本発明は、開放循環冷却水系の薬注制御� ��法及び装置に関する。

 産業用・空調用等の開放循環冷却水系で� ��、冷凍機等の熱交換器で熱交換により温度� ��上昇した水を冷却塔で蒸発させ、蒸発潜熱� ��放出によって冷却して循環使用する。

 開放循環冷却水系は、水を循環利用して� ��るため、蒸発による水の濃縮が生じ、腐食� ��害・スケール障害・スライム障害が発生し� ��すい。これらの障害を防止するために、開� ��循環冷却水系の冷却水には、種々の水処理� ��剤(以下、薬剤)が添加されている。このよ� �な薬剤の例としては、腐食防止を目的とし� �各種リン酸塩、スケール防止を目的とした� �種水溶性ポリマー、スライム付着防止を目� �とした各種殺菌剤を挙げることができる。

 これらの薬剤は、常時一定濃度以上を維� ��しなければ十分な効果を発揮しない。一方� ��過剰注入は経済的に無駄であると共に、弊� ��をもたらすこともある。従って、薬剤を使� ��する場合は、使用目的が最も効果的かつ経� ��的に達成されるように、冷却水中の薬剤濃� ��を管理することが望ましい。

 特開平11-211386には、水処理薬剤の合計添加� ��を薬注装置の流量計計測値から求め、冷却� ��の濃縮倍数を補給水の電気伝導度と循環冷� ��水の電気伝導度から求め、冷却水の蒸発水� ��を冷凍機の冷凍能力、冷凍機の運転負荷お� ��び運転時間から求め、補給水量を上記濃縮� ��数と上記蒸発水量とから求め、これらの値� ��ら冷却水中の水処理薬剤濃度を演算し、維� ��管理目標濃度範囲内となるように水処理薬� ��の注入量を制御することが記載されている� ��

特開平11-211386

 冷凍機などの負荷は季節によって変動す� ��ため、上記特開平11-211386の薬注制御方法で� ��季節ごとに冷凍機の負荷設定値を変更する� ��要があり、手間がかかる。

 本発明は、薬注量制御を容易に行うこと� ��できる冷却水系の薬注制御方法及び装置を� ��供することを目的とする。

 第1態様の冷却水系の薬注制御方法は、熱 交換器と冷却塔との間で循環している冷却水 に水処理薬剤を注入する開放循環冷却水系の 薬注制御方法において、循環往水と循環戻水 との温度差から冷却塔の負荷を求め、この冷 却塔の負荷に基づいて薬注量を制御すること を特徴とするものである。

 第2態様の冷却水系の薬注制御方法は、第 1態様において、循環水量と前記温度差と濃� �倍数とからブロー水量及び飛散損失量の合� �量を求め、このブロー水量及び飛散損失量� �合計量と設定薬品濃度とから薬注量を演算� �ることを特徴とするものである。

 第3態様の冷却水系の薬注制御方法は、第 2態様において、冷却水及び補給水の導電率� �ら濃縮倍数を求めることを特徴とするもの� �ある。

 第4態様の冷却水系の薬注制御装置は、熱 交換器に冷却水を循環供給する手段と、この 冷却水を冷却する冷却塔と、循環冷却水に水 処理薬剤を注入する薬注装置とを備えた開放 循環冷却水系の薬注制御装置において、循環 往水と循環戻水との温度差から冷却塔の負荷 を演算する手段と、この冷却塔の負荷に基づ いた薬注量にて該薬注装置を作動させる薬注 制御手段とを備えたことを特徴とするもので ある。

 本発明では、冷却塔の負荷を循環往水と� ��環戻水の温度差から求め、この冷却塔負荷� ��基づいて薬注量を制御するので、季節に応� ��て定数を設定する必要がなく、制御が容易� ��ある。

 冷却塔では、冷却水が蒸発する際の潜熱� ��より冷却水の水温が低下する。従って、冷� ��塔に加えられる負荷が大きいほど、冷却塔� ��らの蒸発水量が多くなり、これに伴ってブ� ��ー水量も多くなる。この冷却塔の負荷は、� ��却塔に戻ってくる循環戻水の温度と、冷却� ��から出ていく循環往水の温度との温度差及� ��循環水量から求めることができる。従って� ��冷却塔戻水と往水との温度差及び循環水量� ��ら冷却負荷を測定し、この負荷からブロー� ��量を算出し、このブロー水量を基に必要な� ��注量を求めることができる。

