冷却塔の循環水量を踏まえた計算方法と必要な基礎知識

冷却塔(クーリングタワー)を使用しているのに主機の効率が上がらない、あるいは水量が減ってきたなどのトラブルを回避し、トラブルによる設備の故障や修理のコストがかからないようにするためにも、冷却塔(クーリングタワー)の循環水量について理解し、適切な補給水量を知るための計算方法を知ることが大切です。

そのための1つのカギとなる冷却塔(クーリングタワー)の循環水量について、理解を深めていきましょう。

冷却塔(クーリングタワー)の循環水量とは

循環水とはその名の通り冷却塔と主機との間を循環している水のことであり、その水の量を循環水量といいます。
冷却塔と主機の間を循環していることで循環水と呼ばれますが、冷却塔本体や主機本体の内部では冷却水と呼ばれています。
冷却塔では、冷凍機などの主機側で温められた冷却水を冷やすために、必要な水量を保持する必要があります。

必要な循環水量は冷却塔の能力により変動します。
また、循環水量の計算では、量で表す際は、L:循環水量(㎥/h)、重量で表す際は、L:循環水量(kg/h)、となります。
例えばターボ式冷凍機で100RTの場合は、量で表すと L=78㎥/hとなり、重量で表すと L=78,000kg/h となります。

冷却塔(クーリングタワー)の循環水量を知る目的

冷却水を長時間使用すると濃縮が始まり、水の蒸発や温度の変化の繰り返しによって濃度が高まっていきます。
この点、水1㎥が蒸発すると60gの不純物が残ってしまいます。

トラブルを避けるためにも濃縮しないように適切な水の補給や水質の管理が欠かせません。
冷却塔の性能によって循環水量や補給すべき水量が異なるため、使用目的や環境に応じて最適な能力を有する冷却塔を選ぶことで、メンテナンスコストを抑えることができます。

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循環水量に応じた補給水を求める計算式

水分の蒸発量は次の計算式で求められます。

蒸発量=(循環水の入口と出口の温度差×循環水量×水の定圧比熱)÷(水の蒸発潜熱)です。
単位で表すと、WE={(Tw1-Tw2)× L ×Cp} ÷2,520 です。

■単位
WE:蒸発量
Tw1:入口水温(℃)
Tw2:出口水温(℃)
L:循環水量(kg/h)
Cp:水の定圧比熱(4.2kJ/kg℃)
2,520:水の蒸発潜熱(kJ/kg)

これに加えてキャリーオーバー分とブローダウン分を足したものが必要な補給水の量です。
キャリーオーバー量は製品の構造によって左右されますが、量としては極めて微量で、一般的には循環水量の0.05%以下となります。

例 ターボ式冷凍機で100RTの場合
WE=(37-32)×78,000kg/h ×4.2 ÷2,520 ≒650kg/h
WD=78,000kg/h×0.05÷100 =39kg/h
WB=78,000kg/h×0.4÷100 =312kg/h

■単位
WD:キャリーオーバー量
WB:ブローダウン量

まとめ

冷却塔は使用するにつれ、冷却水の一部が蒸発し次第に濃縮されていきます。

機器にダメージを与える原因にもなるため、循環水量との関係を知り、計算式を用いることで適切な補給水の量を求めて補っていくことが大切です。

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