JP2016205703A

JP2016205703A - 冷却塔の冷却方法

Info

Publication number: JP2016205703A
Application number: JP2015087203A
Authority: JP
Inventors: 弘一昌子; Koichi Shoko; 中塚　修志; Nobuyuki Nakatsuka; 修志中塚
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】冷却塔およびその周辺環境を冷却することで電力使用量を削減できる冷却塔の冷却方法の提供。【解決手段】冷却塔１およびその周辺環境の冷却方法であって、冷却塔および冷却塔が設置されている周辺に対して、逆浸透膜装置を含む散水手段１２により電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を散水して冷却するとき、散水手段から供給する電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と、空気供給手段から供給する圧縮空気が混合された状態で散水する、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却塔の冷却方法に関する。

冷却塔（クーリングタワー）は、建物内の空調設備などとして使用されている冷凍機の冷却水を冷却するために使用されている。
冷却塔には開放式と密閉式がある。
密閉式は、冷却水と外気を非接触にして冷却する方法であり、特許文献１〜３では、プレート式熱交換器（プレートフィン付き熱交換器）に対して直接散水することで冷却する密閉式冷却塔の発明が記載されている。

開放式の冷却塔は、ファンを使用して円筒形の充填材の外側から内側に空気を通しながら、並行して充填材の上方に設置された上部水槽から冷却水を散水して、冷却水と外気を直接接触させることで冷却水を冷却するものである。冷却後の冷却水は、充填材の下方に設置された下部水槽に集めて循環使用される。

特開平８−６１８８４号公報特開２００８−２０９０７０号公報特開２０１０−２５４８７号公報

本発明は、少ない水量で冷却塔を含む広い範囲を冷却できる、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法を提供することを課題とする。

本発明は、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法であって、
前記冷却塔および前記冷却塔が設置されている周辺に対して、逆浸透膜装置を含む散水手段により電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を散水して冷却するとき、
前記散水手段から供給する電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と、空気供給手段から供給する圧縮空気が混合された状態で散水する、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法を提供する。

本発明の冷却方法は、冷却塔および前記冷却塔が設置されている周辺に対して電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と圧縮空気を混合した状態で散水して冷却する方法であることから、冷却塔およびその周辺環境を冷却することができ、冷却塔における冷却効果を高めることができる。

本発明の冷却方法の説明図。（ａ）〜（ｅ）は、本発明の冷却方法で使用する散水手段と圧縮空気供給手段の異なる実施形態を示す図。本発明の冷却方法を適用した冷却システムの運転方法の説明図。

図１により開放式冷却塔の冷却方法を説明する。
冷却塔１は公知のものであり、ハウジング２内に充填材やファンなどが収容されているものである。
ハウジング２の形状は、通常は直方体や立方体形状のものであり、天井面と底面、４面の側面を有しているが、これに限定されるものではない。
ハウジング２の第１面２ａは開口しており、ルーバー、格子、網などで覆われた状態になっており、第１面２ａの反対側の第２面２ｂ、または他の面も同様に開口して、ルーバー、格子、網などで覆われた状態になっているものでもよい。

逆浸透膜装置を含む散水手段は、逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の処理水出口（透過水出口）と接続された処理水供給ラインと、前記処理水供給ラインの先端に取り付けられた散水ノズルを有しているものを使用することができる。
図１には、処理水供給ライン１１と、処理水供給ライン１１の先端に取り付けられた散水ノズル１２が図示されている。

図示していない逆浸透膜装置（ＲＯ装置）は、電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を製造するためのものである。
ＲＯ装置は、例えば、ダイセン・メンブレン・システムズ株式会社より販売されている、装置型式ＶＣＲ４０シリーズ、ＶＣＲ８０シリーズ、ＮＥＲ４０シリーズ、ＮＥＲ８０シリーズ、ＳＨＲシリーズ、Ｅ−ｍｉｚｕシリーズなどを用いることができる。
ＲＯ装置の処理水は、長期間にわたるスケールの発生を防止するため、電気伝導度が４〜１０μＳ／ｃｍであり、Ｃａイオン、Ｍｇイオン、Ｎａイオン、Ｃｌイオン、イオン状シリカなどが実質的に除かれたものが好ましい。

