JP2021092346A - Method for suppressing scale generated from cooling water of cooling tower - Google Patents
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本開示は、クーリングタワーの冷却水浄化方法、クーリングタワー、及び、クーリングタワー用浄化体に関する。 The present disclosure relates to a cooling water purification method for a cooling tower, a cooling tower, and a purifying body for a cooling tower.
クーリングタワー(冷却塔)は、ビル空調や地域冷暖房設備である冷凍機の冷却水を冷却するために用いられる装置であり、例えば建物の屋上等に設置される(例えば特許文献1)。 A cooling tower (cooling tower) is a device used for cooling cooling water of a refrigerator, which is a building air conditioner or a district heating / cooling facility, and is installed on, for example, the rooftop of a building (for example, Patent Document 1).
クーリングタワーを循環する冷却水は、主に水道水が用いられる。このため、クーリングタワーを長期間使用していると、水道水に含まれる炭酸カルシウム等が結晶化してスケール(カルキ、水垢)が発生して、配管内のフィルタの目詰まりを生じる場合がある。スケールによってフィルタの目詰まりが起きると、冷却水の流量が少なくなって冷却性能が低下したり、ポンプへの負荷が大きくなりポンプ故障の可能性が高くなる。このため従来より例えば冷却水への薬剤投入などのスケール低減の対策が取られているが、高コストの問題がある。 Tap water is mainly used as the cooling water that circulates in the cooling tower. Therefore, when the cooling tower is used for a long period of time, calcium carbonate or the like contained in tap water may crystallize to generate scale (scaly, scale), which may cause clogging of the filter in the pipe. When the filter is clogged by the scale, the flow rate of the cooling water is reduced, the cooling performance is lowered, and the load on the pump is increased, increasing the possibility of pump failure. For this reason, measures for scale reduction such as injection of chemicals into cooling water have been taken conventionally, but there is a problem of high cost.
本開示は、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水浄化方法、クーリングタワー、及び、クーリングタワー用浄化体を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a cooling water purification method for a cooling tower, a cooling tower, and a purification body for a cooling tower, which can suppress the generation of scale in cooling water with a simple configuration.
本発明の実施形態の一観点に係るクーリングタワーの冷却水浄化方法は、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体を前記クーリングタワー内の冷却水が通過する位置に設置する。 In the cooling water purification method for a cooling tower according to one aspect of the embodiment of the present invention, a purifying body in which a purifying agent made of a metal material containing magnesium is packed in a bag is installed at a position in the cooling tower through which the cooling water passes.
同様に、実施形態の一観点に係るクーリングタワーは、冷却水が通過する位置に設置され、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体を備える。 Similarly, the cooling tower according to one aspect of the embodiment is installed at a position through which cooling water passes, and includes a purifying body in which a purifying agent made of a metal material containing magnesium is packed in a bag.
同様に、実施形態の一観点に係るクーリングタワー用浄化体は、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められて形成され、クーリングタワー内の冷却水が通過する位置に設置される。 Similarly, the purifying body for a cooling tower according to one aspect of the embodiment is formed by packing a purifying agent made of a metal material containing magnesium in a bag, and is installed at a position in the cooling tower through which cooling water passes.
本開示によれば、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水浄化方法、クーリングタワー、及び、クーリングタワー用浄化体を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a cooling water purification method for a cooling tower, a cooling tower, and a purification body for a cooling tower, which can suppress the generation of scale in cooling water with a simple configuration.
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same components are designated by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and duplicate description is omitted.
図1は、実施形態に係るクーリングタワー1の概略構成図である。図1に示すクーリングタワー1は、ビル空調や地域冷暖房設備である冷凍機等の熱交換器の冷却水を冷却するために用いられる装置であり、例えば建物の屋上等に設置される。クーリングタワー1の冷却方式は開放式と密閉式とがある。開放式とは、冷却水を冷やすための外気(空気)と冷却水とが直接接触し、冷却水の一部の蒸発によって残りの冷却水を冷やす冷却方式である。密閉式とは、冷却水を熱交換器の管内に通し、管外側に冷却用の外気と散布水を散水して冷却する方式である。図1の例では、開放式のクーリングタワー1が例示されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
図1に示すように、クーリングタワー1は、供給配管2と、ファン3と、滴下配管4と、熱交換部5と、排出配管9と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
供給配管2は、外部機器の熱交換器側で冷却に使用された後の温度の高い冷却水をタワー内部に供給する。供給配管2は、例えば図1に示すようにタワー下部から内部中央に向かい、さらにタワー上部に延在して配置される。
The
ファン3は、タワー上部に設けられ、回転駆動することによって外気をタワー内部に導入する。 The fan 3 is provided in the upper part of the tower and introduces outside air into the tower by rotationally driving the fan 3.
