特開 2022-154894 過冷却水供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022154894

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】過冷却水供給システム

(51)【国際特許分類】

   A23L 3/36 20060101AFI20221005BHJP

【ＦＩ】

A23L3/36 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021058157

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000175272

【氏名又は名称】三浦工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】林 遼太郎

(72)【発明者】

【氏名】堀川 伸二

【テーマコード（参考）】

4B022

【Ｆターム（参考）】

4B022LF05

4B022LP05

4B022LT06

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】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。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

請求項１に記載の過冷却水供給システムであって、
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、過冷却水供給システム。

【請求項3】

請求項２に記載の過冷却水供給システムであって、
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、過冷却水供給システム。

【請求項4】

請求項３に記載の過冷却水供給システムであって、
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。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れかに記載の過冷却水供給システムであって、
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。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れかに記載の過冷却水供給システムであって、
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。

【請求項7】

請求項１～請求項６の何れかに記載の過冷却水供給システムであって、
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３４１２３７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る過冷却水供給システム１を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

＜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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

＜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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

＜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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

４．変形例
なお、本発明は、以下の態様でも実施可能である。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【符号の説明】

【0064】

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

【図1】