JP4088165B2 - 空気調和用冷却水循環系の浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和用冷却水循環系の浄化装置に関し、冷却水や、冷却水循環系を構成する冷却塔、熱交換器および配管経路などを浄化するのに好適な浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
空気調和用冷却水循環系においては、冷却水が循環使用されている間に、水中に溶け込んでいるカルシウム、シリカ、鉄分、マグネシウムなどのミネラル成分や、有機物質などが蒸発濃縮や水温変動などにより析出したり、また配管に錆や腐食、スカム(水垢)が発生することがある。また、細菌類、藻類等によるスライムが発生することがあり、これらが冷却水系に混入すると、水温、日光および栄養塩類の条件によっては急激に増殖することがある。
【0003】
そしてこれらが冷却塔の充填材あるいは熱交換器に付着すると、熱効率が低下し、また甚だしい場合には配管の閉塞が生じる恐れもある。
【0004】
これらを除去もしくは予防するため、脱酸剤、殺菌剤、防錆剤等の薬品が注入されることが多いが、ランニングコストが増大するばかりでなく、冷却水の循環系は少なくとも冷却塔部分において大気に開放されているために、この部分からの水の飛散に伴って薬剤成分が大気に拡散し、環境汚染の発生や生物への悪影響を及ぼすことが考えられる。
【0005】
一方、電導率をチェックすることで冷却水の汚れを判定し、所定量の排出(ブローと称される)を行う一方、それに見合う分だけ新鮮な水を供給する装置が付加されることがある。しかし、水道水を補給用に使用する場合にはランニングコストが増大するばかりでなく、汚染水を排水することは環境に対して好ましいことではないために、ブローの回数ないし水量は少なく抑えるべきである。しかるに薬剤を注入する場合、大気開放された冷却塔部分からの水の蒸発によって薬剤成分が濃縮されてゆくので、これに起因してブローの回数ないし水量が却って増大することになる。
【0006】
これらの問題に対しては、循環する水にオゾン注入を行ったり、あるいは水を磁気水化することが有効であることが知られている。ここに、オゾンは酸化作用および殺菌力が強く、脱臭・脱色作用を持ち、またこれらの反応を起こした後は速やかに酸素になるために二次的な環境汚染を起こさないという利点がある。また、磁気水とは、複数の磁石を組み合わせて強力な磁場を形成し、その磁場内に垂直に水を通して水の表面張力を小さくすることで活性化された水を言い、スケール等ミネラル成分の析出物の付着防止およびスライムの剥離除去に効果的で、錆を除去して防食皮膜を作り、また微生物の増殖を抑制する静菌作用があることが確認されている。
【0007】
特許文献1には、それらオゾン注入と磁気水とを組み合わせた浄化装置が提案されている。ここでは、冷却塔から取り出された冷却水を浄化して再び冷却塔へ戻す浄化装置にあって、冷却水の一部を通す濾過装置と、濾過水にオゾンを注入するオゾン発生装置と、冷却水の残部を処理する磁気式水処理装置とを具えた構成が開示されている。
【0008】
また、水循環系において特にレジオネラ菌の繁殖などの生物障害を除去するべくオゾン注入を行う提案もなされている。
【0009】
例えば、特許文献2には、経済的かつ確実に生物障害を防止するために、冷却水を冷却塔と熱交換器からなる閉回路で循環させる冷却水系の循環水路に、高濃度のオゾンを間歇的に注入する冷却水系生物障害防止方法が開示されている。そして、同文献には、オゾン注入間隔および時間が、それぞれ1日に2回以下および5分以下であり、注入時間中の冷却水系中の冷却水中の溶存オゾン濃度の平均値が約0.1mg/リットル以上、望ましくは0.2mg/リットルであることが記載されている。
【0010】
また、特許文献3には、冷却塔に対する取水管系および上下部戻し管系、オゾン供給系、および電磁弁等を備え、取水管系にオゾンを供給して電磁弁の切換によりオゾン水を上下部戻し系に一定の時間間隔で交互に供給し、それぞれにおいて残留オゾンが存在するようにすることにより、レジオネラ菌をほぼ完全に殺菌する構成が開示されている。そしてここでは、取水管の分岐水中に2〜3ppm(2〜3mg/リットル)の溶存オゾンが残留するようにするとともに、冷却塔貯水槽内でも10〜40ppb(0.01〜0.04mg/リットル)の溶存オゾンを残存させることが記載されている。
