(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クーリングタワー内を流れる冷却水のスケール発生を抑制する方法であって、
マグネシウム及びマグネシウム合金の切削加工で発生したさまざまな大きさの金属片を不織布の袋に詰められた浄化体を、前記クーリングタワー内の熱交換部を通過して冷却された前記冷却水が大気圧下で自然落下する途中の位置に設置する、
クーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法。
【請求項２】
前記クーリングタワーは既存のクーリングタワーである、
請求項１に記載のクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法。
【請求項３】
前記クーリングタワーの前記熱交換部の下方には、前記熱交換部を通過した前記冷却水を受けるスポンジが設けられ、
前記不織布の袋は、前記スポンジ上に設置される、
請求項１または２に記載のクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法。
【請求項４】
前記スケールは、カルキ、水垢、湯垢を含む、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法。
【請求項５】
前記浄化体の下流にＹ型ストレーナが配置される、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、クーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クーリングタワー（冷却塔）は、ビル空調や地域冷暖房設備である冷凍機の冷却水を冷却するために用いられる装置であり、例えば建物の屋上等に設置される（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３９９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クーリングタワーを循環する冷却水は、主に水道水が用いられる。このため、クーリングタワーを長期間使用していると、水道水に含まれる炭酸カルシウム等が結晶化してスケール（カルキ、水垢）が発生して、配管内のフィルタの目詰まりを生じる場合がある。スケールによってフィルタの目詰まりが起きると、冷却水の流量が少なくなって冷却性能が低下したり、ポンプへの負荷が大きくなりポンプ故障の可能性が高くなる。このため従来より例えば冷却水への薬剤投入などのスケール低減の対策が取られているが、高コストの問題がある。
【０００５】
本開示は、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の一観点に係るクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法は、クーリングタワー内を流れる冷却水のスケール発生を抑制する方法であって、マグネシウム及びマグネシウム合金の切削加工で発生したさまざまな大きさの金属片を不織布の袋に詰められた浄化体を、前記クーリングタワー内の熱交換器を通過して冷却された前記冷却水が大気圧下で自然落下する途中の位置に設置する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、簡易な構成で冷却水中のスケールの発生を抑制できるクーリングタワーの冷却水のスケール発生を抑制する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るクーリングタワーの概略構成図である。
【図２】浄化体の他の設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、実施形態に係るクーリングタワー１の概略構成図である。図１に示すクーリングタワー１は、ビル空調や地域冷暖房設備である冷凍機等の熱交換器の冷却水を冷却するために用いられる装置であり、例えば建物の屋上等に設置される。クーリングタワー１の冷却方式は開放式と密閉式とがある。開放式とは、冷却水を冷やすための外気（空気）と冷却水とが直接接触し、冷却水の一部の蒸発によって残りの冷却水を冷やす冷却方式である。密閉式とは、冷却水を熱交換器の管内に通し、管外側に冷却用の外気と散布水を散水して冷却する方式である。図１の例では、開放式のクーリングタワー１が例示されている。
