JP2018176065A - 冷却水システム - Google Patents

Abstract

【課題】配管におけるスケールの生成及び配管の腐食を抑制できる冷却水システムを提供すること。
【解決手段】冷却水システムは、循環ユニットと、第１補給ユニットと、第２補給ユニットと、を備える。循環ユニットは、冷却水を循環させる。第１補給ユニットは、雨水を含む第１補給水を前記冷却水に補給する。第２補給ユニットは、上水、地下水、河川水、湖水、ため池の水、及び湧水から成る群から選択される１以上を含む第２補給水を前記冷却水に補給する。冷却水システムは、例えば、前記冷却水、前記第１補給水、及び前記第２補給水から成る群から選択される１以上にスケール成分を供給するスケール成分供給ユニットをさらに備える。
【選択図】 図１

Description

本開示は冷却水システムに関する。

従来、冷却水を循環させる冷却水システムが知られている（特許文献１参照）。冷却水として、上水等が使用される。

特許第３１７２７２７号公報

上水にはスケール成分が含まれる。冷却水として上水を利用する過程で一部が蒸発し、スケール成分が濃縮すると、配管においてスケールが生成しやすいという問題がある。冷却水として雨水を使用することが考えられる。雨水に含まれるスケール成分は過度に少ないため、冷却水として雨水を使用すると配管が腐食しやすい。

本開示の一局面は、配管におけるスケールの生成及び配管の腐食を抑制できる冷却水システムを提供することを目的とする。

本開示の一局面は、冷却水を循環させる循環ユニットと、雨水を含む第１補給水を前記冷却水に補給する第１補給ユニットと、上水、地下水、河川水、湖水、ため池の水、及び湧水から成る群から選択される１以上を含む第２補給水を前記冷却水に補給する第２補給ユニットと、を備える冷却水システムである。

本開示の一局面である冷却水システムは、雨水を含む第１補給水と、第２補給水との両方を冷却水に補給することができる。そのため、第２補給水のみを冷却水に補給する場合に比べて、配管におけるスケールの生成を抑制できる。これは、第１補給水が含むスケール成分の量が、第２補給水に比べて少ないためである。

また、本開示の一局面である冷却水システムは、第１補給水のみを冷却水に補給する場合に比べて、配管の腐食を抑制できる。これは、第２補給水に含まれるスケール成分の量が、第１補給水に比べて多いためである。

冷却水システム１の全体構成を表す説明図である。 冷却水システム１の電気的構成を表すブロック図である。 制御部６７が実行する処理を表すフローチャートである。 別形態の冷却水システム１の全体構成を表す説明図である。

本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．冷却水システム１の全体構成
冷却水システム１の全体構成を図１に基づき説明する。図１に示すように、冷却水システム１は、冷却水タンク３と、配管５と、ポンプ７と、配管９と、ポンプ１１と、フロートスイッチ１３と、水温計１５と、を備える。

冷却水タンク３は冷却水を保持する。冷却水タンク３の容量は例えば６０００Ｌである。配管５は、冷却水タンク３から導出され、樹脂成形機１７内を通り、冷却水タンク３に戻る。ポンプ７は、配管５の途中に設けられている。冷却水タンク３内の冷却水は、ポンプ７の駆動力により、配管５内を流れ、冷却水タンク３に戻る。すなわち、冷却水は、冷却水タンク３及び配管５から成る系を循環する。配管５内を流れる冷却水は、樹脂成形機１７内を通るとき、樹脂成形機１７を冷却する。なお、冷却水タンク３、配管５、及びポンプ７は循環ユニットに対応する。

配管９は、冷却水タンク３から導出され、地中を通り、冷却水タンク３に戻る。ポンプ１１は、配管９の途中に設けられている。冷却水タンク３内の冷却水は、ポンプ１１の駆動力により、配管９内を流れ、冷却水タンク３に戻る。配管９内を流れる冷却水は、地中を通るとき、放熱する。配管９における冷却水の流量は、例えば、１５Ｌ／ｍｉｎである。