【0011】
【特許文献1】
特開平1−262987号公報
【0012】
【特許文献2】
特開平11−33558号公報
【0013】
【特許文献3】
特開平11−347563号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1においては、具体的にどの程度の量のオゾンを注入すれば足りるか等については開示されていない。また、特許文献2および特許文献3においては、専ら冷却塔内におけるレジオネラ菌の増殖などの生物障害の除去を目的としたもので、そのためのオゾンの注入条件や濃度の規定はあるが、スケール,スカム,スライム等の除去や再付着防止等についての考察はない。
【0015】
一方で、それらをも除去すべく無条件に大量のオゾンを注入することは、その激しい酸化力が本来の除去対象だけでなく、水と接触する機器や配管系にも作用してこれらを損耗させる恐れがある。また、法定の残留オゾン濃度規準も勘案すべきである。
【0016】
また、従来は、特許文献2および3からも示唆されるように、所望の残留オゾン濃度を得るために比較的多量のオゾンが注入されており、これに伴ってオゾン発生器も大容量のものが必要となるなど、注入量に対する溶存量の効率が低いものであった。さらに、冷却塔はほとんどの場合屋外に設置され、特に夏季は極めて高温の環境下に曝され、その能力が低下する恐れがあるので、所期の能力を維持するためには一層大容量のものが必要となることが考えられる。例えば特許文献2では、5分間で平均2〜5g/m3(1分間当りと考えられる)のオゾンを注入することで所望の溶存オゾン濃度(約0.1mg/リットル以上、望ましくは0.2mg/リットルとされている)を得ているのである。
【0017】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもので、冷却水循環系におけるスケール,スカム,スライム等を速やかに除去し、さらにその再付着を防止して循環系全体を良好な状態に保つことのできる構成を提供することを目的とする。
【0018】
本発明の他の目的は、構成簡単で、小型かつ廉価にしてランニングコストも低廉な構成を提供することにある。
【0019】
また、本発明のさらに他の目的は、循環系全体を良好な状態に保つに必要十分な量のオゾンを循環水中に溶存させることのできる構成を提供することにある。
【0020】
本発明のさらなる目的は、磁気水の適用とも相俟って効果的な冷却水循環系の浄化を可能とすることにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、冷却塔を用いる空気調和用冷却水循環系の浄化装置において、
前記冷却塔の貯水槽内に設置されて水を吸込み、前記貯水槽内に水を圧送するための水中ポンプと、
オゾン発生器と、
前記水中ポンプの吸い込み側に直接接続され、前記オゾン発生器が発生するオゾンガスを供給するオゾン導入部材と、
前記水中ポンプの圧送側配管に接続された磁気活水器と、
該磁気活水器を通過した水を直接、前記貯水槽に貯留された水中に導出する導出部材と、
を具え、
前記水中ポンプは、前記空気調和用冷却水循環系の循環水量の2〜6%の送水量を有し、2m/秒以上の流速をもって水が前記磁気活水器を通過するよう圧送を行い、
前記送水量に対して、前記オゾン発生器は0.7〜1g/m3の溶存濃度が得られる量のオゾンガスを発生し、
前記磁気活水器は通過する水の流管中心軸に対して磁束密度0.8テスラ以上の磁場を集中するものである
ことを特徴とする。
【0025】
ここで、前記ポンプの圧送側配管を流れる水中の溶存オゾン濃度を検出する検出手段と、当該検出された値を設定値と比較する比較手段と、当該比較の結果に基づいて前記ポンプの吸い込み側に供給されるオゾンガスの量を調整させる制御手段と、前記オゾン発生器の運転時間を、前記ポンプの運転時間内において設定する手段と、をさらに具えることができる。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【0029】
