冷却塔のエリミネーターとは?その仕組みや役割・構造も解説

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターとはどんな仕組み・構造をしていて、冷却塔(クーリングタワー)の中でどのような働きをするのでしょうか?
ここでは、エリミネーターについてや、エリミネーターを解説する上で知っておきたいパーツも簡単に説明しています。

冷却塔(クーリングタワー)とは

冷却塔(クーリングタワー)は、水の蒸発を利用して、温められた冷却水を冷やす機械です。室内の暖かな空気を取り込んだ冷却水の熱を、室外へ放熱させることで水温を下げ、再び冷却水として循環させているのです。では、なぜ冷却塔(クーリングタワー)では暖かな空気を冷やすことができるのでしょうか?

冷却塔(クーリングタワー)が冷却水を冷やす原理

なぜ冷却塔(クーリングタワー)で空気を冷やすことができるのかと言うと、外気と水を触れさせて、水が蒸発する際に周りの熱を奪う原理を利用しているからです。この原理のことを気化熱、または蒸発熱といいます。

水滴やエタノールなどが体についた状態で風を受けると、ひんやりと冷たくなった経験はありませんか?また、暑い夏の日に庭や道路に水を撒くと涼しくなるため、昔から水撒きをする光景をよく目にしていたことでしょう。

冷却塔(クーリングタワー)はこれらの原理と同じなのです。

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)には開放式と密閉式の2つの種類が存在します。また、主に空調用と工業用(産業用)の2つに分類されます。

開放式冷却塔

開放式の冷却塔は、循環させている冷却水に直接外気を触れさせることで水温を下げるタイプです。もう一つの密閉式よりは安価ですが、外気の影響を受けやすく、微生物や土ぼこりなどの不純物が入り込みやすいというデメリットもあります。

微生物や不純物が入り込んで水質が悪化すると、水の濃縮が起こる際に藻類・細菌の繁殖、腐食障害などの問題が発生するため、水質管理が重要になります。

密閉式冷却塔

密閉式の冷却塔は、冷却水が密閉回路を流れて熱交換器(銅管コイル)の外側を散布水で冷却するタイプです。こちらは外気に冷却水が触れない分、汚染や水の濃縮が起こらないため、スケール障害や腐食障害が起こりにくくなります。

長持ちはしますが、構造が複雑な分、開放式より倍の価格になることがほとんどでしょう。ただし、外気と接触する散布水の水質管理は必要です。この管理がきちんとされないと、銅管コイルの伝熱面にスケール障害が起こります。また、金属の腐食を防ぐためにも防食剤の添加が必須です。

空調用冷却塔

空調用の冷却塔(クーリングタワー)は、主にビルやショッピングモールなどの大型施設の空調設備に利用されます。一般的には冷却水が用いられており、吸収式冷凍機・ターボ冷凍機の冷却をする目的で冷却塔(クーリングタワー)を使用しているのです。

工業用(産業用)冷却塔(クーリングタワー)

冷却塔(クーリングタワー)は、空調だけでなく様々な産業分野で活躍しています。たとえば、化学や食品、セメント、ゴミ焼却などの工場設備では、コンプレッサーや工業用炉。発電設備では蒸気タービン復水器の冷却用として冷却塔(クーリングタワー)を使用しています。

冷却塔(クーリングタワー)が使われている場所

室内の暖かい空気は熱交換器によって冷却され、熱は送風機(ファン)より外に排出されていきます。また、冷却塔(クーリングタワー)は大量の外気を吸い込む役割もあるため、建物の屋上や工場の屋外に設置されていることが多いでしょう。

空調用では空調機器やターボ冷凍機で使用されることが多く、工業用ではコンプレッサーや発電設備などの冷却を目的として使われているのです。

冷却塔(クーリングタワー)を構成する各パーツ

今回注目するエリミネーターは、そんな冷却塔(クーリングタワー)を構成する各パーツの一部です。そして、エリミネーターのほかにも、主に以下のパーツが存在します。エリミネーターを説明する上で欠かせない、知っておきたいパーツもあるため、ここでご紹介します。

