JP2016029327A - 冷却塔 - Google Patents

Abstract

【課題】事故の発生を防止でき、メンテナンス作業や部品交換が安全容易にできる冷却塔を提供する。
【解決手段】負荷側からの冷却水ａｉを塔内の充填材１０３の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気Ａｉと直接接触させることにより冷却する冷却塔において、冷却塔の排気口１０７にブレードレス送風機Ｂ１を取り付けた。冷却塔の排気口にはブレードレス送風機の噴流発生管１のみが取り付けられ、羽根車やブレードが存在しないので、送風機による事故の発生を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水を使用する設備との間で水を循環して水を冷却する冷却塔に関する。

冷却水を使用する空調設備や工業設備などにおいては、水の蒸発潜熱を利用して水を冷却する冷却塔が広く用いられている。この冷却塔は、負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却するものである。このような冷却塔には、充填材の表面を流下する冷却水と外気の流れ方向により、カウンターフロー型（向流型とも称される。たとえば、特許文献１〜３参照）とクロスフロー型（直交流型とも称される。たとえば、特許文献４,５参照）がある。カウンターフロー型は、通常、丸型であり、クロスフロー型は、通常、角型である。

図１２は、従来のカウンターフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ１は、塔体100の下部外周部に、外気を塔体100内に吸引するための外気取込み口101を有し、塔体100の中には上部に散水アーム102が、その直下には熱交換促進用の充填材103が支持部材104により塔体100内の下部に空間が形成されるように、それぞれ配置されている。また、塔体100の中心部に、負荷側から戻ってくる冷却水を散水アーム102に送る送水管105が設けられ、塔体100内の底部には充填材103により冷却された冷却水を受ける水槽106が、さらに、塔体100の上部に設けられた排気口107内に送風機108及び送風機駆動用モータ109がそれぞれ設置されている（特許文献１参照）。図１２において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体100内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体100外に排出される空気である。

図１３は、クロスフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ２は、塔体200内の上部に負荷側から戻される冷却水を受ける上部水槽201を設け、その上部水槽201と塔体200内の底部に設けられた下部水槽202との間に充填材203を配設し、塔体200の充填材203に対応する高さの両側部に外気取込み口204を備え、塔体200の上部の排気口205にモータ206により回転される送風機207を設け、その送風機207を回転させると、外気取込み口204から外気が吸引され、その外気と上部水槽201から充填材203に散水される冷却水との熱交換が充填材203により促進され、充填材203を通過した空気が排気口205から塔体200の外に排気されるように構成されている（特許文献５参照）。図１３において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体200内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体200外に排出される空気である。

特開２００３−１３９４８８号公報 特開２０１１−１２２７４５号公報 特開２００３−６５６８６号公報 特開平８−４９９８９号公報 特開２０１０−９１２２６号公報

上記のように、従来の冷却塔は、カウンターフロー型、クロスフロー型のいずれも、塔体(100,200)の排気口(107,205)に、送風機(108,207)と送風機駆動用モータ(109,206)が設けられている。大型の冷却塔には、カウンターフロー型冷却塔の場合は、排気口の口径が１５００〜３８００ｍｍ、外径寸法が５０００〜８５００ｍｍ程度のものがあり、クロスフロー型冷却塔の場合は、間口幅１７００〜１２０００ｍｍ、高さ２８００〜３３００ｍｍ、奥行き３３００〜３８００ｍｍにもなるものがある。また、クロスフロー型冷却塔の下部水槽(202)の深さは１０００ｍｍ以上の場合もある。そして、従来の大型の冷却塔では、送風機に所要の風量が得られるプロペラファン等が用いられている。

このような大型の冷却塔においては、散水装置および充填材などのメンテナンスを行うために、作業者が塔内に入り込まなければならない場合がある。とくに、散水装置の劣化期間は短いので、メンテナンスの頻度が高く、しかも、散水装置と送風機の間の空間が狭いので、中腰または背を曲げた姿勢で作業をしなければならないことが少なくない。

そのようなメンテナンス作業を行うときは、当然、安全確保のため、送風機駆動用モータの電源を切るのであるが、冷却塔または送風機が複数台設置されている場合は、冷却機能を維持するため、全ての送風機駆動用モータの電源を一度に切らずに、順次交代して切るのが通例である。しかし、電源を切る冷却塔または送風機の順序を間違ったために、塔内でメンテナンス作業中に送風機が突然に回転し、作業者が送風機のブレード等（プロペラを含む。）に巻き込まれて負傷事故や痛ましい死亡事故を起こす例は後を絶たない。また、突然に回転した送風機のブレード等に激突されて、またはブレード等から逃げるために、下部水槽に墜落して溺死した例も報告されている。さらに、送風機の部品等が劣化・破損して排気口から飛散する恐れもある。

このような事故を起こさなくても、従来の冷却塔で用いられている送風機は、モータとブレード等を有するため、メンテナンス作業者は排気口から塔内に出入できないので、メンテナンス作業や部品交換が容易にできず、時間がかかる、等の問題もある。

本発明は、上記のような事故の発生を防止でき、なおかつ、メンテナンス作業や部品交換が安全容易にできる冷却塔を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却する冷却塔において、冷却塔の排気口の内側にブレードレス送風機の上向きの噴流を発生させる環状の噴流発生管を設け、冷却塔の排気口と噴流発生管の開口部の口径を、メンテナンス作業者が噴流発生管の開口部から塔内に入って、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンス作業及び部品交換ができる程度の口径としたことを特徴とする。

