説明

冷却水の省エネ式濃縮管理装置

【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。

【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

【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。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate