(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を冷却するための被冷却水を通す伝熱コイルと該伝熱コイルを冷却する冷風手段を含む冷却塔と、
負荷対応用冷凍圧縮機と第１凝縮器と第１膨張弁と蒸発器とを有し前記被冷却水を蒸発器に通して冷却する第１チラーと、
更に蓄熱用冷凍圧縮機と第２凝縮器と第２膨張弁と蓄熱槽を有し夜間に前記被冷却水を蓄熱槽で製氷する第２チラーとからなり、
前記被冷却流体は選択的に冷却塔の伝熱コイルと第１チラーの蒸発器と第２チラーの蓄熱槽とに通して冷却し、前記被冷却水を蓄熱槽に通し蓄熱槽内の氷で冷却する蓄熱利用運転中は前記冷却塔と前記第１チラーおよび前記第２チラーの運転を停止することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記蓄熱槽に残氷検知手段を設け、蓄熱槽内に氷がある間は第２チラーの運転が行われず、全部解氷された後に第２チラーの運転が行われることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
前記蓄熱槽内の被冷却流体は、前記蓄熱利用運転中および前記第2チラー運転中とも攪拌ポンプで循環していることを特徴とする請求項1乃至2記載の冷却装置。
【請求項４】
前記蓄熱槽内に入る被冷却流体は、蓄熱槽内にシャワーリングすることを特徴とする請求項1乃至3記載の冷却装置。
【請求項５】
前記蓄熱槽を通して冷却された被冷却流体は、前記冷却すべき機器から戻る被冷却流体と混合して所定の温度で前記冷却すべき機器へ送ることを特徴とする請求項１乃至４記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却塔を迂回するバイパス管路を設け、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設け、前記冷却すべき機器からの被冷却流体を蓄熱槽に通して冷却する蓄熱運転中は、前記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することを特徴とする請求項１乃至５記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却塔を迂回するバイパス管路を設け、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設け、前記冷却すべき機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却装置入り口温度Ｔ２が冷却装置出口の温度Ｔ１よりも低いときは、前記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することを特徴とする請求項１乃至６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する熱エネルギー貯蔵型冷却装置に関し、特に電力需要が増加する夏場のピーク時間帯に合わせて、夜間等それ以外の時間帯に製氷した熱エネルギーを出力し、電力ピーク時間帯の電力消費を減少する冷却装置に関する。
【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、前記冷却すべき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返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いと所定の温度に冷却できず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】
しかしながら上記冷却塔を迂回してチラーのみで冷却しても、夏場の暑い日中は冷房用電力需要のために電力消費量はピークに達し、冷却すべき機器を所有する電気需要家の契約電力を超えて電力を消費してしまう。また電力会社では、最大電力需要に合わせた電力設備が必要になり、前記の冷房用電力需要が増大することによる電力設備の稼働率が低下する等の社会的問題もある。
本発明は上記の課題を解消して、夏場での電力需要がピークに達する時間帯の電力を使わなくともよく、効率よく冷却運転する冷却装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、負荷を冷却するための被冷却水を通す伝熱コイルと該伝熱コイルを冷却する冷風手段を含む冷却塔と、
負荷対応用冷凍圧縮機と第１凝縮器と第１膨張弁と蒸発器とを有し前記被冷却水を蒸発器に通して冷却する第１チラーと、
更に蓄熱用冷凍圧縮機と第２凝縮器と第２膨張弁と蓄熱槽を有し夜間に前記被冷却水を蓄熱槽で製氷する第２チラーとからなり、
前記被冷却流体は選択的に冷却塔の伝熱コイルと第１チラーの蒸発器と第２チラーの蓄熱槽とに通して冷却し、前記被冷却水を蓄熱槽に通し蓄熱槽内の氷で冷却する蓄熱利用運転中は前記冷却塔と前記第1チラーおよび前記第2チラーの運転を停止することを特徴とする冷却装置である。