ブレードレス送風機の噴流発生管には加圧空気を供給する加圧空気供給源が接続される。

噴流発生管は、環状に連続する内部通路と、その内部通路を外部に連通させる噴出口とを有し、内部通路に加圧空気が供給されたとき、噴出口から噴流発生管の壁面に沿って噴流を生じさせる。加圧空気供給源は噴流発生管の内部通路の一部に接続されてその内部通路に加圧空気を供給する。加圧空気供給源を一次送風機、噴流発生管を二次送風機ということができる。噴流発生管に加圧空気供給源を接続したものをブレードレス送風機ということもできる。

ブレードレス送風機は、冷却塔の排気口に求められる排気能力に応じて、冷却塔の排気口の内壁面に近接して設置された一つの噴流発生管を有するものと、冷却塔の排気口の内壁面に近接して設置された噴流発生管と、その噴流発生管よりも内側に設置された噴流発生管との少なくとも二つの噴流発生管を有するものにすることができる。

加圧空気供給源は、噴流発生管に加圧空気を供給する一次送風機である。一次送風機としては、冷却塔の要求送風量に応じて、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機を用いることができる。ブレード付き送風機に代えて、エジェクタ送風機やコンプレッサーを用いることも可能である。

加圧空気供給源は、冷却塔外の外気を吸引して噴流発生管の内部通路に供給するように設けてもよいが、冷却塔の上部空間内の空気を吸引して内部通路に供給するように設置すると、塔内の熱交換(冷却)用空気流が促進されるので、好ましい。

冷却塔がクロスフロー型のように大型の場合は、塔体の外壁の一部に外に開放されたピットを設け、そのピットに一次送風機を設けることが望ましい。これにより、一次送風機の熱や湿気による劣化が軽減され、一次送風機のメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明によれば、冷却塔の排気口にはブレードレス送風機の噴流発生管のみが取り付けられ、羽根車やブレードが存在しないので、送風機による事故の発生を防止できる。また、冷却塔の排気口およびブレードレス送風機の噴流発生管の開口部の口径を、メンテナンス作業者が噴流発生管の開口部から塔内に入って、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンス作業及び部品交換ができる程度の大きさとしたので、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンス作業及び部品交換を、従来のような危険を伴わずに、安全容易に行うことができる。

本発明の第一の実施の形態に係るカウンターフロー型冷却塔の一部を破断して示す正面図である。 図１の冷却塔の平面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿った噴流発生管のみの断面図である。 図３の右側部分の拡大図である。 第一の実施の形態の別の例を示す平面図である。 図５の噴流発生管の配設構造の一例を示す断面図である。 図５の噴流発生管の配設構造の他例を示す断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係るクロスフロー型冷却塔の一部を破断して示す正面図である。 図８の冷却塔の平面図である。 本発明の他の実施の形態を、蓋を取り外して示す平面図である。 図１０の冷却塔の縦断面図である。 従来のカウンターフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。 従来のクロスフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明をカウンターフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図１２の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本発明の第一の実施の形態に係る冷却塔ＣＴ３においては、従来のブレード付き送風機および送風機駆動用モータに代えて、ブレードレス送風機Ｂ１が取り付けられている。

ブレードレス送風機Ｂ１は、噴流発生管１を有する。その噴流発生管１には、加圧空気供給源２が接続される。塔体100の排気口107の内側には、噴流発生管１のみが取り付けられる。そして、ブレードレス送風機Ｂ１が稼働すると、従来のブレード付き送風機が稼働するときと同様に、塔体100内の上部空間の空気Ａが排気口107から上方に吸い出され、塔体100内の上部空間が減圧されるため、外気吸い込み口101から外気Ａｉが吸い込まれ、充填材103の間を通過して、排気口107から上方に排気される。噴流発生管１は、従来のブレード付き送風機と異なり、ブレードを有しないで、排気口107内で上向きの噴流を発生することにより空気の流れを誘導して、塔体100内の上部空間の空気Ａを吸い上げ、排気口107から上方に移動させる。その原理については、後に詳述する。

噴流発生管１は、図２および図３に示すように、環状に形成されて、中央に開口部Ｏを有する。また、噴流発生管１は、図４に例示するように、一枚または複数枚の板で形成され、連続する内壁１１と外壁１２を有して、内壁１１と外壁１２によって噴流発生管１の開口部Ｏの中心軸の周囲に連続する内部通路１３が形成されている。

内壁１１の先端部１１ａと外壁１２の先端部１２ａは、それぞれ内向きに湾曲され、かつ、外壁１２の先端部１２ａが内壁１１の先端部１１ａの外側面に所定の距離を持って近接されている。そして、両先端部１１ａ，１２ａの間に開口部Ｏの中心軸の上部方向に開口する噴出口１４が形成されている。噴出口１４は、内部通路１３側から出口まで徐々に狭くされている。そのため、加圧空気供給源２から内部通路１３に供給される加圧空気ａは、噴出口１４においてさらに圧縮される。これによって、図４(ｂ)に示すように、噴出口１４の出口から開口部Ｏの中心軸の上部方向に噴出する噴流ｂが発生する。内壁１１の先端部１１ａの湾曲面およびそれに続く平面１１ｂと、噴出口１４の幅、すなわち、両先端部１１ａ，１２ａ間の距離は、噴流ｂが内壁１１の平面１１ｂに沿って層流となって上昇する、コアンダ効果が生じるように設計されている。

