特許 6569096 開放循環冷却システムおよび運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6569096

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】開放循環冷却システムおよび運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20190826BHJP

   F28F 27/00 20060101ALI20190826BHJP

   F28F 19/00 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   F24F5/00 101Z

   F28F27/00 501Z

   F28F19/00 511A

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2015-44819(P2015-44819)

(22)【出願日】2015年3月6日

(65)【公開番号】特開2016-164474(P2016-164474A)

(43)【公開日】2016年9月8日

【審査請求日】2018年3月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000154727

【氏名又は名称】株式会社片山化学工業研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】505112048

【氏名又は名称】ナルコジャパン合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】100065248

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100159385

【弁理士】

【氏名又は名称】甲斐 伸二

(74)【代理人】

【識別番号】100163407

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 裕輔

(74)【代理人】

【識別番号】100166936

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 潔

(72)【発明者】

【氏名】林 聖一

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀則

【審査官】 ▲高▼藤 啓

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０２８９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３７４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３３２６４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２８Ｆ １９／００

Ｆ２８Ｆ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１往路と、第１復路と、第１往路の上流端と第１復路の下流端に接続された第１熱交換器とを有する冷却水ラインと、
第２往路と、第２復路と、第２往路の下流端と第２復路の上流端に接続された第３熱交換器とを有する冷水ラインと、
冷却水ライン内を流れる冷却水と、
冷水ライン内を流れる冷却水とは異なる冷水と、
冷却水ラインと冷水ラインとの間に設けられた第２熱交換器と、
少なくとも１本のバイパス管とを備え、
第２熱交換器は、第１往路と第１復路とを接続する冷却水チューブと、第２往路と第２復路とを接続する冷水チューブと、第１往路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第１切換バルブと、第１復路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第２切換バルブとを有し、
前記少なくとも１本のバイパス管は、第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続し、
前記少なくとも１本のバイパス管と冷却水チューブとが連通した状態において、第１切換バルブによって第１往路と冷却水チューブとの連通が遮断され、かつ、第２切換バルブによって第１復路と冷却水チューブとの連通が遮断されることにより、冷却水ラインからの冷却水が冷水ライン内へ流入しないように構成されたことを特徴とする開放循環冷却システム。

【請求項2】

第１熱交換器が冷却塔であり、第２熱交換器が冷凍機であり、第３熱交換器が室内機である請求項１に記載の開放循環冷却システム。

【請求項3】

冷却水ラインと冷水ラインとの間に複数の第２熱交換器が設けられており、
複数の第２熱交換器のうち少なくとも１つの第２熱交換器において、冷却水チューブと第２往路または第２復路とが、少なくとも１本のバイパス管および第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して接続されている請求項１または２に記載の開放循環冷却システム。

【請求項4】

前記バイパス管が第１バイパス管および第２バイパス管を含み、
第１バイパス管は、第１切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続し、
第２バイパス管は、第２切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続する請求項１〜３のいずれか１つに記載の開放循環冷却システム。

【請求項5】

冷却水チューブと第２往路または第２復路とが、少なくとも１本のバイパス管および第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して連通した状態において、第１切換バルブおよび第２切換バルブは接続管を介した相互連通状態に切り換え可能に構成されると共に、第１切換バルブと前記接続管と第２切換バルブとを介して第１往路と第１復路とが連通するように構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の開放循環冷却システム。

【請求項6】

冷却水チューブと第２往路または第２復路とが第１切換バルブおよび第１バイパス管を介して連通し、かつ冷却水チューブと第２往路または第２復路とが第２切換バルブおよび第２バイパス管を介して連通した状態において、第１切換バルブおよび第２切換バルブは接続管を介した相互連通状態に切り換え可能に構成されると共に、第１切換バルブと前記接続管と第２切換バルブとを介して第１往路と第１復路とが連通するように構成されている請求項４に記載の開放循環冷却システム。

【請求項7】

請求項１〜３のいずれか１つに記載の開放循環冷却システムにおける熱交換器のチューブ防食方法であって、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと第２熱交換器の冷却水チューブとの間を閉じ、冷水ラインと冷却水チューブとをバイパス管を介して連通させて冷水用水処理剤を含む冷水を冷却水チューブに流入させる運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法。

【請求項8】

請求項４〜６のいずれか１つに記載の開放循環冷却システムにおける熱交換器のチューブ防食方法であって、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと第２熱交換器の冷却水チューブとの間を閉じ、冷水ラインと冷却水チューブとを第１および第２バイパス管を介して連通させて冷水用水処理剤を含む冷水を冷却水チューブに流通させる運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法。

【請求項9】

冷水ラインと冷却水チューブとを連通させる前に、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと冷却水チューブとの間を閉じた後、冷却水チューブ内から冷却水を抜く請求項７または８に記載の運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法。

【請求項10】

冷却水チューブ内から冷却水を抜く前に、予め薬剤が添加された冷却水を冷却水チューブに通して冷却水チューブの内面を前処理する請求項９に記載の運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開放循環冷却システムおよびこの冷却システムにおける運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のこの種の冷却システムとしては、図１１に示すように、冷却塔Ａと複数の冷凍機Ｂとを接続してこの間で冷却水を循環させる冷却水ラインＣと、複数の冷凍機Ｂと複数の室内機（空調機）Ｅとを接続してこの間で冷水を循環させる冷水ラインＤとを備える（例えば、特許文献１参照）。また、通常各々のラインを保護するために、冷却水ラインには冷却水用（開放循環系用）水処理剤が、冷水ラインには冷水用（密閉系用）水処理剤が添加される。

