クロスフローオープンループ冷却塔の適切なサイズを選択するにはどうすればよいですか?

ちょっと、そこ！クロスフローオープンループ冷却塔のサプライヤーとして、私はこれらの冷却塔に適切なサイズを選択する方法についてよく質問を受けます。サイズを適切に設定することは、冷却システムの効率と有効性に大きな影響を与える可能性があるため、これは重要な決定です。それでは、この重要な選択をする際に考慮する必要がある重要な要素について詳しく見ていきましょう。

基本を理解する

まず、クロスフローオープンループ冷却塔とは何かを簡単に説明します。クロスフロー設計では、空気は落下する水の方向を横切って水平に流れます。開ループとは、冷却される水が大気と直接接触することを意味します。このタイプの冷却塔は、発電、製造、HVAC システムなどのさまざまな業界で広く使用されています。

熱負荷の計算

冷却塔のサイズを決定する最も基本的な要素は熱負荷です。熱負荷は、冷却塔がシステムから除去する必要がある熱の量です。熱負荷は次の式を使用して計算できます。

[Q = m \times C_p \times \Delta T]

どこ：

• (Q) は熱負荷 (BTU/hr または kW) です。
• (m) は水の質量流量です (単位: lb/hr または kg/s)
• (C_p) は水の比熱容量です (1 BTU/lb°F または 4.18 kJ/kg°C)
• (\Delta T) は入口と出口の水の温度差です (°F または °C)

たとえば、水の流量が 1000 ポンド/時、比熱容量が 1 BTU/ポンド°F、温度差が 10°F である場合、熱負荷は次のようになります。

[Q = 1000 \text{ lb/hr} \times 1 \text{ BTU/lb°F} \times 10°F = 10,000 \text{ BTU/hr}]

熱負荷を計算したら、それを使用して適切な容量の冷却塔を選択できます。ほとんどの冷却塔メーカーは、熱負荷、水の流量、冷却塔のサイズの関係を示す性能曲線を提供しています。

水流量

水の流量も考慮すべき重要な要素です。単位時間当たりに冷却塔を通過する水の量を指します。水の流量は、冷却塔の熱を伝達し、必要な温度を維持する能力に影響します。

必要な水流量を決定するには、熱負荷と温度差を知る必要があります。上記と同じ式を使用できますが、(m) を解くためにそれを再配置します。

[m = \frac{Q}{C_p \times \Delta T}]

たとえば、熱負荷が 10,000 BTU/hr、比熱容量が 1 BTU/lb°F、温度差が 10°F である場合、必要な水流量は次のようになります。

[m = \frac{10,000 \text{ BTU/hr}}{1 \text{ BTU/lb°F} \times 10°F} = 1000 \text{ lb/hr}]

水の流量は冷却塔の推奨範囲内である必要があることに注意することが重要です。流量が多すぎると、水が適切に冷却されるのに十分な時間がない可能性があり、流量が低すぎると、冷却塔が熱負荷に対処できない可能性があります。

アプローチと範囲

アプローチと範囲は、冷却塔のパフォーマンスを表す 2 つの重要なパラメーターです。出口水温と空気の湿球温度の差を利用してアプローチします。範囲は、入口水温と出口水温の差です。

アプローチが低いほど、水が湿球温度に近く冷却されていることを意味するため、冷却性能が優れていることを示します。範囲が高いほど、冷却塔が水からより多くの熱を除去していることを意味します。

冷却塔を選択するときは、アプリケーションに必要なアプローチと範囲を考慮する必要があります。ほとんどの産業用途では、5°F ～ 10°F のアプローチと 10°F ～ 20°F の範囲が必要です。

周囲条件

空気の温度や湿度などの周囲条件も冷却塔の性能に影響を与える可能性があります。一般に、冷却塔はより低温で乾燥した条件下でより優れたパフォーマンスを発揮します。

冷却塔を選択するときは、システムが経験する最悪の周囲条件を考慮する必要があります。空気の湿球温度は、空気の温度と湿度の両方を考慮するため、基準点として使用できます。

ほとんどの冷却塔メーカーは、熱負荷、水流量、アプローチ、範囲、周囲条件の関係を示す性能曲線を提供しています。これらの曲線を使用して、特定の条件下で適切に機能する冷却塔を選択できます。

タワーの種類と構成

利用可能なクロスフローオープンループ冷却塔にはさまざまなタイプと構成があり、それぞれに独自の長所と短所があります。一般的なタイプには次のようなものがあります。

• 開回路蒸発冷却塔: このタイプの冷却塔は、蒸発を利用して水から熱を除去します。最も一般的なタイプの冷却塔であり、幅広い用途に適しています。
• クロスフロースチール製オープン冷却塔: このタイプの冷却塔はスチール製で、過酷な用途向けに設計されています。他のタイプの冷却塔よりも耐久性と耐腐食性に優れています。
• クロスフロー開放型冷却塔: このタイプの冷却塔はオープンな設計になっており、アクセスとメンテナンスが容易です。スペースが限られている用途に適しています。

冷却塔を選択するときは、熱負荷、水の流量、周囲条件、利用可能なスペースなど、アプリケーションの特定の要件を考慮する必要があります。冷却塔のコスト、信頼性、メンテナンス要件も考慮する必要があります。

保守と運用

最後に、冷却塔のメンテナンスと運用の要件を考慮する必要があります。適切にメンテナンスされた冷却塔は、メンテナンスが不十分な冷却塔よりもパフォーマンスが向上し、寿命が長くなります。

冷却塔の一般的なメンテナンス作業には次のようなものがあります。

• 充填材の目詰まりを防ぐための定期的な洗浄
• ファンやモーターの点検・整備
• 腐食やスケールを防止するために水の化学的性質を監視および調整する
• 水位と流量の確認
• タワー構造に損傷の兆候がないか検査する

冷却塔を選択するときは、メンテナンスの容易さと交換部品の入手可能性を考慮する必要があります。また、スタッフが冷却塔を適切に操作および保守するための訓練を受けていることを確認する必要もあります。

結論

クロスフローオープンループ冷却塔の適切なサイズを選択することは、熱負荷、水流量、アプローチ、範囲、周囲条件、塔のタイプと構成、メンテナンスと運用の要件など、いくつかの要素を慎重に考慮する必要がある重要な決定です。

このブログ投稿で概説されているガイドラインに従うことで、アプリケーションのニーズを満たし、システムに信頼性が高く効率的な冷却を提供する冷却塔を選択することができます。

冷却塔の選択に関してご質問がある場合、またはさらにサポートが必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様の冷却ニーズに合わせた適切な選択をお手伝いいたします。

参考文献

• 冷却塔研究所。 （2023年）。冷却塔ハンドブック。
• アシュラエ。 （2023年）。基本のハンドブック。