JP2019178790A - 冷却能力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷凍機を用いて製造した冷水を冷水負荷へ供給する冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出する。【解決手段】水を貯留する冷水タンク３と、冷水タンク３内の貯留水を冷却する冷凍機４と、冷水タンク３から冷水負荷５への送水路６と、冷水タンク３への入水路７とを備えた冷水システム２に適用される。送水路６の水温を検出する第一温度センサ１５と、入水路７の水温を検出する第二温度センサ１６と、冷熱量算出部１４とを備える。冷熱量算出部１４は、送水路６に通水中の第一温度センサ１５の検出温度と、入水路７に通水中の第二温度センサ１６の検出温度と、送水路６および／または入水路７の通水流量に基づき、冷水負荷５で使用される冷熱量を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機を用いて製造した冷水を冷水負荷へ供給する冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する冷却能力測定装置に関するものである。

冷凍機を用いて冷水タンク内の水を冷却し、その冷水を冷水負荷（冷水使用設備）へ供給する冷水システムが知られている。冷水システムとして、循環仕様と流水仕様とがある。循環仕様では、冷水タンク内の水は、冷水負荷との間で循環されて冷熱を利用され（間接用途）、流水仕様では、冷水タンク内の水は、冷水負荷で使い捨てられる（直接用途）。

このような冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を知りたい場合がある。たとえば、冷水システムを新たなものに更新しようとする場合、現状のシステムで冷却負荷がどの程度であるのか知りたい場合がある。

従来、下記特許文献１に開示されるように、冷凍機ではなく冷却塔を用いたシステムについて、冷却エネルギ量算出装置が提案されている。この装置は、冷却塔（１）と熱交換部（３）とを備えた冷却水循環路（２）と、上記熱交換部（３）を介して上記冷却水循環路（２）の冷却水で冷却される冷却対象（４，Ａ）と、演算手段（９）とを備え、この演算手段（９）は、上記熱交換部（３）を境にしたその前後における冷却水の温度差（Ｔ１，Ｔ２）と、上記冷却水循環路（２）の冷却水流量（Ｑ１）とから、冷却エネルギ量（Ｅ１）を算出する。

冷却塔を用いた冷水システムの場合、基本的には、水は冷却塔と冷水負荷との間で循環される。一方、冷凍機を用いた冷水システムの場合、前述したとおり、循環仕様だけでなく、流水仕様の他、両者の複合仕様もある。しかも、冷水タンクから冷水負荷へ冷水が供給されるタイミングと、冷水タンクに補給水が供給されるタイミングとは、必ずしも一致しない。従って、これらの事情に対処しなければ、冷凍機を用いた冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出することはできない。

特開２００３−８３８１８号公報（請求項１、段落００１４−００１５）

本発明が解決しようとする課題は、冷凍機を用いて製造した冷水を冷水負荷へ供給する冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出できる冷却能力測定装置を提供することにある。

なお、冷水負荷で使用される冷熱量を知るために、水温の検出が必要となる。ところが、水温を検出するために、配管の保温材を取り外して管内に温度センサを挿入することは、作業に手間とコストを要するだけでなく、温度センサ取付作業中は冷水システムを停止させる必要もある。そこで、本発明では、冷水システムを停止させることなく、水温を検出して冷熱量を算出可能とすることも課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、水を貯留する冷水タンクと、この冷水タンク内の貯留水を冷却する冷凍機と、前記冷水タンクから冷水負荷への送水路と、前記冷水タンクへの入水路とを備えた冷水システムに適用され、前記送水路の水温を検出する第一温度センサと、前記入水路の水温を検出する第二温度センサと、前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記送水路および／または前記入水路の通水流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する冷熱量算出部とを備えることを特徴とする冷却能力測定装置である。

請求項１に記載の発明によれば、送水路に通水中の冷水負荷への水温と、入水路に通水中の冷水タンクへの水温と、送水路および／または入水路の通水流量とに基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する。各流路に通水中の水温に基づき算出することで、循環仕様（間接用途）であっても、流水仕様（直接用途）であっても、冷熱量を容易に算出することができる。

請求項２に記載の発明は、前記冷水タンクから前記送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、前記冷水タンクに戻されず、前記冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、前記入水路を介して前記冷水タンクに補給水が供給可能とされ、前記送水路および／または前記入水路に、流量センサが設けられ、前記冷熱量算出部は、前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記流量センサの検出流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の冷却能力測定装置である。

請求項２に記載の発明によれば、冷水タンクから送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、冷水タンクに戻されないが、冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、入水路を介して冷水タンクに補給水が供給可能とされる。この場合、冷水タンクから冷水負荷へ冷水が供給されるタイミングと、冷水タンクに補給水が供給されるタイミングとは、必ずしも一致しない。ところが、送水路に通水中の冷水負荷への水温と、入水路に通水中の冷水タンクへの水温と、送水路および／または入水路の通水流量とに基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出することができる。つまり、流水仕様であっても、冷熱量を容易に算出することができる。