【0003】

この冷却システムによれば、例えば、冷却水ラインＣの復路を流れる３７℃の冷却水を冷却塔Ａにて熱交換により３２℃に冷却して冷凍機Ｂに供給し、冷水ラインＤの復路を流れる１２℃の冷水を冷凍機Ｂ内で熱交換により７℃に冷却して室内機Ｅに供給し、室内機Ｅから室内へ外気温よりも低温の空気を送風することができる。

【0004】

この冷却システムにおいて、運転休止時の熱交換器、例えば冬場の冷凍機Ｂのチューブの防食は、（１）冷却水ポンプＦを運転して冷却水用（開放循環系用）水処理剤を含む冷却水を定期的に循環する、（２）満水保管する、あるいは（３）乾燥保管することにより行われていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−２３７４６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前記（１）は、冷却水用（開放循環系用）水処理剤の効果を維持するために行われているが、定期的な循環とはいえ、冷却水の循環が停止する時期があるため冷却水用（開放循環系用）水処理剤の効果の低下を招く。また、冷凍機の運転休止時に無駄に冷却水ポンプＦを運転するためエネルギーロスが発生する。

【0007】

前記（２）の場合、冷凍機に閉回路を組み、ポンプ、プール等を用意した上で、冷却水ラインの冷却水を入れ替えて満水とし、かつ満水保管用（密閉系用）の水処理剤を新たに添加する必要がある。そのため、構成が複雑になる上、エネルギーロス、コストおよび手間が発生する。なお、冷却水用（開放循環系用）水処理剤は、系内を循環させないと十分な防食効果を発揮しないが、冷水用（密閉系用）水処理剤であれば、循環させない満水保管の際にも十分に防食効果を発揮することができる。

【0008】

前記（３）の場合、冷凍機を完全に冷却水ラインから切り離してチューブを乾燥させて保管するか、あるいは冷却水ライン全体から冷却水を抜いて冷却水ライン全体およびこれと接続された冷凍機のチューブを乾燥させて保管する必要があるため、手間がかかる。また、再立ち上げ時には時間がかかってしまう。

【0009】

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、エネルギーロス、コストおよび手間を大幅に削減することができる開放循環冷却システムおよび運転休止時の熱交換器のチューブ防食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】

【0010】

かくして、本発明によれば、第１往路と、第１復路と、第１往路の上流端と第１復路の下流端に接続された第１熱交換器とを有する冷却水ラインと、
第２往路と、第２復路と、第２往路の下流端と第２復路の上流端に接続された第３熱交換器とを有する冷水ラインと、
冷却水ライン内を流れる冷却水と、
冷水ライン内を流れる冷却水とは異なる冷水と、
冷却水ラインと冷水ラインとの間に設けられた第２熱交換器と、
少なくとも１本のバイパス管とを備え、
第２熱交換器は、第１往路と第１復路とを接続する冷却水チューブと、第２往路と第２復路とを接続する冷水チューブと、第１往路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第１切換バルブと、第１復路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第２切換バルブとを有し、
前記少なくとも１本のバイパス管は、第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続し、
前記少なくとも１本のバイパス管と冷却水チューブとが連通した状態において、第１切換バルブによって第１往路と冷却水チューブとの連通が遮断され、かつ、第２切換バルブによって第１復路と冷却水チューブとの連通が遮断されることにより、冷却水ラインからの冷却水が冷水ライン内へ流入しないように構成された開放循環冷却システムが提供される。

【0011】

また、本発明の別の観点によれば、前記開放循環冷却システムにおける運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法であって、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと第２熱交換器の冷却水チューブとの間を閉じ、冷水ラインと冷却水チューブとをバイパス管を介して連通させて冷水用水処理剤を含む冷水を冷却水チューブに流入させる運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、第１および第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと第２熱交換器の冷却水チューブとの間を閉じ、冷水ラインと冷却水チューブとをバイパス管を介して連通させて冷水用（密閉系用）水処理剤を含む冷水を冷却水チューブに流通させることができるため、前記（１）〜（３）の課題を解消した上で、運転休止時の第２熱交換器のチューブ防食を行うことができる。

【0013】

すなわち、本発明によれば、第２熱交換器の休止期間において、冷水ラインの冷水用（密閉系用）水処理剤を含む冷水を第２熱交換器の冷却水チューブに流入させることができ、さらには継続的に流通させることも可能となる。したがって、第２熱交換器の冷却水チューブに対する冷却水用（開放循環系用）水処理剤の効果の低下の問題を取り除くことができると共に、冷却水ラインの冷却水ポンプを無駄に運転してエネルギーロスが発生することもないため、前記（１）の課題が解消される。