【００１３】
図１に示すように、クーリングタワー１は、供給配管２と、ファン３と、滴下配管４と、熱交換部５と、排出配管９と、を備える。
【００１４】
供給配管２は、外部機器の熱交換器側で冷却に使用された後の温度の高い冷却水をタワー内部に供給する。供給配管２は、例えば図１に示すようにタワー下部から内部中央に向かい、さらにタワー上部に延在して配置される。
【００１５】
ファン３は、タワー上部に設けられ、回転駆動することによって外気をタワー内部に導入する。
【００１６】
滴下配管４は、タワー上部にて水平方向に延在して設けられる。滴下配管４は、供給配管２と接続されており、供給配管２から供給される冷却水をタワー内部で下方に滴下する。滴下配管４から流出された冷却水は、図１に示すように、タワー内部において冷却水を大気圧下で下方に自然落下させる自然落下流路１３を通る。
【００１７】
熱交換部５は、滴下配管４の直下に配置され、滴下配管４から滴下された冷却水を通過させて、ファン３により導入された外気との間で熱交換を行い、冷却水を冷却する。熱交換部５では、外気と冷却水とが直接接触し、冷却水の一部の蒸発によって残りの冷却水が冷却される。また、熱交換部５は、例えば充填材を含み、水を滴状にして表面積の大きな充填材に流すことで、冷却水と外気の接触時間を長くして、冷却水を効率的に冷却することができる。
【００１８】
排出配管９は、タワー下部に接続され、熱交換部５を通過して冷却された冷却水をタワーから排出して外部機器の熱交換器側に供給する。排出配管９にはポンプ１１が設けられ、ポンプ１１を駆動することで、クーリングタワー１と外部機器の熱交換器との間で冷却水を循環させる。
【００１９】
また、排出配管９のポンプ１１より上流側には、Ｙ型ストレーナー１０が設けられる。Ｙ型ストレーナー１０は、流体中の異物やゴミをろ過するための例えば多孔タイプなどのスクリーンを内蔵し、そのスクリーン内に溜まった異物やゴミを、ストレーナー本体が配管に接続されたままの状態で、排除・清掃できる構造となっている。また、タワー内部に開口され排出配管９に接続される吐出口７には、同じく異物除去のためのフィルタ８が設けられる。
【００２０】
さらに、タワー内部の冷却水の自然落下流路１３において、熱交換部５の下方にはスポンジ６が設けられる。スポンジ６は、例えば水平方向に延在する板状に形成され、熱交換部５を通過した冷却水を受けることができるよう、その上面が熱交換部５の底面とほぼ同等の面積で形成されている。スポンジ６は、冷却水を通過可能であると共に、冷却水の異物除去のためのフィルタ機能を有する。つまり本実施形態では、冷却水の流れに沿ってスポンジ６、フィルタ８、Ｙ型ストレーナー１０の順で３種類のフィルタが配置されている。異物除去効果を向上できるように、各フィルタの目の粗さは、スポンジ６が最大、フィルタ８が中間、Ｙ型ストレーナー１０が最小であるのが好ましい。
【００２１】
そして特に本実施形態では、タワー内部の冷却水の自然落下流路１３において、スポンジ６の上面に浄化体１２（クーリングタワー用浄化体）が載置されている。浄化体１２は、冷却水が通過可能であり、通過した冷却水を改質して、冷却水内の成分に起因するスケールなどの異物の発生を抑制するためのものである。なお、本実施形態において冷却水からの発生を抑制する「異物」とは、水道水の含有成分が結晶化して析出される、水道水由来の物質を言い、例えばスケール、カルキ、水垢、湯垢を含む。以降の説明では、これらの異物を纏めて「スケール」とも表記する。
【００２２】
浄化体１２は、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められて構成される。浄化剤は、金属材料の切削加工で発生した切粉であるのが好ましい。袋は例えば不織布で形成されるのが好ましい。浄化剤が切粉である場合には、さまざまな大きさの金属片が含まれるため、浄化剤のうち微小な金属片が袋から冷却水内に流出しやすい。これに対して浄化体１２の袋を不織布にすれば、袋の隙間を少なくできるので、浄化剤が微小な金属片を含んでいても冷却水内に流出するのを防止できる。また、袋を複数枚重ねるのが好ましく、これにより微小金属片の冷却水への流出防止を促進できる。
【００２３】
