JP7830840B2 - Supercooled water supply system - Google Patents
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Description
本発明は、過冷却水を供給する過冷却水供給システムに関する。 This invention relates to a supercooled water supply system for supplying supercooled water.
従来、食品等の冷却のため、冷水を供給する冷却水供給システムがある。例えば、特許文献1には、熱交換器と冷凍機との間で冷媒を循環させるとともに当該熱交換器と蓄氷タンクとの間で冷水を循環させることで蓄氷タンクに氷水を生成し、必要に応じて蓄氷タンクから冷却槽に冷却水を供給する蓄氷型冷水装置が開示されている。 Conventionally, there are cooling water supply systems that provide chilled water for cooling food and other items. For example, Patent Document 1 discloses an ice-storage type chiller that circulates a refrigerant between a heat exchanger and a chiller, and also circulates chilled water between the heat exchanger and an ice storage tank to generate ice water in the ice storage tank, and supplies the chilled water from the ice storage tank to a cooling tank as needed.
ところで、被冷却物を冷却するための冷却槽にて被冷却物を冷却する際には、通常、被冷却物の熱量と冷却可能時間に応じて冷却槽の設定温度が定められ、当該設定温度が維持されるよう冷却水が連続的に供給される。そして、このような場合、供給される冷却水は、供給する水温が低いほど少なく済むことになる。 Incidentally, when cooling an object in a cooling tank, the set temperature of the cooling tank is usually determined according to the heat energy of the object and the cooling time available, and cooling water is continuously supplied to maintain that set temperature. In such cases, the amount of cooling water supplied decreases as the supplied water temperature decreases.
しかしながら、特許文献1に開示されるような冷却水供給システムにより冷却槽に供給可能な冷却水(解氷水)の水温は、低くても0℃以上であり、0℃未満の過冷却水を供給することは不可能であった。 However, the water temperature of the cooling water (de-icing water) that can be supplied to the cooling tank by a cooling water supply system such as the one disclosed in Patent Document 1 is at least 0°C or higher, making it impossible to supply supercooled water below 0°C.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、過冷却水を供給可能な過冷却水供給システムを提供するものである。 This invention was made in view of these circumstances and provides a supercooled water supply system capable of supplying supercooled water.
本発明によれば、過冷却水を供給する過冷却水供給システムであって、予め設定した温度の冷水を供給する冷水供給手段と、冷媒を冷却する冷凍機と、熱交換器とを備え、前記熱交換器において前記冷水と前記冷媒の間で熱交換させて前記冷水をさらに冷却し、過冷却水を生成して供給する、過冷却水供給システムが提供される。 According to the present invention, a supercooled water supply system is provided, comprising a chilled water supply means for supplying chilled water at a preset temperature, a refrigerator for cooling a refrigerant, and a heat exchanger. The system further cools the chilled water by exchanging heat between the chilled water and the refrigerant in the heat exchanger, thereby generating and supplying supercooled water.
本発明によれば、冷水供給手段によって供給された冷水を熱交換器によりさらに冷却することで、過冷却水を生成して供給することが可能となっている。また、冷水供給手段が供給する冷水を予め設定した温度とすることで、熱交換器内における冷水の凍結を避けることができる。さらに、熱交換器の上流側の温度が一定であれば、熱交換器の下流側の水の温度を推定することが可能である。したがって、熱交換器の下流側の温度センサの設置を省略し、生成した過冷却水が温度センサに触れて過冷却状態が解消されてしまうことを防止可能となっている。 According to this invention, it is possible to generate and supply supercooled water by further cooling the chilled water supplied by the chilled water supply means using a heat exchanger. Furthermore, by setting the chilled water supplied by the chilled water supply means to a preset temperature, freezing of the chilled water within the heat exchanger can be avoided. Moreover, if the temperature on the upstream side of the heat exchanger is constant, it is possible to estimate the temperature of the water downstream of the heat exchanger. Therefore, it is possible to omit the installation of a temperature sensor on the downstream side of the heat exchanger and prevent the generated supercooled water from coming into contact with the temperature sensor and negating the supercooling state.
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。 The following are examples of various embodiments of the present invention. The embodiments shown below are interchangeable.
好ましくは、前記冷水供給手段は、給水手段と、チラーとを備え、前記給水手段は、常温水を供給可能に構成され、前記チラーは、チラー水を供給可能に構成され、前記冷水供給手段は、前記チラー水と前記常温水を混合し、前記冷水として前記熱交換器へ供給する。 Preferably, the chilled water supply means comprises a water supply means and a chiller, wherein the water supply means is configured to supply ambient temperature water, the chiller is configured to supply chiller water, and the chilled water supply means mixes the chiller water and ambient temperature water and supplies the resulting chilled water to the heat exchanger.
好ましくは、前記冷水供給手段及び前記冷凍機を制御する制御手段を備え、前記冷水供給手段は、送水ポンプと、温度センサとを備え、前記送水ポンプは、前記チラー水と前記常温水が混合される混合位置よりも下流側に配置されるとともに、一定流量の水を送水可能に構成され、前記温度センサは、前記冷水の水温を検出するよう構成されており、前記給水手段は、前記常温水が供給される給水ラインと、当該給水ラインに配置されるとともに流量調整の可能な給水流量調整弁とを備えており、前記制御手段は、前記温度センサの検出する前記冷水の水温が前記予め設定した温度となるよう、前記給水流量調整弁をフィードバック制御する。 Preferably, the system includes a chilled water supply means and a control means for controlling the chiller. The chilled water supply means comprises a water pump and a temperature sensor. The water pump is positioned downstream of the mixing point where the chiller water and ambient water are mixed, and is configured to supply water at a constant flow rate. The temperature sensor is configured to detect the temperature of the chilled water. The water supply means comprises a water supply line to which ambient water is supplied, and a water supply flow rate adjustment valve positioned in the water supply line and capable of adjusting the flow rate. The control means provides feedback control to the water supply flow rate adjustment valve so that the temperature of the chilled water detected by the temperature sensor reaches a preset temperature.
好ましくは、前記送水ポンプよりも下流側に配置されて前記冷水の圧力を検出するよう構成される第1圧力センサと、前記冷凍機と前記熱交換器の間で冷媒を循環させる冷媒循環ラインにおける前記熱交換器の下流側に配置されて前記冷媒の圧力を検出するよう構成される第2圧力センサの少なくとも一方を備えており、前記制御手段は、前記第1圧力センサの検出する前記冷水の圧力及び/又は前記第2圧力センサの検出する前記冷媒の圧力により、前記熱交換器内における前記冷水の凍結を検出する。 Preferably, the system includes at least one of a first pressure sensor configured to detect the pressure of the chilled water and positioned downstream of the heat exchanger in a refrigerant circulation line that circulates the refrigerant between the chiller and the heat exchanger, and positioned downstream of the heat exchanger to detect the pressure of the refrigerant. The control means detects freezing of the chilled water in the heat exchanger based on the chilled water pressure detected by the first pressure sensor and/or the refrigerant pressure detected by the second pressure sensor.
好ましくは、前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、前記熱交換器と前記冷却槽とを接続する過冷却水供給ラインを備え、当該過冷却水供給ラインは、曲げ配管によって構成される。 Preferably, the system is configured to supply the supercooled water to a cooling tank, and includes a supercooled water supply line connecting the heat exchanger and the cooling tank, the supercooled water supply line being constructed using bent piping.
好ましくは、前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、前記熱交換器を、前記冷却槽と隣接する位置に配置した。 Preferably, the system is configured to supply the supercooled water to the cooling tank, and the heat exchanger is positioned adjacent to the cooling tank.
