JP2007205686A

JP2007205686A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2007205686A
Application number: JP2006027982A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Hatano; 勝利端野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】内部が清浄に保たれしかも保守点検作業が容易な冷却装置を提供する。
【解決手段】被冷却流体が流入する流入管２３ａと被冷却流体が流出する流出管２３ｂとに接続される冷却パイプ２１を含む冷却ユニット２と、冷却ユニット２に冷却水を散布する散水手段４と、冷却ユニット２の内部に設置されたエリミネータ５と、冷却パイプ２１を外気で冷却する空冷ファン１０２と、水圧で回転しながらエリミネータ５の内周面に高圧水を噴射する洗浄ノズル１８を有する洗浄ユニット１０を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷却すべき機器から戻る被冷却流体が流動する熱交換手段を冷却水と外気で冷却するように構成した冷却装置に関する。

各種機械設備では、被冷却流体を、１５〜３０℃に冷却することが行われている。一般的な冷却塔では、冷却液（例えば水道水）を充填物層に散水流下させるとともに、冷却塔の上部に設けた空冷ファンによって外気を取り込み、空気との直接接触により部分的に蒸発させ、その気化熱により冷却することが行われている。この冷却塔では、空気流の二次側は、必然的に負圧となるために散布された水の一部が空気流に混入し外部へ飛散してしまう。そこで散水時に水滴が飛散するのを防止し、かつ冷却水のロスを少なくするために充填物層とファンとの間にはエリミネータが配置されている。また、冷却水温度に連動したインバータ制御により冷却水の供給ポンプや空冷ファンを作動させることにより、運転効率を高めることが行われている。

上記冷却塔においてエリミネータにも水滴が付着するので、そのまま放置するとスケールや藻類が生成して、冷却性能が低下する。冷却性能が低下すると、冷却水の供給ポンプや空冷ファンにおける消費動力が増加する。そこで、エリミネータを冷却塔から取り出して、洗浄を行い、再び冷却塔にセットすることが行われている。

また、１８℃から２９℃程度の中低温域に冷却するのに適した冷却装置が特許文献１に記載され、実用化されている。この冷却装置は、冷却パイプを複数層に重ねて形成した冷却部と冷却部に散水する散水装置及び冷却部に通風する空冷ファンとを有する密閉蒸発式冷却塔と、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を有しかつこの順に冷媒を循環させる冷却器とを同一の筐体内に上下に一体的に設け、冷却部と蒸発器とを被冷却流体が通過するように接続し、被冷却流体をまず前記冷却部、次に前記蒸発器の順に通過させて外部に送り出すように設けるとともに、被冷却流体の温度によって冷却塔及び冷却器の運転、停止を制御する温度調節器を備えている。この冷却装置は、冷却効率が高く、しかも冷却器が運転中でも冷却部に散水される水の温度は上昇しないので、冷却器運転時の消費電力を節約することができる冷却装置であり、また必要に応じ被冷却流体を、冷却部を通さずに蒸発器を通過させ、圧縮機の切換弁を操作して冷凍サイクルを逆にし、蒸発器で加熱できるので、年間を通じて一定温度の被冷却流体を供給することができるという利点を有する。

特許文献１に記載された省エネルギー型の冷却装置であっても、長期における冷却性能を維持するために、定期的な保守点検作業が必要となる。例えば水滴が付着する部分には、スケールや藻類が付着し目詰まりするので、筐体の外壁に設けたルーバーや筐体の内部に設けた冷却パイプを取り出した後、洗浄することが行われる。また、空冷ファンの作動とともに、冷却パイプに散布された水が装置外に飛散するのを防止するために、冷却パイプの内周側にエリミネータと称するネット状部材が設置されている（非特許文献1参照）。このエリミネータにも水滴が付着するので、そのまま放置するとスケールや藻類が付着して、冷却性能が低下する。特に、エリミネータがネット状の部材であると、水滴で濡れた状態が継続するので、ネットの空孔に藻類が発生しやすく、長期間清掃を行わずに運転を続けるとネットの目詰りが生じ、冷却ファンにより導入された外気が通過しにくくなる。その結果、冷却効率が低下し、省エネルギー効果が得られ難くなる。そこで、エリミネータを冷却装置から取り出して、洗浄を行い、次いで冷却装置にセットすることが行われている。しかしながら、ルーバーは筐体から簡単に取り外すことが可能で、また冷却パイプも筐体を形成する外壁を取り外した後に、高圧水を噴射すればよいので、洗浄は比較的容易であるのに対して、エリミネータは冷却パイプの内周側に設置されているので、その着脱に手間が掛かり、エリミネータを清浄な状態に維持するために多大な工数を必要とするという問題がある。

