KR20230088340A - 순환냉각수의 처리방법 및 냉각성능 향상방법 - Google Patents
순환냉각수의 처리방법 및 냉각성능 향상방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 향상시키는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서, 상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고, 상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 냉각성능 향상방법을 제공한다.
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서, 상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고, 상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 냉각성능 향상방법을 제공한다.
Description
본 발명은, 순환냉각수의 처리방법 및 냉각성능 향상방법에 관한 것이다.
빌딩이나 지역시설 등의 공조설비 및 공업 플랜트 등에서는 각종 유체를 냉각시키기 위하여 수랭식의 열교환기가 사용되고 있고, 이 열교환기는 빌딩공조 등의 발열의 발생원에 있어서 부하가 되는 열원을 간접적으로 냉각시키도록 구성되어 있다. 이 열교환기에는 냉각탑과 접속된 순환수로가 구비되어 있고, 이 순환수로 내의 냉각수가 열교환기와 냉각탑의 사이를 순환함으로써 상기 열원을 냉각시키고 있다. 구체적으로는, 이 순환하는 냉각수는 열교환기를 통과함으로써 열을 받아 고온이 되고, 이 고온이 된 냉각수는 냉각탑에서 냉각되고, 냉각된 냉각수는 냉각탑으로부터 펌프 등을 사용하여 다시 열교환기로 이송된다. 이와 같이 통상 순환냉각수계는, 열교환기와, 냉각탑과, 상기 열교환기와 상기 냉각탑의 사이를 냉각수가 순환하는 순환수로가 설치되어, 상기한 바와 같이 열원을 냉각시키도록 구성되어 있다.
냉각탑을 보유하는 수계로서 가장 대표적인 것은 개방순환냉각수계이다. 이 개방순환냉각수는, 열교환기에 있어서 냉동기의 냉매나 화학 콤비나트의 프로세스 유체 등을 냉각시키기 위하여 사용된다. 개방순환냉각수가 열교환기에 있어서 받은 열은 개방식 냉각탑에 있어서 그 냉각수의 일부를 증발시킴으로써 방랭(放冷)되고, 이 냉각수는 열교환기에서의 냉각에 재이용되고, 이러한 공정을 반복하여 실시함으로써 개방순환냉각수계를 운전하고 있다.
개방순환냉각수계에서는, 개방식 냉각탑에 있어서 냉각수의 냉각을 위하여 충전재 영역에서 냉각수의 일부를 증발시키고 있기 때문에, 이 증발에 의하여 냉각수에 포함되는 용존염류 등이 농축된다. 냉각수 중에 농축된 용존염류가, 순환냉각수계 내(순환수로 내, 열교환기 내, 냉각탑 내)에 있어서 스케일로서 냉각수 중에 석출되거나 유로나 장치 내에 부착되는 것을 자주 볼 수 있다. 이 스케일은 열교환기에 있어서의 전열(傳熱)을 저해하기 때문에, 스케일이 열교환기의 순환수로 내에 부착되지 않도록 개방순환냉각수계에 있어서의 냉각수의 농축배수를 적정하게 관리하는 방법, 스케일 방지제를 첨가하는 방법 등이 일반적으로 실시되고 있다.
또한 증발한 냉각수를 보충하기 위하여 보급되는 보급수 및 냉각에 사용하는 대기 등에는 미생물(예를 들면, 세균, 진균류, 조류(藻類) 등), 입자상 물질(예를 들면, PM2.5, 모래 등) 등이 포함되어 있기 때문에, 이들에 포함되는 미생물 등이 개방순환냉각수계에 혼입되기 쉽다. 혼입된 미생물 등은, 열교환기 내에 구비되는 순환수로 내의 표면에 슬라임을 형성하여, 열교환기에 있어서의 전열을 저해하는 경우도 있다.
이를 방지하기 위하여, 슬라임이 부착되지 않도록 슬라임 컨트롤제를 첨가하는 방법도 일반적으로 실시되고 있다.
예를 들면 특허문헌1에는, 냉매 여하를 불문하고 장기간에 걸쳐 안정적으로 방오성, 내식성 등을 발휘할 수 있는 광촉매를 사용한 열교환기가 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌2에는, 광촉매 기술을 사용하여, 냉각수 등의 순환수 중에 포함되는 유기물의 분해, 슬라임이나 스케일의 발생원인이 되는 조류나 세균류의 발생 및 증식의 방지를 보다 효과적으로 실시할 수 있는 광촉매를 사용한 순환냉각수 재생장치가 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌3에는, 새로운 설비기재나 설치 스페이스를 필요로 하지 않고, 순환수가 접촉하는 충전재 및 부속기재에 대한 스케일이나 레지오넬라속균 등 세균류 등의 누적이나 번식을 억제하기 위한 개선을 제공할 수 있는 냉각탑 내부에 있어서의 순환수의 열교환에 사용하는 기재가 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌4에는, 흡수식 냉동기의 열교환 성능의 향상을 도모하기 위하여 친수화 성능의 도포막을 구비하는 흡수식 냉동기용 전열관이 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌5에는, 증기건조기, 열교환기, 발열체 피복관 중의 어느 하나를 구비하는 전열 시스템에 있어서의 열적인 효율의 향상을 도모하는 것이 개시되어 있다.
예를 들면 특허문헌6에는, 압축기로 압축된 냉매를 대기에 의하여 냉각시켜 응축액화시키는 대기열교환기와, 대기열교환기에 물을 살포하는 살수수단을 구비하는 대기조화장치의 실외유닛에 있어서, 대기열교환기에 살포되는 물에는, 대기열교환기에 대한 젖음성을 향상시키는 계면활성제가 가해져 있는 것을 특징으로 하는 것이 개시되어 있다.
특허문헌1∼3에 기재되어 있는 기술은, 순환냉각수계를 신설한 때의 냉각성능을 유지시킬 수는 있지만, 그 이상으로 냉각성능을 향상시킬 수는 없다.
특허문헌4 및 5에 기재되어 있는 기술은, 특정의 전열 시스템에 특화된 것으로서, 개방순환냉각수계 전반에 활용할 수 있는 기술은 아니다.
또한 특허문헌6은, 압축기로 압축된 냉매를 대기에 의하여 냉각시켜 응축액화시키는 대기열교환기를 필수구성으로서 사용하고 있는 것과 같이, 공랭식의 냉매응축기에 있어서의 전열성능을 향상시키는 기술이며, 살수계 냉각탑(예를 들면, 상방에 있는 살수수단에 의하여 냉각수를 충전재에 살포하는 냉각탑)의 냉각성능을 향상시키는 기술은 아니다.
그래서 본 발명자들은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 향상시키는 기술에 대하여 새로운 관점에서 검토하기로 하였다.
즉 본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
여기에서 냉각탑의 구조로부터 보면, 냉각수가 충전재로부터 냉각수를 저장하는 피트에 떨어질 때에 피트의 수면에 냉각수가 세차게 부딪쳐, 냉각수에 대한 계면활성제의 첨가에 의하여 보다 대량의 발포가 발생하기 때문에, 거품이 냉각탑 외로 비산하여, 계면활성제에 의한 근린환경의 오염 등의 트러블의 원인이 될 수 있다. 이 때문에, 통상 살수계 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 계면활성제를 적용하는 것은 매우 곤란하다고 생각되고 있었다.
또한 본 발명자들은, 소포제(消泡劑)와의 병용에 대해서도 검토하였다. 순환냉각수계에 있어서 소포제를 첨가하는 경우에는, 새로 소포제 첨가장치를 증설할 필요가 있지만, 이러한 증설은 설치공간의 제한이나 비용대효과의 관점에서도 곤란하다. 또 순환냉각수계에 계면활성제와 소포제를 병용시킨 1액형 약제를 사용하는 경우에는, 이 1액형 약제를 장기보존할 필요가 있지만, 계면활성제와 소포제를 병용시킨 1액형 약제는 저장 시의 품질열화가 일어나기 쉬워, 원래 기대하는 계면활성제의 효과가 저감된다고 생각된다.
또한 본 발명자들은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 실제로 계면활성제를 적용할 수 있는지 없는지에 대하여 검토한 결과, 후술하는 〔실시예〕의 비교예2∼6에 나타내는 바와 같이, 단순히 계면활성제를 사용하여도 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 실제로 향상시킬 수는 없었다.
그러나 본 발명자들은, 냉각탑에 사용하는 계면활성제에만 주목하지 않고, 계면활성제를 첨가하였을 때의 냉각수의 성상(性狀)에 주목하여, 순환냉각수계에 있어서 냉각탑을 순환하는 냉각수의 성상에 대하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 순환냉각수계에서 순환하는 냉각수의 동적 접촉각과 거품높이를 조정하여 제어함으로써, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 기술을 새로 발견하였다. 또한 본 발명자들은, 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 순환냉각수를 순환냉각수계 내에서 조제하여, 사용할 수 있다는 것도 새로 발견하였다. 또 본 발명자들은, 이 결과로부터 순환냉각수계의 운전을 용이하게 실시할 수 있다는 것도 새로 발견하였다.
