JP2004232885A - 低温空気層形成システムとその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低温空気層の厚さを自動的に制御可能で、低温空気製造に要するエネルギを低減できる低温空気層形成システムを提供すること。
【解決手段】仕切り壁で囲繞された空間の低部に冷却空気を噴出して囲繞空間に低温空気層を形成するシステムにおいて、床面から所望の高さ位置に温度センサを配置し、該温度センサが検出した温度と該温度センサに対して設定した温度との差に応じて該差が大きい程前記冷却空気の噴出流量が多くなるように制御する制御器を設けた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、仕切り壁で囲繞された空間に形成される低温空気層の厚さを自動的に制御することができる低温空気層形成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、仕切り壁で囲繞された空間に低温空気層を形成する図５に示すような低温空気層形成システムが知られている。図５において、該システムは冷熱製造部３０と低温空気層形成部４０からなる。冷熱製造部３０は、ブラインチラー５１、冷却塔５２、及びブラインタンク５３からなり、低温空気層形成部４０は、空間仕切り壁５６、該仕切り壁の下部に設けられた冷却空気噴出ダクト５７、前記仕切り空間の床部をなす冷却床５８、空気冷却器５４、及び該空気冷却器５４から冷却空気を前記冷却空気噴出ダクト５７に導く冷風ダクト５５からなっている。
【０００３】
ブラインタンク５３内のブラインはポンプ６２によりブラインチラー５１との間を循環されて該ブラインチラー５１で冷却され、常に低温に保たれている。ブラインチラー５１ではブラインから奪った熱が該ブラインチラーの冷却水との熱交換で該冷却水に奪われ、該冷却水はポンプ６１で冷却塔５２に送られてファン５２ａで送風される外気で冷却されて再び前記ブラインチラー５１に戻る。ブラインタンク５３内の冷ブラインはポンプ６３により空気冷却器５４に送られ、該空気冷却器５４でファン５４ａにより送風される外気を冷却して温度が上昇し、再びブラインタンク５３に戻る。該冷却された外気は冷風ダクト５５を通って仕切り壁５６で囲繞された空間に該仕切り壁５６の下部に設けられた冷却空気噴出ダクト５７から噴出される。該冷却空気噴出ダクト５７としては、後述する図２に示されるような仕切り壁の下部に設けられ、空間内の低層部に前記冷却空気を噴出する多数の噴出口３ａを有している。前記冷却床５８は、ブライン通路を有するパネルに形成されており（後述の図２における冷却床１ａに同じ）、該ブライン通路にも前記ブラインタンク５３から冷ブラインがポンプ６４により循環されて冷却床５８が冷却される。該冷却床５８を冷却して昇温したブラインは前記ブラインタンク５３に戻り、前記ブラインチラー５１で冷却されて再びブラインタンク５３に戻る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成された従来の冷却空気層形成システムでは、前記囲繞空間内の低層部に冷却空気が留まり、床上方に向かって徐々に温度が高くなる空気層が形成される。しかしながら、このような従来システムでは囲繞空間に形成される低温空気層の厚さを自動的に制御することはできない。また、前記冷風ダクト５５は囲繞空間の外部に設けられており、冷風ダクト５５を通る冷却空気が外気により温められないように、該ダクト外周には断熱材を巻く等の断熱処置を講ずる必要がある。加えて、冷却空気噴出ダクトも必ずしも囲繞空間内に設置されない場合や囲繞空間内部であっても最低温部である最下部に設置されず、外気熱が噴出ダクト内の冷却空気に侵入することがあった。
【０００５】
