(57)【要約】【課題】商用電源工事が不要で、かつソーラーパネルを単に採用した場合の問題点を解消するとともに、冷却塔の省エネ化も図ることができる冷却水の省エネ式濃縮管理装置を提供する。【解決手段】冷却塔に設けられる冷却水の濃縮管理装置であって、前記冷却塔に供給される補給水の補給経路に取り付けられ前記補給水の流れで発電する水力発電装置と、前記水力発電装置によって発生した発電電力を蓄える蓄電装置と、前記冷却塔へ強制的に補給水を補給する強制補給水配管に設けられ前記蓄電装置の電力で駆動する電磁弁と、前記電磁弁の開閉を制御する制御装置と、からなることを特徴とする冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。【選択図】図１
2012211754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却塔に設けられる冷却水の濃縮管理装置であって、
前記冷却塔に供給される補給水の補給経路に取り付けられ前記補給水の流れで発電する水力発電装置と、前記水力発電装置によって発生した発電電力を蓄える蓄電装置と、前記冷却塔へ強制的に補給水を補給する強制補給水配管に設けられ前記蓄電装置の電力で駆動する電磁弁と、前記電磁弁の開閉を制御する制御装置と、からなることを特徴とする冷却水の省エネ式濃縮管理装置。
【請求項２】
前記補給経路が、補給水配管から分岐し前記冷却塔へ強制的に補給水を補給する強制補給水配管であることを特徴とする請求項１に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置。
【請求項３】
前記冷却水の電気伝導率を測定する電気伝導率計を備え、前記電気伝導率計の電力を前記蓄電装置から供給するとともに、前記制御装置で、冷却水の電気伝導率に応じて前記電磁弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置。
【請求項４】
前記電磁弁の開閉の制御が、タイマーによる制御であって、前記タイマーの駆動電力を前記蓄電装置から供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置が、ソーラーパネルを備え、前記ソーラーパネルによる発電電力を前記蓄電装置に蓄電することを特徴とする冷却水の省エネ式濃縮管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を循環使用する冷却塔に設けられる冷却水の濃縮管理装置、より詳しくは、冷却塔に補給水を供給する補給経路に取り付けた水力発電装置の発電電力で、補給水配管の電磁弁の開閉をする冷却水の省エネ式濃縮管理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
開放循環冷却水系では、通常、熱交換器の被冷却媒体を冷却して温度の上昇した冷却水を、冷却塔で一部を蒸発させ、蒸発潜熱により残存の冷却水の温度を下げ、循環利用する。冷却塔の運転を続けていると、冷却水の一部が蒸発によって消失していくため、冷却水の溶解物は次第に濃縮される。
【０００３】
冷却水の濃縮倍率（循環している冷却水が元の補給水の何倍に濃縮された状態であるかを示す倍数）が過度に高くなるとカルシウム等のスケールが発生し熱交換効率が低下する。さらには、微生物の増殖によるスライム障害等も発生してくる。他方、濃縮倍率が過度に低い場合には、防食成分であるカルシウム、シリカが少なくなり、配管の腐蝕が増加するとともに、補給水の消費量が増え、補給水コストが嵩む。
【０００４】
従って、開放循環冷却水系にあっては、冷却水の濃縮倍率が所定の範囲となるように、補給水の供給及び冷却水のブローを行って、冷却水の濃縮管理が行われている。
【０００５】
冷却水の濃縮管理を自動的に行う方法として、以下の方法が採用されている。
（１）冷却塔に強制的に補給水を供給する強制補給水配管に設置された電磁弁を開き、補給水を冷却塔に供給することで冷却塔下部水槽の水位を上昇させ、濃度の高くなった冷却水をオーバーフローにより系外に排出することで冷却水の濃縮倍率を低下させる。
（２）冷却塔下部水槽に接続するブロー配管に設置された電磁弁を開くことで、濃度の高くなった冷却水を排出する。これに伴い冷却塔下部水槽の水位が下がり、補給水配管に設けられたボールタップの弁が開いて補給水が冷却塔に供給されることで冷却水の濃縮倍率を低下させる。この方式では、冷却水に含まれる微粒子による電磁弁の作動不良を避けるため、電動弁が使われることもある。
（１）、（２）何れの場合でも、電磁弁や電動弁の開閉制御は、タイマーを用いて定期的に行われるか、濃縮倍率の指標となる冷却水の水質（電気伝導率や各種イオン濃度）を測定し、その値が設定値以上になった場合に弁を開き、設定値を下回った場合に弁を閉じるという方法で行われる。測定の容易さと正確さから、冷却水の電気伝導率を基に冷却水の濃縮管理が行われるのが一般的である（特許文献１、２等）。