フロートスイッチ１３は、冷却水タンク３に保持された冷却水の水位を検出し、検出結果を後述する制御部６７に出力する。水温計１５は、冷却水タンク３に保持された冷却水の温度を検出し、検出結果を制御部６７に出力する。

冷却水システム１は、第１補給ユニット１９をさらに備える。第１補給ユニット１９は、雨水受け２１と、配管２３と、初期雨水排水装置２５と、配管２７と、雨水タンク２９と、配管３１と、電磁弁３３と、手動バルブ３４と、フロートスイッチ３５と、を備える。

雨水受け２１は、屋根３７から流れ落ちる雨水を受け止め、配管２３に送る。配管２３は、雨水を初期雨水排水装置２５に送る。初期雨水排水装置２５は、第１槽３９と、第２槽４１と、接続管４３と、を備える。接続管４３は、第１槽３９の下部と第２槽４１とを接続する配管である。第２槽４１の下部には、雨水を一定の流量で排出する排出管４５が設けられている。配管２３は第１槽３９に雨水を供給する。第１槽３９は、接続管４３により、雨水を第２槽４１に送る。また、第１槽３９は、第１槽３９における雨水の水位が所定高さ以上になると、オーバーフローした雨水を配管２７に送る。

初期雨水排水装置２５は、以下のように作用する。降雨の初期において、第１槽３９における雨水の水位は低いので、配管２３により第１槽３９に供給された水は、全て、接続管４３を介して第２槽４１に送られ、配管２７には送られない。その後、降雨が続き、第１槽３９及び第２槽４１における雨水の水位が上がり、第１槽３９における雨水の水位が所定高さ以上となると、第１槽３９は、オーバーフローした雨水を配管２７に送る。

上記の作用により、初期雨水排水装置２５は、降雨の初期に配管２３から供給される汚れの多い雨水は排水し、その後に配管２３から供給される汚れの少ない雨水を配管２７に送ることができる。

配管２７は、雨水を雨水タンク２９に供給する。雨水タンク２９は雨水を保持する。雨水タンク２９の容量は例えば６０００Ｌである。配管３１は、雨水タンク２９に保持された雨水を配管９に供給する。配管３１における雨水の流量は、例えば、０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。

電磁弁３３は配管３１を開閉する。電磁弁３３は制御部６７により制御される。手動バルブ３４は配管３１を開閉する。手動バルブ３４はユーザにより操作される。フロートスイッチ３５は、雨水タンク２９に保持された雨水の水位を検出し、検出結果を制御部６７に出力する。雨水は第１補給水に対応する。

冷却水システム１は、第２補給ユニット４７をさらに備える。第２補給ユニット４７は、配管４９と、電磁弁５１と、手動バルブ５３と、を備える。配管４９は、上水を冷却水タンク３に供給する。配管４９における上水の流量は、例えば、０．５〜１．０Ｌ／ｍｉｎである。配管４９は、電磁弁５１及び手動バルブ５３を備える部分では並列となっている。電磁弁５１は配管４９を開閉する。電磁弁５１は制御部６７により制御される。手動バルブ５３は配管４９を開閉する。手動バルブ５３はユーザにより操作される。上水は第２補給水に対応する。

冷却水システム１は、スケール成分供給ユニット５５、５７をさらに備える。スケール成分供給ユニット５５は、冷却水タンク３内の冷却水にスケール成分を供給する。スケール成分供給ユニット５７は、雨水タンク２９内の雨水にスケール成分を供給する。スケール成分とは、配管内にスケールを生じさせる原因となる物質である。スケール成分として、例えば、カルシウム塩、シリカ等が挙げられる。カルシウム塩として、例えば、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。スケール成分供給ユニット５５、５７は、制御部６７により制御される。

