JP2018114437A - 冷却塔設備、及びその水質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却塔設備内のバイオハウリング量の低減を図りつつ、冷却塔設備のランニングコストを抑える。【解決手段】冷却塔設備２０は、冷却塔２１と、薬液タンク３２と、薬液タンク３２内の薬液を冷却塔２１が冷却する循環水に注入する薬液注入器３３と、水中のＡＴＰ量を検知するＡＴＰ計５２と、ＡＴＰ量に応じて、薬液注入器３３により薬液を循環水に注入させる薬液注入制御部６１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、水を冷却する冷却塔を備える冷却塔設備、及びその水質管理方法に関する。

冷却塔設備は、一般的に、水を冷却する冷却塔と、冷却塔で冷却された水と媒体とを熱交換させて媒体を冷却する熱交換器と、冷却塔と熱交換器との間で水を循環させる循環ラインと、を備える。このような冷却塔設備では、熱交換器の伝熱管に対するスケーリング、バイオハウリング、腐食の対策等が、熱交換器における熱交換効率の維持や熱交換器の高寿命化の観点から重要である。このため、多くの冷却塔設備では、設備内で循環する水の水質が管理されることが多い。

以下の特許文献１には、冷却塔設備における水質管理装置が記載されている。この水質管理装置は、各種センサと、処理薬品を水中に注入する薬品注入手段と、この薬品注入手段を制御する制御装置と、を備える。この特許文献１では、センサとして、水の電導率を検知する電導率計、水中の特定イオンの濃度を検知するイオン濃度計、補給水の流量を検知する補給水流量計等が例示されている。この水質管理装置では、センサで検知された各種値に応じて、薬品注入手段を駆動して、水中に処理薬品を注入する。

特開２００４−２８３７５５号公報

上記特許文献１に記載されている冷却塔設備でも、この設備内を循環する水中に処理薬品の一種として殺菌剤を注入することで、冷却塔設備内のバイオハウリング量を低減できる。しかしながら、水中に殺菌剤をむやみに注入すると、この殺菌剤の購入コスト等がかさむ。このため、冷却塔設備内のバイオハウリング量の低減を図りつつも、冷却塔設備のランニングコストを抑えることが望まれている。

そこで、本発明は、バイオハウリング量の低減を図りつつも、ランニングコストを抑えることができる冷却塔設備、及びその水質管理方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の冷却塔設備は、
流入してきた水を冷却する冷却塔と、前記水に含まれる微生物を除去するための薬剤を含む薬液が貯められる薬液タンクと、前記薬液タンク内の前記薬液を前記水に注入する薬液注入器と、前記水中のアデノシン三リン酸の量であるＡＴＰ量を検知するＡＴＰ計と、前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量に応じて、前記薬液注入器により前記薬液を前記水に注入させる薬液注入制御部を有する制御装置と、を備える。なお、ここでの微生物には、細菌やカビの他、藻も含まれる。

発明者は、試験の結果、水中に多数種類の微生物が存在する場合でも、水中のＡＴＰ量と、この水中の微生物量とに相関関係があること見出した。当該冷却塔設備では、冷却塔が冷却する水中の微生物量と相関性を有するＡＴＰ量に基づいて、薬液を水に注入するので、水中の微生物量を抑えつつも、水中にむやみに薬液を注入することを避けることができる。このため、当該冷却塔設備では、水中に微生物が存在することに起因して生じるバイオファウリングの量を低減しつつも、ランニングコストを抑えることができる。

ここで、前記冷却塔設備において、前記薬液注入制御部は、前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上になったことを条件として、前記薬液注入器により前記薬液を前記水に注入させてもよい。

また、以上のいずれかの前記冷却塔設備において、前記水中の前記薬剤の濃度を検知する薬剤濃度計を備え、前記薬液注入制御部は、前記薬剤濃度計が検知した前記薬剤の濃度が予め定められた値以上になると、前記薬液注入器による前記水への前記薬液の注入を停止させてもよい。

当該冷却塔設備では、薬液による機器の腐食等の抑え得る範囲内で、水中に注入する薬液量を管理することができる。

以上のいずれの前記冷却塔設備において、前記制御装置は、前記水中の前記ＡＴＰ量と前記水中の微生物量との予め求められた相関関係を用いて、前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量に対する微生物量を求める微生物量演算部と、前記微生物量演算部が求めた前記微生物量を表示する表示部と、を有してもよい。

当該冷却塔設備では、この設備の運転員等が冷却塔設備内の水中に含まれる微生物量を認識することができる。

以上のいずれかの前記冷却塔設備において、前記水中の不純物総溶解度を検知する不純物総溶解度計と、前記水を設備外に排出する排出器と、を備え、前記制御装置は、前記不純物総溶解度計で検知された前記不純物総溶解度に応じて、前記排出器を駆動させる排出制御部を有してもよい。

当該冷却塔設備では、冷却塔設備内で水が流れる経路中に存在する灰分量の増加を抑えることができる。

以上のいずれかの前記冷却塔設備において、前記冷却塔内の前記水の量に応じて、補給水を前記水中に供給する補給水供給器を備えてもよい。

前記目的を達成するための発明に係る一態様の冷却塔設備の水質管理方法は、
冷却塔が冷却する水中のアデノシン三リン酸の量であるＡＴＰ量を検知するＡＴＰ量検知工程と、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量に応じて、前記水に含まれる微生物を除去するための薬剤を含む薬液を前記水に注入する薬液注入工程と、を実行する。

ここで、前記冷却塔設備の水質管理方法において、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上であるか否かを判断するＡＴＰ量判断工程を実行し、前記薬液注入工程では、前記ＡＴＰ量判断工程で、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上であると判断されると、前記薬液を前記水に注入してもよい。

