冷却塔の散水装置・散水ポンプの仕組みとメンテナンス方法

冷却塔(クーリングタワー)とは、水を冷やすための装置ですが、冷やす工程で必要となってくるのが散水です。

それでは、散水とはどんな役割があって、どのような構造になっているのでしょうか?
ここでは、冷却塔(クーリングタワー)の種類なども解説しながら散水について詳しくご紹介していきます。

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熱する役割があり、オフィスビルやデパートなどの大型施設の屋上に設置されていることが多いです。
身近なものでいうとエアコンの室外機のようなもので、水の蒸発を利用して冷却水を冷やしています。

空調以外だと、たとえば工業用のエンジン発電機、スキー場のスノーマシーンが散布する水の冷却、電気炉の冷却など、様々なシーンで活躍しています。

夏のお風呂上がり、肌や髪が濡れた状態で扇風機の風を浴びると、ひんやりと涼しくなりますよね。
この現象は気化熱、または蒸発熱といい、水が蒸発するときに周囲の熱を奪っていくためです。

つまり、冷却塔(クーリングタワー)はこの気化熱の原理を利用することで、温まった水の温度を下げているのです。

冷却塔(クーリングタワー)は基本的に単体で使用することはありません。
冷凍機で必要な一定温度の冷却水を維持してくれるのが冷却塔(クーリングタワー)なのです。

冷却塔(クーリングタワー)の種類

そんな冷却塔(クーリングタワー)には主に2つの種類が存在します。

開放式冷却塔

水と外気を直接接触させることで水を冷却します。

冷却の効率が良いのがメリット。
一般空調用の冷水式冷凍機を冷やしたり、大型産業用のプロセス冷却に使われます。

ただし、水が外気と触れるため、汚れが入り込みやすいです。
汚れによって水質が悪化すると、スケール障害、腐食障害、藻類の繁殖などが起こります。

そのため、水質管理には常に気を配る必要があり、冷凍機や付随設備のメンテナンスの頻度が高いでしょう。熱交換器は充填材を使用しており、循環水は必ずきれいな水が必要です。

密閉式冷却塔

密閉式の冷却水は、銅管コイルの中を通ります。
冷却水の通る熱交換器の内部は密閉回路になっていて、外側を散布水で冷却することにより水を冷却する仕組みです。

密閉式冷却塔は、研究所棟重要施設の冷凍機冷却など、汚染を避けたい場所で使われることが多いです。
つまり、外気が接触しないため、中の水が汚染されにくくなります。

濃縮によるスケール障害も発生せず、長持ちします。

冷却の効率でいうと開放式よりは劣るでしょう。
ただし、冷凍機や付随設備のメンテナンスは、開放式よりも頻度が抑えられます。

外気からの影響は受けないのですが、密閉回路内の冷却水で溶存酸素によって金属腐食が起きる可能性があります。
そのため、防食剤の添加が必要です。熱交換器は銅コイルを使用しており、循環水はブラインなど、水以外も使えます。

冬は凍結によって銅コイルが凍結破裂・破損する恐れがあるため、凍結防止用のヒーターで加温したり密閉回路の水を抜くなどの対策が必要です。

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)の散水の役割

冷却塔(クーリングタワー)は、室内の熱を室外に放熱する役割があることがわかりました。

そして、冷却塔(クーリングタワー)を運転させる上で欠かせないのが、散水です。
開放式と密閉式、どちらも散水が必要ですが、それぞれどんな目的で散水を行うのでしょうか?

まず開放式は、角形や丸型など冷却塔(クーリングタワー)の型によって散水の仕方が異なる場合もあります。
基本は送風機の下に設置されている充填材に散水し、気化熱によって冷却水を冷やす目的で行います。

密閉式冷却塔でもなぜ散水が必要なのかというと、散布水を散水することで、管の中を通る水でも効率的に冷やすことができます。
密閉式冷却塔では、主に散水ポンプと散布水を利用して水を冷やします。

冷却塔(クーリングタワー)の散水装置・散水ポンプの仕組み

ここでは、開放式冷却塔及び密閉式冷却塔の散水装置と、密閉式冷却塔の散水ポンプの仕組みについて解説していきます。

散水装置の仕組み

冷凍機から送られてきた冷却水は、冷却塔(クーリングタワー)上部にある上部水槽より『充填材』に向けて散水されます。
このとき散水された水は冷却塔(クーリングタワー)外部から取り込まれる外気と接触するのですが、接触面積や時間を多くするために充填材があります。

