JP2003194492A - フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷却塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外気湿球温度が氷点近傍以下で開放式冷却塔
を用いて、冷却塔の充填板内にある程度氷結が発生して
いる状態でも効果的に冷却を行い、所望の循環冷却水出
口温度を得る。 【解決手段】 散水量を外気湿球温度に応じて設定し、
循環冷却水出口温度が上昇して第１目標値に達した時、
送風機２５の回転を逆方向に切換える。この送風機２５
の逆回転運転中、循環冷却水出口温度が急下降した後、
上昇し始め第２目標値に達すると、送風機２５の回転を
正回転運転に切り替える。この後、前記循環冷却水出口
温度が急激に低下し、設定値に達する。充填板１１での
氷結に伴い再び循環冷却水温度が上昇して循環冷却水出
口温度が第１目標値に達する毎に、送風機２５の逆転、
正転を１サイクルとして繰り返し行い、循環冷却水出口
温度を設定値近傍に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、フリークーリン
グにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法とこれに使
用される開放式冷却塔に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においては、冷却塔設置場所の外気
湿球温度が氷点近傍以下において冷却塔を運転する場
合、運転中であっても冷却塔の内部や外周部が凍結する
ことがある。開放式冷却塔では充填板やルーバが、密閉
式冷却塔では熱交換器内が凍結する。対策としては、形
式を密閉式として不凍液を含む循環冷却水を流し、所定
出口温度の冷却水を得ている。（例えば、本願の原出願
後に公開された特許文献１、び特許文献２参照）。

【０００３】

【特許文献１】特開２００２-２１３８９８号公報（段
落

【０００４】乃至段落

【００１７】）

【０００４】

【特許文献２】特開平４-２７０８９７号公報（段落

【００１１】）

【０００５】また、形式を開放式とした場合、空気取入
れ口にヒータを取付けるが、冷却のために加熱すること
になり、省エネルギー・省コストに反する。特に２４時
間連続運転する必要のある冷却塔では問題が顕著であ
る。一方冷却塔の運転方法の一態様として、例えば空調
設備において冷凍機の運転を停止して冷却塔のみを運転
し、冷却塔により低温となった冷却水を用いて冷房を行
うフリークーリング方法が採用されている。この方法は
外気湿球温度が低いとそれだけ冷却水の温度を降下させ
られる。そして冬期には冷却塔設置場所の外気湿球温度
が氷点下近傍においてこの冷却塔が運転がされることも
多い。そして厳寒地では、冷却水が流動していても冷却
塔塔内で凍るという現象も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記密閉式冷却塔の使
用に関して、不凍液が注入された循環冷却水が外気流と
直接接触しないため、循環冷却水が汚染される恐れはな
いが、前記不凍液の使用により冷却能力が充分に発揮さ
れない恐れがあるとともに、前記密閉式冷却塔は間接冷
却方式のため、熱交換効率が開放式に比べて悪く、イニ
シャルコストも高い。また、不凍液の注入に手間を要
し、そのメンテナンスコスト及びランニングコストが嵩
む。このため熱交換効率のよりよい開放式冷却塔を用い
た低温冷却水の製造方法が望まれている。