滴下配管4は、タワー上部にて水平方向に延在して設けられる。滴下配管4は、供給配管2と接続されており、供給配管2から供給される冷却水をタワー内部で下方に滴下する。滴下配管4から流出された冷却水は、図1に示すように、タワー内部において冷却水を大気圧下で下方に自然落下させる自然落下流路13を通る。
The dropping pipe 4 is provided so as to extend in the horizontal direction at the upper part of the tower. The dropping pipe 4 is connected to the
熱交換部5は、滴下配管4の直下に配置され、滴下配管4から滴下された冷却水を通過させて、ファン3により導入された外気との間で熱交換を行い、冷却水を冷却する。熱交換部5では、外気と冷却水とが直接接触し、冷却水の一部の蒸発によって残りの冷却水が冷却される。また、熱交換部5は、例えば充填材を含み、水を滴状にして表面積の大きな充填材に流すことで、冷却水と外気の接触時間を長くして、冷却水を効率的に冷却することができる。
The
排出配管9は、タワー下部に接続され、熱交換部5を通過して冷却された冷却水をタワーから排出して外部機器の熱交換器側に供給する。排出配管9にはポンプ11が設けられ、ポンプ11を駆動することで、クーリングタワー1と外部機器の熱交換器との間で冷却水を循環させる。
The discharge pipe 9 is connected to the lower part of the tower, and discharges the cooled cooling water that has passed through the
また、排出配管9のポンプ11より上流側には、Y型ストレーナー10が設けられる。Y型ストレーナー10は、流体中の異物やゴミをろ過するための例えば多孔タイプなどのスクリーンを内蔵し、そのスクリーン内に溜まった異物やゴミを、ストレーナー本体が配管に接続されたままの状態で、排除・清掃できる構造となっている。また、タワー内部に開口され排出配管9に接続される吐出口7には、同じく異物除去のためのフィルタ8が設けられる。
Further, a Y-
さらに、タワー内部の冷却水の自然落下流路13において、熱交換部5の下方にはスポンジ6が設けられる。スポンジ6は、例えば水平方向に延在する板状に形成され、熱交換部5を通過した冷却水を受けることができるよう、その上面が熱交換部5の底面とほぼ同等の面積で形成されている。スポンジ6は、冷却水を通過可能であると共に、冷却水の異物除去のためのフィルタ機能を有する。つまり本実施形態では、冷却水の流れに沿ってスポンジ6、フィルタ8、Y型ストレーナー10の順で3種類のフィルタが配置されている。異物除去効果を向上できるように、各フィルタの目の粗さは、スポンジ6が最大、フィルタ8が中間、Y型ストレーナー10が最小であるのが好ましい。
Further, in the free
そして特に本実施形態では、タワー内部の冷却水の自然落下流路13において、スポンジ6の上面に浄化体12(クーリングタワー用浄化体)が載置されている。浄化体12は、冷却水が通過可能であり、通過した冷却水を改質して、冷却水内の成分に起因するスケールなどの異物の発生を抑制するためのものである。なお、本実施形態において冷却水からの発生を抑制する「異物」とは、水道水の含有成分が結晶化して析出される、水道水由来の物質を言い、例えばスケール、カルキ、水垢、湯垢を含む。以降の説明では、これらの異物を纏めて「スケール」とも表記する。
In particular, in the present embodiment, the purifying body 12 (purifying body for the cooling tower) is placed on the upper surface of the sponge 6 in the free
浄化体12は、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められて構成される。浄化剤は、金属材料の切削加工で発生した切粉であるのが好ましい。袋は例えば不織布で形成されるのが好ましい。浄化剤が切粉である場合には、さまざまな大きさの金属片が含まれるため、浄化剤のうち微小な金属片が袋から冷却水内に流出しやすい。これに対して浄化体12の袋を不織布にすれば、袋の隙間を少なくできるので、浄化剤が微小な金属片を含んでいても冷却水内に流出するのを防止できる。また、袋を複数枚重ねるのが好ましく、これにより微小金属片の冷却水への流出防止を促進できる。
The purifying
浄化剤の金属材料は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む。マグネシウム合金としては、Mg−Al−Zn系合金や、Mg−Zn−Zr系合金を含み、具体的にはAZ31、AZ91C、AZ91Dなどを含む。 The metal material of the purifying agent includes magnesium or a magnesium alloy. Examples of the magnesium alloy include Mg-Al-Zn-based alloys and Mg-Zn-Zr-based alloys, and specifically, AZ31, AZ91C, AZ91D and the like.
