JP2002372359A

JP2002372359A - 水冷却装置

Info

Publication number: JP2002372359A
Application number: JP2001179756A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Nakanishi; 利文中西; Mutsuo Fukuoka; 睦男福岡
Original assignee: Hitachi Air Conditioning Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷側から送水される冷却水の温度が、１５
℃から６０℃以上の広範囲に変動する場合においても、
設備機器の組み合わせを容易に行うようにして、それに
容易に対応することができる水冷却装置を提供するこ
と。【解決手段】負荷側から送水される冷却水を、密閉式
タワー３内の熱交換器３１，３２において冷却し、さら
に、冷水機４で冷却した後、冷却水ポンプ５を介して負
荷側に送水するようにした水冷却装置１において、密閉
式タワー３、冷水機４、シスターン６及び冷却水ポンプ
５を共通の架台２上に配設し、密閉式タワー３、冷水機
４及び冷却水ポンプ５を配管７，８，９，１０で接続す
るとともに、冷水機４と冷却水ポンプ５との配管途中に
シスターン６の配管１１を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷却装置に関
し、特に、空調設備、工業設備、食品工業設備等の設備
（本明細書において、「負荷側」という。）から送水さ
れる冷却水の温度が、１５℃から６０℃以上の広範囲に
変動する場合においても、設備機器の組み合わせを容易
に行うことができるとともに、設備の動力費が大きくな
らないようにした水冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空調設備、工業設備、食品工業設
備等において、設備を冷却するために冷却水が使用され
ているが、この設備、すなわち、負荷側から送水される
冷却水は、水量が多く、このため熱容量も大きいため、
冷却水を冷却して循環使用するための水冷却装置が汎用
されている。

【０００３】この水冷却装置としては、プレート式熱交
換器と冷水機（チラーユニット）を組み合わせたもの、
密閉式タワーと冷水機を組み合わせたもの等が用いられ
ているが、負荷側から送水される冷却水の温度は、設備
の稼働状況や外気温等によって、１５℃から６０℃以上
の広範囲で変動することが多いため、これに対応できる
水冷却装置が要請されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
水冷却装置のうち、プレート式熱交換器と冷水機を組み
合わせたものとして、例えば、図３に示すように、プレ
ート式熱交換器２５と冷水機４を、配管７，９，１０，
１１を介して接続するとともに、冷却水ポンプ５及びシ
スターン６を配設するようにした水冷却装置があるが、
この装置の場合、冷水機４の入口における冷却水の温度
の上限（一般に３５℃）から、プレート式熱交換器２５
に大形のものを使用しなければならず、また、プレート
式熱交換器２５は間接冷却方式のため水量も多くなり、
また、プレート式熱交換器の圧力損失の増加等により、
冷却水ポンプ５の動力も大きくなり、さらに、冷水機を
年間を通じて全稼働することになって、設備の動力費が
大きくなるという問題があった。

【０００５】また、密閉式タワーと冷水機を組み合わせ
たものとして、例えば、図４に示すように、密閉式タワ
ー３と冷水機４を、配管７，８，９，１０，１１を介し
て接続するとともに、冷却水ポンプ５及びシスターン６
を配設するようにした水冷却装置があるが、夏期（２７
℃ＷＢ時）に、冷水機４の入口における冷却水の標準温
度を３０℃以下にすることが困難で（一般に、３１℃位
が限度）、冷却能力上、冷水機４に大形のものを使用し
なければならず、設備の動力費が大きくなるとともに、
一段冷却で所期の冷却能力を得られない場合には、２台
以上の直列運転を行う必要があり、設備の動力費が一層
大きくなるという問題があった。さらに、密閉式タワー
３から送水される冷却水の温度が冷水機４の入口におけ
る冷却水の温度の上限（一般に３５℃）を超えるとき
は、冷水機４の機構上、冷水機４を運転ができなくな
り、水冷却装置自体の稼働を停止せざるを得なくなると
いう問題があった。

【０００６】本発明は、上記従来の水冷却装置の有する
問題点に鑑み、負荷側から送水される冷却水の温度が、
１５℃から６０℃以上の広範囲に変動する場合において
も、設備機器の組み合わせを容易に行うようにして、そ
れに容易に対応することができる水冷却装置を提供する
ことを第１の目的とする。