【０００７】しかし、外気湿球温度が氷点近傍以下で開
放式冷却塔を運転した場合には、開放式熱交換器である
波板状の充填板上に冷却水が氷結し始め、この氷結の進
行に伴い、通風量が減少し、前記冷却水の出口温度が上
昇する傾向をとり、開放式冷却塔を連続運転し所望の冷
却性能を発揮するには支障をきたす。この発明は、加熱
設備を改めて設置しなくとも氷結した氷を融解でき、冷
却塔を停止することなく連続運転でき、結果として安価
な開放式冷却塔を採用でき、省スペース・省コストで効
果的な冷却と、冷却塔の外気取り入れ口や充填板上にあ
る程度結氷が発生している状態でもほぼ所定の出口温度
の冷却水が得られる、フリークーリングにおける氷結時
の開放式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷
却塔を提供することを目的とする。この発明の他の目的
は、前記フリークーリングにおいて、散水量を外気湿球
温度パターンに応じて予め段階的に区分し設定してお
き、かつ、送風機の正逆回転を制御することで、効果的
な冷却と、冷却塔の外気取り入れ口や充填板間にある程
度結氷が発生している状態でも所定の出口温度の循環冷
却水が得られるフリークーリングにおける氷結時の開放
式冷却塔の運転方法とこれに使用される開放式冷却塔を
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却水を使用
して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングにおける氷
結時の開放式冷却塔の運転方法において、前記冷却塔の
送風機を回転数及び回転方向を制御可能とし、前記冷却
塔の設置場所周囲空気の外気湿球温度が氷点近傍以下で
あるとき、前記冷却塔に設けた上部水槽から充填板上へ
流す前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿
球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほ
ど散水量が少なくなるように前記上部水槽からの散水量
を設定し、 Ａ）前記冷却塔の冷却水出口温度を設定値に保つように
前記送風機の正回転回転数を制御するステップ。 Ｂ）この後、前記充填板上での氷結により、冷却水出口
温度が上昇して設定値より少し高目に設定された第１目
標値に達したとき、前記送風機を正回転から逆回転に切
換えるステップ。 Ｃ）次いで、前記送風機の逆回転中、冷却水出口温度
が、一旦降下後に再び上昇して、前記設定値より高く、
前記第１目標値より少し低めに設定された第２目標値に
達したときに、前記送風機を逆回転から正回転に切換え
るステップ。前記充填板上での氷結状態による冷却水出
口温度の変化に伴い、前記Ａ）乃至Ｃ）のステップを繰
り返すことを特徴とするフリークーリングにおける氷結
時の開放式冷却塔の運転方法しとしてある。前記冷却負
荷の冷却とは、冷房のほか、液体の冷却、物品の保管、
発熱機器の冷却を含む。前記冷却塔のみを運転すると
は，冷熱供給の熱源として冷却塔系統のみを採用し、他
の熱源例えば冷凍機からの冷水系統による冷却によらず
に冷却負荷の冷却運転をすることを意味する。冷却塔系
統（配管系）にはポンプ，水処理装置，冷却配管に付設
された自動弁などの付属機器を含むが、これら機器も当
然に冷却塔とともに運転される。前記氷点近傍とは、水
の凍る温度である湿球温度０℃を基準としたその近傍の
温度を意味し、前記氷点近傍以下とはその範囲の温度以
下の外気湿球温度を指す。前記氷点近傍以下の外気湿球
温度の範囲は、例えば−１０℃乃至+１℃の範囲とす
る。例えば外気湿球温度０℃になることを予測して若干
高い外気湿球温度（１．５℃など）で本件発明の運転方
法を開始したり、あるいは水の過冷却などの現象があり
外気湿球温度−０．５℃以下で運転を始めても良い場合
もある。

【０００９】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記充填板上への前記上
部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度
に応じて、数段階に区分し設定しておき、外気湿球温度
が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少な
く段階的に設定することを特徴とする。このように循環
冷却水の散水量を段階的に設定することは、ポンプ、送
風機のモータのハンチングを防止する上から好ましい。

【００１０】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記送風機の正回転時間
を逆回転時間より長く設定し、外気湿球温度との関係か
ら１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とするこ
とを特徴とする。このように前記送風機の正回転時間を
逆回転時間より長く設定し、外気湿球温度との関係から
１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とすること
で、外気湿球温度が低めの場合には１サイクルの時間を
長めに取り、氷の融解を促進し、外気湿球温度が高めの
場合には１サイクルの時間を短めに取り、冷却塔本体内
に充分な風量を得にくい逆転時間をやたらに長くするこ
とは冷却塔の本来の機能を殺すこととなり、正回転時間
を充分に取り、前記冷却塔の本来の冷却性能を従来のも
のに比べ大幅に低下することなく、前記冷却性能を発揮
する。

【００１１】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記充填板内の空気通路
の氷結による閉塞率を平均４０％乃至８０％として、前
記開放式冷却塔を運転することを特徴とする。このよう
な氷による閉塞状態でも送風機の正、逆転運転により所
望出口温度の循環冷却水を得る。ここで、前記閉塞率と
は、外気取り入れ部近傍で充填板の空気通路全正面面積
に対する氷により閉塞される空気通路正面面積の比率を
示し、視覚的に認定する場合と、前記送風機に設けたモ
ータの定格電流に対する負荷電流値の比率で示され、電
流計で計測されることが例示できる。

【００１２】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における氷結による送風機の駆動
モータの送風抵抗を負荷電流として測定し、この負荷電
流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信
号と前記出口温度の上限値を越えた場合の測定信号のオ
ア信号を前記送風機の停止及び逆転指令信号とし、前記
負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の
測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定信号
のオア信号により前記送風機の回転方向を正転に戻すこ
とが望ましい。

【００１３】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記外気湿球温度がそれ
ぞれの段階の外気湿球温度を越える変動があったとき
は、そのときの外気湿球温度に対応した予め定められた
散水量に変化させるものとしてある。

【００１４】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記設定された散水量の
各区分の範囲で、その区分内の設定された散水量に応じ
て水膜を充填板上に形成する。その際、前記出口温度の
変化に基づいて前記送風機のモータの回転数、その正逆
回転を前記散水量と連動して制御する。

【００１５】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における外気湿球温度を−１０℃
乃至+１℃の範囲で、少なくとも３段階、好ましくは５段
階に区分し、各区分における外気湿球温度の範囲内にお
いて予め前記散水量を所定値に設定し、冷却水の充填板
上に完全結氷することを阻止する。

