JP5935741B2 - 開放循環冷却設備 - Google Patents

Description

本発明は、開放循環冷却設備の稼動を検出するための設備稼働検出装置と、この設備稼働検出装置を備えた開放循環冷却設備とに関する。

産業用・空調用等の開放循環冷却水系では、冷凍機等の熱交換器で熱交換により温度が上昇した水を冷却塔で蒸発させ、蒸発潜熱によって冷却して循環使用する。

図５は開放循環冷却設備のフローを示したものである。冷却塔３１の散水器３２からは充填材３３に冷却水（循環戻水）が散水され、ファン３５の駆動による取入れ外気と気液接触して冷却され、ピット（下部水槽）３４に溜まる。ピット３４内の冷却水は循環ポンプ４０、循環往管４１及び循環戻管４３によって冷凍機４２に循環供給される。

冷却塔３１における蒸発量及び飛沫の飛散損失量並びにブローライン３７のブロー弁３８からのブロー水量に見合う量の新たな水を補給水配管３９及びボールタップ３９ａから補給する。ピット３４内の水位がボールタップ３９ａの開栓レベルよりも低くなるとボールタップ３９ａが開栓して補給水がピット３４に供給される。ピット３４内の水位が該開栓レベル以上になると、ボールタップ３９ａが閉栓する。なお、ブロー弁３８は、冷却水系の水質が劣化した際に開弁し、ブローが行われる。

冷却水による配管や機器類の防食その他の目的で、冷却塔３１に戻る冷却水の循環戻管４３に設けられた薬注装置４４によって水処理薬剤が薬注される。ただし、薬注位置はこれに限定されない。

開放循環冷却水系は、水を循環利用しているため、蒸発による水の濃縮が生じ、腐食障害・スケール障害・スライム障害が発生しやすい。これらの障害を防止するために、開放循環冷却水系の冷却水には、種々の水処理薬剤が添加されている。このような薬剤の例としては、腐食防止を目的とした各種リン酸塩、スケール防止を目的とした各種水溶性ポリマー、スライム付着防止を目的とした各種殺菌剤を挙げることができる。

これらの薬剤は、常時一定濃度以上を維持しなければ十分な効果を発揮しない。一方、過剰注入は経済的に無駄であると共に、弊害をもたらすこともある。従って、薬剤を使用する場合は、使用目的が最も効果的かつ経済的に達成されるように、冷却水中の薬剤濃度を管理することが望ましい。

特許文献１には、水処理薬剤の合計添加量を薬注装置の流量計計測値から求め、冷却水の濃縮倍数を補給水の電気伝導度と循環冷却水の電気伝導度から求め、冷却水の蒸発水量を冷凍機の冷凍能力、冷凍機の運転負荷および運転時間から求め、補給水量を上記濃縮倍数と上記蒸発水量とから求め、これらの値から冷却水中の水処理薬剤濃度を演算し、維持管理目標濃度範囲内となるように水処理薬剤の注入量を制御することが記載されている。

特許文献２には、開放循環冷却設備の薬注制御装置の駆動電源を太陽電池とすることが記載されている。このように薬注制御装置の駆動電源を太陽電池とすることにより、既存の冷却塔に対して特別な電気的配線工事を行うことなく薬注装置を設置することができる（特許文献２の０００７段落）。

特開平１１−２１１３８６ 特開平６−３１７３９３

開放式循環冷却水系に水処理薬品を注入する際、対象とする冷凍機等の設備が稼動していることを検知し、設備が稼動している時だけ薬注する方法が一般的である。しかし、太陽光発電を利用した薬注装置において無電力または極少電力で設備の稼動を検知する事は困難であった。このため、太陽電池を駆動電源とした薬注装置では、開放循環冷却設備が稼動していなくても、常時タイマーによる間欠運転により薬注を行うようにしており、水系の薬品濃度にばらつきが生じることがあった。

開放循環冷却設備の稼動検出には、冷却水ポンプの稼動を検出するのが確実であるが、冷却水ポンプの制御盤は冷却塔から離れた位置に設置されることが多く、この制御盤から冷却塔近傍の薬注装置までの配線長さが長くなり、コスト高となる。また、制御盤内の配線接続作業が必要となり、電気工事士などの有資格者が作業することが必要となる。

また、冷却水系における水処理管理では、水系の水処理薬品濃度を一定の範囲に保つように薬注管理及び冷却水の濃縮管理を行うことが重要である。一般に、濃縮管理は電気導電率を測定し制御されているが、そのためには十分な電力が必要であり、太陽光発電でまかなうことは難しい。そのため、太陽光発電を利用した薬注を行っている設備においては、連続的に補給水を注入したり、連続的に一定量の冷却水を排水し濃縮管理を行っており、補給水量の無駄が多くなることがあった。

