JP2011080675A - 冷却塔の凍結防止システム及び冷却塔の凍結防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却塔の凍結防止システム及び冷却塔の凍結防止方法の提供。
【解決手段】本発明の凍結防止システムは、冷却水ポンプ７、冷却塔の内部に配置される熱交換器２、冷却水の給水タンク８、及び負荷部６を有し冷却水が循環可能な冷却水回路を含み、前記給水タンク８が、さらに、前記冷却水の温度を調節可能なヒーター１１を備える。また、本発明の凍結防止方法は、冷却水ポンプ７、冷却塔１の内部に配置される熱交換器２、冷却水の給水タンク８、及び負荷部６を有し冷却水が循環可能な冷却水回路において、前記給水タンク８内の冷却水を加熱することにより冷却水の温度調節すること、及び、加熱された前記冷却水を前記冷却水回路に循環させることを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却塔の凍結防止システム及び冷却塔の凍結防止方法に関する。

密閉式冷却塔は、一般的に、図３に示すとおり、熱交換器２、負荷部６、冷却水ポンプ７、及び、冷却水の給水タンク８（クッションタンク８）を有し冷却水ポンプ７により冷却水が循環する冷却水回路と、前記熱交換器を冷却する冷却塔１とを含む構成である。冷却塔１内では、通常、散水槽から熱交換器２への散布水の散水と（図示せず）、ファン５の回転により外気取込口３（又はルーバ３）から吸引され排出口４から排出される外気とによって熱交換器２が冷却される。

一般的に、冷却塔は屋外に配置される。そのため、外気温度が氷点下となるような条件下で、負荷がなくなったり冷却水の循環がとまったりすると、熱交換器２が凍結して破損するという問題がある。この問題を解決するために、冷却塔１及び冷却水ポンプ７の運転停止時には冷却水回路から冷却水を抜き取るという回避方法が考えられた。しかしながら、冷却水の抜き取りは多大な手数を必要とするという問題があった。

また、熱交換器２の凍結防止を目的として、無負荷時（冷却塔の非稼動時）に冷却水ポンプ７の運転を継続し冷却水を循環し続けるという方法が採られてきた。しかしながら、負荷のない状態で凍結を防止するほどの冷却水の循環には多大なエネルギーが必要であると考えられた。そのため、冷却水ポンプ７を迂回する回路を設けて小型のポンプを使用して継続的に冷却水を循環し続けるという方法も提案されている（特許文献１及び２）。しかしながら、外気の温度によっては冷却水を循環させていても凍結することもあり、とりわけ、寒冷地方においては凍結防止が難しいと考えられた。

これらの問題を踏まえ、図２に示すように、熱交換器２、負荷部６、冷却水ポンプ７、及び、冷却水の給水タンク８（クッションタンク８）を有し冷却水ポンプ７により冷却水が循環する冷却水回路に、冷却水ポンプ７の迂回路を設け、ヒーター９及び該迂回路にポンプ１０を配置する凍結防止方法も提案された（図２において、図３と同じ符号は同じものを示す）。すなわち、無負荷時（冷却塔の非稼動時）には、熱交換器２、ポンプ１０、及び、ヒーター９を含む迂回路（図２の太線の回路）に該ヒーター９で加熱された冷却水をポンプ１０で循環させることにより熱交換器２の凍結を防止する方法である。

特開２００８−２２４１９８号公報 特開平０７−３５４８４号公報

しかしながら、図２に示す凍結防止であっても、例えば、凍結防止を必要とする時期（例えば、冬季）以外の時期では迂回路を使用しないため、とりわけ、ヒーター９の周辺で系内に蓄積するスラッチ等により腐食されることがあるという問題があり、冷却塔の熱交換器の凍結防止のさらなる技術が求められていた。そこで、本発明は、冷却塔の凍結防止システム及び冷却塔の凍結防止方法を提供する。

本発明は、冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路を含み、前記給水タンクは、さらに、前記冷却水の温度を調節可能なヒーターを備えることを特徴とする、冷却塔における熱交換器の凍結を防止する凍結防止システムに関する。

本発明は、また、その他の態様として、冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路において、前記給水タンク内の冷却水を加熱することにより冷却水の温度調節すること、及び、加熱された前記冷却水を前記冷却水回路に循環させることを含む、冷却塔における熱交換器の凍結防止方法に関する。

