JP3490691B2 - 水蒸気圧縮冷凍機および蓄熱槽の組合せにおける水質管理システム - Google Patents
水蒸気圧縮冷凍機および蓄熱槽の組合せにおける水質管理システムInfo
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して、冷水又は氷を得る環境重視型の水蒸気圧縮冷凍お
よび蓄熱槽の組合せ手段に関する。更に詳しくは、水蒸
気圧縮冷凍機、蓄熱槽水および冷却塔水における水質管
理に係り、例えば、運転中に冷凍機の蒸発器内で水が蒸
発する際に残余の水に含まれた水中の不純物(例えば硬
水におけるカルシウム)が濃縮し、また冷却水の散布に
伴い水蒸気が凝縮器内で凝縮する際に不純物の濃度が変
化するが、かような不純物の濃度変化に起因する水質管
理を円滑に行う技術に係る。
とする冷凍機は永い間常用されてきたが、これらの冷媒
はオゾン層を破壊する問題や温暖化等の地球環境の悪化
をもたらす原因物質として、その使用に制限が加えられ
てきた。環境重視という観点からは、水に勝る冷媒は世
の中にない。
調用水等の熱交換は熱交換器を介している。
は氷を得る水蒸気圧縮冷凍機では、空調用水等の熱交換
は熱交換器等を介さず、水―水直接とすることが可能と
なる。この場合、使用する水(以下、「原水」と言うこ
とがある)に不純物が、多かれ少なかれ、溶け込んでい
る。そして、この不純物が溶け込んだままで、原水は蒸
発したり、凝縮したりするのであるから、原水中の「不
純物」の濃度がその都度変化し、水質が思うように管理
できないという問題が存在する。
蒸気圧縮冷凍機において熱交換器を利用する場合が多い
が、熱交換器において熱ロスが発生するために効率が低
下する。
合に、冷凍機の蒸発器部分において冷媒を蒸発せしめ、
その蒸発熱を熱交換器を介して水に熱伝達し蓄熱器に蓄
熱させる。蒸発した冷媒蒸気を圧縮機で圧縮して凝縮器
において熱交換器を介して冷却水により冷却凝縮して元
の液相の冷媒に戻る。水以外の冷媒系を使用する場合で
は、冷媒は熱交換器を介する、閉じられた流路におい
て、蒸発、凝縮等の相変化がもたらされる。
はなく、冷媒の回収も不要であることから、開放回路に
よる熱利用が容易にできると判断されがちである。
あって、不純物の含有量が極めて少ない状態でのみ可能
なものに過ぎないことが判明している。不純物を多く含
む原水利用では空調用水、蓄熱槽内水などの水質の管理
ができず、運転休止に追い込まれる懸念がある。
システムである図4において、水蒸気圧縮冷凍機30を
運転しようとするとき、水蒸気圧縮冷凍機内の蒸発部3
2において冷媒である水を蒸発せしめ、蒸発部において
得られた水蒸気を水蒸気圧縮冷凍機内の圧縮機34によ
り所定の条件で圧縮して、水蒸気圧縮冷凍機内の凝縮器
36へ導く。凝縮器では冷媒である水蒸気が冷却されて
水に戻る。蒸発器32で蒸発して不足した冷媒(水)は
補給水供給口から配管11を経て水蓄熱槽20を介し蒸
発器32に導かれる。また、蒸発器32における過剰お
よび冷却された冷媒(水)は排水配管13を経て水蓄熱
槽20(冷熱のみ貯留)を介してブロー水14として排
出される。供給水およびブロー水は熱交換器50が介在
しているので、そこで熱交換される。更に、水蒸気圧縮
冷凍機内の凝縮器36では、冷却塔冷却水17が凝縮器
36に導入され、水蒸気が凝縮する。凝縮した水は凝縮
水配管18を経て一部ブロー水管19から排出される。
同様に、冷却塔40から放熱の為の水蒸気が排出され
る。
および冷却塔内水の水質管理はそれぞれの補給水量とブ
ロー水量とにより調節する必要がある。また、補給水お
よび冷却塔給水とを必要とするため、使用する水量が多
