JP3712402B2 - 冷却塔の給排水制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機や空調機や冷蔵設備などの冷却水使用設備に低温冷却水を供給する冷却塔の給排水制御装置に関する。

冷却塔としては、従来、次のような構成のものが知られている。

図５は、従来例の冷却塔の給排水制御装置を示す全体構成図であり、水槽１の上方に熱交換用充填材２が設けられ、その熱交換用充填材２の上方に、底部に多数の穴３を形成した散水装置としての散水槽４が設けられ、その散水槽４の上部に注水管５が設けられるとともに、散水槽４の中央部に送風機６が設けられて冷却塔７が構成されている。

水槽１と冷凍機８とが、冷却水低温側配管９を介して接続されるとともに、注水管５と冷凍機８とが冷却水高温側配管１０を介して接続され、冷却水低温側配管９に、冷却塔７と冷凍機８とにわたって冷却水を循環する循環ポンプ１１が設けられ、冷凍機８から還流される高温冷却水に外気を強制的に接触させて蒸発潜熱により高温冷却水を冷却し、その低温冷却水を水槽１に受け止め、循環ポンプ１１により冷凍機８に供給できるようになっている。

水槽１には、ボールタップ１２を付設した水補給管１３が接続され、前述した蒸発などにより水槽１内の低温冷却水の量が設定量以下に減少したときに水を補給するように構成されている。

また、水槽１には、オーバーフロー管１４と、電動型の開閉弁１５を介装したブロー用水補給管１６とが接続されている。

水槽１の底部に、手動開閉弁１７を介装した排水管１８が接続され、補修や点検、あるいは、長期の運転停止に際して、水槽１内の水を全量排出できるように構成されている。

水槽１内に、低温冷却水の水質を測定する導電率計１９が設けられ、この導電率計１９と冷凍機８とが第１のコントローラ０２０に接続されるとともに、第１のコントローラ０２０と開閉弁１５とが接続されている。

また、冷凍機８に、冷水あるいはブラインなどの冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管２１が接続され、その冷凍用媒体取り出し管２１に、冷凍機８に戻される側である入口温度を測定する入口温度計２２と、冷凍機８から取り出される側である出口温度を測定する出口温度計２３と、冷凍用媒体の流量を測定する流量計２４とが付設されている。

両温度計２２，２３および流量計２４が第２のコントローラ０２５に接続され、その第２のコントローラ０２５に、冷凍機8および循環ポンプ１１ならびに第１のコントローラ０２０が接続されている。

第２のコントローラ０２５では、入口温度と出口温度との差を求め、その温度差と冷凍用媒体の流量とから熱量を算出し、その熱量が設定量以下になったときに、運転停止信号を冷凍機8および循環ポンプ１１ならびに第１のコントローラ０２０に出力し、冷凍機８の運転を停止するとともに、それに連動して循環ポンプ１１の運転を停止するように構成されている。

第１のコントローラ０２０では、循環ポンプ１１が運転されている状態で、導電率が設定値よりも高くなった場合に開閉弁１５を開いて水を補給するとともに、その補給に伴って水槽１内に溜まった設定水位以上の低温冷却水をオーバーフロー管１４から排出し、水質が悪化した水を補給水と置換して、水質を設定範囲内に維持するように給排水、いわゆるブローを行うように構成されている。

また、別の従来例として、水槽１の底部に接続された排水管１８（図４参照）に電動型の開閉弁を設け、その電動型の開閉弁と第１のコントローラ２０とを接続し、循環ポンプ１１の運転状態で、かつ、導電率が設定値よりも高くなった場合に、排水管１８を通じ、水槽１の底部から、水槽１内に溜まった汚泥とともに排水し、排水分の水の補給はボールタップ１２による水補給管１３を通じて行うように構成したものもある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１３８０９４号

