特開 2022-170174 冷却システム

(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】P2022170174

(43)【公開日】2022-11-10

(54)【発明の名称】冷却システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 27/02 20060101AFI20221102BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20221102BHJP

【ＦＩ】

F25B27/02 N

F25B1/00 399Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021076109

(22)【出願日】2021-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】特許業務法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松原 健

(72)【発明者】

【氏名】安嶋 賢哲

(72)【発明者】

【氏名】横山 康弘

(72)【発明者】

【氏名】大西 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】吉田 時空

(72)【発明者】

【氏名】川崎 祐司

(57)【要約】

【課題】従来よりも消費電力の低い冷却システムを提供する。
【解決手段】エジェクタ冷凍機１３Ａと熱交換器３とを有する冷却システム１Ａを提供する。エジェクタ冷凍機１３Ａは、冷水Ｃ１を用いて冷却対象物６を冷却することにより発生する温水Ｑ１の一部である温水Ｑ２を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させる。エジェクタ冷凍機１３Ａは、エジェクタ２１による吸引を利用して温水Ｑ２を冷却する。熱交換器３は、温水Ｑ１の一部である温水Ｑ３を冷却水Ｗ３との間の熱交換により冷却する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１熱源流体を第２熱源流体と第３熱源流体とに分岐させる分岐点と、
前記第２熱源流体の熱又は外部熱源流体の熱を用いて発生させた駆動流により駆動されるエジェクタを含み、前記第１熱源流体の少なくとも一部である被冷却流体を前記エジェクタの吸引を利用して冷却するエジェクタ冷凍機と、
前記第３熱源流体を第１冷却流体との間の熱交換により冷却する第１熱交換器と、
を具備する冷却システム。

【請求項2】

前記被冷却流体は、前記駆動流と熱交換後の前記第２熱源流体である、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項3】

前記被冷却流体は、前記第３熱源流体である、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項4】

前記被冷却流体は、前記第１冷却流体と熱交換後の前記第３熱源流体である、請求項１に記載の冷却システム。

【請求項5】

冷却対象物から供給される前記第１熱源流体が流れ込む第１流入口から前記エジェクタ冷凍機へ至る第１管と、
前記分岐点において前記第１管から分岐して前記第１熱交換器に至る第２管と、を有し、
前記第１管及び前記第２管により、前記第１熱源流体は前記第２熱源流体と前記第３熱源流体とに分流する、
請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項6】

前記第２熱源流体と前記外部熱源流体とのうちの一方を選択し、選択した熱源流体を、前記駆動流を発生させるために前記エジェクタ冷凍機へ供給する切替機構を更に有する、請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項7】

前記エジェクタ冷凍機は、
第１冷媒を第２冷媒と第３冷媒とに分流して得られる前記第２冷媒を、前記第２熱源流体との間の熱交換により蒸発させ、前記駆動流として前記エジェクタに供給する蒸気発生器と、
前記被冷却流体との間の熱交換により前記第３冷媒を蒸発させ、吸引流として前記エジェクタに供給する蒸発器と、
前記エジェクタから吐出される流体を、第２冷却流体との間の熱交換により冷却することによって、前記第１冷媒に凝縮させる凝縮器と、
を備える請求項１乃至５のうちの何れか１項に記載の冷却システム。

【請求項8】

前記蒸気発生器から吐出された前記第２熱源流体と、前記第１熱交換器から吐出された前記第３熱源流体とを合流させ、前記冷却対象物に供給することを特徴とする、請求項７に記載の冷却システム。

【請求項9】

前記第２熱源流体の温度は前記外部熱源流体の温度よりも低く、
前記外部熱源流体との熱交換により前記第２熱源流体を昇温させる第２熱交換器を備え、
前記蒸気発生器には、前記第２熱交換器を経由した前記第２熱源流体が与えられる、
請求項７又は請求項８に記載の冷却システム。

【請求項10】

前記エジェクタ冷凍機により冷却された前記第２熱源流体である第３冷却流体の温度を計測する第１温度センサと、
前記第１熱交換器により冷却された前記第３熱源流体である第４冷却流体の温度を計測する第２温度センサと、
前記第３冷却流体と前記第４冷却流体とを混合して得られる第５冷却流体の温度を計測する第３温度センサと、
前記第３温度センサにより計測される温度が所定の温度範囲内の温度となるように、前記第１冷却流体の流量及び前記第２冷却流体の流量を、前記第１温度センサにより計測される温度及び前記第２温度センサにより計測される温度に応じて制御する制御装置と、
を具備する請求項７乃至９のうちの何れか１項に記載の冷却システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷却システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、冷水を用いて冷却対象物を冷却する冷却システムの発明が開示されている。この冷却システムは、複数の機械設備に各々設けられる個別温調器を備える。各個別温調器は、貯留タンク、冷却水循環ポンプ、温度検知器、及び熱交換器を備える。熱交換器には、冷却対象物を冷却することにより温度の上がった冷水が供給される。以下では、冷却対象物を冷却することにより温度の上がった冷水は温水と呼ばれる場合がある。熱交換喚器には、冷却装置から冷却流体が供給される。熱交換器では、温水と冷却流体との間の熱交換により温水が冷却される。温水は熱交換器において冷却されることで冷水に戻る。冷却装置は、冷却塔及びチラーユニットを備える。外気温度が低い場合、冷却装置は、熱交換喚器における熱交換により温度の上がった冷却流体を冷却塔のみで冷却する。外気温度が高い場合、冷却装置は、冷却塔及びチラーユニットを用いて冷却流体を冷却する。熱交換器に流れ込む冷却流体の流量はインバータ制御可能な冷却流体循環ポンプで制御される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１９２０８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、成型機の金型が冷却対象物である場合、金型の冷却後の温水の温度には、金型の冷却箇所に応じて約４０～６０℃程度の幅がある。従来、複数の異なる温度帯の温水を合流させた上で冷却流体との熱交換により冷却することが通常であった。しかし、高温系統の温水の流量は低温系統の温水の流量に比べて少ない場合が多い。高温系統の温水の流量が低温系統の温水の流量に比べて少ないと、合流後の温水の温度は高温系統の温水の温度よりも低くなる。温水と冷却流体との温度差が小さいという条件で熱交換器において温水から同量の熱量を放熱させようとすると、熱交換器へ供給する冷却流体の流量を増加させることが必要となる。熱交換器へ供給する冷却流体の流量を増加させると、冷却流体循環ポンプの消費電力が増加する。また、冷却塔だけでは十分な温度まで冷却流体を冷やすことができない場合にはチラーユニットが併用される。チラーユニットが併用されると、冷却システムの消費電力は更に増加する。