【０００６】
上記の通り、冷却水の濃縮管理を自動で行うためには、電磁弁や電動弁の開閉が必須であり、電磁弁や電動弁を作動（開閉）させるための商用電源工事が必要となり、費用と手間がかかる点問題であった。
【０００７】
一方、ソーラーパネル及びソーラーパネルの発電電力を蓄電できる蓄電装置を冷却塔の近傍に設置し、その蓄電装置からの電力を冷却塔に付随する機器の電源として利用する方法が知られている。結果的に、付随する機器の商用電源の工事の手間及び費用がかからず、さらには冷却塔の運転の省エネ化にも繋がるものである。
【０００８】
例えば、特許文献３には、冷却用循環水に薬液を効率良く供給して、藻などの発生を防止するための薬液供給装置であって、日照の強さが設定強さ以上になると薬液供給動作を開始し、日照強さが設定未満になると薬液供給動作を停止する供給制御部を設け、前記日照の強さを太陽電池パネルによる発電量に基づいて検出する、前記太陽電池パネルによる発電電力で駆動する薬液供給装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献４には冷却水への無駄な薬液供給を回避できる薬液供給装置であって、ソーラーパネル及びソーラーパネルの発電電力を充電する蓄電部を備え、ソーラーパネルの発電電圧或いは蓄電部の充電電圧を検出して薬液供給装置の運転を制御して、ソーラーパネルの発電電力により動作する薬液供給装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２６９８８８号公報
【特許文献２】特開２００８−２４９２７５号公報
【特許文献３】特開２００５−２１８９３６号公報
【特許文献４】特開２００９−２４３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来のソーラーパネルを薬液供給装置に用いる方式では、次のような問題があった。（１）ソーラーパネル発電は、単位面積当たりの発電量が小さいので、多くのソーラーパネルもしくは大きな面積のソーラーパネルが必要となる。（２）太陽光の強さに対応してソーラーパネルの発電量は変動するので、日照時間に大きく影響され、年間或いは１日を通じて安定した電力の供給が望めない。（３）ソーラーパネルを太陽光の強い場所に設置する必要があり、設置場所・方向が限定される。（４）太陽光発電は、夜間は発電が行われないためにその間の稼働電力を確保する必要があり、他の電源発生システムに比較して蓄電装置が大きくなる。
【００１２】
従って、冷却水の濃縮管理装置の電源として、単に、ソーラーパネル及びその発電電力を蓄電する蓄電装置を採用したとしても、前段落に記載の問題を解消することはできず、商用電源を不要化するという点では不十分である。
【００１３】
そこで、本発明は、商用電源工事が不要で、かつソーラーパネルを単に採用した場合の問題点を解消するとともに、冷却塔の省エネ化も図ることができる冷却水の省エネ式濃縮管理装置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】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するため、
（１）
冷却塔に設けられる冷却水の濃縮管理装置であって、前記冷却塔に供給される補給水の補給経路に取り付けられ前記補給水の流れで発電する水力発電装置と、前記水力発電装置によって発生した発電電力を蓄える蓄電装置と、前記冷却塔へ強制的に補給水を補給する強制補給水配管に設けられ前記蓄電装置の電力で駆動する電磁弁と、前記電磁弁の開閉を制御する制御装置と、からなることを特徴とする冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。
（２）
前記補給経路が、補給水配管から分岐し前記冷却塔へ強制的に補給水を補給する強制補給水配管であることを特徴とする（１）に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。
（３）
前記冷却水の電気伝導率を測定する電気伝導率計を備え、前記電気伝導率計の電力を前記蓄電装置から供給するとともに、前記制御装置で、冷却水の電気伝導率に応じて前記電磁弁の開閉を制御することを特徴とする（１）又は（２）に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。
（４）
前記電磁弁の開閉の制御が、タイマーによる制御であって、前記タイマーの駆動電力を前記蓄電装置から供給することを特徴とする（１）又は（２）に記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。
（５）
（１）〜（４）の何れかに記載の冷却水の省エネ式濃縮管理装置が、ソーラーパネルを備え、前記ソーラーパネルによる発電電力を前記蓄電装置に蓄電することを特徴とする冷却水の省エネ式濃縮管理装置の構成とした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、補給水の流れで発電するため、従来の濃縮管理装置のように、商用電源工事を必要としない。従って、商用電源工事の手間と費用がかからない。