一方、保守点検の簡略化を図るために、スケールや藻類の生成を防止する手段を備えた冷却塔が提案されている。例えば特許文献２には、循環水の循環経路に銀，銅等の金属イオンを包含した溶液を所定時間毎に注入することが記載されている。また特許文献３には、冷却塔の充てん材とエリミネータの間に回転可能に設置された、拡散状に水を噴くスプレーノズルと、前記エリミネータの上方に回転可能に設置された、膜状に水を落とす洗浄ノズルと、を備え、洗浄ノズルをスプレーノズルと同時に回転させるようにした冷却装置が記載されている。

特公平５−７００６９号公報（第２〜３頁、図１）特開平１１−２０１６６３号公報（図１）特開２０００−１８８８５号公報（図１）「ＨＩＣＳチルドタワーＷシリーズ（新冷媒対応）（補助チラ−内蔵形密閉蓄熱蒸発式冷却塔）」、カタログ、日立金属株式会社、２０００年９月、ｐ４

しかしながら特許文献２に記載された構成によれば、金属イオンを包含した溶液の濃度や量を監視し、補充することが必要になるという別の問題が生じる。また、特許文献３に記載された構成によれば、エリミネータに藻類やレジオネラ菌が発生し易く、これらを除去することが必要になる。すなわち、上記の充填材あるいは冷却パイプは散水され、その表面は常時流水に曝されているために、藻類やレジオネラ菌が発生することは極めて稀である。一方、エリミネータは飛散する水滴を捕獲するものであるために、表面は流水状態でなく、藻類やレジオネラ菌が発生しやすい。また特許文献３に記載された構成によれば、膜状の水をノズルからエリミネータ上に噴出させるために、水圧によるポテンシャルエネルギーの多くは、支軸の回転エネルギーにさかれ、しかも、洗浄ノズルはスプレーノズルと同時に回転させるために、洗浄ノズルから散布された洗浄水がファンによって巻き上げられ、いずれにしても十分な洗浄効果が得られないといった問題がある。

本発明の目的は上記の問題点を解消して、内部が清浄に保たれしかも保守点検が容易な冷却装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の冷却装置は、被冷却流体が流動する熱交換手段と、前記熱交換手段に冷却水を散布する散水手段と、前記熱交換手段を外気で冷却する空冷手段と、前記熱交換手段に隣接して設置されたエリミネータと、水圧で回転しながら前記エリミネータに高圧水を噴射する洗浄ヘッドを含む洗浄手段を有することを特徴とするものである。

本発明において、前記洗浄ユニットは、前記散水手段に連通する給水管とその上部に装着された洗浄ヘッドを含み、前記洗浄ヘッドは、前記給水管に回転可能に支持される回転ヘッドとそこに支持された噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルは、給水管の軸線と交差する軸線を有する構成とすることができる。

本発明において、前記立管は、前記散水手段と前記受水槽とを接続し、第１のポンプを有する配管から分岐され、第２のポンプを有する構造とすることができる。

本発明において、前記熱交換手段は、前記被冷却流体が流動する冷却パイプを含む冷却ユニットを有するとともに、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットとを備え、前記圧縮機で冷却された冷媒が前記散水手段から供給された冷却水と熱交換されるように構成することができる。

