JP2011038656A - Ｄｈｃプラント省エネルギー化システム - Google Patents

Abstract

【課題】都市下水や河川水などを熱源に利用できない地域でも、冷凍機など熱源機や冷却塔で省エネルギー効果を得ることができるＤＨＣプラント省エネルギー化システムを提供する。
【解決手段】ＤＨＣプラント１では、集合冷却塔７で冷却された冷却水が、切替弁１３によって、選択的に、複数の熱源機５或は特定熱交換器１５のいずれか一方へ導かれる。中間期・冬期では、集合冷却塔７のファンを制御することによって１０℃未満の冷却水を得ることができるので、地域配管２０から戻ってくる温度上昇した冷水と、集合冷却塔７で冷却された冷却水との間で熱交換させるだけで、冷水を１５℃〜２０℃まで下げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定地域へ配管を介して冷水等を送るＤＨＣプラント省エネルギー化システムに関する。

建物に対して冷水および温水などを供給するＤＨＣプラントは、個々の建物が個別に熱源機を備えるシステムに比べて省エネルギーである。例えば、特許文献１（特開２００６−１０１７０号公報）に開示されている地域冷暖房システムは、各建物へ冷水を供給して熱源機の排熱を吸収させ、温度上昇した冷水を回収して都市下水との間で熱交換させている。このようなＤＨＣプラントは、冷凍機や冷却塔などの設備も備えているが、中間期・冬期の外気温が低いときには、都市下水だけで温度上昇した冷水を冷却することができるので、省エネルギーである。

しかしながら、立地条件が伴わない場合、例えば、都市下水設備が整っていないような地域では、河川水を利用するなど都市下水に代わる熱源を確保しなければならないので、全地域に適用可能なプラントとは言い難い。

それゆえ、本発明の課題は、都市下水や河川水などを熱源に利用できない地域でも、冷凍機など熱源機や冷却塔で省エネルギー効果を得ることができるＤＨＣプラント省エネルギー化システムを提供することにある。

第１発明に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムは、所定地域に存在する建物に対して地域配管を介して冷水を供給するＤＨＣプラント省エネルギー化システムであって、複数の熱源機と、冷却設備と、共通冷却水配管と、第１冷水ポンプと、流路切替機構と、熱交換器と、第２冷水ポンプとを備えている。冷却設備は、複数の熱源機からの排熱によって温度上昇した冷却水を冷却するために、複数の熱源機それぞれに共通に設けられている。共通冷却水配管は、複数の熱源機と冷却設備とを結んでいる。第１冷水ポンプは、地域配管から戻ってくる温度上昇した冷水を熱源機へ引き入れ、熱源機で冷却された冷水を再び地域配管に送る。流路切替機構は、共通冷却水配管に設けられ、冷却水の流路を切り替える。熱交換器は、流路切替機構と地域配管との間に熱源機とは別に設置されている。第２冷水ポンプは、地域配管から戻ってくる温度上昇した冷水を熱交換器へ引き入れ、熱交換器で冷却された冷水を再び地域配管へ送る。冷却設備は複数の冷却塔を集合させた集合冷却塔であって、その集合冷却塔で冷却された冷却水が、流路切替機構によって、選択的に、複数の熱源機或は熱交換器のいずれか一方へ導かれる。

除湿を必要としない顕熱冷却の場合、ＤＨＣプラント省エネルギー化システムが供給する冷水の温度はそれほど低い温度を必要としない。それゆえ、このＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、中間期、冬期、および外気温が比較的低い夏季の夜間において、熱源機で冷水を冷却する必要がなく、地域配管から戻ってくる温度上昇した冷水と、集合冷却塔で冷却された冷却水との間で熱交換させ、冷却されたその冷水を再び地域配管に送るだけでよい。したがって、省エネルギーである。

また、１つの熱源機に対し１つの冷却塔が対応する一般的なシステムでは、冷却水を熱源機の排熱除去にしか利用できなかったが、このＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、複数の冷却塔を集合させ全ての熱源機に共通な集合冷却塔にしたことにより、例えば、各冷却塔のファンを制御することによって冷却水の温度制御が可能となり、その温度制御された冷却水によって、直接に負荷側を冷却することができる。

