JP2013002802A - 冷却システムおよびそれを用いた溶剤回収システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷却塔の運転では、外気状況を把握していないので、外気状況が変化すると供給水温が変化していた。また、外気状況を見ている場合でも、外気状況に応じた省エネを考慮したものではなかった。
【解決手段】冷却器１０と、冷却器との間で循環する冷却水を冷却する循環ユニット１１と、外気湿球温度センサ２４と、循環ユニットを制御する制御装置２２を有し、前記循環ユニットは、冷却塔３０と、冷却水を冷却器に送る送水パイプ３２と、冷却器から冷却水を返す戻りパイプ３４と、送水パイプと戻りパイプの間を連通するバイパスパイプ３６と、バイパスパイプに配設されたバイパス弁３７と、戻りパイプに設けられた絞り弁３５と、冷却塔の出口に設けられた出口水温センサ３８と、冷却器の手間に設けられた供給水温センサ３９を含み、制御装置は、それぞれの球温度センサの検出値に応じて、冷却水の温度が一定になるように循環ユニットを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却塔を用いた冷却システムとそれを用いた溶剤回収システムに関する発明である。特に、冷却器に供給する水温を高い精度で一定に保持でき、また、外気の温度湿度といった条件が変わっても、冷却器に安定した温度の冷却水を送ることができ、また、省エネのための細かな設定が可能となる冷却システムおよびそれを用いた溶剤回収システムに関する。

冷却塔を用いた冷却システムは多く提案されている。例えば、特許文献１には、冷却塔が複数（４機）配されて熱負荷に対して冷却水を冷凍機に供給するシステムが開示されている。ここでは、冷水の供給温度を安定化することを目的としている。そのため、各冷却塔からの冷水を供給する供給管に温度センサを配設し、それぞれの冷却塔のファンの回転数を２段に調整できるようにする。そして、冷凍機に返ってくる冷水の温度から負荷変動率を検出し、その負荷変動率と、温度センサによる冷却水の温度と、その変化温度の３つのパラメータから、冷却塔のファンの回転個数を決めるというものである。

また、特許文献２には、室内機の熱交換器を冷却塔からの冷却水を利用して、いわゆるフリークーリング運転を行い、省エネルギーを達成することを目的としている。ここでは、冷凍機と冷却塔が用意され、通常は冷却塔と冷凍機で運転を行う。このシステムでは外気温度を計測しており、外気温度が所定の温度になったら、冷凍機を停止し、冷却塔だけの運転に切り替える。したがって、外気温度によって冷凍機を停止した分は省エネが達成できることとなる。

特開平１０−００９７９６号公報 特開平０７−０１９５２３号公報

特許文献１では、熱負荷の変動を検知し、その変動に応じて冷却塔の運転の切り替えを行っている。しかし、外気の温度湿度の変化は、検出していない。したがって、供給する冷却水の温度が変化するまでは、なんの制御も行われない。しかし、供給する冷却水の温度が変わってしまってから冷却塔の運転状況を変更しても、冷却水自体はすぐには冷たくならない。すなわち、水温が下がるにはタイムラグが生じる。結果、水温の安定した冷却水の提供は困難である。

この原因は、冷凍機に供給する冷却水の温度制御を冷却塔の運転で行っている点にある。つまり、熱容量の大きな冷却塔で水温を直接制御するのは、冷却塔を数多く設置しなければならない。すなわち、コスト高になるという課題も生じる。

また、冷却塔は気温や湿度といった外気の状況に左右されるので、外気がどれほどの冷却能力を有している状態で、現在運転が行われているかという点を把握できない構成では、そもそも外気の変化に応じて素早く所定の温度の冷却水を供給することはできない。

特許文献２は、外気温度に応じて、冷凍機の使用の有無を決めるものである。そのため、一定の効果を有するものと認められる。しかし、冷却塔だけの運転になった時に、さらに省エネを行う点に関してはなんらの考察もない。すなわち、フリークーリングが行える状況になったときに、さらに消費電力を押さえる工夫については何も開示されていない。

本発明は上記の課題に鑑み想到されたものであり、最も基本的には、冷却塔から熱負荷に供給される冷却水を安定して所定の温度に維持するものである。さらには、供給する冷却水の温度を極めて安定して維持しつつ、さらに省エネが可能になる冷却システムを提供する。

より具体的には、本発明の冷却システムは、
前記被冷却体を冷却水で冷却する冷却器と、
前記冷却器に前記冷却水を供給し、冷却後の前記冷却水を再び冷却する循環ユニットと、
外気の湿球温度を検出する外気湿球温度センサと、
前記循環ユニット中に配置された温度センサと前記外気湿球温度センサとに連結され、前記循環ユニット中の弁とインバータと循環ポンプを制御する制御装置とを有し、
前記循環ユニットは、
前記インバータで回転制御されるファンを有し前記冷却後の冷却水を再び冷却する冷却塔と、
前記冷却塔で温度の下がった前記冷却水を前記冷却器に送る送水パイプと、
前記冷却器から前記冷却塔に前記冷却器から熱を奪った後の冷却水を返す戻りパイプと、
前記送水パイプと前記戻りパイプの間を連通するバイパスパイプと、
前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却器の間に配設される循環ポンプと、
前記バイパスパイプに設けられたバイパス弁と、
前記戻りパイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却塔との間に設けられた絞り弁と、
前記冷却塔の出口に設けられた出口水温センサと、
前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記ポンプの間に設けられた供給水温センサを含み、
前記制御装置は、
前記外気湿球温度センサと前記出口水温センサおよび供給水温センサの検出値に応じて、前記バイパス弁と前記絞り弁と前記インバータと前記循環ポンプを前記供給水温センサの検出値が所定の値になるように制御することを特徴とする。

また、本発明の冷却システムは、上記の冷却システムを複数直列に連結してもよく、具体的には、
前記冷却器の後段に第２の冷却器を設け、
前記第２の冷却器に２次側冷却水を供給し、冷却後の前記２次側冷却水を再び冷却する冷凍機を有する第２の循環ユニットを有し、
前記制御装置は、さらに前記第２の循環ユニット中に配置された温度センサと、弁とインバータと循環ポンプと前記冷凍機に接続され、
前記第２の循環ユニットは、
第２のインバータで回転制御されるファンを有し前記冷凍機に供給する１次側冷却水を再び冷却する第２の冷却塔と、
前記第２の冷却塔で温度の下がった前記１次側冷却水を前記冷凍機に送る第２の送水パイプと、
前記冷凍機から前記第２の冷却塔に前記冷凍機から熱を奪った後１次側冷却水を返す第２の戻りパイプと、
前記第２の送水パイプと前記第２の戻りパイプの間を連通する第２のバイパスパイプと、
前記第２の送水パイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記冷凍機の間に配設される第２の循環ポンプと、
前記第２のバイパスパイプに設けられた第２のバイパス弁と、
前記第２の戻りパイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の冷却塔との間に設けられた第２の絞り弁と、
前記第２の冷却塔の出口に設けられた第２の出口水温センサと、
前記第２の送水パイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の循環ポンプの間に設けられた第２の供給水温センサと、
前記第２の戻りパイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記冷凍機との間に配設された戻り水温センサを含み、
前記制御装置は、
前記外気湿球温度センサと前記第２の出口水温センサと第２の供給水温センサおよび前記戻り水温センサの検出値に応じて、前記第２のバイパス弁と前記第２の絞り弁と前記第２のインバータと前記第２の循環ポンプと、前記冷凍機を前記供給水温センサの検出値が所定の値になるように制御することを特徴とする。

また、上記の冷却システムは溶剤回収装置に利用することができ、具体的には、
高温の溶剤含有空気を発生する溶剤発生源と、
前記溶剤含有空気を冷却し前記溶剤含有空気中の溶剤を結露し回収する第１のガス冷却器と、
前記第１のガス冷却器を通過した前記溶剤含有空気をさらに冷却し前記溶剤含有空気中の溶剤を結露させ回収する第２のガス冷却器と、
前記第２のガス冷却器を通過した前記溶剤含有空気からミスト成分を回収するデミスタと、
前記デミスタを通過した前記溶剤含有空気から溶剤を除去し、再生空気を排出する吸脱着ロータと、
前記第１のガス冷却器と前記第２のガス冷却器と前記デミスタから回収される前記溶剤含有空気中の溶剤を回収するドレインパイプを有し、
前記第１のガス冷却器と前記第２のガス冷却器を上記の冷却システムにおける前記循環ユニットおよび前記第２の循環ユニットでそれぞれ冷却する溶剤回収システム。

本発明の冷却システムは、冷却塔から冷却器まで冷却水を送る送水パイプと、冷却器から戻ってくる戻りパイプの間を連通するバイパスパイプを設け、バイパスパイプと戻りパイプの流量を調整することで、冷却塔で冷やされた冷却水と、冷却器で熱変換され温かくなった冷却水を混合して、冷却器に供給するので、供給する水温が変化しても、冷やされた冷却水と温かい冷却水の混合比を調整することで、ほとんど瞬時に近い速度で供給する冷却水の温度を一定にすることができる。

