JP2009299971A - 冷却加熱塔システム - Google Patents

Abstract

【課題】十分にブラインを加熱又は冷却できる冷却加熱塔システムを提供することを課題とする。
【解決手段】大気と熱交換させてブラインを冷却又は加熱する開放式の冷却加熱塔２と、内部にブラインを収容する蓄熱槽３と、内部を冷媒が循環しており、冷媒を圧縮、凝縮、膨張、及び蒸発させることで蓄熱槽３内のブラインを冷却又は加熱するヒートポンプユニット４と、冷却加熱塔２に供給されるブラインの一部を蓄熱槽３内に供給するとともに、蓄熱槽３内のブラインを冷却加熱塔２から排出されたブラインに混合させる接続ユニット８と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却加熱塔システムに関するものである。

従来より、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒を加熱又は冷却するためなどに冷却加熱塔が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。この冷却加熱塔は、一般的に、上下方向に延びる充填材を複数垂設するとともに、上部にファンが設置されている。そして、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒などと熱交換をして冷却又は加熱されたブラインを上部から流して充填材を伝って下部まで流す間に、ファンの作動により側方から上方へと流れる外気と熱交換を行わせてブラインを加熱又は冷却させる。そして、このように加熱又は冷却されたブラインを再度冷凍機の熱交換器等に送る。
特開２００５−２０７６８２号公報

しかしながら、外気の温度によっては、上述した冷却加熱塔だけでは十分にブラインを加熱又は冷却できないといった問題があった。そこで、本発明は、十分にブラインを加熱又は冷却できる冷却加熱塔システムを提供することを課題とする。

本発明に係る冷却加熱塔システムは、上記課題を解決するためになされたものであり、大気と熱交換させてブラインを冷却又は加熱する開放式の冷却加熱塔と、内部にブラインを収容する蓄熱槽と、内部を冷媒が循環しており、冷媒を圧縮、凝縮、膨張、及び蒸発させることで前記蓄熱槽内のブラインを冷却又は加熱するヒートポンプユニットと、前記冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を前記蓄熱槽内に供給するとともに、前記蓄熱槽内のブラインを前記冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させる接続ユニットと、を備えている。

上記構成によれば、接続ユニットによって冷却加熱塔に供給されるブラインの一部が蓄熱槽内に供給されるとともに、蓄熱槽内のブラインを冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させている。この蓄熱槽内のブラインは、ヒートポンプユニットによって冷却又は加熱されているため、冷却加熱塔によって十分に冷却又は加熱されずに排出されたブラインと混合することで、このブラインを十分に冷却又は加熱することができる。

また、上記冷却加熱塔システムは種々の構成をとることができるが、例えば上記接続ユニットは、前記冷却加熱塔と蓄熱槽との間のブラインの連通を遮断可能にする弁を有していることが好ましい。この構成によれば、例えば冷却加熱塔のみによって十分にブラインを冷却又は加熱できる場合は、弁を閉状態にすることによって蓄熱槽とのブラインの連通を遮断させることができる。また、冷却加熱塔を作動させていない夜間などに、安価な深夜電力を利用してヒートポンプユニットを作動させて、蓄熱槽内に収容されたブラインを冷却又は加熱して冷熱又は温熱を蓄熱しておくことができる。

また、冷却加熱塔がブラインを冷却する場合においては、上記接続ユニットは、冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を蓄熱槽の上部から蓄熱槽内に供給するとともに、蓄熱槽内のブラインを蓄熱槽の下部から排出して冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させることが好ましい。これは、温度の低いブラインは蓄熱槽内の下部に溜まるため、蓄熱槽内のブラインを蓄熱槽の下部から排出することで、この蓄熱槽内でより温度の低いブラインを冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させて効率的にブラインを冷却することができる。

また、冷却加熱塔がブラインを加熱する場合においては、接続ユニットは、冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を蓄熱槽の下部から蓄熱槽内に供給するとともに、蓄熱槽内のブラインを蓄熱槽の上部から排出して冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させることが好ましい。これは、温度の高いブラインは蓄熱槽内の上部に溜まるため、蓄熱槽内のブラインを蓄熱槽の上部から排出することで、この蓄熱槽内でより温度の高いブラインを冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させて効率的にブラインを加熱することができる。