なぜそのような仕組みになっているのかというと、外気から吸い込まれた空気は冷却水の蒸発を促す役割があるからです。
この蒸発による気化熱で冷却水の温度が下がり、冷凍機へ戻っていきます。

一方で、冷却水が冷えるのと引き換えに外気に伝えられた熱は、熱のみが待機中に放出されます。

密閉式の散水装置も、水を散水して気化熱を利用するのは同じですが、散水する水は冷却水ではありません。下部水槽に溜まった水を散布水として利用します。

散水ポンプの仕組み

密閉式冷却塔では水と空気を触れさせずに水を冷やす必要がありますので、開放式の散水方法とは少し仕組みが異なります。

冷却塔(クーリングタワー)下部より、散水ポンプにより汲み上げた散布水は散水装置に進み、銅コイルを含む熱交換器に散水されるという仕組みです。

外気は冷却塔(クーリングタワー)下部のから散布水を蒸発させながら大気中に放出され、気化熱を利用して散布水の温度を下げ、間接的に冷却水の温度を下げるのです。

冷やされた銅コイルの冷却水は再び冷凍機へ戻っていきます。
散布水は下部水槽に溜まり、散水ポンプにて再び散布水として利用します。

冷却塔(クーリングタワー)の散水装置・散水ポンプの構造

仕組みを簡単に解説しましたが、ここからはさらに細かく構造について説明していきます。

散水装置の構造

開放式冷却塔の散水装置は、充填材の上部に設置されております。

開放式冷却塔のパーツを上から順に見ていくと、以下の通りです。

送風機(ファン)→上部水槽→充填材→下部水槽

外気は充填材を通過し、、そのまま散水装置の水を蒸発させながら大気中へと放出されていくのです。

続いて、密閉式冷却塔の構造を上から順に見ていくと、以下の通りです。

送風機(ファン)→散水装置→充填材(銅管コイル)→下部水槽

双方の構造の違いを見ると、散水する場所が充填材か銅管コイルかの違いのみだということがお分かり頂けるかと思います。

開放式も密閉式も同じ原理を利用して冷却しており、水を空気に触れさせるかそうでないかだけの違いだけで、構造はほとんど似ています。

散水ポンプの構造

密閉式冷却塔の散水ポンプは、散布水が通る管の途中に設置されており、下部水槽に溜まった水を再び上に送り込みます。
場所としては、冷却塔(クーリングタワー)の下部水槽のすぐ隣にある場合が多いでしょう。

冷却塔(クーリングタワー)の散水装置・散水ポンプのメンテナンス方法

散水装置・散水ポンプは経年劣化で送水能力が低下していきます。
散水装置では散水孔の目詰まりによって散水が減少することもあるため、定期的に塵埃やスケールの除去・清掃が必要です。

散水ポンプの主なメンテナンスはベアリング・パッキング交換・分解整備。

ただし、もしも劣化が激しい場合は、新品交換の方が良いでしょう。
また、日頃から点検を行うことも大事です。

散水ポンプは異常音や異常振動、漏水がないかどうか1年に一回を目安に目視点検をしましょう。
耐用年数は7年ほどです。

冷却塔大学

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メンテナンス料金について

これまで自分で行うセルフメンテナンスについて解説してきましたが、冷却塔(クーリングタワー)を安全に長く愛用いただくためにも欠かせないのが、専門業者による診断及びメンテナンスです。

メンテナンス料金は冷却塔(クーリングタワー)の大きさや場所、現在の状態によって変動します。

価格帯の目安だけでも聞いてみたいというかたは、ぜひ一度お問い合わせください。
メンテナンス料金の診断は無料で行っております。

まとめ

冷却塔(クーリングタワー)の散水が水を冷却する上でいかに大事か、お分かりいただけましたでしょうか。

散水の仕方は少し違っても、開放式と密閉式のどちらも同じ目的で散水します。
散水装置や散水ポンプも、長くお使いいただくためにはメンテナンスが必要です。

メンテナンスで分からないことがあれば、ぜひ当社に相談してみてください。

冷却塔のメンテナンスなら空研工業

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