本発明はかかる従来システムにおける問題点を解決するためになされたもので、その目的は、囲繞空間の低温空気層の厚さを目的に応じて自動的に制御でき、また前記冷風ダクト及び冷却空気噴出ダクトには特に断熱処置を講じなくても熱損失の少ない低温空気層形成システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、仕切り壁で囲繞された空間の低部に冷却空気を噴出して囲繞空間に低温空気層を形成するシステムにおいて、床面から所望の高さ位置に温度センサが配置され、該温度センサが検出した温度と該温度センサに対して設定した温度との差に応じて該差が大きい程前記冷却空気の噴出流量が多くなるように制御する制御器が設けられていることを特徴とする低温空気層形成システムを提案する。
【０００７】
囲繞空間の低部に噴出された冷却空気はその低温により比重が大きいために囲繞空間の下層部に留まり、上層部になるほど温度が高い空気層が形成される。冷却空気が次々と低部から噴出される場合にも、囲繞空間内の空気は噴出した冷却空気により押し上げられ、上に行くほど周囲からの受熱で温度が上昇するので、上層ほど温度が高い空気層が形成される。囲繞空間の最上部よりも温度が一定限度低い空気の層を低温空気層と呼ぶと、該低温空気層の厚さは、囲繞空間内の物質からの受熱量や仕切り壁、床からの伝熱量によって異なるが（勿論冷却空気の温度や周囲温度即ち囲繞空間最上部の温度によって異なる）、主として囲繞空間低部に噴出される冷却空気の噴出流量によって異なる。即ち、噴出される冷却空気量が多い場合は低温空気層は厚くなり、噴出される冷却空気が少ない場合は低温空気層は薄くなる。この状況は図３に示されている。そして、床面からの高さが高い位置ほど空気層の温度は高くなる。
【０００８】
囲繞空間の床面から形成したい低温空気層の高さに応じて適切な高さ位置に温度センサを配置し、該温度センサの検出温度と該センサに対して設定した温度との差に応じて該差が大きい程前記冷却空気の噴出流量が多くなるように制御する制御器を設けることにより、所望の低温空気層の厚さを維持するように冷却空気の噴出量を制御することができる。所望の厚さの低温空気層が形成された後は、囲繞空間内の物質や周囲からの侵入熱による温度上昇分を冷却するに要する冷却空気を噴出すればよく、その目的は少量の冷却空気量の噴出で果たすことができる。温度センサの高さ位置は所望の低温空気層の厚さに応じて移動可能に配設するのがよい。これにより、形成される低温空気層の厚さを任意に決めることができる。
【０００９】
前記温度センサが複数の高さ位置に配置され、１の高さ位置のセンサを選択する選択手段を設けるのもよい。これにより、複数の高さ位置から所望の厚さの低温空気層を形成するのに最も適当な高さ位置に配置された温度センサを選んで、該選択した温度センサの検知温度によって冷却空気の噴出を制御することによって所望の厚さに最も近い厚さの低温空気層を形成することができる。なお、囲繞空間が広い場合、１の高さ位置に複数のセンサを設けて、それらの検知温度の平均値を検知温度としてもよい。また、温度センサの設定温度は任意に変更できるようにするのがよい。さらに、検知温度と設定温度との温度差と冷却空気噴出流量との関係は直線的、２次関数的、指数関数的、或はこれらの組合せとすることができる。前記温度差と冷却空気噴出量の関係を該温度差が大きいほど急峻にしておけば、通常該温度差が大きい低温空気層形成初期における冷却空気噴出流量を多くして低温空気層の形成を早くすることができる。
【００１０】
なお、囲繞空間の床は通常の冷却を行わない床であってもよいし、床を冷却パネルで構成してパネル内のブライン通路に冷ブラインを通して冷却する冷却床としてもよい。冷却床にした場合は、温度が低い、より安定した低温空気層を形成することができる。
【００１１】
前記冷却空気の噴出流量の制御は冷却空気送風ファンを駆動する駆動機の回転数を制御することによって行うことができる。駆動機としては、インバータ制御の電動機等、可変速の駆動機が用いられる。
【００１２】
