JP2004176955A - Fluid cooling system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱媒体を冷却して利用側へ供給するためのチラー装置などに使用されるのに適した流体冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体製造装置などの利用側との間でブライン(熱媒体)を冷却しながら循環的に供給するためのブライン供給装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このブライン供給装置においては、圧縮機、凝縮機、膨張弁、及び蒸発器などから構成される冷凍機が使用されるのが一般であるが、最近はこの冷凍機と共に又はこの冷凍機に代えて工業用水などの冷却水を利用した熱交換器によりブラインを冷却するようにした装置も知られている。
【特許文献1】
特開2002−54852号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
図2は、従来の冷却水を利用した熱交換器を使用してブラインを冷却するようにしたブライン供給装置を説明するための概念図である。図2において、1は半導体製造装置などの熱負荷側において使用されたブラインが冷却のために戻される戻り流路、2は外部からの冷却水(例えば、平均的な温度が約20〜28℃の工業用水)を使用して前記ブラインを予め決められた目標温度に冷却するための熱交換器、3は前記熱交換器2で目標温度に冷却されたブラインを再び熱負荷側に供給するための送り流路、4は外部からの冷却水(工業用水)を前記熱交換器2に導入するための冷却水導入流路、5は前記熱交換器2で使用された冷却水を外部に排出するための冷却水排出流路、6は前記熱交換器2からのブラインの温度を測定するための温度センサ、7は前記温度センサ6からの出力に基づいて前記冷却水導入流路4を介して外部から導入される冷却水の流量を調節するための制御弁(例えばモーターバルブ)、である。
【0004】
図2の装置においては、前記熱交換器2は、熱負荷側から戻された使用済みのブラインと、外部からの冷却水とが互いに対向する方向に流れるように構成されている。また、前記制御弁7は、前記熱交換器2からのブラインの温度を測定する温度センサ6からの出力に基づいて、前記冷却水導入流路4を流れる外部からの冷却水の流量を調節し、これにより前記熱交換器2の冷却能力を可変させるようにしている(PID制御など)。
【0005】
ところで、図2に示すような従来の熱交換器2では、前記冷却水導入流路4を流れる外部からの冷却水の温度(冷却水入口温度)と前記熱交換器2からのブラインの出口側測定温度(又はブラインの目標温度)との間の温度差が大きくなればなるほど、熱交換器2に導入すべき外部からの冷却水の流量は、少なくなってしまう(熱量(W)=物質の重量×比熱×温度差/0.86)。例えば、前記温度差が60℃(500W)の場合は、前記熱交換器2に導入すべき冷却水の流量は、例えば0.1リットル/分程度の少量となってしまう。このように、熱交換器2に導入すべき冷却水の流量が少なくなってしまうと、熱交換器2内の冷却水の流れが(熱交換器2の内容積などにより)遅くなってタイムラグが大きくなり制御性が悪くなってしまうという問題や、小流量の制御に対応できる制御弁が必要になってしまう場合があるという問題がある。
【0006】
また、前記冷却水導入流路4を流れる外部からの冷却水の温度(入口温度)と前記熱交換器2からのブラインの出口側測定温度(又はブラインの目標温度)との間の温度差の幅が大きいと、前記熱交換器2に導入すべき冷却水の流量の変動幅も大きくなってしまい、例えば、前記温度差の幅が60℃〜6℃(500W〜1,250W)である場合は、前記熱交換器2に導入すべき冷却水の流量の変動幅は、例えば0.1リットル/分〜3.0リットル/分程度(約1対30の流量比)となってしまう。このように、前記熱交換器2に導入すべき冷却水の流量の変動幅が大きくなってしまうと、導入すべき冷却水の流量が多い場合に適したバルブだけでは導入すべき(少量ずつの細かい制御には適していないため)冷却水の流量が少ない場合に対応できず、逆に、導入すべき冷却水の流量が少ない場合に適したバルブだけでは(少量の流量しか送れないため)導入すべき冷却水の流量が多い場合に対応できない(そのため複数台のバルブを設置することが必要になってしまう)という問題、すなわち、一台のバルブだけでは熱交換器2へ導入されるべき冷却水の適切な流量制御ができないという問題がある。
【0007】
また、前記ブライン供給装置の運転を停止してメンテナンスに移行する場合は、例えばブラインの温度が80℃などの高温のままではメンテナンスができないので、ブラインを含む装置全体の温度を短時間内に降温させることが必要であるが、前記の導入すべき冷却水の流量が少ない場合に適したバルブ(例えば、3リットル/分程度の流量しか流せないようなバルブ)だけを設置している場合は、前記降温のための十分な冷却水を流すことができず、降温時間が長くなって装置の稼動効率が低下してしまうという問題がある(他方、これを防ぐために複数台のバルブを設置しようとするときは、装置の製造・運用コストが増大してしまう)。
【0008】
さらに、図2の装置では、前述のように、熱交換器2内を流れるブラインと冷却水とが互いに対向する方向に流れているので、例えば、熱交換器2に流入するブラインの温度が85℃という高温であるような場合は、熱交換器2から外部に向けて送られる冷却水の温度も85℃に近い高温に加温されてしまう場合がありうるが、そのような場合は、前記の冷却水を外部に排出するための冷却水排出流路5をホース材料で形成しているときは前記の冷却水の温度(85℃)がホース材料の耐熱温度(例えば塩化ビニール製のホース材料の耐熱温度は60℃程度)を超えてしまうという問題や、前記冷却水排出流路5を金属材料で形成しているときは前記の冷却水の温度(85℃)が金属材料に伝導されて高温となるため火傷防止処理を別途施さねばならずコストが増大してしまうという問題がある。