また、以上のいずれかの前記冷却塔設備の水質管理方法において、前記水中の前記薬剤の濃度を検知する薬剤濃度検知工程と、前記薬剤濃度検知工程で検知された前記薬剤の濃度が予め定められた値以上であるか否かを判断する薬剤濃度判断工程と、を実行し、前記薬液注入工程では、前記薬剤濃度判断工程で、前記薬剤濃度検知工程で検知された前記薬剤の濃度が予め定められた値以上であると判断されると、前記薬液の注入を停止してもよい。

以上のいずれかの前記冷却塔設備の水質管理方法において、前記水中の前記ＡＴＰ量と前記水中の微生物量との予め求められた相関関係を用いて、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量に対する微生物量を求める微生物量演算工程と、前記微生物量演算工程で求められた前記微生物量を表示する表示工程と、を実行してもよい。

以上のいずれかの前記冷却塔設備の水質管理方法において、前記水中の不純物総溶解度を検知する不純物総溶解度検知工程と、前記不純物総溶解度検知工程で検知された前記不純物総溶解度に応じて、前記水を設備外に排出する排出工程と、を実行してもよい。

以上のいずれかの前記冷却塔設備の水質管理方法において、前記冷却塔内の前記水の量に応じて、補給水を前記水中に供給する補給水供給工程を実行してもよい。

本発明の一態様によれば、冷却塔設備内のバイオハウリング量の低減を図りつつ、冷却塔設備のランニングコストを抑えることができる。

本発明に係る第一実施形態におけるプラントの系統図である。 ＡＴＰ量を示す相対発光強度（ＲＦＵ）と微生物量を示すコロニー形成単位の数（ＣＦＵ）との関係を示すグラフである。 本発明に係る第一実施形態における薬液注入制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る第一実施形態における循環水入替制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る第二実施形態におけるプラントの系統図である。 本発明に係る第二実施形態における薬液注入制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る第二実施形態における循環水入替制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る第一変形例における薬液注入制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る第二変形例における薬液注入制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る冷却塔設備を備えるプラントの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

「第一実施形態」
本発明に係る冷却塔設備を備えるプラントの第一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

本実施形態のプラントは、図１に示すように、蒸気タービン設備１０と、冷却塔設備２０と、排液処理設備７０と、を備える。

蒸気タービン設備１０は、蒸気を発生するボイラー１１と、蒸気で駆動する蒸気タービン１２と、蒸気タービン１２の駆動で発電する発電機１３と、蒸気タービン１２から排気された蒸気を水に戻す復水器１４と、復水器１４からの水をボイラー１１に送る給水ポンプ１５と、を備える。

復水器１４は、冷却塔設備２０で冷却された循環水が流れる伝熱管群１４ａと、この伝熱管群１４ａを覆う胴１４ｂと、を有する。胴１４ｂ内には、蒸気タービン１２から排気された蒸気が流入する。この蒸気は、伝熱管群１４ａ内を流れる循環水との熱交換により、冷却されて凝縮し、水になる。よって、この復水器１４は、熱交換器の一種である。

ボイラー１１と蒸気タービン１２の蒸気入口とは、主蒸気ライン１６で接続されている。蒸気タービン１２の蒸気排気口と復水器１４の蒸気流入口とは、接続されている。復水器１４の胴１４ｂとボイラー１１とは、給水ライン１７で接続されている。給水ライン１７には、給水ポンプ１５が設けられている。蒸気タービン設備１０では、以上の各種ライン１６,１７等により、水（気体又は液体）が循環する循環系統が構成されている。ボイラー１１には、ボイラー１１内に流出した水の一部を排出するための排水ライン１８が接続されている。この排水ライン１８には、排出弁１９が設けられている。なお、この排水ライン１８は、給水ライン１７中で給水ポンプ１５とボイラー１１との間の位置に接続されてもよい。

冷却塔設備２０は、循環水を冷却する冷却塔２１と、循環水と蒸気とを熱交換させる復水器１４と、冷却塔２１と復水器１４との間で循環水を循環させる循環ポンプ３１と、循環水中の微生物を除去するための薬剤を含む薬液が貯められる薬液タンク３２と、薬液を循環水中に注入する薬液ポンプ（薬液注入器）３３と、循環水中に補給水を供給する補給水ポンプ（補給水供給器）３５と、循環水を冷却塔設備２０外に排出する排出弁（排出器）３６と、ＡＴＰ計５２と、薬剤濃度計５３と、制御装置６０と、を備える。なお、ここでの微生物には、細菌やカビの他、藻も含まれる。

冷却塔２１は、循環水を外気（空気）と接触させて、循環水と外気とを熱交換させて、循環水を冷却する。冷却塔２１では、循環水と外気との熱交換の過程で、循環水の一部を蒸発させる。残りの循環水は、循環水の一部の蒸発による気化熱により、冷却される。この冷却塔２１は、ケーシング２２と、ファン２４と、散水器２５と、ルーパー２６と、を有する。ケーシング２２の下部は、冷却された循環水が溜まる水槽２３を形成する。ケーシング２２の側部には、ケーシング２２内に外気を取り込むためのルーパー２６が設けられている。ケーシング２２の頂部には、ファン２４が設けられている。ファン２４は、ルーパー２６を経てケーシング２２内に外気を流入させると共に、この外気と気化した循環水とを外部へ排気する役目を担う。散水器２５は、ケーシング２２内であって、ファン２４よりも下方で水槽２３よりも上方の位置に配置されている。散水器２５は、ケーシング２２内に循環水を散布する。水槽２３の側部には、水槽２３内に溜まった循環水の液面レベルを検知するレベル計５１が設けられている。

復水器１４は、冷却塔設備２０と蒸気タービン設備１０との共有機器である。冷却塔２１の水槽２３と復水器１４の伝熱管群１４ａとは、冷却循環水ライン４１で接続されている。この冷却循環水ライン４１には、冷却塔２１で冷却された循環水が流れる。循環ポンプ３１は、この冷却循環水ライン４１に設けられている。復水器１４の伝熱管群１４ａと冷却塔２１の散水器２５とは、加熱循環水ライン４２で接続されている。この加熱循環水ライン４２には、復水器１４で加熱された循環水が流れる。これら冷却循環水ライン４１と加熱循環水ライン４２とで、冷却塔２１と復水器１４との間で循環水を循環させる循環系統を構成する。

