JP2013119988A

JP2013119988A - フリークーリングチラー

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Publication number: JP2013119988A
Application number: JP2011267607A
Authority: JP
Inventors: Takamichi Ohazama; 貴道大峽; Takahisa Nakajima; 孝久中島; Osamu Yamazaki; 修山嵜
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-17
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP5685781B2

Abstract

【課題】全体の冷却能力を安定（一定）に維持するとともに、部品点数の削減及び製造工数の低減、小型化及びコストダウンを図り、更に電力消費の低減により省エネルギ性の向上にも寄与する。
【解決手段】内部に領域区画板６を配設することにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画し、かつ少なくとも下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させてなる冷却液タンク２と、第一冷却液領域Ｚａの冷却液Ｌを、第一ポンプ７，冷却装置３及び所定の被冷却部７０を循環させて第二冷却液領域Ｚｂに戻す第一冷却系Ｍ１と、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを、第二ポンプ８及び外気熱交換器５を循環させて第一冷却液領域Ｚａに戻す第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際における制御を行う制御系Ｍｃとを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外気と冷却液の熱交換を行うフリークーリング機能を備えるフリークーリングチラーに関する。

従来、運転状況や天候状況等に応じて外気の低温環境を直接利用するフリークーリング機能により省エネルギ性を高めたフリークーリングチラーとしては、特許文献１で開示される冷却装置及び特許文献２で開示される冷却装置が知られている。

前者の冷却装置は、冷却効率を高めることを目的として、送風装置を備えた冷却塔内に、冷却水を冷却する冷却水コイルと冷凍機の冷媒を冷却するコンデンサコイルとを同じプレートフィンチューブ型熱交換器内に配管した熱交換ユニットを設け、外気温度が低いときは冷凍機の運転を停止して熱交換ユニット内に冷却水のみを通し、外気温度が高いときは冷凍機を運転して冷却水を冷凍機の蒸発器にのみ通して熱交換ユニット内に冷凍機の冷媒のみを通し、外気温度によって冷却水と冷媒のいずれか一方を冷却塔で冷却する構成を備えたものであり、また、後者の冷却装置は、同様に冷却効率を高めることを目的として、伝熱パイプに被冷却流体を通し、ファンによって伝熱パイプを冷却する冷却塔において、被冷却流体が通過する伝熱パイプにフィンを設けたラジエターを冷却塔の外側部に設け、圧縮機、コンデンサ、膨張弁、蒸発器からなり、冷媒を圧縮、膨張を繰り返し運転するチラーを設け、コンデンサは、伝熱パイプにフィンを設けたフィン付コンデンサに設けてラジエターの内側に配置し、冷却塔のファンによってラジエターとコンデンサに送風し、冷却すべき機器から戻る被冷却流体をラジエターからチラーの蒸発器を通して冷却し、冷却すべき機器に送り出すことができるようにしたものである。

一方、冷却液タンクを内蔵するフリークーリングチラーも知られており、この種のフリークーリングチラー（冷却装置）は特許文献３により開示されている。同文献３に開示される冷却装置は、二槽構造の水槽、即ち、仕切り板によって左右に二分され、一方を低温槽、他方を高温槽とした水槽を備えて構成したものであり、低温槽の冷却水は、外部機器を冷却した後に高温槽に戻されるとともに、高温槽の冷却水はフリークーリング機能により冷却された後に低温槽に戻される。

特開平７−２３４０５５号公報特開２０００−２６６４４７号公報特開２００１−６６０３４号公報

しかし、上述した特許文献３で開示される冷却装置（フリークーリングチラー）は次のような解決すべき課題も存在した。

第一に、水槽を二槽構造にするのは、外部機器（被冷却部）から戻される暖められた冷却水を、冷却水が収容された水槽にそのまま戻した場合、水槽内の冷却液と暖められた冷却液がミキシングされ、フリークーリング効率の著しい低下を招く不具合を回避するためであるが、従来の水槽は、仕切り板により独立した低温槽と高温槽に分離する構造を採用し、かつ各槽を用いる循環系統も独立した系統として構成するため、使用中に各槽間の相対的な水位（水量）に変動を来し、装置全体としての冷却能力にも変動を生じるなどの難点があった。

