JP2014037936A - 冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】８０℃以上になっている被冷却物を室において常温まで冷却するにあたり、フリークーリングを利用しつつ、さらなる省エネルギー化を実現する。
【解決手段】被冷却物５１を収容している室Ｒからの高温の還気ＲＡは、空調機２０の排熱回収コイル２１、冷却水コイル２２、冷水コイル２３によって純二冷却され、給気ＳＡとして室Ｒに供給される。冷水コイル２３には、吸着冷凍機３０によって製造された冷水が供給され、冷却水コイル２２には、冷却塔１０からの冷却水が供給される。排熱回収コイル２１で昇温した水は、吸着冷凍機３０の第２の吸着熱交換器３３の再生に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温、たとえば８０℃以上に加熱処理した食品などを、常温（例えば２３℃〜２５℃）まで冷却するシステムに関するものである。

加熱処理した食品等の被冷却物を連続的に常温まで冷却する場合、その室を大量に換気するのが最も簡単であるが、排気の臭い対策や取り入れ外気の清浄化が必要となるので、実際は困難であることが多い。また室内で空気を循環させて空調する場合、上記したような高温の被冷却物を収容している室からの還気は、被冷却物に近い温度であることから、フリークーリング（屋外の冷却塔等で製造した冷却水で行う冷房）が有効である。しかしながら、夏季においてはフリークーリングで使える冷却水温は３０℃前後であり、被冷却物を常温まで冷却するには不十分である。

この点に関し、電算機室の冷房分野においては、フリークーリングで冷却塔を用いるとともに、当該冷却塔からの冷却水を利用した蒸気圧縮冷凍サイクルを有する冷凍機（水冷チラー）で冷水を製造し、フリークーリングで冷却した空気をさらに当該冷水で冷却して給気するシステムが提案されている（特許文献１）。

かかる提案技術を、前記した高温の食品の冷却システムに適用すると、図４に示したようになる。すなわち、高温の被冷却物１０１を収容している室Ｒからの還気ＲＡは、まず空調機１０２において、前段側に設けられている冷却水コイル１０３によって冷却される。この冷却水コイル１０３には、冷却塔１０４からの冷却水が、ポンプ１０５によって供給される。そして空調機１０２において、冷却水コイル１０３によって冷却された還気は、後段側に配置されている冷水コイル１０６によってさらに冷却される。この冷水コイル１０６は、蒸気圧縮冷凍サイクルを有する冷凍機（水冷チラー）１１０によって製造されたものであり、当該冷凍機（水冷チラー）１１０の冷媒は、冷却塔１０４からの冷却水によって凝縮器１１１で冷却されるようになっている。

特開２００２−６１９１１号公報

図４に示した前記従来技術によれば、８０℃以上になっている被冷却物１０１を、夏季においても十分常温まで冷却することができ、しかも室Ｒの空気は、基本的には空調機１０２との間を循環しているので、被冷却物１０１が食品であっても排気の臭い対策は必要ない。また冷却塔１０４からの冷却水によるフリークーリングを利用しているので、ある程度省エネルギー化が図られている。

しかしながら、冷凍機（水冷チラー）１１０は蒸気圧縮冷凍サイクルを有しているので、圧縮機１１２に相応の電力を供給する必要があり、この点でさらなる省エネルギー化が望まれるところである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、８０℃以上になっている被冷却物を室において常温まで冷却するにあたり、冷却塔等のフリークーリングを利用しつつ、さらなる省エネルギー化を実現することを目的としている。

前記目的を達成するため、本発明は、８０℃以上の対象物を室内で常温にまで冷却するシステムであって、前段側から順に、排熱回収コイルと、冷却水コイルと、冷水コイルとを直列に有し、室からの還気を取り入れて、前記排熱回収コイル、冷却水コイル、冷水コイルの順で当該還気を冷却して降温させた後、前記室内に給気として供給する空調機と、少なくとも２つの吸着熱交換器を有する吸着冷凍機と、前記空調機の冷却水コイルと、前記吸着冷凍機の一の吸着熱交換器の冷却用に冷却水を供給する冷却水源とを有している。そして、前記吸着冷凍機の蒸発器で製造された冷水は、前記空調機の冷水コイルに供給されて、還気と熱交換された後、前記蒸発器に戻され、前記空調機の排熱回収コイルで昇温した水は、前記吸着冷凍機の他の吸着熱交換器の再生用に供給され、再生後に降温した水は、前記排熱回収コイルに戻されるように構成されたことを特徴としている。