【0014】

また、本発明によれば、第２熱交換器に閉回路を組み、ポンプ、プール等を用意した上で、冷却水チューブ内の冷却水を入れ替えて満水とし、かつ満水保管用（密閉系用）の水処理剤を新たに添加するといった、エネルギーロス、コストおよび手間が発生することもないため、前記（２）の課題が解消される。

【0015】

また、本発明によれば、第２熱交換器を完全に冷却水ラインから切り離して冷却水チューブを乾燥させて保管するか、あるいは冷却水ライン全体から冷却水を抜いて冷却水ライン全体およびこれと接続された第２熱交換器の冷却水チューブを乾燥させて保管するといった手間がかからず、再立ち上げはバルブ操作後直ぐに行うことができるため、前記（３）の課題が解消される。

【0016】

また、本発明によれば、既存の冷却システムに少なくとも１本のバイパス管および第１・第２切換バルブを組み込む程度の低コストな設備改造も可能である。
なお、本発明の開放循環冷却システムは、例えば、商業ビル、駅、空港、美術館等の大型建築物の空調設備に備えられる冷却システムとして好適であり、火力発電や原子力発電等の発電施設の冷却システムなどにも最適な第１〜第３熱交換器を選択して適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の開放循環冷却システムの実施形態１の構成を説明する図である。

【図2】図１の開放循環冷却システムにおける１基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。

【図3】図１の開放循環冷却システムにおける２基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。

【図4】本発明の開放循環冷却システムの実施形態２の構成を説明する図である。

【図5】図４の開放循環冷却システムにおける１基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。

【図6】図４の開放循環冷却システムにおける２基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。

【図7】本発明の開放循環冷却システムの実施形態３の構成を説明する図である。

【図8】本発明の開放循環冷却システムの実施形態４の構成を説明する図である。

【図9】本発明の開放循環冷却システムの実施形態５の構成を説明する図である。

【図10】本発明の開放循環冷却システムの実施形態６の構成を説明する図である。

【図11】従来の開放循環冷却システムの構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の開放循環冷却システムは、第１往路と、第１復路と、第１往路の上流端と第１復路の下流端に接続された第１熱交換器とを有する冷却水ラインと、
第２往路と、第２復路と、第２往路の下流端と第２復路の上流端に接続された第３熱交換器とを有する冷水ラインと、
冷却水ライン内を流れる冷却水と、
冷水ライン内を流れる冷却水とは異なる冷水と、
冷却水ラインと冷水ラインとの間に設けられた第２熱交換器と、
少なくとも１本のバイパス管とを備え、
第２熱交換器は、第１往路と第１復路とを接続する冷却水チューブと、第２往路と第２復路とを接続する冷水チューブと、第１往路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第１切換バルブと、第１復路と冷却水チューブとを開閉可能に接続する第２切換バルブとを有し、
前記少なくとも１本のバイパス管は、第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続し、
前記少なくとも１本のバイパス管と冷却水チューブとが連通した状態において、第１切換バルブによって第１往路と冷却水チューブとの連通が遮断され、かつ、第２切換バルブによって第１復路と冷却水チューブとの連通が遮断されることにより、冷却水ラインからの冷却水が冷水ライン内へ流入しないように構成されている。

【0019】

本発明の開放循環冷却システムは、次のように構成されてもよく、これらが適宜組み合わされてもよい。
（１）第１熱交換器が冷却塔であり、第２熱交換器が冷凍機であり、第３熱交換器が室内機であってもよい。
このようにすれば、商業ビル、駅、空港、美術館等の大型建築物に設置される空調設備用の開放循環冷却システムとして本発明を適用できる。

【0020】

（２）冷却水ラインと冷水ラインとの間に複数の第２熱交換器が設けられており、
複数の第２熱交換器のうち少なくとも１つの第２熱交換器において、冷却水チューブと第２往路または第２復路とが、少なくとも１本のバイパス管および第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して接続されてもよい。
このようにすれば、開放循環冷却システムを運転しながら特定の第２熱交換器の休止、修理または交換が可能となる。

【0021】

（３）前記バイパス管が第１バイパス管および第２バイパス管を含み、
第１バイパス管は、第１切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続し、
第２バイパス管は、第２切換バルブを介して冷却水チューブと第２往路または第２復路とを開閉可能に接続してもよい。
なお、第１バイパス管および第２バイパス管は、第３熱交換器から戻ってくる冷水が第２往路よりも温度が高く、冷凍機で冷却されていないことからエネルギーロスが少ないため、第１切換バルブと第１バイパス管および第２切換バルブと第２バイパス管を介して冷却水チューブの両端と第２復路とを開閉可能に接続することが好ましい。

【0022】

（４）冷却水チューブと第２往路または第２復路とが、少なくとも１本のバイパス管および第１切換バルブまたは第２切換バルブを介して連通した状態において、第１切換バルブおよび第２切換バルブは接続管を介した相互連通状態に切り換え可能に構成されると共に、第１切換バルブと前記接続管と第２切換バルブとを介して第１往路と第１復路とが連通するように構成されてもよい。
あるいは、冷却水チューブと第２往路または第２復路とが第１切換バルブおよび第１バイパス管を介して連通し、かつ冷却水チューブと第２往路または第２復路とが第２切換バルブおよび第２バイパス管を介して連通した状態において、第１切換バルブおよび第２切換バルブは接続管を介した相互連通状態に切り換え可能に構成されると共に、第１切換バルブと前記接続管と第２切換バルブとを介して第１往路と第１復路とが連通するように構成されてもよい。
このようにすれば、第１および第２切換バルブの相互連通状態において、冷却水ラインにおける第１および第２切換バルブ近傍の冷却水を抜くことができ、水抜きした部分の冷却水ラインを乾燥保管、または冷水用（密閉系用）水処理剤を含む水を満たして満水保管することもできる。