請求項３に記載の発明は、前記冷水タンクから前記送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、一部または全部が還流路を介して前記冷水タンクに戻され、残部が前記冷水タンクには戻されず、前記冷水タンクには、前記還流路を介してまたは介さずに、前記入水路を介して補給水が供給可能とされ、前記冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、前記入水路を介して前記冷水タンクに補給水が供給可能とされ、前記送水路を通る流量を検出する第一流量センサと、前記還流路に戻されない流量および／または前記補給水の流量を検出する第二流量センサと、前記還流路に戻される流量を検出する第三流量センサとの内、少なくとも二つの流量センサを備え、前記還流路に戻される水温を検出する第三温度センサを備え、前記冷熱量算出部は、前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記還流路に通水中の前記第三温度センサの検出温度と、前記各流量センサの検出流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出することを特徴とする請求項１に記載の冷却能力測定装置である。

請求項３に記載の発明によれば、冷水タンクから送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、一部または全部が還流路を介して冷水タンクに戻され、残部が冷水タンクには戻されないが、冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、入水路を介して冷水タンクに補給水が供給可能とされる。この場合、冷水タンクから冷水負荷へ冷水が供給されるタイミングと、冷水タンクに補給水が供給されるタイミングとは、必ずしも一致しない。ところが、送水路に通水中の冷水負荷への水温と、入水路に通水中の冷水タンクへの水温と、還流路に通水中の冷水タンクへの水温と、各流路の通水流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出することができる。つまり、循環仕様であっても、流水仕様であっても、あるいはこれらの複合仕様であっても、冷熱量を容易に算出することができる。

請求項４に記載の発明は、前記各温度センサは、配管外面の温度を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置である。

請求項４に記載の発明によれば、配管外面の温度から水温を把握することができる。従って、配管内に温度センサを挿入する必要がない。また、配管に保温材が取り付けられていても、保温材の隙間から温度センサを挿入すれば、保温材を大掛かりに取り外す必要もない。さらに、温度センサの取付けのために、冷水システムを停止させる必要もない。

請求項５に記載の発明は、前記送水路に設けたポンプまたは弁の作動の有無により、前記送水路の通水の有無を判定し、前記入水路に設けたポンプまたは弁の作動の有無により、前記入水路の通水の有無を判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置である。

請求項５に記載の発明によれば、送水路や入水路における通水の有無を、ポンプまたは弁の作動の有無により判定して、冷熱量の算出を容易に行うことができる。

請求項６に記載の発明は、前記送水路および前記入水路について、各通水中における所定時間ごとの水温とその間に流れた流量とに基づき、流量を重みとした加重平均により、冷水負荷への平均給水温度と、冷水タンクへの平均給水温度とを算出し、これに基づき前記冷熱量を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置である。

請求項６に記載の発明によれば、流量を考慮した加重平均により水温を求めることで、流量変化が大きい場合でも流量の変化を加味して正確に冷熱量を算出することができる。

さらに、請求項７に記載の発明は、前記冷凍機または前記冷水システムの使用電力量を監視し、所定時間内の前記冷熱量と前記使用電力量とにより、前記冷水システムの成績係数を算出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置である。

請求項７に記載の発明によれば、所定時間内の冷熱量と使用電力量とにより、冷水システムの成績係数を算出することができる。

本発明の冷却能力測定装置によれば、冷凍機を用いて製造した冷水を冷水負荷へ供給する冷水システムにおいて、冷水負荷で使用される冷熱量を、容易に算出することができる。また、手間とコストを抑えると共に、冷水システムを停止させることなく、水温を検出して冷熱量を算出することも可能となる。

本発明の一実施例の冷却能力測定装置が適用された冷水システムの一例を示す概略図である。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例の冷却能力測定装置１が適用された冷水システム２の一例を示す概略図である。

本実施例の冷水システム２は、水を貯留する冷水タンク３と、冷水タンク３内の貯留水を冷却する冷凍機４と、冷水タンク３から冷水負荷（冷水使用設備）５（５Ａ，５Ｂ）への送水路６と、冷水タンク３への入水路７とを備える。

冷水タンク３は、水を貯留するタンクである。冷水タンク３には、水位センサ８が設けられ、冷水タンク３内の水位を検出可能とされる。

冷凍機４は、図示例では、蒸発器４ａが冷水タンク３内に設置される。蒸発器４ａにおいて冷媒と水とが熱交換されて、冷水タンク３内の水が冷却可能とされる。但し、冷水タンク３内の水が、冷水タンク３外の蒸発器４ａとの間で循環して冷却可能とされてもよい。

送水路６には送水ポンプ９が設けられている。送水ポンプ９の発停を制御することで、冷水負荷５への給水の有無を制御することができる。但し、場合により、送水ポンプ９の回転数を制御したり、送水路６に設けた送水弁の開度を調整したりして、冷水負荷５への給水流量を調整可能としてもよい。

