冷却塔補給水の水質調整装置
【課題】藻類、スライム、スケール等の発生を効果的に抑制すると共に、配管系の腐食を抑制することができる冷却塔補給水の水質調整装置を実現する。
【解決手段】まず、冷却塔本体に硬水を給水し（Ｓ１）、一定時間経過後、硬水の冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に軟水器からの軟水の冷却塔本体への給水を許可する（Ｓ２→Ｓ３）。次いで、軟水の積算流量を計測し、第１の所定値に到達したか否かを判断する（Ｓ４）。そして、第１の所定値に到達すると、軟水の冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に硬水の第１の補給路への流入を許可し、硬水の冷却塔本体への補給を可能とする（Ｓ５）。そして、積算流量が第２の所定値になると、再び冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に軟水器からの軟水の冷却塔本体への給水を許可する（Ｓ６→Ｓ３）。以降、この動作を繰り返す。
【解決手段】まず、冷却塔本体に硬水を給水し（Ｓ１）、一定時間経過後、硬水の冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に軟水器からの軟水の冷却塔本体への給水を許可する（Ｓ２→Ｓ３）。次いで、軟水の積算流量を計測し、第１の所定値に到達したか否かを判断する（Ｓ４）。そして、第１の所定値に到達すると、軟水の冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に硬水の第１の補給路への流入を許可し、硬水の冷却塔本体への補給を可能とする（Ｓ５）。そして、積算流量が第２の所定値になると、再び冷却塔本体への給水を禁止すると同時又は略同時に軟水器からの軟水の冷却塔本体への給水を許可する（Ｓ６→Ｓ３）。以降、この動作を繰り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却塔補給水の水質調整装置に関し、より詳しくは冷却塔を循環する循環水の硬度を抑制するようにした冷却塔補給水の水質調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商業用ビルや各種工場などの空調設備では、冷却水を循環させて熱交換器等の被冷却装置を冷却する水処理システムが広く採用されている。
【０００３】
この種の水処理システムでは、冷却水を循環させているため、水分の蒸発によって循環水が濃縮され、循環水中には溶存塩類や栄養源が高濃度に含まれるようになる。そしてその結果、循環水の水質が悪化して藻類やスライムが発生し、通水性の悪化や冷却能力の低下を招くおそれがある。また、上記スライム等に起因してレジオネラ菌が繁殖し、繁殖したレジオネラ菌が蒸発水に同伴されて大気中に飛散されてしまうおそれがある。さらに、硬度成分やシリカの濃縮によってスケールが堆積して被冷却装置に付着し、熱効率の低下を招くおそれがある。
【０００４】
そして、上述した藻類やスライム、スケールの発生防止に対しては循環水に軟水を使用するのが効果的である。
【０００５】
しかしながら、この軟水は、通常、軟水器によってカルシウムイオン等の硬度成分が略完全に除去されており、したがって、実質的に硬度成分が含まれていないため、硬度成分を含んだ硬水に比べて配管腐食を招き易いという欠点がある。
【０００６】
配管系における水の腐食性を評価する指標としては、従来より、下記数式（１）で示されるランゲリア指数Ｌが知られている。
【０００７】
Ｌ＝ｐＨ−ｐＨｓ …（１）
ここで、ｐＨは水の実測ｐＨ値を示している。また、ｐＨｓは水中に炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときのｐＨ値、すなわち理論ｐＨ値を示しており、このｐＨｓは数式（２）で表される。
【０００８】
ｐＨｓ＝（９．３＋Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）…（２）
ここで、Ａは蒸発残留物の濃度により定まる数値、Ｂは水温により定まる数値、Ｃはカルシウム硬度により定まる数値、Ｄは総アルカリ度により定まる数値である。
【０００９】
配管腐食は、水と金属との接触面、すなわち配管の内周面に炭酸カルシウムの皮膜を形成することにより抑制することができると考えられている。したがって、数式（１）において、ランゲリア指数Ｌが負値の場合、すなわち理論ｐＨ値であるｐＨｓが実測ｐＨ値よりも大きい場合は、数式（２）から明らかなように、カルシウム硬度により定まる数値Ｃが相対的に小さく、このため水の腐食性は大きくなる。一方、ランゲリア指数Ｌが正値の場合、すなわち理論ｐＨ値であるｐＨｓが実測ｐＨ値よりも小さい場合は、カルシウム硬度により定まる数値Ｃが相対的に大きく、水の腐食性を抑制することができると考えられる。
【００１０】
すなわち、ランゲリア指数Ｌが、「０」を境界にして負値の場合は水の腐食性が大きくなり、正値の場合は水の腐食性が抑制される。したがって、配管腐食を抑制するためには、ランゲリア指数Ｌを少なくとも「０」か、正値とするのが望ましく、そのためには、カルシウムイオンを含んだ硬水を循環水中に含ませるのが望ましい。
【００１１】
そして、特許文献１では、開放循環冷却水系において、原水の一部を陽イオン交換樹脂で処理して得られる軟化水の一部を冷却水系に供給すると共に、軟化水の他の一部を用いて調製した食塩水を電気分解して遊離残留塩素を生成させ、この遊離残留塩素含有水を冷却水系に添加するようにした冷却水の処理方法が提案されている。
【００１２】
この特許文献１では、硬度成分を有する硬水（原水）と軟水との混合水を補給水として冷却塔に給水し、これによりスライムやスケールの発生を防止し、かつ金属の腐食をも抑制しようとしている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１２１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１では、硬水と軟水との混合水を冷却塔に補給しているため、必要以上の硬水が冷却塔に補給されてしまうおそれがある。
【００１５】
すなわち、スライムやスケールの発生を抑制して良好な水質を確保するためには、極力軟水を循環水として使用するのが好ましく、硬水は配管の腐食防止の観点から必要に応じて補給されれば十分である。
【００１６】
また、特許文献１では、適正範囲の硬度でもって水質を安定させ、冷却塔を運転させているが、運転開始直後から軟水を硬水と共に冷却塔に補給しているため、適正範囲の硬度に達するまで一定時間を要する。すなわち、安定した水質での運転状態となるまで比較的長時間を要する。
【００１７】
しかも、特許文献１では、軟水と硬水の混合水を補給しているため、濃縮が進み易く、このためスケールの発生防止の観点から定期的にブロー処理を行う必要があり、必然的にブロー頻度が多くなるという問題点があった。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、藻類、スライム、スケール等の発生を効果的に抑制すると共に、配管系の腐食を抑制することができる冷却塔補給水の水質調整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】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置は、冷却塔に給水される補給水の水質を調整する冷却塔補給水の水質調整装置であって、 硬度成分を含有した硬水を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有していることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記水質管理手段が、前記第１の補給路を通過する前記軟水及び前記硬水の積算流量をそれぞれ計測する流量計測手段を備え、前記流入許可手段は、前記流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記水質管理手段が、前記冷却塔に補給される前記軟水及び前記硬水の補給時間を計時する計時手段を備え、 前記流入許可手段は、前記計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することを特徴とするのも好ましい。
【００２２】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記制御手段が、前記制御手段は、前記流入許可手段により前記硬水の前記第１の補給路への流入が許可されたときは、前記軟水の前記冷却塔への供給を遮断して前記硬水のみを前記冷却塔に給水可能とすることを特徴としている。
【００２３】
