JPH03271675A - 冷水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電算機室、ＩＣ製造工場等の年間冷房が必要
な建物において使用される冷房装置に関し、特に、冷房
装置において使用される冷水製造装置に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、電算機室、ＩＣ製造工場などの内部発熱が大
きく、且つ、外気による直接冷房ができない建物では、
冬期においても冷凍機を運転して冷水を製造し冷房を行
う必要がある。冬期においては、外気が低温であるため
、省エネルギの観点から低温の外気を利用することが望
ましい。この冷房方法として、低温の外気を利用して冷
却塔により冷水を製造し、これを冷房に利用する方法が
省エネルギ効果が大きいという理由で採用されている。

たとえば、特開昭６３−１５０６２号公報には、通常時
には冷凍機による低温冷媒を得る運転を行い、外気温が
低い場合には冷却塔運転のみで低温冷媒を得る運転に切
り換える冷却設備が開示されている。

しかしながら、冷却塔運転による低温冷媒製造能力は、
外気温に大きく左右されるので、切り換え時に冷却負荷
変動予測と外気変動予測を正確に行う必要があり、非常
に複雑な制御が要求されていた。これを解決する方法と
してコンピュータを利用して切り換え制御を行う方法が
あるが、現実問題として操作は容易ではない。

また、上記の切り換え制御を簡単化するものとして、特
公平１−２０３３３号公報には、２系統以上の冷熱源回
路を備えた空気調和装置において、第１の系の冷凍機の
冷水側回路を′！Ｊ２の系の冷凍機の冷水側回路と直列
に接続した冷水製造回路が開示されている。同公報に記
載の冷水製造回路においては、たとえば、夏期には両方
の系の冷水側回路をそれぞれ独立に作動させ、夏期から
冬期への移り目では、第１の系の冷水側回路を第２の系
の冷却水回路と直列に接続し、冷却塔による冷水製造回
路を形成している。このように冷却塔で冷やした水を冷
凍機を通過させて空調機側に送ることにより、簡単な制
御で熱負荷の変動に容易に対応することができる。

しかしながら、上記特公平１−２０３３３号公報に記載
の制御が採用できるのは２系統以上の冷熱源回路がある
場合に限られ、またこの運転の場合、冷凍機にて冷水製
造を行っている第１の系においては、冷却塔は冷凍機の
凝ｍａで吸熱した冷却水の放熱を行うのみであり外気を
利用した冷水製造が行えず、また逆に冷却塔にて外気を
利用した冷水製造を行っている第２の系統においては、
冷却塔は冷凍機の凝縮機で吸熱した冷却水の放熱を行え
ないので冷凍機は冷水製造運転が出来ないという問題が
残る。

また、先に述べた特開昭６３−１５０６２号公報に開示
されているような１系統のみの冷熱源回路での切り換え
時の問題として、冷凍機運転時の冷却水の使用温度範囲
と冷水の使用温度範囲は一般的に異なるので、切り換え
時に予冷運転もしくは予熱運転が必要となり、この間は
熱負荷に送られる冷水の温度制御が不可能になるという
ことがある。また、切り換えのために冷凍機を強制的に
停止させた場合は、冷凍機が本体保護のため一定時間再
起動防止制御が働くよう設定された機種においては、冷
凍機による低温冷媒運転が急に必要となり切り換えよう
としても一定時間起動不可能という事態が生じる。

この対策として２系統以上の冷熱源回路を設け１系統を
バックアップ用として待機させておく方法もあるが、待
機させておく方の系統は、外気を利用した冷却塔による
冷水製造運転という省エネルギ運転ができないという問
題があり、また装置が大掛かりとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、簡単な制御で上記切り換えの問題点を
解消し、１系統の冷熱源回路のみにて外気を利用した冷
却塔による低温冷媒製造運転と冷凍機による低温冷媒製
造運転が同時に行えるようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の冷水製造装置は、前記目的を遠戚するため、冷
凍機の凝縮器と冷却塔の間に冷媒を循環させる第１の回
路と、前記冷凍機の蒸発器と冷却負荷の間に冷媒を循環
させる第２の回路と、前記第１の回路と前記第２の回路
を接続する配管と、前記第１の回路と前記第２の回路間
を流れる冷媒の流量を制御する手段と、前記第１の回路
の冷凍機の凝縮器を流れる冷媒の量と温度を一定に制御
する手段とを設けたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、たとえば、夏期等の冷却負荷が重い
ときは、第１の回路と第２の回路とは切り離されており
、冷凍機による低温冷！！ｘ！ｌ！造運転が行われる。

また、中間期等で負荷が比較的軽くなったときは、冷却
塔による低温冷媒製造と冷凍機による低温冷媒製造の直
列同時運転が行われる。

また、冬期等の冷却負荷が軽いときは冷却塔のみによる
低温冷媒製造運転が行われる。これらの各運転は、各回
路に設けられた流量制御手段たとえば弁を開閉すること
により簡単に切り換えられる。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例により、本発明の特徴を具体的
に説明する。

第１図は本発明の１実施例を示す説明図で夏期の運転回
路を太線で示す。第２図は同じく中間期の運転回路を太
線で示す。第３図は同じく冬期の運転回路を太線で示す
。

本実施例の冷水製造装置は、基本的構成として、冷却塔
１．冷凍機２．冷却負荷３．ポンプ４．５を備えている
。冷却塔１と冷凍機２の凝縮器５１との間には、ポンプ
４により冷媒が循環される冷却水回路Ａが設けられ、冷
却負荷３と冷凍機２の蒸発器５２との間には、ポンプ５
により冷媒が循環される冷水回路Ｂが設けられている。

冷却水回路Ａの冷却塔１の入口側の配管５４と冷水回路
Ｂの冷却負荷３の出口側の配管５５とは、バイパス配管
５６により連結され、その途中には二方弁第１が設けら
れている。また、冷水回路Ｂの配管５５とバイパス配管
５６との連結位置より下流側に二方弁１２が設けられて
いる。また、冷却水回路Ａの冷却塔１の出口側の配管５
７と冷水回路Ｂの配管５５のポンプ５の吸い込み側は、
バイパス配管５８により連結され、その途中には二方弁
１３が設けられている。更に、冷却水回路Ａのポンプ４
の吸い込み側には三方弁１４が設けられ、この三方弁１
４と凝縮器５１の出口側の配管５４との間は、バイパス
配管５９により連結されている。なお、冷却塔１を密閉
式冷却塔とした場合は膨張水槽２１を設ける。また、膨
張水槽２２は冷水回路用である。

更に、外気温度を検出する外気温センサ３０．凝縮器５
１の入口水温を検出する水温センサ３１．冷却塔１の出
口水温を検出する水温センサ３２．３３．冷却塔１に流
れる流量を検出する流量センサ３４．上記外気温センサ
３０及び水温センサ３２．３３の出力に基づいて上記三
方弁第１．１２．１３の開閉及び送風機５３の回転を制
御する制御回路３５．水温センサ３１の出力に基づいて
上記三方弁１４の開度を制御する制御回路３６が付設さ
れている。

以上のように構成された冷水製造装置の動作を、■夏期
モードの冷凍機の低温冷媒躯造運転■中間期モードの冷
却塔による低温冷媒製造及び冷凍機による低温冷媒製造
の直列同時運転■冬期モードの冷却塔による低温冷媒製
造運転の３モードについて説明する。なお、何れのモー
ドにおいても、図中に記載の水温は、参考として一例を
示すものである。

まず、第１図により■の夏期モードについて説明する。

いま、外気温センサ３０部の外気温が設定温度より高い
とすると、制御回路３５により二方弁第１．１３は全開
、二方弁１２は全開となり、以下に説明する夏期モード
すなわち冷凍機の低温冷媒製造運転モードとなる。なお
、外気温センサ３０は湿球温度センサが望ましいが、簡
易的には乾球温度センサでもよい。

冷凍機２の凝縮器５１にはポンプ４にて一定流量の冷却
水が循環しており、凝縮器５１で吸熱した冷却水は一部
冷却塔１へ送られ、水温センサ３２と制御回路３５によ
り、冷却塔１の出口水温が例えば２５℃になるよう送風
機５３の回転制御が行われている。

冷却塔１にて放熱した冷却水は、三方弁１４にてバイパ
ス配管５９を通ってきた冷却水と混合される。

この三方弁１４における流量比は、制御回路３６により
、水温センサ３１により検出された凝縮器５１の入口温
度が例えば３０℃になるように制御される。したがって
、凝縮器５１を流れる冷却水は、一定流量。

一定温度に保たれる。このことは、冷凍機２が安定した
運転状態を保つことを可能とする。

一方、冷凍機２の蒸発器５２と冷却負荷３の間の冷水回
路Ｂには、ポンプ５によって冷水が循環している。した
がって、冷水回路Ｂで冷却負荷３の熱を奪って温度が上
昇した冷水は、冷凍機２において熱交換され、更に冷却
水回路Ａで冷却水が冷却塔１で熱交換されて冷却される
。夏期モードにおいては、冷凍機２による低温冷媒製造
運転が行われるので、外気温度が高い場合でも、低温の
冷水を製造することができる。

次に、第２図を参照して■の中間期モードについて説明
する。

外気温センサ３０部の外気温が設定温度以下になると、
制御回路３５が冷却塔１による冷水製造運転に切り換わ
る。この冷却塔ｌによる冷水製造運転では、冷却塔１の
出口水温が例えば１０℃になるように水温センサ３２と
制御回路３５により冷却塔ｌの送風機５３を回転制御す
る。このとき冷凍機２の凝縮器５１の入口水温は、水温
センサ３１と三方弁１４により夏期モードにおける冷凍
機２の低温冷媒製造運転と同様に３０℃に保たれている
。したがって、冷凍機２の運転状態には変動はない。