入水路７には、入水弁１０が設けられている。入水弁１０の開閉を制御することで、冷水タンク３への給水の有無を制御することができる。但し、場合により、入水弁１０の開度を調整して、冷水タンク３への給水流量を調整可能としてもよい。また、入水弁１０に代えてまたはこれに加えて、入水ポンプを設置して、その発停または回転数を制御してもよい。後述するように、水位センサ８の検出信号に基づき入水弁１０（および／または入水ポンプ）を制御することで、冷水タンク３内は設定水位に維持されるが、水位センサ８と入水弁１０に代えて、場合により、ボールタップを用いることもできる。

冷水システム２は、さらに制御器１１を備える。制御器１１は、送水ポンプ９、入水弁１０、水位センサ８などに接続されている。制御器１１は、水位センサ８の検出信号に基づき入水弁１０を制御して、冷水タンク３内の水位を設定水位（設定範囲）に維持する。また、冷水負荷５からの冷水要求信号に基づき送水ポンプ９を制御して、冷水タンク３内の冷水を冷水負荷５へ供給可能とされる。但し、冷水負荷５からの冷水要求信号に基づき送水ポンプ９を制御する以外に、送水ポンプ９から冷水負荷５への送水路６の圧力に基づき送水ポンプ９を制御してもよい。つまり、冷水負荷５で冷水が使用されると、送水ポンプ９よりも下流の送水路６の圧力が低下するので、その圧力変化に基づき送水ポンプ９を制御してもよい。なお、冷水タンク３内の貯留水は、冷凍機４により、設定温度（設定範囲）に維持される。

図１において、実線で示す送水路６は、流水仕様（直接用途）の場合を示している。この場合、冷水タンク３内の冷水は、送水路６を介して冷水負荷５Ａへ供給され、冷水タンク３へは戻されず、使い捨てられる。

図１において、二点鎖線で示す還流路１２を付加した構成（冷水負荷は５Ａの代わりに５Ｂとした構成）は、循環仕様（間接用途）の場合を示している。この場合、冷水タンク３内の冷水は、送水路６を介して冷水負荷５Ｂに供給され、冷水負荷５Ｂにて冷熱を利用（つまり被冷却物と冷水とを熱交換して被冷却物を冷却し冷水は昇温）された後、冷水タンク３へ戻される。循環仕様の場合、還流路１２は入水路７として機能する。

図１において、二点鎖線で示す還流路１２に加えて、一点鎖線で示す送水路１３も付加した構成は、流水仕様と循環仕様との複合仕様の場合を示している。この場合、冷水タンク３内の冷水は、送水路６を介した後、一部が還流路１２を介して冷水タンク３へ戻され、残部が送水路１３を介して冷水負荷５Ａで使い捨てられる。使い捨てられた分と対応した量の補給水が、適宜、入水弁１０を開けて、入水路７から補給される。

なお、図示例では、冷水負荷５Ｂからの還流路１２は、入水弁１０よりも下流の入水路７に接続されているが、冷水タンク３に接続されてもよい。つまり、図示例では、還流路１２と入水路７とは冷水タンク３側で共通管路とされているが、別個に冷水タンク３に接続されてもよい。言い換えれば、入水路７を介した冷水タンク３への補給水は、還流路１２を介して冷水タンク３へ供給されてもよいし、還流路１２を介さずに冷水タンク３へ供給されてもよい。

次に、本実施例の冷却能力測定装置１について、具体的に説明する。
冷却能力測定装置１は、冷水負荷５（５Ａ，５Ｂ）で使用される冷熱量を算出する冷熱量算出手段（冷熱量算出部）１４を備える。また、冷水システム２には、後述する各種センサが設けられる。そして、冷熱量算出手段１４は、各センサの検出信号や経過時間などに基づき、冷水負荷５で使用される冷熱量を算出する。

冷熱量算出手段１４は、図示しないが、各種入力や設定などを行う入力部と、各センサからの検出情報を日時（または経過時間）などと共に登録する記憶部と、予め設定されたプログラムに従って前記記憶部の内容に基づき後述する各種演算を行う演算部と、演算結果を出力する出力部とを備える。

冷熱量算出手段１４は、図示例のように、冷水システム２の制御器１１を含む形で構成（あるいは冷水システム２の制御器１１に含まれる形で構成）されてもよいが、冷水システム２の制御器１１とは別に構成されてもよい。たとえば、パーソナルコンピュータまたはタブレットなどの各種端末から構成されてもよい。その場合において、各センサからの信号などを一旦、記録手段（たとえばデータロガー）に登録し、その記録手段の記録情報を、情報記録媒体や有線もしくは無線で、前記記憶部に取り込んで処理してもよい。以下、冷熱量算出手段１４による演算例について、説明する。

≪（ａ）循環仕様の場合≫
循環仕様の冷水システム２では、前述したとおり、冷水タンク３からの冷水は、送水路６を介して冷水負荷５Ｂへ送られ、冷熱を放出した後、還流路１２を介して冷水タンク３へ戻される。この場合において、冷水タンク３への還流路１２は、冷水タンク３への入水路７となる。また、送水路６の通水中は、還流路１２の通水中でもある。