空気供給手段は、空気供給源と、前記空気供給源と接続された空気供給ラインと、前記空気供給ラインの先端に取り付けられた空気ノズルを有しているものを使用することができる。
図１には、空気供給ライン１５と、空気供給ライン１５の先端に取り付けられた空気ノズル１６が図示されている。
空気供給源は、ボンベに充填された圧縮空気を使用してもよいし、ポンプを使用して周囲環境の空気を圧縮空気として供給してもよい。

本発明の冷却方法では、処理水供給ライン１１から電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を供給して、散水ノズル１２から散水しながら、空気供給ライン１５から圧縮空気を供給して、空気ノズル１６から圧縮空気を噴出させることで、前記処理水と前記圧縮空気が混合された状態で冷却塔１の第１面２ａと、冷却塔１が設置された周辺に散水する。
散水ノズル１２は、処理水を放射状に散水できるものが好ましく、空気供給ノズル１６は、圧縮空気を放射状に噴出できるものが好ましい。
散水ノズル１２と空気供給ノズル１６は、２つのノズルが近接配置されたものでもよいし、２つのノズルが一体にされたものでもよい。

散水ノズル１２と空気供給ノズル１６から処理水と圧縮空気が混合された状態になるように散水すると、次のような作用効果が得られる。
（I）散水だけの場合、散水量が少なくなれば散水面積も減少して、冷却効果が低下する。
しかし、処理水と圧縮空気が混合された状態で散水すると、処理水は空気流と共に広い範囲に到達し易くなる。このため、処理水の散水量を少なくした場合であっても、散水面積は実質的に減少せず、冷却効果を維持することができる。
（II）処理水と圧縮空気が混合物された状態で散水すると、散水量と空気供給量を調節することで実質的に散水圧力を高めることができるため、より広い面に対して散水することができるようになる。
このようにより広い面に対して散水することができるようになるため、容積の大きな冷却塔の冷却においても有効になり、冷却塔１の周辺にも散水することができる。
このため、散水対象面積が２ｍ²以上である場合にも効果があり、散水対象面積１０ｍ²以上である場合にも十分に冷却効果を発揮することができる。
（III）処理水と圧縮空気が混合物された状態で散水すると、散水量と空気供給量を調節することで実質的に散水圧力を高めることができる。このため、冷却塔周辺にて吹く風の影響を受けにくくなる。
（IV）開放式冷却塔を運転する過程では、冷却水の一部が蒸発するため、補給することが望ましいが、実質的に冷却塔１の内部に散水される処理水が前記補給水としても利用される。

処理水供給ライン１１の先端にある散水ノズル１２と、空気供給ライン１５の先端にある空気供給ノズル１６は、散水ノズル１２の近くに空気供給ノズル１６があり、散水ノズル１２から散水された処理水と空気供給ノズル１６から噴出させた空気流が混合されて噴出される状態になるように配置されていればよい。
本発明では、処理水供給ライン１１の先端にある散水ノズル１２と空気供給ライン１５の先端にある空気供給ノズル１６が、例えば、図２（ａ）〜（ｅ）に示すような組み合わせのものを使用することができる。

図２（ａ）は、処理水供給ライン１１と空気供給ライン１５が一つに束ねられた状態になっており、散水ノズル１２と空気供給ノズル１６が隣接した状態になっている。
散水ノズル１２から処理水を放射状に散水しながら、空気供給ノズル１６から空気を放射状に噴出させることで、処理水と空気が混合された状態で散水することができる。

図２（ｂ）は、２つの処理水供給ライン１１の間に空気供給ライン１５が挟まれた状態になっており、２つの散水ノズル１２の間に空気供給ノズル１６が挟まれた状態になっている。
空気供給ノズル１６は、２つの散水ノズル１２よりも少し引っ込んだ位置になるように調節されている。
２つの散水ノズル１２から処理水を放射状に散水しながら、空気供給ノズル１６から空気を放射状に噴出させることで、処理水と圧縮空気が混合された状態で散水することができる。