また、外気湿球温度センサを有しているので、外気の冷却能力に対する現在の運転状態を把握することができる。したがって、外気の冷却能力が高い場合は、冷却塔の冷却力を落として、運転することができ、省エネを実現することができる。

本発明の冷却システムの基本的な構成を示す図 冷却塔の出口水温とファン回転数の関係を説明する図 外気湿球温度とアプローチ温度の関係を示す図 定格冷却能力比Ｑとインバータの消費電力の関係を示す図 制御装置２２のフローを示す図 本発明の他の冷却システムの基本的な構成を示す図 本発明の他の冷却システムの基本的な構成を示す図 複数の循環ユニットを有する冷却システムを示す図 冷凍機を有する冷却システムの構成を示す図 冷凍機を有する場合の消費電力を推定するための状態を説明する図 冷凍機を有する他の冷却システムの構成を示す図 本発明の冷却システムを有する溶剤回収システムの構成を示す図

以下本発明の冷却システムと、それを用いた溶剤回収システムについて説明する。まず、本発明の最も基本的な構成について、本実施形態において説明する。

（実施の形態１）
図１には、本発明の冷却システムの構成を示す。本発明の冷却システム１には、熱負荷となる冷却器１０と冷却器１０を冷却するための熱媒体となる冷却水を冷却する循環ユニット１１と、循環ユニット１１の動作を制御する制御装置２２と、外気湿球温度センサ２４からなる。

熱負荷となる冷却器１０は、特に限定されるものではないが、定常的に所定の熱量を交換するように設計されるものがよい。例えば、冷凍機であってもよいし、後述する溶剤回収システム中では、溶剤を含んだガスを冷却するガス冷却器などが好適に利用できる。

外気湿球温度センサ２４は、水で湿った不織布などに接触した乾球の温度を計測するセンサである。水分が蒸発している温度を計測できるのであれば、構成はこれに限定されるものではない。この外気湿球温度センサ２４よって、現在循環ユニット１１が置かれている環境での、水の蒸発量を推定することができる。外気湿球温度センサ２４の出力は、制御装置２２に連結されている。

循環ユニット１１は、インバータ３１によって回転するファンを有する冷却塔３０と、冷却塔３０から冷却器１０に冷却水を送る送水パイプ３２と、冷却器１０で熱交換され水温の上がった冷却水を冷却塔３０に戻す戻りパイプ３４によって循環系が構成されている。また、本発明の冷却システムでは、送水パイプ３２と戻りパイプ３４との間を連通するバイパスパイプ３６が配置されている。ここで送水パイプ３２とバイパスパイプ３６の連通点を送水側連通点４１とし、戻りパイプ３４とバイパスパイプ３６の連通点を戻り側連通点４２とする。

冷却塔３０は、冷却器１０から戻りパイプ３４で戻ってきた冷却水を上方から落下させ、空気と接触若しくは一部の冷却水の気化熱によって冷却水を冷却する構成を有している。また、上部から落下する際に空気との接触を促進させるため、ファンによる通風ができることを想定している。このファンはインバータ３１によって駆動させられる。

バイパスパイプ３６には、流量調整が可能なバイパス弁３７が配設されている。また、戻りパイプ３４の冷却塔３０付近には、同じく流量調整が可能な絞り弁３５が配設されている。この絞り弁３５は、、戻り側連通点４２と冷却塔３０の間に配置される。

送水パイプ３２には、冷却塔３０の出口付近に出口水温センサ３８が配設されている。また、送水側連通点４１と冷却器１０との間に、供給水温センサ３９が配設されている。また、供給水温センサ３９と冷却器１０との間には、循環ポンプ４０が配設されている。これらの温度センサ（３８、３９）、流量調整弁（３７、３５）および循環ポンプ４０は、制御装置２２と電気的に連結されている。

従って、制御装置２２は、これらの温度センサ（３８、３９）、流量調整弁（３７、３５）循環ポンプ４０およびインバータ３１、さらには外気湿球温度センサ２４のそれぞれの機器から状態に関する信号を受け、また、それぞれの機器の状態を変化させるための指示信号を送ることで、循環ユニット１１の運転を制御することができる。

また、後述する実施の形態のように、循環ユニット１１には、複数の止水弁を設けることもできる。これらの止水弁の開閉も制御装置２２は行うことができる。従って、制御装置２２は、循環ユニット１１中の弁（流量調整弁と止水弁）と、インバータと循環ポンプを制御すると言える。

次に本発明の冷却システム１において、冷却水の流れについて説明する。図１を参照して、冷却水Ｗｃは、冷却塔３０から送水パイプ３２を通り、送水側連通点４１を通過し、冷却器１０に送られる。冷却器１０内では、熱変換が行われ、冷却器１０に入る前より高い温度の冷却水Ｗｈとなって戻りパイプ３４を冷却塔３０に向かって流れる。この水流を作るのは循環ポンプ４０である。

この流路において、バイパス弁３７と絞り弁３５をそれぞれ調整することで、冷却水Ｗｈの一部をバイパスパイプ３６を通して送水パイプ３２に戻すことができる。すなわち、送水側連通点４１で、冷却水Ｗｃに冷却水Ｗｈが混合される。つまり、冷却器１０に供給される冷却水は、正確に述べると、冷却水Ｗｃと冷却水Ｗｈの混合されたものである。そこで冷却器１０に供給される冷却水を冷却水Ｗｍとする。冷却塔３０から送水パイプ３２を流れる冷却水Ｗｃは、送水側連通点４１を過ぎると、冷却水Ｗｍとなる。冷却水Ｗｍの水温は供給水温センサ３９で得る事ができる。

送水側連通点４１において冷却水Ｗｃと冷却水Ｗｈの混合の比率は、全て冷却水Ｗｃとする場合と、全て冷却水Ｗｈにする場合の間で制御することができる。すなわち、バイパス弁３７を全閉とし、絞り弁３５を全開とすれば、冷却水Ｗｍは全て冷却水Ｗｃとなる。また、バイパス弁３７を全開とし、絞り弁３５を全閉とすれば、冷却水Ｗｍは全て冷却水Ｗｈとなる。

ここで、冷却水Ｗｈは冷却水Ｗｃより高い温度である。したがって、冷却水Ｗｍは、冷却水Ｗｃの水温から冷却水Ｗｍの水温までの間の温度に、設定することができる。しかも、冷却水Ｗｍの温度設定は、バイパス弁３７と絞り弁３５の流量調整によって、瞬時といってもよい程度の時間で調整を行うことができる。

すなわち、供給水温センサ３９で冷却器１０に供給される冷却水Ｗｍの水温は、所定の設定値からずれた場合に、その「ずれ」を知った制御装置２２がバイパス弁３７と絞り弁３５（場合によっては循環ポンプ４０も）を調整することで、ただちに、所定の水温に戻すことができる。この「ずれ」は供給水温センサ３９が冷却水Ｗｍの水温を検出しており、また所定の設定値（供給する冷却水の水温の目標値）は制御装置２２が予め知っているからである。

従って、本発明の冷却システムでは、従来のように、冷却器１０に供給する冷却水の温度が変化した際に、冷却塔３０の運転自体（ファン回転数）を修正することで冷却水の温度を調整しているわけではない。つまり、非常に水温の安定した冷却水Ｗｍを冷却器１０に供給することができる。

また、上記のようにバイパスパイプ３６を利用した方法は、温度や湿度といった外気の状態（以後「外気状態」と呼ぶ）に冷却能力が左右される冷却塔３０から供給される冷却水Ｗｃを使用する冷却システム１にとっては、安定した冷却水Ｗｍを冷却器１０に供給するために大変有利である。

これを以下に説明する。冷却塔３０は、冷却器１０から戻りパイプ３４を通って戻ってきた冷却水Ｗｈから熱を奪い、冷却水Ｗｃに変換する熱交換器である。ここで、冷却塔３０は屋外に設置され外気を使って冷却水Ｗｈを冷却する。従って、外気状態によって、得られる冷却水Ｗｃの水温は変化する。例えば、通常１日のうち時間帯によって外気状態は異なるため、朝から昼にかけて、昼から夕方にかけて、また夕方から夜にかけた外気状態の変化に応じて冷却水Ｗｃの水温は変化する。また、湿度によっても変化する。

しかし、上記のようにバイパスパイプ３６を利用した方法であれば、送水側連通点４１に供給される冷却水Ｗｃの温度が変化し、冷却器１０への供給水温（供給水温センサ３９の値）が変化しても、バイパス弁３７と絞り弁３５（場合によっては循環ポンプ４０）を制御装置２２が調整することで、ただちに、所定の水温に戻すことができる。よって、冷却器１０に供給する冷却水Ｗｍの水温は安定する。なお、供給水温の目標値は供給水温設定値（ＴＤＳＳＰ）として、予め与えられているものとする。

上記のようなバイパス弁３７と絞り弁３５の制御を言い換えると、制御装置２２は、出口水温センサ３８の検出値ＴＤＰＶ１（出口水温実測値）と、供給水温センサ３９の検出値ＴＤＰＶ２（供給水温）との偏差に応じて、供給水温が所定の値（供給水温設定値ＴＤＳＳＰ）になるように、バイパス弁３７（ＭＶ１）と前記絞り弁３５（ＭＶ２）を制御しているといえる。

