冷却塔の濃縮倍数の決定方法と補給水量の求め方を徹底解説

冷却塔(クーリングタワー)の管理方法に「濃縮倍数」を利用する方法があります。
しかし、濃縮倍数と聞いてもピンとこない方もいるのではないでしょうか。

濃縮倍数を利用すれば、最終的に新しい水の補給量を求められるようになります。
水を補給するのは水の濃縮を防ぐためですが、藻やスケールの発生を抑え、冷却塔(クーリングタワー)の寿命を伸ばす効果が期待できます。

結果的に、冷却塔(クーリングタワー)にかかる費用を抑えられる可能性が高まるため、計算方法を把握して定期的にチェックすることをおすすめします。

本記事では、「濃縮倍数の必要性」と「水の濃縮による被害」を紹介した後、冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数を利用した補給水量の求め方を紹介します。

冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数とは

冷却塔(クーリングタワー)を使用していると水の濃縮が起こることがあります。
冷却塔(クーリングタワー)を管理するうえで、水に含まれる不純物には、以下のものがあります。

  • カルシウム
  • マグネシウム
  • シリカ
  • 塩化物

主に水に含まれるミネラルと呼ばれているものが多く、天然水などを飲む方はミネラルが豊富な水を飲んでいるかもしれません。
しかし、冷却水は蒸発を繰り返すことでミネラルが蓄積され、水の濃縮を引き起こす可能性があります。

濃縮倍率とは、水の濃縮をどの程度で管理するかの目安であり、冷却塔(クーリングタワー)の動作を正常に保つために必要です。
結果的に補給するべき水量を把握できます。

濃縮倍率の計算方法をお伝えする前に、水の濃縮により引き起こされる可能性がある被害をまとめておきます。

水の濃縮による被害

水の濃縮による被害は、主にコスト面で負担を感じるようになります。
水に含まれるシリカの濃度が高くなれば、カルシウムやマグネシウムなどと結びついてスケールが発生します。

また、カルシウムやマグネシウムなどのミネラルは藻を発生させやすくなります。
豊富なミネラルは、藻などの海藻類の食料になることがあり、冷却塔(クーリングタワー)の環境を脅かす原因になるでしょう。

大量に藻やスケールなどが発生してしまうと、冷却塔(クーリングタワー)の機能を著しく低下させます。

冷却塔(クーリングタワー)が停止した場合、業者に依頼するなど修繕作業に力を注がなければなりません。
結果的に大きな費用が必要になる場合があり、企業にはダメージを与えます。

これらの被害を避けるには藻やスケールが発生するのを防ぐ必要があり、定期的に濃縮倍率を計算しておけば回避できる可能性は高まります。

前述の通り、藻やスケールはシリカやマグネシウムなどが原因となり発生します。
そのため、濃縮倍率の計算式を利用してシリカ濃縮倍率やマグネシウム濃縮倍率を計算し、状況に合わせて濃度を調節していきましょう。

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)の濃縮倍数を計算する目的

冷却塔(クーリングタワー)を管理するため濃縮倍数を計算するのは、藻やスケールの発生を防ぐだけではありません。
水質管理のため、ブローダウン量や水処理剤の添加量を知るために濃縮倍率が必要となります。

濃縮倍数は本来、補給水量を把握するための方法です。
しかし、水処理剤の量を調節するためにも使用できますので、ここでは水処理剤に着目して説明します。
後述する計算方法の説明で、補給水量についても理解できるでしょう。

濃縮倍数を計算するのは、不要物が水にどの程度含まれているかを知るための作業です。
冷却水中の不要物の割合を知ることができれば、水処理剤の添加量を定められるようになります。

水処理剤は、冷却水の水質を管理するために使用するものです。
殺藻剤やレジオネラ属菌除去剤などを含め、多くの製品がメーカーから販売されています。

濃縮倍数により、水処理剤の添加量がわかり水質管理計画を立てやすくなります。

例えば、一般家庭の風呂でも同様です。多くの家庭でされている風呂には、約200Lの水が必要とされています。
仮に風呂の水を災害時のために溜めておくとしましょう。
放置した水には細菌が混入し、徐々に腐敗していくのは理解できるのではないでしょうか。

水処理剤は、水の腐敗を防ぐ役割もあるため家庭用の水処理剤も販売されています。
しかし、重要なのは「200Lの水に対し、水処理剤をどれだけ必要とするか」です。

仮に「水10Lに対し、水処理剤が10L必要」という製品があるとすれば、200Lの水処理剤が必要になるでしょう。
しかし、冷却塔(クーリングタワー)の水処理剤は濃度により調節するようになっています。

