(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質された冷却水を供給する冷却装置であって、
冷却塔と、
前記冷却塔の下部に設けられた水槽と、
前記水槽に源水を補給水として注水する補給水注水管と、
前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管と、
前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する冷却水回収管と、
前記水槽の内部に配置され、セラミックを用いて前記水槽内の水を改質する第１改質部と、
前記補給水注水管に配置され、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質部と、備え、
前記第２改質部は、
水が流通できる筒状筐体と、
前記筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンと、を備える、
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
改質された冷却水を供給する冷却装置であって、
冷却塔と、
前記冷却塔の下部に設けられた水槽と、
前記水槽に源水を補給水として注水する補給水注水管と、
前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管と、
前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する冷却水回収管と、
前記冷却水供給管の内部に配置され、セラミックを用いて前記冷却水供給管内の水を改質する第１改質部と、
前記補給水注水管に配置され、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質部と、を備え、
前記第２改質部は、
水が流通できる筒状筐体と、
前記筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンと、
を備える、
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
前記第１改質部は、
水が流通できるパンチボックスを備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記セラミックは、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項５】
改質された冷却水を供給する冷却水循環方法であって、
冷却塔の下部に設けられた水槽に源水を補給水として注水する注水ステップと、
前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する供給ステップと、
前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する回収ステップと、を備え、
前記供給ステップは、セラミックを用いて前記水槽内の水を改質する第１改質ステップを含み、
前記注水ステップは、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質ステップを含み、
前記第２改質ステップにおいて、水が流通できる筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンを用いて前記補給水を改質する、
ことを特徴とする冷却水循環方法。
【請求項６】
改質された冷却水を供給する冷却水循環方法であって、
冷却塔の下部に設けられた水槽に源水を補給水として注水する注水ステップと、
前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する供給ステップと、
前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する回収ステップと、を備え、
前記供給ステップは、セラミックを用いて前記冷却水供給管内の水を改質する第１改質ステップを含み、
前記注水ステップは、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質ステップを含み、
前記第２改質ステップにおいて、水が流通できる筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンを用いて前記補給水を改質する、