薬液タンク３２に貯められる薬液中の薬剤は、微生物を殺す殺菌剤として次亜塩素酸ナトリウムと、管内面等の界面に付着した微生物（死んだ微生物を含む）を界面から剥がすための界面活性剤と、を含む。なお、本願において、「微生物を除去する」の意味は、基本的に、微生物を殺すことである。但し、本願において、「微生物を除去する」の意味に、界面に付着した微生物（死んだ微生物を含む）を界面から剥がすことを含めてもよい。また、微生物には、細胞外に多糖類他から構成される物質で、殺菌剤が細胞内に浸透する（殺菌効果が出る）ことを防ぐ等の特質を持ったものも存在する。そこで、殺菌剤には、細胞内に殺菌薬剤を浸透させる役割をもつ薬剤（助剤的薬品、エリスリトールやイソプロピルフェノール）を使うこともある。また、ここで例示した薬剤は、一例であり、他の薬剤を用いてもよい。

薬液タンク３２と冷却塔２１の水槽２３とは、薬液ライン４３で接続されている。薬液ポンプ３３は、この薬液ライン４３に設けられている。なお、ここでは、薬液タンク３２から延びる薬液ライン４３を冷却塔２１の水槽２３に接続しているが、薬液を循環水に注入できれば、この薬液ライン４３を他の箇所に接続してもよい。例えば、薬液タンク３２から延びる薬液ライン４３を冷却塔２１のケーシング２２の上部や、冷却循環水ライン４１等に接続してもよい。

補給水源３４と冷却塔２１の水槽２３とは、補給水ライン４４で接続されている。補給水ポンプ３５は、この補給水ライン４４に設けられている。なお、ここでは、補給水源３４から延びる補給水ライン４４を冷却塔２１の水槽２３に接続しているが、補給水を循環水に注入できれば、この補給水ライン４４を他の箇所に接続してもよい。例えば、補給水源３４から延びる補給水ライン４４を冷却塔２１のケーシング２２の上部等に接続してもよい。

冷却循環水ライン４１には、排水ライン４６が接続されている。この排水ライン４６には、排出弁３６が設けられている。

冷却塔２１の水槽２３には、水質検知ライン４５が設けられている。この水質検知ライン４５の第一端、及び、この第一端の反対側の第二端は、いずれも、水槽２３に接続されている。この水質検知ライン４５には、ＡＴＰ計５２と、薬剤濃度計５３とが設けられている。ＡＴＰ計５２は、循環水中のアデノシン三リン酸（ＡＴＰ：Adenosine TriPhosphate）の量であるＡＴＰ量を検知する。ＡＴＰは、あらゆる生物が持つエネルギーの代謝に必要な物質である。このため、ある箇所にＡＴＰが存在するということは、その箇所に、生物が存在する、又は生物の痕跡があることになる。本実施形態で、ＡＴＰ量は、酵素等を含む発光薬でＡＴＰを発光させたときの相対発光量（ＲＬＵ：Relative Light Unit）で表される。よって、本実施形態のＡＴＰ計５２は、このＲＬＵを検知する。薬剤濃度計５３は、循環水中の薬剤の濃度を検知する。本実施形態では、循環水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を検知する。なお、ここでは、ＡＴＰ計５２及び薬剤濃度計５３を水質検知ライン４５に設けているが、循環水の水質を検知できれば、他の箇所に設けてもよい。例えば、ＡＴＰ計５２及び薬剤濃度計５３を冷却塔２１の水槽２３に直接設けてもよいし、冷却循環水ライン４１や加熱循環水ライン４２に設けてもよい。

制御装置６０は、薬液ポンプ３３の駆動を制御する薬液注入制御部６１と、排出弁３６の開閉駆動を制御する排出制御部６２と、補給水ポンプ３５の駆動を制御する補給水供給制御部６３と、を有する。薬液注入制御部６１には、ＡＴＰ量、言い換えるとＲＬＵに関する閾値Ｓａが格納されている。薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａ以上になると、薬液ポンプ３３を駆動させ、この薬液ポンプ３３により循環水中に薬液タンク３２内の薬液を注入させる。

排液処理設備７０は、蒸気タービン設備１０から排出された水や、冷却塔設備２０から排出された循環水を処理して、これらの水中の有害物質等の濃度を環境基準値未満にして、プラント外に排出する設備である。この排液処理設備７０には、蒸気タービン設備１０の排水ライン１８、及び冷却塔設備２０の排水ライン４６が接続されている。

循環水は、冷却塔設備２０内で循環するために、この循環過程で、循環水内の微生物が次第に増殖する。この結果、冷却塔設備２０で循環水が接する機器にバイオファウリングが生じる。特に、冷却塔設備２０に用いられる循環水には、水質が管理されている工業用水のみならず、河川水や湖水等、水質が管理させていない水も用いられることがある。このため、このような循環水中には、多数種類の微生物が存在する。そこで、発明者は、水中に多数種類の微生物が存在する場合、水中のＡＴＰ量であるＲＬＵと、この水中の微生物量とに相関関係があるか否かの試験を行った。

この試験では、キッコーマンバイオケミファ株式会社製のＡＴＰ検査キットを用いた。このＡＴＰ検査キットには、ＡＴＰ計５２として、同社製のルミテスターＰＤ−３０が含まれている。また、この試験では、屋外を含む複数箇所の水をサンプル水として用いた。このため、各サンプル水は、多数種類の微生物が存在すると推定される。さらに、各サンプル水相互には、互いに異なる微生物が存在すると推定される。

