JP2021162221A

JP2021162221A - 冷却塔の散水槽

Info

Publication number: JP2021162221A
Application number: JP2020064030A
Authority: JP
Inventors: 仁三浦; Hitoshi Miura; 康隆篠浦; Yasutaka Shinoura; 貴文中島; Takafumi Nakajima
Original assignee: Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Infratec Co Ltd
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2040-03-31
Also published as: JP7495259B2

Abstract

【課題】循環水の流速や流量に関わりなく、散水箱から散水槽内に供給される循環水を、その下方の充填材に向けて均一に散水することができるようにする。【解決手段】散水槽１を、その底面１ａであって散水箱２の水流出口近傍から散水槽１の中央近傍の範囲の何れかの位置に、底面１ａを横断する方向に伸びた帯状突起３を少なくとも一つ配置して形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、直交流型冷却塔の上部に設置され、散水箱から供給される循環水を下方の充填材に散布するための多数の散水孔を底面に有する散水槽の構造に関する。

冷却塔は、散水槽から充填材に循環水である温水を散水し、温水が充填材を流下する際に風をあてて気化熱を奪うことで、温水を冷却する機器である。
図１０は冷却塔１００の上部の要部概略図、図１１は散水槽１０１と散水箱１０２の構成を示しており、温水は、冷却塔１００の下部からパイプを通じて、散水槽１０１内に備え付けられた散水箱１０２に供給され、水流出口１０２ａから散水槽１０１上に流れ出る。
温水の流れは、散水箱１０２で水平方向の流れに変換され、散水槽１０２の底面に沿って水平方向に行き渡らせ、散水槽１０２の底面全体に均等に配置して形成された散水孔１０１ａを通して下方の充填材に散布される構造となっている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−２４９１８８号公報

前記特許文献１に開示された構造では、散水箱から水平方向に勢いよく水が流出した場合、散水箱近傍では水が走ること（跳水）により水が貯まらず、よって散水槽内でこの部分では水位が低くなり、逆に散水槽の端では水位が高くなることがある。
散水槽内にこのような水位の偏在があると、散水槽の底面に形成された散水孔から充填材へと流れ落ちる散水量が不均一となり、冷却性能の低下を生じさせる虞がある。

また、ＦＲＰ成型品である冷却塔の製造にあたり、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）成型などの成型方法を用いることで、生産性が高く外観に優れた成形品を得ることができるが、この方法はハンドレイアップなどの成型方法に比べて高温高圧の成型方法であるため、脱型後の反りが発生する。冷却塔に使用する散水槽を前記成型方法で成形する場合も同様の問題が発生する。

本発明は上記のような問題点に鑑み、循環水の流速や流量に関わりなく、散水箱から散水槽内に供給される循環水を、その下方の充填材に向けて均一に散水することができるようにすることを課題とする。また、本発明は、ＦＲＰを用いて散水槽を成形するにあたり、反りや捻じれなどの成形不良の発生を抑制することを課題とする。

前記課題に対して本発明者は、散水箱から供給される循環水が散水槽内で、できる限り均一な水位となるようにするための手段として、散水槽の底面にリブ（突起）を設けることで循環水の流れを制御することを着想し、シミュレーションにより、前記底面への適切なリブの配置が散水槽内の循環水の水位の偏在の解消に効果があること、また、散水槽の底面にリブを適切に配置することで成形時の反りや捻じれの発生の抑止に効果があることを確認して本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の冷却塔の散水槽は、散水槽の底面であって散水箱の水流出口近傍から当該散水槽の中央近傍の範囲の何れかの位置に、当該底面を横断する方向に伸びた帯状突起が少なくとも一つ設けられた構成を有することを特徴とする。

前記構成によれば、散水槽の底面内で、散水箱の水流出口近傍から散水槽の中央近傍の範囲の何れかの位置に当該底面を横断する方向に伸びた帯状突起が少なくとも一つ設置されていれば、散水箱から流れ出る水の走りを抑制することができ、特に散水箱の水流出口部分の水位の低下を防ぐことが可能である。
なお、散水箱の水流出口近傍とは、散水箱の水流出口から、散水槽の端部に向かって、散水槽の長手方向長さの６％程度離れた範囲内の位置の底面上、散水槽の中央近傍とは、散水槽の底面の長手方向の中央付近であり、当該中央を含み且つ中央を挟んで散水槽の両端部側に向かってそれぞれ散水槽の長手方向長さの１０％程度離れた範囲内の位置の底面上をいう。上記の範囲の位置に帯状突起を設けることで、散水箱から流れ出る水の走りを効果的に抑制することができる。
また、底面を横断する方向とは、散水槽の底面内であって当該散水槽の一方の長手側辺から、これに対向する他方の長手側辺に向かう方向をいう。両側辺と直交する向きや、一方の側辺に対して傾斜し又は両側辺に対して傾斜する向きが含まれる。