本発明によれば、エリミネータの内周面に高圧水を噴射する洗浄ヘッドを有する洗浄ユニットを設置するので、簡単に洗浄することが困難であった熱交換手段（例えば冷却パイプ）やエリミネータに、一時的に藻類やレジオネラ菌などの微生物が発生しても、速やかに藻類が除去され、また微生物の繁殖が防止されるので、冷却装置の内部を常に清浄に保つことができる。

エリミネータや冷却パイプに藻類が付着することやレジオネラ菌などの微生物が繁殖することが解消されることにより、これらの目詰まりが無くなり、冷却効率を向上することができる。

エリミネータ以外で洗浄が必要な部材は着脱が容易なので、全体として保守点検が容易な冷却装置を実現することができる。

以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる冷却装置を模式的に示す局部断面図である。冷却装置は、非冷却流体の熱交換手段である、筐体１の内部に収容された冷却ユニット２と、その下方に配置されたチラ−ユニット３と、冷却ユニット２に冷却水を散布する散水ユニット４と、冷却ユニット２の内周側に配置されたエリミネータ５と、その内周側に洗浄水を噴射する洗浄ユニット１０を具備している。筐体１の側板１００には、外気を導入するためのルーバー１０１が設けられるとともに、筐体１の天井部には、モータ１０３で駆動され、筐体１の内部に外気を取り込み、熱交換手段を空冷する手段である空冷ファン１０２が設置されている。なお、図１においては、各種の計器類や弁・コック類が記載されているが、理解を容易にするために、その一部は説明を省略する。

冷却ユニット２は、例えば銅管をコイル状に巻回して形成した、渦巻多管式の冷却パイプ２１を備え、冷却パイプ２１は内周側に装着された入口ヘッダー２２ａを介して被冷却水が流入する流入管２３ａに接続され、また冷却パイプ２１は外周側に装着された出口ヘッダー２２ｂを介して被冷却流体（図中、中空矢印及び実線矢印で示す）が流出する流出管２３ｂに接続されている。流体入口２３１ａと流体出口２３１ｂは機器（図示を省略）に接続されている。

チラ−ユニット３は、各一対の圧縮機３４ａ、３４ｂ、凝縮器３１ａ、３１ｂ、蒸発器２４ａ、２４ｂ、膨張弁２５ａ、２５ｂ及び冷媒（図中、破線矢印で示す）が循環する冷媒管路３３ａ、３３ｂを含む。凝縮器３１a、３１ｂは、例えば渦巻き状に巻回して形成された冷却パイプで形成され、各凝縮器３１ａ、３１ｂは入口ヘッダー３２ａ、３２ｂを介して一対の圧縮機３４ａ、３４ｂに接続され、また出口ヘッダー３２ｃ、３２ｄを介して一対の膨張弁２５ａ、２５ｂに接続されている。

さらにチラ−ユニット３においては、冷却ユニット２の上流側に設けられた流入管２３ａの途中（Ｙ１）からバイパス管２３ｃが分岐され、このバイパス管２３ｃは冷却ユニット２の下流側に設けられ、蒸発器２４ａ、２４ｂを通過する流出管２３ｂと流出管２３ｂの途中（Ｙ２）で合流するように接続されている。バイパス管２３ｃ及び流出管２３ｂの途中にはそれぞれ被冷却流体の流路を切り替える方向切換弁（二方弁）２６ａ及び２６ｂが設けられている。この方向切換弁２６ｂは流入管２３ａの途中に設けてもよい。また流入管２３ａの入口付近、戻り管２３ｂの出口付近及び受水槽４２の周囲には、各々被冷却流体の入口温度を検出する温度センサＴ１、被冷却流体の出口温度を検出する温度センサＴ２及び外気湿球温度を検出する温度センサＴ３が設置されている。

散水ユニット４は、冷却パイプ２１の上方に設置された散水槽４１とそこから散布された水を受取る受水槽４２を有する。この受水槽４２には、水栓４６から補給される水（水道水）を貯留する水槽４５からオーバーフローした水が供給されるとともに、送水管４３を介して散水槽４１が接続され、その途中に設置された散水ポンプ４４により、散水槽４１と受水槽４２の間を水が循環するように構成されている。また受水槽４２の底部には、挟雑物を除去するためにストレーナ４７が設けられている。

