JP2011149665A

JP2011149665A - 地中冷熱利用冷却水供給設備

Info

Publication number: JP2011149665A
Application number: JP2010013268A
Authority: JP
Inventors: Keiji Suzawa; 啓司洲澤
Original assignee: Misawa Kankyo Gijutsu KK
Current assignee: Misawa Kankyo Gijutsu KK
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-08-04

Abstract

【課題】工場などで使用する冷却水を、廉価なランニングコストで作ることができ、二酸化炭素の排出量も削減することのできる地中冷熱利用冷却水供給設備を提供する。
【解決手段】冷却機６に冷却水を供給する冷水タンク４と、夜間電力によって氷を作り、その氷の冷熱を利用して低温水を作り、その低温水の冷熱によって冷水タンク４の冷却水を、第一熱交換器７を介して冷却する氷蓄熱ユニット２と、水滴を上から流しながら送風機で風を送り、外気と接触させることによって低温水を作り、その低温水の冷熱によって冷水タンク４の冷却水を、第二熱交換器８を介して冷却する冷却塔３とを設ける。また、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ１ａに、冷水タンク４の冷却水を循環させて、地中の冷熱によって冷却する地中熱交換器１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、工場などで、あらゆる目的で必要とされる冷却水を供給するための冷却水供給設備に関するものである。

各種工場では、製品を冷却したり、空調設備に利用するなどのあらゆる目的で大量の冷却水が必要とされている。従来、この冷却水は、地下水を汲み上げてそのまま使用したり、また、水（循環水）を水滴にして上から流しながら、送風機で風を送り外気と接触させることで温度を下げる冷却塔によって作っている。また、近年では、廉価な夜間電力を利用して氷を作り、昼間、その氷の冷熱を利用して冷却水を作る氷蓄熱ユニットも使用されている。

しかし、こうした従来の手段では、ランニングコストが嵩むと共に、大量の二酸化炭素を排出するので環境上も好ましくない。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、工場などで使用する冷却水を、廉価なランニングコストで作ることができると共に、二酸化炭素の排出量も削減することのできる冷却水供給設備を提供することを課題とする。

図１乃至図３を参照して説明する。請求項１に記載の地中冷熱利用冷却水供給設備は、工場などにおいて冷却水を供給する設備であって、冷却機６に冷却水を供給する冷水タンク４と、夜間電力によって氷を作り、その氷の冷熱を利用して低温水を作り、その低温水の冷熱によって前記冷水タンク４の冷却水を、第一熱交換器７を介して冷却する氷蓄熱ユニット２と、水滴を上から流しながら送風機で風を送り、外気と接触させることによって低温水を作り、その低温水の冷熱によって前記冷水タンク４の冷却水を、第二熱交換器８を介して冷却する冷却塔３を備える。

また、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ１ａに、前記冷水タンク４の冷却水を循環させて、地中の冷熱によって冷却する地中熱交換器１を備える。なお、冷却機６は、製品を製造する装置に限定されるものではなく、冷却水を使用する他の装置（例えば、空調機）を含む（以下、同じ）。

請求項２に記載の地中冷熱利用冷却水供給設備は、工場などにおいて冷却水を供給する設備であって、冷却機６に冷却水を供給する冷水タンク４と、夜間電力によって氷を作り、その氷の冷熱を利用して低温水を作り、その低温水の冷熱によって前記冷水タンク４の冷却水を、第一熱交換器７を介して冷却する氷蓄熱ユニット２と、水滴を上から流しながら、送風機で風を送り外気と接触させることによって低温水を作り、その低温水の冷熱によって前記冷水タンク４の冷却水を、第二熱交換器８を介して冷却する冷却塔３を備える。

また、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ１ａに、前記冷水タンク４の冷却水を循環させて、地中の冷熱によって冷却する地中熱交換器１を備える。さらに、前記冷却機６に連通すると共に、前記冷水タンク４と第二熱交換器８との間に設けられたクッションタンク５を備える。

請求項１に記載の地中冷熱利用冷却水供給設備は、夜間電力によって氷を作り、その氷の冷熱を利用して冷水タンク４の冷却水を冷却する氷蓄熱ユニット２と、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ１ａに循環水を循環させ、地中の冷熱を熱交換によって吸収して冷却水を冷却する地中熱交換器１とを備えているので、廉価なランニングコストで大量の冷却水を供給することができると共に、二酸化炭素の排出量も大幅に削減することができる。

すなわち、この冷却水供給設備は、氷蓄熱ユニット２のみでなく、地中熱交換器１によって冷却水を冷却するので、例えば、循環パイプ１ａを多数埋設し、そこに冷却水を循環させることによって大量の冷却水を効果的に冷却することができる。また、この冷却水は地中の冷熱を利用するのでコストが掛からず、よってランニングコストが極めて廉価となる。また、地中の冷熱を利用するので、二酸化炭素の排出量が極めて少なく、環境面においても好ましい。

