JPH08145597A - 冷却塔及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍機の冷え過ぎを防止しながら白煙の発生
も効果的に防止することができる冷却塔及びその運転方
法を提供する。 【構成】 冷却塔１の冷却水入口系統である温水配管１
６と冷却水出口系統である冷水配管１５との間に、冷水
配管１５の冷水の温度が所定温度より低下したときに温
水配管１６の温水を冷水配管１５に導入して冷水の温度
を上げる温水バイパス経路２１を設けるとともに、相対
湿度が所定の相対湿度より上昇したときに、冷水配管１
５の冷水を温水配管１６に導入して温水の温度を下げる
冷水バイパス経路２２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却塔及びその運転方
法に関し、詳しくは、冷却塔からの白煙の発生を防止す
るとともに、冷凍機等の冷え過ぎも防止することができ
る白煙防止冷却塔及びその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電算室や地域冷暖房等に用い
られる冷却塔は、冬季にも運転されることが多く、その
際に発生し易い白煙は、外気を汚染しているように誤認
されたり、火事等と見間違えられるおそれがあるため、
近年、冷却塔から白煙を発生させないように種々の工夫
がなされている。例えば、直交流型冷却塔では、多数の
気液接触板を積層した積層型充填材の一部に空気専用通
路（乾式部）を有する乾湿混合型充填材を用いて冷却塔
から排出される空気の湿度を下げることにより、白煙の
発生を防止できることが知られている。

【０００３】また、冷却塔で冷却された冷却水が循環す
る冷凍機等の冷え過ぎを防止するため、冷水温度に応じ
て冷却塔の送風機を停止させたり、冷却水入口系統の温
水の一部を冷却水出口系統の冷水に混合したりすること
が行われている（特開平６−１２３５９１号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、冷凍機の冷え
過ぎを防止するためには、冷凍機に供給する冷水の温度
を２２℃以上に保持することが行われているが、このと
き冷凍機で熱交換して冷却塔に戻される冷却水（温水）
の温度は、２７℃以上になる。

【０００５】一方、冷却塔における白煙防止能力は、入
口水温（温水温度）に影響されるところが大きく、例え
ば、湿式部と乾式部との比が３：１の乾湿混合型充填材
を用いた冷却塔の場合は、図３に示すような関係とな
る。図３は、外気温度及び相対湿度と、入口水温との関
係において、白煙の発生限界を示すもので、例えば、外
気温度が０℃で入口水温が２７℃の場合は、相対湿度が
約５５％以下でなければ白煙が発生することを表してお
り、外気温度が０℃で入口水温が２２℃の場合は、相対
湿度が約８０％に上昇するまで白煙が発生しないことを
表している。

【０００６】したがって、外気温度が０℃のとき、上述
のように冷凍機から冷却塔に戻る温水の温度が２７℃程
度の場合は、相対湿度が５５％程度までは白煙の発生を
防止できるが、雨や雪等の気象条件で相対湿度が５５％
程度を超えると白煙が発生してしまうことになる。

【０００７】そこで本発明は、冷凍機の冷え過ぎを防止
しながら白煙の発生も効果的に防止することができる冷
却塔及びその運転方法を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明の冷却塔は、冷却塔の冷却水入口系統と冷
却水出口系統との間に、冷却水出口系統の冷水の温度が
所定温度より低下したときに冷却水入口系統の温水を冷
却水出口系統に導入する温水バイパス経路を設けるとと
もに、相対湿度が所定の相対湿度より上昇したときに、
冷却水出口系統の冷水を冷却水入口系統に導入する冷水
バイパス経路を設けたことを特徴としている。

【０００９】また、本発明の冷却塔の運転方法は、冷却
塔の冷却水入口系統の温水温度、冷却塔の冷却水出口系
統の冷水温度、外気温度及び相対湿度を検出し、冷却塔
出口側の冷水温度が所定温度より低下したときに冷却水
入口系統の温水の一部を冷却水出口系統の冷水に導入す
るとともに、相対湿度の上昇により冷却塔の白煙発生限
界を超えたときに冷却水出口系統の冷水の一部を冷却水
入口系統の温水に導入することを特徴としている。