さらに、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記冷却塔の運転開始直後は前記硬水が一定時間前記冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は前記軟水が前記冷却塔に供給され、その後は前記循環水の水質に応じて前記硬水と前記軟水とが交互に前記冷却塔に補給可能とされていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、塩素系水溶液が、前記循環水に注入されることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記硬水は原水であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
上記冷却塔補給水の水質調整装置によれば、硬度成分を含有した硬水（原水）を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有しているので、第１の補給路を介して通常は軟水を冷却塔に補給する一方、水質状態に応じて硬水を冷却塔に補給することが可能となる。したがって、藻類、スライム、スケール等の発生を抑制することができると共に、硬水が必要に応じて冷却塔に補給されることから、ランゲリア指数Ｌが低下してその状態が持続するのを避けることが可能となり、配管系の腐食を抑制することが可能となる。
【００２７】
具体的には、流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可し、又は計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することにより、軟水を循環水とした長時間の運転によってランゲリア指数Ｌが低下した時点で、硬水を冷却塔に補給することが可能となり、これによりランゲリア指数Ｌを上昇させることができ、配管系の腐食を抑制することが可能となる。
【００２８】
また、流入許可手段により硬水の第１の補給路への流入が許可されたときは、軟水の冷却塔への供給を遮断して硬水のみを冷却塔に給水するので、軟水と硬水とは交互に補給される。すなわち、硬水が補給されているときは軟水が補給されないことから、硬水補給時には硬水に含有されるカルシウムイオン及び炭酸水素イオンにより炭酸カルシウムの皮膜が形成され易く、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、冷却塔の運転開始直後は硬水が一定時間冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は軟水が冷却塔に供給され、その後は循環水の水質に応じて硬水と軟水とが交互に冷却塔に補給可能とされているので、運転開始直後において軟水と硬水の混合水が補給される場合に比べ、早期に安定した水質状態での運転が可能となる。
【００３０】
また、塩素系水溶液が、前記循環水に注入されるので、配管腐食を防止しながら、同時に微生物類の発生及び繁殖を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００３２】
図１は、本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置を備えた水処理システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す概略構成図であって、水質調整装置１の下流側には開放式冷却塔２が設けられている。
【００３３】
冷却塔２は、具体的には、冷却塔本体３が、上部に開口部４を有すると共に、該開口部４にはファン５が配設され、さらに側面には外気を導入する通気孔としてのルーバー６が傾斜状に設けられている。
【００３４】
また、冷却塔本体３の下部には循環水を貯留する貯留部７が設けられると共に、該貯留部７には循環水の水位を管理するボールタップ式給水栓（以下、「給水栓」という。）８が配設されている。そして、給水栓８は第１の補給管（第１の補給路）９に接続され、軟水又は硬水の冷却塔本体３への給水が可能となるように構成されている。
【００３５】
ここで、本発明において、「硬水」とは、水道水、地下水、工業用水等を包含する硬度成分を含有した原水一般を意味するものとする。
【００３６】
冷却塔本体３の底部にはブロー管１０が接続され、該ブロー管１０にはブローバルブ１１が介装されている。そして、貯留部７内の循環水は、必要に応じてブロー管１１から外部に排水される。
【００３７】
冷却塔本体３の底部には循環パイプ１２が接続されると共に、該循環パイプ１２の先端は冷却塔本体３の上部に位置するように配され、かつ前記先端には多数のノズル１３が装着されている。
【００３８】
さらに、循環パイプ１２の管路中には、循環水を冷却塔本体３の上部に還流させる循環ポンプ１４と、循環水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定装置１５と、循環水の温度を検出する温度検出装置１６と、熱交換器等の被冷却装置１７とが、配設されている。
【００３９】
電気伝導度測定装置１５は、上述したように循環水の電気伝導度を測定し、循環水の濃縮倍率を管理している。すなわち、冷却塔本体３には希釈水給水管１８が接続されており、該希釈水給水管１８の管路に配された希釈水給水バルブ１９を操作することにより、濃縮倍率が過度に大きくなると希釈水が冷却塔本体３に給水される。
【００４０】
また、温度検出装置１６は、循環水の温度を検出し、ファン５を駆動するモータ２０をインバータ制御する。具体的には、循環水の温度が高くなるとモータ２０の回転数を高くしてルーバー６から冷却塔本体３に供給される風量を増やし、冷却効果を増大させる。一方、循環水の温度が低い場合は、モータ２０の回転数を低くしてファン５から冷却塔本体３に供給される風量を減らし冷却効果を低減させると共に、電力消費を抑制する。
【００４１】
このように本実施の形態では、温度検出装置１６の検出結果に応じてモータ２０をインバータ制御し、これにより冷却塔本体３内に供給される吸引風量、すなわちファン５からの吐出風量を管理している。
【００４２】
そして、冷却塔２の上流側には電解槽２１が配設されると共に、該電解槽２１は塩水供給管２２を介して塩水タンク２３に接続されている。
【００４３】
塩水タンク２３は、食塩と食塩水とを仕切る仕切板（不図示）と該塩水タンク２３内の水位を調整するフロート弁（不図示）とが内蔵されている。塩水タンク２３には硬度成分が略完全に除去された軟水が貯留されると共に、人手により食塩が所定期間（例えば、３〜４日）毎に投入される。そして、食塩は軟水中で撹拌されて溶解し、これにより飽和食塩水が生成される。
【００４４】
電解槽２１は、筒状に形成された電解槽本体２４の上方側面及び下方側面に第１及び第２の水位センサ２５ａ、２５ｂが配設されると共に、前記電解槽本体２４の下部には電極ユニット（不図示）が配設され、該電極ユニットは、電源装置２６と電気的に接続されている。
【００４５】
また、電解槽本体２４に接続された前記塩水供給管２２には第１のバルブ２７ａが介装されている。また、電解槽本体２４は、軟水供給管２８に接続されると共に、該軟水供給管２８には第２のバルブ２７ｂが介装されている。
【００４６】
さらに、電解槽本体２４には第３のバルブ２７ｃが介装された排水管２９が接続され、電解槽本体２４に貯留された電解水の排水を可能にしている。
【００４７】
また、電解槽本体２４の上部には第４のバルブ２７ｄが介装された電解水送出管３０が接続され、さらに第５のバルブ２７ｅが介装された通気管３１が接続されている。
【００４８】
このように構成された電解槽２１では、第５のバルブ２７ｅを開弁して外気との通気を可能状態とした後、第１のバルブ２７ａを開弁すると、塩水供給管２２を介して塩水タンク２３から飽和食塩水が供給される。次いで、第２のバルブ２７ｂを開弁すると軟水供給管２８を介して後述する軟水器から軟水が供給され、飽和食塩水が希釈され、１〜３重量％程度の希釈食塩水が生成される。そして、この状態で電源装置２６から所定の電流密度でもって電極ユニットに通電が行われると、電解槽本体２４内では希釈食塩水が電気分解され、これにより遊離残留塩素濃度が６０００ｍｇＣｌ／Ｌ程度の高濃度の次亜塩素酸ナトリウム（塩素系水溶液）が生成される。そして、電解槽本体２４で生成された次亜塩素酸ナトリウムは電解水送出管３０を介して循環パイプ１２に適宜注入される。
【００４９】
また、水質調整装置１は、図２に示すように、硬水（原水）に含まれる硬度成分を略完全に除去して軟水を生成する軟水器３２を備えている。そして、送水ポンプ３８に接続された原水吐出管４６は、点Ａで原水供給管３３と第２の補給管（第２の補給路）３４とに分岐されている。原水供給管３３は、送水バルブ３９、及び流量計４０が介装されて軟水器３２に接続される一方、第２の補給管３４は、前記軟水器３２をバイパスし、軟水器３２に接続された第１の補給管９と点Ｂで合流されている。尚、第１の補給管９は、点Ｂの上流側に位置する点Ｃで希釈水給水管１８と合流している。
【００５０】
そして、第１の補給管９のＢ〜Ｃ間には第１の切替バルブ３５が介装されると共に、第２の補給管３４には第２の切替バルブ３６が介装されている。また、第１の補給管９の点Ｂより下流側には軟水又は硬水の積算流量をそれぞれ計測する積算流量計３７が介装されている。
【００５１】
