JP3953305B2 - フリークーリング用の密閉型冷却塔 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、フリークーリング用の密閉型冷却塔に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、冷却塔設置場所の外気湿球温度が氷点下近傍において冷凍機の運転を停止し、冷却塔のみを運転し、冷房を行うフリークーリング方法が採用されている。
このフリークーリング方法において、前記冷却塔としては、密閉型が採用され、熱交換コイル内に不凍液を含む循環冷却水を流し、前記熱交換コイルの外面への散布水の散水量を制御して、所定出口温度の冷却水を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記不凍液を使用していても、外気湿球温度が氷点下では散布水の氷結が発生する恐れがあり、この氷結の進行に伴い通風量が減少し、前記冷却水の出口温度が上昇する傾向をとり、冷却塔を連続運転し所望の冷却性能を発揮するには支障を来たす。
この発明は前記フリークーリングにおいて、送風機の回転数及びその正逆回転を制御することで効果的な冷房と、前記冷却塔の外気取り入れ口や密閉型熱交換器間にある程度氷結が発生している状態でも、所定の出口温度の循環冷却水が得られる密閉型冷却塔を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、特定発明は、密閉型熱交換器を備え、これに上部水槽から密閉型熱交換器よりの散布水により前記密閉型熱交換器内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する密閉型冷却塔の設置場所での外気湿球温度が氷点下近傍において冷凍機の運転を停止し、前記冷却塔のみを運転して得られる循環冷却水を使用して冷水を得るフリークーリングに使用する密閉型冷却塔において、
前記循環冷却水系の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
前記冷却塔の排気口に設けられた送風機のモータは可変速制御型で、その回転方向が正逆回転可能のものとし、
前記冷却塔における前記上部水槽から密閉型熱交換器上へ散布水を散布する散布水系に配置された循環ポンプのモータは回転数一定型としてあり、
少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計による測定値が入力されるよう電気的に接続されたデ−タ演算部が設けてあり、
前記デ−タ演算部には、前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍において、この冷却塔の出口温度の設定値と、この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部が設けてあり、前記データ演算部には、更に前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が設けてあり、
このデータ演算部により前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正、逆回転制御する制御部が前記データ演算部と前記モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とするフリークーリング用の冷却塔としてある。
【０００５】
前記課題を解決するために、この冷却塔における前記送風機の駆動モータ及び前記外気湿球温度に基づくインバータ制御方式のものとすることが制御上好ましい。
前記課題を解決するために、この冷却塔における前記タイムテーブルは、外気湿球温度が０℃乃至＋１℃の範囲においては、送風機は正回転運転を継続するものとしてあることを特徴とする。
前記課題を解決するために、この冷却塔における前記散布水系の戻り管には前記散布水の流量を測定する流量計が設置され、この流量計はデータ演算部に接続されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
この形態は請求項１、２、３、４記載の発明実施する冷却塔の代表的な実施の形態である。
図１において、Ａは密閉型冷却塔を示し、上部水槽１０の下方に、密閉型熱交換器１１が前記冷却塔Ａ内に装填されている。