しかしながら、従来の場合、中間期などにおいて、冷凍機８が稼動していても、冷却水の需要が低く、循環ポンプ１１の発停が頻繁に繰り返されるようになる。

この循環ポンプ１１が停止したときに、水槽１の水位が、前述した導電率に基づくブローによって、オーバーフロー付近での水位にあるため、散水槽４および熱交換用充填材２を流下する冷却水、すなわち、散水槽４および熱交換用充填材２からの落水分が水槽１に供給され、水質の悪化した冷却水とブロー用の補給水との置換のためのオーバーフロー管１４から排水されてしまい、次に運転を再開したときに、冷却塔７から冷凍機８に至る系全体での水量が減り、水補給管１３から補給される水量が多くなり、水道料金が高くなる欠点があった。

別の従来例の場合、補給水量の増加は回避できるものの、水質の悪化のたびに、水槽１の底部から堆積汚泥とともに排水するために、堆積汚泥に起因して電動型の開閉弁で詰まりを生じやすく、全閉状態にならずに水が洩れ、連続して補給する状態になり、結果的に水補給管１３から補給される水量が多くなり、水道料金が高くなる欠点があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、簡単な構成の付加により、散水装置および熱交換用充填材からの落水に起因する補給水量の増加を回避して経済性を向上できるようにすることを目的とする。

本発明は、上述のような目的を達成するために、
冷却水使用設備に冷却水高温側配管を介して接続されて前記冷却水使用設備から還流される高温冷却水を散水する散水装置と、
前記散水装置で散布される高温冷却水と外気との熱交換を促進させる熱交換用充填材と、
高温冷却水に外気を強制的に接触させて蒸発潜熱により高温冷却水を冷却する送風機と、
前記冷却水使用設備に冷却水低温側配管を介して接続されて蒸発潜熱により冷却されるとともに前記冷却水使用設備に供給する低温冷却水を受け止める水槽と、
前記冷却水使用設備とにわたって冷却水を循環する循環ポンプと、
前記水槽に接続されて前記水槽内の設定水位以上の低温冷却水を排出するオーバーフロー管と、
前記水槽に接続されて前記水槽内の低温冷却水が設定水位以下になったときに水を補給する水補給管と、
前記水槽内の低温冷却水の水質を測定する水質測定手段と、
前記水質測定手段によって測定される水質を設定範囲内に維持するように給排水を行う水質制御手段とを備えた冷却塔の給排水制御装置において、
前記オーバーフロー管に設けて排水または止水を行う電動型の開閉弁と、
前記循環ポンプの運転停止に応答して前記開閉弁を閉じ状態に切り換えるとともに前記循環ポンプの運転再開時には前記循環ポンプの駆動後に前記水槽内の水量が安定するに足る設定時間経過してから前記開閉弁を開く給排水制御手段とを備えて構成する。

（作用・効果）
本発明の冷却塔の給排水制御装置の構成によれば、中間期などにおいて、冷却水の需要が低く、循環ポンプの発停が頻繁に繰り返され、循環ポンプの運転が停止されても、その循環ポンプの運転停止に伴って開閉弁を閉じ、オーバーフロー管からの排水を止める。

また、運転再開時には、すぐさま開閉弁を開かずに、水槽内の水量が安定する時間経過してから開閉弁を開いてオーバーフロー管からの排水が可能な状態にする。

したがって、オーバーフロー管に開閉弁を設けるとともに、その開閉弁を循環ポンプの運転停止と運転再開に応じて所定の動作を行うように構成するだけでありながら、散水装置および熱交換用充填材からの落水分をオーバーフロー管から排水してしまうことを回避でき、簡単な構成の付加により、散水装置および熱交換用充填材からの落水に起因する補給水量の増加を回避して経済性を向上できる。

また、スケール、腐食、スライムといった障害の予防やレジオネラ属菌の繁殖防止などのために薬剤を注入する場合に、補給水量を減少できる分に比例して薬剤注入量の増加をも回避できて経済性を向上できる。