第二に、独立した低温槽と高温槽を備え、かつ各槽を用いる循環系統も独立した系統になるとともに、これらを組合わせた冷却系統を構築する必要があるため、全体の冷却系統が複雑化する傾向がある。したがって、部品点数の増加及び製造工数の増加に招き、装置全体の大型化及びコストアップを招くとともに、制御も複雑化するため、全体の電力消費を低減して省エネルギ性を高める観点からも更なる改善の余地があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したフリークーリングチラーの提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、冷却液Ｌを貯留する冷却液タンク２と、冷却液Ｌを冷却する冷却装置３を用いた第一冷却系Ｍ１と、送風ファン４により送風される外気Ａと冷却液Ｌの熱交換を行う外気熱交換器５を有する第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際の制御を行う制御系Ｍｃとを備えてなるフリークーリングチラー１を構成するに際して、内部に領域区画板６を配設することにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画し、かつ少なくとも下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させてなる冷却液タンク２と、第一冷却液領域Ｚａの冷却液Ｌを、第一ポンプ７，冷却装置３及び所定の被冷却部７０を循環させて第二冷却液領域Ｚｂに戻す第一冷却系Ｍ１と、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを、第二ポンプ８及び外気熱交換器５を循環させて第一冷却液領域Ｚａに戻す第二冷却系Ｍ２と、を具備することを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、第二冷却液領域Ｚｂの容積は、冷却液タンク２の全体の容積に対して、１５〜３５〔％〕に選定することが望ましい。また、領域区画板６は、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを区画し、下端に連通空間Ｓｓを形成する開口部６ｍｏを設けた主区画板部６ｍと、冷却液タンク２の底面部２ｄから上方に起立し、上端を開口部６ｍｏよりも上方に位置させるとともに、主区画板部６ｍに対して第二冷却液領域Ｚｂ側に所定間隔だけ離間して配した副区画板部６ｓと、の組合わせにより構成することができる。なお、この副区画板部６ｓの下端辺には、一又は二以上の切欠きによるドレン孔部６ｓｄ…を設けることが望ましい。一方、被冷却部７０から第二冷却液領域Ｚｂに冷却液Ｌを戻す際の冷却液タンク２の内部に臨む戻し口１１の向きは、斜め下方に向けて配することができる。この際、戻し口１１は、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように副区画板部６ｓの上方に位置させることができる。さらに、冷却装置３は、凝縮器１２を有する冷凍サイクルＣにより構成し、凝縮器１２を送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける下流側から外気熱交換器５に対面させて配設することができる。

このような構成を有する本発明に係るフリークーリングチラー１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）基本的には、内部に領域区画板６を配設することにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画し、かつ少なくとも下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させてなる冷却液タンク２を備えるため、使用中に第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂ間の相対的な水位（水量）に変動を来す不具合を回避でき、フリークーリングチラー１全体としての冷却能力を安定（一定）に維持することができる。

（２）第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを設けた冷却液タンク２に対して、第一冷却液領域Ｚａの冷却液Ｌを、第一ポンプ７，冷却装置３及び所定の被冷却部７０を循環させて第二冷却液領域Ｚｂに戻す第一冷却系Ｍ１と、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを、第二ポンプ８及び外気熱交換器５を循環させて第一冷却液領域Ｚａに戻す第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際の制御を行う制御系Ｍｃとを組合わせて構成するため、冷却系統全体の簡略化を図ることが可能となり、部品点数の削減及び製造工数の低減による小型化及びコストダウンに寄与できるとともに、制御系の簡略化により、電力消費の低減（省エネルギ性の向上）にも寄与できる。

（３）好適な態様により、第二冷却液領域Ｚｂの容積を、冷却液タンク２の全体の容積に対して、１５〜３５〔％〕に選定すれば、実験的にも液温に対する制御の応答性及び安定性が最良となり、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂにおける各冷却機能の最適化を図ることができる。

（４）好適な態様により、領域区画板６を、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを区画し、下端に連通空間Ｓｓを形成する開口部６ｍｏを設けた主区画板部６ｍと、冷却液タンク２の底面部２ｄから上方に起立し、上端を開口部６ｍｏよりも上方に位置させるとともに、主区画板部６ｍに対して第二冷却液領域Ｚｂ側に所定間隔だけ離間して配した副区画板部６ｓと、の組合わせにより構成すれば、連通空間Ｓｓをいわゆるジグザグ経路とすることができ、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂ間における冷却液Ｌの安定した流通を確保できる。

（５）好適な態様により、副区画板部６ｓの下端辺に、一又は二以上の切欠きによるドレン孔部６ｓｄ…を設ければ、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを冷却液タンク２の外部に排出する際には、ドレン孔部６ｓｄ…を通して第一冷却液領域Ｚａのタンクドレン口部から排出できるため、別途のタンクドレン口部を第二冷却液領域Ｚｂ側に設ける必要がなくなり、コスト低減に寄与できる。

（６）好適な態様により、被冷却部７０から第二冷却液領域Ｚｂに冷却液Ｌを戻す際の冷却液タンク２の内部に臨む戻し口１１の向きを、斜め下方に向けて配すれば、戻し口１１を冷却液タンク２の底面２ｄ近くに配する場合であっても、当該戻し口１１から流入する冷却液Ｌが冷却液タンク２の底面２ｄに直角に激しく衝突する不具合を回避できるため、無用な液面変動を防止して冷却液Ｌを安定に流入させることができる。

