JP3185318U

JP3185318U - クーリングタワーシステム

Info

Publication number: JP3185318U
Application number: JP2013003090U
Authority: JP
Inventors: 将史河合; 隆利酒井; 邦彦岡島; 一石佐藤
Original assignee: 日本治水株式会社
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2018-05-14

Abstract

【課題】循環水の導電率を一定値以下に維持し、スケールが固着するのを防止すると共に、節水効果に優れるクーリングタワーシステムを提供する。
【解決手段】クーリングタワー３が配設された冷却水循環路２におけるクーリングタワーシステムであって、循環水の水流によって流動させられるセラミック粒子が容器に装入され冷却水循環路に配設された活水装置１８と、冷却水循環路に配設又は形成され循環水の溶存成分の析出物を分離する分離部４と、を備える。セラミック粒子を循環水中で流動させながら相互に摩擦、衝突を繰り返させて活性化させることにより、ミネラル分が冷却水循環路中に微結晶状に析出する。分離部で、コロイド状態で循環水中を漂う析出物を循環水と分離させることにより、循環水の導電率を一定値以下に維持することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、クーリングタワーが配設された冷却水循環路において、スケールの付着を防止するクーリングタワーシステムに関するものである。

クーリングタワーは、水などの熱媒体を大気と直接または間接的に接触させて冷却する熱交換器の一種で、ビル空調や地域冷暖房設備等において、冷凍機やコンプレッサー等で使用される冷却水を冷却し、冷却水を効率良く循環利用するために広く用いられている。
クーリングタワーにおける冷却水の冷却方式に着目すると、冷却水と外気（空気）とを直接接触させ、一部の冷却水の蒸発による気化熱を利用して残りの冷却水を冷却する開放式と、冷却水を熱交換器の管内に通し、管外側に外気と散布水を散水して冷却する密閉式と、があるが、開放式のクーリングタワーが主流である。開放式は、クーリングタワーでの気化熱作用のため冷却水の一部が蒸発・飛散するため、蒸発・飛散した冷却水に相当する水を常に補給しつつ、冷凍機やコンプレッサー等の熱交換器とクーリングタワーとの間で冷却水を循環させているのが一般的である。

冷却水としては、上水道水や工業用水や地下水等が用いられている。これらの水の中にはカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分が必ず含まれている。冷却水（循環水）に溶存したこれらのミネラル分によって、クーリングタワーや熱交換器内における冷却用循環水の循環水路でスケールが発生し、クーリングタワー内の充填材の目詰まりによる熱交換効率の低下、熱交換器における熱交換率の低下や作動不良、配管経路の閉塞などのトラブルの原因となる。
これらのトラブルを防止或いは抑制するために、固着したスケールを除去する目的で、定期的なメンテナンスとして、設備を停止し、場合によっては装置の一部を解体して、物理的に或いは薬品を使用して洗浄することが行われていた（例えば、特許文献１）。
更に、循環水中のスケールの発生を抑制或いは防止する目的で、循環水中に種々の薬品を投与することも行われていた（例えば、特許文献２）。
また、（特許文献３）には、「セラミック粒子に接触させた活性水をスケールに接触させ、水に不溶又は難溶化したスケールを再び水溶化させることによるスケールを抑制・除去する方法」が開示されている。
（特許文献４）には、「セラミック粒子に接触させた活性水を、循環水の（蒸発した水を補う）補給水として用いることにより、付着・堆積した状態で固着していたスケールを溶解・剥離させるスケールの除去及び付着防止方法」が開示されている。
特開２００３−２６２４９４号公報特開平１１−６３７４６号公報特開平１１−３１９８８６号公報特開２００２−１９２１７１号公報

