大規模空調設備には一般的にセントラル空調方式が採用されるケースが多く、その場合冷却塔（クーリングタワー）が必要です。
冷却塔の構造や仕組みはどうなっているのでしょうか。
本記事では冷却塔の仕組み、基礎的な原理、構造などについてご紹介します。
冷却塔（クーリングタワー）とは
冷却塔（クーリングタワー）は、簡単に言うと水を冷やす機械です。
主機と呼ばれる冷凍機などで温められた冷却水を繰り返し冷やす役割があります。
この冷却塔について、さらに詳しく見ていくことにしましょう。
冷却塔（クーリングタワー）の役割
冷却塔（クーリングタワー）の役割を説明するために、まず冷凍機の働きについて簡単にご説明します。
冷凍機は「冷凍サイクル」を回すことで「冷水」を作ります。
この冷凍機が作った冷水にブロワーで風を当てることで、私たちの過ごす場所に冷風が届けられているのです。
冷凍機についてもっと知りたい方はこちらの記事をご参照ください。
冷却塔は冷凍機で冷水が作られる際に凝縮工程で熱を奪うために利用され、その結果温められた冷却水を繰り返し冷やしています。
繰り返しというのは、冷凍機で温められた冷却水を冷却塔で冷やし冷凍機に送り、再び冷凍機から戻される冷却水を冷やすというのを延々と行っているということです。
冷却水は冷凍機と冷却塔の間を循環しているため、循環水とも呼ばれています。
冷却塔はビルの冷房だけでなく、ショッピングセンターなどの商業施設、工場などにも利用されています。
工場では空調設備だけではなく、金属を溶かす電気炉や樹脂製品を形成する樹脂成型機、エンジン発電機やコンプレッサーなどの冷却水を必要とする製造機器の冷却システムにも欠かせません。
発電所では蒸気によりタービンを回して発電しますが、蒸気を回収する復水器で使用されています。
冷却塔（クーリングタワー）の仕組みはどうなっているの？
空調システムで重要な役割を果たしている冷却塔（クーリングタワー）。
本項では、冷却塔が冷却水をどうやって冷やしているのかその原理についてご説明します。
冷却塔は、冷却水を外気と直接または間接的に接触させることで、一部の冷却水を蒸発させ残りの冷却水の温度を下げています。
水が蒸発する際に周りの熱を奪っていく気化熱の原理を利用しているのです。
この現象は私たちの身近なところでも確認できます。
例えば、ジョギングをしたり、階段を駆け上がったりしたときに汗をかきますが、その状態で風が吹いてきたとき、ひんやりと感じたことはありませんか？
皮膚の表面に噴き出した汗が風に当たり蒸発する際に体の熱を奪っていくため、涼しく感じるのです。
冷却塔内部では、送風機で強制的に誘引された外気と冷却水が接触することで蒸発が促され、冷却水が冷やされています。
冷却水は充てん材という熱交換器の表面を伝い流れている時に外気と接触します。
この充てん材は冷却水と外気が効率良く接触できるように、表面面積が大きくなるよう工夫して作られています。
冷却塔（クーリングタワー）の方式にはどのようなものがあるのか
冷却塔（クーリングタワー）には、冷却水と外気を直接触れさせる「開放式」と間接的に接触させる「密閉式」の2つの方式があります。
それぞれの仕組みについて見ていきましょう。
開放式冷却塔の特徴
開放式冷却塔は、外気と冷却水を直接接触させて熱交換を行います。
冷却塔上部の散水装置（上部水槽または散水パイプ）から充てん材に冷却水が散水され、気化熱によって冷やされた冷却水は下部水槽に溜められ冷凍機に送られます。
開放式は密閉式に比べると冷却効率が高く、塔体のサイズがコンパクトになります。
また、価格についてもシンプルな構造であるため密閉式よりも安価になります。
しかし、冷却水が外気と直接接触してしまうため、汚れやすいというデメリットがあります。
冷却塔内や配管が汚れてしまうため、頻繁に清掃・メンテナンスを行う必要があるのです。
密閉式冷却塔の特徴
密閉式冷却塔の場合は、冷却水が銅管コイルの中を流れています。
そのため、冷却水は外気と直接触れ合うことはありません。