즉 본 발명은, 이하와 같다.
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서, 상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고, 상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 냉각성능 향상방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법으로서,
상기 순환냉각수계의 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하여, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하의 냉각수를 조제하는 상기 냉각수의 조제방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법으로서, 상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 순환냉각수계의 운전방법을 제공하는 것이다.
상기 계면활성제가, 비이온성 계면활성제여도 좋다.
상기 계면활성제가, 비이온성 에테르계 계면활성제여도 좋다.
상기 계면활성제가, 폴리옥시알킬렌알킬에테르여도 좋다.
상기 냉각수가, 동적 접촉각 52° 이하, 또한 거품높이가 230mL 이하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능을 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 효과는, 여기에 기재되는 효과로 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 명세서 중에 기재되어 있는 어느 하나의 효과여도 좋다.
도1은, 본 발명의 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 일례를 나타내는 개략적인 도면이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다. 또한 이하에 설명하는 실시형태는, 본 발명의 대표적인 실시형태의 일례를 나타내는 것으로서, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되어 해석되는 것은 아니다. 또 수치에 있어서의 상한값과 하한값은, 원하는 바에 따라 임의로 조합할 수 있다.
1. 냉각탑의 냉각성능 향상방법
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서, 상기 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고, 상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉각성능 향상방법을 제공할 수 있다.
1-1. <냉각탑의 냉각성능향상>
본 발명에 있어서의 「냉각탑의 냉각성능향상」은, 냉각탑이 순환냉각수를 냉각시키는 냉각성능을 향상시킬 수 있는 것을 말한다. 또한 본 발명에서는, 냉각탑 내에 있어서 거품의 증가를 억제할 수 있고, 일정 용량 이상의 발포가 일어나지 않는 냉각수가, 냉각탑 내에 있어서의 발포에서 기인하는 트러블의 억제 등의 관점에서 더욱 바람직하다.
본 발명에 의하여 냉각탑의 냉각성능이 향상됨으로써, 상기 냉각탑으로부터 더욱 냉각된 냉각수를 열교환기 내의 순환수로로 송수(送水)할 수 있고, 이에 따라 열교환기에 있어서의 전열효율을 더욱 개선할 수 있다.
또한 냉각탑의 냉각성능을 발포의 문제를 야기하지 않고 향상시킬 수 있기 때문에, 냉각탑 및 이를 구비하는 순환냉각수계의 운전 또는 관리도 용이하게 실시할 수 있다.
1-1-1. 〔냉각탑에 있어서의 성능의 지표〕
「순환냉각수를 냉각시키는 냉각성능을 향상시킬 수 있다」는 것은, 본 발명과 같이 조제한 경우의 냉각수의 냉각온도가, 미조제의 냉각수의 냉각온도와 비교하여 더 증가한다는 것을 말한다.
「냉각온도」는, (1) 열교환기를 통과하여 가열된 순환냉각수가 냉각탑의 입구로 들어갈 때의 수온(℃)에서, (2) 소정 기간의 냉각수의 순환 후에 순환냉각수가 냉각탑의 출구로 나갈 때의 수온(℃)을 뺀 온도차이다. 「냉각온도가 증가한다」는 것은, 이 온도차가 양(＋)의 값으로서, 커진다는 것을 말한다.
또한 후술하는 〔실시예〕에 나타내는 바와 같이, 냉각탑에서의 냉각수의 냉각온도의 증가와 냉각수의 동적 접촉각의 감소에 관계가 인정되고, 또 냉각탑에 있어서의 거품의 증가유무와 냉각수의 거품높이의 억제에 관계가 인정된다.
이로부터, 본 발명에 사용하는 「냉각탑에 있어서의 성능의 지표」로서, 「냉각성능」으로서 냉각수의 냉각온도나 동적 접촉각, 「발포억제성능」으로서 거품높이를 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 계면활성제를 포함하는 약제를 사용하여 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 때에, (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이의 양방을 지표로 하는 것이 더 바람직하다. (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이의 양방을 지표로 하는 쪽이 계면활성제를 포함하는 약제를 조정하기 쉽고, 발포를 억제하면서 냉각성능향상도 용이하다는 관점에서, 순환냉각수계를 더욱 용이하게 운전할 수 있다.
1-2. <냉각탑을 구비하는 순환냉각수계>
본 발명에 사용되는 순환냉각수계는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 공조, 석유화학 콤비나트, 일반공장 등에 설치되어 있는 냉각탑을 계 내에 구비하는 수계인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 순환냉각수계는, 공조, 석유화학 콤비나트, 일반공장에서 발생하는 열원을 간접적으로 냉각시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하고, 열교환기, 순환수로, 냉각탑을 포함하도록 구성되어 있는 일반적인 수계여도 좋다.
본 발명에 사용되는 순환냉각수계는, 개방순환냉각수계 또는 밀폐순환냉각수계 중의 어느 것이어도 좋고, 개방순환냉각수계는 개방식으로 냉각수가 순환할 수 있는 구성을 구비하는 것이 바람직하고, 밀폐순환냉각수계(폐쇄순환냉각수계라고도 한다)는 밀폐식으로 냉각수가 순환할 수 있는 구성을 구비하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 사용되는 냉각탑은, 개방식 냉각탑 또는 밀폐식 냉각탑 중의 어느 것이어도 좋고, 이들 냉각탑은 공지의 냉각탑의 구성 또는 기구를 채용하여도 좋다. 상기 냉각탑은, 살수수단과 충전재 영역을 적어도 구비하는 살수계 냉각탑이 더 바람직하다. 냉각탑의 성능(예를 들면, 냉각능력, 처리수량 등)은, 공장의 규모, 사용목적 등에 따라 다양하지만, 본 발명의 방법이면 계면활성제를 첨가하였을 때의 냉각수의 성상을 조제하여 제어하기 때문에, 다양한 냉각탑에 대하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 사용되는 냉각탑은, 상방에 있는 수단에 의하여 냉각수를 하방의 충전재에 살포하고, 살포된 냉각수가 순환하도록 구성되어 있는 냉각탑이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서 계 또는 수단은, 장치 또는 처리장치여도 좋다.
본 발명은, 계면활성제를 사용하여 특정의 냉각수를 조제함으로써, 냉각탑에 있어서의 냉각성능향상의 과제와 냉각탑에 있어서 발생하는 발포성에서 기인하는 문제점의 양방을 해결할 수 있다는 효과를 갖는다. 이와 같이 조제된 특정의 냉각수로 이들을 해결할 수 있기 때문에, 일반적인 순환냉각수계나 기존의 순환냉각수계에도 용이하게 적용할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 방법은, 보다 바람직한 태양으로서, 살수계 냉각탑을 구비하는 개방순환냉각수계에 사용하는 것이, 특히 살수계에서 문제가 되기 쉬운 거품비산 등을 저감시킬 수 있다는 이점이 있기 때문에 바람직하다. 살수계 냉각탑에는, 밀폐식 냉각탑 및 개방식 냉각탑이 포함된다.
1-2-1. <밀폐식 냉각탑 및 밀폐순환냉각수계>
본 발명에 사용하는 밀폐식 냉각탑 및 밀폐순환냉각수계는, 특별히 한정되지 않지만, 이하와 같은 구성을 구비하는 것이 바람직하다. 밀폐순환냉각수계에는, 단수 또는 복수의 밀폐식 냉각탑을 구비시켜도 좋다.
또한 밀폐식 냉각탑의 제1예로서, 대기를 냉각탑 내로 끌어 들여 냉각영역을 통과시키고 냉각탑 외로 배출시키는 팬 등을 구비하는 송풍수단, 살수하기 위한 살수관을 구비하는 살수수단, 냉각수용 코일 및 냉각수용 코일로부터 냉각기를 연결하기 위한 배관 등을 구비하는 냉각영역, 상기 냉각영역의 측방(側方)에서 대기를 끌어 들이기 위한 루버(louver), 냉각영역을 통과한 살수를 저장하는 하부수조 등을 구비하는 피트(pit) 등으로 구성되는 밀폐식 냉각탑으로서, 상기 살수가 상기 하부수조로부터 펌프에 의하여 순환되어 살수에 재이용되도록 구성되어 있는 밀폐식 냉각탑을 들 수 있다(예를 들면, 특허문헌7의 도11 및 단락〔0011〕 참조). 상기 냉각탑의 구성은, 살수계에도 채용할 수 있다.