【００１６】前記課題を解決するために、この発明の開
放式冷却塔の運転方法における前記散水量の変更によ
り、散水状態例えば散水域を調整し、冷却水の充填板上
に完全結氷することを阻止する。

【００１７】前記課題を解決するために、関連発明は、
開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点近傍以下に
おいて開放型冷却塔のみを運転して得られる冷却した循
環冷却水を用いるフリークーリングに使用する開放式冷
却塔とし、前記循環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出
する温度センサーと、前記循環冷却水系の冷却塔の出口
温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記
冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この
冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対
湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に送風機が設置され、この送風機の
モータは可変速制御型で、その回転方向が正逆回転可能
のものとし、前記循環冷却水系に配置された循環ポンプ
のモータは可変速制御型としてあり、データ演算部に
は、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計およ
び、温度計が電気的に接続され、更に前記冷却水の散水量
を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど散水量
を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なくなるよ
うに散水量を連続的に設定する散水量設定部が設けてあ
り、前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍にお
いて、この冷却塔の出口温度の設定値と、この設定値を
境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりや
や高めの目標値が設定される温度設定部と共に、前記デ
ータ演算部には、更に前記出口温度に応じた前記送風機
の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が
各々設けてあり、このデータ演算部により前記出口温度
に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共
にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテ
ーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算
部とモータ用駆動制御回路とに電気的に接続されている
ことを特徴とする開放式冷却塔としてある。

【００１８】前記課題を解決するために、関連発明は、
開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点近傍以下に
おいて冷却塔のみを運転して得られる冷却した循環冷却
水を用いるフリークーリングに使用する開放式冷却塔と
し、前記循環冷却水系の入口温度を検出する温度センサ
ーと、前記循環冷却水系の出口温度を検出する温度セン
サーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気
湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部
近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測
定する温度計が各々設置され、前記冷却塔の排気口に送
風機が設置され、この送風機のモータは可変速制御型で
その回転方向が正逆回転可能のものとし、前記循環冷却
水系に配置された循環ポンプのモータは可変速制御型と
してあり、データ演算部には、少なくとも前記温度セン
サーと、相対湿度計および、温度計が電気的に接続され、
前記充填板上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水
量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿
球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量
を少なく段階的に設定する散水量設定部と、前記出口温
度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予
め設定される設定部とが各々設けてあり、このデータ演
算部により前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポ
ンプのモータの回転数を制御し、前記段階的に設定され
ている数区分の散水量のうち対応する区分の散水量を選
択し、更に前記出口温度に基づいて前記送風機のモータ
の回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に
設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する
制御部が前記データ演算部と各モータ用駆動制御回路と
に電気的に接続されていることを特徴とする開放式冷却
塔としてある。

【００１９】前記課題を解決するために、関連発明は、
開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点下近傍にお
いて冷凍機の運転を停止し、冷却塔のみを運転して得ら
れる冷却した循環冷却水を間接的に用いるフリークーリ
ングに使用する開放式冷却塔とし、前記循環冷却水系の
冷却塔の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環
冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが
設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温
度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の
相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する
温度計が各々設置され、前記冷却塔の排気口に設けられ
た送風機のモータは可変速制御型でその回転方向が正逆
回転可能のものとし、前記循環冷却水系に配置された循
環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、データ演
算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計
および、温度計が電気的に接続され、前記充填板上への前
記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球
温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量
を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設
定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた前記送風
機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部
とが各々設けてあり、このデータ演算部により前記外気
湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプのモータの回転
数を制御し、前記段階的に設定されている数区分の散水
量のうち対応する区分の散水量を選択し、更に前記出口
温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御する
と共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイ
ムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ
演算部と各モータ用駆動制御回路とに電気的に接続され
ていることを特徴とする開放式冷却塔としてある。前記
氷点下近傍とは、氷点下すなわち湿球温度０℃を下回る
外気湿球温度の範囲に加え、氷点近傍の外気湿球温度を
含む。具体的には外気湿球温度１℃以下を指す。

【００２０】なお、前記送風機の正回転から逆回転への
切換えにおいて、正回転から停止までにかける時間、停
止状態の継続時間、および停止から定常逆回転までにか
ける時間を各々タイマにより設定し、 前記送風機の逆
回転から正回転への切換えにおいて、定常逆回転から停
止までにかける時間、停止状態の継続時間、および停止
から定常正回転までにかける時間を各々タイマにより設
定することが好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１ この形態は請求項８、９記載の開放式冷却塔の発明の代
表的な実施の形態である。図１において、Ａは直交流型
の開放式冷却塔を示し、上部水槽１０の下方に、合成樹
脂製の波板からなる充填板１１が前記冷却塔Ａ内に装填
されている。この充填板１１上に散布された循環冷却水
を受ける下部水槽１３の落とし込み水槽１４は、冷却負
荷としての空調装置に冷却水配管され、フリークーリン
グ時に冷凍機を介すことなく空調装置に連なる熱交換器
（図示せず）に選択的に連通可能としてある。前記フリ
ークーリング時に循環冷却水は前記熱交換器に供給され
た空調装置側の冷水(二次側循環冷却水)と間接或いは直
接に接触し、これを冷却した後は前記上部水槽１０に供
給され、外気流と直接接触して再び冷却され、循環して
使用される循環冷却水系が構成されている。