【０００７】
上記において、前記蓄熱槽に残氷検知手段を設け、蓄熱槽内に氷がある間は第2チラーの運転が行われず、全部解氷された後に第２チラーの運転が行われることを特徴とする冷却装置である。
上記において前記蓄熱槽内の被冷却流体は、前記蓄熱利用運転中および前記第2チラー運転中とも攪拌ポンプで循環していることを特徴とする冷却装置である。
上記において前記蓄熱槽内に入る被冷却流体は、蓄熱槽内でシャワーリングすることを特徴とする冷却装置である。
上記において前記蓄熱槽を通して冷却された被冷却流体は、前記冷却すべき機器から戻る被冷却流体と混合して所定の温度で前記冷却すべき機器へ送ることを特徴とする冷却装置である。
【０００８】
上記において前記冷却塔を迂回するバイパス管路を設け、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設け、前記冷却すべき機器からの被冷却流体を蓄熱槽に通して冷却する蓄熱利用運転中は、前記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することを特徴とする冷却装置である。
上記において前記冷却塔を迂回するバイパス管路を設け、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設け、前記冷却すべき機器から冷却装置に戻る被冷却流体の冷却装置入り口温度Ｔ２が冷却装置出口の温度Ｔ１よりも低いときは、前記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することを特徴とする冷却装置である。
【０００９】
【作用】
本発明は上記の構成であって、冷却装置には被冷却水を冷却する第１チラーと蓄熱槽で製氷する第２チラーとを設けてあり、電力需要が増大する夏場において、夜間等の時間帯に第２チラーを運転して蓄熱槽内で被冷却水を製氷し蓄熱する。そして昼間日中の電力ピーク時には第１チラーおよび第２チラー共運転を停止し、負荷を冷却する被冷却水は製氷された蓄熱槽に導かれ、氷と熱交換する蓄熱槽を循環させることで冷却される。従って日中の電力ピーク時は、夜間等の時間帯に製氷した氷蓄熱による蓄熱利用運転で冷却され、冷却塔、第１チラー及び第２チラーが停止されるから、電力消費が伴わずに冷却される。
【００１０】
また蓄熱槽には例えば被冷却水の温度を検知する温度計など、残氷検知手段を設けてあり、蓄熱槽内の氷が全部解氷するまで蓄熱利用運転が行われて第２チラーの運転が行われず、全部解氷したのを検知した後で第２チラーによる製氷運転が行われる。従って蓄熱槽内の氷が無駄なく有効に利用され、また蓄熱槽内が凍結して破損等の問題点が生じない。
また蓄熱槽内の被冷却流体は常に攪拌ポンプで循環させており、第２チラーの運転による製氷、及び氷との熱交換で冷却する蓄熱運転が効率よく行われる。
また蓄熱槽内に入る被冷却水はシャワーリングされて入るため、熱交換効率が良く、製氷及び蓄熱運転が効率よく行える。
【００１１】
また昼間に比べて外気温度が低い夜間において、冷却塔、第１チラー及び第２チラーが運転される。夜間は外気温度が低いので冷却塔の冷却効率が良く、この冷却効率がよい時間帯に冷却塔が運転されて第１チラーと第２チラーそれぞれの第１凝縮器、第２凝縮器が冷却され放熱するので、第１チラーで冷却水の冷却が、第２チラーで蓄熱槽の製氷が効率よく行える。
また蓄熱槽で冷却された被冷却流体は、冷却すべき機器から戻る被冷却流体と混合するように設けてあるので、混合する流体の流量を調節することによって、所定温度の冷却水を容易に得ることが出来る。
【００１２】
また、冷却塔を迂回するバイパス管路を設け、昼間の蓄熱槽で冷却される蓄熱利用運転中は、冷却塔を迂回するバイパス管路を通過するように設けてあるので、冷却塔を通過することによって外気温度で暖められる問題がない。
また、冷却装置に入る冷却水の入り口温度と、冷却装置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、被冷却流体は冷却塔を通過することによって暖められる問題がなく、冷却塔での冷却能力を見て効率よく冷却される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す冷却装置１０の系統図であり、全体として、上部に冷却塔１を設け、下部に冷凍機、蒸発器等のチラー２を設け、側部に氷蓄熱ユニット３を設けた。