【0023】

また、本発明の熱交換器のチューブ防食方法は、次のように構成されてもよい。
（Ａ）前記（３）または（４）に記載の開放循環冷却システムにおける熱交換器のチューブ防食方法であって、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと第２熱交換器の冷却水チューブとの間を閉じ、冷水ラインと冷却水チューブとを第１および第２バイパス管を介して連通させて冷水用水処理剤を含む冷水を冷却水チューブに流通させてもよい。
このようにすれば、第２熱交換器の休止期間において、冷水ラインの冷水用（密閉系用）水処理剤を含む冷水を第２熱交換器の冷却水チューブに継続的に流通させることができる。

【0024】

（Ｂ）冷水ラインと冷却水チューブとを連通させる前に、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷却水ラインと冷却水チューブとの間を閉じた後、冷却水チューブ内から冷却水を抜くようにしてもよい。
このようにすれば、冷却水チューブ内の冷却水が冷水ラインの冷水中に混入して影響を与えることがない。なお、冷却水チューブ内の冷却水の量は、冷水ライン中の冷水の量に比べて無視できる程微量であるため、冷却水チューブ内の冷却水が冷水中に混入したとしても特に問題が生じる訳ではない。

【0025】

（Ｃ）冷却水チューブ内から冷却水を抜く前に、予め薬剤が添加された冷却水を冷却水チューブに通して冷却水チューブの内面を前処理してもよい。
通常、冷却水には防食剤、スケール分散剤、殺菌剤等の薬剤が予め添加されている。また必要に応じて、冷却水に洗浄剤やスライム分散剤等を添加してもよく、これらの薬剤を添加した冷却水を、冷却水ラインから冷却水チューブへ流入させることにより冷却水チューブ内がきれいに洗浄されて前処理された効果を得ることができる。この結果、第１切換バルブおよび第２切換バルブを操作して、冷水ラインと冷却水チューブとを連通させる切り替え後の防食効果が向上する。

【0026】

以下、図面を参照しながら本発明の開放循環冷却システムおよび運転休止時の熱交換器のチューブ防食方法の実施形態について詳説する。

【0027】

（実施形態１）
図１は本発明の開放循環冷却システムの実施形態１の構成を説明する図であり、図２は図１の開放循環冷却システムにおける１基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図であり、図３は図１の開放循環冷却システムにおける２基の冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。

【0028】

＜開放循環冷却システムの構成について＞
実施形態１の開放循環冷却システム１は、第１熱交換器としての冷却塔１１を有する冷却水ライン１０と、第３熱交換器としての室内機３１を有する冷水ライン３０と、冷却水ライン１０と冷水ライン３０との間に設けられた第２熱交換器としての複数の冷凍機２０と、第１バイパス管４１および第２バイパス管４２を備える。

【0029】

冷却水ライン１０は、第１往路１２と、第１復路１３と、第１往路１２の上流端と第１復路１３の下流端に接続された前記冷却塔１１とを有する。なお、実施形態１では、冷却水ライン１０に１基の冷却塔１１が設けられた場合を例示しているが、冷却塔１１（第１熱交換器）の数は特に限定されるものではなく、２基以上でもよい。
冷却塔１１は、開放式の冷却塔である。

【0030】

また、実施形態１の場合、冷凍機２０は４基設けられており、第１往路１２および第１復路１３は４基の冷凍機２０Ａ〜２０Ｄと接続する接続管１２ａ、１３ａをそれぞれ有している。なお、本発明において、冷凍機２０（第２熱交換器）の数は特に限定されるものではなく、１基、２基、３基、５基以上でもよい。

【0031】

さらに詳しく説明すると、冷却水ライン１０および冷水ライン３０に並列に接続された４基の冷凍機２０Ａ〜２０Ｄのうち中間２基の冷凍機２０Ｂ、２０Ｃと接続する接続管１２ａ、１３ａは、三方弁１４を介して第１往路１２および第１復路１３と接続されている。また、第１往路１２と接続する各接続管１２ａには冷却水ポンプ１５が設けられている。

【0032】

冷水ライン３０は、第２往路３２と、第２復路３３と、第２往路３２の下流端と第２復路３３の上流端に接続された１基以上の前記室内機（空調機）３１とを有する。
さらに詳しく説明すると、第２往路３２および第２復路３３は４基の冷凍機２０Ａ〜２０Ｄと接続する接続管３２ａ、３３ａをそれぞれ有している。また、第２復路３３には循環ポンプ３５が設けられている。

【0033】

冷凍機２０は、接続管１２ａ、１３ａを介して第１往路１２と第１復路１３とを接続する冷却水チューブ２１と、接続管３２ａ、３３ａを介して第２往路３２と第２復路３３とを接続する冷水チューブ２２とを有する。なお、冷凍機２０としては、例えば、吸収式冷凍機、ターボ式冷凍機等を用いることができる。