【0005】

本開示は、以上の事情を考慮して為されたものであり、従来よりも消費電力の低い冷却システム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】

【0006】

本開示の一態様に係る冷却システムは、分岐点と、エジェクタ冷凍機と、第１熱交換器とを有する。分岐点は、第１熱源流体を第２熱源流体と第３熱源流体とに分岐させる。エジェクタ冷凍機は、前記第２熱源流体の熱又は外部熱源流体の熱を用いて発生させた駆動流により駆動されるエジェクタを含む。エジェクタ冷凍機は、前記第１熱源流体の少なくとも一部である被冷却流体を前記エジェクタの吸引を利用して冷却する。第１熱交換器は、第１熱源流体の一部である第３熱源流体を第１冷却流体との間の熱交換により冷却する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態による冷却システム１Ａの構成図である。

【図2】第２実施形態による冷却システム１Ｂの構成図である。

【図3】第３実施形態による冷却システム１Ｃの構成図である。

【図4】変形例に係る冷却システム１Ｄの構成図である。

【図5】変形例に係る冷却システム１Ｅの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

Ａ：第１実施形態
図１は、本開示の冷却システムの第１実施形態による冷却システム１Ａの構成図である。冷却システム１Ａは、冷水Ｃ１を用いて冷却対象物６を冷却する。本実施形態における冷却対象物６は、例えば成型機の金型である。本実施形態では、冷却対象物６を冷却する冷却流体として水を用いるが、冷却対象物６を冷却するための冷却流体は油又は空気であってもよい。本実施形態における冷水Ｃ１の温度は約２０～４０℃である。冷水Ｃ１を用いて冷却対象物６を冷却することにより、冷却対象物６の温度は下がる。一方、冷却対象物６を冷却することにより冷水Ｃ１の温度は上昇する。このため、冷水Ｃ１は温水Ｑ１となる。本実施形態における温水Ｑ１の温度は約６０～７０℃である。冷却システム１Ａは、冷却対象物６から供給される温水Ｑ１を、冷却水Ｗ１を用いて冷却する。本実施形態では、冷却水Ｗ１の温度は１０～３０℃である。温水Ｑ１は、冷却水Ｗ１を用いた冷却により温度が下がる。このため、温水Ｑ１は冷水Ｃ１に戻る。図１に示されるように、冷却システム１Ａは、冷却塔２、熱交換器３、制御装置５、ポンプ１０、ポンプ１１、ポンプ１２、エジェクタ冷凍機１３Ａ、温度センサ１４、温度センサ１５、及び温度センサ１６を有する。

【0009】

冷却システム１Ａは、供給口８から冷却対象物６へ冷水Ｃ１を供給する。冷却システム１Ａの流入口７には冷却対象物６から供給される温水Ｑ１が流れ込む。図１に示されるように、冷却システム１Ａは、第１管Ｌ１と第２管Ｌ２とを有する。第１管Ｌ１は、流入口７からエジェクタ冷凍機１３Ａへ至る。第２管Ｌ２は、分岐点Ｎ１において第１管Ｌ１から分岐して熱交換器３へ至る。流入口７に流れ込んだ温水Ｑ１は、第１管Ｌ１及び第２管Ｌ２により、温水Ｑ２と温水Ｑ３とに分流する。流入口７から分岐点Ｎ１に至るまでの温水Ｑ１の温度の低下を無視すると、温水Ｑ２の温度は温水Ｑ１の温度と同じである。同様に、温水Ｑ３の温度も温水Ｑ１の温度と同じである。本実施形態では、温水Ｑ２の温度と温水Ｑ３の温度は同じであるとする。図１に示されるように、温水Ｑ２はエジェクタ冷凍機１３Ａへ供給される。温水Ｑ３は熱交換器３へ供給される。冷却システム１Ａにおいて冷却水Ｗ１は分岐点Ｎ２において冷却水Ｗ２と冷却水Ｗ３とに分流する。冷却水Ｗ２はエジェクタ冷凍機１３Ａへ供給される。冷却水Ｗ３は熱交換器３へ供給される。

【0010】

冷却システム１Ａでは、熱交換器３、冷却塔２、及びポンプ１０を環状に接続して冷却水Ｗ３の循環路が構成される。ポンプ１０は冷却水Ｗ３を吸い上げて熱交換器３へ供給する。熱交換器３は、冷却水Ｗ３との間の熱交換により温水Ｑ３を冷却する。熱交換器３により冷却されることで温水Ｑ３の温度が下がる。このため、温水Ｑ３は冷水Ｃ３になる。熱交換器３は冷水Ｃ３を排出する。温度センサ１４は、熱交換器３から排出される冷水Ｃ３の温度を計測する。