ことを特徴とする冷却水循環方法。
【請求項７】
前記第１改質ステップにおいて、水が流通できるパンチボックスの内部に配置されセラミックを用いて前記水槽内の水を改質する
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の冷却水循環方法。
【請求項８】
前記セラミックは、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックである、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の冷却水循環方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置及び冷却水循環方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばビル空調や地域冷暖房設備である冷凍機に冷却水を供給するために、冷却塔（クーリングタワー）が用いられている。冷凍機で使用された冷却水は温度が上昇するが、温度が上昇した冷却水は冷却塔に回収され、冷却塔内で送風機により強制的に送り込まれた外気と接触させて温度を下げられ、再度、冷凍機に送られる。冷却塔は、このように冷却水を効率よく循環利用するものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２１８９３１号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６０３１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】”製品の紹介”、[online]、都市拡業株式会社、[2019年5月21日検索]、インターネット<URL: http://www.biowater.co.jp/product/feature.html>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、各種の配管内に、冷却水の濃縮などによって、主に水から沈殿した石灰（炭酸カルシウム、シリカ）などがスケール（水垢）として付着すると、熱伝導が妨げられ、効率よく冷却することができなくなり、コンプレッサの負荷が高くなるという問題があった。【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、スケールを除去し、スケールが付着するのを防止し、効率よく冷却することができる冷却装置及び冷却水循環方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の構成によって把握される。本発明に係る第１の観点は、改質された冷却水を供給する冷却装置であって、冷却塔と、前記冷却塔の下部に設けられた水槽と、前記水槽に源水を補給水として注水する補給水注水管と、前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管と、前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する冷却水回収管と、前記水槽の内部に配置され、セラミックを用いて前記水槽内の水を改質する第１改質部と、を備える。【０００８】
本発明に係る第２の観点は、改質された冷却水を供給する冷却装置であって、冷却塔と、前記冷却塔の下部に設けられた水槽と、前記水槽に源水を補給水として注水する補給水注水管と、前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管と、前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する冷却水回収管と、前記冷却水供給管の内部に配置され、セラミックを用いて前記冷却水供給管内の水を改質する第１改質部と、を備える。【０００９】
前記第１改質部は、水が流通できるパンチボックスを備える。
前記補給水注水管に配置され、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質部を更に備える。【００１０】
前記第２改質部は、水が流通できる筒状筐体と、前記筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンと、を備える。
前記セラミックは、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックである。【００１１】