本発明は、開放循環冷却設備の稼動検出を無電力にて的確に行うことができる設備稼働検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、この設備稼働検出装置を用いて薬注制御や濃縮管理を行う開放循環冷却設備を提供することを目的とする。

第１発明の開放循環冷却設備の設備稼働検出装置は、開放循環冷却設備の冷却塔内に配置されるか又は差し込まれて冷却塔内の散水を集水する集水部と、該集水部から水が導入される貯留槽と、該貯留槽に設けられた排水口と、該貯留槽に設けられた、該貯留槽内の水位を検出する水位検出装置とを備えてなるものである。

水位検出装置としてはフロート式水位センサが好適である。

第１発明の一態様では、前記貯留槽内が仕切部材によって第１室と第２室とに区画されており、前記集水部からの水を該第１室に導入するように構成されており、前記水位検出装置は該第１室に設置されており、該仕切部材の少なくとも下部に、該第１室内の水を該第２室に流出させるための連通部が設けられており、該第２室に前記排水口が設けられている。

第１発明では、前記貯留槽への導入水量を調節するための導入水量調節手段を設けることが好ましい。

前記貯留槽の排水口から排出する水の少なくとも一部を前記冷却塔外に排出する排出手段を設けてもよい。また、この排出手段によって排出される水量を調節する排出水量調節手段を設けてもよい。

この排出手段を有した設備稼働検出装置は、冷却塔内の水位が規定水位よりも低くなると開弁して補給水を冷却塔内に供給するボールタップを備えている開放循環冷却設備に設けるのに好適である。

このボールタップを備えた開放循環冷却設備では、貯留槽から冷却塔外に水が排出されると、冷却塔内の水位が低下し、ボールタップが開栓して補給水が冷却塔内に供給される。この冷却塔外への排出水量を調節することにより、冷却塔への補給水供給量が調節されるので、冷却水の濃縮管理を行うことができる。

第２発明の開放循環冷却設備は、冷却塔を有する開放循環冷却設備であって、冷却水に対し薬剤を添加する薬注手段を備えた開放循環冷却設備において、第１発明の設備稼働検出装置と、該設備稼働検出装置の前記水位検出装置の検出水位が所定以上であるときに該薬注手段を作動させる薬注制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

この薬注制御手段は太陽電池によって駆動されるものであってもよい。

第３発明の開放循環冷却設備は、冷却塔内の水位が規定水位よりも低くなると開弁して補給水を冷却塔内に供給するボールタップを備えている開放循環冷却設備に、上記の排出手段を有した設備稼働検出装置を設けたものである。

開放循環冷却設備が稼動しているときには、冷却塔内で水が散水され、充填材を伝わって流れ落ちる。

第１発明の設備稼働検出装置では、開放循環冷却設備が稼動していると、この冷却塔内の落下水が集水部で集水され、貯留槽に導入され、貯留槽内に水が溜まる。この貯留槽内の水位を水位検出装置で検出するので、水位検出装置の検出水位に基づいて開放循環冷却設備の稼動、停止を判断することができる。水位検出装置としては、フロート式水位センサなど無電力のものを用いることができるので、太陽電池を駆動電源とする薬注制御装置や濃縮管理装置において太陽電池や蓄電池を徒に大容量とすることが不要となる。

第１発明の一態様では、集水部で集水された水が貯留槽の第１室に導入される。この第１室と第２室とを仕切る仕切部材の少なくとも下部に設けた連通部を介して第１室内の水が第２室内に流出する。この連通部の開口面積を選定することにより、第１室内に水を貯めることができる。

集水部から貯留槽の第１室に導入される流入水量を調節することにより、第１室内の貯留水高さを調節することができる。

また、貯留槽から流出する水の少なくとも一部を冷却塔外に排出する第３発明の開放循環冷却設備の場合には、この流入水量や、冷却塔外への排出量を調節することによって、系外への排水量を調節し、冷却塔からのブロー水量を調節して冷却水の濃縮管理を行うことができる。

第２発明の開放循環冷却設備は、稼動しているときには設備稼働検出装置の貯留槽内の水位が所定以上となり、薬注が行われる。開放循環冷却設備が稼動していないときには、貯留槽内の水位が低下し、薬注が行われないようになる。

第２発明は、薬注制御手段が太陽電池を駆動電源とする場合に好適である。

実施の形態に係る設備稼働検出装置を備えた冷却塔の縦断面図である。 貯留槽の斜視図である。 集水器の斜視図である。 別の集水器の斜視図である。 開放循環冷却設備の系統図である。

以下、図１〜３を参照して第１の実施の形態について説明する。図１の通り、冷却塔１内に充填材２が配置されている。循環戻管３を流れてきた熱交換器（図示略）からの戻り水が散水器４から該充填材２に散水される。充填材２を伝わり落ちた水（冷水）はピット５に溜まり、循環往管６及びポンプ７により熱交換器に送水される。