【0011】

また、冷却システム１Ａでは、エジェクタ冷凍機１３Ａ、冷却塔２、及びポンプ１１を環状に接続して冷却水Ｗ２の循環路が構成される。ポンプ１１は冷却水Ｗ２を吸い上げてエジェクタ冷凍機１３Ａへ供給する。エジェクタ冷凍機１３Ａは、温水Ｑ２を蒸気発生器２４を流通する冷媒Ｚ２との熱交換により冷却し、蒸発器２６を流通する冷媒Ｚ３との熱交換により更に冷却する。エジェクタ冷凍機１３Ａにより冷却されることで温水Ｑ２の温度が下がる。このため、温水Ｑ２は、冷水Ｃ２になる。エジェクタ冷凍機１３Ａは、冷水Ｃ２を排出する。温度センサ１５は、エジェクタ冷凍機１３Ａから排出される冷水Ｃ２の温度を計測する。

【0012】

エジェクタ冷凍機１３Ａから排出される冷水Ｃ２と熱交換器３から排出される冷水Ｃ３とは合流点Ｎ４において合流して冷水Ｃ１となる。合流点Ｎ４には、エジェクタ冷凍機１３Ａから排出される冷水Ｃ２と熱交換器３から排出される冷水Ｃ３とを貯留するタンクが設けられてもよい。ポンプ１２は、冷水Ｃ１を供給口８から冷却対象物６へ供給する。温度センサ１６は、冷却対象物６へ供給される冷水Ｃ１の温度を計測する。

【0013】

エジェクタ冷凍機１３Ａは、温水Ｑ２を冷却する過程で温度の上がった冷却水Ｗ２を排出する。同様に、熱交換器３は、温水Ｑ３を冷却することによって温度の上がった冷却水Ｗ３を排出する。エジェクタ冷凍機１３Ａから排出された冷却水Ｗ２と熱交換器３から排出された冷却水Ｗ３とは合流点Ｎ５において合流する。合流点Ｎ５において合流した冷却水Ｗ２と冷却水Ｗ３とは、温水Ｑ１を冷却に利用されることで温度の上がった冷却水Ｗ１になる。温度の上がった冷却水Ｗ１は冷却塔２に流れ込む。冷却塔２は、温度の上がった冷却水Ｗ１を冷却して排出する。

【0014】

エジェクタ冷凍機１３Ａの構成は次の通りである。
図１に示されるように、エジェクタ冷凍機１３Ａは、エジェクタ２１、凝縮器２２、ポンプ２３、蒸気発生器２４、膨張弁２５、及び蒸発器２６を有する。エジェクタ２１に駆動流を導入する導入口２１ａには蒸気発生器２４を介してポンプ２３が接続される。エジェクタ２１に吸引流を導入する吸引口２１ｂには蒸発器２６を介して膨張弁２５が接続される。エジェクタ冷凍機１３Ａは、駆動流と吸引流とを混合した流体を吐出する。エジェクタ２１の吐出口２１ｃには、凝縮器２２が接続される。エジェクタ冷凍機１３Ａは、例えば液相の冷媒Ｚ１を用いて温水Ｑ２を冷却する装置である。本実施形態における冷媒Ｚ１が液相から気相に変化する温度は６０℃よりも低い。冷媒Ｚ１の具体例としては、ハイドロフルオロカーボン又はハイドロフルオロオレフィン等のフロン類が挙げられる。エジェクタ冷凍機１３Ａにおいて、冷却水Ｗ２は、温水Ｑ２からの吸熱により気相となった冷媒Ｚ１の凝縮に利用される。

【0015】

図１に示されるように、冷媒Ｚ１は、凝縮器２２からポンプ２３へ至る流路上の分岐点Ｎ３において液相の冷媒Ｚ２と液相の冷媒Ｚ３とに分流する。ポンプ２３は、冷媒Ｚ２を昇圧して蒸気発生器２４へ送り出す。蒸気発生器２４は、温水Ｑ２と冷媒Ｚ２との間の熱交換により冷媒Ｚ２を蒸発させて気相の冷媒Ａ１を生成する熱交換器である。蒸気発生器２４における圧力下で冷媒Ｚ２が液相から気相に変化する温度は６０℃よりも低く、温水Ｑ２の温度は６０～７０℃であるから、温水Ｑ２と冷媒Ｚ２との間の熱交換により冷媒Ｚ２を蒸発させることができる。冷媒Ａ１はエジェクタ２１の導入口２１ａへ導入される。導入口２１ａへ導入された冷媒Ａ１は、エジェクタ２１における駆動流となる。つまり、本実施形態におけるエジェクタ冷凍機１３Ａでは、冷却対象である温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流が生成される。蒸気発生器２４における熱交換を経た温水Ｑ２は蒸発器２６へ供給される。

【0016】

膨張弁２５には冷媒Ｚ３が供給される。膨張弁２５は、供給される冷媒Ｚ３を減圧することで膨張させる。例えば電子膨張弁、手動膨張弁、定圧膨張弁、オリフィス又はキャピラリー等の任意の形式の減圧機構が膨張弁２５として利用される。冷媒Ｚ３は、膨張弁２５により減圧され、駆動流により発生するエジェクタ２１内の静圧低下による吸引作用によって、蒸発器２６に送られる。