【００２２】前記循環冷却水系の冷却塔出口温度を検出
する温度センサー１６が設けてあると共に、前記冷却塔
Ａの設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却
塔Ａの外気取り入れ部１７近傍の相対湿度を測定する相
対湿度計１８と、乾球温度を測定する乾球温度計１９が
それぞれ設置されている。前記循環冷却水系の戻り管２
０には前記循環冷却水流量を測定する流量計２１が設置
されている。前記流量計２１で検出された循環冷却水の
流量と設定値との差を求め、その差に基づいて循環ポン
プＰのモータは回転数を増減する装置、例えばインバー
タを使用し、インバータ回路２２の周波数を増減する流
量調節器（図示せず）が設けてある。データ演算部２７
には、少なくとも前記センサー１６と、相対湿度計１８
と、乾球温度計１９と流量計２１が電気的に接続されて
いるとともに、相対湿度計１８の測定値と乾球湿度計１
９の測定値とをもとに湿球温度を求める演算機構を有
し、前記冷却塔Ａの設置場所での外気湿球温度が０℃以
下であるとき、この冷却塔Ａの循環冷却水出口温度の設
定値ｔ２℃、この設定値より高めの第１目標値ｔ４℃及
び前記設定値より高く前記第１目標値より少し低めに第
２目標値ｔ３℃が予め設定されている。

【００２３】また、前記外気取り入れ部１７から充填板
１１を通り、この充填板１１の表面上を流下する循環冷
却水との直接接触で循環冷却水を冷却した外気流を混合
室２３を通して排気口２４から前記冷却塔Ａ外に排気す
るための送風機２５がこの排気口２４に設置されてい
る。この送風機２５は回転数を増減する装置、例えばイ
ンバータを使用し、インバータ回路２６によりモータを
駆動制御されるとともに、その回転方向を正逆回転制御
される方式のものとしてある。なお、このモータはギア
ドモータまたはギアボックスを敷設したモータであるこ
とが好ましい。

【００２４】更に、前記充填板１１上への前記上部水槽
１０からの循環冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に
応じて、データ演算部２７に記憶されたプログラムのパ
ラメータとして、数段階に区分し、外気湿球温度が低い
程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく、階
段状に制御されるよう予め設定してある（図２）。好ま
しくは、前記外気湿球温度を−１０℃〜＋１℃の範囲
で、前記散水量を５段階に区分し、各区分における外気
湿球温度の範囲内において予め前記散水量を所定値に設
定する。前記外気湿球温度がそれぞれの段階の外気湿球
温度を越える変動があったときは、そのときの外気湿球
温度に対応した予め定められた散水量に変化させる。前
記データ演算部２７には、このデータ演算部２７により
演算された結果に基づいて前記モータのインバータ回路
２２の周波数を増減し、各モータの回転数を制御すると
ともに、前記送風機２５の回転方向を正、逆回転制御す
る制御部２８が接続されている。またデータ演算部２７
は循環ポンプＰの回転数を制御するためのインバータ回
路２６の周波数の増減も行い、前記制御部２８を前記イ
ンバータ回路２２と共有している。

【００２５】前記のように構成した開放式冷却塔の作用
を、請求項１乃至３、６記載のフリークーリングにおけ
る氷結時の開放式冷却塔の運転方法の発明の代表的な実
施の形態と併せて説明する。前記冷却塔Ａ内で氷結が起
きたときには、この冷却塔Ａの送風機２５を逆回転させ
て循環冷却水自身の温熱や送風機２５のモータの熱を氷
結個所に送って氷を融解する。

【００２６】更に詳述すれば、冷却塔Ａの外気取り入れ
部１７近傍の外気相対湿度と乾球温度を前記湿度計１８
および前記温度計１９により測定し、これら測定値を前
記データ演算部２７に入力し、これら測定値に基づいて
外気湿球温度を演算して求める。この求められた外気湿
球温度がフリークーリング可能温度以下の場合には、前
記冷凍機の運転を停止し、この冷却塔Ａを運転して、前
記フリークーリングを行う。その運転パターンは図３の
通りである。前記データ演算部２７にこの冷却塔Ａの循
環冷却水出口温度の設定値ｔ２、この設定値よりやや高
めの第１目標値ｔ４及び前記設定値より高く前記第１目
標値より少し低めに第２目標値ｔ３を予め設定する。さ
らに前記データ演算部２７に、充填板１１上への上部水
槽１０からの循環冷却水の散水量を、前記湿球温度に応
じて、数段階に区分し設定しておき、湿球温度が低い程
水量を多く、湿球温度が高い程水量を少なく、５段階に
予め設定する（図２参照）。前記冷却塔Ａの運転開始時
点の前記冷却塔Ａの設置場所の外気湿球温度を氷点近傍
以下、例えば１℃とする。

