JP2012117685A - 冷却システム、及び冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空調に要する消費エネルギーや熱源容量を従来よりも削減可能な技術を提供する。
【解決手段】冷蔵又は冷凍倉庫の屋内に設けられる冷却ユニットと、前記倉庫の屋外に設けられ、冷却ユニットと配管によって接続されるコンデンシングユニットと、凝縮された冷媒が冷却ユニットへ向けて流れる冷媒往き配管に設けられ、凝縮された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部と、過冷却用熱交換部と配管によって接続される冷却塔と、過冷却用熱交換部で熱交換された過冷却媒体が冷却塔へ向けて流れる過冷却媒体還り配管に接続され、熱交換された過冷却媒体が冷却ユニットの除霜媒体として冷却ユニットへ向けて流れる除霜媒体往き配管と、冷却ユニットに設けられ、除霜媒体往き配管を流れる除霜媒体によって冷却ユニットを除霜する除霜部と、冷却ユニットと冷却塔とを接続し、冷却ユニットを除霜した後の除霜媒体が冷却塔へ向けて流れる除霜媒体還り配管と、を備える。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、冷却システム、及び冷却方法に関する。

従来の冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムの一例として、図１に示すような、冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムがある。図１に示す従来の冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムは、倉庫内に設置した冷却ユニットと、コンデンシングユニットとを備える。冷却ユニットは、膨張弁、蒸発器、ドレンパンを含む。また、コンデンシングユニットは、圧縮機、凝縮器、高圧受液器を含む。

一方冷凍又は冷蔵倉庫は倉庫内温度が低いため、蒸発温度が氷点下となって蒸発器に着霜し、冷却ユニットの風量が不足したり、給気温度が上昇したりする場合がある。着霜の対応策として、蒸発器の霜を融かす、デフロスト（除霜）運転を間欠的に行うことが従来より行われている。例えば、倉庫内温度が３℃未満の場合のデフロスト運転方法としては、蒸発器を電気ヒータで加熱する方法、蒸発器に圧縮機吐出冷媒（ホットガス）を流す方法などがある。また、着霜の対応策としては、蒸発器に散水して霜を融かす散水デフロストがあり、この方法によれば、簡易な装置によって短時間で確実な除霜ができる。

図２は、従来の散水デフロストシステムの構成の一例を示す。図２に示す従来の散水デフロストシステムは、図１に示す従来の冷凍・冷蔵倉庫の冷却システムの構成に加えて、除霜水槽、除霜水ポンプを備える。従来の散水デフロストシステムでは、まず、蒸発器の通風抵抗の増加に伴うファン消費電流値の上昇や、蒸発器における熱交換量の減少に伴う蒸発器出口冷媒の過熱度減少などから、着霜が検知される。次に、電磁弁Ａが開き電磁弁Ｂが閉められ、蒸発器上部の散水装置に除霜水が供給される。除霜水は、蒸発器表面の霜を融かしながら滴下し、ドレンパンから還り配管を経て除霜水槽に排出される。デフロスト終了後、電磁弁Ａが閉じ電磁弁Ｂが開き、倉庫内の配管中の残留水が除霜水槽へ排出され、凍結が防止される。除霜水槽は蒸発器の霜を溶かして水温が低下してくるので、電気ヒータ・地下水・ホットガスなどで加熱して、１０〜２５℃に水温を維持し循環利用される（図２中のイ）。除霜を行う技術としては、特許文献１や２に記載の技術がある。特許文献１には、ヒートポンプを有する冷凍装置において除霜を行う技術が開示され、特許文献２には、貯湯式のヒートポンプ式給湯装置において、貯湯タンクの熱をヒートポンプサイクルに利用する技術が開示されている。

また、蒸気圧縮冷凍サイクルにおいて、凝縮した後の冷媒を更に冷却（以下、サブクールとも言う）することによって、冷媒が熱を奪う能力（冷凍効果）を増加させ、熱源の運転効率を向上させる技術がある（例えば、特許文献３、４を参照）。特許文献３、４に記載の技術では、冷熱源として冷却塔を用い、外気温度より高温になっている凝縮後の冷媒を、比較的高温の冷熱でサブクールすることを可能としている。

