JP6809491B2 - 冷却塔の自動洗浄装置、冷却塔の自動洗浄方法、および冷却塔 - Google Patents

Description

本発明は、工場やビルなどの循環水を用いた冷却塔の自動洗浄装置、冷却塔の自動洗浄方法、および冷却塔に関する。

工場、ビルなどにおけるコンプレッサーおよび空調や機器等の冷凍機で発生した廃熱は、熱交換器を介して冷却水などで冷却されている。熱交換器を通って熱交換が行われた温度上昇した冷却水は、冷却塔に導入された後、冷却塔の気液接触領域で空気と接触することにより放熱し、冷却される。その後、冷却された冷却水は、再度熱交換器に送水される。

上述のように冷却水の循環を繰り返していると、いずれ冷却塔の気液接触領域に設けた充填材に、汚泥、塵埃、有機物などが付着し、気液接触面積が低下する。その結果、冷却塔の熱交換効率が低下してしまう。そこで、熱交換効率の低下防止のため、冷却塔の充填材を洗浄することが実施されている。

従来、冷却塔の充填材を洗浄する技術としては、例えば、充填材の表面にノズルで高圧水を吹き付けて付着物を剥離したり（例えば特許文献１を参照）、あるいは充填材に洗浄剤を接触させて付着物を溶解したりして（例えば特許文献２を参照）、充填材の付着物を除去する方法が開示されている。

特開２００１−３４９６９３号公報 特開平７−２１８１８８号公報

しかしながら、上記した特許文献１の技術では、冷却塔の停止時に、現場で洗浄条件を設定する作業およびその人員が必要である。そのため、充填材への水の流れが不均一となり、洗浄が十分と言えず、冷却効率の低下を解消し難い問題がある。

特許文献２の技術では、冷却水の入口温度及び出口温度と被冷却体の冷却後の温度を測定し、その温度差で熱交換器の汚れ状態を推定して、洗浄を行っている。しかし、特許文献２のように、冷却水の温度変化の差から汚れ状態を推定する場合、冬場のように外気温や湿球温度が低い時には、本来ならば熱交換器の洗浄や更新が必要と判断される時期であっても、冷却後の水温が管理温度以下になってしまうため、冷却塔の状態が正常であると実際とは異なる判断をしてしまうという新たな問題が生じていることを、本発明者らは発見した。すなわち、洗浄のタイミングを逸することなく冷却塔の充填材の洗浄時期を適切に判断するには、冷却水の温度変化を利用するだけでは限界がある。その結果、充填材の洗浄時期の判断、充填材の部分的あるいは全面的な更新の要否の判断、およびこれらの対応（充填材の洗浄や更新）が遅れることにより、充填材を座屈させてしまうという新たな問題が生じている。

そして、従来の冷却塔および冷却塔の充填材の洗浄に関する技術には、充填材に付着した汚泥等の付着量を把握する術がなかった。

本発明は係る問題に鑑み、充填材の洗浄時期、さらには充填材の部分的あるいは全面的な更新の要否についても適切に判断できる、工場循環水の冷却塔の自動洗浄装置、冷却塔の自動洗浄方法、および冷却塔を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した目的を達成するため、冷却水の温度変化を用いる判断方法に代わる新たな方法について鋭意検討をした。その結果、次の知見を得た。

本発明では、冬場のように外気温や湿球温度が低い時であっても適切に気液接触面積の低下を判別できる方法として、充填材に付着した汚泥等の重量を把握することに着目した。また、充填材に付着した汚泥等の重量を測定するためには、例えばロードセルなどの測定器を用いることを見出した。重量測定用のロードセルなどの測定器は、充填材ユニットを構成する垂直方向および水平方向に積層された各段の充填材の任意の位置に配置可能である。充填材の気液接触面積の低下は、各測定器で汚泥等の重量を測定することで把握できる。そこで、充填材の汚泥付着が一定重量以上になった場合に、充填材を自動洗浄したり充填材の座屈の恐れがあると判断することにより、充填材の洗浄時期、さらには充填材の部分的あるいは全面的な更新の要否についても適切に判断できることを知見した。

