JPH05340690A - 冷却塔及びその冷却能力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷却水温度に応じた運転を可能にした冷却塔
を提供すること。 【構成】 冷却塔１０は、ケーシング１１内部上部にフ
ァンモータ１３を設け、ファンモータ１３でファン１４
を回転させ、かつケーシング１１内部の散水器１５から
充填材ユニット１６に冷却水を滴下して冷却水を冷却
し、水槽１２に冷却後の冷却水を貯留できる。また、冷
凍機２０に供給される冷却水の温度を冷却水温度センサ
ー５１で検出し、これを運転制御装置５０の制御装置５
３に供給する。制御装置５３では、ファンモータ１３の
起動時に、冷却水温度センサー５１からの冷却水温度よ
り決まる周波数設定値まで所定時間毎に変化する周波数
信号を出力する。この制御装置５３からの周波数信号は
インバータ装置５５に供給される。インバータ装置５５
は、周波数信号に応じてファンモータ１３を回転駆動す
る。これにより、冷却塔１０の風量調整がされ、冷却能
力の調整ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却塔のファンモータ
を制御して冷却水温度に対応する運転ができる冷却塔及
びその冷却能力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の冷却塔は、高温となった
冷却水を大気と接触させ、主として冷却水の蒸発潜熱に
より冷却水を冷却する装置として知られている。

【０００３】図６は、従来の冷却塔を使用した冷凍シス
テムの例を一部断面で示す説明図である。

【０００４】図６に示す冷凍システムは、冷却塔１１０
と、冷凍機１２０とを冷却水配管１３０で連通した構成
となっている。

【０００５】ここで、この冷却塔１１０は、図示のよう
な形状のケーシング１１１を有しており、次のように構
成されている。このケーシング１１１は、図示上側に開
孔部Ｈが形成されており、かつ図示下部に水槽１１２が
形成されている。この水槽１１２の直上には、ケーシン
グ１１１の周方向にわたって開放部Ｗが設けられてい
る。前記ケーシング１１１の開孔部Ｈにはファンモータ
１１３が固定具Ｍでもって固定されている。このファン
モータ１１３の回転軸には、ファン１１４が固定されて
いる。前記ケーシング１１１の内部のファン１１４の下
部には、散水器１１５が設けてある。この散水器１１５
の下部から開放部Ｗの上までの間には、充填材ユニット
１１６が充填されている。前記開放部Ｗには、ルーバー
１１７が配設されている。前記水槽１１２には、冷却水
温度センサー１１８が配置してあり、この冷却水温度セ
ンサー１１８からの検出温度に応じてファンモータ１１
３がオンオフ制御される。なお、冷却水の補給水は、給
水口より供給される。

【０００６】前記冷却水配管１３０は、往管１３１及び
復管１３２からなる。また、往管１３１には、冷却水ポ
ンプ１３３と逆止弁１３４が設けられている。

【０００７】このような冷凍システムにおける冷却塔の
動作を図７及び図８を参照して説明する。

【０００８】図７は従来の冷却塔のファンモータの運転
停止パターンを示す説明図であり、横軸に冷却水温度
〔度Ｃ〕を、縦軸に周波数〔Hz〕をそれぞれとったもの
である。

【０００９】また、図８は冷却水温度によりファンモー
タが運転停止を繰り返す状態を説明するための図であ
り、横軸に時間〔ｈ〕を、縦軸に冷却水温度をそれぞれ
とったものである。

【００１０】このように従来の冷却塔１１０のファン１
１４は、図７からも分かるように、冷却水温度センサー
１１８で検出された冷却水温度が例えば２７〔度Ｃ〕以
上のときにファンモータ１１３がオンとなり、また冷却
水温度が例えば２４．５〔度Ｃ〕以下でオフになるよう
に運転制御されている。