特開２００８−０８９２２４号公報 特開２００５−２３３４４４号公報 特開２００６−０５２９３４号公報 特開２００６−２８４０８３号公報

凝縮した後の冷媒をサブクールする技術を冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムに取り入れれば、熱源の運転効率をより向上させることができる。そこで、冷却システムは、例えば図３のように構成することが考えられる。図３は、冷却塔を用いてサブクールする技術を冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムに採り入れた冷却システムの構成の一想定例を示す。図３に示す冷却システムは、図１に示す従来の冷凍・冷蔵倉庫の冷却システムの構成に加えて、冷却塔、冷却水ポンプ、電磁弁などを備える。冷凍又は冷蔵倉庫は年間冷房であり、冷却塔は冬季にも運転されることから、冷却水の凍結防止対策が必要である。そこで、冷却塔の下部水槽には、水温センサと電気ヒータが設けられている。水槽の水温が既定温度（例えば２℃）以下になると冷却塔ファンの運転が停止され、電気ヒータが印加されて水槽の水が加熱される（図３中のハ）。また、冷却塔の水は、運転中に蒸発やブロー（水の入れ替え）によって減少するので、その分を補給する必要がある。その際は、補給水を節約するため、冷却塔下部水槽の導電率が測定され、蒸発による濃縮が進んで導電率が一定以上となった場合に、電磁弁が開けられブローが行われる（図３中のロ）。

図３に示す冷却システムによれば、図１に示す従来の冷凍・冷蔵倉庫の冷却システムよりも熱源の運転効率をより向上させることができる。この図３に示す冷却システムによれば、冷却塔のファンや冷却水ポンプの動力を差し引いても、冷却システム全体の最大消費電力や消費電力量を従来よりも削減することができる。またコンデンシングユニットの冷凍能力を高めることができるので、熱源容量を従来よりも削減することができる。但し、冷凍又は冷蔵倉庫のように、一部の冷却ユニットがデフロストで停止する場合は、上記効果が限定される。また冷却塔に対して大量の補給水と、場合によってはそれに比例した薬剤が必要であり、運転費用の削減効果を小さくすることが懸念される。また、上記に限られず、従来の冷却システムでは、空調に要する消費エネルギーや熱源容量を従来よりも更に削減可能な技術の開発が求められている。

本発明は、上記の問題に鑑み、空調に要する消費エネルギーや熱源容量を従来よりも削減可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、冷媒の凝縮熱の一部を除霜に使用することとした。

詳細には、本発明は、冷蔵又は冷凍倉庫の屋内に設けられる冷却ユニットと、冷蔵又は冷凍倉庫の屋外に設けられ、前記冷却ユニットと配管によって接続されるコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットで凝縮された冷媒が前記冷却ユニットへ向けて流れる冷媒往き配管に設けられ、該凝縮された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部と、前記過冷却用熱交換部と配管によって接続される冷却塔と、前記過冷却用熱交換部で熱交換された過冷却媒体が前記冷却塔へ向けて流れる過冷却媒体還り配管に接続され、該熱交換された過冷却媒体が前記冷却ユニットの除霜媒体として前記冷却ユニットへ向けて流れる除霜媒体往き配管と、前記冷却ユニットに設けられ、前記除霜媒体往き配管を流れる除霜媒体によって該冷却ユニットを除霜する除霜部と、前記冷却ユニットと前記冷却塔とを接続し、前記冷却ユニットを除霜した後の除霜媒体が前記冷却塔へ向けて流れる除霜媒体還り配管と、を備える冷却システム。

本発明に係る冷却システムによれば、除霜媒体往き配管及び除霜部を備えることで、コンデンシングユニットで凝縮された冷媒から奪った熱を冷却ユニットの除霜に用いることができる。その結果、冷却ユニットの除霜に要する消費エネルギー及び熱源容量を削減することができる。また、除霜媒体で融かした霜は、一度凍った水であるために、不純物が少量しか含まれない。これを冷却塔に戻すことで、蒸発で濃縮されて溶存塩類濃度が上昇
している冷却水を希釈することができ、冷却塔補給水や薬剤使用量を減らすことができる。

ここで、冷凍又は冷蔵倉庫は、倉庫内温度が低く、倉庫内の冷却ユニットにおける蒸発温度が氷点下となって冷却ユニット内に着霜し、冷却ユニットの風量が不足する、給気温度が上昇することが懸念される。そこで、本発明に係る冷却システムは、冷蔵又は冷蔵倉庫の冷却システムとして、好適に用いることができる。具体的には、本発明に係る冷却システムでは、前記冷却ユニットは、前記倉庫の屋内に設けられ、前記コンデンシングユニットは、前記倉庫の屋外に設けられる。

また、本発明に係る冷却システムは、前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知部と、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、前記外気湿球温度検知部で検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度が前記冷却塔周囲の外気湿球温度よりも所定温度以上高い場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を低下させる制御部と、を更に備える構成としてもよい。

また、本発明に係る冷却システムは、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度が所定温度未満の場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を上昇させる制御部と、を更に備える構成としてもよい。

