冷却塔と冷凍機の違いは?役割や仕組み、構造などを解説

ビルなどの大型施設の空調用や工場などに使用される冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機。

同じ「冷」という文字がありますが、役割や仕組みなどはまったく別物です。
ここでは、冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機をより細かく解説していきます。

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機とは

冷却塔(クーリングタワー)は冷凍機から送られてきた水を冷やすための装置です。
一方、冷凍機は冷たい熱を作り出すための装置になります。

ビルなどの大型施設の空調は「水」を使って、空調管理を行います。
各フロアーに家庭用エアコンを用意しても、広いフロアーを冷やすことは難しいです。

しかし、パワーのある冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機にて一括管理をすれば、建物全体を均等に快適な風を行き渡らせることができます。

冷却塔大学

空研株式会社を含む主要メーカの冷却塔の価格を一挙公開。企業や個人オーナー様の快適な空間作りのお手伝い。環境に配慮したタイ…

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機の役割

冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機、それぞれ「冷やす」という働きは同じですが、役割は異なります。
それぞれの役割を紹介していきましょう。

冷却塔(クーリングタワー)の役割は、温度が上がった冷却水を外気に触れさせ、冷やす役割があるのに対し、冷凍機の役割は、蒸発の力で冷水を作り、空気や水の温度を下げる役割があります。

どちらも繋がっているためお互い必要な装置です。

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機の仕組み

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機はどのような仕組みなのか、それぞれの特徴を紹介します。

冷却塔(クーリングタワー)の仕組みは、高温のアスファルトに水を撒いたときに涼しいと感じるのと同じ原理。
冷やされるから涼しくなるというのも一理あります。
しかし、ほとんどは蒸発する際に発生する気化によって冷やされることが要因です。

その原理を冷却塔(クーリングタワー)に取り入れることで、水を冷やすことができます。
より効率的に冷やすために、送風機と充填材の出番です。

送風機によって、まんべんなく直接空気を当てることにより広範囲に渡って蒸発するスピードを上げ、充填材にて空気との接地面積を増やします。

このような方法で冷やされ、冷凍機へ冷却水を送ることができます。

一方、冷凍機の仕組みは、打ち水の原理と同じです。
打ち水をした際、水を撒いた部分は涼しくなりますが、それは液体から気体に変わるときの蒸発によって涼しくなります。

冷凍機も蒸発を利用して冷たい熱を作り出すのですが、より蒸発の力を強力にするために冷媒を利用するのです。

冷媒には自然冷媒とフロン類が使用されます。
冷媒として使用されるものは、『二酸化炭素』『水』『アンモニア』で、フロン類は、『特定フロン』『指定フロン』『代替フロン』です。

毎回水を入れ替えて使ってしまうと、莫大なコストがかかってしまいます。
冷却塔(クーリングタワー)で冷やし、再度使えるようにすることは最大のコストカットと言えるでしょう。

冷却塔・冷凍機の導入なら空研工業

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機の方式

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機共に、様々な方式の装置があります。
役割が一緒でも、設置する環境によって適した装置は異なるので、さまざまなタイプのものが用意されているのです。

冷却塔(クーリングタワー)の方式一覧

冷却塔(クーリングタワー)には『開放式冷却塔』と『密閉式冷却塔』の二方式になり、それぞれの特徴を紹介していきます。

開放式冷却塔

開放式冷却塔は、外の空気と冷却水が直接触れることにより、水の温度を下げるのが特徴。
直接触れるので温度が下がるのが早く、効率が非常にいいです。

もっと効率よく温度を下げるために充填材が内部にあります。
これにより、長時間に渡って冷却水と空気が触れられるのです。

そのため、小さな形のものでも十分力を発揮することができます。

外の空気と冷却水を接触させる方法は2種類あり、『向流型(カウンターフロー)』と『直交流型(クロスフロー)』です。
向流型は、下から空気を入れ、上から落ちてくる冷却水に触れさせる方法。
直交流型は、上から落ちてくる冷却水に、横から外の空気を触れさせる方法です。

効率よくできる点は優れていますが、悪い点もあります。
外の空気と触れるため、ゴミや細菌などにより汚れてしまいます。
そのままにしておくと、冷凍機やポンプなども汚れるので、定期的な掃除が必要になります。

密閉式冷却塔

密閉式冷却塔は、塔内に銅管が通っており、その管の中は冷却水が流れています。外側には充填材が設置され開放式と同じ原理で散布水が冷やされます。
内側では熱交換にて冷却水を冷やして再度使えるようにしているのが特徴です。

