JP2001349655A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 夏場での電力需要がピークに達する日中の電
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。 【解決手段】 伝熱パイプと該伝熱パイプに送風するフ
ァンを有し冷却すべき機器から戻る被冷却流体を伝熱パ
イプに通して冷却する冷却塔と、圧縮機と凝縮器１と膨
張弁と蒸発器を有し前記冷却塔を通過した被冷却流体を
前記蒸発器に通して冷却する第１チラーと、更に圧縮機
と凝縮器２と膨張弁と蓄熱槽を有し夜間に蓄熱槽で製氷
し、昼間は運転を停止して前記冷却すべき機器から戻る
被冷却流体を蓄熱槽に通して冷却する第２チラーとから
なることを特徴とする冷却装置である。

Description

【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、特に夏場のピーク電力需要期間中の電力消費
を減少し、需要の少ない夜間時間帯の電力設備を利用し
て、効率よく冷却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、
契約電力量を超えて電力を消費してしまう。また電力会
社ではピーク消費量に合わせた電力設備が必要になる等
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日中の電力を使わな
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、伝熱パ
イプと該伝熱パイプに送風するファンを有し冷却すべき
機器から戻る被冷却流体を伝熱パイプに通して冷却する
冷却塔と、圧縮機と第１凝縮器と膨張弁と蒸発器を有し
前記冷却塔を通過した被冷却流体を前記蒸発器に通して
冷却する第１チラーと、更に圧縮機と第２凝縮器と膨張
弁と蓄熱槽を有し夜間に蓄熱槽で製氷し、昼間は運転を
停止して前記冷却すべき機器から戻る被冷却流体を蓄熱
槽に通して冷却する第２チラーとからなることを特徴と
する冷却装置である。

【０００７】上記において、前記第１チラーの第１凝縮
器と第２チラーの第２凝縮器は前記冷却塔内で放熱する
ように設けたことを特徴とする冷却装置である。上記に
おいて、前記蓄熱槽に通して冷却される被冷却流体は、
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。又上記において、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塔入
り口温度Ｔ１が冷却塔出口の温度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、冷却装置には冷
却水を冷却する第１チラーと蓄熱槽で蓄熱する第２チラ
ーを設けてあり、夏場のピーク電力需要期間中におい
て、夜間に第２チラーを運転し蓄熱槽に製氷して蓄熱す
る。夏場日中の電力ピーク時は、第１チラーおよび第２
チラー共運転が停止され、冷却水は製氷した蓄熱槽に導
かれて冷却される。従って日中の電力ピーク時は、夜間
に蓄熱した氷による運転で冷却されるから電力消費が伴
わず、冷却水が効率よく冷却される。

【００１０】また外気温度が低い夜間において、第１チ
ラーと第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。

【００１１】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、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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図１及び図
２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。空冷式冷却塔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。第１チラー１０は圧縮機１１と凝縮
器１２と膨張弁１３と蒸発器１４とを有し、第１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。また第２チラー５０を併設しており、圧縮機５
１と凝縮器５２と膨張弁５３と蒸発器５４とを有し、蒸
発器５４は蓄熱槽５５内に設置して蓄熱槽５５内の冷媒
水を冷却し製氷化する。ここで第１チラー１０及び第２
チラー５０は複数台の冷凍サイクルで構成しているが、
図では判りやすく簡略化して記載している。

【００１３】他方、冷却すべき機器２０から戻る被冷却
流体、例えば水は、流量調節弁３１を介して循環ポンプ
２１、第１の弁２５、冷却塔１の伝熱パイプ２、蒸発器
１４の順に導き、冷却すべき機器２０へ送る。冷却塔１
と蒸発器１４で冷却する回路と、冷却すべき機器２０か
ら流量調節弁３１の上流側で蓄熱槽５５へ導き、蓄熱槽
５５から流量調節弁３２を介して循環ポンプ２１の上流
側へ戻る、蓄熱槽５５で冷却する回路とを設けてある。
流量調節弁３１、３２の開度調節は温度検出器２３によ
り制御して機器２０から戻る流体と蓄熱槽５５で冷却さ
れた流体とを混合し、所定温度の流体を得るようにして
いる。

【００１４】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を設けて短絡しており、
また冷却塔１の上流側には入り口水温検出器２９を、冷
却塔の出口側には出口水温検出器３０を取り付けてあ
る。なお図面では第１チラーの凝縮器１２と第２チラー
の凝縮器５２を同じ冷却塔９で冷却するようにしている
が、別々に設けても良く、またこれら凝縮器１２、５２
を冷却塔１内に設置して伝熱パイプ２と一緒に冷却する
ようにしてもよい。また冷却塔１、第１チラー１０、第
２チラー５０、蓄熱槽５５及びこれらを繋ぐ配管を一つ
の筐体に設けて取り扱いや設置を容易にすることができ
る。