冷却ユニット２の内側には、例えばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）からなるリング状のネット状部材であるエリミネータ５が設置されるとともに、エリミネータ５の中心部には、洗浄ユニット１０が設置されている。

図２は洗浄ユニット１０を示す正面図で、図３は洗浄ヘッドの断面図、図４は同平面図、図５は本発明の実施の形態に係わる実施例の冷却装置の局部断面図である。洗浄ユニット１０は、送水管４３の途中（散水ポンプ４４の上流側）から分岐した立管１１と、その途中に設けられたポンプ１２と、立管１１の先端に設けられた洗浄ヘッド１４を備えている。洗浄ヘッド１４の詳細を図３及び４により説明する。洗浄ヘッド１４は、継手１３を介して立管１１の先端に固定されたカップ状のベース部１５に例えば軸受（不図示）を介して回転可能に支持された傘状（円錐台形状）の回転ヘッド１６と、その斜面に固着された支持部１７と、そこに固定された噴射ノズル１８を有する。噴射ノズル１８は、エリミネータ５の対角線上に略一致するように、立管１１の軸線Ｓ１と噴射ノズル１８の回転中心Ｓ２との交差角αが、例えば４５°になるように支持部１７に固定されている。立管１１と噴射ノズル１８を連通するために、ベース部１５、回転ヘッド１６及び支持部１７には各々、直線状の流路１５１、途中で折れ曲った流路１６１及び直線状の流路１７１が設けられている。

上記の洗浄ユニット１０による洗浄動作を説明する。
配管の目詰まりを防止するため、ポンプ１２で汲み上げられた水は、補給水栓４６（又は補給水槽４５）から供給する。そして、矢印Ｘ１で示すように立管１１を上昇し、ベース部１５を通過するときに流速が増加し、噴射ノズル１８に向かって噴射されるので、加速された水を受けた噴射ノズル１８は、図２の矢印Ｒで示すように回転しながら、その水を矢印Ｘ２方向及びＸ３方向に噴射する。したがって、矢印Ｘ２の方向に噴射された水により、エリミネータ５の上部に付着したスケールや藻類が除去されるとともに、矢印Ｘ３方向に噴射された水によりエリミネータ５の下部に付着したスケールや藻類が速やかに除去される。また、エリミネータ５に噴射された水の一部はそこを通過して冷却パイプ２１（図１参照）などにも噴射されるので、広い範囲にわたって冷却パイプ２１やその周辺にある部材に付着したスケールや藻類も速やかに除去される。したがって洗浄ユニット１０を定期的に作動させることにより、藻類の付着やその成長を防止できるので、保守点検作業を短時間で効率良く行うことができる。

上記の洗浄ユニット１０を作動させると、洗浄水の一部が冷却ファン１０に吸引され外部に放出される（水煙が発生する）ので、それを抑制するために、洗浄ユニット１０はリング状のエリミネータ５の中心部であってかつ冷却ファン１０２からある程度離れた位置に設置することが好ましい。また、洗浄水が装置外に放出されないようにするために、洗浄ユニット１０は、冷却ファンが停止可能な時期（冬季）や定期点検時に作動させることが望ましい。

上記の冷却装置は例えば次の手順で運転することができる。外気の温度が設定温度（例えば２０℃）より低い場合（例えば冬期）は、冷却水の温度は１０℃位まで低下するので、被冷却流体は次のようにして冷却される。すなわちシーケンサー（不図示）から方向切換弁２６ａを閉じかつ方向切換弁２６ｂを開く信号を出力することにより、外部機器（図示せず）で熱交換された高温の被冷却流体が冷却ユニット２に導入され、流入管２３ａから入口ヘッダー２２ａを経て冷却パイプ２１に流入する。次いで散水槽４１の底面に設けた多数の小孔（不図示）から冷却水が冷却パイプ２１に均一に散布され、散水された冷却水は冷却パイプ２１の外周面に水膜を作りながら順に下段の冷却パイプ２１に落下し、散水された冷却水の蒸発潜熱により、被冷却流体が冷却される。この冷却装置においては、凝縮器３１ａ、３１ｂが冷却パイプの下部に配置されているので、凝縮器３１ａ、３１ｂは冷却パイプ２１に散布された冷却水によって冷却され、これらを冷却する手段を設けることが不要となる。