尚、軟水器３２には排水管４１が接続されると共に、該排水管４１には排水バルブ４２が介装されている。
【００５２】
そして、軟水器３２にはナトリウム型の陽イオン交換樹脂（不図示）が内有されており、原水が原水供給管３３を介して供給されると、原水に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの硬度成分が、陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとイオン交換されて除去され、これにより原水は軟水化されて処理水となる。また、陽イオン交換樹脂の交換能力が飽和状態になると、塩水タンク２３に貯留された飽和食塩水が塩水供給管４３を介して供給され、陽イオン交換樹脂の再生が行われる。尚、再生に使用された食塩水は排水管４１から排出される。
【００５３】
図３は上記水処理システムの制御系を示すブロック構成図である。
【００５４】
すなわち、システム制御部４７は、制御対象となる構成部材との間でインターフェース動作を司る入出力部４８と、所定の演算プログラム等が格納されたＲＯＭ４９と、演算結果を記憶したりワークエリアとして使用されるＲＡＭ５０と、タイマ５１ａが内蔵されると共にシステム全体の制御を司るＣＰＵ５１とを備えている。
【００５５】
そして、水質調整装置１においては、積算流量計３７及び流量計４０の出力信号が入出力部４８に入力されると共に、送水ポンプ３８、送水バルブ３９、第１及び第２の切替バルブ３５、３６、及び排水バルブ４２に出力信号を送信する。そして、本第１の実施の形態では、積算流量計３７の積算流量によって冷却塔本体３に供給される循環水の水質状態を管理し、前記積算流量計３７の計測値に応じて第１の切替バルブ３５及び第２の切替バルブ３６が切替制御されるように構成されている。
【００５６】
また、入出力部４８には水処理システムのその他の構成部材５２（電気伝導度測定装置１５、温度検出装置１６、モータ２０の回転数をインバータ制御するインバータ装置、第１及び第２の水位センサ２５ａ、２５ｂ、電源装置２６、循環ポンプ１４、各バルブ２７ａ〜２７ｅ、１１、１９、３９、４２）が電気的に接続され、これら各構成部材との間で信号の授受を行い、これら各構成部材はＣＰＵ５１により制御される。
【００５７】
このように構成された水処理システムは、以下のように運転駆動される。
【００５８】
まず、インバータを介してモータ２０を駆動させ、ファン５を回転させる。そしてこれにより、矢印Ｄ方向からルーバー６を介して冷却塔本体３内部に外気が流入し、また、この外気は冷却塔本体３の内部を循環して矢印Ｅに示すように、外部に排出される。
【００５９】
一方、送水ポンプ３８を駆動させ、第１の切替バルブ３５を閉弁状態とし、第２の切替バルブブ３６を所定時間（例えば、２４時間）開弁すると、水道水や工業用水等、硬度成分を含有した硬水（原水）が第２の補給管３４を介して第１の補給管９に流入し、該硬水は冷却塔本体３に補給される。そして、貯留部７に貯留された硬水は、循環ポンプ１４の駆動により、循環水として循環パイプ１２を循環する。
【００６０】
また、送水バルブ３９を開弁すると、原水は流量計４０を通過して軟水器３２に供給される。そして、該軟水器３２では陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとのイオン交換により、原水中の硬度成分が略完全に除去された軟水が生成される。
【００６１】
そして、本第１の実施の形態では、上述したように積算流量計３７の積算流量によって冷却塔本体３に供給される循環水の水質状態を管理し、積算流量計３７の計測値に応じて第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御している。すなわち、積算流量計３７によって計測される軟水又は硬水の積算流量に基づいて循環水の硬度を推測し、軟水器３２からの軟水又は第２の補給管３４を通過する硬水のいずれか一方を冷却塔本体３に補給水として供給し、これにより循環水がランゲリア指数Ｌが「０」未満の負値とならないような適度な硬度範囲を有するように水質調整を行っている。
【００６２】
図４は、水質調整処理ルーチンの第１の実施の形態を示すフローチャートであって、本プログラムは水処理システムの運転により起動し、その停止により終了する。
【００６３】
まず、運転開始により送水ポンプ３８が駆動する。そして、ステップＳ１では、システム制御部４７が硬水給水信号を発し、第１の切替バルブ３５を閉弁状態とすると共に第２の切替バルブ３６を開弁し、第１の補給管９を介して硬水の冷却塔本体３への補給を開始する。次いで、ステップＳ２ではタイマ５１ａが一定時間ｔ１を計時したか否かを判断する。
【００６４】
そして、タイマ５１ａが一定時間ｔ１を計時すると、ステップＳ３に進み、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００６５】
このように本第１の実施の形態では、運転開始時に硬水を冷却塔本体３に補給し、一定時間ｔ１経過後に軟水を補給することにより、循環水は早期に目標とする硬度まで濃縮される。このため、循環水のランゲリア指数Ｌを炭酸カルシウム皮膜の形成が促進される正値（例えば０．１〜１．５）に短時間で調整することができる。
【００６６】
そして、ステップＳ４では第１の補給管９を通過する軟水の積算流量を積算流量計３７で計測し、第１の所定値Ｑ１に到達したか否かを判断する。ここで、第１の所定値Ｑ１は、軟水が冷却塔本体３に長時間補給された結果、すなわち循環水の蒸発や飛散に伴う軟水の補給により循環水中の硬度成分が希釈された結果、炭酸カルシウム皮膜が維持できないような状態、例えば、ランゲリア指数Ｌが０となるような積算流量値に設定される。
【００６７】
そして、積算流量計３７が第１の所定値Ｑ１に到達すると、ステップＳ５に進み、システム制御部４７は、第１の切替バルブ３５を閉弁して軟水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第２の切替バルブ３６を開弁し、これにより硬水の第１の補給路９への流入を許可し、硬水の冷却塔本体３への補給を可能とする。
【００６８】
次いで、ステップＳ６に進み、積算流量計３７が第２の所定値Ｑ２を計測したか否かを判断する。ここで、第２の所定値Ｑ２は、循環水のランゲリア指数Ｌが再び正値となるような硬水の積算流量値に設定される。
【００６９】
そして、積算流量計３７が第２の所定値Ｑ２に到達すると、ステップＳ３に戻り、システム制御部４７は、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、再び軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００７０】
以下、ステップＳ３〜ステップＳ６の動作を繰り返し、硬水と軟水とを交互に冷却塔本体３に補給し、ランゲリア指数Ｌが持続して長時間「０」以下となるのを回避し、配管腐食が生じるのを抑制している。
【００７１】
尚、冷却塔本体への硬水又は軟水の補給は給水栓８で制御されることから、システム制御部４７は硬水又は軟水の給水許可信号を発しても、貯留部７に貯留されている循環水の水量が蒸発や飛散により低下したときのみ、硬水又は軟水は冷却塔本体３に補給される。
【００７２】
このように本第１の実施の形態では、第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御することにより、硬水と軟水とが交互に補給可能としているので、軟水によりスライムやスケールの発生が抑制される一方、必要に応じて硬水が補給されることから、循環水の水質はランゲリア指数Ｌが長期間「０」以下とならないような適度な範囲に管理することができ、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００７３】
特に、冷却塔２の運転中、電解槽２４で生成された次亜塩素酸ナトリウム水溶液を適宜循環水に注入し、細菌類の繁殖を抑制しているが、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の注入により遊離残留塩素が発生し、腐食し易くなるおそれがある。しかしながら、本第１の実施の形態では、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を循環水に注入した場合であっても、硬度成分を有する原水（硬水）を必要に応じて補給することにより、配管系の耐腐食性を改善することができる。
【００７４】
図５は、冷却塔２への軟水又は硬水の補給可能状態を示すタイムチャートである。
【００７５】
まず、運転開始時には一定時間ｔ１だけ硬水が補給され、その後、給水は硬水から軟水に切り替わり、軟水の積算流量が第１の所定値Ｑ１に相当する時間ｔ２になると、ランゲリア指数Ｌが低下したと判断して補給水は硬水に切り替わる。その後、積算流量が第２の所定値Ｑ２に相当する時間ｔ３になると、硬水の補給によりランゲリア指数Ｌは腐食のおそれのない程度に上昇したと判断し、再び軟水に切り替わる。以後、軟水（時間ｔ２）と硬水（時間ｔ３）とが交互に補給されることとなる。
【００７６】
