冷却塔と加熱塔の違いとは?役割や仕組み、構造などを解説

冷却塔と加熱塔の違いをご存知でしょうか。
冷却塔という言葉を見聞きしたことがある方もいると思いますが、加熱塔についてはあまり触れる機会がないかもしれません。

役割・仕組み・構造などの観点から両設備の違いを見ていきましょう。

冷却塔と加熱塔の違いとは

冷却塔は水の蒸発を利用して水を繰り返し冷却する装置です。
液体が蒸発するときに周りの熱を奪う性質(気化熱)を利用しています。
クーリングタワーと呼ばれます。

加熱塔は大気から熱を吸収することで暖房に使える装置です。
ヒーティングタワーと呼ばれます。

ヒーティングタワーは加熱塔兼冷却塔として、暖房時は加熱塔として大気から熱を吸収し、冷房時は冷却塔として大気へ熱を放出します。

冷却塔と加熱塔の役割

冷却塔(クーリングタワー)の役割は大きく分けて空調用と工業用に分類でき、近年ではフリークーリングシステムなどにおいて、省エネルギー対策の役割も担っています。
空調用では、冷却塔は単体で使われることはありません。

冷凍機をはじめ、放熱を必要とする熱源機器と組み合わせて用いるのが基本となります。
冷却塔を空調用として使う場合、ビルなどの大型施設におけるセントラル空調システムにおいて、冷水を空調機に共するために冷却塔が使われるのです。

冷房するための冷風は、空調機内で冷水と熱交換されることで作り出されます。
温められた冷水が冷凍機に送られ、蒸発器内で冷媒の蒸発によって冷媒に吸熱され、吸熱した熱は凝縮器で冷却水に放熱される仕組みです。

冷却塔は、冷凍機の凝縮器で冷却水に放熱された熱を外気に捨てる役割を担っています。
工業用として使われる場合は、エンジン発電機や電気炉、業務用ドライクリーニング機械、プラスチックなどの射出成形機などさまざまな機械を冷却する役割があります。

冷却塔を使用することで節水ができ、環境への負荷が軽減できるのがメリットです。
工業用では地下水や河川水を冷却水として活用しており、利用後は排水されるのが一般的です。

冷却塔を用いると、廃棄する水を減らして水の再循環が可能となり、節水に役立つとともに、環境への負荷を低減することができます。

そのほかの冷却塔の役割として、たとえば、スキー場のスノーマシーンで散布する水の冷却や高温の工場排水を低温にして排水するといった使い方もできるのです。

加熱塔は冷却塔兼加熱塔として利用され、主にビルや大型施設の大規模空調を行うために屋外に設置され、冷暖房を行う空調設備としての役割を果たします。

冷却塔と加熱塔の仕組み

冷却塔(クーリングタワー)は水を蒸発させ、熱を奪うことで、水を冷却する装置です。
水を大気圧のもとで、空気と接触させて蒸発させる仕組みです。

冷房に使う、冷凍機の冷却水は使用されると温度が上昇してしまいます。
温度が上昇した冷却水は、冷却塔内に送られ、設置された送風機を用いて強制的に送り込んだ外気と接触します。

結果、温度が下がり再び冷凍機に送られるという流れです。
冷却塔はこの仕組みを用いて、冷却水を効率良く循環利用させるために必要不可欠です。

冷却塔が蒸発を通じて熱を大気へと放出する仕組みなのに対し、加熱塔(ヒーティングタワー)は大気から熱を吸収する点が違います。
冷却塔も加熱塔も、自然エネルギーを利用しています。

冷却塔の導入なら空研工業

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外気を熱源として冷暖房兼用ができるので、低コストであり、環境にも優しい仕組みです。
加熱塔の吸熱部を冷却塔として使用した場合、循環液の温度を上げるのではなく、温度を下げるために使うことができます。

つまり、冷却塔として使うことができるのです。

冷却塔と加熱塔の方式

冷却塔(クーリングタワー)には塔の形状や冷却方式による分類をはじめ、冷却塔は外気を冷却水に触れさせて熱交換を行いますが、この外気と冷却水の流れの関係の違いや接触方法の違いによって方式が分けられます。

冷却塔の形状として丸形と角形の2つの方式があり、構造や冷却方法の違いとして、開放式と密閉式の2種類が代表的です。

外気と冷却水の接触方法としては、上から落下する冷却水に下から上へと外気を当てる向流型カウンターフロー方式と、外気を直角に当てる直交流型クロスフロー方式に分けることができます。
一方、ヒーティングタワーにも密閉式と開放式がありますが、循環水の濃度管理等の必要のない密閉式が新規及び更新物件ではほぼ100%採用されています。

冷却塔と加熱塔の構造

開放式の冷却塔(クーリングタワー)は、外気と冷却水を直接接触させて、一部の冷却水を蒸発させることで熱を奪い、残りの冷却水を冷やす構造です。
開放式冷却塔は、空調用として普及しています。
冷却水を効率的に冷却するためには、外気との接触時間を長くする必要があります。

そこで、水を表面積の大きな充てん材に流す構造になっているのが特徴的です。
密閉式の冷却塔は、冷却水を熱交換器の管内に通し、管の外に冷却用の外気と散布水を散水して冷却する構造となります。
冷却水の汚れを嫌う設備に用いられるのが一般的です。

密閉式の加熱塔は、内部の構造は密閉式冷却塔に似ています。
熱交換器に伝熱性能に優れた波形のフィンを採用することで、1枚当たりの伝熱面積が大きくなり、空気を効率的に撹拌することができます。

効率的に撹拌できる波形フィンのおかげで、熱交換を効率的に行うことができるのです。
また、暖房運転中に熱交換器表面に付いた霜を溶かすために、霜取り装置としてヒーターが搭載された構造になっています。
この点、開放式の加熱塔は、冷房・暖房の運転切換や不凍液の濃度管理が難しいという欠点があります。

これに対し、密閉式の加熱塔にすれば、運転切換時の不凍液の抜き取りや再注入の手間が省け、濃度管理の必要もありません。
密閉回路なので、不凍液と外気が直接触れることがないため、不凍液が汚れることもありません。

そのため、冷凍機の熱交換器を汚すことなく、性能を維持でき、メンテナンスの手間も軽減できます。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)は大気へ熱を放出して冷却水を冷やし、加熱塔は大気から熱を吸収して暖房を作り出す違いがあります。
いずれも空調用としては、単体で使用されることはありません。

冷却塔は空調や機械を冷やす工業用途に用いられることが多く、加熱塔は冷却塔兼加熱塔として空調に用いられ、冷房時には冷却塔として活躍し、暖房時には加熱塔として活用されます。

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