また、水滴を上から流しながら、送風機で風を送り外気と接触させることによって低温水を作り、その冷熱を利用して冷却水を冷却する冷却塔３を備えているので、さらに大量の冷却水を効果的に冷却することができる。

さらに、この冷却水供給設備は、氷蓄熱ユニット２で作った低温水と冷水タンク４の冷却水を、第一熱交換器７において熱交換させて、当該冷却水を冷却するので、この設備の保守管理を容易なものとすることができる。

すなわち、氷蓄熱ユニット２で作った低温水を、そのまま冷却水として冷水タンク４に供給することもできるが、その場合、氷蓄熱ユニット２と冷水タンク４との配管Ｗを全体にわたって連通する必要が生じる。従って、例えば、冷水タンク４で故障が発生した場合、この冷水タンク４のみでなく、それに連通する氷蓄熱ユニット２をも停止させる必要が生じるので、補修が厄介となる。このことは、第二交換機８を介して連通される冷却塔３とクッションタンク５についても同様である。

請求項２に記載の地中冷熱利用冷却水供給設備は、請求項１に記載の発明と同様に、廉価なランニングコストで大量の冷却水を供給することができる。また、冷水タンク４と地中熱交換器１と冷却機６に連通するクッションタンク５を備えているので、これらを連通する配管Ｗ内の圧力を調整して、冷却水の供給量を安定させることができる。

本発明に係る地中冷熱利用冷却水供給設備の実施形態を示す構成図である。図１のＸ部分を示す拡大図である。年間電力使用量と二酸化炭素発生量の比較を示すグラフである。

本発明に係る地中冷熱利用冷却水供給設備の実施形態を図１および図２に示す。この設備は工場の敷地に設けられ、当該工場で製造された製品を、三台の冷却機６（濃縮機を備えた殺菌冷却機）で冷却するための冷却水を供給するものであり、冷水タンク４、氷蓄熱ユニット（氷蓄熱冷凍機）２、冷却塔３、複数個（図示では三個）の地中熱交換器１およびクッションタンク５を備える。また、冷水タンク４と氷蓄熱ユニット２との間には第一熱交換器７を設け、クッションタンク５と冷却塔３との間には第二熱交換器８を設けている。なお、図中、Ｖはバルブを示し、Ｐは供給ポンプを示す。

冷水タンク４は、冷却水を貯え、ポンプＰのはたらきによって、配水管Ｗを通して各冷却機６に冷却水を供給する。氷蓄熱ユニット２は、夜間電力によって氷を作り、その氷の冷熱を利用して低温水を作り、その低温水の冷熱によって冷水タンク４の冷却水を、第一熱交換器７を介して冷却する。この氷蓄熱ユニット２は、冷水タンク４とは独立的に作動する。

すなわち、冷水タンク４の冷却水を配水管Ｗによって循環させて第一熱交換器７内を通すと共に、氷蓄熱ユニット２の低温水を同様に配水管Ｗによって循環させて第一熱交換器７内を通し、これによって、冷却水とそれより低温の低温水とを熱交換させて、冷却水を冷却する。

冷却塔３は、水滴を上から下へ流しながら、送風機で風を送り外気と接触させることによって低温水を作り、その低温水の冷熱によって冷水タンク４の冷却水を、第二熱交換器８を介して冷却する。

すなわち、冷水タンク４の冷却水（冷却機６で製品を冷却した後の冷却水）を、配水管Ｗによってクッションタンク５に送った後、再び配水管Ｗによって循環させて第二熱交換器８内を通すと共に、冷却塔３の低温水を同様に配水管Ｗによって循環させて第二熱交換器８内を通し、これによって、冷却水とそれより低温の低温水とを熱交換させて、冷却水を冷却する。

地中熱交換器１は、地中に垂直方向に埋設した複数の循環パイプ１ａに、冷水タンク４の冷却水（第二熱交換器８で冷却された冷却水）を循環させて、地中の冷熱によって冷却する。この地中熱交換器１は、冷却塔３と冷水タンク４との間に配置し、冷却塔３で冷却された冷却水をされに冷却した後、冷水タンク４に送る。なお、各地中熱交換器１は、地中の深く（約１００ｍ）まで達するように埋設し、地熱との熱交換を効果的に行うように構成している。

前記クッションタンク５は、冷却機６に配水管Ｗによって連通し、かつ、冷水タンク４と第二熱交換器８の間に設けている。このクッションタンク５は、配水管Ｗの圧力調整を行う。

本実施形態に係る地中冷熱利用冷却水供給設備は、氷蓄熱ユニット２および冷却塔３の他に、地中熱交換器１を使用して冷却水を冷却するので、廉価なランニングコストで充分な量の冷却水を供給することができると共に、二酸化炭素の排出量も大幅に削減することができる。

