JP2010255953A - 冷却塔用充填材及び充填材用シート - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的圧損が少ないにもかかわらず、熱交換率に優れている冷却塔用充填材を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、複数の突起部を有する充填材用シートが複数枚積層されて構成されてなり、冷却塔内に配されて、層間に上方から原水が供給され且つ側方から外気が供給されることにより原水を外気と接触させて冷却する冷却塔用充填材であって、前記突起部の少なくとも一部が、外気の流れ方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部とされてなることを特徴とする冷却塔用充填材を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷却塔内に配され、原水を外気と接触させて冷却する冷却塔用充填材及び該冷却塔用充填材を構成する充填材用シートに関する。

従来から、工場やビルなどの空調設備等から排出される冷却水は、加温されて温水となっているため、冷却水としてそのまま循環使用することは困難である。このため、冷却塔を用いて冷却水を冷却し、循環使用する方法が採用されている。
この種の冷却塔としては、内部を所定方向に流れる原水（冷却対象水）に外部から引き込まれた外気を接触させること等により原水と外気との間で熱交換を行い、原水を冷却するものが用いられている。
斯かる冷却塔に於いては、内部に、複数の板部材たる充填材用シートが積層されてなる冷却塔用充填材が充填され、該充填材の層間に原水が流れるように（通常、層間が上下方向に向くように）配置されており、該充填材にて、層間に上方から原水が供給され側方から外気が供給されて、原水と外気との接触により熱交換が行われるように構成されている。

ところで、上記の如き充填材に於いては、従来より、原水及び外気が供給される層間間隔を確保する観点及び層間に供給された原水と外気とを十分に接触させる観点から、通常、積層される充填材シートに多数の円柱状の突起部が設けられているものが採用されている（特許文献１）。

即ち、斯かる充填材に於いては、突起部により、積層した充填材用シートの層間に原水と外気とが供給される間隔が確保されており、この層間に供給された原水が突起部に衝突して層間を流れる原水の滞留時間が延び且つ飛沫効果（水滴が微細化することにより液体表面が増加して気液接触が促進される効果）が得られることから、熱交換率の優れたものとなる。

特開２００７−１２０９１９号公報

しかしながら、上記従来の充填材に於いては、熱交換率を上げるために、充填材用シートの突起部の数を増加させると、開口率（充填材に於いて充填材用シートの外気が供給される面から見て、層間の全面積中の投影的に開口している率）が低くなり、層間に外気を供給する圧損が増大するという問題が生じることとなる。
一方、突起部の数を減少させると、開口率が高くなり圧損は減少するものの、その分原水と突起部との衝突が減り、熱交換率が減少するという問題が生じることとなる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、比較的圧損が少ないにもかかわらず、熱交換率に優れている冷却塔用充填材及びその充填材を構成する充填材用シートを提供することを課題とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、複数の突起部を有する充填材用シートが複数枚積層されて構成されてなり、冷却塔内に配されて、層間に上方から原水が供給され且つ側方から外気が供給されることにより原水を外気と接触させて冷却する冷却塔用充填材であって、前記突起部の少なくとも一部が、外気の流れ方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部とされてなることを特徴とする冷却塔用充填材を提供する。

斯かる構成に於いては、扁平突起部が外気の流れ方向に長い扁平状であることから、外気が衝突する程度の割に、上方から供給される原水が衝突することが多くなる。更に、扁平突起部が円錐台形状であって長手方向の両端部に角が無いことから、角があるものに比して圧損を少なくすることができる。従って、比較的圧損が少ないにもかかわらず、原水の滞留時間を長くすることができ、飛沫効果も増大させることができる。
尚、充填材用シートの表面を層状に流下する原水は、薄くシート表面に広がっている程、効率良く外気と熱交換されることとなるが、通常、突起部の下側では原水が流れにくく、特に、扁平状の突起部であれば、より原水の流れない面積が増大して熱交換率が落ちることとなる。
しかしながら、本発明に於いては、扁平突起部が円錐台形状に形成されていることから、扁平突起部の上面に流れ落ちた原水は、扁平突起部の上面に沿って裾部から頂部方向に流下しつつ長手方向両端部の何れかの曲面を伝って下面側に回り込み、下面側に回り込んだ原水は、その保有する表面張力によって、下面側表面に沿って頂部から裾部方向に流下して、扁平突起部の下側にも流下することとなる。従って、突起部の下側に原水が流れずに、熱交換率が低下する虞も少ないものとなる。

