JP4317793B2 - 冷却システム - Google Patents
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Description
本発明は冷熱を発生するコンデンシングユニットの凝縮排熱を蒸気・温水発生装置の熱源とする冷却システムに関する。
各種工場においては冷熱と蒸気・温水を同時に利用するケースが多く、例えば食品製造工場においては、空調装置、冷却・凍結装置や冷凍・冷蔵倉庫のように多量の冷熱を使用する反面、蒸気殺菌、加熱工程で多量の低圧蒸気や９０℃以上の殺菌洗浄用高温水を使用する。
上記冷熱の生成においては、圧縮式冷媒回路を備える冷却装置によるのが一般的であり、同冷却装置のコンデンシングユニットは冷媒の凝縮熱を冷却塔から大気に排熱として放出している。この排熱はヒートアイランド現象の主な原因であることが指摘されており、排熱を回収できるようにすることは省エネルギの観点からだけではなく環境面からも要求される。
また、上記コンデンシングユニットの圧縮機および冷却塔は、冷却装置に要求される冷凍能力に応じた性能のものを採用する必要があり、通常は冷却負荷が最も大となり、しかも冷却水温度が高くなって凝縮温度が上昇する夏季の日中における外気温湿度の条件下で充分な冷凍能力を得られるようにしなければならず、夏季日中以外の時季、時間帯においては圧縮機、冷却塔の能力が過大となり、装置コスト、ランニングコストともに嵩むという問題がある。
特に、凍結庫用の冷却装置では凍結庫の冷やし込みを行う場合に負荷が極めて大となるので、冷却塔には通常運転時に要求される熱交換能力の１．６倍が要求され、その分規模の大なる冷却塔を設けなければならない。
ヒートポンプ式冷媒回路を用いて排熱回収を行なって蒸気や温水の生成熱源として有効利用するための技術については、従来から各種のものが提案されているが（例えば、特許文献１乃至３参照）、既存のコンデンシングユニットから凝縮排熱を回収することによって冷却装置の凝縮温度を低下せしめ、コンデンシングユニットにおける圧縮機、冷却塔の能力を小規模のものとすることができるようにしたものはない。
また、回収排熱を熱源として蒸気と温水の両方を同時に生成できるようにした構成の装置についても実用化されていないのが現状である。
特開昭５９−１８００１６号公報（第１〜５頁、第１図および第２図）
特開昭６１−１２５５４７号公報（第１〜２頁、第１図および第２図）
特開平７−１３９８４７号（第１〜４頁、図１）
本発明は、既存のコンデンシングユニットから凝縮排熱を回収してこの排熱を熱源として蒸気と温水を同時に供給することができ、しかも蒸気のみあるいは温水のみを弁の切り換えによって選択的に供給することもでき、もってエネルギの有効利用を図ることができるとともに、コンデンシングユニットにおける圧縮機、冷却塔により小規模のものを利用できて装置コストおよびランニングコストの低減も期すことのできる冷却システムを提供できるようにすることを課題としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を、前記凝縮手段を冷媒往管に直列に接続した第１凝縮器と第２凝縮器で構成し、前記第１凝縮器と第２凝縮器からそれぞれ蒸気と温水が同時に供給されるように構成し、かつ前記圧縮手段を低段側と高段側の２段の圧縮機で構成し、また前記第２凝縮器と前記膨張弁との間における冷媒往管に中間冷却器を設けるとともに、この中間冷却器の気相に一端が接続されたガス冷媒戻し管の他端を、前記低段側圧縮機の吐出側と高段側圧縮機の吸入側との間に接続された中圧冷媒管の途中に接続し、前記第２凝縮器と中間冷却器間の冷媒往管の途中に中間冷却器用の膨張弁とバイパス管とをこれら膨張弁とバイパス管が並列となるように設け、このバイパス管に、外部へ蒸気のみを供給する蒸気供給運転の際には閉ざされているが、蒸気と温水の両方を同時に供給する蒸気・温水供給運転および温水のみを供給する温水供給運転の際には開かれる第１開閉弁を備え、また、前記ガス冷媒戻し管の途中に、前記蒸気供給運転の際には開かれているが、前記蒸気・温水供給運転と温水供給運転の際には閉ざされる第２開閉弁を備え、さらに、前記第２凝縮器への給水管に、前記蒸気供給運転の際には閉ざされているが、前記蒸気・温水供給運転と温水供給運転の際には開かれる第３開閉弁を設けてなるものとしてある。