冷却塔１には、末端にボールタップ８を備えた補給水配管９を介して補給水が供給可能とされている。ピット５内の水位が規定レベルよりも低くなるとボールタップ８が開栓して補給水がピット５内に供給される。ピット５内の水位が該規定レベル以上にまで上昇すると、ボールタップ８が閉栓して補給水供給が停止する。

循環戻管３に薬注装置１４が設けられ、腐食防止剤、スケール防止剤、スライム抑制剤などの薬剤が添加可能とされている。この薬注装置１４は、貯留槽１３の水位検出装置２４が所定以上の水位を検出しているときに作動するよう構成されている。

この充填材２に集水部としての樋状の集水器１０（図３）が差し込まれている。集水器１０の一端側のホース接続口１０ａにホース状の流入管１１が接続されている。充填材２間を落下する水の一部がこの集水器１０で集水され、ホース状の流入管１１、流量調節バルブ１２を介して貯留槽１３に導入される。

貯留槽１３内は仕切板２０によって第１室２１と第２室２２とに区画されており、第１室２１に導入口２３が設けられている。この導入口２３に流量調節バルブ１２が取り付けられている。

第１室２１に水位検出装置２４としてフロート式水位センサが設置されている。フロート式水位センサとしては、水位上昇に伴ってフロートが上昇すると接点が閉じるタイプのものなどを用いることができる。

仕切板２０の下部に連通部としての小孔２５が設けられており、第１室２１内の水が該小孔２５を介して第２室２２に流入する。第２室２２の底部には排水口２６が設けられており、排水管２７が該排水口２６に接続されている。この排水管２７に流量調節バルブ２８が設けられている。排水管２７の該流量調節バルブ２８よりも上流側からは返送配管２９が分岐しており、排水の一部をピット５へ返送可能としている。

このように構成された設備稼働検出装置を有する開放循環冷却設備が稼動状態にあるときには、開放循環冷却設備の制御システムからの指令信号に基づいてポンプ７が作動していると共に、冷却塔１のファン１５が回転している。ポンプ７を介して熱交換器に送水された水は、循環戻管３を介して戻り、散水器４から充填材２に散水され、充填材２を伝わり落ち、一部の水が蒸発し、蒸発潜熱により冷却されてピット５に落下する。

充填材２を伝わって流れ落ちる水の一部が集水器１０で集水され、貯留槽１３の第１室２１に導入され、第１室２１の水位が上昇する。第１室２１内の水位が所定水位以上になると、水位検出装置２４が水位上昇を検出し、この検出信号が薬注装置１４の制御装置（図示略）に伝達され、該制御装置が薬注装置１４に動作信号を出力する。これにより、薬注装置１４から薬注が行われる。この制御装置は太陽電池を駆動電源としている。薬注装置１４も太陽電池を駆動電源とすることが好ましい。

貯留槽１３の第１室２１内の水は小孔２５を介して第２室２２に流出する。第１室２１への流入水量が小孔２５からの流出水量よりも多くなるように流量調節バルブ１２や小孔２５の口径を調節する。開放循環冷却設備の稼動が継続すると、第１室２１内の水位が仕切板２０の上端にまで達し、第１室２１内の水が仕切板２０をオーバーフローして第２室に流入する。

第２室２２内の水は、排水管２７から流出し、その一部は流量調節バルブ２８を介して系外（冷却塔１外）に排出され、残部は配管２９を介してピット５へ返送される。流量調節バルブ２８から系外に排出される水量と、冷却塔１からの蒸発及び飛散損失量との合計水量に見合う量の補給水がボールタップ８からピット５に導入される。

開放循環冷却設備の稼動が停止すると、集水器１０からの水の流入が停止するので、第１室２１内の水位が低下し、水位検出装置２４が水位不検知となり、薬注装置１４が停止する。この実施の形態では、フロート式水位センサよりなる水位検出装置２４によって第１室２１内の水位を検出し、この検出結果に基づいて開放循環冷却設備の稼動を検出し、薬注装置１４を作動させるようにしている。フロート式水位センサは無電力なので、水位検出センサ２４や、さらには薬注装置１４及びその制御装置を太陽電池を駆動電源としたものとすることができる。

この実施の形態では、集水器１０からの水の流入管１１に流量調節バルブ１２を設けているので、第１室２１への流入水量を調節することができる。

この実施の形態では、排水管２７に流量調節バルブ２８を設けているので、系外に排出する水量を調節することができる。この流量調節バルブ２８を介して系外に排出される水はブロー水であるので、流量調節バルブ２８によってブロー水量が調節されることになる。なお、開放循環冷却設備が稼動していないときには、集水器１０は集水しないので、ブローは行われない。

