冷却システム及び冷却方法
【課題】低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる冷却システム及び冷却方法を提供する。
【解決手段】冷却回路１００は、ｍ台（ｍ≧１）の冷却塔２０と、ｎ台（ｎ≧１）の冷凍機４０と、冷却塔２０及び冷凍機４０を連結する循環配管７０と、冷却塔２０を通過した冷却水を、冷凍機４０を介さずに冷却塔２０に返送するバイパス配管７２と、バイパス配管７２を流れる冷却水の流量を調節するバイパスポンプ７４とを備える。制御装置５０は、流量計７８の測定結果に基づいて、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が冷却塔２０の最小冷却水流量以上になるように、バイパスポンプ７４を制御する。これにより、冷却塔２０の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔２０に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔２０の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【解決手段】冷却回路１００は、ｍ台（ｍ≧１）の冷却塔２０と、ｎ台（ｎ≧１）の冷凍機４０と、冷却塔２０及び冷凍機４０を連結する循環配管７０と、冷却塔２０を通過した冷却水を、冷凍機４０を介さずに冷却塔２０に返送するバイパス配管７２と、バイパス配管７２を流れる冷却水の流量を調節するバイパスポンプ７４とを備える。制御装置５０は、流量計７８の測定結果に基づいて、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が冷却塔２０の最小冷却水流量以上になるように、バイパスポンプ７４を制御する。これにより、冷却塔２０の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔２０に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔２０の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システム及び冷却方法に係り、例えば、クリーンルームやビル等の空調に用いる冷却システム及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンルームやビル等の施設では、冷房運転が行われる。このため、これらの施設の冷却時に消費されるエネルギーを削減する冷却システム及び冷却方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、従来の設計よりも大きな容量の冷却塔を用いることで、エネルギーを削減することができる冷却システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法のように、従来よりも大型化した冷却塔を用いると、冷却塔の容量に対して冷却水の流量が不足してしまうことがある。冷却水の流量が不足すると、冷却塔内の充填材を均一に濡らすことが困難になり、冷却水と外気との伝熱面積が変動して、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。
【０００６】
また、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷凍機やフリークーリング用の熱交換器の冷却能力が過剰にならないように、冷却水の循環流量が減らされるので、冷却塔の容量に対して冷却水の流量が不足しがちになる。したがって、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることがますます難しい。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る冷却システムは、外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプと、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記冷却システムによれば、バイパス配管を流れる冷却水の流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔に流入する冷却水の流量を、冷却塔の最小冷却水流量以上に維持することができる。これにより、冷却塔の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【００１０】
なお、「冷却対象媒体」とは、例えば、冷凍機の冷凍サイクルを循環する冷媒や、熱交換器における熱交換の対象である冷媒（冷水）などを指す。
【００１１】
上記冷却システムにおいて、「熱交換部」は、冷凍機の凝縮器であってもよいし、フリークーリング用の熱交換器であってもよい。
【００１２】
上記冷却システムは、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を測定する流量計をさらに備え、前記制御手段は、前記流量計の測定結果に基づいて前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１３】
これにより、冷却塔に流入する冷却水の流量の正確な測定値に基づいて、バイパスポンプを制御することができる。また、シミュレーションや条件出し等の事前の検討をする必要がない。
【００１４】
上記冷却システムは、前記冷却水ポンプ及び前記バイパスポンプの回転数と、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量との関係を予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記関係に基づいて、前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１５】
この場合、流量計や差圧計等の測定装置を追加する必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００１６】
上記冷却システムは、前記熱交換部の入口及び出口における前記冷却水の圧力差を測定する差圧計をさらに備え、前記制御手段は、前記差圧計の測定結果に基づいて、前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１７】
これにより、高価な流量計を追加する必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００１８】
本発明に係る冷却方法は、外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプとを備える冷却システムを用いる冷却方法であって、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を取得する工程と、取得された前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、冷却水の流量を「取得する」とは、冷却水の流量を測定する場合だけでなく、冷却水の流量を算出する場合も含む。例えば、冷却水流量を流量計で測定してもよいし、冷凍機の入口及び出口における冷却水の圧力差を差圧計により測定し、当該圧力差に基づいて、冷却水流量を算出してもよい。さらに、冷却水ポンプ及びバイパスポンプの回転数と、冷却塔に流入する冷却水流量との関係を予め求めておき、当該関係に基づいて、冷却水流量を算出してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、バイパス配管を流れる冷却水の流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔に流入する冷却水の流量を、冷却塔の最小冷却水流量以上に維持することができる。これにより、冷却塔の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】冷却システムの一例を示す構成図である。
【図２】冷却システムの運転方式の決定に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３】冷凍機運転用冷却回路の一例を示す構成図である。