【0009】
本発明はこのような従来技術の問題点に着目してなされたものであって、熱交換器内に導入されるべき冷却水などの冷却用流体の流量が少ないために(そのために熱交換器に導入される冷却用流体の流れが遅くなってしまうこと等により)熱交換器内に導入されるべき冷却用流体の流量の制御が困難になってしまうことを防ぐことができ、熱交換器内に導入されるべき冷却水などの冷却用流体の流量が少ないために(その結果、熱交換のための有効面積が少なくなることにより)熱交換効率が低下してしまうことを防ぐことができ、一台のバルブだけでも熱交換器へ導入される冷却用流体の適切な流量制御を容易に行うことができ、装置の運転を停止してメンテナンスに移行するための装置の降温時間を短縮して装置の稼動効率を向上させることができ、さらに、熱交換器から外部に排出される冷却用流体の温度が極端に高温になってしまうことを防ぐことができる流体冷却装置を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術の課題を解決するための本発明による流体冷却装置は、被冷却流体を外部から導入する冷却用流体で冷却するための流体冷却装置であって、前記被冷却流体を後述の第2の熱交換器から送られた冷却用流体で冷却するための第1の熱交換器と、前記外部から導入された冷却用流体を前記第1の熱交換器で使用された使用済み冷却用流体により加温し、この加温された冷却用流体を前記第1の熱交換器に送ると共に、前記使用済み冷却用流体を外部に排出するための排出口に送るための第2の熱交換器とを備えたことを特徴とするものである。
【0011】
また、本発明の流体冷却装置においては、前記第1の熱交換器は、被冷却流体と冷却用流体とが互いに同じ方向に流れながら熱交換を行う非対向流型の熱交換器であることが望ましい。
【0012】
また、本発明の流体冷却装置においては、前記第2の熱交換器は、前記の第1の熱交換器からの使用済み冷却用流体と前記外部から導入された冷却用流体とが互いに対向する方向に流れながら熱交換を行う対向流型の熱交換器であることが望ましい。
【0013】
また、本発明の流体冷却装置においては、前記被冷却流体及び前記冷却用流体は双方とも液体であるのがよい。
【0014】
さらに、本発明の流体冷却装置においては、前記被冷却流体及び前記冷却用流体は双方又はいずれか一方が水蒸気などの気体であるのがよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態による流体冷却装置を含むブライン供給装置を説明するための概念図である。図1において、11は半導体製造装置などの熱負荷側において使用された純水やガルデン(商品名)などのブラインが冷却のために戻されるブライン戻り流路、12は外部から導入される平均的な温度が例えば約20〜28℃の工業用水から成る冷却水(後述の第2熱交換器15で予備的に加温された冷却水)を使用して前記ブラインを予め決められた目標温度に冷却するための第1熱交換器、13は前記第1熱交換器12で目標温度に冷却されたブラインを再び熱負荷側に供給するためのブライン送り流路、である。
【0016】
また、図1において、14は外部からの冷却水(工業用水)を後述の第2熱交換器15に導入するための冷却水導入流路、15は前記第1熱交換器12で使用されてブラインとの熱交換により加温された使用済み冷却水により前記冷却水導入流路14からの冷却水を予備的に加温するための第2熱交換器、16は前記第2熱交換器15で予備的に加温された冷却水を前記第1熱交換器12に導入するための冷却水導入流路、17は前記第1熱交換器12で使用されブラインとの熱交換により加温された前記使用済み冷却水を前記第2熱交換器15に移動させるための冷却水移動流路、18は前記第2熱交換器15で更に使用された前記使用済み冷却水を外部に排出するための冷却水排出流路、である。
【0017】
また、図1において、19は前記第1熱交換器12で冷却されたブライン(熱交換器12出口側ブライン)の温度を測定するための温度センサ、20は前記温度センサ19からの出力に基づいて前記第1熱交換器12に導入される外部からの冷却水の流量を調節するための制御弁、である。前記制御弁20は、前記第1熱交換器12からのブラインの温度を測定する前記温度センサ19からの出力に基づいて、前記第1熱交換器12に導入される冷却水の流量を調節し、これにより前記第1熱交換器12の冷却能力を可変させるようにしている(PID制御など)。
【0018】
図1に示すように、本実施形態では、熱負荷側からのブラインを前記第2熱交換器15からの前記第2熱交換器15により加温された冷却水により冷却するための第1熱交換器12と、前記第1熱交換器12に導入される外部からの冷却水を前記第1熱交換器12からの使用済み冷却水により予備的に加温するための第2熱交換器15との計2つの熱交換器を備えるようにしている。
【0019】
また、前記第1熱交換器12は、熱負荷側から戻された使用済みのブラインと前記第2熱交換器15からの前記第2熱交換器15により加温された冷却水とが、互いに同一の方向に流れる(非対向流型)ように構成されている。また、前記第2熱交換器15は、前記第1熱交換器12で使用されブラインとの熱交換により加温された使用済み冷却水と外部から導入された冷却水とが、互いに対向する方向に流れる(対向流型)ように構成されている。
【0020】
このように、図1に示す本実施形態の装置においては、前述のように2つの第1熱交換器12及び第2熱交換器15が備えられ、前記の熱負荷側からのブラインを冷却水で冷却するための第1熱交換器12には、外部からの冷却水であって前記の第2熱交換器15において第1熱交換器12からの使用済み冷却水との熱交換により予備的に加温された外部からの冷却水が、導入されるようになっている。
【0021】
したがって、本実施形態では、前記ブライン冷却用の第1熱交換器12に導入される冷却水(外部からの冷却水であって第2熱交換器15において第1熱交換器12からの使用済み冷却水との熱交換により予備的に加温された外部からの冷却水)の温度とブラインの目標温度との間の温度差は、図2の従来例と比較して大幅に縮小されるようになる。
