冷却塔の仕組み

空調設備や産業施設などで広く導入されている冷却塔。その仕組みはシンプルで、水が蒸発時に熱を奪う気化熱の原理を利用しています。ただ、冷却塔の種類によって冷やす仕組みが少々異なりますので、違いをしっかり覚えておきましょう。

ここでは、冷却塔の仕組みや構造、種類などを詳しく解説します。

冷却塔とは

冷却塔は、水（冷却水）を使ってエアコンなどの空調設備や工場・プラントなどから排出される熱を冷やす設備をいいます。クーリングタワーとも呼ばれており、産業施設やオフィスビル、ショッピングセンターなど多様な施設で利用されています。

冷却塔は、冷凍機（チラー）と連携して使用されるのが一般的で、空調や産業用途に欠かせない設備です。

冷却塔の仕組み

気化熱の原理を
利用している

冷却塔は、水が蒸発する時に周囲の熱を奪う気化熱の原理を活用した設備です。冷却水が外気と触れ合うと、その温度差によって一部が蒸発します。その際に周りの熱を奪っていくため、温度が下がる仕組みになっています。

気化熱の身近な例として、肌の表面から汗が蒸発する時の現象が挙げられます。汗が蒸発すると涼しく感じることもありますが、これは汗が体温の一部を奪っていくためです。冷却塔も仕組みは同じで、冷却水が蒸発時に熱を奪うことで空調設備などの排熱を処理しています。

なお、排熱はファン（送風機）を使って冷却塔上部から排気されるため、内部に蓄積することはありません。

冷却塔の種類によって
冷やす方法が変わる

冷却塔は気化熱の仕組みを利用していますが、冷却塔の種類によって冷却方法が異なります。大きく分けると、冷却水と外気が直接触れ合う開放式冷却塔と、間接的に触れ合う密閉式冷却塔があります。

開放式冷却塔は冷却水が外気に直接触れるため、仕組みはとてもシンプル。水が蒸発しやすい分、冷却効率が高いのが特徴です。

一方の密閉式冷却塔は、配管の内部を冷却水が循環しています。周囲には散布水という水が撒かれており、外気と触れることで散布水が冷やされます。そして散布水が配管と間接的に触れることで、内部の冷却水が冷やされる仕組みです。

密閉式は冷却水が外気の影響を受けにくく、凍結リスクを軽減することから、寒冷地にも適しています。

冷却塔の構造

冷却塔は、大きく以下の構造に分けられます。

• 水槽部
• 散水装置
• 熱交換器
• ファン（送風機）

水槽部は冷却水や散布水を貯めておく部分で、冷却塔の下部に設置されています。散水装置は、冷却塔の上部に設置されており、冷却水・散布水を熱交換器に当てるようになっています。

熱交換器は、充填材や配管（配管コイル）が設置されている部分です。冷却水や散布水と外気を触れさせ、気化熱の原理で熱を奪う冷却塔の心臓部にあたります。ファンは冷却塔上部に取り付けられた設備で、蒸発した冷却水・散布水を外へ排出する役割を担っています。

このほか、上記（白煙）を低減する装置や、点検・整備用の通路や窓を備えている冷却塔もあります。メーカーによっては、オプションで「省エネルギー用のインバーター制御装置」や「ノイズ低減装置」などさまざまな装置を追加可能です。

冷却塔の種類

冷却塔の種類は、主に開放式と密閉式の2種類に分けられます。

開放式は、冷却水と外気が直接触れ合う冷却塔のことです。構造がシンプルで手頃な価格のものが多く、設置スペースもコンパクトにまとめられます。

一方で冷却水が外気に直接触れるため、たとえばスケールや汚泥の除去、散水ノズルの清掃などこまめな清掃・メンテナンスが必要です。

密閉式は、冷却水が配管内を循環する冷却塔を指し、空冷式やハイブリッド型が存在します。冷却水が外気に触れないため、配管内が汚れにくいメリットがあります。一方、開放式よりも冷却効率が悪く、構造が複雑な分イニシャルコストが高くなります。