また、圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記コンデンシングユニットの起動時において、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を駆動せしめるとともに、前記切替機構がコンデンシングユニットからの冷却水を前記冷却塔と蒸気・温水発生装置の両方に送るよう切替えられるように構成したものとしてある。
さらに、圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記切替機構を三方制御弁で構成し、この三方制御弁をコントロールする制御回路にコンデンシングユニットの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力を検出する高圧側圧力スイッチと低圧側圧力スイッチを接続し、高圧側または低圧側の冷媒圧力が所定の値を超えるとコンデンシングユニットからの冷却水を前記冷却塔と蒸気・温水発生装置の両方に送り、上記冷媒圧力が予め設定された値以下に低下すると徐々に冷却塔への冷却水の供給を減少せしめるように構成したものとしてある。
また、圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記切替機構を三方制御弁で構成し、この三方制御弁をコントロールする制御回路に前記蒸気・温水発生装置からの蒸気供給量と温水供給量をそれぞれ検出する流量計を接続し、蒸気供給量と温水供給量が減少するとコンデンシングユニットから前記冷却塔への冷却水の供給量を徐々に大ならしめ、蒸気・温水発生装置が停止されると冷却水の全量を冷却塔へ送るように切替えられるように構成したものとしてある。
さらに、前記冷却塔に送る冷却水送出管の途中に冷却水送出枝管の一端を接続するとともに、冷却塔から凝縮器へ冷却水を供給する冷却水供給管の途中に冷却水供給枝管の一端を接続し、前記冷却水送出枝管の他端と冷却水供給枝管の他端を、それぞれ前記蒸気・温水発生装置における蒸発器の水入口と同出口に接続し、かつ前記冷却水送出管と同枝管との分岐部および前記冷却水供給管と同枝管の分岐部に前記切替機構を設け、コンデンシングユニットと冷却塔との間またはコンデンシングユニットと蒸気・温水発生装置との間あるいはコンデンシングユニットと冷却塔および蒸気・温水発生装置の両方との間に冷却水を切替えて流通させるように構成したものとしてある。
また、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置は、前記凝縮手段を冷媒往管に直列に接続した第１凝縮器と第２凝縮器で構成し、前記第１凝縮器と第２凝縮器からそれぞれ蒸気と温水が同時に供給されるように構成したものとしてある。
さらに、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第１凝縮器への給水管の途中に、第１凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第１凝縮器から温水または蒸気のいずれかを選択的に供給できるようにしたものとしてある。
また、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により同第２凝縮器から供給される温水が所要の温度となるよう調節できるようにしたものとしてある。
また、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により冷媒往管内における冷媒圧力を常に所定の圧力以下に維持することができるようにしたものとしてある。
また、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により同第２凝縮器から供給される温水が所要の温度となるよう調節できるようにしたものとしてある。
また、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により冷媒往管内における冷媒圧力を常に所定の圧力以下に維持することができるようにしたものとしてある。