【００１０】

【作 用】上記構成によれば、温水の一部を冷水に導入
して混合することにより、冷凍機等に供給する冷水の温
度を所定温度以上に保持することができ、また、冷水の
一部を温水に導入して混合することにより、冷却塔の入
口水温を下げて白煙の発生を防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を、図面に示す一実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。図１は本発明の冷却塔の一
実施例を示す系統図であって、図２は運転方法の一実施
例を示すフローチャートである。

【００１２】まず、図１において、冷却塔１は、冷凍機
２を循環する冷却水を本体上部の冷却水入口部１１から
充填材１２に流下させ、該冷却水と本体部側方の空気入
口部１３から吸入した冷却空気とを充填材１２部分で接
触させて冷却するもので、冷却された冷却水（冷水）
は、本体底部の冷却水出口部（受水槽）１４から冷却水
出口系統の冷水配管１５を通り、ポンプ１５ａ，弁１５
ｂを介して冷凍機２に供給され、該冷凍機２での熱交換
により昇温した冷却水（温水）は、逆止弁１６ａを有す
る冷却水入口系統の温水配管１６を介して冷却塔１に戻
される。一方、冷却水を冷却することにより、温度，湿
度共に上昇した冷却空気は、本体上部の排気口１７に設
けた送風機１８により吸引されて排出される。

【００１３】上記冷水配管１５と温水配管１６との間に
は、温水配管１６内の温水の一部を冷水配管１５に導入
するための温水バイパス経路２１と、冷水配管１５内の
冷水の一部を温水配管１６に導入するための冷水バイパ
ス経路２２とが設けられており、温水バイパス経路２１
には弁２１ａ及び逆止弁２１ｂが、冷水バイパス経路２
２にはポンプ２２ａ，弁２２ｂ及び逆止弁２２ｃが、そ
れぞれ設けられている。

【００１４】また、冷水配管１５の終端部である冷凍機
２の入口部には、冷凍機２に供給する冷水の温度を検出
する冷水温度計２３が、温水配管１６の終端部である冷
却水入口部１１の近傍には、温水の温度を検出する温水
温度計２４がそれぞれ設けられており、さらに、外気温
度及び相対湿度を検出するための温度計と湿度計とが設
けられている（図示せず）。これらの温度計及び湿度計
は、それぞれ図示しない制御手段に接続されており、こ
れらの検出値に基づいて各弁の開閉及び送風機やポンプ
の運転状態が直接的にあるいは制御手段を介して間接的
に制御される。

【００１５】なお、配管等の構成は、冷却塔の能力等に
応じて適宜最適に選定することが可能であり、例えば、
上記構成において、冷水バイパス経路２２を通る冷水
と、冷却塔１に戻る温水との混合場所は、温水バイパス
経路２１の分岐部より下流側ならばよく、上記のように
温水配管１６の途中でもよいが、冷却塔１の冷却水入口
部１１に冷水を直接流入させるようにしてもよい。ま
た、冷水バイパス経路２２は、上記のように本体底部の
冷却水出口部１４に直接接続してもよいが、温水バイパ
ス経路２１の合流部の上流側の冷水配管１５から分岐さ
せてもよい。さらに、冷水バイパス経路２２のポンプ２
２ａは、冷却塔本体部に固定されたものでもよい。

【００１６】次に、上記構成の冷却塔の運転方法を、図
２に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず
最初に、各温度計及び湿度計で、冷凍機２から冷却塔１
に戻る温水の温度（入口水温）Ｔｗ１［℃］，冷却塔１
から冷凍機２に供給される冷水の温度（出口水温）Ｔｗ
２［℃］，空気入口部１３から吸入する空気の温度（入
口空気乾球温度）ＤＢ［℃］及びその相対湿度（入口空
気相対湿度）ＲＨ［％］を測定する（ステップ１０
１）。