本発明は上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］ 冷却塔の気液接触領域に設けた充填材ユニット内に積層された充填材の洗浄装置であって、
冷却水を貯水する貯水槽と、
前記貯水槽内の冷却水を汲みあげるポンプと、
前記ポンプで汲みあげた冷却水の送水状態を切り換えるバルブと、
前記充填材に対向して配置され、前記ポンプで汲みあげた冷却水を前記充填材に吹き付けるノズルと、
前記充填材の重量を測定する重量測定手段と、
前記重量測定手段で測定された実測値を取得すると共に、前記ポンプの駆動および前記バルブの開閉の切り替えを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする冷却塔の自動洗浄装置。
［２］ 前記重量測定手段は、前記充填材の下面に配置されたことを特徴とする上記［１］に記載の冷却塔の自動洗浄装置。
［３］ 前記制御手段は、前記実測値に基づいて前記充填材の汚泥付着レベルが基準値に達したかを判断し、前記充填材の洗浄を自動的に実行することを特徴とする上記［１］または［２］に記載の冷却塔の自動洗浄装置。
［４］ 冷却塔の気液接触領域に設けた充填材の洗浄方法であって、
重量測定手段により、前記充填材の重量を所定の間隔で測定し、
制御手段により、前記重量測定手段により測定された実測値に基づいて前記充填材の汚泥付着レベルが基準値に達したかを判断し、
前記実測値が前記基準値に達したときに、ポンプを駆動して貯水槽内の冷却水を汲みあげると共に、バルブの開閉を切り換えて冷却水を前記充填材に対向して配置されたノズルに供給し、高圧水を前記充填材に吹き付けて自動的に洗浄することを特徴する冷却塔の自動洗浄方法。
［５］ 充填材が積層された複数の充填材ユニットを組み合わせて構成した気液接触領域を有する冷却塔であって、
前記充填材ユニットには、充填材の重量を測定する重量測定手段が設けられたことを特徴とする冷却塔。

本発明によれば、充填材ユニット内の各段の充填材に配置した重量測定手段により充填材の重量を測定することが可能となるため、充填材の汚泥等の付着量が一定重量に達した時期を適切に判断し、充填材の洗浄を自動的に実行できる。また、適切な洗浄時期に充填材の洗浄を行えるため、冷却塔の熱交換効率の低下の抑制および充填材の座屈の未然防止できるという効果がある。

図１は、本発明の一実施形態における冷却塔の自動洗浄装置の概略構成を説明する断面図である。 図２は、図１に示す冷却塔の充填材における重量測定装置の配置例を説明する断面図である。 図３は、本発明の一実施形態における冷却塔の自動洗浄方法を説明するフロー図である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

まず、図１、２を参照して、本発明の冷却塔の自動洗浄装置について説明する。ここでは、一例として、工場循環水の冷却塔を用いる。図１は、本発明の一実施形態における冷却塔の自動洗浄装置１の概略構成を説明する断面図である。図２は、図１に示す充填材ユニット２３の充填材２３ａに設ける本発明の重量測定手段１２の配置例を説明する拡大断面図である。

冷却塔２は、図１に示すように、冷却水Ｗを貯水する貯水槽２１と、貯水槽２１の上部に設けた左右の整流板（エリミネータ）２２と、多段に配置された充填材ユニット２３（例えば、図１には充填材ユニット２３を３段ずつ上下方向に配置した場合を示す。）と、充填材ユニット２３の側方に多層に配置された冷却風を導入するルーバー２４と、上部中央に設けた送風用のファン２５と、充填材ユニット２３の上部に設けた左右の上部水槽２６と、を有する。例えば、充填材ユニット２３の充填材（図示せず）として、波板状や網目状のものを用いる。

冷却塔２では、揚水ポンプ２７により工場から送水されてきた冷却水を汲みあげ、配管２８を介して左右の上部水槽２６に貯水した後、冷却水Ｗを左右の充填材ユニット２３に対し上方から下方に向けて順に流す。充填材ユニット２３に流された冷却水Ｗが空気と接触し、一部の冷却水Ｗが蒸発することにより残りの冷却水Ｗが放熱（冷却）される。そして、冷却後の冷却水Ｗは、貯水槽２１に貯水された後、貯水槽２１に付設されたポンプ（図示せず）で工場に向けて送水される。この冷却水Ｗの循環を繰り返すことにより、冷却塔２の充填材ユニット２３に汚泥、塵埃、有機物などが付着する。その結果、熱交換効率の低下や、さらには、上述したように、汚泥等の重量によって充填材ユニット２３を構成する充填材２３ａ（以下、ブロックと称することもある）を座屈させてしまうことがあった。