【００１１】したがって、冷凍機１２０で加熱された冷
却水は、冷却塔１１０の散水器１１５から充填材ユニッ
ト１１６に散布されると、充填材ユニット１１６を流下
する間にファン１１４により通流される空気と接触し、
主として蒸発潜熱により冷却されて水槽１１２に貯留さ
れる。この水槽１１２に貯留された冷却水は、冷却水ポ
ンプ１３３により吸い込まれて往管１３１を介して冷凍
機１２０に供給される。これにより、冷凍機１２０で発
生する凝縮熱を除去できる。

【００１２】すなわち、このように従来の冷却塔におけ
る冷却能力の制御方法は、単に、ファン１１４を運転又
は停止する、いわゆるオン・オフ制御であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
冷却塔にあっては、大気温度が低かったり、冷凍機の熱
負荷が小さい場合、当該ファンモータのオンオフ設定温
度（オンは２７〔度Ｃ〕、オフは２４．５〔度Ｃ〕）の
間でファンが頻繁に運転・停止を繰り返す状態になる。
このような運転状態になると、図８に示すように、冷却
水温度のフラツキが激しくなり、安定した運転ができな
いため、次のような欠点を生じる。

【００１４】（１）負荷の少ない期間、時間には冷却塔
のファンが頻繁に運転・停止を繰り返し、ファン及びフ
ァンモータの寿命を著しく縮める。

【００１５】（２）ファン運転・停止時の運転音が高
い。

【００１６】（３）高負荷で空気湿球温度が２７〔度
Ｃ〕以上のときには、冷却能力不足になる。

【００１７】（４）冷却水温度が急激に変化するため冷
凍機に悪影響を与える。

【００１８】本発明は、上述した欠点を解消し、冷却水
温度に応じた運転を可能にした冷却塔及びその冷却能力
制御方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明による冷却塔は、ケーシング内部上部に
ファンモータを設け、ファンモータの回転でファンを回
転させ、かつケーシング内部の散水器から充填材ユニッ
トに冷却水を滴下して冷却水を冷却し、下部水槽に冷却
後の冷却水を貯留できる冷却塔において、前記冷却水の
温度を検出する温度センサーと、前記ファンモータ起動
時に、前記温度センサーからの冷却水温度より決まる周
波数設定値まで所定時間毎に変化する周波数信号を出力
する制御装置と、前記制御装置からの信号に応じて前記
ファンモータを回転駆動するインバータ装置を備えたこ
とを特徴とするものである。

【００２０】また、上述した目的を達成するために、本
発明による冷却塔の冷却能力制御方法は、ケーシング内
部上部にファンモータを設け、ファンモータの回転でフ
ァンを回転させ、かつケーシング内部の散水器から充填
材ユニットに冷却水を滴下して冷却水を冷却し、下部水
槽に冷却後の冷却水を貯留できる冷却塔の冷却能力制御
方法において、前記冷却塔の冷却水温度に応じてファン
を送風量を制御することを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】したがって、本発明の冷却塔によれば、冷却水
温度センサーからの冷却水の検出温度が所定の設定温度
間にあるときに、制御装置から当該温度に応じた周波数
信号が出力されることになる。この周波数信号によりイ
ンバータ装置はファンモータの回転を制御することにな
る。

【００２２】また、本発明の冷却塔の冷却能力制御方法
によれば、冷却水温度が所定の設定温度間にあるとき
に、その冷却水温度に応じてファンの回転数を可変して
冷却塔の風量を可変するから、冷却能力を調整すること
ができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明について図示の実施例を説明す
る。