図６は、運転時間と循環水の硬度との関係を示す概念図であって、破線は比較例（特許文献１）、実線が本発明を示している。尚、横軸が運転時間、縦軸が循環水の硬度である。
【００７７】
配管系の腐食を抑制するためには、目標硬度Ｈ（例えば、ランゲリア指数Ｌが０．１〜１．５となるような硬度）を設定し、この目標硬度Ｈ近傍の水質で安定運転する必要がある。
【００７８】
しかしながら、比較例では、運転開始直後から硬水と軟水の混合水を冷却塔に補給しているため、循環水が目標硬度Ｈに到達するのに時間を要し、このため安定運転に達するまでに時間を要する。
【００７９】
しかも、比較例では、上述したように硬水と軟水の混合水を補給しているため、硬度成分の濃縮が進み易く、スケールの発生防止の観点から、図中Ｂで示すように定期的なブロー処理が必要となる。
【００８０】
これに対し、本発明では運転開始直後の一定時間は硬水を補給しているので、早期に目標硬度Ｈに到達させることができる。そして、一定時間ｔ１が経過した時点で補給水を硬水から軟水に切替えており、早期に安定運転に突入することができる。
【００８１】
しかも、本発明では、必要な時のみ硬水を補給しているので、運転中に過度の濃縮が進行するのを回避することができ、ブロー処理の頻度を減少させることが可能となる。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００８３】
本第２の実施の形態では、積算流量計３７に代えてＣＰＵ５１に内蔵されたタイマ５１ａで循環水の水質状態を管理している、すなわち、タイマ５１ａで軟水又は硬水の冷却塔本体３への積算給水時間を計時し、その計時結果に応じて間第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御し、これにより、第１の実施の形態と同様、循環水の水質調整を行っている。
【００８４】
図７は 水質調整処理ルーチンの第２の実施の形態を示すフローチャートであって、本プログラムは水処理システムの運転により起動し、その停止により終了する。
【００８５】
まず、運転が開始されると送水ポンプ３８が駆動する。そして、ステップＳ１１では、第１の実施の形態と同様、硬水を第１の補給管９を介して冷却塔本体３に給水し、ステップＳ１２では一定時間ｔ１が経過するのを待機する。
【００８６】
そして、一定時間ｔ１が経過すると、ステップＳ１３に進み、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００８７】
そして、ステップＳ１４では第１の補給管９を介して冷却塔本体３に補給される軟水の積算補給時間をタイマ５１ａで計時し、補給積算時間が第１の所定時間Ｔ１を経過したか否かを判断する。ここで、第１の所定時間Ｔ１は、軟水が冷却塔本体３に長時間補給された結果、すなわち循環水の蒸発や飛散に伴う軟水の補給により循環水の硬度成分が希釈された結果、炭酸カルシウム皮膜が維持できないような状態、例えば、ランゲリア指数Ｌが０となるような時間に設定される。
【００８８】
そして、第１の所定時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ１５に進み、システム制御部４７は、第１の切替バルブ３５を閉弁して軟水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第２の切替バルブ３６を開弁し、硬水の第１の補給路９への流入を許可し、冷却塔本体３への給水を可能とする。
【００８９】
次いで、ステップＳ１６に進み、硬水の補給積算時間が第２の所定時間Ｔ２を経過したか否かを判断する。ここで、第２の所定時間Ｔ２は、循環水のランゲリア指数Ｌが再び正値となるような硬水の通水時間に設定される。
【００９０】
そして、第２の所定時間Ｔ２が経過すると、ステップＳ１３に戻り、システム制御部４７は、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００９１】
以下、ステップＳ１３〜ステップＳ１６の動作を繰り返し、硬水と軟水とを交互に冷却塔本体３に補給し、ランゲリア指数Ｌが持続して長時間「０」以下となるのを回避して配管腐食が生じるのを抑制している。
【００９２】
このように本第２の実施の形態では、タイマ５１ａの計時時間に応じて第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御し、硬水と軟水とを交互に補給している。そしてこれにより、第１の実施の形態と同様、循環水として主に軟水が補給されてスライムやスケールの発生が抑制される一方、必要に応じて硬水が補給されることから、水質硬度は適度な範囲に管理することができ、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００９３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記第１の実施の形態では積算流量計３７の計測値に基づいて軟水と硬水を交互補給し、上記第２の実施の形態ではタイマ５１ａの積算補給時間に基づいて軟水と硬水を交互補給しているが、軟水の補給時間については積算流量計に基づいて制御し、硬水の補給時間についてはタイマに基づいて制御してもよく、或いは逆に軟水の補給時間についてはタイマに基づいて制御し、硬水の補給時間については積算流量計に基づいて制御してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、運転開始直後の硬水の補給時間をタイマ５１ａで管理しているが、流量計で管理してもよい。
【００９４】
また、上記第１及び第２の実施の形態では、軟水又は硬水の給水タイミング（は必要に応じて可変としてもよい。
【００９５】
また、水処理システムでは、希薄食塩水の電気分解処理を定電圧制御で行っているが、定電流制御で行ってもよい。
【００９６】
さらに、図１の水処理システムでは、開放式冷却塔を例示したが、密閉式冷却塔についても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００９７】
また、上記実施の形態では１個の軟水器を使用した場合について説明したが、複数の軟水器を接続し、適宜軟水化処理を切替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置を備えた水処理システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す概略構成図である。
【図２】上記水質調整装置の拡大構成図である。
【図３】水処理システムの制御系を示すブロック構成図である。
【図４】水質調整処理ルーチンの第１の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】硬水と軟水と補給タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】運転時間と循環水の硬度との関係を比較例と共に示した概念図である。
【図７】水質調整処理ルーチンの第２の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
９ 第１の補給管（第１の補給路）
３２ 軟水器
３４ 第２の補給管（第２の補給路）
３５ 第１の切替バルブ（制御手段）
３６ 第２の切替バルブ（制御手段）
３７ 流量計（水質管理手段）
４７ システム制御部（制御手段）
５１ａ タイマ（水質管理手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却塔補給水の水質調整装置に関し、より詳しくは冷却塔を循環する循環水の硬度を抑制するようにした冷却塔補給水の水質調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商業用ビルや各種工場などの空調設備では、冷却水を循環させて熱交換器等の被冷却装置を冷却する水処理システムが広く採用されている。
【０００３】
この種の水処理システムでは、冷却水を循環させているため、水分の蒸発によって循環水が濃縮され、循環水中には溶存塩類や栄養源が高濃度に含まれるようになる。そしてその結果、循環水の水質が悪化して藻類やスライムが発生し、通水性の悪化や冷却能力の低下を招くおそれがある。また、上記スライム等に起因してレジオネラ菌が繁殖し、繁殖したレジオネラ菌が蒸発水に同伴されて大気中に飛散されてしまうおそれがある。さらに、硬度成分やシリカの濃縮によってスケールが堆積して被冷却装置に付着し、熱効率の低下を招くおそれがある。
【０００４】
そして、上述した藻類やスライム、スケールの発生防止に対しては循環水に軟水を使用するのが効果的である。
【０００５】
しかしながら、この軟水は、通常、軟水器によってカルシウムイオン等の硬度成分が略完全に除去されており、したがって、実質的に硬度成分が含まれていないため、硬度成分を含んだ硬水に比べて配管腐食を招き易いという欠点がある。
【０００６】
配管系における水の腐食性を評価する指標としては、従来より、下記数式（１）で示されるランゲリア指数Ｌが知られている。
【０００７】
Ｌ＝ｐＨ−ｐＨｓ …（１）