本発明によれば、室からの高温の還気は、まず排熱回収コイルで冷却され、その後冷却水コイル、冷水コイルによって順次冷却される。そして排熱回収コイルで昇温した水は、吸着冷凍機の他の吸着熱交換器の再生用に供給されるので、還気の一次冷却と、吸着熱交換器の再生とを同時に行え、吸着冷凍機の効率のよい運用を行なうことができ、エネルギ―を有効に利用することができる。

前記吸着冷凍機の一の吸着熱交換器の冷却用に供給された冷却水は、その後、前記吸着冷凍機の凝縮器に送られるように構成してもよい。

前記前記吸着冷凍機の他の吸着熱交換器に、再生用の温水を供給するバックアップ用の熱交換器を有していてもよい。

前記熱交換器の熱交換用熱源は、工場施設で発生した排熱またはコジェネ施設の排熱を用いることが好ましい。

前記冷却水源からの冷却水は、冷却塔からの冷却水であってもよく、その他、地下水または河川水などからの水であってもよい。かかる場合、常温で未利用の水を用いれば冷却コストが軽減される。

本発明によれば、８０℃以上になっている被冷却物を室において常温まで冷却するにあたり、従来よりも電力の消費量を低減して、さらに省エネルギー化を実現することができる。

実施の形態にかかる冷却システムの構成の概略を模式的に示した説明図である。 図１における吸着冷凍機の配管系統を模式的に示した説明図である。 実施の形態にかかる冷却システムと従来の冷却システムの消費電力を示す表である。 従来技術にかかる冷却システムの構成の概略を模式的に示した説明図である。

以下、実施の形態について説明すると、図１は、実施の形態にかかる冷却システム１の構成の概略、配管系等を模式的に示しており、この冷却システム１は、冷却塔１０、空調機２０、吸着冷凍機３０とを有している。

空調機２０は、被冷却物５１を収容している室Ｒから、還気路５２を通じて流入する還気ＲＡを冷却し、給気ＳＡとして室Ｒに供給する機能を有し、前段（還気の入口側寄り）に排熱回収コイル２１、中段に冷却水コイル２２、後段に冷水コイル２３が直列に配置され、ファン２４によって、給気路５３を通じて室Ｒに供給する。被冷却物５１は、例えば棚やメッシュのバケット等に収納されて上下方向多段に収容されており、適宜の移動機構（図示せず）によって、室Ｒ内を、給気路５３側と還気路５２側との間で移動可能になっている。

冷却塔１０内において、降温した冷却水は、ポンプ１１によって、配管を通じて、空調機２０内の中段に設けられている冷却水コイル２２に供給され、還気ＲＡとの熱交換によって昇温した冷却水は、再び配管を通じて冷却塔１０に戻される。

吸着冷凍機３０は、シリカゲルやゼオライトなどの吸着材を利用した冷凍機であり、その内部は真空系になっており、下から順に蒸発器３１、並置されている第１の吸着熱交換器３２と第２の吸着熱交換器３３、さらに上部の凝縮器３４を有している。第１の吸着熱交換器３２と第２の吸着熱交換器３３は、吸着運転と再生運転とが交互に切り換え運転なされる。これら各機器は、隔壁３５、３６、３７によって仕切られている。吸着冷凍機３０内には、専用冷却水の循環系が設けられており、蒸発器３１の散水部３１ａで散水された専用の冷却水は、下部の受容部３１ｂにて回収され、ポンプ３８によって再び散水部３１ａに戻される。この過程で蒸発器３１に設けられた冷却コイル３１ｃ内の冷水は、冷却される。

蒸発器３１からの水蒸気は、後述の隔壁３５のバルブを経て第１の吸着熱交換器３２に流入し、ここで第１の吸着熱交換器３２内の吸着材に吸着される。そのとき発生する熱は、冷却塔１０からの冷却水によって除去され、吸着能力が維持される。第１の吸着熱交換器３２で昇温した冷却水は、凝縮器３４へと送られる。

このとき、並行して、第２の吸着熱交換器３３では、再生運転が行なわれており、空調機２０の排熱回収コイル２１からの温水によって、吸着材の再生が行なわれる。そしてそのときに発生した水蒸気は、凝縮器３４において、第１の吸着熱交換器３２を経た冷却水によって凝縮され、受容部３４ａによって回収され、配管を通じて、受容部３１ｂに回収される。

吸着冷凍機３０における第１の吸着熱交換器３２と第２の吸着熱交換器３３周りの配管系統は、図２に示したようになっている。すなわち、冷却塔１０からの冷却水は、往管６１を通じて第１の吸着熱交換器３２に送られ、昇温した冷却水は還管６２を通じて第１の吸着熱交換器３２から出る。一方、排熱回収コイル２１や、後述の熱交換器４５からの温水は、往管７１を通じて第２の吸着熱交換器３３へと送られ、降温した温水は、還管７２を通じて排熱回収コイル２１や熱交換器４５へと戻される。

そして往管６１、７１同士は、配管８１、８２によって接続され，また還管６２、７２同士は、配管８３、８４によって接続されている。そして往管６１における配管８１、８２との接続部分の間には、バルブＶ１が設けられ、往管７１における配管８１、８２との接続部分の間には、バルブＶ２が設けられている。同様に、還管６２における配管８３、８４との接続部分の間には、バルブＶ３が設けられ、還管７２における配管８３、８４との接続部分の間には、バルブＶ４が設けられている。また配管８１にはバルブＶ５が、配管８２にはバルブＶ６が、配管８３にはバルブＶ７が、配管８４にはバルブＶ８が、各々設けられている。

一方、吸着冷凍機３０における第１の吸着熱交換器３２の下方の隔壁３５には、通過口を開閉自在なバルブ３５ａが、第２の吸着熱交換器３３の下方の隔壁３５には、通過口を開閉自在なバルブ３５ｂが各々設けられ、吸着冷凍機３０における第１の吸着熱交換器３２の上方の隔壁３６には、通過口を開閉自在なバルブ３６ａが、第２の吸着熱交換器３３の上方の隔壁３６には、通過口を開閉自在なバルブ３６ｂが各々設けられている。

そして図１に示した状態、すなわち、第１の吸着熱交換器３２が吸着運転、第２の吸着熱交換器３３が再生運転の場合には、バルブＶ１〜Ｖ４が開放、バルブＶ５〜Ｖ８が閉鎖される。これによって、第１の吸着熱交換器３２へは冷却水が供給され、第２の吸着熱交換器３３へは温水が供給される。また図２に示したように、隔壁３５のバルブ３５ａ、３６ｂが開放、バルブ３５ｂ、３６ａは閉鎖される。これによって、蒸発器３１からの水蒸気は、第１の吸着熱交換器３２へと送られ、第２の吸着熱交換器３３からの水蒸気は、凝縮器３４へと送られる。

そして運転を切り換えて、第１の吸着熱交換器３２が再生運転、第２の吸着熱交換器３３が吸着運転の場合には、バルブＶ１〜Ｖ４が閉鎖、バルブＶ５〜Ｖ８が開放される。これによって、第１の吸着熱交換器３２へは温水が供給され、第２の吸着熱交換器３３へは冷却が供給される。またこのとき、バルブ３５ａ、３６ｂが閉鎖、バルブ３５ｂ、３６ａは開放される。これによって、蒸発器３１からの水蒸気は、第２の吸着熱交換器３３へと送られ、第１の吸着熱交換器３２からの水蒸気は、凝縮器３４へと送られる。このようにして、第１の吸着熱交換器３２と、第２の吸着熱交換器３３は、吸着運転と再生運転とが交互に切り換え運転なされ、一方が吸着運転している間は、他方が再生運転される。