一方、散水された冷却水は、大部分が下部の受水槽４２に自然流下する途中で、冷却水の一部は蒸発潜熱により気化するが、一部の冷却水は、水滴状となって、冷却ファン１０２側に吸引される。しかして、エリミネータ５の一部は冷却パイプ２１から空冷ファン１０２に向って延出しているので、水滴の多くはエリミネータ５に捕獲されて、空冷ファン１０２から装置外に放出される水量を最小限に留めることができる。冷却パイプ２１には、常時冷却水が散水され、一部が蒸発されるために冷却水に含まれる不純物が析出しスケールが付着しやすいが、散水の流れによって藻が付着することはほとんどない。

本発明は、図１〜４に示す構造に限らず、種々の変更が可能であり、例えばチラーユニットを具備しない形式の冷却装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係わる実施例の冷却装置の局部断面図である。洗浄ユニットを示す正面図である。洗浄ヘッドの断面図である。洗浄ヘッドの平面図である。本発明の実施の形態に係わる実施例の冷却装置の局部断面図である。

符号の説明

１：筐体、１００：側版、１０１：ルーバー、１０２：冷却ファン、１０３：モータ
２：冷却ユニット、２１：冷却パイプ、２２ａ：入口ヘッダー、２２ｂ：出口ヘッダー、２３ａ：流入管、２３１ａ：流体入口、２３ｂ：流出管、２３１ｂ：流体出口、２３ｃ：バイパス管、２４ａ、２４ｂ：蒸発器、２５ａ、２５ｂ：膨張弁、２６ａ、２６ｂ：方向切替弁、
３：チラ−ユニット、３１ａ、３１ｂ：凝縮器、３２ａ、３２ｂ：入口ヘッダー、３２ｃ、３２ｄ：出口ヘッダー、３３ａ、３３ｂ：冷媒管路、３４ａ、３４ｂ：圧縮機
４：散水ユニット、４１：散水槽、４２：受水槽、４３：送水管、４４：ポンプ、４５：補給水栓、４６：補給水槽
５：エリミネータ、
１０：洗浄ユニット、１１：立管、１２：ポンプ、１３：継手、１４：洗浄ヘッド、１５：ベース部、１５１：流路、１６：回転ヘッド、１６１：流路、１７：支持部、１７１：流路、１８：噴射ノズル
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３：温度センサ

Claims

被冷却流体が流動する熱交換手段と、前記熱交換手段に冷却水を散布する散水手段と、前記熱交換手段を外気で冷却する空冷手段と、前記熱交換手段に隣接して設置されたエリミネータと、前記水圧で回転しながら前記エリミネータに高圧水を噴射する洗浄ヘッドを含む洗浄手段を有することを特徴とする冷却装置。
前記洗浄ヘッドは、前記冷却水を貯溜する受水槽に連通する立管の上部に回転可能に支持された回転ヘッドとそこに支持された噴射ノズルを含み、前記噴射ノズルは、前記立管の軸線と交差する軸線を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記立管は、前記散水手段と前記受水槽とを接続し、第１のポンプを有する配管から分岐され、第２のポンプを有することを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
前記熱交換手段は、前記被冷却流体が流動する冷却パイプを含む冷却ユニットを有するとともに、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を含み、この順に冷媒が循環する冷媒管路を有するチラーユニットとを備え、前記圧縮機で冷却された冷媒が前記散水手段から供給された冷却水と熱交換されるように構成したことを特徴とする請求項１〜３に記載の冷却装置。