また、本発明に係る冷却システムは、前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知部と、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、前記外気湿球温度検知部で検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度と前記冷却塔の温度との差が所定温度以内の場合、前記冷却塔内の過冷却媒体の温度制御を行わない制御部と、を更に備える構成としてもよい。上述した制御部を備える本発明によれば、過冷却用熱交換部で熱交換することで過冷却媒体が冷媒から奪った熱量と、除霜部に要する熱量のバランスをとることができる。その結果、冷却システムにおける運転効率を向上することができる。

また、本発明に係る冷却システムは、前記冷却塔内の過冷却媒体と熱交換を行う冷却塔熱交換部であって、地中を流れる水と前記過冷却媒体との間で熱交換を行う冷却塔熱交換部を更に備える構成としてもよい。地中を流れる水には、地下水や下水が含まれる。冷却塔熱交換部に代えてヒータを用いてもよい。地中熱や人工排熱によって一定温度以上に維持されている水を利用することで、ヒータを用いた場合に必要とされる消費電力を削減することができる。

また、本発明に係る冷却システムは、前記冷却ユニットの下部に設けられ、前記除霜部からの除霜媒体が溜まる除霜水槽と、前記除霜水槽に溜まる除霜媒体を前記冷却塔へ圧送する除霜媒体圧送部と、を更に備える構成としてもよい。本発明によれば、冷却ユニットと冷却塔の高さ位置にかかわらず、除霜部からの除霜媒体を冷却塔へ送ることができる。なお、冷却塔を冷却ユニットよりも下方に設けてもよい。この場合、除霜水槽や除霜媒体圧送部を省略することができる。

ここで、本発明は、上述した冷却システムによる冷却方法として特定することもできる。具体的には、本発明は、冷蔵又は冷凍倉庫の屋内に設けられる冷却ユニットと、冷蔵又は冷凍倉庫の屋外に設けられ、前記冷却ユニットと配管によって接続されるコンデンシングユニットと、前記コンデンシングユニットで凝縮された冷媒が前記冷却ユニットへ向け
て流れる冷媒往き配管に設けられ、該凝縮された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部と、前記過冷却用熱交換部と配管によって接続される冷却塔と、前記過冷却用熱交換部で熱交換された過冷却媒体が前記冷却塔へ向けて流れる過冷却媒体還り配管に接続され、該熱交換された過冷却媒体が前記冷却ユニットの除霜媒体として前記冷却ユニットへ向けて流れる除霜媒体往き配管と、前記冷却ユニットに設けられ、前記除霜媒体往き配管を流れる除霜媒体によって該冷却ユニットを除霜する除霜部と、前記冷却ユニットと前記冷却塔とを接続し、前記冷却ユニットを除霜した後の除霜媒体が前記冷却塔へ向けて流れる除霜媒体還り配管と、を備える冷却システムにおける冷却方法であって、前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知ステップと、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知ステップと、前記外気湿球温度検知ステップで検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、前記過冷却温度検知ステップで検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度が前記冷却塔周囲の外気湿球温度よりも所定温度以上高い場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を低下させる制御ステップと、を含む。

また、本発明は、上述した冷却システムにおける冷却方法であって、前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知ステップと、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知ステップと、前記外気湿球温度検知ステップで検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、前記過冷却温度検知ステップで検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度が前記冷却塔の温度よりも所定温度以上高い場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を低下させる制御ステップと、を含む冷却方法としてもよい。

また、本発明は、上述した冷却システムにおける冷却方法であって、前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知ステップと、前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知ステップと、前記外気湿球温度検知ステップで検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、前記過冷却温度検知ステップで検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度と前記冷却塔周囲の外気湿球温度との差が所定温度以内の場合、前記冷却塔内の過冷却媒体の温度制御を行わない制御ステップと、を含む冷却方法としてもよい。

本発明によれば、空調に要する消費エネルギーや熱源容量を従来よりも削減可能な技術を提供することができる。

従来の冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムの構成の一例を示す。 従来の散水デフロストシステムの構成の一例を示す。 冷却システムの構成の一想定例を示す。 第一実施形態に係る冷却システムの構成を示す。 第一実施形態に係る冷却システムにおけるコンデンシングユニットの構成を示す。 第一実施形態に係る冷却システムにおける冷却ユニットの構成を示す。 第一実施形態に係る冷却システムにおける冷却塔の構成を示す。 第一実施形態における冷却塔の温度制御フローを示す。 第二実施形態に係る冷却システムにおいて、冷却塔周囲の構成を示す。 第三実施形態に係る冷却システムにおいて、冷却塔周囲の構成を示す。 第四実施形態に係る冷却システムの構成を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