（７）好適な態様により、戻し口１１を、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように副区画板部６ｓの上方に位置させれば、例えば、第二冷却系Ｍ２における外気熱交換器５側への流量が多くなったような場合、それに応じて戻し口１１から流入する冷却液Ｌの流量も自動的に第一冷却液領域Ｚａ側が多くなるなど、より的確性及び柔軟性の高い制御を行うことができる。

（８）好適な態様により、冷却装置３を、凝縮器１２を有する冷凍サイクルＣにより構成し、凝縮器１２を送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける下流側から外気熱交換器５に対面させて配設すれば、凝縮器１２及び外気熱交換器５を配設する際のデッドスペースが無くなり、全体の小型化に寄与できるとともに、送風ファン４の共用化を容易に実現できる。加えて、通常、外気熱交換器５の温度は、凝縮器１２の温度よりも低くなるため、送風方向Ｆｗを考慮すれば、より効率的な熱交換を行わせることができる。

本発明の好適実施形態に係るフリークーリングチラーに備える冷却液タンクの断面側面図を含む全体の概略構成図、同フリークーリングチラーに備える冷却液タンクの断面正面図、同フリークーリングチラーに備える冷却液タンクの断面平面図、同フリークーリングチラーの内部構造の全体を示す正面構成図、同フリークーリングチラーの内部構造の一部を示す側面構成図、同フリークーリングチラーの作用説明図、同フリークーリングチラーにおける外気熱交換器のレイアウト形態を変更した場合の外観斜視図、同フリークーリングチラーの系統回路図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るフリークーリングチラー１の全体構造について、図１〜図８を参照して説明する。

フリークーリングチラー１は、図４に示すように、全体を直方体状に形成したケーシング２１を備え、このケーシング２１の上部内部は外気熱交換室Ｒｃとして構成するとともに、下部内部は収納室Ｒｉとして構成する。また、ケーシング２１の上端にはフード２２に覆われる送風ファン４を配設する。フード２２の上端は排気口２２ｅとなり、送風ファン４の回転により外気熱交換室Ｒｃ内が吸引される。

外気熱交換室Ｒｃの内部には、第一冷却系Ｍ１の凝縮器１２と第二冷却系Ｍ２の外気熱交換器５を配設する。この場合、凝縮器１２は、図８に示すように、冷媒が循環する冷凍サイクルＣの一部となり、この冷凍サイクルＣは第一冷却系Ｍ１における冷却装置３を構成する。一方、外気熱交換器５は、図８に示すように、外気Ａと冷却液Ｌの熱交換を行う第二冷却系Ｍ２を構成する。冷却装置３（第一冷却系Ｍ１）及び第二冷却系Ｍ２は、いずれも後述する冷却液Ｌを冷却する機能を備え、特に、第二冷却系Ｍ２はフリークーリング機能を有する。

外気熱交換器５は、図５に示すように、一対の平坦状に構成した熱交換ユニット５ｐ，５ｑの組合わせにより構成し、外気熱交換室Ｒｃの内部に側面から見てＶ形となるように配設する。これにより、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑの内面により挟まれる内部空間が送風ファン４に臨むとともに、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑの外面に対向するケーシング２１の側面（正面，背面）には吸気口２１ｉ，２１ｉを設ける。一つの熱交換ユニット５ｐは、冷却液Ｌを通す冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成し、外周面に多数の放熱用フィンを付設した一般的な熱交換器の形態により実施可能であるが、その形態は特定されるものではなく、各種形態により実施できる。例示する熱交換ユニット５ｐの形態は、冷却液Ｌを通す冷却液管をジグザグ形状に湾曲形成した１パスを複数パス用意し、順次配列接続した複数のパスの外周面に多数の放熱用フィンを付設して単位熱交換ユニット部５ｐｓとして構成するとともに、図４に示すように、二つの単位熱交換ユニット部５ｐｓ，５ｐｓを上下に連結して構成したものである。他方の熱交換ユニット５ｑも熱交換ユニット５ｐと同様に構成し、二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑは並列接続により使用する。