本発明によれば、コンデンシングユニットの凝縮排熱を利用して蒸気と温水とを同時に、または蒸気と温水のいずれかを選択的に供給することができ、しかも構造が簡単で構成機器には特殊な構成、構造のものは不要であり、従来から冷凍機に使用されている既存の機器を採用することができて、製造コストの低減も期すことができる。
また、コンデンシングユニットの凝縮排熱を蒸気・温水の生成用熱源として回収するので、凝縮排熱を無駄に大気に放出することがなくて省エネルギ化を図ることができるとともに環境への影響も低減でき、しかもコンデンシングユニットにおいては、凝縮温度を低くすることができ、したがってコンデンシングユニットにおける圧縮機や冷却塔の小型化、低動力化を図ることもでき、装置コストおよびランニングコストの低減を期せる。
なお、冷却塔に冷却水を送る冷却水ポンプの小型化、低動力化も図ることができる。
なお、冷却塔に冷却水を送る冷却水ポンプの小型化、低動力化も図ることができる。
さらに、コンデンシングユニットにおける冷却塔への冷却水循環路を蒸気・温水装置に導くようにする簡単な構成であるので、既存のコンデンシングユニットへの適用も容易であるという実用上のメリットもある。
以下、本発明に係る装置の実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
コンデンシングユニット１は圧縮機２、凝縮器３を備え、凝縮器からの冷媒往管４は膨張弁５を介して被冷却室たる凍結庫６の空調器７における蒸発器８の冷媒入口に接続されていて、同蒸発器の冷媒出口に一端が接続された冷媒復管９の他端が前記コンデンシングユニット１の圧縮機２の吸入側に接続されている。
コンデンシングユニット１は圧縮機２、凝縮器３を備え、凝縮器からの冷媒往管４は膨張弁５を介して被冷却室たる凍結庫６の空調器７における蒸発器８の冷媒入口に接続されていて、同蒸発器の冷媒出口に一端が接続された冷媒復管９の他端が前記コンデンシングユニット１の圧縮機２の吸入側に接続されている。
また、コンデンシングユニット１の凝縮器３の冷却水出口に一端が接続された冷却水送出管１０の他端が冷却水ポンプ１１を介して屋外の冷却塔１２の水入口に接続され、同出口に一端が接続された冷却水供給管１３の他端が凝縮器の冷却水入口に接続されている。
上述したコンデンシングユニット１、空調器７および冷却塔１２で凍結庫６用の冷却装置が構成されていて、コンデンシングユニット１において圧縮、凝縮された冷媒が膨張弁５を経て蒸発器８に送られ、凍結庫内の空気を冷却して圧縮機に戻され、蒸発器で冷却された空気は送風機１４によって凍結庫内に送出される。
また、凝縮器において高温冷媒を冷却、液化させた冷却水は前記冷却水送出管１０により冷却塔１２に送られ、この冷却塔で外気との熱交換により冷却されて凝縮器に供給される。
しかして本発明のシステムにおいては、前記冷却水送出管１０と冷却水供給管１３の途中にそれぞれ冷却水送出枝管１５と冷却水供給枝管１６の一端がそれぞれ接続されていて、各枝管の他端は後述する蒸気・温水発生装置１７の蒸発器３０の水入口１８と同出口１９にそれぞれ接続されている。
また、冷却水送出枝管１５と冷却水供給枝管１６の冷却水送出管１０、冷却水供給管１３との分岐部には、コンデンシングユニットと冷却塔との間またはコンデンシングユニットと蒸気・温水発生装置との間あるいはコンデンシングユニットと冷却塔および蒸気・温水発生装置の両方との間に冷却水を切替えて流通させる切替機構２０を設けてある。
上記切替機構２０は、例えば冷却水送出管１０と同枝管１５との分岐部よりも冷却塔寄りの送出管１２の途中および冷却水送出枝管の途中にそれぞれ設けた開閉弁Ｖ8、Ｖ9と、冷却水供給管１３と同枝管１６との分岐部よりも冷却塔寄りの供給管の途中および冷却水供給枝管の途中にそれぞれ設けた開閉弁Ｖ10、Ｖ11で構成してある。
そして、夏季の日中のように外気の温湿度が高くて冷却負荷が大となる場合には、上記開閉弁Ｖ8、Ｖ9、Ｖ10、Ｖ11を全て開成し、コンデンシングユニットの凝縮排熱によって昇温した冷却水が冷却塔１２と蒸気・温水発生装置１７の蒸発器３０の両方に供給され、これら冷却塔と蒸発器で冷却された冷却水がコンデンシングユニットに戻される。
また、冷却負荷がさほど大ではなく、蒸気や温水を利用しない場合には、前記開閉弁Ｖ8、Ｖ10が開、開閉弁Ｖ9、Ｖ11が閉となってコンデンシングユニットからの昇温冷却水は冷却塔１２だけに供給される。