ここで、ｐＨは水の実測ｐＨ値を示している。また、ｐＨｓは水中に炭酸カルシウムが溶解も析出もしない平衡状態にあるときのｐＨ値、すなわち理論ｐＨ値を示しており、このｐＨｓは数式（２）で表される。
【０００８】
ｐＨｓ＝（９．３＋Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）…（２）
ここで、Ａは蒸発残留物の濃度により定まる数値、Ｂは水温により定まる数値、Ｃはカルシウム硬度により定まる数値、Ｄは総アルカリ度により定まる数値である。
【０００９】
配管腐食は、水と金属との接触面、すなわち配管の内周面に炭酸カルシウムの皮膜を形成することにより抑制することができると考えられている。したがって、数式（１）において、ランゲリア指数Ｌが負値の場合、すなわち理論ｐＨ値であるｐＨｓが実測ｐＨ値よりも大きい場合は、数式（２）から明らかなように、カルシウム硬度により定まる数値Ｃが相対的に小さく、このため水の腐食性は大きくなる。一方、ランゲリア指数Ｌが正値の場合、すなわち理論ｐＨ値であるｐＨｓが実測ｐＨ値よりも小さい場合は、カルシウム硬度により定まる数値Ｃが相対的に大きく、水の腐食性を抑制することができると考えられる。
【００１０】
すなわち、ランゲリア指数Ｌが、「０」を境界にして負値の場合は水の腐食性が大きくなり、正値の場合は水の腐食性が抑制される。したがって、配管腐食を抑制するためには、ランゲリア指数Ｌを少なくとも「０」か、正値とするのが望ましく、そのためには、カルシウムイオンを含んだ硬水を循環水中に含ませるのが望ましい。
【００１１】
そして、特許文献１では、開放循環冷却水系において、原水の一部を陽イオン交換樹脂で処理して得られる軟化水の一部を冷却水系に供給すると共に、軟化水の他の一部を用いて調製した食塩水を電気分解して遊離残留塩素を生成させ、この遊離残留塩素含有水を冷却水系に添加するようにした冷却水の処理方法が提案されている。
【００１２】
この特許文献１では、硬度成分を有する硬水（原水）と軟水との混合水を補給水として冷却塔に給水し、これによりスライムやスケールの発生を防止し、かつ金属の腐食をも抑制しようとしている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１２１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１では、硬水と軟水との混合水を冷却塔に補給しているため、必要以上の硬水が冷却塔に補給されてしまうおそれがある。
【００１５】
すなわち、スライムやスケールの発生を抑制して良好な水質を確保するためには、極力軟水を循環水として使用するのが好ましく、硬水は配管の腐食防止の観点から必要に応じて補給されれば十分である。
【００１６】
また、特許文献１では、適正範囲の硬度でもって水質を安定させ、冷却塔を運転させているが、運転開始直後から軟水を硬水と共に冷却塔に補給しているため、適正範囲の硬度に達するまで一定時間を要する。すなわち、安定した水質での運転状態となるまで比較的長時間を要する。
【００１７】
しかも、特許文献１では、軟水と硬水の混合水を補給しているため、濃縮が進み易く、このためスケールの発生防止の観点から定期的にブロー処理を行う必要があり、必然的にブロー頻度が多くなるという問題点があった。
【００１８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、藻類、スライム、スケール等の発生を効果的に抑制すると共に、配管系の腐食を抑制することができる冷却塔補給水の水質調整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】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置は、冷却塔に給水される補給水の水質を調整する冷却塔補給水の水質調整装置であって、 硬度成分を含有した硬水を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有していることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記水質管理手段が、前記第１の補給路を通過する前記軟水及び前記硬水の積算流量をそれぞれ計測する流量計測手段を備え、前記流入許可手段は、前記流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記水質管理手段が、前記冷却塔に補給される前記軟水及び前記硬水の補給時間を計時する計時手段を備え、 前記流入許可手段は、前記計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することを特徴とするのも好ましい。
【００２２】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記制御手段が、前記制御手段は、前記流入許可手段により前記硬水の前記第１の補給路への流入が許可されたときは、前記軟水の前記冷却塔への供給を遮断して前記硬水のみを前記冷却塔に給水可能とすることを特徴としている。
【００２３】
さらに、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記冷却塔の運転開始直後は前記硬水が一定時間前記冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は前記軟水が前記冷却塔に供給され、その後は前記循環水の水質に応じて前記硬水と前記軟水とが交互に前記冷却塔に補給可能とされていることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、塩素系水溶液が、前記循環水に注入されることを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の冷却塔補給水の水質調整装置は、前記硬水は原水であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２６】
上記冷却塔補給水の水質調整装置によれば、硬度成分を含有した硬水（原水）を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有しているので、第１の補給路を介して通常は軟水を冷却塔に補給する一方、水質状態に応じて硬水を冷却塔に補給することが可能となる。したがって、藻類、スライム、スケール等の発生を抑制することができると共に、硬水が必要に応じて冷却塔に補給されることから、ランゲリア指数Ｌが低下してその状態が持続するのを避けることが可能となり、配管系の腐食を抑制することが可能となる。
【００２７】
具体的には、流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可し、又は計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することにより、軟水を循環水とした長時間の運転によってランゲリア指数Ｌが低下した時点で、硬水を冷却塔に補給することが可能となり、これによりランゲリア指数Ｌを上昇させることができ、配管系の腐食を抑制することが可能となる。
【００２８】
また、流入許可手段により硬水の第１の補給路への流入が許可されたときは、軟水の冷却塔への供給を遮断して硬水のみを冷却塔に給水するので、軟水と硬水とは交互に補給される。すなわち、硬水が補給されているときは軟水が補給されないことから、硬水補給時には硬水に含有されるカルシウムイオン及び炭酸水素イオンにより炭酸カルシウムの皮膜が形成され易く、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００２９】
また、冷却塔の運転開始直後は硬水が一定時間冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は軟水が冷却塔に供給され、その後は循環水の水質に応じて硬水と軟水とが交互に冷却塔に補給可能とされているので、運転開始直後において軟水と硬水の混合水が補給される場合に比べ、早期に安定した水質状態での運転が可能となる。
【００３０】
また、塩素系水溶液が、前記循環水に注入されるので、配管腐食を防止しながら、同時に微生物類の発生及び繁殖を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づき詳説する。
【００３２】
図１は、本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置を備えた水処理システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す概略構成図であって、水質調整装置１の下流側には開放式冷却塔２が設けられている。
【００３３】
冷却塔２は、具体的には、冷却塔本体３が、上部に開口部４を有すると共に、該開口部４にはファン５が配設され、さらに側面には外気を導入する通気孔としてのルーバー６が傾斜状に設けられている。
【００３４】