밀폐식 냉각탑의 제2예로서, 구리 등의 금속제 코일을 사용하는 간접냉각에 의하여 순환수(제1냉각수)를 냉각시킴과 아울러, 송풍수단, 살수수단, 충전재 영역, 피트를 상방에서부터 순서대로 구비하는 냉각탑을 들 수 있다. 또한 상기 살수수단은, 그 하방에 있는 충전재 영역에 제2냉각수를 살포하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 피트는, 이 살포된 물을 하부에 있는 피트에 저장하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제2냉각수는, 순환시켜 다시 냉각수로서 사용되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 충전재 영역은, 금속 코일층과 충전재(예를 들면, PVC)층을 적층시킨 영역으로서, 대기를 냉각탑의 측방으로부터 끌어 들여 충전재 영역을 통과시키고, 통과한 대기는 송풍수단에 의하여 밖으로 배출되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 충전재 영역에서 제2냉각수와 대기가 접촉함으로써, 충전재 영역의 코일층을 냉각시킬 수 있음과 아울러 냉각수를 대기에 의하여 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각탑의 구성은, 살수계에도 채용할 수 있다.
또한 본 발명의 실시형태에 관한 「폐쇄식 냉각탑」, 「밀폐순환냉각수계」 및 「밀폐식 냉각탑을 구비하는 밀폐순환냉각수계」에 있어서는, 상기 「1-1.」「1-2.」와 하기 「1-2-2.」 이후의 구성과 공통인 수단, 부재, 동적 접촉각, 거품높이, 계면활성제 등의 각 구성 등의 설명에 대해서는 적당히 생략하지만, 상기 「1-1.」「1-2.」, 「1-2-2.」 이후 등의 설명은 본 실시형태에도 적합하여, 상기 설명을 적절하게 채용할 수 있다.
1-2-2. <개방식 냉각탑 및 개방순환냉각수계>
본 발명에 사용하는 개방식 냉각탑 및 개방순환냉각수계에 대하여 이하에 상세하게 설명하지만, 상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용하는 냉각탑은 개방식 냉각탑에 한정되지 않고, 밀폐식 냉각탑이어도 좋다. 개방순환냉각수계는, 단수 또는 복수의 개방식 냉각탑을 구비하여도 좋다. 상기 냉각탑은, 살수수단, 송풍수단 및 충전재 영역을 구비하는 살수계인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서의 개방순환냉각수계는, 개방식 냉각탑에 더하여, 밀폐식 냉각탑을 단수 또는 복수 더 구비하는 구성 또는 기구여도 좋고, 이들을 조합하여 열원의 냉각을 실시하여도 좋다.
본 발명에 사용하는 개방식 냉각탑을 구비하는 개방순환냉각수계는, 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이, 개방식 냉각탑, 열교환기 및 순환수로를 적어도 포함하고, 열원을 냉각시키도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수의 성상에 의하여, 개방식 냉각탑의 성능을 향상시킬 수 있다는 효과를 갖는다.
본 발명에 사용하는 개방식 냉각탑은, 본 발명에서는 방열효율향상 및 저발포성의 양방을 갖는 냉각수를 사용하여 순환운전을 실시하기 때문에, 공지의 장치 또는 신규의 장치를 불문하고, 또한 냉각처리능력 등의 장치성능, 장치규모나 장치기종 등의 장치로 특별히 한정되지 않는다. 또한 본 발명의 방법은, 일반적인 개방식 냉각탑에도 용이하게 사용할 수 있다.
본 발명에 사용되는 개방식 냉각탑으로서, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 향류형(向流型)(원형), 직교류형(直交流型)(각형) 등을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않고, 이 중에서 향류형이 바람직하다.
개방식 냉각탑은, 상기 냉각탑의 외부에 열교환기를 배치하고, 상기 냉각탑과 열교환기의 사이를 냉각수가 순환할 수 있도록 배치된 순환수로를 구비하는 것이 바람직하다. 냉각수가 순환할 수 있도록 순환용의 이송펌프를 구비하는 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 개방식 냉각탑에서 냉각된 냉각수는 순환수로를 통하여 열교환기로 이송되고, 열교환기에서 가열된 냉각수는 순환수로를 통하여 개방식 냉각탑으로 이송된다. 또한 순환수로에 접속되어 있는 개방식 냉각탑의 입구 및/또는 출구에는, 수온계, pH계, 동적 접촉각 측정장치, 거품높이 측정장치 등의 각종 측정장치를 구비시켜도 좋다.
개방식 냉각탑에는, 송풍수단, 살수수단, 충전재 영역, 피트가 구비되어 있는 것이 바람직하고, 보급수 공급수단, 약제주입수단이 더 구비되어 있어도 좋다. 또한 개방식 냉각탑을 제어하기 위한 제어부를 순환냉각수계의 내부 또는 외부에 구비하는 것이 바람직하다. 상기 내부 또는 외부는, 예를 들면 컴퓨터, 데이터베이스, 클라우드 시스템, 네트워크 시스템 등이어도 좋다.
송풍수단은 송풍기를 구비하고, 충전재 영역에 송풍하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 살수수단은 살수관을 구비하고, 충전재 영역에 냉각수를 살포하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 충전재 영역은 복수의 충전재를 구비하는 것이 바람직하다. 피트는 냉각수 저장용 탱크를 구비하고, 냉각수가 냉각되어 열교환기로 이송되는 냉각수를 저장할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 태양의 일례로서, 개방식 냉각탑은, 열교환기를 통과한 개방순환냉각수를 냉각시키는 냉각탑으로서, 충전재에 상기 냉각수를 살포하는 살수수단과, 충전재에 대기를 송풍하는 송풍수단과, 상기 냉각수를 상기 대기와 접촉시켜 증발시킴으로써 상기 냉각수를 냉각시키도록 구성되어 있고 충전재를 포함하는 충전재 영역을 구비하고, 상기 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가할 수 있도록 구성되어 있다.
개방식 냉각탑에는, 냉각수가 충전재 표면에 접촉하면서 냉각수의 일부를 증발시킴과 아울러 나머지 냉각수가 충전재 영역을 통과할 수 있도록, 복수의 충전재가 적층상(積層狀)으로 구성되어 있는 충전재 영역이 있는 것이 냉각성능향상의 관점에서 더욱 바람직하다.
개방식 냉각탑에 있어서의 충전재 영역의 배치는, 특별히 한정되지 않지만, 상기 냉각탑의 상부영역 또는 내주영역에 배치되어도 좋다.
본 발명에 있어서, 충전재 영역을 상기 냉각탑의 상부영역에 형성하고, 상기 냉각탑의 상방에서부터 순서대로 송풍수단, 살수수단, 충전재 영역, 피트를 배치하는 것이 바람직하다. 또한 상기 냉각탑에, 충전재 영역과 피트의 사이에 공간을 형성하거나, 외부로부터 대기의 유입이 가능한 간극을 형성하는 것이 바람직하다.
충전재의 기재(基材)는, 특별히 한정되지 않지만, 합성수지제 및 금속제(예를 들면, 알루미늄제, 동제(銅製) 등) 등을 들 수 있고, 합성수지제(예를 들면, 폴리염화비닐 수지제, 폴리프로필렌 수지제 등)가 바람직하고, 폴리염화비닐 수지제가 더 바람직하고, 경질 염화비닐 수지제가 더욱 바람직하다. 충전재의 접촉방식은, 냉각수를 냉각시킬 수 있도록 구성되어 있는 접촉방식이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 스플래시형(액적형(液滴型))과 필름형(수막형(水膜型))의 접촉방식을 들 수 있지만, 필름형의 접촉방식이 바람직하다.
또한 개방식 냉각탑에는, 냉각수의 증산·비산에 의한 손실분을 보충하기 위한 보급수를 공급하기 위한 보급수 공급유로, 및 약제를 상기 냉각수에 주입하기 위한 약제주입유로가 접속되어 있는 것이 바람직하다.
또한 보급수 공급유로에는, 수원(水源) 및 상기 수원으로부터 물을 이송하는 펌프 등이 접속되어 있고, 이들을 포함하는 것으로서, 보급수를 수계에 공급하도록 구성되어 있는 보급수 공급수단이 개방순환냉각수계에 구비되어 있는 것이 바람직하다. 보급수의 공급에 의하여, 냉각탑의 피트의 수위를 일정하게 유지할 수 있고, 개방순환냉각수계에 있어서의 안정적인 운전을 실시할 수 있다.
약제주입유로에는, 약제탱크 및 상기 약제탱크로부터 약제를 이송하는 펌프 등이 접속되어 있고, 이들을 포함하는 것으로서, 각종 약제를 수계에 주입하도록 구성되어 있는 약제공급수단이 개방순환냉각수계에 구비되어 있는 것이 바람직하다. 약제의 공급에 의하여, 피트 내의 냉각수에 약제를 주입할 수 있다. 상기 약제로서, 특별히 한정되지 않지만, 계면활성제를 포함하는 약제, 부식방지제, 스케일 생성억제제, 슬라임 생성억제제 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이러한 약제에 의한 스케일 생성억제 등에 의하여, 개방순환냉각수계에 있어서 안정적인 운전을 실시할 수 있다.