本発明に係る第３の観点は、改質された冷却水を供給する冷却水循環方法であって、冷却塔の下部に設けられた水槽に源水を補給水として注水する注水ステップと、前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する供給ステップと、前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する回収ステップと、を備え、前記供給ステップは、セラミックを用いて前記水槽内の水を改質する第１改質ステップを含む。【００１２】
本発明に係る第４の観点は、改質された冷却水を供給する冷却水循環方法であって、冷却塔の下部に設けられた水槽に源水を補給水として注水する注水ステップと、前記水槽から冷却先へ冷却水を供給する供給ステップと、前記冷却先から前記冷却塔へ冷却水を回収する回収ステップと、を備え、前記供給ステップは、セラミックを用いて前記冷却水供給管内の水を改質する第１改質ステップを含む。【００１３】
前記第１改質ステップにおいて、水が流通できるパンチボックスの内部に配置されセラミックを用いて前記水槽内の水を改質する。【００１４】
前記注水ステップは、セラミックを用いて前記補給水を改質する第２改質ステップを更に備える。
前記第２改質ステップにおいて、水が流通できる筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファンを用いて前記補給水を改質する。
前記セラミックは、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、その目的は、スケールが付着するのを防止し、効率よく冷却することができる冷却装置及び冷却水循環方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却装置の模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態において用いられるセラミックファンの一態様を示す正面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの側面図である。
【図３】改質水及び非改質水について、ｐＨの経時変化（「アルカリシフト」）を説明するグラフである。
【図４】開栓前の給水管内における改質水中のスケールの剥離現象を説明する図である。
【図５】開栓後における改質水中のスケールの剥離現象を説明する図である。
【図６】非改質水中における二酸化ケイ素のゲル状被膜の断面図である。
【図７】改質水中における二酸化ケイ素のゲル状被膜の断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る冷却水循環方法を適用した冷却水循環システムの一例を示すブロック図である。
【図９】実証試験を行った冷却塔及び冷凍機を説明する図である。
【図１０】実証試験を行った冷凍機の圧縮機における１日消費電力量の変化を示すグラフである。
【図１１】実証試験を行った生産設備の冷却水配管に設置された濾過器を示す写真である。
【図１２】図１１の濾過機に設けられた５０μｍフィルタの拡大写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号が付されている。
【００１８】
（冷却装置）
まず、図１を参照して、本実施形態に係る冷却装置１０Ａについて説明する。冷却装置１０Ａは、改質された冷却水を供給するものであって、冷却塔１０と、冷却塔１０の下部に設けられた水槽１７と、水槽１７に源水を補給水として注水する補給水注水管１１と、水槽１７から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管１２と、冷却先から冷却塔１０へ冷却水を回収する冷却水回収管１３と、水槽１７の内部に配置され、セラミックを用いて水槽１７内の水を改質する第１改質部２０と、を備えている。
【００１９】
ここで、図１では、冷却塔１０として、回収された冷却水と空気を直接的に接触させ、冷却水の一部を蒸発させて温度の低下を図る開放型のものを示しているが、本実施形態は、配管回路内に冷却水を流通させて熱交換を行う密閉型の冷却塔１０にも適用できる。また、図１では、冷却塔１０として、外郭が角形であって、冷却水回収管１３から回収された冷却水と空気が直角に交差しながら流れる直交流型のものを示しているが、本実施形態は、外郭が丸形であって、冷却水と空気が逆向きに対向するように流れる向流型の冷却塔１０にも適用できる。以下では、開放型で直交流型の冷却塔１０を参照して説明する。