内壁１１の先端部１１ａはコアンダ表面として作用し、噴出口１４はノズルの機能を有するため、内部通路１３内の加圧空気ａは勢いのある空気流(噴流ｂ)となるように誘導される。

図４(ｂ)に示すように、噴流発生管１の噴出口１４から上向きの噴流ｂが発生すると、その噴流ｂはベルヌーイの法則により噴流発生管１の開口部Ｏ内に存在する空気ｃを引き込み、その空気ｃを同伴して排気口107から上方に排出される。噴流ｂに引込まれる空気の量は、噴流ｂの空気量よりも十数倍も多い。そして、開口部Ｏ内を移動する風量は、噴流発生管１の噴出口１４からの噴流ｂと、開口部Ｏ内で噴流ｂにより引き込まれる空気ｃとの総量となる。また、開口部Ｏ内の空気ｃの同伴により塔内上部空間が減圧されるため、外気取込み口101から吸い込まれて、排気口107から排出される空気量が増幅される。したがって、冷却塔ＣＴ３の冷却効率が上昇する。

ブレードレス送風機Ｂ１を噴流発生管１のみで構成する場合は、その噴流発生管１に加圧空気供給源２を接続して用いられるが、冷却塔の要求冷凍トンにより送風量が異なる加圧空気供給源２が用いられる。したがって、噴流発生管１の加圧空気供給源接続部は送風量が異なる加圧空気供給源２を接続可能にしてある。ブレードレス送風機Ｂ１は、噴流発生管１に加圧空気供給源２を予め接続したものとすることもできる。そして、噴流発生管１の加圧空気供給源２が接続される部分には、加圧空気供給源２から内部通路１３に供給される加圧空気を、噴流発生管１の接続部分から両側に分岐する内部通路１３に均等に分配するための分配器（図示せず)を設けることが良い。

加圧空気供給源２は、噴流発生管１に噴流を発生させるため、噴流発生管１に加圧空気を供給するものである。このための加圧空気供給源２としては、冷却塔ＣＴ３の冷却能力に必要な塔内送風量を、噴流発生管１からの噴流により生じさせるために必要な加圧空気量を供給できるものが使用される。たとえば、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機を用いることができる。ブレード付き送風機に代えて、エジェクタ送風機やコンプレッサーを用いることも可能である。

加圧空気供給源２は、空気を吸い込んで加圧し、噴流発生管１に供給するが、その空気には塔体100の外側の外気を用いてもよい。しかし、図１に示すように、塔体100内の上部空間の空気を用いることが好ましい。これにより、塔内の熱交換領域の空気流が促進されるので、熱交換率が向上する利点がある。

噴流発生管１からの噴流により塔内上部空間から吸引されて開口部Ｏに生じる空気の流れは、従来のブレード付き送風機を用いる場合よりも乱流が少なく、層流に近い。しかも、噴流発生管１はブレードを有しない。そのため、排気口107から発生する騒音は非常に少ないか、騒音が発生しない。したがって、付随的効果として、低騒音の冷却塔を提供することができる。

また、噴流発生管１からの噴流により開口部Ｏを流れる風量は、従来のブレード付き送風機を用いる場合よりも増量されるので、加圧空気供給源２には、排気口107において従来用いられていたブレード付き送風機よりも送風能力が小さいものを使用することができる。したがって、冷却塔の設備コストおよび運転コストの低減化も可能である。

また、ブレードレス送風機Ｂ１の噴流発生管１はブレードを有しない環状である。したがって、作業者は噴流発生管１の開口部から塔内に容易に進入して、塔内の散水アーム102や充填材103などのメンテナンスを安全かつ容易に行うことができる。また、可動部を有する加圧空気供給源２は塔外に設けられるから、加圧空気供給源２のメンテナンスも安全かつ容易に行うことができる。したがって、ブレードレス送風機Ｂ１のメンテナンスを安全かつ容易に行うことができる。

排気口107に設けられる噴流発生管１はブレードを有しないし、ブレードを有する加圧空気供給源２は塔体100の外側に設置され、ブレードは外側に出ない構造である。したがって、塔内でメンテナンス作業中に誤ってブレードレス送風機Ｂ１に電源を入れることがあったとしても、作業者が危険にさらされることはないので、安心してメンテナンス作業を行うことができる。

排気口107における排気量が少ない場合は、噴流発生管１を一つ設ければ足りる。しかし、排気口107における排気量が多く、排気口107の径が特に大きい場合は、図５に示すように、排気口107の中に少なくとも２本の噴流発生管１,１’を同心状に設けるとよい。

複数の噴流発生管１,１’を同心状に設ける場合、外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’を図６に示すように同じ高さに設けることも、図７に示すように、外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’の一方を他方よりも低い位置または高い位置に設けることもできる。いずれの場合も、一つの加圧空気供給源２と二つの噴流発生管１，１’の内部通路１３をダクト２３または２３，２３’により結合される。図５において、２４は外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’を結合する支持部材である。より多い風量を必要とする場合は、加圧空気供給源を噴流発生管の数と同数備えて、加圧空気供給源と噴流発生管を１対１で結合してもよい。

