JP6792238B2 - 薬液注入装置および薬液注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、薬液注入装置および薬液注入方法に関し、詳しくは、産業機器、空調設備等を冷却する冷却水系の冷却水に水処理剤としての薬液を添加してスケール防止、防食、殺菌等を行う薬液注入装置および薬液注入方法に関する。

工場、ビル等に設けられた産業機器、空調設備等の熱源を冷却する冷却水系の冷却水（循環水）は、通常、熱交換によって温められた後に、冷却塔といった冷却装置（放熱部）において蒸発潜熱などにより冷やされ、再び冷却水として循環使用される。したがって、冷却水に含まれる塩類は次第に濃縮されて高濃度になり、微生物の増殖およびスライムの形成が誘発され、様々な障害が引き起こされる。
すなわち、細菌や真菌のような微生物が冷却水系内の管壁や器壁に付着し、粘着性物質を分泌してスライムを形成する。そして、このスライムが冷却水系内、特に熱交換器に付着して熱交換性能を低下させ、管壁や器壁の腐食を引き起こし、また病原菌の飛散により衛生上の問題を引き起こす。

一般に、冷却水系には、スライム、腐食およびスケールという３大トラブルがあり、これらを防止するために従来から種々の水処理剤の添加が検討され、実施されてきた。
水処理剤に含まれる薬剤（有効成分）としては、大別して殺菌、防食、スケール防止のための薬剤が挙げられ、１種以上の薬剤を含む水処理剤は、冷却水へ迅速かつ均一に溶解すると共に、薬剤濃度の制御が容易であることから、液状の形態であることが望ましい。

一般に、冷却水系には、薬液（液状の水処理剤）を収容する薬液タンクと、薬液タンク内の薬液を冷却水ライン内の冷却水中に送り出す定量ポンプとを備えた薬液注入装置が設けられ、この薬液注入装置によって冷却水中に薬液が注入される。この際、冷却水中の薬液の濃度が測定され、測定した薬液濃度に基づく注入量で薬液が冷却水中に注入される。

冷却水（循環水）中の薬液濃度を測定する方法として、特許文献１には、水処理薬剤にトレーサー物質を添加、混合し、循環水中のトレーサー物質濃度を測定し、間接的に水処理薬剤濃度を測定する方法（例えば、臭素トレーサー法、リチウムトレーサー法、蛍光トレーサー法、色素トレーサー法）が開示されている。
また、特許文献１には、一有効薬品成分である水溶性ポリマーにトレーサー物質を化合させるか、その重合時にトレーサー物質を共重合させて、そのポリマー分子に化学結合したトレーサー物質の循環水中濃度を測定し、直接的に水処理薬剤濃度を測定する方法も開示されている。

トレーサー物質を用いた前記薬液濃度測定方法では、薬液濃度測定装置内に冷却水を導入して冷却水中のトレーサー物質濃度を連続的に測定し、測定したトレーサー物質濃度に基づく指令信号を薬液濃度測定装置から定量ポンプへ送信し、それによって定量ポンプによる冷却水中への薬液の注入量を制御することにより、冷却水中の薬液濃度を所定範囲内の濃度に維持することが可能である。

特開２０００−２７１５６４号公報

トレーサー物質を用いた前記薬液濃度測定方法では、高価な定量ポンプが必要であるため設備費がかさむ、定量ポンプを駆動させる電力費（ランニングコスト）がかかる、定量ポンプは精密機械であるため定期的なメンテナンスが必要となる等が、水処理薬剤ユーザーにとっては負担となっている。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、設備費およびランニングコストの削減、構成の簡素化およびメンテナンスの簡易化を図ることができる薬液注入装置および薬液注入方法を提供することを目的とする。

かくして、本発明によれば、熱源と放熱部とに冷却水を循環させる冷却水ラインに、水処理薬液を収容する薬液タンクから前記薬液を注入する薬液注入部と、
前記薬液注入部による前記薬液の注入量を制御する制御部とを備え、
前記薬液注入部が、前記冷却水ラインに接続されるインジェクターと、前記インジェクターと前記薬液タンクとを接続する接続パイプと、前記冷却水ラインまたは前記接続パイプに設けられた流量調整バルブとを有し、
前記インジェクターは、その内部に冷却水を流通させることにより負圧を発生させ、かつ前記薬液タンクから前記薬液を前記内部へ吸引して冷却水と混合させるように構成され、
前記制御部は、前記冷却水中で消費される前記薬液の薬液濃度を測定し、かつ測定した薬液濃度に基づいて前記流量調整バルブを調整し前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整することにより、前記薬液の前記冷却水中への注入量を制御するように構成された薬液注入装置が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、熱源と放熱部とに接続された循環式の冷却水ライン内の冷却水に薬液タンク内の水処理薬液を注入する薬液注入方法であって、
前記冷却水ラインまたは前記冷却水ラインと接続するバイパス管に設けられたインジェクターに接続パイプを介して前記薬液タンクを接続すると共に、前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整する流量調整バルブを前記冷却水ラインまたは前記接続パイプに設け、
前記冷却水中の薬液濃度を測定し、かつ測定した薬液濃度に基づいて前記流量調整バルブを調整し前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整することにより、前記薬液の前記冷却水中への注入量を制御する薬液注入方法が提供される。