【００２０】
冷却塔１０は、図示しないモータによって回転する送風機１８によって、外壁を形成する入口ルーバ１４から空気を取り入れる。入口ルーバ１４の内側には、充填材１６が設けられており、冷却水回収管１３から散水箱１５に戻ってきた冷却水は、充填材１６の上部に散水され、その内部を水滴で落下しながら、空気と熱交換される。空気は、エリミネータ１９によって同伴する水滴を除去され、送風機１８を経由して外部へ放出される。充填材１６の内部で熱交換され、温度が低下した冷却水は、下部に位置する水槽１７に貯留される。
【００２１】
水槽１７に貯留された冷却水は、水槽１７の底に設けられた冷却水供給管１２から供給先へ送水される。ここで、水槽１７内には、セラミックを用いた第１改質部２０が配置されており、詳しくは後述するように、冷却水は第１改質部２０を流通することによって改質されてから、供給先へ送られていく。
【００２２】
さらに、水槽１７には、補給水注水管１１が設けられている。これは、特に開放型の冷却塔１０の場合、冷却水が蒸発によって濃縮されることから、定期的に一定量の水の入れ替え（ブローと補給水）を行うためである。ここで、補給水注水管１１には、第１改質部２０と同様に、セラミックを用いて補給水を改質する第２改質部３０を更に備えてもよい。水槽１７内に配置された第１改質部２０によって循環する冷却水を改質することに加え、補給水注水管１１内に配置された第２改質部３０によって新たに補給水として冷却塔１０に注水される源水をあらかじめ改質することにより、改質の効果がより一層発揮される。
【００２３】
（第１改質部、第２改質部）
前述した第１改質部２０及び第２改質部３０は、水改質装置から構成されている。第１改質部２０を構成する水改質装置は、図１に示したような水が流通できるパンチボックスの内部に配置されている。パンチボックスは、例えば、ステンレス鋼を用いて３４０×２５０×３０ｍｍの寸法を有する板箱状に形成されており、その表面には、水が流通できるようにパンチ（流通孔）が多数貫通している。
【００２４】
パンチボックスの内部には、セラミックが横方向に並列的に２個配置されている。このセラミックは、人工の鉱物結晶を高温焼成して形成された水接触板である。セラミックにより、フィルタなどは一切使わず、水に「何も加えず、何も引かず」に、降った雨が地中に浸み込んで鉱物結晶に触れ、石清水となって地表に湧出する自然の叡智を再現することができる。具体的には後述するが、セラミックを内蔵したパンチボックスを経由した水は、その物性が変化して石清水のようになる。また、このセラミック１は水圧によって回転するので、その駆動に要する電気代や薬剤の投入代などの維持費は不要となる。
セラミックは、４．４μｍ以上１５．４μｍ以下の波長の遠赤外線を９２％以上の積分放射率で放射するハイブリッドセラミックであり、水道水をこのハイブリッドセラミックで改質することにより、「生命活性力」、「制菌力」、「抗酸化力」、「洗浄力」、「環境浄化力」、「改質持続力」、及び「防食力」のうちの少なくとも１つ以上の水の改質効果が達成される（非引用文献１参照）。
【００２５】
セラミックを冷却水が流通すると、セラミックと接触することにより、冷却水の物性が改質される。また、セラミックに接触する冷却水は、貫通流通孔７、傾斜板部６ｂとパンチボックスの内壁とで形成される間隙を通過していくが、セラミックによって冷却水の円滑な流れが遮られることにより、その水向流面で激しい乱流が形成され、この乱流による水分子のセラミックに対する激しい衝突によっても、冷却水の改質が促進される。改質の効果としては、「生命活性力」、「制菌力」、「抗酸化力」、「洗浄力」、「環境浄化力」、「改質持続力」、及び「防錆力」のうちの少なくとも１つ以上の改質効果が達成される。
【００２６】
ここで、セラミックによる冷却水の改質について、説明する。鉱物結晶は受けた力を一定の振動に変換する性質を有しており（例えば、水晶クウォーツの腕時計はこの性質を利用）、水分子も振動している。水分子は、その振動と共鳴する振動を起こす鉱物結晶に触れると、水分子の自己再組織化を生じ、水の改質が可能となると考えられる。具体的には、相対的に大きな水分子の固まりと相対的に大きなミネラルの固まりが混在している改質前の水をセラミックファン１によって改質すると、相対的に小さくなったミネラルを相対的に小さくなった水分子が取り囲んだ相対的に小さな水分子の固まりが、数多く生成される。そうすると、例えば、スケールの主な要素である炭酸カルシウムCaCO3は、水溶性の炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2となって、配管内に堆積し難くなる。