蒸発器３１の冷却コイル３１ｃにおいて製造された、例えば１０℃前後の冷水は、ポンプ３９によって、空調機２０の後段の冷水コイル２３へと送られ、還気ＲＡと熱交換された後、再び蒸発器３１の冷却コイル３１ｃに戻される。また第２の吸着熱交換器３３において再生に使用されて降温した水は、ポンプ４０によって、空調機２０の前段の排熱回収コイル３１へと送られ、還気ＲＡと熱交換された後、再び第２の吸着熱交換器３３に戻される。

吸着冷凍機３０の第１の吸着熱交換器３２、凝縮器３４にいて順次熱交換されて昇温した冷却水は、冷却塔１０へと戻される。なお冷却塔１０には、補給水供給部１２が設けられている。

また本実施の形態にかかる冷却システム１においては、吸着冷凍機３０の第２の吸着熱交換器３３と、空調機２０の排熱回収コイル２１との間の温水の循環系に、バックアップ用の熱交換器４５との間で温水が循環する配管が施工されており、三方弁４６の開度調整により、外部（例えば工場からの排熱）からの熱媒（例えば蒸気）と熱交換された温水を混合させて、吸着冷凍機３０の第２の吸着熱交換器３３に送ることが可能になっている。三方弁４６の開度調整は、例えば給気ＳＡの温度に基づいて行なうことができ、予め定めた所定の温度よりも給気ＳＡの温度が高い場合には、バックアップ用の熱交換器４５を経由する温水の量を増加させ、逆に所定の温度よりも低い場合には、当該温水の量を減ずるように制御することができる。

実施の形態にかかる冷却システム１は、以上の構成を有しており、室Ｒに収容された、たとえば１１０℃の高温の被冷却物５１を、速やかに常温にまで冷却する場合、室Ｒからのたとえば１００℃前後の還気ＲＡは、空調機２０の排熱回収コイル２１で６０℃前後にまで冷却される。次いで、冷却水コイル２２によって、冷却塔１０からの冷却水と熱交換されて、４０℃前後にまで冷却される。次いで、冷水コイル２３によって、吸着冷凍機３０からの冷水によって、還気ＲＡは、２０℃以下にまで冷却される。

その結果、空調機２０のファン２４によって、室Ｒには、２０℃以下の給気ＳＡを室Ｒに供給することができ、被冷却物５１を、速やかに常温にまで冷却することが可能である。なお給気ＳＡによって被冷却物５１を冷却する際、室Ｒ内の被冷却物５１は、たとえば給気ＳＡの下流側から上流側へと順次移動される。

また室Ｒからの還気ＲＡは、空調機２０との間を循環するので、室外への排気はなく、被冷却物５１が食品等であっても、その室外への臭気対策を格別施す必要がない。

また冷却塔１０からの冷却水を用いたフリークーリングのみならず、吸着冷凍機３０からの冷水によって最終冷却を行なっているので、夏季においても室Ｒに供給する給気ＳＡを２０℃以下にすることが可能である。

そして本実施の形態にかかる冷却システム１は、冷水を製造するにあたり、吸着冷凍機３０によって製造された冷水を使用しているので、図３に示したような、従来の蒸気圧縮冷凍サイクルを有する冷凍機（水冷チラー）を使用する場合と比べると、はるかに省エネルギー化が図られている。

すなわち、空調機２０の前段に設けられている排熱回収コイル２１によって、まず高温の還気ＲＡは、ある程度除熱され、その際の熱交換によって製造された温水（６０℃〜１００℃）によって、吸着冷凍機３０の吸着熱交換器を再生することができる。したがって、還気ＲＡの最初の冷却と吸着冷凍機３０の再生とを同時に実行できる。これによって、ポンプ等の駆動用の電力以外の電力の消費を極力に抑えることが可能になっている。吸着冷凍機３０自体は、機械式圧縮冷凍機よりも消費電力が少ないが、排熱回収コイル２１において昇温した温水を、第２の吸着熱交換器３３の再生に用いているので、無駄のないエネルギーの有効利用が図られている。