【0034】

さらに、第１往路１２の下流側２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄは、第１往路１２と冷却水チューブ２１とを開閉可能に接続する第１切換バルブ２３と、第１復路１３と冷却水チューブ２１とを開閉可能に接続する第２切換バルブ２４とを有している。なお、第１および第２切換バルブ２３、２４としては三方弁を用いることができる。

【0035】

第１バイパス管４１は、第１往路１２側の第１切換バルブ２３を介して冷凍機２０（冷凍機２０Ｃ、２０Ｄ）の冷却水チューブ２１と第２復路３３とを開閉可能に接続する。
第２バイパス管４２は、第１復路１３側の第２切換バルブ２４を介して冷凍機２０（冷凍機２０Ｃ、２０Ｄ）の冷却水チューブ２１と第２往路３２とを開閉可能に接続する。

【0036】

なお、実施形態１の場合、第１バイパス管４１と第２復路３３との接続箇所には第３切換バルブ２５が設けられると共に、第２バイパス管４２と第２往路３２との接続箇所には第４切換バルブ２６が設けられているが、第３および第４切換バルブ２５、２６は省略することもできる。

【0037】

＜冷却システムの運転および熱交換器のチューブ防食方法について＞
図１に示すように、実施形態１の開放循環冷却システム１を最大出力で運転する場合、４基の冷凍機２０が駆動する。このとき、全ての第１・第２切換バルブ２３、２４および三方弁２５、２６は、第１および第２バイパス管４１、４２を介して冷却水ライン１０と冷水ライン３０とが連通しないよう、第１および第２バイパス管４１、４２を冷却水ライン１０および冷水ライン３０から遮断した状態に切り換えられている。この遮断切換状態は、図１において、第１および第２バイパス管４１、４２を点線で示すことにより表現されている。

【0038】

４基の冷凍機２０の駆動状態において、冷却水ライン１０の第１復路１３を流通する冷却水（例えば、３７℃）は冷却塔１１に導入され熱交換により所定温度（例えば、３２℃）まで冷却される。冷却された冷却水は、第１往路１２から４基の冷凍機２０の冷却水チューブ２１へ導入された後、第１復路１３へ戻り、冷却水ライン１０を循環する。

【0039】

一方、冷水ライン３０の第２復路３３を流通する冷水（例えば、１２℃）は４基の冷凍機２０に導入され熱交換により所定温度（例えば、７℃）まで冷却される。冷却された冷水は、第２往路３２から複数の室内機３１へ導入された後、第２復路３３へ戻り、冷水ライン３０を循環する。なお、室内機３１は、冷却された冷水との熱交換によって室内の空気を冷却する。

【0040】

開放循環冷却システム１の出力を１段階低下させる場合、図２に示すように、第１および第２バイパス管４１、４２がそれぞれ接続された２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄのうちの第１往路１２の最下流側の冷凍機２０Ｄを停止させる。図２では、第１往路１２の最下流側の冷凍機２０Ｄおよびそれに対応する冷却水ポンプ１５が停止した状態を示している。

【0041】

このとき、停止させた冷凍機２０Ｄに対応する第１・第２切換バルブ２３、２４および三方弁２５、２６は、第１および第２バイパス管４１、４２を開放するよう切り換えられる。また、停止させた冷凍機２０Ｄに対応する第１・第２切換バルブ２３、２４と隣接する冷凍機２０Ｃに対応する三方弁１４、１４との間における冷却水ライン１０（図２中の点線で示された第１往路１２および第１復路１３）を遮断して、停止させた冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１内に冷却水が流入しないよう第１・第２切換バルブ２３、２４および三方弁１４、１４が切り換えられる。なお、この場合、三方弁１４、１４は切り換えられず図１で示された状態のままでもよい。

【0042】

このように１基の冷凍機２０Ｄが停止した開放循環冷却システム１において、３基の冷凍機２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは図１で説明したように駆動し循環する冷却水と冷水との熱交換を行っている。

【0043】

一方、停止した冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１には冷却水は流入せず、第２復路３３からの冷水が第１バイパス管４１を介して流入し、第２バイパス管４２を通って第２往路３２へ流入する。また、停止した冷凍機２０Ｄの冷水チューブ２２にも冷水が流通している。つまり、冷凍機２０Ｄの停止中でも冷却水チューブ２１および冷水チューブ２２に冷水を流通させることができるため、停止中の冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１および冷水チューブ２２の防食ならびにエネルギーロスを発生させず、手間およびコストをかけることなく、容易かつ確実に行うことができる。

【0044】

図３に示すように、隣接する２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄを停止する場合も、図２で説明したように第１・第２切換バルブ２３、２４および三方弁１４、２５、２６を切り換え、停止中の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１および冷水チューブ２２に冷水ライン３０からの冷水を流通させて防食を行うことができる。

【0045】

また、停止中の２基の冷凍機２０のうちの１基または２基を駆動させる場合は、第１・第２切換バルブ２３、２４および三方弁１４、２５、２６を図２または図１で示したように切り換え、冷却水ポンプ１５および冷凍機２０を駆動させ、停止中の冷凍機２０の冷却水チューブ２１に冷却水ライン１０からの冷却水を流通させる。したがって、再立ち上げも手間なく短時間で行うことができる。