本実施形態におけるクーリングタワーの冷却水浄化方法では、まず、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体12が作成される。なお、浄化体12は市販品を購入するなど第三者から取得されてもよい。次に、浄化体12が、クーリングタワー1内の冷却水が通過する位置、より詳細には、大気圧下で冷却水を自然落下させる自然落下流路13上のスポンジ6の上部に設置される。そして、ポンプ11が作動して冷却水がシステム内で循環されると、供給配管2、滴下配管4、熱交換部5を通過した冷却水が浄化体12を通過する。
In the cooling water purification method for the cooling tower in the present embodiment, first, a purifying
クーリングタワー1を循環する冷却水は、主に水道水が用いられる。このため、従来のクーリングタワーでは、長期間使用していると、水道水に含まれる炭酸カルシウムなどの成分が結晶化して、スケールが発生する。これらのスケールが、Y型ストレーナー10のスクリーンの孔や、吐出口7に設置されるフィルタ8の目を塞いで目詰まりを生じると、Y型ストレーナー10やフィルタ8を冷却水が通過しにくくなり、冷却水の流量が少なくなるため冷却性能が低下する虞がある。また、ポンプ11への負荷が大きくなりポンプ故障の可能性が高くなる。
Tap water is mainly used as the cooling water that circulates in the
従来のクーリングタワーでは、スケールの影響を防ぐため、フィルタ類を定期的に清掃して異物を除去する作業が必要であり、作業負担やコストが大きかった。また、冷却水にスケール低減のための薬剤を投入する対策もあるが、薬剤がさらに高コストとなる。 In the conventional cooling tower, in order to prevent the influence of the scale, it is necessary to regularly clean the filters to remove foreign substances, which is a heavy work load and cost. There is also a measure to add a chemical for scale reduction to the cooling water, but the chemical becomes even more expensive.
これに対して本実施形態では、上記の手順によって、クーリングタワー1内の冷却水は、外部機器の熱交換器との間で循環させることによって自動的に浄化体12を通過し、浄化体12に含まれるマグネシウムとの反応によって改質される。これにより、クーリングタワー1内でスケールの発生を抑制できる。また、既存のクーリングタワー1に適用する際には、冷却水が通過する位置に浄化体12を設置するだけで済むので、簡易な構成でスケール発生を抑制できる。スケール発生を抑制できると、クーリングタワー1の清掃の頻度を少なくでき、また、従来のようにスケール除去のために高価な薬剤を投入する必要もなくなるので、管理コストを低減できる。
On the other hand, in the present embodiment, according to the above procedure, the cooling water in the
なお、本実施形態に係る浄化体12を実際にクーリングタワーに設置して効果を検証する実験を行った。浄化体12が無い場合には、2〜3か月程度でスケールによるフィルタの目詰まり等の不具合が発生した。これに対して、浄化体12を設置した場合には、8か月経過した時点でもスケールは発生せず、フィルタ等の清掃も不要な状態を維持できていることが確認された。
An experiment was conducted in which the
マグネシウムを含む浄化体12に冷却水を通過させることによってスケールの発生が抑制される理由を考察する。水がマグネシウムを通過すると、水とマグネシウムとの反応によって、下記の反応式(1)のように、水素とマグネシウムイオンと、水酸化物イオンとなり、水はアルカリ性に改質される。
Mg+2H2O→2H2+Mg2++2OH− ・・・(1)
The reason why the generation of scale is suppressed by passing the cooling water through the purifying
Mg + 2H 2 O → 2H 2 +
さらに、水道水に含まれる、スケールの主成分である炭酸カルシウムを考慮すると、水とマグネシウムと炭酸カルシウムの反応によって、下記の反応式(2)のように、水素とマグネシウムイオンと、水酸化物イオン、カルシウムイオンと、炭酸イオンに分解される。
Mg+2H2O+CaCO3→
2H2+Mg2++2OH−+Ca2++CO3 2− ・・・(2)
Furthermore, considering calcium carbonate, which is the main component of scale contained in tap water, hydrogen, magnesium ions, and hydroxide are produced by the reaction of water, magnesium, and calcium carbonate, as shown in the reaction formula (2) below. It is decomposed into ions, calcium ions, and carbonate ions.