1-3. <계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수의 성상>
본 발명에 사용하는 냉각수는, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수인 것이 바람직하다. 상기 계면활성제를 포함하는 약제에 대한 설명은 후술한다. 상기 냉각수는, 살수계 냉각탑에 사용할 수 있고, 또한 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑의 어느 것에 사용하여도 좋지만, 개방식이 바람직하다. 또 상기 냉각수는, 개방 또는 밀폐의 순환냉각수계의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수는, (a) 동적 접촉각(°)이 특정의 범위 이하인 것, 또한 (b) 거품높이(mL)가 특정의 범위 이하인 것이 바람직하고, 이러한 성상을 냉각수가 가짐으로써, 냉각탑에 구비되는 충전재와 냉각수 사이의 젖음성을 향상시킬 수 있다. 젖음성을 향상시킴으로써, 냉각탑에 의하여 냉각시킬 수 있는 냉각수의 냉각온도를 더욱 증가시킬 수 있고, 이에 따라 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 사용하는 냉각수의 성상에 의하여, 냉각탑의 냉각성능을 향상시킴과 아울러, 냉각수의 발포에서 기인하는 문제발생을 억제할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명에 사용하는 냉각수의 성상은, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 냉각수의 (a) 동적 접촉각은, 바람직하게는 56° 이하, 더 바람직하게는 55° 이하, 더욱 바람직하게는 53° 이하, 보다 더 바람직하게는 52° 이하, 더욱더 바람직하게는 50° 이하이고, 40° 이하, 30° 이하, 20° 이하, 10° 이하, 5° 이하가 될수록 냉각성능향상의 관점에서는 더욱 바람직하다. 약제의 사용량 저감 및 발포억제의 관점에서는, 냉각수의 동적 접촉각은 바람직하게는 5° 이상, 더 바람직하게는 10° 이상, 더욱 바람직하게는 30° 이상, 보다 더 바람직하게는 40° 이상, 더욱더 바람직하게는 50° 이상이다.
보다 바람직한 냉각수의 (b) 거품높이는, 바람직하게는 300mL 이하, 더 바람직하게는 280mL 이하, 더욱 바람직하게는 250mL 이하, 보다 더 바람직하게는 230mL 이하, 더욱더 바람직하게는 200mL 이하이고, 100mL 이하, 50mL 이하가 될수록 발포억제의 관점에서는 더욱 바람직하다. 젖음성 향상의 관점에서는, 냉각수의 거품높이는 바람직하게는 100mL 이상, 더 바람직하게는 200mL 이상이다.
본 발명에 사용하는 냉각수의 성상은, 더 바람직하게는 (a) 동적 접촉각 53° 이하, 또한 (b) 거품높이 230mL 이하, 더욱 바람직하게는 (a) 동적 접촉각 50°∼52°, 또한 (b) 거품높이 200∼230mL이다.
본 발명에 있어서의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이를 측정할 때의 바람직한 태양을 이하에 나타낸다.
(a) 냉각수의 동적 접촉각(°)은, 실온(25℃)에서 약제가 첨가된 냉각수(4μL, 25℃)를 시험판 상에 적하한 경우에 있어서의 적하 1초 후의 상기 냉각수의 동적 접촉각인 것이 바람직하다.
(b) 냉각수의 거품높이(mL)는, 약제가 첨가된 냉각수 300mL를 2mL/min으로 20초간 폭기하였을 때의 거품높이인 것이 바람직하다.
상기 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이에 있어서의 「약제가 첨가된 냉각수」는, 약제를 냉각수에 첨가한 후에, 수계 내의 냉각수가 거의 균일농도가 되도록 냉각탑과 열교환기의 사이를 순환시킨 다음에 측정하는 것이 바람직하다. 또한 냉각탑에서의 송풍수단의 팬이 회전하고 있는 조건에 있어서 채취한 냉각수를 측정하는 것이 바람직하다.
후술하는 〔실시예〕에 있어서, 수계 내의 냉각수에 약제를 첨가한 후에, 약제가 첨가된 냉각수를 순환냉각수계에서 일정 시간 순환시켰을 때에 냉각온도 및 발포상태가 일정하였기 때문에, 사용하는 냉각탑에 따라 측정을 위한 순환시간을 적당히 조정하여도 좋다. 약제를 첨가한 후의 순환시간은, 예를 들면 처리수량이 100∼150L/min인 개방식 냉각탑을 사용하는 경우에는, 더 바람직하게는 20분 이상, 더욱 바람직하게는 30분 이상, 보다 더 바람직하게는 30∼60분이다.
또한 상기 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이에 있어서의 「약제가 첨가된 냉각수」는, 같은 시기 또는 서로 다른 시기여도 좋다.
상기 (a)에 있어서의 「시험판」은, 바람직하게는 합성수지제 판, 더 바람직하게는 폴리염화비닐 수지제 판, 더욱 바람직하게는 경질 염화비닐 수지제 판이다.
상기 (a)에 있어서의 「시험판」은, 상기 냉각탑 내에 구비되는 충전재의 소재와 동일한 소재인 것이 더욱 적합한 냉각수를 조제할 수 있다는 관점에서 바람직하다.
상기 (a)에 있어서의 「시험판」은, 순수(純水)로 측정하였을 때에 동적 접촉각이 67∼73°인 시험판을 사용하는 것이 바람직하고, 이때의 측정장치는 FIBRO 제품인 DAT1100 MkII Dynamic Absorption Tester가 바람직하다.
상기 (a)에 있어서의 동적 접촉각은, ASTM D5725에 의한 측정방법으로 얻은 값인 것이 바람직하고, CCD 카메라에 의한 화상해석으로 얻은 값인 것이 바람직하고, 측정시간은 상기 (a)와 같이 1초이다.
상기 (a)에 있어서의 동적 접촉각은, CCD 카메라에 의한 화상해석을 사용하고, 측정시간 1초, ASTM D5725에 준거한 동적 접촉각(°)인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 「(a) 냉각수의 동적 접촉각(°)」의 구체적인 측정방법으로서, 보다 바람직한 것은 후술하는 〔실시예〕의 <동적 접촉각 평가시험>에서 설명하는 바와 같고, 이를 참조할 수 있다.
상기 (b)에 있어서의 거품높이는, 1L 용량의 메스실린더에 약제가 첨가된 냉각수(25℃) 300mL를 넣은 후에, 산기관을 사용하여 2mL/min으로 20초간 폭기하였을 때의 거품높이인 것이 바람직하다.
상기 (b)에 있어서의 「1L 용량의 메스실린더」는, 내경 58㎜, 눈금간격 10mL, ASTM 공차 : 6±mL인 것이 바람직하다. 산기관은, 1L 용량의 메스실린더의 바닥부에 배치하는 것이 바람직하다.
상기 (b)에 있어서의 산기관은, 필터지름 20㎜, 관경(管徑) 8㎜, 세공(細孔) 20∼30㎛인 것이 바람직하다.
또한 상기 「(b) 냉각수의 거품높이(mL)」의 구체적인 측정방법으로서, 보다 바람직한 것은 후술하는 〔실시예〕의 <발포성 평가시험>에서 설명하는 바와 같고, 이를 참조할 수 있다.
본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수 중에 있어서의 계면활성제의 함유량은, 특별히 한정되지 않지만, 그 바람직한 하한값은, 바람직하게는 10mg/L 이상, 더 바람직하게는 50mg/L 이상, 더욱 바람직하게는 150mg/L 이상, 보다 더 바람직하게는 200mg/L 이상, 더욱더 바람직하게는 250mg/L 이상, 한층 더 바람직하게는 300mg/L 이상이고, 또한 그 바람직한 상한값은, 바람직하게는 1000mg/L 이하, 더 바람직하게는 900mg/L 이하, 더욱 바람직하게는 800mg/L 이하, 보다 더 바람직하게는 600mg/L 이하, 더욱더 바람직하게는 500mg/L 이하이다. 상기 계면활성제의 농도는, 바람직한 수치범위로서, 더 바람직하게는 10∼900mg/L, 더욱 바람직하게는 10∼500mg/L이다. 환경부하를 작게 한다는 관점에서, 상기 계면활성제의 사용량은 가능한 한 낮은 농도로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수의 pH(25℃)는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 6.5∼10.0, 더 바람직하게는 7.0∼9.5, 더욱 바람직하게는 7.5∼9.0이다. 냉각수의 수온은, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 10∼50℃의 범위이다.
1-4. <계면활성제를 포함하는 약제>
본 발명에 사용하는 약제는, 계면활성제를 적어도 포함하는 약제이다. 상기 약제가 첨가된 냉각수는, 충전재에 대한 젖음성을 향상시킬 수 있다. 또한 계면활성제를 포함하는 약제를 상기 「(a) 냉각수의 동적 접촉각(°)」 및 「(b) 냉각수의 거품높이(mL)」의 조건을 만족하도록 첨가하여, 냉각수를 조제할 수 있다. 이 조제된 냉각수는, 냉각탑에 있어서의 냉각온도를 증가시키면서 거품높이를 억제할 수 있다. 이 조제된 냉각수는, 냉각탑의 냉각성능향상에 사용하기 위한 냉각수로 할 수 있다. 또한 이 조제된 냉각수는, 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 수 있고, 냉각탑 내의 발포도 억제되어 있기 때문에, 냉각탑의 운전도 용이하다. 또한 본 발명에 사용하는 약제는, 젖음성 향상용, 저발포용, 냉각성능향상용 등에 적용할 수 있다. 또한 상기 약제는, 살수계의 냉각탑에 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 약제는, 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑의 어느 것에 사용하여도 좋지만, 개방식이 바람직하다. 또한 상기 약제는, 개방 또는 밀폐의 순환냉각수계의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
본 발명에 사용하는 계면활성제로서, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 아니온성 계면활성제, 카티온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양성 계면활성제를 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 약제로서 사용하여도 좋다.