(浄化装置の構成)
図1(a)、(b)および(c)は、それぞれ、本発明の第1の実施形態による水循環系浄化装置を模式的に示す側断面図、平断面図および冷却塔貯水槽下部の正断面図である。
【0030】
ここで、1は冷却水循環系を構成する冷却塔本体である。その内部には、水の空気との接触面積が大となるよう形状等が定められた充填材3が配置され、この充填材3に対し、熱交換器(不図示)から戻し管7を介して戻る循環水が上方から散水される。充填材3を経て落下する水は貯水槽9に貯留され、その下部に配された送出管11を介して熱交換器に向け送出される。また、5は充填材3を通過する水の気化を促進して冷却するよう、冷却塔本体1の内部を換気するファンである。なお、図には示されていないが、冷却塔からの蒸発により失われた水を補充するための手段が付加される。また、貯水槽9には貯留される水に浸漬された状態で電導率を検出するためのセンサが設けられるとともに、電導率が所定値となったとき、すなわち循環水の不純物濃度が高くなったときに貯留水をブローする一方、それに見合う新鮮水を補充するための手段が付加される。
【0031】
符号20で示すものは本実施形態の主要部をなす循環系浄化装置であり、概して、少なくとも吸い込み側が貯留水中に浸漬された状態で貯水槽9に配置される水中ポンプ21と、その吐き出し側に連続して配設された磁気活水器23と、磁気活水器23を通過した水を貯留水中に導くべく少なくともその導出口25Aが貯留水中に浸漬される配管部25と、冷却塔本体1の外部に設置されたオゾン発生器27と、当該オゾンをポンプ21の吸い込み側に直接供給するためのオゾン供給配管29とを有している。
【0032】
以上の構成において、貯水槽9に貯留された水は水中ポンプ21に吸い込まれる一方、オゾン発生器27が発生したオゾンガスはオゾン供給配管29を介してポンプ21の吸い込み側に直接注入される。注入されたオゾンガスはポンプの圧縮段にて細かい気泡に分裂して水中に分散し、ポンプ吐出側の圧力によりヘンリーの法則に従って圧縮水中に効率よく溶解する。水中ポンプ21から吐き出された水は、複数の磁石を組み合わせて強力な磁場を形成する磁気活水器23を通過して活性化される。ここで、磁気処理された水は未処理のもの比して表面張力が小さく、溶解したオゾンも偏りなく均一に分散できる。
【0033】
このようにオゾンが均一に溶存した磁気水は、配管部25を介し、外気に触れることなく導出口25Aから貯水槽9に貯留された水の中に還流する。すなわち本実施形態では、還流水が外気に触れることのないよう、導出口25A部分が貯留水中に位置するようになし、溶解したオゾンが空気中に散逸するのを防止している。また、導出口25Aの開口部の形状や吐出の向きを適切に設計することで、還流水が貯留水中に効率よく拡散してゆくような流れが生じるようにすることも有効である。貯留水は冷却塔下部に配された送出管11を介して熱交換器に向け送出され、さらに熱交換器から戻し管7を介して冷却塔1内に循環してくる。そして、この循環水が上方から散水され、充填材3を経て貯水槽9に貯留されるのである。
【0034】
従って、磁気水およびオゾンを含んだ冷却水は、このような循環の過程で、レジオネラ菌などの生物障害は勿論のこと、スケール,スカム,スライム等を除去し、さらにその再付着を防止して循環系全体を清浄な状態に保つことができる。
【0035】
また、本実施形態では、オゾン発生器27が発生したオゾンガスをポンプ21の吸い込み側に直接注入するようになし、ポンプの圧縮段にて細かい気泡に分裂させるとともに、ポンプ吐出側の圧力により、ヘンリーの法則に従って圧縮水中にオゾンが溶解するようにした。これにより、エジェクタ等の特別な部材を設けることなくオゾン注入が可能となるとともに、注入されたオゾンは効率よく溶解するので、所望の溶存量を得るためのオゾン注入量が少なくて済み、オゾン発生器としても容量の小なるものを用いれば足りることになる。
【0036】