更に、開閉弁をオーバーフロー管に設けるから、水槽内の堆積汚泥に起因する詰まりの発生も少なく、そのうえ、万が一詰まりを生じて開閉弁が全閉状態にならなかったとしても、オーバーフロー管からの排水であるから、水槽内から洩れて常に補給されるといった事も無く、有用である。

次に、この発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例に係る冷却塔の給排水制御装置を示す全体構成図であり、水槽１の上方に熱交換用充填材２が設けられ、その熱交換用充填材２の上方に、底部に多数の穴３を形成した散水装置としての散水槽４が設けられ、その散水槽４の上部に注水管５が設けられるとともに、散水槽４の中央部に送風機６が設けられて冷却塔７が構成されている。

水槽１と冷却水使用設備としての冷凍機８とが、冷却水低温側配管９を介して接続されるとともに、注水管５と冷凍機８とが冷却水高温側配管１０を介して接続され、冷却水低温側配管９に、冷却塔７と冷凍機８とにわたって冷却水を循環する循環ポンプ１１が設けられている。

以上の構成により、冷凍機８から還流される高温冷却水を散水槽４により熱交換用充填材２に散布し、熱交換用充填材２を経て流下させて高温冷却水と外気との熱交換を促進させるとともに、送風機６により高温冷却水に外気を強制的に接触させて蒸発潜熱により高温冷却水を冷却し、その蒸発潜熱により冷却された低温冷却水を水槽１に受け止め、循環ポンプ１１により低温冷却水を冷凍機８に供給できるようになっている。

水槽１には、ボールタップ１２を付設した水補給管１３が接続され、前述した蒸発などにより水槽１内の低温冷却水の量が設定量以下に減少したときに水を補給するように構成されている。

また、水槽１には、オーバーフロー管１４と、第１の開閉弁１５を介装したブロー用水補給管１６とが接続されている。

水槽１の底部に、手動開閉弁１７を介装した排水管１８が接続され、補修や点検、あるいは、長期の運転停止に際して、水槽１内の水を全量排出できるように構成されている。

水槽１内に、低温冷却水の水質を測定する水質測定手段としての導電率計１９が設けられ、この導電率計１９に、水質制御手段としての第１のコントローラ２０が接続され、この第１のコントローラ２０と第１の開閉弁１５とが接続されている。

また、冷凍機８に、冷水あるいはブラインなどの冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管２１が接続され、その冷凍用媒体取り出し管２１に、冷凍機８に戻される側である入口温度を測定する入口温度計２２と、冷凍機８から取り出される側である出口温度を測定する出口温度計２３と、冷凍用媒体の流量を測定する流量計２４とが付設されている。

両温度計２２，２３および流量計２４が第２のコントローラ２５に接続され、その第２のコントローラ２５に、冷凍機8および循環ポンプ１１ならびに第１のコントローラ２０が接続されている。

第１のコントローラ２０では、循環ポンプ１１が運転されている状態で、導電率が設定値よりも高くなった場合に第１の開閉弁１５を開いて水を補給するとともに、その補給に伴って水槽１内に溜まった設定水位以上の低温冷却水をオーバーフロー管１４から排出し、水質が悪化した水を補給水と置換して、水質を設定範囲内に維持するように給排水、いわゆるブローを行うように構成されている。導電率計１９以外の水質測定手段としては、例えば、投光器から水槽内に投射した光を受光器で受光させ、その受光量の減少により水質が悪化したことを測定するものなど、各種の手段が適用できる。