【００２７】この際、求められた外気湿球温度に対応し
た散水量の区分が前記設定された数区分のうちから選択
され、この選択された区分の散水量になるように、循環
ポンプＰ用のインバータ回路２２に制御部２８から指令
信号が発せられ、このインバータ回路２２の周波数を変
更し、循環ポンプＰのモータの回転数を調整し、循環冷
却水の散水量を選択された区分の数値とする。図２に例
示したものは２℃刻みで散水量を設定してある。この選
択後の散水量の流量は前記流量計２１により常時測定さ
れ、同一区分での散水量の変動を監視し、インバータ回
路２２の周波数をフィードバック制御する。

【００２８】前記区分を選択し、散水量を設定値に設定
した後、前記出口温度に応じて送風機２５のインバータ
回路２６に制御部２８から指令信号が発せられ、このイ
ンバータ回路２６の周波数制御と送風機２５の正逆転制
御を下記の通り行う（図３参照）。前記単一の区分内毎
の湿球温度範囲では、予めそれぞれ設定されている前記
散水量を維持した状態において、冷却水出口温度を設定
値に保つようにインバータ回路２６の周波数制御によ
り、送風機２５の正転回転数を制御する。前記充填板１
１上での氷結に伴い空気通路の閉塞が進み、送風機２５
の回転数が増加し、定常回転数に達しても前記出口温度
が上昇する。この温度の上昇は、冷却塔の外周部すなわ
ち外気取り入れ部１７の近傍で氷結が起こり、被冷却水
に対して冷却熱源となる屋外空気の取り入れが妨げられ
るためである。そして前記出口温度が前記設定値より少
し高めの第１目標値に達するまでは冷却塔Ａに設けた送
風機２５を正回転運転し続ける。この後、前記出口温度
が前記第１目標値に達した時に、前記送風機２５の回転
を、正回転から所定時間かけ停止する（図３の符号Ａ参
照）。停止状態を所定時間継続する（図３の符号Ｂ参
照）。

【００２９】前記所定停止時間終了後、前記送風機２５
を低速逆回転で運転開始し、所定時間かけて定常逆回転
まで増速する（図３の符号Ｄ参照）。冷却塔の側方（ル
ーバ１２）から外気を取入れ、前記排気口２４から排気
していた運転であったものが、空気流れを逆方向にした
運転となる。すなわち、それまで外気取り入れ口に最も
近かった部位は熱交換後の暖気の吐出口に最も近い部位
になる。散水は停止していないため、冷却負荷で加熱さ
れた冷却水の温熱と冷却塔の送風機２５のモータ発熱と
が相俟って、氷結部であるルーバ１２側の充填板に暖気
を送り、当該個所の氷結を融解することになる。

【００３０】この送風機２５の逆回転運転中、前記出口
温度が急降下した後、再び上昇する。ここでは冷却塔の
内周部すなわち混合室２３の近傍の部位で氷結が起こ
る。その際前述のように屋外空気の導入が不足し、これ
を補償すべく送風機２５の回転数を予め設定した設定値
に従って増加させるが、なお温度が上昇し前記第２目標
値に達した時に、前記送風機２５の回転を逆回転から設
定された所定時間かけて停止する（図３の符号Ｅ参
照）。停止状態を設定された所定時間継続する（図３の
符号Ｆ参照）。前記所定停止時間終了後、前記送風機２
５の回転を低速正回転で運転開始し、設定された所定時
間かけて定常正回転するまで増速する（図３の符号Ｈ参
照）。

【００３１】この後、前記出口温度が急激に低下し、設
定値に達する。再び前記充填板１１での氷結に伴い前記
出口温度が上昇し、前記第１目標値に達する毎に前記送
風機２５の停止、逆転、停止、正転を１サイクルとして
繰り返し行い、前記出口温度を設定値近傍に維持する。
このような運転中に、前記外気湿球温度が０℃から例え
ば−４℃に低下した場合には、使用中の区分を変更し、
０℃の場合より散水量が多めに予め設定してある−４℃
に対応する区分を使用し、この新たに指定された区分の
散水量を充填板１１上に散布し、前記同様の運転を行
う。なお、当初から前記外気湿球温度が氷点下のある温
度例えば−４℃であれば、この−４℃に対応する区分を
選択し、前記同様の運転を行うこともある。