また、冷却塔本体３の下部には循環水を貯留する貯留部７が設けられると共に、該貯留部７には循環水の水位を管理するボールタップ式給水栓（以下、「給水栓」という。）８が配設されている。そして、給水栓８は第１の補給管（第１の補給路）９に接続され、軟水又は硬水の冷却塔本体３への給水が可能となるように構成されている。
【００３５】
ここで、本発明において、「硬水」とは、水道水、地下水、工業用水等を包含する硬度成分を含有した原水一般を意味するものとする。
【００３６】
冷却塔本体３の底部にはブロー管１０が接続され、該ブロー管１０にはブローバルブ１１が介装されている。そして、貯留部７内の循環水は、必要に応じてブロー管１１から外部に排水される。
【００３７】
冷却塔本体３の底部には循環パイプ１２が接続されると共に、該循環パイプ１２の先端は冷却塔本体３の上部に位置するように配され、かつ前記先端には多数のノズル１３が装着されている。
【００３８】
さらに、循環パイプ１２の管路中には、循環水を冷却塔本体３の上部に還流させる循環ポンプ１４と、循環水の電気伝導度を測定する電気伝導度測定装置１５と、循環水の温度を検出する温度検出装置１６と、熱交換器等の被冷却装置１７とが、配設されている。
【００３９】
電気伝導度測定装置１５は、上述したように循環水の電気伝導度を測定し、循環水の濃縮倍率を管理している。すなわち、冷却塔本体３には希釈水給水管１８が接続されており、該希釈水給水管１８の管路に配された希釈水給水バルブ１９を操作することにより、濃縮倍率が過度に大きくなると希釈水が冷却塔本体３に給水される。
【００４０】
また、温度検出装置１６は、循環水の温度を検出し、ファン５を駆動するモータ２０をインバータ制御する。具体的には、循環水の温度が高くなるとモータ２０の回転数を高くしてルーバー６から冷却塔本体３に供給される風量を増やし、冷却効果を増大させる。一方、循環水の温度が低い場合は、モータ２０の回転数を低くしてファン５から冷却塔本体３に供給される風量を減らし冷却効果を低減させると共に、電力消費を抑制する。
【００４１】
このように本実施の形態では、温度検出装置１６の検出結果に応じてモータ２０をインバータ制御し、これにより冷却塔本体３内に供給される吸引風量、すなわちファン５からの吐出風量を管理している。
【００４２】
そして、冷却塔２の上流側には電解槽２１が配設されると共に、該電解槽２１は塩水供給管２２を介して塩水タンク２３に接続されている。
【００４３】
塩水タンク２３は、食塩と食塩水とを仕切る仕切板（不図示）と該塩水タンク２３内の水位を調整するフロート弁（不図示）とが内蔵されている。塩水タンク２３には硬度成分が略完全に除去された軟水が貯留されると共に、人手により食塩が所定期間（例えば、３〜４日）毎に投入される。そして、食塩は軟水中で撹拌されて溶解し、これにより飽和食塩水が生成される。
【００４４】
電解槽２１は、筒状に形成された電解槽本体２４の上方側面及び下方側面に第１及び第２の水位センサ２５ａ、２５ｂが配設されると共に、前記電解槽本体２４の下部には電極ユニット（不図示）が配設され、該電極ユニットは、電源装置２６と電気的に接続されている。
【００４５】
また、電解槽本体２４に接続された前記塩水供給管２２には第１のバルブ２７ａが介装されている。また、電解槽本体２４は、軟水供給管２８に接続されると共に、該軟水供給管２８には第２のバルブ２７ｂが介装されている。
【００４６】
さらに、電解槽本体２４には第３のバルブ２７ｃが介装された排水管２９が接続され、電解槽本体２４に貯留された電解水の排水を可能にしている。
【００４７】
また、電解槽本体２４の上部には第４のバルブ２７ｄが介装された電解水送出管３０が接続され、さらに第５のバルブ２７ｅが介装された通気管３１が接続されている。
【００４８】
このように構成された電解槽２１では、第５のバルブ２７ｅを開弁して外気との通気を可能状態とした後、第１のバルブ２７ａを開弁すると、塩水供給管２２を介して塩水タンク２３から飽和食塩水が供給される。次いで、第２のバルブ２７ｂを開弁すると軟水供給管２８を介して後述する軟水器から軟水が供給され、飽和食塩水が希釈され、１〜３重量％程度の希釈食塩水が生成される。そして、この状態で電源装置２６から所定の電流密度でもって電極ユニットに通電が行われると、電解槽本体２４内では希釈食塩水が電気分解され、これにより遊離残留塩素濃度が６０００ｍｇＣｌ／Ｌ程度の高濃度の次亜塩素酸ナトリウム（塩素系水溶液）が生成される。そして、電解槽本体２４で生成された次亜塩素酸ナトリウムは電解水送出管３０を介して循環パイプ１２に適宜注入される。
【００４９】
また、水質調整装置１は、図２に示すように、硬水（原水）に含まれる硬度成分を略完全に除去して軟水を生成する軟水器３２を備えている。そして、送水ポンプ３８に接続された原水吐出管４６は、点Ａで原水供給管３３と第２の補給管（第２の補給路）３４とに分岐されている。原水供給管３３は、送水バルブ３９、及び流量計４０が介装されて軟水器３２に接続される一方、第２の補給管３４は、前記軟水器３２をバイパスし、軟水器３２に接続された第１の補給管９と点Ｂで合流されている。尚、第１の補給管９は、点Ｂの上流側に位置する点Ｃで希釈水給水管１８と合流している。
【００５０】
そして、第１の補給管９のＢ〜Ｃ間には第１の切替バルブ３５が介装されると共に、第２の補給管３４には第２の切替バルブ３６が介装されている。また、第１の補給管９の点Ｂより下流側には軟水又は硬水の積算流量をそれぞれ計測する積算流量計３７が介装されている。
【００５１】
尚、軟水器３２には排水管４１が接続されると共に、該排水管４１には排水バルブ４２が介装されている。
【００５２】
そして、軟水器３２にはナトリウム型の陽イオン交換樹脂（不図示）が内有されており、原水が原水供給管３３を介して供給されると、原水に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンの硬度成分が、陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとイオン交換されて除去され、これにより原水は軟水化されて処理水となる。また、陽イオン交換樹脂の交換能力が飽和状態になると、塩水タンク２３に貯留された飽和食塩水が塩水供給管４３を介して供給され、陽イオン交換樹脂の再生が行われる。尚、再生に使用された食塩水は排水管４１から排出される。
【００５３】
図３は上記水処理システムの制御系を示すブロック構成図である。
【００５４】
すなわち、システム制御部４７は、制御対象となる構成部材との間でインターフェース動作を司る入出力部４８と、所定の演算プログラム等が格納されたＲＯＭ４９と、演算結果を記憶したりワークエリアとして使用されるＲＡＭ５０と、タイマ５１ａが内蔵されると共にシステム全体の制御を司るＣＰＵ５１とを備えている。
【００５５】
そして、水質調整装置１においては、積算流量計３７及び流量計４０の出力信号が入出力部４８に入力されると共に、送水ポンプ３８、送水バルブ３９、第１及び第２の切替バルブ３５、３６、及び排水バルブ４２に出力信号を送信する。そして、本第１の実施の形態では、積算流量計３７の積算流量によって冷却塔本体３に供給される循環水の水質状態を管理し、前記積算流量計３７の計測値に応じて第１の切替バルブ３５及び第２の切替バルブ３６が切替制御されるように構成されている。
【００５６】
また、入出力部４８には水処理システムのその他の構成部材５２（電気伝導度測定装置１５、温度検出装置１６、モータ２０の回転数をインバータ制御するインバータ装置、第１及び第２の水位センサ２５ａ、２５ｂ、電源装置２６、循環ポンプ１４、各バルブ２７ａ〜２７ｅ、１１、１９、３９、４２）が電気的に接続され、これら各構成部材との間で信号の授受を行い、これら各構成部材はＣＰＵ５１により制御される。
【００５７】
このように構成された水処理システムは、以下のように運転駆動される。
【００５８】
まず、インバータを介してモータ２０を駆動させ、ファン５を回転させる。そしてこれにより、矢印Ｄ方向からルーバー６を介して冷却塔本体３内部に外気が流入し、また、この外気は冷却塔本体３の内部を循環して矢印Ｅに示すように、外部に排出される。
【００５９】
一方、送水ポンプ３８を駆動させ、第１の切替バルブ３５を閉弁状態とし、第２の切替バルブブ３６を所定時間（例えば、２４時間）開弁すると、水道水や工業用水等、硬度成分を含有した硬水（原水）が第２の補給管３４を介して第１の補給管９に流入し、該硬水は冷却塔本体３に補給される。そして、貯留部７に貯留された硬水は、循環ポンプ１４の駆動により、循環水として循環パイプ１２を循環する。
【００６０】
また、送水バルブ３９を開弁すると、原水は流量計４０を通過して軟水器３２に供給される。そして、該軟水器３２では陽イオン交換樹脂のナトリウムイオンとのイオン交換により、原水中の硬度成分が略完全に除去された軟水が生成される。
【００６１】