本発明によれば、インジェクター内を冷却水が流れることにより生じるベルヌーイ効果を利用して薬液タンク内の薬液を冷却水ラインへ送ることができるため、従来用いられていた定量ポンプを省略することができる。
よって、定量ポンプ削減による薬液注入装置の簡素化と低コスト化、ランニングコストの削減およびメンテナンスの簡易化を図ることができる。

本発明の実施形態１の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。 本発明の実施形態２の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。 本発明の実施形態３の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。

本発明の薬液注入装置は、熱源と放熱部とに冷却水を循環させる冷却水ラインに、水処理薬液を収容する薬液タンクから前記薬液を注入する薬液注入部と、
前記薬液注入部による前記薬液の注入量を制御する制御部とを備え、
前記薬液注入部が、前記冷却水ラインに接続されるインジェクターと、前記インジェクターと前記薬液タンクとを接続する接続パイプと、前記冷却水ラインまたは前記接続パイプに設けられた流量調整バルブとを有し、
前記インジェクターは、その内部に冷却水を流通させることにより負圧を発生させ、かつ前記薬液タンクから前記薬液を前記内部へ吸引して冷却水と混合させるように構成され、
前記制御部は、前記冷却水中で消費される前記薬液の薬液濃度を測定し、かつ測定した薬液濃度に基づいて前記流量調整バルブを調整し前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整することにより、前記薬液の前記冷却水中への注入量を制御するように構成されている。

本発明の薬液注入装置は、次のように構成されてもよく、それらが適宜組み合わされてもよい。
（１）前記インジェクターを前記冷却水ラインへ接続する導入側バイパス管および排出側バイパス管をさらに備え、
前記インジェクターは、前記冷却水ラインからの前記冷却水を内部に導入するように前記導入側バイパス管と接続される流入部と、前記流入部内に流入した前記冷却水を流入時の圧力よりも低下させて前記冷却水ラインへ流出させるように前記排出側バイパス管と接続させる流出部と、前記接続パイプと接続されて前記流出部に前記薬液を送り込む薬液吸込部とを有してもよい。

（２）前記流量調整バルブが、前記導入側バイパス管に設けられてもよい。
（３）前記流量調整バルブが、前記冷却水ラインと前記導入側バイパス管との接続部に設けられてもよい。
（４）前記流量調整バルブが、前記接続パイプに設けられてもよい。

前記構成（２）および（３）によれば、インジェクター内を流れる冷却水の流量を調整することができ、これによりインジェクター内へ吸引する薬液の吸引力およびインジェクター内へ導入される薬液の注入量を調整することができる。さらに、前記構成（２）および（３）によれば、内部が負圧となる接続パイプへの負担を前記構成（４）よりも軽減することができる。
前記構成（４）によれば、インジェクター内へ導入される薬液の注入量を直接的に調整することができると共に、前記構成（１）および（２）における導入側および排出側バイパス管を省略することができるため、冷却水系を簡素化することができる。

（５）前記制御部が、冷却水中に分散した薬液濃度の指標となる蛍光物質に光を照射して発光させ、かつ蛍光物質の発光強度を測定するように構成されてもよい。
このようにすれば、蛍光トレーサー法によって冷却水中の薬液濃度（有効成分濃度）を間接的に測定することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の薬液加温装置の各実施形態について詳説する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。
まず、実施形態１の薬液注入装置３０が設けられた冷却水系１０の構成について説明する。

＜冷却水系の構成について＞
この冷却水系１０は、主として、冷却塔１１と、冷却塔１１に接続されて冷却水Ｗを循環させる冷却水ライン１２と、冷却水ライン１２に設けられたメインポンプ１３と、冷却水ライン１２に接続された薬液タンク１４および制御部３１を含む薬液注入装置３０とを備える。

