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「冷水」と「冷却水」の違い

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「冷水」と「冷却水」の違い

冷凍機(チリングユニット、チラーとも)で冷却された水を「冷水」、
冷却塔(クーリングタワー)で冷却された水を「冷却水」と一般的に区別されています。

もくじ

1.概略
2.「冷水」の使用用途と製造方法
 ー冷水の使用用途
 ー冷水の制御方法

3.「冷却水」の使用用途と製造方法
 ー冷却水の使用用途
 ーフリークーリング
 ー冷却水の制御方法
 ークーリングタワーの制御方法

4.おわりに


概略


冷水冷却水表.png

冷水と冷却水の違いを大まかに言うと
冷水は外気温度より大幅に低い温度までの冷却や冷却温度にシビアな冷却に使用され、
冷却水は大量の熱を外気温度程度まで冷却し、冷却温度にあまりシビアでないものに使用されます。

冷水は冷凍機を使用するため通年を通して安定して低い温度の水を供給できますが、設備コストやランニングコスト、メンテナンスコストが冷却水と比較して多くかかります。機械の冷却以外で身近なものでいうと冷水はビルや工場といった大規模な空調で使用されています。

冷却水は低い温度までの冷却は不向きですが冷水と比較してコストを低く抑えることができるため、大量の高温のガスや空気などを常温まで冷却することに向いています。身近なものでいえば冷却水は自動車のエンジンの冷却で使用されています。

圧縮空気の冷却、および除湿では圧縮により100℃以上の高温となった空気をまず冷却水によって40℃程度まで冷却し、その後冷水により10℃程度まで冷却する、といった冷水、冷却水どちらの長所を生かした使い分けもされています。

冷水・冷却水、どちらの長所も生かした省エネルギー圧縮空気除湿装置(エアドライヤー)、IP型はこちらから

冷水を製造する冷凍機(チリングユニット、チラー)の簡単な説明はこちらから
冷却水を製造するクーリングタワーの簡単な説明はこちらから

「冷水」の使用用途と制御方法

冷水の使用用途

冷水は夏期の工場内の冷房のほかに年間を通して一定温度の冷却が必要な加工機などの製造装置の冷却源や恒温倉庫の冷蔵・冷凍に使用されます。


冷水使用先例1.png

0℃以下の冷却を行うとき、水では凍結してしまうのでブライン(不凍液)という氷点下でも凍結しない液体を用いて冷却を行います。

冷水の制御方法

冷凍機(チリングユニット)の温度制御以上に温度要求がシビアな場合や冷水入口温度が低すぎて冷やしすぎてしまう場合には装置の冷水入口や出口に比例制御式の二方弁や三方弁を取り付け、制御対象の温度や出口冷水温度に対して制御を行います。
バルブ通過後に発生する乱流が機器に悪影響を与えないよう機器の出口側に制御弁を取り付けるのが一般的です。

当社の冷却式除湿機(エアドライヤー)でも露点一定制御を行う際に三方弁を主に使用しています。
冷水を使用したエアドライヤー、T型ハイグロマスターはこちらから。
二方弁と三方弁フロー.png
全体の循環水量に対して機器の必要水量が少ない場合は二方弁でも制御が可能ですが、二方弁制御によって大きく循環水量が変化するようなシステムでは二方弁を大きく絞った場合にチリングユニットの熱交換器内の水が閉塞し凍結、故障する恐れがあるため二方弁は使用することができません。

このような場合はチリングユニットで冷水を製造するポンプと機器に送水するポンプを別とするか、三方弁を使用して冷却が必要でないときに冷水をバイパスさせ全体の循環水量を確保する必要があります。

2019.01.07追記
最近では上記の循環水量を一定とした「定流量システム」のほかに2方弁による制御を可能にし、インバータでポンプの流量を変化させる「変流量システム」が各チラーメーカーから提案されいます。このシステムでは冷水を製造するポンプと機器に送水するポンプは同一にできるので、イニシャルおよびメンテナンスコストの低減、省エネが図れます。

この変流量システムは定流量システムと比較してランニングコストを抑えたシステムの構築も行うことができますが、温度センサー流量センサー、バイパス回路、システムを全体で監視するコントローラーが必要となります。システムは複雑になりますが、シーズンを通してシステムが全負荷で動くことが少ないビルの空調などでの省エネ効果は絶大です。


また、モーターを冷却する場合など対象が一定温度となるように制御する場合は二方弁、三方弁による制御で充分ですが、加工機などで冷水入口温度が低すぎてワークに結露が発生してしまう場合などは入口温度を上げる必要があります。このような場合は冷水と加工機の間に熱交換器を取り付けて機器に流入する冷水入口温度の制御を行う場合があります。

一般的に冷水温度が低くなるとCOP(成績係数、定格エネルギー消費効率とも)が低下し、消費電力も大きくなるため、必要な温度を見極めることが省エネルギーにつながります。

