JPH0617757B2 - 低温度冷水製造装置の凍結検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、低温度冷水の製造に係り、特に空調用の冷
房、工業用プロセスの冷却等に用いて効率的な低温度冷
水製造装置の凍結検出方法に関する。

〔従来の技術〕

冷凍機又はヒートポンプで冷水を製造する場合、従来は
水の凍結による伝熱チューブの破損事故を懸念して、冷
水温度は５℃が下限であった。空調の分野では、５〜７
℃の冷水を空調機に送り、冷風と熱交換し、約１０〜１
２℃に上昇して戻るという循環が一般的である。又、蓄
熱機を介する場合でも蓄熱の有効温度差は１０℃−５℃
又は１２℃−５℃の５℃〜７℃の範囲であった。

一方、工業分野では、プロセスによって、冷却する液体
の温度は異なるが、マイルド・ブラインと称される使用
温度範囲が最も多い。マイルド・ブラインとは、エチレ
ングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、塩
化カルシウム水溶液等である。これらの不凍液は約５℃
〜−３０℃の範囲で使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

空調分野においては、空調に利用される循環水の温度差
を大きくすることにより、循環水量の減少、輸送管径の
縮小により、省エネルギと設備費の減少が望まれる。更
に、都市のビル地下室に設けられた蓄熱槽もその大きさ
に制限があるので、大きさを同じにして蓄熱容量を増大
することができれば、深夜電力を利用した安価な電力料
金が利用できるから、このような蓄熱機の普及が望まれ
ている。

また、工業用途においても、伝熱が悪く、液の粘性も高
く、かつ腐食性のある不凍液はできる限り水に代えるこ
とによって、省エネルギとなり保守管理もしやすくなる
ことは明らかであった。

しかしながら、従来技術においては、冷水の冷却度を上
げると凍結による伝熱チューブの破損の問題が生じ、冷
水の温度は十分に低下することはできなかった。

そこで、本発明は、上記の要望に鑑み、従来利用不可能
と考えられていた５℃〜０℃の間のまさに凍結寸前の冷
水の製造装置において、凍結した場合の事故（故障）を
防止するために、常時冷水の凍結状態を検出する凍結検
出方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、チューブ内を
通る被冷却流体である冷水を、チューブ外を流れる０℃
以下の不凍液で冷却し、０℃に限りなく近い冷水を製造
する熱交換器を含む低温度冷水製造装置における凍結を
検出する方法において、熱交換器の複数本の冷水チュー
ブの出口通路における冷水温度を検知して、過冷却状態
の温度と結氷時の水の凝固熱による温度上昇との差によ
り、冷水の凍結状態を検出することを特徴とする低温度
冷水製造装置の凍結検出方法としたものである。また、
本発明では、前記において、熱交換器に流入する不凍液
の温度を検出して、冷水チューブの出口通路における温
度変化を修正して冷水の凍結状態を検出することを特徴
とする低温度冷水製造装置の凍結検出方法としたもので
ある。

本発明における低温度冷水製造装置としては、冷凍機又
はヒートポンプと、不凍液（ブライン）と冷水との熱交
換器と、前記両者を連結するブライン配管、ブライン循
環ポンプ及びブラインタンク等からなるブライン循環系
の設備と、熱交換器に連結する冷水配管、冷水供給ポン
プ及び冷水蓄熱槽等からなる冷水循環系の設備とからな
る冷水製造及び冷水蓄熱装置が使用できる。

次に、本発明を詳細に説明する。

本発明の冷水製造装置においては、冷凍機又はヒートポ
ンプによって、０℃以下のブラインを製造して、このブ
ラインを熱交換器のチューブ外に通し、チューブ内には
冷水を通して、冷水を冷却する装置であり、冷水出口温
度を凍結させずに０℃近くの温度に保つように制御する
ものである。

そのために、冷凍機又はヒートポンプは、所定の熱交換
量と所定の冷水入口温度、冷水流量に基づいて、冷水出
口温度が凍結せずに０℃近くとなるブライン温度に保持
し、この温度を維持するように制御を行うものである。

また、同時に冷水側でも制御して、冷水出口温度を０℃
に近づけるものである。この冷水側の制御は、可変速制
御装置を有する冷水ポンプを設置し、熱交換器からの冷
水出口温度を検出して冷水出口温度が０℃近くなるよう
に温度制御器の出力を可変速制御装置に与えて、冷水ポ
ンプの冷水流量を変化させて制御するものである。

このような制御において、熱交換器出口における冷水温
度が０℃に近いということは、熱交換器内部の一部では
０℃以下のいわゆる過冷却の状態であり、凍結を起こさ
せ易い条件となっている。

そこで、凍結しても装置の事故や故障を起こさせずに、
すばやく解凍することができ、再び０℃近くの冷水が得
られれば、０℃近くの冷水製造のプロセスは成立するこ
とになる。

本発明では、初期凍結状態を検出して、凍結をすばやく
解凍させようとするものであり、初期凍結状態の検出を
熱交換器の冷水チューブの出口通路における過冷却状態
の温度と結氷時の水の凝固熱による温度上昇とを複数本
の冷水チューブの出口通路に設備した温度センサーによ
って検知して行うものであり、またこの場合、冷水チュ
ーブの温度上昇は、熱交換器に流入する不凍液（ブライ
ン）の上昇によっても上昇するから、不凍液の流入温度
を同時に検出しておき、冷水の温度上昇と不凍液の温度
変化の関係を条件に入れて、冷水の温度変化を修正して
おくとよい。