また、前記構成の冷却塔の散水槽において、散水箱の水流出口近傍と散水槽の中央近傍とにそれぞれ帯状突起が１つ以上設けられた構成を有することを特徴とする。

散水槽の底面に帯状突起が設けられている場合に、散水箱から供給される循環水の流速や流量によって、帯状突起を越えるときに水流が飛んだり、帯状突起を越えた後でも水流が速かったりするときは、帯状突起の後側、つまり下流側の部分で水位が低くなる。前記のように、散水槽の底面の中央近傍にも帯状突起を設置することで、散水箱の水流出口近傍に設置した帯状突起の下流側で発生する水位の低下を抑制することが可能である。
また、散水槽の底面の中央近傍に少なくとも一つの帯状突起を設けることにより、ＳＭＣ成型などの成型方法で散水槽を成形する場合に、脱型後の製品の反りを抑えて、その後の組み立て時の不具合を防ぐ効果を得ることが可能である。後述のように、成型シミュレーションを実施したところ、散水槽の底面の中央近傍に少なくとも一つの帯状突起を設けた際には５％程度、中央近傍と散水箱の水流出口近傍に一つずつ設けた際には１０％程度の反り抑制効果が得られた。
なお、ＳＭＣ成型品の反りを抑制する効果や、使用時の水圧による変形を抑える目的で、散水槽の底面の両端部のうちの一方の端部近傍又は両方の端部近傍にも、一つ以上の帯状突起を設けてもよい。

前記構成の冷却塔の散水槽において、散水槽深さに対する帯状突起の高さの割合が、約８〜２５％であることを特徴する。

前記散水槽深さとは、散水槽の底面に散水用の穴がないときに、散水槽内に貯水しうる水位のことをいう。
散水槽深さに対する、散水槽の底面からの帯状突起の高さが８％より低いと散水箱からの水流の勢いを弱める効果が小さく、水位の平準化効果が十分に得られない。また、帯状突起が低すぎる（小さすぎる）場合には、ＳＭＣ成型品の反りを抑える効果も小さくなる。
他方、散水槽深さに対する、散水槽の底面からの帯状突起の高さが２５％より高いと、水流を堰き止める作用が大きくなって、散水槽の長手方向への水流の供給が滞り、逆に散水箱近傍の水位が高くなってしまう。また、帯状突起が高すぎる（大きすぎる）場合には、ＳＭＣ成型においても、ショートショットなどの成形不良が生じやくなるデメリットがある。
よって、散水槽の底面に配置する帯状突起は、散水槽深さに対する帯状突起の高さの割合が前記範囲内に設定されていることが好ましい。

また、前記構成の冷却塔の散水槽において、帯状突起の長さは散水槽の幅よりも短く、且つ、当該帯状突起は、散水槽の底面の幅方向中央部に配置される構成を有することが好ましい。

これによれば、帯状突起は、散水槽の幅よりも短く、一つの帯状突起が散水槽の全幅に亘るようには設置されていないので、散水箱から供給される水量が少ない場合でも、散水槽の長手方向に沿う底面全体に水流を供給することができる。また、散水箱からの水流の速度が速い部分である、散水槽の底面の幅方向中央部分に帯状突起を配置することで、この中央部分の水位が低下することを防ぐことができる。
散水槽の底面の幅方向の中央部に帯状突起を一つ配置して、帯状突起の両端に流路が確保されるようにした構造でもよいが、帯状突起を散水槽の幅方向に沿って分割し、分割した帯状突起の間に水路を確保した構造でもよい。帯状突起を分割した場合でも、水流に流れが速い底面の中央部分には帯状突起が配置してあることが好ましい。
散水槽の底面の幅方向に対する帯状突起の被覆率（長さ）は、前記底面の全幅の５０〜８５％であることが好ましい。

本発明の冷却塔の散水槽によれば、散水槽の底面に帯状突起を設けることにより、充填材への均一な散水の実現と、散水槽成形の際の反り抑制を両立させることが可能である。
また、散水槽の底面に帯状突起を設けることで、製品を肉厚にすることなく、使用時、つまり散水槽内に循環水が溜まったときの変形量を小さくすることが可能であり、肉厚にする必要がないことから、原料費用を抑えるメリットも得ることが可能である。