循環仕様の冷水システム２では、送水路６に第一温度センサ１５が設けられる一方、還流路１２に第二温度センサ１６が設けられる。第一温度センサ１５は、送水路６を介して冷水負荷５Ｂへ供給される冷水の温度を検出し、第二温度センサ１６は、還流路１２を介して冷水タンク３へ戻される冷水の温度を検出する。冷水負荷５Ｂで冷熱が使用される関係上、第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２は、第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１よりも高くなる（Ｔ２＞Ｔ１）。

循環仕様の冷水システム２では、送水路６には、第一流量センサ１７が設けられる。但し、送水路６を介した給水は全量、還流路１２を介して冷水タンク３へ戻されるので、第一流量センサ１７は、送水路６ではなく還流路１２に設けてもよい。

冷水システム２の運転中、所定の計測期間において、送水路６に通水中の第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１と、還流路１２（ここでは前述したとおり入水路７ともいえる）に通水中の第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２と、当該期間内の第一流量センサ１７による通水流量Ｑ１とを求め、これら情報は冷熱量算出手段１４の記憶部に登録される。そして、入力部の指示により、演算部では、次式に基づき、冷水負荷５Ｂで使用される冷熱量Ｅ１を算出する。冷水負荷５Ｂで使用される冷熱量Ｅ１は、冷凍機４による冷却エネルギ量ということもできる。

なお、送水路６（ひいては還流路１２）に常時通水されない場合、通水時の水温Ｔ１，Ｔ２に基づき演算される。通水中であるか否かは、第一流量センサ１７により検知できる他、たとえば、送水ポンプ９（または送水弁）の稼働信号を収集して検知することもできる。そして、送水路６および還流路１２の水温や前記稼働信号等を好ましくは連続的に計測して、通水中の水温の平均温度を算出することで（言い換えれば冷水使用時のみの平均温度を求めて）、冷熱量Ｅ１を適切に算出できる。なお、通水開始直後は、配管内の水や配管壁面の温度が室温（周辺温度）に近づいているため、通水開始直後の水温変動を除いて（具体的には通水開始から所定の待機時間経過後の水温で）、通水中の水温の平均温度を算出するのが望ましい。

［数１］ Ｅ１＝（Ｔ２−Ｔ１）×Ｑ１

但し、通水流量や水温が時々刻々と変化し得ることを考慮して、通水中における所定時間ごとの水温とその間に流れた流量とに基づき、流量を重みとした加重平均により、送水路６を介した冷水負荷５Ｂへの平均給水温度Ｔ１´と、還流路１２を介した冷水負荷５Ｂからの平均還水温度（冷水タンク３への平均給水温度）Ｔ２´とを算出し、これらに基づき冷熱量Ｅ１を算出するのが好ましい。

具体的には、前記計測期間を所定時間ごとに分割（ｎ等分）し、所定時間ごとの第一流量センサ１７による検出流量（所定時間内の通水流量）が、第一送水流量Ｑ１１、第二送水流量Ｑ１２、第三送水流量Ｑ１３、…第ｎ送水流量Ｑ１ｎであり、各所定時間内の所定時（たとえば各所定時間の開始時または終了時）または所定時間内の平均の第一温度センサ１５の検出温度が、第一送水温度Ｔ１１、第二送水温度Ｔ１２、第三送水温度Ｔ１３、…第ｎ送水温度Ｔ１ｎであり、第二温度センサ１６の検出温度が、第一入水温度（還水温度）Ｔ２１、第二入水温度Ｔ２２、第三入水温度Ｔ２３、…第ｎ入水温度Ｔ２ｎである場合、送水路６の平均給水温度Ｔ１´と、還流路１２の平均還水温度（冷水タンク３への平均給水温度）Ｔ２´とは、それぞれ次のとおり算出される。そして、前記数式１において、Ｔ１の代わりにＴ１´を用い、Ｔ２の代わりにＴ２´を用いて、冷熱量Ｅ１を算出すればよい。その際、Ｑ１は、計測期間全体での通水流量の合算値である（Ｑ１＝Ｑ１１＋Ｑ１２＋…Ｑ１ｎ）。

なお、流量センサには、瞬時流量（一定時間当たりの流量）を求めるものと、積算流量（これまでの累積流量）とを求めるものとがある。第一流量センサ１７として、瞬時流量センサを用いる場合、センサ検出値自体により所定時間当たりの通水流量を把握できるか、センサ検出値に時間を乗算して所定時間当たりの通水流量を把握できる。一方、積算流量センサを用いる場合、前記「所定時間ごとの第一流量センサ１７による検出流量」とは、各所定時間について、その所定時間の開始時と終了時とのセンサ検出値の差（つまり積算流量の差）として、前記各送水流量Ｑ１１〜Ｑ１ｎを求めればよい。このことは、後述する第二流量センサによる検出流量（各入水流量Ｑ２１〜Ｑ２ｎ）や、第三流量センサによる検出流量（各還水流量Ｑ３１〜Ｑ３ｎ）などについても同様である。要は、各所定時間において、その所定時間に流れる流量を求めればよい。