浄化剤の金属材料は、マグネシウムまたはマグネシウム合金を含む。マグネシウム合金としては、Ｍｇ−Ａｌ−Ｚｎ系合金や、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｚｒ系合金を含み、具体的にはＡＺ３１、ＡＺ９１Ｃ、ＡＺ９１Ｄなどを含む。
【００２４】
本実施形態におけるクーリングタワーの冷却水浄化方法では、まず、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体１２が作成される。なお、浄化体１２は市販品を購入するなど第三者から取得されてもよい。次に、浄化体１２が、クーリングタワー１内の冷却水が通過する位置、より詳細には、大気圧下で冷却水を自然落下させる自然落下流路１３上のスポンジ６の上部に設置される。そして、ポンプ１１が作動して冷却水がシステム内で循環されると、供給配管２、滴下配管４、熱交換部５を通過した冷却水が浄化体１２を通過する。
【００２５】
クーリングタワー１を循環する冷却水は、主に水道水が用いられる。このため、従来のクーリングタワーでは、長期間使用していると、水道水に含まれる炭酸カルシウムなどの成分が結晶化して、スケールが発生する。これらのスケールが、Ｙ型ストレーナー１０のスクリーンの孔や、吐出口７に設置されるフィルタ８の目を塞いで目詰まりを生じると、Ｙ型ストレーナー１０やフィルタ８を冷却水が通過しにくくなり、冷却水の流量が少なくなるため冷却性能が低下する虞がある。また、ポンプ１１への負荷が大きくなりポンプ故障の可能性が高くなる。
【００２６】
従来のクーリングタワーでは、スケールの影響を防ぐため、フィルタ類を定期的に清掃して異物を除去する作業が必要であり、作業負担やコストが大きかった。また、冷却水にスケール低減のための薬剤を投入する対策もあるが、薬剤がさらに高コストとなる。
【００２７】
これに対して本実施形態では、上記の手順によって、クーリングタワー１内の冷却水は、外部機器の熱交換器との間で循環させることによって自動的に浄化体１２を通過し、浄化体１２に含まれるマグネシウムとの反応によって改質される。これにより、クーリングタワー１内でスケールの発生を抑制できる。また、既存のクーリングタワー１に適用する際には、冷却水が通過する位置に浄化体１２を設置するだけで済むので、簡易な構成でスケール発生を抑制できる。スケール発生を抑制できると、クーリングタワー１の清掃の頻度を少なくでき、また、従来のようにスケール除去のために高価な薬剤を投入する必要もなくなるので、管理コストを低減できる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る浄化体１２を実際にクーリングタワーに設置して効果を検証する実験を行った。浄化体１２が無い場合には、２〜３か月程度でスケールによるフィルタの目詰まり等の不具合が発生した。これに対して、浄化体１２を設置した場合には、８か月経過した時点でもスケールは発生せず、フィルタ等の清掃も不要な状態を維持できていることが確認された。
【００２９】
マグネシウムを含む浄化体１２に冷却水を通過させることによってスケールの発生が抑制される理由を考察する。水がマグネシウムを通過すると、水とマグネシウムとの反応によって、下記の反応式（１）のように、水素とマグネシウムイオンと、水酸化物イオンとなり、水はアルカリ性に改質される。
Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋Ｍｇ２＋＋２ＯＨ−      ・・・（１）
【００３０】
さらに、水道水に含まれる、スケールの主成分である炭酸カルシウムを考慮すると、水とマグネシウムと炭酸カルシウムの反応によって、下記の反応式（２）のように、水素とマグネシウムイオンと、水酸化物イオン、カルシウムイオンと、炭酸イオンに分解される。
Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ＋ＣａＣＯ３→
２Ｈ２＋Ｍｇ２＋＋２ＯＨ−＋Ｃａ２＋＋ＣＯ３２−    ・・・（２）
【００３１】
このように、改質後の冷却水では、スケールの主成分である炭酸カルシウムが、マグネシウムとの反応によってカルシウムイオンと、炭酸イオンとして存在しているので、炭酸カルシウムの析出が抑制でき、この結果、スケールの発生が抑制されると考えられる。なお、水道水由来の異物に係る他の成分でも、同様の理由により異物発生が抑制されると考えられる。
【００３２】