さらに詳しく説明すると、冷却水系１０には冷凍機１５が設けられると共に、冷凍機１５は冷水ライン１６と接続されている。なお、冷却水系１０が工場、発電所等に設けられている場合の冷水ライン１６は主に産業機器と熱交換可能に設けられ、冷却水系１０がビル、駅、空港等に設けられている場合の冷水ライン１６は主に空調設備と熱交換可能に設けられている。

なお、図示省略するが、冷却水系１０には、冷却水ライン１２から分岐して冷却水Ｗの一部（ブロー水）を抜き取り外部に排出するブロー水ラインと、新しい冷却水Ｗ（例えば、工業用水）を冷却水ライン１２中へ補給する補給水ラインと、冷却水Ｗ中の不純物を捕集する捕集部等が設けられている。

薬液タンク１４は、冷却水中に添加されてスライム、腐食および／またはスケール等を抑制する有効成分を含んだ薬液（液状の水処理剤）Ｄｓを収容する樹脂製（例えば、ポリエチレン製）のタンクであり、上部には薬液補充口およびそれを開閉可能に覆う蓋体１４ａを有すると共に、下部には接続パイプと液密に接続される接続口１４ｂを有している。

ここで、スライム抑制成分としては次亜塩素酸ナトリウム、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン等の有機系殺菌剤などが挙げられ、腐食抑制成分としてはヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、亜鉛塩、トリルトリアゾール等が挙げられ、スケール抑制成分としてはアクリル酸系ポリマー、マレイン酸系ポリマー等が挙げられる。

薬液注入装置３０は、薬液タンク１４内の薬液Ｄｓを所定の注入量で冷却水ライン１２を流れる冷却水Ｗ中に注入する装置であり、冷却水ライン１２に接続された導入側バイパス管３５ａと排出側バイパス管３５ｂとの間に設けられたインジェクター３２と、薬液タンク１４とインジェクター３２とを接続する接続パイプ３３と、導入側バイパス管３５ａに設けられた流量調整バルブ（電動バルブ）３４と、流量調整バルブ３４を制御可能な前記制御部３１とを備える。

インジェクター３２は、冷却水ライン１２からの冷却水Ｗを内部に導入する流入部３２ａと、流入部３２ａ内に流入した冷却水Ｗを流入時の圧力よりも低下させて冷却水ライン１２へ流出させる流出部３２ｂと、接続パイプ３３と接続されて流入部３２ａと流出部３２ｂとの間に薬液Ｄｓを送り込む薬液吸込部３２ｃとを有し、市販品を用いることができる。

制御部３１は、実施形態１の場合、蛍光トレーサー法に対応した装置であり、例えば、片山ナルコ株式会社製の「３Ｄ ＴＲＡＳＡＲ」（登録商標）を用いることができる。
蛍光トレーサー法に対応した制御部３１は、冷却水Ｗ中の薬液濃度の指標となる指標物質としての蛍光物質に特定波長の光を照射し、それによって励起発光した蛍光物質の発光強度（反射光の強度）を測定することにより、冷却水Ｗ中の薬液Ｄｓの濃度を間接的に測定することができる。

そのため、薬液タンク１４内の薬液Ｄｓ中には、有効成分の種類および質量に応じた所定量の蛍光物質が添加されている。
実施形態１の場合、蛍光物質としては、例えば、ナフタレンスルホン酸塩類等が挙げられる。

制御部３１は、例えば、冷却塔１１の下部の冷却水Ｗをポンプ３７ｂにて汲み上げて再び冷却塔１１内へ戻す循環経路３７ａに設けられ、冷却水Ｗを連続的に導入（通水）しながら冷却水Ｗ中の蛍光物質の発光強度を測定し、測定した発光強度（測定値）が予め設定入力された基準発光強度（設定値）の範囲内であるか否かを判定する。
また、制御部３１は流量調整バルブ３４のモータＭの制御回路と電気的に接続されており、前記判定の結果、測定値が設定値の下限を下回れば流量調整バルブ３４の開き度合いを大きくするようモータＭを駆動制御する指令信号が制御部３１から制御回路へ送信され、測定値が設定値の上限を上回れば流量調整バルブ３４の開き度合いを小さくするようモータＭを駆動制御する指令信号が制御部３１から制御回路へ送信される。

＜冷却水系の動作について＞
冷却塔１１およびメインポンプ１３が駆動することにより、冷却水ライン１２内を矢印Ａ方向に冷却水Ｗが循環する。この間、冷却水ライン１２内の冷却水Ｗは冷凍機１５を介して冷水ライン１６内の冷水と熱交換する。