好ましくは、前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、前記熱交換器をバイパスするバイパスラインを備え、前記冷水供給手段の供給する前記冷水を前記バイパスラインを介して前記冷却槽に供給可能に構成される。 Preferably, the system is configured to supply the supercooled water to the cooling tank, and includes a bypass line that bypasses the heat exchanger, allowing the chilled water supplied by the chilled water supply means to be supplied to the cooling tank via the bypass line.
以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴について独立して発明が成立する。 The embodiments of the present invention will be described below. The various features shown in the embodiments below are interchangeable. Furthermore, each feature constitutes an independent invention.
1.過冷却水供給システム1の構成
まず、本発明の一実施形態に係る過冷却水供給システム1の構成について説明する。過冷却水供給システム1は、食品等の被処理物を冷却する目的で、冷却槽100に冷水を供給するために用いられる。本実施形態の過冷却水供給システム1は、図1に示すように、冷水供給手段2と、冷凍機3と、熱交換器4とを備える。また、過冷却水供給システム1は、これらを接続するラインとして、冷水供給手段2と熱交換器4とを接続する冷水ライン5と、熱交換器4をバイパスして冷水供給手段2と冷却槽100とを接続するバイパスライン6と、冷凍機3と熱交換器4とを接続する冷媒循環ライン7と、後述する冷凍機3の圧縮機30と熱交換器4とを接続する冷媒バイパスライン8と、熱交換器4と冷却槽100とを接続する過冷却水供給ライン9と、を備える。さらに、過冷却水供給システム1は、各要素の動作を制御する制御手段10を備える。以下、各構成を具体的に説明する。
1. Configuration of the Supercooled Water Supply System 1 First, the configuration of the supercooled water supply system 1 according to one embodiment of the present invention will be described. The supercooled water supply system 1 is used to supply chilled water to a cooling tank 100 for the purpose of cooling a product to be processed, such as food. As shown in Figure 1, the supercooled water supply system 1 of this embodiment comprises a chilled water supply means 2, a refrigerator 3, and a heat exchanger 4. The supercooled water supply system 1 also comprises lines connecting these components: a chilled water line 5 connecting the chilled water supply means 2 and the heat exchanger 4; a bypass line 6 bypassing the heat exchanger 4 and connecting the chilled water supply means 2 and the cooling tank 100; a refrigerant circulation line 7 connecting the refrigerator 3 and the heat exchanger 4; a refrigerant bypass line 8 connecting the compressor 30 of the refrigerator 3 (described later) and the heat exchanger 4; and a supercooled water supply line 9 connecting the heat exchanger 4 and the cooling tank 100. Furthermore, the supercooled water supply system 1 includes control means 10 for controlling the operation of each element. The configurations will be described in detail below.
冷水供給手段2は、予め設定した温度の冷水を供給するものであり、給水手段20と、チラー21と、送水ポンプ22と温度センサ23とを備える。 The chilled water supply means 2 supplies chilled water at a preset temperature and comprises a water supply means 20, a chiller 21, a water pump 22, and a temperature sensor 23.
給水手段20は、常温水を供給する給水源(図示せず)と送水ポンプ22とを接続する給水ライン20aと、給水ライン20aに配置され、流量調整の可能な給水流量調整弁20bと、給水流量調整弁20bよりも下流側に配置される給水弁20cとを備える。給水流量調整弁20bには、応答性の高い電動弁が用いられる。給水手段20は、送水ポンプ22へ常温水(例えば、18℃程度の水)を供給可能に構成される。なお、常温水は、例えば上水道から供給される水とされるが、食品等の被処理物の冷却に使用可能な水であれば、特に限定されるものではない。 The water supply means 20 includes a water supply line 20a connecting a water source (not shown) that supplies room temperature water to a water pump 22, a water supply flow rate adjustment valve 20b positioned in the water supply line 20a and capable of adjusting the flow rate, and a water supply valve 20c positioned downstream of the water supply flow rate adjustment valve 20b. A highly responsive electric valve is used for the water supply flow rate adjustment valve 20b. The water supply means 20 is configured to supply room temperature water (for example, water at about 18°C) to the water pump 22. While the room temperature water is, for example, water supplied from a public water supply, it is not particularly limited to any water that can be used to cool processed items such as food.
チラー21は、給水ライン(図示せず)から供給された常温水を冷却し、0℃付近(通常0.5℃~1.5℃程度)のチラー水を生成するものである。本実施形態のチラー21は、生成したチラー水を循環させない流水仕様のウォーターチラーとされ、生成されたチラー水はチラー水ライン21aを介して送水ポンプ22へと送られる。ここで、チラー水ライン21aには、チラー水弁21bが設けられている。 The chiller 21 cools room temperature water supplied from a water supply line (not shown) to produce chilled water at around 0°C (typically 0.5°C to 1.5°C). In this embodiment, the chiller 21 is a flow-type water chiller that does not circulate the produced chilled water. The produced chilled water is sent to the water supply pump 22 via the chiller water line 21a. A chiller water valve 21b is provided in the chiller water line 21a.
なお、チラー21は、具体的には、図示しない圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を備え、冷媒の圧縮、凝縮、膨張および蒸発の冷凍サイクルを実行し、蒸発器(熱交換器)において冷媒との間で熱交換を行うことで、常温水を冷却するものである。チラー21の構成については、従来既知であるため、その詳細な説明を省略する。 Specifically, the chiller 21 comprises a compressor, condenser, expansion valve, and evaporator (not shown), and performs a refrigeration cycle of compression, condensation, expansion, and evaporation of the refrigerant. It cools ambient temperature water by exchanging heat with the refrigerant in the evaporator (heat exchanger). Since the configuration of the chiller 21 is conventionally known, a detailed explanation is omitted.
送水ポンプ22は、給水ライン20aとチラー水ライン21aが合流する位置、すなわち、常温水とチラー水とが混合される混合位置24よりも下流側に配置される。送水ポンプ22は、常温水とチラー水とを均一に混合し、混合水を一定流量の冷水として送水するよう構成される。なお、給水手段20において、混合位置24よりも下流側のラインを混合水ライン25と呼ぶ。 The water supply pump 22 is positioned downstream of the mixing point 24 where the ambient temperature water and chiller water are mixed, specifically at the point where the water supply line 20a and chiller water line 21a merge. The water supply pump 22 is configured to uniformly mix the ambient temperature water and chiller water and supply the mixed water as chilled water at a constant flow rate. In the water supply system 20, the line downstream of the mixing point 24 is referred to as the mixed water line 25.
温度センサ23は、混合水ライン25の送水ポンプ22よりも下流側に配置され、常温水とチラー水の混合水である冷水の水温を検出するよう構成される。送水ポンプ22よりも下流側に配置することで、送水ポンプ22によって混合され温度が均一になり、温度ムラの少ない冷水の温度を検出することができる。また、送水ポンプ22からの入熱が考慮された水温を検出できるため、実際に熱交換器4に入る温度に近い温度を検出することが可能となっている。 The temperature sensor 23 is positioned downstream of the water supply pump 22 in the mixed water line 25 and is configured to detect the temperature of the chilled water, which is a mixture of ambient temperature water and chiller water. By positioning it downstream of the water supply pump 22, the temperature of the chilled water, which is mixed and uniform by the pump, can be detected with minimal temperature variation. Furthermore, because the temperature detected takes into account the heat input from the water supply pump 22, it is possible to detect a temperature close to the actual temperature at which the water enters the heat exchanger 4.