【図４】図３に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】第１変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図である。
【図６】図５に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第２変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図である。
【図８】図７に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、冷却システムの一例を示す構成図である。冷却システム１０は、冷却塔２０及びフリークーリング用の第１熱交換器３０を含むフリークーリング運転用冷却回路Ａと、冷却塔２０及び冷凍機４０を含む冷凍機運転用冷却回路Ｂと、第２熱交換器３２と、ドライコイル３４と、冷却対象であるクリーンルーム３６と、冷却システム１０の各部を制御する制御装置５０とを備える。
【００２４】
フリークーリング運転用冷却回路Ａおよび冷凍機運転用冷却回路Ｂに設けられる冷却塔２０は、冷却水を散水する散水管２２と、塔内に外気を導入するファン２４と、塔内に設けられる充填材（不図示）とを有する。これにより、散水管２２から散水された冷却水は、冷却塔２０内の充填材を伝って流れ落ちる際に、ファン２４により塔内に導入された外気と接触して、冷却される。
【００２５】
フリークーリング運転用冷却回路Ａの第１熱交換器３０は、冷却塔２０を通過した冷却水を冷水と熱交換する熱交換器であり、スパイラル式や、多管円筒式等の公知の熱交換器を使用することができる。
【００２６】
冷凍機運転用冷却回路Ｂの冷凍機４０は、凝縮器４２及び蒸発器４４を含む冷凍サイクルを備え、凝縮器４２と蒸発器４４とは不図示の循環路により接続され、当該循環路を冷媒が循環するようになっている。そして、凝縮器４２において凝縮した冷媒が、蒸発器４４において気化する際に、冷水から気化熱を奪って、冷水を冷却する。
【００２７】
第２熱交換器３２は、フリークーリング運転用冷却回路Ａおよび冷凍機運転用冷却回路Ｂの少なくとも一方により冷却された冷水を、ドライコイル冷却水と熱交換する熱交換器であり、スパイラル式や、多管円筒式等の公知の熱交換器を使用することができる。
【００２８】
また、ドライコイル３４は、第２熱交換器３２で冷却されたドライコイル冷却水を、クリーンルーム３６内の空気と熱交換することで、クリーンルーム３６を冷却する。なお、クリーンルーム３６内の空気は、不図示の空気循環用ファンにより、クリーンルーム３６とドライコイル３４とを循環するようになっている。
【００２９】
制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリから構成され、冷却塔２０のファン２４や、ポンプ６０、６２、６４、６６及び６８のインバータ周波数を調節することで、これらを制御する。
【００３０】
また、制御装置５０は、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の開閉状態を制御することにより、フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとを切り換えることができる。
【００３１】
例えば、外気湿球温度が低い冬期には、第１バルブ５２を開状態、第２バルブ５４を閉状態として、フリークーリング運転用冷却回路Ａによる冷却を行う。すなわち、フリークーリング運転用冷却回路Ａの冷却塔２０において冷却された冷却水を、冷却水ポンプ６０により、冷却塔２０と第１熱交換器３０との間で循環させるとともに、フリークーリング利用時用の冷水ポンプ６２により、第１熱交換器３０と第２熱交換器３２との間で冷水を循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ６４により、第２熱交換器３２とドライコイル３４との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、フリークーリング運転用冷却回路Ａを用いて、クリーンルーム３６内の空気を冷却することができる。
【００３２】
一方、外気湿球温度が高い夏期には、第１バルブ５２を閉状態、第２バルブ５４を開状態として、冷凍機運転用冷却回路Ｂによる冷却を行う。すなわち、冷凍機４０において冷却された冷水を、冷凍機運転時用の冷水ポンプ６６により、冷凍機４０の蒸発器４４と第２熱交換器３２との間で循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ６４により、第２熱交換器３２とドライコイル３４との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、冷凍機運転用冷却回路Ｂを用いて、クリーンルーム３６内の空気を冷却することができる。なお、冷凍機運転時は、冷凍機運転時用の冷却水ポンプ６８により、冷凍機運転用冷却回路Ｂの冷却塔２０と冷凍機４０の凝縮器４２との間で冷却水が循環される。
【００３３】
なお、中間期には、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の両方を開状態として、フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとを併用してもよい。
【００３４】
フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとの切り換えは、外気条件及び冷却負荷の少なくとも一方に基づいて行われることが好ましい。例えば、制御装置５０が、フリークーリング運転用冷却回路Ａ及び冷凍機運転用冷却回路Ｂについて、現在の外気条件（例えば、外気湿球温度や外気比エンタルピー）及び冷却負荷における全消費電力を算出して、全消費電力が最小となる運転方式を選択してもよい。あるいは、上記演算を種々の外気条件及び冷却負荷について予め行って、全消費電力が最小となる運転方式をテーブル（図２参照）として不図示の記憶手段に記憶しておき、当該テーブルに基づいて運転方式を選択してもよい。
【００３５】
ところで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が不足すると、塔内の充填材を均一に濡らすことが困難になり、冷却水と外気との伝熱面積の変動により、冷却塔２０の所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。このため、本実施形態では、冷却塔２０を通過した冷却水を冷却塔２０に直接返送するバイパス配管を設けて、当該バイパス配管の冷却水流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔２０の最小冷却水流量を確保している。
【００３６】
以下、バイパス配管及びバイパスポンプについて、冷凍機運転用冷却回路Ｂを例にとって詳細に説明するが、フリークーリング運転用冷却回路Ａについても以下で説明するバイパス配管及びバイパスポンプを設けてもよいのはいうまでもない。
【００３７】
図３は、冷凍機運転用冷却回路の一例を示す構成図である。なお、上述の冷却システム１０の冷凍機運転用冷却回路Ｂと共通する構成要素には同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。
【００３８】
図３に示す冷凍機運転用の冷却回路１００は、ｍ台（ｍ≧１）の冷却塔２０（２０−１、２０−２、…、２０−ｍ）と、ｎ台（ｎ≧１）の冷凍機４０（４０−１、４０−２、…、４０−ｎ）と、冷却塔２０及び冷凍機４０を連結する循環配管７０とを備える。
【００３９】
冷凍機４０のＣＯＰを向上させるには、冷却塔２０を大型化して、冷凍機４０の入口における冷却水を低温化することが望ましい。ここで、冷却塔２０を「大型化」するとは、冷却塔２０の全体としての容量を増やすことをいい、冷却塔２０の台数ｍを増やしてもよいし、一台の冷却塔２０の容量を増やしてもよい。また、大容量の冷却塔２０を複数台設けることで、冷却塔２０の大型化を行ってもよい。
【００４０】
しかしながら、冷却塔２０を大型化すると、冷却塔２０の全体としての容量に対して冷却水の流量が不足して、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が、冷却水流量の下限値（最小冷却水流量）を下回ってしまう場合がある。各冷却塔２０に流入する冷却水の流量が最小冷却水流量を下回ると、冷却塔２０内の充填材を均一に濡らすことが困難となり、所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。