第２発明に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムは、第１発明に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムであって、熱交換器で冷却された冷水の温度が、１５℃〜２０℃である。このＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、冷水の温度と地域配管の周囲温度との差が小さくなるので、冷水が地域配管を移動するとき、配管からの熱損失が抑制される。また、送水温度が高く設定されたことにより熱源機の効率が向上するので、省エネルギーである。

第１発明に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、中間期・冬期、および外気温が比較的低い夏季の夜間において、地域配管から戻ってくる温度上昇した冷水と、集合冷却塔で冷却された冷却水との間で熱交換させ、冷却されたその冷水を再び地域配管に送るだけでよい。したがって、省エネルギーである。また、温度制御された冷却水によって、直接に負荷側を冷却することができる。

第２発明に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、冷水の温度と地域配管の周囲温度との差が小さくなるので、冷水が地域配管を移動するとき、配管からの熱損失が抑制される。また、送水温度が高く設定されたことにより熱源機の効率が向上するので、省エネルギーである。

本発明の一実施形態に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムの構成図。 図１に示すＤＨＣプラント省エネルギー化システムの制御ブロック図。 第１動作制御および第２動作制御のフローチャート。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

＜ＤＨＣプラント省エネルギー化システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るＤＨＣプラント省エネルギー化システムの構成図である。図１において、ＤＨＣプラント１は、１つ又は多数の建物に備えられた空調機１００に冷水を供給する。空調機１００は、地域配管２０によってＤＨＣプラント１と結ばれており、ＤＨＣプラント１で生成された冷水は、地域配管２０を通って建物に到達し、空調機１００の排熱を吸収して、再び地域配管２０を通ってＤＨＣプラント１へ戻ってくる。

地域配管２０から戻ってきた温度上昇した冷水は、第１冷水ポンプ１１によって熱源機５へ引き入れられて冷却される。ＤＨＣプラント１には複数の熱源機５が据え付けられており、熱源機５ごとに第１冷水ポンプ１１が設置されている。冷却された冷水は、第１冷水ポンプ１１によって再び地域配管２０へ送られる。なお、地域配管２０と第１冷水ポンプ１１とは、送水用ヘッダー１９ａを介して接続されている。また、地域配管２０から戻ってきた水は、返水用ヘッダー１９ｂを介して熱源機５などに流れる。

熱源機５は冷却水配管９によって集合冷却塔７と結ばれており、冷却水は冷却水ポンプ６によって熱源機５と集合冷却塔７との間を循環する。冷却水ポンプ６も、熱源機５ごとに設置されている。したがって、熱源機５からの排熱によって温度上昇した冷却水は、集合冷却塔７に送られて必要な温度まで冷却され、再び熱源機５に戻ってくる。

また、このＤＨＣプラント１には、集合冷却塔７から熱源機５へ向かう冷却水配管９の途中に切替弁１３が配置されている。切替弁１３とヘッダー１９ａ，１９ｂとはバイパス配管１７によって結ばれている。切替弁１３は、三方弁であり、３つの流通口（ポートＡ、ポートＢ、ポートＣ）を有する。ポートＡは、集合冷却塔７から流れてくる冷却水が流入する。ポートＢは、ポートＡから入った冷却水を熱源機５側へ流出させる。ポートＣは、ポートＡから入った冷却水をバイパス配管１７側へ流出させる。説明の便宜上、ポートＡとポートＢとが連通した状態を第１状態、ポートＡとポートＣとが連通した状態を第２状態とよぶ。