本発明によれば、十分にブラインを加熱又は冷却できる冷却加熱塔システムを提供することができる。

以下、本発明に係る冷却加熱塔システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る冷却加熱塔システムの構成図である。なお、本実施形態では、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒と熱交換したブラインを加熱又は冷却する場合について説明するが、その他の熱源と熱交換したブラインを加熱又は冷却する場合であっても同様の方法をとることができる。

図１に示すように、冷却加熱塔システム１は、ブラインを外気と熱交換させる冷却加熱塔２と、ブラインを内部に収容する蓄熱槽３と、蓄熱槽３内のブラインを冷却又は加熱するためのヒートポンプユニット４とを備えている。また、冷却加熱塔２に供給されるブラインの一部を蓄熱槽３に供給するとともに、蓄熱槽３内のブラインを冷却加熱塔２から排出されたブラインへ混合させるための接続ユニット８が設置されている。

冷却加熱塔２は、上下方向に延びるように垂設された波状の充填材（図示省略）が複数枚設置されており、その上部にファン２１が設置されている。このファン２１を作動させることで、側方から入り込んだ外気がファン２１に向かって上昇するような空気流を生成する。この冷却加熱塔２の上部には、冷凍機の熱交換器を流れる冷媒と熱交換をして冷却又は加熱されたブラインが戻ってくる戻り管Ｐ１が接続されるとともに、冷却加熱塔２の下部には、冷却加熱塔２によって外気と熱交換を行い加熱又は冷却されたブラインを再度冷凍機の熱交換器へと送る送り管Ｐ２が接続されている。

蓄熱槽３は、内部にブラインを収容するように構成されており、その上部には第１の連結管Ｐ３が接続されており、下部には第２の連結管Ｐ４が接続されている。

ヒートポンプユニット４は、圧縮機４１、四方切換弁４２、蓄熱槽内熱交換器４３、膨張弁４４、外部熱交換器４５を環状に接続しており、その内部には冷媒が循環している。蓄熱槽内熱交換器４３は、上記蓄熱槽３内を延びる熱交換器であって、冷媒と蓄熱槽３内のブラインとを熱交換させるように構成されている。四方切換弁４２は、圧縮機４１から吐出された冷媒を蓄熱槽内熱交換器４３又は外部熱交換器４５のどちらかに送るように冷媒の流路を切り替えることができる。

戻り管Ｐ１からは、ブラインの一部を蓄熱槽３に送るための第１の分岐管Ｐ５及び第２の分岐管Ｐ６が分岐している。第１の分岐管Ｐ５は、第１の三方弁５を介して第１の連結管Ｐ３と接続しており、第２の分岐管Ｐ６は、第２の三方弁６を介して第２の連結管Ｐ４と接続している。また、送り管Ｐ２に第３の三方弁７が設置されており、第１の三方弁５と第３の三方弁７とを第１の合流管Ｐ７によって接続しており、第２の三方弁６と第３の三方弁７とを第２の合流管Ｐ８によって接続している。なお、これら、第１の連結管Ｐ３，第２の連結管Ｐ４、第１の分岐管Ｐ５、第２の分岐管Ｐ６、第１の合流管Ｐ７、第２の合流管Ｐ８、第１の三方弁５、第２の三方弁６、第３の三方弁７を総称して接続ユニット８と呼ぶ。

次に上述した冷却加熱塔システム１の運転方法について図面を参照しつつ説明する。図２は冷却加熱塔のみでブラインを加熱する場合の冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図、図３は冷却加熱塔及び蓄熱槽でブラインを加熱する場合の冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図、図４は冷却加熱塔のみでブラインを冷却する場合の冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図、図５は冷却加熱塔及び蓄熱槽でブラインを冷却する場合の冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図である。なお、図２〜５における各三方弁５，６，７の黒く塗りつぶされている箇所は、ブラインが通らないように遮断された箇所を示している。

まずは、ブラインを加熱する場合の冷却加熱塔システムの運転方法、すなわち、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒と熱交換することで冷却されたブラインを加熱する場合の冷却加熱塔システムの運転方法について図２及び図３を参照しつつ説明する。