本発明によれば、ヒーター部に常に水流を生じさせてスラッジ等の堆積を防止できるから、ヒーター部の腐食の可能性を回避しつつ冷却塔の凍結防止を達成できるという効果を奏しうる。また、本発明によれば、分岐配管の数を減らすことができるから、メンテナンスや初期コストを低減しつつ冷却塔の凍結防止を達成できるという効果を奏しうる。さらに、本発明によれば、ヒーターによる温度調節が可能であるから、冬季の気温低下が激しい寒冷地方（例えば、外気温度が−１５〜−５℃となるような地域）であっても冷却塔の凍結防止を達成できるという効果を奏しうる。

図１は、本発明の冷却塔の凍結防止システムの一例を示す概略図である。 図２は、従来の冷却塔の凍結防止システムの一例を示す概略図である。 図３は、従来の冷却塔の一例を示す概略図である。

本発明は、冷却塔の凍結防止、とりわけ、寒冷地における凍結防止において、冷却水回路の給水タンク（クッションタンク）にヒーターを設けて循環する冷却水の温度を調節する方法であれば、迂回路のための配管の分岐を増設することなく配管を少なくすることができ、また、ヒーター部における腐食を回避できるという知見に基く。また、本発明は、さらに、循環する冷却水の温度を凍結抑制に十分な低温の範囲に調節することで、ヒーター及びポンプが消費する電力を図２に示されるような迂回路型のシステムが消費する電力と同等レベルとすることができる、という知見に基く。

［凍結防止システム］
すなわち、本発明は、冷却塔における熱交換器の凍結を防止する凍結防止システム（以下、「本発明の凍結防止システム」ともいう。）であって、冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路を含み、前記給水タンクが、さらに、前記冷却水の温度を調節可能なヒーターを備える凍結防止システムに関する。

本発明の凍結防止システムは、その他の実施形態として、冷却塔を含んでもよい。本明細書において「冷却塔」とは、クーリングタワーと呼ばれるものであって、好ましくは“密閉型”冷却塔をいう。本明細書において密閉型冷却塔は、公知の構造のものであってよく、例えば、冷却水回路の熱交換器を形成する管に水を散布する機構（散布槽、散布ポンプ、散布水を受ける下部水槽など）、及び、空気を流通させる機構（送風機、吸気口／ルーバ、排出口）を備えることができる。本明細書において「負荷部」とは、冷却水が管を介して非冷却物（熱源）と接触する部分であって、例えば、冷凍機、冷蔵庫、エアーコンディショナーをいう。本明細書において「負荷」とは負荷部において冷却水に加えられる熱をいう。

本発明の凍結防止システムにおいて、熱交換器の凍結を防止するためのヒーターは、好ましくは、冷却水の温度を調節するためのヒーターをいう。熱交換器の凍結を防止するためのヒーターは、設備コスト及びメンテナンスの手間の低減の点から、該ヒーターは、給水タンク（クッションタンク）にのみ備えられていることが好ましい。

本発明の凍結防止システムは、該システムのランニングコスト及び消費電力低減の点から、さらに、冷却水の温度を測定する温度計や、該温度計で測定された冷却水の温度に応じて給水タンクのヒーター（及び／又は冷却水のポンプ）を制御する制御部を備えることが好ましい。温度計の配置場所や数は、特に制限されないが、例えば、熱交換器の凍結防止の観点からは、温度計を熱交換器の下流に位置する場所に配置ことが好ましい。また、冷却水回路のその他の部分（配管・タンク）において凍結のおそれがある場合にはその部分に温度計を１つ又は２つ以上配置してもよい。

以下、本発明の凍結防止システムの一実施形態を図１に基いて説明する。なお、図１において前述した図２及び３と同様の構造部については同一の符号を付している。本実施形態の凍結防止システムは、冷却塔１の内部に配置される熱交換器２、冷却水の給水タンク８、負荷部６、及び冷却水ポンプ７が、冷却水が循環可能に連結された冷却水回路を含み、前記給水タンク８が、さらに、前記冷却水の温度を調節可能なヒーター１０、及び、熱交換器２を通過した冷却水の温度を測定する温度計１１を備える構成である。熱交換器２が冷却される冷却塔１は、外気を取り込むための取込口３（又はルーバ３）、排出口４、及びファン５を備え、また、熱交換器２へ散水するための散水槽及び散水ポンプ（図示せず）を備える。