そして、凍結を検出した場合は、凍結のすばやい解除手
段として、不凍液（ブライン）側を０℃以上の温度に制
御するとか、冷水流量を一時的に増大させるように制御
することにより凍結を解除することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を具体的に図面を用いて説明するが、本発
明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す冷水製造装置のフロー
概略図である。

第１図において、１は冷凍機又はヒートポンプ、２は不
凍液（ブライン）と冷水との熱交換器、７は冷水蓄熱
槽、２１はクーラ（蒸発器）、２２は圧縮機、２３は容
量制御機構、２４はホットガスバイパス弁、２５は凝縮
器である。

この装置の運転において、不凍液（ブライン）はクーラ
２１で冷却されて、熱交換器２で冷水との間で熱交換が
行なわれ、ブラインタンク４で貯蔵されて、ブラインポ
ンプ３によりクーラ２１へと循環するサイクルをとる。
一方、冷水は、蓄熱槽７の高温側ａから冷水１次ポンプ
５により熱交換器２に送られ、ここでブラインにより冷
却されて、冷水蓄熱槽７の低温側ｂに戻される。そし
て、この冷水蓄熱槽７の低温側ｂの冷水が、冷水２次ポ
ンプ８、１０により空調負荷９、１１に送られて、有効
に利用され温度の上昇した冷水が冷水蓄熱槽７の高温側
ａに循環される。

ところで、このような循環系において、通常の操作で
は、クーラ出口のブライン温度を温度検出器１２′によ
り検出し、この温度を一定に保つようにブライン温度コ
ントローラ１２から指令して容量制御機構２３を可動さ
せて、冷凍機１の圧縮機２２を容量制御する。

そして、本発明では、このような通常の操作において、
熱交換器２のブライン入口の温度１４′及び熱交換器２
の冷水出口の温度１３′を検知しておき、検知したブラ
インの温度と冷水出口温度を変換器１３、１４を通って
演算器１５により修正をして監視する。そして、冷水出
口の温度が通常の操作値よりも異常の場合、すなわち、
結氷時の水の凝固熱による温度上昇を示した場合は、熱
交換器内部において凍結が始まっていることを示してお
り、以下のような操作ですみやかに凍結処理を行う。

まず、凍結のすばやい解凍手段として、ブラインを０℃
異常の温度に保つ、熱交換器のチューブ内側から解凍す
るために、冷凍機１の容量制御機構２３を安定運転が続
行できる範囲で強制的に絞って低出力（低冷却能力）と
し、同時に凝縮器２５から蒸発器２１へのホットガスバ
イパス弁２４を開して、低出力を維持するものである。

次いで、冷水側からの解凍手段として、可変速制御装置
６を可動させて冷水１次ポンプを最大回転数とし、冷水
流量を一時的に増大させて熱伝達率を向上させて解凍す
る。更に、冷水の入口温度を上昇させて解凍するため
に、冷水蓄熱槽７内のより高温部ａ側の冷水を三方弁等
の混合装置で強制的に混合させる。

上記のように、ブライン側の操作のみでなく、冷水側の
操作をも適宜組合せることにより、熱交換器内が凍結し
ても装置の事故等の生ずる前にすみやかに解凍できるも
のである。

〔発明の効果〕

本発明においては、凍結検出手段を設けたので、凍結状
態が初期段階で検知でき、装置の事故とか故障を起こす
ことなく、０℃近い冷水が製造できる。

従来、空調分野においては、５℃の冷水を送り空調機か
ら１０℃で戻し、冷凍機で再び５℃迄冷却する冷水循環
系であるか、この場合１０−５＝５℃の温度差を利用し
ていたわけであり、本発明のように０℃の水が得られれ
ば１０−０＝１０℃の温度差が利用出来る。

前記のように、本発明においては、従来のものより２倍
の温度差が利用できるから、次式から、循環水量が半分
で済み、ポンプ動力（搬送動力）、配管径の縮少が可能
となる効果がある。

一方、蓄熱容量も(1)式のＧを蓄熱槽内保有水量に置き
換えることによって、有効利用できる温度差ΔＴが倍増
することによって蓄熱容量も倍増できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す冷水製造装置のフロー
概略図である。 １……冷凍機又はヒートポンプ、２……熱交換器、３…
…ブラインホンプ、４……ブラインタンク、５……冷水
１次ポンプ、６……可変速制御装置、７……冷水蓄熱
槽、８、１０……冷水２次ポンプ、９、１１……空調負
荷、１２……ブラインのクーラ出口温度コントローラ、
１３……冷水出口温度変換器、１４……ブライン入口温
度変換器、１２′、１３′、１４′……温度検出器、１
５……温度演算器、２１……クーラ（蒸発器）、２２…
…圧縮機、２３……容量制御機構、２４……ポットガス
バイパス弁、２５……凝縮器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橘 雅哉 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水建 設株式会社 (56)参考文献 特開 昭56−10643（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チューブ内を通る被冷却流体である冷水
   を、チューブ外を流れる０℃以下の不凍液で冷却し、０
   ℃に限りなく近い冷水を製造する熱交換器を含む低温度
   冷水製造装置における凍結を検出する方法において、熱
   交換器の複数本の冷水チューブの出口通路における冷水
   温度を検知して、過冷却状態の温度と結氷時の水の凝固
   熱による温度上昇との差により、冷水の凍結状態を検出
   することを特徴とする低温度冷水製造装置の凍結検出方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の凍結検出方法において、熱
   交換器に流入する不凍液の温度を検出して、冷水チュー
   ブの出口通路における温度変化を修正して冷水の凍結状
   態を検出することを特徴とする低温度冷水製造装置の凍
   結検出方法。