JPS62218799A - 電気機器の排熱回収装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本体発明は電気機器の排熱を有効に回収する排熱回収装
置に関する。

（従来の技術） 近年省資源・省エネルギー志向が各産業設備まで進み、
機器を運転することにより発生する熱をそのまま外気へ
放出する従来の冷却設備から、外気へ放出されていた熱
を回収し他設備分野へのエネルギー源として再利用する
ことが行なわれるようになった。負荷変動が多い電気機
器においても前記同様のニーズが有ることはいうまでも
なく、大きく変動′する負荷に柔軟に対応しかつ回収効
率の高い排熱回収装置の開発が要望されている。

第４図は排熱回収装置の従来例を示す。電気機器（１）
内で発生した熱は絶縁油などの媒体を介し熱交換器（２
）に送られ冷却水との間で熱交換を行なう。加熱された
冷却水は、冷却水ポンプ（３）で排熱交換器（４）に送
られ、蓄熱槽（５）からポンプ（６）で送られた水と熱
交換し、冷却された後、冷却塔（７）に送られる。排熱
交換器（４）で回収出来なかった余剰な熱のみを大気中
へ放出し、冷却ざれた後、再び冷却水は循環される。冷
却水の冷却塔（７）出口水温が低下すると、冷却水出口
水温検出器（８）にて水温を検出し、制御器（９）によ
り冷却水出口制御弁（１０）を操作し・て冷却水出口水
温があらかじめ設定された温度になるように、冷却塔（
７）を流れる水量を絞り水温を制御していた。一方、蓄
熱槽（５）から蓄熱槽出口制御弁（１１）を介し、ポン
プ（６）により排熱交換器（４）に送られる水は、蓄熱
槽出口水温検出器（１２）にて水温が検出され制御器（
１３）により蓄熱槽出口制御弁（１１）を制御すること
で、ポンプ（６）の吸込口である冷水槽（５ａ）と温水
槽（５ｂ）各々よりの吸込水量を制御しその混合比を変
化させることにより、あらかじめ設定された温度に混合
水温が制御されたのち、排熱交換器（４）に送られ、冷
却水と熱交換し、加熱されて蓄熱槽（５）に戻されてい
た。

排熱交換器（４）の出口側の水温制御弁（１４）の下流
側に設けた蓄熱槽入口水温検出器（１５）により、上記
水温制御弁（１４）の出側水温を検出し、制御器（１６
）により、水温制御弁（１４）を操作して設定水温にな
るように排熱交換器（４＞を通る水量を可変していた。

電気機器（１）の負荷変動による発熱量の低下、又は外
気温度の低下による冷却塔（７）の冷却性能の向上によ
り、冷却水温度が低下した場合、冷却塔出口・制御弁（
１０）により冷却塔（７）をバイパスする冷却水量が減
少してしまい、冷却塔（７）内の冷却水は外気温度近く
まで下がりその結果冷却塔（７）の熱交換器（１７）の
凍結による破損を防止するため・外気温度検出器（１８
）で外気温度を検出し、制御器（１０）により凍結温度
以下で冷却塔出口制御弁（１０）の冷却塔（７）からの
通水側の開度を若干大きくすることにより冷却塔（７）
の冷却水の通水量を増やす操作をしていた。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術は、電気機器の最低負荷運転状態に於いて排熱
回収可能熱量より少ない熱量を回収する方法としては有
効であったが、電気機器の負荷変動や外気温度の変動で
排熱回収しうる熱量が変動する為、これら排熱回収出来
る熱量を最大限に有効に回収する方式としては以下のよ
うな不都合があった。

電気機器（１）の負荷変動による発熱量の低下及び外気
温度の低下により冷却塔の冷却性能が向上すれば、冷却
水温度は低下し、冷却塔出口制御弁（１０）は冷却塔（
７）をバイパスし冷却塔（７）への通水を押えることと
なり、冷却塔（７）より外気へ放熱される熱量が減少し
冷却水温度を一定に保つように制御している。一方排熱
回収系統は、冷却水系統よりの熱供給が少ないため、徐
々に蓄熱槽入口水温が低下して行き、水温制御弁（１４
）は排熱交換器（４）への通水を増加させ、さらに熱の
供給を受けようとする制御が働らくこととなる。この状
態に到ると冷却水系統と排熱回収系統は両者共温度の制
御は出来なくなり、最終的には冷却水系統と温水槽（５
ｂ）の水温は同一温度でバランスするに到ってしまう。

また外気が凍結温度以下に低下すると、冷却塔（７）の
凍結保護を行なうため、冷却塔（７）へ必要水量を通水
するが、この場合温水槽（５ｂ）の熱を逆に冷却塔（７
）を介し外部へ放出することとなり、温水槽（５ｂ）の
水温が低下し、冷却水系統と排熱回収系統との熱の授受
の関係が逆転するなどの欠点が有り問題となっていた。