以上のような構成の冷水供給手段2によって供給される冷水は、送水ポンプ22の駆動により、混合水ライン25に接続された冷水ライン5を介して熱交換器4へと送水される。ここで、冷水ライン5には、フィルタ50と、第1圧力センサ51と、冷水弁52とが設けられる。 The chilled water supplied by the chilled water supply means 2, configured as described above, is sent to the heat exchanger 4 via the chilled water line 5 connected to the mixed water line 25, driven by the water pump 22. The chilled water line 5 is equipped with a filter 50, a first pressure sensor 51, and a chilled water valve 52.
フィルタ50は、熱交換器4での冷水の凍結を防止するために設けられるものであり、凍結の核となる異物を除去するよう構成される。 The filter 50 is provided to prevent the chilled water in the heat exchanger 4 from freezing, and is configured to remove foreign matter that could cause freezing.
第1圧力センサ51は、フィルタ50の下流側に配置され、熱交換器4に入る冷水の圧力を検出する。熱交換器4において冷水が凍結すると熱交換器4の上流側において冷水の圧力が上昇するので、第1圧力センサ51により圧力上昇を検出することで、凍結を検出することができる。なお、第1圧力センサ51は、例えば、冷水が凍結したことを検出する凍結用スイッチと冷水が解凍したことを検出する解凍用スイッチの2つの圧力スイッチから構成することができる。また、第1圧力センサ51をフィルタ50の下流側に配置することで、フィルタ50の詰まりによる凍結誤検出を抑制することが可能となる。 The first pressure sensor 51 is positioned downstream of the filter 50 and detects the pressure of the chilled water entering the heat exchanger 4. When the chilled water freezes in the heat exchanger 4, the pressure of the chilled water rises upstream of the heat exchanger 4. By detecting this pressure increase, the first pressure sensor 51 can detect freezing. The first pressure sensor 51 can be configured with two pressure switches: a freezing switch to detect when the chilled water has frozen and a thawing switch to detect when the chilled water has thawed. Furthermore, by positioning the first pressure sensor 51 downstream of the filter 50, it is possible to suppress false detections of freezing due to clogging of the filter 50.
冷水弁52は、冷水ライン5を流通する冷水、すなわち、熱交換器4に入る冷水の流通と流通の停止を切り替える。冷水弁52としては、例えば、電動弁が用いられる。 The chilled water valve 52 switches the flow of chilled water through the chilled water line 5, i.e., the chilled water entering the heat exchanger 4, on and off. For example, an electrically operated valve is used as the chilled water valve 52.
また、本実施形態の過冷却水供給システム1は、冷水ライン5から分岐して熱交換器4をバイパスし、冷水供給手段2が供給する冷水を冷却槽100に直接供給するバイパスライン6も備えている。バイパスライン6には、バイパス弁60が設けられている。バイパス弁60としては、例えば、電動弁が用いられる。 Furthermore, the supercooled water supply system 1 of this embodiment also includes a bypass line 6 that branches off from the chilled water line 5, bypasses the heat exchanger 4, and directly supplies chilled water supplied by the chilled water supply means 2 to the cooling tank 100. A bypass valve 60 is provided in the bypass line 6. For example, an electrically operated valve is used as the bypass valve 60.
冷凍機3は、圧縮機30と、凝縮器31とを備え、冷媒を冷却するものである。冷凍機3は、冷媒循環ライン7によって熱交換器4と接続されており、冷媒循環ライン7には、循環弁70と、膨張弁71と、第2圧力センサ72と、冷媒温度センサ73が設置されている。冷媒循環ライン7は、冷媒を圧縮機30、凝縮器31、膨張弁71及び熱交換器4(蒸発器)の順に循環させるよう接続されており、冷媒が冷媒循環ライン7を循環することで、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の冷凍サイクルが実行されるようになっている。なお、循環弁70には、電磁弁を用いることが好ましい。 The refrigerator 3 comprises a compressor 30 and a condenser 31, and cools the refrigerant. The refrigerator 3 is connected to the heat exchanger 4 by a refrigerant circulation line 7. The refrigerant circulation line 7 is equipped with a circulation valve 70, an expansion valve 71, a second pressure sensor 72, and a refrigerant temperature sensor 73. The refrigerant circulation line 7 is connected to circulate the refrigerant in the order of compressor 30, condenser 31, expansion valve 71, and heat exchanger 4 (evaporator). The refrigeration cycle of compression, condensation, expansion, and evaporation of the refrigerant is executed as the refrigerant circulates through the refrigerant circulation line 7. It is preferable to use a solenoid valve for the circulation valve 70.
圧縮機30は、低温低圧の冷媒ガスを断熱圧縮して高温高圧のガスにする。圧縮機30において高温高圧のガス状態となった冷媒は、好ましくは油分離器(図示せず)を介して凝縮器31へ送られる。圧縮機30には、例えばスクロール圧縮機が用いられる。 The compressor 30 adiabatically compresses the low-temperature, low-pressure refrigerant gas into a high-temperature, high-pressure gas. The refrigerant, now in a high-temperature, high-pressure gaseous state in the compressor 30, is preferably sent to the condenser 31 via an oil separator (not shown). For example, a scroll compressor is used for the compressor 30.
凝縮器31は、圧縮機30からの高温高圧のガスを凝縮液化して、低温高圧の冷媒液の状態にする。本実施形態の凝縮器31は、ファン31aを備える空冷式の熱交換器である。ただし、水冷式の凝縮器31を用いることも可能である。凝縮器31で低温高圧の冷媒液の状態となった冷媒は、冷媒循環ライン7を通って膨張弁71へ送られる。 The condenser 31 condenses the high-temperature, high-pressure gas from the compressor 30 into a low-temperature, high-pressure refrigerant liquid. In this embodiment, the condenser 31 is an air-cooled heat exchanger equipped with a fan 31a. However, a water-cooled condenser 31 can also be used. The refrigerant, now in a low-temperature, high-pressure liquid state in the condenser 31, is sent to the expansion valve 71 through the refrigerant circulation line 7.
膨張弁71は、凝縮器31で低温高圧の冷媒液の状態となった冷媒を減圧して、低温低圧の冷媒液の状態にする。膨張弁71は、その開度を制御可能な弁であり、開度は制御手段10によって制御される。制御手段10によって膨張弁71の開度を調整することにより、減圧の度合いを調整することができる。膨張弁71で低温低圧の冷媒液の状態となった冷媒は、蒸発器としての熱交換器4へ送られる。なお、膨張弁71は、電子膨張弁であっても機械式膨張弁であっても良い。 The expansion valve 71 reduces the pressure of the refrigerant, which has become a low-temperature, high-pressure liquid refrigerant in the condenser 31, to a low-temperature, low-pressure liquid refrigerant. The expansion valve 71 is a valve whose opening degree is controllable, and this opening degree is controlled by the control means 10. By adjusting the opening degree of the expansion valve 71 using the control means 10, the degree of pressure reduction can be adjusted. The refrigerant, now in a low-temperature, low-pressure liquid state after being processed by the expansion valve 71, is sent to the heat exchanger 4, which acts as an evaporator. The expansion valve 71 may be either an electronic expansion valve or a mechanical expansion valve.
なお、本実施形態の過冷却水供給システム1は、凝縮器31及び膨張弁71をバイパスして冷凍機3の圧縮機30と熱交換器4とを接続する冷媒バイパスライン8も備えており、冷媒バイパスライン8には、冷媒バイパス弁80が設置されている。冷媒バイパス弁80にも、電磁弁が用いられる。 Furthermore, the supercooled water supply system 1 of this embodiment also includes a refrigerant bypass line 8 that bypasses the condenser 31 and expansion valve 71 to connect the compressor 30 and heat exchanger 4 of the refrigerator 3. A refrigerant bypass valve 80 is installed in the refrigerant bypass line 8. A solenoid valve is also used for the refrigerant bypass valve 80.