Mg + 2H 2 O + CaCO 3 →
2H 2 + Mg 2+ + 2OH - +
このように、改質後の冷却水では、スケールの主成分である炭酸カルシウムが、マグネシウムとの反応によってカルシウムイオンと、炭酸イオンとして存在しているので、炭酸カルシウムの析出が抑制でき、この結果、スケールの発生が抑制されると考えられる。なお、水道水由来の異物に係る他の成分でも、同様の理由により異物発生が抑制されると考えられる。 As described above, in the reformed cooling water, calcium carbonate, which is the main component of the scale, exists as calcium ions and carbonate ions by the reaction with magnesium, so that the precipitation of calcium carbonate can be suppressed, and as a result, the precipitation of calcium carbonate can be suppressed. , It is considered that the generation of scale is suppressed. It is considered that the generation of foreign substances is suppressed for the same reason with other components related to foreign substances derived from tap water.
また、本実施形態では、浄化体12は大気圧下で冷却水が通過する位置に設置されるので、浄化体12が冷却水の流れによって受ける負荷が少ない。例えばポンプ11の下流側など高圧環境下に浄化体12を設置すると、浄化体12が冷却水の流れから受ける負荷が強く、例えば浄化体12の袋が破れるなど浄化体12が高圧下で破損しやすく、中身の浄化剤が冷却水内に流出するような事態が懸念されるが、本実施形態ではこのような事態の発生を防止できる。
Further, in the present embodiment, since the purifying
なお、本実施形態は、既存のクーリングタワーにおいても実施し得る。本実施形態では、浄化体12は冷却水を大気圧下で自然落下させる自然落下流路13上に設置され、より詳細には熱交換部5の下方のスポンジ6の上面に載置されるが、自然落下流路13は冷却水と外気とを接触させる部分であって、既存のクーリングタワーでも空間が多く密閉されていない場合が多いので、浄化体12を設置しやすい。これにより、浄化体12を冷却水が通過する位置に設置する作業を簡易にできる。また、スポンジ6等が無いクーリングタワーであっても、冷却水の流路中のいずれかの場所に浄化体12を置けば本実施形態と同様の効果を発揮できる。
The present embodiment can also be implemented in an existing cooling tower. In the present embodiment, the purifying
さらに、本実施形態と同様の効果を発揮し得る新たな要素を追加したクーリングタワーを作成して、本実施形態を実施することもできる。例えば、浄化体12とスポンジ6とを組み合わせたユニットを新たにクーリングタワーに追加する構成や、複数個の浄化体12を網状容器に収容して、クーリングタワー内の冷却水の流路上に配置する構成が挙げられる。
Further, the present embodiment can be implemented by creating a cooling tower to which a new element capable of exerting the same effect as the present embodiment is added. For example, a unit in which a
また、本実施形態では、浄化体12に収容される浄化剤は、マグネシウムを含む金属材料の切削加工で発生した切粉であるので、浄化体12のために新規に浄化剤を作成する必要がなく、切削加工の廃棄物を再利用することができ、より簡易かつ低コストで浄化体12を作成できる。
Further, in the present embodiment, since the purifying agent contained in the
さらに、浄化体12に収容される浄化剤が切粉であると、金属材料の切削面が多いので、親水性を有する面が多く露出すると考えられる。これにより、水との反応を促進できると考えられる。
Further, when the purifying agent contained in the
なお、浄化体12に使用する切粉は、切削加工で発生したものをそのまま袋に詰めてもよいし、切削加工で発生した大小さまざまなサイズの切粉をさらに細分化して、サイズを均す加工を施してから袋に詰めてもよい。
As the chips used for the
また、クーリングタワー1内の冷却水を浄化体12に通過させて改質することによって、従来のクーリングタワーで頻繁にみられていた藻の発生も抑制することができる。
Further, by passing the cooling water in the
図2は、浄化体12A〜12Cの他の設置例を示す図である。上記実施形態では、冷却水を改質するための浄化体12は、タワー内のスポンジ6の上面に載置されたが、浄化体12の設置場所はこれに限られない。例えば、図2に浄化体12Aとして示すように、自然落下流路13の他の位置でもよく例えば滴下配管4と熱交換部5との間に配置してもよい。また、図2に浄化体12Bとして示すように、供給配管2内の流路に配置してもよいし、図2に浄化体12Cとして示すように、排出配管9内の流路に配置してもよい。また、クーリングタワー1内の冷却水の流路上であれば、図2に例示した場所以外に浄化体を設置してもよい。
FIG. 2 is a diagram showing another installation example of the purifying
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。 The present embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the present disclosure is not limited to these specific examples. Those skilled in the art with appropriate design changes to these specific examples are also included in the scope of the present disclosure as long as they have the features of the present disclosure. Each element included in each of the above-mentioned specific examples, its arrangement, conditions, shape, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate. The combinations of the elements included in each of the above-mentioned specific examples can be appropriately changed as long as there is no technical contradiction.