さらに、上記のような構成を有する本発明の冷却システム１は、以下に説明する運転を行うことで、所費電力を低減することができる。

よく知られているように、外気を使った冷却の場合、外気湿球温度以下の温度には冷却水Ｗｃを冷却することはできない。また、実際的には、さまざまなロスによって外気湿球温度より５℃程度高い温度までしか冷却水Ｗｃは温度を下げられない。また、外気湿球温度がある程度高いと、冷却水Ｗｈは、冷却塔３０の上部から落下させただけでは十分に冷却されず、強制的に外気と接触させるために、ファンを回して風を当てる。

従来は、このファンの運転に関しては、冷却器１０側の水温などから、ファンの運転状態を制御することを行っていた。しかし、冷却水Ｗｃの水温は、外気状態に依存するものである。したがって、従来知られているファンの運転方法であると、現在の外気状態から考慮して、まだ冷却水Ｗｃの水温を下げることができる状態でファンを回転させているのか、これ以上は冷却水Ｗｃの水温を下げることができない状態でファンを回しているのかが分からなかった。

本発明の冷却システム１は、外気湿球温度センサ２４を有していて、この外気湿球温度センサ２４の値と、冷却塔３０からの出口水温に応じて、冷却塔３０のファンを回転させる。つまり、冷却器１０へ供給する冷却水Ｗｍの水温と比べて、外気湿球温度の値が十分に低ければ、冷却塔３０のファンの回転を下げる、若しくは止めても、冷却システム１自体を支障なく運転することができる。このような判断を行えるので、本発明の冷却システム１は消費電力を低減することができる。

これをより詳細に説明する。外気湿球温度センサ２４の値をＴＯＷＰＶ、出口水温センサ３８の値をＴＤＰＶ１とする。なお、供給水温センサ３９の値はＴＤＰＶ２とする。そして、冷却塔３０の出口水温の目標設定値をＴＤＯＳＰとする。ＴＤＯＳＰは例えば外気湿球温度ＴＯＷＰＶより５℃高い温度である。すなわち、ＴＤＯＳＰ＝ＴＯＷＰＶ＋５℃である。一方、冷却塔３０の出口水温は出口水温センサ３８で検出することができる。この温度は上記のようにＴＤＰＶ１とした。ＴＤＰＶ１は冷却水Ｗｃの水温である。

図２（ａ）には、冷却塔３０の出口水温であるＴＤＰＶ１とファンの回転数（風量）の関係を示す。横軸は冷却水Ｗｃの水温（ＴＤＰＶ１）であり、縦軸はファンの回転数（風量）である。図２中ＴＤＯＳＰのラインは、上記の説明より例えば外気湿球温度より５℃高い温度であり、事実上、これ以下には、ＴＤＰＶ１（冷却水Ｗｃの水温）を下げることができない点である。例えば、現在ＴＤＰＶ１とＴＤＯＳＰが一致している場合（図２（ａ）中のＴＤＰＶ１）は、外気状態に対して、これ以上はＴＤＰＶ１を下げることができない状態で運転されていることを示している。

この時、ファンの回転数は最大回転数の半分程度に設定されるのが動作点という考え方から好ましい。もしＴＤＰＶ１の温度が少し上昇した場合（ＴＤＰＶ１＋α）には、ファンの回転数を上げることで、再び冷却水Ｗｃの温度をＴＤＰＶ１に戻すことができるからである。また、もしＴＤＰＶ１の水温が少し下降した場合（ＴＤＰＶ１−β）は、ファンの回転数を下げることで、消費電力を削減することができるからである。もちろん、夏などの最悪条件下での運転がファン回転数の８０％程度で成立するように設計をおこなってもよい。図２（ａ）で冷却水Ｗｃの水温とファンの回転数の関係を示すラインは、ファンの回転数の動作線である。

今、図２（ｂ）において、外気状態が変化し、ＴＤＯＳＰ１がＴＤＯＳＰ２まで下がったとする。外気の熱を奪う能力が増えたので、ファンの回転数をＲ１からＲ２まで下げてもＷｃの水温（Ｗ１）は追従し、Ｗ２まで低下したとする。すなわち、ファンの回転数は低下し、送水側連通点４１に供給される冷却水Ｗｃの水温も低下する。もちろん、冷却器１０へ供給する冷却水Ｗｍの温度は予め決められているので、バイパス弁３７と絞り弁３５の開度を調整し、冷却器１０から戻ってきた冷却水Ｗｈの混合割合を大きくすれば冷却水Ｗｍは一定に保たれる。

この時、ファンの回転数をもっと下げる（Ｒ３）と、冷却塔３０での冷却能力が低下するために、冷却水Ｗｃの水温（ＴＤＰＶ１）は上昇する。そして、水温がＷ３で安定したとする。これは、冷却塔３０の冷却能力を十分に利用したとは言えない。しかし、冷却水Ｗｍの供給温度を一定にしておけるのであれば、冷却水Ｗｃの水温が上昇しても、冷却システム１としての運転は成立し、しかも、ファンの回転数を減らした分だけ消費電力を削減することができる。なお、上記のようにするには、冷却塔３０からの冷却水Ｗｃの温度（ＴＤＰＶ１）の目標値であるＴＤＯＳＰを変更することで実現する。これは図２（ｂ）の点線で示すようにファンの回転数の動作線をずらすことに対応する。

以上のようなファンの回転数（インバータ３１）の制御を言い換えると、制御装置２２は、外気湿球温度センサ２４の検出値から演算した冷却塔出口水温の目標値ＴＤＯＳＰと、出口水温センサ３８の検出値ＴＤＰＶ１（出口水温実測定値）との偏差に応じて、冷却塔３０に設けた前記インバータ３１（ファンの回転数）を制御すると言える。

一方、ファンの回転数を減らすと冷却水Ｗｃの温度は上昇した。そこで、送水側連通点４１において、戻りパイプ３４からの冷却水Ｗｈの割合を減らすことになるが、それだけでは所定の冷却水Ｗｍが得られない場合は、循環ポンプ４０の回転数を上げて、冷却水の流量を増やさなければならない。つまり、冷却塔３０のファンの回転数と循環ポンプ４０の回転数（流量）は、相反する関係となる。

すなわち、所定の冷却水Ｗｍを供給するに当たって、ファンの回転数を下げて（ＴＤＰＶ１は上昇）、循環ポンプ４０の回転数（流量）を上げるか、ファンの回転数を上げて（ＴＤＰＶ１は下降）、循環ポンプ４０の回転数（流量）を減らすかの選択が可能になる。これらの関係は設計時の冷却システム１の能力および設置場所、設置場所での年間の気候などで変化するので、ケースバイケースとなる。しかし、インバータ３１での消費電力と循環ポンプ４０の消費電力が相反する条件を作り出すことができる本発明の冷却システム１は、システム全体の消費電力の合計が最小となるように制御することが可能である。

なお、循環ポンプ４０の消費電力は予め負荷および回転数で消費電力が求められるので、制御装置２２は予め指示する指標に対する消費電力のテーブルで持っておくことができる。ここでいう指標とは制御装置２２が循環ポンプに対して直接行う制御の指標であり、たとえば、電圧、流量、ポンプ軸回転数等である。つまり、制御装置２２は、循環ポンプ４０へ送信した指示によって循環ポンプ４０の消費電力を推定できる。これを循環ポンプ４０の推定消費電力Ｗｐと呼ぶ。

一方、インバータ３１での消費電力を見積もるのは容易ではない。しかし、本発明の冷却システム１は、外気湿球温度センサ２４を有しているので、ファンの回転数を制御するインバータ３１の消費電力を、特別な装置がなくても得る事ができる。次にこの点について説明を行う。

図３は、外気湿球温度ＴＯＷＰＶと、アプローチ温度ΔＴ１との関係を示す図である。ここで、冷却塔３０に戻される戻りパイプ３４からの冷却水Ｗｈの水温は、予め設計された水温の水である。アプローチ温度ΔＴ１とは、外気湿球温度ＴＯＷＰＶと、冷却塔３０の出口水温ＴＤＰＶ１の差をいう。あらわに書くと、ΔＴ１＝ＴＤＰＶ１−ＴＯＷＰＶである。

図３において、横軸は外気湿球温度ＴＯＷＰＶであり、縦軸はアプローチ温度ΔＴ１である。なお、物理的に冷却塔３０の出口水温度ＴＤＰＶ１が外気湿球温度ＴＯＷＰＶより低くなることはないので、常にＴＤＰＶ１≧ＴＯＷＰＶの関係がある。すなわち、ΔＴ１は常に正の値をとる。

図３は、また冷却塔３０の性能特性でもある。つまり、ある運転状態（例えば定格運転状態）をしている時に、外気湿球温度ＴＯＷＰＶが変化すると、どれくらいまで冷却水Ｗｃの水温ＴＤＰＶ１を下げることができるかという能力を示している。たとえば、現在の外気湿球温度ＴＯＷＰＶがＴＷ１℃であったとする。この時、定格運転をすれば、アプローチ温度ΔＴ１は、ΔＴ１ａ℃にできるとする。