熱交換器4は、冷凍サイクルにおける蒸発器として機能する。熱交換器4は、冷媒流路と冷水流路とを備え、冷媒と冷水とを混合することなく、これらの間で間接的に熱交換させるものである。熱交換器4は、膨張弁71を通過して低温低圧となった冷媒液が圧力一定のまま冷水から吸熱して蒸発することにより、冷水から熱を奪って冷水を冷却する。熱交換器4には、例えば、二重管熱交換器が用いられる。なお、膨張弁71の開度調整により、冷媒は熱交換器4において完全に蒸発するようになっている。 The heat exchanger 4 functions as an evaporator in the refrigeration cycle. The heat exchanger 4 comprises a refrigerant flow path and a chilled water flow path, and indirectly exchanges heat between them without mixing the refrigerant and chilled water. In the heat exchanger 4, the refrigerant liquid, which has become low temperature and low pressure after passing through the expansion valve 71, absorbs heat from the chilled water and evaporates while maintaining a constant pressure, thereby cooling the chilled water. For example, a double-tube heat exchanger is used for the heat exchanger 4. The refrigerant is completely evaporated in the heat exchanger 4 by adjusting the opening of the expansion valve 71.
なお、冷凍機3の運転条件としては、熱交換器4において冷媒が蒸発するときの温度(蒸発温度)が-5℃以上となるよう設定することが好ましい。蒸発温度が低い場合、熱交換器4において冷水が凍結する可能性が高まるが、蒸発温度が0℃よりも小さく且つ0℃に近い温度であれば、熱交換器4において冷水を冷却しつつ、冷水の凍結を抑制することが可能となる。 Furthermore, it is preferable to set the operating conditions of the refrigerator 3 so that the temperature at which the refrigerant evaporates in the heat exchanger 4 (evaporation temperature) is -5°C or higher. If the evaporation temperature is low, the possibility of the chilled water freezing in the heat exchanger 4 increases. However, if the evaporation temperature is lower than 0°C but close to 0°C, it is possible to cool the chilled water in the heat exchanger 4 while suppressing the freezing of the chilled water.
熱交換器4において冷水から吸熱して蒸発した冷媒は、冷媒循環ライン7を通って低温低圧のガスの状態で圧縮機30へ送られる。 In the heat exchanger 4, the refrigerant that has absorbed heat from the chilled water and evaporated is sent to the compressor 30 in a low-temperature, low-pressure gaseous state through the refrigerant circulation line 7.
冷媒循環ライン7における熱交換器4の下流側の位置、すなわち、熱交換器4と圧縮機30の間の位置には、第2圧力センサ72と冷媒温度センサ73が配置される。第2圧力センサ72は、熱交換器4における冷媒の圧力を検出するよう構成される。冷媒温度センサ73は、圧縮機30に吸入される、熱交換器4により蒸発した冷媒の温度を検出するよう構成される。 A second pressure sensor 72 and a refrigerant temperature sensor 73 are positioned downstream of the heat exchanger 4 in the refrigerant circulation line 7, that is, between the heat exchanger 4 and the compressor 30. The second pressure sensor 72 is configured to detect the pressure of the refrigerant in the heat exchanger 4. The refrigerant temperature sensor 73 is configured to detect the temperature of the refrigerant evaporated by the heat exchanger 4 and drawn into the compressor 30.
また、本実施形態の過冷却水供給システム1は、熱交換器4と冷却槽100とを接続する過冷却水供給ライン9を備えており、熱交換器4の冷水流路は、熱交換器4と冷却槽100とを接続する過冷却水供給ライン9に接続される。熱交換器4を通過した冷水は、冷媒との熱交換により冷却され、過冷却水となって過冷却水供給ライン9を流通する。 Furthermore, the supercooled water supply system 1 of this embodiment includes a supercooled water supply line 9 connecting the heat exchanger 4 and the cooling tank 100. The chilled water flow path of the heat exchanger 4 is connected to the supercooled water supply line 9 that connects the heat exchanger 4 and the cooling tank 100. The chilled water that has passed through the heat exchanger 4 is cooled by heat exchange with the refrigerant, becoming supercooled water and flowing through the supercooled water supply line 9.
ここで、本実施形態の過冷却水供給ライン9は、曲げ配管によって構成されており、継ぎ手のない構成となっている。このような構成となっていることで、過冷却水供給ライン9を流れる過冷却水が継ぎ手による段差等に触れて凍結しないようになっている。また、本実施形態の過冷却水供給システム1は、過冷却水供給ライン9の配管距離ができるだけ短くなるよう構成される。具体的には、本実施形態の過冷却水供給システム1では、熱交換器4が冷却槽100と隣接する位置に配置される。ここで、「隣接する位置」とは、例えば、過冷却水供給ライン9の配管距離が10m以内となる位置と規定することできる。また、「隣接する位置」は、熱交換器4と冷却槽100とが同じフロア内に設置される位置関係と規定することも可能である。熱交換器4と冷却槽100とを隣接させ、過冷却水供給ライン9の配管距離を短くすることでも、過冷却水供給ライン9における過冷却水の凍結を抑制することができる。 In this embodiment, the supercooled water supply line 9 is constructed using bent piping and has no joints. This configuration prevents the supercooled water flowing through the supply line 9 from freezing due to contact with joints or other uneven surfaces. Furthermore, the supercooled water supply system 1 of this embodiment is configured to minimize the piping distance of the supercooled water supply line 9. Specifically, in the supercooled water supply system 1 of this embodiment, the heat exchanger 4 is positioned adjacent to the cooling tank 100. Here, "adjacent position" can be defined, for example, as a position where the piping distance of the supercooled water supply line 9 is within 10m. Alternatively, "adjacent position" can be defined as a positional relationship where the heat exchanger 4 and the cooling tank 100 are installed on the same floor. By positioning the heat exchanger 4 and the cooling tank 100 adjacent to each other and shortening the piping distance of the supercooled water supply line 9, freezing of the supercooled water in the supply line 9 can be suppressed.
また、過冷却水供給ライン9には、三方弁90が設けられており、三方弁90には、熱交換器4からの水を冷却槽100へと流さずに排水する排水ライン91が接続されている。なお、三方弁90にも、極力段差のないものを用いることが好ましい。 Furthermore, a three-way valve 90 is provided in the supercooled water supply line 9. A drain line 91 is connected to the three-way valve 90 to drain the water from the heat exchanger 4 without allowing it to flow into the cooling tank 100. It is preferable to use a three-way valve 90 with as few steps or uneven surfaces as possible.
制御手段10は、温度センサ23、第1圧力センサ51及び第2圧力センサ72の検出信号や経過時間などに基づき、上述した各構成を制御する。制御手段10は、具体的には、冷水供給手段2の給水流量調整弁20b、給水弁20c、チラー21、チラー水弁21b及び送水ポンプ22と、冷凍機3(圧縮機30及び凝縮器31)と、循環弁70と、膨張弁71と、冷水弁52と、バイパス弁60と、冷媒バイパス弁80と、三方弁90とを制御する。また、制御手段10には、温度センサ23、第1圧力センサ51及び第2圧力センサ72、冷媒温度センサ73などが接続されている。制御手段10は、後述するように、所定の手順(プログラム)に従い、過冷却水の生成及び供給のための制御を行う。 The control means 10 controls the above-described components based on detection signals from the temperature sensor 23, the first pressure sensor 51, and the second pressure sensor 72, as well as elapsed time. Specifically, the control means 10 controls the water supply flow rate adjustment valve 20b, water supply valve 20c, chiller 21, chiller water valve 21b, and water supply pump 22 of the chilled water supply means 2, the chiller 3 (compressor 30 and condenser 31), the circulation valve 70, the expansion valve 71, the chilled water valve 52, the bypass valve 60, the refrigerant bypass valve 80, and the three-way valve 90. The control means 10 is also connected to the temperature sensor 23, the first pressure sensor 51, the second pressure sensor 72, the refrigerant temperature sensor 73, etc. As described later, the control means 10 controls the generation and supply of supercooled water according to a predetermined procedure (program).