さらに、冷却負荷がさほど大ではなく、蒸気や温水を利用する場合には、前記開閉弁Ｖ9、Ｖ11が開、開閉弁Ｖ8、Ｖ10が閉となってコンデンシングユニットからの昇温冷却水は蒸気・温水発生装置１７だけに供給される。
また、凍結庫内を常温から所要の低温まで冷やし込む必要のあるコンデンシングユニットの起動時においては、先に蒸気・温水発生装置を駆動せしめ、上述した冷却負荷が大である場合と同様にコンデンシングユニットからの冷却水が冷却塔１２と蒸気・温水発生装置１７の両方に供給されるように切替機構が操作されるようにしておく。
かくすると、起動時における一時的な負荷の増大に十分対応することができ、小能力の圧縮機、冷却塔であってもスムーズな起動を行うことができる。
なお、上述した切替機構２０の構成はコンデンシングユニットからの昇温冷却水を冷却塔と蒸気・温水発生装置の一方に切替えてあるいは両方に供給できる構成であれば事が足り、上述した４つの開閉弁に代えて例えば各分岐部に適宜の三方切替弁を設けるようにする場合もあるし、図７に示されるように三方制御弁４３を設け、この三方制御弁を制御回路４４によりコントロールして、コンデンシングユニット１における冷媒圧力の制御をもできるようにする場合もあり、詳細については後述する。
しかして前記蒸気・温水発生装置１７においては、低段側圧縮機２１の吐出側に一端が接続された中圧冷媒管２２の他端が高段側圧縮機２３の吸入側に接続され、上記低段側と高段側の圧縮機で圧縮手段を構成してある。
前記高段側圧縮機２３の吐出側に一端が接続された冷媒往管２４の他端は凝縮手段たる第１凝縮器２５と第２凝縮器２６、中間冷却器用膨張弁２７、中間冷却器２８および蒸発器用膨張弁２９を介して蒸発器３０に接続されていて、同蒸発器の出口に一端が接続された冷媒復管３１の他端が前記低段圧縮機２１の吸入側に接続されている。
そして、前記冷媒往管２４における中間冷却器用膨張弁２７の部分には、同膨張弁を跨ぐバイパス管３２を設けてあってこのバイパス管３２に後述する第１開閉弁Ｖ1を設けてある。
また、前記中間冷却器２８の気相に一端が接続されたガス冷媒戻し管３３の他端を前記中圧冷媒管２２の途中に接続してあって、ガス冷媒戻し管の途中に、後述する第２開閉弁Ｖ2を設けてある。
前記第１凝縮器２５の２次側入口には第１給水管３４を、同出口には蒸気・温水供給管３５をそれぞれ接続してあって、上記第１給水管３４の途中には給水制御手段たる流量制御弁Ｖ4を設けてある。
また、前記第２凝縮器２６の２次側入口には第２給水管３６を、同出口には温水供給管３７をそれぞれ接続してあって、上記第２給水管３６の途中には給水制御手段たる流量制御弁Ｖ5と、後述する第３開閉弁Ｖ3を設けてある。
そして前述したように前記蒸発器３０の水入口１８には前記冷却水送出枝管１５を、同出口１９には前記冷却水供給枝管１６をそれぞれ接続してある。
上述のように構成した本発明の装置は、例えば冷媒としてオゾン破壊係数ＯＤＰがゼロであり、温暖化係数ＧＷＰが９５０と実用化フロン冷媒の中で最も低いＲ２４５ｆａを使用し、図３に示す各開閉弁Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の開閉制御によって蒸気供給運転、温水供給運転、蒸気・温水供給運転に切替えられるように構成されており、以下に本発明の装置における作用について説明する。
蒸気供給運転モードにおいては、第１開閉弁Ｖ1と第３開閉弁Ｖ3が閉、第２開閉弁Ｖ2が開とされ、図４に示されるように低段圧縮機２１から吐出された冷媒が高段圧縮機２３にてさらに圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって第１凝縮器５に流入し、第１給水管３４からの水を加熱して蒸気を発生させ、発生した蒸気は蒸気・温水供給管３５により外部に供給される。
そして第１凝縮器２５で水との熱交換により凝縮した冷媒は第２凝縮器２６を流過するが、第２給水管３６の第３開閉弁Ｖ3が閉止されているので、水との熱交換はせずにそのまま第２凝縮器から流出する。
第２凝縮器２６からの冷媒はバイパス管３２の第１開閉弁Ｖ1が閉止されているので、膨張弁２７により減圧されて気化し、中間冷却器２８に流入し、同中間冷却器２８で気液分離された液相の冷媒は膨張弁２９を経て蒸発器３０に流入する。