つまり、冷却塔３０の出口水温ＴＤＰＶ１は（ＴＷ１＋ΔＴ１ａ）℃にすることができるということを表す。このように、冷却塔３０に戻ってくる水温が決っている場合には、定格運転をした時の外気湿球温度とアプローチ温度との関係は、冷却塔３０の性能特性として予め求めておくことができる。図３では、ラインＲＲが定格運転を表すラインである。これを定格運転ラインＲＲとも呼ぶ。

上記のような関係が予めわかっているとして、現在のアプローチ温度ΔＴ１がΔＴ１ｂ℃であったとする。外気湿球温度ＴＷ１℃は同じであるとする。これは冷却塔３０の出口水温の温度ＴＤＰＶ１から外気湿球温度ＴＯＷＰＶ（この場合はＴＷ１℃）を引けば得る事ができる。

ΔＴ１ｂがΔＴ１ａよりも高ければ、冷却塔３０としては、あまり冷却をしていないということであるので、冷却塔３０での消費電力は、定格運転状態よりも少なくなるはずである。一方、アプローチ温度ΔＴ１が、定格運転時のアプローチ温度であるΔＴ１ａより低いΔＴ１ｃであるとすると、出口水温が定格運転時よりも低いのであるから、定格運転よりも冷却をしている（消費電力が大きい）こととなる。

つまり、それぞれの外気湿球温度の時に、定格運転の状態からどれくらい運転状態が異なるとアプローチ温度ΔＴ１がどのような値となるかを予めテーブルで持っていれば、アプローチ温度ΔＴ１から現在の運転状態と定格運転状態の比（定格冷却能力比）Ｑを求めることができる。

図４は、定格冷却能力比Ｑとファンを駆動するインバータの推定消費電力Ｗｉｎｖの関係を示す。横軸は定格冷却能力比Ｑであり、定格運転をしている際はＱ＝１．０である。縦軸は推定消費電力Ｗｉｎｖを表わす。例えば図３の現在の運転点Ｂは、定格運転状態との比較によって、定格冷却能力比ＱがＱＢとなったとすると、図４よりインバータ３１の推定消費電力はＷＢとなる。図３の関係図と図４の関係図は予め作製しておくことができ、制御装置２２は、この関係をテーブル若しくは近似式として有することができる。

つまり、制御装置２２は、外気湿球温度ＴＯＷＰＶと、冷却水Ｗｃの温度ＴＤＰＶ１を知ることで、インバータ３１の消費電力を見積もることができる。外気湿球温度センサ２４の検出値と、出口水温センサ３８の検出値とから、上記のようにして求めたインバータ３１の消費電力をインバータ３１の推定消費電力Ｗｉｎｖと呼ぶ。

以上のように、本発明の冷却システム１では、外気湿球温度ＴＯＷＰＶと、出口水温ＴＤＰＶ１によってインバータ３１の消費電力を推定し（Ｗｉｎｖ）、また、循環ポンプ４０への指示から循環ポンプ４０の消費電力を推定する（Ｗｐ）。そこでシステム全体の消費電力を推定合計消費電力ΣＷとすると、ΣＷ＝Ｗｉｎｖ＋Ｗｐの関係が成り立つ。このΣＷを最小にするように、出口水温の目標値ＴＤＯＳＰ（つまりファンの回転数）と循環ポンプ４０を制御することで、システム全体の省電力が可能となる。

なお、実際に冷却器１０へ供給する冷却水Ｗｍの水温（ＴＤＰＶ２）を一定にしながら、冷却塔３０のインバータ３１の推定消費電力Ｗｉｎｖと循環ポンプ４０の推定消費電力Ｗｐとの総和が最小になる制御をするのは簡単ではない。また、これらは推定された電力であるので、実際の電力との比較も必要となる。さらに、正確な最小点を求めなくても、最小に近似する運転状態を求めることができればよい。したがって、多変量解析による手法若しくは遺伝的アルゴリズムを用いるので好適である。

以上の運転フローを図５に示す。図５を参照して、冷却システム１の運転がスタートすると（ステップＳ１００）、初期設定が行われる（ステップＳ１０２）。ここで初期設定とは、冷却器１０へ供給する冷却水Ｗｍの水温と、冷却塔３０からの冷却水Ｗｃの水温の目標値設定等である。この目標値とは、ＴＤＰＶ１の目標値（ＴＤＯＳＰ）である。

次に終了判定を行う（ステップＳ１０４）。終了判定は、所定の期間で決めてもよいし、なんらかの異常を検知する信号によるものでもよい。終了する場合（ステップＳ１０４のＹ分岐）は、システムを停止させる（ステップＳ１２０）。

次に制御装置２２は外気湿球温度センサ２４から外気湿球温度ＴＯＷＰＶの値を得る（ステップＳ１０６）。ここから冷却水Ｗｃの水温の目標温度ＴＤＯＳＰを求める。具体的にはアプローチ温度を５℃とすると、ＴＤＯＳＰ＝ＴＯＷＰＶ＋５℃である。ＴＯＷＰＶの値を得たら、所定の水量となるように循環ポンプ４０を駆動する（ステップＳ１０８）。なお、図５において、循環ポンプの回転数をＰｒｅｖと表した。循環ポンプ４０が駆動すると冷却水の循環が始まる。

次に、冷却塔３０の出口水温であるＴＤＰＶ１の温度からインバータ３１を制御しファンを回転させる（ステップＳ１１０）。これは、図２に示したファンの回転数と、ＴＤＰＶ１の関係を使う。また、出口水温センサ３８（Ｗｃの水温：ＴＤＰＶ１）と、供給水温センサ３９（Ｗｍの水温：ＴＤＰＶ２）とから、バイパス弁３７、絞り弁３５の開度を調整し、所定の水温の冷却水Ｗｍを供給する（ステップＳ１１２）。なお、図５において、バイパス弁３７をＭＶ１、絞り弁３５をＭＶ２と表した。

冷却塔３０のファンおよび循環ポンプ４０が作動し、バイパス弁３７と絞り弁３５が制御されると、冷却システム１は稼動状態に入ることとなる。

次にインバータ３１での推定消費電力Ｗｉｎｖと、循環ポンプ４０での推定消費電力Ｗｐを見積もる（ステップＳ１１４）。特にインバータ３１の推定消費電力Ｗｉｎｖの見積には、図３および図４で説明した方法を用いる。これから、冷却システム１での推定合計消費電力ΣＷが最小であるかどうかを判断する（ステップＳ１１６）。最小と判断されれば（ステップＳ１１６のＹ分岐）、終了判断（ステップＳ１０４）まで戻り、フローを繰り返す。

もし、推定合計消費電力ΣＷが最小でない場合（ステップＳ１１６のＮ分岐）は、ＴＤＰＶ１の目標値（ＴＤＯＳＰ）と循環ポンプ４０の回転数を設定しなおす（ステップＳ１１８）。そして、フローを終了判定（ステップＳ１０４）まで戻す。本発明の冷却システム１は、上記のような構成を有し、図５で示した手順で運転を行うので、冷却器１０に対して、常に安定した冷却水を供給することができ、また消費電力も最小に抑えることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態は実施の形態１に外部から冷却水が供給される場合にも対応できる冷却システム２を示す。冷却システムを設置するような施設では、施設内で様々な共通素材を自製する場合が多い。例えば、窒素ガスであったり、共通の溶剤などである。冷却水についても、他の工程において、何か熱が必要とされ、水から熱を奪うような工程が行われていたとすると、熱を奪われた水は冷却システムで使用する冷却水となりえる。そのような冷却水が冷却システムの外部から供給される状態となった際には、そちらの冷却水を使用し、冷却塔３０を停止すれば、消費電力の削減となる。

図６には、本発明の冷却システム２の概要を示す。本実施形態における冷却システム２は、実施の形態１の冷却システム１に対して、外部冷却水供給パイプ４５が冷却塔３０と送水側連通点４１との間に配置され、外部冷却水返送パイプ４６が、冷却塔３０と戻り側連通点４２の間に配置される。外部冷却水供給パイプ４５には止水弁４７が配置されている。また、外部冷却水供給パイプ４５が送水パイプ３２と連通している点より冷却塔３０側には、止水弁４８が配設されている。

また、外部冷却水返送パイプ４６と戻りパイプ３４の連通点と冷却塔３０の間に止水弁４９が設けられている。さらに、外部冷却水返送パイプ４６には止水弁５０が設けられている。これらの止水弁４７乃至５０は、制御装置２２−２に連結されており、制御装置２２−２からの指示信号で開閉が可能になっている。なお、止水弁４７乃至５０は、それぞれ第１の弁、第２の弁、第３の弁、第４の弁ともよぶ。

また、インバータ３１によって回転するファンを有する冷却塔３０と、冷却塔３０から冷却器１０に冷却水を送る送水パイプ３２と、冷却器１０で熱交換され水温の上がった冷却水を冷却塔３０に戻す戻りパイプ３４と外部冷却水供給パイプ４５および外部冷却水返送パイプ４６を含めて循環ユニット１２を形成する。