【００２７】
前述した第２改質部３０を構成する水改質装置は、水が流通できる筒状筐体（図示せず）と、筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファン１と、を備える。筒状筐体は、例えば、ステンレス鋼を用いて１９０φ〜２５０φｘ５８０〜１１００ｍｍの寸法を有する筒状に形成される。筒状筐体の内部には、その長手軸に前述したセラミックファン１が直列的に複数個配置される。セラミックファン１は、上述したセラミックと同様の効果等がある。
【００２８】
セラミックファン１は、例えば図２Ａ及び図２Ｂに示されるように構成してもよい。ここでは、セラミックファン１は、円盤基体２に３個の液流通堰堤部３を設けて形成されており、液流通堰堤部３は、パンチボックスのパンチから液流通堰堤部３に向かって流通する水を塞き止める作用を有する。液流通堰堤部３は、セラミックファン１の中心に設けられた貫通孔４の周囲縁辺に形成されたボス５の外周面からセラミックファン１の外縁に向かって形成される３個の湾曲凸状板６を有する。湾曲凸状板６は、円盤基体２の水向流面から所定の高さを有する湾曲板部６ａと、湾曲板部６ａの頂上部から円盤基体２の平面へと向かって傾斜する傾斜板部６ｂとを備える。また、この円盤基体２には、液流通堰堤部３に囲繞される領域それぞれに、９個の貫通流通孔７が設けられる。
【００２９】
なお、ここで示したセラミックファン１の構成は、本実施形態への適用にあたって特にこれに限定されるものではない。例えば、液流通堰堤部３や湾曲凸状板６は４個とし、円盤基体２上で四方に延在するようにしてもよい。また、貫通流通孔７の数や配置パターンなども適宜設定することが可能である。また、２つのセラミックファン１を内蔵するパンチボックスの水槽１７への配置にあたっては、水槽１７の容量や滞水時間などを考慮して、その枚数を決めればよい。
なお、上記第１改質部２０を冷却水供給管１２の内部に配置することもできる。
【００３０】
（スケールの剥離及び防止のメカニズム）
ここで、本実施形態に係る第１改質部２０又は第２改質部３０が水を改質することによってスケールが堆積し難くなるメカニズムについて、説明する。スケールとは、前述した炭酸カルシウムCaCO3と二酸化ケイ素SiO2（シリカ）が配管内や給水給湯設備などに付着した堆積物をいうが、改質水によるスケールの剥離、付着防止の反応機序は、以下のとおりである。なお、以下では、第１改質部２０又は第２改質部３０によって改質された水を改質水と、改質されていない水を未改質水（水道水）という。
【００３１】
まず、炭酸カルシウムCaCO3の場合について、説明する。一般に給水給湯設備ではポンプで加圧された水や湯が送水されるが、この高圧に加圧された水や湯には気体が大量に溶け込んでいる。未改質水の場合、水栓が開放（開栓）されて通常圧（大気圧）に戻ると、溶け込んでいた気体が気化して大量の気泡が発生する。
【００３２】
これに対し、改質水の場合、高圧下で溶け込んでいる気体は、通常圧に戻っても気化せずに、水分子の連なりの中に包摂されたり（すなわち、水和化）、粒度の揃った水分子の間で安定状態を保ったまま保存されたりする。この現象は、図３に示すように、未改質水に見られる「アルカリシフト」が改質水の場合には抑制されることからも認められる。なお、図３は、縦軸にｐＨを、横軸に採水からの時間（分）を取って「アルカリシフト」の状況を示すものであり、図中、ｔ１〜ｔ３は異なる採取時の改質水を、ｎ１〜ｎ３は異なる採取時の非改質水を、それぞれ示す。
【００３３】
この点、図４及び図５を参照してさらに説明する。図４は、開栓前の給水管内における改質水中のスケールの剥離現象を、図５は、開栓後における改質水中のスケールの剥離現象を、それぞれ示している。図４に示すように、開栓前の状態では、水道管内に高圧下で存在している二酸化炭素CO2は、非改質水の場合、大きな固まりの不均一な状態で水分子と混在しており、水中に生じている水酸化カルシウムCa(OH)2と反応して炭酸カルシウムCaCO3を生じせしめ、その結晶は成長の一途をたどる。一方、改質水の場合、二酸化炭素CO2は、小さな固まりで水分子と均一に混ざり合っており、炭酸カルシウムCaCO3及び水H2Oと反応して炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2を生じせしめる。この炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2は、CaHCO3＋＋HCO3−及び／又はCa２＋＋２HCO3−に電離して水溶性の状態となっている。