【００１７】そして、出口水温の設定最大値、例えば３
２℃と出口水温Ｔｗ２とを比較し（ステップ１０２）、
夏期等において出口水温Ｔｗ２が３２℃を超える場合に
は、温水バイパス経路２１及び冷水バイパス経路２２の
弁２１ａ，２２ｂを閉じるとともに（ステップ１０
３）、送風機の全数を運転する（ステップ１０４）。こ
れにより、冷却水の全量が冷却塔１を流れ、冷却塔の冷
却能力が１００％発揮された状態になる。この場合、外
気温度が相当に高い状態であり、例えば外気温度３０℃
の場合は、図３から明らかなように、相対湿度が１００
％に近い状態で入口水温が４４℃に上昇しても白煙が発
生することはない。

【００１８】また、出口水温Ｔｗ２が３２℃以下の場合
には、入口空気乾球温度ＤＢと入口空気相対湿度ＲＨと
から、入口水温Ｔｗ１の限界値（白煙発生限界温度）Ｔ
ｗ１ｍａｘを算出する。この白煙発生限界温度Ｔｗ１ｍ
ａｘは、冷却塔１の構成、乾湿混合型充填材の乾式部の
比率等により異なるが、例えば、下記の式１により求め
られ、前記図３に示したような関係となる（ステップ１
０５）。なお、この計算は、各温度及び湿度を測定した
直後に行ってもよく、この値が必要な段階の直前に行う
ようにしてもよい。

【００１９】

【式１】

【００２０】次に、冷凍機２に対応した出口水温の設定
最小値、例えば２２℃と出口水温Ｔｗ２とを比較し（ス
テップ１０６）、出口水温Ｔｗ２が２２℃未満の場合に
は、出口水温Ｔｗ２が２２℃以上になるまで温水バイパ
ス経路２１の弁２１ａを開く（ステップ１０７）。これ
により、冷凍機２に供給される冷水の温度を２２℃以上
に保持することができ、冷凍機２の冷え過ぎを防止する
ことができる。

【００２１】また、ステップ１０６において出口水温Ｔ
ｗ２が２２℃以上の場合、あるいはステップ１０７で出
口水温Ｔｗ２を２２℃以上に調節した後、入口水温Ｔｗ
１と前記白煙発生限界温度Ｔｗ１ｍａｘとを比較し（ス
テップ１０８）、入口水温Ｔｗ１が白煙発生限界温度Ｔ
ｗ１ｍａｘよりも低い場合には、冷水バイパス経路２２
の弁２２ｂを閉じるとともに（ステップ１０９）、出口
水温Ｔｗ２の温度によって送風機１８の運転状態を調節
する（ステップ１１０）。

【００２２】一方、ステップ１０８において、入口水温
Ｔｗ１が白煙発生限界温度Ｔｗ１ｍａｘ以上の場合は、
冷水バイパス経路２２の弁２２ｂを開くとともに（ステ
ップ１１１）、送風機の全数を運転する（ステップ１０
４）。

【００２３】上記のように、出口水温Ｔｗ２の温度が設
定最大値である３２℃以下の場合に、ステップ１０８で
入口水温Ｔｗ１と前記白煙発生限界温度Ｔｗ１ｍａｘと
を比較した結果に基づいて冷水バイパス経路２２の弁２
２ｂを開閉することにより、白煙の発生を防止しながら
効率のよい運転を行うことができる。このステップ１０
８は、ステップ１０６で出口水温Ｔｗ２が２２℃以上の
場合、あるいはステップ１０７で出口水温Ｔｗ２を２２
℃以上に調節した後に行われるステップであるから、当
然、冷凍機２に供給される冷水の温度は２２℃以上に保
持されており、したがって、冷凍機２で熱交換して昇温
した冷却水の温度は、前述の通り、２７℃以上になって
いる。そして、入口水温Ｔｗ１が２７℃で、外気温度０
℃のときの白煙の発生限界は、前記式１あるいは図３か
ら相対湿度が約５５％以下であることが求められるの
で、相対湿度が５５％以上になった場合には、白煙が発
生することになるが、上述のように、冷水バイパス経路
２２の弁２２ｂを開いて冷水の一部を温水配管１６の温
水に混合することにより、冷却塔１に戻る温水の温度
を、例えば２２℃に下げることができ、相対湿度が８０
％程度に上昇するまで白煙の発生を防止できることにな
る。