【0017】

蒸発器２６は、蒸気発生器２４を経由した温水Ｑ２と膨張弁２５により減圧された冷媒Ｚ３との間の熱交換により冷媒Ｚ３を蒸発させて気相の冷媒Ａ２を生成する熱交換器である。換言すれば、蒸発器２６は、エジェクタ２１の吸引作用によって圧力が低下した冷媒Ｚ３の潜熱を利用して、蒸気発生器２４を経由した温水Ｑ２を冷却する。蒸気発生器２４を経由して蒸発器２６へ供給される温水Ｑ２は、蒸発器２６において冷却されることで冷水Ｃ２になる。

【0018】

冷媒Ａ２は、エジェクタ２１の吸引口２１ｂを介してエジェクタ２１に導入される。吸引口２１ｂを介してエジェクタ２１に導入された冷媒Ａ２は、エジェクタ２１の吸引流となる。エジェクタ２１では、吸引流と駆動流とが混合される。吸引流と駆動流とを混合することで得られた流体、即ち気相の冷媒Ａ３は、ディフューザにより昇圧されたうえで吐出口２１ｃから吐出される。凝縮器２２には、エジェクタ２１から吐出される冷媒Ａ３が導入される。凝縮器２２へ導入された冷媒Ａ３は、冷却水Ｗ２との間の熱交換により冷却される。凝縮器２２において冷却された冷媒Ａ３は液相の冷媒Ｚ１に凝縮する。

【0019】

制御装置５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータである。制御装置５は、図示せぬ記憶装置に記憶されているプログラムに従って作動することによって、ポンプ１０、ポンプ１１、及びポンプ１２の作動制御を行う。より詳細に説明すると、制御装置５は、温度センサ１６により計測される温度が目標温度範囲（例えば、Ｔ０±ｔの温度範囲）内の温度である冷水Ｃ１が一定の流量で冷却対象物６に供給されるように、ポンプ１０、ポンプ１１、及びポンプ１２の作動制御を行う。目標温度範囲は、冷却対象物６の温度を一定に保つための冷水Ｃ１の温度範囲である。本実施形態における目標温度範囲は２０～４０℃である。

【0020】

制御装置５を用いたポンプ１０、ポンプ１１、及びポンプ１２の作動制御の基本的な考え方は次の通りである。冷却対象物６へ供給する冷水Ｃ１の流量を一定にするため、制御装置５は、回転速度が一定となるようにポンプ１２を制御する。一方、ポンプ１０及びポンプ１１については、制御装置５は、温度センサ１４により計測された温度、温度センサ１５により計測された温度、及び温度センサ１６により計測された温度に応じて各々の回転速度を制御する。ポンプ１０の回転速度を制御することで、熱交換器３に流れ込む冷却水Ｗ３の流量が制御される。同様に、ポンプ１１の回転速度を制御することで、エジェクタ冷凍機１３Ａに流れ込む冷却水Ｗ２の流量が制御される。制御装置５は、温度センサ１６により計測された温度が目標温度範囲内の温度となるように、温度センサ１５により計測された温度及び温度センサ１４により計測された温度に応じて冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量を制御する。本実施形態において、冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量を制御することは、冷却水Ｗ１を冷却水Ｗ２と冷却水Ｗ３とに分流する際の分配を制御することを意味する。

【0021】

温度センサ１６により計測された温度が目標温度範囲内の温度となるように、温度センサ１５により計測された温度及び温度センサ１４により計測された温度に応じた冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量の制御を制御装置５に実行させる理由は次の通りである。冷水Ｃ３と冷水Ｃ２とを混合する時の熱損失を無視すると、冷水Ｃ３と冷水Ｃ２とを混合して得られる冷水Ｃ１の温度Ｔ３は以下の式（１）により表される。式（１）におけるＴ１は、温度センサ１５により計測される冷水Ｃ２の温度である。式（１）におけるＴ２は、温度センサ１４により計測される冷水Ｃ３の温度である。式（１）におけるＧ１は、エジェクタ冷凍機１３Ａから排出される冷水Ｃ２の流量である。式（１）におけるＧ２は、熱交換器３から排出される冷水Ｃ３の流量である。なお、本実施形態ではＧ１及びＧ２は定数である。
Ｔ３＝（Ｇ１×Ｔ１＋Ｇ２×Ｔ２）／（Ｇ１＋Ｇ２）…（１）

【0022】

Ｇ１及びＧ２は定数であるから、冷水Ｃ１の温度Ｔ３は、冷水Ｃ２の温度Ｔ１及び冷水Ｃ３の温度Ｔ２に応じて定まる。冷水Ｃ３の温度Ｔ２は、熱交換器３の冷却能力が高いほど低くなる。つまり、温度センサ１４により計測される温度は熱交換器３の冷却能力を表す。熱交換器３の冷却能力は、熱交換器３に供給する冷却水Ｗ３の流量に応じて定まる。熱交換器３に供給する冷却水Ｗ３の流量が多いほど、冷却水Ｗ３との間の熱交換により温水Ｑ３から吸熱できる熱量が増えるからである。同様に、温度センサ１５により計測される温度はエジェクタ冷凍機１３Ａの冷却能力を表し、エジェクタ冷凍機１３Ａの冷却能力はエジェクタ冷凍機１３Ａに供給する冷却水Ｗ２の流量に応じて定まる。エジェクタ冷凍機１３Ａに供給する冷却水Ｗ２の流量が多いほど、冷却水Ｗ２との間の熱交換により凝縮する冷媒Ｚ１の温度を引き下げ、温水Ｑ２から吸熱できる熱量が増えるからである。