【０００７】また、本発明は、上記のような場合におい
ても、設備の動力費が大きくならないようにした水冷却
装置を提供することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の水冷却装置は、負荷側から送水される
冷却水を、密閉式タワー内の熱交換器において冷却し、
さらに、冷水機で冷却した後、冷却水ポンプを介して負
荷側に送水するようにした水冷却装置において、密閉式
タワー、冷水機、シスターン及び冷却水ポンプを共通の
架台上に配設し、密閉式タワー、冷水機及び冷却水ポン
プを配管で接続するとともに、冷水機と冷却水ポンプと
の配管途中にシスターンの配管を接続したことを特徴と
する。

【０００９】この水冷却装置は、共通の架台上に、密閉
式タワー、冷水機、シスターン及び冷却水ポンプを配設
し、密閉式タワー、冷水機及び冷却水ポンプを配管で接
続するとともに、冷水機と冷却水ポンプとの配管途中に
シスターンの配管を接続することにより、配管接続を標
準化でき、設備機器の組み合わせや現地工事が容易とな
り、負荷側から送水される冷却水の温度が、１５℃から
６０℃以上の広範囲に変動する場合においても、それに
容易に対応することができる。

【００１０】さらに、上記第２の目的を達成するため、
本発明の水冷却装置は、上記水冷却装置において、密閉
式タワーの両側に熱交換器を配設し、その入口管同士及
び出口管同士を接続するとともに、入口管の分岐部と出
口管の合流部の近傍位置を配管により接続し、前記分岐
部及び合流部の近傍位置及び入口管の分岐部と出口管の
合流部の近傍位置を接続する配管に配設した弁を、冷却
水の温度及び外気温により動作させ、熱交換器への冷却
水の流れを、一段冷却又は二段冷却に選択的に切り換え
るようにすることができる。

【００１１】これにより、冷却水の温度及び外気温に応
じて、熱交換器への冷却水の流れを、一段冷却又は二段
冷却に選択的に切り換えることができるので、効率的な
冷却を行って、設備の動力費を低減することができる。

【００１２】また、密閉式タワーの熱交換器への入出口
に弁を配設するとともに、該入出口を弁を配設したバイ
パス配管により接続し、前記各弁を、冷却水の温度及び
外気温により動作させ、熱交換器又はバイパス配管への
冷却水の流れを、調節するようにすることができる。

【００１３】これにより、冷却水の温度及び外気温に応
じて、密閉式タワーの送風機用電動機及び散布水ポンプ
を停止させることができ、密閉式タワーの動力費を低減
することができる。

【００１４】また、冷水機への入出口に弁を配設すると
ともに、該入出口を弁を配設したバイパス配管により接
続し、前記各弁を、冷却水の温度により動作させ、冷水
機又はバイパス配管への冷却水の流れを、調節するよう
にすることができる。

【００１５】これにより、冷却水の温度が冷水機の入口
における冷却水の温度の上限（一般に３５℃）を超える
ときは、バイパス配管を介して冷却水を循環させること
により、水冷却装置自体の稼働を継続することができる
とともに、冷水機の保護機器の故障を防止することがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の水冷却装置の実施
の形態を図面に基づいて説明する。

【００１７】図１〜図２に、本発明の水冷却装置の一実
施例を示す。この水冷却装置１は、負荷側から送水され
る冷却水を、密閉式タワー３に配設した熱交換器３１，
３２において冷却し、さらに、冷水機４で冷却した後、
冷却水ポンプ５を介して負荷側に送水するようにしたも
ので、密閉式タワー３、冷水機４、シスターン６及び冷
却水ポンプ５を共通の架台２上の適宜位置に配設し、密
閉式タワー３、冷水機４及び冷却水ポンプ５を配管７，
８，９，１０で接続するとともに、冷水機４と冷却水ポ
ンプ５との配管途中にシスターン６の配管１１を接続
し、負荷側から送水される冷却水を配管７に導入される
ように、一方、配管１０から冷却水を負荷側に送水する
ようにしている。なお、図中３０は、冷却水を補給する
ための給水管である。

【００１８】そして、配管７，８の密閉式タワー３への
入出口には、弁１３，１４をそれぞれ配設するととも
に、弁１３の上流側と弁１４の下流側を、弁１５，１６
を配設したバイパス配管１２により接続し、各弁１３，
１４，１５，１６を、冷却水の温度及び外気温により動
作させ、密閉式タワー３に配設した熱交換器３１，３２
又はバイパス配管１２への冷却水の流れを、調節するこ
とができるようにしている。なお、弁１３，１４，１
５，１６には、特に限定されるものではないが、電磁
弁、電動弁等の任意の自動制御可能な弁を用いることが
好ましい（なお、以下に述べる他の弁についても、同様
である。）。