本発明の冷却塔の自動洗浄装置１（以下、自動洗浄装置と称する。）は、冷却塔２の気液接触領域に設けられた充填材ユニット２３の充填材２３ａに付着した汚泥などを自動洗浄する装置である。図１に示すように、本発明の自動洗浄装置１は、制御手段１１、重量測定手段１２、ノズル１５、ポンプ１７、およびバルブ１８を有する。

ポンプ１７では、冷却塔２の貯水槽２１内の冷却水Ｗを汲みあげる。各ポンプ１７には、配管１６を介して、ポンプ１７で汲みあげた冷却水Ｗの送水状態を切り換えるバルブ１８が接続される。各バルブ１８は、後述の制御手段１１によって開閉の自動制御が可能である。例えば、充填材ユニット２３の自動洗浄が実行される際には、配管１６のバルブ１８はいずれも「開」とされる。

ノズル１５は、充填材洗浄のためのノズルであり、充填材ユニット２３の側面および下面に、予め等間隔に対抗して配置される。複数のノズル１５は、充填材ユニット２３全体を囲むように配管された配管１６に装着される。ノズル１５では、ポンプ1７で汲みあげた冷却水Ｗを充填材ユニット２３に吹き付ける。なお、ノズルを配置する間隔は、等間隔に限らず、複数のノズル１５から噴射される冷却水Ｗを充填材ユニット２３全体に当たるように離間して配置されていればよい。

重量測定手段１２では、充填材２３ａ（図示せず）が積層された充填材ユニット２３の重量を測定する（図１には、３段ずつ上下に組み合わせて配置した左右の充填材ユニット２３毎に重量測定手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設けた場合を示す）。重量測定手段１２は、例えば、ロードセルである。重量測定手段１２は、充填材２３ａの下面に配置することができる。充填材ユニット２３の内部には、図２に示すように、４００〜９００ｍｍ角の大きさの複数の充填材２３ａ（ブロック）が、垂直方向および水平方向に並べて配置されている。重量測定手段１２の配置箇所は、洗浄効率を高める観点より、適宜選択できる。なお、設置箇所の具体例については、後述の図２で説明する。

制御手段１１では、重量測定手段１２で測定された実測値を取得すると共に、各ポンプ１７の駆動および各バルブ１８の開閉の切り替えを制御する。制御手段１１は、取得した実測値に基づいて、充填材２３ａの汚泥付着レベルが予め設定した基準値に達したかを判断し、基準値に達したと判断したときには、充填材２３ａの洗浄を自動的に実行する。なお、制御手段１１の具体的な制御は、後述の図３で説明する。

続いて、図２を用いて重量測定手段１２の配置例について説明する。図２（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｇ）は、それぞれ充填材２を正面から見た拡大断面図であり、図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）、（Ｈ）は、それぞれ充填材２を側面から見た拡大断面図である。なお、本発明はこの配置例に限定されるものではない。

図２に示すように、重量測定手段１２として、例えばロードセルを用いる場合、充填材ユニット２３の下面に配置することが好ましい。ここでは、充填材ユニット２３の内部に設けた充填材２３ａの下面に重量測定手段１２を配置する。重量測定手段１２の設置位置および設置個数は、適宜選択できる。

例えば、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、充填材ユニット２３内部の充填材２３ａの上部で、かつ汚泥の付着が集中しやすい箇所に配置する。具体的には、４段に積層された充填材２３ａのうち、上段の両端部の４か所に重量測定手段１２を配置した。
また例えば、図２（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、充填材ユニット２３内部の充填材２３ａの上部全体に配置する。具体的には、４段に積層された充填材２３ａのうち、上段の全てに重量測定手段１２を配置した。
また例えば、図２（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、充填材ユニット２３内部の充填材２３ａの全段で、かつ汚泥の付着が集中しやすい箇所に配置する。具体的には、４段に積層された充填材２３ａの全段の両端部の１６か所に重量測定手段１２を配置した。
また例えば、図２（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、充填材ユニット２３内部の充填材２３ａの全段に配置する。具体的には、４段に積層された充填材２３ａの全てに対して重量測定手段１２を配置した。

このように、重量測定手段１２は任意の充填材２３ａを選択して設置することができる。設置個数が多くなれば、充填材２３ａに付着した汚泥などの合計量をより正確に測定できるため、適切に洗浄時期を判断可能となり、洗浄効果がより向上する。