くなる。つまり蓄熱槽ブロー水を再利用することなく排
水することから、管理を要する水の使用量が増えること
を意味し、管理の煩わしさ、熱的ロスの増大、資源とし
ての水をロスする等々の問題が内在している。
・水蓄熱槽を組合わせたシステムに用いる水の水質管理
を効率よく、経済的に実施するシステムに関し、蓄熱槽
内水、冷却塔内水および冷却塔ブロー水のそれぞれの水
質を円滑に管理する技術である。
は、冷媒(水)の水質管理を効率よく実施するためのも
のであって、例えば、冷媒(水)がスケールを生じる硬
水の場合であっても、実際に蓄熱槽内水および冷却塔内
水においてスケール障害が発生しない限界の管理を施し
て、カルシウム、その他不純物の析出濃度未満となるよ
うに適切に制御することを課題とする発明である。
に行うことおよびブロー水量の節減等の省資源化も課題
である。
冷凍機と蓄熱槽(水および水・氷を対象とするもの)と
を配管により結合せしめて、両装置を有機的に組合わせ
ておき、運転時に蓄熱槽に補給水を供給し、また蓄熱槽
内の水の一部を冷却塔補給水として、熱交換器を介し
て、供給して、前記補給水の水質を管理しながら、水蒸
気圧縮冷凍機の運転により生じた冷熱を蓄熱槽から取出
し、冷却水や空調用冷水(或いは氷)として利用するも
のである。
合を適宜調整することにより、蓄熱槽内水、冷却塔内水
およびブロー水のそれぞれの水質を制御・管理すること
が可能となるシステムである。
ムは、冷媒として水を用いる圧縮冷熱発生および水、水
・氷蓄熱槽の組合わせ手段における水質を管理するに際
し、熱交換器と水および水・氷を蓄熱する蓄熱槽、その
蓄熱槽と水蒸気圧縮冷凍機とを配管により結合せしめ、
その配管を介して蓄熱槽に補給水を供給せしめること、
蓄熱槽内水の一部を冷却塔への冷却塔補給水として、熱
交換器を介して、供給すること、および該補給水の水量
と該冷却塔補給水の水量との割合を適宜に制御すること
からなる。この冷却塔補給水は、水質からみれば、蓄熱
槽内の水に限られることがなく、蒸発器の水とほぼ同等
である。従って、これらの一部を冷却塔への冷却塔補給
水として取出すことができる。これらの水は熱交換器を
介し、または介することなく、供給または取出される。
水を対象とするとき、補給水量と冷却塔補給水または取
出水の量との比率を1/1から100/1までの範囲に
制御する水蒸気圧縮冷凍機および水、水・氷蓄熱槽との
組合わせ手段による水質管理システムである。
氷と水との共存状態にあるとき、補給水量と、冷却塔補
給水または取出水の量との比率を1/1から100/1
までの範囲とする水蒸気圧縮冷凍機および水、水・氷蓄
熱槽との組合わせ手段による水質管理システムである。
図1により後述するように、ここで、冷却塔補給水また
は取出水には配管12、13、水蒸気圧縮冷凍機30の
蒸発器32内の水を含む。また冷却塔補給水の供給先の
水には、冷却塔40に注入する場合に、凝縮器36の水
を配管17、18を介してポンプアップ等により輸送す
ることが可能な冷却塔循環水を含むものである。
およびカルシウム等のスケール障害を回避でき、また補
給水の水質においてシリカ等が低濃度であればブロー水
量を大幅に節減できる等の省資源化に加えて、省エネル
ギー効果も発現できる。
の概略図である。水質を管理するに際し、水および水・
氷を蓄熱する蓄熱槽20と水蒸気圧縮冷凍機30とを配
管12、13とにより組合わせ、蓄熱槽20に補給水A
Aを補給水供給口11から供給せしめること、蓄熱槽内
の水の一部を冷却塔への冷却塔補給水CCとして、熱交
換器50を介して、供給すること、および該補給水の水
量AAと該冷却塔補給水の水量CCとの割合を適宜に制