【0023】

温度センサ１６により計測される温度が目標温度範囲よりも高い温度の場合、制御装置５は、冷却水Ｗ２の流量を増加させ、冷却水Ｗ３の流量を減少させる。冷却水Ｗ２の流量を増加させることで冷水Ｃ２の温度を引き下げ、冷水Ｃ２の温度を引き下げることにより冷水Ｃ１の温度を引き下げることができるからである。本実施形態では、制御装置５は、熱交換器３へ供給する冷却水Ｗ３の流量が最小となるように、冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量を制御する。これにより、温水Ｑ１の冷却に対する熱交換器３の寄与が最小限となり、エジェクタ冷凍機１３Ａの冷却能力を最大限に利用して温水Ｑ１が冷却される。

【0024】

本実施形態の冷却システム１Ａでは、エジェクタ２１の駆動流は温水Ｑ２の熱を利用して生成されるので、駆動流の生成に圧縮機は不要である。本実施形態におけるエジェクタ冷凍機１３Ａは、圧縮機を用いない分だけ、駆動流の生成に圧縮機を用いるエジェクタ冷凍機よりも少ない消費電力で温水Ｑ２を冷却することができる。また、熱交換器のみで温水Ｑ１全体を冷却する冷却システムであれば、温水Ｑ１の熱は全て廃棄されていた。これに対して、本実施形態の冷却システム１Ａでは、温水Ｑ１の一部である温水Ｑ２の熱を利用して当該温水Ｑ２の冷却が行われる。このため、本実施形態によれば、熱交換器のみで温水Ｑ１全体を冷却する態様に比較して、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態によれば、圧縮器を用いて駆動流を発生されるエジェクタ冷凍機と熱交換器とを併用する態様と比較しても、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。

【0025】

Ｂ：第２実施形態
第１実施形態では、エジェクタ冷凍機１３Ａによる冷却対象の温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流が生成された。しかし、冷却対象物６とは異なる熱源が存在し、当該熱源の冷却により発生した温水Ｑ４を冷却して河川等に排水する必要がある場合、温水Ｑ４の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流が生成されてもよい。

【0026】

図２に示される冷却システム１Ｂは、エジェクタ冷凍機１３Ａに代えてエジェクタ冷凍機１３Ｂを有し、更に温度センサ１７を有する。エジェクタ冷凍機１３Ｂは、温水Ｑ２に代えて温水Ｑ４が蒸気発生器２４に供給される点、及び蒸気発生器２４を経由せずに温水Ｑ２が蒸発器２６に供給される点においてエジェクタ冷凍機１３Ａと異なる。温水Ｑ４の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させることにより温水Ｑ４は冷却される。このため、エジェクタ冷凍機１３Ｂにおいて温水Ｑ４は冷水Ｃ４になる。エジェクタ冷凍機１３Ｂは冷水Ｃ４を排出する。温度センサ１７は、エジェクタ冷凍機１３Ｂから排出される冷水Ｃ４の温度を計測するセンサである。

【0027】

冷却システム１Ｂにおける制御装置５は、第１実施形態と同様に、回転速度が一定になるようにポンプ１２を制御する。また、冷却システム１Ｂにおける制御装置５は、第１実施形態と同様に、温度センサ１６により計測された温度が目標温度範囲内の温度となるように、温度センサ１５により計測された温度及び温度センサ１４により計測された温度に応じてポンプ１０の回転速度及びポンプ１１の回転速度を制御する。なお、制御装置５は、温度センサ１７に計測される温度が自治体等により定められた基準値以下となるように、エジェクタ冷凍機１３Ｂに流れ込む温水Ｑ４の流量を制御してもよい。

【0028】

本実施形態においても、エジェクタ２１の駆動流の発生に圧縮機が用いられない点は、第１実施形態と同一である。このため、本実施形態によっても、熱交換器のみで温水Ｑ１を冷却する態様、及び圧縮器を用いて駆動流を発生されるエジェクタ冷凍機と熱交換器とを併用する態様と比較して、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態によれば、冷却して河川等に排水する必要がある温水Ｑ４の熱、即ち単に温水Ｑ４を冷却する態様では廃棄される熱を有効利用することが可能になるといった効果も奏される。

【0029】

Ｃ：第３実施形態
図３は、本開示の第３実施形態による冷却システム１Ｃの構成例を示す図である。図３に示される冷却システム１Ｃは、エジェクタ冷凍機１３Ｂを有する点において冷却システム１Ｂと同一である。本実施形態の冷却システム１Ｃは、温水Ｑ４の供給を受けない点、温度センサ１７を有さない点、エジェクタ冷凍機１３Ｂの蒸気発生器２４に温水Ｑ２が供給される点、及び熱交換器３による冷却を経た温水Ｑ３がエジェクタ冷凍機１３Ｂの蒸発器２６に供給される点において冷却システム１Ｂと異なる。冷却システム１Ｃでは、温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させることにより温水Ｑ２は冷却される。このため、エジェクタ冷凍機１３Ｂにおいて温水Ｑ２は冷水Ｃ２になる。また、冷却システム１Ｃでは、温水Ｑ３は熱交換器３における冷却水Ｗ３との熱交換及び蒸発器２６における冷媒Ｚ３との熱交換により冷却される。このため、エジェクタ冷凍機１３Ｂにおいて温水Ｑ３は冷水Ｃ３になる。