【００２４】図１は、本発明の冷却塔の運転制御装置の
一実施例を示す図である。

【００２５】図１に示す冷凍システムは、冷却塔１０
と、冷凍機２０と、冷却水配管３０と、バイパス装置４
０と、運転制御装置５０とから構成されている。

【００２６】ここで、この冷却塔１０は、図示のような
形状のケーシング１１を有しており、次のように構成さ
れている。このケーシング１１は、図示上側に開孔部Ｈ
が形成されており、かつ図示下部に水槽１２が形成され
ている。この水槽１２の直上には、ケーシング１１の周
方向にわたって開放部Ｗが設けられている。前記ケーシ
ング１１の開孔部Ｈにはファンモータ１３が固定具Ｍで
もって固定されている。このファンモータ１３の回転軸
には、ファン１４が固定されている。前記ケーシング１
１の内部のファン１４の下部には、散水器１５が設けて
ある。この散水器１５の下部から開放部Ｗの上までの間
には、充填材ユニット１６が充填されている。前記開放
部Ｗには、ルーバー１７が配設されている。なお、冷却
塔１０の水槽１２への冷却水の補給水は、図示しないボ
ールタップ等を有する給水口から供給される。

【００２７】前記冷却水配管３０は、往管３１及び復管
３２からなる。往管３１には、冷却水ポンプ３３と逆止
弁３４が配置されている。往管３１の冷凍機２０の入口
部には、冷却水温度センサー５１が設けてある。この冷
却水温度センサー５１の出力信号は、運転制御装置５０
に入力されている。

【００２８】前記バイパス装置４０は、復管３２の途中
に設けた電動三方弁４１と、この三方弁４１がバイパス
指令で開放したときに復管３２の冷却水を水槽１２に導
く配管４２とから構成されている。

【００２９】前記運転制御装置５０は、制御装置５３と
インバータ装置５５とからなる。制御装置５３は、冷却
水温度センサー５１からの検出温度信号により決まる周
波数設定値まで所定時間毎に変化する周波数信号を形成
してインバータ装置５５に与える。また、制御装置５３
は、冷却水温度センサー５１から検出温度信号を基にバ
イパス指令信号を形成してバイパス装置４０に与える。
インバータ装置５５は、前記周波数信号を基にファンモ
ータ１３の回転数を制御する。

【００３０】図２は、制御装置５３の詳細構成を示すブ
ロック図である。

【００３１】図２に示す制御装置５３は、中央処理装置
５３１、記憶装置５３２、入力信号部５３３、出力信号
部５３４からなり、次のように構成されている。冷却塔
の運転開始時に、図示しないスイッチオンされると、制
御装置５３は動作を開始するようになっている。する
と、中央処理装置５３１は、記憶装置５３２に記憶され
ているプログラムに基づいて動作し、冷却水温度センサ
ー５１から入力信号部５３３を介して取り込まれたデー
タに基づいて、検出温度信号により決まる周波数設定値
まで所定時間毎に変化する周波数信号を形成し、その形
成された周波数信号を出力信号部５３４を介してインバ
ータ装置５５に供給できるように回路構成してある。前
記出力信号部５３４から出力される周波数信号は、通
常、０〜５〔Ｖ〕または０〜１０〔Ｖ〕の出力幅で行わ
れるようになっている。

【００３２】このように構成された実施例の作用を図１
及び図２を基に、図３〜図５を参照して説明する。ま
ず、図３〜図５の説明をする。

【００３３】図３は、本発明の実施例によるファンの運
転・停止時の加減速パターンを示す運転特性図である。
図３では、横軸に運転時間を、縦軸に周波数〔Hz〕を取
ったものであり、適用負荷特性を考慮して低減トルク用
のパターンに設定している。また、図３では、従来の運
転パターンを破線で、本発明の運転パターンを実線で示
すことにより、運転パターンの違いを理解し易くしてい
る。

【００３４】図４は本発明の実施例の制御装置で形成す
る冷却水温度に対する周波数信号の構成例を説明するた
めの図であり、横軸に冷却水温度〔度Ｃ〕を、縦軸に周
波数〔Hz〕をそれぞれとっている。

【００３５】図５は、低冷却水運転時の冷却水温度パタ
ーンを示す特性図であり、横軸に運転時間〔ｈ〕を、縦
軸に冷却水温度〔度Ｃ〕をそれぞれ示している。また、
図５では、従来の運転パターン破線で、本発明の運転パ
ターンを実線でそれぞれ示し、本発明の特徴が理解し易
くしている。

