冷却塔の熱交換器の役割とは?仕組みや構造などを解説

冷却塔(クーリングタワー)は冷凍機で温められた冷却水を蒸発熱の原理を用いて、繰り返し冷やしています。

冷却水を冷やす際に活躍するのが熱交換器と呼ばれるパーツです。
本記事では冷却塔の熱交換器の役割や構造を解説します。

熱交換器とは

熱交換器とは、簡単にいえば高温の流体から低温の流体へと熱エネルギーを移動させる機器です。
熱エネルギー自体、高いところから低いところへ移動する性質がありますが、その性質を生かし効率的に行うには熱交換器が必須になります。

熱交換器はさまざまな場面で活躍しています。
工業製品を製造する工場や産業用ボイラー、蒸気発生器と見えない部分で活躍する一方、普段の生活にも隠れているのです。
例を挙げれば、エアコン、冷蔵庫、給湯器の家電製品、車やオートバイのラジエーターなど。
最近、大型水槽を持った水族館が増えていますがこの水温調整にも実は熱交換器が使われています。

このように普段の生活に熱交換器は密接しているのです。

冷却塔(クーリングタワー)での熱交換器の役割

冷却塔(クーリングタワー)での役割は、冷凍機で温められた冷却水を冷やすことです。
冷やす原理はご存知のように水が蒸発する時に発生する蒸発潜熱です。
冷却塔の熱交換器は蒸発を促進し、冷却水を冷やすためのパーツです。

水冷式の冷却塔には開放式と密閉式がありますが、ともにそれぞれタイプの違う熱交換器があります。

冷却塔(クーリングタワー)の熱交換器の仕組み

冷却塔(クーリングタワー)内で効率よく冷却水を冷やしてくれる熱交換器ですが、どのような仕組みで熱交換を行っているのでしょうか。
開放式と密閉式でその仕組みは異なるため、それぞれの仕組みについて解説していきます。

開放式冷却塔での熱交換器の仕組み

熱交換をする際、開放式は温められた冷却水を外気と直接触れさせることで温度を下げます。
熱交換器方式で区別すると「直接接触方式」と呼ばれます。
外気と接触した冷却水の一部が蒸発する際に残りの水の熱を奪っていきます。

通常、塩化ビニール製のシート状のものを貼り合わせて作られており、できるだけ多くの表面積を持つように工夫されています。
充てん材と呼ばれることが一般的です。

冷却水を外気と効率良く接触させることが重要であり、これが開放式の最大の特徴といえるでしょう。
密閉式冷却塔と比較しますと効率が良いため、冷却塔もコンパクト化することができます。

ただし、熱交換器に汚れなどがつきやすく、頻繁なメンテナンスが必要になるのが開放式のデメリットです。

密閉式冷却塔での熱交換器の仕組み

密閉式は冷却水が外気と直接触れることなく、冷却水を冷やします。
冷却水はコイルと呼ばれる銅管の中を通っています。
熱交換方式で区別すると開放式で紹介した「直接接触方式」に対し「隔壁方式」になります。
銅管を使用することで熱が伝わりやすいようにしています。

しかしながら、冷却水の熱エネルギーを奪うためには銅管の外側を流れる散布水を冷やす必要があります。
外気と散布水を接触させ、蒸発させることで散布水を冷やし、銅管の周りを濡らすことで銅管コイル内の冷却水の熱を奪っています。
熱交換方式で表現すると「直接接触方式」+「隔壁方式」が組み合わさったものと言えます。
開放式で紹介した「充てん材」+「銅管コイル」となります。

密閉式は空気と直接触れて冷やす開放式と比較すると、冷却効率は下がり冷却塔のサイズも大きくなってしまいます。

しかし、冷却水が汚れないため冷凍機や塔内の部品に負荷をかけない点では非常に魅力的であり、メンテナンス費用も抑えられます。

冷却塔(クーリングタワー)の熱交換器の構造

それでは、冷却塔(クーリングタワー)の熱交換器の構造はどのようになっているのでしょうか。
開放式・密閉式の熱交換器は異なる部品で構成されているため、それぞれ解説していきます。

開放式冷却塔は、塩化ビニール製(PVC)シートの充てん材で熱交換されています。
より多くの冷却水と空気が当たるように、接触面積が広くなるよう工夫されたシートを採用し、熱交換器として活躍しているのです。
また、外気が通過する際にできるだけ抵抗が少なくなるような工夫もされています。

これに対し、密閉式冷却塔は、充てん材と銅管コイルにより熱交換されています。
冷却水が外の空気に一切接触しない密閉式では、まず散布水が冷やされ、効率よくコイル内の冷却水と熱交換をしています。

まとめ

今回は、冷却塔(クーリングタワー)の熱交換器について解説しました。
塔内にあるため、役割や仕組みなどあまり知られていないことが多いですが、効率よく冷却水を冷やすには熱交換器はなくてはなりません。

しかし、熱交換器が汚れていると機能は低下してしまいます。
日ごろの点検はもちろん、メンテナンスをしっかり行い、冷却塔やほかの機器に負荷がかからないようにしてください。

冷却塔の熱交換器のメンテナンスなら空研工業

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