また、凝縮器１２も、二つの凝縮ユニット１２ｐ，１２ｑの組合わせにより構成する。一方の凝縮ユニット１２ｐは、一般的な凝縮器構造、即ち、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設した構造を有している。他方の凝縮ユニット１２ｑも凝縮ユニット１２ｐと同様に構成し、二つの凝縮ユニット１２ｐと１２ｑは並列接続により使用する。そして、二つの凝縮ユニット１２ｐと１２ｑは、送風ファン４の送風方向Ｆｗ（図５参照）における下流側から各熱交換ユニット５ｐ，５ｑに対して、それぞれ重なり合うように配設する。このような構成により、凝縮器１２は、送風方向Ｆｗにおける下流側から外気熱交換器５に対面するため、凝縮器１２及び外気熱交換器５を配設する際のデッドスペースが無くなり、全体の小型化に寄与できるとともに、送風ファン４の共用化を容易に実現できる。加えて、通常、外気熱交換器５の温度は、凝縮器１２の温度よりも低くなるため、送風方向Ｆｗを考慮すれば、より効率的な熱交換を行わせることができる。

さらに、吸気口２１ｉ，２１ｉの近傍には、散水機構２３を構成する散水ノズル２３ｓ…を配設する。各散水ノズル２３ｓ…は、斜め上方に散水できるように、熱交換ユニット５ｐ，５ｑに向けて配し、特に、より広い範囲に拡散できるように最適位置及び角度を選定する。散水機構２３は、各散水ノズル２３ｓ…からの散水により冷却能力をより高める機能を備える。即ち、散水によるミストの水温及び蒸発時の潜熱の利用により送風がより冷却される。

なお、外気熱交換室Ｒｃに配設する外気熱交換器５（凝縮器１２）は、Ｖ形にレイアウトした場合を例示したが、レイアウト形態は任意である。したがって、例えば、最も一般的なレイアウト形態となる一つ又は二つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑを平行に起立させたレイアウト形態でもよいし、図７に示すようなＸ形のレイアウト形態であってもよい。図７のレイアウト形態は、凝縮器１２をくの字形に折曲した二つの凝縮ユニット１２ｘ，１２ｙを備え、各凝縮ユニット１２ｘ，１２ｙの中央の山折部を対向させることにより平面視がＸ形になるように配設したものである。したがって、各凝縮ユニット１２ｘ，１２ｙは、冷媒を通す冷媒管をジグザグ形状に湾曲形成した冷媒管ユニットの外周面に多数の放熱用フィンを付設する点は、前述した凝縮ユニット１２ｐ…と同じとなるが、冷媒管ユニットの中央を折曲することによりくの字形に構成した点が異なる。また、外気熱交換器５は、四つの熱交換ユニット５ｐ，５ｑ，５ｒ，５ｓの組合わせにより構成する。この場合、各熱交換ユニット５ｐ…は、図７に示すように、二つの凝縮ユニット１２ｘと１２ｙにおける山折部の両側位置にそれぞれ対面させて配設するとともに、各凝縮ユニット１２ｘ…に対して送風ファン４の送風方向Ｆｗにおける上流側に配する。これにより、四つの各熱交換ユニット５ｐ…により区画される四つの空間Ｓｐｑ，Ｓｑｒ，Ｓｒｓ，Ｓｓｐにおける相対向する位置関係にある二つの空間Ｓｐｑ，Ｓｒｓは送風入口側となり、これらの空間Ｓｐｑ，Ｓｒｓに臨むケーシング２１の左右両側及び上側には、外気Ａが流入する吸気口２１ｉ…，２１ｉ…をそれぞれ設ける。一方、残りの二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐは送風出口側となる。したがって、送風ファン４と二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐ間には、不図示のガイド板等が配設される。これにより、二つの空間Ｓｑｒ，Ｓｓｐは、送風ファン４により吸引される。なお、図７における他の符号の構成部分は、図１〜図６に示した同一符号の構成部分と一致する。

他方、収納室Ｒｉには、図４に示すように、凝縮器１２（凝縮ユニット１２ｐ，１２ｑ）を除く冷凍サイクルＣ（第一冷却系Ｍ１）の構成部品類、及び外気熱交換器５（熱交換ユニット５ｐ，５ｑ）を除く循環ポンプ（第二ポンプ）８等の第二冷却系Ｍ２における構成部品類を配設するとともに、被冷却部７０に冷却液Ｌを供給するための冷却液タンク２及び圧送ポンプ（第一ポンプ）７等を配設する。図４中、２５は冷凍サイクルＣにおける圧縮機、２６は配電盤を含む制御盤をそれぞれ示す。

