JP2003130587A - 冷却水の循環冷却装置及びその水質管理方法 - Google Patents

冷却水の循環冷却装置及びその水質管理方法

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Osayuki Inoue
修行 井上
Tetsuya Endo
哲也 遠藤
Atsushi Aoyama
淳 青山
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C1/00Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers
    • F28C1/02Direct-contact trickle coolers, e.g. cooling towers with counter-current only
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F25/00Component parts of trickle coolers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Abstract

(57)【要約】 【課題】 補給水量を減らし、スケール付着をも防ぎ、
冷却水のブロー変動と薬剤濃度変動を抑える冷却水の循
環冷却装置とその水質管理方法を提供する。 【解決手段】 冷却水と空気とを接触させる開放型冷却
塔1と、冷却水に熱を放出する熱交換器2と、前記1と
2とを結び冷却水を循環する循環冷却水系を形成する配
管3、4と、循環冷却水系に水を補給する弁6を有する
配管5と、循環水の一部をブローする弁8を有する配管
7とから構成する冷却水の循環冷却装置において、前記
2の放出熱量を計測する熱量計測装置15を設け、前記
弁6を、1下部の冷却水槽11の液レベルを一定にする
調節弁にすると共に、該5中に、補給水流量を計測する
流量計12を設け、前記弁8を自動弁とするか、又は、
前記2の放出熱量を計測する熱量計測装置15を設け、
前記5中に、補給水流量を計測する流量計12を設け、
弁6を自動弁としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却水の循環冷却
装置に係り、特に、濃縮冷却水の排出量を減らして、補
給水コストの低減を図ることができる冷却水の循環冷却
装置と該装置の水質管理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】循環冷却水の冷却法は、通常、被冷却流
体を冷却して温度の上昇した冷却水を、冷却塔で一部を
蒸発させ、蒸発潜熱により残存の冷却水の温度を下げ、
循環利用する。この方法は、圧縮冷凍機の凝縮器の冷
却、吸収冷凍機の吸収器及び凝縮器の冷却、あるいは変
電所等の機器の冷却などに広く使用されている。前記の
蒸発水量を補うため、水道水などを補給しているが、こ
の補給水には、無機イオン及びシリカ成分などが含まれ
ており、水の蒸発に伴って、残りの水の無機イオン及び
シリカなどの濃度は次第に上昇し、配管あるいは熱交換
部分にスケール成分として析出し、伝熱の悪化や配管の
詰まりが問題になってくる。このスケール対策として
は、補給水を大量に入れ、冷却水の一部を冷却塔から外
部排出し(ブローと称する)冷却水の濃縮度が上がらな
いようにすることがよく知られている。
【0003】また、補給水流量を減らすため、従来の自
動ブロー装置は、冷却水の導電率を測定し、これが予め
設定した値より高い時に、冷却水をブローし、導電率が
設定値よりも低い時は、ブローをやめるというような方
法も知られている。また、濃縮度が上がり過ぎてスケー
ルが付着した場合には、酸あるいはアルカリによる薬品
洗浄が行われている。これらの方法には、次のような問
題点があった。 (1)補給水を大量に人れる方法は、水道代が過大とな
る不利がある。 (2)従来の自動ブロー装置では、ブローが間欠的に行
われるので、ブロー水量の変動が大きく、ブロー水を放
出する時、(建物全体、あるいは工場設備全体の)排水
処理装置への付加変動が大きくなる問題があり、また、
薬注する場合には、薬剤濃度の変動が大きくなる等の問
題がある。 (3)スケールが付着した場合の薬品洗浄は、多大な労
力を必要とし、しかも熱交換器の運転を停止して行わな
ければならないという不利がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を解決し、補給水量を減らし、スケール付着
をも防ぎ、冷却水のブローの変動あるいは薬剤濃度の変
動を抑えることができる冷却水の循環冷却装置とその水
質管理方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、冷却水と空気とを直接接触させる開放
型冷却塔と、冷却水を受入れこれに熱を放出する熱交換