ここで、循環水量に対してオゾン注入量を規定した場合には、過剰な濃度のオゾンが溶存し、本来の除去対象だけでなく、水と接触する機器や配管系にも作用してこれらを損耗させる恐れがある。そこで本実施形態では、冷却塔を含む循環系の循環水量(m3/時)に対して適切な比率の水量に対し、適切な量のオゾンを注入する。本発明者の実験によれば、循環水量の2〜6%程度の水量に対し0.7〜1g/m3の溶存濃度が得られる量のオゾンを注入すれば、所期の目的を達成できることがわかり、当該水量(送水量)を得ることのできる水中ポンプを採用した。さらに、ヘンリーの法則に従ってオゾンを効率よく溶解させるために、また磁気活水器を通過させる際の適切な流速を得るために、揚程40〜60mの能力を有するものとすればよいことがわかった。例えば、冷却水循環系の循環水量62.4m3/時の5.8%である送水量3.6m3/時、揚程42mの水中ポンプに対し、オゾンガスを3g/時でその吸い込み側に直接供給すればよい。また、この量であれば、ポンプの吸い込み側に直接オゾンガスを注入しても、キャビテーションなどが発生せず、良好な状態でポンプを作動させることができる。
【0037】
これらを可とするオゾン発生器27としては、例えば空気圧縮段(エアコンプレッサ)と、これにより圧縮された空気から窒素ガス成分等を除去して酸素ガスを発生する酸素ガス発生段と、当該酸素ガスから無声放電方式によりオゾンを生成するオゾン生成段とを有し、例えば3g/時のオゾンを生成するのに、36リットル/時の酸素を要するのみで足りるものを選定することができる。
【0038】
一方、磁気活水器23としては、永久磁石を利用して磁気回路を磁気活水器本体内に形成し、水中ポンプ21が圧送する水が通過する際、水の流管中心軸に対して垂直に磁束密度0.8〜1.4T(テスラ)の磁場を作用でき、かつ本体外部への磁束漏洩を防止できるものを選定するのが好ましい。また、水中ポンプ21として2m/秒以上の流速をもって磁気活水器23の本体内を通過するよう圧送を行うものとするのが好ましい。
【0039】
以上の構成によれば、薬剤を要することなく冷却水循環系におけるスケール,スカム,スライム等を速やかに除去し、さらにその再付着を防止して循環系全体を良好な状態に保つことのできるようになる。またこれにより、薬剤成分の大気への拡散や、薬剤成分の濃縮に伴うブロー回数ないし水量の増加を抑制することができる。さらに、従来の如く複雑かつ大型の構成を要さずに浄化装置を構成でき、しかも比較的小量のオゾンガスを注入して効率良く溶解させることができるので、オゾン発生器として小容量のものを選定でき、またランニングコストも低く抑えることができる。
【0040】
また、本実施形態は冷却塔の貯水槽中に水中ポンプを設置する形態としたので、設置工事などを簡略化できるため、導入コスト等の面で有利である。
【0041】
なお、水中ポンプは、図1の例では冷却塔1の貯水槽9に横置きした(軸方向を水平にした)状態で用いているが、貯水槽の深さないし想定される水深によっては、縦置きした(軸方向を鉛直方向に合わせた)状態で用いることもできる。むしろ、一般にその状態での使用のみを可とするものが多いため、そのような水中ポンプを用いる方が価格上有利である。
【0042】
図2はそのような水中ポンプ121を用いて冷却塔貯水槽に配置される浄化装置の主要部を示すもので、ストレーナ部分121Aから導入される水がポンプ121により圧送され、磁気活水器3を介して配管部125の導出口125Aから貯留水中に導出されるものである。この例でも、オゾン発生器が発生したオゾンガスは、配管29を介して水中ポンプ121の吸い込み側に直接供給される。
【0043】
また、この例でも、導出口125Aが確実に貯留水中に位置するように構成されるべきであることは勿論であり、図示の例では予測される貯留水の最低水位にほぼ一致して導出口側配管125が水平に延在し、導出口125Aが下方に向かって開口するようにすることで、空気に触れることなく水がそのまま貯留水中に流れ込んで行く構成となっている。しかし、貯水槽の大きさ、形状、その内部に配される他の機器との関連において、導出口側配管の形状等を適宜定め得るのは言うまでもない。