そして、本第１の実施の形態では、上述したように積算流量計３７の積算流量によって冷却塔本体３に供給される循環水の水質状態を管理し、積算流量計３７の計測値に応じて第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御している。すなわち、積算流量計３７によって計測される軟水又は硬水の積算流量に基づいて循環水の硬度を推測し、軟水器３２からの軟水又は第２の補給管３４を通過する硬水のいずれか一方を冷却塔本体３に補給水として供給し、これにより循環水がランゲリア指数Ｌが「０」未満の負値とならないような適度な硬度範囲を有するように水質調整を行っている。
【００６２】
図４は、水質調整処理ルーチンの第１の実施の形態を示すフローチャートであって、本プログラムは水処理システムの運転により起動し、その停止により終了する。
【００６３】
まず、運転開始により送水ポンプ３８が駆動する。そして、ステップＳ１では、システム制御部４７が硬水給水信号を発し、第１の切替バルブ３５を閉弁状態とすると共に第２の切替バルブ３６を開弁し、第１の補給管９を介して硬水の冷却塔本体３への補給を開始する。次いで、ステップＳ２ではタイマ５１ａが一定時間ｔ１を計時したか否かを判断する。
【００６４】
そして、タイマ５１ａが一定時間ｔ１を計時すると、ステップＳ３に進み、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００６５】
このように本第１の実施の形態では、運転開始時に硬水を冷却塔本体３に補給し、一定時間ｔ１経過後に軟水を補給することにより、循環水は早期に目標とする硬度まで濃縮される。このため、循環水のランゲリア指数Ｌを炭酸カルシウム皮膜の形成が促進される正値（例えば０．１〜１．５）に短時間で調整することができる。
【００６６】
そして、ステップＳ４では第１の補給管９を通過する軟水の積算流量を積算流量計３７で計測し、第１の所定値Ｑ１に到達したか否かを判断する。ここで、第１の所定値Ｑ１は、軟水が冷却塔本体３に長時間補給された結果、すなわち循環水の蒸発や飛散に伴う軟水の補給により循環水中の硬度成分が希釈された結果、炭酸カルシウム皮膜が維持できないような状態、例えば、ランゲリア指数Ｌが０となるような積算流量値に設定される。
【００６７】
そして、積算流量計３７が第１の所定値Ｑ１に到達すると、ステップＳ５に進み、システム制御部４７は、第１の切替バルブ３５を閉弁して軟水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第２の切替バルブ３６を開弁し、これにより硬水の第１の補給路９への流入を許可し、硬水の冷却塔本体３への補給を可能とする。
【００６８】
次いで、ステップＳ６に進み、積算流量計３７が第２の所定値Ｑ２を計測したか否かを判断する。ここで、第２の所定値Ｑ２は、循環水のランゲリア指数Ｌが再び正値となるような硬水の積算流量値に設定される。
【００６９】
そして、積算流量計３７が第２の所定値Ｑ２に到達すると、ステップＳ３に戻り、システム制御部４７は、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、再び軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００７０】
以下、ステップＳ３〜ステップＳ６の動作を繰り返し、硬水と軟水とを交互に冷却塔本体３に補給し、ランゲリア指数Ｌが持続して長時間「０」以下となるのを回避し、配管腐食が生じるのを抑制している。
【００７１】
尚、冷却塔本体への硬水又は軟水の補給は給水栓８で制御されることから、システム制御部４７は硬水又は軟水の給水許可信号を発しても、貯留部７に貯留されている循環水の水量が蒸発や飛散により低下したときのみ、硬水又は軟水は冷却塔本体３に補給される。
【００７２】
このように本第１の実施の形態では、第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御することにより、硬水と軟水とが交互に補給可能としているので、軟水によりスライムやスケールの発生が抑制される一方、必要に応じて硬水が補給されることから、循環水の水質はランゲリア指数Ｌが長期間「０」以下とならないような適度な範囲に管理することができ、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００７３】
特に、冷却塔２の運転中、電解槽２４で生成された次亜塩素酸ナトリウム水溶液を適宜循環水に注入し、細菌類の繁殖を抑制しているが、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の注入により遊離残留塩素が発生し、腐食し易くなるおそれがある。しかしながら、本第１の実施の形態では、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を循環水に注入した場合であっても、硬度成分を有する原水（硬水）を必要に応じて補給することにより、配管系の耐腐食性を改善することができる。
【００７４】
図５は、冷却塔２への軟水又は硬水の補給可能状態を示すタイムチャートである。
【００７５】
まず、運転開始時には一定時間ｔ１だけ硬水が補給され、その後、給水は硬水から軟水に切り替わり、軟水の積算流量が第１の所定値Ｑ１に相当する時間ｔ２になると、ランゲリア指数Ｌが低下したと判断して補給水は硬水に切り替わる。その後、積算流量が第２の所定値Ｑ２に相当する時間ｔ３になると、硬水の補給によりランゲリア指数Ｌは腐食のおそれのない程度に上昇したと判断し、再び軟水に切り替わる。以後、軟水（時間ｔ２）と硬水（時間ｔ３）とが交互に補給されることとなる。
【００７６】
図６は、運転時間と循環水の硬度との関係を示す概念図であって、破線は比較例（特許文献１）、実線が本発明を示している。尚、横軸が運転時間、縦軸が循環水の硬度である。
【００７７】
配管系の腐食を抑制するためには、目標硬度Ｈ（例えば、ランゲリア指数Ｌが０．１〜１．５となるような硬度）を設定し、この目標硬度Ｈ近傍の水質で安定運転する必要がある。
【００７８】
しかしながら、比較例では、運転開始直後から硬水と軟水の混合水を冷却塔に補給しているため、循環水が目標硬度Ｈに到達するのに時間を要し、このため安定運転に達するまでに時間を要する。
【００７９】
しかも、比較例では、上述したように硬水と軟水の混合水を補給しているため、硬度成分の濃縮が進み易く、スケールの発生防止の観点から、図中Ｂで示すように定期的なブロー処理が必要となる。
【００８０】
これに対し、本発明では運転開始直後の一定時間は硬水を補給しているので、早期に目標硬度Ｈに到達させることができる。そして、一定時間ｔ１が経過した時点で補給水を硬水から軟水に切替えており、早期に安定運転に突入することができる。
【００８１】
しかも、本発明では、必要な時のみ硬水を補給しているので、運転中に過度の濃縮が進行するのを回避することができ、ブロー処理の頻度を減少させることが可能となる。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００８３】
本第２の実施の形態では、積算流量計３７に代えてＣＰＵ５１に内蔵されたタイマ５１ａで循環水の水質状態を管理している、すなわち、タイマ５１ａで軟水又は硬水の冷却塔本体３への積算給水時間を計時し、その計時結果に応じて間第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御し、これにより、第１の実施の形態と同様、循環水の水質調整を行っている。
【００８４】
図７は 水質調整処理ルーチンの第２の実施の形態を示すフローチャートであって、本プログラムは水処理システムの運転により起動し、その停止により終了する。
【００８５】
まず、運転が開始されると送水ポンプ３８が駆動する。そして、ステップＳ１１では、第１の実施の形態と同様、硬水を第１の補給管９を介して冷却塔本体３に給水し、ステップＳ１２では一定時間ｔ１が経過するのを待機する。
【００８６】
そして、一定時間ｔ１が経過すると、ステップＳ１３に進み、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００８７】
そして、ステップＳ１４では第１の補給管９を介して冷却塔本体３に補給される軟水の積算補給時間をタイマ５１ａで計時し、補給積算時間が第１の所定時間Ｔ１を経過したか否かを判断する。ここで、第１の所定時間Ｔ１は、軟水が冷却塔本体３に長時間補給された結果、すなわち循環水の蒸発や飛散に伴う軟水の補給により循環水の硬度成分が希釈された結果、炭酸カルシウム皮膜が維持できないような状態、例えば、ランゲリア指数Ｌが０となるような時間に設定される。
【００８８】
そして、第１の所定時間Ｔ１が経過すると、ステップＳ１５に進み、システム制御部４７は、第１の切替バルブ３５を閉弁して軟水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第２の切替バルブ３６を開弁し、硬水の第１の補給路９への流入を許可し、冷却塔本体３への給水を可能とする。
【００８９】
次いで、ステップＳ１６に進み、硬水の補給積算時間が第２の所定時間Ｔ２を経過したか否かを判断する。ここで、第２の所定時間Ｔ２は、循環水のランゲリア指数Ｌが再び正値となるような硬水の通水時間に設定される。
【００９０】