＜第一実施形態＞
[構成]
図４Ａは、第一実施形態に係る冷却システム１００の構成を示す。第一実施形態に係る冷却システム１００は、冷凍又は冷蔵倉庫の冷却システムであり、複数のコンデンシングユニット１、複数の冷却ユニット２、コンデンシングユニット１と冷却ユニット２とを接続する、冷媒往き配管３１及び冷媒還り配管３２、冷却塔４、過冷却用熱交換器５、冷却塔４と過冷却用熱交換器５とを接続する、冷却水往き配管６１及び冷却水還り配管６２、冷却水還り配管６２から分岐し冷却ユニット２に接続される除霜用水往き配管７１、冷却ユニット２と冷却塔４とを接続する除霜水還り配管７２、を備える。冷却水（過冷却媒体）、除霜用水（除霜媒体）は、水や例えばブライン等の熱媒も含む。

（コンデンシングユニット）
図４Ｂは、第一実施形態に係る冷却システムにおけるコンデンシングユニットの構成を示す。コンデンシングユニット１は、何れも同様の構成であり、冷凍又は冷蔵倉庫（以下、単に倉庫ともいう）の屋外に設置される。コンデンシングユニット１は、コンデンシングユニットファン１１、圧縮機１２、凝縮器１３、高圧受液器１４を備える。

コンデンシングユニットファン１１は、コンデンシングユニット１内に、冷媒を冷却して液化すべく外気を取り込む。圧縮機１２、凝縮器１３、高圧受液器１４は、配管によって接続されている。圧縮機１２は、冷却ユニット２からの冷媒還り配管３２を流れる低温低圧のガス冷媒を圧縮し、高温高圧化する。以下、「高温」、「中温」、「低温」、「高圧」、「中圧」、「低圧」とは、基準としての「中温」又は「中圧」に対する相対的な温度又は圧力を意味するものとする。「高温」、「中温」、「低温」は、冷却水、冷媒の夫々について、以下のように例示される。高温（冷媒）は、外気温度より５〜１５℃高い温度。高温（冷却水）、中温（冷媒）は、高温（冷媒）と中温（冷却水）の間の温度。中温（冷却水）は、５℃〜外気湿球温度より０〜５℃高い温度。低温（冷媒）は、倉庫内気温より５〜１０℃低い温度。

凝縮器１３は、冷媒の流れにおいて圧縮機１２の下流側に設けられ、高温高圧のガス冷媒を冷却して液化する。凝縮器１３で冷却された冷媒は、高温高圧の液冷媒となる。高圧受液器１４は、冷媒の流れにおいて凝縮器１３の下流側に設けられ、凝縮器１３で冷却された高温高圧の液冷媒を一時的に貯留する。

第一実施形態では、一対のコンデンシングユニット１Ａが一つの過冷却用熱交換器５と接続されている。具体的には、冷媒還り配管３２が分岐して一対のコンデンシングユニット１Ａを構成する各コンデンシングユニット１の圧縮機１２に接続されている。また、各コンデンシングユニット１からの冷媒往き配管が合流し、過冷却用熱交換器５へ接続されている。なお、第一実施形態のコンデンシングユニット１は、圧縮機１２と凝縮器１３が何れも冷凍又は冷蔵倉庫の屋外に設けられているが、圧縮機１２と凝縮器１３とを分離して、例えば、凝縮器１３のみ屋外に設置する構成としてもよい。

なお、コンデンシングユニット１は、除霜運転と直接関係しない。コンデンシングユニット１は、全冷却ユニットから戻ってきた冷媒の温度（蒸発温度）を一定に保つように、圧縮器の運転容量を制御することができる。

（冷却ユニット）
図４Ｃは、第一実施形態に係る冷却システムにおける冷却ユニットの構成を示す。冷却
ユニット２は、何れも同様の構成であり、冷凍又は冷蔵倉庫の屋内に設置される。冷却ユニット２は、冷却ユニットファン２１、膨張弁２２、散水装置２３、蒸発器２４、ドレンパン２５、電磁弁Ａ、電磁弁Ｂを備える。

冷却ユニットファン２１は、冷却ユニット２内に冷凍又は冷蔵倉庫内の空気を取り込み、倉庫内に冷風を送出する。膨張弁２２は、蒸発器２４で蒸発した冷媒が、常に一定の過熱度を保つように、開度を調整する。また、膨張弁２２は、過冷却用熱交換器５によって、中温高圧化された中温高圧の液冷媒を断熱膨張させ、低温低圧化する。蒸発器２４は、低温低圧化した液冷媒を蒸発させる。これにより、蒸発器２４周囲が冷却され、冷風が倉庫内に送出される。ドレンパン２５は、冷却時に発生する水滴や散水装置２３から排出される除霜水を受け止める。電磁弁Ａは、除霜用水往き配管７１に設けられ、開閉自在である。第一実施形態では、過冷却用熱交換器５によって高温化された冷却水が流れる除霜用水往き配管７１が電磁弁Ａの上流側で分岐しており、分岐先の一方は散水装置２３に接続され、分岐先の他方は除霜水還り配管７２に合流している。電磁弁Ｂは、分岐先の他方に通じる除霜水還り配管７２に設けられ、開閉自在である。電磁弁Ａが開状態、かつ電磁弁Ｂが閉状態では、除霜媒体としての水が散水装置２３へ供給される。電磁弁Ａが閉状態、かつ電磁弁Ｂが開状態では、倉庫内の除霜用水往き配管７１中の残留水が、重力（配管の勾配）により、倉庫外へ排出される。これにより、倉庫内の除霜用水往き配管７１中の残留水の凍結が防止される。