【0044】
(制御系の構成例および運転条件)
図3は以上の構成に適用可能な制御系の構成例を示すブロック図である。ここで、201はポンプ21(または121)の導出側配管25(または125)、もしくはこれから分岐させて設けた分岐管を流れる水中の溶存オゾン濃度を測定して電気信号に変換し検出する検出部であり、磁気活水器23の上流側に設けられたもので下流側に設けられたものでもよい。203は当該検出された溶存オゾン濃度信号を設定値(上記循環水量の2〜6%程度の水量に対する0.7〜1g/m3の溶存オゾン濃度に対応した値)と比較する比較部である。205は当該比較結果に基づいて溶存オゾン濃度の過不足量を判定し、この判定結果に基づいてオゾン発生器本体207によるオゾン発生量を調整させるコントローラである。また、コントローラ205は、タイマ209の計時情報に基づいて、後述の如くポンプ21(または121)およびオゾン発生器本体207の発停を制御する。
【0045】
オゾン発生器本体207による調整の態様としては、空気圧縮段による圧縮空気供給量を調整するもの、酸素ガス発生段による酸素発生量を調整するもの、またはオゾン生成段によるオゾン生成量を調整するものなど、ポンプ吸い込み側に供給するオゾンガスの量を溶存オゾン濃度の過不足量に応じて適切に調整できるものであれば適宜のものであってよい。
【0046】
なお、検出された溶存オゾン濃度の比較対象となる設定値は、コントローラ205側から可変設定できるようにしてもよい。また、各部203、205および209は、オゾン発生器本体207と一体に組み込まれることでオゾン発生器27を構成するものでもよい。さらに、これら各部は、電気または電子回路を用いてハードウェアにより構成されたものでも、所定の機能をソフトウェアにより実現するものでもよい。
【0047】
ところで、オゾンは、その激しい酸化作用により、冷却水循環系におけるスケール,スカム,スライムおよび生物障害等を速やかに除去することのできる効果がある。しかし一方では、オゾンを注入し続けると、その激しい酸化力が本来の除去対象だけでなく、水と接触する機器や配管系にも作用してこれらを損耗させる恐れがある。
【0048】
また、磁気水は、スケール等ミネラル成分の析出物の付着防止およびスライムの剥離除去に効果的で、赤錆の成長を止めて防食皮膜を作り、また微生物の増殖を抑制する静菌作用がある。本出願人の実験によると、循環水量約175m3/時の冷却水循環系に対しモリオキ産業株式会社が提供するWMS−65Aを導入したところ、約2ヶ月にて冷却塔充填材からのスケール剥離が始まったことが確認されている。しかし、オゾンに比べれば即効性が劣ることは否めないものである。
【0049】
本発明者は、オゾンを使用することで冷却水循環系を速やかに浄化することができ、その後は磁気水のみを用いることで冷却水循環系を長く、良好な状態に維持できるとの知見を得た。つまり、オゾンはいわば劇薬であり、効果が顕在化してくればその使用を控え、また必要になったときに適宜注入するのがよいと考えた。これはランニングコストを低減し、また循環系構成部材に負担をかけない観点からも好ましいのである。
【0050】
さらに、冷却水循環系の運転状態は適用される建物の目的に応じて様々であり、また冷却水循環系の汚染の状態も千差万別であることにも顧慮すれば、オゾンの注入は適宜設定できることが望ましい。
【0051】
図4は本発明冷却水循環系の浄化装置の運転条件を説明するためのタイミングチャートである。
【0052】
ここで、dは1日(24時間)の長さを示し、図の上段は冷却水循環系の運転時間を、中段は浄化装置を構成するポンプの運転時間を、下段はオゾン発生器の運転時間をそれぞれ示している。
【0053】
この図に示すように、冷却水循環系の運転時間に合わせてポンプの運転時間が定められ、磁気水はその運転時間中に絶えず供給される。これに対し、浄化装置導入の初期では、オゾン発生器は冷却水循環系の運転時間(ポンプの運転時間)中に連続運転されてオゾンを供給するが、効果が顕在化してきた場合にはその運転が行われず、また必要に応じて適宜(例えば1日の冷却水循環系の運転時間中、断続的に)運転されるように運転条件を定めることができる。