そして、第２の所定時間Ｔ２が経過すると、ステップＳ１３に戻り、システム制御部４７は、第２の切替バルブ３６を閉弁して硬水の冷却塔本体３への給水を禁止すると同時又は略同時に第１の切替バルブ３５を開弁し、軟水器３２からの軟水の冷却塔本体３への給水を許可する。
【００９１】
以下、ステップＳ１３〜ステップＳ１６の動作を繰り返し、硬水と軟水とを交互に冷却塔本体３に補給し、ランゲリア指数Ｌが持続して長時間「０」以下となるのを回避して配管腐食が生じるのを抑制している。
【００９２】
このように本第２の実施の形態では、タイマ５１ａの計時時間に応じて第１及び第２の切替バルブ３５、３６を切替制御し、硬水と軟水とを交互に補給している。そしてこれにより、第１の実施の形態と同様、循環水として主に軟水が補給されてスライムやスケールの発生が抑制される一方、必要に応じて硬水が補給されることから、水質硬度は適度な範囲に管理することができ、配管系の腐食を効果的に抑制することができる。
【００９３】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記第１の実施の形態では積算流量計３７の計測値に基づいて軟水と硬水を交互補給し、上記第２の実施の形態ではタイマ５１ａの積算補給時間に基づいて軟水と硬水を交互補給しているが、軟水の補給時間については積算流量計に基づいて制御し、硬水の補給時間についてはタイマに基づいて制御してもよく、或いは逆に軟水の補給時間についてはタイマに基づいて制御し、硬水の補給時間については積算流量計に基づいて制御してもよい。また、上記第１及び第２の実施の形態では、運転開始直後の硬水の補給時間をタイマ５１ａで管理しているが、流量計で管理してもよい。
【００９４】
また、上記第１及び第２の実施の形態では、軟水又は硬水の給水タイミング（は必要に応じて可変としてもよい。
【００９５】
また、水処理システムでは、希薄食塩水の電気分解処理を定電圧制御で行っているが、定電流制御で行ってもよい。
【００９６】
さらに、図１の水処理システムでは、開放式冷却塔を例示したが、密閉式冷却塔についても同様に適用できるのはいうまでもない。
【００９７】
また、上記実施の形態では１個の軟水器を使用した場合について説明したが、複数の軟水器を接続し、適宜軟水化処理を切替えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る冷却塔補給水の水質調整装置を備えた水処理システムの一実施の形態（第１の実施の形態）を示す概略構成図である。
【図２】上記水質調整装置の拡大構成図である。
【図３】水処理システムの制御系を示すブロック構成図である。
【図４】水質調整処理ルーチンの第１の実施の形態を示すフローチャートである。
【図５】硬水と軟水と補給タイミングを示すタイムチャートである。
【図６】運転時間と循環水の硬度との関係を比較例と共に示した概念図である。
【図７】水質調整処理ルーチンの第２の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
９ 第１の補給管（第１の補給路）
３２ 軟水器
３４ 第２の補給管（第２の補給路）
３５ 第１の切替バルブ（制御手段）
３６ 第２の切替バルブ（制御手段）
３７ 流量計（水質管理手段）
４７ システム制御部（制御手段）
５１ａ タイマ（水質管理手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却塔に給水される補給水の水質を調整する冷却塔補給水の水質調整装置であって、
硬度成分を含有した硬水を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、
前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有していることを特徴とする冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項２】
前記水質管理手段は、前記第１の補給路を通過する前記軟水及び前記硬水の積算流量をそれぞれ計測する流量計測手段を備え、
前記流入許可手段は、前記流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可することを特徴とする請求項１記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項３】
前記水質管理手段は、前記冷却塔に補給される前記軟水及び前記硬水の補給時間を計時する計時手段を備え、
前記流入許可手段は、前記計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記流入許可手段により前記硬水の前記第１の補給路への流入が許可されたときは、前記軟水の前記冷却塔への供給を遮断して前記硬水のみを前記冷却塔に給水可能とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項５】
前記冷却塔の運転開始直後は、前記硬水が一定時間前記冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は前記軟水が前記冷却塔に供給され、その後は前記循環水の水質に応じて前記硬水と前記軟水とが交互に前記冷却塔に補給可能とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項６】
塩素系水溶液が、前記循環水に注入されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項７】
前記硬水は原水であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項１】
冷却塔に給水される補給水の水質を調整する冷却塔補給水の水質調整装置であって、
硬度成分を含有した硬水を軟水化して軟水を生成する軟水器と、該軟水器と前記冷却塔とを接続する第１の補給路と、前記軟水器をバイパスして前記第１の補給路に接続される硬水が通過する第２の補給路と、前記第２の補給路から前記第１の補給路への前記硬水の流入を制御する制御手段と、前記冷却塔と被冷却装置とを循環する循環水の水質管理を行う水質管理手段とを備え、
前記制御手段は、前記水質管理手段によって管理される前記循環水の水質状態に応じて前記硬水の前記第１の補給路への流入を許可する流入許可手段を有していることを特徴とする冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項２】
前記水質管理手段は、前記第１の補給路を通過する前記軟水及び前記硬水の積算流量をそれぞれ計測する流量計測手段を備え、
前記流入許可手段は、前記流量計測手段により前記軟水の積算流量が所定値を計測したときは、前記第１の補給路への前記硬水の所定積算流量の流入を許可することを特徴とする請求項１記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項３】
前記水質管理手段は、前記冷却塔に補給される前記軟水及び前記硬水の補給時間を計時する計時手段を備え、
前記流入許可手段は、前記計時手段により前記軟水の前記冷却塔への積算補給時間が第１の所定時間を計時したときは、前記冷却塔への硬水の積算補給時間が第２の所定時間に達するまで前記第１の補給路への前記硬水の流入を許可することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記流入許可手段により前記硬水の前記第１の補給路への流入が許可されたときは、前記軟水の前記冷却塔への供給を遮断して前記硬水のみを前記冷却塔に給水可能とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項５】
前記冷却塔の運転開始直後は、前記硬水が一定時間前記冷却塔に補給されると共に、前記一定時間経過後は前記軟水が前記冷却塔に供給され、その後は前記循環水の水質に応じて前記硬水と前記軟水とが交互に前記冷却塔に補給可能とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項６】
塩素系水溶液が、前記循環水に注入されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【請求項７】
前記硬水は原水であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷却塔補給水の水質調整装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４１８４４（Ｐ２００９−４１８４４Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０７５５５（Ｐ２００７−２０７５５５）
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【出願人】（０００１７５２７２）三浦工業株式会社 (1,055)
【出願人】（５０４１４３５２２）株式会社三浦プロテック (488)
【Ｆターム（参考）】
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