【００４１】
例えば、冷却塔２０及び冷凍機４０の一般的な仕様に従って、冷却塔２０の最小冷却水流量が冷却塔２０の定格流量の４０％である場合について考える。なお、冷凍機４０の定格流量をＶ０［ｍ３／ｈｒ］とする。
【００４２】
定格運転時に冷凍機４０が全体として必要とする冷却水流量は、ｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］である。通常であれば冷凍機４０に合わせて、定格流量がｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］の冷却塔２０を用いればよいが、冷凍機４０のＣＯＰを向上させるために、例えば、定格流量が２ｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］の大型化した冷却塔２０を用いると、定格運転時に循環配管７０を流れる冷却水の流量（＝ｎＶ０）は、冷却塔２０の定格流量の５０％になる。
【００４３】
さらに、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷却水ポンプの搬送動力削減のため、冷却水ポンプ６８（６８−１、６８−２、…、６８−ｎ）の変流量制御により、冷凍機４０の凝縮器４２に流入する冷却水の流量が減らされる。したがって、循環配管７０を循環する冷却水の流量が減少する。
【００４４】
この場合、循環配管７０を循環する冷却水の流量が、冷却塔群の定格流量の４０％（最小冷却水流量）を下回ってしまうことがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、冷却塔２０を通過した冷却水を、冷凍機４０を介さずに冷却塔２０に返送するバイパス配管７２と、バイパス配管７２を流れる冷却水の流量を調節するバイパスポンプ７４とを設けている。これにより、バイパス配管７２の冷却水流量を調節することで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。
【００４６】
本実施形態では、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を測定する流量計７８を設けて、流量計７８の測定結果に基づいて、制御装置５０が、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が冷却塔２０の最小冷却水流量以上になるように、バイパスポンプ７４を制御する。
【００４７】
また、バイパス配管７２は、冷凍機４０側に設けてもよいが、バイパスポンプ７４のポンプ揚程を小さくする観点から、冷却塔２０の近傍に設けることが好ましい。なお、バイパスポンプ７４の停止時や低回転数運転時に、バイパス配管７２内の冷却水が水頭差により逆流してしまうことを防止するために、バイパス配管７２に逆止弁７６を設けることが好ましい。
【００４８】
次に、バイパスポンプ７４の制御方法の具体例について説明する。図４は、バイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、流量計７８により冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を測定し（ステップＳ１）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ２）。ここで、閾値Ｖ０は、冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００５０】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の運転を開始する（ステップＳ３）。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ４）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４を停止し（ステップＳ５）、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ６）。
【００５１】
バイパスポンプ７４の運転開始後、流量計７８により冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を再び測定し（ステップＳ７）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ８）。
【００５２】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の回転数を増やし（ステップＳ９）、ステップＳ７に戻る。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ１０）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４の回転数を減らし（ステップＳ１１）、ステップＳ７に戻る。また、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ１２）。
【００５３】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ１（＞Ｖ０）を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止するか、回転数を減らすことにより、ポンプ消費電力を削減することができる。
【００５４】
さらに、冷却塔２０に流入する冷却水の流量の正確な測定値に基づいて、バイパスポンプ７４を制御することができる。また、シミュレーションや条件出し等の事前の検討をする必要がない。
【００５５】
なお、上記制御方法では、バイパスポンプ７４のＯＮ／ＯＦＦの切換頻度を少なくする観点から、閾値Ｖ１を閾値Ｖ０よりも大きな値に設定しているが、閾値Ｖ１として閾値Ｖ０を用いてもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施形態に係る冷却システムおよび冷却方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、冷却対称としてクリーンルーム３６を備える冷却システム１０の例について説明したが、本発明はこの例に限定されず、様々な冷却対象についても適用可能である。例えば、本発明を適用することができる冷却対称として、ビル、工場等の施設や、計算機を格納するサーバールームや、発熱を伴う機器を挙げることができる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、バイパス配管７２の冷却水流量を流量計７８の測定結果に基づいて調節する例について説明したが、以下で説明する第１変形例および第２変形例のように、流量計７８を用いずに、バイパス配管７２の冷却水流量を調節してもよい。
【００５９】
図５は第１変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図であり、図６は図５に示す冷却回路のバイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。また、図７は第２変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図であり、図８は図７に示す冷却回路のバイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、図５及び７に示す冷凍機運転用冷却回路のうち、上述の冷却回路１００と共通する構成要素には同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。
【００６０】
図５に示す冷凍機運転用の冷却回路１１０は、流量計７８に代えて、冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数と、冷却塔２０に流入する冷却水の流量との関係が予め記憶された記憶部５６を備える点で冷却回路１００と異なる。
【００６１】