【００３６】＜始動、運転終了時の動作＞ここで、本実
施例の始動時の動作を説明する。冷凍システムが始動す
ると、運転制御装置５０も動作する。すると、運転制御
装置５０の制御装置５３は、図３に示すように、ファン
モータ１３の始動時から基底周波数（通常５０〔Hz〕ま
たは６０〔Hz〕）達するまでの設定加速時間Ｔａにおい
て、運転時間（秒）ごとに周波数が増加するパターンで
変動させた周波数信号を形成し、インバータ装置５５に
入力する。これにより、ファン１４は徐々に回転が増加
する運転となる。これに対して、本発明を適用しない冷
却塔では、図３の破線のようにファンモータを１０
〔秒〕以内で起動させることになり、騒音等の発生があ
り、かつ慣性等の影響からファン・ファンモータの寿命
が短くなる。

【００３７】次に、本実施例の運転終了時の動作を説明
すると、冷凍システムが停止すると、図３に示すよう
に、基底周波数（通常５０〔Hz〕または６０〔Hz〕）か
ら停止までの設定減速時間Ｔｂにおいて、運転時間
（秒）ごとに周波数が減少するパターンで変動させた周
波数信号を形成し、インバータ装置５５に入力する。こ
れにより、ファン１４は、徐々に回転が減少する運転と
なる。

【００３８】上記制御装置５３は、図３に示す加減速の
パターンについて、直線（定トルク用）またはＳ字等の
パターンを任意に設定できる。これにより始動時の負荷
低減ができ、ファン１４及びファンモータ１３の寿命の
延長ができる。また、加減速時間の設定により起動時の
運転音も減少される。

【００３９】＜冷却水温度による運転制御＞ここで、冷
却水温度によるファンモータ１３の運転制御について説
明する。

【００４０】冷却塔１０から冷凍機２０に供給される冷
却水の温度は、冷却水温度センサー５１により検出され
る。この冷却水温度センサー５１で検出した検出温度信
号は、制御装置５３の入力信号部５３２を介して中央処
理装置５３１に与えられる。これにより、中央処理装置
５３１は、記憶装置５３２内のプログラムに従って次の
ように処理を実行する。つまり、冷却水温度センサー５
１からの温度検出信号が、設定温度２４．５〔度Ｃ〕以
下であるならば、中央処理装置５３１は、周波数信号を
出力しない。また、冷却水温度センサー５１からの温度
検出信号が設定温度２４．５〔度Ｃ〕を超えて設定温度
２７〔度Ｃ〕以下の場合には、中央処理装置５３１は、
図４に示すように、前記各設定温度間において検出温度
に応じた周波数信号を形成し、この周波数信号を出力信
号部５２４を介してインバータ装置５５に与える。これ
により、インバータ装置５５は、当該周波数でファンモ
ータ１３を回転駆動する。このように冷却水温度に応じ
てファン１４の回転数を制御し、冷却塔１０の冷却能力
を調整しているので、冷凍機２０の能力に最適な温度の
冷却水を冷凍機２０に供給できる。

【００４１】したがって、従来、例えば設定温度２４．
５〔度Ｃ〕を超えて設定温度２７〔度Ｃ〕以下の場合
に、ファンモータ１３がオンオフを繰り返して、冷却水
温度が図５の破線Ｋに示すように変動していたが、本発
明の実施例によれば、図５の実線Ｌのように冷却水温度
が滑らかに変化することになる。

【００４２】このように本実施例では、冷却水温度セン
サー５１からの温度検出信号に応じて制御装置５３及び
インバータ装置５５によりファンモータ１３の回転数を
制御している。

【００４３】ところで、従来の冷却塔の場合、空気入口
湿球温度が例えば２７〔度Ｃ〕で負荷率が高い場合、冷
却塔の冷却水の出口温度は設計値より上昇することにな
る（冷却能力不足）。