【００３２】実施の形態２ この形態は、請求項７記載の開放式冷却塔の代表的な実
施の形態であり、実施の形態１と異なる構成は、データ
演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相対湿度
計および、温度計が電気的に接続され、更に前記冷却水の
散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低いほど
散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が少なく
なるように散水量を連続的に設定する散水量設定部が設
けてあり、実施の形態１と異なる作用は循環冷却水の散
水量の設定は、前記外気湿球温度に応じて、外気湿球温
度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少
なく、連続的に予め設定する(請求項１記載の発明の代
表的な実施の形態に対応)。その他は実施の形態１と同
じである。

【００３３】実施の形態３ この形態は、請求項４乃至５記載の発明の代表的な実施
の形態であり、実施の形態１と異なる構成は充填板１１
上における氷結による空気通路の閉塞率を４０％乃至８
０％として、前記冷却塔Ａの運転を行う。具体的には、
空気通路の閉塞率の下限、上限が所定の率、例えば４０
％、８０％で前記冷却塔Ａの送風機２５の運転状態を変
更する。より好ましくは、前記送風機２５の送風抵抗を
前記モータの負荷電流として測定し、この負荷電流が氷
結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と、
循環冷却水出口温度が第１目標値を超えた場合の測定信
号のオア信号を正回転から逆回転への指令信号とし、前
記送風機２５を正回転から逆回転にする。前記負荷電流
が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号
と前期出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信
号により前記送風機２５の回転方向を正転に戻す。以上
のようにすることにより、所定出口温度の安定化が図ら
れ前記冷却塔の運転の確実性が増す。その他は実施の形
態１と同様である。このようにして前記外気湿球温度が
０℃以下での充填板１１上及び外気取り入れ口１７での
氷結による空気通路の密閉を回避しながら循環冷却水の
出口温度を設定値にほぼ維持し、所望温度の冷却水を供
給する。また冷却塔は開放式冷却塔で送風機があれば型
式を問わず実施でき、向流型にももちろん適用できる。
なお、前記循環冷却水の供給先は空調装置、冷却装置、
保管・保存装置、その他５℃乃至１０℃程度の冷熱を必
要とする設備であり、空調装置（図示せず）としては熱
交換器を介さずに空調機やファンコイルユニットに配管
を通じて連通することもある。

【００３４】

【発明の効果】請求項１乃至６記載の運転方法の発明に
おいて、散水量を外気湿球温度により変化するよう設定
し、送風機の回転数及び回転方向を制御することで、冷
却塔の外気取り入れ口や充填板上にある程度氷結が発生
している状態でも効果的な冷却が可能となり、所望の冷
却水出口温度を得ることができる。また、前記冷却塔を
運転できる外気湿球温度の範囲を拡大でき、この開放式
冷却塔を北海道、東北、北陸などの厳冬地でも使用する
ことができる。

【００３５】殊に請求項２記載の発明においては、前記
フリークーリング時に散水量を温度パターンに応じて段
階的に区分し設定し、かつ、送風機の回転方向を制御す
ることで、ポンプ、送風機のモータのハンチングを防止
できると共に、効果的な冷却と、冷却塔の外気取り入れ
口や充填板間にある程度氷結が発生している状態でも目
標値の冷却水出口温度を得ることが出来る。また、前記
冷却塔が運転できる外気湿球温度の範囲を拡大でき、こ
の開放型冷却塔を北海道、東北、北陸などの厳冬地でも使
用することができる。なお、前記送風機の駆動モータ及
び冷却水循環ポンプの駆動モータを、前記外気湿球温度
に基づいてインバータ制御することで、前記外気湿球温
度の変化に応答して、確実にこれらモータを制御でき、前
記効果をより顕著に発揮できる。

【００３６】殊に請求項３記載の発明においては、前記
送風機の正回転時間を逆回転時間より長く設定すること
により、外気湿球温度が低めの場合には１サイクルの時
間を長めに取り、氷の融解を促進し、外気湿球温度が高
めの場合には１サイクルの時間を短めに取り、冷却塔本
体内に充分な風量を得にくい逆転時間をやたらに長くす
ることは本来の冷却塔の機能を殺すこととなり、正回転
時間を充分に取り、前記冷却塔の本来の冷却性能を汎用
の物に比べ大幅に低下することなく、前記冷却性能を発
揮することができる。