また、本実施形態では、浄化体１２は大気圧下で冷却水が通過する位置に設置されるので、浄化体１２が冷却水の流れによって受ける負荷が少ない。例えばポンプ１１の下流側など高圧環境下に浄化体１２を設置すると、浄化体１２が冷却水の流れから受ける負荷が強く、例えば浄化体１２の袋が破れるなど浄化体１２が高圧下で破損しやすく、中身の浄化剤が冷却水内に流出するような事態が懸念されるが、本実施形態ではこのような事態の発生を防止できる。
【００３３】
なお、本実施形態は、既存のクーリングタワーにおいても実施し得る。本実施形態では、浄化体１２は冷却水を大気圧下で自然落下させる自然落下流路１３上に設置され、より詳細には熱交換部５の下方のスポンジ６の上面に載置されるが、自然落下流路１３は冷却水と外気とを接触させる部分であって、既存のクーリングタワーでも空間が多く密閉されていない場合が多いので、浄化体１２を設置しやすい。これにより、浄化体１２を冷却水が通過する位置に設置する作業を簡易にできる。また、スポンジ６等が無いクーリングタワーであっても、冷却水の流路中のいずれかの場所に浄化体１２を置けば本実施形態と同様の効果を発揮できる。
【００３４】
さらに、本実施形態と同様の効果を発揮し得る新たな要素を追加したクーリングタワーを作成して、本実施形態を実施することもできる。例えば、浄化体１２とスポンジ６とを組み合わせたユニットを新たにクーリングタワーに追加する構成や、複数個の浄化体１２を網状容器に収容して、クーリングタワー内の冷却水の流路上に配置する構成が挙げられる。
【００３５】
また、本実施形態では、浄化体１２に収容される浄化剤は、マグネシウムを含む金属材料の切削加工で発生した切粉であるので、浄化体１２のために新規に浄化剤を作成する必要がなく、切削加工の廃棄物を再利用することができ、より簡易かつ低コストで浄化体１２を作成できる。
【００３６】
さらに、浄化体１２に収容される浄化剤が切粉であると、金属材料の切削面が多いので、親水性を有する面が多く露出すると考えられる。これにより、水との反応を促進できると考えられる。
【００３７】
なお、浄化体１２に使用する切粉は、切削加工で発生したものをそのまま袋に詰めてもよいし、切削加工で発生した大小さまざまなサイズの切粉をさらに細分化して、サイズを均す加工を施してから袋に詰めてもよい。
【００３８】
また、クーリングタワー１内の冷却水を浄化体１２に通過させて改質することによって、従来のクーリングタワーで頻繁にみられていた藻の発生も抑制することができる。
【００３９】
図２は、浄化体１２Ａ〜１２Ｃの他の設置例を示す図である。上記実施形態では、冷却水を改質するための浄化体１２は、タワー内のスポンジ６の上面に載置されたが、浄化体１２の設置場所はこれに限られない。例えば、図２に浄化体１２Ａとして示すように、自然落下流路１３の他の位置でもよく例えば滴下配管４と熱交換部５との間に配置してもよい。また、図２に浄化体１２Ｂとして示すように、供給配管２内の流路に配置してもよいし、図２に浄化体１２Ｃとして示すように、排出配管９内の流路に配置してもよい。また、クーリングタワー１内の冷却水の流路上であれば、図２に例示した場所以外に浄化体を設置してもよい。
【００４０】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【００４１】
上記実施形態では、開放式のクーリングタワー１の一例を例示したが、本実施形態に係るクーリングタワーの構成は図１に例示した構成に限られない。また、本実施形態に係るクーリングタワーは、密閉式でもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１    クーリングタワー
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ    浄化体（クーリングタワー用浄化体）
１３    自然落下流路
【要約】
【課題】簡易な構成で冷却水中のスケールなどの異物の発生を抑制可能とする。
【解決手段】クーリングタワー１の冷却水浄化方法は、マグネシウムを含む金属材料から成る浄化剤が袋に詰められた浄化体１２をクーリングタワー１内の冷却水が通過する位置に設置する。これにより浄化体１２を通過する冷却水が改質される。
【選択図】図１【図１】
0006736750.tif 000002
【図２】
0006736750.tif 000003