記憶部５６に予め記憶される上記関係は、冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数を変化させながら、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を測定することで求めることができる。また、シミュレーションにより、種々の冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数について、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を算出することで、上記関係を求めてもよい。
【００６２】
冷却回路１１０の制御装置５０は、図６に示す手順に従って、記憶部５６に予め記憶された上記関係に基づいてバイパスポンプ７４を制御することが好ましい。以下、冷却回路１１０におけるバイパスポンプ７４の制御方法の一例について説明する。
【００６３】
まず、制御装置５０により、冷却水ポンプ６８の回転数（インバータ周波数）を取得して（ステップＳ２１）、記憶部５６に予め記憶された上記関係から、取得した冷却水ポンプ６８の回転数に対応する冷却水流量Ｖを算出する（ステップＳ２２）。
【００６４】
次に、算出された冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較して（ステップＳ２３）、冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合にはバイパスポンプ７４の運転を開始し（ステップＳ２４）、冷却水流量Ｖ≧閾値Ｖ０の場合にはバイパスポンプ７４を停止する（ステップＳ２５）。なお、閾値Ｖ０は冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００６５】
バイパスポンプ７４の運転開始後、記憶部５６に予め記憶された上記関係から、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０となるようなバイパスポンプ７４の回転数ω０を算出する（ステップＳ２６）。そして、制御装置５０により、ポンプ回転数がω０となるようにバイパスポンプ７４を制御する（ステップＳ２７）。
【００６６】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止して、消費電力を削減することができる。
【００６７】
さらに、流量計や差圧計等の測定装置を設ける必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００６８】
図７に示す冷凍機運転用の冷却回路１２０は、流量計７８に代えて、冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定する差圧計７９（７９−１、７９−２、…、７９−ｎ）を備える点で冷却回路１００と異なる。
【００６９】
冷却回路１２０の制御装置５０は、図８に示す手順に従って、差圧計７９の測定結果に基づいてバイパスポンプ７４を制御することが好ましい。以下、冷却回路１２０におけるバイパスポンプ７４の制御方法の一例について説明する。
【００７０】
まず、差圧計７９により冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定し（ステップＳ３１）、差圧計７９の測定結果に基づいて冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を算出した後（ステップＳ３２）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ３３）。ここで、閾値Ｖ０は、冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００７１】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の運転を開始する（ステップＳ３４）。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ３５）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４を停止し（ステップＳ３６）、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ３７）。
【００７２】
バイパスポンプ７４の運転開始後、差圧計７９により冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定し（ステップＳ３８）、算出された圧力差に基づいて冷却水流量Ｖを再び算出する（ステップＳ３９）。そして、算出された冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ４０）。
【００７３】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の回転数を増やし（ステップＳ４１）、ステップＳ３８に戻る。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ４２）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４の回転数を減らし（ステップＳ４３）、ステップＳ３８に戻る。なお、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ４４）。
【００７４】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ１（＞Ｖ０）を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止するか、回転数を減らすことにより、ポンプ消費電力を削減することができる。
【００７５】
さらに、高価な流量計を設ける必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。特に、冷凍機４０の台数が少ない場合に、冷却システムの導入コストを大幅に低減することができる。
【００７６】
なお、上記制御方法では、バイパスポンプ７４のＯＮ／ＯＦＦの切換頻度を少なくする観点から、閾値Ｖ１を閾値Ｖ０よりも大きな値に設定しているが、閾値Ｖ１として閾値Ｖ０を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０…冷却システム、２０…冷却塔、２２…散水管、２４…ファン、３０…第１熱交換器、３２…第２熱交換器、３４…ドライコイル、３６…クリーンルーム、４０…冷凍機、４２…凝縮器、４４…蒸発器、５０…制御装置、５２…第１バルブ、５４…第２バルブ、５６…記憶部、６０…冷却水ポンプ、６２…冷水ポンプ、６４…ドライコイル冷却水ポンプ、６６…冷水ポンプ、６８…冷却水ポンプ、７０…循環配管、７２…バイパス配管、７４…バイパスポンプ、７６…逆止弁、７８…流量計、７９…差圧計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却システム及び冷却方法に係り、例えば、クリーンルームやビル等の空調に用いる冷却システム及び冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンルームやビル等の施設では、冷房運転が行われる。このため、これらの施設の冷却時に消費されるエネルギーを削減する冷却システム及び冷却方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、従来の設計よりも大きな容量の冷却塔を用いることで、エネルギーを削減することができる冷却システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２１４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法のように、従来よりも大型化した冷却塔を用いると、冷却塔の容量に対して冷却水の流量が不足してしまうことがある。冷却水の流量が不足すると、冷却塔内の充填材を均一に濡らすことが困難になり、冷却水と外気との伝熱面積が変動して、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。
【０００６】