第２のコントローラ２５には、図２のブロック図に示すように、温度差算出手段３１、熱量算出手段３２および発停判別手段３３が備えられている。

温度差算出手段３１では、入口温度計２２で測定される入口温度と出口温度計２３で測定される出口温度とを入力して両者の温度差を算出するようになっている。

熱量算出手段３２では、温度差算出手段３１で算出された温度差と流量計２４で測定される流量とに基づいて熱量を算出するようになっている。

発停判別手段３３では、熱量算出手段３１で算出された熱量と設定熱量とを比較し、算出熱量が設定熱量以下になったときに、運転停止信号を冷凍機8および循環ポンプ１１ならびに第１のコントローラ２０に出力し、冷凍機８の運転を停止するとともに、それに連動して循環ポンプ１１の運転を停止するように構成されている。

また、第２のコントローラ２５では、冷凍温度制御や空調温度制御などの冷凍需要に応じて、運転信号を冷凍機８および循環ポンプ１１ならびに第１のコントローラ２０に出力し、冷凍機８の運転を再開するとともに、それに連動して循環ポンプ１１の運転を再開するように構成されている。

オーバーフロー管１４に、ストレーナ２６と排水または止水を行う電動型の第２の開閉弁２７がその順に設けられ、この第２の開閉弁２７に、閉じ信号線２８と、タイマ２９を介装した開き信号線３０とを介して第１のコントローラ２０が接続されている。

この構成により、第１のコントローラ２０では、冷凍機８および循環ポンプ１１の運転停止とともに運転停止信号を受け、それに伴って第２の開閉弁２７に運転停止信号を出力し、循環ポンプ１１の運転停止に応答して第２の開閉弁２７を閉じるように構成されている。

更に、冷凍機８および循環ポンプ１１の運転再開に応答してタイマ２９に運転信号を出力し、その運転信号に応答してタイマ２９を起動し、循環ポンプ１１の駆動後、設定時間経過した後に第２の開閉弁２７を開くように構成されている。

上記第１のコントローラ２０において、冷凍機８の運転状態（運転または運転停止）に応じ、第２の開閉弁２７を閉じたり、タイマ２９を通じて設定時間遅らせてから第２の開閉弁２７を開いたりする構成をして給排水制御手段と称する。

水槽１の周壁の高さが、図３の要部の縦断面図に示すように、オーバーフロー管１４によるオーバーフローの設定水位Ｌ１よりも、循環ポンプ１１の運転停止に際して、散水槽４および熱交換用充填材２からの落水分を溜めるに足る高さＬ２を越える高さＨだけ高くなるように設定されている。Ｌ３は、ボールタップ１２による補給設定水位を示している。

上記構成により、図４の循環ポンプおよび第２の開閉弁の動作のタイムチャートに示すように、通常時には、第２の開閉弁２７を開いた状態で循環ポンプ１１を運転しながら、循環ポンプ１１の運転停止に応答して第２の開閉弁２７を閉じ状態に切り換える。

循環ポンプ１１の運転再開時には、循環ポンプ１１を運転しながらも、その循環ポンプ１１の駆動後に水槽１内の水量が安定するに足る設定時間ｔ（例えば、１分間）経過してから第２の開閉弁２７を開き、循環ポンプ１１の運転停止に起因する、散水槽４および熱交換用充填材２からの落水分の排水を回避できるようになっている。

水槽１には、スケール、腐食、スライムといった障害の予防やレジオネラ属菌の繁殖防止などのための薬剤を貯留した薬剤槽３４が、薬液ポンプ３５を介装した注入管３６を介して接続され、１日に所定回数、所定時間だけ薬液ポンプ３５を駆動し、設定量の薬剤を定期的に注入するように構成されている。

次に、上記実施例採用による経済効果を試算した一例について説明する。

表−１に示すように、能力が３００冷凍トン（ＲＴ）の電動式冷凍機の冷却塔Ａと、能力が４００冷凍トン（ＲＴ）の吸収式冷凍機の冷却塔３台Ｂ，Ｃ，Ｄとの合計４台（総能力１５００冷凍トン）を用いた建物で試算した。