또한 본 발명의 상기 「(a) 냉각수의 동적 접촉각」 및 「(b) 냉각수의 거품높이」의 조건을 만족하도록 계면활성제를 선정함으로써, 계면활성제로 이루어지는 1액형 약제여도 방열효율향상 및 저발포성의 양방의 성질을 가질 수 있고, 약제의 장기간 안정성 확보의 관점에서, 소포효과가 발휘될 수 있도록 소포제를 약제에 함유시키지 않아도 좋다는 이점을 갖는다.
이하에, 각각의 예시를 들어 설명하지만, 본 발명에서 사용하는 계면활성제는 이들에 한정되는 것은 아니다. 계면활성제는, 공지의 제조방법으로 제조하여도 좋고, 시판품을 사용하여도 좋다. 또한 이들에 사용되는 염으로서, 특별히 한정되지 않지만, 알칼리 금속염(예를 들면, 리튬, 나트륨, 칼륨 등), 알칼리토류 금속염(예를 들면, 칼슘, 마그네슘 등), 제1∼4급 암모늄염 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하여도 좋다.
아니온성 계면활성제로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 알킬벤젠술폰산 및 그 염, α-올레핀술폰산 및 그 염, 알킬황산에스테르 및 그 염, 폴리옥시알킬렌알킬에테르황산 및 그 염, N-아실메틸-β-알라닌 및 그 염, N-아실메틸타우린 및 그 염, 폴리옥시알킬렌알킬에테르아세트산 및 그 염, 알킬술포호박산 및 그 염, 폴리옥시알킬렌알킬에테르술포호박산 하프-에스테르염, 지방산 비누, 폴리옥시알킬렌알릴페닐에테르황산 및 그 염, 알킬디페닐에테르디술폰산 및 그 염, 알킬나프탈렌술폰산 및 그 염, 알킬인산에스테르 및 그 염, 폴리옥시알킬렌알킬에테르인산에스테르 및 그 염 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 약제로서 사용하여도 좋다.
카티온성 계면활성제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 알킬트리메틸암모늄염, 알킬디메틸벤질암모늄염, 디알킬디메틸암모늄염, 알킬비스-2-히드록시에틸메틸암모늄염, 폴리옥시알킬렌알킬암모늄염, 테트라알킬암모늄염, 트리알킬페닐암모늄염, 벤질트리알킬암모늄염, 알킬아민아세트산염 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 약제로서 사용하여도 좋다.
비이온성 계면활성제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리옥시알킬렌알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 2급 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌알킬아민, 폴리옥시알킬렌폴리스티릴페닐에테르, 폴리옥시알킬렌쿠밀페닐에테르, 폴리옥시알킬렌나프틸에테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 트리메틸올프로판트리데카노에이트, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌 축합물 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 약제로서 사용하여도 좋다.
양성 계면활성제로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 β-알킬아미노프로피온산염, 지방산 아미도프로필디메틸아미노아세트산 베타인, 2-알킬-N-카르복시메틸-N-히드록시에틸이미다졸리늄베타인, 라우릴아미노디프로피온산염 등을 들 수 있고, 이들 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 약제로서 사용하여도 좋다.
본 발명에 있어서, 상기한 계면활성제 중에서 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 상기 비이온성 계면활성제 중에서 에테르계 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 이 중에서 폴리옥시알킬렌알킬에테르가 더욱 바람직하다. 상기 폴리옥시알킬렌알킬에테르에 있어서의 「폴리옥시알킬렌」의 「알킬렌」은, 예를 들면 에틸렌, 프로필렌 등의 탄소수 2∼3이 바람직하고, 상기 「폴리옥시알킬렌」은, 예를 들면 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시, 또는 에틸렌옥시드·프로필렌옥시 등을 들 수 있고, 상기 「폴리옥시알킬렌」의 「폴리」는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 2∼50을 들 수 있고, 바람직하게는 2∼30이다. 또한 상기 폴리옥시알킬렌알킬에테르에 있어서의 「알킬」은, 직쇄(直鎖), 분기쇄(分岐鎖) 또는 환상(環狀)의 어느 것이어도 좋고, 상기 「알킬」의 탄소수는 바람직하게는 4∼30, 더 바람직하게는 4∼22이고, 예를 들면 2-프로필헵틸, 이소노닐, 이소데실, 2-부틸헥실 등의 분기쇄를 들 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 상기 폴리옥시알킬렌알킬에테르는, 이들 중에서 1종 또는 2종 이상을 선택할 수 있다.
본 발명에 사용하는 약제로서, 상기 계면활성제 이외에, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서 임의성분을 적당히 포함하여도 좋다. 상기 임의성분으로서, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 pH 조정제, 소포제, 방식제, 스케일 방지제, 살균제, 살조제(殺藻劑) 등의 다양한 수처리제에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하여도 좋다. 상기 소포제는, 본 발명에 사용하는 약제 중에 실질적으로 포함되지 않는 것이 약제의 저장안정성의 관점에서 바람직하고, 예를 들면 0.001질량％ 이하가 바람직하다.
본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제의 첨가장소는, 특별히 한정되지 않지만, 순환냉각수계 내의 어느 장소여도 좋고, 단수 또는 복수의 어느 장소여도 좋다.
약제첨가장소로서, 더 바람직하게는 순환수로 및/또는 냉각탑이고, 더욱 바람직하게는 냉각탑 및 이 입구 및/또는 출구 부근의 순환수로이고, 보다 더 바람직하게는 냉각탑이다. 더욱 바람직하게는, 약제주입수단에 의하여 계면활성제를 포함하는 약제를 냉각수에 첨가하는 것이다.
본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제는, 순환냉각수계에 연속 또는 단속적으로 첨가하여도 좋다.
또한 본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제의 첨가량은, 상기 「(a) 냉각수의 동적 접촉각」 및 「(b) 냉각수의 거품높이」의 조건을 만족하도록 첨가하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 실시형태에 관한 냉각성능 향상방법에 있어서는, 후술하는 「2.」, 「3.」 등의 설명이 본 실시형태에도 적합하여, 상기 설명을 적절하게 채용할 수 있다.
2. 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법
본 발명의 실시형태에 관한 조제방법에 있어서는, 상기 「1.」, 후술하는 「3.」 등의 구성과 중복되는 계면활성제, 냉각탑 등의 각 구성 등의 설명에 대해서는 적당히 생략하지만, 상기 「1.」, 「3.」 등의 설명은 본 실시형태에도 적합하여, 상기 설명을 적절하게 채용할 수 있다.
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법으로서, 상기 순환냉각수계의 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하여, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하인 냉각수를 조제하는 냉각수의 조제방법을 제공할 수 있다. 상기 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계는, 개방식 냉각탑을 구비하는 개방순환냉각수계인 것이 바람직하다.
상기 냉각수가, 상기 (a) 동적 접촉각 52° 이하, 또한 (b) 거품높이 230mL 이하인 것이 바람직하다.
상기 계면활성제는, 비이온성 계면활성제가 바람직하고, 이 중에서 폴리옥시알킬렌알킬에테르가 더 바람직하다.
상기 냉각수 중에 있어서의 계면활성제의 함유량 또는 사용량은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 상기 냉각수 중에 있어서 10∼500mg/L여도 좋다.
본 발명의 조제방법으로 얻은 냉각수는, 젖음성 향상작용, 냉각성능 향상작용, 발포억제작용을 갖기 때문에, 젖음성 향상용 냉각수, 냉각성 향상용 냉각수, 발포억제용 냉각수로서 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제는, 이들 작용을 냉각수에 부여할 수 있다.
본 발명의 조제방법으로 얻은 냉각수는, 젖음성 향상작용, 냉각성능 향상작용, 발포억제작용의 목적으로 사용할 수 있다. 본 발명의 조제방법으로 얻은 냉각수는, 젖음성 향상방법, 냉각성능 향상방법, 발포억제방법에 사용할 수 있다.
상기 냉각수의 조제방법은, 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑의 어느 것에 사용하여도 좋지만, 개방식이 바람직하다. 또한 상기 냉각수의 조제방법은, 개방 또는 밀폐의 순환냉각수계의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
3. 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법
본 발명의 실시형태에 관한 운전방법에 있어서는, 상기 「1.」, 「2.」 등의 구성과 중복되는 계면활성제, 냉각탑 등의 각 구성 등의 설명에 대해서는 적당히 생략하지만, 상기 「1.」, 「2.」 등의 설명은 본 실시형태에도 적합하여, 상기 설명을 적절하게 채용할 수 있다.