この場合、冷却液タンク２は、本発明の要部を構成し、以下、図１〜図３及び図６を参照して具体的に説明する。

冷却液タンク２は、上面部を開放した直方体形のタンク本体部３１を備えるとともに、このタンク本体部３１の上面部に着脱する蓋部３２を備える。また、タンク本体部３１の内部には領域区画板６を配設することにより、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画するとともに、下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させる。領域区画板６は、主区画板部６ｍと副区画板部６ｓの組合わせにより構成する。主区画板部６ｍは、図３に示すように、平面視をＬ形に形成し、底面部２ｄからタンク本体部３１の所定高さまで起立する形状に形成するとともに、Ｌ形をなす一方の平板部６ｍａの下部を切欠くことにより開口部６ｍｏを設ける。これにより、主区画板部６ｍは、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを区画するとともに、下端に設けた開口部６ｍｏにより連通空間Ｓｓが形成される。副区画板部６ｓは、図１に示すように、冷却液タンク２（タンク本体部３１）の底面部２ｄから上方に起立し、上端を開口部６ｍｏよりも上方に位置させるとともに、主区画板部６ｍにおける平板部６ｍａに対して第二冷却液領域Ｚｂ側に所定間隔だけ離間して配設する。このような構成により連通空間Ｓｓをいわゆるジグザグ経路とすることができ、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂ間における冷却液Ｌの安定した流通を確保できる。

また、領域区画板６により囲まれる空間は第二冷却液領域Ｚｂの容積となり、この第二冷却液領域Ｚｂの容積は、冷却液タンク２の全体の容積に対して、１５〜３５〔％〕となるように選定する。なお、冷却液タンク２の全体の容積とは、領域区画板６の上端までの容積（有効容積）である。このように選定すれば、実験的にも液温に対する制御の応答性及び安定性が最良となり、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂにおける各冷却機能の最適化を図ることができる。即ち、第二冷却液領域Ｚｂの容積が冷却液タンク２の全体の容積に対して、１５〔％〕未満の場合には液温に対する制御の応答性が低下するとともに、３５〔％〕を越えた場合には液温に対する制御が不安定になる。

さらに、副区画板部６ｓの下端辺には、図２に示すように、切欠きによる三つのドレン孔部６ｓｄ…を所定間隔置きに形成する。これにより、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを冷却液タンク２の外部に排出する際には、ドレン孔部６ｓｄ…を通して第一冷却液領域Ｚａに設けたタンクドレン口部３３から排出できるため、別途のタンクドレン口部を第二冷却液領域Ｚｂ側に設ける必要がなくなり、コスト低減に寄与できる。

一方、冷却液タンク２には、第一冷却系Ｍ１を接続する供給口３４及び戻し口１１を臨ませるとともに、第二冷却系Ｍ２を接続する供給口３５及び戻し口３６を臨ませる。

この場合、第一冷却系Ｍ１の供給口３４は、図２に示すように、圧送ポンプ（第一ポンプ）７の吸込口７ｉが兼用するため、圧送ポンプ７を、蓋部３２に取付けることにより、吸込口７ｉを第一冷却液領域Ｚａの内部に臨ませる。なお、蓋部３２の一部は二枚構造に構成し、圧送ポンプ７は下側の取付プレート３２ｓに取付ける。また、第一冷却系Ｍ１の戻し口１１は、図２及び図３に示すように、第二冷却液領域Ｚｂの内部に臨ませる。この場合、先端に戻し口１１を有する戻し配管３７をタンク本体部３１の側面に取付けるとともに、戻し配管３７の戻し口１１側を第二冷却液領域Ｚｂの内部に至らせ、先端側を直角形成する。これにより、戻し口１１の向きが、図１に示すように、斜め下方になるように設定する。この場合、戻し口１１の向き（角度Ｑｐ）は、図６に示すように、鉛直線に対して３０〔゜〕前後が望ましい。このような角度設定を行えば、戻し口１１を冷却液タンク２の底面２ｄ近くに配する場合であっても、当該戻し口１１から流入する冷却液Ｌが冷却液タンク２の底面２ｄに直角に激しく衝突する不具合を回避できるため、無用な液面変動を防止して冷却液Ｌを安定に流入させることができる。さらに、この戻し口１１は、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように、副区画板部６ｓの上方に位置させる。これにより、例えば、第二冷却系Ｍ２における外気熱交換器５側への流量が多くなったような場合、それに応じて戻し口１１から流入する冷却液Ｌの流量も自動的に第一冷却液領域Ｚａ側が多くなるなど、より的確性及び柔軟性の高い制御を行うことができる。

他方、第二冷却系Ｍ２の供給口３５は、図１に示すように、循環ポンプ（第二ポンプ）８の吸込口８ｉが兼用するため、循環ポンプ８の吸込口８ｉを、冷却液タンク２の側面から第二冷却液領域Ｚｂの内部に臨ませる。また、第二冷却系Ｍ２の戻し口３６は、図２に示すように、第一冷却液領域Ｚａの内部に臨ませる。この場合、先端に戻し口３６を有する戻し配管３８を蓋部３２に取付け、戻し配管３８の戻し口３６側を第一冷却液領域Ｚａの内部に至らせることにより先端側を鉛直方向下方に向ける。その他、冷却液タンク２の内部には、オーバフロー配管３９、後述するバイパスバルブ４９に至る接続配管４０をそれぞれ臨ませる。