図２（ｃ）は、空気供給ライン１５が内側にあり、処理水供給ライン１１が空気供給ライン１５の外側を包囲した二重管構造になっている。
図２（ｃ）は、空気ノズル１６が内側にあり、散水ノズル１２が空気ノズル１６の外側を包囲した二重ノズル構造になっている。
外側の処理水ノズル１２から処理水を放射状に散水しながら、内側の空気供給ノズル１６から放射状に噴出させることで、処理水と圧縮空気が混合された状態で散水することができる。

図４（ｄ）は、処理水供給ライン１１が幹ラインとなり、空気供給ライン１５は枝ラインとなっており、空気供給ライン１５は幹ラインとなる処理水供給ライン１１に接続されている。
処理水供給ライン１１と空気供給ライン１５は、処理水供給ライン１１の中心軸と空気供給ライン１５の中心軸が鋭角（例えば３０度〜６０度）を形成するようにして接続されている。
空気供給ライン１５の空気供給ノズル１６は、処理水供給ライン１１の散水ノズル１２から近い位置（例えば、散水ノズル１２から５〜２０ｃｍ以内の範囲）にある。
処理水供給ライン１１から処理水を供給しながら、空気供給ノズル１６から処理水供給ライン１１内に空気を供給することで、散水ノズル１２から処理水と空気が混合された状態で散水することができる。

図４（ｅ）は、空気供給ライン１５が幹ラインとなり、処理水供給ライン１１は枝ラインとなり、処理水供給ライン１１は幹ラインとなる空気供給ライン１５に接続されている。
処理水供給ライン１１と空気供給ライン１５は、空気供給ライン１５の中心軸と処理水供給ライン１１の中心軸が鋭角（例えば３０度〜６０度）を形成するようにして接続されている。
処理水供給ライン１１の散水ノズル１２は、空気供給ライン１５の空気供給ノズル１６から近い位置（例えば、空気供給ノズル１６から５〜２０ｃｍ以内の範囲）にある。
空気供給ライン１５から空気を供給しながら、散水ノズル１２から空気供給ライン１５内に処理水を供給することで、散空気供給ノズル１６から処理水と圧縮空気が混合された状態で散水することができる。

電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と空気（圧縮空気）が混合された状態で散水するとき、処理水の供給量と圧縮空気圧は次のように調整することができる。
処理水の供給量は１〜３０Ｌ／分が好ましく、２〜２０Ｌ／分がより好ましい。
圧縮空気圧は０．１〜０．６ＭＰａが好ましく、０．２〜０．５ＭＰａがより好ましい。
上記範囲内に調整すると、上記した作用効果（I）、（II）が発現されやすくなるので好ましい。

本発明の冷却方法は、例えば、図３に示すような冷却塔１と冷凍機２０を含む冷却システムの循環冷却運転において適用することができる。
冷却塔１と冷凍機２０の間は、冷却塔１で冷却された冷却水を冷凍機２０に流すための第１冷却水ライン２１と、冷凍機２０の運転で昇温された冷却水を冷却塔１に流す第２冷却水ライン２２を含む循環ラインで接続されている。
冷却塔１は、本発明の冷却方法を適用することで冷却されるため、冷却水の冷却効果が高められる。
冷却塔１で冷却された冷却水は、第１冷却水ライン２１により冷凍機２０に送られる。
冷凍機２０の運転で昇温した冷却水は、第２冷却水ライン２２により冷却塔１に戻されて再度冷却される。
以下、同様にして循環冷却運転が実施される。

このような循環冷却運転をするとき、本発明の冷却方法を適用して冷却塔１およびその周辺に散水すると、冷却塔１が冷却され、さらに周辺環境も冷却されることから、冷却水の冷却に要する電力使用量を削減することができる。
また、電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と空気が混合された状態で散水して冷却するため、散水量も減少させることができるほか、広い面積に対して散水できるため、特に大型の冷却塔に対しても有効になる。
さらに本発明の冷却方法を適用して長期間散水を継続しても、冷却塔１にスケールが付着することもない。