冷却加熱塔２のみでブラインを所望の温度まで十分に加熱できる場合は、図２に示すように、第１及び第２の三方弁５，６を全て閉じるとともに、第３の三方弁７は各合流管Ｐ７，Ｐ８と接続する箇所のみを閉じる。このように設定された冷却加熱塔システム１では、冷凍機の熱交換器を流れる冷媒に放熱して冷却されたブラインが、戻り管Ｐ１を介して冷却加熱塔２に流れてくる。そして、冷却加熱塔２に流れてきたブラインは、冷却加熱塔２の充填材を伝って上部から下部へと流れる間に、ファン２１の作動により側方から入り込んで上方へと流れる外気と熱交換を行い加熱される。このようにして加熱されたブラインは、第３の三方弁７及び送り管Ｐ２を介して再度冷凍機の熱交換器へと送られ、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒を加熱する。このように冷媒を加熱することで冷却されたブラインは、戻り管Ｐ１を介して再度冷却加熱塔２へと戻ってくる。以上のサイクルを繰り返して、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒を加熱し続ける。

次に、冷却加熱塔２のみでは十分にブラインを加熱できない場合の冷却加熱塔システムの運転方法について説明する。この場合は、蓄熱槽３内の加熱されたブラインを利用するが、蓄熱槽３内のブラインは予めヒートポンプユニット４を作動させることで加熱されている。このヒートポンプユニット４によるブラインの加熱方法について説明すると、図２に示すように、ヒートポンプユニット４内を流れる冷媒を圧縮機４１によって圧縮して高温ガスとし、この圧縮機４１から吐出された高温ガスを四方切換弁４２によって蓄熱槽内熱交換器４３へと送る。蓄熱槽内熱交換器４３へと送られた高温の冷媒は、蓄熱槽３内のブラインを加熱するとともに、冷媒自体は凝縮して膨張弁４４へと送られる。膨張弁４４へ送られた冷媒は、膨張弁４４により急激に減圧されて低温低圧となり、外部熱交換器４５で外気と熱交換して蒸発し、四方切換弁４２を介して再度圧縮機４１へと送られる。上記サイクルを繰り返すことで、蓄熱槽３内のブラインを所定温度まで加熱する。なお、このヒートポンプユニット４による蓄熱槽３内のブラインの加熱は、冷却加熱塔２が動作していないときや、冷却加熱塔２のみが作動して蓄熱槽３内のブラインが使用されていないときに行われるが、安価な深夜電力を使用できる夜間に行うことが好ましい。

以上のようにして温熱が蓄熱された蓄熱槽３内のブラインを利用する冷却加熱塔システム１の運転方法について説明をする。この場合は、図３に示すように、第１の三方弁５は第１の分岐管Ｐ５と接続する箇所を閉じるとともに、第２の三方弁６は第２の合流管Ｐ８と接続する箇所を閉じる。このように設定された冷却加熱塔システムでは、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒に放熱して冷却されたブラインが、戻り管Ｐ１を介して冷却加熱塔２に戻ってくる。このブラインの一部は、冷却加熱塔２へと送られ、冷却加熱塔２の充填材を伝って上部から下部へと流れる間に、ファン２１の作動により側方から入り込んで上方へと流れる外気と熱交換を行い加熱されて冷却加熱塔２の下部から第３の三方弁７へと送られる。

一方、冷却加熱塔２に送られなかった残りのブラインは、第２の分岐管Ｐ６、第２の三方弁６、及び第２の連結管Ｐ４を介して蓄熱槽３の下部から蓄熱槽３内へ送られる。そして、ヒートポンプユニット４によって予め加熱されたブラインが、蓄熱槽３の上部から第１の連結管Ｐ３、第１の三方弁５，及び第１の合流管Ｐ７を介して第３の三方弁７へと流れ、冷却加熱塔２の下部から送られたブラインと混合することにより、冷却加熱塔２で加熱されたブラインの温度をさらに上げる。このように蓄熱槽３からのブラインと混合した冷却加熱塔２で加熱されたブラインは、送り管Ｐ２を介して再度冷凍機の熱交換器へと送られて熱交換器内を流れる冷媒を加熱する。以上のサイクルを繰り返すと、蓄熱槽３内のブラインの温度が低下するが、蓄熱槽３内のブラインの温度が所定温度を下回ると、ヒートポンプユニット４を作動させて、再度蓄熱槽３内のブラインを加熱する。