本発明に於いては、前記扁平突起部は外気の流れ方向に沿って列をなすように且つ該列が上下方向に複数段形成されるように配されてなり、前記扁平突起部の少なくとも一部は上段の扁平突起の鉛直真下から位置ズレして配されているものが好ましい。
斯かる冷却塔用充填材によれば、原水の一部が充填材シートの表面から離反して水滴となって落下した場合に於いて、ある段の扁平突起部に衝突しなかった水滴がその段より下の段の扁平突起部に衝突する確率が高くなる。即ち、下の段の扁平突起部に衝突して微細水滴となって飛散する確率が高く、飛沫効果により、一層熱交換率が優れることとなる。

本発明に於いては、前記扁平突起部に突出方向に沿って補強リブが設けられてなるものが好ましい。
扁平突起部は、扁平であるが故に円形等の突起部に比して一方向に屈曲しやすいものであるが、上記の如く補強リブが突出方向に沿って設けられてなれば、扁平突起部が不用意に屈曲する虞が低減される。

また、本発明は、上記冷却塔用充填材を構成する複数の突起部を有する充填材用シートであって、前記突起部の少なくとも一部が、一方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部とされてなることを特徴とする充填材用シートを提供するものである。

以上のように、本発明によれば、比較的圧損が少ないにもかかわらず、熱交換率に優れたものとなりうる冷却塔用充填材及びその充填材を構成する充填材用シートを提供することができる。

一実施形態の冷却塔用充填材が用いられる冷却塔の概略図。 同実施形態にかかる冷却塔用充填材を外気供給側から見た図。 同実施形態の充填材用シートを示す平面図。 同実施形態の扁平突起部を示し、（イ）は扁平突起部を頂部側から見た面（即ち、正面）の概略図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線概略断面図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ線概略断面図。 同実施形態の凹入部を示し、（イ）は、凹入部の正面概略図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線概略断面図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ線概略断面図。 同実施形態の扁平突起部及び凹入部を示す概略断面端面図

以下、本発明にかかる実施形態について説明する。
まず、本実施形態の冷却塔用充填材が充填された冷却塔について説明する。

本実施形態の冷却塔用充填材の充填された冷却塔は、工場設備等で加温され排出された冷却水等の原水を冷却するためのものである。

図１は、前記冷却塔を示す概略図である。
前記冷却塔は、図１に示すように、側面周面に外気取入口５１が形成され上面中央部に外気排出口５２が形成された略円柱状又は角柱状のケーシング５０と、該ケーシング５０内側で外気取入口５１に沿うように配され原水Ａと外気Ｂとを接触させて熱交換により原水Ａを冷却する冷却部６０と、該冷却部６０に原水Ａを散水供給するように冷却部６０の上方に配された原水供給部７０と、冷却部６０により冷却された冷水を収容する冷水槽８０と、該冷却部６０にて包囲されるようにケーシング５０内の中央部に形成された通風空間９０を介して、冷却に用いられた外気Ｂを外気排出口５２へ排出する送風機１００とを備えている。
前記冷却部６０は、ケーシング５０内の中央側に通風空間９０が形成されるようにケーシング５０内の外側寄りに配されている。
また、前記冷却部６０は、冷却塔用充填材１が複数段上下方向に連結された状態で充填されてなり、原水供給部７０により上方から供給された原水Ａとケーシング５０の外気取入口５１を介して側方から供給された外気Ｂとを、冷却塔用充填材１内にて熱交換させ、冷却された原水Ａを冷水槽８０に排出し、熱交換によって加熱された外気Ｂを中央部の通風空間９０に排出するように構成されている。

次に、上記の如き冷却塔に複数段充填された本実施形態の冷却塔用充填材１及び該冷却塔用充填材１を構成する充填材用シート５について説明する。
図２は、冷却塔用充填材１を外気Ｂが供給される側から見た状態を示す図であり、図３は、冷却塔用充填材１を構成する充填材用シート５を示す平面図である。
図２、図３に示すように、本実施形態の冷却塔用充填材１は、複数の突起部６及び凹入部７を有する充填材用シート５が複数枚積層されて構成され、冷却部６０に充填された状態に於いて、層間に上方から原水Ａが供給され且つ側方から外気Ｂが供給されることにより原水Ａを外気Ｂと接触させて冷却するようになっている。
前記冷却塔用充填材１は、積層された充填材用シート５の複数の突起部６及び凹入部７によって、層間に空間が形成されてなり、該空間が形成されることにより原水Ａや外気Ｂが層間に供給されうるようになっている。