なお、冷却ユニット２に図示しない検知部を設け、着霜による蒸発器２４の熱交換量の減少を検知してもよい。着霜が検知されたら、膨張弁２２を閉じ、次に冷却ユニットファン２１を停止し、冷却を中断する。除霜後は、蒸発器２４のフィン上に残った水滴をなくすため、一定時間送風運転してから冷凍運転に戻ることが好ましい。

（冷媒往き配管、冷媒還り配管）
冷媒往き配管３１は、一端がコンデンシングユニット１の高圧受液器１４に接続され、他端が冷却ユニット２の膨張弁２２に接続されている。冷媒往き配管３１には、過冷却用熱交換器５が設けられ、冷媒の流れにおいて、過冷却用熱交換器５よりも上流側の冷媒往き配管３１には、高温高圧の液冷媒が流れる。一方、冷媒の流れにおいて、過冷却用熱交換器５よりも下流側の冷媒往き配管３１には、中温高圧の液冷媒が流れる。先に説明したように、一対のコンデンシングユニットを構成する各コンデンシングユニット１からの冷媒往き配管３１が合流し、過冷却用熱交換器５へ接続されている。

冷媒還り配管３２は、一端が冷却ユニット２の蒸発器２４に接続され、他端がコンデンシングユニット１の圧縮機１２に接続されている。冷媒還り配管３２には、低温低圧のガス冷媒が流れる。先に説明したように、冷媒還り配管３２が分岐して一対のコンデンシングユニット１Ａを構成する各コンデンシングユニット１の圧縮機１２に接続されている。

（過冷却用熱交換器）
過冷却用熱交換器５は、冷却塔４から送出される冷却水とコンデンシングユニット１から送出される高温高圧の液冷媒とを熱交換させ、高温高圧の液冷媒を中温高圧化し、冷却水を高温化する。換言すると、過冷却用熱交換器５は、コンデンシングユニット１から送出される高温高圧の液冷媒の熱を奪う一方、冷却塔４から送出される冷却水に温熱を付与する。

（冷却塔）
図４Ｄは、第一実施形態に係る冷却システムにおける冷却塔の構成を示す。冷却塔４は、冷却塔ファン４１、散水ノズル４２、冷却水兼除霜水槽４３、電気ヒータ４４、給水管４５、導電率計４６、電磁弁Ｃ、排水管４７、冷却水兼除霜用水ポンプ４８、温湿度セン
サＡ、温度センサＢ、制御装置４９を備える。第一実施形態では、冷却塔４が冷却ユニット２よりも下方に設けられている。これにより、ドレンパン２５で受け止めた除霜水をポンプを用いることなく冷却塔４へ送ることができる。

冷却塔ファン４１は、本発明の過冷却媒体冷却手段に相当し、冷却塔４内に外気を取り込む。散水ノズル４２は、冷却水還り配管６２と接続され、過冷却用熱交換器５で高温化した高温の冷却水を冷却塔４内の充填層（図示せず）の上部に散水する。冷却水兼除霜水槽４３は、冷却水を貯留する。電気ヒータ４４は、本発明の過冷却媒体加熱手段に相当し、冷却水兼除霜水槽４３が貯留する冷却水を加温する。冷凍又は冷蔵倉庫は、年間冷房であり、冷却塔４は冬季でも運転される。電気ヒータ４４を備えることで特に冬季における冷却水の凍結を防止することができる。給水管４５は、冷却塔４を運転することで蒸発やブロー（冷却水の入れ替え）によって減少した冷却水を補うための水が流れる。導電率計４６は、冷却水兼除霜水槽４３の導電率を測定する。電磁弁Ｃは、給水管Ｃに設けられ、開閉自在である。例えば、蒸発による濃縮が進んで導電率計４６によって計測される導電率が既定値を超えると、電磁弁Ｃが開状態とされ、ブローが行われる。排水管４７は、ブローされる際の冷却水兼除霜水槽４３に貯留された冷却水や除霜水槽をオーバーフローした冷却水が流れる。冷却水兼除霜用水ポンプ４８は、冷却水兼除霜水槽４３に貯留される冷却水を過冷却用熱交換器５へ向けて圧送する。