【0030】

本実施形態においても、エジェクタ２１の駆動流の発生に圧縮機が用いられない点は、第１及び第２実施形態と同一である。このため、本実施形態によっても、圧縮器を用いて駆動流を発生されるエジェクタ冷凍機と熱交換器とを併用する態様と比較して、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態の冷却システム１Ｃでは、温水Ｑ１の一部である温水Ｑ２の熱を利用して温水Ｑ１の一部である温水Ｑ３の冷却が行われる。このため、本実施形態によれば、熱交換器のみで温水Ｑ１全体を冷却する態様に比較して、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。なお、本実施形態では、熱交換器３による冷却を経た温水Ｑ３が蒸発器２６に与えられたが、分岐点Ｎ１において温水Ｑ２から分流された温水Ｑ３が蒸発器２６に与えられ、エジェクタ冷凍機１３Ｂによる冷却を経た温水Ｑ３が熱交換器３に与えられてもよい。

【0031】

Ｄ：変形
以上説明した各実施形態は以下のように変形されてもよい。
（１）冷却システム１Ａは熱交換器３を有したが、冷却対象物６の冷却負荷がエジェクタ冷凍機１３Ａの冷却能力を下回る場合、即ちエジェクタ冷凍機１３Ａのみで冷却対象物６の温度を一定に保つことができる場合には、冷却塔２、熱交換器３、温度センサ１４、及びポンプ１０は省略されてもよい。冷却システム１Ｂについても同様に、冷却塔２、熱交換器３、温度センサ１４、及びポンプ１０は省略されてもよい。

【0032】

（２）第１実施形態の冷却システム１Ａでは、冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量の制御により、冷水Ｃ１の温度が制御された。式（１）を参照すれば明らかなように、冷水Ｃ２の流量及び冷水Ｃ３の流量を制御することによっても、冷水Ｃ１の温度の制御は可能である。冷水Ｃ２の流量は温水Ｑ２の流量と等しく、冷水Ｃ３の流量は温水Ｑ３の流量と等しい。そこで、温水Ｑ２の流量と温水Ｑ３の流量とを、制御装置５による制御の下で制御する分配器が、図１における分岐点Ｎ１に設けられてもよい。本態様によれば、制御装置５は、温度センサ１４、温度センサ１５及び温度センサ１６の各々により計測される温度に応じて分配器を制御することで、冷水Ｃ１の温度を制御することができる。

【0033】

（３）温水Ｑ４の利用が可能である場合、本開示の冷却システムは、温水Ｑ２と温水Ｑ４とのうちの一方を選択し、選択した温水を、エジェクタ２１の駆動流を発生させるためにエジェクタ冷凍機へ供給する切替機構を有してもよい。図４に示す冷却システム１Ｄは、エジェクタ冷凍機１３Ｂに代えてエジェクタ冷凍機１３Ｃを有する。エジェクタ冷凍機１３Ｃは、上記切替機構として、切替弁３１０、切替弁３２０及び切替弁３３０を有する。切替弁３１０は、温水Ｑ２の流路と温水Ｑ４の流路の何れか一方を蒸気発生器２４における温水の流入口に接続する。切替弁３２０は、蒸気発生器２４における温水の排出口を、冷水Ｃ４の排水路と切替弁３３０との何れか一方に接続する。そして、切替弁３３０は、蒸発器２６における温水の流入口を、温水Ｑ２の流路と切替弁３２０の何れか一方に接続する。

【0034】

例えば、温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させる場合、冷却システム１Ｄでは、温水Ｑ２の流路と蒸気発生器２４における温水の流入口とが接続し、蒸気発生器２４における温水の排出口と切替弁３３０とが接続し、切替弁３２０と蒸発器２６の温水の流入口とが接続するように、切替弁３１０、切替弁３２０、及び切替弁３３０が切り替えられる。また、温水Ｑ４の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させる場合には、温水Ｑ４の流路と蒸気発生器２４における温水の流入口とが接続し、蒸気発生器２４における温水の排出口と冷水Ｃ４の排水路とが接続し、温水Ｑ２の流路と蒸発器２６における温水の流入口とが接続するように、切替弁３１０、切替弁３２０、及び切替弁３３０が切り替えられる。また、温水Ｑ４の利用が可能であり、且つ、温水Ｑ２の温度が温水Ｑ４の温度よりも低く、駆動流の発生には温水Ｑ２の温度が十分に高くないとする。なお、駆動流の発生には温水Ｑ２の温度が十分に高くないとは、温水Ｑ２の温度が、蒸気発生器２４における圧力下で冷媒Ｚ２が液相から気相に変化する温度よりも低いことをいう。この場合、図５に示す冷却システム１Ｅのように、温水Ｑ４との間の熱交換により温水Ｑ２を昇温させる熱交換器２７を設け、エジェクタ冷凍機１３Ａには、熱交換器２７により昇温させた温水Ｑ２が与えられてもよい。

【0035】

（４）冷却システム１Ａ～１Ｅは、成型機の金型等の製造機械の冷却に使用された温水Ｑ１を冷却したが、例えば牛乳、清涼飲料、或いはアルコール飲料等の飲料の殺菌に使用された温水の冷却に使用されてもよい。

【0036】

Ｅ：各実施形態及び変形例から把握される態様
本開示は、上述した実施形態及び変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実現することができる。例えば、本開示は、以下の態様によっても実現可能である。以下に記載した各態様中の技術的特徴に対応する上記実施形態中の技術的特徴は、本開示の課題の一部又は全部を解決するために、或いは本開示の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0037】