【0046】

ところで、図２と図３で説明した冷凍機２０Ｃ、２０Ｄのチューブ防食方法において、冷水ライン３０と冷却水チューブ２１とを連通させる前に、第１切換バルブ２３および第２切換バルブ２４を操作して、冷却水ライン１０と冷却水チューブ２１との間を閉じた後、冷却水チューブ２１内から冷却水を抜いてもよい。このようにすれば、冷却水チューブ２１内の冷却水が冷水ラインの冷水中に混入することがない。

【0047】

なお、冷却水チューブ２１内から冷却水を抜く前には、予め薬剤が添加された冷却水が冷却水チューブ２１を流通しているため、冷却水チューブ２１の内面はきれいに洗浄されていることから前処理効果が得られ、冷水ライン３０と冷却水チューブ２１とを連通させて冷却水チューブ２１に冷水を流通させた切り替え後の防食効果が向上する。また必要に応じて、冷却水に洗浄剤やスライム分散剤等を添加してもよい。

【0048】

（実施形態２）
図４は本発明の開放循環冷却システムの実施形態２の構成を説明する図であり、図５は図４の開放循環冷却システムにおける１つの冷凍機を停止させた状態を示す説明図であり、図６は図４の開放循環冷却システムにおける２つの冷凍機を停止させた状態を示す説明図である。なお、図４〜図６において、図１〜図３と同様の要素には同一の符号を付している。

【0049】

実施形態２の開放循環冷却システム１０１は、実施形態１の開放循環冷却システム１における第１および第２切換バルブ２３、２４の代わりに後述の第１および第２切換バルブ１２３、１２４を用い、これらの第１および第２切換バルブ１２３、１２４を接続管１１６にて接続している。実施形態２において、その他の構成は実施形態１と同様である。以下、実施形態２における実施形態１と異なる点を主に説明する。

【0050】

実施形態１で用いられた第１および第２切換バルブ２３、２４は三方弁であり、３本の管に接続されるバルブであり、３本のうちいずれか２本の管を連通するように切り換えられる。
これに対し、実施形態２で用いられた第１および第２切換バルブ１２３、１２４は、４本の管に接続されるバルブであり、４本のうち２本の管のみを連通した状態と、４本全ての管をペアで連通した状態に切換可能に構成されている。

【0051】

詳しく説明すると、図４に示すように、冷凍機２０Ｄの駆動状態において、第１切換バルブ１２３は第１往路１２の接続管１２ａと冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１とを連通させており、第１バイパス管４１および接続管１１６に対しては閉じている。なお、第２切換バルブ１２４も同様である。

【0052】

また、図５に示すように、１基の冷凍機２０Ｄの停止状態において、第１切換バルブ１２３は第１バイパス管４１と冷却水チューブ２１とを連通させると共に、第１切換バルブ１２３は第１往路１２の接続管１２ａと接続管１１６とを連通させている。なお、第２切換バルブ１２４も同様である。

【0053】

第１および第２切換バルブ１２３、１２４が図４から図５の状態に切り換わることにより、冷却水チューブ２１と第２復路３３とが第１切換バルブ１２３および第１バイパス管４１を介して連通し、かつ冷却水チューブ２１と第２往路３２とが第２切換バルブ１２４および第２バイパス管４２を介して連通し、この状態において、第１切換バルブ１２３および第２切換バルブ１２４は接続管１１６を介した相互連通状態に切り換わる。

【0054】

一方、冷凍機２０Ｄに隣接する冷凍機２０Ｃに対応する三方弁１４、１４の間の点線で示された第１往路１２、第１切換バルブ１２３、接続管１１６、第２切換バルブ１２４および第１復路１３は連通した１本の管１１７となり、三方弁１４、１４を閉じる前はその管１１７内には冷却水が流通している。

【0055】

そこで、停止した冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１に冷水を流通させるチューブ防食期間中は、三方弁１４，１４を操作し、第１往路１２の下流側と第１復路１３の上流側を閉じれば、管１１７における最も低い位置（例えば、接続管１１６）に設けられた開閉可能な水抜き口から管１１７内の冷却水を抜くことにより、管１１７を乾燥保管して防食することができる。

【0056】

図６に示すように、隣接する２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄを停止する場合も、図５で説明したように第１・第２切換バルブ１２３、１２４および三方弁１４、２５、２６を切り換え、停止中の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１および冷水チューブ２２に冷水ライン３０からの冷水を流通させて防食を行うことができる。

【0057】

また、この場合、冷凍機２０Ｃに隣接する冷凍機２０Ｂに対応する三方弁１４、１４を閉じる前はこれらの間の点線で示された連通した管２１７内には冷却水が流通している。

【0058】

したがって、この場合も、停止した冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１に冷水を流通させるチューブ防食期間中は、例えば、三方弁１４，１４を操作し、第１往路１２の下流側と第１復路１３の上流側を閉じれば、管２１７における冷凍機２０Ｃ、２０Ｄに対応する各接続管１１６に設けられた開閉可能な水抜き口から管２１７内の冷却水を抜くことにより、管２１７を乾燥保管して防食することができる。