また、冷却空気噴出ダクトは囲繞空間を仕切る仕切り壁の最下部に設けるとともに前記冷却空気を導く冷風ダクトが前記囲繞空間内を通って前記冷却空気噴出ダクトに連結するのがよい。前記冷却空気噴出ダクトは、前記仕切り壁最下部のできるだけ全周囲に亘って設けられ、該噴出ダクトに噴出口も囲繞空間の最下部にできるだけ均一に冷却空気が噴出されるように前記噴出ダクトの全周に亘って設けられる。前記噴出口は異物が侵入しないように目の粗い布で形成してもよい。そして、該噴出ダクトへ冷却空気を導く冷風ダクトは囲繞空間内部を通るようにするのがよい。囲繞空間は周囲空間よりも総じて低温に保たれているので、冷却空気噴出ダクトを仕切り壁最下部に設け、冷風ダクトを囲繞空間の内部に配設することにより、これらのダクトを通る冷却空気が囲繞空間内の高温部や外気の熱の影響を受けることが少なく、冷風ダクトに特に断熱材を巻く等の断熱処置をとらなくても済み、コストダウンが図れる。
【００１３】
低温空気層形成システムの運転方法として、仕切り壁で囲繞された空間の床面から所望の高さ位置に配置された温度センサに上限温度と下限温度を設定し、低温空気層を形成する際に前記温度センサの検知温度が設定された上限温度を超えている場合は検知温度と前記下限温度との差に応じて該差が大きい程囲繞空間の最下部に設けられた冷却空気噴出ダクトからの冷却空気噴出流量が多くなるように、前記検知温度が前記下限温度以下になった場合は冷却空気の噴出流量を小流量に減じるか或は噴出を中止するように冷却空気の噴出を制御するのがよい。
【００１４】
低温空気層を形成する際に温度センサの検知温度が該センサに対して設定された上限温度超えている場合（低温空気層形成の初期は当然そうである）には検知温度と設定された下限温度との差に応じて、該温度差が大きいほど冷却空気の噴出流量を多くして、早く下限温度になるようにする。検知温度が下限温度よりも低くなった時は冷却空気の噴出を停止するか、或は噴出流量を小流量に減じる。冷却空気の噴出が停止された状態では囲繞空間内物質の保有熱や周囲からの熱侵入により低温空気層の検出温度は徐々に上昇するが、検出温度が前記上限温度になるまでは冷却空気の噴出は停止されている。そして検出温度が上限温度を超えると冷却空気は検知温度と下限温度との温度差に応じて噴出される。噴出流量を小流量に減じた場合は、前記低温空気層の検出温度が上限温度まで上昇する時間を長くすることができる。或は噴出冷熱量と吸収熱量とがバランスするような噴出流量であれば、低温空気層の検出温度が上限温度まで上昇することなく所望の低温空気層を維持することができる。
【００１５】
したがって、低温空気層の温度検知部の温度は、前記上限温度と下限温度の間に自動的に維持されることになる。このように、上限温度と下限温度を設定することにより、僅かの温度差で冷却空気の噴出、噴出停止が繰り返されることがなくなり、関連機器の長寿命化に資することができる。前記上限温度と下限温度の温度幅は囲繞空間の使用目的、条件に応じて決められる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１７】
図１は、本発明の低温空気層形成システムの低温空気層形成部を示す模式図である。図１において、１は床、２は仕切り壁、３は冷却空気噴出ダクト、４は空気冷却器、５は冷風ダクト、６は冷却ファン７を駆動する可変速駆動機、８は制御器である。前記空気冷却器４には、図示しない冷熱製造部で製造された冷ブラインが通され、前記冷却ファン７が外気を該空気冷却器４に送って冷却し、冷却された空気は前記冷風ダクト５を通して囲繞空間仕切り壁の最下部に設けられた冷却空気噴出ダクト３に送られ、該冷却空気噴出ダクト３から囲繞空間の低部に噴出される。
【００１８】
１１、１２、１３は夫々床から異なる高さ位置に配置した温度センサである。これら温度センサは信号線９により前記制御器８に接続され、該制御器８は前記センサ１１、１２、１３の内から選択された高さ位置のセンサの検知温度に応じて前記可変速駆動機６の回転数を制御して前記冷却空気噴出ダクト３から噴出される冷却空気の噴出流量を制御する。各高さ位置にはセンサ１１、１２、１３等を夫々複数配置して、各高さ位置のセンサ検知温度の平均値で前記可変速駆動機６の回転数を制御してもよい。
【００１９】