【００３４】
この状態で開栓し、通常圧に戻ると、図５に示すように、非改質水の場合は、二酸化炭素CO2が気化し、残置された水酸化物イオンOH−によって、「アルカリシフト」が促進される。一方、二酸化炭素CO2が多量に溶け込んでいる改質水の場合、二酸化炭素CO2の気化と水酸化物イオンOH−の発生による「アルカリシフト」が抑制される。さらに、水中の炭酸水素イオンHCO3−は、炭酸カルシウムCaCO3と反応して重炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2を生成するが、この炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2は、前述のとおり電離して水溶性であるため、結果として、スケールとして強固に付着している炭酸カルシウムCaCO3を侵食し、溶かしていくこととなる。これによって、通常圧でも、既に堆積しているスケールが剥離していく現象が起きる。
【００３５】
次に、二酸化ケイ素SiO2の場合について、説明する。二酸化ケイ素SiO2は、共有結合結晶を有するが、未改質水の場合、横に手を繋いだような状態でゲル状の被膜を形成する。そして、このゲル状の被膜が次々に積層して強固なスケールを形成し、配管内に堆積していく。図６は、そのスケールの断面を模式的に示したものであり、ゲル状の被膜による堆積層は強固で剥離し難い。
【００３６】
これに対し、改質水の場合、二酸化ケイ素SiO2の周囲を水分子が取り囲む現象が起きる。そうすると、二酸化ケイ素SiO2が横に手を繋ぎ難くなり、ゲル状の被膜の形成が妨げられ、スケールとして強固な堆積層ができ難くなる。図７は、そのスケールの断面を模式的に示したものであり、ゲル状の被膜は平板状であって、切れ目を境に切れ切れになっているため剥離し易い。
【００３７】
（冷却水循環方法）
次に、図８を参照して、本実施形態に係る冷却水循環方法について説明する。図８は、本実施形態に係る冷却水循環方法を適用した冷却水循環システム１００の一例を示すブロック図である。なお、図８では、各配管の接続態様などは模式的に示しており、要素ごとの接続位置等は概念的なものであることに留意されたい。
【００３８】
冷却水循環方法は、改質された冷却水ＣＬＷを供給するものであって、冷却塔１０の下部に設けられた水槽１７に源水を補給水ＭＷとして注水する注水ステップと、水槽１７から冷却先へ冷却水ＣＬＷｂを供給する供給ステップと、冷却先から冷却塔１０へ冷却水ＣＬＷａを回収する回収ステップと、を備え、供給ステップは、セラミックを用いて水槽１７内の冷却水ＣＬＷを改質する第１改質ステップを含む。なお、冷却水ＣＬＷについては、使用前のものを冷却水ＣＬＷｂ、使用後のものを冷却水ＣＬＷａと表記する。
【００３９】
第１改質ステップにおいては、前述した第１改質部２０、すなわち、水が流通できるパンチボックスＰＢの内部に配置されるセラミックを用いて水槽１７内の水を改質する。
【００４０】
注水ステップは、セラミックを用いて補給水ＭＷを改質する第２改質ステップを更に備えてもよい。第２改質ステップにおいては、前述した第２改質部３０、すなわち、水が流通できる筒状筐体の内部に配置され、水流の旋回運動を起こすセラミックファン１を用いて補給水ＭＷを改質するようにしてもよい。
【００４１】
冷却水循環システム１００において、冷却塔１０で生成された冷却水ＣＬＷは、第１改質部２０（パンチボックス：ＰＢ）によって改質された後、改質水ＲＷとして冷却水供給管１２から供給先へ送水される。図８では、冷却水ＣＬＷの供給先として、空調機５０に冷水ＣＷを供給する水冷式冷凍機４０、成形機７０に油を供給する温調器６０を例として挙げている。もちろん、供給先は、これらに限られるものではない。
【００４２】
冷却塔１０の第１改質部２０によって生成された改質水ＲＷの一部は、ストレーナ８１、ポンプ８２を経由して、水冷式冷凍機４０へ冷却水ＣＬＷｂとして供給される。水冷式冷凍機４０で生成された冷水ＣＷｂ（７℃程度）は空調機５０に供給され、使用された冷水ＣＷａ（１２℃程度）は水冷式冷凍機４０へ戻る。なお、冷水ＣＷについては、使用前のものを冷水ＣＷｂ、使用後のものを冷水ＣＷａと表記する。
【００４３】