しかしながら、上記従来の技術においては、以下のような課題を有していた。
（１）（特許文献１）に開示の技術は、設備を停止し、クーリングタワーからスケールの付着した冷却塔用部品（熱交換コイル）を取り外し、塩酸水溶液と酸化フッ化アンモニウム水溶液を貯留した処理槽に冷却塔用部品を浸漬して、スケールを冷却塔用部品から溶解し除去させる方法なので、設備を停止させて冷却塔の一部を解体する定期的なメンテナンスが必要なため煩雑であり、また塩酸水溶液や酸化フッ化アンモニウム水溶液等の排水処理費用を要し、排水が環境に負荷を与えるという課題を有していた。
（２）（特許文献２）に開示の技術は、冷却水中にスケール付着防止剤等の水処理剤を注入してスケールの発生を抑制するものである。先に述べたように、開放式のクーリングタワーでは冷却水（循環水）の一部は蒸発して消失するが、スケールの原因となるカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分は水中に残留するため、水処理剤を注入していてもミネラル分が濃縮され、スケールの発生につながる。そこで、ミネラル分の濃縮率の検知のために循環水の導電率を測定し、導電率が設定値以上になると、濃縮率を低下させるためクーリングタワー内に補給水を供給するとともに、循環水のブロー（排水）を行っていた。このため、水処理剤を定期的に注入することによるランニングコストが増加し、さらに水処理剤が注入された循環水のブロー（排水）の際の排水処理費用を要し、排水が環境に負荷を与えるという課題を有していた。
（３）（特許文献３）に開示の技術は、公報第２頁右欄第３２行乃至第３７行に記載されているように、スケールを水に易溶化させ、発生初期の付着スケール類を水に溶かし堆積を抑制するものである。また、（特許文献４）に開示の技術は、スケール及びスライムを溶解・剥離・膨潤させ（公報第６頁右欄第８行乃至第９行）、剥離したスケールやスライム等が循環水中で再固着することが殆どない（公報第３頁左欄第５０行乃至右欄第１行）ものである。このように、（特許文献３）、（特許文献４）に開示されているのは、循環水にスケールを溶解させることによりスケールの付着を防止する技術である。先に述べたように、開放式のクーリングタワーでは、冷却水（循環水）の一部は蒸発して消失するが、スケールの原因となるカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分は水中に残留するため、経時的にミネラル分が濃縮し電気伝導率が上昇する（特許文献４の第４頁左欄第５行乃至第６行）。特許文献４の第４頁左欄第１０行乃至第１１行には、「高い電気伝導率でも良好な状態での運転が可能である」と記載されているが、電気伝導率が高くなりミネラル分が濃縮されて飽和状態に近づくにつれスケールが固着し易くなる。そこで、「捨てる水の量を大幅に削減でき、大きな節水が可能」（特許文献４の第４頁左欄第１０行乃至第１２行）と記載されてはいるが、循環水の定期的なブロー（排水）を行うとともに不足した水を補給して、ミネラル分の濃縮率を低下させ循環水の電気伝導率を低下させる必要があるため、ブロー（排水）の分だけ補給水の供給量が増加し、節水効果が限定的であった。また、循環水の電気伝導率を監視し定期的なブロー（排水）や補給水の供給等を行う必要があり、煩雑な操作が必要であるという課題を有していた。

本考案は上記従来の課題を解決するもので、スケール付着防止剤等の水処理剤の使用や定期的なブロー（排水）を行わない簡易なシステムでありながら、循環水の導電率を一定値以下に維持しミネラル分が濃縮されるのを防ぎ、クーリングタワーや冷却水循環路にスケールが固着するのを防止することができ、さらにブロー（排水）による循環水の不足分を補給する必要がなく、節水効果に著しく優れるクーリングタワーシステムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために本考案のクーリングタワーシステムは、以下の構成を有している。
本考案の請求項１に記載のクーリングタワーシステムは、クーリングタワーが配設された冷却水循環路におけるクーリングタワーシステムであって、循環水の水流によって流動させられるセラミック粒子が容器に装入され前記冷却水循環路に配設された活水装置と、前記冷却水循環路に配設又は形成され循環水の溶存成分の析出物を重力により沈殿・堆積させて分離する分離部と、を備え、前記活水装置が、前記クーリングタワーの上流且つ熱交換器の下流に配設されている構成を有している。
この構成により、以下のような作用が得られる。
（１）本考案者らは、活水装置に循環水を導入し、セラミック粒子を循環水中で流動させながら相互に摩擦、衝突を繰り返させて循環水を活性化させることにより、循環水の溶存成分であるカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分が冷却水循環路中に微結晶状に析出することを見出した。結晶が析出するのは、活水装置によって循環水がカチオン化されるので、大気中のＣＯ₂（全体として無極性だが電子密度が酸素に偏っている）や酸素が吸収され易くなり、循環水に溶存したミネラル分がＣａＣＯ₃，ＳｉＯ₂，ＭｇＣＯ₃等の結晶となって析出したのではないかと推察している。また、析出した結晶が冷却水循環路内にスケールとなって固着しないのは、析出した結晶はカチオン化した水分子が結合しているので、同一電荷に帯電した結晶同士が結合して成長することなく微結晶状のコロイド状態で存在し、冷却水循環路内も正に帯電されているため、結晶が冷却水循環路の配管壁等に固着し難いのではないかと推察している。
（２）分離部を備えているので、コロイド状態で循環水中を漂う析出物を循環水と分離させることができる。循環水に溶存したカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分を循環水から分離させることにより、循環水の導電率を一定値以下に維持することができ、ミネラル分が濃縮されるのを防止する。この結果、循環水の導電率を監視して定期的なブロー（排水）を行う必要がなく、クーリングタワーが配設された冷却水循環路のシステムを簡略化することができ、さらに節水効果に著しく優れる。
（３）循環水に大気中のＣＯ₂が吸収され易くなり、吸収されたＣＯ₂は循環水に溶存したミネラル分を析出させて析出物に固定化されるので、温暖化対策効果も期待できる。
（４）クーリングタワーの上流側に活水装置が配設されているので、クーリングタワー内に配設された充填材にスケールが付着し難い。