本開示の一態様である冷却システムは、分岐点Ｎ１と、熱交換器３と、エジェクタ冷凍機と、を有する。分岐点Ｎ１は、温水Ｑ１を温水Ｑ２と温水Ｑ３とに分岐させる。エジェクタ冷凍機は、温水Ｑ２の熱又は温水Ｑ４の熱を用いて発生させた駆動流により駆動されるエジェクタ２１を含む。エジェクタ冷凍機は、エジェクタ２１の吸引を利用して温水Ｑ１の少なくとも一部である被冷却流体を冷却する。温水Ｑ１は本開示における第１熱源流体の一例である。温水Ｑ２は本開示における第２熱源流体の一例である。温水Ｑ４は本開示における外部熱源流体の一例である。エジェクタ冷凍機１３Ａ及び冷却システム１Ｃにおけるエジェクタ冷凍機１３Ｂは第２熱源流体の熱を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機の一例である。冷却システム１Ｂにおけるエジェクタ冷凍機１３Ｂは外部熱源流体を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機の一例である。つまり、冷却システム１Ａ及び冷却システム１Ｃは、第２熱源流体の熱を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機を含む冷却システムの一例である。冷却システム１Ａにおけるエジェクタ冷凍機１３Ａは、第２熱源流体の熱を用いて発生させた駆動流の吸引を利用して、駆動流の発生に用いられた温水Ｑ２、即ち駆動流との熱交換後の温水Ｑ２、を冷却する。つまり、冷却システム１Ａにおける被冷却流体は、駆動流との熱交換後の温水Ｑ２である。冷却システム１Ｃにおけるエジェクタ冷凍機１３Ｂは、第２熱源流体の熱を用いて発生させた駆動流の吸引を利用して、熱交換器３による冷却を経た温水Ｑ３、即ち冷却水Ｗ３との熱交換後の温水Ｑ３、を冷却する。つまり、つまり、冷却システム１Ｃにおける被冷却流体は、冷却水Ｗ３との熱交換後の温水Ｑ３である。なお、冷却システム１Ｃは、温水Ｑ３をエジェクタ冷凍機１３Ｂにより冷却し、エジェクタ冷凍機１３Ｂによる冷却後の温水Ｑ３を熱交換器３により冷却する態様に変形されてもよい。つまり、被冷却流体は、温水Ｑ３であってもよい。冷却システム１Ｂは、外部熱源流体の熱を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機を含む冷却システムの一例である。冷却システム１Ｂでは、エジェクタ冷凍機１３Ｂは、外部熱源流体である温水Ｑ４の熱を用いて発生させた駆動流の吸引を利用して温水Ｑ２を冷却する。

【0038】

熱交換器３は、温水Ｑ１の一部である温水Ｑ３を冷却水Ｗ３との間の熱交換により冷却する。温水Ｑ３は本開示における第３熱源流体の一例である。冷却水Ｗ３は本開示における第１冷却流体の一例である。熱交換器３は本開示における第１熱交換器の一例であり、エジェクタ冷凍機の外部に設けられる。

【0039】

冷却システム１Ａ又は１Ｃによれば、温水Ｑ２の熱を利用して温水Ｑ１の少なくとも一部である被冷却流体の冷却が行われる。このため、冷却システム１Ａ又は１Ｃによれば、温水Ｑ１を全て熱交換器で冷却する態様及び圧縮器を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機と熱交換器とを併用して温水Ｑ１を冷却する態様と比較して、温水Ｑ１の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。また、冷却システム１Ｂによれば、温水Ｑ４の熱を利用して温水Ｑ１の少なくとも一部である被冷却流体の冷却が行われる。このため、冷却システム１Ｂによれば、温水Ｑ１を全て熱交換器で冷却する態様及び圧縮器を用いて駆動流を発生させるエジェクタ冷凍機と熱交換器とを併用して温水Ｑ１を冷却する態様と比較して、温水Ｑ１及び温水Ｑ４の冷却に要する消費電力を低く抑えることができる。

【0040】

より好ましい態様の冷却システムは、冷却対象物６から供給される温水Ｑ１が流れ込む流入口７からエジェクタ冷凍機１３Ａに至る第１管Ｌ１と、分岐点Ｎ１において第１管Ｌ１から分岐して熱交換器３に至る第２管Ｌ２と、を有してもよい。流入口７は本開示における第１流入口の一例である。冷却システム１Ａは本態様の冷却システムの一例である。本態様の冷却システムでは、第１管Ｌ１及び第２管Ｌ２により、温水Ｑ１は温水Ｑ２と温水Ｑ３とに分流する。本態様の冷却システムによれば、冷却対象物６から排出される温水Ｑ１を温水Ｑ２と温水Ｑ３とに分流し、温水Ｑ３を熱交換器３で冷却し、温水Ｑ２をエジェクタ冷凍機１３Ａで冷却することが可能になる。

【0041】

より好ましい態様の冷却システム１Ｄは、切替弁３１０、切替弁３２０、及び切替弁３３０を有してもよい。切替弁３１０、切替弁３２０、及び切替弁３３０の各々を切り替えることで、温水Ｑ２と温水Ｑ４とのうちの一方を選択し、選択した熱源流体が、駆動流を発生させるためにエジェクタ冷凍機へ供給される。切替弁３１０、切替弁３２０、及び切替弁３３０は本開示における切替機構の一例である。本態様によれば、温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させる態様と温水Ｑ４の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させる態様とを、温水Ｑ２の温度及び温水Ｑ４の温度に応じて切り替えることが可能になる。