即ち、前記冷却塔用充填材１は、図２に示すように、各充填材用シート５が積層された状態に於いて、一の充填材用シート５の突起部６の表側と、次に積層された充填材用シート５の凹入部７の裏側とが互いに対向し当接するように積層され、各突起部６の高さと凹入部７の深さとの和に応じた空間が層間に形成されている。
また、前記冷却用充填材１は、層間が略一定厚となるように、突起部６の高さ及び凹入部７の深さが一定に調整されており、各充填材用シート５が略平行をなすように積層されている。
尚、各充填材用シート５は、それぞれ接着剤を用いた接着等によって積層状態で維持されている。
前記冷却塔用充填材１に於ける各充填材用シート５間の間隔（充填材用シート５が平行に配置された状態において、一の充填材用シート５の後述する波模様８の稜線８ａの頂点と隣接する他の充填材用シート５の波模様８の稜線８ａの頂点との幅方向の間隔）は、通常１０〜４０ｍｍ程度である。また、冷却塔用充填材１を構成するのに必要な充填材用シート５の枚数としては、必要とされる充填材１の大きさにもよるが、通常、１０〜３０枚程度である。

前記充填材用シート５は、図３に示すように、平板状で且つ正面視が長方形（正方形も含む）または平行四辺形（鋭角コーナーで通常、７５度以上９０度未満）に形成されてなり、前記突起部６及び凹入部７がその表面に形成されている。
前記充填材用シート５は、合成樹脂が用いられ、金型を用いたプレス成形などにより一体的に形成されてなり、その大きさは特に限定されるものではないが底面の長さ及び高さがそれぞれ４００〜１０００ｍｍ程度に設定され、また、その厚みは、通常、０．２〜０．７ｍｍ程度である。

前記充填材用シート５に用いられる合成樹脂としては、例えば、硬質ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等を挙げることができる。

前記突起部６は、それぞれ外方に突出するように形成されてなり、その大半は、外気Ｂの流れ方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部６とされている。
図４は、該扁平突起部６を示し、（イ）は扁平突起部６を頂部側から見た面（即ち、正面）の概略図であり、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線概略断面図であり、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。
図４及び図３に示すように、前記扁平突起部６は、断面形状が外気Ｂの流れ方向に扁平な楕円形状（詳しくは、長手方向両端部が円弧状で短手方向両端部が直線状の形状）に形成された柱状の土台部９上に形成されており、断面形状が楕円形で頂部６ａに向けてテーパー状に断面積が縮小し且つ頂部６ａが平面状とされた円錐台形に形成されてなる。
前記平面突起部６には、短手方向両端部に、突出方向に沿って延在する溝６ｂが、補強用リブとして形成されている。
前記扁平突起部６の長手方向長Ｌ１は、通常、１０〜４０ｍｍ、短手方向長Ｌ２は、通常、５〜２０ｍｍであり、好ましくは、扁平率（短手方向長Ｌ２／長手方向長Ｌ１）が０．２５〜０．７５に設定されている。
また、突起高さＬ３は、通常、５〜３５ｍｍに設定され、垂線に対する傾斜角αおよびβは、通常、５〜３５度程度に設定されている。
更に、前記扁平突起部６の密度は、１ｍ²当たり、通常１００〜２００個程度である。また、溝６ｂで形成される補強用リブの高さ（溝６ｂの深さ）は特に限定されないが、１〜３ｍｍに設定されている。
尚、前記補強用リブは、空気を流通させる際の圧力損失を低減するという観点から、溝６ｂによって形成されることが好ましいが、単に扁平突起部６を補強するという観点からは溝６ｂによって形成されているものに限定されず、扁平突起部６の短手方向両端部の表面に突起筋として形成されていてもよい。

前記凹入部７は、それぞれ前記扁平突起部６の突出方向と反対方向に凹入するように形成されてなる。
図５は、凹入部７を示し、（イ）は、凹入部７の正面概略図であり、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線概略断面図であり、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ線概略断面図である。
図５及び図３に示すように、前記凹入部７は、断面形状が円形等をなすように凹入しており、該凹入部７は裏面側に於いては同形状に突起した突起部をなしている。
前記凹入部７の大きさは、通常、直径Ｌ４が１０〜４５ｍｍ程度に設定されている。
また、凹入深さＬ５（後述する波模様８の谷部分からの深さ）は、２〜１０ｍｍに設定されている。
また、前記凹入部７の密度は、前記扁平突起部６と同じ値に設定されている。