ここで、クーリングタワーとしては、冷却水と外気（空気）とを直接接触させる開放式、冷却水を熱交換器の管内に通して冷却する密閉式のいずれも用いることができるが、開放式のクーリングタワーが好適に用いられる。冷却水（循環水）と外気（空気）とを直接接触させることにより、循環水が大気中のＣＯ₂を吸収し、循環水に溶存したミネラル分をＣａＣＯ₃，ＳｉＯ₂，ＭｇＣＯ₃等の結晶として析出させ易いからである。

循環水としては、水道水、工業用水、地下水、雨水、河川水、イオン交換水、蒸留水、及びそれら由来の水から選択された１種、又はそれらの混合水が用いられる。ここに挙げた水、又はそれら由来の水であれば、溶存成分の違いは問わない。

活水装置としては、筒状の容器内にセラミック粒子を装入したもので、装置の下部から上部へ循環水を通過させるものが用いられる。容器内に水流を発生させることができ、その水流によって、セラミック粒子を流動・衝突・相互摩擦させることで循環水を改質することができる。
活水装置の容器としては、耐衝撃性や耐圧性、耐熱性、耐寒性、耐薬品性等が求められるが、鉄，アルミニウム，ステンレス等の金属製、ポリカーボネート，塩化ビニル，アクリル樹脂等の合成樹脂製等を用いることができる。

セラミック粒子としては、シリカ、アルミナ、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の酸化物を含有する酸化物系鉱石粉末を、粒状に造粒し焼成して製造したものが用いられる。
シリカとアルミナの割合は、シリカ１００重量部に対しアルミナが１０〜９５重量部、好ましくは２０〜８０重量部が好適に用いられる。アルミナが２０重量部より少なくなるにつれ、セラミック粒子の機械的強度が低下する傾向がみられ、８０重量部より多くなるにつれ、所定の機械的強度を得るのに必要な焼成温度が高くなり省エネルギー性に欠ける傾向がみられる。特に１０重量部より少なくなるか９５重量部より多くなると、これらの傾向が著しくなるためいずれも好ましくない。

また、セラミック粒子は、ＢＥＴ法による比表面積が０．０１〜１ｍ²／ｇ、かつ、見掛け密度が１．６〜３．５ｇ／ｃｍ³、粒径が０．１〜１０ｍｍに形成されるのが好適である。
比表面積が０．０１ｍ²／ｇより小さくなるにつれ、循環水との接触面積が減少して改質効率が低下する傾向がみられ、１ｍ²／ｇより大きくなるにつれセラミック粒子が脆弱になり粒子同士の衝突の際に磨耗しやすく耐久性が低下する傾向がみられる。
見掛け密度が１．６ｇ／ｃｍ³より小さくなるにつれ、粒子の機械的強度が低下し粒子同士の衝突の際に磨耗したり欠けたりする傾向や、粒子同士が水中で衝突した後に流動し難くなる傾向がみられ、３．５ｇ／ｃｍ³より大きくなるにつれ沈降速度が速いため粒子が水中で流動し難く活発な流動状態が得られず水の改質効果が低下する傾向がみられる。
粒径が０．１ｍｍより小さくなるにつれ、流動するセラミック粒子の運動エネルギーが小さいため、セラミック粒子が衝突した際の循環水の改質効果が低下する傾向がみられ、１０ｍｍより大きくなるにつれ、セラミック粒子を流動化させるのに必要なエネルギーが増加するとともに、粒子同士の衝突点が少なくなり粒子の衝突による改質効果が低下する傾向がみられる。