散布水と呼ばれる水が外気と接触し蒸発する際に冷やされ、銅管壁を通して間接的に銅管コイル内の冷却水の熱を奪っていくことで冷却水は冷やされます。
熱交換に使用された散布水は下部水槽に溜められ、再び上部水槽に送られます。
密閉式は開放式と比較すると、冷却効率が低いため設備的にも大きくならざるを得ません。
また、構造も複雑であるため開放式よりも高価になります。
しかし、密閉式の冷却水は外気と直接の接触がないため、配管内が汚れにくいというメリットがあります。
この方式は一般の空調設備以外では、データセンターや専門的な研究のための重要施設等でよく使われています。 
冷却塔（クーリングタワー）のメンテナンスと衛生管理
冷却塔は、その種類が開放式であれ密閉式であれ、「建築物衛生法施行規則」に基づき、主に下記の定期的な清掃・メンテナンスや衛生管理が義務付けられています。
- 冷却塔内の清掃
- 冷却水の水質管理
- 定期的な水質検査
特にレジオネラ菌の防止が特に重要とされています。レジオネラ菌は自然界では土壌や沼地などに存在する菌であり、外部から土埃などを介して冷却塔内に侵入する可能性があります。この菌の増殖に適した水温は37～41℃とされ、特に夏場には冷却塔内の温度がこの範囲に達しやすくなります。その結果、冷却塔内はレジオネラ菌の増殖に理想的な環境となり、衛生管理が不十分な場合には菌の温床となる危険性があります。さらに、冷却塔内で増殖した菌が水しぶきと共に周囲に拡散することで、深刻な健康被害を引き起こすリスクが生じます。
レジオネラ菌が人体に吸い込まれた場合、感染症として「レジオネラ肺炎」や「ポンティアック熱」を発症する可能性があり、これらの疾患は場合によっては致命的となることも報告されています。
こうした背景を踏まえ、冷却塔の適切な管理は「ビル衛生管理の建築確認申請時審査に係る指導要領」でも定めらております。具体的な対策としては、定期的な清掃、殺菌剤の投入、水質管理などが挙げられます。また、感染リスクをさらに低減するために、冷却塔を近隣の居住地や空調システムの外気取入口から十分な距離離すといった配置の工夫も求められています。
外気取入口は、取入外気の汚染を防止するため、排気口や排熱、冷却塔、厨房排気、自動車の排ガスなどの汚染源との間に十分な距離をとる。
ビル衛生管理の建築確認申請時審査に係る指導要領より抜粋
冷却塔の衛生管理は公衆衛生を守るために重要です。適切な管理を実施することで、レジオネラ菌の拡散リスクを抑えることができます。冷却塔の衛生管理のための清掃やメンテナンスについては空研工業にお問い合わせください。
冷却塔（クーリングタワー）の構造について
冷却塔（クーリングタワー）は様々なパーツから作られていますが、基本的には以下の4つの機能を持ったパーツから成り立っています。
- 冷却水または散布水を充てん材に散水するための散水装置（上部水槽または散水パイプ）
- 冷却水または散布水と外気を効率良く接触させるための熱交換器（充てん材または銅管コイル）
- 外気を取り入れるための送風機
- 冷却水・散布水を溜めておくための下部水槽
ただし、開放式と密閉式の場合では冷却水の流し方が違うため、パーツとしての装置も違っています。
このようないくつかの装置を組み合わせることで、冷却塔の機能、役割を果たすことができるのです。
オプションで追加できるパーツもあるため、冷却塔の設置または更新を検討している方はメーカーに相談してみましょう。
まとめ
今回は冷却塔（クーリングタワー）の基本的な役割と仕組み、構造についてご説明しました。
冷却塔は、気化熱の原理を利用して冷却水を冷やす役割があり、基本的には冷却水と外気の接触の仕方により開放式と密閉式の2つの方式があります。
開放式は冷却水と空気が直接触れる形であり、密閉式は冷却水を銅管コイルなどの中を通るようにした形で冷却するもので、いずれも冷凍機などの装置をサポートしています。
さらに冷却塔について知りたい方は、空研工業までお問い合わせください。