負荷部６の負荷が著しく少ない若しくは無く、かつ、冷却塔１が設置される場所の気温が氷点下になる場合、その氷点下の温度によっては熱交換器２が凍結して破壊されるおそれがある。その場合には、ヒーター１０により加熱して給水タンク８内の冷却水温度を凍結しない程度まで上昇させ、その冷却水をポンプ７で冷却水回路内に図の矢印の方向に循環させることにより、熱交換器２の凍結を防止することができる。ヒーター１０の加熱の目安として、例えば、温度計１１で測定される温度を利用することができる。

本実施形態の凍結防止システムで示されるとおり、本発明の凍結防止システムであれば、ポンプ７を迂回するための分岐配管や、凍結防止が必要でない時期に冷却水の流動がないヒーターを使用することなく、冷却塔における熱交換器の凍結を防止できる。これにより、冷却水未流通時のスラッジの堆積及びヒーターの侵食を回避することができる。また、加熱された冷却水が冷却水回路を循環することになるため、熱交換器のみならずその他の配管やタンクの凍結防止にも寄与できる。

さらに、本発明の凍結防止システムによれば、温度計及び制御部を用いて冷却水の温度を測定しながらヒーター部の熱量及びポンプ流量を調節することにより、余分なエネルギーを消費することなく凍結防止が実現できる。具体的には、凍結の可能性が高い部分に温度計を配置し、その部分の冷却水の温度を所定の温度範囲内になるように制御部により制御することが好ましい。前記所定の温度は、凍結防止の点から、０．５℃以上が好ましく、１℃以上がより好ましく、２℃以上がさらに好ましい。また、前記温度は、ランニングコストを低減する点から、６℃以下が好ましく、５℃以下がより好ましく、４℃以下がさらに好ましい。したがって、本発明の凍結防止システムにおいて凍結防止を行う場合の冷却水の設定温度範囲としては、凍結防止及びラングコスト低減の観点から、０．５〜６℃が好ましく、１〜５℃がより好ましく、２〜４℃がさらに好ましい。

本発明の凍結防止システムは、冬季の気温が氷点を大きく下回る地域においても冷却塔を屋外に設置して利用することができる。本発明の凍結防止システムは、外気の最低気温が、例えば、−３０〜−２５℃、−２５〜−２０℃、−２０〜−１５℃、−１５〜−１０℃、−１０〜−５℃、又は、−５〜０℃となる地域において使用することができる。

［凍結防止方法］
本発明は、その他の態様において、冷却塔における熱交換器の凍結防止方法（以下、「本発明の凍結防止方法」ともいう。）であって、冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路において、前記給水タンク内の冷却水を加熱することにより冷却水の温度調節すること、及び、加熱された前記冷却水を前記冷却水回路に循環させることを含む凍結防止方法に関する。前記給水タンク内の冷却水の加熱は、例えば、該給水タンクに備えられるヒーターにより行うことができる。すなわち、本発明の凍結防止方法は、本発明の凍結防止システムにより行うことができ、具体的な条件も前述を参照できる。

１：冷却塔
２：熱交換器
６：負荷部
７：冷却水ポンプ
８：給水タンク（クッションタンク）
１１：ヒーター
１２：温度計

Claims (5)

1. 冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路を含み、
   前記給水タンクは、さらに、前記冷却水の温度を調節可能なヒーターを備えることを特徴とする、冷却塔における熱交換器の凍結を防止する凍結防止システム。
2. さらに、冷却塔を含む、請求項１記載の凍結防止システム。
3. 前記熱交換器の凍結を防止するためのヒーターは、前記給水タンクにのみ備えられている、請求項１又は２記載の凍結防止システム。
4. 冷却塔における熱交換器の凍結を防止する方法であって、
   冷却水ポンプ、冷却塔の内部に配置される熱交換器、冷却水の給水タンク、及び負荷部を有し冷却水が循環可能な冷却水回路において、
   前記給水タンク内の冷却水を加熱することにより冷却水の温度調節すること、及び、加熱された前記冷却水を前記冷却水回路に循環させることを含む、
   冷却塔における熱交換器の凍結防止方法。
5. 前記加熱を前記給水タンクに備えられたヒーターによって行う、請求項４記載の凍結防止方法。

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