また、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷凍機やフリークーリング用の熱交換器の冷却能力が過剰にならないように、冷却水の循環流量が減らされるので、冷却塔の容量に対して冷却水の流量が不足しがちになる。したがって、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることがますます難しい。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる冷却システム及び冷却方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る冷却システムは、外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプと、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
上記冷却システムによれば、バイパス配管を流れる冷却水の流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔に流入する冷却水の流量を、冷却塔の最小冷却水流量以上に維持することができる。これにより、冷却塔の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【００１０】
なお、「冷却対象媒体」とは、例えば、冷凍機の冷凍サイクルを循環する冷媒や、熱交換器における熱交換の対象である冷媒（冷水）などを指す。
【００１１】
上記冷却システムにおいて、「熱交換部」は、冷凍機の凝縮器であってもよいし、フリークーリング用の熱交換器であってもよい。
【００１２】
上記冷却システムは、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を測定する流量計をさらに備え、前記制御手段は、前記流量計の測定結果に基づいて前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１３】
これにより、冷却塔に流入する冷却水の流量の正確な測定値に基づいて、バイパスポンプを制御することができる。また、シミュレーションや条件出し等の事前の検討をする必要がない。
【００１４】
上記冷却システムは、前記冷却水ポンプ及び前記バイパスポンプの回転数と、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量との関係を予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記関係に基づいて、前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１５】
この場合、流量計や差圧計等の測定装置を追加する必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００１６】
上記冷却システムは、前記熱交換部の入口及び出口における前記冷却水の圧力差を測定する差圧計をさらに備え、前記制御手段は、前記差圧計の測定結果に基づいて、前記バイパスポンプを制御してもよい。
【００１７】
これにより、高価な流量計を追加する必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００１８】
本発明に係る冷却方法は、外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプとを備える冷却システムを用いる冷却方法であって、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を取得する工程と、取得された前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
ここで、冷却水の流量を「取得する」とは、冷却水の流量を測定する場合だけでなく、冷却水の流量を算出する場合も含む。例えば、冷却水流量を流量計で測定してもよいし、冷凍機の入口及び出口における冷却水の圧力差を差圧計により測定し、当該圧力差に基づいて、冷却水流量を算出してもよい。さらに、冷却水ポンプ及びバイパスポンプの回転数と、冷却塔に流入する冷却水流量との関係を予め求めておき、当該関係に基づいて、冷却水流量を算出してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、バイパス配管を流れる冷却水の流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔に流入する冷却水の流量を、冷却塔の最小冷却水流量以上に維持することができる。これにより、冷却塔の容量に対して十分な流量の冷却水を冷却塔に流すことができるため、低外気温度あるいは低冷却負荷の条件下でも、冷却塔の所望の冷却能力を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】冷却システムの一例を示す構成図である。
【図２】冷却システムの運転方式の決定に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図３】冷凍機運転用冷却回路の一例を示す構成図である。
【図４】図３に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】第１変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図である。
【図６】図５に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第２変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図である。
【図８】図７に示す冷凍機運転用冷却回路のバイパスポンプの制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、冷却システムの一例を示す構成図である。冷却システム１０は、冷却塔２０及びフリークーリング用の第１熱交換器３０を含むフリークーリング運転用冷却回路Ａと、冷却塔２０及び冷凍機４０を含む冷凍機運転用冷却回路Ｂと、第２熱交換器３２と、ドライコイル３４と、冷却対象であるクリーンルーム３６と、冷却システム１０の各部を制御する制御装置５０とを備える。
【００２４】
フリークーリング運転用冷却回路Ａおよび冷凍機運転用冷却回路Ｂに設けられる冷却塔２０は、冷却水を散水する散水管２２と、塔内に外気を導入するファン２４と、塔内に設けられる充填材（不図示）とを有する。これにより、散水管２２から散水された冷却水は、冷却塔２０内の充填材を伝って流れ落ちる際に、ファン２４により塔内に導入された外気と接触して、冷却される。
【００２５】
フリークーリング運転用冷却回路Ａの第１熱交換器３０は、冷却塔２０を通過した冷却水を冷水と熱交換する熱交換器であり、スパイラル式や、多管円筒式等の公知の熱交換器を使用することができる。
【００２６】
冷凍機運転用冷却回路Ｂの冷凍機４０は、凝縮器４２及び蒸発器４４を含む冷凍サイクルを備え、凝縮器４２と蒸発器４４とは不図示の循環路により接続され、当該循環路を冷媒が循環するようになっている。そして、凝縮器４２において凝縮した冷媒が、蒸発器４４において気化する際に、冷水から気化熱を奪って、冷水を冷却する。
【００２７】
第２熱交換器３２は、フリークーリング運転用冷却回路Ａおよび冷凍機運転用冷却回路Ｂの少なくとも一方により冷却された冷水を、ドライコイル冷却水と熱交換する熱交換器であり、スパイラル式や、多管円筒式等の公知の熱交換器を使用することができる。
【００２８】
また、ドライコイル３４は、第２熱交換器３２で冷却されたドライコイル冷却水を、クリーンルーム３６内の空気と熱交換することで、クリーンルーム３６を冷却する。なお、クリーンルーム３６内の空気は、不図示の空気循環用ファンにより、クリーンルーム３６とドライコイル３４とを循環するようになっている。
【００２９】
制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリから構成され、冷却塔２０のファン２４や、ポンプ６０、６２、６４、６６及び６８のインバータ周波数を調節することで、これらを制御する。
【００３０】
また、制御装置５０は、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の開閉状態を制御することにより、フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとを切り換えることができる。
【００３１】