【0022】
本発明者の実験では、本実施形態において、外部からの冷却水をいきなり前記第1熱交換器12に導入するのではなくその前にいったん第2熱交換器15で加温するようにした場合、第1熱交換器12に導入される冷却水とブラインの目標温度との温度差は、例えば約15℃〜3℃程度となり、前記図2で説明した従来例(温度差が約60℃〜6℃)の場合と比較して、大幅に縮小された。
【0023】
このように、本実施形態において、第1熱交換器12に導入される冷却水とブラインの目標温度との温度差を小さくすることができれば、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量を比較的多くすることができる(熱量(W)=物質の重量×比熱×温度差/0.86)ので、それだけ(高精度なバルブを使用しなくても)第1熱交換器12への冷却水の導入流量の制御がより容易に行えるようになるというメリットが得られる。
【0024】
また、前述のように、第1熱交換器12に導入される冷却水とブラインの目標温度との温度差が縮小されると、その結果として(前記温度差の変動幅も縮小されるので)、前記第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量の変動幅もそれだけ縮小されるようになる。すなわち、本発明者の実験では、本実施形態において、外部からの冷却水をいきなり前記第1熱交換器12に導入するのではなくその前にいったん第2熱交換器15で加温することにより、第1熱交換器12に導入される冷却水とブラインの目標温度との温度差を縮小させた場合は、前記第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量の変動幅が例えば0.7リットル/分〜10リットル/分程度(約1対15の流量比)となり、前記図2で説明した従来例(図2の熱交換器2に導入されるべき冷却水の流量の幅が0.1リットル/分〜3.0リットル/分程度)の場合と比較して、大幅に縮小された。
【0025】
このように、本実施形態において、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量の変動幅が縮小されると、「1台のバルブだけ」でも冷却水の流量制御が可能になり、従来例のように熱交換器に導入されるべき冷却水の流量の変動幅が大きいためにそれに対応するために「複数台のバルブ」を設置するということが必要なくなり、装置の製造・運用コストの軽減などのメリットが得られるようになる。
【0026】
また、本実施形態では、前述のように、前記ブライン冷却用の第1熱交換器12に導入される冷却水の温度とブラインの目標温度との温度差が図2の従来例と比較して大幅に縮小され、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量が従来例に比較して増大し、前記冷却水を第1熱交換器12に導入するためのバルブも比較的大量の冷却水を導入するために適したものを使用できるようになるので、そのバルブだけを使用しても、図1の装置の運転を停止してメンテナンスに移行するときの装置の降温時間を従来よりも短縮して、装置の稼動効率を上げられるようになる。
【0027】
また、本実施形態では、前述のように、第1熱交換器12で使用されブラインとの熱交換により加温された使用済み冷却水は、いきなり外部に排出されるのではなく、いったん第2熱交換器15で外部からの冷却水を加温するために使用される。この第2熱交換器15で使用される前記第1熱交換器12からの使用済み冷却水は、外部からの冷却水を加温するために使用される(外部からの冷却水と熱交換される)結果、第2熱交換器15から出るときは、外部からの冷却水と熱交換されて、ある程度冷却されている。そのため、本実施形態では、外部に排出される前記使用済み冷却水の温度が従来のように極端に高温となってしまうことが防止され、冷却水排出流路を形成する材料の耐熱性の問題(図2の従来例で説明したように、冷却水排出流路をホース材料で形成したとき、冷却水排出流路から排出される冷却水が高温になって冷却水排出流路を形成するホース材料の耐熱温度を超えてしまうという問題)や、冷却水排出流路への火傷防止処理の施工によるコスト増の問題(図2の従来例で説明したように、冷却水排出流路を金属材料で形成したとき、冷却水排出流路から排出される冷却水の温度(例えば85℃)が金属材料に伝導されて高温となるため火傷防止処理を施さねばならずコストが増大してしまうという問題)などを、有効に回避することができるようになる。
【0028】
また、本実施形態においては、前述のように、前記のブラインを冷却するための第1熱交換器12は、熱負荷側からのブラインと第2熱交換器15からの冷却水とが互いに同じ方向に流れる非対向流型に構成されているが、これは、第2熱交換器15からの冷却水が第1熱交換器12内でのブラインとの熱交換によりブラインの目標温度以上に加温されて前記第2熱交換器15に送られてしまうことを防止するためである。すなわち、もし、図1の第1熱交換器12を、熱負荷側からのブラインと第2熱交換器15からの冷却水とが互いに対向する方向に流れる対向流型に構成したときは、第1熱交換器12からの使用済み冷却水が第1熱交換器12内でのブラインとの熱交換によりブラインの目標温度以上に加温されて第2熱交換器15に導入されてしまう、そして、その結果、外部から導入された冷却水が、第2熱交換器15においてこのブラインの目標温度以上に加温された使用済み冷却水と熱交換されて、ブラインの目標温度よりも高温になった状態で第1熱交換器12に導入されてしまうという不都合な事態が発生してしまう恐れがある。本実施形態においては、このような不都合を防ぐため、前記ブラインを冷却するための第1熱交換器12を、前述のような非対向流型に構成するようにしているのである(ただ、本発明において、諸条件の下で、外部からの冷却水が前記第2熱交換器15内でブラインの目標温度以上に加温されないように設計するようにすれば、前記第1熱交換器12を対流向型に構成することも可能である)。