器と、前記冷却塔と熱交換器とを結び冷却水を循環する
循環冷却水系を形成する配管経路と、循環冷却水系に水
を補給する弁を有する配管と、循環水の一部をブローす
る弁を有する配管とを主な構成要素とする冷却水の循環
冷却装置において、前記熱交換器の放出熱量を計測する
熱量計測装置を設け、前記補給水配管の弁を、冷却塔下
部の冷却水槽の液レベルをほぼ一定にするように補給水
を供給する調節弁にすると共に、該補給水配管中に、補
給水流量を計測する流量計を設け、前記ブロー配管中の
弁を、自動弁とすることとしたものである。
【0006】また、本発明では、冷却水と空気とを直接
接触できる開放型冷却塔と、冷却水を受入れこれに熱を
放出する熱交換器と、前記冷却塔と熱交換器とを結び冷
却水を循環する循環冷却水系を形成する配管経路と、該
循環冷却水系に水を補給する弁を有する配管と、循環水
の一部をブローする弁を有する配管とを主な構成要素と
する冷却水の循環冷却装置において、前記熱交換器の放
出熱量を計測する熱量計測装置を設け、前記補給水配管
中に、補給水流量を計測する流量計を設け、該補給水配
管中の弁を、自動弁とすることとしたものである。前記
循環冷却装置において、熱交換器の放出熱量計測装置
が、熱交換器出入口の温度又は温度差を計測する温度セ
ンサーを主要構成要素とすることができ、前記循環冷却
水系には、水処理薬剤を自動的に注入する薬剤注入装置
を配備することができる。
【0007】さらに、本発明では、前記の冷却水の循環
冷却装置において、前記熱交換器の放出熱量計測装置に
よる熱交換器放出熱量から冷却水の蒸発量を算出し、前
記蒸発量と冷却水の目標濃縮倍率とから、補給水流量を
算出し、前記補給水流量を計測する流量計測値が、前記
算出補給水流量とぼぼ一致するように、前記補給水弁又
はブロー弁を調節することを特徴とする冷却水の循環冷
却装置の水質管理方法としたものである。また、前記循
環冷却装置における水処理薬剤の注入は、前記熱交換器
の放出熱量又は補給水流量に比例して行うことができ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明の冷却水の循環冷却装置における水質管理は、次
のように行う。スケール生成を抑え、また冷却水補給水
量を抑えるためには、冷却水の濃縮倍率を所定の値にす
る。即ち、補給水の水質分析をして、スケールが析出し
始める濃縮倍率を求め、これを基に、許容濃縮倍率を定
めることができる。濃縮倍率Kは、補給水流量Gsと蒸
発量Gvとから、下記のように算出できる。 K=Gs/(Gs−Gv) 蒸発量Gvは、熱交換器からの放出熱量Qと、水の蒸発
潜熱Rから、下記のように算出できる。 Gv=Q/R 補給水量は、流量計で計測する。
【0009】熱交換器からの放出熱量Qは、熱交換器の
出入口温度差と流量とから直接算出してもよいし、流量
変動がほとんど無い場合には、流量を定数とし、熱交換
器の出入口温度差から算出してもよい。また、冷凍機な
どの場合には、蒸発器熱量から放出熱量を推定してもよ
いし、又は、駆動源の消費量(圧縮式の電気消費量、吸
収式の熱源熱量など)から推定してもよい。制御方法
は、K値が目標値(許容濃縮倍率)になるように、補給
水量を調節する。供給弁は、ON/OFF弁であっても
差支えない。この場合一所定の時間間隔(たとえば、5
分間)で、積算流量と、必要補給水流量Gs=Gv・K
/(K−1)とが一致するかを確認し、一致するよう
に、弁をONにするような方法がある。
【0010】次に、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図1及び図2は、本発明の冷却水の循環冷却装置の
一例を示すフロー構成図である。図において、1は冷却
塔、2は熱交換器、3、4は冷却水配管、5は補給水配
管、6は補給水供給弁、7、10はブロー配管、8はブ
ロー弁、9はオーバーフローせき、11は冷却水槽、1
2、14は流量計、13はポンプ、15、15’は温度
計、16は薬剤タンク、17は薬剤注入ポンプ、18は
レベルスイッチである。冷却塔1で冷却された冷却水
は、ポンプ13により配管3を通り熱交換器2に入り、
例えば、熱交換器2が吸収冷凍機の場合は、冷媒蒸気を
冷却して凝縮又は吸収させて、配管4を通り冷却塔1に
循環する。
【0011】このような冷却水の循環冷却装置におい
て、図1では、冷却塔1に補給水配管5が設置され、こ
の補給水配管5の流入口先端に補給水供給弁であるフロ
ート弁6を設け、冷却塔1の冷却水槽11の液レベルが
一定になるようにフロート弁6を通して補給水が流入し
ている。また、冷却水配管4には、ブロー配管7が接続
され、ブロー配管7に設けたブロー弁8を、熱交換器2
の出入口の設けた温度センサー15、15’から熱交換
器の放出熱量を計測して補給水流量を算出し、それに一
致するように自動的に制御する。それによって、冷却水
の濃縮倍率を所定の値に制御することができる。このよ
