JPH0477218B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷水製造装置に係わり、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
的な冷水製造装置に関する。

〔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ユーブの破損事
故を懸念して、冷水温度は５℃が下限であつた。
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10〜12℃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℃の範囲であつた。

一方、工業分野では、プロセスによつて、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、輸送管径の縮少により、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
けられる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つて、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つた。

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ユーブの破損の
問題が生じ、冷水の温度は十分に低下することは
できなかつた。

そこで、本発明は、上記の要望に鑑み、従来利
用不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を提供し、また、凍結
した場合は事故（故障）とならずに、すばやく解
凍を行い、運転を続行することのできる冷水製造
装置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〕

本発明は、冷凍機又はヒートポンプと、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において、熱交換器出口
における冷水温度を０℃近くに維持して運転する
ための監視手段として、熱交換器内部での冷水の
凍結状態を、ブライン側の熱交換器出入口の温度
差の減少と、冷水側の熱交換器出入口の圧力損失
の増大の、いずれか又は両方で検出する検出手段
を備えており、前記検出手段が異常を検出時に、
ブライン温度を上昇させて解凍を行う手段とし
て、冷凍機又はヒートポンプ内に、圧縮機用の吸
込容量制御機構と、凝縮器と蒸発器を連結するバ
イパス機構を設け、該吸込容量制御機構を閉じる
手段及びホツトガスを凝縮器から蒸発器へ強制的
に流す手段からなる制御手段を備えてなる冷水製
造装置である。

このように、本発明は、前記熱交換器内部での
冷水の凍結状態を検出する検出手段が異常を検出
した時に、熱交換器内部での凍結現象を短時間で
解凍し運転を続行させるため、冷凍機又はヒート
ポンプのブライン冷却能力を低下させ、ブライン
の温度を上昇させて解凍を行う手段として、冷凍
機又はヒートポンプ内に、圧縮機用の吸込容量制
御機構と、凝縮器と蒸発器を連結するバイパス機
構を設け、該吸込容量制御機構を閉じる手段、及
びホツトガスを凝縮器から蒸発器に強制的に流す
手段からなる制御手段を備えてなる冷水製造装置
である。

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
ヒートポンプによつて、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ユーブ内に
通し、チユーブ外には冷水を通して、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℃近くに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つている。

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。

凍結しても事故とならないようにするには、シ
エルアンドチユーブ型熱交換器を採用して、チユ
ーブ外に冷水を通水し、チユーブ内にブライン
（不凍液）を通水することによつて、チユーブ
（伝熱管）の破裂という事故は防止できる。この
場合、チユーブ外表面に付着した氷はチユーブと
チユーブの間で成長して、チユーブを曲げてしま
う等の事故も考えられるが、このような事故は凍
結の検出手段がなく、氷を無防備に成長させた場
合に起きるものである。

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入口と出口の圧力
損失が凍結により増大するから、これを検出する
手段と、凍結した場合、氷によつてブラインから
冷水への伝熱が劣化し、熱交換量の減少による熱
交換器のブライン入口と出口の温度差の縮少を検
出する手段の両方又はいずれかにより、凍結を検
出しようとするものである。

更に、凍結を検出した場合、凍結のすばやい解
除手段として、ブライン側を０℃以上の温度に保
つてチユーブの内側から解凍するために、冷凍機
又はヒートポンプの容量制御機構を安定運転が続
行できる範囲で強制的に絞つて低出力（低冷却能
力）とし、同時にホツトガスバイパス弁を強制的
に開いて、低出力を維持させるものである。

他方、同時に冷水側からの解凍策として、熱交
換器に供給する冷水流量を一時的に強制的に増大
させて、熱伝達率を向上させて氷を解かす手段、
及び冷水入口温度を上昇させる手段等がある。

この冷水側からの具体的解凍手段としては、冷
水ポンプを可変速として、凍結検出時には、強制
的に最大回転数となるように制御手段を設けるこ
とである。また、冷水の入口温度を上昇させるに
は、冷水蓄熱槽内の高温度の冷水を強制的に混合
させる三方弁等の混合装置を設けておけばよい。

〔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はホツトガスバイパス
弁、２５は凝縮器である。

この装置の運転において、ブラインはクーラ２
１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。一方、熱交換器の冷水出
口温度を温度検出器１３′で検出し、この温度を
０℃近くに維持するように、冷水出口コントロー
ラ１３から指令して可変速制御装置６を可動させ
て、冷水１次ポンプ５の冷水流量を調節するもの
である。

そして、このような通常の操作において、熱交
換器２のブライン入口とブライン出口の温度及
び／又は熱交換器２の冷水入口と冷水出口の圧力
を常に検知１４，１５しておき、検知したブライ
ンの温度差及び／又は冷水の圧力差が、通常の操
作値よりも異常の場合は、熱交換器内部において
凍結が始まつ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解凍処理を行う。

まず、凍結のすばやい解凍手段として、ブライ
ンを０℃以上の温度に保ち、熱交換器のチユーブ
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
つて低出力（低冷却能力）とし、同時に凝縮器２
５から蒸発器２１へのホツトガスバイパス弁２４
を開いて、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が、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。

Ｑ＝Ｇ×△Ｔ×γ×ｈ ………(1) （Ｑ：熱交換量、△Ｔ：温度差、Ｇ：循環量、 γ：流体の比重、ｈ：流体の比熱） 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つて、有効利用できる温度
差△Ｔが培増することによつて蓄熱容量も培増で
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…ブラインポンプ、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…ブライン入口（クーラ出口）温
度コントローラ、１３…冷水出口温度コントロー
ラ、１２′，１３′…温度検出器、１４…ブライン
温度差検知器、１５…冷水圧力差検知器、２１…
クーラ（蒸発器）、２２…圧縮機、２３…容量制
御機構、２４…ホツトガスバイパス弁、２５…凝
縮器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冷凍機又はヒートポンプと、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
   び冷水蓄熱装置において、熱交換器出口における
   冷水温度を０℃近くに維持して運転するための監
   視手段として、熱交換器内部での冷水の凍結状態
   を、ブライン側の熱交換器出入口の温度差の減少
   と、冷水側の熱交換器出入口の圧力損失の増大
   の、いずれか又は両方で検出する検出手段を備え
   ており、前記検出手段が異常を検出時に、ブライ
   ン温度を上昇させて解凍を行う手段として、冷凍
   機又はヒートポンプ内に、圧縮機用の吸込容量制
   御機構と、凝縮器と蒸発器を連結するバイパス機
   構を設け、該吸込容量制御機構を閉じる手段、及
   びホツトガスを凝縮器から蒸発器へ強制的に流す
   手段からなる制御手段を備えてなる冷水製造装
   置。 ２ 請求項１記載の冷水製造装置において、前記
   検出手段が異常を検出時に、冷水側からの解凍を
   促進させるため、強制的に熱交換器に供給する冷
   水流量を増大させるための制御手段を備えてなる
   冷水製造装置。 ３ 請求項１又は２記載の冷水製造装置におい
   て、前記検出手段が異常を検出時に、冷水側から
   の解凍を促進させるため、冷水蓄熱槽内の温度の
   異なる冷水を混合する手段を設け、熱交換器に供
   給する冷水の温度を上昇させるための制御手段を
   備えてなる冷水製造装置。