冷却塔１は、冷却コイル１１，１２，１３と冷却コイルに送風する送風機１４、冷却コイルに散水する散水槽１５、冷却コイルの下方に設けた受水槽１６、受水槽１６の水を散水槽１５に汲み上げる散水ポンプ１７等の散水機構を設け、中央部にエリミネータ１８、測部に外気取入れルーバー１９を有す蒸発式冷却塔１０とし、冷却コイル１１は負荷冷却水対応用で、冷却すべき機器４０から戻る被冷却水は中央側ヘッダー１１１から渦巻状多管式のコイル１１を通過して外側ヘッダー１１２へ流れる。外側ヘッダー１１２を出た冷却塔１の出口に凍結防止中間温度センサＴ４を設け、第１チラーの蒸発器２３を介して冷却すべき機器４０へ送られる。冷却コイル１２は蓄熱用冷凍圧縮機の第２凝縮器１２で、冷却コイル１３は負荷対応用冷凍圧縮機の第１凝縮器１３で、負荷の冷却水対応用コイル１１と共に同じ冷却塔１内に配置して、冷却装置１０全体をコンパクトに凝縮器１２，１３の放熱を効率よく行っている。
【００１４】
冷却塔１の下部に二系統のチラー2を配置している。一つは負荷冷却水対応用の第1チラー２０、一つは蓄熱製氷対応用の第２チラー２５を併設している。
第１チラー２０は圧縮機２１と冷却塔１内に冷却コイルで設けた凝縮器１３と膨張弁２２と蒸発器２３とを有し、第１チラー２０内の冷媒を圧縮機２１において圧縮し、第１凝縮器１３において液化して放熱し、膨張弁２２を介して蒸発器２３で蒸発して吸熱するサイクルを繰り返す。
また第２チラー２５は圧縮機２６と冷却塔内の冷却コイルで設けた第２凝縮器１２と膨張弁２７と蒸発器２９とを有し、蒸発器２９は氷蓄熱ユニット３の蓄熱槽３１内に設置し、蓄熱槽３１内へ送られる被冷却水を冷却し製氷化する。
ここで第１チラー２０は８台の圧縮機２１を用いた冷凍サイクルで構成し、また第２チラー２５は２台の圧縮機２６を用いた冷凍サイクルで構成している。図では判り易く簡略化して記載している。
【００１５】
通常、蓄熱槽３１内の被冷却水は攪拌ポンプ３２によって蓄熱槽３１内にシャワーヘッド３５からシャワーリングしながら循環している。夏期電力ピークが発生する時期の夜間等において、第１チラー２０と第２チラー２５が運転され、第２チラー２５運転中に蓄熱槽３１で製氷しており、蓄熱槽３１内の被冷却水は攪拌ポンプ３２、シャワーヘッド３５で循環されている。負荷機器４０からの戻り冷却水は冷却塔１へ送水されるように制御用三方弁３４および制御弁ＭＶ３が制御される。被冷却水は三方弁３４から循環ポンプ３３によって冷却塔１へ送られ、ヘッダー１１１から密閉蒸発式冷却コイル１１を通過する際に散水槽１５の散水と送風機１４による蒸発潜熱で冷却される。外側ヘッダー１１２を経由して第１チラー２０の蒸発器２３に送られ、ここで更に所定の冷却水温度に冷却されて冷却すべき機器の負荷４０へ送水される。
【００１６】
また夏期昼間の電力ピーク時において、第１チラーの圧縮機２１、第２チラーの圧縮機２６、冷却塔１の送風機１４や散水ポンプ１７の運転が停止され、冷却すべき機器４０からの戻り冷却水は、制御用三方弁ＭＶ４および制御弁ＭＶ３が制御されてシャワーヘッド３６から蓄熱槽３１内にシャワーリングして送られる。蓄熱槽３１内で、夜間等に製氷した氷の熱を放出する蓄熱利用運転よって冷却され、節電冷却が行われる。この際冷却水は蓄熱槽３１内でシャワーリングされて熱交換が行われ、蓄熱槽３１内で冷却された被冷却水は制御用三方弁ＭＶ４で所定の冷却水出口温度Ｔ１になるように、機器４０からの戻り水と混合制御されて循環ポンプ３３で冷却装置１０内に送られる。冷却装置１０内ではバイパス切替弁ＭＶ１，ＭＶ２が制御されて冷却塔１を通過せずに全量バイパス管路２８を通過して蒸発器２３を通過して冷却すべき機器４０へ送られる。
この蓄熱運転は蓄熱槽３１内に設けた氷蓄熱センサＴ５によって蓄熱槽内の解氷度合いを検知して氷がなくなるまで行われ、氷がなくなるのを検知した後でしか、第２チラー２５による蓄熱槽内の製氷運転が行われないようになっている。
【００１７】
また冷却装置の出口温度センサＴ１、入り口温度センサＴ２外気湿球温度センサＴ３凍結防止中間温度センサＴ４を設けてあり、各センサによって前記バイパス管路切替弁ＭＶ１，ＭＶ２の制御や、送風機１４散水ポンプ１７の能力、第１チラーの冷凍圧縮機２１の台数制御等、冷却装置の冷却能力が制御される。
なお図面では第１チラーの凝縮器１３と第２チラーの凝縮器１２を冷却コイル１１と同じ冷却塔１で冷却するようにしているが、別々の冷却塔で冷却するように設けても良い。
更に冷却塔１は、散水装置を省略した空冷式の冷却塔１に設けても良い。
また本実施例の図面は簡略して記載したが、冷却塔１、チラー部２、氷蓄熱ユニット３及びこれらを繋ぐ配管を一つの筐体に設けて冷却装置１０とし、取り扱いや設置を容易にすることができる。
【００１８】
上記冷却装置１０の冷却塔１と第１チラー２０の運転については、蒸発器２３の下流側に設けた出口温度センサＴ１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送風機１４の送風量を増加し、なおも温度センサＴ１の温度が設定温度範囲よりも高くなったときはチラー２０の圧縮機２１を順次運転して冷却塔１とチラー２０とで冷却する。また出口温度センサＴ１の温度が設定温度範囲よりも低くなったときは、上記とは逆に先ずチラー２０の運転を順次停止し、なおも設定温度範囲よりも低くなったときには更に送風機１４の送風量を減少させるように制御する。尚、圧縮機２１の運転は複数台の圧縮機の運転台数制御または圧縮機の容量制御により冷却能力を制御することができる。