この密閉型熱交換器１１上に散布された循環冷却水を受ける下部水槽１３の落とし込み水槽１４はフリークーリング時に冷凍機（図示せず）を介することなく空調装置に連なる貯留タンク（図示せず）に選択的に連通可能としてある。
前記フリークーリング時に前記タンク内に配置された熱交換コイル内を循環する循環冷却水が間接的にこのタンク内に貯留された空調装置側の冷水と接触し、これを冷却した後この密閉型熱交換器１１に戻り調整する。前記上部水槽１０に供給された散布水は、外気流と直接接触して、循環冷却水を間接的に冷却し、上部水槽１０に循環して使用される散布水系が構成されている。
【０００７】
前記循環冷却水系の入口温度を検出する温度センサー１５と、前記循環冷却水系の出口温度を検出する温度センサー１６とが設けてあると共に、前記冷却塔Aの設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔Aの外気取り入れ部１７近傍の相対湿度を測定する相対湿度計１８と、乾球温度を測定する温度計１９とが各々設置されている。
前記温度センサー１８と、相対湿度計１９および、前記温度計１６による測定値が入力されるよう電気的に接続されたデ−タ演算部２７が設けてある。
前記散布水系の戻り管２０には前記循環水の流量を測定する流量計２１が設置されている。
前記冷却塔Ａにおける前記上部水槽１０から密閉型熱交換器１１上へ散布水を散布する散布水系に配置された循環ポンプＰのモータが回転数一定型としてあり、外気湿球温度範囲内、例えば−１０℃〜＋１℃の範囲では前記密閉型熱交換器１１上への前記上部水槽１０からの循環冷却水の散水量を、一定とし循環冷却水が密閉型熱交換器１１上に散水される。
【０００８】
また、前記外気取り入れ部１７から密閉型熱交換器１１を通り、この密閉型熱交換器１１の表面上を流下する循環冷却水との直接接触で循環冷却水を冷却した外気流を混合室２３を通して排気口２４から前記冷却塔A外に排気するための送風機２５がこの排気口２４に設置されている。
この送風機２５のモータは、インバータ回路２６により駆動制御されると共に、その回転方向を正逆回転制御される方式のものとしてある。
少なくとも前記温度センサー１８と、相対湿度計１９および、前記温度計１６による測定値が入力されるよう電気的に接続されたデ−タ演算部２７が設けてある。
このデ−タ演算部２７には前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍において、この冷却塔Ａの出口温度の設定値と、この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部が設けてある。
前記データ演算部２７には、更に前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が設けてある。
前記データ演算部２７には更に、前記出口温度に応じた前記送風機２５の回転方向を定めたタイムテーブルが予め設定してある。なお、前記密閉型熱交換器１１上への前記上部水槽１０からの散布水の散水量を前記外気湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、外気湿球温度が高い程水量を少なく段階的に予め設定してあることもある。
このデータ演算部２７により、なお前記出口温度に基づいて前記送風機２５のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部２８が前記データ演算部２７と前記制御回路２２，２６に電気的に接続されている。前記外気湿球温度範囲に基づいて前記循環ポンプＰのモータの回転数を制御し、前記設定されている散水量を選択することもある。
【０００９】
好ましくは、前記制御部２８は、前記出口温度の変化に基づいて前記送風機２５のモータの回転数を制御すると共に、その回転方向を前記設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御するものとする。
また前記タイムテーブルは、前記散水量を維持した状態において、密閉型熱交換器１１での氷結に伴い前記出口温度が上昇し、前記設定値より高めの目標値に達するまでは、この冷却塔Ａに設けた送風機２５を正回転運転し続ける。この後前記出口温度が前記目標値に達した時に前記送風機２５の回転を所定時間停止する。なお、密閉型熱交換器１１上への上部水槽１０からの前記散布水の散水量を、前記湿球温度に応じて数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、湿球温度が高い程水量を少なく段階的に予め設定し、前記単一の区分内毎の湿球温度範囲では、予め各々設定されていることもある。