前記扁平突起部６及び凹入部７は、図３に示すように、外気Ｂの流れ方向に沿って列をなすように且つ該列が上下方向に複数段形成されるように、好ましくは、高さ１ｍ当たりに５〜２０段形成されるように配されてなる。
尚、図３においては、１５段形成されたものが示されている。
また、同じ列においては、扁平突起部６と凹入部７とが１つずつ交互に入れ替わるように配列されている。
更に、前記扁平突起部６の大半は、上段の扁平突起部６の鉛直真下から位置ズレして配されてなり、全体的に千鳥状に配置されている。また、前記凹入部７も同様に、その大半は、上段の凹入部７の鉛直真下から位置ズレして配されてなり、全体的に千鳥状に配置されている。

図６は、充填材用シート５が積層された状態に於ける扁平突起部６及び凹入部７を示す概略断面端面図である。
各充填材用シート５は、上記の如く、積層状態に於いて一の充填材用シート５の扁平突起部６と、次に積層された充填材用シート５の凹入部７とが互いに対向し当接するように積層されており、詳しくは、図６に示すように、各充填材用シート５においては、積層状態では、各扁平突起部６の頂部６ａ上面側と凹入部７の底部裏面側とが当接するように各扁平突起部６と凹入部７とが配置されて、それぞれ積層されている。

前記充填材用シート５は、前記扁平突起部６及び凹入部７が形成された部分以外の略全域に、その表面積を増大させるべく、表面が波打った波模様８が形成されてなる（図３に於いては一部のみ示す。）。
尚、前記波模様８における山の部分は、前記扁平突起部６よりも低く設定されている。
また、前記波模様８は、その稜線８ａ（図３においては太線で示されている。）及び谷線８ｂ（図３においては細線で示されている。）が互いに平行し且つ上方から下方に移動する際に、ジグザグに蛇行するように形成されている。尚、前記波模様８の高さ（前記稜線８ａの頂点と谷線８ｂの頂点の間の高さ）は、特に限定されないが３〜１０ｍｍ程度である。

本実施形態の冷却塔用充填材１及び充填材用シート５は、上記の如く、充填材用シート５の表面に波模様８が形成されてなるので、該充填材用シート５の表面に沿って流れる原水Ａの表面積を増大させることができ、効率よく外気Ｂと熱交換をさせることができる。
また、波模様８は、その稜線８ａ及び谷線８ｂが上方から下方に移動する際に、ジグザグに蛇行するように形成されてなるので、上方から下方に谷線８ｂに沿って流れる原水Ａの滞留時間を長くすることができ、原水Ａをより低い温度に冷却させることができる。

本実施形態の冷却塔用充填材１及び充填材用シート５は、上記の如く構成されたが本発明においては、上記構成に限定されず適宜設計変更可能である。
例えば、本実施形態においては、凹入部７は断面円形等に形成されたが、具体的には、扁平突起部６と同様に、断面形状が外気Ｂの流れ方向に長い扁平な楕円形状に形成されていてもよい。
また、本実施形態の冷却塔用充填材１及び充填材用シート５は、扁平突起部６が柱状の土台部９上に形成されたが、本発明に於いては、土台部９が無い態様のものであってもよい。更に、本実施形態に於いては、扁平突起部６には補強リブが形成されたが、本発明に於いては、強度に問題が無い場合等には補強リブが形成されていない態様のものであってもよい。

Ａ・・・原水、Ｂ・・・外気、５・・・充填材用シート、６・・・扁平突起部、
６ｂ・・・補強リブ

Claims (4)

1. 複数の突起部を有する充填材用シートが複数枚積層されて構成されてなり、冷却塔内に配されて、層間に上方から原水が供給され且つ側方から外気が供給されることにより原水を外気と接触させて冷却する冷却塔用充填材であって、
   前記突起部の少なくとも一部が、外気の流れ方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部とされてなることを特徴とする冷却塔用充填材。
2. 前記扁平突起部は、外気の流れ方向に沿って列をなすように且つ該列が上下方向に複数段形成されるように配されてなり、前記扁平突起部の少なくとも一部は、上段の扁平突起の鉛直真下から位置ズレして配されている請求項１記載の冷却用充填材。
3. 前記扁平突起部には、突出方向に沿って補強リブが設けられてなる請求項１又は２記載の冷却塔用充填材。
4. 積層により請求項１乃至３の何れかに記載の冷却塔用充填材を構成する、複数の突起部を有する充填材用シートであって、
   前記突起部の少なくとも一部が、一方向に長い扁平状の円錐台形状に形成された扁平突起部とされてなることを特徴とする充填材用シート。

Images