［数２］ Ｔ１´＝（Ｔ１１×Ｑ１１＋Ｔ１２×Ｑ１２＋…Ｔ１ｎ×Ｑ１ｎ）／（Ｑ１１＋Ｑ１２＋…Ｑ１ｎ）

［数３］ Ｔ２´＝（Ｔ２１×Ｑ１１＋Ｔ２２×Ｑ１２＋…Ｔ２ｎ×Ｑ１ｎ）／（Ｑ１１＋Ｑ１２＋…Ｑ１ｎ）

≪（ｂ）流水仕様の場合≫
流水仕様の冷水システム２では、前述したとおり、冷水タンク３からの冷水は、送水路６，１３を介して冷水負荷５Ａへ送られ、使い捨てられる。この場合、還流路１２の設置は不要である。また、冷水タンク３から送水路６を介した流出分と対応して、冷水タンク３には入水路７を介して補給水が補給される。但し、冷水タンク３から冷水負荷５Ａへ冷水が供給されるタイミングと、冷水タンク３に補給水が供給されるタイミングとは、必ずしも一致しない。

流水仕様の冷水システム２では、送水路６（１３）に第一温度センサ１５が設けられる一方、入水路７に第二温度センサ１６が設けられる。第一温度センサ１５は、送水路６を介して冷水負荷５Ａへ供給される冷水の温度を検出し、第二温度センサ１６は、入水路７を介して冷水タンク３へ供給される補給水の温度を検出する。入水路７から補給された水は、冷凍機４により冷却されるので、第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１は、第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２よりも低くなる（Ｔ２＞Ｔ１）。

流水仕様の冷水システム２では、送水路６（１３）には、第一流量センサ１７が設けられる。送水路６からの流出分は入水路７から補給されるので、第一流量センサ１７の設置に代えてまたはこれに加えて、入水路７に第二流量センサ（図示省略）を設けてもよい。冷水タンク３に対する出水と入水とのタイミングはずれるが、比較的長い所定の計測期間で見た場合、第一流量センサ１７による流量Ｑ１と第二流量センサによる流量Ｑ２とは略同一となる（Ｑ１≒Ｑ２）。但し、より正確な計測を図るためには（特に各流路６，７の水温が変化し得る場合）、第一流量センサ１７と第二流量センサとの双方を備えて、後述のように加重平均値の温度を採用するのが好ましい。

流水仕様の場合も、循環仕様の場合と同様に処理できる。すなわち、冷水システム２の運転中、所定の計測期間において、送水路６（１３）に通水中の第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１と、入水路７に通水中の第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２と、当該期間内の第一流量センサ１７による通水流量Ｑ１（および／または第二流量センサによる通水流量Ｑ２）とを求め、前記数式１に基づき、冷水負荷５Ａで使用される冷熱量Ｅ１を算出する。

なお、送水路６および入水路７に常時通水されない場合、通水時の水温Ｔ１，Ｔ２に基づき演算される。通水中であるか否かは、第一流量センサ１７などにより検知できる他、たとえば、送水路６については、送水ポンプ９（または送水弁）の稼働信号を収集して検知でき、入水路７については、入水弁１０（または入水ポンプ）の稼働信号を収集して検知することもできる。そして、送水路６および入水路７の水温や前記稼働信号等を好ましくは連続的に計測して、各流路６，７について、通水中の水温の平均温度を算出することで、冷熱量Ｅ１を適切に算出できる。

また、循環仕様の場合と同様、通水流量や水温が時々刻々と変化し得ることを考慮して、通水中における所定時間ごとの水温とその間に流れた流量とに基づき、流量を重みとした加重平均により、送水路６（１３）を介した冷水負荷５Ａへの平均給水温度Ｔ１´と、入水路７を介した冷水タンク３への平均給水温度Ｔ２´とを算出し、これらに基づき冷熱量Ｅ１を算出するのが好ましい。

具体的には、循環仕様の場合と同様にして、前記数式２や数式３に基づき算出できる。但し、第一流量センサ１７に加えて、第二流量センサも設ける場合、数式３に代えて、次式が用いられる。つまり、所定時間ごとの第二流量センサによる検出流量（所定時間内の通水流量）が、第一入水流量Ｑ２１、第二入水流量Ｑ２２、第三入水流量Ｑ２３、…第ｎ入水流量Ｑ２ｎであり、各所定時間内の所定時（たとえば各所定時間の開始時または終了時）または所定時間内の平均の第二温度センサ１６の検出温度が、第一入水温度Ｔ２１、第二入水温度Ｔ２２、第三入水温度Ｔ２３、…第ｎ入水温度Ｔ２ｎである場合、入水路７を介した冷水タンク３への平均給水温度Ｔ２´は、次のとおり算出される。