さらに、外部からの信号により製造する冷水温度が設定できるチリングユニットで都度必要な冷水温を変更したり、圧縮機をインバーター制御してよりシビアな一定温度制御に対応するチリングユニットを採用することで冷やしすぎを防止でき、省エネルギーにつながります。


「冷却水」の使用用途と制御方法

冷却水の使用用途

冷却水は圧縮機やモーター、圧縮機を経て高温になったガスや空気などを外気温度程度まで冷却するための冷却源に使用されます。
大型冷凍機を例にすると冷却対象から戻ってきた熱+冷凍機が発する熱を冷却水に放出するので冷水より熱量が大きくなります。

冷却水回路.png
高温のガスや空気を安価に冷却できるため、大規模な工場や商業設備で良く用いられています。
この冷却水の温度は外気温度、さらにいえば外気湿球温度に左右されるため、通年を通して一定ではありません。

しかしながら冬期ではチリングユニットに匹敵するほどの低い温度の水が得られるので、
冬期にチリングユニットによる冷水を使用せずにクーリングタワーからの冷却水を使用する「フリークーリング」という省エネの方法もあります。

フリークーリング

フリークーリングはチリングユニットと比べて圧縮機を使用しないため大幅に省エネが期待できます。
加工機械など冬でも冷却が必要な機械は多く、フリークーリングで代替可能です。

フリークーリングのデメリットは冷却水が直接外気に触れる開放式のクーリングタワーで発生します。
加工機械は省スペース化のためゴミの混入や水質の変化に弱いプレート式熱交換器を採用していることが多く、冷却水の水質により悪影響を及ぼすことがあります。
悪影響の原因は外気中に含まれる排気ガスや蒸発できずに残留するシリカ分などであり、これらがプレート式熱交換器の腐食や閉塞を招く可能性があります。

これを解決するためには冷却水が外気に触れない密閉式のクーリングタワーを用いる、冷却水の管理をきちんと行う、または熱交換器などを用いて機器の内部を循環する冷却水が外気に触れないようにするなどの対策が必要になることもあります。

冷却水の制御方法

冷却水は冷水と比較して循環水量が多く、複数台のポンプを冷却水圧力が一定となるようコントロールします。
さらに細やかな制御で省エネを行う場合はインバータで制御されることが一般的です。

冷却水を使用したエアドライヤー、ーα°DP型ハイグロマスターはこちらから。
冷却水を使用して除湿を行うのは当社独自の技術です。
一般的に圧縮空気冷却用として使用されるアフタークーラーとーα°DP型ハイグロマスターとの違いはこちらの記事を参照してください。

冷水と違い循環水量の低下による凍結の恐れが少ないことと、シビアな温度制御を行わないことが多いため機器側ではON-OFF弁(二位置弁)が多く使われます。
機器が運転する際に開、停止するときは閉となるように制御されます。

また、冷却の対象となる機器とクーリングタワーが一対一の関係の場合は冷却水の循環量を変化させてインバーターによる温度制御を行うこともできます。
ポンプの消費電力は流量の3乗に比例します(流量が半分になれば消費電力は1/8)ので、インバータの使用は省エネには大変効果的です。

クーリングタワーの制御

一般的に通年使用されるクーリングタワーでは冬期に冷却水の凍結や低温の冷却水による機器に不具合を防止するため、クーリングタワー内のファンの発停制御が行われます。ファンを停止することでクーリングタワー内での冷却水の蒸発が抑制され冷却水温度が下がりにくくなります。

ファンモーターの発停が頻繁だとモーターが故障してしまうため、水温30℃でファン運転、26℃でファン停止など作動温度を設定して制御されます。
インバーターによりファンモーターを制御することで冷却水温度を一定にすることも可能ですが、ポンプの流量調整により制御を行った方が省エネ効果が大きいことや、そこまでシビアな温度制御が求められていないことが多く、あまり一般的ではありません。

おわりに

弊社では冷却源に冷却水や冷水を使用した圧縮空気除湿機、ハイグロマスターを製造しています。
除湿機において最も重要なのは除湿品質、すなわち「露点」ですが、冷水を用いて通年露点一定制御や外気温度に追従した外気追従露点制御など、お客様の要望にあった省エネルギーな制御方式をご提案しています。

外部からの冷水供給による除湿や、冷水供給ユニットを弊社除湿機に組み込んで「オールインワン」のシステムの構築も可能です。
また、冷却水を使用して外気温度以下まで圧縮空気の除湿を行う方式は弊社独自の方式でもあります。

ハイグロマスターはお客様の仕様に合わせて製作いたします。お問い合わせはこちらから。
冷凍式および吸着式除湿機についてさらに知りたい方は除湿方式とその違いについてをご覧ください。
文章中の用語についてご不明な点がある場合は技術情報「圧縮空気除湿の基礎知識」またはお問い合わせをご利用ください。

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