制御装置２２−２は、実施の形態１における制御装置２２であるとともに、上記の止水弁と電気的に連結され、外部の冷却水供給元から外部フリークーリング可能信号Ｆｗを受けることができるように構成されている。外部から冷却水が供給されることが可能か否かは、冷却システム２自身は知ることができないからである。

外部フリークーリング可能信号Ｆｗを受信した制御装置２２−２は、止水弁４７、５０を開くとともに、止水弁４８、４９を閉じる。このようにすることで、冷却器１０には、外部冷却水供給パイプ４５から冷却水が供給され、熱交換されて温度があがった冷却水は、外部冷却水返送パイプ４６で供給元等に戻される。さらに制御装置２２−２は、冷却塔３０のファンの回転をゼロ、つまりインバータ３１を停止させる。これによって、冷却システム２の消費電力を著しく低下させることができる。なお、この外部フリークリング可能信号Ｆｗを受信した際の制御装置２２−２の処理は、図５で示した処理フローのどこから割り込んでもよい。

またこのとき、外部からの冷却水Ｗｃは、送水側連通点４１および戻り側連通点４２より冷却塔３０側から供給されるので、実施の形態１で説明したバイパスパイプ３６およびバイパス弁３７の調整機構はそのまま使用することができる。すなわち、冷却器１０から出た、温度の高い冷却水Ｗｈの一部を冷却器１０に供給する冷却水Ｗｃと混合し、冷却水Ｗｍとすることができる。すなわち、制御装置２２−２は、供給水温センサ３９と供給水温設定値ＴＤＳＳＰの値からバイパス弁３７を制御することで、冷却水Ｗｍの水温を所定の温度に維持する。

（実施の形態３）
図７には、本発明の冷却システム３の概要を示す。本実施形態における冷却システム３は、実施の形態１の冷却システム１に対して、外部冷却水供給パイプ４５が送水側連通点４１と冷却器１０との間に配置され、外部冷却水返送パイプ４６が、冷却器１０と戻り側連通点４２の間に配置される。外部冷却水供給パイプ４５には止水弁４７が配置されている。また、外部冷却水供給パイプ４５が送水パイプ３２と連通している点より送水側連通点４１側には、止水弁４８が配設されている。すなわち、実施の形態２の場合と外部冷却水供給パイプ４５と外部冷却水返送パイプ４６の接続位置が違う。

また、外部冷却水返送パイプ４６と戻りパイプ３４の連通点と戻り側連通点４２の間に止水弁４９が設けられている。さらに、外部冷却水返送パイプ４６には止水弁５０が設けられている。これらの止水弁４７乃至５０は、制御装置２２−３に連結されており、制御装置２２からの指示信号で開閉が可能になっている。これらの止水弁は、実施の形態２同様に、それぞれ止水弁４７乃至５０は、それぞれ第１の弁、第２の弁、第３の弁、第４の弁ともよぶ。

従って、循環ユニット１３を構成する要素は、循環ユニット１２の場合と同じである。すなわち、インバータ３１によって回転するファンを有する冷却塔３０と、冷却塔３０から冷却器１０に冷却水を送る送水パイプ３２と、冷却器１０で熱交換され水温の上がった冷却水を冷却塔３０に戻す戻りパイプ３４と外部冷却水供給パイプ４５および外部冷却水返送パイプ４６を含めて循環ユニット１３が形成される。

制御装置２２−３は、上記の止水弁と電気的に連結されるとともに、外部の冷却水供給元から外部フリークーリング可能信号Ｆｗを受けることができるように構成されている。外部から冷却水が供給されることが可能か否かは、冷却システム３自身は知ることができないからである。

外部フリークーリング可能信号Ｆｗを受信した制御装置２２−３は、止水弁４７、５０を開くとともに、止水弁４８、４９を閉じる。このようにすることで、冷却器１０には、外部冷却水供給パイプ４５から冷却水が供給され、熱交換されて温度があがった冷却水は、外部冷却水返送パイプ４６で供給元等に戻される。さらに制御装置２２−３は、冷却塔３０のファンの回転をゼロ、つまりインバータ３１を停止させる。これによって、冷却システム３の消費電力を著しく低下させることができる。

ただし、この形式（循環ユニット１３）では、バイパスパイプ３６とバイパス弁３７による供給温度の制御はできない。冷却器１０からの温度の高い冷却水Ｗｈはバイパスパイプ３６まで戻ってこないからである。つまり、制御装置２２−３は、外部フリークーリング可能信号Ｆｗを受信したら、外部冷却水供給パイプ４５および外部冷却水返送パイプ４６に切り替え、冷却塔３０を停止させた後は、循環ポンプ４０のみを動作させる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、冷却システムが複数個直列に配置されている場合を示す。例えば、被冷却体が、液体や気体などで元々の温度が高い場合は、一段だけの冷却システムだけでは十分に冷却できない場合がある。このような際に複数個の冷却システムを直列に配置し、一段目の冷却システムで粗熱をとり、二段目の冷却システムでさらに温度を下げるということを行えば、システム自体にも大きな負荷がかからず、安定して冷却を行うことができる。

図８には、冷却システム４の全体構成を示す。循環ユニット１１と冷却器１０によって実施の形態２の冷却システム２とほぼ同じ構成が形成されている（制御装置は異なる）。また、循環ユニット１１２は循環ユニット１１とほぼ同じ構成をしている。但し、循環ユニット中に水冷チラー５５が設けられている点が異なる。また、循環ユニット１１２は、温度センサの個数が異なる。この点は後ほど詳細に説明する。水冷チラー５５の運転状態を把握するためである。水冷チラー５５は、第２の冷却器１１０からの１次冷却水を冷却する。

被冷却体６０は、図８の左側より送られ、冷却器１０で冷却され被冷却体６２となる。その後、さらに第２の冷却器１１０で冷却され、被冷却体６４となる。また、第２の冷却器１１０には水冷チラー５５によって冷却水を冷やすため、外気条件より低い温度まで冷却することができる。つまり、被冷却体６４は、数度程度まで冷却することができる。

これに対して制御装置２３は、１ユニットが用意される。すなわち、２つの循環ユニットのそれぞれを１つの制御装置２３によって制御する。これによって、全体としての消費電力を低減させることができる。なお、循環ユニット１１と循環ユニット１１２はほぼ同じ構成をしている。そのため、循環ユニット１１側の機器や設備については、必要に応じて「第１の」とよび、循環ユニット１１２側の機器や設備であって循環ユニット１１と重複する機器や設備については、「第２の」と呼ぶ。なお、循環ユニット１１２自体が第２の循環ユニットである。

図９には、循環ユニット１１２および水冷チラー５５、第２の冷却器１１０の構成を示す。なお、循環ユニット１１に関しては、実施の形態２（図６）で示した循環ユニット１２と同じ構成である。循環ユニット１１２の構成を簡単に概説する。第２の冷却塔１３０には、水冷チラー５５の１次側に１次側冷却水Ｗｃ２を送る第２の送水パイプ１３２が配設されている。

水冷チラー５５では、この１次側冷却水と水冷チラー５５の２次側に連結される第２の冷却器１１０に流れる２次側冷却水との間で熱交換が行われ、温度の上がった１次側冷却水Ｗｈ２が排出される。この排出された１次側冷却水Ｗｈ２は、第２の戻りパイプ１３４で第２の冷却塔１３０の上部まで運ばれ、第２の冷却塔１３０内を落下させられる内に熱を放出する。

第２の送水パイプ１３２と第２の戻りパイプ１３４との間には、第２のバイパスパイプ１３６が形成されている。第２の送水パイプ１３２と第２のバイパスパイプ１３６の連通点は第２の送水側連通点１４１である。また、第２の戻りパイプ１３４と第２のバイパスパイプ１３６との連通点は第２の戻り側連通点１４２である。

第２のバイパスパイプ１３６には第２のバイパス弁１３７が設けられている。また、第２の戻り側連通点１４２から第２の冷却塔１３０までの間には第２の絞り弁１３５が設けられている。

第２の冷却塔１３０の出口には、第２の出口水温センサ１３８が設けられ、第２の送水側連通点１４１と水冷チラー５５の間には第２の供給水温センサ１３９が設けられている。第２の出口水温センサ１３８での計測温度はＴＤＰＶ３とし、第２の供給水温センサ１３９での計測温度はＴＤＰＶ４とする。第２の供給水温センサ１３９より水冷チラー５５側には第２の循環ポンプ１４０が配設されている。

また、水冷チラー５５から第２の戻り側連通点１４２までの間に戻り水温センサ１４４が配置されている。これは水冷チラー５５の消費電力を水冷チラー５５で交換された熱量から求めるためである。この戻り水温センサ１４４は第１の循環ユニット１１には設けられていない。なお、戻り水温センサ１４４での計測温度はＴＤＰＶ５とする。