【００１６】
また、水の流れで発電するので、単なるソーラーパネルによる発電のように、日照に影響を受けることなく、冷却塔が運転している限り濃縮管理装置の駆動電源を安定して確保することができる。さらに、夜間でも発電可能であるので、単に、ソーラーパネルを採用した発電方式に比較して蓄電装置が小さくてすむ。
【００１７】
また、水の流れで発電する方式は、発電効率が高く、小さな設備で大きな電力を得ることができ、液体の流れる配管があれば利用できるので、設置場所の制限が少ない。本発明のように、補給水配管への設置であれば比較的容易に工事が可能である。さらに、強制補給水配管への設置であれば一層設置工事が容易であり、既設の冷却塔に対しても、容易に後付け工事が可能である。
【００１８】
また、冷却水の濃縮管理を冷却水の電気伝導率或いはタイマーで行う場合には、発電した電力をそれらの駆動電源としても利用することができ、一層冷却水系の省エネ運転に資する。
【００１９】
加えて、補助電源としてソーラーパネルによる太陽光発電の電力も使用することで、より安定的に濃縮管理装置の駆動電力を確保することができるとともに、より一層、冷却水系の省エネ運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明である冷却水の省エネ式濃縮管理装置を備える開放循環冷却水系の模式図である。
【図２】本発明である他の形態の冷却水の省エネ式濃縮管理装置を備える開放循環冷却水系の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、添付図面に基づいて、本発明である冷却水の省エネ式濃縮管理装置について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に示すように、開放循環冷却水系１は、冷却塔１０と、補給経路８と、熱交換器１２と、本願発明の冷却水の省エネ式濃縮管理装置２とからなり、従来の開放循環冷却水系において、濃縮管理装置として本願発明の冷却水の省エネ式濃縮管理装置２を採用したものであり、それ以外の構成は従来の開放循環冷却水系と同様である。
【００２３】
冷却塔１０の下部水槽１０ａに貯溜された冷却水１１は、循環ポンプ１２ｂによって熱交換器１２に配管１２ａを通り送られ、その後上部水槽１０ｂから散水される。散水された冷却水１１はファン１０ｆによって形成された外気の流れと接触する。これにより冷却水１１の一部が蒸発し、その蒸発潜熱によって残りの冷却水１１が冷却される。
【００２４】
また、冷却塔１０には、オーバーフロー配管１０ｅが設けられ、下部水槽１０ａの所望の水位以上の水はオーバーフロー水１１ｂとしてオーバーフロー配管１０ｅから系外に排出される。さらに、下部水槽１０ａには、冷却水１１を排出するためのブロー配管１０ｃが設けられ、必要に応じてブロー弁１０ｄを開閉して、例えば濃縮倍率が高くなった冷却水１１をブロー水１１ａとして下部水槽１０ａから系外に排出する。
【００２５】
補給経路８とは、補給水９を冷却塔１０の下部水槽１０ａに送液する補給水配管８ａと、補給水配管８ａから分岐して強制的に補給水９を下部水槽１０ａに送液する強制補給水配管８ｃのことを指す。
【００２６】
補給水配管８ａの下部水槽１０ａ側の端部には、ボールタップ８ｂが設けられ、下部水槽１０ａの冷却水１１の水位に応じて、バルブ８ｄを開閉して、補給水９の下部水槽１０ａへの供給を制御する。即ち、ボールタップ８ｂは、冷却水１１が蒸発その他で消失することにより、冷却水１１の水位が低下するとバルブ８ｄを開いて補給水９を下部水槽１０ａに供給し、補給水９の供給により冷却水１１の水位が回復するとバルブ８ｄを閉じて補給水９の供給を停止するという動作を繰り返し、下部水槽１０ａの冷却水１１の水位を一定レベルに保持する。
【００２７】
冷却水の省エネ式濃縮管理装置２は、強制補給水配管８ｃの分岐位置よりも上流側の補給水配管８ａに取り付けられた水力発電装置３と、水力発電装置３で発電した電力を蓄電する蓄電装置４と、補給水配管８ａから分岐して冷却塔１０内に接続する強制補給水配管８ｃに取り付けられ蓄電装置４から電力の供給を受けて補給水９の送液をその開閉により制御する電磁弁５と、電磁弁５の開閉を制御する制御装置６とからなる。必要に応じて、冷却水１１中に電気伝導率センサ７を設け、その位置における冷却水１１の電気伝導率を測定することができる電気伝導率計を制御装置６内に備える。
【００２８】
水力発電装置３は、例えば、発電機と直結した羽根車を内蔵し、水流によってその羽根車が回転し、水流エネルギーを電気エネルギーに変換・発生させる装置である。
【００２９】
蓄電装置４は、水力発電装置３で発生した電気エネルギーを蓄積し、必要な時に制御装置６等必要な装置に電力を供給する。
【００３０】