例えば、外気湿球温度が低い冬期には、第１バルブ５２を開状態、第２バルブ５４を閉状態として、フリークーリング運転用冷却回路Ａによる冷却を行う。すなわち、フリークーリング運転用冷却回路Ａの冷却塔２０において冷却された冷却水を、冷却水ポンプ６０により、冷却塔２０と第１熱交換器３０との間で循環させるとともに、フリークーリング利用時用の冷水ポンプ６２により、第１熱交換器３０と第２熱交換器３２との間で冷水を循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ６４により、第２熱交換器３２とドライコイル３４との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、フリークーリング運転用冷却回路Ａを用いて、クリーンルーム３６内の空気を冷却することができる。
【００３２】
一方、外気湿球温度が高い夏期には、第１バルブ５２を閉状態、第２バルブ５４を開状態として、冷凍機運転用冷却回路Ｂによる冷却を行う。すなわち、冷凍機４０において冷却された冷水を、冷凍機運転時用の冷水ポンプ６６により、冷凍機４０の蒸発器４４と第２熱交換器３２との間で循環させる。また、ドライコイル冷却水ポンプ６４により、第２熱交換器３２とドライコイル３４との間で、ドライコイル冷却水を循環させる。これにより、冷凍機運転用冷却回路Ｂを用いて、クリーンルーム３６内の空気を冷却することができる。なお、冷凍機運転時は、冷凍機運転時用の冷却水ポンプ６８により、冷凍機運転用冷却回路Ｂの冷却塔２０と冷凍機４０の凝縮器４２との間で冷却水が循環される。
【００３３】
なお、中間期には、第１バルブ５２及び第２バルブ５４の両方を開状態として、フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとを併用してもよい。
【００３４】
フリークーリング運転用冷却回路Ａと冷凍機運転用冷却回路Ｂとの切り換えは、外気条件及び冷却負荷の少なくとも一方に基づいて行われることが好ましい。例えば、制御装置５０が、フリークーリング運転用冷却回路Ａ及び冷凍機運転用冷却回路Ｂについて、現在の外気条件（例えば、外気湿球温度や外気比エンタルピー）及び冷却負荷における全消費電力を算出して、全消費電力が最小となる運転方式を選択してもよい。あるいは、上記演算を種々の外気条件及び冷却負荷について予め行って、全消費電力が最小となる運転方式をテーブル（図２参照）として不図示の記憶手段に記憶しておき、当該テーブルに基づいて運転方式を選択してもよい。
【００３５】
ところで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が不足すると、塔内の充填材を均一に濡らすことが困難になり、冷却水と外気との伝熱面積の変動により、冷却塔２０の所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。このため、本実施形態では、冷却塔２０を通過した冷却水を冷却塔２０に直接返送するバイパス配管を設けて、当該バイパス配管の冷却水流量をバイパスポンプにより調節することで、冷却塔２０の最小冷却水流量を確保している。
【００３６】
以下、バイパス配管及びバイパスポンプについて、冷凍機運転用冷却回路Ｂを例にとって詳細に説明するが、フリークーリング運転用冷却回路Ａについても以下で説明するバイパス配管及びバイパスポンプを設けてもよいのはいうまでもない。
【００３７】
図３は、冷凍機運転用冷却回路の一例を示す構成図である。なお、上述の冷却システム１０の冷凍機運転用冷却回路Ｂと共通する構成要素には同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。
【００３８】
図３に示す冷凍機運転用の冷却回路１００は、ｍ台（ｍ≧１）の冷却塔２０（２０−１、２０−２、…、２０−ｍ）と、ｎ台（ｎ≧１）の冷凍機４０（４０−１、４０−２、…、４０−ｎ）と、冷却塔２０及び冷凍機４０を連結する循環配管７０とを備える。
【００３９】
冷凍機４０のＣＯＰを向上させるには、冷却塔２０を大型化して、冷凍機４０の入口における冷却水を低温化することが望ましい。ここで、冷却塔２０を「大型化」するとは、冷却塔２０の全体としての容量を増やすことをいい、冷却塔２０の台数ｍを増やしてもよいし、一台の冷却塔２０の容量を増やしてもよい。また、大容量の冷却塔２０を複数台設けることで、冷却塔２０の大型化を行ってもよい。
【００４０】
しかしながら、冷却塔２０を大型化すると、冷却塔２０の全体としての容量に対して冷却水の流量が不足して、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が、冷却水流量の下限値（最小冷却水流量）を下回ってしまう場合がある。各冷却塔２０に流入する冷却水の流量が最小冷却水流量を下回ると、冷却塔２０内の充填材を均一に濡らすことが困難となり、所望の冷却能力を安定して得ることが難しい。
【００４１】
例えば、冷却塔２０及び冷凍機４０の一般的な仕様に従って、冷却塔２０の最小冷却水流量が冷却塔２０の定格流量の４０％である場合について考える。なお、冷凍機４０の定格流量をＶ０［ｍ３／ｈｒ］とする。
【００４２】
定格運転時に冷凍機４０が全体として必要とする冷却水流量は、ｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］である。通常であれば冷凍機４０に合わせて、定格流量がｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］の冷却塔２０を用いればよいが、冷凍機４０のＣＯＰを向上させるために、例えば、定格流量が２ｎＶ０［ｍ３／ｈｒ］の大型化した冷却塔２０を用いると、定格運転時に循環配管７０を流れる冷却水の流量（＝ｎＶ０）は、冷却塔２０の定格流量の５０％になる。
【００４３】
さらに、低外気温度や低冷却負荷の条件下では、冷却水ポンプの搬送動力削減のため、冷却水ポンプ６８（６８−１、６８−２、…、６８−ｎ）の変流量制御により、冷凍機４０の凝縮器４２に流入する冷却水の流量が減らされる。したがって、循環配管７０を循環する冷却水の流量が減少する。
【００４４】
この場合、循環配管７０を循環する冷却水の流量が、冷却塔群の定格流量の４０％（最小冷却水流量）を下回ってしまうことがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、冷却塔２０を通過した冷却水を、冷凍機４０を介さずに冷却塔２０に返送するバイパス配管７２と、バイパス配管７２を流れる冷却水の流量を調節するバイパスポンプ７４とを設けている。これにより、バイパス配管７２の冷却水流量を調節することで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。
【００４６】
本実施形態では、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を測定する流量計７８を設けて、流量計７８の測定結果に基づいて、制御装置５０が、冷却塔２０に流入する冷却水の流量が冷却塔２０の最小冷却水流量以上になるように、バイパスポンプ７４を制御する。
【００４７】
また、バイパス配管７２は、冷凍機４０側に設けてもよいが、バイパスポンプ７４のポンプ揚程を小さくする観点から、冷却塔２０の近傍に設けることが好ましい。なお、バイパスポンプ７４の停止時や低回転数運転時に、バイパス配管７２内の冷却水が水頭差により逆流してしまうことを防止するために、バイパス配管７２に逆止弁７６を設けることが好ましい。
【００４８】
次に、バイパスポンプ７４の制御方法の具体例について説明する。図４は、バイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【００４９】
まず、流量計７８により冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を測定し（ステップＳ１）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ２）。ここで、閾値Ｖ０は、冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００５０】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の運転を開始する（ステップＳ３）。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ４）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４を停止し（ステップＳ５）、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ６）。