なお、地中熱交換器１は、温度変化のない冷えた地中で安定して熱交換を行うことができるため、効率的に冷却水を冷却することができるといった優れた利点がある。また、工業団地が多くある山間地や海、川沿い、埋め立て地など、あらゆる地域で利用できるといった利点もある。さらに、新規に設置するほか、既存設備へ加えて設けることもできる。さらに、工場の敷地内の緑地帯や駐車場など、空きスペースがあれば設置することができ、また、地下に埋設するので、埋設後は、そのスペースを今まで同様に利用できるといった利点を併せ持つ。

図３に、冷却水を、地下水でまかなう場合と、氷蓄熱ユニット２で冷却する場合と、地中熱交換器１で冷却する場合のそれぞれの年間電力使用量と二酸化炭素の発生量を比較したグラフを示す。これは、本願発明者が既存のデータを元に作成したものである。

このグラフから明らかなように、地中熱交換器１を使用した場合は、電力使用量が少なく、二酸化炭素の発生量も極めて少ないことが分かる。従って、氷蓄熱ユニット２と共に地中熱交換器１を使用して冷却水を冷却する本実施形態に係る冷却水供給設備は、氷蓄熱ユニット２のみを使用する場合、あるいは氷蓄熱ユニットと地下水とを併用する場合と比較して、定量の冷却水を、ランニングコストと二酸化炭素の排出量を大幅に削減しつつ供給することができる。

表１に、定量の冷却水を、地中熱交換器１を使用して供給した場合と、氷蓄熱ユニット２を使用して供給した場合のランニングコストと二酸化炭素発生量の比較を示す。これは、本発明者が、既存のデータに基づいて作成したものである。

この表から、地中熱交換器１で冷却した場合は、氷蓄熱ユニット２で冷却した場合と比較して、電気使用量で１９％、電気料金で１３％、二酸化炭素発生量で１９％と、いずれも大幅に削減できることが分かる。

表２に、氷蓄熱ユニット２と地中熱交換器１を備えた設備において、地中熱交換器１を併せて運転した場合と、運転しない場合の氷蓄熱ユニット２のランニングコストおよび二酸化炭素発生量を示す。

この表から、地中熱交換を併せて運転した場合の方が、運転しない場合と比較して、氷蓄熱ユニット２の電気使用量を６６％、電気料金を６３％、二酸化炭素発生量を６６％に、それぞれ抑えることができることが理解できる。

これらのことから、氷蓄熱ユニット２と地中熱交換器１を備える本願発明に係る冷却水供給設備は、この両者を併せて運転することによって、大量の冷却水を、廉価なランニングコストで、二酸化炭素の排出を削減しつつ、供給できることが分かる。

１地中熱交換器
１ａ循環パイプ
２氷蓄熱ユニット
３冷却塔
４冷水タンク
５クッションタンク
６冷却機
７第一熱交換器
８第二熱交換器
Ｐ供給ポンプ
Ｖバルブ
Ｗ配水管

Claims

工場などにおいて冷却水を供給する設備であって、冷却機（６）に冷却水を供給する冷水タンク（４）と、夜間電力によって氷を作り，その氷の冷熱を利用して低温水を作り，その低温水の冷熱によって，前記冷水タンクの冷却水を，第一熱交換器（７）を介して冷却する氷蓄熱ユニット（２）と、水滴を上から流しながら送風機で風を送り，外気と接触させることによって低温水を作り，その低温水の冷熱によって，前記冷水タンクの冷却水を，第二熱交換器（８）を介して冷却する冷却塔（３）と、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ（１ａ）に，前記冷水タンクの冷却水を循環させて，地中の冷熱によって冷却する地中熱交換器（１）と、を備えてなる地中冷熱利用冷却水供給設備。
工場などにおいて冷却水を供給する設備であって、冷却機（６）に冷却水を供給する冷水タンク（４）と、夜間電力によって氷を作り，その氷の冷熱を利用して低温水を作り，その低温水の冷熱によって前記冷水タンクの冷却水を，第一熱交換器（７）を介して冷却する氷蓄熱ユニット（２）と、水滴を上から流しながら，送風機で風を送り外気と接触させることによって低温水を作り，その低温水の冷熱によって前記冷水タンクの冷却水を，第二熱交換器（８）を介して冷却する冷却塔（３）と、地中に垂直方向に埋設した循環パイプ（１ａ）に，前記冷水タンクの冷却水を循環させて，地中の冷熱によって冷却する地中熱交換器（１）と、前記冷却機に連通すると共に，前記冷水タンクと第二熱交換器との間に設けられたクッションタンク（５）と、を備えてなる地中冷熱利用冷却水供給設備。