この試験結果を図２に示す。図２中、横軸は、試料１ｍｌ中に存在するコロニーの数であるコロニー形成単位（ＣＦＵ：Colony Forming Unit）である。すなわち、横軸は、単位試料量当たりの微生物量である。図２中、縦軸は、ＡＴＰ量、つまりＲＬＵである。図２中の白丸は、各サンプル水の値を示す。この試験の結果、ＲＬＵとＣＦＵとの相関係数ｒ^２が、0.692になった。よって、ＲＬＵとＣＦＵとには、相関性があることになる。また、この相関性は正の相関性である。ＲＦＵをｙとし、１ｍｌ中に存在するＣＦＵをｘとした場合、ＲＬＵとＣＦＵとの相関性は、以下の式（１）のように表すことができる。なお、図２中の破線は、式（１）が示す関係を表した相関特性線である。

ｙ＝０．０４２８ｘ^0.6142 ・・・・・・・・（１）

以上のように、この試験により、発明者は、水中に多数種類の微生物が存在する場合でも、水中のＲＬＵとこの水中の微生物量とに正の相関関係があることが分かった。また、この相関性は、上記式（１）で表せることも分かった。

発明者は、以上の試験で得られた知見に基づき、薬液注入制御部６１に格納されているＲＬＵに関する閾値Ｓａを定めた。具体的には、まず、対象とする冷却塔設備２０の性能が目標性能を確保できるなくなるおそれがあるＣＦＵを試験等で定める。ここでの冷却塔設備２０の性能は、例えば、復水器１４における熱交換率である。そして、試験等で定めたＣＦＵを上記式（１）に代入して、このＣＦＵに対応するＲＦＵを求める。薬液注入制御部６１に格納されているＲＬＵに関する閾値Ｓａは、このように求めたＲＦＵである。よって、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａになると、バイオファウリングの原因より、対象とする冷却塔設備２０の性能が目標性能を確保できなくなる可能性が高いことになる。

次に、以上で説明したプラントの動作について説明する。まず、蒸気タービン設備１０の動作について説明する。

ボイラー１１で発生した蒸気は、主蒸気ライン１６を介して、蒸気タービン１２に送られる。蒸気が蒸気タービン１２に供給されると、この蒸気タービン１２は駆動する。発電機１３は、この蒸気タービン１２の駆動により発電する。蒸気タービン１２を駆動させた蒸気は、復水器１４の胴１４ｂ内に流入する。この蒸気は、復水器１４の伝熱管群１４ａ内を流れる循環水との熱交換により、冷却されて水になる。この水は、給水ライン１７に流入し、給水ポンプ１５で昇圧される。給水ポンプ１５で昇圧された水は、給水ライン１７を介して、ボイラー１１に送られる。

次に、冷却塔設備２０の動作について説明する。

冷却塔２１の水槽２３内の循環水は、冷却循環水ライン４１に流入し、循環ポンプ３１で昇圧される。循環ポンプ３１で昇圧された水は、冷却循環水ライン４１を介して、復水器１４の伝熱管群１４ａ内に送られる。伝熱管群１４ａ内に流入した循環水は、復水器１４の胴１４ｂ内に流入した蒸気との熱交換により加熱される。加熱された循環水は、加熱循環水ライン４２を介して、冷却塔２１の散水器２５から冷却塔２１のケーシング２２内に散布される。ケーシング２２内に散布された循環水は、ルーパー２６を経てケーシング２２内に流入した外気と熱交換する。この結果、循環水の一部が気化して蒸気になる。残りの循環水は、一部の循環水の気化による気化熱により冷却される。循環水と熱交換した外気は、ファン２４により、蒸気と共にケーシング２２外に排気される。一方、冷却された循環水は、水槽２３内に一時的に溜まる。この循環水は、前述したように、冷却循環水ライン４１に流入する。

次に、冷却塔設備２０の制御動作について、図３及び図４にフローチャートに従って説明する。

冷却塔設備２０では、図３のフローチャートに示す薬液注入制御ルーチンが繰り返し実行される。この薬液注入制御ルーチンでは、まず、ＡＴＰ計５２が循環水中のＡＴＰ量であるＲＬＵを検知する（Ｓ１１：ＡＴＰ量検知工程）。制御装置６０の薬液注入制御部６１は、このＲＬＵを受け付け、このＲＬＵが閾値Ｓａ以上であるか否かを判断する（Ｓ１４：ＡＴＰ量判断工程）。

薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａ以上ではないと判断すると、ＡＴＰ計５２からの新たなＲＬＵを受け付ける。一方、薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａ以上であると判断すると、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力し、薬液ポンプ３３を駆動させる（Ｓ１５：薬液注入開始工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の駆動により、薬液タンク３２内の薬液が薬液ライン４３を介して、冷却塔２１の循環水中へ注入される。

薬剤濃度計５３は、循環水中の薬剤の濃度を検知する（Ｓ１６：薬剤濃度検知工程）。薬液注入制御部６１は、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力した後に、薬剤濃度計５３から薬液濃度を受け付ける。この薬液注入制御部６１には、薬液濃度に関する閾値Ｓｍｃが格納されている。この閾値Ｓｍｃは、冷却塔設備２０中で循環水に接する部品が薬液により腐食することを抑制できる循環水中の許容最高薬液濃度である。なお、薬液中に次亜塩素酸ナトリウムが含まれる場合、薬剤濃度計５３は、循環水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を検知する。また、この場合の閾値Ｓｍｃは、例えば、５ｐｐｍである。薬液注入制御部６１は、薬剤濃度計５３で検知された薬液濃度が閾値Ｓｍｃ以上であるか否かを判断する（Ｓ１７：薬剤濃度判断工程）。

薬液注入制御部６１は、薬剤濃度計５３で検知された薬剤濃度が閾値Ｓｍｃ以上ではないと判断すると、薬剤濃度計５３からの新たな薬剤濃度を受け付ける。一方、薬液注入制御部６１は、薬剤濃度計５３で検知された薬剤濃度が閾値Ｓｍｃ以上であると判断すると、薬液ポンプ３３に対してＯＦＦ指令を出力し、薬液ポンプ３３を停止させる（Ｓ１８：薬液注入停止工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の停止により、冷却塔２１の循環水中への薬液の注入が停止される。