［数３´］ Ｔ２´＝（Ｔ２１×Ｑ２１＋Ｔ２２×Ｑ２２＋…Ｔ２ｎ×Ｑ２ｎ）／（Ｑ２１＋Ｑ２２＋…Ｑ２ｎ）

≪（ｃ）複合仕様の場合≫
複合仕様の冷水システム２では、前述したとおり、冷水タンク３からの冷水は、送水路６を介して冷水負荷５Ｂへ送られ、一部が還流路１２を介して冷水タンク３へ戻され、残部が送水路１３を介して冷水負荷５Ａで使い捨てられる。

複合仕様の冷水システム２では、送水路６に第一温度センサ１５が設けられ、入水路７に第二温度センサ１６が設けられ、還流路１２に第三温度センサ１８が設けられる。この場合、図１において、入水路７と還流路１２との合流部よりも上流側において、入水路７に第二温度センサ１６が設けられ（つまり第二温度センサ１６の位置が図とは異なる）、還流路１２に第三温度センサ１８が設けられる。第一温度センサ１５は、送水路６を介して冷水負荷５（５Ａ，５Ｂ）へ供給される冷水の温度を検出し、第二温度センサ１６は、入水路７を介して冷水タンク３へ供給される補給水の温度を検出し、第三温度センサ１８は、還流路１２を介して冷水タンク３へ戻される冷水の温度を検出する。なお、第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２は、第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１よりも高く（Ｔ２＞Ｔ１）、第三温度センサ１８の検出温度Ｔ３は、第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１よりも高い（Ｔ３＞Ｔ１）。

複合仕様の冷水システム２では、送水路６には、第一流量センサ１７が設けられ、送水路１３および／または入水路７には、第二流量センサ（図示省略）が設けられ、還流路１２には、第三流量センサ（図示省略）が設けられる。但し、送水路６の流量＝送水路１３の流量（≒入水路７の流量）＋還流路１２の流量であるから、第一流量センサ１７、第二流量センサおよび第三流量センサの内、少なくとも二つの流量センサを備えれば、すべての流路の流量（送水路６の流量Ｑ１、送水路１３または入水路７の流量Ｑ２、還流路１２の流量Ｑ３）を算出可能となる。

複合仕様の場合、循環仕様および流水仕様の場合と同様に処理できる。具体的には、送水路６と還流路１２との関係では、循環仕様と同様に処理でき、送水路１３と入水路７との関係では、流水仕様と同様に処理できる。すなわち、冷水システム２の運転中、所定の計測期間において、送水路６に通水中の第一温度センサ１５の検出温度Ｔ１と、入水路７に通水中の第二温度センサ１６の検出温度Ｔ２と、還流路１２に通水中の第三温度センサ１８の検出温度Ｔ３とを求める。また、当該期間内の送水路６、送水路１３（または入水路７）および還流路１２の内、少なくとも二つの流路に流量センサを設置して、通水流量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を求める。そして、間接用途の冷水負荷５Ｂで使用される冷熱量Ｅ１ａと、直接用途の冷水負荷５Ａで使用される冷熱量Ｅ１ｂとを求め、各冷水負荷５Ａ，５Ｂで使用される全体の冷熱量Ｅ１を算出する。この際、循環仕様および流水仕様の場合と同様に、流量センサ、またはポンプや弁の稼働信号を用いて、通水時の水温Ｔ１〜Ｔ３が採用されるのがよい。

［数４］ Ｅ１ａ＝（Ｔ３−Ｔ１）×Ｑ３

［数５］ Ｅ１ｂ＝（Ｔ２−Ｔ１）×Ｑ２

［数６］ Ｅ１＝Ｅ１ａ＋Ｅ１ｂ

但し、循環仕様や流水仕様の場合と同様、通水流量や水温が時々刻々と変化し得ることを考慮して、通水中における所定時間ごとの水温とその間に流れた流量とに基づき、流量を重みとした加重平均により、送水路６を介した平均給水温度Ｔ１´と、送水路１３（または入水路７）を介した平均給水温度Ｔ２´と、還流路１２を介した平均給水温度Ｔ３´とを算出し、これらに基づき冷熱量Ｅ１ａ，Ｅ１ｂ、ひいてはＥ１を算出するのが好ましい。