制御装置６は、蓄電装置４から供給される電力を電源として、冷却水１１中に設置した電気伝導率センサ７を介して電気伝導率を測定するとともに、測定値と予め設定された電気伝導率とを比較して、その大小に対応した開閉信号６ａを電磁弁５に送信することによって電磁弁５の開閉を制御する。なお、冷却水１１の濃縮管理をタイマーで行う場合には、タイマーの電力、及びタイマーから送信される開閉信号の電力として、水力発電装置３で発電され蓄電装置に貯められた電力を用いることもできる。
【００３１】
そして、冷却水１１の濃縮管理は、次のように制御される。下部水槽１０ａに電気伝導率センサ７を設け、冷却水１１の電気伝導率を測定し、これが予め設定した値以上になると電磁弁５が開いて補給水９が強制的に供給され、下部水槽１０ａの水位が上昇して、濃度の高くなった冷却水がオーバーフロー配管１０ｅから排出される。それにしたがって冷却水１１の電気伝導率が低下し、電気伝導率が設定値よりも低くなれば電磁弁５を閉じて補給水９の供給を停止させる。
【００３２】
本実施例では、水力発電装置３で発電した電力を制御装置６を介して電磁弁５の開閉及び電気伝導率計にのみ使用しているが、他の用途に使用することも可能である。例えば、冷却塔１０の運転検知センサや、冷却水１１への薬注装置に対する供給電源としても利用することができる。
【実施例２】
【００３３】
図２に、水力発電装置に加えて、補助電源としてソーラーパネル１３を用いた太陽光発電の電力も利用する、冷却水の省エネ式濃縮管理装置２ａ及びそれを用いた開放循環冷却水系１ａの模式図を示した。
【００３４】
冷却水の省エネ式濃縮管理装置２ａにおいて、水力発電装置３ａの設置位置を強制補給水配管８ｃとしたこと、ソーラーパネル１３を備えその発電電力を蓄電装置４に蓄電すること、以外は実施例１と同じであるので、ここではそれらの説明を省略する。
【００３５】
ソーラーパネル１３は、光のエネルギーを電気エネルギーに変換・発生させる装置である。そしてソーラーパネル１３で発電された電気は、蓄電装置４に蓄電され、冷却水の省エネ式濃縮管理装置２ａに供給され、電磁弁５の開閉駆動の電源として利用される。
【００３６】
補給水配管８ａは、補給経路８のメイン配管であり、冷却塔１０が稼働している限り、冷却水１１の蒸発に伴い頻繁に補給水９を供給している。そのため補給水配管８ａの流れを止めることができず、水力発電装置３を後付けで補給水配管８ａに設置することは難しい。
【００３７】
一方、強制補給水配管８ｃは、補給水配管８ａからの分岐管であり、工事等で一定時間その配管の流れを止めても大きな支障をきたすことはない。従って、水力発電装置３ａを後付けで強制補給水配管８ｃに設置することは極めて容易である。
【００３８】
実施例２の形態は、水力発電装置３ａを後付けで容易に設置できるので、既設の冷却塔１０に比較的簡便に設置することが可能であるという大きなメリットがあるが、強制補給水配管８ｃを流れる補給水９の絶対量は補給水配管８ａに比べ少なく、水力発電装置３ａによる発電は、強制補給水配管８ｃに補給水９が流れているときだけであるので、得られる水流エネルギーは実施例１に比較して減少する。そこで、ソーラーパネル１３を備えることで、水力発電装置３ａによる発電電力を補完することができる。
【００３９】
このように、水力発電装置３、３ａは、補給水９の流れがある箇所に利用でき、さらにはポンプなどの流水形成装置に電気的負荷がかからない箇所であれば、補給経路８以外でも、例えば、上部水槽１０ｂから落下する冷却水の位置エネルギーを利用できる位置に設置して水力発電を行って、電磁弁５、電気伝導率計等の駆動電源に利用することもできる。
【００４０】
また、本発明である冷却水の省エネ式濃縮管理装置は、実施例に示した開放型冷却塔のみならず密閉型冷却塔、更に熱交換器を使用しない直接冷却方式の冷却塔においても当然使用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１      開放循環冷却水系
１ａ    開放循環冷却水系
２      冷却水の省エネ式濃縮管理装置
２ａ    冷却水の省エネ式濃縮管理装置
３      水力発電装置
３ａ    水力発電装置
４      蓄電装置
５      電磁弁
６      制御装置
６ａ    開閉信号
７      電気伝導率センサ
８      補給経路
８ａ    補給水配管
８ｂ    ボールタップ
８ｃ    強制補給水配管
８ｄ    バルブ
８ｅ    ストップ弁
９      補給水
１０    冷却塔
１０ａ  下部水槽
１０ｂ  上部水槽
１０ｃ  ブロー配管
１０ｄ  ブロー弁
１０ｅ  オーバーフロー配管
１０ｆ  ファン
１１    冷却水
１１ａ  ブロー水
１１ｂ  オーバーフロー水
１２    熱交換器
１２ａ  配管
１２ｂ  循環ポンプ
１３    ソーラーパネル
【図１】
2012211754.tif 000003
【図２】
2012211754.tif 000004