次に、このような構成を有する冷却液タンク２を用いた本実施形態に係るフリークーリングチラー１の全体系統回路を、図８を参照して説明する。なお、図８において、図１〜図７に示した部分と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にした。

７０は、フリークーリングチラー１に接続することにより当該フリークーリングチラー１から供給される冷却液Ｌにより冷却される工作機械等の被冷却部を示す。また、フリークーリングチラー１において、Ｍ１は第一冷却系、Ｍ２はフリークーリング機能を有する第二冷却系をそれぞれ示す。

第一冷却系Ｍ１は、前述した凝縮器１２を含む冷凍サイクルＣを用いた冷却装置３により構成し、この冷凍サイクルＣは冷媒Ｋが循環する一般的な冷凍サイクルにより構成可能である。２５は圧縮機であり、この圧縮機２５の吐出口は凝縮器１２の冷媒入口に接続するとともに、圧縮機２５の戻り口は冷媒Ｋと冷却液Ｌの熱交換を行う冷却器（熱交換器）４１における一次側４１ｆの冷媒出口に接続する。また、冷却器４１における一次側４１ｆの冷媒入口は電子膨張弁４２を介して凝縮器１２の冷媒出口に接続する。これにより、冷媒Ｋが循環する冷凍サイクルＣが構成される。なお、２５ｉは圧縮機２５を駆動する圧縮機インバータを示す。

さらに、冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液入口は、圧送ポンプ７を介して冷却液タンク２の第一冷却液領域Ｚａに臨む供給口３４に接続する。この場合、供給口３４は、圧送ポンプ７の吸込口７ｉが兼用するため、実質的には、供給配管４３の一端を冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液入口に接続し、供給配管４３の他端を圧送ポンプ７の吐出口７ｅに接続すればよい。例示の場合、供給配管４３の他端は、計測ユニット４５を介して圧送ポンプ７の吐出口７ｅに接続する。この計測ユニット４５には、液温センサ４５ｔ及び液圧計４５ｐを備えている。一方、冷却器４１における二次側４１ｓの冷却液出口は、被冷却部７０が接続される冷却液供給口４６ｓに接続する。また、被冷却部７０が接続される冷却液戻り口４６ｒは、前述した戻し配管３７に接続する。この戻し配管３７は、前述したように、先端に戻し口１１を有し、この戻し口１１は冷却液タンク２の第二冷却液領域Ｚｂに臨む。

他方、第二冷却系Ｍ２は、前述した外気熱交換器５を備え、この外気熱交換器５の冷却液流入口は、循環ポンプ８を介して冷却液タンク２の第二冷却液領域Ｚｂに臨む供給口３５に接続する。この場合、供給口３５は、循環ポンプ８の吸込口８ｉが兼用するため、実質的には、供給配管４７の一端を外気熱交換器５の冷却液流入口に接続し、供給配管４７の他端を循環ポンプ８の吐出口８ｅに接続すればよい。また、外気熱交換器５の冷却液流出口は、前述した戻し配管３８に接続する。この戻し配管３８は先端が戻し口３６となり、この戻し口３６は冷却液タンク２の第一冷却液領域Ｚａに臨む。その他、４８は外気熱交換器５の冷却液流出口（又は戻し配管３８の上端位置）に接続した給気弁、４９はバイパスバルブをそれぞれ示す。さらに、２３は散水機構を示し、前述した散水ノズル２３ｓ…は、電磁開閉弁等を用いた散水バルブ２３ｖを介して水道管側に接続する。

一方、５１は制御系Ｍｃの主要部を構成するコントローラであり、このコントローラ５１は、フリークーリングチラー１の全体の制御を司る機能を備える。コントローラ５１には、冷却液Ｌの設定温度Ｔｓ（例えば、２０〔℃〕）等の各種設定項目が設定されている。また、コントローラ５１の制御出力ポートには、少なくとも前述した圧縮機インバータ２５ｉを接続するとともに、送風ファン４，電子膨張弁４２，循環ポンプ８，圧送ポンプ７，給気弁４８及び散水バルブ２３ｖを接続する。さらに、コントローラ５１の入力ポートには、外気乾球温度センサ５２ｔ，外気湿球温度センサ５２ｗ，チラー出口温度センサ５３，戻り温度センサ５４及び熱交換器出口温度センサ５５を接続する。これにより、外気乾球温度センサ５２ｔからは外気乾球温度となる外気Ａの温度（外気温度）Ｔｔが検出され、外気湿球温度センサ５２ｗからは外気湿球温度Ｔｈが検出され、チラー出口温度センサ５３からはチラー出口温度Ｔｅが検出され、戻り温度センサ５４からは戻り液温度Ｔｒが検出され、それぞれコントローラ５１に付与される。コントローラ５１は、ＣＰＵ及び各種メモリ等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともフリークーリングチラー１に係わる温度制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ５１には、温度制御を実現するための制御プログラムを格納する。