容器へのセラミック粒子の装入量は、容器内でセラミック粒子が流動可能な空間の容積に対し１０〜８０ｖｏｌ％、好ましくは２０〜７０ｖｏｌ％が好適に用いられる。流動可能な空間の容積が２０ｖｏｌ％より小さくなるにつれ、粒子間の衝突や相互摩擦の際に発生するエネルギーが減少する傾向があり、また７０ｖｏｌ％を越えるにつれ、粒子間の摩擦や衝突回数が減少する傾向が認められるので好ましくない。また、１０ｖｏｌ％より小さくなるかあるいは８０ｖｏｌ％を越えると、これらの傾向がさらに強まるので好ましくない。

セラミック粒子を適正に流動させるため、容器内を流れる循環水は一定の流速が必要となる。粒子の粒径によって異なるが、この流速は１ｃｍ／ｓｅｃ〜１５ｃｍ／ｓｅｃの範囲が好適に用いられる。具体的には、セラミック粒子の比重やサイズ径にもよるが、セラミック粒子の粒径が１ｍｍの場合で２〜４ｃｍ／ｓｅｃ、２ｍｍの場合で５〜６ｃｍ／ｓｅｃ、３ｍｍの場合で８〜１０ｃｍ／ｓｅｃとするのが適当である。
流速が１ｃｍ／ｓｅｃより低速となるか１５ｃｍ／ｓｅｃより高速となると、セラミック粒子の流動が乏しくなるか流動しなくなり、循環水の活性化効果が低下するためいずれも好ましくない。

活水装置は、冷却水循環路のどこに配設しても構わないが、スケール付着が問題となる箇所の上流側に配設するのが好ましい。開放式のクーリングタワーの場合は、クーリングタワー内に配設された充填材にスケールが付着し易いので、活水装置はクーリングタワーに循環水を流入させる流入路に配設するのが好ましい。また、活水装置を冷却水循環路に複数個配設することで、より一層のスケール付着防止又はスケール付着抑制効果を期待できる。

分離部としては、重力や遠心力、吸着、ろ過等により析出物を循環水と分離するものであれば、特に制限なく用いることができる。例えば、冷却水循環路の管径よりも太い配管を略鉛直方向に立設し、該配管の下部から上部に向かって循環水を流すものを用いることができる。これにより、該配管内の流速が他の冷却水循環路の流速よりも低速になり、重力により析出物を該配管の下部に沈殿・堆積させることができ、循環水と分離させることができる。配管内に邪魔板等を設けることにより、析出物の沈殿・堆積を促すことができる。
また、クーリングタワーの内側底部の下部パン部分を分離部として用いることもできる。下部パン部分は循環水が滞留し、冷却水循環路の流速よりも低速になるからである。
また、分離部として、液体サイクロンを用いることもできる。遠心力により析出物を液体サイクロンの周壁部からボトムノズルへ導き、循環水と分離させることができる。
フィルタやストレーナ等を分離部として用いることもできる。目開きや流路径が析出物の粒径より小さなフィルタやストレーナ等を用いることにより、析出物を捕捉して循環水と分離することができる。
なお、これらの分離部を複数組み合わせることもできる。

本考案の請求項２に記載の考案は、請求項１に記載のクーリングタワーシステムであって、前記分離部の流路の断面積が、前記冷却水循環路の配管断面積より広く、前記循環水が、ブロー（排水）が不要であり、前記クーリングタワーが、前記循環水の一部が蒸発したことによる前記循環水の不足分を補う補給水を供給する補給水供給路を備えている構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）分離部を流れる循環水の流速を、冷却水循環路を流れる循環水の流速よりも緩慢にできるため、重力により析出物を沈殿・堆積させることができ、循環水と分離させることができる。
（２）ブロー（排水）が不要なため、ブロー（排水）による循環水の不足分を補う必要がないことから、節水効果に著しく優れる。

ここで、分離部の流路の断面積と冷却水循環路の配管断面積は、循環水の水質や分離部の構造等によって適宜設定され、分離部と冷却水循環路を流れる循環水の流速が決定される。

本考案の請求項３に記載の考案は、請求項１又は２に記載のクーリングタワーシステムであって、前記冷却水循環路のうち前記クーリングタワーに循環水を流入させる流入路に連通されたバイパス管を備え、前記活水装置が前記バイパス管に配設された構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）流入路に連通されたバイパス管に活水装置が配設されているので、流入路とバイパス管の流量を調整することにより、活水装置のセラミック粒子を適正に流動させるための流速が得られる循環水をバイパス管に流し、活水装置の最大限の活水効果を引き出すことができる。
（２）流入路に連通されたバイパス管に活水装置が配設されているので、クーリングタワー内に配設された充填材に活水装置を通過直後の循環水を流通させることができ、充填材にスケールを付着し難くすることができる。