水冷式冷凍機４０で使用された冷却水ＣＬＷａは、冷却水回収管１３を介して冷却塔１０に回収される。そして、回収された冷却水ＣＬＷａは、あらためて冷却塔１０で温度を低下させ、また、第１改質部２０で改質したうえで、改質水ＲＷ（冷却水ＣＬＷｂ）として、水冷式冷凍機４０へ供給される。
【００４４】
同様に、冷却塔１０の第１改質部２０によって生成された改質水ＲＷの一部は、ストレーナ８１、ポンプ８２及びフィルタ８３を経由して、温調器６０へ冷却水ＣＬＷｂとして供給される。温調器６０で使用された冷却水ＣＬＷａは、冷却水回収管１３を介して冷却塔１０に回収される。以下、水冷式冷凍機４０から回収された冷却水ＣＬＷａと同様である。
【実施例】
【００４５】
本実施形態に係る水改質装置を冷却塔１０に設置した場合の省エネ効果（消費電力量の節約）等について、図８に示した冷凍機４０として図９に示すターボ冷凍機を用いて実証試験を行ったので、以下に説明する。【００４６】
実証試験は、精密射出成形工場において、２０１８年１１月１４日に冷却塔１０に第１改質部２０として水改質装置を設置し、２０１９年１月２５日まで行われた。冷凍機４０は、クリーンルーム用の空調機５０に冷水を供給するものであり、この冷凍機４０について、省エネ効果が測定された。クレーンルーム内に設置されている生産設備は、射出成形機と蒸着装置であった。【００４７】
具体的な試験項目は、以下のとおりとした。
１）冷却塔１０（冷凍トン：３５０ＲＴ）の水槽に、第１改質部２０として、水改質装置（都市拡業株式会社製。型式ＢＷパンチボックス。ＢＷ；ザ・バイオウォーター（登録商標））を設置し、水質変化を測定。
２）冷凍機４０（圧縮機２基）の消費電力量の変化を測定。
３）生産設備用の冷却水配管に設置されたフィルタ８３（図８参照）の交換周期の変化を確認。【００４８】
実証試験に用いられた冷凍機４０は、図９に示すように、水槽に水改質装置（第１改質部２０）を備えた冷却塔１０の冷却水供給管１２と冷却水ポンプ４１を介して接続されており、冷凍機４０の内部には、凝縮器４２、減圧機構４３、蒸発器４４、圧縮機４６（ターボ式）が配置されている。蒸発器４４では冷媒が蒸発し、冷水ポンプ４８によって冷水配管４４ａを流通する冷水（例えば１２℃）から熱を奪い冷却する（冷水は例えば７℃となり、空調機５０へ給水される）。蒸発した冷媒ガスは、圧縮機４６によって、吸込側４５から吐出側４７へ昇圧して送られる。凝縮器４２では、昇圧された冷媒ガスは、冷却塔１０から供給され冷却水配管４２ａを流通する冷却水（例えば３２℃）によって冷却され凝縮して、熱を冷却水に放出する（冷却水は例えば３７℃となる）。凝縮器４２で液体になった冷媒は、膨張による減圧機構４３を介して蒸発器４４に戻り、再び蒸発して冷水を冷却するというサイクルを繰り返す。【００４９】
このサイクルにおいて、冷却塔１０から供給される冷却水を循環する冷却水配管４２ａ内部にスケールが付着すると伝熱が悪くなり、冷媒ガスとの熱交換能力すなわち凝縮器４２の凝縮能力が低下してしまう。そうすると、冷凍機４０の圧縮機４６の負荷が増加し、消費電力量が大きくなってしまう。本実施例では、以下に示すように、スケールの付着を抑制することができ、消費電力量を減少させることができた。【００５０】
なお、水改質装置としてのＢＷパンチボックスは、２０ＲＴ当たり１枚の割合で冷却塔１０の水槽に設置した。また、図９には図示していないが、補給水注水管１１にも第２改質部３０として水改質装置（都市拡業株式会社製。型式ザ・バイオウォーターΩ（オメガ）を設置した（図８参照）。
また、冷却水供給管１２の内部に、セラミックを用いて冷却水供給管内の水を改質する上記第１改質部（水改質装置（都市拡業株式会社製。型式ザ・バイオウォーターΩ（オメガ））２０を配置することもできる。【００５１】
試験結果は、次のとおりである。
１）冷却塔１０の水質検査結果（表１参照）
表１は、水改質装置（第１改質部２０）を配置した冷却塔１０内の水質を測定したものである。表１に示すように、水改質装置を設置して１か月後には、水質が大幅に改善している。特に、スケール生成の原因となる炭酸カルシウムCaCO3及び二酸化ケイ素SiO2については、前者の濃度（表中、Ｎｏ．５）が３４５ｍｇ／Ｌから２７５ｍｇ／Ｌへ、後者のケイ酸イオンの濃度（表中、Ｎｏ．７）が３７．４ｍｇ／Ｌから２９．８ｍｇ／Ｌへと、それぞれ、減った。また、溶解固形分の濃度（表中、Ｎｏ．６）についても、８０２ｍｇ／Ｌから５８０ｍｇ／Ｌへと減った。さらに、これらの水中含有物質が減少したことにより、電気伝導度（表中、Ｎｏ．２）についても、７９９μｍｈｏ／ｃｍから６０５μｍｈｏ／ｃｍへと、減った。【００５２】