うに、図1では、冷却水系から、冷却水の一部をブロー
すると、冷却塔下部の液面が低下し、これを液面一定に
戻すように、補給水が供給される。ブロー弁8は、比例
制御(連続制御)でも、On/OFF弁でも差支えな
い。
【0012】また、図2では,補給水配管5に補給水供
給弁6と流量計12が設けられており、許容濃縮倍率に
なるように、補給水を供給する。冷却水系の保有水が多
くなると、冷却塔下部のオーバーフローせき9から、冷
却水が排出される。補給水供給弁6は、比例制御(連続
制御)でも、On/OFF弁でも差支えない。また、ポ
ンプ保護用に冷却水の最低液面を確保するため、レベル
スイッチ8を設けている。液面がさらに低下するようで
あれば、補給水を追加供給する。図1及び2において、
薬剤タンク16は、冷却水系に薬剤を注入するためのも
のであり、冷却水系に薬剤を入れることにより、スケー
ルを析出させずに、あるいはスケールが伝熱管にこびり
付かないようにして、濃縮倍率を上げることができる。
即ち、本発明に水処理薬剤を採用することで、許容濃縮
倍率を上げて、さらに補給水の使用量を減らすことがで
きる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、冷却水の濃縮倍率をほ
ぼ一定に保つことができ、余分な補給水を使わずに、ス
ケール防止が可能となる。また、冷却水のブローの変動
あるいは薬剤濃度の変動を抑えることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却水の循環冷却装置の一例を示すフ
ロー構成図。
【図2】本発明の冷却水の循環冷却装置の他の例を示す
フロー構成図。
【符号の説明】
1:冷却塔、2:熱交換器、3、4:冷却水配管、5:
補給水配管、6:補給水供給弁、7、10:ブロー配
管、8:ブロー弁、9:オーバーフローせき、11:冷
却水槽、12、14:流量計、13:ポンプ、15、1
5’:温度計、16:薬剤タンク、17:薬剤注入ポン
プ、18:レベルスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 淳 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却水と空気とを直接接触させる開放型
    冷却塔と、冷却水を受入れこれに熱を放出する熱交換器
    と、前記冷却塔と熱交換器とを結び冷却水を循環する循
    環冷却水系を形成する配管経路と、該循環冷却水系に水
    を補給する弁を有する配管と、循環水の一部をブローす
    る弁を有する配管とを主な構成要素とする冷却水の循環
    冷却装置において、前記熱交換器の放出熱量を計測する
    熱量計測装置を設け、前記補給水配管の弁を、冷却塔下
    部の冷却水槽の液レベルをほぼ一定にするように補給水
    を供給する調節弁にすると共に、該補給水配管に、補給
    水流量を計測する流量計を設け、前記ブロー配管中の弁
    を、自動弁としたことを特徴とする冷却水の循環冷却装
    置。
  2. 【請求項2】 冷却水と空気とを直接接触させる開放型
    冷却塔と、冷却水を受入れこれに熱を放出する熱交換器
    と、前記冷却塔と熱交換器とを結び冷却水を循環する循
    環冷却水系を形成する配管経路と、該循環冷却水系に水
    を補給する弁を有する配管と、循環水の一部をブローす
    る弁を有する配管とを主な構成要素とする冷却水の循環
    冷却装置において、前記熱交換器の放出熱量を計測する
    熱量計測装置を設け、前記補給水配管中に、補給水流量
    を計測する流量計を設け、該補給水配管中の弁を、自動
    弁としたことを特徴とする冷却水の循環冷却装置。
  3. 【請求項3】 前記熱交換器の放出熱量計測装置が、熱
    交換器出入口の温度又は温度差を計測する温度センサー
    を主要構成要素とすることを特徴とする請求項1又は2
    記載の冷却水の循環冷却装置。
  4. 【請求項4】 前記循環冷却水系には、水処理薬剤を自
    動的に注入する薬剤注入装置を配備したことを特徴とす
    る請求項1、2又は3記載の冷却水の循環冷却装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれか1項記載の冷却
    水の循環冷却装置において、前記熱交換器の放出熱量計
    測装置による熱交換器放出熱量から冷却水の蒸発量を算
    出し、前記蒸発量と冷却水の目標濃縮倍率とから、補給
    水流量を算出し、前記補給水流量を計測する流量計測値
    が、前記算出補給水流量とほぼ一致するように、前記補
    給水弁又はブロー弁を調節することを特徴とする冷却水
    の循環冷却装置の水質管理方法。
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