この実施の形態では、排水管２７から水の一部をピット５に戻すようにしているので、過度に多くの水をブローすることが防止される。なお、第１室２１の容積と、小孔２５の開口面積と、流入管１１の流量調節バルブ１２の開度を、第１室への導入水量が適切なブロー水量程度の水量となり且つ第１室に適正量の水が溜って水位検出可能となるように構成した場合には、排出側の流量調節バルブ２８や、返送用の配管２９は省略されてもよい。

この実施の形態では、仕切板２０は小孔２５のみを備えているが、仕切板２０の上縁にＶ字形切込よりなるオーバーフロー部を設けてもよい。

図３では樋状の集水器１０を示しているが、冷却塔１が集水器１０を差し込むための隙間を有しないタイプのものであるとき等には、図４に示す漏斗状の集水器５０を用いる。

この集水器５０はテーパ部５１の下端に垂下管５２を介して流量調節バルブ５３を設けたものであり、流量調節バルブ５３の流出口５４に前記流入管１１の上流端が接続される。テーパ部５１の上部にはオーバーフロー部５５が設けられている。この集水器５０は、上部に設けた小孔５６に通した針金などによって充填材２に吊り下げるように取り付けられる。

図４の場合には、流量調節バルブ５３によっても貯留槽１３への流入水量調節を行うことができる。ただし、流量調節バルブ５３は省略されてもよい。

貯留槽１３への流入水量を多くする必要があるときには、冷却塔１内に２個以上の集水器１０又は５０を設置し、各々に連なる流入管を途中で１本の合流流入管に接続して貯留槽１３に水を流入させるようにすればよい。

上記の貯留槽１３は、冷却塔１に対し、取付部材を介して取り付けてもよく、冷却塔１の近傍に別個に設置してもよい。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。

１ 冷却塔
２ 充填材
４ 散水器
１０，５０ 集水器
１２，２８，５３ 流量調節バルブ
１３ 貯留槽
２０ 仕切板
２１ 第１室
２２ 第２室
２４ 水位検出装置

Claims (8)

1. 冷却塔を有する開放循環冷却設備であって、冷却水に対し薬剤を添加する薬注手段を備えた開放循環冷却設備において、
   前記冷却塔内に配置されるか又は差し込まれて冷却塔内の散水を集水する集水部、該集水部から水が導入される貯留槽、該貯留槽に設けられた排水口、及び該貯留槽に設けられた、該貯留槽内の水位を検出する水位検出装置を備えてなる設備稼働検出装置と、
   該設備稼働検出装置の前記水位検出装置の検出水位が所定以上であるときに該薬注手段を作動させる薬注制御手段と
   を備えたことを特徴とする開放循環冷却設備。
2. 請求項１において、該水位検出装置はフロート式水位センサであることを特徴とする開放循環冷却設備。
3. 請求項１又は２において、前記貯留槽内が仕切部材によって第１室と第２室とに区画されており、
   前記集水部からの水を該第１室に導入するように構成されており、
   前記水位検出装置は該第１室に設置されており、
   該仕切部材の少なくとも下部に、該第１室内の水を該第２室に流出させるための連通部が設けられており、
   該第２室に前記排水口が設けられていることを特徴とする開放循環冷却設備。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記貯留槽への導入水量を調節するための導入水量調節手段が設けられていることを特徴とする開放循環冷却設備。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記排水口から排出する水の少なくとも一部を前記冷却塔外に排出する排出手段が設けられていることを特徴とする開放循環冷却設備。
6. 請求項５において、前記排出手段によって排出される水量を調節する排出水量調節手段を備えたことを特徴とする開放循環冷却設備。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記薬注制御手段は太陽電池によって駆動されるものであることを特徴とする開放循環冷却設備。
8. 冷却塔を有する開放循環冷却設備であって、該冷却塔は、冷却塔内の水位が規定水位よりも低くなると開弁して補給水を冷却塔内に供給するボールタップを備えている開放循環冷却設備において、
   該冷却塔に設備稼働検出装置が設けられており、該設備稼働検出装置は、
   該冷却塔内に配置されるか又は差し込まれて冷却塔内の散水を集水する集水部と、
   該集水部から水が導入される貯留槽と、
   該貯留槽に設けられた排水口と、
   該貯留槽に設けられた、該貯留槽内の水位を検出する水位検出装置と
   を備え、
   前記貯留槽内が仕切部材によって第１室と第２室とに区画されており、
   前記集水部からの水を該第１室に導入するように構成されており、
   前記水位検出装置は該第１室に設置されており、
   該仕切部材の少なくとも下部に、該第１室内の水を該第２室に流出させるための連通部が設けられており、
   該第２室に前記排水口が設けられており、
   前記排水口から排出する水の少なくとも一部を前記冷却塔外に排出する排出手段が設けられていることを特徴とする開放循環冷却設備。

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