実施例１
下記の条件にて、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法を実施した。

場所：兵庫県内の工場
期間：2014年９月12日から９月24日までの１３日間
冷却搭：荏原冷熱システム株式会社製ＳＤＣ−Ｕ１００ＡＳ（開放式）（冷却
能力：29,700kcal／Hr）
冷凍機：ダイキン工業製水冷式チラーUWJ2000B6（冷却能力：200ｋＷ）
ＲＯ処理装置：ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製のＥ−ｍｉｚｕ１００×2台（噴霧水量：100Ｌ／hr×２台，電気伝導度４〜10μＳ／ｃｍ）

冷却搭上部に取り付けた２台の動力噴霧器のそれぞれに、ＲＯ処理装置にて処理したＲＯ水（1.7Ｌ／分）と圧縮空気（空気圧０．４ＭＰａ）を送り、空気を含むＲＯ水を冷却搭のルーバー部と充填材部に散水した。散水面積は１面当たり約４ｍ²であった。
噴霧は冷却搭ファンの稼動時に実施するように設定を行った。
冷却搭入口と出口の冷却水の水温と外気温をそれぞれ１０秒間隔で常時プロットした。
本装置の運転時間中の温度測定値の平均値を表１にまとめて記載した。

比較例１
動力噴霧器から圧縮空気を含むＲＯ水を散水しない以外は実施例１と同様に各温度を測定し、本装置の運転時間中の温度測定値の平均値を表２にまとめて記載した。

実施例１と比較例１との出入り口の平均温度差から、ＲＯ水を散水することによる冷却効果の向上は明確である。
ここで実施例１と同量のＲＯ水だけ（すなわち、圧縮空気を含まないＲＯ水）を散水した場合には、実施例１よりも冷却効果が劣ることは自明であり、ＲＯ水だけを散水して実施例１と同程度の冷却効果を得ようとすると、散水量を増加させる必要がある。
本発明の冷却方法を実施すると、少ない散水量で、より広い面積の冷却ができるようになるため、より大きな冷却塔、またはより多くの冷却塔に対する冷却方法として有効である。

本発明の冷却方法は、冷凍機と組み合わせて使用できる冷却塔とその周囲環境の冷却方法として使用することができる。

１冷却塔
２ハウジング
１１処理水供給ライン
１２散水ノズル
１５空気供給ライン
１６空気供給ノズル

Claims

冷却塔およびその周辺環境の冷却方法であって、
前記冷却塔および前記冷却塔が設置されている周辺に対して、逆浸透膜装置を含む散水手段により電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を散水して冷却するとき、
前記散水手段から供給する電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と、空気供給手段から供給する圧縮空気が混合された状態で散水する、冷却塔およびその周辺環境の冷却方法。
前記散水手段が、前記逆浸透膜装置と、前記逆浸透膜装置の処理水出口と接続された処理水供給ラインと、前記処理水供給ラインの先端に取り付けられた散水ノズルを有しているものであり、
前記空気供給手段が、空気供給源と、前記空気供給源と接続された空気供給ラインと、前記空気供給ラインの先端に取り付けられた空気ノズルを有しているものであり、
前記電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水を散水ノズルから散水し、前記空気ノズルから圧縮空気を供給することで、前記処理水と空気が混合された状態で散水する、請求項１記載の冷却塔およびその周辺環境の冷却方法。
前記電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と圧縮空気が混合された状態で散水するとき、
前記処理水の供給量が１〜３０Ｌ／分であり、圧縮空気圧が０．１〜０．６ＭＰａである、請求項１または２記載の冷却塔およびその周辺環境の冷却方法。
前記散水手段から供給する電気伝導度が２０μＳ／ｃｍ未満の処理水と、空気供給手段から供給する空気が混合された状態で散水するときの散水対象面積が２ｍ²以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却塔およびその周辺環境の冷却方法。