【0042】

別の好ましい態様の冷却システムにおいてエジェクタ冷凍機は、エジェクタ２１の他に、蒸気発生器２４、蒸発器２６、及び凝縮器２２を備える。蒸気発生器２４は、冷媒Ｚ１を冷媒Ｚ２と冷媒Ｚ３とに分流して得られる冷媒Ｚ２を、温水Ｑ２との間の熱交換により蒸発させる。蒸気発生器２４は、蒸発させた冷媒Ｚ２を駆動流としてエジェクタ２１に供給する。冷媒Ｚ１は本開示における第１冷媒の一例である。冷媒Ｚ２は本開示における第２冷媒の一例である。冷媒Ｚ３は本開示における第３冷媒の一例である。蒸発器２６は、冷媒Ｚ３を、被冷却流体との間の熱交換により蒸発させ、吸引流を発生させる。エジェクタ２１は、蒸気発生器２４において蒸発させた冷媒Ｚ２を駆動流とし、吸引口から導入される吸引流と駆動流とを混合した流体を吐出する。凝縮器２２は、エジェクタ２１から吐出される流体を、冷却水Ｗ２との間の熱交換により冷却して冷媒Ｚ１に凝縮させる。冷却水Ｗ２は本開示における第２冷却流体の一例である。エジェクタ冷凍機１３Ａは本態様のエジェクタ冷凍機の一例である。本態様によれば、温水Ｑ２の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させることができる。更に好ましい態様の冷却システムは、蒸気発生器２４から吐出された冷水Ｃ２と、熱交換器３から吐出された冷水Ｃ３とを合流させた冷水Ｃ１を、冷却対象物６に供給してもよい。冷水Ｃ２は、蒸気発生器２４により冷却され、蒸気発生器２４から吐出される第２熱源流体の一例である。冷水Ｃ３は、熱交換器３により冷却され、熱交換器３から吐出される第３熱源流体の一例である。

【0043】

更に好ましい態様の冷却システムは、温水Ｑ２の温度は温水Ｑ４の温度よりも低く、温水Ｑ４との間の熱交換により温水Ｑ２を昇温させる熱交換器２７を備えてもよい。熱交換器２７は本開示における第２熱交換器の一例である。冷却システム１Ｅは本開示の冷却システムの一例である。本態様によれば、熱交換器２７により昇温された温水Ｑ２を熱源としてエジェクタ２１の駆動流が生成されるので、温水Ｑ２の温度が十分に高くない場合であっても、温水Ｑ２の温度が十分に高くないことに起因する冷却性能の低下を回避できる。

【0044】

別の好ましい態様の冷却システムにおいてエジェクタ冷凍機は、エジェクタ２１の他に、蒸気発生器２４、蒸発器２６、及び凝縮器２２を備える。蒸気発生器２４は、冷媒Ｚ１を冷媒Ｚ２と冷媒Ｚ３とに分流して得られる冷媒Ｚ２を、温水Ｑ４との間の熱交換により蒸発させる。蒸気発生器２４は、蒸発させた冷媒Ｚ２を駆動流としてエジェクタ２１に供給する。エジェクタ２１は、蒸気発生器２４において蒸発させた冷媒Ｚ２を駆動流とし、吸引口から導入される吸引流と駆動流とを混合した流体を吐出する。蒸発器２６は、冷媒Ｚ３を、被冷却流体との間の熱交換により蒸発させることで、吸引流を発生させる。凝縮器２２は、エジェクタ２１から吐出される流体を、冷却水Ｗ２との間の熱交換により冷却して冷媒Ｚ１に凝縮させる。エジェクタ冷凍機１３Ｂは本態様のエジェクタ冷凍機の一例である。本態様によれば、温水Ｑ４の熱を利用してエジェクタ２１の駆動流を発生させることができる。

【0045】

より好ましい態様の冷却システムは、温度センサ１４、温度センサ１５、温度センサ１４、及び制御装置５を有してもよい。温度センサ１５は、エジェクタ冷凍機により冷却された温水Ｑ２、即ち冷水Ｃ２の温度を計測する。冷水Ｃ２は本開示における第３冷却流体の一例である。温度センサ１５は本開示における第１温度センサの一例である。温度センサ１４は、熱交換器３により冷却された温水Ｑ３、即ち冷水Ｃ３の温度を計測する。冷水Ｃ３は本開示における第４冷却流体の一例である。温度センサ１４は本開示における第２温度センサの一例である。温度センサ１６は、冷水Ｃ２と冷水Ｃ３とを混合して得られる冷水Ｃ１の温度を計測する。冷水Ｃ１は本開示における第５冷却流体の一例である。温度センサ１６は本開示における第３温度センサの一例である。

【0046】

制御装置５は、温度センサ１６により計測される温度が所定の温度範囲内の温度となるように、冷却水Ｗ２の流量及び冷却水Ｗ３の流量を、温度センサ１５により計測される温度及び温度センサ１４により計測される温度に応じて制御する。より具体的には、制御装置５は、温度センサ１６により計測される温度が所定の温度範囲内の温度となり、且つ熱交換器３へ供給される冷却水Ｗ３の流量が最小となるように、温度センサ１５により計測される温度及び温度センサ１４により計測される温度に応じて冷却水Ｗ２及び冷却水Ｗ３の流量を制御する。本態様によれば、エジェクタ冷凍機の冷却能力を最大限に利用しつつ、冷水Ｃ１の温度を所定の温度範囲内の温度に維持することが可能になる。

【符号の説明】

【0047】

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…冷却システム、２…冷却塔、３…熱交換器、５…制御装置、１０，１１，１２…ポンプ、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…エジェクタ冷凍機、１４，１５，１６，１７…温度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】