家庭用の風呂で例えれば「水の量」ではなく、「水に含まれるミネラルの量」を知る必要があり、例えばカルシウムの量を中和できるだけの水処理剤が必要になります。

特に工業用の冷却塔(クーリングタワー)では、大量の水が使用されているはずです。
水の量に対して水処理剤を投入する場合、水と同等の水処理剤が必要になるかもしれません。

しかし、濃度に着目して水処理剤の添加量を計算すれば、コストダウンにつながるメリットもあります。

多くの企業で冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数を計算し、水処理剤の添加量を求めるのは、主にコストダウンが目的と言っても過言ではないでしょう。

家庭用洗剤でも濃縮タイプが存在するように、冷却塔(クーリングタワー)の水処理剤の多くは濃縮タイプで作られています。
そのため水の濃縮倍数を計算し、適切な添加量で水処理剤を使用する目的があります。

冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数の計算式

冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数は、冷却塔メーカーが基準値として提示することが多いでしょう。
例えば、以下のような規定がある場合があります。

  • カルシウム5倍
  • シリカ8倍
  • 鉄分3倍

濃縮倍数の決定には最も条件が悪いところを使用します。
例の場合、鉄分が最も条件が悪いと推定されるため濃縮倍数3倍と決定します。

仮に、以下のような可能性もあります。

  • カルシウム2倍
  • シリカ5倍
  • 鉄分4倍

この場合は、カルシウムの条件が悪いため濃縮倍数2倍と決定します。

濃縮倍数の決定は、補給水の量を決定するために重要です。
上記では水質管理に着目しましたが、ブローダウンの量や頻度を決定するためにも濃縮倍数が必要です。

具体的に、以下の手順で計算していきます。

蒸発量を計算する方法

冷却塔(クーリングタワー)で水が蒸発している量を計算する方法です。
蒸発量は、冷却熱量から計算できます。

蒸発量=(入口と出口の温度差×水の定圧比熱×循環水量)÷水の蒸発潜熱

循環水量や水の入出温度差は、冷却塔(クーリングタワー)により異なるため、わからない場合はメーカーに問い合わせするようにしましょう。
また、蒸発潜熱は蒸気表をご確認ください。

飛散量を計算する方法

冷却塔内では、水が循環しています。
そのため、水滴が外部に放出され、水量が変化していることも考えられます。

外部に放出される水滴を飛散量とし、数値を求められます。

飛散量は、冷却塔(クーリングタワー)により異なりますが、一般的に0.05%から0.2%と言われています。
下記計算式では、仮に0.1%として表します。

飛散量=循環水量×0.1÷100

計算式を見れば、頭を抱える人も多いかもしれません。
しかし、循環水量に対して何%が外部に放出しているか、割合を求めているだけです。

濃縮倍数を利用してブロー量を計算する方法

ブロー量とは水の濃縮を緩和するため、排水する水の量のことです。
濃縮倍数を決定した後、ブロー量を求める計算式は以下のようになります。

ブロー量={蒸発量÷(濃縮倍数-1)}-飛散量

この式により、ブロー量が決定できます。
ここまで述べた「蒸発量」「飛散量」「ブロー量」を用いると、補給するべき水量が計算できます。

補給水量=蒸発量+ブロー量+飛散量

例えば、コップに1杯の水を入れておくとします。こぼしてしまったり、蒸発してコップ内の水が減ったと考えてみてください。

再度、コップ1杯に戻すには蒸発量とこぼした水の量が必要になります。
こぼした水の量には飛び散った水の量(飛散量)が含まれているのは理解できるのではないでしょうか。

このように計算式により補給水量を求められれば、冷却塔(クーリングタワー)を停止していた場合でも再稼働時に補給水量が把握できるため、安全に冷却塔を使用でき、冷却塔の寿命を延ばす効果があると考えられています。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)の濃縮倍数を計算するのは、補給するべき水の量を把握するためです。
水の濃縮により引き起こされる多くの問題は、水を濃縮させないことができれば解決できます。

そのため、水処理剤を使用したりブローダウンが必要になります。
水処理剤やブロー量を把握し、最終的にどれだけの新しい水を補給するかを決定するのが濃縮倍数です。

濃縮倍数の決定には、水に含まれるミネラルを把握する必要があります。
そのため、測定器などを用意していただき、定期的にミネラル濃度を測定するようにしましょう。

本記事で述べた計算方法を利用し、水の補給量を求め、定期的に冷却塔(クーリングタワー)内部の水を循環させてください。

結果的に、冷却塔(クーリングタワー)の寿命を伸ばせる効果が期待できるため、コストダウンにつながる可能性が高くなるでしょう。

冷却塔のメンテナンスなら空研工業

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