次に、本実施形態に係るフリークーリングチラー１の動作の一例について、各図を参照して説明する。

まず、フリークーリングチラー１の運転開始により圧送ポンプ７が作動を開始する。圧送ポンプ７の作動により、冷却液タンク２における第一冷却液領域Ｚａ内の冷却液Ｌは、圧送ポンプ７，冷却器４１の二次側４１ｓ，冷却液供給口４６ｓを経て、被冷却部７０に供給される。これにより、被冷却部７０は冷却液Ｌにより冷却されるとともに、熱交換により温められた冷却液Ｌは、冷却液戻り口４６ｒを介して冷却液タンク２における戻し口１１から第二冷却液領域Ｚｂ内に戻される。この際、前述したように、戻し口１１の向きは、斜め下方に向けて配するため、戻し口１１を冷却液タンク２の底面２ｄ近くに配する場合であっても、当該戻し口１１から流入する冷却液Ｌが冷却液タンク２の底面２ｄに直角に激しく衝突する不具合を回避でき、無用な液面変動を防止して冷却液Ｌを安定に流入させることができる。また、戻し口１１は、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように副区画板部６ｓの上方に位置させるため、例えば、第二冷却系Ｍ２における外気熱交換器５側への流量が多くなったような場合、それに応じて戻し口１１から流入する冷却液Ｌの流量も自動的に第一冷却液領域Ｚａ側が多くなるなど、より的確性及び柔軟性の高い制御を行うことができる。

一方、コントローラ５１は、チラー出口温度Ｔｅ，戻り液温度Ｔｒ，外気温度Ｔｔ，湿球温度Ｔｈを監視する。そして、温度制御は、一例として、次のように行われる。今、チラー出口温度Ｔｅが、予め設定された冷却液Ｌの設定温度Ｔｓよりも高く、かつ戻り液温度Ｔｒが外気温度Ｔｔ以下であれば、通常のチラー運転制御（冷却装置３の制御）を行い、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓになるようにフィードバック制御する。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが戻り液温度Ｔｒよりも低いときは、チラー運転制御を行うことなく、循環ポンプ８に対する運転制御を行う。循環ポンプ８の運転により、冷却液タンク２における第二冷却液領域Ｚｂ内の冷却液Ｌは、循環ポンプ８，外気熱交換器５を経て、冷却液タンク２における第一冷却液領域Ｚａ内に戻される。循環ポンプ８の運転制御中に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、循環ポンプ８の運転を停止する。

他方、循環ポンプ８の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高ければ、送風ファン４に対する運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、送風ファン４の運転を停止する。また、送風ファン４の運転制御中において、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高く、かつ外気温度Ｔｔが外気湿球温度Ｔｈよりも高いときは、散水バルブ２３ｖを開側に切換え、散水ノズル２３ｓ…から散水する。これにより、散水によるミストの水温及び蒸発する際の潜熱を利用して冷却能力がより高められる。散水バルブ２３ｖが開側に切換えられている際に、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、散水バルブ２３ｖを閉側に切換える。さらに、散水バルブ２３ｖが開側においてチラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓよりも高くなり、或いは散水バルブ２３ｖが閉側において外気温度Ｔｔが湿球温度Ｔｈ以下になれば、圧縮機２５の運転制御を行う。この際、チラー出口温度Ｔｅが設定温度Ｔｓ以下になれば、圧縮機２５の運転を停止する。

よって、このような本実施形態に係るフリークーリングチラー１によれば、基本的には、内部に領域区画板６を配設することにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂに区画し、かつ少なくとも下部に設けた連通空間Ｓｓにより第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを相互に連通させてなる冷却液タンク２を備えるため、使用中に第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂ間の相対的な水位（水量）に変動を来す不具合を回避でき、フリークーリングチラー１全体としての冷却能力を安定（一定）に維持することができる。また、第一冷却液領域Ｚａと第二冷却液領域Ｚｂを設けた冷却液タンク２に対して、第一冷却液領域Ｚａの冷却液Ｌを、第一ポンプ７，冷却装置３及び所定の被冷却部７０を循環させて第二冷却液領域Ｚｂに戻す第一冷却系Ｍ１と、第二冷却液領域Ｚｂの冷却液Ｌを、第二ポンプ８及び外気熱交換器５を循環させて第一冷却液領域Ｚａに戻す第二冷却系Ｍ２と、第一冷却系Ｍ１及び第二冷却系Ｍ２を用いて冷却液Ｌを冷却する際の制御を行う制御系Ｍｃとを組合わせて構成するため、冷却系統全体の簡略化を図ることが可能となり、部品点数の削減及び製造工数の低減による小型化及びコストダウンに寄与できるとともに、制御系の簡略化により、電力消費の低減（省エネルギ性の向上）にも寄与できる。