【0029】
また、本実施形態においては、前述のように、前記の第1熱交換器12で使用されブラインとの熱交換で加温された使用済み冷却水と外部からの冷却水との熱交換を行うための第2熱交換器15は、第1熱交換器12で使用された使用済み冷却水と外部からの冷却水とが互いに対向する方向に流れる対向流型に構成されているが、これは、第2熱交換器15における熱交換効率をより高めて(すなわち第2熱交換器15から第1熱交換器12に導入される外部からの冷却水の温度をより高めて)、第1熱交換器12に導入される冷却水温度とブラインの目標温度との温度差をより小さくして、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量をより多くして、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量の制御をより容易にするためである。
【0030】
すなわち、もし、図1の第2熱交換器15を、第1熱交換器12で使用された使用済み冷却水と外部からの冷却水とが互いに同じ方向に流れる非対向流型に構成したときは、第2熱交換器15における熱交換効率が低下してしまうため、前記第2熱交換器15を対向流型とした場合と比較して、第1熱交換器12に導入される冷却水の温度が比較的低くなってしまい、第1熱交換器12に導入される冷却水温度とブラインの目標温度との温度差が比較的大きくなってしまい、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量が比較的少なくなって、その冷却水の流量の制御性が比較的低下してしまう(本発明者の実験では、第2熱交換器15を対向流型としたときは、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量は、図2の従来例と比較して約3〜7倍程度となったが、図1の装置の第2熱交換器15を非対向流型のものに代えたときは、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量は、図2の従来例と比較して約2倍以下に止まった)。以上より、本実施形態においては、前記第2熱交換器15は、前述のような対向流型に構成するのが望ましい(ただ、本発明においては、前記第2熱交換器15を非対向流型として構成することも可能である)。
【0031】
以上に説明したように、本実施形態においては、2つの第1熱交換器12及び第2熱交換器15を備えるようにし、前記の熱負荷側からのブラインを冷却水で冷却するための第1熱交換器12には、第2熱交換器15で予備的に加温された冷却水が導入されるようになっているので、前記ブライン冷却用の第1熱交換器12に導入される冷却水の温度とブラインの目標温度との温度差を従来よりも大幅に縮小し、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量を大幅に増やして、第1熱交換器12へ導入する冷却水の流量の制御をより容易にすることが可能になる
【0032】
また、本実施形態では、前述のように、第1熱交換器12に導入される冷却水とブラインの目標温度との温度差を縮小し、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量の変動幅も縮小して、その結果、1台のバルブだけでも前記冷却水の流量を制御することを可能にしたので、従来例(熱交換器に導入すべき冷却水の流量の変動幅が大きいためこれに対応するために複数台のバルブの設置が必要となる場合があった)と比較して、装置の製造・運用コストを低減することが可能になる。
【0033】
また、本実施形態では、前述のように、前記ブライン冷却用の第1熱交換器12に導入される冷却水の温度とブラインの目標温度との温度差を大幅に縮小し、前記第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量を多くして、前記冷却水を第1熱交換器12に導入するためのバルブも比較的大量の冷却水を導入するために適したものを使用できるようにしたので、そのバルブだけを使用しても、図1の装置の運転を停止してメンテナンスに移行するときの装置の降温時間を短縮化することができ、装置の稼動効率を上げられるようになる。
【0034】
また、本実施形態では、前述のように、第1熱交換器12で使用されブラインとの熱交換により加温された使用済み冷却水は、いきなり外部に排出されるのではなく、いったん第2熱交換器15で外部からの冷却水を加温するために使用するようにした(その結果、前記第1熱交換器12からの使用済み冷却水は、第2熱交換器15において外部からの冷却水と熱交換される結果、第2熱交換器15から排出されるときはある程度冷却されたものになる)ので、外部に排出される使用済み冷却水の温度が従来のように極端に高温となることが防止され、冷却水排出流路を形成する材料の耐熱性の問題(図2の従来例で説明したように、冷却水排出流路をホース材料で形成したとき、冷却水排出流路から排出される冷却水が高温になって冷却水排出流路を形成するホース材料の耐熱温度を超えてしまうという問題)や、冷却水排出流路への火傷防止処理によるコスト増の問題(図2の従来例で説明したように、冷却水排出流路を金属材料で形成したとき、冷却水排出流路から排出される冷却水の温度(例えば85℃)が金属材料に伝導されて高温となるため火傷防止処理を施さねばならずコストが増大してしまうという問題)を、有効に回避することができる。
【0035】
また、本実施形態においては、前述のように、前記のブラインを冷却するための第1熱交換器12を、熱負荷側からのブラインと第2熱交換器15からの冷却水とが互いに同じ方向に流れる非対向流型に構成するようにしたので、第1熱交換器12からの使用済み冷却水が第1熱交換器12内でのブラインとの熱交換によりブラインの目標温度以上に加温されて第2熱交換器15に導入されてしまうこと、そして、その結果、外部から導入された冷却水が、第2熱交換器15においてこのブラインの目標温度以上に加温された使用済み冷却水と熱交換されて、ブラインの目標温度よりも高温になった状態で第1熱交換器12に導入されてしまうことが、有効に防止できるようになる。
