ドライクーラーとは何か、その仕組み

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ドライクーラーは空冷式熱交換器で、フィンチューブコイルに外気を吹き付ける、または吸い込ませることで、液体(水、あるいはより一般的には水とグリコールの混合液)を冷却します。何も蒸発せず、何も消費されません。熱は温かい液体からチューブ壁とフィンを通って空気に移り、空気がその熱を運び去ります。この名称は空調・プロセス産業に由来しますが、発電機セットや発電所の分野では同じ機械をリモートラジエーターと呼び、TECSもその名称で製造しています。

本ガイドでは、ドライクーラーの仕組み、大きさを決める要素、用途、そして限界について説明します。

ドライクーラーの仕組み

ユニットの中心はコイルです。銅または鋼のチューブを何列も並べ、数ミリ間隔の薄いアルミフィンに拡管して固定します。液体はチューブの内側を、空気はフィンの間を流れます。空気は水に比べて熱の運び手として遙かに劣るため、フィンによって空気側の表面積を10倍から20倍に拡大します。コイルの上方または側方に置いた軸流ファンが空気を送り、フレーム、ヘッダー、接続口、制御盤でユニットが完成します。

温かい液体はコイルの一端から入って他端で冷えて出ていき、空気は外気温で入って温まって出ていきます。液体の出口温度と外気温との差(アプローチ)がユニットの達成すべき値であり、アプローチが小さいほどコイルは大きくなります。ドライクーラーは液体を外気温より低くは冷やせません。この点が蒸発式の冷却塔との違いであり、水が乏しい場所やプラントを乾いたままに保つ必要がある場合にドライクーラーが選ばれる理由です。

大きさを決める要素

負荷は3つの数値で決まります。放熱すべき熱量(kW)、液体の流量と入口温度、そして設計外気温です。これらからコイルの表面積、列数、フィンピッチ、およびコイルの圧力損失に抗して必要な風量を送るファンが決まります。第4の数値である液体側の許容圧力損失が、チューブの回路構成を決めます。

外気温は他のどの入力よりも重要です。35 °Cで設計したユニットは、欧州の夏の日であれば十分なアプローチが取れますが、同じ負荷を50 °Cで処理しようとすると、利用できる温度差は3分の1小さくなり、それに見合って大きなコイルや多くの風量が必要になります。標高が高いと空気が薄くなり(1,000 mあたり密度が約10 %低下)、ファンが動かす質量が減るため、再びコイルに多くの風量または表面積が必要になります。このため、高温・高地・多湿の現場は引合い書とデータシートに明記します。データシートに記載された容量は、その条件下のものだからです。

ドライクーラーの用途

液体を冷却する必要があり、空気だけが放熱先となる場所ならどこでも使われます。データセンターとそのチラー、産業のプロセス冷却、冷凍設備の凝縮器、そして何よりエンジンの冷却回路です。発電機セット、コージェネレーションプラントのガスエンジン、エンジン発電所は、燃料エネルギーの3分の1を冷却液に放出します。屋外に設置されたドライクーラー、すなわちリモートラジエーターがその熱を空気に逃がします。最新のエンジン向けには、低温回路と高温回路を1つのケーシングに収めた構成もあります。

配置は現場に合わせて選びます。地面がある場所にはファンを上部に載せた横型、空気をダクトで導く場合はルーバーに向き合わせた縦型、小さな敷地に多数のユニットを置く必要がある場合はV型です。回転数制御のECファンにより、部分負荷では静かに運転し、敷地境界での騒音規制も満たせます。フィンピッチを広げれば粉塵の多い現場でも機能を保ち、AlMg2.5フィンとエポキシコーティングは沿岸部でも長持ちさせます。

ドライクーラー、ラジエーター、冷却塔の違いは?

これらの言葉は重なり合っています。ドライクーラーとリモートラジエーターは、2つの業界から見た同じ機械です。狭い意味でのラジエーターは、発電機セットのスキッド上にあるエンジン搭載の冷却器を指します。冷却塔は水を蒸発させる別の機械で、水の消費と水処理を代償に、外気の乾球温度より低い温度に達します。下の比較ガイドでは、この3つを並べて解説しています。

TECSは、発電機セット、発電所、コージェネレーション、データセンター向けに、ドライクーラーをリモートラジエーターとして設計・製造しています。横型、縦型、V型の配置、単一回路またはLT/HTに対応し、各ユニットにデータシート、外形図、ファン曲線、騒音データを添付します。熱負荷、流量、温度、現場条件、またはエンジンのデータシートをお送りいただければ、設計を提案書としてお返しします。

要点

ドライクーラーは、フィンチューブコイルとファンにより外気で液体を冷却します。何も蒸発しません
外気温より低くは冷やせません。サイズはアプローチで決まります
入力は熱負荷、流量、温度、設計外気温です。標高と湿度は結果を変えます
横型、縦型、V型の配置、単一回路またはLT/HT
発電機セットの分野では、同じ機械がリモートラジエーターです
TECSはエンジン、発電所、コージェネレーション、データセンター向けに製造しています

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ドライクーラーの設計をご依頼いただくには

放熱すべき熱量、またはエンジンのメーカーと型式および冷却データシート
液体の流量、入口温度、必要な出口温度
液体:水またはグリコール混合液と、その濃度
現場の設計外気温、湿度、標高
液体側の許容圧力損失
騒音規制値、利用可能なスペース、ファンの電源

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よくあるご質問

ドライクーラーとラジエーターは同じものですか?

機能上は同じです。どちらも、液体の熱を空気に放出するファン付きのフィンチューブコイルです。「ドライクーラー」は空調・プロセス分野の用語、「リモートラジエーター」は発電機セット分野の用語で、「ラジエーター」とだけ言う場合は通常スキッド上のエンジン搭載ユニットを指します。

ドライクーラーは水をどこまで冷やせますか?

空気より冷たくすることはできません。実際には、液体は外気の乾球温度より数ケルビン高い温度で出ていきます。アプローチを詰めるほど、ユニットは大きく高価になります。外気温より低い温度が必要な場合は、チラーまたは蒸発式冷却器が必要です。

ドライクーラーは水を使いますか?

いいえ。これが冷却塔に対する最大の利点です。補給水も水処理も不要で、飛散水もレジオネラ菌のリスクもなく、冬に凍結する水槽もありません。グリコール混合液が、回路自体を凍結から守ります。

アディアバティック式ドライクーラーとは?

コイルの手前に濡れたパッドまたはスプレーを設け、最も暑い日にだけ、蒸発によって流入空気を冷却するドライクーラーです。わずかな水の消費で数ケルビンのアプローチを稼ぐことができ、設計外気温が非常に高い場所で使われます。

ドライクーラーの容量はどのように表されますか?

所定の液体入口・出口温度、所定の流量とグリコール濃度、所定の外気温と標高における放熱量(kW)で表されます。これらの条件がない容量には意味がありません。TECSのデータシートにはそのすべてが記載されています。