温湿度センサＡは、冷却塔４周囲の外気湿球温度を検知する。温湿度センサＡは、温湿度センサ又は湿球温度センサとすることができる。温湿度センサとする場合、温湿度センサＡが検知した温度と湿度の値から制御装置４９が湿球温度を演算する。温度センサＢは、冷却水往き配管６１に設けられ、冷却水往き配管６１を流れる冷却水の温度を検知する。制御装置４９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリを有するコンピュータ
と、コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現される。例えば、制御装置４９は、温湿度センサＡで検知された冷却塔周囲の外気湿球温度と、温度センサＢで検知された冷却水の温度との比較結果に応じて冷却塔４を制御する。制御装置４９が実行する制御内容の詳細については、後述する。

（冷却水往き配管、冷却水還り配管）
冷却水往き配管６１は、一端が冷却塔４の冷却水兼除霜水槽４３に接続され、他端が過冷却用熱交換器５に接続されている。冷却水往き配管６１には、中温の過冷却媒体としての冷却水が流れる。

冷却水還り配管６２は、一端が過冷却用熱交換器５に接続され、他端が冷却塔４の散水ノズル４２に接続されている。冷却水還り配管６２には、高温の過冷却媒体としての冷却水が流れる。この高温の冷却水は、過冷却用熱交換器５においてコンデンシングユニット１からの冷媒から熱を奪うことで高温化したものである。

（除霜水用往き配管、除霜水還り配管）
除霜用水往き配管７１は、一端が冷却水還り配管６２に接続され、他端が冷却ユニット２の散水装置２３に接続されている。除霜用水往き配管７１には、高温の除霜用水が流れる。高温の除霜用水は、冷却ユニット２への供給枝管を流通することでその名称を変えたものであり、流体そのものは冷却水還り配管６２を流れる高温の冷却水である。

除霜水還り配管７２は、一端がドレンパン２５に接続され、他端が冷却塔４の冷却水兼除霜水槽４３に接続されている。除霜水還り配管７２には、ドレンパン２５で受け止められた除霜水が流れる。

＜動作＞
次に第一実施形態に係る冷却システム１００の動作について説明する。コンデンシングユニット１と冷却ユニット２との間では、（１）圧縮機１２によるガス冷媒の圧縮、（２）凝縮器１３によるガス冷媒の液化、（３）膨張弁２２による液冷媒の断熱膨張、（４）蒸発器２４による液冷媒の蒸発、が繰り返される。

一方で、冷却塔４から冷却水兼除霜用水ポンプ４８によって冷却水が過冷却用熱交換器５に向けて圧送され、過冷却用熱交換器５においてコンデンシングユニットの凝縮器１３によって液化された高温高圧の冷媒が過冷却される。換言すると、凝縮器１３によって凝縮された高温高圧の冷媒がサブクールされる。その結果、高温高圧の冷媒から熱を奪うことで高温化した冷却水は冷却塔４へ戻り、冷却塔４内で外気と接触することで冷却され、落下し、冷却塔４の下部にある冷却水兼除霜水槽４３に貯留される。

ここで、第一実施形態に係る冷却システム１００では、高温化した冷却水の一部が除霜用水往き配管７１を流れることで冷却ユニット２の散水装置２３へ供給される。散水装置２３へ供給された高温化した冷却水は、散水装置２３によって蒸発器２４に向けて散水され、蒸発器２４の霜が融解される。除霜によって低温化した除霜水は、ドレンパン２５、除霜水還り配管７２を通じて、冷却塔４の下部にある冷却水兼除霜水槽４３に貯留される。

（冷却塔の温度制御）
次に制御装置４９で実行される冷却塔の温度制御について説明する。図５は、第一実施形態における冷却塔の温度制御フローを示す。ステップＳ０１では、温湿度センサＡは冷却塔４近傍の湿球温度を検知し、温度センサＢは冷却水往き配管６１を流れる冷却水の温度を検知する。各温度が検知されるとステップＳ０２へ進む。

ステップＳ０２では、制御装置４９は、冷却水の温度が所定温度未満か否か反判断する。冷却水の温度が所定温度未満と判断された場合、ステップＳ０３へ進む。一方、冷却水の温度が所定温度未満でないと判断された場合、ステップＳ０４へ進む。

ステップＳ０３では、制御装置４９は、冷却塔ファン４１の運転を停止し、電気ヒータ４４を印加して冷却水の温度を上昇させる。例えば、制御装置４９は、除霜に要する熱量が過剰で、その結果冷却水の温度が所定温度（例えば、１０℃）未満の場合、冷却塔ファン４１の運転を停止し、電気ヒータ４４を印加して冷却水の温度を上昇させる。