次に、ブラインを冷却する場合の冷却加熱塔システムの運転方法、すなわち、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒と熱交換することで加熱されたブラインを冷却する場合の冷却加熱塔システム１の運転方法について図４及び図５を参照しつつ説明する。

まずは、冷却加熱塔のみでブラインを十分に冷却できる場合の冷却加熱塔システムの運転方法について図４を参照しつつ説明する。この場合は、上述した冷却加熱塔のみでブラインを十分に加熱できる場合の運転方法と同じ運転方法をとることができる。すなわち、図４に示すように、第１及び第２の三方弁５，６を全て閉じるとともに、第３の三方弁７は各合流管Ｐ７，Ｐ８と接続する箇所のみを閉じる。このように設定された冷却加熱塔システム１では、冷凍機の熱交換器で加熱されて戻り管Ｐ１を介して冷却加熱塔２に送られてきたブラインは、充填材を伝って冷却加熱塔２の上部から下部へと流れる間に、側方から上方へと流れる外気と熱交換することによって冷却される。このように冷却されたブラインは、第３の三方弁７及び送り管Ｐ２を介して冷凍機の熱交換器へと送られ、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒を冷却する。冷媒を冷却することによって加熱されたブラインは、戻り管Ｐ１を介して再度冷却加熱塔２へと戻ってくる。以上のサイクルを繰り返して、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒を冷却し続ける。

次に、冷却加熱塔２のみでは十分にブラインを冷却できない場合の冷却加熱塔システムの運転方法について説明する。この場合は、蓄熱槽３内の冷却されたブラインを利用するが、この蓄熱槽３内のブラインは、ヒートポンプユニット４を作動させることで予め冷却されている。このときのヒートポンプユニット４を用いたブラインの冷却方法について説明すると、図４に示すように、ヒートポンプユニット４内を流れる冷媒を圧縮機４１によって圧縮して高温ガスとし、この圧縮機４１から吐出された高温の冷媒を四方切換弁４２によって外部熱交換器４５へと送る。外部熱交換器４５へと送られた冷媒は、外気と熱交換を行い凝縮した後に膨張弁４４で急激に減圧され低温低圧の冷媒となる。この低温低圧の冷媒を蓄熱槽内熱交換器４３へと送り、蓄熱槽内熱交換器４３で冷媒が蒸発することで蓄熱槽３内のブラインから熱を奪い、蓄熱槽３内のブラインを冷却する。蓄熱槽内熱交換器４３で蒸発した冷媒は、四方切換弁４２を介して再度圧縮機４１へと送られる。以上のサイクルを繰り返すことで、蓄熱槽３内のブラインに冷熱を蓄熱する。なお、このヒートポンプユニット４による蓄熱槽３内のブラインの冷却は、加熱塔２が運転されていないときや、冷却加熱塔２のみが運転されて蓄熱槽３内のブラインが利用されていないときに行うが、安価な深夜電力を使用できる夜間に行うことが好ましい。

以上のようにして冷熱が蓄熱された蓄熱槽３内のブラインを利用する冷却加熱塔システム１の運転方法について説明をする。この場合は、図５に示すように、第１の三方弁５は第１の合流管Ｐ７と接続する箇所を閉じるとともに、第２の三方弁６は第２の分岐管Ｐ６と接続する箇所を閉じている。このように設定された冷却加熱塔システム１では、冷凍機の熱交換器内を流れる冷媒と熱交換をして加熱されたブラインが、戻り管Ｐ１を介して冷却加熱塔２へ流れてくる。このブラインの一部は、冷却加熱塔２の充填材を伝って上部から下部へと流れる間に、側方から上方へと流れる外気と熱交換を行うことで冷却されて、冷却加熱塔２の下部から第３の三方弁７へと送られる。

一方、冷却加熱塔２に送られなかった残りのブラインは、第１の分岐管Ｐ５、第１の三方弁５、及び第１の連結管Ｐ３を介して蓄熱槽３の上部から蓄熱槽３内へと送られる。そして、ヒートポンプユニット４によって予め冷却されたブラインが蓄熱槽３の下部から排出されて、第２の連結管Ｐ４、第２の三方弁６，及び第２の合流管Ｐ８を介して第３の三方弁７へと送られ、冷却加熱塔２の下部から排出されたブラインと混合する。このように蓄熱槽３内のブラインが混合することで温度がさらに下げられたブラインは、送り管Ｐ２を介して冷凍機の熱交換器へと送られて熱交換器内を流れる冷媒と熱交換を行い、再度加熱されて戻り管Ｐ１を介して冷却加熱塔２へと戻ってくる。以上のサイクルを繰り返すと、蓄熱槽３内のブラインの温度が上昇するが、蓄熱槽３内のブラインの温度が所定温度を上回ると、ヒートポンプユニット４を作動させて、再度蓄熱槽３内のブラインを冷却する。