【0054】
このように運転条件を定めるためには、ポンプ21(または121)およびオゾン発生器27ないしオゾン発生器本体207がタイマ209の計時情報に基づいて発停できるようにすればよい。また、例えば休祭日には冷却水循環系が停止するのであれば、さらにカレンダ機能付きのタイマを用いればよい。逆に、冷却水循環系が全く停止しない場合には、オゾン発生器にのみタイマを付加することもできる。さらに、ポンプに関しては、冷却水循環系の運転時間と連動する構成としてもよいのである。
【0055】
なお、何らかの原因によりポンプに水が導入されなくなる程度まで貯水槽中の水位が下がる事態を想定して、所定水位以下となったときにポンプの運転を強制的に停止する手段を付加することも好ましいことである。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薬剤を要することなく冷却水循環系におけるスケール,スカム,スライム等を速やかに除去し、さらにその再付着を防止して循環系全体を良好な状態に保つことのできるようになる。またこれにより、薬剤成分の大気への拡散や、薬剤成分の濃縮に伴うブロー回数ないし水量の増加を抑制することができる。さらに、従来の如く複雑かつ大型の構成を要さずに浄化装置を構成でき、しかも比較的小量のオゾンガスを注入して効率良く溶解させることができるので、オゾン発生器として小容量のものを選定でき、またランニングコストも低く抑えることができる。また、磁気水の適用とも相俟って効果的な冷却水循環系の浄化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)および(c)は、それぞれ、本発明の第1の実施形態による水循環系浄化装置を模式的に示す側断面図、平断面図および冷却塔貯水槽下部の正断面図である。
【図2】図1の構成の変形例に係る浄化装置の主要部を示す模式図である。
【図3】図1または図2の浄化装置の構成に適用可能な制御系の構成例を示すブロック図である。
【図4】本発明冷却水循環系の浄化装置の運転条件を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 冷却塔本体
3 充填材
7 戻し管
9 貯水槽
11 送出管
5 ファン
20 循環系浄化装置
21,121 水中ポンプ
23 磁気活水器
25、125 配管部
25A、125A 導出口
27 オゾン発生器
29 オゾン供給配管
201 溶存オゾン濃度検出部
203 比較部
205 コントローラ
207 オゾン発生器本体
209 タイマ
Claims (2)
- 冷却塔を用いる空気調和用冷却水循環系の浄化装置において、
前記冷却塔の貯水槽内に設置されて水を吸込み、前記貯水槽内に水を圧送するための水中ポンプと、
オゾン発生器と、
前記水中ポンプの吸い込み側に直接接続され、前記オゾン発生器が発生するオゾンガスを供給するオゾン導入部材と、
前記水中ポンプの圧送側配管に接続された磁気活水器と、
該磁気活水器を通過した水を直接、前記貯水槽に貯留された水中に導出する導出部材と、
を具え、
前記水中ポンプは、前記空気調和用冷却水循環系の循環水量の2〜6%の送水量を有し、2m/秒以上の流速をもって水が前記磁気活水器を通過するよう圧送を行い、
前記送水量に対して、前記オゾン発生器は0.7〜1g/m3の溶存濃度が得られる量のオゾンガスを発生し、
前記磁気活水器は通過する水の流管中心軸に対して磁束密度0.8テスラ以上の磁場を集中するものである
ことを特徴とする空気調和用冷却水循環系の浄化装置。 - 前記ポンプの圧送側配管を流れる水中の溶存オゾン濃度を検出する検出手段と、当該検出された値を設定値と比較する比較手段と、当該比較の結果に基づいて前記ポンプの吸い込み側に供給されるオゾンガスの量を調整させる制御手段と、前記オゾン発生器の運転時間を、前記ポンプの運転時間内において設定する手段と、をさらに具えたことを特徴とする請求項1に記載の空気調和用冷却水循環系の浄化装置。
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