ステップＳ０４では、制御装置４９は、冷却塔４近傍の温度と冷却水の温度とを比較する。次に、ステップＳ０５では、制御装置４９は、冷却水の温度の冷却水近傍の湿球温度との差が所定範囲内であるか否か判断する。冷却水の温度の冷却水近傍の湿球温度との差が所定範囲内と判断された場合、ステップＳ０６へ進む。一方、冷却水の温度の冷却水近傍の湿球温度との差が所定範囲内でないと判断された場合、ステップＳ０７へ進む。

ステップＳ０６では、制御装置４９は、冷却塔ファン４１の運転を停止し、更に電気ヒータ４４の運転も停止する。例えば、制御装置４９は、過冷却用熱交換器５で奪う熱量と除霜に要する熱量が拮抗し、冷却水の温度と冷却塔４近傍の温度との差が所定範囲内（例えば、冷却塔４の近傍の温度が冷却水の温度に対して５℃未満、冷却水の温度が１０℃以上）の場合、冷却塔ファン４１の運転を停止し、更に電気ヒータ４４の運転も停止する。

ステップＳ０７では、制御装置４９は、冷却塔ファン４１を運転し、冷却水の温度を低下させる。例えば、制御装置４９は、過冷却用熱交換器５で奪う熱量が過剰で、その結果冷却水の温度が冷却塔４の近傍の温度よりも所定温度（例えば、５℃）以上高い場合、冷却塔ファン４１を運転し、冷却水の温度を低下させる。以上の処理は、適宜繰り返される
。これにより、冷却塔４の温度制御が実現される。

＜効果＞
第一実施形態に係る冷却システム１００では、コンデンシングユニット１で凝縮された液冷媒を更に冷却（サブクール）することで、液冷媒が熱を奪う能力（冷凍効果）を増加させることができる。その結果、冷却システム１００における運転効率を向上させることができる。また、第一実施形態に係る冷却システム１００では、サブクールで奪った熱が冷却塔４で放熱する一方で、除霜に用いられる。これにより、従来のホットガスによる除霜と同じく熱のロスが少なく、電気ヒータを用いて除霜する場合に必要とされるエネルギーを大幅に削減することができる。従って、冷凍又は冷蔵倉庫の空調に要する、消費エネルギーや熱源容量を削減することができる。

更に、除霜用水により融けて水となった霜は一度凍った水であるため、冷却塔４を循環する水に比べて不純物が少ない。このような不純物の少ない水を冷却塔４へ戻すと、蒸発で濃縮されて溶存塩類濃度が上昇している冷却水を希釈することができる。その結果、冷却塔４への供給水や薬剤使用量を削減することができる。なお、冷却水兼除霜水槽４３の導電率が一定以上の場合にのみブロー（水の入れ替え）を行うことで、冷却水兼除霜水槽４３への供給水を節約することができる。

更に、本発明に係る冷却システム１００では、冷却塔の温度制御を実行することで、外気温湿度や倉庫内の発生水分量などの運転条件によって変化することが懸念される、過冷却で奪う熱量と除霜に要する熱量とのバランスを調整することができる。これにより、効率のよい運転が実現される。

＜第二実施形態＞
図６は、第二実施形態に係る冷却システムにおいて、冷却塔周囲の構成を示す。第二実施形態に係る冷却システム１００は、第一実施形態に係る冷却システム１００の構成に加えて、冷却水兼除霜水ポンプの吐出圧力を調整するインバータ４０を備える。各冷却ユニット２の除霜のタイミングは一定でなく、除霜水の流量は変動する。そこで、インバータ４０によって冷却水兼除霜用水ポンプ４８の吐出圧力によりその回転数を調節する。これにより、冷却水兼除霜用水ポンプ４８の消費電力を削減することができる。

＜第三実施形態＞
図７は、第三実施形態に係る冷却システムにおいて、冷却塔周囲の構成を示す。第三実施形態に係る冷却システム１００は、冷却水兼除霜水槽４３の電気ヒータ４４に代えて、地下水又は下水の熱を利用した熱交換器８を備える。地下水や下水の使用可能量が十分であれば、地下水や下水の熱を利用した熱交換器８による加熱が可能となる。これにより、電気ヒータ４４を用いた場合に要する消費エネルギーを削減することができる。

＜第四実施形態＞
図８は、第四実施形態に係る冷却システムの構成を示す。第四実施形態に係る冷却システム１００は、冷却塔４が冷却ユニット２よりも上方（例えば、建物の屋上）に設けられ、更に、冷却塔４とは別に第２除霜水槽８１と除霜水還りポンプ８２を備える点で第一実施形態に係る冷却システム１００と異なる。第四実施形態に係る冷却システムによれば、冷却塔４を冷却ユニット２よりも下方（例えば、地下や機械室など）に設置できない場合でも、冷却水兼除霜水槽４３内の水を冷却塔４下部の冷却水兼除霜水槽４３に送ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る冷却システムはこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。

