冷却塔は、原子力発電所や食品加工工場など、多くの建物や産業にとって、最適な温度で効果的に機能するために不可欠です。時が経つにつれ、多くの種類とデザインの冷却塔が導入され、短期間で最大限のパフォーマンスを発揮する最新の機能が搭載されるようになりました。
この詳細なブログ投稿では、冷却塔の仕組み、最適な冷却塔の種類、必須コンポーネントと動作方法、冷却塔の動作能力に影響を与える要因について説明します。詳細を理解するには、最後までお付き合いください。
始めましょう！
冷却塔はどのように機能しますか？
機械通風冷却塔、自然通風冷却塔、強制通風塔、誘引通風冷却塔、現場設置塔、クロスフロー、カウンターフローなど、使用される材料、空気と水の流れの方向、構造に基づいて、多くの冷却塔の種類があります。
ここでは、従来の大型冷却塔がどのように機能するかを段階的に説明します。
温水の取水
冷却塔の作業は、産業プロセスまたは産業機器から工業用冷却用の温水を引き出すことから始まります。余分な熱と潜熱を持つこの温水は、水配管システムとスプレーノズルの助けを借りて冷却塔に送られ、上部全体に均等に分配されます。
この温水分配システムは、充填媒体上に水を効果的に滑らかに広げ、空気と水の接触を最大限にします。 これは、塔を冷却するための最初の最も重要なステップです。このステップで必要な熱交換がなければ、出力は最小限になります。 このステップを効果的に実行することで、冷却塔は大量の水を素早く冷却し、スムーズに動作させることができます。
水噴霧による熱伝達
充填媒体上に温水をうまく分配した後は、温水と冷気の間の熱交換を行います。 冷却塔の充填物は通常、水の表面積を増やして温水からの熱損失を最大限に促進する PVC、プラスチック、または木材で作られています。
水がスプレーノズルから小さな水滴となって落ちると、冷却塔内を移動する空気によって水からの余分な熱が奪われます。 水が循環空気と相互作用すると、蒸発も起こるポイントです。蒸発冷却は、熱伝達、温水の冷却、熱の吸収に必要です。
気流
熱交換器の後は、気流と換気プロセスについて説明します。冷却塔ファンまたは自然通風により、塔の底部または側面から空気が冷却塔に押し込まれます。空気が充填物を横切ったり上方に移動すると、温水から余分な熱が取り除かれ、冷却された水に移されます。暖かく湿った空気は（軽量のため）上方に移動し、冷却塔から排出されます。
冷却と蒸発
冷却塔は蒸発冷却の原理で動作します。温水と空気の相互作用中に蒸発が発生し、水は放出可能な蒸気に変化して塔から排出されます。これらの水蒸気は大量の熱を吸収し、残りの水を冷却します。この冷却された水は、その後、産業プロセスに押し込まれます。
再循環
冷却された水を集める装置は、冷却塔の底部の冷却塔盆地にあり、一次システムに再循環されます。このサイクルは、工業プロセスが理想的な環境と温度で動作するように繰り返し行われます。
クロスフロー冷却塔の仕組み
クロスフロー冷却塔システムの仕組みも、上で説明したものと同じです。主な違いは、水が充填媒体によって垂直に移動し、空気が落下する水流を横切って水平に流れることです。水と空気が交差するため、クロスフロー冷却塔になります。
空気は交差流特性のため、伝送システムを通過する必要がありません。そのため、重力または廃棄容器によって充填媒体上に温水が連続的に流れます。クロスフロー冷却塔の標準的なパターンは廃棄容器です。
これとは別に、他の動作原理は冷却塔タイプと同じです。サイズが大きく、冷却塔コンポーネントのメンテナンスとアクセスが容易で、水平気流のため騒音レベルも低くなります。
向流冷却塔システムの仕組み
向流冷却塔では、充填媒体内の水流により、気流は通常垂直上向きになります。一方、水は下向きに流れます。ファンは通常、空気を上向きに引き上げるために上部に配置されます。向流冷却塔では空気が垂直に流れるため、基本的な操作を継続するためにコンテナの重力は必要ありません。
コンテナの重力の代わりに、加圧スプレー技術または空調コンデンサーを使用して、充填媒体に水滴を拡散させます。これらはクロスフロー冷却塔に比べて比較的小さく、複雑な設計のため、コンポーネントの保守やアクセスが困難です。
誘引通風冷却塔の仕組み
誘引通風冷却塔システムでは、冷却塔の上部にファンが配置され、冷却塔システムに空気を引き上げて強い上昇気流を作り出します。冷却塔ファンは熱く湿った空気を誘導し、塔から引き出されます。
通風式冷却塔または通風式冷却塔は、排出空気量が高く、流入空気量が低いため、循環の可能性が最小限に抑えられ、放出された空気が吸気口に戻ります。
最終的に、冷水は冷却塔の底部の冷水盆に集まり、再び中央システムに戻って循環し、再利用されます。 これらの小さな違いを除けば、残りの機能は従来の冷却システムと同じです。 強制通風式および自然通風式冷却塔も、小さな変更を除いて同じ原理で動作します。
冷却塔の主要部品とその役割
効率的で機能的な冷却塔システムには、発電所または蒸発式冷却塔の全体的な動作プロセスに関与するいくつかの構造的、電気的、および機械的コンポーネントと部品があります。 ここでは、最も重要な冷却塔コンポーネントとその役割について説明します。