なお、上記構成の制御手段10は、具体的には例えば、CPU、メモリ(例えばフラッシュメモリ)、入力部及び出力部を備えた情報処理装置により構成することができる。そして、情報処理装置により構成された制御手段10の上述した各構成要素による処理は、メモリに記憶されたプログラムをCPUが読み出して実行することで行われる。情報処理装置としては、例えば、パーソナルコンピュータ、PLC(プログラマラブルロジックコントローラ)あるいはマイコンが用いられる。ただし、制御手段10の一部の機能を、任意の通信手段により接続されたクラウド上で実行されるよう構成しても良い。 The control means 10 described above can be specifically configured as an information processing device equipped with a CPU, memory (e.g., flash memory), an input unit, and an output unit. The processing performed by each of the aforementioned components of the control means 10, configured by the information processing device, is carried out by the CPU reading and executing a program stored in memory. Examples of information processing devices include personal computers, PLCs (programmable logic controllers), or microcontrollers. However, some functions of the control means 10 may be configured to be executed on a cloud connected via any communication means.
2.過冷却水供給システム1の動作
次に、本実施形態の過冷却水供給システム1の動作について説明する。本実施形態の過冷却水供給システム1は、制御手段10の制御により、まず、冷水供給手段2によって予め設定した温度の冷水を生成し、生成した冷水を熱交換器4に供給する。そして、当該冷水を、冷凍機3によって冷却された冷媒との間で熱交換することにより更に冷却し、過冷却水を生成して冷却槽100に供給する。以下、これらの各動作について詳細に説明する。
2. Operation of the Supercooled Water Supply System 1 Next, the operation of the supercooled water supply system 1 of this embodiment will be described. In this embodiment, the supercooled water supply system 1, under the control of the control means 10, first generates chilled water at a preset temperature using the chilled water supply means 2 and supplies the generated chilled water to the heat exchanger 4. Then, the chilled water is further cooled by heat exchange with the refrigerant cooled by the refrigerator 3 to generate supercooled water, which is supplied to the cooling tank 100. The following describes each of these operations in detail.
<冷水供給手段2による冷水生成動作>
冷水供給手段2によって予め設定した温度の冷水を生成するには、制御手段10は、まず、給水ライン20aの給水流量調整弁20b、給水弁20cを開くとともに、送水ポンプ22を駆動させる。同時に、制御手段10は、チラー21の運転を開始させるとともに、チラー水ライン21aのチラー水弁21bを開く。これにより、給水ライン20aからの常温水とチラー水ライン21aからのチラー水が混合し、混合水である冷水が混合水ライン25を流通する。ここで、混合水ライン25を流通する冷水の流量、すなわち、熱交換器4に供給される冷水の流量は、送水ポンプ22が混合位置24よりも下流側に配置されていることにより、送水ポンプ22の能力に応じた一定の流量に維持される。
<Cold water generation operation by cold water supply means 2>
To generate chilled water at a preset temperature using the chilled water supply means 2, the control means 10 first opens the water supply flow rate adjustment valve 20b and the water supply valve 20c of the water supply line 20a, and drives the water supply pump 22. At the same time, the control means 10 starts the operation of the chiller 21 and opens the chiller water valve 21b of the chiller water line 21a. As a result, the ambient temperature water from the water supply line 20a and the chiller water from the chiller water line 21a are mixed, and the chilled mixed water flows through the mixed water line 25. Here, the flow rate of chilled water flowing through the mixed water line 25, that is, the flow rate of chilled water supplied to the heat exchanger 4, is maintained at a constant flow rate according to the capacity of the water supply pump 22, because the water supply pump 22 is located downstream of the mixing position 24.
次に、制御手段10は、混合水ライン25を流通する冷水の水温を温度センサ23から取得し、冷水の水温が予め設定した温度(一定の温度)に維持されるよう、給水流量調整弁20bの開度をフィードバック制御(PID制御)する。具体的には、制御手段10は、温度センサ23の検出する冷水の水温が設定温度(例えば、3℃)よりも高ければ、給水流量調整弁20bの開度を小さくする。これにより、混合水における常温水の割合が低下し、チラー水の割合が増加して、混合水の水温は低下する。一方、制御手段10は、温度センサ23の検出する冷水の水温が設定温度よりも低ければ、給水流量調整弁20bの開度を大きくする。これにより、混合水における常温水の割合が増加し、チラー水の割合が低下して、混合水の水温は上昇することになる。 Next, the control means 10 obtains the temperature of the chilled water flowing through the mixed water line 25 from the temperature sensor 23 and uses feedback control (PID control) to adjust the opening of the water supply flow control valve 20b so that the chilled water temperature is maintained at a preset temperature (a constant temperature). Specifically, if the chilled water temperature detected by the temperature sensor 23 is higher than the set temperature (for example, 3°C), the control means 10 reduces the opening of the water supply flow control valve 20b. This reduces the proportion of room temperature water in the mixed water and increases the proportion of chilled water, thus lowering the temperature of the mixed water. On the other hand, if the chilled water temperature detected by the temperature sensor 23 is lower than the set temperature, the control means 10 increases the opening of the water supply flow control valve 20b. This increases the proportion of room temperature water in the mixed water and decreases the proportion of chilled water, thus raising the temperature of the mixed water.
本実施形態の冷水供給手段2は、制御手段10による上記制御により、予め設定した温度の混合水を生成し、送水ポンプ22により一定流量の混合水を冷水として供給するようになっている。なお、フィードバック制御する冷水の設定温度は、冷凍機3の冷却能力(外気温度等に依存)に応じて変動させることが好ましい。具体的には、例えば、外気温が高く冷凍機3の冷却能力が低い場合はフィードバック制御する設定温度を低くし、外気温が低く冷凍機3の冷却能力が高い場合は同設定温度を高くすることが好適である。 In this embodiment, the chilled water supply means 2 generates mixed water at a preset temperature through the control means 10, and supplies the mixed water as chilled water at a constant flow rate via the water pump 22. It is preferable that the set temperature of the chilled water for feedback control is varied according to the cooling capacity of the refrigerator 3 (which depends on the ambient temperature, etc.). Specifically, for example, it is preferable to lower the set temperature for feedback control when the ambient temperature is high and the cooling capacity of the refrigerator 3 is low, and to raise the set temperature when the ambient temperature is low and the cooling capacity of the refrigerator 3 is high.
<冷凍機3による冷却動作>
冷凍機3によって冷媒を冷却し、熱交換器4にて冷水を冷却するには、冷媒を冷媒循環ライン7を介して冷凍機3と熱交換器4との間で循環させる。具体的には、制御手段10は、冷凍機3(圧縮機30)を駆動するとともに、循環弁70を開き、冷媒バイパス弁80を閉じることで、冷媒を圧縮機30、凝縮器31、膨張弁71及び熱交換器4(蒸発器)の順に循環させ、冷媒の圧縮、凝縮、膨張及び蒸発の冷凍サイクルを実行する。冷媒が熱交換器4を流通する際、同じく熱交換器4を流通する冷水との間で熱交換が行われることで、冷水が冷却される。
<Cooling operation by refrigerator 3>
To cool the refrigerant with the chiller 3 and the chilled water with the heat exchanger 4, the refrigerant is circulated between the chiller 3 and the heat exchanger 4 via the refrigerant circulation line 7. Specifically, the control means 10 drives the chiller 3 (compressor 30), opens the circulation valve 70, and closes the refrigerant bypass valve 80, thereby circulating the refrigerant in the order of compressor 30, condenser 31, expansion valve 71, and heat exchanger 4 (evaporator), executing the refrigeration cycle of compression, condensation, expansion, and evaporation of the refrigerant. As the refrigerant flows through the heat exchanger 4, heat exchange occurs with the chilled water also flowing through the heat exchanger 4, thereby cooling the chilled water.