また、汚泥などが特に付着しやすい位置の充填材２３ａに重量測定手段１２を設置することで、耐久限度を超える付着により充填材２３ａが座屈したか否かを判断できる。これにより、充填材ユニット２３の部分的あるいは全面的な更新の要否の判断も可能となり、充填材２３ａの座屈を未然に防止できる。

次に、図３を参照して、本発明の冷却塔の自動洗浄方法（以下、自動洗浄方法と称する）について説明する。図３には、本発明の一実施形態における自動洗浄方法のフローを示す。

本発明の自動洗浄方法は、冷却塔２の気液接触領域に設けた複数の充填材ユニット２３を構成する積層された充填材２３ａを洗浄する方法であり、上述した図１に示す構成を有する自動洗浄装置１に好適に用いることができる。例えば、本発明の自動洗浄方法を実行する自動洗浄装置１は、運転部、測定部、洗浄部を有する。図３に示す自動洗浄処理は、冷却塔２の稼働を示す信号の入力があったタイミングで開始され、後述の通常運転に進む。

まず、運転部により、冷却塔２の通常運転が行われる（ステップＳ１）。
通常運転（ステップＳ１）では、揚水ポンプ２７により工場からの送水を受けて冷却水Ｗが配管２８を介して左右の上部水槽２６に貯水された後、冷却水Ｗが充填材ユニット２３の上方から下方に向けて流される。そして、充填材ユニット２３を通過した冷却水Ｗは、貯水槽２１に貯水される。貯水槽２１からは、工場に向けて冷却後の冷却水Ｗが送水される。その際には、制御手段１１による自動制御によりポンプが駆動されるとともに、工場送水配管のバルブが「開」とされ、洗浄配管のバルブ１８は「閉」とされる。

次に、測定部により、重量測定手段１２を用いて充填材ユニット２３の重量を所定の間隔で測定する（ステップＳ２）。
重量測定手段１２による測定は、所定の間隔で定期的に行われる。所定の間隔とは、例えば１日１回や数時間毎など、適宜選択できる。測定間隔が狭くなるほど、洗浄時期の判断精度は向上する。なお、上述のように重量測定手段１２は、充填材ユニット２３を構成する充填材２３ａを適宜選択し、その下面に設置される。

次に、洗浄部により、制御手段１１で、重力測定手段により測定された実測値に基づいて、充填材２３ａの汚泥付着レベルが、予め設定された基準値に達したかを判断する（ステップＳ３）。
ステップＳ３の判断では、ステップＳ２で測定された実測値が、一定回数以上、基準値（管理値）付近となったか否かを判定する。例えば、制御手段１１は、所定間隔で取得した充填材２３ａ（あるいは充填材ユニット２３）の汚泥付着重量（実測値）が管理値（例えば９００ｋｇ）以上となる回数をカウントし、カウントが所定回数（例えば５回）以上、連続して行われた否かを判定する。
そして、実測値が前記基準値に達したとき、すなわち、実測値が管理値よりも高い値を所定回数以上記録した場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、後述のステップＳ４の処理が行われる。
一方、実測値が前記基準値に達しないとき、すなわち、上記した所定回数以上を記録しない場合には（ステップＳ３のＮｏ）、まだ充填材２３ａの座屈の恐れや熱交換効率の低下の恐れがないため、ステップＳ１の処理に戻り、通常運転（ステップＳ１）が継続される。

次に、洗浄部により、制御手段１１を用いてポンプ１７を駆動して貯水槽２１内の冷却水Ｗを汲みあげると共に、バルブ１８の開閉を切り換えて冷却水Ｗを充填材２３に対向して配置されたノズル１５に供給し、高圧水を充填材２３に吹き付けて自動的に洗浄する（ステップＳ４）。
ステップＳ４では、制御手段１１が、各ポンプ１７を駆動すると共に、各バルブ１８の開閉を切り換えて汲みあげた冷却水Ｗを各ノズル１５に供給し、複数のノズル１５から高圧水を充填材２３に噴射し、充填材２３の洗浄を行う。