　　　　゛本発明は、電気機器より発生する熱に対し冷
却設備を運転上保護しうる最低限の熱のみを消費し、そ
の他の余剰熱はいかなる場合においても最大限に回収出
来る装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 冷却水系統の余剰熱を検出し、その余剰熱のみを排熱回
収系統へ取り込むよう水温制御弁を制御する。第１図は
本発明による基本的概念を表わす図である。

冷却水系統の水温を冷却水系統の排熱交換器（４）の冷
却水出口側に設置した冷却水温検出器（１９ａ）にて検
出し、冷却水温検出器（１９ａ）の信号により蓄熱槽入
口側に設けた水温制御弁（１４）を操作し、排熱交換器
（４）の通過水量及びバイパス水量を制御するようにし
た。

（作　用） 冷却水系統は冷却水温検出器（１８ａ）により、冷却水
出口制御弁（１０）の出口水温を検出して、冷却水出口
制御弁（１０）を操作して設定水温になるように冷却塔
（７）を通る水量を可変し制御している。

また電気機器よりの発熱量が低い場合もしくは外気温度
が低く、冷却塔（７）の凍結が懸念される状態において
冷却水出口制御弁（１０）を操作し、冷却塔（７）の凍
結を回避するだけの最低水量を冷却塔（７）に通水する
制御を行なうことは熱論である。

排熱回収系統は排熱交換器（４）の入口側にて一定水温
となるよう制御される。冷却水系統に存在する余剰熱は
、電気機器の負荷変動及び外気温度により増減すること
は、前記説明の通りであり、余剰熱に見合った熱のみを
排熱として回収することが効率的な運転となる。冷却水
系統の排熱交換器（４）の冷却水出口側に設置した冷却
水温検出器（１９ａ）にて検出した水温と排熱回収系統
の排熱交換器（４）の入口側の水温との差が余剰熱とし
て回収しうる排熱である。水温制御弁（１４）は、冷却
水温検出器（１９ａ）の検出温度により排熱交換器（４
）の通水量を可変すると共に、排熱回収系統の排熱交換
器（４）の入口側温度に合わせた設定温度により排熱交
換器（４）を全量バイパスすることで、冷却水系統との
熱の授受を行なわない制御をする。

以上説明のように本発明になる機器構成をすることによ
り、最少熱量は冷却水出口制御弁（１０）で確保され、
冷却水温検出器（１９ａ）の検出温度と排熱回収系統の
排熱交換器（４）の入口側温度の範囲にて、水温制御弁
（１４コを操作することにより、排熱交換器（４）への
通水量を可変し、冷却水系統と排熱回収系統における熱
の供給と需要のバランスをくずすことなく、最大限の排
熱を有効に回収出来る設備となる。

（実施例） 以下に本発明の一実施例について、第２図を参照して説
明する。尚、第２図において第１図、第４図と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

本実施例においては、第４図の従来のものに対して、下
記構成要件を追加及び削除する。

制御器（１６）の検出端である蓄熱槽入口水温検出器を
削除し、冷却水系統の排熱交換器（４）出口側に冷却水
温水検出器（１９）を設け、制御器（１６）を介した後
に水温制御弁（１４）を操作するよう構成すると共に冷
却塔出口側には冷却塔出口水温検出器（２０）を設は水
温を検出し、制御器（２１）の設定温度により、冷却塔
（７）内の機器である散水ポンプ（２２）送風機（２３
）ダンパー（２４）の運転制御をさせるよう構成する。

外気温度が低下し、電気機器（１）の負荷が低下し放熱
量が少なくなれば、冷却水温度が低下するため、冷却水
出口制御弁（１０）は冷却水温を一定に保つべく冷却塔
（７）に通水する流路を締ると共にバイパスの流路を開
くためこの状態のまま冷却塔（７）の運転を継続すれば
冷却塔（７）内部型は下がり熱交換器（１７）は凍結の
恐れが生じると同時に、熱を必要以上に大気へ放出する
ため、冷却塔出口水温検出（２０）により水温を検出し
、制御器（２１）の設定温度により散水ポンプ（２２）
を停止した俊、送風機（２３）を停止し、ダンパー（２
４）を全開とし、大気へのむだな熱方散を最小限に押え
る制御を行なう。

また外気が凍結温度以下になった場合は、外気温度検出
器（１８）によりその状態を検出し制御器（９）により
冷却水出口制御弁（１０）を操作し、冷却塔（７）の熱
交換器（１７）が凍結しない最低限の水量のみを冷却塔
（７）へ通水するように制御する。冷却水系統は以上の
動作により外気温低下並びに電気機器（１）の負荷低下
時において大気への放熱熱量を極力最小限に押える。