直接外の空気と触れることなく、冷却水を循環できるので、メンテナンス費用を抑えることができます。

冷凍機の方式一覧

冷媒を蒸発させて空気や水の温度を下げますが、蒸発させるには圧縮機が必要です。
ここでは主に空調用として使用される冷凍機の特徴を紹介します。

蒸発圧縮式冷凍機

冷凍機の中で圧倒的に使われているのが蒸発圧縮式冷凍機です。
二酸化炭素・炭化水素・アンモニア・フロン類などが冷媒となります。

特長としては、気体の冷媒を圧縮機で圧縮。
次に濃縮器にて冷却し、圧力の高い液体を作り、膨張弁で圧力を下げて、蒸発器で低い温度で蒸発するのです。
メリットはコストが低く、コンパクト化しやすく安く、点検の周期を長くできます。
デメリットは、騒音と高圧ガスが出るため資格保有者を有する場合があります。

吸収式冷凍機

吸収式冷凍機は、吸収性の高い液体で冷媒を吸収させます。
吸収する際に発生する低圧により、別場所で冷媒を気化させて温度を下げる方法です。
空調用は吸収液に水-臭化リチウムを使用していることから、水-臭化リチウム吸収式冷凍と言われています。

メリットは消費電力が少なく、フロン類を使用せず、運転するのに資格が不要。
デメリットは冷却塔(クーリングタワー)が大きくなり、起動に時間がかかり、定期点検が複雑なことです。

冷却塔(クーリングタワー)・冷凍機の構造

最後に冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機の構造を見ていきましょう。
方式によって構造やサイクルは異なるので、それも併せて紹介します。

開放式冷却塔の構造

冷却塔(クーリングタワー)の構造は、複数のパーツによって成り立っています。
開放式では、送風機、散水装置、充填材、水槽が代表的なパーツです。

送風機

送風機は外気を誘引し空気を送る装置です。
冷却塔(クーリングタワー)内にある冷却水が送風機にてまんべんなく当たることで、冷やすことができます。

散水装置

散水装置は、冷凍機から送られてきた冷却水が出てくる部分です。
ここから落ちてきた冷却水が外気に触れることで冷やされ、再度使えるようにします。

充填材

充填材は、散水装置から落ちてきた冷却水が流れる部分です。
表面積の大きい充填材は、冷却水と空気が触れる時間を長くしてくれます。

水槽

水槽は水を溜めるための部分です。

密閉式冷却塔の構造

密閉式は、銅管の中を冷却水が流れる構造となっています。
また、管の中に直接冷却水が通ること以外は、開放式と同様です。
ただし、散布水ポンプが必要です。

密閉式の場合、冷却する際に管の中と外から冷やしています。
そのときに散布水が使われるのです。
ただし、散布水だけ空気に触れるので処理が必要になります。

蒸気圧縮式冷凍機の構造

一方、冷凍機の構造も複数のパーツにて成り立っています。
蒸気圧縮式では、圧縮機・凝縮器・膨張弁・蒸発器が代表的なパーツです。

圧縮機

圧縮機は、凝縮しやすいように気体の冷媒に圧力をかける部分です。
低温・低圧の気体の冷媒を高温・高圧の気体の冷媒に変化させています。

凝縮器

凝縮器は、圧縮機で圧縮された気体の冷媒を閉じ込めておく部分です。
冷却水に冷媒の熱を逃がし、暖かい熱を取り出せます。

膨張弁

膨張弁は、凝縮器から送られてきた気体の冷媒を減圧する部分です。
減圧すること膨張し、気体の冷媒は温度が低くなります。

蒸発器

蒸発器は、冷たい熱を取り出す部分です。
冷水の熱を冷媒に移し、冷水は空調機へ、冷媒は低温・低圧となり再び圧縮機へと循環します。

吸収式冷凍機の構造

吸収式では、蒸発器・吸収器・再生器・凝縮器が代表的なパーツです。

蒸発器

蒸発器は、低温で冷媒を蒸発させる部分です。
真空に近い状態になっている蒸発器内部は4~5℃で冷媒が蒸発します。
冷水は空調機へ、蒸発した冷媒は吸収器へ移動。

吸収器

吸収器は、吸収液にて水蒸気の冷媒を吸収する部分です。
蒸発器から来た水蒸気の冷媒は、冷却水に熱を与えます。

再生器

再生器は、吸収器で作られた吸収液を加熱・分離させる部分です。
加熱することにより、吸収液と水蒸気に分離し、水蒸気は凝縮器へ、吸収液は濃溶液へとなります。

凝縮器

凝縮器は、冷媒の水蒸気が冷却水と熱交換にて液体化させる部分です。
液体化により、再び液体となった冷媒の水は蒸発器へ、冷却水は冷却塔(クーリングタワー)にて冷やされたあと再度吸収器に戻ります。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)と冷凍機はお互いにとって必要不可欠な存在です。
また、それぞれ環境下に適した冷却塔(クーリングタワー)や冷凍機を使用するようにし、周りの騒音や危険を回避することも大切です。
どのような冷却塔(クーリングタワー)や冷凍機を設置すればいいのか迷う場合は、ぜひメーカーにお問い合わせください。

冷却塔・冷凍機の導入なら空研工業

NO IMAGE
CTR IMG

〒810-0051 福岡市中央区大濠公園2番39号
TEL. 092-741-5031 FAX. 092-741-5122