ここで、バイパス管又は流入路には、流量を調整するための流量調整弁を配設するのが望ましい。流量調整弁を操作することにより、活水装置のセラミック粒子を適正に流動させるための流速が得られる循環水をバイパス管に流すことができるからである。

本考案の請求項４に記載の考案は、請求項１乃至３の内いずれか１に記載のクーリングタワーシステムであって、前記分離部が、前記クーリングタワーの内側底部に形成された構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１で得られる作用に加え、以下のような作用が得られる。
（１）クーリングタワーの内側底部は、循環水が滞留し冷却水循環路の流速よりも低速になるため、析出物を容易に沈殿・堆積させることができ、さらにクーリングタワー内に配設された充填材に付着した析出物も、振動や風圧等により簡単に落下し、クーリングタワーの内側底部に堆積させることができる。

ここで、クーリングタワーの内側底部の底板に、傾斜や段差を設けることができる。例えば、下向き凸型の円錐状等に形成することができる。これにより、析出物が重力により低い部分に集まるため、析出物を系外に排出するのが容易である。また、内側底部の底板にフッ素系樹脂等の撥水コーティングを施したり、底板を撥水材で製造したりすることにより、堆積した析出物を内側底部に付着し難くすることができる。
また、内側底部の底板に細かな凹凸を形成することもできる。これにより、接水面積が増加するとともに、凸部に水が接触することで析出物が沈殿し易くなり、析出物の堆積効果を高めることができる。
また、クーリングタワーの下部に撹拌装置を設け、内側底部に溜めた貯留水を析出物が溶解しない程度の流速で撹拌させることもできる。これにより、析出物を撹拌した貯留水の中心部に集めることができ、効率良く分離することができる。

以上のように、本考案のクーリングタワーシステムによれば、以下のような有利な効果が得られる。
請求項１に記載の考案によれば、
（１）活水装置に循環水を導入し、セラミック粒子を循環水中で流動させながら相互に摩擦、衝突を繰り返させることにより、循環水の溶存成分であるカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分を冷却水循環路中に微結晶状に析出させ、コロイド状態で循環水中を漂う析出物を循環水と分離させることができ、循環水の導電率を一定値以下に維持し、ミネラル分が濃縮されるのを防止できるため、循環水の導電率を監視して定期的なブロー（排水）を行う等の煩雑な操作が必要なく、クーリングタワーが配設された冷却水循環路のシステムを簡略化することができるとともに節水効果に著しく優れ、さらにＣＯ₂を固定化させ温暖化対策効果も期待できるクーリングタワーシステムを提供できる。
（２）クーリングタワー内に配設された充填材にスケールが付着し難いクーリングタワーシステムを提供できる。

請求項２に記載の考案によれば、請求項１の効果に加え、
（１）分離部を流れる循環水の流速を、冷却水循環路を流れる循環水の流速よりも緩慢にして、重力により析出物を沈殿・堆積させることができ、循環水と分離させることができるクーリングタワーシステムを提供できる。
（２）節水効果に著しく優れるクーリングタワーシステムを提供できる。

請求項３に記載の考案によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）流入路とバイパス管の流量を調整することにより、活水装置のセラミック粒子を適正に流動させるための流速が得られる循環水をバイパス管に流し、活水装置の最大限の活水効果を引き出すことができるクーリングタワーシステムを提供できる。
（２）クーリングタワー内に配設された充填材に、活水装置を通過直後の循環水を流通させることができ、充填材にスケールを付着し難くすることができるクーリングタワーシステムを提供できる。

請求項４に記載の考案によれば、請求項１乃至３の内いずれか１の効果に加え、
（１）クーリングタワーの内側底部は、循環水が滞留し冷却水循環路の流速よりも低速になるため、析出物を容易に沈殿・堆積させることができ、さらにクーリングタワー内に配設された充填材に付着した析出物も、振動や風圧等により簡単に落下し、クーリングタワーの内側底部に堆積させることができるクーリングタワーシステムを提供できる。