 冷却塔からは、飛散によっても冷却水が� ��われる。冷却水系の塩類バランスを考慮す� ��と、飛散損失量とブロー水量との合計量と� ��蒸発水量及び濃縮倍数とを勘案することに� ��り、飛散損失量とブロー水量との合計量を� ��環水量と前記温度差と濃縮倍数から求める� ��とができる。濃縮倍数については、補給水� ��び冷却水の導電率等から求められる。そし� ��、この飛散損失量とブロー水量との合計量� ��設定薬品濃度とから、最適な薬注量を求め� ��ことができる。

 第1図は本発明の実施の形態に係る冷却水 系の薬注制御方法及び装置が適用された冷却 塔設備のフローを示したものである。冷却塔 1の散水装置2からは冷凍機12で昇温した冷却� �(循環戻水)が散水され、ファン5の駆動によ� �取入れ外気と気液接触して冷却され、ピッ� �すなわち下部水槽4に溜まる。下部水槽4内の 冷却水は循環ポンプ10、循環往管11及び循環� �管13によって冷凍機12に循環される。

 冷却塔1における蒸発量及び飛沫の飛散損 失量W並びにブローライン7のブロー弁8からの ブロー水量Bに見合う量の新たな水を補給水� �路9から補給する。なお、どのように蒸発量� ��飛沫の飛散損失量が変動し、またブローが� ��宜行われたとしても、冷却塔の下部水槽4の 水面を一定とするように補給水が供給され、 冷却水系の水量はほぼ一定に保持される。こ の水面制御はボールタップ弁等を用いて自動 的に行われる。なお、ブローは冷却水系の水 質が劣化した際に適宜行われる。

 冷却水による配管や機器類の防食その他� ��目的で、冷却塔1に戻る冷却水の循環戻管13� ��設けられた薬注装置14によって水処理薬剤� �薬注される。ただし、この薬注位置はこれ� �限定されない。

 次に、本発明の薬注制御方法について説� ��する。

 一般に、開放循環冷却水系の蒸発量は対象� ��なる冷却塔の負荷に比例する。
 冷却塔での蒸発水量及び飛散水量と開放循� ��冷却水系の濃縮倍数とから補給水量を求め� ��。冷却水中の薬剤濃度は、薬剤の注入量、� ��却塔の負荷及び冷却水の濃縮倍数から演算� ��きる。

 一般に、開放循環冷却水系の薬剤濃度Cは、 次の(1)式より求めることができる。
   薬剤濃度  C=(G/M)・N       …(1)
   ここで前記の通り、C:薬剤濃度(g/m ³ )
            G:薬剤注入量(g/Hr)
            N:濃縮倍数(-)
            M:補給水量(m ³ /Hr)である。

 この補給水量Mは、次の(2)式で表わすことが できる。
         M=E+B+W         …(2)
   ここでE:蒸発量(m ³ /Hr)
      B:ブロー水量(m ³ /Hr)
      W:飛散損失量(m ³ /Hr)である。

 さらに、このブロー水量Bと飛散損失量Wと� �和B+Wは、次の(3)式で表わすことができる。
   ブロー水量  B+W=E/(N-1)    …(3)

 (3)式を求めた根拠は次の通りである。すな� ��ち、冷却水の濃縮倍数Nは、冷却水中での塩 類濃度が補給水に比較して何倍になっている かを示す指標であり、次の(4)式で定義される 。
   N=C _R /C _M                 …(4)
     C _R :冷却水中の塩類濃度(mg/m ³ )
     C _M :補給水中の塩類濃度(mg/m ³ )

 冷却水系の塩類量バランスを考慮すると、� ��却水系が定常状態で運転されている場合に� ��、補給水として流入してくる溶存塩類量と� ��ロー水および飛散水に含まれている溶存塩� ��は等しくなるため、濃縮倍率は以下の式(5)� ��表される。
   C _M ・M=C _R (B+W)           …(5)

 (4),(5)式より
   N=M/(B+W)
    =(E+B+W)/(B+W)       …(6)

 この(6)式を変形することにより、上記(3)� ��が得られる。

 一般に、水中の塩類濃度と導電率は比例関� ��にあるので、補給水及び冷却水の導電率を� ��定することにより、冷却水系の濃縮倍数は� ��の(7)式で求めることができる。
   N=μS _R /μS _M              …(7)
     μS _R :冷却水中の導電率(μS/cm)
     μS _M :補給水中の導電率(μS/cm)

 導電率の測定は簡単かつ迅速に行え、か� ��、導電率センサーの測定値は電気信号とし� ��処理することができるので、導電率の測定� ��ら対象冷却水系の濃縮倍数Nを容易に決定す ることができる。補給水の水質変動が小さい 場合には、既知の導電率の値を使用し、補給 水の導電率の測定を省略することもできる。