電動式冷凍機の冷却塔Ａは、散水装置５での貯水量が０．２４５ｍ³、熱交換用充填材２での貯水量が０．７４８ｍ³であり、循環ポンプ１１の運転停止時にオーバーフロー管１４から排出される水量は０．９９３ｍ³であった。吸収式冷凍機の冷却塔Ｂ，Ｃ，Ｄは、いずれも、散水装置５での貯水量が０．３７８ｍ³、熱交換用充填材２での貯水量が１．１５４ｍ³であり、循環ポンプ１１の運転停止時にオーバーフロー管１４から排出される水量は１．５３２ｍ³であった。

平成１３年度および平成１４年度における、冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの循環ポンプ１１の運転回数は、表−２に示す通りであった。いずれも、導電率が１３００ｐｐｍでブロー用水補給管１６からブロー用水を補給し、１２００ｐｐｍでブローを停止するシステムになっている。

これらの運転状況から、平成１３年度の電動式冷凍機の冷却塔Ａの循環ポンプ１１の運転回数の合計は６１０回であり、排出水量は６０６ｍ³（≒６１０×０．９９３ｍ³）となる。

平成１３年度の吸収式冷凍機の冷却塔３台Ｂ，Ｃ，Ｄの循環ポンプ１１の運転回数の合計は、順に３１１回、２５７回、２４８回であり、排出水量は、順に４７６ｍ³（≒３１１×１．５３２ｍ³）、３９４ｍ³（≒２５７×１．５３２ｍ³）、３８０ｍ³（≒２４８×１．５３２ｍ³）となり、冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ全体での合計水量は１８５６ｍ³である。

また、平成１４年度の電動式冷凍機の冷却塔Ａの循環ポンプ１１の運転回数の合計は６０７回であり、排出水量は６０３ｍ³（≒６０７×０．９９３ｍ³）となる。

平成１４年度の吸収式冷凍機の冷却塔３台Ｂ，Ｃ，Ｄの循環ポンプ１１の運転回数の合計は、順に２５０回、２５６回、２４３回であり、排出水量は、順に３８３ｍ³（＝２５０×１．５３２ｍ³）、３９２ｍ³（≒２５６×１．５３２ｍ³）、３７２ｍ³（≒２４３×１．５３２ｍ³）となり、冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ全体での合計水量は１７５０ｍ³である。

上記結果から、本発明に係る実施例の冷却塔の給排水制御装置を採用することにより、毎年約１８００ｍ³分の水道料金（下水料金を含む水道料金が１ｍ³当たり６００円とすれば、約１０８万円になる）を節約できる。

また、平成１４年度の薬剤量について試算したところ、次の通りであった。

表−３に示すように、電動式冷凍機の冷却塔Ａは、１年（１２ヶ月）を通じて運転し、年に１回全量６ｍ³の排水による置換を行うとともに薬剤を１．５リットル注入し、残りの１１ヶ月については、水槽１内分２．５ｍ³の排水による置換を行うとともに薬剤を１リットル注入した。すなわち、表−４に示すように、１年間の基礎投入量は１．５＋１１×１＝１２．５リットルである。

吸収式冷凍機の冷却塔３台Ｂ，Ｃ，Ｄについては、１年のうち８ヶ月運転し、年に１回全量１０ｍ³の排水による置換を行うとともに薬剤を３リットル注入し、残りの７ヶ月については、水槽１内分４ｍ³の排水による置換を行うとともに薬剤を２リットル注入した。
すなわち、表−４に示すように、１年間の基礎投入量は３＋７×２＝１７．０リットルである。冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ全体での基礎投入量の合計は６３．５リットル／年であった。

各冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの年間の薬剤量は、表−４に示すように、３６８リットル／年、および１５４リットル／年、１５１リットル／年、１５７リットル／年であり、その合計は８３０リットル／年であった。これらの結果から、実際の薬品投入量の総計は、８９３．５リットル／年となる。