冷却負荷を５００ｋＷ、給気ＳＡの風量を６．１７ｋｇ／ｓ、給気ＳＡの温度を１９℃としたときの、図３の従来の冷却システムと、図１の本実施の形態の冷却システム１の、消費電力の比較を図３の表に示した。これによれば、従来の冷却システムでは、４６．２ｋＷ必要であったのに対し、本実施の形態の冷却システム１では、その約１／４の１１．８ｋＷとなっている。したがって、従来よりもはるかに消費電力が少なく、より一層の省エネルギー化が図られている。

なお本実施の形態の冷却システム１では、既述したように、吸着冷凍機３０の第２の吸着熱交換器３３の再生バックアップ用として、熱交換器４５を有しているので、たとえば冷却負荷の少ない立ち上がり時においては、この熱交換器４５からの温水を吸着冷凍機３０の第２の吸着熱交換器３３の再生に用いることで、吸着冷凍機３０を安定して作動させて、立ち上がり時においても、所定温度の給気ＳＡを安定して室Ｒに供給することが可能になっている。

なお熱交換器４５の熱源としては、既述した工場で発生する高温蒸気の他に、コジェネからの排熱を用いても良く、もちろん各種の加熱機器を用いてもよい。

さらにまた本実施の形態の冷却システム１では、空調機の冷却水コイル２２に送るフリークーリング用の冷却水として、冷却塔１０からの冷却水を用いていたが、その他に、地下水や河川水などの常温で未利用の熱源を用いてもよい。かかる場合、冷却システムとして採用するにあたっては、これら地下水や河川水の取水部を別途設ければよい。

本発明は、高温、たとえば８０℃以上の被冷却物を急速に常温にまで冷却する際に有用であり、特に食品など、臭いのある被冷却物の冷却に適している。

１ 冷却システム
１０ 冷却塔
１１ ポンプ
１２ 補給水供給部
２０ 空調機
２１ 排熱回収コイル
２２ 冷却水コイル
２３ 冷水コイル
２４ ファン
３０ 吸着冷凍機
３１ 蒸発部
３２ 第１の吸着熱交換器
３３ 第２の吸着熱交換器
３４ 凝縮器
３８ ポンプ
４５ 熱交換器
４６ 三方弁
５１ 被冷却物
Ｒ 室

Claims (6)

1. ８０℃以上の対象物を室内で常温にまで冷却するシステムであって、
   前段側から順に、排熱回収コイルと、冷却水コイルと、冷水コイルとを直列に有し、室からの還気を取り入れて、前記排熱回収コイル、冷却水コイル、冷水コイルの順で当該還気を冷却して降温させた後、前記室内に給気として供給する空調機と、
   少なくとも２つの吸着熱交換器を有する吸着冷凍機と、
   前記空調機の冷却水コイルと、前記吸着冷凍機の一の吸着熱交換器の冷却用に冷却水を供給する冷却水源とを有し、
   前記吸着冷凍機の蒸発器で製造された冷水は、前記空調機の冷水コイルに供給されて、還気と熱交換された後、前記蒸発器に戻され、
   前記空調機の排熱回収コイルで昇温した水は、前記吸着冷凍機の他の吸着熱交換器の再生用に供給され、再生後に降温した水は、前記排熱回収コイルに戻されるように構成されたことを特徴とする、冷却システム。
2. 前記吸着冷凍機の一の吸着熱交換器の冷却用に供給された冷却水は、その後、前記吸着冷凍機の凝縮器に送られるように構成されたことを特徴とする、請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記前記吸着冷凍機の他の吸着熱交換器に、再生用の温水を供給するバックアップ用の熱交換器を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却システム。
4. 前記熱交換器の熱交換用熱源は、工場施設で発生した排熱またはコジェネ施設の排熱であることを特徴とする、請求項３に記載の冷却システム。
5. 前記冷却水源からの冷却水は、冷却塔からの冷却水であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の冷却システム。
6. 前記冷却水源からの冷却水は、地下水または河川水からの水であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の冷却システム。

Images