以上、本実施形態によれば、予め加熱された蓄熱槽３内のブラインや冷却された蓄熱槽３内のブラインを、冷却加熱塔２から輩出されたブラインへと混合させるため、冷却加熱塔２で十分に加熱されない場合や冷却されない場合であっても、所望の温度を有するブラインを冷凍機の熱交換器などに送ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、冷却加熱塔２から排出されたブラインを加熱する場合は、冷却加熱塔２に送られなかった残りのブラインを蓄熱槽３の下部から蓄熱槽３内に供給するとともに、蓄熱槽３の上部から予め加熱されたブラインを排出して冷却加熱塔２から排出されたブラインに混合させているが、この流路を変更することができる。すなわち、残りのブラインを蓄熱槽３の上部から蓄熱槽３内に供給するとともに、蓄熱槽３の下部から予め加熱されたブラインを排出することができる。ただし、蓄熱槽３内では、温度の高いブラインほど上部に溜まり、温度の低いブラインは下部に溜まる傾向にあるため、冷却加熱塔２から排出されたブラインを加熱するには、蓄熱槽３の上部から排出されたブラインを冷却加熱塔２から排出されたブラインに混合させる方が好ましい。なお、同様に、冷却加熱塔２から排出されたブラインを冷却する場合は、上記実施形態のように冷却加熱塔２に送られなかった残りのブラインを蓄熱槽３の上部から蓄熱槽３内に供給し、蓄熱槽３の下部から予め冷却されたブラインを排出して冷却加熱塔２から排出されたブラインに混合させる方が好ましいが、この逆、すなわち、蓄熱槽３の下部から蓄熱槽３内にブラインを供給して、蓄熱槽３の上部から予め冷却されたブラインを排出することもできる。

本発明に係る冷却加熱塔システムの実施形態を示す構成図である。 冷却加熱塔のみでブラインを加熱する場合における冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図である。 冷却加熱塔及び蓄熱槽内のブラインでブラインを加熱する場合における冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図である。 冷却加熱塔のみでブラインを冷却する場合における冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図である。 冷却加熱塔及び蓄熱槽内のブラインでブラインを冷却する場合における冷却加熱塔システムの運転方法を説明する説明図である。

符号の説明

１ 冷却加熱塔システム
２ 冷却加熱塔
３ 蓄熱槽
４ ヒートポンプユニット
８ 接続ユニット

Claims (4)

1. 大気と熱交換させてブラインを冷却又は加熱する開放式の冷却加熱塔と、
   内部にブラインを収容する蓄熱槽と、
   内部を冷媒が循環しており、冷媒を圧縮、凝縮、膨張、及び蒸発させることで前記蓄熱槽内のブラインを冷却又は加熱するヒートポンプユニットと、
   前記冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を前記蓄熱槽内に供給するとともに、前記蓄熱槽内のブラインを前記冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させる接続ユニットと、
   を備える冷却加熱塔システム。
2. 前記接続ユニットは、前記冷却加熱塔と蓄熱槽との間のブラインの連通を遮断可能にする弁を有する、請求項１に記載の冷却加熱塔システム。
3. 前記接続ユニットは、前記冷却加熱塔がブラインを冷却する場合において、前記冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を前記蓄熱槽の上部から前記蓄熱槽内に供給するとともに、前記蓄熱槽内のブラインを前記蓄熱槽の下部から排出して前記冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させる、請求項１又は２に記載の冷却加熱塔システム。
4. 前記接続ユニットは、前記冷却加熱塔がブラインを加熱する場合において、前記冷却加熱塔に供給されるブラインの一部を前記蓄熱槽の下部から前記蓄熱槽内に供給するとともに、前記蓄熱槽内のブラインを前記蓄熱槽の上部から排出して前記冷却加熱塔から排出されたブラインに混合させる、請求項１又は２に記載の冷却加熱塔システム。

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