【0059】

なお、実施形態２でも、予め薬剤が添加された冷却水が冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１を流通しているため、冷却水チューブ２１の内面が前処理されたことになっている。したがって、冷水ライン３０と冷却水チューブ２１とを連通させて冷却水チューブ２１に冷水を流通させた切り替え後の防食効果が向上する。また必要に応じて、冷却水に洗浄剤やスライム分散剤等を添加してもよい。

【0060】

停止中の２基の冷凍機２０のうちの１基または２基を駆動させる場合は、第１・第２切換バルブ１２３、１２４および三方弁１４、２５、２６を図５または図４で示したように切り換え、停止中の冷凍機２０の冷却水チューブ２１に冷却水ライン１０からの冷却水を流通させ、冷却水ポンプ１５および冷凍機２０を駆動させればよい。したがって、再立ち上げも手間なく短時間で行うことができる。

【0061】

（実施形態３）
図７は本発明の開放循環冷却システムの実施形態３の構成を説明する図である。なお、図７において、図１〜図３と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態３の開放循環冷却システム２０１の基本構成は実施形態１の開放循環冷却システム１と同じであるが、第２バイパス管２４２が三方弁２２６を介して第２復路３３に接続されている点のみが実施形態１とは異なる。以下、実施形態３における実施形態１とは異なる点を説明する。

【0062】

実施形態３では２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄが休止した状態を例示しており、この場合、第２復路３３からの冷水が三方弁２２６、第２バイパス管２４２および第２切換バルブ２４を介して冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１に流入し、冷却水チューブ２１を流通した冷水は第１切換バルブ２３、第１バイパス管４１および三方弁２５を介して第２復路３３へ戻る。

【0063】

第２バイパス管４２が三方弁２２６を介して第２復路３３に接続されることにより、運転中の冷凍機２０Ａ、２０Ｂによって冷却されて第２往路３２内へ導入された冷水中に、この冷水よりも温度が高い第１復路３３からの冷水（冷却されていない冷水）が混入することがない。そのため、第２往路３２を流れる冷水が第２復路３３からの冷水によって温められて温度上昇するということがなく、エネルギーロスが少なくなるという利点がある。

【0064】

（実施形態４）
図８は本発明の開放循環冷却システムの実施形態４の構成を説明する図である。なお、図８において、図４〜図７と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態４の開放循環冷却システム３０１の基本構成は実施形態２の開放循環冷却システム１０１と同じであるが、第２バイパス管２４２が三方弁２２６を介して第２復路３３に接続されている点のみが実施形態２とは異なる。以下、実施形態４における実施形態２とは異なる点を説明する。

【0065】

実施形態４では２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄが休止した状態を例示しており、この場合、第２復路３３からの冷水が三方弁２２６、第２バイパス管２４２および第２切換バルブ１２４を介して冷凍機２０Ｃ、２０Ｄの冷却水チューブ２１に流入し、冷却水チューブ２１を流通した冷水は第１切換バルブ１２３、第１バイパス管４１および三方弁２５を介して第２復路３３へ戻る。

【0066】

第２バイパス管２４２が三方弁２２６を介して第２復路３３に接続されることにより、運転中の冷凍機２０Ａ、２０Ｂによって冷却されて第２往路３２内へ導入された冷水中に、この冷水よりも温度が高い第１復路３３の冷水（冷却されていない冷水）が混入することがない。そのため、第２往路３２を流れる冷水が第２復路３３からの冷水によって温められて温度上昇するということがなく、エネルギーロスが少なくなるという利点がある。

【0067】

（実施形態５）
図９は本発明の開放循環冷却システムの実施形態５の構成を説明する図である。なお、図９において、図１〜図３と同様の要素には同一の符号を付している。
本発明の開放循環冷却システムは、１基の冷凍機に対して１本のバイパス管が設けられ、この１本のバイパス管のみによって冷凍機の冷却水チューブと第２往路３２または第２復路３３とを接続してもよい。

【0068】

例えば、図９に示すように、実施形態５の開放循環冷却システム４０１の場合、第１往路１２の下流側の２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄについて、実施形態１（図１〜図３参照）における第２バイパス管４２および第４切換バルブ２６が省略され、かつ三方弁の第２切換バルブ２４の代わりに一般的な二方弁の第２切換バルブ２２４が用いられている。さらに、冷却水チューブ２１には図示しない水抜き口が設けられる。実施形態５において、その他の構成は実施形態１と同様である。

【0069】

このように構成された実施形態５によれば、例えば、第１往路１２の最下流側の冷凍機２０Ｄを休止させる際、冷却水ポンプ１５を停止させ、第１切換バルブ２３を操作して第１往路１２を閉じ、かつ第２切換バルブ２２４を操作して第１復路１３を閉じる。このとき、第１往路１２の最下流側の三方弁１４と第１復路１３の最上流側の三方弁１４を操作して第１往路１２および第１復路１３を閉じてもよい。次に、密閉された冷却水チューブ２１の水抜き口から内部の冷却水を外部に排出する。その後、第１バイパス管４１を冷却水チューブ２１と連通させ、第３切換バルブ２５を操作して第１バイパス管４１を第２復路３３と連通させる。