 上記のブロー水量Bと蒸発水量Wとの合計量B+ Wは次式(8)で表すことができる。
   B+W=R・δT/[580・(N-1)]  …(8)
 ただし、R:循環水量(m ³ /hr)
    δT:循環戻水の温度T ₂ (℃)と循環往水の温度T ₁ (℃)との差(δT=T ₂ -T ₁ )

 この(8)式を求めた根拠は次の通りである。
 一般に、冷却塔における蒸発潜熱による放� ��と、冷却水が冷凍機から受け取る熱量とは� ��しい。蒸発潜熱は、蒸発水量E(m ³ /hr)と蒸発潜熱H _L との積であり、冷却水が冷凍機から受け取る 熱量は、循環戻水と循環往水との温度差δT(� �)と循環水量(m ³ /hr)と水の定圧比熱C _p との積であるから、次式(9)が成り立つ。
   E・H _L =R・δT・C _p           …(9)

 これを変形することにより、蒸発水量Eは、 次式(10)で表わされることになる。
   E=R・δT・C _p /H _L           …(10)
    C _p :水の定圧比熱(kcal kg ^-1 ℃ ^-1 )
    H _L :水の蒸発潜熱(kcal kg ^-1 )

 水温40℃のときのC _p =0.998kcal kg ^-1 ℃ ^-1 、H _L =578kcal kg ^-1 とすると
   E=RδT/580(m ³ /hr)     …(11)
となる。

 この(11)式を前記(3)式に代入することにより 、(8)式が得られる。
   B+W=R・δT/[580・(N-1)]  …(8)

 この(8)式中の濃縮倍数Nはすでに述べたよ うに補給水および冷却水の導電率から求めら れるが、塩化物イオン濃度、カリウムイオン 濃度、マグネシウムイオン濃度などからも計 算できる。例えば、冷却水の塩化物イオン濃 度の値を補給水の塩化物イオン濃度の値で除 することで求めることができる。循環水量R� �ポンプ10の吐出量から求まるが、流量計によ り測定してもよい。また、ポンプをインバー ター抑制し、循環水量Rを増減させている場� �には、インバーター信号に基づき循環水量R� ��求めてもよい。これらをδT測定値とともに( 8)式に代入することにより、蒸発及び飛散水� ��B+Wが求まる。

 薬注量すなわち系内に注入すべき薬品量A (g/Hr)は、(設定薬品濃度)・(ブロー水量+飛散� �量)すなわち(設定薬品濃度)・(B+W)であるから 、(8)式から算出されるB+Wの値から薬注量Aが� �算される。すなわち、薬注量A=[設定薬品濃� �]・R・δT/[580・(N-1)]である。

 この薬注量となるように薬注装置14の制御� �行うことにより、冷却水系中の薬剤濃度を� �標値とすることができる。薬注量を制御す� �には、薬注時間の制御、吐出量の制御、ポ� �プ稼働台数の制御などがあるが、一台のポ� �プで薬注時間を制御する方法(タイマー薬注) が最も簡便である。なお、制御装置は、上記 の水温T ₁ ,T ₂ 、補給水及び冷却水の電気伝導度、ポンプ10� ��作動信号が入力され、上記演算を行い、薬� ��装置14に制御信号を出力するよう構成され� �いる。

 なお、上記の温度T ₁ ,T ₂ を測定する場合の注意事項は次の通りである 。

 循環水は配管の温度に影響を受けるため� ��配管長が長い現場、配管温度が下がりやす� ��冬季などは冷却対象近傍と冷却塔近傍で循� ��水の温度が異なる。このため、測温の際は� ��却塔近傍で測定することが好ましい。還り� ��環水の測温場所として、散水板・冷却塔近� ��の還配管・充填材上部などが挙げられる。� ��き循環水の測温場所としてピット内吸い込� ��口近傍、冷却塔近傍の往配管などが挙げら� ��る。充填材下部などは場所によって温度の� ��が大きいために全体のδTを求めるための測� ��場所としては不適切である。

 循環往水の温度は冷却塔内の滞留時間の� ��めに、その変動には時間的な遅れが見られ� ��。冷却塔戻水の水温が急に下がった場合、� ��却塔往水の水温は急激には下がらず、冷却� ��のδTが見かけ上負になることもあり、短時� ��の測定では冷却塔の負荷を正確に把握する� ��とができない。そのため、0.5~10hr程度の平� �温度差をとり、これをもとに薬注量を設定� �る方法が好ましい。