また、第２の送水パイプ１３２において、第２の送水側連通点１４１と第２の出口水温センサ１３８の間と、第２の戻りパイプ１３４において第２の戻り側連通点１４２と第２の絞り弁１３５との間には、外部からの冷却水を取り入れるために、それぞれ第２の外部冷却水供給パイプ１４５と第２の外部冷却水返送パイプ１４６が連通されている。また、第２の外部冷却水供給パイプ１４５には止水弁１４７、第２の外部冷却水返送パイプ１４６には止水弁１５０が設けられている。

また、第２の送水パイプ１３２と第２の外部冷却水供給パイプ１４５の連通点と第２の出口水温センサ１３８の間と、第２の外部冷却水返送パイプ１４６と第２の戻りパイプ１３４との間には、それぞれ止水弁１４８、１４９が設けられている。また、これらの止水弁は制御装置２３に結合されており、制御装置２３の信号によって開閉可能に構成されている。なお、止水弁１４７乃至１５０は、それぞれ第５の弁、第６の弁、第７の弁、第８の弁と呼ぶ。第１の循環ユニットから続いて指定するからである。

なお、水冷チラー５５と第２の冷却器１１０の間（水冷チラー５５の２次側）にも、供給パイプ７０、返水パイプ７１、が形成されている。また、図示しない送水モータが配され、水冷チラー５５と第２の冷却器１１０の間には冷却水がいつも循環している。

循環ユニット１１２は、循環ユニット１２（基本的には循環ユニット１１）と同じ動作を行う。すなわち、外気湿球温度センサ２４でＴＯＷＰＶを取得し、第２の冷却塔１３０の出口水温の目標値である第２のＴＤＯＳＰを算出する。第２のＴＤＯＳＰは第２の冷却水出口水温の目標値である。そして、第２のＴＤＯＳＰの値と、第２の出口水温センサ１３８で得た水温ＴＤＰＶ３に基づいて、ファンの回転数を決める。なお、第２のＴＤＯＳＰと第１のＴＤＯＳＰは同じ値であってもよい。

一方、水冷チラー５５に供給される冷水Ｗｍ２は、第２のバイパスパイプ１３６と、第２のバイパス弁１３７、第２の絞り弁１３５によって、水冷チラー５５から戻ってくる１次側冷却水Ｗｈ２と第２の冷却塔１３０から供給される１次側冷却水Ｗｃ２が混合され、常に所定の温度に調整することができる。

また、図３および図４で示したように、外気湿球温度ＴＯＷＰＶと第２の出口水温ＴＤＰＶ３とから第２の冷却塔１３０のインバータ１３１の消費電力を見積もることができる。

図１０には、水冷チラー５５の推定消費電力と水冷チラー５５に供給される１次側冷却水Ｗｍ２（ＴＤＰＶ４）と、熱交換が終了した１次側冷却水Ｗｈ２（ＴＤＰＶ５）の差分との関係を示す。水冷チラー５５は冷凍機であるので、冷媒を圧縮、減圧蒸発させることで、第２の冷却器１１０側（水冷チラー５５の２次側）から第２の循環ユニット１１２側（水冷チラー５５の１次側）に熱を移動させるヒートポンプである。従って、水冷チラー５５に出入りする１次側の冷却水の温度差によって内部で行われた仕事量を見積もることができる。

図１０で、横軸は戻り水温センサ１４４の水温ＴＤＰＶ５と第２の供給水温センサ１３９の水温ＴＤＰＶ４の差である。また縦軸は、水冷チラー５５の推定消費電力である。ここで求めた水冷チラー５５の推定消費電力をＷｃｈとする。また、第２のインバータ１３１と第２の循環ポンプ１４０の推定消費電力は、それぞれＷｉｎｖ２およびＷｐ２とする。そして、第２の循環ユニット１１２側で消費する電力の推定合計消費電力をΣＷ２とする。ΣＷ２はあらわに書くと、ΣＷ２＝Ｗｉｎｖ２＋Ｗｐ２＋Ｗｃｈである。

なお、制御装置２３は、第２の供給水温センサ１３９の検出値（ＴＤＰＶ４）を一定に維持しつつ、このΣＷ２が最小になるように第２の循環ポンプ１４０、第２のインバータ１３１、水冷チラー５５を運転すれば、第２の循環ユニット１１２での全消費電力を最小にすることができる。

また、制御装置２３は、第１の循環ユニット１１に関しても同様の情報を得る事ができた（実施の形態１参照）。第１の循環ユニット１１において、第１のインバータ３１の推定消費電力をＷｉｎｖ１とし、第１の循環ポンプ４０の推定消費電力をＷｐ１とすると、第１の循環ユニット１１側での推定合計消費電力ΣＷ１はこれらの和である。あらわに記載すれば、ΣＷ１＝Ｗｉｎｖ１＋Ｗｐ１である。

従って、制御装置２３は、第１の供給水温センサ３９の検出値（ＴＤＰＶ２）と、第２の供給水温センサ１３９の検出値（ＴＤＰＶ４）を所定の値に維持したまま、ΣＷ１＋ΣＷ２を最小にするように、第１の冷却塔３０の出口水温ＴＤＰＶ１、第１の循環ポンプ４０、第２の冷却塔１３０の出口水温ＴＤＰＶ３と、第２の循環ポンプ１４０、水冷チラー５５の設定若しくは運転状態を変更すれば、２つの冷却システムを統合した状態で消費電力を最小にすることができる。このような制御は多変量解析でも可能ではあるが、遺伝アルゴリズムなどの手法を用いるのが好適である。

なお、実施の形態２および３同様に、制御装置２３が、外部からの冷却水が使用できるという信号である外部フリークーリング信号Ｆｗを受信したときは、実施の形態２同様に、第２の送水パイプ１３２と第２の戻りパイプ１３４上に形成された止水弁１４８、１４９を閉め、第２の外部冷却水供給パイプ１４５と第２の外部冷却水返送パイプ１４６を開くことで、第２の冷却塔１３０を停止させることができる。すなわち、大変な省エネになる可能性がある。この場合は、第２のバイパスパイプ１３６と第２のバイパス弁１３７による水冷チラー５５に供給する冷却水Ｗｍ２の水温を制御することができる。

また、冷却システムは、外部からの冷却水を水冷チラー５５に直接流れるようにしてもよい。図１１には、外部からの冷却水が直接供給される水冷チラー５５を有する循環ユニット１１３を示す。第２の外部冷却水供給パイプ１４５と第２の外部冷却水返送パイプ１４６の連結位置が図１０の場合と異なる。図１１では、これらの外部冷却水関係のパイプは水冷チラー５５と冷却器１１０の間に設けられる。

すなわち、供給パイプ７０と返水パイプ７１には外部からの冷却水を取り入れるために、第２の外部冷却水供給パイプ１４５と第２の外部冷却水返送パイプ１４６が連通されている。また、第２の外部冷却水供給パイプ１４５には止水弁１４７、第２の外部冷却水返送パイプ１４６には止水弁１５０が設けられている。また、第２の冷却器１１０側の水冷チラー５５の冷却水の出口および入り口にはそれぞれ止水弁１４８、１４９が設けられている。また、これらの止水弁は制御装置２３に結合されており、制御装置２３の信号によって開閉可能に構成されている。

このような構成であれば、制御装置２３は外部フリークーリング信号Ｆｗを受信したときは、止水弁１４８、１４９を閉め、第２の外部冷却水供給パイプ１４５と外部冷却水返送パイプ１４６を開くことで、第２の冷却塔１３０および循環ポンプ１４０を停止させることができる。すなわち、大変な省エネになる可能性がある。ただし、この場合は、第２のバイパスパイプ１３６と第２のバイパス弁１３７による水冷チラー５５に供給する冷却水Ｗｍ２の水温を制御することはできない。

（実施の形態５）
図１２には、本発明の冷却システムを用いた溶剤回収システム５を示す。溶剤回収システムとは、塗工機などで生成した溶剤を多量に含んだ空気から溶剤を回収するシステムである。溶剤回収システムでは、溶剤を多量に含む空気の発生源がある。これを溶剤発生源と呼ぶ。ここでは溶剤発生源は塗工機８０として説明する。なお、溶剤発生源は実際には塗工機８０に限定されない。

本発明の溶剤回収システム５は、溶剤含有空気を発生させる塗工機８０と、熱交換器８２と、第１のガス冷却器８４と、第２のガス冷却器８６と、デミスタ８８と吸脱着ロータ９０と、ドレインパイプ９２と、制御装置２２および外気湿球温度センサ２４を含む。また、第１のガス冷却器８４と第２のガス冷却器８６には、それぞれ第１の循環ユニット１１と第２の循環ユニット１１２が備えられている。これらの２つの循環ユニットは、１つの制御装置２３で、それぞれの構成機器を制御できるように構成されている。また、制御装置２３は、外気湿球温度センサ２４とも結合されており、外気状況を得る事ができる。

ここで、第１の循環ユニット１１と第１のガス冷却器８４と第２の循環ユニット１１２と第２のガス冷却器８６と制御装置２３と外気湿球温度センサ２４は、実施の形態４で示した冷却システム４を構成する。なお、ここで第１の循環ユニット１１は実施の形態２および３で示した循環ユニット１２若しくは１３を用いてもよいし、第２の循環ユニット１１２は、実施の形態４で示した循環ユニット１１３を用いてもよい。