【0070】

これにより、第２復路３３からの冷水が第１バイパス管４１を通って冷却水チューブ２１内に流入する。このとき、例えば、冷却水チューブ２１における第２切換バルブ２２４との接続部付近に開閉可能な図示しない空気抜き孔を設けておき、空気抜き孔から冷水が少し流出した時点で空気抜き孔を閉じて冷却水チューブ２１内を冷水で満水にする。

【0071】

このようにすれば、冷水用（密閉系用）水処理剤であれば、冷却水チューブ２１に対して循環させない満水保管の際にも十分に防食効果を発揮することができる。さらに、第１往路１２における第１切換バルブ２３と三方弁１４との間および第２復路１３における第２切換バルブ２２４と三方弁１４との間から冷却水を水抜きして乾燥保管することもできる。他の冷凍機２０Ｃを休止させる場合も同様である。

【0072】

なお、実施形態５は、実施形態１（図１〜図３参照）における第１バイパス管４１および第３切換バルブ２５が省略され、かつ三方弁の第１切換バルブ２３の代わりに一般的な二方弁の第１切換バルブが用いられてもよい。

【0073】

（実施形態６）
図１０は本発明の開放循環冷却システムの実施形態６の構成を説明する図である。なお、図１０において、図４〜図６と同様の要素には同一の符号を付している。
図１０に示すように、実施形態６の開放循環冷却システム５０１の場合、第１往路１２の下流側の２基の冷凍機２０Ｃ、２０Ｄについて、実施形態２（図４〜図６参照）における第２バイパス管４２および第４切換バルブ２６が省略され、かつ第２切換バルブ１２４の代わりに後述する第２切換バルブ３２４が用いられている。さらに、冷却水チューブ２１には図示しない水抜き口が設けられる。

【0074】

実施形態６における第２切換バルブ３２４は、第１復路１３と冷却水チューブ２１との連通状態から、接続管１１６を介した第１切換バルブ１２３と第２切換バルブ３２４との相互連通状態による第１往路１２と第１復路１３との連通状態に切り換え可能に構成されている。実施形態６において、その他の構成は実施形態２と同様である。

【0075】

このように構成された実施形態６によれば、例えば、第１往路１２の最下流側の冷凍機２０Ｄを休止させる際、冷却水ポンプ１５を停止させ、第１切換バルブ１２３および第２切換バルブ３２４を操作して、第１往路１２と第１復路１３とを連通させ、かつ冷却水チューブ２１と第１バイパス管４１とを連通させ、かつ冷却水チューブ２１の第１復路１３側の端部を閉じる。

【0076】

これにより、第２復路３３からの冷水が第１バイパス管４１を通って冷却水チューブ２１内に流入する。このとき、例えば、冷却水チューブ２１における第２切換バルブ３２４との接続部付近に開閉可能な図示しない排出口を設けておき、冷却水チューブ２１内に冷水を流入させることにより内部に残留する冷却水を排出口から排出して冷却水チューブ２１内を冷水で満水にする。このようにすれば、冷水用（密閉系用）水処理剤であれば、冷却水チューブ２１に対して循環させない満水保管の際にも十分に防食効果を発揮することができる。

【0077】

また、この場合、第１往路１２の最下流側の三方弁１４と第１復路１３の最上流側の三方弁１４を閉じる前はこれらの間の点線で示された連通した管３１７内には冷却水が流通している。
したがって、この場合も、停止した冷凍機２０Ｄの冷却水チューブ２１に冷水を流入させるチューブ防食期間中は、例えば、第１往路１２の最下流側の三方弁１４と第１復路１３の最上流側の三方弁１４を操作し、第１往路１２の下流側と第１復路１３の上流側を閉じれば、管３１７における冷凍機２０Ｄに対応する接続管１１６に設けられた開閉可能な水抜き口から管３１７内の冷却水を抜くことにより、管３１７を乾燥保管して防食することができる。他の冷凍機２０Ｃを休止させる場合も同様である。

【0078】

なお、実施形態６は、実施形態２（図４〜図６参照）における第１バイパス管４１および第３切換バルブ２５が省略され、かつ三方弁の第１切換バルブ１２３の代わりに前記第２切換バルブ３２４が用いられてもよい。

【0079】

（他の実施形態）
本発明では、実施形態１〜４における第１バイパス管４１を第２往路３２に接続した実施形態（図示省略）および実施形態５、６における第１バイパス管４１を第２往路３２に接続した実施形態（図示省略）が含まれるが、エネルギーロスの観点から、第１バイパス管４１は第２復路３３に接続する方が好ましい。

【0080】

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0081】

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１ 開放循環冷却システム
１０ 冷却水ライン
１１ 冷却塔（第１熱交換器）
１２ 第１往路
１３ 第１復路
２０、２０Ａ〜２０Ｄ 冷凍機（第２熱交換器）
２１ 冷却水チューブ
２２ 冷水チューブ
２３、１２３ 第１切換バルブ
２４、１２４、２２４、３２４ 第２切換バルブ
３０ 冷水ライン
３２ 第２往路
３３ 第２復路
４１ 第１バイパス管
４２ 第２バイパス管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】