前記送風機２５の停止後、前記出口温度が更に上昇し前記上限値に達した時に前記送風機２５の回転を逆方向に運転開始し、前記送風機２５逆回転運転中、前記出口温度が急下降し前記下限値に達した後、上昇し始め前記目標値より若干低めの値になった時に、前記送風機２５の回転を所定時間停止する。
次いで前記出口温度が前記上限値に達した時に前記送風機２５を正回転運転に切り替えた後、前記出口温度が急激に低下し設定値に達し、次いで前記密閉型熱交換器での氷結に伴い出口温度が前記目標値に達する毎に、前記同様に前記送風機２５を逆回転運転するものとしてある。
前記タイムテーブルは外気湿球温度が０℃乃至＋１℃の範囲においては、送風機は正回転運転を継続するものとしてある。
【００１０】
前記冷却塔Ａの作用をその使用方法と共に説明する。
前記冷却塔Ａ設置場所での外気湿球温度が氷点下近傍において、前記データ演算部２７にこの冷却塔Aの出口温度の上限値、下限値及び設定値、この設定値より高めの目標値を予め設定する。
次に、冷却塔Ａを運転し、その外気取り入れ部１７近傍の外気相対温度と乾球温度を前記湿度計１８、温度計１９により測定し、これら測定値を前記データ演算部２７に入力し、これら測定値に基づいて外気湿球温度を演算して求める。
この求めた外気湿球温度が氷点下近傍の場合には、前記冷凍機の運転を停止し、この冷却塔Ａを運転して、前記フリークーリングを行う。
前記出口温度に応じて送風機２５のインバータ回路２６に制御部２８から指令信号が発しられ、このインバータ回路２６の周波数制御と送風機２５の正逆転制御を下記の通り行う。
【００１１】
前記単一の区分内毎の湿球温度範囲では、予め各々設定されている前記散水量を維持した状態において、前記密閉型熱交換器１１での氷結に伴い前記出口温度が上昇し、前記設定値より高めの目標値に達するまでは冷却塔Ａに設けた送風機２５を正回転運転し続ける。
この後、前記出口温度が前記目標値に達した時に、前記送風機２５の回転を所定時間停止する。
前記停止時間終了後、前記出口温度が更に上昇し上限値に達した時に前記送風機２５の回転を逆方向に運転開始する。
この送風機２５の逆回転運転中、前記出口温度が急下降し前記下限値に達した後、上昇し始め前記目標値より若干低めの値になった時に、前記送風機２５の回転を所定時間停止する。
次いで前記出口温度が前記上限値に達した時に前記送風機２５を正回転運転に切り替える。
この後、前記出口温度が急激に低下し、設定値に達する。
前記密閉型熱交換器１１での氷結に伴い出口温度が前記目標値に達する毎に前記送風機２５の停止、逆転、停止、正転を1サイクルとして繰り返し行い、前記出口温度を前記目標値近傍に維持する。
前記データ演算部２７のタイムテーブルに従い、更に密閉型熱交換器１１上への上部水槽１０からの散布水の散水量を、前記湿球温度に応じて、数段階に区分し、湿球温度が低い程水量を多く、湿球温度が高い程水量を少なく段階的に予め設定する場合もある（図２参照）。
また、散水量の流量は前記流量計２１により常時測定され、同一区分での散水量の変動を監視し、インバータ回路２２の周波数をフィードバック制御することもある。
【００１２】
前記送風機２５の正回転時間を逆回転時間より長く設定し、１サイクルの合計時間を約２０分から６０分とする。
前記密閉型熱交換器１１内における氷結による空気通路の閉塞率を４０％乃至８０％として、前記冷却塔Aの運転を行う。
即ち、氷結による送風機２５の駆動モータの送風抵抗を負荷電流として測定し、この負荷電流が氷結による閉塞率８０％相当値以上の場合の測定信号と前記出口温度の上限値を越えた場合の測定信号のオア信号が前記送風機２５の駆動モータの停止及び逆転指令信号とし、前記負荷電流が氷結による閉塞率４０％相当値以下の場合の測定信号と前記出口温度の設定値以下の場合の測定信号のオア信号により前記送風機２５の駆動モータを正転に戻す。
