側）の消費電力量が、従来システムを採用した場合（左側）と比べて低いことかり、本システムの方が、従来システムの場合と比べ効果が高いことが確認された。すなわち、電気消費量比率は、従来システムでは約０．９であったのに対し、本システムでは約０．６と、飛躍的減少が認められた。
【００３５】
（実施例２）
脱気水を用いることにより装置熱交換配管内におけるスケールの発生を防止することができ、スケール発生による変換効率の低下を防止することができる。
【００３６】
冷却システムに流す冷却水としで水道水を用いた場合と脱気水を使用した場合の比較を行った。
【００３７】
脱気水としていは、水道水から酸素を除去したものを用いた。脱気後における酸素濃度は０．９ｍｇ／リットルである。
【００３８】
試験結果を図３に示す。
【００３９】
測定は冷却システムに冷却水を２０００時間連続で流し続けた後に行った。
【００４０】
脱気水を流した場合（図３中央）の気体出口温度が、水道水の場合（図３左側）と比べて高いことから、脱気水を用いた方が、水道水を用いた場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００４１】
なお、酸素濃度を０．０００５〜６ｍｇ／リットルの範囲で変化させて実験を行ったところ３ｍｇ／リットル以下において特に良好な結果が得られた。
【００４２】
（実施例３）
水素水を用いることにより装置熱交換配管内における錆の発生を防止することができるだけではなく、例えば生菌に帰因するスライムの発生を抑制することができ、スライム発生による変換効率の低下を防止することができる。また、薬品を使用していないため、使用した水は水処理装置原水として使用することができ水使用量の低減化が可能である。
【００４３】
装置熱交換配管に流す冷却水として水道水を用いた場合と水素水を使用した場合の比較を行った。
【００４４】
水素としては、水道水から酸素を除去した後、水素を添加したものを用いた。水素添加後における水素濃度は０．６ｍｇ／リットルである。
【００４５】
試験結果を図３に示す。
【００４６】
測定は冷却システムに冷却水を２０００時間連続で流し続けた後に行った。
【００４７】
水素水を流した場合（図３右側）の気体出口温度が、水道水の場合（図３左側）と比べて高いことから、水素水を用いた方が、水道水を用いた場合と比べ効果が高いことが確認された。
【００４８】
（実施例４）
本例では、最初に、実施例２と同様の条件で冷却水からの脱気を行い、次いで実施例３と同様の条件で水素ガスを溶解した。
【００４９】
本例では、実施例３の場合よりもさらに電気消費量比率が約３０％減少した。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、熱交換部分の熱交換効率が上昇し、冷却水量が低減でき、配管径、送水ポンプ動力も小さくすることができ、冷却システムのイニシャルコストおよびランニングコストの低滅が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高効率冷却システムフローを示す模式的な図である。
【図２】本発明に係る実験結果を示すグラフである。
【図３】本発明に係る実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１    二次冷却水循環系
１０２    一次冷却水循環系１
１０３    一冷却水循環系２
１０４    一冷却水循環系３
１０５    冷熱源本体
１０６    二次冷却水送水ポンプ
１０７    二次冷却水供給配管
１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ    次熱交換装置
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ    一次冷却水送水ポンプ
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ    一次冷却水供給配管
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ    被冷却体（被冷却装置）
【図１】
0004346776.tif 000002
【図２】
0004346776.tif 000003
【図３】
0004346776.tif 000004