본 발명은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법으로서, 상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 순환냉각수계의 운전방법을 제공할 수 있다. 상기 운전방법은 관리방법에 적용하여도 좋다. 상기 운전방법은, 살수계 냉각탑에 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 운전방법은, 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑의 어느 것에 사용하여도 좋지만, 개방식이 바람직하다. 또한 상기 운전방법은, 개방 또는 밀폐의 순환냉각수계의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
더욱 바람직한 태양에 대하여 도1을 참조하여 설명하지만, 본 발명은 이에 특별히 한정되지 않는다.
개방순환냉각수계(1)는, 개방식 냉각탑(10)과, 이송펌프를 구비하는 순환수로(20)와, 열교환기(30)로 구성된다. 개방식 냉각탑(10)은, 상방에서부터 순서대로 송풍수단(11), 살수수단(12), 충전재 영역(13), 측방으로부터 대기를 끌어 들이는 공간(14), 피트(15)를 구비하고, 보급수 공급수단(16) 및 약제주입수단(17)을 더 구비한다. 상기 개방식 냉각탑(10)은, 살수계의 냉각탑의 구성도 구비하고 있어도 좋다.
본 발명에 사용하는 계면활성제를 포함하는 약제는, 약제주입수단(17)으로부터 피트(15)에 저장되어 있는 냉각수에 첨가된다. 이 약제와 냉각수는, 교반날개 등의 교반, 유로의 순환, 펌프토출 등의 혼합수단에 의하여 충분히 혼합시킬 수 있다.
상기 약제를 포함하는 냉각수는, 개방식 냉각탑(10)의 출구에 접속되어 있는 순환수로(20)로 이송되고, 이송펌프(21)를 사용하여 순환수로(20)를 통하여 열교환기(30)로 이송된다. 상기 약제를 포함하는 냉각수는, 열교환기(30)의 순환수로 내를 통과할 때에 열교환기(30)로부터 열을 받아 가온(加溫)된다. 가온된 상기 약제를 포함하는 냉각수는, 개방식 냉각탑(10)의 입구에 접속되어 있는 순환수로(20)를 통하여 개방식 냉각탑(10)으로 이송된다.
이송된 상기 약제를 포함하는 냉각수는, 살수수단에 구비되어 있는 살수관으로부터, 송풍수단의 하방에 있는 충전재 영역(13)에 구비되어 있는 충전재에 하류로 살포된다. 한편 충전재 영역(13)의 하방에 있는 루버(18) 사이의 간극으로부터 유입된 대기가 송풍수단(11)에 의하여 상방으로 이송되고, 이때에 충전재 영역(13)을 통과한다. 이때에, 대기에 의하여 충전재 상의 냉각수의 일부를 증발시킴으로써 방랭되고, 상기 약제를 포함하는 냉각수는 냉각된다. 그리고 상기 약제를 포함하는 냉각수는 충전재에 대한 젖음성이 향상되어 있기 때문에, 충전재의 표면 상을 넓게 흐르고, 이에 따라 전열면적이 증대되어, 열교환효율이 더욱 증가한다. 이에 따라, 냉각탑의 냉각성능을 약제 무첨가의 냉각수와 비교하여 향상시킬 수 있다.
냉각된 상기 약제를 포함하는 냉각수는, 충전재 영역(13)을 통과하여, 공간(14) 아래의 냉각수가 저장되어 있는 피트(15)에 세차게 부딪친다. 이때에, 계면활성제를 포함하는 약제를 포함하는 냉각수는 발포가 억제되도록 계면활성제가 조정되어 있기 때문에, 피트(15)에 있어서 계면활성제에서 기인하는 발포는 냉각탑 내에서 증가하지 않는다. 피트(15)에는, 냉각수로부터 증발한 물을 보급하기 위한 보급수가 보급수 공급수단에 의하여 공급되어, 약제를 포함하는 냉각수는 일정한 피트량이 되도록 조정된다. 피트 내에 저장되어 있는 약제를 포함하는 냉각수는, 개방식 냉각탑(10)의 출구로부터 순환수로를 통하여 열교환기(30)로 이송된다. 이를 반복함으로써, 열교환기(30)에서 발생하는 열을 양호하게 제거할 수 있다. 또한 개방식 냉각탑(10)의 입구 및 출구에는, 냉각온도를 계측하기 위하여 냉각수의 수온을 계측하는 온도계를 설치하여도 좋다.
또한 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑의 수계를 운전할 때의 냉각온도는, 냉각탑의 입구의 수온의 평균값과 냉각탑의 출구의 수온의 평균값으로부터 산출한 평균냉각수온이어도 좋다.
또한 상기 약제를 포함하는 냉각수의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이에 대하여, 상기한 <계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수의 성상>에 따라, 동적 접촉각 측정장치 및 거품높이 측정장치 등의 측정장치로 측정할 수 있다. 측정장소는, 개방식 냉각탑의 피트(15) 또는 출구인 것이 바람직하다. 이 측정결과는, 냉각수의 조제를 제어하는 제어부로 송신된다.
제어부는, 이 측정결과에 의거하여, 상기 약제를 포함하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하의 조건을 만족하도록, 약제주입 및/또는 보급수 공급을 조정할 수 있다. 또한 제어부는, 상기한 온도계 등의 각 측정장치의 동작을 제어하여도 좋고, 이들의 측정결과나 이들에 대한 지시 등의 신호를 송수신하여도 좋다. 또 제어부는, 개방 또는 밀폐의 순환냉각수계, 개방식 또는 밀폐식의 냉각탑 등의 운전이나 관리 등을 하여도 좋다.
일례로서, 제어부는, 상기 약제를 포함하는 냉각수가 상기 (a) 동적 접촉각 또한 (b) 거품높이의 조건을 만족하는지, 하지 않는지를 판별한다. 제어부가 이 판별결과에 의거하여 이하의 스텝S100 및/또는 S200을 실시함으로써, 상기 (a) 동적 접촉각 또한 (b) 거품높이의 조건을 만족하는 냉각수를 조제하여도 좋다. 또한 오퍼레이터의 수동조작에 의하여, 상기 (a) 동적 접촉각 또한 (b) 거품높이의 조건을 만족하는 냉각수를 조제하는 것도 가능하다.
(스텝S100 : (a) 동적 접촉각의 조정)
제어부는, 상기 소정의 (a) 동적 접촉각을 만족하지 않고 초과하는 경우에는, 냉각수 중의 계면활성제의 함유량이 부족하다고 판단한다. 부족한 경우에는, 제어부는 약제주입수단(17)에 대하여, 약제주입장소(바람직하게는, 피트(15))에 계면활성제를 포함하는 약제의 주입을 시작 또는 주입량을 증가시키도록 지시 또는 제어한다. 및/또는 제어부는 보급수 공급수단(16)에 대하여, 보급수 공급장소(바람직하게는, 피트(15))에 보급수의 공급을 정지 또는 공급량을 감소시키도록 지시 또는 제어한다.
(스텝S200 : (b) 거품높이의 조정)
또한 제어부는, 상기 소정의 (b) 거품높이를 만족하지 않고 초과하는 경우에는, 냉각수 중의 계면활성제의 함유량이 과잉이라고 판단한다. 과잉인 경우에는, 제어부는 약제주입수단(17)에 대하여, 약제주입장소(바람직하게는, 피트(15))에 계면활성제를 포함하는 약제의 주입을 정지 또는 주입량을 감소시키도록 지시 또는 제어한다. 및/또는 제어부는 보급수 공급수단(16)에 대하여, 보급수 공급장소(바람직하게는, 피트(15))에 보급수의 공급을 시작 또는 공급량을 증가시키도록 지시 또는 제어한다.
또한 본 발명은, 냉각탑에서 사용하는 냉각수의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이를 측정하는 측정공정과,
냉각탑에서 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 조정하는 약제조정공정을
포함하는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법을 제공할 수 있다.
또한 상기 약제조정공정에 있어서, 계면활성제를 포함하는 약제의 주입량 및/또는 보급수의 공급량을 조정하는 것이 바람직하다. 상기 냉각탑은, 살수계가 바람직하다. 또한 상기 냉각탑은, 개방식 또는 밀폐식의 어느 것이어도 좋지만, 개방식 냉각탑이 바람직하다. 순환냉각수계는, 개방 또는 밀폐의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
또한 상기한 본 발명의 측정공정 및 약제조정공정을 포함하는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법은, 냉각탑의 냉각성능 향상방법, 냉각수의 조제방법에 적용하여도 좋다.