ドリフトエリミネーター：ドリフトによる水分損失を減らし、水滴が空気中に逃げるのを防ぎます。 節水に対応し、過度の水分損失を防ぎ、周囲の損傷や腐食を防ぎます。これらは充填媒体の隣に保管され、通常はポリ塩化ビニル (PVC) で作られています。
スプレー ノズル: スプレー ノズルは、充填媒体に薄いシートとして小さな水滴を散布するなど、均一で均一な水の分配に使用されます。熱交換プロセスを実行するため、冷却塔の重要なコンポーネントです。スプレー ノズルは、PVC や ABS などのさまざまな材料で作ることができます。
冷却塔ファン モーター: ファン モーターは、冷却塔の究極の原動力と呼ぶ方が適切です。主に、鋭いファン ブレードを回転させて冷却塔の外側に空気を引き込み、空気の流れを作り出すために使用されます。冷却塔ファンは強制循環システムで使用され、フィルターから冷たい空気を引き寄せて上方に動かします。一部の冷却塔では、ギアボックスの代わりにベルトまたはプーリーを使用して空気の流れを作り出します。速度は調整可能です。
ケーシング: 外側の保護シェルは、冷却塔のすべての重要な部品とコンポーネントを保持して保護します。その主な目的は、内部の動作コンポーネントと繊細なコンポーネントを過酷な環境とその影響から保護することです。
充填材: 空気と水の間の熱伝達を高めるため、これも冷却塔の重要なコンポーネントです。スプレー ノズルからの水が充填材の上に落ちると、均一に広がり、水と空気との接触が確保され、効果的な熱伝達が実現します。これにより、冷気が余分な熱と湿気をすべて蒸発によって運び去ることができます。充填材はウェット デッキとも呼ばれます。スプラッシュ充填とフィルム充填の 2 つの主な充填材タイプは、要件に応じて使用できます。
水分配システム: 水道管とスプレー ノズルのネットワークにより、充填材全体に小さな水滴が効果的に分配されます。
ルーバー: ルーバーは、冷却塔システムへのゴミ、ほこりの粒子、日光の侵入を制御するため、最も重要なコンポーネントの 1 つです。また、冷却塔の効率的な動作に不可欠な空気取り入れ口も制御します。
冷却塔の効率に影響を与える要因
発電所の効率的な稼働に不可欠なコンポーネントとその役割について十分に説明したところで、冷却塔の最大出力に影響を与える一般的な要因について説明します。冷却塔は、高温や低温、バクテリアなどの過酷な環境に常にさらされているため、時間の経過とともに効率が低下するのが一般的です。重大な問題を克服するには、最大かつタイムリーな出力を得るために、冷却塔システムの定期的なメンテナンスと修理を行うことをお勧めします。
冷却塔の稼働能力に直接影響を与える最も一般的な要因をいくつか紹介します。
空気流量: 熱交換に直接関与します。適切な空気の流れは、ポッパー冷却と、発電所からの不要な余分な熱の効果的な放出につながります。一方、冷却塔内に適切な空気流メカニズムがない場合、冷却が不十分になり、電力消費が増加します。過剰 (必要以上) で継続的な流れは、漂流による水損失が原因である可能性があります。空気流量を徹底的にチェックして、適度な値に保ちます。水流量: 空気流量と同様に、水流量も冷却システムが正常に機能し、水の消費量を削減するための重要な要素であり、不十分な水流量は熱交換率と産業用冷却に直接影響します。
水質: 水質が悪いと、すぐに塔内で腐食、スケール、または微生物の増殖を引き起こす可能性があります。ミネラルや生物学的不純物は充填媒体を詰まらせ、空気と水の接触面を減らし、最終的に冷却塔システムの冷却能力を低下させます。水質が悪いと、小さなスプレーノズルが損傷したり詰まったりすることもあります。その結果、水流に水が分配されなくなります。これらすべての問題を回避し、冷却効率を維持するには、使用前に硬度、pH (6.5-7.75)、および不純物を確認してください。水処理薬品は水の浄化に使用されます。
定期的なチェック: 火力発電所または冷却塔システムの定期的なチェックとメンテナンスは、最適なパフォーマンスのために不可欠です。エンジンの異音、目に見える漏れ、エネルギー消費の増加、その他の要因などの小さなトリガーサインを無視すると、金銭や機械に大きな損失が生じる可能性があります。冷却塔の最大限の動作と蒸発冷却には、毎週、毎月、四半期ごとにチェックとメンテナンスを行う必要があります。
充填媒体の材料とその状態：充填媒体の材料とその状態には注意してください。充填媒体はタワーシステムの冷却プロセスに直接関与し、熱交換器として機能します。充填媒体に損傷、詰まり、不純物がある場合は、適切な冷却塔管理を行ってそれらを除去、交換、または修理し、さらなる損傷や無駄な熱を回避してください。
結論
蒸発冷却メカニズムを使用して、石油化学工場や食品加工工場などの産業や発電所から余分な熱を取り出すには、冷却塔が必要であると結論付けられます。さまざまな冷却塔タイプの段階的な動作プロセス、必須の冷却塔製品、および冷却塔の動作能力に影響を与える要因について説明しました。
冷却塔の種類とその動作システムに関する包括的な知識を得た後、熱吸収システムの不必要な遅延を避けるために、冷却塔を最適な状態に保つためのメンテナンスと予防措置についても知っておく必要があります。