次に、本発明の冷却塔について説明する。

本発明は、上述した重量測定手段１２が充填材ユニットに設けられた冷却塔２である。本発明の冷却塔２では、例えば、図１に示すように、充填材２３ａ（図示せず）が積層された複数の充填材ユニット２３を上下方向に組み合わせて構成した気液接触領域と、充填材ユニット２３を経た冷却水Ｗを貯水する貯水槽２１とを有する。充填材ユニット２３には、充填材２３ａの重量を測定する重量測定手段１２が設けられることにより、上述と同様に、直接的に充填材２３ａに付着した汚泥等の重量を測定できる。そのため、本発明の冷却塔は、上述した冷却塔の自動洗浄装置および自動洗浄方法を好適に適用することができる。

以上のとおり、本発明によれば、冷却塔２における充填材ユニット２３内部の各段に、充填材２３ａの重量を測定するための重量測定手段１２を適宜備えるため、直接的に充填材２３ａに付着した汚泥等の重量を測定できる。そして、所定間隔で重量の測定が行なわれるため、実際に付着している汚泥等の重量が、一定重量以上になったタイミングを適切に判断することが可能となる。これにより、制御手段１１は、適切なタイミングで充填材２３ａの自動洗浄を行ったり、充填材２３ａの部分的あるいは全面的な更新の要否の判断を行ったりできる。そのため、冷却塔の熱交換効率の低下を抑制することもできる。また、充填材への汚泥付着による充填材の座屈を未然に防止することができる。さらに、長期的な視点で補修頻度を低減できる。

１ 冷却塔の自動洗浄装置
１１ 制御手段
１２ 重量測定手段
１５ ノズル
１６ 配管（充填材洗浄配管）
１７ ポンプ（充填材洗浄ポンプ）
１８ バルブ
２ 冷却塔
２１ 貯水槽
２２ 整流板
２３ 充填材ユニット
２３ａ 充填材
２４ ルーバー
２５ ファン
２６ 上部水槽
２７ 揚水ポンプ
２８ 配管
Ｗ 冷却水

Claims (3)

1. 冷却塔の気液接触領域に設けた充填材ユニット内に、垂直方向および水平方向に並べて積層された複数の充填材の洗浄装置であって、
   冷却水を貯水する貯水槽と、
   前記貯水槽内の冷却水を汲みあげるポンプと、
   前記ポンプで汲みあげた冷却水の送水状態を切り換えるバルブと、
   前記充填材に対向して配置され、前記ポンプで汲みあげた冷却水を前記充填材に吹き付けるノズルと、
   前記充填材を任意に複数選択し、選択された前記充填材の下面に配置されたロードセルで、それぞれの充填材の重量を測定する重量測定手段と、
   前記重量測定手段で測定された実測値を取得すると共に、前記ポンプの駆動および前記バルブの開閉の切り替えを制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記実測値に基づいて前記充填材の汚泥付着レベルが基準値に達したかを判断し、前記充填材の洗浄を自動的に実行し、
   前記重量測定手段で測定された実測値に基づき、前記充填材ユニット内の前記充填材の部分的あるいは全体的な更新の要否を判断することを特徴とする冷却塔の自動洗浄装置。
2. 冷却塔の気液接触領域に設けた充填材ユニット内に、垂直方向および水平方向に並べて積層された複数の充填材の洗浄方法であって、
   重量測定手段により、前記充填材の下面に選択して配置されたロードセルで、それぞれの前記充填材の重量を所定の間隔で測定し、
   次に、制御手段により、前記重力測定手段により測定された実測値に基づいて前記充填材の汚泥付着レベルが基準値に達したかを判断し、
   次に、前記実測値が前記基準値に達したときに、ポンプを駆動して貯水槽内の冷却水を汲みあげると共に、バルブの開閉を切り換えて冷却水を前記充填材に対向して配置されたノズルに供給し、高圧水を前記充填材に吹き付けて自動的に洗浄するとともに、
   前記重力測定手段で測定された実測値に基づき、前記充填材ユニット内の前記充填材の部分的あるいは全体的な更新の要否を判断することを特徴する冷却塔の自動洗浄方法。
3. 複数の充填材が垂直方向および水平方向に並べて積層された複数の充填材ユニットを組み合わせて構成した気液接触領域を有する冷却塔であって、
   前記充填材ユニットには、前記充填材の下面に選択して配置されたロードセルでそれぞれの充填材の重量を測定する重量測定手段が設けられ、前記重量測定手段で測定された実測値に基づき、前記充填材ユニット内の前記充填材の部分的あるいは全体的な更新の要否を判断することを特徴とする冷却塔。