【００１９】
負荷機器４０から戻る流体を冷却塔１のヘッダー１１１から伝熱コイル１１へ導くか、伝熱コイル１１を迂回するバイパス管路２８へ導くかの制御について説明する。尚、説明では図１の蒸発式冷却塔１の場合を主体にして説明しているが、蒸発式冷却塔１に代えて空冷式冷却塔を用いる場合では、蒸発式の場合の湿球温度ＷＢに代えて乾球温度ＤＢを用いて同様の制御が行える。
本実施例では、冷却塔入り口水温センサＴ２によって冷却塔１への入り口水温Ｔ２を検出するほか、冷却塔出口水温検出器Ｔ１によって冷却塔１を出た出口水温Ｔ１及び外気湿球温度センサＴ３で外気湿球温度ＷＢを常時検出して、冷却塔運転中は常時入り口水温Ｔ２と出口水温Ｔ１とを比較している。入り口水温Ｔ２よりも出口水温Ｔ１が同じか高くなったらバイパス管路２８を通過するようにバイパス切替弁ＭＶ１，ＭＶ２が制御されて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の冷却コイル１１を通さずに、第１チラー２０による蒸発器２３のみで冷却される。即ち入り口水温Ｔ２と出口水温Ｔ１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。
【００２０】
また夏場のピーク電力需要期間中は、上記第１チラー２０による冷却運転に加えて、第２チラー２５が運転される。第２チラー２５の運転によって蓄熱槽３１内の被冷却水が冷却されて凍り、製氷化して蓄熱される。従って夜間、例えば夕方の４時から翌朝の９時までの１７時間は第１チラー２０で冷却すべき機器４０に送る冷却水を冷却すると共に、第２チラー２５を運転して蓄熱槽３１の被冷却水を製氷化する運転が行われる。
昼間の例えば朝９時から夕方の４時までは、第１チラー２０による冷却運転が停止され、代わりに蓄熱槽３１へ通して蓄熱槽内の氷の放熱による蓄熱利用運転に切り替えられる。この蓄熱利用運転時は、出口温度検出器Ｔ１で冷却すべき機器４０に送る被冷却流体の温度が検出され、この検出温度に応じて自動的に流量制御三方弁ＭＶ４の開閉が制御されて所定の冷却水温度になるように、機器４０からの流体と蓄熱槽３１で冷却された流体が混合されるように自動調節している。
この昼間の蓄熱槽３１による冷却運転中は、冷却塔１の運転も、第１チラー２０の運転も、第２チラー２５の運転も停止しており、余分の電力を消費しないように制御される。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明のごとく本発明の冷却装置は、電力需要が増大する夏場の期間中において、夜間等に第２チラーを運転し蓄熱槽で製氷して蓄熱し、日中の電力ピーク時は、第１チラー、第２チラー及び冷却塔の運転が停止され、被冷却水は蓄熱槽に導かれて冷却される。従って日中の電力ピーク時は、それ以外の時間帯で蓄熱した蓄熱利用運転で冷却されるから電力消費が伴わない。
また外気温度が低い夜間においては冷却塔の冷却効率が良く、この冷却効率がよい時間帯に冷却塔が運転されて、チラーの凝縮器および伝熱パイプの冷却水が冷却されるので、冷却水の冷却および蓄熱槽の製氷が効率よく行える。
また蓄熱槽で冷却された被冷却流体は、冷却すべき機器から戻る被冷却流体と混合するように設けてあるので、所定温度の冷却水を容易に得ることが出来る。
また、昼間の蓄熱槽で冷却される蓄熱槽冷却運転中は冷却塔を迂回するバイパス管路を通過するので、冷却塔で暖められる問題がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す蒸発式冷却塔１を用いた系統図である。
【符号の説明】
１  冷却塔                                ２  チラー
３  氷蓄熱ユニット                      １０  冷却装置
１１  冷却コイル                        １２、１３  凝縮器
１４  送風機                            １５  散水槽
１６  受水槽                            １７  散水ポンプ
１８  エリミネータ                      ２０  第１チラー
２１  負荷対応用冷凍圧縮機        ２２、２７  膨張弁
２３  蒸発器                            ２５  第２チラー
２６  蓄熱用冷凍圧縮機              ２８  バイパス管路
３１  蓄熱槽                            ３２  攪拌ポンプ
３３  循環ポンプ                      ３５，３６  シャワーヘッド
４０  冷却すべき負荷機器
【図１】
0003859204.tif 000002