具体的には、所定時間ごとの第一流量センサ１７による検出流量が、第一送水流量Ｑ１１、第二送水流量Ｑ１２、第三送水流量Ｑ１３、…第ｎ送水流量Ｑ１ｎであり、第二流量センサによる検出流量が、第一入水流量Ｑ２１、第二入水流量Ｑ２２、第三入水流量Ｑ２３、…第ｎ入水流量Ｑ２ｎであり、第三流量センサによる検出流量が、第一還水流量Ｑ３１、第二還水流量Ｑ３２、第三還水流量Ｑ３３、…第ｎ還水流量Ｑ３ｎであるとする。また、各所定時間内の所定時または所定時間内の平均の第一温度センサ１５の検出温度が、第一送水温度Ｔ１１、第二送水温度Ｔ１２、第三送水温度Ｔ１３、…第ｎ送水温度Ｔ１ｎであり、第二温度センサ１６の検出温度が、第一入水温度Ｔ２１、第二入水温度Ｔ２２、第三入水温度Ｔ２３、…第ｎ入水温度Ｔ２ｎであり、第三温度センサ１８の検出温度が、第一還水温度Ｔ３１、第二還水温度Ｔ３２、第三還水温度Ｔ３３、…第ｎ還水温度Ｔ３ｎであるとする。この場合、送水路６の平均給水温度Ｔ１´と、入水路７の平均入水温度Ｔ２´と、還流路１２の平均還水温度Ｔ３´とは、それぞれ次のとおり算出される。そして、前記数式４および数式５において、Ｔ１の代わりにＴ１´を、Ｔ２の代わりにＴ２´を、Ｔ３の代わりにＴ３´を用いて、冷熱量Ｅ１ａ，Ｅ１ｂを算出すればよい。

［数７］ Ｔ１´＝（Ｔ１１×Ｑ１１＋Ｔ１２×Ｑ１２＋…Ｔ１ｎ×Ｑ１ｎ）／（Ｑ１１＋Ｑ１２＋…Ｑ１ｎ）

［数８］ Ｔ２´＝（Ｔ２１×Ｑ２１＋Ｔ２２×Ｑ２２＋…Ｔ２ｎ×Ｑ２ｎ）／（Ｑ２１＋Ｑ２２＋…Ｑ２ｎ）

［数９］ Ｔ３´＝（Ｔ３１×Ｑ３１＋Ｔ３２×Ｑ３２＋…Ｔ３ｎ×Ｑ３ｎ）／（Ｑ３１＋Ｑ３２＋…Ｑ３ｎ）

以上から明らかなとおり、本実施例の冷却能力測定装置１によれば、送水路６、入水路７および還流路１２に通水中の水温と、前記各流路の通水流量とに基づき、冷水負荷５（５Ａ，５Ｂ）で使用される冷熱量を算出できる。各流路に通水中の水温に基づき算出することで、循環仕様（間接用途）であっても、流水仕様（直接用途）であっても、あるいはこれらの複合仕様であっても、冷熱量を容易に算出することができる。

ところで、前記実施例において、各温度センサ１５，１６，１８は、検知部を配管内に挿入して配管内の水温を直接に検出する以外に、配管外面の温度を検出することで間接的に水温を検出（推定）するようにしてもよい。その場合、配管内に温度センサ１５，１６，１８を挿入する必要がない。また、配管に保温材が取り付けられていても、配管の保温材の隙間から温度センサ１５，１６，１８を挿入すれば、保温材を大掛かりに取り外す必要もない。さらに、温度センサ１５，１６，１８の取付けのために、冷水システム２を停止させる必要もない。

また、前記実施例において、前記各流路が通水中か否かは、フローセンサや流量計を設ける以外に、次のようにして検知してもよい。すなわち、前述したとおり、送水路６に設けた送水ポンプ９または送水弁の作動の有無により、送水路６の通水の有無を判定したり、入水路７に設けた入水ポンプまたは入水弁１０の作動の有無により、入水路７の通水の有無を判定したりしてもよい。還流路１２についても同様であるが、循環仕様の場合、送水ポンプ９または送水弁の作動の有無で、還流路１２の通水の有無を判定することができる。なお、前述した加重平均により各温度を算出する場合、流量を重みに算出する関係上、ポンプや弁の作動の有無を検知しなくても、通水中の平均温度を算出可能となる。

さらに、冷却能力測定装置１は、冷凍機４または冷水システム２の使用電力量を求めて、所定時間内の冷熱量と使用電力量とにより、冷水システム２の成績係数を算出する機能を有していてもよい。成績係数ＣＯＰは、次式で求められる。

［数１０］ 成績係数ＣＯＰ＝冷熱（ｋＷ）／入熱（ｋＷ）＝流量×ΔＴ（出口温度−入口温度）／入力電力

たとえば、流水仕様（循環仕様などでも同様）において、冷水量（送水量であり入水量でもある）と、冷水タンク３に対する平均出口水温（送水路６の水温）および平均入口水温（入水路７の水温）が、前述したとおり算出できる。特に、平均出口水温や平均入口水温は、単純な算術平均よりも、前述した加重平均として求めるのが好ましい。そして、所定の計測期間（たとえば１週間（７日×２４ｈ））内における必要熱量（Ｊ／期間）は、冷水量×（平均入口温度−平均出口温度）×水の比熱、で算出できる。これから、平均必要熱量（ｋｊ／ｈ、さらにはｋＷの単位で）を算出できる。一方、冷水システム２全体（または電力消費の要部である冷凍機４（および送水ポンプ９））の稼働中平均電力（ｋＷ）は、たとえば、冷凍機４の電流値（好ましくはさらに電圧値）、送水ポンプ９の電流値（好ましくはさらに電圧値）を計測することで求められる。そして、稼働中平均電力と前記平均必要熱量とから、次式に基づき成績係数ＣＯＰを算出することができる。なお、ここでは、計測期間として１週間を例に挙げたが、計測期間は、これよりも長くてもよいし短くてもよい。たとえば、数時間または１日の冷熱量やＣＯＰを求めるようにしてもよい。その場合、冷熱負荷が急増するピーク時の冷熱量やＣＯＰを知ることができる。