冷却水システム１は、スケール成分除去ユニット５９をさらに備える。スケール成分除去ユニット５９は、除去装置６１と、配管６３とを備える。配管６３は、冷却水タンク３から冷却水を取り出し、除去装置６１を経て、冷却水タンク３に戻す。除去装置６１は、配管６３により供給された冷却水からスケール成分を除去する。除去装置６１として、例えば、株式会社コガネイ製のＤＢスケールセパレーター等が挙げられる。このＤＢスケールセパレーターは、チタンプレートを電極として使用した絶縁破壊方式の電気分解反応により、炭酸カルシウム、イオン状シリカ等のスケール成分を除去する。チタンプレートは消耗品である。除去するスケール成分が多いほど、チタンプレートの消耗は著しくなる。

冷却水システム１は、指標取得ユニット６５をさらに備える。指標取得ユニット６５は、冷却水タンク３内の冷却水におけるスケール生成傾向を表す指標（以下ではスケール指標とする）を取得する。スケール指標として、例えば、安定度指数、ランジェリア指数、カルシウム濃度、シリカ濃度等が挙げられる。スケール指標が安定度指数である場合、指標取得ユニット６５として、例えば、特開平１０−３３２６７９号公報に記載された安定度指数自動測定装置等が挙げられる。スケール指数がランジェリア指数である場合、指標取得ユニット６５として、例えば、特許第３３８５７６７号公報に記載された測定及び演算装置等が挙げられる。

２．冷却水システム１の電気的構成
冷却水システム１の電気的構成を図２に基づき説明する。冷却水システム１は、制御部６７を備える。制御部６７は、ＣＰＵ６９と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ７１とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部６７の各種機能は、ＣＰＵ６９が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ７１が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部６７を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

制御部６７は、上述した、フロートスイッチ１３、３５、水温計１５、電磁弁３３、５１、スケール成分供給ユニット５５、５７、スケール成分除去ユニット５９、及び指標取得ユニット６５と接続している。

制御部６７は、フロートスイッチ１３と、水温計１５との検出結果に基づき、電磁弁５１を制御する。その制御の態様は以下のとおりである。水温計１５で検出した水温が３８℃以上の場合は、電磁弁５１を開とする。水温計１５で検出した水温が３５℃以下の場合は、電磁弁５１を閉とする。ただし、フロートスイッチ１３で検出した水位が所定の下限水位以下である場合は、水温によらず、電磁弁５１を開とする。

制御部６７は、フロートスイッチ３５の検出結果に基づき、電磁弁３３を制御する。その制御の態様は以下のとおりである。フロートスイッチ３５で検出した水位が所定の上限水位以上である場合、電磁弁３３を開とする。フロートスイッチ３５で検出した水位が所定の下限水位以下である場合、電磁弁３３を閉とする。下限水位は、上限水位より低い。

制御部６７は、指標取得ユニット６５の検出結果に基づき、スケール成分供給ユニット５５、５７、及びスケール成分除去ユニット５９を制御する。その制御の態様は後述する。

３．制御部６７が実行するスケール成分調整処理
制御部６７が実行するスケール成分調整処理を図３に基づき説明する。この処理は所定の周期で実行される。その周期は特に限定されず、例えば１日おき、１週間おき、一ヶ月おき等とすることができる。

ステップ１では、指標取得ユニット６５を用いて冷却水におけるスケール指標を取得する。
ステップ２では、メモリ７１から、過去に取得し、記憶しておいたスケール指標を読み出す。なお、過去のスケール指標は、後述するステップ７の処理を過去に実行したときに記憶したものである。

ステップ３では、前記ステップ１で取得したスケール指標と、前記ステップ２で読み出したスケール指標とが、１年以上連続して、予め設定された第１基準値よりもスケール生成傾向が小さい領域（以下では過小領域とする）にあるか否かを判断する。スケール指標が１年以上連続して過小領域にある場合はステップ４に進み、それ以外の場合はステップ５に進む。

スケール指標が安定度指数である場合、第１基準値を、例えば、７とすることができる。この場合、７を超える領域が、過小領域となる。
ステップ４では、スケール成分供給ユニット５５を用いて冷却水タンク３中の冷却水にスケール成分を供給するとともに、スケール成分供給ユニット５７を用いて雨水タンク２９中の雨水にスケール成分を供給する。スケール成分の供給量は固定値であってもよいし、前記ステップ１で取得したスケール指標に応じて算出される値であってもよい。例えば、前記ステップ１で取得したスケール指標と第１基準値との差が大きいほど、スケール成分の供給量を多くすることができる。

ステップ５では、前記ステップ１で取得したスケール指標と、前記ステップ２で読み出したスケール指標とが、１年以上連続して、予め設定された第２基準値よりもスケール生成傾向が大きい領域（以下では過大領域とする）にあるか否かを判断する。スケール指標が１年以上連続して過大領域にある場合はステップ６に進み、それ以外の場合はステップ７に進む。

スケール指標が安定度指数である場合、第２基準値を、例えば、６とすることができる。この場合、６未満の領域が、過大領域となる。
ステップ６では、スケール成分除去ユニット５９を用いて冷却水タンク３中の冷却水からスケール成分の少なくとも一部を除去する。スケール成分の除去量は固定値であってもよいし、前記ステップ１で取得したスケール指標に応じて算出される値であってもよい。例えば、前記ステップ１で取得したスケール指標と第２基準値との差が大きいほど、スケール成分の除去量を多くすることができる。

ステップ７では、前記ステップ１で取得したスケール指標を、それを取得した時刻と対応付けてメモリ７１に記憶する。なお、本ステップで記憶したスケール指標は、図３に示す処理を後に再度実行するとき、前記ステップ２で読み出される。

４．冷却水システム１が奏する効果
（１Ａ）冷却水システム１は、雨水と、上水との両方を冷却水に補給することができる。そのため、上水のみを冷却水に補給する場合に比べて、配管５、９、及び冷却水タンク３におけるスケールの生成を抑制できる。これは、雨水が含むスケール成分の量が、上水に比べて少ないためである。

また、冷却水システム１は、雨水のみを冷却水に補給する場合に比べて、配管５、９、及び冷却水タンク３の腐食を抑制できる。これは、上水に含まれるスケール成分の量が、雨水に比べて多いためである。

（１Ｂ）冷却水システム１は、スケール成分供給ユニット５５を用いて冷却水タンク３中の冷却水にスケール成分を供給することができる。また、冷却水システム１は、スケール成分供給ユニット５７を用いて雨水タンク２９中の雨水にスケール成分を供給することができる。そのため、配管５、９、及び冷却水タンク３の腐食を一層抑制できる。また、雨水タンク２９及び配管３１の腐食も抑制できる。

（１Ｃ）冷却水システム１は、冷却水におけるスケール指標を取得する指標取得ユニット６５をさらに備える。スケール成分供給ユニット５５、５７は、指標取得ユニット６５により取得したスケール指標が１年以上連続して過小領域にあることを条件として、スケール成分を供給する。そのため、冷却水におけるスケール指標を、腐食及びスケールが生じにくい好適な範囲に維持することができる。

（１Ｄ）冷却水システム１は、冷却水からスケール成分の少なくとも一部を除去するスケール成分除去ユニット５９をさらに備える。そのため、配管５、９、及び冷却水タンク３におけるスケールの生成を一層抑制できる。

（１Ｅ）スケール成分除去ユニット５９は、指標取得ユニット６５により取得したスケール指標が１年以上連続して過大領域にあることを条件として、スケール成分を除去する。そのため、冷却水におけるスケール指標を、腐食及びスケールが生じにくい好適な範囲に維持することができる。

（１Ｆ）冷却水システム１は、雨水を冷却水に補給するため、上水のみを冷却水に補給する場合と比べて、冷却水に含まれるスケール成分を低減できる。そのため、スケール成分除去ユニット５９の動作時間を低減できる。その結果、スケール成分除去ユニット５９における消耗品の交換頻度を低減できる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）図４に示すように、冷却水システム１は、スケール成分供給ユニット５５、５７を備えず、スケール成分含有物質７３を冷却水タンク３内の冷却水に浸漬してもよい。スケール成分含有物質７３として、例えば、カキ殻等が挙げられる。カキ殻は炭酸カルシウムを含有する。スケール成分含有物質７３から、スケール成分が徐々に冷却水に溶出する。スケール成分含有物質７３を冷却水タンク３内の冷却水に浸漬することにより、冷却水におけるスケール成分が過度に減少することを抑制できる。その結果、配管５、９、及び冷却水タンク３の腐食を抑制できる。

スケール成分含有物質７３を、雨水タンク２９内の雨水に浸漬してもよい。また、スケール成分含有物質７３を、冷却水タンク３内の冷却水と、雨水タンク２９内の雨水との両方にそれぞれ浸漬してもよい。

（２）冷却水システム１は、スケール成分供給ユニット５５、５７のうちの一方、又は両方を備えなくてもよい。
（３）冷却水システム１は、スケール成分除去ユニット５９を備えなくてもよい。

（４）冷却水システム１は、指標取得ユニット６５を備えなくてもよい。この場合、例えば、スケール成分供給ユニット５５、５７を使用するタイミングをユーザが決めることができる。あるいは、予め決められたプログラムにより、スケール成分供給ユニット５５、５７を使用してもよい。

また、冷却水システム１が指標取得ユニット６５を備えない場合、例えば、スケール成分除去ユニット５９を使用するタイミングをユーザが決めることができる。あるいは、予め決められたプログラムにより、スケール成分除去ユニット５９を使用してもよい。

（５）スケール成分除去ユニット５９は、配管４９内の上水からスケール成分を除去してもよい。
（６）雨水タンク２９に、雨水とともに、他の水を供給してもよい。そして、雨水と他の水とを混合した水を配管９に供給してもよい。

（７）第２補給ユニット４７は、上水以外の水を冷却水タンク３に補給してもよい。上水以外の水として、例えば、地下水、河川水、湖水、ため池の水、湧水等が挙げられる。
（８）冷却水システム１は、クーリングタワーにより冷却水を冷却してもよい。冷却水システム１は、クーリングタワーで蒸発した水の分だけ、雨水を冷却水に補充することができる。こうすることにより、冷却水においてスケール成分が濃縮することを抑制できる。また、冷却水が含むスケール成分は排出されないので、冷却水に雨水を補充しても、冷却水における腐食性を抑制できる。

（９）スケール成分供給ユニット５５、５７は、配管４９内の上水にスケール成分を供給してもよい。
（１０）冷却水システム１が冷却する対象は、樹脂成形機１７以外のものであってもよい。

（１１）冷却水システム１は、冷却水の状態を、第１の状態と、第１の状態よりもスケール成分が多い第２の状態との間で、交互に切り替えてもよい。第１の状態は、第２の状態よりも腐食性が高い状態である。第２の状態は、第１の状態よりもスケールが生成しやすい状態である。

こうすることにより、以下の効果が得られる。第２の状態のとき、配管内にスケール成分から成る防食被膜が形成される。次の第１の状態のとき、防食被膜により、配管の腐食が抑制される。第１の状態の終期において、防食被膜は除去される。

第１の状態及び第２の状態の１回当たりの期間は、例えば、数週間から数ヶ月とすることができる。冷却水システム１は、例えば、スケール指標に基づき、スケール成分を供給又は除去し、冷却水の状態を制御することができる。あるいは、事前に設定したタイミングで、スケール成分を供給又は除去し、冷却水の状態を制御することができる。

（１２）冷却水システム１は、除去装置６１により除去したスケール成分の少なくとも一部を、スケール成分供給ユニット５５、５７により供給してもよい。こうすることにより、新規に準備するスケール成分の量を抑制できる。

また、除去装置６１により除去したスケール成分、またはそれを含む液体を貯留するタンク（以下ではスケール成分貯留タンクとする）を備えていてもよい。そして、スケール成分貯留タンクと、雨水タンク２９とを配管で接続してもよい。スケール成分貯留タンクから、配管を介して、雨水タンク２９にスケール成分を供給できる。こうすることにより、新規に準備するスケール成分の量を抑制できる。上記の配管は常時開であってもよいし、バルブにより開閉されるものであってもよい。

また、前記（１１）に記載した第２の状態のとき、除去装置６１において除去したスケール成分を除去装置６１に停留させておいてもよい。次の第１の状態のとき、停留しておいたスケール成分が冷却水中に溶け出し、冷却水の腐食性が抑制される。

（１３）既設の冷却水回路に、冷却水システム１と同様の構成を適用することができる。この場合、既設の冷却水回路にスケールが多く付着していたとしても、そのスケールを除去することができる。すなわち、スケールを清掃する作用を奏することができる。

（１４）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（１５）上述した冷却水システムの他、当該冷却水システムを構成要素とする上位のシステム、当該制御部６７としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、冷却水管理方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…冷却水システム、３…冷却水タンク、５、９、２３、２７、３１、４９、６３…配管、７、１１…ポンプ、１３、３５…フロートスイッチ、１５…水温計、１７…樹脂成形機、１９…第１補給ユニット、２１…雨水受け、２５…初期雨水排水装置、２９…雨水タンク、３３、５１…電磁弁、３４、５３…手動バルブ、３７…屋根、３９…第１槽、４１…第２槽、４３…接続管、４５…排出管、４７…第２補給ユニット、５５、５７…スケール成分供給ユニット、５９…スケール成分除去ユニット、６１…除去装置、６５…指標取得ユニット、６７…制御部、６９…ＣＰＵ、７１…メモリ、７３…スケール成分含有物質

Claims (7)

1. 冷却水を循環させる循環ユニットと、
   雨水を含む第１補給水を前記冷却水に補給する第１補給ユニットと、
   上水、地下水、河川水、湖水、ため池の水、及び湧水から成る群から選択される１以上を含む第２補給水を前記冷却水に補給する第２補給ユニットと、
   を備える冷却水システム。
2. 請求項１に記載の冷却水システムであって、
   前記冷却水、前記第１補給水、及び前記第２補給水から成る群から選択される１以上にスケール成分を供給するスケール成分供給ユニットをさらに備える冷却水システム。
3. 請求項２に記載の冷却水システムであって、
   スケール生成傾向を表す指標を前記冷却水において取得する指標取得ユニットをさらに備え、
   前記スケール成分供給ユニットは、前記指標取得ユニットにより取得した前記指標が予め設定された基準値よりもスケール生成傾向が小さい領域にあることを条件として、前記スケール成分を供給するように構成された冷却水システム。
4. 請求項１に記載の冷却水システムであって、
   前記冷却水、及び／又は、前記第２補給水からスケール成分の少なくとも一部を除去するスケール成分除去ユニットをさらに備える冷却水システム。
5. 請求項４に記載の冷却水システムであって、
   スケール生成傾向を表す指標を前記冷却水において取得する指標取得ユニットをさらに備え、
   前記スケール成分除去ユニットは、前記指標取得ユニットにより取得した前記指標が予め設定された基準値よりもスケール生成傾向が大きい領域にあることを条件として、前記スケール成分を除去するように構成された冷却水システム。
6. 請求項１に記載の冷却水システムであって、
   前記冷却水、前記第１補給水、及び前記第２補給水から成る群から選択される１以上にスケール成分を供給するスケール成分供給ユニットと、
   前記冷却水、及び／又は、前記第２補給水からスケール成分の少なくとも一部を除去するスケール成分除去ユニットと、
   をさらに備える冷却水システム。
7. 請求項６に記載の冷却水システムであって、
   スケール生成傾向を表す指標を前記冷却水において取得する指標取得ユニットをさらに備え、
   前記スケール成分供給ユニットは、前記指標取得ユニットにより取得した前記指標が予め設定された第１基準値よりもスケール生成傾向が小さい領域にあることを条件として、前記スケール成分を供給するように構成され、
   前記スケール成分除去ユニットは、前記指標取得ユニットにより取得した前記指標が予め設定された第２基準値よりもスケール生成傾向が大きい領域にあることを条件として、前記スケール成分を除去するように構成された冷却水システム。

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