【００１９】この場合において、配管７，８の密閉式タ
ワー３への入出口近傍位置に、水温検知器２２，２３を
それぞれ配設して、冷却水の温度を、また、密閉式タワ
ー３に、外気温サーモ２４を配設して、外気温を、それ
ぞれ測定するようにしている。

【００２０】密閉式タワー３は、図２に示すように、両
側面に空気吸込口５１，５１を形成し、その内部に、空
気吸込口５１，５１と相対するように熱交換器３１，３
２をそれぞれ設け、この熱交換器３１，３２の上方に配
置した散布槽３９ａ，３９ａから熱交換器３１，３２に
散布した散布水を下部水槽３９ｂにより受け、さらに、
散布水ポンプ５４及び散布水配管５５を介して、循環さ
せるようにしている。また、外気を、空気吸込口５１，
５１より吸い込み、熱交換器３１，３２において、熱交
換を行わせた後、送風機５２により外部へ排気するよう
にしている。

【００２１】そして、密閉式タワー３の両側に配設した
熱交換器３１，３２は、その入口管３３同士及び出口管
３４同士を接続するとともに、入口管３３の分岐部と出
口管２４の合流部の近傍位置を配管３５により接続し、
分岐部及び合流部の近傍位置に弁３６，３７を、入口管
３３の分岐部と出口管３４の合流部の近傍位置を接続す
る配管３５に弁３８をそれぞれ配設し、各弁３６，３
７，３８を、冷却水の温度及び外気温により動作させ、
熱交換器３１，３２への冷却水の流れを、一段冷却又は
二段冷却に選択的に切り換えることができるようにして
いる。この場合、配管３５は、入口管３３の分岐部より
下流の一方の熱交換器３１側と、出口管２４の合流部よ
り上流側の他方の熱交換器３２側とを接続するようにす
る。また、弁３６は、入口管３３の分岐部と配管３５の
接続部の間に、一方、弁３６は、出口管２４の合流部と
配管３５の接続部の間に、それぞれ配設するようにす
る。

【００２２】また、冷水機４は、内部に冷却器４１を配
置し、冷却器４１内を通水させる冷却水を冷却するよう
に配管８及び配管９を接続するとともに、この配管８，
９の入出口に弁１８，１９を配設し、さらに、前記入出
口を弁２０，２１を配設したバイパス配管１７により接
続し、各弁１８，１９，２０，２１を、冷却水の温度に
より動作させ、冷水機４又はバイパス配管１７への冷却
水の流れを、調節することができるようにしている。こ
の場合、配管８の密閉式タワー３の出口近傍位置、すな
わち、配管８の入口に配設した水温検知器２３により冷
却水の温度を測定し、測定した冷却水の温度に応じて、
弁１８，１９，２０，２１を動作させるようにする。

【００２３】次に、この水冷却装置の動作について説明
する。負荷側からの冷却水は、配管７を通り、密閉式タ
ワー３の熱交換器３１，３２に供給される。

【００２４】この冷却水の温度を、配管７の密閉式タワ
ー３の入口近傍位置に配設した水温検知器２２により測
定する。また、外気温を、密閉式タワー３に配設した外
気温サーモ２４により測定する。この水温検知器２２と
外気温サーモ２４により測定した冷却水の温度及び外気
温に応じて、弁１３，１４，１５，１６を開閉操作し
て、冷却水の通水経路を切り換えて、常に適正な冷却を
省エネルギーにて行うようにする。具体的には、水温検
知器２２によって測定された冷却水の温度が、外気温サ
ーモ２４によって測定された外気温と同等又は外気温よ
り低い時は、弁１５，１６を全開に、弁１３，１４を全
閉にし、これにより、冷却水を全量、密閉式タワー３に
送水することなく、バイパス配管１２及び配管８を介し
て、冷水機４に送水し、冷水機４の冷却器４１を通過さ
せ、冷媒により冷却した後、冷却水ポンプ５により負荷
に戻すようにする。このとき、密閉式タワー３の送風機
５２及び散布水ポンプ５４を停止させるようにする。こ
のように、水温検知器２２によって測定された冷却水の
温度が、外気温サーモ２４によって測定された外気温と
同等又は外気温より低い時は、密閉式タワー３の送風機
５２及び散布水ポンプ５４を停止させ、冷却水をバイパ
ス配管１２を介してバイパスさせることにより、密閉式
タワー３の動力費及び冷却水ポンプ５の負荷の低減並び
に水の節約を図ることができる。