蒸発器３０に送られた冷媒は前記膨張弁２９による減圧されているとともに、冷却水送出枝管１５からの冷却水すなわちコンデンシングユニットの凝縮排熱により昇温された水の熱を奪って気化し、冷媒復管３１により低段圧縮機２１に戻される。
前記冷却水は蒸発器３０にて冷却され、冷却水供給枝管１５、冷却水供給管１３によりコンデンシングユニットに戻される。
前記冷却水は蒸発器３０にて冷却され、冷却水供給枝管１５、冷却水供給管１３によりコンデンシングユニットに戻される。
しかして、前記中間冷却器２８内のガス冷媒は、第２開閉弁Ｖ2が開かれているガス冷媒戻し管３３によって前記中圧冷媒管２２に戻され、低段圧縮機２１を経ずに高段圧縮機２３から再び冷媒往管２４に送り出される。
上述のように中間冷却器を介在せしめることによってガス冷媒が前記低段側圧縮機２１を経ずに高段側圧縮機２３から再び第１、第２の凝縮器に送られるので、成績係数ＣＯＰhを向上せしめることができる。
ところで、前記第１給水管３４の流量調節弁Ｖ4は、必要な温度の蒸気が供給されるように給水量、給水圧力を適宜制御するためのものとしてあり、流量を小なるものとすれば高温に、大なるものとすれば低温に調節することができる。
次に、蒸気と温水を同時に供給する蒸気・温水供給運転モードでは、第１開閉弁Ｖ1と第３開閉弁Ｖ3が開、第２開閉弁Ｖ2が閉とされ、図５に示されるように低段圧縮機２１から吐出された冷媒が高段圧縮機２３にてさらに圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって第１凝縮器２５に流入し、第１給水管３４からの水を加熱して蒸気を発生させ、発生した蒸気は蒸気・温水供給管３５により外部に供給される。
そして第１凝縮器２５で水との熱交換により凝縮した冷媒は第２凝縮器２６に流入し、第３開閉弁Ｖ3が開かれている第２給水管３６からの水を加熱して温水を発生させてさらに低温の液冷媒となる。
同第２凝縮器２６で発生した温水は温水供給管３７から外部に供給される。
同第２凝縮器２６で発生した温水は温水供給管３７から外部に供給される。
第２凝縮器２６からの冷媒は第１開閉弁Ｖ1が開かれているバイパス管３２を流過して中間冷却器２８に流入し、同中間冷却器２８における液冷媒は前述した蒸気供給運転モードの場合と同様に膨張弁２９を経て蒸発器３０に流入し、蒸発器３０にて音電信具ユニットからの昇温冷却水の熱を回収して気化し、低段圧縮機２１に戻される。
すなわち、この蒸気・温水供給運転モードでは前記中間冷却器２８は受液器として作用する。
すなわち、この蒸気・温水供給運転モードでは前記中間冷却器２８は受液器として作用する。
上述した蒸気・温水供給運転モードにおいては、第１凝縮器２５から蒸気を供給する構成としてあるが、前記流量調節弁Ｖ4による給水量、給水圧力の制御によって、第１凝縮器５からも第２凝縮器２６と同様に温水を供給する場合もあり、この場合には第１凝縮器２５からは高温水を、第２凝縮器２６からは中温水をそれぞれ供給することができる。
すなわち、開閉弁Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の開閉状態を前述した蒸気・温水供給運転モードと同様にしたまま、前記流量調節弁のＶ4の開度を制御することにより、蒸気・温水供給運転モードから温水のみを供給する温水供給運転モードに切替えることができるようになっている。
すなわち、上記流量調節弁Ｖ4の開度を蒸気・温水供給運転モードの状態からさらに大なるものとすれば、蒸気・温水供給管３５からの蒸気を温水にすることができ、蒸気・温水供給運転モードと温水供給運転モードはこの流量調節弁Ｖ4の開度制御で選択することができるようになっている。
なお、蒸気・温水供給管３５からの蒸気温度や蒸気と温水の切替は、上述のように第１凝縮器２５に供給する水の量を調節すればよいのであるから、本実施例の流量調節弁Ｖ4に代えて第１給水管３４に水を送る図示を省略した給水ポンプの駆動を制御する場合もある。
また、前記第２給水管３６の流量調節弁Ｖ5を制御することにより、温水供給管３７から供給される温水の温度も所定の範囲内で任意に調節することができ、流量を小なるものとすれば高温に、大なるものとすれば低温に調節することができる。