［数１１］ ＣＯＰ＝平均必要熱量／稼働中平均電力

本発明の冷却能力測定装置１は、前記実施例の構成（制御を含む）に限らず適宜変更可能である。特に、水を貯留する冷水タンク３と、この冷水タンク３内の貯留水を冷却する冷凍機４と、冷水タンク３から冷水負荷５への送水路６と、冷水タンク３への入水路７とを備えた冷水システム２に適用され、（ａ）送水路６の水温を検出する第一温度センサ１５と、（ｂ）入水路７の水温を検出する第二温度センサ１６と、（ｃ）送水路６に通水中の第一温度センサ１５の検出温度と、入水路７に通水中の第二温度センサ１６の検出温度と、送水路６および／または入水路７の通水流量に基づき、冷水負荷５で使用される冷熱量を算出する冷熱量算出部１４とを備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例において、冷水タンク３内の貯留水は、冷凍機４の蒸発器４ａとの間を循環可能であると共に、冷水負荷５への送水時には、蒸発器４ａを介して送出されるように構成されてもよい。その場合も、冷水負荷５へ供給される水の温度や流量を監視することで、同様に制御可能である。

また、前記実施例において、第一温度センサ１５は、送水ポンプ９の閉切り運転時に軸動力の入熱による配管温度の上昇のない位置に備えられるのが好ましい。

１ 冷却能力測定装置
２ 冷水システム
３ 冷水タンク
４ 冷凍機（４ａ：蒸発器）
５（５Ａ，５Ｂ） 冷水負荷
６ 送水路
７ 入水路
８ 水位センサ
９ 送水ポンプ
１０ 入水弁
１１ 制御器
１２ 還流路
１３ 送水路
１４ 冷熱量算出手段
１５ 第一温度センサ
１６ 第二温度センサ
１７ 第一流量センサ
１８ 第三温度センサ

Claims (7)

1. 水を貯留する冷水タンクと、この冷水タンク内の貯留水を冷却する冷凍機と、前記冷水タンクから冷水負荷への送水路と、前記冷水タンクへの入水路とを備えた冷水システムに適用され、
   前記送水路の水温を検出する第一温度センサと、
   前記入水路の水温を検出する第二温度センサと、
   前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記送水路および／または前記入水路の通水流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する冷熱量算出部と
   を備えることを特徴とする冷却能力測定装置。
2. 前記冷水タンクから前記送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、前記冷水タンクに戻されず、
   前記冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、前記入水路を介して前記冷水タンクに補給水が供給可能とされ、
   前記送水路および／または前記入水路に、流量センサが設けられ、
   前記冷熱量算出部は、前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記流量センサの検出流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却能力測定装置。
3. 前記冷水タンクから前記送水路を介して冷水負荷に送られる冷水は、一部または全部が還流路を介して前記冷水タンクに戻され、残部が前記冷水タンクには戻されず、
   前記冷水タンクには、前記還流路を介してまたは介さずに、前記入水路を介して補給水が供給可能とされ、
   前記冷水タンク内の水位を設定範囲に維持するように、前記入水路を介して前記冷水タンクに補給水が供給可能とされ、
   前記送水路を通る流量を検出する第一流量センサと、前記還流路に戻されない流量および／または前記補給水の流量を検出する第二流量センサと、前記還流路に戻される流量を検出する第三流量センサとの内、少なくとも二つの流量センサを備え、
   前記還流路に戻される水温を検出する第三温度センサを備え、
   前記冷熱量算出部は、前記送水路に通水中の前記第一温度センサの検出温度と、前記入水路に通水中の前記第二温度センサの検出温度と、前記還流路に通水中の前記第三温度センサの検出温度と、前記各流量センサの検出流量に基づき、冷水負荷で使用される冷熱量を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却能力測定装置。
4. 前記各温度センサは、配管外面の温度を検出する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置。
5. 前記送水路に設けたポンプまたは弁の作動の有無により、前記送水路の通水の有無を判定し、
   前記入水路に設けたポンプまたは弁の作動の有無により、前記入水路の通水の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置。
6. 前記送水路および前記入水路について、各通水中における所定時間ごとの水温とその間に流れた流量とに基づき、流量を重みとした加重平均により、冷水負荷への平均給水温度と、冷水タンクへの平均給水温度とを算出し、これに基づき前記冷熱量を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置。
7. 前記冷凍機または前記冷水システムの使用電力量を監視し、
   所定時間内の前記冷熱量と前記使用電力量とにより、前記冷水システムの成績係数を算出する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却能力測定装置。

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