【００１５】次に図２の実施例では、冷却塔６０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６０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。また第１チラーの凝縮
器１２と第２チラーの凝縮器５２を冷却塔６０内で冷却
するように行っており、装置全体をコンパクトに形成し
て凝縮器１２と凝縮器５２の放熱を効率よく行ってい
る。またこの実施例では冷却すべき機器２０からバイパ
ス管路２８、蒸発器１４を経て蓄熱槽５５へ導き、蓄熱
槽５５で冷却された冷却水を蒸発器１４と流量調節弁３
１の下流側で循環ポンプ２１の上流側に戻し、冷却すべ
き機器２０へ送るようにしている。流量調節弁３１と流
量調節弁３２の開度調節によって冷却すべき機器２０か
ら送られる流体と蓄熱槽５５で冷却された流体とを混合
して、冷却すべき機器２０へ送る流体の温度を温度検出
器２３で調節している。尚、図２の凝縮器１２及び５２
は、図１のごとく冷却塔６０とは別の空冷又は蒸発式冷
却塔に設けて、更に効率よく放熱するようにしてもよ
い。

【００１６】上記冷却装置の冷却塔１または６０と第１
チラー１０の運転については、蒸発器１４の下流側に設
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、６０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、６０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
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。尚、圧縮機１１
の運転は温度検出器２３よって、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
してもよい。

【００１７】機器２０から戻る流体を冷却塔の伝熱パイ
プ２へ導くか、冷却塔の伝熱パイプ２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の空冷式冷却塔１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
６０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１の場合と蒸発式冷却塔６０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、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。入り口水温Ｔ１よりも出口水
温Ｔ２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の伝熱パイプ２を通さずに、第１チラー１０によ
る蒸発器１４のみで冷却される。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。

【００１８】また夏場のピーク電力需要期間中は、上記
第１チラー１０による被冷却流体の冷却運転に加えて、
第２チラー５０が夜間に運転される。第２チラー５０の
運転によって蓄熱槽５５内の冷媒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１０で冷却
すべき機器２０に送る冷却水を冷却すると共に、第２チ
ラーを運転して蓄熱槽５５の冷媒水を製氷化し蓄熱運転
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チラーによる冷却運転が停止され、代わりに蓄
熱槽５５へ通して蓄熱槽５５の放熱による冷却運転に切
り替えられる。この蓄熱槽による冷却運転時は、出口温
度検出器２３で冷却すべき機器２０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
御弁３１と３２の開閉が制御され、所定の冷却水温度に
なるように機器２０からの流体と蓄熱槽５５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。尚、この
流量制御弁３１と３２に代えて流量制御３方弁を用いて
も良い。この昼間の蓄熱槽５５による冷却運転中は、冷
却塔１の運転も停止しており、ファン３や散水装置８の
運転も停止され、バイパス管路２８を通過して余分の電
力を消費しないように制御される。

【００１９】

【発明の効果】以上説明のごとく本発明の冷却装置は、
夏場のピーク電力需要期間中において、夜間に第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チラーおよび第２チラー共運転が停止され、
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、夜間電力で蓄熱した蓄熱槽運転で冷却さ
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。

【符号の説明】

１、６０ 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 第１チラー １１、５１
圧縮機 １２、５２ 凝縮器 １３、５３
膨張弁 １４、５４ 蒸発器 ２１ 循環ポ
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 ３１、３２
流量調節弁 ５０ 第２チラー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3L045 AA01 AA02 CA01 CA02 DA01 FA02 JA01 JA12 JA14 LA05 MA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝熱パイプと該伝熱パイプに送風するフ
   ァンを有し冷却すべき機器から戻る被冷却流体を伝熱パ
   イプに通して冷却する冷却塔と、圧縮機と第１凝縮器と
   膨張弁と蒸発器を有し前記冷却塔を通過した被冷却流体
   を前記蒸発器に通して冷却する第１チラーと、更に圧縮
   機と第２凝縮器と膨張弁と蓄熱槽を有し夜間に蓄熱槽で
   製氷し、昼間は運転を停止して前記冷却すべき機器から
   戻る被冷却流体を蓄熱槽に通して冷却する第２チラーと
   からなることを特徴とする冷却装置。
2. 【請求項２】 前記第１チラーの第１凝縮器と第２チラ
   ーの第２凝縮器は前記冷却塔内で放熱するように設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱槽に通して冷却される被冷却流
   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２記載の冷却装置。
4. 【請求項４】 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３記載の冷却装置。
5. 【請求項５】 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塔入り口温度Ｔ１が冷却塔出口の
   温度Ｔ２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４記載の
   冷却装置。