本発明の一実施形態の散水槽の概略構成を示す断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）である。実施例９の散水槽の概略平面図である。実施例１０の散水槽の概略平面図である。実施例と比較例の運転時の水位をシミュレーションした結果を示す表である。実施例１と２の散水槽内の水位をシミュレーションした結果を表した図である。実施例３と６の散水槽内の水位をシミュレーションした結果を表した図である。比較例１，２及び３の散水槽内の水位をシミュレーションした結果を表した図である。実施例と比較例の散水槽内の水位の状態を表したシミュレーション画像である。実施例と比較例の成形時の反りの発生をシミュレーションした結果を示す表である。冷却塔の散水槽の設置状態を示した図である。図１０の散水槽の概略構成を示した図である。

本発明の冷却塔の散水槽の好適な実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態の冷却塔の散水槽の概略構成を示しており、図中、符番１は散水槽、２は散水箱である。

図示した本発明の散水槽１は、底面１ａの周囲を適宜な高さの周壁で囲って平面視略矩形のトレー形に形成されており、前記図１０及び図１１に示した散水槽と同様に、底面１ａ全体に多数の散水孔（図示せず）が均等に配置して形成され、この散水孔を通して散水箱２から供給される循環水を下方の充填材に散布する構造のものである。そして、前記底面１ａ内の散水箱２の水流出口近傍から散水槽１の中央近傍の範囲の何れかの位置に、底面１ａを横断する方向に伸びた帯状突起３を少なくとも一つ設けた構成を有するものである。
同図では、散水箱２の水流出口近傍に配置した帯状突起３ａを実線で記載してある。

以下、散水槽１内で散水箱２から供給される水流の水位を制御するために、図１中で実線と破線で示されるように、散水槽１の底面１ａの適宜な位置に帯状突起１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅを設置した場合の実施例と比較例を通じて本発明を詳述する。
なお、同図（Ａ）中の符号「Ｉ」、「ＩＩ」、「ＩＩＩ」は、散水槽１の底面１ａに設ける帯状突起３の形成領域であり、「Ｉ」は散水箱２の水流出口から散水槽の長手方向の中央近傍の範囲、「ＩＩＩ」は散水箱２内の範囲、「ＩＩ」は「Ｉ」、「ＩＩＩ」以外の範囲の領域をさす。

〔実施例１〕
図１に示されるように、散水箱２の水流出口近傍の底面１ａに帯状突起３ａを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ａの設置位置は領域Ｉ内である。
散水槽１の底面１ａの周囲を囲う周壁の高さは１１７ｍｍ、底面１ａの短手方向の幅は５８３．６ｍｍに設定した。
帯状突起３ａは、その高さを１７ｍｍ、長さを４８０ｍｍに設定し、その長手方向中央を前記底面１ａの短手方向の中央に合わせて、散水槽１の長手両側辺と直交する向きに配置した。底面１ａの短手幅寸法に対する帯状突起の長さの被覆率は８２％である。

〔実施例２〕
図１に示されるように、散水槽１の長手方向の中央部近傍の底面１ａに帯状突起３ｂを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ｂの設置位置は領域Ｉ内である。帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例３〕
図１に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の長手方向の中央部近傍の底面１ａに帯状突起３ａ，３ｂを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ａ，３ｂの設置位置は領域Ｉ内である。両帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例４〕
図１に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の最上流側となる端部近傍の底面１ａに帯状突起３ａ，３ｃを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ａの設置位置は領域Ｉ、帯状突起３ｃの設置位置は領域ＩＩである。両帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例５〕
図１に示されるように、散水槽１の長手方向の中央部近傍と、散水槽１の最下流側となる端部近傍の底面１ａに、帯状突起３ｂ，３ｄを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ｂの設置位置は領域Ｉ、帯状突起３ｄの設置位置は領域ＩＩである。両帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例６〕
図１に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の長手方向の中央部近傍と、散水槽１の長手方向両端部近傍との底面１ａに、帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ａ，３ｂの設置位置は領域Ｉ、帯状突起３ｃ，３ｄの設置位置は領域ＩＩである。各帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例７〕
帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの高さを８ｍｍに設定する以外、実施例６と同様にして、散水槽１を構成した。

〔実施例８〕
帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの高さを３０ｍｍに設定する以外、実施例６と同様にして、散水槽１を構成した。