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充填材

薄いプラスチック素材を何十にも重ねて一体化したもの。充填材は『開放式の熱交換器』といえます。エリミネーターのすぐ近くにある、大事なパーツです。

ファン(送風機)

外気を吸い込んで、冷却水に風を当てる役割があります。角形や丸型の冷却塔(クーリングタワー)がありますが、いずれの型も装置の上部にファンがついています。

ファンの翼車の耐用年数は7年。長期で稼働していると羽根に亀裂が入っている場合もあるため、そのまま運転し続けると危険です。冷却能力も下がりやすくなるため、羽根や翼車を補修する必要があります。

電動機

主に冷却ファンを回転させるためパーツです。

ファンベルト

先ほどご紹介した『冷却ファン』と『電動機』をつなぐVベルトです。ファンベルトとも言います。

上部水槽

『充填材』に循環水を均一に散布させる水槽のこと。角形冷却塔はこの『上部水槽』といって冷却塔(クーリングタワー)の上部に位置しています。この上部水槽から、冷却水を散水させることで外気と接触させて、気化熱の原理を利用するのです。

下部水槽

『充填材』を伝い、水温が下がった冷却水が溜まる水槽のことです。メンテナンス方法や耐用年数は上部水槽と同様です。

ストレーナ

異物混入を防ぐメッシュのことで、金網になっています。

銅管コイル(密閉式のみ)

先ほど密閉式冷却塔の項でも触れましたが、鋼コイルは『密閉式冷却塔の熱交換器』のことです。鋼管コイルの内側に冷却水が流れており、その外側に散布水をかけることで水を冷やします。

膨張タンク(密閉式のみ)

密閉式冷却塔の密閉された配管の中、水の温度が上昇することで体積が膨張した分を逃す役割をしています。もし膨張タンクがなければ、膨張した水の圧力が上昇し、熱交換機のタンクや漏れの要因になります。また、膨張タンクにも開放式と密閉式があります。

冷却水薬注システム

冷却水の水質を自動で管理します。主に、伝導率をもとに水質の状態を管理し、必要な分だけの水に薬品を添加して給水します。

冷却水ピット

冷却塔(クーリングタワー)に併設されており、冷却水を溜めておくためのタンクやコンクリート槽のこと。
保有しておく水量が多いときに設置するものです。

冷却塔のメンテナンスなら空研工業

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターの役割

エリミネーターは、『飛散防止材』とも言います。開放式冷却塔の『エリミネーター』は『充填材』から出る水しぶきが外部へ飛び散るのを防ぐ働きをします。充填材の隙間を通過した空気には水滴が含まれているため、エリミネーターを通ることで空気だけを外に逃すのです。

エリミネーターによって循環水の飛散を軽減させることで、節水効果が期待できます。また、ファンによるキャリーオーバーを防止するためにも、エリミネーターを設置することが可能です。

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターの仕組み

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターは開放式でも密閉式でも、送風機(ファン)と充填材(熱交換機)の間に設置されています。エリミネーターでも、長年使用していると破損や経年劣化が進むため、こまめな点検と定期的な取り替えが必要です。

破損や劣化をそのままにしていると、冷却塔(クーリングタワー)体の強度低下につながりますので、他のパーツ同様きちんとメンテナンスをしましょう。

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターの構造

冷却塔(クーリングタワー)のエリミネーターは、鉄板や樹脂成形板などでジグザグに折って並べた構造をしており、水滴の慣性力を利用して空気と水を分離しています。風量の不足を防ぐためには、状況に合わせた設計が必要になります。

まとめ

エリミネーターは、外気に含まれた水分と空気を分離させて、水を無駄に排出しないために一役買っているパーツです。

もちろん、エリミネーターだけではありません。その他の様々なパーツがあることで、問題なく安全に作動することができるのです。そのためにも、点検はこまめに行ってきちんとメンテナンスをしましょう。

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