冷却塔の構造や電気伝導率の考え方・基準を紹介

冷却塔(クーリングタワー)の仕組みや働きについてご存じでしょうか?

冷却塔(クーリングタワー)を見かけた事があっても、どんな目的で利用されているものか、イメージが出来ないという方も多いと思います。

実は冷却塔(クーリングタワー)とは、私たちが生活する上で必要不可欠な空調と、密接に関係している縁の下の力持ちのようなもの。
この記事では冷却塔(クーリングタワー)の構造や種類、冷却塔(クーリングタワー)の電気伝導率と水質との関係について紹介します。

冷却塔(クーリングタワー)とは

冷却塔(クーリングタワー)とは、室内の熱を室外に放出する役割があり、水の蒸発を利用して水を冷却させる機械の事です。

肌にぬるま湯やアルコールをつけて、息を吹きかけると冷たく感じます。
この事を気化熱といって、ぬるま湯やアルコールが蒸発する際、周りの熱を奪っていくからなのです。

冷却塔(クーリングタワー)はこの仕組みを利用して、水自身の温度を下げています。
冷却塔(クーリングタワー)は主に冷凍機や放熱が必要とする機械と、一緒に利用されるのが一般的。

ビルや大型商業施設をはじめ、発電所や工場の機械などを冷却したり、高温の冷却水を低温にする目的にも利用されています。

冷却塔(クーリングタワー)の構造

冷却塔(クーリングタワー)は様々なパーツが組み合わさって作動しています。
冷却塔(クーリングタワー)の構造と代表的なパーツ4つの役割を説明します。

散水パイプ

一度利用された後の冷却された水が出てくるパイプ。
散水パイプで冷却塔(クーリングタワー)と繋がり冷却水を冷やします。

送風機

外気を取り込み、風を送り込むための装置。
送風機によって風が当たり、冷却水を冷やす事が出来ます。

水槽

水槽は水を貯めておくタンクのような役割があります。
一定量の水を貯めておかないと順次冷却を行う事が出来ません。

ブロー装置

これはいわゆる排水装置です。冷却塔(クーリングタワー)には汚れが混じる事があるので、定期的に排水を行わなければなりません。
ブロー装置によってある程度の排水を行い、冷却水の清潔さを保っています。

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こうした様々な装置の働きによって、冷却塔(クーリングタワー)は正常に作動しています。
この他にも、温度が上昇した冷却水が落下してくる充填材とよばれる部分や、新しい水を給水するための給水装置などもあります。

冷却塔(クーリングタワー)の種類

冷却塔(クーリングタワー)の形状には「丸形冷却塔」と「角型冷却塔」があり、構造には「開放式」と「密閉式」があります。

丸形冷却塔の特徴は向流式とよばれ、上から落下する水に風を下から当て冷却します。
冷却能力が100冷却トン以下で多く利用されています。

角型冷却塔の特徴は直交流式とよばれ、上から落下する水に風を横から当て冷却します。
冷却塔(クーリングタワー)を複数台、連結が出来る構図のため冷却能力が100トン以上の大型施設でも利用出来ます。

開放式冷却塔

開放式冷却塔は循環する冷却水に直接外気を当てて水温を下げます。

メリットは冷却塔(クーリングタワー)の構造がシンプルため、安価。そして冷却効率がよく、冷却塔(クーリングタワー)自体をコンパクトに収める事が出来ます。
デメリットは、冷却水の水質が悪化すると冷却系統全てで、スケール障害や藻の繁殖などの問題が発生します。

これらの障害から設備を守るためには、冷却水の水質管理が重要。
開放式冷却塔の用途は主に以下の通りです。

  • 一般空調用水冷式冷凍機の冷却
  • 地域冷暖房施設の大型冷凍機の冷却
  • 大型産業用プロセス冷却

コジェネレーションシステムの冷却塔(クーリングタワー)にも利用されています。

密閉式冷却塔

密閉式冷却塔は、冷却水系統が密閉回路になっており熱交換器の内部を冷却水が流れます。

そして、熱交換器の外側を散布水により、冷却される仕組みです。
メリットは冷却水が外気に当たらないため汚染されず、水の濃縮も起きません。
そのため、スケール障害が発生しにくく、設備が長持ちします。