【0036】
さらに、本実施形態においては、前述のように、前記の第1熱交換器12で使用された使用済み冷却水と外部からの冷却水との熱交換を行うための第2熱交換器15を、第1熱交換器12で使用された使用済み冷却水と外部からの冷却水とが互いに対向する方向に流れる対向流型に構成するようにしたので、第2熱交換器15における熱交換効率をより高めて(その結果、第2熱交換器15から第1熱交換器12に導入される冷却水の温度をより高めて)、第1熱交換器12に導入される冷却水温度とブラインの目標温度との温度差をより小さくし、第1熱交換器12に導入されるべき冷却水の流量をより多くし、冷却水の流量の制御をより容易にすることが可能になる。
【0037】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、前記の実施形態においては、ブラインを冷却水(工業用水)で冷却するための熱交換器を備えたブライン供給装置の例を示したが、本発明は、ブライン供給装置に限らず、様々な冷却装置に適用することができる。また、前記の実施形態においては、ブラインを被冷却流体とし、冷却水(工業用水)を冷却用流体とした例について説明したが、本発明においては、被冷却流体は純水などのブラインではなく水蒸気などの気体でもよい。また、本発明においては、冷却用流体は工業用水ではなく水蒸気などの気体であってもよい。
【0038】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の流体冷却装置においては、第1及び第2の熱交換器を備えるようにし、被冷却流体を冷却用流体で冷却するための第1の熱交換器には、第2の熱交換器で予備的に加温された冷却用流体が導入されるようにしている。したがって、本発明によれば、前記被冷却流体を冷却するために第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度を従来よりも高くし、その結果、第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度と被冷却流体の目標温度との温度差を従来よりも大幅に縮小し、第1の熱交換器に導入されるべき冷却用流体の流量を大幅に増やして、第1の熱交換器へ導入されるべき却用流体の流量の制御をより容易にすることが可能になる。
【0039】
また、本発明においては、前述のように、第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度と被冷却流体の目標温度との温度差を縮小し、その結果、第1の熱交換器に導入されるべき冷却用流体の流量の変動幅も縮小するようにしている。したがって、本発明によれば、従来のように熱交換器に導入すべき冷却用流体の流量の変動幅が大きいためその大きな変動幅に対応するために複数台のバルブを設置するという必要がなくなり、流体冷却装置の製造及び運用コストを大幅に低減することが可能になる。
【0040】
また、本発明においては、前述のように、第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度と被冷却流体の目標温度との温度差を大幅に縮小し、その結果、第1の熱交換器に導入されるべき冷却用流体の流量を従来よりも多くしたので、冷却用流体を第1の熱交換器に導入するためのバルブも比較的大量の冷却用流体を導入するために適したものを使用できるようになった。したがって、本発明によれば、前記のバルブだけを使用する場合でも(複数台のバルブを使用しなくても)、流体冷却装置の運転を停止してメンテナンスに移行するときの装置の降温時間を短縮化して、装置の稼動効率を向上させることが可能になる。
【0041】
また、本発明においては、第1の熱交換器で使用された使用済みの冷却用流体を、いきなり外部に排出するのではなく、いったん第2の熱交換器に送りそこで外部からの冷却用流体を加温するために使用してから排出するようにしている(その結果、第1の熱交換器からの使用済みの冷却用流体は、第2の熱交換器において外部からの冷却用流体と熱交換されるので、第2の熱交換器から外部に排出されるときはある程度冷却された温度となる)ので、従来のように外部に排出される使用済みの冷却用流体の温度が極端に高温となってしまうことが防止され、使用済みの冷却用流体を外部に排出するための流路をホース材料で形成したときの耐熱性の問題や前記流路を金属材料で形成したときの火傷防止処理に伴うコスト増の問題などを有効に回避することが可能になる。
【0042】
また、本発明において、被冷却流体を冷却するための第1の熱交換器を、被冷却流体と冷却用流体とが互いに同じ方向に流れる非対向流型に構成するようにしたときは、第1の熱交換器で使用された使用済みの冷却用流体が第1の熱交換器内での被冷却流体との熱交換により被冷却流体の目標温度以上に加温されて次段の第2の熱交換器に導入されてしまうという不都合(そして、その結果、第2の熱交換器においてこの使用済み冷却用流体と熱交換されてから第1の熱交換器に導入される外部からの冷却用流体の温度が、被冷却流体の目標温度以上に加温されて第1の熱交換器に導入されてしまうという不都合)が、有効に防止できるようになる。
【0043】
さらに、本発明において、第1の熱交換器で使用された使用済みの冷却用流体と外部からの冷却用流体との熱交換を行うための第2の熱交換器を、第1の熱交換器で使用された使用済み冷却用流体と外部からの冷却用流体とが互いに対向する方向に流れる対向流型に構成するようにしたときは、第2の熱交換器における熱交換効率をより高めて(その結果、第2の熱交換器から第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度をより高めて)、第1の熱交換器に導入される冷却用流体の温度と被冷却流体の目標温度との温度差をより小さくし、第1の熱交換器に導入されるべき冷却用流体の流量をより多くし、第1の熱交換器への冷却用流体の導入流量の制御をより容易にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の冷却水を使用した熱交換器を使用してブラインを冷却するブライン供給装置を説明するための概念図。