御するように為すことからなる水質管理技術である。
とき、水蒸気圧縮冷凍機内の蒸発器32において冷媒で
ある水を蒸発せしめ、蒸発部において得られた水蒸気を
水蒸気圧縮冷凍機30内の圧縮機34により所定の条件
で圧縮して、水蒸気圧縮冷凍機30内の凝縮器36へ導
く点は従来技術と同様である。凝縮器36では冷媒であ
る水蒸気が冷却されて水に戻る。蒸発器32で蒸発して
不足した冷媒(水)は補給水供給口から配管11を経て
蓄熱槽20を介し蒸発器32に導かれる。然るに、蒸発
器32における過剰および冷却された冷媒(水)は排水
配管13を経て蓄熱槽20(この蓄熱槽は冷熱のみを蓄
熱する)を介し、連結配管15によって、冷却塔補給水
として作用する。この冷却塔補給水としての取出しは、
蓄熱槽20、配管12、水蒸気圧縮機の蒸発器32及び
配管13の何れの箇所でもよい。また、冷却塔補給水は
熱交換器50が介在しているので、そこで熱交換され
る。更に、水蒸気圧縮冷凍機30内の凝縮器36では、
冷却塔補給水が冷却塔40に導入され、凝縮器用の冷却
配管17を経て、冷却塔冷却水が凝縮器36に導かれ
る。凝縮水の一部は凝縮水配管18を経てブロー水管1
9からブローGGとして排出される。同様に、冷却塔4
0から放熱の為に水蒸気FFが排出される。なお、蓄熱
槽20から冷却塔補給水CCを取り出すことについて付
言すると、配管12、13、水蒸気圧縮冷凍機30の蒸
発器32内の水を取り出しても蓄熱槽内水と、配管で連
結しているのであるから、同じものであり、当然ほぼ同
等の水質である。また冷却塔補給水CCを冷却塔40に
入れるところも同様で、凝縮器36の水を配管17、1
8を介してポンプ等により冷却塔循環水とすることも容
易に理解できるので、図面による説明を省略する。
水を対象とした場合の水質管理の状況を水質の1項目で
ある全蒸発残留物(TDSと略記する)を代表として説
明する。
は毎時10.2kg、TDS濃度が100mg/ltl.(リットル)で
あるとき、蒸発器32において蒸発する蒸発量DDは5.
1kg/h、凝縮器における凝縮量EEも5.1kg/hである。
発量FFは6.7kg/h.となり、不純物は含まれない(0mg
/ltl.)。しかし、冷却塔のブロー水量GGは3.5kg/
h.、TDSは291mg/ltl.となる。また、水蓄熱槽からの
冷却塔補給水となる水量CCは5.1kg/h.、TDSは200m
g/ltl.である。但し、「ltl.」とはリットルを示し、ま
た「h.」は時間を示す。
として示した。このグラフにおけるTDS濃度と水質の
関係は、不純物一般に当てはまり、不純物がカルシウ
ム、シリカ等の場合に加え、電気伝導率の変化も類似す
ることから、広範囲に水質管理が可能となる。 <実施例2>図1に示した蓄熱槽において、氷を対象と
した場合の水質管理の状況を水質の1項目であるTDS
を代表として説明する。
が、実施例1と同様に、10.2kg/h.、TDSも100mg/lt
l.であるとき、蒸発器32において蒸発する蒸発量DD
は5.1kg/h、凝縮器における凝縮量EEも5.1kg/hであ
る。
発量FFは6.7kg/h.となり、不純物は含まれない(0mg
/ltl.)。しかし、冷却塔のブロー水量GGも3.5kg/
h.、TDSは平均291mg/ltl.となる。但し、氷蓄熱の場
合TDS濃度は製氷のサイクルに伴って変動し、最大T
DSは約373mg/ltl. 最小TDSは約196mg/ltl.とな
る。更に、水蓄熱槽からの冷却塔補給水となる水量CC
は5.1kg/h.、TDSは平均200mg/ltl.で、最大値は約27
0mg/ltl.、最小値は約135mg/ltl.となる。