塗工機８０に続く、熱交換器８２は、塗工機８０からの高温で溶剤を含有した空気Ｄ１と、溶剤をほとんど含まず、冷えた空気Ｄ６を直接混合せずに、熱交換する装置である。装置の下方にはドレイン８３が設けられており、ドレインパイプ９２に結露した溶剤を回収できるように構成されている。

第１のガス冷却器８４は、吹き込まれた溶剤含有空気Ｄ２をさらに冷やす装置である。一気に４０℃近く温度を下げる。この第１のガス冷却器８４に冷却水を送る第１の循環ユニット１１は、大気との熱のやり取りを行うだけであるので、外気湿球温度よりも５℃程度高い温度の冷却水しか供給できない。つまり、第１のガス冷却器８４からは、その程度の温度の溶剤含有空気Ｄ３が排出される。なお、第１のガス冷却器８４の下方にもドレイン８５が設けられ、ドレインパイプ９２に結露した溶剤を流す。

第２のガス冷却器８６は、第１のガス冷却器８４で冷やされた溶剤含有空気Ｄ３をさらに冷やす。第２のガス冷却器８６には、第２の循環ユニット１１２からの冷却水が供給される。第２の循環ユニット１１２には、水冷チラー５５が設けられているので、夏季であっても１０℃以下の冷却水を供給させることができる。第２のガス冷却器８６も下方にドレイン８７が設けられ、ドレインパイプ９２に結露した溶剤を流す。

デミスタ８８は、第２のガス冷却器８６から排出された溶剤含有空気Ｄ４からミスト成分を除去するための装置である。第２のガス冷却器８６で温度を下げられた溶剤含有空気Ｄ４には、装置内に露結して回収される溶剤だけでなく、空気中にミストとなって出現するものもある。このようなミスト成分はデミスタ８８で一様に回収することができる。デミスタ８８も下方にドレイン８９が設けられ、ドレインパイプ９２に結露した溶剤を流す。

吸脱着ロータ９０は、デミスタ８８を抜けた溶剤含有空気Ｄ５から溶剤を回収するための装置である。多孔質の微粒子を配した円筒がゆっくりと回転しながら溶剤の吸着、脱着の工程を繰り返す構成をしている。微粒子に空気（Ｄ５）中の溶剤を吸着させ、加熱して脱着させる。溶剤が吸着された空気Ｄ６は、ほとんど溶剤が含まれない空気となる。

次に溶剤含有空気の流れについて説明する。塗工機８０から排出された溶剤含有空気Ｄ１は、最初に熱交換器８２を通過する。これは、溶剤を回収され温度の下がった空気Ｄ６を再び塗工機８０内で使用する際に、有る程度温度を上げておく必要があるため、熱交換器８２により溶剤含有空気Ｄ１の温度を下げ、また再生された空気Ｄ６の温度を上げることを目的としている。

次に、熱交換器８２を通過した溶剤含有空気Ｄ２を第１のガス冷却器８４に流す。ここでは第１の循環ユニット１１によって供給される冷却水によって溶剤含有空気Ｄ２の温度をさげ、溶剤を結露させ、回収する。次に第１のガス冷却器８４を通過した溶剤含有空気Ｄ３は、第２のガス冷却器８６を通過させられる。第２のガス冷却器８６には第２の循環ユニット１１２からの冷却水が供給されており、さらに温度はさがる。結果、ここでも結露した溶剤をドレインパイプ９２で回収することができる。

第２のガス冷却器８６を通過した溶剤含有空気Ｄ４はデミスタ８８でミスト成分が除去され、吸脱着ロータ９０で溶剤成分をほとんど除去される。従って、吸脱着ロータ９０を出た溶剤含有空気Ｄ６は、溶剤はほとんど含まないものの、温度は冷えている。このまま使用することも可能であるが、塗工機８０で用いるには、温度を上げておいた方が好適である。

そこで、吸脱着ロータ９０を出た空気は熱交換器８２に送られ、塗工機８０からの高温の溶剤含有空気Ｄ１から熱を奪うことに利用する。熱交換器８２で温度が高くなった空気Ｄｈ６は、再び塗工機８０に送られ使用される。なお、空気Ｄｈ６は、塗工機８０以外に送って利用してもよい。

一方、吸脱着ロータ９０で吸着された溶剤は、吸脱着ロータ９０の脱着工程を経て、再び高温の空気Ｄ７に含有され、第１のガス冷却器８４に戻される。これによって、９９％以上の溶剤を回収することができる。

ここで、第１の循環ユニット１１と第１のガス冷却器８４と第２の循環ユニット１１２と第２のガス冷却器８６と、制御装置２３と外気湿球温度センサ２４からなる冷却システム４は、実施の形態１乃至４で説明したように、規定の能力を維持しつつ、消費電力を最小にすることができる。したがって、冷却システム４を用いた溶剤回収システム５は、省エネを実現しながら運転することができる。

本発明は上記の説明の通り、溶剤回収システムに利用できるほか、冷却若しくは暖房を冷却塔とヒートポンプを利用して行うシステムであれば、広く利用することができる。

１、２、３ 冷却システム
１０ 冷却器
１１、１２、１３ 循環ユニット
２２、２２−２、２２−３ 制御装置
２３ 制御装置
２４ 外気湿球温度センサ
３０ 冷却塔
３１ インバータ
３２ 送水パイプ
３４ 戻りパイプ
３５ 絞り弁
３６ バイパスパイプ
３７ バイパス弁
３８ 出口水温センサ
３９ 供給水温センサ
４０ 循環ポンプ
４５ 外部冷却水供給パイプ
４６ 外部冷却水返送パイプ
４７乃至５０ 止水弁
５５ 水冷チラー
６０、６２、６４ 被冷却体
７０ 供給パイプ
７１ 返水パイプ
８０ 塗工機
８２ 熱交換器
８４ 第１のガス冷却器
８６ 第２のガス冷却器
８８ デミスタ
９０ 吸脱着ロータ
８３、８５、８７、８９ ドレイン
１１０ 第２の冷却器
１１２、１１３ 第２の循環ユニット
１３０ 第２の冷却塔
１３１ 第２のインバータ
１３２ 第２の送水パイプ
１３４ 第２の戻りパイプ
１３５ 第２の絞り弁
１３６ 第２のバイパスパイプ
１３７ 第２のバイパス弁
１３８ 第２の出口水温センサ
１３９ 第２の供給水温センサ
１４０ 第２の循環ポンプ
１４４ 戻り水温センサ
１４５ 第２の外部冷却水供給パイプ
１４６ 第２の外部冷却水返送パイプ
１４７乃至５０ 止水弁

Claims (15)