또한 본 발명의 방법을, 상기한 순환냉각수계의 냉각성능 향상방법 또는 운전방법, 이에 사용하는 냉각수의 조제방법 등의 방법을 실시 또는 관리하기 위한 장치(예를 들면, 컴퓨터, 노트북, 데스크톱 컴퓨터, 태블릿 PC, PLC, 서버, 클라우드 서비스 등) 또는 상기 장치에 구비되는 제어부(상기 제어부는 CPU 등을 포함한다)에 의하여 실현시키는 것도 가능하다. 또한 본 발명의 방법을, 기록매체(불휘발성 메모리(USB 메모리 등), SSD(Solid State Drive), HDD(Hard Disk Drive), CD, DVD, 블루레이 등) 등을 구비하는 하드웨어 자원에 프로그램으로서 저장하고, 상기 제어부에 의하여 실현시키는 것도 가능하다. 상기 제어부에 의하여 냉각수의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이를 제어하는 순환냉각수계의 냉각성능향상 등의 시스템 등, 상기 제어부 혹은 상기 시스템을 구비하는 장치를 제공하는 것도 가능하다. 또한 상기 관리장치는, 터치패널이나 키보드 등의 입력부, 네트워크 등의 통신부, 터치패널이나 디스플레이 등의 표시부 등을 구비하여도 좋다.
일례로서, 본 발명은, 컴퓨터에, 냉각탑에 사용하는 냉각수의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이를 측정하는 기능과,
냉각탑에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 조정하는 기능을
포함하는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전을 실현시키는 프로그램을 제공할 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 상기 냉각탑은, 살수계가 바람직하다. 또한 상기 냉각탑은, 개방식 또는 폐쇄식의 어느 것이어도 좋지만, 개방식이 바람직하다. 순환냉각수계는, 개방 또는 폐쇄의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
본 기술은, 이하의 구성을 채용할 수 있다.
〔1〕
냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서,
상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고,
상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 냉각성능 향상방법. 또한 상기 냉각탑은, 살수계가 바람직하다. 또한 상기 냉각탑은 개방식 냉각탑 또는 폐쇄식 냉각탑의 어느 것이어도 좋고, 순환냉각수계는 개방순환냉각수계 또는 폐쇄순환냉각수계의 어느 것이어도 좋다.
〔2〕
냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법으로서,
상기 냉각수계의 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하여, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하의 냉각수를 조제하는 냉각수의 조제방법. 상기 냉각탑은, 살수계가 바람직하다.
〔3〕
냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법으로서,
상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 순환냉각수계의 운전방법. 상기 냉각탑은, 살수계가 바람직하다.
〔4〕
냉각탑에 사용하는 냉각수의 (a) 동적 접촉각 및 (b) 거품높이를 측정하는 측정공정과,
냉각탑에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 조정하는 약제조정공정을 포함하는 방법.
상기 〔1〕∼〔3〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법은, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법, 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법, 또는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법이 바람직하다.
상기 〔1〕∼〔3〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법은, 개방식 냉각탑 및/또는 개방순환냉각수계가 바람직하고, 개방식 냉각탑을 구비하는 개방순환냉각수계는 폐쇄식 냉각탑을 더 구비하여도 좋다.
〔5〕
상기 계면활성제가, 비이온성 계면활성제인 상기 〔1〕∼〔4〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법.
〔6〕
상기 계면활성제가, 폴리옥시알킬렌알킬에테르인 상기 〔1〕∼〔5〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법.
〔7〕
상기 계면활성제의 사용량이, 상기 냉각수 중에 200∼900mg/L인 상기 〔1〕∼〔6〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법.
〔8〕
상기 냉각수가, 동적 접촉각 52° 이하, 또한 거품높이가 230mL 이하인 상기 〔1〕∼〔7〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법.
〔9〕
이하의 (a) 및 (b)인 상기 〔1〕∼〔8〕 중의 어느 하나에 기재되어 있는 방법.
상기 (a) 냉각수의 동적 접촉각(°)은, 실온(25℃)에서 약제가 첨가된 냉각수(4μL, 25℃)를 시험판 상에 적하한 경우에 있어서의 적하 1초 후의 상기 냉각수의 동적 접촉각인 것. 상기 시험판이, 경질 염화비닐 수지제 판인 것이 바람직하다.
(b) 냉각수의 거품높이(mL)는, 약제가 첨가된 냉각수 300mL를 2mL/min으로 20초간 폭기하였을 때의 거품높이인 것.
〔10〕
상기 〔1〕∼〔9〕 중의 어느 하나의 방법을 실시 또는 관리하기 위한 장치로서, 상기 장치는 CPU 등을 포함하는 제어부를 구비하여도 좋다.
〔11〕
상기 〔1〕∼〔9〕 중의 어느 하나의 방법을 실시 또는 관리하도록 구성되어 있는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계. 상기 순환냉각수계는, 개방순환냉각수계 또는 폐쇄순환냉각수계여도 좋다. 상기 순환냉각수계는, 순환냉각수 장치 또는 순환냉각수 플랜트여도 좋다.
〔12〕
냉각탑과, 이송펌프를 구비하는 순환수로와, 열교환기와, 상기 〔1〕∼〔9〕 중의 어느 하나의 방법을 실시 또는 관리하기 위한 장치를 구비하고, 이들 사이에서 냉각수가 순환할 수 있도록 구성되어 있는 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계. 상기 순환냉각수계는, 개방순환냉각수계 또는 폐쇄순환냉각수계여도 좋다. 상기 순환냉각수계는, 순환냉각수 장치 또는 순환냉각수 플랜트여도 좋다.
(실시예)
이하의 실시예 및 비교예 등을 들어, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한 본 발명의 범위는 실시예 등에 의하여 한정되는 것은 아니다.
시험예1∼3을 이하의 <냉각탑 시험> 및 표1∼3에 나타내는 시험수의 조건에 따라 실시하고, 각각의 시험결과를 표1∼3에 나타낸다.
<냉각탑 시험>
개방식의 원형 향류형 냉각탑(NS 쿨링타워, 니혼 스핀들 제조(주)(Nihon Spindle Manufacturing Co., Ltd.) 제품)에 있어서, 35℃로 가온한 시험수를 35L/min의 유량으로 통수(通水)를 시작하고, 상기 냉각탑 내에서 냉각수를 냉각처리하고, 상기 냉각탑으로부터 열교환기로 냉각수를 순환시켰다. 통수를 시작하고 30분이 경과한 때에, 냉각탑의 입구와 출구에 있어서의 냉각수의 수온(℃)을 측정하였다. 열교환기를 통과한 가온된 냉각수가 냉각탑의 입구에 들어갈 때의 수온(℃)을 냉각탑의 입구의 냉각수의 수온으로 하고, 냉각탑의 출구에서 나올 때의 수온(℃)을 냉각탑의 출구의 냉각수의 수온으로 하였다. 냉각탑에 있어서의 각각의 냉각수의 수온을 구하고, 이 입구의 수온과 출구의 수온의 온도차를 냉각온도(℃)로 하였다.
각 평가는, 냉각탑의 팬이 회전하고 있는 조건에 있어서 냉각수를 채취하여 실시하였다. 또한 시험 시에는, 육안으로 냉각탑 내의 거품이 경시적으로 증가하는지를 확인하였다.
계면활성제가 첨가된 냉각수의 pH(25℃)는, 7.8∼8.0이었다. 냉각수의 수온은, 10∼50℃의 범위 내에 있었다.
<개방식의 원형 향류형 냉각탑>
NS 쿨링타워(니혼 스핀들 제조(주) 제품)
형식 : CTA-10NL
냉각능력 : 45.35kW
처리수량 : 7.8t/h(130L/min)
충전재 : 경질 염화비닐 수지제
본 실시예에서 사용하는 개방식의 원형 향류형 냉각탑의 기본적인 구성으로서는, 상기 냉각탑의 외부에 열교환기를 배치하고, 상기 냉각탑과 열교환기의 사이에서 냉각수가 순환할 수 있는 순환수로를 구비한다. 개방식 냉각탑을 구비하는 개방순환냉각수계는, 냉각탑, 열교환기, 순환수로를 포함하고, 열원을 냉각시키도록 구성되어 있다.
더 구체적으로는, 개방식의 원형 향류형 냉각탑은, 열교환기를 통과한 개방순환냉각수를 냉각시키는 개방식 향류형 냉각탑으로서, 충전재에 상기 냉각수를 살포하는 살수수단과, 충전재에 대기를 송풍하는 송풍수단과, 상기 냉각수를 상기 대기와 접촉시켜 증발시킴으로써 상기 냉각수를 냉각시키도록 구성되어 있고 충전재를 포함하는 충전재 영역을 구비하고, 상기 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가되도록 구성되어 있다. 상기 냉각탑은, 살수계의 구성을 구비하고 있다. 충전재 영역에는 경질 염화비닐 수지제의 충전재가 복수 존재하고, 복수의 충전재는 대기가 통과할 수 있도록 또한 적층상으로 배치되어 있다.
또한 상기 냉각탑에는, 냉각수의 증산·비산에 의한 손실분을 보충하기 위한 보급수를 공급하기 위한 유로, 및 약제를 냉각수에 주입하기 위한 약제주입유로가 접속되어 있다. 보급수의 보급에 의하여 피트의 수위를 일정하게 유지할 수 있다. 피트 내의 냉각수에 대한 약제를 주입할 수 있다.