一方排熱回収系統は排熱交換器入口制御弁（１１）の操
作により蓋熱槽出口水温検出器（１２）の検出温度を一
定に制御している。この設定温度以下では水温制御弁（
１４）が排熱交換器（４）側への通水路を全開としバイ
パスの流路を全開となるように制御器（１６）を介して
制御している為排熱回収系統の熱が冷却系統に逆流する
ことはなくなる。また冷却水温検出器（１９）により冷
却水系統の水温を検出しその検出温度に応じ水温制御弁
（１４）を操作し、水温が高い場合には排熱交換器（４
）の通水量を増やし、また水温が低くなった場合にはバ
イパス回路の通水量を増やすと共に排熱交換器（４）の
通水量を減らすよう、制御器（１６）より指令を出し水
温制御弁（１４）を制御させることにより、冷却水系統
の熱を排熱交換器（４）を介し蓄熱槽（５）に有効に回
収することができる。また電気機器（１）の負荷が高く
、外気温度が高く、排熱回収系統の排熱の回収能力で許
容出来ない場合、又は排熱回収をおこなわない場合は、
冷却水出口制御弁（１０）は徐々に冷却塔（７）の通水
量を増やす制御がおこなわれ、冷却塔出口水温検出器（
２０）により水温上昇を検出し、制御器（２１）の設定
温度により、ダンパー（２４）を全開とし、送風機（２
３）を運転した後、散水ポンプ（２２）を運転すること
により冷却水温度を一定に制御する。

電気機器（１）の放熱量が低く、外気温度が低い排熱回
収としては過酷な条件下においても、冷却塔（７）より
の放熱量を最小限に押えることにより冷却塔（７）の熱
交換器（１７）の凍結保護に必要な熱量を少なくし、よ
り多くの熱を有効に回収する。

回収に際して冷却水温度が排熱回収系統の水温より高い
範囲においては、全ての排熱を回収すると共に、冷却水
温度が排熱回収温度より低い範囲に入うた場合において
は、排熱交換器（４）をバイパスすることで熱交換しな
いため、排熱回収系統の熱が冷却水系統へ移行すること
を防止出来、排熱回収した熱は有効に利用出来る。

第３図は本発明の他の実施例の要部を示す。第２図の実
施例によれば水温制御弁（１４）は三方制御弁を図示し
て使用した例であるが、第３図によれば第１図の三方制
御弁（１４ａ）と第２の三方制御弁（１４ｔ））を互い
に逆の動作をするように構成し、三方制御弁を使用した
水温制御弁（１１）の代用としたものである。このよう
にしても第１図の装置と同様な作用効果が得られるもの
でおる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷却水系統の熱
を冷却塔の熱交換器の凍結破壊を防止するに必要となる
熱を除く全ての熱を排熱として回収でき、又、排熱回収
した蓄熱槽内の水の熱を冷却水の低温時に逆に冷却系統
へ排出させることが無くなる効果が有り、効率的に排熱
を回収することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気機器の排熱回収装置の考え方
を示す概念図、第２図は本発明の一実施例を示す管系図
、第３図は本発明の他の実施例の要部を示す管系図、第
４図は従来例の管系図である。 １・・・電気機器　　　　　　２・・・熱交換器３・・
・冷却水ポンプ　　　　４・・・排熱交換器５・・・蓄
熱槽　　　　　　５ａ・・・冷水槽５ｂ・・・温水槽　
　　　　　　６・・・ポンプ７・・・冷却塔、　８，８
ａ・・・冷却水出口水温検出器９・・・制御器　　　　
１０・・・冷却水出口制御弁１１・・・蓋熱槽出口制御
弁 １２・・・蓋熱槽出口水温検出器 １３・・・制御器　　　　　　　１４・・・水温制御弁
１４ａ・・・第に三方制御弁　　１４ｂ・・・第２二方
制御弁１５・・・蓄熱槽入口水温検出器 １６・・・制御器　　　　　　　１８・・・外気温度検
出器１９．１９８・・・冷却水温検出器 ２０・・・冷却塔出口水温検出器 ２１・・・制御器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気機器を冷却する冷却水系統に排熱交換器を介して接
   続され冷水槽および温水槽を有する蓄熱槽を備えた排熱
   回収装置ににおいて、前記冷水槽並びに温水槽にそれぞ
   れ蓄えた冷水及び温水を混合し排熱交換器へ送水される
   水温が排熱交換器入口側で一定温度になるように制御弁
   を設けると共に冷却水系統には冷却塔出口側の冷却水温
   度を一定にするため冷却塔出口に制御弁を設け、さらに
   冷却水系統の排熱交換器出口側に設けた冷却水温度検出
   器により冷却水系統の水温を検出し冷却塔へ送られる冷
   却水温度が一定になるよう、排熱交換器を介して排熱回
   収し蓄熱槽へ熱を蓄熱するようなさしめたことを特徴と
   する電気機器の排熱回収装置。