以上、好適実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，制御手法等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、冷却装置３は、冷凍サイクルＣにより構成した場合を示したが、ペルチェ素子を利用したサーモモジュール等の他の冷却系により構成する場合を排除するものではない。したがって、サーモモジュールを利用する場合には、凝縮器１２は不要となる。また、熱交換ユニット５ｐ…を凝縮ユニット１２ｐ…に重ね合わせ又は近接させて配設する場合を示したが、離間して配設する場合を排除するものではない。さらに、被冷却部７０から第二冷却液領域Ｚｂに冷却液Ｌを戻す際の冷却液タンク２の内部に臨む戻し口１１の向きは、斜め下方に向けて配するとともに、この際、戻し口１１は、第一冷却液領域Ｚａ側と第二冷却液領域Ｚｂ側の双方に臨むように副区画板部６ｓの上方に位置させる場合を例示したが、必ずしもこれらの形態に限定されるものではない。なお、冷却液には、水道水及び井戸水等の清水をはじめ、不凍液等の各種溶液を含む液体が含まれる。

本発明に係るフリークーリングチラーは、冷却液を循環させて冷却する必要のある工作機械等の各種被冷却部に接続して利用できる。

１：フリークーリングチラー，２：冷却液タンク，３：冷却装置，４：送風ファン，５：外気熱交換器，６：領域区画板，６ｍ：主区画板部，６ｍｏ：開口部，６ｓ：副区画板部，６ｓｄ…：ドレン孔部，７：第一ポンプ，８：第二ポンプ，１１：戻し口，１２：凝縮器，７０：被冷却部，Ｌ：冷却液，Ａ：外気，Ｍ１：第一冷却系，Ｍ２：第二冷却系，Ｍｃ：制御系，Ｚａ：第一冷却液領域，Ｚｂ：第二冷却液領域，Ｓｓ：連通空間，Ｃ：冷凍サイクル，Ｆｗ：送風方向

Claims

冷却液を貯留する冷却液タンクと、前記冷却液を冷却する冷却装置を用いた第一冷却系と、送風ファンにより送風される外気と前記冷却液の熱交換を行う外気熱交換器を有する第二冷却系と、前記第一冷却系及び前記第二冷却系を用いて前記冷却液を冷却する際の制御を行う制御系とを備えてなるフリークーリングチラーであって、内部に領域区画板を配設することにより第一冷却液領域と第二冷却液領域に区画し、かつ少なくとも下部に設けた連通空間により第一冷却液領域と第二冷却液領域を相互に連通させてなる冷却液タンクと、前記第一冷却液領域の冷却液を、第一ポンプ，前記冷却装置及び所定の被冷却部を循環させて前記第二冷却液領域に戻す第一冷却系と、前記第二冷却液領域の冷却液を、第二ポンプ及び前記外気熱交換器を循環させて前記第一冷却液領域に戻す第二冷却系と、を具備することを特徴とするフリークーリングチラー。
前記第二冷却液領域の容積は、前記冷却液タンクの全体の容積に対して、１５〜３５〔％〕に選定してなることを特徴とする請求項１記載のフリークーリングチラー。
前記領域区画板は、前記第一冷却液領域と前記第二冷却液領域を区画し、下端に前記連通空間を形成する開口部を設けた主区画板部と、前記冷却液タンクの底面部から上方に起立し、上端を前記開口部よりも上方に位置させるとともに、前記主区画板部に対して前記第二冷却液領域側に所定間隔だけ離間して配した副区画板部と、の組合わせにより構成することを特徴とする請求項１又は２記載のフリークーリングチラー。
前記副区画板部は、下端辺に一又は二以上の切欠きによるドレン孔部を有することを特徴とする請求項３記載のフリークーリングチラー。
前記被冷却部から前記第二冷却液領域に冷却液を戻す際の前記冷却液タンクの内部に臨む戻し口の向きは、斜め下方に向けて配することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフリークーリングチラー。
前記戻し口は、前記第一冷却液領域側と前記第二冷却液領域側の双方に臨むように前記副区画板部の上方に位置させてなることを特徴とする請求項５記載のフリークーリングチラー。
前記冷却装置は、凝縮器を有する冷凍サイクルにより構成し、前記凝縮器を前記送風ファンの送風方向における下流側から前記外気熱交換器に対面させて配設することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフリークーリングチラー。