密閉式冷却塔の設計と設置

閉回路冷却塔（閉ループ冷却塔とも呼ばれる）は、産業用放熱システムにおいて重要な役割を果たします。 開放回路冷却塔とは異なり、プロセス流体の閉ループを備えているため、汚染を効果的に防止し、関連機器の安定した動作を保証します。

閉回路冷却塔の基本的な設計原理は、プロセス流体（閉コイル内を循環する）と周囲の空気との間で効率的な熱交換を実現することです。 プロセス流体からの熱はコイル表面に伝達され、その後、強制通風とコイル表面での水分蒸発の複合作用により大気中に放散されます。 設計プロセスでは、アプリケーションシナリオの特性とプロセス流体の要件を十分に考慮しながら、熱交換効率、エネルギー消費、および動作安定性のバランスをとる必要があります。

コア設計の考慮事項

2.1 熱交換容量の決定熱交換能力は閉回路冷却塔の主な指標であり、システムの熱負荷、プロセス流体の入口と出口の温度、および周囲温度条件に基づいて決定されます。 熱負荷の計算式は次のとおりです：\( Q = c \回 m \回 \デルタ T \)、ここで、\( Q \) は熱負荷（キロワット）、\( c \) はプロセス流体の比熱容量（キロジュール/(kg·℃)）、\( m \) はプロセス流体の質量流量（kg/s）、\( \デルタ T \) はプロセス流体の入口と出口の温度差（℃）です。 実際の設計では、熱負荷の変動や周囲条件の変化に対応するために、一定の余裕（通常 10% ～ 20%）を確保する必要があります。

2.2 コイル材料と構造の選択コイルは熱交換の中心部品であり、その材質と構造は熱交換効率と耐用年数に直接影響します。 一般的なコイル材料には、炭素鋼、ステンレス鋼 (304、316L)、銅などがあります。 炭素鋼は、非腐食性プロセス流体や低コストのプロジェクトに適しています。 ステンレス鋼は耐食性に優れており、化学産業や製薬産業などの過酷な環境で広く使用されています。 銅は熱伝導率が高く、高い熱交換効率が求められるシナリオに適しています。 構造的には、熱交換面積を増やすためにフィン付きコイルが採用されることが多いです。 フィンの種類（長方形フィン、波形フィンなど）とフィンの密度は、空気の流量と汚れの危険性に応じて選択する必要があります。 たとえば、ほこりの多い環境では、目詰まりを防ぐために、フィンの密度を低く選択する必要があります。

2.3 空気分配システムの設計空気分配システムは、ファン、空気取り入れ口、空気ダクトで構成され、蒸発と熱放散を促進するのに十分な空気の流れを提供する役割を果たします。 ファンのタイプ (軸流または遠心) は、システムの圧力要件と騒音制約に基づいて選択する必要があります。 軸流ファンは、空気量が多く消費電力が低いため、閉回路冷却塔でよく使用されます。 ファン速度は可変周波数として設計でき、実際の熱負荷に応じて風量を調整し、省エネ運転を実現します。 空気入口は、熱交換効率を低下させる可能性のある局所的なデッドゾーンを回避し、コイル表面全体に均一な空気分布を確保するために適切に配置する必要があります。 さらに、空気取り入れ口にエアフィルターを設置して、タワー本体に埃やゴミが入るのを防ぐこともできます。

2.4 水噴霧システムの設計水噴霧システムは、循環水をコイル表面に噴霧し、薄い水膜を形成して蒸発による熱交換を促進するために使用されます。 主要な設計パラメータには、散水密度、ノズルの種類、水分配の均一性などがあります。 散水密度は一般的に0.8～1.2 m³/(m²·h)に制御されます。 水がコイル表面全体に均一に分散されるように、ノズルは優れた霧化性能を備えている必要があります。 一般的なノズルの種類には、圧力ノズルと遠心ノズルがあります。 圧力ノズルは高圧給水システムに適しており、遠心ノズルは詰まり防止性能に優れています。 さらに、システムには集水タンクと循環ポンプが必要です。 集水タンクの容量は、貯水と循環のニーズを満たすのに十分なものでなければならず、循環ポンプは水流量と揚程要件に基づいて選択する必要があります。

2.5 腐食およびスケール防止に関する考慮事項 閉回路式冷却塔では、水の蒸発とプロセス流体の腐食性により、腐食とスケール付着が一般的な問題となります。設計においては、適切な予防措置を講じる必要があります。例えば、塔本体とコイルの内面に防錆コーティングを施すことができます。また、循環水には、軟化剤や消毒剤などの水処理装置を設置して水の硬度や微生物含有量を制御し、スケール付着や生物学的汚染を軽減することができます。さらに、コイルやその他の部品の定期的な清掃とメンテナンスを容易にするために、メンテナンスアクセスを設計に含める必要があります。