【００５１】
バイパスポンプ７４の運転開始後、流量計７８により冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を再び測定し（ステップＳ７）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ８）。
【００５２】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の回転数を増やし（ステップＳ９）、ステップＳ７に戻る。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ１０）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４の回転数を減らし（ステップＳ１１）、ステップＳ７に戻る。また、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ１２）。
【００５３】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ１（＞Ｖ０）を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止するか、回転数を減らすことにより、ポンプ消費電力を削減することができる。
【００５４】
さらに、冷却塔２０に流入する冷却水の流量の正確な測定値に基づいて、バイパスポンプ７４を制御することができる。また、シミュレーションや条件出し等の事前の検討をする必要がない。
【００５５】
なお、上記制御方法では、バイパスポンプ７４のＯＮ／ＯＦＦの切換頻度を少なくする観点から、閾値Ｖ１を閾値Ｖ０よりも大きな値に設定しているが、閾値Ｖ１として閾値Ｖ０を用いてもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施形態に係る冷却システムおよび冷却方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、冷却対称としてクリーンルーム３６を備える冷却システム１０の例について説明したが、本発明はこの例に限定されず、様々な冷却対象についても適用可能である。例えば、本発明を適用することができる冷却対称として、ビル、工場等の施設や、計算機を格納するサーバールームや、発熱を伴う機器を挙げることができる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、バイパス配管７２の冷却水流量を流量計７８の測定結果に基づいて調節する例について説明したが、以下で説明する第１変形例および第２変形例のように、流量計７８を用いずに、バイパス配管７２の冷却水流量を調節してもよい。
【００５９】
図５は第１変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図であり、図６は図５に示す冷却回路のバイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。また、図７は第２変形例に係る冷凍機運転用冷却回路を示す構成図であり、図８は図７に示す冷却回路のバイパスポンプ７４の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、図５及び７に示す冷凍機運転用冷却回路のうち、上述の冷却回路１００と共通する構成要素には同一の符号を付しており、ここではその説明を省略する。
【００６０】
図５に示す冷凍機運転用の冷却回路１１０は、流量計７８に代えて、冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数と、冷却塔２０に流入する冷却水の流量との関係が予め記憶された記憶部５６を備える点で冷却回路１００と異なる。
【００６１】
記憶部５６に予め記憶される上記関係は、冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数を変化させながら、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を測定することで求めることができる。また、シミュレーションにより、種々の冷却水ポンプ６８及びバイパスポンプ７４の回転数について、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を算出することで、上記関係を求めてもよい。
【００６２】
冷却回路１１０の制御装置５０は、図６に示す手順に従って、記憶部５６に予め記憶された上記関係に基づいてバイパスポンプ７４を制御することが好ましい。以下、冷却回路１１０におけるバイパスポンプ７４の制御方法の一例について説明する。
【００６３】
まず、制御装置５０により、冷却水ポンプ６８の回転数（インバータ周波数）を取得して（ステップＳ２１）、記憶部５６に予め記憶された上記関係から、取得した冷却水ポンプ６８の回転数に対応する冷却水流量Ｖを算出する（ステップＳ２２）。
【００６４】
次に、算出された冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較して（ステップＳ２３）、冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合にはバイパスポンプ７４の運転を開始し（ステップＳ２４）、冷却水流量Ｖ≧閾値Ｖ０の場合にはバイパスポンプ７４を停止する（ステップＳ２５）。なお、閾値Ｖ０は冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００６５】
バイパスポンプ７４の運転開始後、記憶部５６に予め記憶された上記関係から、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０となるようなバイパスポンプ７４の回転数ω０を算出する（ステップＳ２６）。そして、制御装置５０により、ポンプ回転数がω０となるようにバイパスポンプ７４を制御する（ステップＳ２７）。
【００６６】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止して、消費電力を削減することができる。
【００６７】
さらに、流量計や差圧計等の測定装置を設ける必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。
【００６８】
図７に示す冷凍機運転用の冷却回路１２０は、流量計７８に代えて、冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定する差圧計７９（７９−１、７９−２、…、７９−ｎ）を備える点で冷却回路１００と異なる。
【００６９】
冷却回路１２０の制御装置５０は、図８に示す手順に従って、差圧計７９の測定結果に基づいてバイパスポンプ７４を制御することが好ましい。以下、冷却回路１２０におけるバイパスポンプ７４の制御方法の一例について説明する。
【００７０】
まず、差圧計７９により冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定し（ステップＳ３１）、差圧計７９の測定結果に基づいて冷却塔２０に流入する冷却水の流量（冷却水流量Ｖ）を算出した後（ステップＳ３２）、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ３３）。ここで、閾値Ｖ０は、冷却塔２０の最小冷却水流量以上の流量である。
【００７１】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の運転を開始する（ステップＳ３４）。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ３５）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４を停止し（ステップＳ３６）、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ３７）。
【００７２】
バイパスポンプ７４の運転開始後、差圧計７９により冷凍機４０の入口及び出口における冷却水の圧力差を測定し（ステップＳ３８）、算出された圧力差に基づいて冷却水流量Ｖを再び算出する（ステップＳ３９）。そして、算出された冷却水流量Ｖと閾値Ｖ０とを比較する（ステップＳ４０）。
【００７３】