また、冷却水ライン１２内を流れる冷却水Ｗの一部は、薬液注入装置３０の導入側バイパス管３５ａを通ってインジェクター３２内に流入し、排出側バイパス管３５ｂを通って再び冷却水ライン１２内の冷却水Ｗと合流する。この際、インジェクター３２内において、流出部３２ｂ内の圧力が導入部３２ａ内の圧力よりも低くなり、ベルヌーイ効果によって薬液吸入部３２ｃ内が負圧となって薬液タンク１４内の薬液Ｄｓがインジェクター３２内に引き込まれるため、薬液Ｄｓと混合した冷却水Ｗがインジェクター３２から冷却水ライン１２へ排出される。このときの薬液Ｄｓの流量は、インジェクター３２から冷却水ライン１２へ排出される冷却水Ｗの流速（流量）に依存する。

そして、冷却塔１１へ戻った冷却水Ｗは、回転するファン１１ａにより発生した上昇気流中でシャワー状に散布されて冷却され、再び冷却水ライン１２を循環する。
また、冷却塔１１内の下部に溜まった冷却水Ｗの一部は薬液注入装置３０の循環経路３７ａを循環し、この際、制御部３１に導入された冷却水Ｗ中の蛍光物質の発光強度が連続的に測定される。

制御部３１は、前記のように測定値に基づく指令信号を流量調整バルブ３４へ送信し、それによって流量調整バルブ３４の導入側バイパス管３５ａを通る冷却水Ｗの流量を調整する。すなわち、蛍光物質の発光強度の測定値（冷却水中の薬液濃度）が設定値の下限を下回ると導入側バイパス管３５ａを通る冷却水Ｗの流量を増加させ、測定値（冷却水中の薬液濃度）が設定値の上限を上回ると導入側バイパス管３５ａを通る冷却水Ｗの流量を減少させるよう制御する。
これにより、冷却水Ｗ中の薬液Ｄｓの濃度に応じて、インジェクター３２を通過する冷却水Ｗの流量が調整され、インジェクター３２内に注入される薬液Ｄｓの注入量も適切に調整される。

（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。なお、図２において、図１中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
以下、実施形態２における実施形態１とは異なる構成を主に説明する。

実施形態２において、薬液注入装置１３０は、概ね実施形態１における薬液注入装置３０と同じ構成を有するが、流量調整バルブ１３４の構成およびその取り付け位置が実施形態１とは異なる。
実施形態２の場合、冷却水ライン１２と導入側バイパス管３５ａとの接続箇所に流量調整バルブ１３４として電動式３方バルブが設けられ、この電動式３方バルブのモータＭの制御回路に制御部３１が電気的に接続されている。

実施形態２の場合、流量調整バルブ１３４（電動式３方バルブ）の下流側において、冷却水中の薬液濃度が設定値の上限を上回っていると制御部３１にて判断されると、制御部３１は導入側第２バイパス管３５ａへ冷却水が流れずに冷却水ライン１２のみに冷却水が流れる流路設定となるよう流量調整バルブ１３４を切り替え、冷却水中の薬液濃度が設定値の下限を下回っていると制御部３１にて判断されると、制御部３１は導入側第２バイパス管３５ａに冷却水が流れる流路設定となるよう流量調整バルブ１３４を切り替える。このとき、冷却水ライン１２へ冷却水が流れても流れなくてもよい。
このように構成された実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３の薬液注入装置が設けられた冷却水系を示す概略的な構成図である。なお、図３において、図１および図２中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
以下、実施形態３における実施形態１および２とは異なる構成を主に説明する。

実施形態３の薬液注入装置２３０において、実施形態１および２で設けられていた導入側および排出側バイパス管３５ａ、３５ｂが省略され、インジェクター３２は冷却水ライン１１２に直接設けられる。また、流量調整バルブ３４は接続パイプ３３に設けられる。
このように構成された実施形態３によれば、実施形態１および２と同様の作用効果を得ることができる。

また、実施形態１および２では、本発明の薬液注入装置が、冷凍機１５および冷水ライン１６を介して産業機器や空調設備等と間接的に熱交換する冷却水系１０に設けられた場合を例示したが、本発明はこのような冷却水系１０への適用に限定されるものではない。
例えば、製鉄所で製造される高温の鋼材Ｆを冷却水Ｗにて直接的に冷却する設備が冷却水ライン１１２に備えられた冷却水系１１０にも実施形態１〜３の薬液加温装置を適用することができる。

（他の実施形態）
１．実施形態１〜３では、冷却水中の蛍光物質の発光強度を測定することにより間接的に冷却水中の薬液の有効成分濃度を測定する場合を例示したが、蛍光物質を薬液の有効成分に結合させて直接的に有効成分濃度を測定してもよく、これらを同時に行ってもよい。