デメリットは、密閉式冷却塔は構造がとても複雑なため高額。
外気が当たる散布水の水質管理を怠ると銅コイルの伝熱面でスケール障害が発生し、冷却能力が低下します。

密閉式冷却塔の用途は主に以下の通りです。

  • 一般空調用冷凍機の冷却
  • データセンターや研究棟重要施設の冷凍機の冷却

フリークリングシステムにも利用されています。

冷却塔(クーリングタワー)の衛生管理を怠るとどうなるのか

冷却塔(クーリングタワー)は開放式、密閉式に限らず「建築物衛生法」で、定期的な清掃や薬剤投与などの適切な衛生管理が義務付けられています。

その理由の1つとして挙げられるのは、レジオネラ菌による「レジオネラ症」の問題。
冷却塔(クーリングタワー)からレジオネラ菌を含んだミスト状の細かい水滴が飛散し、人の体内に吸収する事で感染します。

レジオネラ菌は土や沼などに多く生息する菌ですが、土埃などを介して冷却塔(クーリングタワー)の内部に侵入します。
特に夏頃は冷却塔(クーリングタワー)の内部が、レジオネラ菌の増殖しやすい温度域になり、衛生管理を怠ると菌の温床になる危険性があります。

危険なレジオネラ症には以下の2種類があります。

熱性疾患型の「ポンティアック熱」

インフルエンザと似た症状で発熱などがみられます。治療しなくても数日で回復する事が多い。

肺炎型の「レジオネラ肺炎」

肺炎症状がみられ、劇症型という重症なものでは適切な治療を行わないと、発症後1週間で死亡する可能性があります。

レジオネラ菌は特に病気の方や高齢の方、子供などの抵抗力の弱い人に影響を与えるため、病院や高齢者施設などの冷却塔(クーリングタワー)は注意が必要です。

冷却塔の衛生管理なら空研工業

電気伝導率と基準値

冷却塔(クーリングタワー)の水質汚染を数値化して測るために、電気伝導率が利用されます。

電気伝導率とは液体中での電気の流れやすさを表す指標の事。
簡単に言えば、液体中にどれくらい物質が溶け込んでいるかを示す指数といえます。

水に溶かしたとき電流を通す物質、カルシウム、マグネシウムなどの事を電解質といいます。
電解質が水中に多ければ、電気抵抗が小さいので電流を通しやすく電気伝導率は高く、逆に電解質が水中に少なければ、電流を通しやすく電気伝導率は低いです。

つまり、電気伝導率が高い数値であるほど、それだけ汚染物質が多い事を意味します。

おおむね、基準値である100μS/m(電気の通りやすさを示す値)より数値が少なければ、汚染度は低いといえます。
冷却塔(クーリングタワー)は衛生管理が義務付けられているので、この電気伝導率利用し水質を調査する必要があります。

電気伝導率の考え方

電気伝導率とは、液体中での電気の流れやすさを表す指標の事で、電気抵抗の逆数です。
中学校の理科の授業では、電気の通しにくさ(電気抵抗)を学習し、その単位はオーム(Ω)でした。

このΩの逆数(電気抵抗の逆数=電気の通しやすさ)をSI単位系ではジーメンス(S)という単位で表します。

ジーメンス(S)はオーム(Ω)の逆数なので以下で表すことができます。

〔S〕=〔1/Ω〕

他にも電流値の単位の(A)や電圧の単位である(V)を利用すれば、以下で計算できます。

〔S〕=〔A/V〕

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)における電気伝導率と水質の関係についてお分かりいただけましたでしょうか?

冷却塔(クーリングタワー)とは日常生活に欠かせないものですが、衛生管理を怠ってしまうと健康に被害を及ぼしてしまいます。
そうならないためには、電気伝導率を利用し冷却塔(クーリングタワー)の水質を調査する事が大切です。

そして定期的な清掃や薬剤投与を行い、適切な衛生管理を徹底しましょう。

冷却塔の水質管理などのメンテナンスなら空研工業

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