１・・・コンデンシングユニット
２・・・冷却ユニット
４・・・冷却塔
５・・・過冷却
１１・・・コンデンシングユニットファン
１２・・・圧縮機
１３・・・凝縮器
１４・・・高圧受液器
２１・・・冷却ユニットファン
２２・・・膨張弁
２３・・・散水装置
２４・・・蒸発器
３１・・・冷媒往き配管
３２・・・冷媒還り配管
４１・・・冷却塔ファン
４２・・・散水ノズル
４３・・・冷却水兼除霜水槽
４４・・・電気ヒータ
４５・・・給水管
４６・・・導電率計
４７・・・配水管
４８・・・冷却水兼除霜用水ポンプ
４９・・・制御装置
６１・・・冷却水往き配管
６２・・・冷却水還り配管
７１・・・除霜用水往き配管
７２・・・除霜水還り配管

Claims (5)

1. 冷蔵又は冷凍倉庫の屋内に設けられる冷却ユニットと、
   冷蔵又は冷凍倉庫の屋外に設けられ、前記冷却ユニットと配管によって接続されるコンデンシングユニットと、
   前記コンデンシングユニットで凝縮された冷媒が前記冷却ユニットへ向けて流れる冷媒往き配管に設けられ、該凝縮された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部と、
   前記過冷却用熱交換部と配管によって接続される冷却塔と、
   前記過冷却用熱交換部で熱交換された過冷却媒体が前記冷却塔へ向けて流れる過冷却媒体還り配管に接続され、該熱交換された過冷却媒体が前記冷却ユニットの除霜媒体として前記冷却ユニットへ向けて流れる除霜媒体往き配管と、
   前記冷却ユニットに設けられ、前記除霜媒体往き配管を流れる除霜媒体によって該冷却ユニットを除霜する除霜部と、
   前記冷却ユニットと前記冷却塔とを接続し、前記冷却ユニットを除霜した後の除霜媒体が前記冷却塔へ向けて流れる除霜媒体還り配管と、
   を備える冷却システム。
2. 前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知部と、
   前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、
   前記外気湿球温度検知部で検知された冷却塔の温度と、前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度が前記冷却塔の温度よりも所定温度以上高い場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を低下させる制御部と、を更に備える請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、
   前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度が所定温度未満の場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を上昇させる制御部と、を更に備える請求項１又は２に記載の冷却システム。
4. 前記冷却塔周囲の外気湿球温度を検知する外気湿球温度検知部と、
   前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知部と、
   前記外気湿球温度検知部で検知された冷却塔の温度と、前記過冷却温度検知部で検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度と前記冷却塔の温度との差が所定温度以内の場合、前記冷却塔内の過冷却媒体の温度制御を行わない制御部と、を更に備える請求項１から３の何れか１項に記載の冷却システム。
5. 冷蔵又は冷凍倉庫の屋内に設けられる冷却ユニットと、
   冷蔵又は冷凍倉庫の屋外に設けられ、前記冷却ユニットと配管によって接続されるコンデンシングユニットと、
   前記コンデンシングユニットで凝縮された冷媒が前記冷却ユニットへ向けて流れる冷媒往き配管に設けられ、該凝縮された冷媒を過冷却する過冷却用熱交換部と、
   前記過冷却用熱交換部と配管によって接続される冷却塔と、
   前記過冷却用熱交換部で熱交換された過冷却媒体が前記冷却塔へ向けて流れる過冷却媒体還り配管に接続され、該熱交換された過冷却媒体が前記冷却ユニットの除霜媒体として前記冷却ユニットへ向けて流れる除霜媒体往き配管と、
   前記冷却ユニットに設けられ、前記除霜媒体往き配管を流れる除霜媒体によって該冷却ユニットを除霜する除霜部と、
   前記冷却ユニットと前記冷却塔とを接続し、前記冷却ユニットを除霜した後の除霜媒体が前記冷却塔へ向けて流れる除霜媒体還り配管と、
   を備える冷却システムにおける冷却方法であって、
   前記冷却塔の温度を検知する冷却塔温度検知ステップと、
   前記過冷却媒体往き配管を流れる過冷却媒体の温度を検知する過冷却温度検知ステップと、
   前記冷却塔温度検知ステップで検知された冷却塔の温度と、前記過冷却温度検知ステップで検知された過冷却媒体の温度とを比較し、該過冷却媒体の温度が前記冷却塔の温度よりも所定温度以上高い場合、前記冷却塔を制御して、冷却塔内の過冷却媒体の温度を低下させる制御ステップと、を含む冷却方法。

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