図２は図１の低温空気形成部の床を冷却パネルに構成した場合の斜視図である。図１と同じ構成には同じ符号が付してある。図２により、仕切り壁下部に設けられた冷却空気が壁下部の全周囲から囲繞空間に噴出される状況が分る。そして床は冷却床とされ、該冷却床は冷却用のブライン通路を有する冷却パネル１ａに構成されている。上記冷却床及び冷却空気噴出ダクトの構成は公知である。
【００２０】
図１、図２において、従来の図５における低温空気層形成部４０の冷風ダクト５５と異なり、冷風ダクト５は空気冷却器４を出た後囲繞空間内を通っている。該冷風ダクト５の前記空気冷却器を出て囲繞空間に入るまでの管路はできるだけ短くなるように構成するのが望ましい。
【００２１】
図２の低温空気層形成部に接続される冷熱製造部は図５の冷熱製造部３０と同じである。図１の低温空気層形成部は冷却床を設けない場合であり、この場合の冷熱製造部は図５における冷熱製造部３０からポンプ６４とその配管を削除したほかはそれと同様である。したがって冷熱製造部の図示及び作用の説明は省略する。
【００２２】
図３は、囲繞空間に形成される低温空気層の厚さが前記冷却空気噴出ダクト３から囲繞空間低部に噴出される冷却空気の噴出流量によって変る状況を示している。冷却空気の噴出流量が多い場合は低温空気層の厚さは大きくなり、即ち床から高い位置まで低温空気層が形成される。冷却空気の噴出流量を減少するにしたがって低温空気層の厚さは減少する。
【００２３】
したがって、複数の高さ位置に配置された温度センサ１１、１２、１３のうちから選定したセンサの検知温度に応じて前記冷却ファン７を駆動する可変速駆動機６の回転数を変えることによって冷却空気の噴出流量を変えることにより、低温空気層の厚さを選定したセンサ位置に応じた厚さの低温空気層を形成することができる。床面からの高さが高い位置のセンサに対して所定温度を設定すれば厚い低温空気層を維持するように制御でき、床面からの高さが低い位置のセンサに対して所定温度を設定すれば薄い低温空気層を維持するように制御できる。なお、温度センサはその高さを移動できるように配設してもよい。所定高さにおける検出温度が所定温度以下になっている間は冷却空気の噴出を止め、所定温度を超えた場合に冷却空気の噴出を行う。そして、冷却空気の噴出流量は、選定されたセンサの検知温度と該センサに対して設定した温度との温度差に応じて、該温度差が大きいほど冷却空気の噴出流量が増大するように前記制御器８を介して前記冷却ファン７の駆動機６の回転数が増大される。
【００２４】
設定する所定温度には幅を持たせて上限温度と下限温度を設け、上限温度を超えた場合に冷却風の噴出を行い、下限温度以下になった際には冷却空気の噴出を止めるようにするのがよい。これにより不必要に冷却空気を消費しなくて済む。また、上限温度から下限温度まで下げるのに要する時間は上限、下限温度の温度差と低温空気層が受熱する熱流量と冷却空気噴出流量とその温度等によるので、目的や使用条件に応じて温度差と噴出する冷却空気の噴出流量の関係を選択できるようにしておくのがよい。低温空気層形成開始時は選定されたセンサ位置における空気温度と該センサに対して設定された前記上限温度との温度差は通常大きいので、冷却空気の噴出流量は多くなるように制御され、所定の厚さの低温空気層は早く形成されることになる。
【００２５】
以上、上方が開いた囲繞空間の場合について図示して説明したが、本発明は上方も閉じた囲繞空間にも適用できるのは勿論である。本発明はオープントップ型の床面積１０ｍ四方の大きな面積からショーケースレベルの小さな面積のものまで適用可能であり、エネルギーを節約できる低温空気層形成システムとして顕著な効果を発揮することができる。
【００２６】