バイパス配管１７の途中には、熱源機５に据え付けられている熱交換器とは別個の熱交換器が配置されており、説明の便宜上、特定熱交換器１５とよぶ。

さらに、このバイパス配管１７の特定熱交換器１５から送水用ヘッダー１９ａへ向かう区間に、第２冷水ポンプ１２が配置されている。ＤＨＣプラント１には複数の特定熱交換器１５が備え付けられており、特定熱交換器１５ごとに第２冷水ポンプ１２が設置されている。第２冷水ポンプ１２は、地域配管２０から戻ってくる温度上昇した冷水を特定熱交換器１５へ引き入れ、特定熱交換器１５で冷却された冷水を再び地域配管２０へ送る。このように、第２冷水ポンプ１２の働きは、第１冷水ポンプ１１と似ているが、第１冷水ポンプ１１と同時に動作することはない。

特定熱交換器１５で冷水と熱交換した冷却水は、第２冷却水ポンプ１６によって特定熱交換器１５と集合冷却塔７との間を循環する。第２冷却水ポンプ１６も、特定熱交換器１５ごとに設置されている。したがって、特定熱交換器１５で温度上昇した冷却水は、集合冷却塔７に送られて必要な温度まで冷却され、再び熱交換器１５に戻ってくる。

＜ＤＨＣプラント省エネルギー化システムの動作＞
図２は、図１に示すＤＨＣプラント省エネルギー化システムの制御ブロック図である。図２において、マイコン４には、熱源機制御、ポンプ制御、切替弁制御および冷却塔制御などの機器単体の制御プログラムが設定されている。

さらに、マイコン４は、集合冷却塔７で冷却された冷却水の温度（冷却水温度Ｔｃ）を冷却水温度センサ１４を介して検知し、冷却水温度Ｔｃが所定温度Ｔｓ以上のときは第１動作制御を行い、冷却水温度Ｔｃが所定温度Ｔｓ未満のときは第２動作制御を行う。以下、フローチャートを参照しながら第１動作制御および第２動作制御について説明する。

図３は、第１動作制御および第２動作制御のフローチャートである。図３において、マイコン４は、ステップＳ１で冷却水温度センサ１４を介して冷却水温度Ｔｃを検知し、ステップＳ２へ進む。マイコン４は、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｃが所定温度Ｔｓ以上であるか否かを判定する。

マイコン４は、ステップＳ２で冷却水温度Ｔｃが所定温度Ｔｓ以上と判定したとき、ステップＳ３へ進み、切替弁１３を動作させてポートＡとポートＢとが連通する第１状態へ切り替え、冷却水を熱源機５へ向かわせる。

マイコン４は、ステップＳ４で熱源機５を運転させ、ステップＳ５で第１冷水ポンプ１１を運転させる。熱源機５は地域配管２０から戻ってきた温度上昇した冷水を冷却するときに排熱するが、冷却水がその排熱を吸収する。熱源機５で冷却された冷水は、第１冷水ポンプ１１によって再び地域配管２０へ送られる。これらステップＳ３からステップＳ５までの動作を第１動作とよぶ。

一方、マイコン４がステップＳ２で冷却水温度Ｔｃが所定温度Ｔｓ未満と判定したとき、ステップＳ１１へ進み、切替弁１３を動作させてポートＡとポートＣとが連通する第２状態へ切り替え、冷却水を特定熱交換器１５へ向かわせる。

マイコン４は、ステップＳ１２で熱源機５の運転を停止させ、ステップＳ１３で第２冷水ポンプ１２を運転させる。特定熱交換器１５では、地域配管２０から戻ってくる温度上昇した冷水と、所定温度以下の冷却水との間で熱交換が行われ、冷水が冷却される。特定熱交換器１５で冷却された冷水は、第２冷水ポンプ１２によって再び地域配管２０へ送られる。これらステップＳ１１からステップＳ１３までの動作を第２動作とよぶ。

＜空調機＞
ＤＨＣプラント省エネルギー化システムによって供給された冷水を利用する空調機１００としては、除湿を必要としない顕熱冷却によって冷房を行う、いわゆるドレンレス空調機が適している。ドレンレス空調機では、冷房除湿運転時、熱交換器により冷却される空気は絶対湿度が低い状態（すなわち、乾燥した状態）にあるので、潜熱処理がほとんど行われずに顕熱処理のみが行われることになる。それゆえ、熱交換器内部を流通する冷水の温度を約１５℃（従来は約７℃などが多い）という比較的高めの温度設定としても、十分に室内を冷房するに足りる。また、同様の理由から熱交換器においてほとんど凝縮水が発生しない。