以上で、本実施形態における薬液注入制御ルーチンの一連の処理が終了する。

冷却塔設備２０では、さらに、図４のフローチャートに示す循環水入替制御ルーチンが繰り返し実行される。冷却塔２１では、循環水の一部が蒸発して、外部に排気されるため、冷却塔設備２０内の循環水の量が次第に少なくなる。そこで、この循環水要入替ルーチンは、循環水に補給水を補給する補給水供給制御ルーチンを含んでいる。この補給水供給制御ルーチンの実行で循環水に補給水が補給される毎に、循環水中の灰分が増加する。なお、灰分とは、ＣａやＭｇ等の金属元素に代表される無機質やその化合物である。この灰分は、冷却塔設備２０で循環水が接する機器に付着し、スケーリングとなる。熱交換器の一種である復水器１４の伝熱管群１４ａに対するスケーリング量が多くなると、復水器１４での熱交換性能が低下する。このため、灰分を多く含む循環水を排出することが好ましい。そこで、この循環水要入替ルーチンは、灰分を多く含む循環水を排出する排出制御ルーチンも含んでいる。

この補給水供給制御ルーチンでは、まず、補給水供給制御部６３が、冷却塔２１のレベル計５１で検知された水槽２３内の循環水量が許容最少量であるか否かを判断する（Ｓ２０：循環水量判断工程）。補給水供給制御部６３は、レベル計５１で検知された循環水量が許容最少量ではないと判断すると、レベル計５１からの新たな循環水量を受け付ける。一方、補給水供給制御部６３は、レベル計５１で検知された循環水量が許容最少量であると判断すると、補給水ポンプ３５に対してＯＮ指令を出力し、補給水ポンプ３５を駆動させる（Ｓ２１：補給水供給開始工程（補給水供給工程））。この補給水ポンプ３５の駆動により、補給水源３４からの補給水が補給水ライン４４を介して、冷却塔２１の循環水中に供給される。

補給水供給制御部６３は、補給水ポンプ３５に対してＯＮ指令を出力した後、レベル計５１で検知された循環水量が許容最大量であるか否かを判断する（Ｓ２２：循環水量判断工程）。補給水供給制御部６３は、レベル計５１で検知された循環水量が許容最大量であると判断すると、補給水ポンプ３５に対してＯＦＦ指令を出力し、補給水ポンプ３５を停止させる（Ｓ２３：補給水供給停止工程（補給水供給工程））。この補給水の停止により、冷却塔２１の循環水中への補給水の供給が停止される。

以上で補給水供給制御ルーチンでの一連の処理が終了する。この補給水供給制御ルーチンは、前述したように、繰り返し実行される。

排出制御ルーチンでは、まず、排出制御部６２が、循環水の排出時期であるか否かを判断する（Ｓ２５：排出時期判断工程）。前述したように、循環水中の灰分は、循環水に補給水が補給される毎に増加する。このため、前回の排出時点から次に排出するまでの期間が予め定められている。排出制御部６２は、前回の排出時点から予め定められた期間を経過したか否かにより、排出時期か否かを判断する。

排出制御部６２は、排出時期であると判断するまで、この判断を繰り返して実行する。排出制御部６２は、排出時期であると判断すると、排出弁３６に開指令を出力し、排出弁３６に開動作させる（Ｓ２６：排出開始工程（排出工程））。排出弁３６が開くと、冷却循環水ライン４１を流れている循環水の一部が、排水ライン４６を介して、排液処理設備７０に流出する。

排出制御部６２は、排出弁３６に開指令を出力した後、冷却塔２１のレベル計５１で検知された循環水量が許容最少量になったか否かを判断する（Ｓ２７：循環水量判断工程）。排出制御部６２は、レベル計５１で検知された循環水量が許容最少量になったと判断すると、排出弁３６に対して閉指令を出力して、排出弁３６に閉動作させる（Ｓ２８：排出停止工程（排出工程））。排出弁３６が閉じると、循環水の排出が停止される。

以上で排出制御ルーチンでの一連の処理が終了する。この排出制御ルーチンも、前述したように、繰り返し実行される。なお、排出制御ルーチンの実行で、冷却塔２１内の循環水量が許容最少量になると、補給水供給制御ルーチンの実行で、循環水中に補給水が補給される。

排液処理設備７０は、前述したように、蒸気タービン設備１０から排出された水や、冷却塔設備２０から排出された循環水を処理して、これらの水中の有害物質等の濃度を環境基準値未満にして、プラント外に排出する。具体的に、排液処理設備７０は、蒸気タービン設備１０から排出された水や冷却塔設備２０から排出された循環水中に含まれる灰分の除去処理を実行する。さらに、排液処理設備７０は、流入する水中に次亜塩素酸ナトリウムが含まれる場合、プラント外に排出する水中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度を例えば０．１ｐｐｍ以下してから、この水をプラント外に排出する。

以上のように、本実施形態では、循環水中の微生物量と相関性を有するＡＴＰ量に基づいて、薬液を循環水に注入するので、循環水中の微生物量を抑えつつも、循環水中にむやみに薬液を注入することを避けることができる。このため、本実施形態では、冷却塔設備２０内のバイオファウリング量を低減しつつも、冷却塔設備２０のランニングコストを抑えることができる。

循環水中の微生物量は、循環水を頻繁に入れ替えることでも低減できる。しかしながら、本実施形態では、循環水中のＡＴＰ量に基づいて、循環水中に薬液を注入することで、微生物量の低減を図るので、循環水に補給する補給水量の増加を抑えることができる。このため、本実施形態では、この観点からも、冷却塔設備２０のランニングコストを抑えることができる。

「第二実施形態」
本発明に係る冷却塔設備を備えるプラントの第二実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。

本実施形態のプラントも、第一実施形態のプラントと同様、図５に示すように、蒸気タービン設備１０と、冷却塔設備２０ａと、排液処理設備７０と、を備える。本実施形態の蒸気タービン設備１０及び排液処理設備７０は、第一実施形態の蒸気タービン設備１０及び排液処理設備７０と同一である。一方、本実施形態の冷却塔設備２０ａは、第一実施形態の冷却塔設備２０と異なる。