以下、本考案を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本考案の実施の形態１におけるクーリングタワーシステムの構成図である。
図中、１は本考案の実施の形態１におけるクーリングタワーシステム、２は冷却水を循環させる冷却水循環路、３は冷却水循環路２に配設された開放式のクーリングタワー、４はクーリングタワー３の内側底部に形成され水平方向の断面積が冷却水循環路２の配管断面積より広く形成された分離部、５はクーリングタワー３の内周に配設され取り込んだ外気と接触する充填材、６は一端がクーリングタワー３に接続され循環水の一部が蒸発したことによる循環水の不足分を補う補給水を供給する補給水供給路、７は銅イオンや銀イオン等を発生させる抗菌剤が充填され補給水供給路６に配設された抗菌剤充填部、８は補給水供給路６に配設され補給水の流量を調整する流量調整弁、９はクーリングタワー３から循環水を流出させる冷却水循環路２の一部の流出路、１０は流出路９に配設され循環水の流量を調整する流量調整弁、１１は流出路９に配設され冷却水循環路２内の循環水を循環させるポンプ、１２は流出路９の一端が接続された冷凍機やコンプレッサー等の熱交換器、１３は一端が熱交換器１２に接続され他端がクーリングタワー３の上部側に接続されて循環水をクーリングタワー３の充填材５に流入させる流入路、１４は流入路１３に配設され循環水の流量を調整する流量調整弁、１５は一端が流量調整弁１４の上流側の流入路１３に連通され他端が流量調整弁１４の下流側の流入路１３に接続されたバイパス管、１６はバイパス管１５に配設され循環水中の夾雑物を除去するストレーナ、１７はストレーナ１６の下流側のバイパス管１５に配設され循環水の流量を調整する流量調整弁、１８は流量調整弁１７の下流側のバイパス管１５に配設された活水装置である。活水装置１８は、筒状の容器内にセラミック粒子を装入し、循環水を下部から上部に向けて通過させることで容器内に水流を発生させ、その水流によってセラミック粒子を流動・衝突・相互摩擦させることで循環水を改質できるものである。

以上のように構成された本考案の実施の形態１におけるクーリングタワーシステムについて、以下その使用方法を説明する。
流量調整弁１０，１４，１７を開弁しポンプ１１を駆動させて冷却水循環路２に循環水を循環させる。次いで、流量調整弁１４又は１７の開度を調整してバイパス管１５を流れる循環水の流量を調整することにより、活水装置１８内を通過する循環水の流速が１〜１５ｃｍ／ｓｅｃになるように調整する。活水装置１８内でセラミック粒子を流動させ衝突・相互摩擦させるためである。
なお、循環水の一部がクーリングタワー３で蒸発する気化熱を利用して残りの循環水が冷却されるので、蒸発による循環水の不足分を補給水供給路６からクーリングタワー３に供給する。
これにより、熱交換器１２で使用される冷却水（循環水）をクーリングタワー３で冷却し、冷却水を効率良く循環利用することができる。

以上のように、本考案の実施の形態１におけるクーリングタワーシステムは構成されているので、以下のような作用が得られる。
（１）活水装置１８に循環水を導入し、セラミック粒子を循環水中で流動させながら相互に摩擦、衝突を繰り返させることにより、循環水の溶存成分であるカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分が冷却水循環路２中に微結晶状に析出し、コロイド状態となって循環水中に漂う。これは、活水装置１８によって循環水がカチオン化されるので、大気中のＣＯ₂（全体として無極性だが電子密度が酸素に偏っている）や酸素が吸収され易くなり、循環水に溶存したミネラル分がＣａＣＯ₃，ＳｉＯ₂，ＭｇＣＯ₃等の結晶となって析出したものと推察している。また、循環水はクーリングタワー３で冷却されるので、ミネラル分が析出し易くなるものと推察している。さらに、析出した結晶はカチオン化した水分子が結合しているので、同一電荷に帯電した結晶同士が結合して成長することなくコロイド状態で存在し、冷却水循環路２内も正に帯電されているため、結晶が冷却水循環路２の配管壁，クーリングタワー３の充填材５、熱交換器１２の内壁等に付着し難くスケールが成長しないものと推察される。
（２）分離部４を備えているので、コロイド状態で循環水中を漂う析出物を循環水と分離させることができる。循環水に溶存したカルシウム、マグネシウム、シリカ等のミネラル分を循環水から分離させることにより、循環水の導電率を一定値以下に維持することができ、ミネラル分が濃縮されるのを防止する。この結果、循環水の導電率を監視して定期的なブロー（排水）を行う必要がなく、クーリングタワー３が配設された冷却水循環路２のシステムを簡略化することができる。また、ブロー（排水）による循環水の不足分を補給する必要がないため、節水効果に著しく優れる。さらに、循環水に吸収されたＣＯ₂は、循環水に溶存したミネラル分を析出させて析出物に固定化されるので、温暖化対策効果も期待できる。
（３）クーリングタワー３の内側底部に形成された分離部４は、水平方向の断面積が冷却水循環路２の配管断面積より広く形成されているので、分離部４を流れる循環水の流速を、冷却水循環路２を流れる循環水の流速よりも緩慢にすることができる。このため、重力により析出物を沈殿・堆積させることができ、循環水と分離させることができる。さらに、クーリングタワー３内に配設された充填材５に付着した析出物も、振動や風圧等により簡単に落下し、クーリングタワー３の内側底部に形成された分離部４に堆積させることができる。
（４）流入路１３に連通されたバイパス管１５に活水装置１８が配設されているので、流入路１３とバイパス管１５の流量を調整することにより、活水装置１８のセラミック粒子を適正に流動させるための流速が得られる循環水をバイパス管１５に流し、活水装置１８の最大限の活水効果を引き出すことができる。
（５）活水装置１８の上流側のバイパス管１５にストレーナ１６が配設されているので、循環水中の夾雑物等による活水装置１８の目詰まりを防止することができる。
（６）補給水供給路６に抗菌剤充填部７が配設されているので、冷却水循環路２にスライムや藻等が生じるのを防止又は抑制することができる。