【００３７】請求項４記載の発明においては、前記充填
板内の空気通路の氷結による閉塞率を平均４０％乃至８
０％として、前記開放式冷却塔を運転することにより、
氷による閉塞状態を許容しながら送風機の正、逆転運転
により所望出口温度の循環冷却水を得ることができると
共に、冷却塔の運転を適切に自動化できる。請求項５記
載の発明においては、氷結による送風機の駆動モータの
送風抵抗を負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以
上の場合の測定信号と前記出口温度の上限値を越えた場
合の測定信号のオア信号が前記送風機の停止及び逆転指
令信号とし、前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相
当値以下の場合の測定信号と前記出口温度の設定値以下
の場合の測定信号のオア信号により前記送風機の回転方
向を正転に戻すことにより、氷結が解凍することに伴い
循環冷却水を効率よく冷却し、氷結をある程度許容した
状態で、前記効果を発揮できる。

【００３８】請求項６記載の発明においては、前記設定
された散水量の各区分の範囲で、前記出口温度の変化に
基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共に
その回転方向を正逆回転制御するものとすることによ
り、外気湿球温度の変化にかかわらず、常に所定の出口
温度をフリークーリングにおいて得ることが出来る。

【００３９】請求項７記載の開放式冷却塔の発明におい
ては、請求項１乃至６記載の運転方法を実施でき、その
効果を発揮できる。請求項８記載の開放式冷却塔の発明
においては、請求項２乃至６記載の運転方法を実施で
き、その効果を発揮できる。請求項９記載の開放式冷却
塔の発明においては、請求項２乃至６記載の運転方法を
実施でき、その効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の全体を示す概略図である。