【図2】本発明の一実施形態による流体冷却装置を含むブライン供給装置を説明するための概念図。
【符号の説明】
1,11 ブライン戻り流路
2,12,15 熱交換器
3,13 ブライン送り流路
4,14,16 冷却水導入流路
5,18 冷却水排出流路
6,19 温度センサ
7,20 制御弁
14 冷却水導入流路
17 冷却水移動流路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fluid cooling device suitable for use in a chiller device or the like for cooling a heat medium and supplying it to a use side.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a brine supply apparatus for supplying brine (heat medium) in a circulating manner while cooling it with a utilization side of a semiconductor manufacturing apparatus or the like has been known (for example, see Patent Document 1). In this brine supply device, a refrigerator composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, and the like is generally used, but recently, together with or instead of the refrigerator. There is also known an apparatus for cooling brine by a heat exchanger using cooling water such as industrial water.
[Patent Document 1]
JP-A-2002-54852
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a conventional brine supply device that cools brine using a heat exchanger using cooling water. In FIG. 2,
[0004]
In the apparatus shown in FIG. 2, the
[0005]
By the way, in the
[0006]
Further, the temperature difference between the temperature of the cooling water from the outside flowing through the cooling water introduction flow path 4 (the inlet temperature) and the measured temperature of the outlet of the brine from the heat exchanger 2 (or the target temperature of the brine). If the width is large, the fluctuation width of the flow rate of the cooling water to be introduced into the
[0007]
When the operation of the brine supply device is stopped and maintenance is performed, maintenance cannot be performed at a high temperature of, for example, 80 ° C., so that the temperature of the entire device including the brine is lowered in a short time. However, if only a valve suitable for the case where the flow rate of the cooling water to be introduced is small (for example, a valve capable of flowing only a flow rate of about 3 liters / minute) is installed, There is a problem that sufficient cooling water for the temperature drop cannot be flowed, and the temperature drop time is prolonged, thereby lowering the operation efficiency of the apparatus. (On the other hand, in order to prevent this, it is necessary to install a plurality of valves. When doing so, the manufacturing and operation costs of the device increase).