図８は、本発明をクロスフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図１３の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本発明の第二の実施の形態に係る冷却塔ＣＴ４においては、排気口２０５に、従来のブレード付き送風機および送風機駆動用モータに代えて、ブレードレス送風機Ｂ２が取り付けられている。一般的にクロスフロー型冷却塔ＣＴ４における排気量はカウンターフロー型冷却塔ＣＴ３における排気量よりも多いので、図５と図９を照合すると分かるように、冷却塔ＣＴ４には、図５と同様に、同心状に配設された２本の噴流発生管１,１’が取り付けられている。

第二の実施の形態においても、低騒音で、安全性の高いクロスフロー型冷却塔を提供することができる。

クロスフロー型冷却塔が特に大型の場合には、天井部に複数個の排気口２０５を設ける場合がある。このような場合は、各排気口２０５に図１,２に示された単一の噴流発生管１を有するブレードレス送風機Ｂ１または図８,９に示された複数の噴流発生管１，１’を有するブレードレス送風機Ｂ２を取り付けることができる。また、ブレードレス送風機Ｂ１とＢ２を適宜組み合わせて使用してもよい。

噴流発生管１の平面視形状は、上記の円形に限定されるものではなく、楕円形、長円形または矩形などでもよい。また、一次空気流を供給する加圧空気供給源２を一つの冷却塔に設ける数は、１個に限定されるものではなく、複数個でもよい。図１０は、クロスフロー型冷却塔ＣＴ５に設けられたブレードレス送風機Ｂ３を例示する横断面図である。この例では、充填材が配置されている面積の小さい熱交換室３１に対しては円形の噴流発生管１ａが用いられ、充填材が配置されている面積の大きい熱交換室３２には長円形の噴流発生管１ｂが用いられている。また、加圧空気供給源２は、塔内の充填材の間の上部空間の一方側に設置されたボックス３３内に取り付けられ、その加圧空気供給源２から加圧空気がダクト３４を介して各噴流発生管１ａ,１ｂに供給される。より多い送風量が必要な場合は、塔内の上部空間の両側に加圧空気供給源２,２を設けてもよい。上記の実施の形態においては、作業者が噴流発生管１の開口部から塔内に進入することができる場合について説明した。しかし、本発明はメンテナンス作業者が噴流発生管１の開口部から塔内に進入することができるものに限定するものではない。

上記実施の形態による効果は、次のとおりである。
（１）安全性の向上
ａ．冷却塔の排気口には、ブレード等の回転部材が露出していないので、メンテナンス作業時に巻き込まれる事故が起きる可能性がない。したがって、事故防止の効果が得られる。
ｂ．また、冷却塔の排気口には、ブレード等の回転部材が露出していないので、冷却塔内の上部に上って、充填材の藻や汚れの清掃等のメンテナンス作業に危険が伴わない。
ｃ．冷却塔の排気口には、駆動部や回転部材などがないので、部品等が劣化破損して飛散する恐れがない。
（２）メンテナンス上の効果
ｄ．加圧空気供給源の駆動用モータは、排気口の上方に設ける必要がないので、冷却塔での高所作業の割合が減る。
ｅ．加圧空気供給源の駆動用モータは、冷却塔の内部に設けることができるので、天候に関係なくメンテナンスを行うことができる。
ｆ．駆動用モータは、冷却塔の側部外面に設けることができるので、冷却塔の運転中も、修理やメンテナンスを行うことができる。
（３）加圧空気供給源の有効活用
充填材を仕切って複数の区間に分割し、区間ごとに排気口を設け、各排気口に設けた噴流発生管に一つの加圧空気供給源からダクトにより加圧空気を供給することができる。
小分けした区間に加圧空気を分散供給し、各空間に上昇気流を発生させることができるので、冷却効率が上がることから、冷却塔の構造を根本から変えることができる。
（４）その他の効果
既設の冷却塔におけるブレード付送風機をブレードレス送風機に置換するだけで、既設の冷却塔を本発明に係る冷却塔にすることができる。既設の冷却塔のファン、ベアリング整備時などに、安価に短期間で改造が可能である。ブレードレス送風機設置の際に、電圧・電流の増加は必要ないので、既設電気設備の改造は不要である。
噴流発生管からの噴流により排気口からの風量が増え、冷却効率が上がるので、冷却塔を従来よりも小さくすることができる。風量が増えるため、加圧空気供給源のモータを従来よりも小さくすることができる。
排気口から吐出される風は直進性に優れ、ある程度力もあるので、風力発電に利用することもできる。

ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４ 冷却塔
１００，２００ 塔体
１０１，２０４ 外気取込み口
１０２，２０２ 散水アーム
１０３，２０３ 充填材
１０６ 水槽
２０１ 上部水槽
２０２ 下部水槽
１０７，２０５ 排気口
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ブレードレス送風機
１，１ａ，１ｂ 噴流発生管
Ｏ 開口部
１１ 内壁
１１ａ 内壁の先端部
１２ 外壁
１２ａ 外壁の先端部
１３ 内部通路
１４ 噴出口
２ 加圧空気供給源
２１ 送風機(ブレード付き送風機)
２２ モータ

本発明は、冷却水を使用する設備との間で水を循環して水を冷却する冷却塔に関する。

冷却水を使用する空調設備や工業設備などにおいては、水の蒸発潜熱を利用して水を冷却する冷却塔が広く用いられている。この冷却塔は、負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却するものである。このような冷却塔には、充填材の表面を流下する冷却水と外気の流れ方向により、カウンターフロー型（向流型とも称される。たとえば、特許文献１〜３参照）とクロスフロー型（直交流型とも称される。たとえば、特許文献４,５参照）がある。カウンターフロー型は、通常、丸型であり、クロスフロー型は、通常、角型である。