冷却水流量Ｖ＜閾値Ｖ０の場合、制御装置５０によりバイパスポンプ７４の回転数を増やし（ステップＳ４１）、ステップＳ３８に戻る。一方、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ０の場合、冷却水流量Ｖと閾値Ｖ１（＞Ｖ０）とを比較して（ステップＳ４２）、冷却水流量Ｖ＞閾値Ｖ１の場合にはバイパスポンプ７４の回転数を減らし（ステップＳ４３）、ステップＳ３８に戻る。なお、冷却水流量Ｖ＝閾値Ｖ１の場合には運転条件を変更せず、そのまま運転を継続する（ステップＳ４４）。
【００７４】
上記制御方法によれば、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ０（≧最小冷却水流量）を下回る場合にバイパスポンプ７４の運転を行うことで、冷却塔２０に流入する冷却水の流量を冷却塔２０の最小冷却水流量以上に維持することができる。また、冷却水流量Ｖが閾値Ｖ１（＞Ｖ０）を上回る場合にバイパスポンプ７４の運転を停止するか、回転数を減らすことにより、ポンプ消費電力を削減することができる。
【００７５】
さらに、高価な流量計を設ける必要がないため、冷却システムの導入コストを低減することができる。特に、冷凍機４０の台数が少ない場合に、冷却システムの導入コストを大幅に低減することができる。
【００７６】
なお、上記制御方法では、バイパスポンプ７４のＯＮ／ＯＦＦの切換頻度を少なくする観点から、閾値Ｖ１を閾値Ｖ０よりも大きな値に設定しているが、閾値Ｖ１として閾値Ｖ０を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０…冷却システム、２０…冷却塔、２２…散水管、２４…ファン、３０…第１熱交換器、３２…第２熱交換器、３４…ドライコイル、３６…クリーンルーム、４０…冷凍機、４２…凝縮器、４４…蒸発器、５０…制御装置、５２…第１バルブ、５４…第２バルブ、５６…記憶部、６０…冷却水ポンプ、６２…冷水ポンプ、６４…ドライコイル冷却水ポンプ、６６…冷水ポンプ、６８…冷却水ポンプ、７０…循環配管、７２…バイパス配管、７４…バイパスポンプ、７６…逆止弁、７８…流量計、７９…差圧計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気により冷却水を冷却する冷却塔と、
前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、
前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、
前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、
前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプと、
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記熱交換部は、冷凍機の凝縮器であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記熱交換部は、フリークーリング用の熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を測定する流量計をさらに備え、
前記制御手段は、前記流量計の測定結果に基づいて前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記冷却水ポンプ及び前記バイパスポンプの回転数と、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量との関係を予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記関係に基づいて、前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記熱交換部の入口及び出口における前記冷却水の圧力差を測定する差圧計をさらに備え、
前記制御手段は、前記差圧計の測定結果に基づいて、前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項７】
外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプとを備える冷却システムを用いる冷却方法であって、
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を取得する工程と、
取得された前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する工程とを備えることを特徴とする冷却方法。
【請求項１】
外気により冷却水を冷却する冷却塔と、
前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、
前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、
前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、
前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、
前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプと、
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する制御手段とを備えることを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記熱交換部は、冷凍機の凝縮器であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項３】
前記熱交換部は、フリークーリング用の熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
【請求項４】
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を測定する流量計をさらに備え、
前記制御手段は、前記流量計の測定結果に基づいて前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項５】
前記冷却水ポンプ及び前記バイパスポンプの回転数と、前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量との関係を予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶された前記関係に基づいて、前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項６】
前記熱交換部の入口及び出口における前記冷却水の圧力差を測定する差圧計をさらに備え、
前記制御手段は、前記差圧計の測定結果に基づいて、前記バイパスポンプを制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の冷却システム。
【請求項７】
外気により冷却水を冷却する冷却塔と、前記冷却塔により冷却された前記冷却水を、冷却対象媒体と熱交換する熱交換部と、前記冷却塔と前記熱交換部とを連結する循環配管と、前記循環配管を通じて、前記冷却水を前記冷却塔と前記熱交換部との間で循環させる冷却水ポンプと、前記冷却塔を通過した前記冷却水を、前記熱交換部を介さずに前記冷却塔に返送するバイパス配管と、前記バイパス配管を流れる前記冷却水の流量を調節するバイパスポンプとを備える冷却システムを用いる冷却方法であって、
前記冷却塔に流入する前記冷却水の流量を取得する工程と、
取得された前記冷却水の流量が、前記冷却塔の最小冷却水流量以上になるように、前記バイパスポンプを制御する工程とを備えることを特徴とする冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８６１２６（Ｐ２０１０−２８６１２６Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８０８８（Ｐ２００９−１３８０８８）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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