【００２４】すなわち、夏期等、出口水温Ｔｗ２の温度
が設定最大値を超える場合には、両バイパス経路２１，
２２の弁２１ａ，２２ｂを閉じて送風機の全数を運転す
ることにより、冷却塔の冷却能力を１００％発揮させ
る。

【００２５】また、出口水温Ｔｗ２の温度が設定最大値
と設定最小値との間にあるときには、冷凍機２の冷え過
ぎは生じないので、冷水バイパス経路２１の弁２１ａは
閉じたままとし、雨が降り出すなどで相対湿度が白煙防
止限界を超えて上昇したときには、冷水バイパス経路２
２の弁２２ｂを開いて冷水配管１５内の冷水の一部を温
水配管１６の温水に混合することにより、冷却塔１に戻
る温水の温度を下げて白煙の発生を防止する。

【００２６】さらに、冬季等、出口水温Ｔｗ２の温度が
設定最小値を下回ったときには、温水バイパス経路２１
の弁２１ａを開いて温水配管１６内の温水の一部を冷水
配管１５内の冷水に混合することにより、冷凍機２に供
給する冷水の温度を上げて冷凍機２の冷え過ぎを防止す
る。同時に、雨や雪が降り出すなどで相対湿度が白煙防
止限界を超えて上昇したときには、上記同様に、冷水バ
イパス経路２２の弁２２ｂを開いて冷水の一部を温水に
混合することにより、冷却塔１に戻る温水の温度を下げ
て白煙の発生を防止する。なお、冷水の導入は、弁２２
ｂの開閉によらず、ポンプ２２ａの発停により行っても
よい。

【００２７】また、前記フローチャートにおけるステッ
プ１１０の送風機１８の運転状態の調節は、例えば、当
日の気象条件から、入口水温Ｔｗ１がかなり高くなって
も白煙が発生しない場合には、入口水温Ｔｗ１が白煙の
発生しない限度になるまで送風機を停止させておくなど
の方法を採用することができ、さらに、送風機の能力を
調節したり、送風機が複数設けられている場合には運転
台数を増減させたりして行うことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却水の温度や外気の温度及び相対湿度に応じて冷却塔
入口側の温水を冷却塔出口側の冷水に混合したり、冷却
塔出口側の冷水を冷却塔入口側の温水に混合したりする
ので、簡単な構成で冷凍機等の冷え過ぎを防止しながら
白煙の発生を防止することができ、冷却塔の効率向上が
図れることから、冷却塔の小型化も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の冷却塔の一実施例を示す系統図であ
る。

【図２】 運転方法の一実施例を示すフローチャートで
ある。

【図３】 外気温度，相対湿度，入口水温と白煙発生限
界の関係を示す図である。

【符号の説明】

１…冷却塔、２…冷凍機、１５…冷水配管、１６…温水
配管、１８…送風機、２１…温水バイパス経路、２２…
冷水バイパス経路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却塔の冷却水入口系統と冷却水出口系
   統との間に、冷却水出口系統の冷水の温度が所定温度よ
   り低下したときに冷却水入口系統の温水を冷却水出口系
   統に導入する温水バイパス経路を設けるとともに、相対
   湿度が所定の相対湿度より上昇したときに、冷却水出口
   系統の冷水を冷却水入口系統に導入する冷水バイパス経
   路を設けたことを特徴とする冷却塔。
2. 【請求項２】 冷却塔の冷却水入口系統の温水温度、冷
   却塔の冷却水出口系統の冷水温度、外気温度及び相対湿
   度を検出し、冷却塔出口側の冷水温度が所定温度より低
   下したときに冷却水入口系統の温水の一部を冷却水出口
   系統の冷水に導入するとともに、相対湿度の上昇により
   冷却塔の白煙発生限界を超えたときに冷却水出口系統の
   冷水の一部を冷却水入口系統の温水に導入することを特
   徴とする冷却塔の運転方法。