本実施形態の冷却塔設備２０ａは、第一実施形態の構成に加えて、不純物総溶解度計５４を備えている。なお、以下では、不純物総溶解度をＴＤＳ（Total Dissolved Solid）とする。ＴＤＳ計５４は、循環水中のＴＤＳを検知する。このＴＤＳ計５４は、水質検知ライン４５に設けられている。ＴＤＳ計５４としては、例えば、循環水の電気伝導度を検知する電気伝導度計を用いることができる。なお、ここでは、ＴＤＳ計５４を水質検知ライン４５に設けているが、循環水のＴＤＳを検知できれば、他の箇所に設けてもよい。例えば、ＴＤＳ計５４を冷却塔２１の水槽２３に直接設けてもよいし、冷却循環水ライン４１又は加熱循環水ライン４２に設けてもよい。

本実施形態の制御装置６０ａは、第一実施形態の制御装置６０の構成に加えて、微生物量演算部６４と、表示部６５と、を有する。微生物量演算部６４は、ＡＴＰ計５２で検知されたＡＴＰ量に応じた微生物量を求める。表示部６５は、この微生物量を表示する。

本実施形態の冷却塔設備２０ａでも、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンと基本的に同様の薬液注入制御ルーチンが繰り返し実行される。但し、本実施形態の薬物注入制御ルーチンでは、微生物量を表示部６５が表示する点で、第一実施形態の薬物注入制御ルーチンと異なる。

図６のフローチャートに示すように、本実施形態の薬液注入制御ルーチンでも、まず、ＡＴＰ計５２が循環水中のＡＴＰ量であるＲＬＵを検知する（Ｓ１１：ＡＴＰ量検知工程）。制御装置６０ａの微生物量演算部６４及び薬液注入制御部６１は、このＲＬＵを受け付ける。

微生物量演算部６４は、ＡＴＰ計５２からＲＬＵを受け付けると、上記式（１）を用いて、このＲＬＵに対応する微生物量であるＣＦＵを求める（Ｓ１２：微生物量演算工程）。表示部６５は、このＣＦＵを表示する（Ｓ１３：表示工程）。

薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２からＲＬＵを受け付けると、第一実施形態と同様に、このＲＬＵが閾値Ｓａ以上であるか否かを判断する（Ｓ１４：ＡＴＰ量判断工程）。

以下、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンと同様に、Ｓ１５〜Ｓ１８の処理が実行される。すなわち、本実施形態の薬液注入制御ルーチンは、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンに、微生物量演算工程（Ｓ１２）及び表示工程（Ｓ１３）を追加したものである。

以上のように、本実施形態では、循環水中の微生物量が表示部６５に表示されるため、プラントの運転員が循環水中の微生物量を認識することができる。このため、例えば、何らかのトラブルにより、薬液投入工程（Ｓ１５〜Ｓ１８）を実行したにも関わらず、微生物量が減少しない場合でも、運転員は、このトラブルを早期に察知することができる。トラブルとしては、例えば、補給水源３４の水質が変化し、現状の薬剤では微生物を十分に除去できなくなるトラブルや、薬液タンク３２内に薬剤が投入されていないトラブル等が考えられる。

本実施形態の冷却塔設備２０ａでも、第一実施形態の循環水入替制御ルーチンと基本的に同様の循環水入替制御ルーチンが繰り返し実行される。図７のフローチャートに示すように、本実施形態の循環水入替制御ルーチンにおける補給水供給制御ルーチン（Ｓ２０〜Ｓ２３）は、第一実施形態の循環水入替制御ルーチンにおける補給水供給制御ルーチン（Ｓ２０〜Ｓ２３）と同様である。一方、本実施形態の本実施形態の循環水入替制御ルーチンにおける排出制御ルーチンは、排出弁３６を開ける条件が第一実施形態と異なる。

本実施形態の排出制御ルーチンでは、まず、ＴＤＳ計５４が循環水中のＴＤＳを検知する（Ｓ２４：ＴＤＳ検知工程）。制御装置６０ａの排出制御部６２ａは、このＴＤＳを受け付け、このＴＤＳが予め定められた閾値Ｓｃ以上であるか否かを判断する（Ｓ２５ａ：ＴＤＳ判断工程）。

排出制御部６２は、ＴＤＳが閾値Ｓｃ以上であると判断するまで、この判断を繰り返し実行する。排出制御部６２ａは、ＴＤＳが閾値Ｓｃ以上であると判断すると、排出弁３６に開指令を出力し、排出弁３６に開動作させる（Ｓ２６：排出開始工程（排出工程））。排出弁３６が開くと、冷却循環水ライン４１を流れている循環水の一部が、排水ライン４６を介して、排液処理設備７０に流入する。

以下、第一実施形態の排出制御ルーチンと同様に、Ｓ２７，Ｓ２８の処理が実行される。

以上のように、本実施形態では、循環水中の循環水中のＴＤＳに応じて、循環水を排出するため、第一実施形態よりも循環水中の灰分量を適正に管理することができる。このため、本実施形態では、冷却塔設備２０ａ内のスケーリング量の増加を抑えつつ、循環水に補給される補給水の量を抑えることができる。

「変形例」
以下、上記実施形態の各種変形例について説明する。

まず、図８を参照して、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンの第一変形例について説明する。

本変形例の薬液注入制御ルーチンでも、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンと同様、ＡＴＰ計５２が循環水中のＡＴＰ量であるＲＬＵを検知する（Ｓ１１：ＡＴＰ量検知工程）。制御装置６０の薬液注入制御部６１は、このＲＬＵを受け付け、このＲＬＵが閾値Ｓａ以上であるか否かを判断する（Ｓ１４：ＡＴＰ量判断工程）。

薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａ以上ではないと判断すると、ＡＴＰ計５２からの新たなＲＬＵを受け付ける。一方、薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２で検知されたＲＬＵが閾値Ｓａ以上であると判断すると、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力し、薬液ポンプ３３を駆動させる（Ｓ１５：薬液注入開始工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の駆動により、薬液タンク３２内の薬液が薬液ライン４３を介して、冷却塔２１の循環水中に注入される。

以上の処理（Ｓ１１，Ｓ１４，Ｓ１５）までは、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンと同様である。

薬液注入制御部６１は、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力した後に、注入薬液量が予め定めた閾値Ｓｍｖになったか否かを判断する（Ｓ１７ａ：注入薬液量判断工程）。薬液注入制御部６１には、薬液量に関するこの閾値Ｓｍｖが格納されている。この閾値Ｓｍｖは、例えば、循環水中に薬液を注入した場合に、薬液濃度が前述の許容最高薬液濃度を超えないと想定される薬液の量である。薬液タンク３２に貯まっている薬液の液面レベルを検知するレベル計が薬液タンク３２に設けられている場合、薬液注入制御部６１は、このレベル計で検知された薬液の液面から注入薬液量を得る。また、薬液ライン４３中に流量計が設けられている場合、薬液注入制御部６１は、この流量計で検知された薬液の流量から注入薬液量を得る。また、薬液ポンプ３３が定量ポンプである場合には、この薬液ポンプ３３の駆動時間等から注入薬液量を得る。

薬液注入制御部６１は、注入薬液量が閾値Ｓｍｖになったと判断すると、薬液ポンプ３３に対してＯＦＦ指令を出力し、薬液ポンプ３３を停止させる（Ｓ１８：薬液注入停止工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の停止により、冷却塔２１の循環水中への薬液の注入が停止される。

以上で、本変形例における薬液注入制御ルーチンの一連の処理が終了する。

以上のように、本変形例では、薬剤濃度計５３を設けなくても、薬液の注入量を管理することができる。なお、本変形例でも、薬剤濃度計５３を設けてもよい。この場合、本変形例における薬液注入制御ルーチンの実行過程で、何らかの原因より、薬剤濃度が前述の許容最高薬液濃度以上になった場合には、その時点で薬液ポンプ３３を停止させるとよい。

次に、図９を参照して、第一実施形態の薬液注入制御ルーチンの第二変形例について説明する。

本変形例の薬液注入制御ルーチンでは、まず、薬液注入制御部６１が、ＡＴＰ量の検知時刻になったか否かを判断する（Ｓ１０：ＡＴＰ検知時刻判断工程）。薬液注入制御部６１は、前回のＡＴＰ量の検知時刻から、予め定められた時間経過したか否かで、ＡＴＰ量の検知時刻になったか否かを判断する。

ＡＴＰ量の検知時刻になると、薬液注入制御部６１は、ＡＴＰ計５２からＡＴＰ量であるＲＬＵを受け付ける（Ｓ１１：ＡＴＰ量検知工程）。薬液注入制御部６１は、このＲＬＵに応じた注入薬液量を求める（Ｓ１４ｂ：薬液量演算工程）。循環水中のＡＴＰ量であるＲＬＵが分かれば、上記式（１）を用いて、循環水中の微生物量を求めることができる。循環水中の微生物量が分かれば、予め定められた式を用いて、この微生物量に合う薬液量を求めることができる。そこで、本変形の薬液注入制御部６１は、循環水中のＡＴＰ量であるＲＬＵと注入薬液量との関係を定めた式を用いて、ＡＴＰ計５２からのＲＬＵに応じた注入薬液量を求める。

薬液注入制御部６１は、注入薬液量を求めると、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力し、薬液ポンプ３３を駆動させる（Ｓ１５：薬液注入開始工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の駆動により、薬液タンク３２内の薬液が薬液ライン４３を介して、冷却塔２１の循環水中に注入される。

薬液注入制御部６１は、薬液ポンプ３３に対してＯＮ指令を出力した後に、注入薬液量が先の演算で求めた注入薬液量になったか否かを判断する（Ｓ１７ｂ：注入薬液量判断工程）。なお、薬液注入制御部６１は、第一変形例で前述した方法で注入薬液量を得る。

薬液注入制御部６１は、注入薬液量が先の演算で求めた注入薬液量になったと判断すると、薬液ポンプ３３に対してＯＦＦ指令を出力し、薬液ポンプ３３を停止させる（Ｓ１８：薬液注入停止工程（薬液注入工程））。この薬液ポンプ３３の停止により、冷却塔２１の循環水中への薬液の注入が停止される。

以上で、本変形例における薬液注入制御ルーチンの一連の処理が終了する。

以上のように、本変形例では、薬剤濃度計５３を設けなくても、さらに、上記各実施形態及び上記第一変形例のよう、ＡＴＰ量に関する閾値Ｓａを設定しなくても、薬液の注入量を管理することができる。よって、第一実施形態、第一変形例及び本変形例から理解できるように、本発明では、ＡＴＰ計５２で検知されたＡＴＰ量に応じて、薬液の注入を制御するのであれば、如何なる方法で、薬液の注入を制御してもよい。

なお、本変形例でも、薬剤濃度計５３を設けてもよい。この場合、本変形例における薬液注入制御ルーチンの実行過程で、何らかの原因より、薬剤濃度が前述の許容最高薬液濃度以上になった場合には、その時点で薬液ポンプ３３を停止させるとよい。また、本変形例及び第一変形例においても、第二実施形態のように、微生物量を表示部６５に表示させるようにしてもよい。

以上の各実施形態及び各変形例の補給水供給器は、補給水ポンプ３５、レベル計５１、及び補給水供給制御部６３を有して構成されている。しかしながら、補給水供給器は、例えば、水槽２３内の液面レベルの変化に応じて上下動するフロートと、このフロートの上下動に応じて開閉動作する弁と、を有するフロート弁で、補給水供給器を構成してもよい。

