ビルや工場の屋上で、白い湯気を上げている塔のような設備を見たことがある方は多いと思います。冷却塔（クーリングタワー）です。実はこの装置、世界中どこでも同じ形・同じ方式というわけではありません。生まれた国の気候や、その国ごとの規制、都市環境によって、形も仕組みも少しずつ違う進化を遂げてきました。今回は、そんな冷却塔の歴史と、世界各地での”違い”を巡る話をお届けします。
目次
冷却塔は、蒸気の時代とともに発展した
現在の冷却塔につながる技術のルーツは、19世紀の蒸気機関や蒸気タービンの時代にまでさかのぼります。蒸気の効率を高めるための「復水器（コンデンサー）」という装置が発展し、そこから冷却塔が生まれていきました。
出典：Wikipedia「Cooling tower」
復水器は、蒸気タービンから出てくる蒸気を冷たい水で冷やして水に戻すことで、燃料消費を抑えつつ出力を高める仕組みです。ただし大量の冷却水を必要とするため、20世紀の初め頃には、水資源が限られた地域や、水道だけでは足りない都市部を中心に、水を繰り返し使い回せる蒸発式の冷却方法がいくつも考案されるようになりました。
出典：Wikipedia「Cooling tower」
私たちがよく目にする、あの上に向かってくびれていき、その後ゆるやかに広がった独特な形の冷却塔 （原子力発電所の写真でしばしば見かける、末広がりで巨大な塔と言えば、イメージが湧く方も多いかもしれません） が誕生したのも、ちょうどこの時期です。
1916年、オランダ人技術者のフレデリック・ファン・イテルソンとゲラルド・カイパースが、この「双曲面冷却塔」のデザインで特許を取得しました。1917〜1918年頃、オランダの炭鉱でこの形の冷却塔が初めて建設され、その後、イギリスをはじめ世界中に広まっていきました。なお、この形の冷却塔は原子力発電所専用というわけではなく、火力発電所や化学プラントなど、幅広い施設で使われている汎用的な装置です。
出典：Wikipedia「Cooling tower」「Hyperboloid structure」、Designing Buildings「Cooling tower design and construction」
なぜあの形なのか、不思議に思ったことがある方もいるかもしれません。実はあの曲線、見た目のデザインではなく、構造的な強度を保ちながら使う材料を最小限にできるという、合理的な理由から生まれた形なのです。
出典：Wikipedia「Cooling tower」
水が貴重な土地では、「水を使わない」冷却塔が育つ
冷却塔は誕生から100年以上を経て、今では湿式（水の蒸発を利用する方式）、乾式（水を使わず空気だけで冷やす方式）、そして両者を組み合わせたハイブリッド式という、大きく3つのタイプに分かれています。
出典：Fortune Business Insights「冷却塔市場規模、成長率およびシェアレポート」
この3タイプのうち、どれが主に選ばれるかは、その土地の水事情や用途によって変わります。世界的に見れば湿式が依然として広く使われていますが、水資源の制約や環境規制を背景に、乾式やハイブリッド式の採用も広がりつつあります。
出典：Fortune Business Insights「冷却塔市場規模、成長率およびシェアレポート」
一方、水資源が比較的豊富で、効率を重視する地域では、今も湿式（蒸発式）の冷却塔が広く使われ続けています。たとえば北米では、大規模な工業設備やデータセンター向けに大容量の冷却塔が数多く採用されています。同じ「冷却塔」という名前の装置でも、その土地の水事情や施設の規模によって、選ばれる方式や規模感が違ってくるのです。
日本の冷却塔は、なぜ”静かで小さい”のか
日本の冷却塔には、海外とは異なる独自の進化が見られます。その背景にあるのが、日本特有の都市環境です。
日本は欧米に比べて建物が密集し、住宅地のすぐそばにオフィスビルや商業施設が建っていることが珍しくありません。そのため冷却塔の選定では、静音性やコンパクトさが重要視される傾向があります。また、日本では屋上荷重の制限、搬入経路の制約、そして耐震性への対応など、建築側の条件も厳しく、軽量であることも求められます。こうした制約が重なることで、日本の冷却塔には「静かで、コンパクトで、軽い」ことが求められる傾向があります。
なお、冷却塔の通風方式には、最初に紹介しました「双曲面冷却塔」で採用されている「自然通風式」とファンにより空気を供給する「強制通風式」があります。「強制通風式」には、空気を引き込む「強制通風誘引式」と空気を押し込む「強制通風押込式」があり、日本でも海外でも「強制通風誘引式」が主流です。ただし、ダクト接続や設置スペースが限られるケースでは、「強制通風押込み式」が採用されることもあります。
出典：Wikipedia「冷却塔」
加えて、日本では商業施設や住宅地に隣接する施設への導入にあたり、静音設計や低振動のファンを採用するなど、周辺環境への配慮が重視される傾向があります。
出典：ct-pedia「冷却塔の仕組みとは？構造や種類をわかりやすく解説」
「静かで、コンパクトで、目立たない」という日本の冷却塔に見られる傾向は、技術力の違いというより、人口密度の高い国土でどう冷却塔と付き合っていくか、という社会的な制約から生まれたものと言えるかもしれません。
衛生管理への向き合い方も、国によって異なる
冷却塔は、水を空気に触れさせる構造上、レジオネラ属菌という細菌が繁殖しやすい環境になりやすいという特性を持っています。これは世界共通の課題です。
日本では建築物衛生法に基づく建築物環境衛生管理基準のもと、冷却塔の定期清掃や水質管理に関する維持管理基準が定められています。施設の種類や規模によって適用範囲は異なりますが、特に大規模建築物では厳格な管理が求められています。
出典：厚生労働省・横浜市・千葉市等、各自治体の建築物衛生関連ページ
欧州でも、冷却塔の衛生管理に対する意識は高く、ホテルや病院といった施設を中心に、空調設備や配管の定期的なメンテナンスや水質確認が重視されています。欧州疾病予防管理センター（ECDC）は冷却塔を含む水系設備のレジオネラ対策に関する技術ガイドラインを整備しており、一般市民への感染予防に関する情報提供も行われています。
日本も欧州も、レジオネラ対策に対して高い意識を持っている点では共通しています。ただし、具体的な法規制や維持管理の考え方には国・地域ごとの違いがあり、同じ装置であっても「どう管理するか」のアプローチは少しずつ異なります。
出典：ECDC「European Technical Guidelines for the Prevention, Control and Investigation of Infections caused by Legionella species」（2017年）、CDC「Controlling Legionella in Cooling Towers」
まとめ：冷却塔には、その土地の気候や都市環境、社会の考え方が色濃く表れている
19世紀の蒸気の時代にルーツを持ち、20世紀にあの独特な双曲面の姿を手に入れた冷却塔は、その後も世界各地で異なる進化を遂げてきました。
水が限られる地域では、節水を重視した方式が発展し、建物が密集する土地では、静かでコンパクトな方式が求められ、衛生管理の法規制やガイドラインも、国ごとに異なるアプローチで整備されてきました。冷却塔という装置は、いわばその土地の気候や都市環境、社会の考え方を映す鏡のような存在なのかもしれません。
地味で目立たない設備に見えて、その姿形には、実はその土地ならではの理由が詰まっている。今度どこかで冷却塔を見かけたときは、そんな視点で眺めてみると、また違った面白さが見えてくるはずです。