図１２は、従来のカウンターフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ１は、塔体100の下部外周部に、外気を塔体100内に吸引するための外気取込み口101を有し、塔体100の中には上部に散水アーム102が、その直下には熱交換促進用の充填材103が支持
部材104により塔体100内の下部に空間が形成されるように、それぞれ配置されている。また、塔体100の中心部に、負荷側から戻ってくる冷却水を散水アーム102に送る送水管105が設けられ、塔体100内の底部には充填材103により冷却された冷却水を受ける水槽106が、さらに、塔体100の上部に設けられた排気口107内にプロペラファン等のブレード108及びモータ109からなる送風機がそれぞれ設置されている（特許文献１参照）。図１２において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体100内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体100外に排出される空気である。

図１３は、クロスフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ２は、塔体200内の上部に負荷側から戻される冷却水を受ける上部水槽201を設け、その上部水槽201と塔体200内の底部に設けられた下部水槽202との間に充填材203を配設し、塔体200の充填材203に対応する高さの両側部に外気取込み口204を備え、塔体200の上部の排気口205にモータ206と、モータ206により回転されるブレード207とからなる送風機を設け、その送風機を回転させると、外気取込み口204から外気が吸引され、その外気と上部水槽201から充填材203に散水される冷却水との熱交換が充填材203により促進され、充填材203を通過した空気が排気口205から塔体200の外に排気されるように構成されている（特許文献５参照）。図１３において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体200内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体200外に排出される空気である。

特開２００３−１３９４８８号公報 特開２０１１−１２２７４５号公報 特開２００３−６５６８６号公報 特開平８−４９９８９号公報 特開２０１０−９１２２６号公報

上記のように、従来の冷却塔は、カウンターフロー型、クロスフロー型のいずれも、塔体(100,200)の排気口(107,205)に、送風機が設けられている。大型の冷却塔には、カウンターフロー型冷却塔の場合は、排気口の口径が１５００〜３８００ｍｍ、外径寸法が５０００〜８５００ｍｍ程度のものがあり、クロスフロー型冷却塔の場合は、間口幅１７００〜１２０００ｍｍ、高さ２８００〜３３００ｍｍ、奥行き３３００〜３８００ｍｍにもなるものがある。また、クロスフロー型冷却塔の下部水槽(202)の深さは１０００ｍｍ以上の場合もある。そして、従来の冷却塔では、所期の冷却効果を得るために、送風機に所要の風量が得られるプロペラファン等を用いるブレード付き送風機を用いている。

このような所要の風量が得られるブレード付き送風機を用いる冷却塔においては、送風機の振動が空洞の塔体に伝導するため、稼働時の冷却塔から大きな騒音が発生するとともに、電力消費が大きい割には送風効率、したがって、冷却効率が低い。

本発明は、上記の点に鑑みてされたものであり、稼働時の騒音の発生が抑制されるとともに、冷却効率が向上される冷却塔を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却する冷却塔において、冷却塔の排気口の内側にブレードレス送風機の上向きの噴流を発生させる環状の噴流発生管を設けるとともに、前記噴流発生管を複数個同心状に設けたことを特徴とする。

ブレードレス送風機の噴流発生管には加圧空気を供給する加圧空気供給源が接続される。

噴流発生管は、環状に連続する内部通路と、その内部通路を外部に連通させる噴出口とを有し、内部通路に加圧空気が供給されたとき、噴出口から噴流発生管の壁面に沿って噴流を生じさせる。加圧空気供給源は噴流発生管の内部通路の一部に接続されてその内部通路に加圧空気を供給する。加圧空気供給源を一次送風機、噴流発生管を二次送風機ということができる。噴流発生管に加圧空気供給源を接続したものをブレードレス送風機ということもできる。

ブレードレス送風機は、冷却塔の排気口の内壁面に近接して設置された噴流発生管と、その噴流発生管よりも内側に設置された噴流発生管との少なくとも二つの噴流発生管を同心状に有するものである。

加圧空気供給源は、噴流発生管に加圧空気を供給する一次送風機である。一次送風機としては、冷却塔の要求送風量に応じて、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機を用いることができる。ブレード付き送風機に代えて、エジェクタ送風機やコンプレッサーを用いることも可能である。

加圧空気供給源は、冷却塔外の外気を吸引して噴流発生管の内部通路に供給するように設けてもよいが、冷却塔の上部空間内の空気を吸引して内部通路に供給するように設置すると、塔内の熱交換(冷却)用空気流が促進されるので、好ましい。

冷却塔がクロスフロー型のように大型の場合は、塔体の外壁の一部に外に開放されたピットを設け、そのピットに一次送風機を設けることが望ましい。これにより、一次送風機の熱や湿気による劣化が軽減され、一次送風機のメンテナンスを容易に行うことができる。

本発明によれば、負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却する冷却塔において、冷却塔の排気口の内側にブレードレス送風機の上向きの噴流を発生させる環状の噴流発生管を設けるとともに、前記噴流発生管を複数個同心状に設けたので、稼働時の騒音の発生が抑制されるとともに、冷却効率が向上される