このようにして前記外気湿球温度が氷点下近傍での密閉型熱交換器１１間の間隙及び外気取り入れ口部１７での氷結による密閉を回避しながら循環冷却水の出口温度を設定値にほぼ維持し、前記空調装置へ所望温度の冷水を供給する。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明において、前記冷却塔における前記上部水槽から密閉型熱交換器上へ散布水を散布する散布水系に配置された循環ポンプのモータを回転数一定型とし、散水量一定の元で、送風機の回転方向を制御することで、効果的な冷却と、冷却塔の外気取入れ口や密閉型熱交換器間にある程度氷結が発生している状態でも目標値の出口温度を得ることが出来る。
請求項２、３記載の発明においては、前記フリークーリング時に、送風機の回転方向を制御することで、効果的な冷却と、冷却塔の外気取入れ口や密閉型熱交換器間にある程度氷結が発生している状態でも目標値の出口温度を得ることが出来る。また、前記冷却塔が運転できる外気湿球温度の範囲を拡大でき、この密閉型冷却塔を北海道、東北、北陸などの厳冬地でも使用することができる。
【００１４】
殊に請求項３記載の発明においては、前記送風機の駆動モータを、前記外気湿球温度に基づいてインバータ制御することで、前記外気湿球温度の変化に応答して、確実にこれらモータを制御でき、前記効果をより顕著に発揮できる。
【００１５】
請求項４の記載の発明においては、前記散布水系の戻り管には前記循環水の流量を測定する流量計が設置され、この流量計はデータ演算部に接続されていることにより、請求項２または３記載の発明の効果を適切に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態の全体を示す概略図である。
【図2】 図1における散水量の制御パターンを示す概略図である。
【図3】 図１における送風機の運転パターンを示す概略図である。
【符号の説明】
２５ 送風機

Claims (4)

1. 密閉型熱交換器を備え、これに上部水槽から密閉型熱交換器よりの散布水により前記密閉型熱交換器内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する密閉型冷却塔の設置場所での外気湿球温度が氷点下近傍において冷凍機の運転を停止し、前記冷却塔のみを運転して得られる循環冷却水を使用して冷水を得るフリークーリングに使用する密閉型冷却塔において、
   前記循環冷却水系の入口温度を検出する温度センサーと、前記循環冷却水系の出口温度を検出する温度センサーが設けてあると共に、前記冷却塔の設置場所の外気湿球温度を求めるために、この冷却塔の外気取り入れ部近傍の相対湿度を測定する相対湿度計と、乾球温度を測定する温度計が各々設置され、
   前記冷却塔の排気口に設けられた送風機のモータは可変速制御型で、その回転方向が正逆回転可能のものとし、
   前記上部水槽から密閉型熱交換器上へ散布水を散布する散布水系に配置された循環ポンプのモータは回転数一定型としてあり、
   少なくとも前記温度センサーと、相対湿度計および、温度計による測定値が入力されるよう電気的に接続されたデ−タ演算部が設けてあり、
   前記デ−タ演算部には前記冷却塔設置場所での湿球温度が氷点下近傍において、この冷却塔の出口温度の設定値と、この設定値を境にその出口温度の上限値、下限値、及び設定値よりやや高めの目標値が設定される温度設定部が設けてあり、
   前記データ演算部には、更に前記出口温度に応じた前記送風機の回転方向のタイムテーブルが予め設定される設定部が設けてあり、
   このデータ演算部により前記出口温度に基づいて前記送風機のモータの回転数を制御すると共にその回転方向を前記設定部に設定されているタイムテーブルに従い正逆回転制御する制御部が前記データ演算部と前記モータ用駆動制御回路とに電気的に接続されていることを特徴とするフリークーリング用の冷却塔。
2. 前記送風機の駆動モータはインバータ制御方式とすること特徴とする請求項１記載のフリークーリング用の冷却塔。
3. 前記タイムテーブルは、外気湿球温度が０℃乃至＋１℃の範囲においては、送風機は正回転運転を継続するものとしてあることを特徴とする請求項１または２記載のフリークーリング用の冷却塔。
4. 前記散布水系の戻り管には前記散布水の流量を測定する流量計が設置され、この流量計はデータ演算部に接続されていることを特徴とする請求項２または３記載のフリークーリング用の冷却塔。

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