また、各冷却塔Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの年間の１年間の運転時間は、４４２０Ｈ／年、１２３０Ｈ／年、１２０７Ｈ／年、１２５７Ｈ／年であり、合計は８１１４Ｈ／年であった。

更に、冷却塔Ａの循環水量は３００ｍ³／Ｈ、冷却塔Ｂ，Ｃ，Ｄの循環水量は４００ｍ³／Ｈであった。

これらの結果に基づき、本発明に係る実施例の冷却塔の給排水制御装置を採用した場合の薬剤量を計算すると、補給水量を１％、補給水に対する８倍濃縮の薬剤注入量を２５ｇ／リットル、負荷率を７０％とした場合に、冷却塔Ａでは、
３００×１０³リットル／Ｈ×０．０１×２５ｇ／リットル×４４２０Ｈ×０．７
×１０^-3≒２３２ｋｇとなる。

また、冷却塔Ｂ，Ｃ，Ｄでは、運転時間の平均１２３０Ｈ／年として、
４００×１０³リットル／Ｈ×０．０１×２５ｇ／リットル×１２３０Ｈ×０．７×３
×１０^-3＝２５８．３ｋｇとなる。
この薬剤量と、基礎投入量（比重を１とする）とを加えた合計量、すなわち、
２３２ｋｇ＋２５８．３ｋｇ＋６３．５ｋｇ＝５５３．８ｋｇ
が年間の総薬剤量になる。

すなわち、上述の薬品投入量の総計８９３．５リットル／年に比べて約６２％で済むこととなり、薬剤量の面からも経済性を大幅に向上できる。

本発明の実施例に係る冷却塔の給排水制御装置を示す全体構成図である。 給排水制御手段を示すブロック図である。 要部の縦断面図である。 循環ポンプおよび第２の開閉弁の動作を示すタイムチャートである。 従来例の冷却塔の給排水制御装置を示す全体構成図である。

符号の説明

１…水槽
２…熱交換用充填材
４…散水槽（散水装置）
６…送風機
８…冷凍機（冷却水使用設備）
９…冷却水低温側配管
１０…冷却水高温側配管
１１…循環ポンプ
１３…水補給管
１４…オーバーフロー管
１９…導電率計（水質測定手段）
２０…第１のコントローラ（水質制御手段、給排水制御手段）
２７…第２の開閉弁（開閉弁）
２９…タイマ（給排水制御手段）

Claims (1)

1. 冷却水使用設備に冷却水高温側配管を介して接続されて前記冷却水使用設備から還流される高温冷却水を散水する散水装置と、
   前記散水装置で散布される高温冷却水と外気との熱交換を促進させる熱交換用充填材と、
   高温冷却水に外気を強制的に接触させて蒸発潜熱により高温冷却水を冷却する送風機と、
   前記冷却水使用設備に冷却水低温側配管を介して接続されて蒸発潜熱により冷却されるとともに前記冷却水使用設備に供給する低温冷却水を受け止める水槽と、
   前記冷却水使用設備とにわたって冷却水を循環する循環ポンプと、
   前記水槽に接続されて前記水槽内の設定水位以上の低温冷却水を排出するオーバーフロー管と、
   前記水槽に接続されて前記水槽内の低温冷却水が設定水位以下になったときに水を補給する水補給管と、
   前記水槽内の低温冷却水の水質を測定する水質測定手段と、
   前記水質測定手段によって測定される水質を設定範囲内に維持するように給排水を行う水質制御手段とを備えた冷却塔の給排水制御装置において、
   前記オーバーフロー管に設けて排水または止水を行う電動型の開閉弁と、
   前記循環ポンプの運転停止に応答して前記開閉弁を閉じ状態に切り換えるとともに前記循環ポンプの運転再開時には前記循環ポンプの駆動後に前記水槽内の水量が安定するに足る設定時間経過してから前記開閉弁を開く給排水制御手段とを備えたことを特徴とする冷却塔の給排水制御装置。
   

Images