本発明の第一の実施の形態に係るカウンターフロー型冷却塔の一部を破断して示す正面図である。 図１の冷却塔の平面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿った噴流発生管のみの断面図である。 図３の右側部分の拡大図である。 第一の実施の形態の別の例を示す平面図である。 図５の噴流発生管の配設構造の一例を示す断面図である。 図５の噴流発生管の配設構造の他例を示す断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係るクロスフロー型冷却塔の一部を破断して示す正面図である。 図８の冷却塔の平面図である。 本発明の他の実施の形態を、蓋を取り外して示す平面図である。 図１０の冷却塔の縦断面図である。 従来のカウンターフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。 従来のクロスフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明をカウンターフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図１２の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本発明の第一の実施の形態に係る冷却塔ＣＴ３においては、従来のブレード付き送風機および送風機駆動用モータに代えて、ブレードレス送風機Ｂ１が取り付けられている。

ブレードレス送風機Ｂ１は、噴流発生管１を有する。その噴流発生管１には、加圧空気供給源２が接続される。塔体100の排気口107の内側には、噴流発生管１のみが取り付けられる。そして、ブレードレス送風機Ｂ１が稼働すると、従来のブレード付き送風機が稼働するときと同様に、塔体100内の上部空間の空気Ａが排気口107から上方に吸い出され、塔体100内の上部空間が減圧されるため、外気吸い込み口101から外気Ａｉが吸い込まれ、充填材103の間を通過して、排気口107から上方に排気される。噴流発生管１は、従来のブレード付き送風機と異なり、ブレードを有しないで、排気口107内で上向きの噴流を発生することにより空気の流れを誘導して、塔体100内の上部空間の空気Ａを吸い上げ、排気口107から上方に移動させる。その原理については、後に詳述する。

噴流発生管１は、図２および図３に示すように、環状に形成されて、中央に開口部Ｏを有する。また、噴流発生管１は、図４に例示するように、一枚または複数枚の板で形成され、連続する内壁１１と外壁１２を有して、内壁１１と外壁１２によって噴流発生管１の開口部Ｏの中心軸の周囲に連続する内部通路１３が形成されている。

内壁１１の先端部１１ａと外壁１２の先端部１２ａは、それぞれ内向きに湾曲され、かつ、外壁１２の先端部１２ａが内壁１１の先端部１１ａの外側面に所定の距離を持って近接されている。そして、両先端部１１ａ，１２ａの間に開口部Ｏの中心軸の上部方向に開口する噴出口１４が形成されている。噴出口１４は、内部通路１３側から出口まで徐々に狭くされている。そのため、加圧空気供給源２から内部通路１３に供給される加圧空気ａは、噴出口１４においてさらに圧縮される。これによって、図４(ｂ)に示すように、噴出口１４の出口から開口部Ｏの中心軸の上部方向に噴出する噴流ｂが発生する。内壁１１の先端部１１ａの湾曲面およびそれに続く平面１１ｂと、噴出口１４の幅、すなわち、両先端部１１ａ，１２ａ間の距離は、噴流ｂが内壁１１の平面１１ｂに沿って層流となって上昇する、コアンダ効果が生じるように設計されている。

内壁１１の先端部１１ａはコアンダ表面として作用し、噴出口１４はノズルの機能を有するため、内部通路１３内の加圧空気ａは勢いのある空気流(噴流ｂ)となるように誘導される。

図４(ｂ)に示すように、噴流発生管１の噴出口１４から上向きの噴流ｂが発生すると、その噴流ｂはベルヌーイの法則により噴流発生管１の開口部Ｏ内に存在する空気ｃを引き込み、その空気ｃを同伴して排気口107から上方に排出される。噴流ｂに引込まれる空気の量は、噴流ｂの空気量よりも十数倍も多い。そして、開口部Ｏ内を移動する風量は、噴流発生管１の噴出口１４からの噴流ｂと、開口部Ｏ内で噴流ｂにより引き込まれる空気ｃとの総量となる。また、開口部Ｏ内の空気ｃの同伴により塔内上部空間が減圧されるため、外気取込み口101から吸い込まれて、排気口107から排出される空気量が増幅される。したがって、冷却塔ＣＴ３の冷却効率が上昇する。

ブレードレス送風機Ｂ１を噴流発生管１のみで構成する場合は、その噴流発生管１に加圧空気供給源２を接続して用いられるが、冷却塔の要求冷凍トンにより送風量が異なる加圧空気供給源２が用いられる。したがって、噴流発生管１の加圧空気供給源接続部は送風量が異なる加圧空気供給源２を接続可能にしてある。ブレードレス送風機Ｂ１は、噴流発生管１に加圧空気供給源２を予め接続したものとすることもできる。そして、噴流発生管１の加圧空気供給源２が接続される部分には、加圧空気供給源２から内部通路１３に供給される加圧空気を、噴流発生管１の接続部分から両側に分岐する内部通路１３に均等に分配するための分配器（図示せず)を設けることが良い。

加圧空気供給源２は、噴流発生管１に噴流を発生させるため、噴流発生管１に加圧空気を供給するものである。このための加圧空気供給源２としては、冷却塔ＣＴ３の冷却能力に必要な塔内送風量を、噴流発生管１からの噴流により生じさせるために必要な加圧空気量を供給できるものが使用される。たとえば、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機を用いることができる。ブレード付き送風機に代えて、エジェクタ送風機やコンプレッサーを用いることも可能である。