さらに、上記流量調節弁Ｖ5を制御することによって冷媒往管２４内における冷媒圧力を調節することもでき、この場合、冷媒往管内における高圧冷媒の圧力を図示省略のセンサで検出し、同圧力が所定の上限圧力となった場合には第２給水管３６への給水量を大ならしめて冷媒の温度を低下せしめ、圧力上昇を抑えて高圧冷媒の圧力を所定の範囲内に調節する。
なお、温水供給管３６からの温水温度の切替や高圧冷媒の圧力制御は、前述した蒸気・温水供給管３５からの蒸気温度や蒸気と温水の切替の場合と同様に、第２凝縮器２６に供給する水の量を調節すればよいのであるから、本実施例の流量調節弁Ｖ5に代えて第２給水管３６に水を送る図示を省略した給水ポンプの駆動を制御する場合もある。
上述した実施例の装置においては、中間冷却器２８からの液冷媒がそのまま膨張弁２９を経て蒸発器３０に送られる構成となっているが、図６に示される第２実施例の装置のように、中間冷却器２８と膨張弁２９との間に熱交換器４０を設け、第３給水管４１からの水を加熱して第２温水供給管３２から中温水を送出できるようにする場合もある。
なお、同図６中の符号Ｖ6は開閉弁、Ｖ7は流量調節弁を示し、開閉弁Ｖ6は中温水の取り出しの要否に応じて開閉操作され、流量調節弁Ｖ7は熱交換器４０への給水量を制御して中温水の温度を調節するためのものである。
この第２実施例のものは、第１実施例の装置と同様に図３の表のように運転モードに対応する弁の開閉操作が行われるが、前記開閉弁Ｖ6は図３における蒸気供給運転モードに対応する運転モードにおいて開成され、蒸気・温水供給運転モードおよび温水供給運転モードの場合には原則として閉止される。
すなわち、第１実施例における蒸気供給運転モードの場合には第２凝縮器２６における熱交換を行わないので、中間冷却器２８の液相における冷媒に取り出し可能な熱が残留しており、第２実施例のものの場合にはこの中間冷却器２８の液相における冷媒の熱により熱交換器４０において中温水を生成することができるのである。
なお、第１実施例の蒸気・温水供給運転モードおよび温水供給運転モードに対応する運転を第２実施例のもので行う場合においても、必要に応じて前記開閉弁Ｖ6を開成して比較的温度の低い中温水を取り出すことも可能である。
図７はコンデンシングユニット１からの冷却水を切替機構たる前記三方制御弁４３によって冷却塔１２と蒸気・温水発生装置１７とに送る量の割合を制御できるようにした構成の冷却システムの具体例を示している。
しかして上記三方制御弁４３は制御回路４４からの指令に従って冷却水の供給割合を制御するものとしてあり、制御回路４４はコンデンシングユニット１における高圧側冷媒管に設けた高圧側圧力スイッチ４５および低圧側冷媒管に設けた低圧側圧力スイッチ４６と接続され、また、蒸気・温水発生装置１７における蒸気・温水供給管３５および温水供給管３７にそれぞれ設けた流量計４７、４８と接続されている。
上述のように構成したシステムにおいては、コンデンシングユニットの高圧側または低圧側の冷媒圧力が所定の値を超えると高圧側圧力スイッチ４５または低圧側圧力スイッチから圧力警告信号が制御回路４４に送られ、制御回路はコンデンシングユニットからの冷却水を冷却塔１２と蒸気・温水発生装置１７の両方に流すよう三方制御弁４３をコントロールする。
かくすると、冷却水が冷却塔と蒸気・温水発生装置との両方で冷却されてコンデンシングユニットにおける凝縮温度を低下せしめて冷媒圧力が下げられ、高圧側冷媒圧力が危険な高圧となるのを防止することができ（高圧安全コントロール）、また低圧側冷媒圧力の上昇に伴う圧縮機の過負荷（オーバーロード）の上昇によって圧縮機駆動用モータの焼け付きを防止することができる。
なお、冷却塔１２と蒸気・温水発生装置１７への冷却水の送水により高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力が低下したら冷却塔１２への供給を徐々に減少せしめ、その後蒸気・温水発生装置だけに冷却水を供給する。
また、蒸気・温水発生装置１７に対する蒸気と温水の必要量が減少すると、制御回路４４は流量計からの信号により蒸気や温水の流量が低下したことを検知し、コンデンシングユニットからの冷却水を冷却塔に流し、蒸気・温水発生装置１７を停止すると冷却水の全量を冷却塔に流す。