２．実施形態１〜３では、蛍光トレーサー法にて冷却水中の薬液の有効成分濃度を測定する場合を例示したが、蛍光トレーサー法以外にも、臭素トレーサー法、リチウムトレーサー法、色素トレーサー法等を用いてもよい。

３．本発明の薬液注入装置は、冷却水系の複数箇所に流量調整バルブが設けられてもよい。例えば、図１で示された冷却水系１０における接続パイプ３３に流量調整バルブ３４を追加で設けてもよい。このようにすれば、冷却水中への薬液の注入量をより高精度に制御することができる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の薬液注入装置は、工場、ビル等に設けられた産業機器、空調設備等を冷却する冷却水系に適用可能である。

１２、１１２ 冷却水ライン
１４ 薬液タンク
３０、１３０、２３０ 薬液注入装置
３１ 制御部
３２ インジェクター
３２ａ 流入部
３２ｂ 流出部
３２ｃ 薬液吸込部
３３ 接続パイプ
３４、１３４ 流量調整バルブ
３５ａ 導入側バイパス管
３５ｂ 排出側バイパス管
Ｄｓ 薬液
Ｗ 冷却水

Claims (7)

1. 熱源と開放式の冷却塔とに冷却水を循環させる冷却水ラインに、水処理薬液を収容する薬液タンクから前記薬液を注入する薬液注入部と、
   前記薬液注入部による前記薬液の注入量を制御する制御部とを備え、
   前記薬液注入部が、前記冷却水ラインにおける前記熱源よりも水流方向下流側であって前記熱源よりも前記冷却塔に近い箇所に接続されるインジェクターと、前記インジェクターと前記薬液タンクとを接続する接続パイプと、前記冷却水ラインまたは前記接続パイプに設けられた流量調整バルブとを有し、
   前記インジェクターは、その内部に冷却水を流通させることにより負圧を発生させ、かつ前記薬液タンクから前記薬液を前記内部へ吸引して冷却水と混合させるように構成され、
   前記制御部は、前記冷却水ラインとは別に前記冷却塔と接続された循環経路に設けられ、前記冷却水中で消費される前記薬液の薬液濃度を前記循環経路を流れる前記冷却水から測定し、かつ測定した薬液濃度に基づいて前記流量調整バルブを調整し前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整することにより、前記薬液の前記冷却水中への注入量を制御するように構成された薬液注入装置。
2. 前記インジェクターを前記冷却水ラインへ接続する導入側バイパス管および排出側バイパス管をさらに備え、
   前記インジェクターは、前記冷却水ラインからの前記冷却水を内部に導入するように前記導入側バイパス管と接続される流入部と、前記流入部内に流入した前記冷却水を流入時の圧力よりも低下させて前記冷却水ラインへ流出させるように前記排出側バイパス管と接続させる流出部と、前記接続パイプと接続されて前記流出部に前記薬液を送り込む薬液吸込部とを有する請求項１に記載の薬液注入装置。
3. 前記流量調整バルブが、前記導入側バイパス管に設けられる請求項２に記載の薬液注入装置。
4. 前記流量調整バルブが、前記冷却水ラインと前記導入側バイパス管との接続部に設けられる請求項２に記載の薬液注入装置。
5. 前記流量調整バルブが、前記接続パイプに設けられる請求項１に記載の薬液注入装置。
6. 前記制御部が、冷却水中に分散した薬液濃度の指標となる指標物質に光を照射して励起発光させ、かつ指標物質の発光強度を測定するように構成された請求項１〜５のいずれか１つに記載の薬液注入装置。
7. 熱源と開放式の冷却塔とに接続された循環式の冷却水ライン内の冷却水に薬液タンク内の水処理薬液を注入する薬液注入方法であって、
   前記冷却水ラインまたは前記冷却水ラインと接続するバイパス管に設けられたインジェクターに接続パイプを介して前記薬液タンクを接続すると共に、前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整する流量調整バルブを前記冷却水ラインまたは前記接続パイプに設け、
   前記冷却水ラインとは別に前記冷却塔と接続された循環経路を流れる前記冷却水中の薬液濃度を測定し、かつ測定した薬液濃度に基づいて前記流量調整バルブを調整し前記インジェクター内へ導入される前記冷却水または前記薬液の流量を調整することにより、前記薬液の前記冷却水中への注入量を制御すると共に、前記冷却水ラインにおける前記熱源よりも水流方向下流側であって前記熱源よりも前記冷却塔に近い箇所を流れる冷却水に前記薬液を注入する薬液注入方法。

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