加圧空気供給源２は、空気を吸い込んで加圧し、噴流発生管１に供給するが、その空気には塔体100の外側の外気を用いてもよい。しかし、図１に示すように、塔体100内の上部空間の空気を用いることが好ましい。これにより、塔内の熱交換領域の空気流が促進されるので、熱交換率が向上する利点がある。

噴流発生管１からの噴流により塔内上部空間から吸引されて開口部Ｏに生じる空気の流れは、従来のブレード付き送風機を用いる場合よりも乱流が少なく、層流に近い。しかも、噴流発生管１はブレードを有しない。そのため、排気口107から発生する騒音は非常に少ないか、騒音が発生しない。したがって、付随的効果として、低騒音の冷却塔を提供することができる。

また、噴流発生管１からの噴流により開口部Ｏを流れる風量は、従来のブレード付き送風機を用いる場合よりも増量されるので、加圧空気供給源２には、排気口107において従来用いられていたブレード付き送風機よりも送風能力が小さいものを使用することができる。したがって、冷却塔の設備コストおよび運転コストの低減化も可能である。

また、ブレードレス送風機Ｂ１の噴流発生管１はブレードを有しない環状である。したがって、作業者は噴流発生管１の開口部から塔内に容易に進入して、塔内の散水アーム102や充填材103などのメンテナンスを安全かつ容易に行うことができる。また、可動部を有する加圧空気供給源２は塔外に設けられるから、加圧空気供給源２のメンテナンスも安全かつ容易に行うことができる。したがって、ブレードレス送風機Ｂ１のメンテナンスを安全かつ容易に行うことができる。

排気口107に設けられる噴流発生管１はブレードを有しないし、ブレードを有する加圧空気供給源２は塔体100の外側に設置され、ブレードは外側に出ない構造である。したがって、塔内でメンテナンス作業中に誤ってブレードレス送風機Ｂ１に電源を入れることがあったとしても、作業者が危険にさらされることはないので、安心してメンテナンス作業を行うことができる。

排気口107における排気量が少ない場合は、噴流発生管１を一つ設ければ足りる。しかし、排気口107における排気量が多く、排気口107の径が特に大きい場合は、図５に示すように、排気口107の中に少なくとも２本の噴流発生管１,１’を同心状に設けるとよい。

複数の噴流発生管１,１’を同心状に設ける場合、外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’を図６に示すように同じ高さに設けることも、図７に示すように、外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’の一方を他方よりも低い位置または高い位置に設けることもできる。いずれの場合も、一つの加圧空気供給源２と二つの噴流発生管１，１’の内部通路１３をダクト２３または２３，２３’により結合される。図５において、２４は外側の噴流発生管１と内側の噴流発生管１’を結合する支持部材である。より多い風量を必要とする場合は、加圧空気供給源を噴流発生管の数と同数備えて、加圧空気供給源と噴流発生管を１対１で結合してもよい。

図８は、本発明をクロスフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図１３の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

本発明の第二の実施の形態に係る冷却塔ＣＴ４においては、排気口２０５に、従来のブレード付き送風機および送風機駆動用モータに代えて、ブレードレス送風機Ｂ２が取り付けられている。一般的にクロスフロー型冷却塔ＣＴ４における排気量はカウンターフロー型冷却塔ＣＴ３における排気量よりも多いので、図５と図９を照合すると分かるように、冷却塔ＣＴ４には、図５と同様に、同心状に配設された２本の噴流発生管１,１’が取り付けられている。

第二の実施の形態においても、低騒音で、安全性の高いクロスフロー型冷却塔を提供することができる。

クロスフロー型冷却塔が特に大型の場合には、天井部に複数個の排気口２０５を設ける場合がある。このような場合は、各排気口２０５に図１,２に示された単一の噴流発生管１を有するブレードレス送風機Ｂ１または図８,９に示された複数の噴流発生管１，１’を有するブレードレス送風機Ｂ２を取り付けることができる。また、ブレードレス送風機Ｂ１とＢ２を適宜組み合わせて使用してもよい。

噴流発生管１の平面視形状は、上記の円形に限定されるものではなく、楕円形、長円形または矩形などでもよい。また、一次空気流を供給する加圧空気供給源２を一つの冷却塔に設ける数は、１個に限定されるものではなく、複数個でもよい。図１０は、クロスフロー型冷却塔ＣＴ５に設けられたブレードレス送風機Ｂ３を例示する横断面図である。この例では、充填材が配置されている面積の小さい熱交換室３１に対しては円形の噴流発生管１ａが用いられ、充填材が配置されている面積の大きい熱交換室３２には長円形の噴流発生管１ｂが用いられている。また、加圧空気供給源２は、塔内の充填材の間の上部空間の一方側に設置されたボックス３３内に取り付けられ、その加圧空気供給源２から加圧空気がダクト３４を介して各噴流発生管１ａ,１ｂに供給される。より多い送風量が必要な場合は、塔内の上部空間の両側に加圧空気供給源２,２を設けてもよい。上記の実施の形態においては、作業者が噴流発生管１の開口部から塔内に進入することができる場合について説明した。しかし、本発明はメンテナンス作業者が噴流発生管１の開口部から塔内に進入することができるものに限定するものではない。