上述のように三方制御弁４３による流量制御を行う構成とすることにより、コンデンシングユニット１および蒸気・温水発生装置１７のそれぞれの運転状況に応じて冷却水の制御を最も適切な状態にコントロールすることができ、常に安定した運転を行うことができる。
１ コンデンシングユニット
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 冷媒往管
５ 膨張弁
６ 凍結庫
７ 空調器
８ 蒸発器
９ 冷媒復管
１０ 冷却水送出管
１１ 冷却水ポンプ
１２ 冷却塔
１３ 冷却水供給管
１４ 送風機
１５ 冷却水送出枝管
１６ 冷却水供給枝管
１７ 蒸気・温水発生装置
１８ 水入口
１９ 水出口
２０ 切替機構
２１ 低段側圧縮機
２２ 中圧冷媒管
２３ 高段側圧縮機
２４ 冷媒往管
２５ 第１凝縮器
２６ 第２凝縮器
２７ 中間冷却器用膨張弁
２８ 中間冷却器
２９ 蒸発器用膨張弁
３０ 蒸発器
３１ 冷媒復管
３２ バイパス管
３３ ガス冷媒戻し管
３４ 第１給水管
３５ 蒸気・温水供給管
３６ 第２給水管
３７ 温水供給管
４０ 熱交換器
４１ 第３給水管
４２ 第２温水供給管
４３ 三方制御弁
４４ 制御回路
４５ 高圧側圧力スイッチ
４６ 低圧側圧力スイッチ
４７、４８ 流量計
Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ6、Ｖ8、Ｖ9、Ｖ10、Ｖ11 開閉弁
Ｖ4、Ｖ5、Ｖ7 流量制御弁
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 冷媒往管
５ 膨張弁
６ 凍結庫
７ 空調器
８ 蒸発器
９ 冷媒復管
１０ 冷却水送出管
１１ 冷却水ポンプ
１２ 冷却塔
１３ 冷却水供給管
１４ 送風機
１５ 冷却水送出枝管
１６ 冷却水供給枝管
１７ 蒸気・温水発生装置
１８ 水入口
１９ 水出口
２０ 切替機構
２１ 低段側圧縮機
２２ 中圧冷媒管
２３ 高段側圧縮機
２４ 冷媒往管
２５ 第１凝縮器
２６ 第２凝縮器
２７ 中間冷却器用膨張弁
２８ 中間冷却器
２９ 蒸発器用膨張弁
３０ 蒸発器
３１ 冷媒復管
３２ バイパス管
３３ ガス冷媒戻し管
３４ 第１給水管
３５ 蒸気・温水供給管
３６ 第２給水管
３７ 温水供給管
４０ 熱交換器
４１ 第３給水管
４２ 第２温水供給管
４３ 三方制御弁
４４ 制御回路
４５ 高圧側圧力スイッチ
４６ 低圧側圧力スイッチ
４７、４８ 流量計
Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ6、Ｖ8、Ｖ9、Ｖ10、Ｖ11 開閉弁
Ｖ4、Ｖ5、Ｖ7 流量制御弁
Claims (9)
- 圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を、前記凝縮手段を冷媒往管に直列に接続した第１凝縮器と第２凝縮器で構成し、前記第１凝縮器と第２凝縮器からそれぞれ蒸気と温水が同時に供給されるように構成し、かつ前記圧縮手段を低段側と高段側の２段の圧縮機で構成し、また前記第２凝縮器と前記膨張弁との間における冷媒往管に中間冷却器を設けるとともに、この中間冷却器の気相に一端が接続されたガス冷媒戻し管の他端を、前記低段側圧縮機の吐出側と高段側圧縮機の吸入側との間に接続された中圧冷媒管の途中に接続し、前記第２凝縮器と中間冷却器間の冷媒往管の途中に中間冷却器用の膨張弁とバイパス管とをこれら膨張弁とバイパス管が並列となるように設け、このバイパス管に、外部へ蒸気のみを供給する蒸気供給運転の際には閉ざされているが、蒸気と温水の両方を同時に供給する蒸気・温水供給運転および温水のみを供給する温水供給運転の際には開かれる第１開閉弁を備え、また、前記ガス冷媒戻し管の途中に、前記蒸気供給運転の際には開かれているが、前記蒸気・温水供給運転と温水供給運転の際には閉ざされる第２開閉弁を備え、さらに、前記第２凝縮器への給水管に、前記蒸気供給運転の際には閉ざされているが、前記蒸気・温水供給運転と温水供給運転の際には開かれる第３開閉弁を設けてなる冷却システム。