ここで、本実施形態の制御手段10は、上述したように、熱交換器4に流入する冷水が予め設定した水温に維持されるよう冷水供給手段2を制御している。また、制御手段10は、第2圧力センサ72が検出する冷媒圧力から換算される冷媒の蒸発温度(飽和温度)と、冷媒温度センサ73により検出される冷媒の温度から、圧縮機30に吸入される冷媒の吸入過熱度(冷媒の蒸発温度からの上昇温度)を算出し、吸入過熱度が上記予め設定する冷水の水温に応じた目標温度(例えば、5K~15K)となるよう、膨張弁71の開度を調整する。これにより、熱交換器4に流入する冷水は一定の熱量が奪われることになり、冷水は一定温度の過冷却水となって過冷却水供給ライン9を流通し、冷却槽100に供給されることになる。なお、供給する過冷却水の温度は、約-1.0℃~-0.6℃程度とすることが好ましい。この範囲の温度であれば、熱交換器4等での過冷却水の凍結を好適に抑制することができる。 In this embodiment, the control means 10 controls the chilled water supply means 2 so that the chilled water flowing into the heat exchanger 4 is maintained at a preset temperature, as described above. The control means 10 also calculates the suction superheat (temperature rise from the refrigerant's evaporation temperature) of the refrigerant drawn into the compressor 30 from the refrigerant evaporation temperature (saturation temperature) calculated from the refrigerant pressure detected by the second pressure sensor 72 and the refrigerant temperature detected by the refrigerant temperature sensor 73. The control means 10 then adjusts the opening of the expansion valve 71 so that the suction superheat reaches a target temperature (for example, 5K to 15K) corresponding to the preset chilled water temperature. As a result, a certain amount of heat is removed from the chilled water flowing into the heat exchanger 4, and the chilled water becomes supercooled water at a constant temperature, which flows through the supercooled water supply line 9 and is supplied to the cooling tank 100. It is preferable that the temperature of the supplied supercooled water be approximately -1.0°C to -0.6°C. Within this temperature range, freezing of the supercooled water in the heat exchanger 4 and other components can be effectively suppressed.
また、本実施形態の過冷却水供給システム1では、冷水ライン5に設けられ冷水の圧力を検出する第1圧力センサ51と、冷媒循環ライン7に設けられ冷媒の圧力を検出する第2圧力センサ72とにより、熱交換器4において何らかの原因で冷水の凍結が発生した場合に、当該凍結を検出するようになっている。 Furthermore, in the supercooled water supply system 1 of this embodiment, a first pressure sensor 51, provided in the chilled water line 5 to detect the chilled water pressure, and a second pressure sensor 72, provided in the refrigerant circulation line 7 to detect the refrigerant pressure, are used to detect freezing of the chilled water in the heat exchanger 4 for any reason.
具体的には、制御手段10は、熱交換器4内で冷水の凍結が生じると、冷水ライン5における冷水の圧力が上昇することに鑑みて、第1圧力センサ51の検出する冷水の圧力が冷水上限圧力以上となった場合に凍結を検出する。また、制御手段10は、熱交換器4内で冷水の凍結が生じると、冷水と冷媒との間で交換する熱量が減少して冷媒の圧力が通常より増加しないことに鑑みて、第2圧力センサ72の検出する冷媒の圧力が冷媒下限圧力以下となった場合にも凍結を検出する。 Specifically, the control means 10 detects freezing when the chilled water pressure detected by the first pressure sensor 51 exceeds the chilled water upper limit pressure, considering that the chilled water pressure in the chilled water line 5 increases when chilled water freezes in the heat exchanger 4. Furthermore, considering that the amount of heat exchanged between chilled water and refrigerant decreases when chilled water freezes in the heat exchanger 4, preventing the refrigerant pressure from increasing more than normal, the control means 10 also detects freezing when the refrigerant pressure detected by the second pressure sensor 72 falls below the refrigerant lower limit pressure.
なお、冷水上限圧力及び冷媒下限圧力は、冷水供給手段2が供給する冷水の設定温度ごとに予め確認しておき、制御手段10が備えるメモリに予め記憶しておくことが好ましい。また、制御手段10は、第1圧力センサ51の検出する冷水の圧力と第2圧力センサ72の検出する冷媒の圧力の一方のみの圧力により、冷水の凍結を検出するようにしても良い。そして、熱交換器4における冷水の凍結を検出した場合には、制御手段10は、次に説明するデフロスト動作を実行する。 Furthermore, it is preferable to pre-confirm the upper limit pressure of the chilled water and the lower limit pressure of the refrigerant for each set temperature of the chilled water supplied by the chilled water supply means 2 and store them in the memory of the control means 10. Alternatively, the control means 10 may detect chilled water freezing based on only one of the pressures detected by either the chilled water pressure detected by the first pressure sensor 51 or the refrigerant pressure detected by the second pressure sensor 72. If chilled water freezing is detected in the heat exchanger 4, the control means 10 executes the defrost operation described below.
<デフロスト動作>
デフロスト動作(解氷動作)は、熱交換器4における冷水の凍結を検出した場合に、熱交換器4にホットガスを供給し、ホットガスの温熱によってこれを解凍するための運転動作である。以下、デフロスト動作について具体的に説明する。
<Defrost Operation>
The defrost operation (thawing operation) is an operation performed when freezing of the chilled water in the heat exchanger 4 is detected. This operation involves supplying hot gas to the heat exchanger 4 and using the heat of the hot gas to thaw the frozen water. The defrost operation will be explained in detail below.
デフロスト動作を行う場合、制御手段10は、冷媒循環ライン7に設けられた循環弁70を閉じるとともに、冷媒バイパスライン8に設けられた冷媒バイパス弁80を開く。すると、冷凍機3の圧縮機30により高温高圧のガスとなった冷媒(ホットガス)が、凝縮器31及び膨張弁71をバイパスして循環する。これにより、ホットガスが直接熱交換器4に供給され、熱交換器4内で凍結した冷水が解凍されることになる。なお、この際、制御手段10は、過冷却水供給ライン9の三方弁90を制御することで、熱交換器4において解凍されて生じた水を、冷却槽100へと流さずに排水ライン91から排水するようにする。これにより、ホットガスによって温められた水(解凍水)が冷却槽100へ供給されることを防止することができる。 When performing a defrost operation, the control means 10 closes the circulation valve 70 in the refrigerant circulation line 7 and opens the refrigerant bypass valve 80 in the refrigerant bypass line 8. As a result, the refrigerant (hot gas), which has become a high-temperature, high-pressure gas by the compressor 30 of the chiller 3, circulates, bypassing the condenser 31 and expansion valve 71. This allows the hot gas to be supplied directly to the heat exchanger 4, thawing the frozen chilled water within the heat exchanger 4. At this time, the control means 10 controls the three-way valve 90 of the subcooled water supply line 9 to drain the water generated by thawing in the heat exchanger 4 through the drain line 91 instead of flowing into the cooling tank 100. This prevents the water heated by the hot gas (thawed water) from being supplied to the cooling tank 100.