ここで、本実施の形態においては、クーリングタワー３が開放式の場合について説明したが、密閉式のクーリングタワーを用いた場合にも、同様の作用が得られる。
また、分離部４がクーリングタワー３の内側底部に形成された場合について説明したが、例えば、冷却水循環路２の管径よりも太い配管を略鉛直方向に立設し、該配管の下部から上部に向かって循環水を流すもの、液体サイクロン、目開きや流路径が析出物の粒径より小さなフィルタやストレーナ等を、冷却水循環路２の所定箇所に配設する場合もある。この場合も同様の作用が得られる。
また、バイパス管１５の他端が流量調整弁１４の下流側の流入路１３に接続された場合について説明したが、バイパス管１５の他端をクーリングタワー３の上部側や底部側に接続する場合もある。この場合も同様の作用が得られる。
また、抗菌剤充填部７を補給水供給路６に配設した場合について説明したが、これに限定するものではなく、冷却水循環路２に配設する場合もある。この場合も同様の作用が得られる。

以下、本考案を実施例により具体的に説明する。なお、本考案はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施の形態１で説明したクーリングタワーシステムを用いて、本考案の効果の確認を行った。
活水装置１８としては、内径１０４ｍｍ、長さ４２４ｍｍの塩化ビニル樹脂製の透明なパイプ（筒状の容器）に粒子径が３ｍｍφのセラミック粒子２ｋｇを装入し、パイプの両端にステンレス製のパンチングメタルを取り付けたものを用いた。セラミック粒子の装入量は、パンチングメタル間のパイプの容積の３０ｖｏｌ％とした。
クーリングタワー３（型式：ＳＫＢ−６０Ｒ、空研工業製）が配設された冷却水循環路２の流入路１３にバイパス管１５を連通させ、バイパス管１５に活水装置１８を配設した。バイパス管１５に流量３０Ｌ／ｍｉｎの循環水（水道水）を循環させることにより、活水装置１８に循環水を４ｍ／ｍｉｎ（約６．７ｃｍ／ｓｅｃ）の流速で通過させた。セラミック粒子が、活水装置１８の容器（透明のパイプ）内の空間（パンチングメタル間）で流動、衝突、相互摩擦するのを目視確認した。また、循環水中の夾雑物等による活水装置１８の目詰まり防止のため、活水装置１８の上流側に１８メッシュのステンレス製ストレーナ１６を配設した。
スケール付着防止剤等の水処理剤を注入せず、さらに循環水のブロー（排水）を行わない条件のもとで、２００６年９月から翌年の６月までの約９ヶ月間、連続運転させて検証を行った。なお、蒸発した循環水の不足分は、補給水供給路６から適宜供給した。