[0008]
Further, in the apparatus shown in FIG. 2, as described above, since the brine flowing in the
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem of the related art, and has a small flow rate of a cooling fluid such as cooling water to be introduced into a heat exchanger (for that reason, the heat exchanger It is possible to prevent the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the heat exchanger from becoming difficult to control due to, for example, a slow flow of the cooling fluid introduced into the heat exchanger. It is possible to prevent a decrease in heat exchange efficiency due to a small flow rate of a cooling fluid such as cooling water to be introduced into the inside (as a result, a reduced effective area for heat exchange). In addition, appropriate control of the flow rate of the cooling fluid introduced into the heat exchanger can be easily performed with only one valve, shortening the cooling time of the equipment to stop the operation of the equipment and shift to maintenance. To improve the operating efficiency of the equipment Bets can be further it is an object to provide a fluid cooling device it is possible to prevent the temperature of the cooling fluid discharged from the heat exchanger to the outside are shifted too hot.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A fluid cooling device according to the present invention for solving such problems of the prior art is a fluid cooling device for cooling a fluid to be cooled with a cooling fluid introduced from the outside, and the fluid to be cooled is described below. A first heat exchanger for cooling with a cooling fluid sent from a second heat exchanger, and used cooling used for cooling the externally introduced cooling fluid in the first heat exchanger; And a second heat for sending the heated cooling fluid to the first heat exchanger and sending the used cooling fluid to an outlet for discharging the used cooling fluid to the outside. And an exchanger.
[0011]
Further, in the fluid cooling device of the present invention, the first heat exchanger is a non-counterflow type heat exchanger that performs heat exchange while the fluid to be cooled and the cooling fluid flow in the same direction. Is desirable.
[0012]
In the fluid cooling device of the present invention, in the second heat exchanger, the used cooling fluid from the first heat exchanger and the cooling fluid introduced from the outside face each other. It is desirable that the heat exchanger be a counter-flow type heat exchanger that performs heat exchange while flowing in the direction.
[0013]
In the fluid cooling device according to the present invention, it is preferable that both the fluid to be cooled and the cooling fluid are liquids.
[0014]
Furthermore, in the fluid cooling device of the present invention, it is preferable that both or one of the cooling target fluid and the cooling fluid is a gas such as steam.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a brine supply device including a fluid cooling device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
[0016]
In FIG. 1,
[0017]
In FIG. 1,
[0018]
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the first heat for cooling the brine from the heat load side by the cooling water heated from the
[0019]
Further, the
[0020]
As described above, in the apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1, the two
[0021]
Therefore, in the present embodiment, the cooling water introduced into the
[0022]
In the experiment of the inventor, in the present embodiment, in the case where the cooling water from the outside is not immediately introduced into the
[0023]
As described above, in this embodiment, if the temperature difference between the cooling water introduced into the
[0024]
In addition, as described above, when the temperature difference between the cooling water introduced into the
[0025]
As described above, in the present embodiment, when the fluctuation range of the flow rate of the cooling water to be introduced into the
[0026]
Further, in the present embodiment, as described above, the temperature difference between the temperature of the cooling water introduced into the
[0027]
Further, in the present embodiment, as described above, the used cooling water used in the
[0028]
Further, in the present embodiment, as described above, the
[0029]
In the present embodiment, as described above, the heat exchange between the used cooling water used in the
[0030]
That is, if the
[0031]
As described above, in the present embodiment, the
[0032]
In the present embodiment, as described above, the temperature difference between the cooling water introduced into the
[0033]
Further, in the present embodiment, as described above, the temperature difference between the temperature of the cooling water introduced into the
[0034]
Further, in the present embodiment, as described above, the used cooling water used in the
[0035]
Further, in the present embodiment, as described above, the
[0036]
Further, in the present embodiment, as described above, the
[0037]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the example of the brine supply device including the heat exchanger for cooling the brine with the cooling water (industrial water) has been described. However, the present invention is not limited to the brine supply device, and may be variously. It can be applied to various cooling devices. Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which brine is used as a fluid to be cooled and cooling water (industrial water) is used as a cooling fluid. However, in the present invention, the fluid to be cooled is not brine such as pure water. A gas such as steam may be used. In the present invention, the cooling fluid may be a gas such as steam instead of industrial water.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, in the fluid cooling device of the present invention, the first and second heat exchangers are provided, and the first heat exchanger for cooling the fluid to be cooled with the cooling fluid is provided. , The cooling fluid preliminarily heated by the second heat exchanger is introduced. Therefore, according to the present invention, the temperature of the cooling fluid introduced into the first heat exchanger for cooling the fluid to be cooled is made higher than before, and as a result, introduced into the first heat exchanger. The temperature difference between the temperature of the cooling fluid to be cooled and the target temperature of the fluid to be cooled is greatly reduced as compared with the related art, and the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the first heat exchanger is significantly increased. This makes it easier to control the flow rate of the rejection fluid to be introduced into one heat exchanger.