【００２５】また、水温検知器２２によって測定された
冷却水の温度が、外気温サーモ２４によって測定された
外気温より高い時は、通常は、一段冷却にて冷却するも
のとする。この一段冷却は、弁１３，１４を全開に、弁
１５，１６を全閉にし、これにより、冷却水を、冷却水
を全量、密閉式タワー３に送水するようにする。そし
て、入口管３３の分岐部と出口管２４の合流部の近傍位
置に配設した弁３６，３７を全開に、入口管３３の分岐
部と出口管３４の合流部の近傍位置を接続する配管３５
に配設した弁３８を全閉にし、これにより、冷却水を、
熱交換器３１，３２に振り分けて同時に通水し、熱交換
器３１，３２において空気と散布水により所要の熱交換
を行わせて冷却した後、配管８を介して、冷水機４に送
水し、冷水機４の冷却器４１を通過させ、冷媒により冷
却した後、冷却水ポンプ５により負荷に戻すようにす
る。このとき、密閉式タワー３の送風機５２及び散布水
ポンプ５４は駆動するようにする。

【００２６】さらに、水温検知器２２によって測定され
た冷却水の温度が、外気温サーモ２４によって測定され
た外気温より高く、かつ、所定の設定値より高い時は、
二段冷却にて冷却するものとする。この二段冷却は、弁
１３，１４を全開に、弁１５，１６を全閉にし、これに
より、冷却水を、冷却水を全量、密閉式タワー３に送水
するようにする。そして、入口管３３の分岐部と出口管
２４の合流部の近傍位置に配設した弁３６，３７を全閉
に、入口管３３の分岐部と出口管３４の合流部の近傍位
置を接続する配管３５に配設した弁３８を全開にし、こ
れにより、冷却水を、まず、熱交換器３２に、次に、入
口管３３の分岐部と出口管３４の合流部の近傍位置を接
続する配管３５を介して、熱交換器３１に通水し、熱交
換器３１，３２において、それぞれ空気と散布水により
所要の熱交換を行わせて冷却した後、配管８を介して、
冷水機４に送水し、冷水機４の冷却器４１を通過させ、
冷媒により冷却した後、冷却水ポンプ５により負荷に戻
すようにする。このとき、密閉式タワー３の送風機５２
及び散布水ポンプ５４は駆動するようにする。この二段
冷却により、密閉式タワー３の出口水温と外気温の差
を、一段冷却の場合の約４〜５℃に対し、約３℃まで低
下させること、すなわち、密閉式タワー３の冷却効率を
高めることができ、冷水機４の容量のサイズダウン及び
動力費の節約を図ることができる。

【００２７】また、冷却水の冷水機４への流れは、通常
は、配管８，９の入出口に配設した弁１８，１９を全開
に、バイパス配管１７に配設した弁２０，２１を全閉に
し、これにより、冷却水の全量が冷水機４の冷却器４１
を流通して、冷却水を冷却するようにするが、配管８の
密閉式タワー３の出口近傍位置、すなわち、配管８の入
口に配設した水温検知器２３により冷却水の温度を測定
し、測定した冷却水の温度が上限設定値（一般に、３５
℃）より高い時は、配管８，９の入出口に配設した弁１
８，１９を全閉に、バイパス配管１７に配設した弁２
０，２１を全開にし、これにより、高温の冷却水がバイ
パス配管１７へ流れて、冷水機４を流通しないように
し、水冷却装置自体の稼働を継続することができるよう
にするとともに、冷水機４の保護機器の故障を防止する
ようにする。なお、水温が下限設置値（一般に、２０
℃）より低い時も、同様に、冷却水がバイパス配管１７
へ流れて、冷水機４を流通しないようにし、冷水機４の
運転を停止させることにより、冷水機４の動力費の節約
を図ることができる。

【００２８】また、上記水冷却装置１は、共通の架台２
上に各機器を取り付けるようにしているので、配管接続
を標準化でき、設備機器の組み合わせや現地工事が容易
となり、制御盤等の電気工事を含む設備費を低廉にでき
る。

【００２９】以上、本発明の水冷却装置について、その
実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記
載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱
しない範囲において適宜その構成を変更することができ
るものである。