また、冷凍機3によるデフロスト動作を行っている間、制御手段10は、冷水供給手段2の給水ライン20aに設けられた給水弁20cを閉じ、チラー水ライン21aに設けられたチラー水弁21bを開くことで、冷水供給手段2がチラー水のみを供給するよう制御する。同時に、制御手段10は、冷水ライン5の冷水弁52を閉じ、バイパスライン6のバイパス弁60を開いて、チラー水が熱交換器4を介さず直接冷却槽100に供給されるようにする。これにより、デフロスト動作時にも、0℃に近い水温の冷水(チラー水)を冷却槽100に供給し続けることが可能となっている。 Furthermore, while the chiller 3 is performing defrosting, the control means 10 closes the water supply valve 20c on the water supply line 20a of the chilled water supply means 2 and opens the chiller water valve 21b on the chiller water line 21a, thereby controlling the chilled water supply means 2 to supply only chiller water. Simultaneously, the control means 10 closes the chilled water valve 52 on the chilled water line 5 and opens the bypass valve 60 on the bypass line 6, allowing chiller water to be supplied directly to the cooling tank 100 without passing through the heat exchanger 4. This makes it possible to continuously supply chilled water (chiller water) with a water temperature close to 0°C to the cooling tank 100 even during defrosting.
そして、制御手段10は、第1圧力センサ51の検出する冷水の圧力が冷水正常圧力となり、且つ/又は第2圧力センサ72の検出する冷媒の圧力が冷媒正常圧力となった場合には、冷水が解凍されたとしてデフロスト動作を終了する。デフロスト動作を終了するには、制御手段10は、冷媒循環ライン7の循環弁70を開くとともに、冷媒バイパスライン8の冷媒バイパス弁80を閉じる。また、制御手段10は、冷水供給手段2の給水ライン20aの給水弁20c及び冷水ライン5の冷水弁52を開き、バイパスライン6のバイパス弁60を閉じる。これにより、過冷却水供給システム1は過冷却水の供給を再開する。 Then, the control means 10 terminates the defrosting operation when the chilled water pressure detected by the first pressure sensor 51 reaches the normal chilled water pressure and/or the refrigerant pressure detected by the second pressure sensor 72 reaches the normal refrigerant pressure, indicating that the chilled water has thawed. To terminate the defrosting operation, the control means 10 opens the circulation valve 70 of the refrigerant circulation line 7 and closes the refrigerant bypass valve 80 of the refrigerant bypass line 8. The control means 10 also opens the water supply valve 20c of the water supply line 20a and the chilled water valve 52 of the chilled water line 5 of the chilled water supply means 2, and closes the bypass valve 60 of the bypass line 6. As a result, the supercooled water supply system 1 resumes supplying supercooled water.
3.作用効果
以上のように、本実施形態の過冷却水供給システム1は、冷水供給手段2が予め設定した温度の冷水を供給し、熱交換器4において冷凍機3によって冷却された冷媒との間で熱交換して冷水をさらに冷却することで、過冷却水を生成して供給することが可能となっている。また、熱交換器4の上流側の温度(冷水ライン5を流れる冷水の温度)が一定であれば、熱交換器4の下流側の冷却後の水の温度を推定することが可能である。したがって、熱交換器4の下流側の温度センサの設置を省略でき、生成された過冷却水が温度センサに触れて過冷却状態が解消されてしまうことを防止可能となっている。
3. Effects and Effects As described above, the supercooled water supply system 1 of this embodiment is capable of generating and supplying supercooled water by having the chilled water supply means 2 supply chilled water at a preset temperature, and further cooling the chilled water through heat exchange with the refrigerant cooled by the refrigerator 3 in the heat exchanger 4. Furthermore, if the temperature on the upstream side of the heat exchanger 4 (the temperature of the chilled water flowing in the chilled water line 5) is constant, it is possible to estimate the temperature of the cooled water on the downstream side of the heat exchanger 4. Therefore, the installation of a temperature sensor on the downstream side of the heat exchanger 4 can be omitted, and it is possible to prevent the generated supercooled water from coming into contact with the temperature sensor and eliminating the supercooled state.
加えて、冷水供給手段2は、給水手段20による常温水とチラー21によるチラー水とを混合させるとともに、温度センサ23の検出した混合水の温度に基づいた給水流量調整弁20bのフィードバック制御によりチラー水と常温水の供給量の割合を調整することで、予め設定した一定温度の冷水を応答性良く生成することが可能となっている。 In addition, the chilled water supply means 2 mixes room temperature water from the water supply means 20 with chilled water from the chiller 21, and adjusts the ratio of chilled water to room temperature water supply through feedback control of the water supply flow rate adjustment valve 20b based on the temperature of the mixed water detected by the temperature sensor 23. This enables the responsive generation of chilled water at a preset constant temperature.
なお、冷水供給手段2においては、チラー21自体も、ほぼ一定の水温の冷水を供給することは可能である。しかしながら、チラー21が供給する水温は室温(外気温)等による変動が存在し、応答性が良くないため、チラー水そのものを熱交換器4に供給した場合、凍結が生じるおそれがある。この点、本実施形態の過冷却水供給システム1では、冷水供給手段2がチラー水と常温水を混合し、水温を応答性の高い給水流量調整弁20bの開度によって調整している。これにより、一定温度の冷水を確実に熱交換器4に供給でき、熱交換器4における冷水の凍結を抑制することが可能となっている。 Furthermore, in the chilled water supply means 2, the chiller 21 itself can supply chilled water at a nearly constant temperature. However, the temperature of the water supplied by the chiller 21 fluctuates due to room temperature (ambient temperature), etc., and its responsiveness is poor. Therefore, if the chiller water itself is supplied to the heat exchanger 4, there is a risk of freezing. In this regard, in the supercooled water supply system 1 of this embodiment, the chilled water supply means 2 mixes chiller water with room temperature water and adjusts the water temperature by the opening of the highly responsive water supply flow rate control valve 20b. This ensures that chilled water at a constant temperature is reliably supplied to the heat exchanger 4, and makes it possible to suppress the freezing of the chilled water in the heat exchanger 4.
4.変形例
なお、本発明は、以下の態様でも実施可能である。
4. Modifications The present invention can also be implemented in the following embodiments.
上記実施形態では、冷水供給手段2において温度センサ23は混合水ライン25における送水ポンプ22よりも下流側に設けられていた。しかしながら、温度センサ23を送水ポンプ22よりも上流側に設けることもできる。温度センサ23を流量、流速の高くない送水ポンプ22の上流側に配置することで、振動による温度センサ23の故障を抑制することが可能となる。ただし、温度センサ23を送水ポンプ22の上流側に配置する場合は、検出する混合水の温度が均一になりにくいので、この場合には、配置する送水ポンプ22の上流配管の口径を大きくすることが好ましい。 In the above embodiment, the temperature sensor 23 in the chilled water supply means 2 was located downstream of the water pump 22 in the mixed water line 25. However, the temperature sensor 23 can also be located upstream of the water pump 22. By placing the temperature sensor 23 upstream of the water pump 22, which does not have a high flow rate or velocity, it is possible to suppress failure of the temperature sensor 23 due to vibration. However, when the temperature sensor 23 is placed upstream of the water pump 22, the temperature of the mixed water detected is less likely to be uniform, so in this case, it is preferable to increase the diameter of the upstream piping of the water pump 22 where the temperature sensor is located.
上記実施形態において、冷水供給手段2は、給水手段20とチラー21とを備え、常温水とチラー水を混合させて冷水を生成する構成であった。しかしながら、一定温度の冷水を供給可能であれば、冷水供給手段2をチラー21のみで構成しても良く、その他の手段によって冷水を供給する構成としても良い。 In the above embodiment, the chilled water supply means 2 comprised a water supply means 20 and a chiller 21, and was configured to produce chilled water by mixing room temperature water and chiller water. However, as long as chilled water at a constant temperature can be supplied, the chilled water supply means 2 may consist only of the chiller 21, or it may be configured to supply chilled water by other means.