[0039]
Further, in the present invention, as described above, the temperature difference between the temperature of the cooling fluid introduced into the first heat exchanger and the target temperature of the fluid to be cooled is reduced, and as a result, the first heat exchange The fluctuation range of the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the vessel is also reduced. Therefore, according to the present invention, since the fluctuation range of the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the heat exchanger is large as in the related art, it is not necessary to install a plurality of valves to cope with the large fluctuation range. Thus, the manufacturing and operation costs of the fluid cooling device can be significantly reduced.
[0040]
Further, in the present invention, as described above, the temperature difference between the temperature of the cooling fluid introduced into the first heat exchanger and the target temperature of the fluid to be cooled is greatly reduced. Since the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the heat exchanger is made larger than before, the valve for introducing the cooling fluid to the first heat exchanger is also required to introduce a relatively large amount of cooling fluid. You can now use the right one. Therefore, according to the present invention, even when only the above-mentioned valve is used (even when a plurality of valves are not used), the temperature cooling time of the device when stopping the operation of the fluid cooling device and shifting to the maintenance is reduced. It is possible to improve the operation efficiency of the device by shortening the time.
[0041]
Also, in the present invention, the used cooling fluid used in the first heat exchanger is sent to the second heat exchanger once instead of being discharged to the outside immediately, and the cooling fluid from the outside is sent there. Is used for warming and then discharged (as a result, the used cooling fluid from the first heat exchanger is combined with the external cooling fluid in the second heat exchanger). Since the heat is exchanged, the temperature of the used cooling fluid discharged to the outside becomes extremely low as in the conventional case because the temperature of the used cooling fluid is reduced to a certain degree when discharged from the second heat exchanger to the outside. A high temperature is prevented, and a heat resistance problem occurs when a flow path for discharging a used cooling fluid to the outside is formed of a hose material, and a burn occurs when the flow path is formed of a metal material. Effective against problems such as cost increase due to prevention processing It is possible to avoid.
[0042]
Further, in the present invention, when the first heat exchanger for cooling the cooling target fluid is configured as a non-counterflow type in which the cooling target fluid and the cooling fluid flow in the same direction, The used cooling fluid used in the first heat exchanger is heated above the target temperature of the fluid to be cooled by heat exchange with the fluid to be cooled in the first heat exchanger. (And, consequently, the external cooling which is exchanged with the used cooling fluid in the second heat exchanger and then introduced into the first heat exchanger). The disadvantage that the temperature of the working fluid is heated above the target temperature of the fluid to be cooled and introduced into the first heat exchanger) can be effectively prevented.
[0043]
Further, in the present invention, the second heat exchanger for performing heat exchange between the used cooling fluid used in the first heat exchanger and an external cooling fluid is provided with the first heat exchanger. When configured in a counterflow type in which the used cooling fluid used in the vessel and the external cooling fluid flow in opposite directions, the heat exchange efficiency in the second heat exchanger can be further improved. (As a result, the temperature of the cooling fluid introduced from the second heat exchanger to the first heat exchanger is further increased), and the temperature of the cooling fluid introduced to the first heat exchanger is reduced. The temperature difference between the cooling fluid and the target temperature is made smaller, the flow rate of the cooling fluid to be introduced into the first heat exchanger is made larger, and the flow rate of the cooling fluid introduced into the first heat exchanger is reduced. Control becomes easier.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a conventional brine supply device for cooling brine using a heat exchanger using cooling water.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a brine supply device including a fluid cooling device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,11 brine return flow path
2,12,15 heat exchanger
3,13 brine feed channel
4,14,16 Cooling water introduction channel
5,18 Cooling water discharge channel
6,19 Temperature sensor
7,20 control valve
14 Cooling water introduction channel
17 Cooling water transfer channel
Claims (5)
前記被冷却流体を後述の第2の熱交換器から送られた冷却用流体で冷却するための第1の熱交換器と、
前記外部から導入された冷却用流体を前記第1の熱交換器で使用された使用済み冷却用流体により加温し、この加温された前記外部からの冷却用流体を前記第1の熱交換器に送ると共に、前記使用済み冷却用流体を外部に排出するための排出口に送るための第2の熱交換器と、
を備えたことを特徴とする流体冷却装置。In a fluid cooling device for cooling a fluid to be cooled with a cooling fluid introduced from the outside,
A first heat exchanger for cooling the fluid to be cooled with a cooling fluid sent from a second heat exchanger described below;
The cooling fluid introduced from the outside is heated by the used cooling fluid used in the first heat exchanger, and the heated cooling fluid from the outside is subjected to the first heat exchange. A second heat exchanger for sending the used cooling fluid to an outlet for discharging the used cooling fluid to the outside;
A fluid cooling device comprising:
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