JPH02192540A - 低温度冷水製造装置 - 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、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ューブの破損事故を懸念して、冷
水温度Ｆｉｓ℃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〜
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１０Ｃ−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・プラインと称される使用
温度範囲が最も多い。マイルド・プラインとは、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〕

９鯛分野においては、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
に制限がめるので、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、省エネルギとなフ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℃〜Ｏ℃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、プラインと冷水
との熱交換器と、前記両者を連結するプライン配管、プ
ライン循環ポンプ及びプラインタンク等からなるプ２イ
ン循環系の設備と、熱交換器に連結する冷水配管、冷水
供給ボンダ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、プ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、ｂずれか
又は両方で検出する検出手段を備えてなる冷水製造装置
である。

また、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プライン冷却能力を低下さ
せ、プラインの温度を上昇させて解凍を行う手段として
、冷ｉ￥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、及びホットガ
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、本発明の詳細な説明する。

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℃以下のプラインを製造して、このプ
ラインを熱交換器のチューブ内に通し、チューブ外には
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りに制御する
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ＱＣ近くとなるプライン温度に保持
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
り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
せ易す条件となっている。

そこで、凍結しても装置の事故や故障を起こさせずに、
ナばやぐ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、シェルアン
ドチューブ型熱交換器を採用して、チューブ外に冷水を
通水し、チューブ内にプライン（不凍液）を通水するこ
とによって、チ二−ブ（伝熱管）の破裂という事故は防
止できる。

この場合、チューブ外表面に付着した氷はチューブとチ
ューブの間で成長して、チュ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
解凍させよりとするものであり、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シ増大
するから、これを検出する手段と、凍結した場合、氷に
よってプ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プ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シ、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、プライン側を０℃以上の温度に保ってチューブの
内側から解凍するためＫ。

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って低出力（低冷却能力）と
し、同時にホッ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束として、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、冷水ボン１
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はプ
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、プラインはクー２２１で冷却
されて、熱交！！Ｉ８器２で冷水との間で熱交換が行な
われ、プラインタンク４で貯蔵されて、プラインポンプ
３によりクーラ２１へと循環するサイクルをとる。−万
、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、ここでプラインによシ冷却さ
れて、冷水蓄熱槽７の低温側すに戻される。

そして、この冷水蓄熱槽７の低温側すの冷水が、冷水２
次ポング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
温側已に循環される。

ところで、このような循環系において、通常の操作では
、クーラ出口のプ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プライン温度コン
トローラ１２から指令して容量制御機構２５を可動させ
て、冷凍機１の圧縮機２２を容量制御する。−万、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ｔ−ｏ℃近くに維持するように、冷水出口コントロ
ーラ１５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
プライン入口とプ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、検知したプ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解凍処理を行つ。

まず、凍結のすばやい解凍手段として、プラインを０℃
以上の温度に保ち、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、可変速制御値＃
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、プ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、９訓分野においては、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１Ｏ−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１Ｏ−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９２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　ＸΔＴ　Ｘ　ｉ　Ｘ　ｈ　　　　　　−−
−−−（１１−万、蓄熱容量も１１１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・・・プラインポンプ、４・・・プラインタンク、５
・・・冷水１次ポング、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・・・プライン入口（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・・
・プ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、２
３・・・容量制御機構、２４・・・ホットガスバイパス
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、プラインと冷水との熱
   交換器と、前記両者を連結するプライン配管、プライン
   循環ポンプ及びプラインタンク等からなるプライン循環
   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、
   プ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、プ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、
   及びホッ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。 ３、請求項２記載の冷水製造装置において、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。 ４、請求項２又は３記載の冷水製造装置において、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。