【００３０】

【発明の効果】本発明の水冷却装置によれば、共通の架
台上に、密閉式タワー、冷水機、シスターン及び冷却水
ポンプを配設し、密閉式タワー、冷水機及び冷却水ポン
プを配管で接続するとともに、冷水機と冷却水ポンプと
の配管途中にシスターンの配管を接続することにより、
配管接続を標準化でき、設備機器の組み合わせや現地工
事が容易となり、負荷側から送水される冷却水の温度
が、１５℃から６０℃以上の広範囲に変動する場合にお
いても、それに容易に対応することができる。これによ
り、負荷に応じた水冷却装置を容易に提供することがで
きるとともに、制御盤等の電気工事を含む設備費を低廉
にできる。

【００３１】また、密閉式タワーの両側に熱交換器を配
設し、その入口管同士及び出口管同士を接続するととも
に、入口管の分岐部と出口管の合流部の近傍位置を配管
により接続し、前記分岐部及び合流部の近傍位置及び入
口管の分岐部と出口管の合流部の近傍位置を接続する配
管に配設した弁を、冷却水の温度及び外気温により動作
させ、熱交換器への冷却水の流れを、一段冷却又は二段
冷却に選択的に切り換えるようにすることにより、冷却
水の温度及び外気温に応じて、熱交換器への冷却水の流
れを、一段冷却又は二段冷却に選択的に切り換えること
ができるので、効率的な冷却を行って、設備の動力費を
低減することができる。

【００３２】また、密閉式タワーの熱交換器への入出口
に弁を配設するとともに、該入出口を弁を配設したバイ
パス配管により接続し、前記各弁を、冷却水の温度及び
外気温により動作させ、熱交換器又はバイパス配管への
冷却水の流れを、調節するようにすることにより、冷却
水の温度及び外気温に応じて、密閉式タワーの送風機用
電動機及び散布水ポンプを停止させることができ、密閉
式タワーの動力費を低減することができる。

【００３３】また、冷水機への入出口に弁を配設すると
ともに、該入出口を弁を配設したバイパス配管により接
続し、前記各弁を、冷却水の温度により動作させ、冷水
機又はバイパス配管への冷却水の流れを、調節するよう
にすることにより、冷却水の温度が冷水機の入口におけ
る冷却水の温度の上限（一般に３５℃）を超えるとき
は、バイパス配管を介して冷却水を循環させることによ
り、水冷却装置自体の稼働を継続することができるとと
もに、冷水機の保護機器の故障を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水冷却装置の一実施例を示す説明図で
ある。

【図２】密閉式タワーの断面図である。

【図３】従来の冷水機とプレート式熱交換器を組み合わ
せた水冷却装置を示す説明図である。

【図４】従来の密閉式タワーと冷水機を組み合わせた水
冷却装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１水冷却装置２架台３密閉式タワー４冷水機４１冷却器５冷却水ポンプ６シスターン７〜１１配管１２，１７バイパス配管１３〜１６弁１８〜２１弁２２水温検知器２３水温検知器２４外気温サーモ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷側から送水される冷却水を、密閉式
タワー内の熱交換器において冷却し、さらに、冷水機で
冷却した後、冷却水ポンプを介して負荷側に送水するよ
うにした水冷却装置において、密閉式タワー、冷水機、
シスターン及び冷却水ポンプを共通の架台上に配設し、
密閉式タワー、冷水機及び冷却水ポンプを配管で接続す
るとともに、冷水機と冷却水ポンプとの配管途中にシス
ターンの配管を接続したことを特徴とする水冷却装置。
【請求項２】密閉式タワーの両側に熱交換器を配設
し、その入口管同士及び出口管同士を接続するととも
に、入口管の分岐部と出口管の合流部の近傍位置を配管
により接続し、前記分岐部及び合流部の近傍位置及び入
口管の分岐部と出口管の合流部の近傍位置を接続する配
管に配設した弁を、冷却水の温度及び外気温により動作
させ、熱交換器への冷却水の流れを、一段冷却又は二段
冷却に選択的に切り換えるようにしたことを特徴とする
請求項１記載の水冷却装置。
【請求項３】密閉式タワーの熱交換器への入出口に弁
を配設するとともに、該入出口を弁を配設したバイパス
配管により接続し、前記各弁を、冷却水の温度及び外気
温により動作させ、熱交換器又はバイパス配管への冷却
水の流れを、調節するようにしたことを特徴とする請求
項１又は２記載の水冷却装置。
【請求項４】冷水機への入出口に弁を配設するととも
に、該入出口を弁を配設したバイパス配管により接続
し、前記各弁を、冷却水の温度により動作させ、冷水機
又はバイパス配管への冷却水の流れを、調節するように
したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の水冷却
装置。