- 圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記コンデンシングユニットの起動時において、前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を駆動せしめるとともに、前記切替機構がコンデンシングユニットからの冷却水を前記冷却塔と蒸気・温水発生装置の両方に送るよう切替えられるように構成してなる冷却システム。
- 圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記切替機構を三方制御弁で構成し、この三方制御弁をコントロールする制御回路にコンデンシングユニットの高圧側冷媒圧力と低圧側冷媒圧力を検出する高圧側圧力スイッチと低圧側圧力スイッチを接続し、高圧側または低圧側の冷媒圧力が所定の値を超えるとコンデンシングユニットからの冷却水を前記冷却塔と蒸気・温水発生装置の両方に送り、上記冷媒圧力が予め設定された値以下に低下すると徐々に冷却塔への冷却水の供給を減少せしめるように構成してなる冷却システム。
- 圧縮式冷媒回路を備え、同冷媒回路における凝縮排熱を冷却塔にて大気に放出するコンデンシングユニットと、圧縮手段、凝縮手段、膨張弁、蒸発器をこの順に備え、外部から前記凝縮手段に供給される水を同凝縮手段における冷媒の凝縮熱により加熱して蒸気・温水を供給するヒートポンプ式蒸気・温水発生装置を備え、前記コンデンシングユニットにおける凝縮器からの水を、前記冷却塔と、前記蒸気・温水発生装置における蒸発器とのいずれか一方あるいは両方に切替えて流通させる切替機構を備え、コンデンシングユニットからの凝縮排熱を冷却塔から大気への放出と、蒸気・温水発生装置による回収の一方または両方に切替えることができるように構成し、前記切替機構を三方制御弁で構成し、この三方制御弁をコントロールする制御回路に前記蒸気・温水発生装置からの蒸気供給量と温水供給量をそれぞれ検出する流量計を接続し、蒸気供給量と温水供給量が減少するとコンデンシングユニットから前記冷却塔への冷却水の供給量を徐々に大ならしめ、蒸気・温水発生装置が停止されると冷却水の全量を冷却塔へ送るように切替えられるように構成してなる冷却システム。
- 前記冷却塔に送る冷却水送出管の途中に冷却水送出枝管の一端を接続するとともに、冷却塔から凝縮器へ冷却水を供給する冷却水供給管の途中に冷却水供給枝管の一端を接続し、前記冷却水送出枝管の他端と冷却水供給枝管の他端を、それぞれ前記蒸気・温水発生装置における蒸発器の水入口と同出口に接続し、かつ前記冷却水送出管と同枝管との分岐部および前記冷却水供給管と同枝管の分岐部に前記切替機構を設け、コンデンシングユニットと冷却塔との間またはコンデンシングユニットと蒸気・温水発生装置との間あるいはコンデンシングユニットと冷却塔および蒸気・温水発生装置の両方との間に冷却水を切替えて流通させるように構成してなる請求項１乃至４に記載の冷却システム。
- 前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置は、前記凝縮手段を冷媒往管に直列に接続した第１凝縮器と第２凝縮器で構成し、前記第１凝縮器と第２凝縮器からそれぞれ蒸気と温水が同時に供給されるように構成してなる請求項１乃至５に記載の冷却システム。
- 前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第１凝縮器への給水管の途中に、第１凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第１凝縮器から温水または蒸気のいずれかを選択的に供給できるようにした請求項１または６に記載の冷却システム。
- 前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により同第２凝縮器から供給される温水が所要の温度となるよう調節できるようにした請求項１または６に記載の冷却システム。
- 前記ヒートポンプ式蒸気・温水発生装置における第２凝縮器への給水管の途中に、第２凝縮器への給水量を制御するための給水制御手段を設けて、第２凝縮器への給水量の調節により冷媒往管内における冷媒圧力を常に所定の圧力以下に維持することができるようにした請求項１または６に記載の冷却システム。
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