上記実施の形態による効果は、次のとおりである。
（１）安全性の向上
ａ．冷却塔の排気口には、ブレード等の回転部材が露出していないので、メンテナンス作業時に巻き込まれる事故が起きる可能性がない。したがって、事故防止の効果が得られる。
ｂ．また、冷却塔の排気口には、ブレード等の回転部材が露出していないので、冷却塔内の上部に上って、充填材の藻や汚れの清掃等のメンテナンス作業に危険が伴わない。
ｃ．冷却塔の排気口には、駆動部や回転部材などがないので、部品等が劣化破損して飛散する恐れがない。
（２）メンテナンス上の効果
ｄ．加圧空気供給源の駆動用モータは、排気口の上方に設ける必要がないので、冷却塔での高所作業の割合が減る。
ｅ．加圧空気供給源の駆動用モータは、冷却塔の内部に設けることができるので、天候に関係なくメンテナンスを行うことができる。
ｆ．駆動用モータは、冷却塔の側部外面に設けることができるので、冷却塔の運転中も、修理やメンテナンスを行うことができる。
（３）加圧空気供給源の有効活用
充填材を仕切って複数の区間に分割し、区間ごとに排気口を設け、各排気口に設けた噴流発生管に一つの加圧空気供給源からダクトにより加圧空気を供給することができる。
小分けした区間に加圧空気を分散供給し、各空間に上昇気流を発生させることができるので、冷却効率が上がることから、冷却塔の構造を根本から変えることができる。
（４）その他の効果
既設の冷却塔におけるブレード付送風機をブレードレス送風機に置換するだけで、既設の冷却塔を本発明に係る冷却塔にすることができる。既設の冷却塔のファン、ベアリング整備時などに、安価に短期間で改造が可能である。ブレードレス送風機設置の際に、電圧・電流の増加は必要ないので、既設電気設備の改造は不要である。
噴流発生管からの噴流により排気口からの風量が増え、冷却効率が上がるので、冷却塔を従来よりも小さくすることができる。風量が増えるため、加圧空気供給源のモータを従来よりも小さくすることができる。
排気口から吐出される風は直進性に優れ、ある程度力もあるので、風力発電に利用することもできる。

ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３，ＣＴ４ 冷却塔
１００，２００ 塔体
１０１，２０４ 外気取込み口
１０２，２０２ 散水アーム
１０３，２０３ 充填材
１０６ 水槽
２０１ 上部水槽
２０２ 下部水槽
１０７，２０５ 排気口
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ブレードレス送風機
１，１ａ，１ｂ 噴流発生管
Ｏ 開口部
１１ 内壁
１１ａ 内壁の先端部
１２ 外壁
１２ａ 外壁の先端部
１３ 内部通路
１４ 噴出口
２ 加圧空気供給源
２１ 送風機(ブレード付き送風機)
２２ モータ

Claims (9)

1. 負荷側からの冷却水を塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却する冷却塔において、
   前記冷却塔の排気口の内側にブレードレス送風機の上向きの噴流を発生させる環状の噴流発生管を設け、
   前記冷却塔の排気口と前記噴流発生管の開口部の口径を、メンテナンス作業者が前記噴流発生管の開口部から前記冷却塔内に入って、前記冷却塔内の散水装置や前記充填材などのメンテナンス作業及び部品交換作業ができる程度の口径としたことを特徴とする冷却塔。
2. 請求項１記載の冷却塔において、前記ブレードレス送風機は、前記噴流発生管に加圧空気を供給する加圧空気供給源が接続されることを特徴とする冷却塔。
3. 請求項１記載の冷却塔において、前記ブレードレス送風機は、前記噴流発生管と、その噴流発生管に加圧空気を供給する加圧空気供給源とからなることを特徴とする冷却塔。
4. 請求項２または３記載の冷却塔において、前記噴流発生管は、環状に連続する内部通路と、その内部通路を外部に連通させる噴出口とを有し、前記内部通路に前記加圧空気が供給されたとき、前記噴出口から前記噴流発生管の壁面に沿って噴流を生じさせ、前記加圧空気供給源は前記噴流発生管の内部通路の一部に接続されてその内部通路に前記加圧空気を供給することを特徴とする冷却塔。
5. 請求項２、３または４のいずれか１項記載の冷却塔において、前記ブレードレス送風機は、前記冷却塔の排気口に求められる排気能力に応じて、前記冷却塔の排気口の内壁面に近接して設置された一つの噴流発生管を有するもの、または前記冷却塔の排気口の内壁面に近接して設置された噴流発生管と、その噴流発生管よりも内側に設置された噴流発生管との少なくとも二つの噴流発生管を有するものであることを特徴とする冷却塔。
6. 請求項４または５のいずれか１項記載の冷却塔において、前記加圧空気供給源は、プロペラファン、ターボファン、シロッコファン、エジェクタファンなどの、通常のブレード付き送風機またはコンプレッサーであることを特徴とする冷却塔。
7. 請求項４、５または６のいずれか１項記載の冷却塔において、前記加圧空気供給源は、前記冷却塔外の外気を吸引して前記内部通路に供給するように設置されていることを特徴とする冷却塔。
8. 請求項４、５または６のいずれか１項記載の冷却塔において、前記加圧空気供給源は、前記冷却塔の上部空間内の空気を吸引して前記内部通路に供給するように設置されていることを特徴とする冷却塔。
9. 請求項６項記載の冷却塔において、塔体の外壁の一部に外に開放されたピットを設け、そのピットに前記加圧空気供給源を設けたことを特徴とする冷却塔。
   

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