1. 被冷却体を冷却水で冷却する冷却器と、
   前記冷却器に前記冷却水を供給し、冷却後の前記冷却水を再び冷却する循環ユニットと、
   外気の湿球温度を検出する外気湿球温度センサと、
   前記循環ユニット中に配置された温度センサと前記外気湿球温度センサとに連結され、前記循環ユニット中の弁とインバータと循環ポンプを制御する制御装置とを有し、
   前記循環ユニットは、
   前記インバータで回転制御されるファンを有し前記冷却後の冷却水を再び冷却する冷却塔と、
   前記冷却塔で温度の下がった前記冷却水を前記冷却器に送る送水パイプと、
   前記冷却器から前記冷却塔に前記冷却器から熱を奪った後の冷却水を返す戻りパイプと、
   前記送水パイプと前記戻りパイプの間を連通するバイパスパイプと、
   前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却器の間に配設される循環ポンプと、
   前記バイパスパイプに設けられたバイパス弁と、
   前記戻りパイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却塔との間に設けられた絞り弁と、
   前記冷却塔の出口に設けられた出口水温センサと、
   前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記ポンプの間に設けられた供給水温センサを含み、
   前記制御装置は、
   前記外気湿球温度センサと前記出口水温センサおよび供給水温センサの検出値に応じて、前記バイパス弁と前記絞り弁と前記インバータと前記循環ポンプを前記供給水温センサの検出値が所定の値になるように制御する冷却システム。
2. 前記制御装置は、
   前記外気湿球温度センサの検出値から演算した冷却塔出口水温の目標値（ＴＤＯＳＰ）と、
   前記出口水温センサの検出値（ＴＤＰＶ１）との偏差に応じて、前記冷却塔に設けた前記インバータを制御する請求項１記載の冷却システム。
3. 前記制御装置は、
   前記出口水温センサの検出値（ＴＤＰＶ１）と、
   前記供給水温センサの検出値（ＴＤＰＶ２）との偏差に応じて、前記バイパス弁（ＭＶ１）と前記絞り弁（ＭＶ２）を制御する請求項１または２の何れかの請求項に記載された冷却システム。
4. 前記制御装置は、
   さらに前記循環ポンプへの指示電力から推定したポンプ推定消費電力Ｗｐと、
   前記外気湿球温度センサと前記出口水温センサの検出値から推定したインバータ推定消費電力Ｗｉｎｖとから推定合計消費電力ΣＷを求め、
   前記推定合計消費電力ΣＷが最小になるように前記循環ポンプと前記インバータを制御する請求項１乃至３の何れかの一の請求項に記載された冷却システム。
5. 前記循環ユニットは、さらに
   前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却塔との間に連通された外部冷却水供給パイプと、
   前記戻りパイプと前記バイパスパイプの連通点と前記冷却塔の間に連通された外部冷却水返送パイプと、
   前記外部冷却水供給パイプに設けられた第１の弁と、
   前記送水パイプと前記外部冷却水供給パイプの連通点と、前記冷却塔の間に設けられた第２の弁と、
   前記戻りパイプと前記外部冷却水返送パイプの連通点と、前記冷却塔の間に設けられた第３の弁と、
   前記外部冷却水供給パイプに設けられた第４の弁とを有し、
   前記制御装置は、さらに、外部フリークーリング可能信号を受信した際には、前記第１乃至第４の弁を制御し、前記外部冷却水供給パイプからの冷却水を前記冷却器に供給する請求項１乃至４の何れか一の請求項に記載された冷却システム。
6. 前記循環ユニットは、さらに
   前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と前記供給水温センサとの間に連通された外部冷却水供給パイプと、
   前記戻りパイプと前記バイパスパイプの連通点と前記ガス冷却器の間に連通された外部冷却水返送パイプと、
   前記外部冷却水供給パイプに設けられた第１の弁と、
   前記送水パイプと前記バイパスパイプの連通点と、前記送水パイプと前記外部冷却水供給パイプの間に設けられた第２の弁と、
   前記戻りパイプと前記バイパスパイプの連通点と、前記戻りパイプと前記外部冷却水供給パイプの間に設けられた第３の弁と、
   前記外部冷却水供給パイプに設けられた第４の弁とを有し、
   前記制御装置は、さらに、外部フリークーリング可能信号を受信した際には、前記第１乃至第４の弁を制御し、前記外部冷却水供給パイプからの冷却水を前記冷却器に供給する請求項１乃至４の何れか一の請求項に記載された冷却システム。
7. 請求項１乃至６の何れか一の請求項に記載された前記冷却器の後段に第２の冷却器を設け、
   前記第２の冷却器に２次側冷却水を供給し、冷却後の前記２次側冷却水を再び冷却する冷凍機を有する第２の循環ユニットを有し、
   前記制御装置は、さらに前記第２の循環ユニット中に配置された温度センサと、弁とインバータと循環ポンプと前記冷凍機に接続され、
   前記第２の循環ユニットは、
   第２のインバータで回転制御されるファンを有し前記冷凍機に供給する１次側冷却水を再び冷却する第２の冷却塔と、
   前記第２の冷却塔で温度の下がった前記１次側冷却水を前記冷凍機に送る第２の送水パイプと、
   前記冷凍機から前記第２の冷却塔に前記冷凍機から熱を奪った後１次側冷却水を返す第２の戻りパイプと、
   前記第２の送水パイプと前記第２の戻りパイプの間を連通する第２のバイパスパイプと、
   前記第２の送水パイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記冷凍機の間に配設される第２の循環ポンプと、
   前記第２のバイパスパイプに設けられた第２のバイパス弁と、
   前記第２の戻りパイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の冷却塔との間に設けられた第２の絞り弁と、
   前記第２の冷却塔の出口に設けられた第２の出口水温センサと、
   前記第２の送水パイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の循環ポンプの間に設けられた第２の供給水温センサと、
   前記第２の戻りパイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記冷凍機との間に配設された戻り水温センサを含み、
   前記制御装置は、
   前記外気湿球温度センサと前記第２の出口水温センサと第２の供給水温センサおよび前記戻り水温センサの検出値に応じて、前記第２のバイパス弁と前記第２の絞り弁と前記第２のインバータと前記第２の循環ポンプと、前記冷凍機を前記供給水温センサの検出値が所定の値になるように制御する冷却システム。
8. 前記制御装置は、
   前記外気湿球温度センサの検出値から演算した第２の冷却塔出口水温の目標値（ＴＤＯＳＰ）と、
   前記第２の出口水温センサの検出値（ＴＤＰＶ３）との偏差に応じて、前記第２の冷却塔に設けた前記第２のインバータを制御する請求項７記載の冷却システム。
9. 前記制御装置は、
   前記第２の出口水温センサの検出値（ＴＤＰＶ３）と、
   前記第２の供給水温センサの検出値（ＴＤＰＶ４）との偏差に応じて、前記第２のバイパス弁と前記第２の絞り弁を制御する請求項７または８の何れかの請求項に記載された冷却システム。
10. 前記制御装置は、
    さらに前記第２の循環ポンプへの指示電力から推定したポンプ推定消費電力Ｗｐ２と、
    前記外気湿球温度センサと前記第２の出口水温センサの検出値から推定した前記第２のインバータ推定消費電力Ｗｉｎｖ２と、
    前記冷凍機の推定消費電力Ｗｃｈから第２の推定合計消費電力ΣＷ２を求め、
    前記第２の推定合計消費電力ΣＷ２が最小になるように前記第２の循環ポンプと前記第２のインバータと前記冷凍機を制御する請求項７乃至９の何れかの一の請求項に記載された冷却システム。
11. 前記第２の循環ユニットは、さらに
    前記第２の送水パイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の冷却塔との間に連通された第２の外部冷却水供給パイプと、
    前記第２の戻りパイプと前記第２のバイパスパイプの連通点と前記第２の冷却塔の間に連通された第２の外部冷却水返送パイプと、
    前記第２の外部冷却水供給パイプに設けられた第５の弁と、
    前記第２の送水パイプと前記第２の外部冷却水供給パイプの連通点と、前記第２の冷却塔の間に設けられた第６の弁と、
    前記第２の戻りパイプと前記第２の外部冷却水返送パイプの連通点と、前記第２の冷却塔の間に設けられた第７の弁と、
    前記第２の外部冷却水供給パイプに設けられた第８の弁とを有し、
    前記制御装置は、さらに、外部フリークーリング可能信号を受信した際には、前記第５乃至第８の弁を制御し、前記第２の外部冷却水供給パイプからの冷却水を前記冷凍機に供給する請求項７乃至１０の何れか一の請求項に記載された冷却システム。
12. 前記冷凍機は前記第２の冷却器に２次側冷却水を送る供給パイプと、
    前記第２の冷却器で熱を奪った後の前記２次側冷却水を戻す返水パイプを有し、
    前記供給パイプと前記第２の冷却器との間に連通された第２の外部冷却水供給パイプと、
    前記第２の冷却器と前記返水パイプとの間に連通された第２の外部冷却水返送パイプと、
    前記第２の外部冷却水供給パイプに設けられた第５の弁と、
    前記送水パイプと、前記送水パイプと前記第２の外部冷却水供給パイプの間に設けられた第６の弁と、
    前記返水パイプと、前記戻りパイプと前記第２の外部冷却水供給パイプの間に設けられた第７の弁と、
    前記第２の外部冷却水供給パイプに設けられた第８の弁とを有し、
    前記制御装置は、さらに、第２の外部フリークーリング可能信号を受信した際には、前記第４乃至第８の弁を制御し、前記第２の外部冷却水供給パイプからの冷却水を前記冷却器に供給する請求項７乃至１０の何れか一の請求項に記載された冷却システム。
13. 前記制御装置は、
    前記供給水温センサと前記第２の供給水温センサの値が所定の値を維持したまま、
    前記循環ユニットの前記推定合計消費電力ΣＷと、
    前記第２の循環ユニットの前記推定合計消費電力ΣＷ２との合計を最小にするように、
    前記循環ポンプと前記インバータと、
    前記第２の循環ポンプと前記第２のインバータと前記冷凍機を制御する請求項７乃至１２の何れか一項の請求項に記載された冷却システム。
14. 高温の溶剤含有空気を発生する溶剤発生源と、
    前記溶剤含有空気を冷却し前記溶剤含有空気中の溶剤を結露し回収する第１のガス冷却器と、
    前記第１のガス冷却器を通過した前記溶剤含有空気をさらに冷却し前記溶剤含有空気中の溶剤を結露させ回収する第２のガス冷却器と、
    前記第２のガス冷却器を通過した前記溶剤含有空気からミスト成分を回収するデミスタと、
    前記デミスタを通過した前記溶剤含有空気から溶剤を除去し、再生空気を排出する吸脱着ロータと、
    前記第１のガス冷却器と前記第２のガス冷却器と前記デミスタから回収される前記溶剤含有空気中の溶剤を回収するドレインパイプを有し、
    前記第１のガス冷却器と前記第２のガス冷却器を請求項７乃至１３の何れかの冷却システムにおける前記循環ユニットおよび前記第２の循環ユニットでそれぞれ冷却する溶剤回収システム。
15. 前記吸脱着ロータから排出された再生空気を
    前記溶剤発生源から発生した前記溶剤含有空気との間で熱交換を行う熱交換器をさらに有する請求項１４に記載された溶剤回収システム。