以上の各実施形態及び各変形例の薬液注入器は、薬液ポンプ３３を有して構成されている。しかしながら、薬液注入器は、薬液ライン４３に設けられた弁で、構成してもよい。

以上の各実施形態及び各変形例の排出器は、排出弁３６を有して構成されている。しかしながら、排出器は、排水ライン４６に設けられたポンプで、構成してもよい。

以上の各実施形態及び各変形例の冷却塔設備は、いずれも、復水器１４で加熱された循環水を冷却する設備である。しかしながら、本発明の冷却塔設備は、復水器で加熱された循環水を冷却する設備に限定されない。本発明の冷却塔設備は、例えば、冷凍機の凝縮器で冷媒との熱交換で加熱された循環水を冷却する設備であってもよい。

１０：蒸気タービン設備
１１：ボイラー
１２：蒸気タービン
１３：発電機
１４：復水器
１４ａ：伝熱管群
１４ｂ：胴
１５：給水ポンプ
１６：主蒸気ライン
１７：給水ライン
１８：排水ライン
１９：排出弁
２０，２０ａ：冷却塔設備
２１：冷却塔
２２：ケーシング
２３：水槽
２４：ファン
２５：散水器
２６：ルーパー
３１：循環ポンプ
３２：薬液タンク
３３：薬液ポンプ（薬液注入器）
３４：補給水源
３５：補給水ポンプ（補給水供給器）
３６：排出弁（排出器）
４１：冷却循環水ライン
４２：加熱循環水ライン
４３：薬液ライン
４４：補給水ライン
４５：水質検知ライン
４６：排水ライン
５１：レベル計
５２：ＡＴＰ計
５３：薬剤濃度計
５４：不純物総溶解度計（ＴＤＳ計）
６０，６０ａ：制御装置
６１：薬液注入制御部
６２，６２ａ：排出制御部
６３：補給水供給制御部
６４：微生物量演算部
６５：表示部
７０：排液処理設備

Claims (12)

1. 流入してきた水を冷却する冷却塔と、
   前記水に含まれる微生物を除去するための薬剤を含む薬液が貯められる薬液タンクと、
   前記薬液タンク内の前記薬液を前記水に注入する薬液注入器と、
   前記水中のアデノシン三リン酸の量であるＡＴＰ量を検知するＡＴＰ計と、
   前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量に応じて、前記薬液注入器により前記薬液を前記水に注入させる薬液注入制御部を有する制御装置と、
   を備える冷却塔設備。
2. 請求項１に記載の冷却塔設備において、
   前記薬液注入制御部は、前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上になったことを条件として、前記薬液注入器により前記薬液を前記水に注入させる、
   冷却塔設備。
3. 請求項１又は２に記載の冷却塔設備において、
   前記水中の前記薬剤の濃度を検知する薬剤濃度計を備え、
   前記薬液注入制御部は、前記薬剤濃度計が検知した前記薬剤の濃度が予め定められた値以上になると、前記薬液注入器による前記水への前記薬液の注入を停止させる、
   冷却塔設備。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却塔設備において、
   前記制御装置は、
   前記水中の前記ＡＴＰ量と前記水中の微生物量との予め求められた相関関係を用いて、前記ＡＴＰ計で検知された前記ＡＴＰ量に対する微生物量を求める微生物量演算部と、
   前記微生物量演算部が求めた前記微生物量を表示する表示部と、
   を有する、
   冷却塔設備。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却塔設備において、
   前記水中の不純物総溶解度を検知する不純物総溶解度計と、
   前記水を設備外に排出する排出器と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記不純物総溶解度計で検知された前記不純物総溶解度に応じて、前記排出器を駆動させる排出制御部を有する、
   冷却塔設備。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却塔設備において、
   前記冷却塔内の前記水の量に応じて、補給水を前記水中に供給する補給水供給器を備える、
   冷却塔設備。
7. 冷却塔が冷却する水中のアデノシン三リン酸の量であるＡＴＰ量を検知するＡＴＰ量検知工程と、
   前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量に応じて、前記水に含まれる微生物を除去するための薬剤を含む薬液を前記水に注入する薬液注入工程と、
   を実行する冷却塔設備の水質管理方法。
8. 請求項７に記載の冷却塔設備の水質管理方法において、
   前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上であるか否かを判断するＡＴＰ量判断工程を実行し、
   前記薬液注入工程では、前記ＡＴＰ量判断工程で、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量が予め定められた値以上であると判断されると、前記薬液を前記水に注入する、
   冷却塔設備の水質管理方法。
9. 請求項７又は８に記載の冷却塔設備の水質管理方法において、
   前記水中の前記薬剤の濃度を検知する薬剤濃度検知工程と、
   前記薬剤濃度検知工程で検知された前記薬剤の濃度が予め定められた値以上であるか否かを判断する薬剤濃度判断工程と、
   を実行し、
   前記薬液注入工程では、前記薬剤濃度判断工程で、前記薬剤濃度検知工程で検知された前記薬剤の濃度が予め定められた値以上であると判断されると、前記薬液の注入を停止する、
   冷却塔設備の水質管理方法。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の冷却塔設備の水質管理方法において、
    前記水中の前記ＡＴＰ量と前記水中の微生物量との予め求められた相関関係を用いて、前記ＡＴＰ量検知工程で検知された前記ＡＴＰ量に対する微生物量を求める微生物量演算工程と、
    前記微生物量演算工程で求められた前記微生物量を表示する表示工程と、
    を実行する冷却塔設備の水質管理方法。
11. 請求項７から１０のいずれか一項に記載の冷却塔設備の水質管理方法において、
    前記水中の不純物総溶解度を検知する不純物総溶解度検知工程と、
    前記不純物総溶解度検知工程で検知された前記不純物総溶解度に応じて、前記水を設備外に排出する排出工程と、
    を実行する冷却塔設備の水質管理方法。
12. 請求項７から１１のいずれか一項に記載の冷却塔設備の水質管理方法において、
    前記冷却塔内の前記水の量に応じて、補給水を前記水中に供給する補給水供給工程を実行する、
    冷却塔設備の水質管理方法。

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