を図3のグラフに示した。製氷回数に対応して、水のT
DS濃度が変動(漸増)する様子が判る。その他カルシ
ウム、マンガン、シリカ、電気伝導度などの水質を既述
した要領により管理できる。 <実施例3>図1に示した蓄熱槽において、水を対象と
した場合の水質管理の状況において、補給水と冷却塔補
給水との量比を変化させた例をTDSを代表として説明
する。
AAは7.65kg/h.、TDS濃度は100mg/ltl.(実施例1
と同質の水)であるとするとき、蒸発器32において蒸
発する蒸発量DDは5.1kg/h、凝縮器における凝縮量E
Eも5.1kg/hとする(実施例1と同量の負荷条件)。
発量FFも6.7kg/h.となり、当然不純物は含まれない
(0mg/ltl.)。しかし、冷却塔のブロー水量GGは
0.95kg/h.、TDSは805mg/ltl.となる。
量CCは2.55kg/h.、TDSは300mg/ltl.と増加す
る。ここでも、カルシウム、シリカ、電気伝導度などの
水質を、既述した要領により、管理できる。 <比較例>図4に示した水蓄熱槽における水質管理の状
況を説明する。
は10.2kg/h.、TDS濃度は100mg/ltl.であるとき、蒸
発器32において蒸発する蒸発量DDは5.1kg/h、凝縮
器における凝縮量EEも5.1kg/hである。
水量BBは5.1kg/h.、TDSは200mg/ltl.となる。
要があり、その量HHは2.44kg/h.であり、TDSは100
mg/ltl.である。また、冷却塔から蒸発する蒸発量FF
は6.7kg/h.となり、不純物は含まれない(0mg/lt
l.)、冷却塔のブロー水量GGは0.84kg/h.、TDSは2
91mg/ltl.となる。従って、補給水の全使用量は12.64kg
/h.となる。
リカおよびカルシウム等のスケール障害を回避でき、ま
た補給水の水質においてシリカ等が低濃度であればブロ
ー水量を大幅に節減できる。省資源化に加えて、省エネ
ルギー効果も達成できる。
化を示すグラフ。
化を示すグラフ。
Claims (3)
- 【請求項1】冷媒として水を用いる圧縮冷熱発生および
水、水・氷蓄熱槽の組合せ手段における蓄熱槽内水、冷
却塔内水およびブロー水のそれぞれの水質を管理するに
際し、 蒸発器、圧縮機及び凝縮器からなる水蒸気圧縮冷凍機と
蓄熱槽と熱交換器とを配管により結合せしめ、 該配管を介して該蓄熱槽に補給水を供給せしめること、 蓄熱槽内の水または前記水蒸気圧縮冷凍機内の蒸発器の
水の一部を冷却塔への冷却塔補給水または取出水とし
て、熱交換器を介してまたは介することなく、供給また
は取出すこと、および、 該補給水の水量と該冷却塔補給水または取出水の水量と
の割合を適宜に制御することからなる水蒸気圧縮冷凍機
および蓄熱槽の組合せにおける水質管理システム。 - 【請求項2】蓄熱槽が水を対象とし、補給水量と冷却塔
補給水または取出水の量との比率を1/1から100/
1までの範囲とする請求項1に記載の水蒸気圧縮冷凍機
および蓄熱槽の組合せにおける水質管理システム。 - 【請求項3】蓄熱槽が氷と水との共存状態にあるとき、
補給水量と冷却塔補給水または取出水の量との比率を1
/1から100/1までの範囲とする請求項1に記載の
水蒸気圧縮冷凍機および蓄熱槽の組合せにおける水質管
理システム。但し、冷却塔補給水または取出水には配管
12、13、水蒸気圧縮冷凍機30の蒸発器32内の水
を含み、また冷却塔補給水の供給先の水には冷却塔40
に入れ得る凝縮器36の水から配管17、18を介して
ポンプ等により輸送し得る冷却塔循環水を含む。
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