空調機１００の熱交換器で温度上昇した冷水は、地域配管２０を経由してＤＨＣプラント１に戻る。温度上昇した冷水は、熱源機５或は特定熱交換器１５のいずれか一方で冷却され、再び地域配管２０を介して空調機１００へ送られる。

なお、出願人は、ドレンレス空調の原理について、特願２００９−０２００２９号公報および特願２００９−０２００３０号公報で開示しているので、ここでは説明を省略する。

＜特徴＞
ＤＨＣプラント省エネルギー化システムでは、集合冷却塔７で冷却された冷却水が、切替弁１３によって、選択的に、複数の熱源機５或は特定熱交換器１５のいずれか一方へ導かれる。中間期、冬期、および外気温が比較的低い夏季の夜間では、集合冷却塔７のファンを制御することによって１５℃〜２０℃未満の冷却水を得ることができるので、地域配管２０から戻ってくる温度上昇した冷水と、集合冷却塔７で冷却された冷却水との間で熱交換させるだけで、冷水を１５℃〜２０℃まで下げることができる。したがって、熱源機５で冷水を冷却する必要がなくなり、省エネルギーである。また、冷水の温度と地域配管２０の周囲温度との差が小さくなるので、冷水が地域配管２０を移動するとき、配管からの熱損失が抑制される。また、送水温度が高く設定されたことにより熱源機の効率が向上するので、省エネルギーである。

以上のように、本発明によれば、除湿を必要としない顕熱冷却によって冷房を行う、いわゆるドレンレス空調機へ冷水を供給するＤＨＣプラントに有用である。

１ ＤＨＣプラント
５ 熱源機
７ 集合冷却塔（冷却設備）
９ 共通冷却水配管
１１ 第１冷水ポンプ
１２ 第２冷水ポンプ
１３ 切替弁（切替機構）
１５ 特定熱交換器
２０ 地域配管

特開２００６−１０１７０号公報

Claims (2)

1. 所定地域に存在する建物に対して地域配管（２０）を介して冷水を供給するＤＨＣプラント省エネルギー化システムであって、
   複数の熱源機（５）と、
   複数の前記熱源機（５）からの排熱によって温度上昇した冷却水を冷却するために、複数の前記熱源機（５）それぞれに共通に設けられた冷却設備（７）と、
   複数の前記熱源機（５）と前記冷却設備（７）とを結ぶ共通冷却水配管（９）と、
   前記地域配管（２０）から戻ってくる温度上昇した前記冷水を前記熱源機（５）へ引き入れ、前記熱源機（５）で冷却された前記冷水を再び前記地域配管（２０）に送る第１冷水ポンプ（１１）と、
   前記共通冷却水配管（９）に設けられ、前記冷却水の流路を切り替える流路切替機構（１３）と、
   前記流路切替機構（１３）と前記地域配管（２０）との間に前記熱源機（５）とは別に設置される熱交換器（１５）と、
   前記地域配管（２０）から戻ってくる温度上昇した前記冷水を前記熱交換器（１５）へ引き入れ、前記熱交換器（１５）で冷却された前記冷水を再び前記地域配管（２０）へ送る第２冷水ポンプ（１２）と、
   を備え、
   前記冷却設備（７）は複数の冷却塔を集合させた集合冷却塔であって、前記集合冷却塔で冷却された前記冷却水が、前記流路切替機構（１３）によって、選択的に、複数の前記熱源機（５）或は前記熱交換器（１５）のいずれか一方へ導かれる、
   ＤＨＣプラント省エネルギー化システム。
2. 前記熱交換器（１５）で冷却された前記冷水の温度は、１５℃〜２０℃である、
   請求項１に記載のＤＨＣプラント省エネルギー化システム。

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