この結果、活性装置１８を取り付けて１ヶ月後の点検時に、クーリングタワー３内の充填材５の端部に水の飛沫によって生成されたと思われる塩のような析出物が微量に付着していることを確認した。また、活水装置１８取り付け時の循環水の導電率が４１０ｍＳ／ｍであったのが、４７４ｍＳ／ｍに増加していた。これは、循環水が蒸発・飛散によって濃縮したためと考えられる。
活水装置１８の取り付けから２ヶ月後には、充填材５の端部に付着していた析出物が増加すると同時に、クーリングタワー３内の下部パン（分離部）にスケールと思われる堆積物が存在した。この堆積物は軟らかく、指で触れるとパラパラと落ちるようなものであった。また、循環水の導電率は１９９ｍＳ／ｍであり、活水装置１８取り付け時の循環水の導電率と比較して低下していた。なお、充填材５のうち、循環水の通過部分に析出物の付着は認められなかった。
活水装置１８の取り付けから３ヶ月後には、クーリングタワー３の下部パン（分離部）の堆積物の量が増加した以外は変化がなかった。循環水の導電率は１９７ｍＳ／ｍであった。
活水装置１８の取り付けから４ヶ月後にも、前月と同様の傾向が確認された。また、熱交換器１２である凝縮器のシェルカバーを開放して内部の熱交換チューブを点検したが、スケールは付着していなかった。循環水の導電率は１２０ｍＳ／ｍと、前月よりも８０ｍＳ／ｍ近く減少していた。
活水装置１８の取り付けから９ヶ月後に、再度凝縮器のシェルカバーを開放して点検をおこなったが、前回と同様にスケールは付着しておらず、充填材５へもスケールは付着していなかった。循環水の導電率は２００ｍＳ／ｍであった。また、クーリングタワー３の下部パン（分離部）の堆積物は、デッキブラシ等で押し流す程度で容易に除去することができ、その量は２０Ｌバケツで３杯分になっていた。

以上のように本実施例によれば、スケール付着防止剤等の水処理剤の使用や定期的なブロー（排水）を行わない簡易なシステムでありながら、循環水の導電率を一定値以下に維持し（活水装置１８取り付けから２ヶ月以降は、循環水の導電率は２００〜３００ｍＳ／ｍの間で推移）、ミネラル分が濃縮されるのを防ぎ、クーリングタワーや冷却水循環路、熱交換器等にスケールが付着するのを防止できることが明らかになった。さらにブロー（排水）が不要なため、ブロー（排水）による循環水の不足分を補う必要がないことから、節水効果に著しく優れることが明らかになった。

本考案は、クーリングタワーが配設された冷却水循環路におけるクーリングタワーシステムに関し、スケール付着防止剤等の水処理剤の使用や定期的なブロー（排水）を行わない簡易なシステムでありながら、循環水の導電率を一定値以下に維持しミネラル分が濃縮されるのを防ぎ、クーリングタワーや冷却水循環路にスケールが固着するのを防止することができ、またブロー（排水）による循環水の不足分を補う必要がなく、節水効果に著しく優れ、さらに循環水に吸収されたＣＯ₂は、循環水に溶存したミネラル分を析出させて析出物に固定化されるので、温暖化対策効果も期待できるクーリングタワーシステムを提供できる。

実施の形態１におけるクーリングタワーシステムの構成図

１クーリングタワーシステム
２冷却水循環路
３クーリングタワー
４分離部
５充填材
６補給水供給路
７抗菌剤充填部
８流量調整弁
９流出路
１０流量調整弁
１１ポンプ
１２熱交換器
１３流入路
１４流量調整弁
１５バイパス管
１６ストレーナ
１７流量調整弁
１８活水装置

Claims

クーリングタワーが配設された冷却水循環路におけるクーリングタワーシステムであって、
循環水の水流によって流動させられるセラミック粒子が容器に装入され前記冷却水循環路に配設された活水装置と、前記冷却水循環路に配設又は形成され循環水の溶存成分の析出物を重力により沈殿・堆積させて分離する分離部と、を備え、前記活水装置が、前記クーリングタワーの上流且つ熱交換器の下流に配設されていることを特徴とするクーリングタワーシステム。
前記分離部の流路の断面積が、前記冷却水循環路の配管断面積より広く、前記循環水が、ブロー（排水）が不要であり、前記クーリングタワーが、前記循環水の一部が蒸発したことによる前記循環水の不足分を補う補給水を供給する補給水供給路を備えていることを特徴とする請求項１に記載のクーリングタワーシステム。
前記冷却水循環路のうち前記クーリングタワーに循環水を流入させる流入路に連通されたバイパス管を備え、前記活水装置が前記バイパス管に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクーリングタワーシステム。
前記分離部が、前記クーリングタワーの内側底部に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１に記載のクーリングタワーシステム。