冷却塔とバイパス弁の関係とは?役割や制御理由を解説

冷却水の温度管理は冷却塔(クーリングタワー)や付属する機器によって行われるのですが、循環している冷却水のすべてを冷却塔に通さない方法もあります。

冷却水のすべてを冷凍機に流してしまえば、運転条件によっては冷凍機に支障をきたすケースもあるからです。
それを防ぐために、バイパス弁を設置することがあります。

冷却水回路に設置されるバイパス弁ですが、どのような役割を果たしているのでしょうか。
そこで今回は、バイパス弁と冷却塔の関係性、バイパス弁の役割や制御する理由について解説していきます。

冷却塔(クーリングタワー)とバイパス弁の関係性とは

冷却水は冷却塔(クーリングタワー)を通り、冷凍機へと送られる仕組みになっていますが、冷凍機に送られる際の冷却水の温度と大きく関わっているのです。
そのため、冷却塔自体と間接的に関係しています。

冷却塔は、気化熱を利用し冷却水の温度を下げています。
気化熱を利用していることから、季節により変わる気温・湿度に左右されます。

特に冬場などは冷却水が冷えすぎてしまい、冷えすぎた冷却水がそのまま循環し冷凍機に戻ると、冷凍機に支障をきたします。

そこで温められた冷却水の一部をバイパス弁を切り替えることでバイパス路に通し、冷却塔で冷やした冷却水と合わせることで温度調節を行います。

バイパス制御は冷却水温度管理のために有効な手段の一つと言えます。

バイパス弁の種類と役割

冷却水の温度調節に必要なバイパス弁。

ひと括りでバイパス弁と言いますが、弁には種類があります。
バイパス弁の種類と役割について見ていきましょう。

バイパス弁の種類

バイパス弁には二方弁と三方弁と、2種類の弁があります。
弁を動かすことで、二方弁は2つのバイパス路、三方弁には3つのバイパス路に分かれます。

バイパス弁の役割

バイパス弁は冷却塔(クーリングタワー)に戻る水とバイパス回路を通る水に振り分けるのが仕事です。
開・閉によって水の量を調節するため、季節や気候などによって開け加減は異なります。

調節する上では、とても大切な部分です。
ここが開いていなければ当たり前ですが、循環する冷却水はバイパス路を通り冷却塔出口に行き、温度調節することはできません。

夏場などバイパス弁は完全に閉め、バイパス回路に循環水が行かないようになっています。

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制御方法の種類

循環する冷却水を制御したり、温度管理をしたりすることで冷凍機を含む機器の保護を目的とする方法ですが、制御する方法には2通りあります。
それぞれの方式について、詳しく見ていきましょう。

1.バイパス弁を用いたバイパス制御

上記で解説したバイパス弁を用いた制御方法です。
冷却塔(クーリングタワー)に冷却水を送る入口配管と出口配管の間に、別の通り道(バイパス路)をつけることで冷却塔に送られる循環水量を制限します。

バイパス路を作ることにより、冷却水の一部もしくは全部を直接冷却塔出口の配管へと送り、冷却塔を通った冷却水と混ざることで温度調節される仕組みです。

この方法によって、冷凍機に送られる冷却水の温度を守ることができます。
また、冬場の温度が低いときも冷凍機に支障を与えることも少なくなるのです。

制御の仕方は、下記のような工程で行われます。

循環水が通る入口と出口配管につながるバイパス路に、水量をコントロールするバイパス弁を設置。
混合後の冷却水の温度を検知し、温度調節計にてバイパス弁の開放具合を決めます。
バイパス弁を開放させることにより、冷凍機への入口水温の調節をし、設定された温度以下に冷却水がならないよう制御されているのです。

2.ファンによる運転制御

こちらはファンを使った制御方法です。

運転の仕方で制御を行い、冷却塔出口から出てくる循環水の温度管理をしていきます。
ファンによる2種類の運転制御の方法を解説していきます。

1).ON/OFFによるファンの制御

冷却塔の出口温度を温度調節計で検知し、あらかじめ設定した温度になるようファンをON/OFFの切替にて温度を調節します。

やりやすい方法ではありますが、ファンのON/OFFをするにはモーターの回転が関係するため、発停回数が制限され思うように温度制御がしにくいです。

2).インバータを使用しファンの回転数を制御

ON/OFFの切替だけでは温度制御が難しいため、モーターにインバータを設置し回転数のコントロールを行い、冷却塔の出口温度を調節します。
周波数をコントロールできるインバータを装置し、これによって回転数を変えることができるのです。

自由にできる反面、注意しなければならないこともあります。
詳細についてはお問合せください。

また、周波数によっては共振現象と呼ばれる振動が出てくることもあります。
もし出てきてしまったら、周波数ジャンプ行い、出てきた周波数での運転を避けるようにしなければなりません。

循環水を制御する理由

なぜ、循環水量の制御や温度管理をしなければならないのでしょうか。

それは、冷凍機の安定稼働・保護のためです。
冷凍機を安定に稼働させるには温度がポイントです。

このとき、冷却水の下限値温度がポイントになります。

下限温度を下回ると運転ができなくなりますので、注意が必要です。
循環水を制御することは、機器を保護しつつ、安定した稼働を実現させるのに必要不可欠な工程といえるでしょう。

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