<시험수>
시험예1∼3에 있어서, 이하의 계면활성제를 사용하였다. 상기 계면활성제를 냉각수 중에 표1 및 2에 나타내는 농도(mg/L)가 되도록 첨가한 냉각수를 시험수로 하였다.
· 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌 블록 폴리머 : BASF 제품, Burst EP6200
· 폴리옥시알킬렌알킬에테르A : BASF 제품, PLURAFAC LF901(에틸렌옥시드·프로필렌옥시드 중합물의 모노(2-프로필헵틸)에테르(CAS 번호 : 166736-08-9))
· 폴리옥시알킬렌알킬에테르B : 쿠리타 고교(주)(Kurita Water Industries Ltd.) 제품, 쿠리폼 C-803
· 알킬디페닐에테르디술폰산나트륨 : 산요 화성공업(주)(Sanyo Chemical Industries, Ltd.) 제품, 산뎃(SANDET) ALH
<동적 접촉각 평가시험>
냉각탑 충전재와 동일한 재질인 경질 염화비닐판에 시험수(4μL, 25℃)를 적하한 시점으로부터 1초 후의 접촉각을, 동적 접촉각 시험장치(DAT1100 MkII Dynamic Absorption Tester, FIBRO 제품)를 사용하여 실온(25℃)에서 측정하였다.
시험수는, 냉각탑으로부터 열교환기의 사이에 있어서, 냉각탑의 출구에서 나올 때의 냉각수를 시험수로서 채취하였다.
동적 접촉각 평가시험에 사용한 경질 염화비닐판은, 유니선데이 염화비닐시트(EB235-5, (주)히카리(HIKARI CO., LTD.) 제품)를 사용하였다. 시험에 사용한 경질 염화비닐판은, 「시험수」 대신에 「순수(이온교환수)」를 적하하였을 때에, 상기 순수의 동적 접촉각이 평균 69.7°(2회 측정 : 72.2°, 67.1°)를 나타내는 표면을 구비하는 것이었다.
동적 접촉각이 55° 이하인 때에 냉각온도(℃)가 증가하여 양호하였기 때문에, 동적 접촉각 55° 이하를 합격으로 하였다.
<동적 접촉각 시험장치 DAT1100 MkII>
상기 동적 접촉각 시험장치는, 표면 사이즈성과 상관하는 접촉각의 동적평가를 할 수 있다. 상기 동적 접촉각 시험장치는, 시간변화에 대한 접촉각(젖음특성), 적하액 용량(흡수특성), 액적직경(퍼짐)을 CCD 카메라에 의한 화상해석에 의하여 측정할 수 있다.
· 수적법(pendant drop method)에 의하여 액의 표면장력을 측정할 수 있다.
· 셔터속도 : 0.001초
· 측정간격 : 0.02초(50화상/초)
· ASTM D5725에 준거
<발포성 평가시험>
1L 용량의 메스실린더에 300mL의 시험수(25℃)를 첨가하고, 산기관을 1L 용량의 메스실린더의 바닥부에 배치하였다. 산기관을 사용하여 2mL/min으로 시험수 중에 대기를 보내 폭기를 시작하고, 폭기의 시작으로부터 20초 후의 거품높이를 메스실린더의 눈금을 통하여 읽어, 이 발포시켰을 때의 용량(mL)－발포 전의 용량 300mL의 값을 발포성(mL)으로 하고, 이를 발포성의 평가로 하였다.
평가기준으로서, 발포성 250mL 이하에서는 냉각탑에서의 거품의 증가가 발생하지 않았기 때문에, 이 발포성 250mL를 합격으로 하였다.
· 시험수는, 냉각탑으로부터 열교환기의 사이에 있어서, 냉각탑의 출구에서 나올 때의 냉각수를 시험수로서 채취하였다.
· 1L 용량의 메스실린더 : 내경 58㎜, 눈금간격 10mL, ASTM 공차 : 6±mL
· 산기관 : (주)아사히 제작소(Asahi Glassplant Inc.) 제품, 볼필터 3970-20/3, 필터지름 20㎜, 관경 8㎜, 세공 20∼30㎛
<시험예1>
시험예1에 있어서, 표1에 나타내는 계면활성제 및 상기 계면활성제의 시험수 중의 농도로 상기 <냉각탑 시험>을 실시하였다. 그 결과, 동일한 농도이더라도 계면활성제의 종류에 따라 친수화 성능이 달랐다. 또한 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 친수화 성능이 향상되었다.
<시험예2>
시험예2에 있어서, 표2에 나타내는 계면활성제 및 상기 계면활성제의 시험수 중의 농도로 상기 <냉각탑 시험>을 실시하였다. 그 결과, 동일한 농도이더라도 계면활성제의 종류에 따라 발포성이 달랐다. 계면활성제의 농도가 증가함에 따라 발포성이 증가하였다.
<시험예3>
시험예3에 있어서, 표3에 나타내는 계면활성제 및 상기 계면활성제의 시험수 중의 농도로 상기 <냉각탑 시험>을 실시하였다. 친수화 성능이 높고, 발포성이 낮은 특징이 있는 비이온성 계면활성제인 폴리옥시알킬렌알킬에테르A를 사용하였다. 이 결과, 계면활성제(바람직하게는, 비이온성 계면활성제)를 300mg/냉각수1L 이상이 되도록 냉각수에 함유시킴으로써, 냉각탑에 있어서의 냉각온도가 증가하였다(비교예1, 2, 3, 실시예1, 2).
또한 계면활성제(바람직하게는, 비이온성 계면활성제)가 첨가된 냉각수의 동적 접촉각이 55°를 하회하면, 냉각온도가 증가하는 관계가 얻어졌다. 또한 계면활성제(바람직하게는, 비이온성 계면활성제)가 첨가된 냉각수의 거품높이(발포성)가 250mL 이하가 되면, 냉각탑에서의 거품의 증가를 볼 수 없는 관계가 얻어졌다.
이로부터, 냉각수의 동적 접촉각이 55° 이하, 또한 냉각수의 거품높이가 250mL 이하가 되도록 계면활성제(바람직하게는, 비이온성 계면활성제)를 냉각수에 첨가함으로써, 냉각탑의 냉각성능이 향상되는 냉각수를 얻을 수 있고, 이 냉각수를 사용함으로써 냉각탑의 냉각성능을 향상시킬 수 있다. 상기 냉각수를 조제하여 사용함으로써, 냉각탑의 냉각성능을 용이하게 향상시킬 수 있기 때문에, 순환냉각수의 운전을 용이하게 실시할 수 있다. 또 상기 냉각수를 조제하여 사용하기 때문에, 냉각탑을 특별하게 개조하지 않아도 좋고, 기존의 설비를 사용하여도 좋아, 냉각탑의 냉각성능을 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한 냉각탑은, 살수수단과 충전재 영역을 적어도 구비하는 살수계 냉각탑이 바람직하다. 또한 개방식 또는 폐쇄식의 어느 것이어도 좋지만, 개방식 냉각탑이 바람직하다. 순환냉각수계는, 개방순환냉각수계 또는 폐쇄순환냉각수계의 어느 것이어도 좋지만, 개방순환냉각수계가 바람직하다.
1 : 개방순환냉각수계
10 : 개방식 냉각탑
11 : 송풍수단
12 : 살수수단
13 : 충전재 영역
14 : 공간
15 : 피트
16 : 보급수 공급수단
17 : 약제주입수단
18 : 루버
20 : 순환수로
21 : 이송펌프
30 : 열교환기
10 : 개방식 냉각탑
11 : 송풍수단
12 : 살수수단
13 : 충전재 영역
14 : 공간
15 : 피트
16 : 보급수 공급수단
17 : 약제주입수단
18 : 루버
20 : 순환수로
21 : 이송펌프
30 : 열교환기
Claims (7)
- 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 있어서의 냉각탑의 냉각성능 향상방법으로서,
상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가, 계면활성제를 포함하는 약제가 첨가된 냉각수이고,
상기 냉각수가, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 상기 냉각성능 향상방법.
- 제1항에 있어서,
상기 계면활성제가, 비이온성 계면활성제인 냉각성능 향상방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 계면활성제가, 비이온성 에테르계 계면활성제인 냉각성능 향상방법.
- 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 계면활성제가, 폴리옥시알킬렌알킬에테르인 냉각성능 향상방법.
- 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 냉각수가, 동적 접촉각 52° 이하, 또한 거품높이가 230mL 이하인 냉각성능 향상방법.
- 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계에 사용하는 냉각수의 조제방법으로서,
상기 순환냉각수계의 냉각수에 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하여, (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하의 냉각수를 조제하는 상기 냉각수의 조제방법.
- 냉각탑을 구비하는 순환냉각수계의 운전방법으로서,
상기 순환냉각수계에 사용하는 냉각수가 (a) 동적 접촉각 55° 이하, 또한 (b) 거품높이 250mL 이하를 만족하도록, 계면활성제를 포함하는 약제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 상기 순환냉각수계의 운전방법.
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