上記実施形態では、開放式のクーリングタワー1の一例を例示したが、本実施形態に係るクーリングタワーの構成は図1に例示した構成に限られない。また、本実施形態に係るクーリングタワーは、密閉式でもよい。
In the above embodiment, an example of the open
1 クーリングタワー
12、12A、12B、12C 浄化体(クーリングタワー用浄化体)
13 自然落下流路
1 Cooling
13 Free fall flow path
本開示は、クーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法に関する。 The present disclosure relates to suppress how the scale generation of the cooling water of the cooling tower.
本開示は、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法を提供することを目的とする。 The present disclosure is intended to provide an inhibit how the scale generation of the cooling water of a cooling tower which can suppress the occurrence of scale in the cooling water with a simple configuration.
本発明の実施形態の一観点に係るクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法は、クーリングタワー内を流れる冷却水のスケール発生を抑制する方法であって、マグネシウム及びマグネシウム合金の切削加工で発生したさまざまな大きさの金属片を不織布の袋に詰められた浄化体を、前記クーリングタワー内の熱交換器を通過して冷却された前記冷却水が大気圧下で自然落下する途中の位置に設置する。 Method of inhibiting scale formation in cooling water tower according to an aspect of an embodiment of the present invention is a method of inhibiting scale formation in cooling water flowing in the cooling tower, generated by cutting of magnesium and magnesium alloys establishing metal pieces of various sizes a purifier packed in a bag of nonwoven fabric, in the middle of a position where the cooling water cooled by passing through the heat exchanger in the cooling tower is free fall at atmospheric pressure ..
本開示によれば、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法を提供することができる。
According to the present disclosure, it is possible to provide a suppressing how the scale generation of the cooling water of a cooling tower which can suppress the occurrence of scale in the cooling water with a simple configuration.
Claims (6)
マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体を前記クーリングタワー内の前記冷却水が通過する位置に設置する、
クーリングタワーの冷却水浄化方法。 It is a method of purifying the cooling water flowing in the cooling tower.
A purifying body in which a purifying agent made of a metal material containing magnesium is packed in a bag is installed at a position in the cooling tower through which the cooling water passes.
How to purify the cooling water of the cooling tower.
請求項1に記載のクーリングタワーの冷却水浄化方法。 The purifying body is installed at a position where the cooling water passes under atmospheric pressure.
The cooling water purification method for a cooling tower according to claim 1.
前記浄化体は、前記自然落下流路上に設置される、
請求項2に記載のクーリングタワーの冷却水浄化方法。 The cooling tower includes a free fall flow path that allows the cooling water to fall naturally under atmospheric pressure.
The purifier is installed on the free fall flow path.
The cooling water purification method for a cooling tower according to claim 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のクーリングタワーの冷却水浄化方法。 The purifying agent is chips generated by cutting the metal material.
The cooling water purification method for a cooling tower according to any one of claims 1 to 3.
クーリングタワー。 It is equipped with a purifier that is installed in a position where cooling water passes and is packed with a purifying agent made of a metallic material containing magnesium.
cooling tower.
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