冷却塔１の出口水温が１０℃まで下がると二方弁第１．
１３が開き、冷却水回路間へと冷水回路Ｂが連通ずる。

なお、外気温センサ３０部の温度が設定温度以下でも、
冷却塔出口水温が１０℃以上であるときは、二方弁第１
．１３が閉じている。凝縮器５１で吸熱した冷却水は、
バイパス配管５９と配管５４へ分流し、配管５４を流れ
る冷却水とバイパス配管５６を流れる冷水が混合し冷却
塔１に流入し放熱される。

バイパス配管５６の流量は、水温センサ３３部の冷却塔
１の出口水温と設定温度（１０℃よりやや高くする）を
制御回路３５にて比較し、三方弁第１．１２゜１３の開
度を調節することにより増減させる。

冷却塔１の最大流量を制限する場合は、流量センサ３４
からの信号をもとに、制御回路３５にて二方弁第１．１
２．１３の開度を調節することにより実現できる。これ
は密閉式冷却塔の熱交換器コイル内の流速を適正値以下
に保ち、過流速による潰食を防止するのに効果がある。

冷却塔１で放熱された水は、バイパス配管５８を通って
ポンプ５の吸い込み側にて冷却負荷３にて吸熱した冷水
と混合し冷凍機２の蒸発器５２へ送られる。冷水製造能
力当たりの所要動力は、冷却塔ｌの方が冷凍機２よりも
小さいので省エネルギとなる。

最後に、第３図を参照して■の冬期モードについて説明
する。

この冬期モードは、基本的に■の中間期モードと同じで
ある。外気温低下又は冷却負荷の減少に伴い冷却塔１の
冷水製造能力が熱負荷より大となった場合は、冷凍機２
は運転する必要がないので停止する。すなわち、冷凍機
２自体には入口或いは出口の温度を検出して一定温度以
下であるとき冷凍機２の動作を停止させる制御装置（図
示せず）が内蔵されているので、冷凍機２は自動的に運
転を停止する。また、三方弁第１．１３は開状態、二方
弁１２は閉状態となり、全部の熱負荷を冷却塔ｌで冷却
する。このとき、ポンプ４は停止状態でもよく運転状態
でもよい。この冬期モードにおいては、冷凍機２の凝縮
機５１における発熱がないので、水温センサ３１部の冷
却水温度が下がり、三方弁１４は全開状態となり冷却水
回路へと冷水回路Ｂは完全な直列運転となる。このよう
に冬期モードにおいては冷凍機２を作動させないので、
所要電力が更に減少し、最も省エネルギとなる。

また、この冬期モード運転中に、冷却負荷の増大や外気
温の上昇があったような場合には、運転モードは自動的
に■の中間期モードとなり、なんら人為的ｆｊ切り換え
操作を施す必要はない。更に急激な負荷の増大成いは外
気温の上昇に対しては、■の夏期モードに移行すること
も可能であり、この間同じく人為的な切り換え操作はな
んら必要としない。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、簡単な制御回路
とバイパス配管と切り換え弁を付設するのみで低温外気
を利用した低温冷媒製造運転と冷凍機による冷媒製造運
転が、または、両方の同時運転が自動的に切り換えられ
る。また、複数の回路を持つ大規模の冷熱源装置である
か単一の回路しかない小規模の冷熱源装置であるかを問
わす自由に省エネルギシステムを実現できるため、産業
上極めて価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す説明図で夏期の運転回
路を太線で示す。第２図は同じく中間期の運転回路を太
線で示す。第３図は同じく冬期の運転回路を太線で示す
。 １：冷却塔　　　　　　２：冷凍機 ３：冷却負荷　　　　　４，５：ポンプ第１、１２．１
３　：二方弁　　　１４：三方弁２１．２２：膨張水槽
　　　　３０：外気温センサ３１、３２．３３：　水温
センサ　３４：流量センサ３５．３６：制御回路　　　
　５１：凝縮器５２：蒸発器　　　　　　５３：送風機
５４、５５．５７　：配管 ５ｆｉ、　５８．５９　：バイパス配管Ａ：冷却水回路
　　　　Ｂ：冷水回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、冷凍機の凝縮器と冷却塔の間に冷媒を循環させる第
   １の回路と、前記冷凍機の蒸発器と冷却負荷の間に冷媒
   を循環させる第２の回路と、前記第１の回路と前記第２
   の回路を接続する配管と、前記第１の回路と前記第２の
   回路間を流れる冷媒の流量を制御する手段と、前記第１
   の回路の冷凍機の凝縮器を流れる冷媒の量と温度を一定
   に制御する手段とを設けたことを特徴とする冷水製造装
   置。