【図２】図１における散水量の制御パターンを示す概略
図である。

【図３】図１における送風機の運転パターン概略図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 開放式冷却塔 Ｐ 循環ポンプ １０ 上部水槽 １１ 充填板 １２ ルーバ １５、１６ 温度センサー １８ 相対湿度計 １９ 乾球温度計 ２１ 流量計 ２２、２６ インバータ回路 ２３ 混合室 ２５ 送風機 ２７ データ演算部 ２８ 制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000191319 新菱冷熱工業株式会社 東京都新宿区四谷２丁目４番地 (71)出願人 000169499 高砂熱学工業株式会社 東京都千代田区神田駿河台４丁目２番地８ (71)出願人 390018474 新日本空調株式会社 東京都中央区日本橋本石町４丁目４番20号 三井第二別館 (72)発明者 塚田 亮 北海道札幌市厚別市厚別北３条５丁目17− 17 (72)発明者 藤沢 功 神奈川県小田原市飯田岡39 (72)発明者 黒澤 三善 茨城県龍ヶ崎市久保台２−４−６ (72)発明者 橋本 晋 北海道札幌市中央区南15条西９丁目−２− ５−503 (72)発明者 鳥井 和隆 北海道札幌市西区二十四軒３条２丁目８− ６−301 (72)発明者 小宮 重次郎 神奈川県藤沢市本藤沢５−６−８ 株式会 社荏原シンワ藤沢工場内 (72)発明者 沼田 文雄 神奈川県藤沢市本藤沢５−６−８ 株式会 社荏原シンワ藤沢工場内 (72)発明者 菊池 雄二 神奈川県藤沢市本藤沢５−６−８ 株式会 社荏原シンワ藤沢工場内 (72)発明者 國近 成信 東京都中央区八丁堀４−２−２ 株式会社 荏原シンワ内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却
   水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングに
   おける氷結時の開放式冷却塔の運転方法において、 前記冷却塔の送風機を回転数及び回転方向を制御可能と
   し、 前記冷却塔の設置場所周囲空気の外気湿球温度が氷点近
   傍以下であるとき、前記冷却塔に設けた上部水槽から充
   填板上へ流す前記冷却水の散水量を、設置場所周囲空気
   の外気湿球温度が低いほど散水量を多く、外気湿球温度
   が高いほど散水量が少なくなるように前記上部水槽から
   の散水量を設定し、 Ａ）前記冷却塔の冷却水出口温度を設定値に保つように
   前記送風機の正回転回転数を制御するステップ。 Ｂ）この後、前記充填板上での氷結により、冷却水出口
   温度が上昇して設定値より少し高目に設定された第１目
   標値に達したとき、前記送風機を正回転から逆回転に切
   換えるステップ。 Ｃ）次いで、前記送風機の逆回転中、冷却水出口温度
   が、一旦降下後に再び上昇して、前記設定値より高く、
   前記第１目標値より少し低めに設定された第２目標値に
   達したときに、前記送風機を逆回転から正回転に切換え
   るステップ。 前記充填板上での氷結状態による冷却水出口温度の変化
   に伴い、前記Ａ）乃至Ｃ）のステップを繰り返すことを
   特徴とするフリークーリングにおける氷結時の開放式冷
   却塔の運転方法。
2. 【請求項２】前記充填板上への前記上部水槽からの循環
   冷却水の散水量を、前記外気湿球温度に応じて、数段階
   に区分して設定しておき、外気湿球温度が低い程水量を
   多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に設定
   することを特徴とする請求項１記載のフリークーリング
   における氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
3. 【請求項３】前記送風機の正回転時間を逆回転時間より
   長く設定し、外気湿球温度との関係で１サイクルの合計
   時間を約２０分から６０分とすることを特徴とする請求
   項１又は２記載のフリークーリングにおける氷結時の開
   放式冷却塔の運転方法。
4. 【請求項４】前記充填板内の空気通路の氷結による閉塞
   率を平均４０％乃至８０％として，前記開放式冷却塔を
   運転することを特徴とする請求項１、２又は３記載フリ
   ークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方
   法。
5. 【請求項５】氷結による送風機の駆動モータの送風抵抗
   を負荷電流として測定し、この負荷電流が氷結による閉
   塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と前記出口温度
   の上限値を越えた場合の測定信号のオア信号を前記送風
   機の停止及び逆転指令信号とし、 前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場
   合の測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定
   信号のオア信号により前記送風機の回転方向を正転に戻
   すことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載フリー
   クーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転方法。
6. 【請求項６】前記設定された散水量の各区分の範囲で、
   前記出口温度の変化に基づいて前記送風機のモータの回
   転数を制御すると共にその回転方向を正逆回転制御する
   ものとすることを特徴とする請求項２、３又は４記載の
   フリークーリングにおける氷結時の開放式冷却塔の運転
   方法。
7. 【請求項７】開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却
   水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングに
   使用する開放式冷却塔とし、前記循環冷却水系の冷却塔
   の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水
   系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けて
   あると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求
   めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿
   度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計
   が各々設置され、前記冷却塔の排気口に送風機が設置さ
   れ、この送風機のモータは可変速制御型で、その回転方
   向が正逆回転可能のものとし、前記循環冷却水系に配置
   された循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、
   データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相
   対湿度計および、温度計が電気的に接続され、更に前記冷
   却水の散水量を、設置場所周囲空気の外気湿球温度が低
   いほど散水量を多く、外気湿球温度が高いほど散水量が
   少なくなるように散水量を連続的に設定する散水量設定
   部が設けてあり、前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷
   点下近傍において、この冷却塔の出口温度の設定値と、
   この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び
   設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部と
   共に、前記データ演算部には、更に前記出口温度に応じ
   た前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定さ
   れる設定部が各々設けてあり、このデータ演算部により
   前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を
   制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されて
   いるタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前
   記データ演算部とモータ用駆動制御回路とに電気的に接
   続されていることを特徴とする開放式冷却塔。
8. 【請求項８】開放式冷却塔のみを運転して得られる冷却
   水を使用して冷却負荷の冷却を行うフリークーリングに
   使用する開放式冷却塔とし、前記循環冷却水系の冷却塔
   の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水
   系の冷却塔の出口温度を検出する温度センサーが設けて
   あると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求
   めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿
   度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計
   が各々設置され、前記冷却塔の排気口に送風機が設置さ
   れ、この送風機のモータは可変速制御型でその回転方向
   が正逆回転可能のものとし、前記循環冷却水系に配置さ
   れた循環ポンプのモータは可変速制御型としてあり、 データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相
   対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板
   上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記
   外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低
   い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段
   階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた
   前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定され
   る設定部とが各々設けてあり、 このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づい
   て前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階
   的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分
   の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送
   風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を
   前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆
   回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆
   動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とす
   る開放式冷却塔。
9. 【請求項９】開放型冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷
   点下近傍において冷凍機の運転を停止し、冷却塔のみを
   運転して得られる冷却した循環冷却水を間接的に用いる
   フリークーリングに使用する開放式冷却塔とし、前記循
   環冷却水系の冷却塔の入口温度を検出する温度センサー
   と、前記循環冷却水系の冷却塔の出口温度を検出する温
   度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所
   の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り
   入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温
   度を測定する温度計が各々設置され、 前記冷却塔の排気口に設けられた送風機のモータは可変
   速制御型でその回転方向が正逆回転可能のものとし、 前記循環冷却水系に配置された循環ポンプのモータは可
   変速制御型としてあり、 データ演算部には、少なくとも前記温度センサーと、相
   対湿度計および、温度計が電気的に接続され、前記充填板
   上への前記上部水槽からの循環冷却水の散水量を、前記
   外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低
   い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段
   階的に設定する散水量設定部と、前記出口温度に応じた
   前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定され
   る設定部とが各々設けてあり、 このデータ演算部により前記外気湿球温度範囲に基づい
   て前記循環ポンプのモータの回転数を制御し、前記段階
   的に設定されている数区分の散水量のうち対応する区分
   の散水量を選択し、更に前記出口温度に基づいて前記送
   風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を
   前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆
   回転制御する制御部が前記データ演算部と各モータ用駆
   動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とす
   る開放式冷却塔。