図４は囲繞空間内で人が作業する場合を例示したものである。同図には冷却空気噴出ダクトが記入されていないが、この場合も冷却空気噴出ダクトが、図１、２に示したように、囲繞空間の最下部付近に設けられる。この場合、人の背丈より下の空間を適切な温度に保てばよい。即ち限定高さ空間のみ適切な温度層を形成すればよい。適切な高さ位置に温度センサを配置し、適切な上、下限温度を設定することにより、該温度センサの検知温度により冷却空気の噴出流量を自動的に制御して限定高さ空間を適切温度に保つことができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記述されるような効果を奏する。即ち、囲繞空間の所望高さ位置に温度センサを配置し、該温度センサの検知温度と所定温度との温度差に応じて、該温度差が大きいほど冷却空気の噴出流量を増大するように制御することによって、目的に応じた厚さの低温空気層を早く形成することができる。また前記所定温度に上限と下限を設けて、それらと検知温度との関係で冷却空気の噴出量を制御することにより、自動的に所定厚さの低温空気層を形成、維持することができ、囲繞空間に冷熱が無駄に供給されることを防止し、冷却空気製造のエネルギーを節減することができる。さらに、前記低温空気噴出ダクトを仕切り壁最下部に設け、該低温空気噴出ダクトに冷却空気を導く冷風ダクトを囲繞空間内を通るように配することによって、これらのダクト内の冷却空気とダクト外側の空気との温度差を小さくして冷熱の損失を減じることができ、該ダクトには断熱材を巻く等の断熱処置を施す必要がなくなり、ダクト形状や材質選定の自由度が増し、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低温空気層形成システムの低温空気層形成部を示す模式図である。
【図２】図１の低温空気層形成部の床を冷却パネルで構成した場合の斜視図である。
【図３】冷却空気噴出ダクトから噴出される冷却空気の噴出流量によって低温空気層の厚さが異なる状況を説明する図である。
【図４】囲繞空間の床から限定された高さまでに低温空気層を形成した状況を例示する斜視図である。
【図５】従来の低温空気層形成システムの低温空気層形成部と冷熱製造部を合わせて示す全体システム図である。
【符号の説明】
１ 床
１ａ 冷却床
２ 仕切り壁
３ 冷却空気噴出ダクト
３ａ 冷却空気噴出口
４ 空気冷却器
５ 冷風ダクト
６ 可変速駆動機
７ 冷却ファン
８ 制御器
９ 信号線
１１、１２、１３ 温度センサ
５１ ブラインチラー
５２ 冷却塔
５３ ブラインタンク
５４ 空気冷却器
５５ 冷風ダクト
５６ 空間仕切り壁
５７ 冷却空気噴出ダクト
５８ 冷却床
６１、６２、６３、６４ ポンプ

Claims (5)

1. 仕切り壁で囲繞された空間の低部に冷却空気を噴出して囲繞空間に低温空気層を形成するシステムにおいて、床面から所望の高さ位置に温度センサが配置され、該温度センサが検出した温度と該温度センサに対して設定した温度との差に応じて該差が大きい程前記冷却空気の噴出流量が多くなるように制御する制御器が設けられていることを特徴とする低温空気層形成システム。
2. 前記温度センサが所望の高さ位置に移動可能に配設されていることを特徴とする請求項１記載の低温空気層形成システム。
3. 前記温度センサが複数の高さ位置に配置され、１の高さ位置のセンサを選択する選択手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の低温空気層形成システム。
4. 冷却空気噴出ダクトは囲繞空間を仕切る仕切り壁の最下部に設けるとともに前記冷却空気を導く冷風ダクトが前記囲繞空間内を通って前記冷却空気噴出ダクトに連結されていることを特徴とする請求項１記載の低温空気層形成システム。
5. 仕切り壁で囲繞された空間の床面から所望の高さ位置に配置された温度センサに上限温度と下限温度を設定し、低温空気層を形成する際に前記温度センサの検知温度が設定された上限温度を超えている場合は該検知温度と前記下限温度との差に応じて該差が大きい程囲繞空間の最下部に設けられた冷却空気噴出ダクトからの冷却空気噴出流量が多くなるように、前記検知温度が前記下限温度以下になった場合は冷却空気の噴出流量を小流量に減じるか或は噴出を中止するように冷却空気の噴出を制御することを特徴とする低温空気層形成システムの運転方法。

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