【表１】
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【００５３】
２）冷凍機４０（圧縮機２基）の消費電力量の測定結果（表２、図１０参照）
表２及び図１０（表２をグラフ化したもの）は、冷凍機４０の１日の消費電力量（圧縮機２基の合計）の変化を表したものである。表２に示すように、水改質装置を設置して５２日後には、消費電力量が１０９２ｋＷｈから７７４ｋＷｈへと、ほぼ３０％減少した。これは、冷却塔１０から冷凍機４０へ冷却水を循環させる冷却水配管４２ａ内部のスケールが除去され、その結果、圧縮機４６の負荷が減少したものであり、省エネ効果が確認された。【００５４】
【表２】
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【００５５】
３）生産設備用の冷却水配管に設置されたフィルタ８３の交換周期確認結果
フィルタ８３は、冷却水に含まれる異物を捕集するために設置されており、濾過器（図１１参照）の中に５０μｍフィルタ（図１２参照）が設けられている。捕集された異物が累積すると、流通する冷却水の水圧が上昇することになるが、当該実証試験を行った精密射出成形工場では、流通する冷却水の水圧が５．０ｋｇ／ｃｍ２に到達するとフィルタ交換を行うこととしており、従来はフィルタ交換後１週間で水圧が５．０ｋｇ／ｃｍ２に到達していたため、毎週、フィルタ交換を行っていた。【００５６】
これに対し、水改質装置の設置後は、フィルタ交換後の水圧が３．１ｋｇ／ｃｍ２であったのに対し、３週間以上を経過しても、３．４ｋｇ／ｃｍ２にとどまった。このように、水圧上昇が顕著に緩やかとなり、フィルタ８３の交換周期は、水改質装置の設置前には１週間であったものが、水改質装置の設置後には少なくとも３週間以上に延び、大きな効果が確認された。【００５７】
以上、今回の実証試験により、水改質装置（都市拡業株式会社製。型式ＢＷパンチボックス）を用いた冷凍機において、省エネ効果が約３０％あるとの良好な結果を得ることができた。また、スケールの剥離及び防止、フィルタの寿命延長化にも寄与することが確認でき、セラミックを用いて改質した冷却水を循環させることの有利性が実証された。なお、今回の実証試験では、実際の生産設備を稼働させて当該水改質装置の効果を測定したが、生産設備の稼働状況により消費電力量は影響を受けるため、判定に要する時間を短縮することを考慮して、効果の測定を短時間で正確に冷凍機の性能が判定できるＣＯＰ（Coefficient of Performance）測定としてもよい。【００５８】
以上、実施形態及び実施例を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５９】
１…セラミックファン
２…円盤基体
３…液流通堰堤部
４…貫通孔
５…ボス
６…湾曲凸状板
６ａ…湾曲板部
６ｂ…傾斜板部
７…貫通流通孔
１０Ａ…冷却装置
１０…冷却塔
１１…補給水注水管
１２…冷却水供給管
１３…冷却水回収管
１４…入口ルーバ
１５…散水箱
１６…充填材
１７…水槽
１８…送風機
１９…エリミネータ
２０…第１改質部（パンチボックス）
３０…第２改質部
４０…水冷式冷凍機
４１…冷却水ポンプ
４２…凝縮器
４２ａ…冷却水配管
４３…減圧機構
４４…蒸発器
４４ａ…冷水配管
４５…吸込側（冷媒ガス）
４６…圧縮機
４７…吐出側（冷媒ガス）
４８…冷水ポンプ
５０…空調機
６０…温調器
７０…成形機
８１…ストレーナ
８２…ポンプ
８３…フィルタ
１００…冷却水循環システム
【要約】
本開示は、維持管理に要するコストや手順を増大させず、冷却水の供給先の稼働状況を考慮した冷却装置及び冷却水循環方法を提供するものであって、改質された冷却水を供給する冷却装置１０Ａは、冷却塔１０と、冷却塔１０の下部に設けられた水槽１７と、水槽１７に源水を補給水として注水する補給水注水管１１と、水槽１７から冷却先へ冷却水を供給する冷却水供給管１２と、冷却先から冷却塔１０へ冷却水を回収する冷却水回収管１３と、水槽１７の内部に配置され、セラミックを用いて水槽１７内の水を改質する第１改質部２０と、を備える。【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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