上記実施形態において、過冷却水供給システム1は過冷却水を冷却槽100に供給する構成であった。しかしながら、本発明に係る過冷却水供給システム1は、過冷却水を冷却槽100以外の任意の場所・対象に供給することが可能である。 In the above embodiment, the supercooled water supply system 1 was configured to supply supercooled water to the cooling tank 100. However, the supercooled water supply system 1 according to the present invention can supply supercooled water to any location or object other than the cooling tank 100.
1 :過冷却水供給システム
2 :冷水供給手段
3 :冷凍機
4 :熱交換器
5 :冷水ライン
6 :バイパスライン
7 :冷媒循環ライン
8 :冷媒バイパスライン
9 :過冷却水供給ライン
10 :制御手段
20 :給水手段
20a :給水ライン
20b :給水流量調整弁
20c :給水弁
21 :チラー
21a :チラー水ライン
21b :チラー水弁
22 :送水ポンプ
23 :温度センサ
24 :混合位置
25 :混合水ライン
30 :圧縮機
31 :凝縮器
31a :ファン
50 :フィルタ
51 :第1圧力センサ
52 :冷水弁
60 :バイパス弁
70 :循環弁
71 :膨張弁
72 :第2圧力センサ
73 :冷媒温度センサ
80 :冷媒バイパス弁
90 :三方弁
91 :排水ライン
100 :冷却槽
1: Supercooled water supply system 2: Chilled water supply means 3: Refrigerator 4: Heat exchanger 5: Chilled water line 6: Bypass line 7: Refrigerant circulation line 8: Refrigerant bypass line 9: Supercooled water supply line 10: Control means 20: Water supply means 20a: Water supply line 20b: Water supply flow rate adjustment valve 20c: Water supply valve 21: Chiller 21a: Chiller water line 21b: Chiller water valve 22: Water supply pump 23: Temperature sensor 24: Mixing position 25: Mixed water line 30: Compressor 31: Condenser 31a: Fan 50: Filter 51: First pressure sensor 52: Chilled water valve 60: Bypass valve 70: Circulation valve 71: Expansion valve 72: Second pressure sensor 73: Refrigerant temperature sensor 80: Refrigerant bypass valve 90: Three-way valve 91: Drain line 100: Cooling tank
Claims (6)
予め設定した温度の冷水を供給する冷水供給手段と、冷媒を冷却する冷凍機と、熱交換器とを備え、
前記冷水供給手段は、一定流量の水を送水可能な送水ポンプを備え、当該送水ポンプにより一定流量の前記冷水を前記熱交換器へ供給するよう構成され、
前記冷水供給手段は、給水手段と、チラーとをさらに備え、
前記給水手段は、常温水を供給可能に構成され、
前記チラーは、チラー水を供給可能に構成され、
前記送水ポンプは、前記チラー水と前記常温水が混合される混合位置よりも下流側に配置され、
前記冷水供給手段は、前記チラー水と前記常温水を混合し、前記送水ポンプにより一定流量の前記冷水として前記熱交換器へ供給し、
前記熱交換器において流通する前記冷水と前記冷媒の間で熱交換させて前記冷水をさらに冷却し、過冷却水を生成して供給する、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system that supplies supercooled water,
It comprises a chilled water supply means that supplies chilled water at a preset temperature, a refrigerator that cools the refrigerant, and a heat exchanger.
The chilled water supply means is equipped with a water pump capable of supplying water at a constant flow rate, and is configured to supply the chilled water at a constant flow rate to the heat exchanger using the water pump.
The chilled water supply means further comprises a water supply means and a chiller.
The water supply means is configured to supply room temperature water,
The chiller is configured to be able to supply chiller water,
The water supply pump is positioned downstream of the mixing point where the chiller water and the room temperature water are mixed.
The chilled water supply means mixes the chiller water and the room temperature water and supplies the chilled water at a constant flow rate to the heat exchanger using the water pump .
A supercooled water supply system that further cools the chilled water by exchanging heat between the chilled water and the refrigerant flowing through the heat exchanger, thereby generating and supplying supercooled water .
前記冷水供給手段及び前記冷凍機を制御する制御手段を備え、
前記冷水供給手段は、温度センサをさらに備え、
前記温度センサは、前記冷水の水温を検出するよう構成されており、
前記給水手段は、前記常温水が供給される給水ラインと、当該給水ラインに配置されるとともに流量調整の可能な給水流量調整弁とを備えており、
前記制御手段は、前記温度センサの検出する前記冷水の水温が前記予め設定した温度となるよう、前記給水流量調整弁をフィードバック制御する、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system according to claim 1 ,
The system includes the aforementioned chilled water supply means and the control means for controlling the chiller,
The cold water supply means further includes a temperature sensor,
The temperature sensor is configured to detect the water temperature of the cold water,
The water supply means comprises a water supply line through which the room temperature water is supplied, and a water supply flow rate adjustment valve located in the water supply line and capable of adjusting the flow rate.
The control means provides a supercooled water supply system that provides feedback control to the water supply flow rate adjustment valve so that the water temperature of the chilled water detected by the temperature sensor becomes the preset temperature.
前記送水ポンプよりも下流側に配置されて前記冷水の圧力を検出するよう構成される第1圧力センサと、前記冷凍機と前記熱交換器の間で前記冷媒を循環させる冷媒循環ラインにおける前記熱交換器の下流側に配置されて前記冷媒の圧力を検出するよう構成される第2圧力センサの少なくとも一方を備えており、
前記制御手段は、前記第1圧力センサの検出する前記冷水の圧力及び/又は前記第2圧力センサの検出する前記冷媒の圧力により、前記熱交換器内における前記冷水の凍結を検出する、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system according to claim 2 ,
The system comprises at least one of the following: a first pressure sensor located downstream of the water supply pump and configured to detect the pressure of the chilled water; and a second pressure sensor located downstream of the heat exchanger in a refrigerant circulation line that circulates the refrigerant between the chiller and the heat exchanger and configured to detect the pressure of the refrigerant.
The control means is a supercooled water supply system that detects freezing of the chilled water in the heat exchanger based on the pressure of the chilled water detected by the first pressure sensor and/or the pressure of the refrigerant detected by the second pressure sensor.
前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、
前記熱交換器と前記冷却槽とを接続する過冷却水供給ラインを備え、
当該過冷却水供給ラインは、曲げ配管によって構成される、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system according to any one of claims 1 to 3 ,
The system is configured to supply the supercooled water to the cooling tank,
The heat exchanger and the cooling tank are connected by a supercooling water supply line,
The supercooled water supply line is a supercooled water supply system consisting of bent piping.
前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、
前記熱交換器を、前記冷却槽と隣接する位置に配置した、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system according to any one of claims 1 to 4 ,
The system is configured to supply the supercooled water to the cooling tank,
A supercooled water supply system in which the heat exchanger is positioned adjacent to the cooling tank.
前記過冷却水を冷却槽に供給するよう構成されており、
前記熱交換器をバイパスするバイパスラインを備え、
前記冷水供給手段の供給する前記冷水を前記バイパスラインを介して前記冷却槽に供給可能に構成される、過冷却水供給システム。 A supercooled water supply system according to any one of claims 1 to 5 ,
The system is configured to supply the supercooled water to the cooling tank,
The aforementioned heat exchanger is provided with a bypass line,
A supercooled water supply system configured to supply the chilled water supplied by the chilled water supply means to the cooling tank via the bypass line.
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