【００４４】このような場合でも、本発明では、冷却水
出口温度が例えば３２〔度Ｃ〕（設計値）以上になれ
ば、制御装置５３は、基底周波数（この例では６０〔H
z〕）以上になるように周波数信号を形成し、ファンモ
ータ１３の回転数をあげ、能力をアップさせ、冷却水温
度を低下させることができる。

【００４５】なお、図１に示す実施例おいて、三方弁４
１及び配管４２からなるバイパス装置４０を組み込んで
あるのは、冷却水温度が例えば２４〔度Ｃ〕以下の場
合、運転制御装置５０の制御装置５３からの出力信号で
三方弁４１を切り換え、冷凍機２０からの戻り冷却水を
直接冷却塔１０の水槽１２へ落下させるようにして、冷
却水ひいては冷凍機２０が過冷却されることを防止して
いる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による冷却
塔によれば、冷却水温度に応じてファンモータの回転を
制御できるようにしたので、次のような効果が得られ
る。

【００４７】（１）冷却塔の長時間運転時における夜間
及び中間期の低負荷運転でのファン、ファンモータの運
転・停止を大幅に低減できる。

【００４８】（２）運転・停止回数が低減することによ
り、ファン、ファンモータ等の動作部品の寿命が著しく
延びる。

【００４９】（３）始動時、停止時の設定加減速パター
ンによりファンモータを回転駆動することにより、運転
音の低騒音化できる。

【００５０】（４）冷却塔の空気入口湿球温度が一定の
温度以上であっても、風量を増加させることができ、冷
却能力が向上する。

【００５１】（５）低冷却水の運転においても、冷凍機
に対して著しい変動のない運転状態を保持できる。

【００５２】また、請求項２記載の発明による冷却塔の
冷却能力制御方法によれば、冷却水温度に応じて冷却塔
の風量を可変するため、常に最適温度の冷却水が供給で
きることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却塔の実施例を適用した冷凍システ
ムの構成図である。

【図２】本発明の実施例で使用する制御装置の構成例を
示すブロック図である。

【図３】本発明の実施例の運転パターンを従来の運転パ
ターンとともに示す特性図である。

【図４】本発明の実施例の冷却水に対するファンモータ
の運転時の周波数を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例の運転パターンによる冷却水温
度変化を従来の運転パターンによる冷却水温度変化とと
もに示す説明図である。

【図６】従来の冷却塔を含む冷凍システムを示す構成図
である。

【図７】従来の冷却塔の運転パターンを示す図である。

【図８】従来の冷却塔の運転パターンによる冷却水温度
の変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 冷却塔 １１ ケーシング １２ 水槽 １３ ファンモータ １４ ファン １６ 充填材ユニット ２０ 冷凍機 ３０ 冷却水配管 ３１ 往管 ３２ 復管 ３３ 冷却水ポンプ ３４ 逆止弁 ４０ バイパス装置 ４１ 三方弁 ４２ 配管 ５０ 運転制御装置 ５１ 冷却水温度センサー ５３ 制御装置 ５５ インバータ装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内上部にファンモータを設
   け、ファンモータの回転でファンを回転させ、かつケー
   シング内部の散水器から充填材ユニットに冷却水を滴下
   して冷却水を冷却し、下部水槽に冷却後の冷却水を貯留
   できる冷却塔において、 前記冷却水の温度を検出する温度センサーと、 前記ファンモータ起動時に、前記温度センサーからの冷
   却水温度より決まる周波数設定値まで所定時間毎に変化
   する周波数信号を出力する制御装置と、 前記制御装置からの信号に応じて前記ファンモータを回
   転駆動するインバータ装置を備えたことを特徴とする冷
   却塔。
2. 【請求項２】 ケーシング内上部にファンモータを設
   け、ファンモータの回転でファンを回転させ、かつケー
   シング内部の散水器から充填材ユニットに冷却水を滴下
   して冷却水を冷却し、下部水槽に冷却後の冷却水を貯留
   できる冷却塔の冷却能力制御方法において、 前記冷却塔の冷却水温度に応じてファンの送風量を制御
   することを特徴とする冷却塔の冷却能力制御方法。