〔実施例９〕
図２に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の長手方向の中央部近傍と、散水槽１の長手方向両端部近傍の底面１ａに、長さ方向に２分割した帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置した散水槽１を構成した。
各帯状突起は、長さ２２５．５ｍｍの二本の突起により構成し、散水槽１の短手幅方向に沿って分割された二本の突起の両側に均等な隙間を開くように配置した。２分割した帯状突起の合計長さは４５１ｍｍであり、底面１ａの短手幅寸法に対する帯状突起の長さの被覆率は７７％である。
各帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔実施例１０〕
図３に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の長手方向の中央部近傍と、散水槽１の長手方向両端部近傍の底面１ａに、長さ方向に３分割した帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置した散水槽１を構成した。
各帯状突起は、前記底面１ａの中央部に配置されたものの長さを２３７．６ｍｍ、これの両側に配置されたものの長さを１１２．６ｍｍに設定し、散水槽１の短手幅方向に沿って分割された三本の突起の両側に均等な隙間が開くように配置した。３分割した帯状突起の合計長さは４６２．８ｍｍであり、底面１ａの短手幅寸法に対する帯状突起の長さの被覆率は７９％である。
各帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔比較例１〕
図１に示される散水槽１と同じ寸法で、底面１ａに帯状突起３が設置されていない散水槽１を構成した。

〔比較例２〕
図１に示されるように、散水箱２内の底面１ａに帯状突起３ｅを配置した散水槽１を構成した。帯状突起３ｅの設置位置は領域ＩＩＩである。帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

〔比較例３〕
図１に示されるように、散水槽１の最下流側となる端部近傍の底面１ａに、帯状突起３ｄを配置した散水槽１を構成した。帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。

実施例１から１０の散水槽１と、比較例１から３の散水槽１について、散水箱２に備えたパイプから一定の流量で循環水を散水箱２内に供給する流体シミュレーションを行った。
十分に定常状態となった３０秒後の、散水槽１の短手幅方向の水深を平均した値を、底面１ａ上で散水槽１の長手方向（水流流れ方向）に５ｍｍ間隔で出力して、散水槽１の長手方向の平均と標準偏差を求めた。その結果を図４中の表に示す。

また、散水箱２から循環水の流出を開始してから約３０秒後の散水槽１内の水位の状態を解析した。
散水箱２の水流出口から散水槽１の端部までの距離と水位の状態をグラフ形式で示した図を、実施例１，２については図５に、実施例３，６については図６に、比較例１，２及び３は図７にそれぞれ示す。
同じく散水箱２に循環水を供給し、十分に定常状態となった３０秒後の散水槽１内の水位の状態をシミュレーションした画像を図８に示す。同図は、実施例１，３，６及び比較例１，２のシミュレーション画像である。

前記シミュレーション結果によれば、実施例１、２より、散水箱２の水流出口近傍に帯状突起３ａが設置してあれば、散水箱２からの水の走りを抑制して、散水箱２の近傍の水位の低下の防止に効果があることが確認することができた。
一方、比較例２から、散水箱２の内部に帯状突起３ｅを設けても、その効果は得られず、比較例３から、散水箱２から距離が離れた散水槽１の端部に一つだけ帯状突起３ｄを設置した場合にも効果が得られないことが確認された。

また、実施例３により、散水槽２の中央近傍にも帯状突起３ｂを設置することで、散水箱２の水流出口近傍の帯状突起３ａの下流側で発生する水位低下を抑制可能であることを確認することができた。
帯状高さ３の高さは、実施例１から６のように、その深さの８〜２５％の範囲である１７ｍｍに帯状突起３の高さを設定することで、水流の勢いを適切に緩めて水位を平均化する効果をより一層得られることが確認できた。

また、実施例９と１０のように、帯状突起３を散水槽１の幅方向に分割して配置してもよく、その場合に、流れが速い散水槽１の幅方向中央部分に帯状突起３が配置されるのが好ましいことを確認することができた。

〔実施例１１〕
実施例６で構成した散水槽１を用い、これに散水箱２から流出する水量が実施例６のときと半分の場合をシミュレーションした。

〔実施例１２〕
図１に示されるように、散水箱２の水流出口近傍と、散水槽１の長手方向の中央部近傍と、散水槽１の長手方向両端部近傍との底面１ａに、底面１ａの短手幅全体に亘る長さで帯状突起３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置した散水槽１を構成した。底面１ａの短手幅寸法に対する帯状突起の長さの被覆率は１００％である。帯状突起の配置以外は実施例１と同じである。
実施例１２の散水槽１についても、実施例１１と同様に水量が半分の場合をシミュレーションした。
その結果を前記図４中の表に示す。

実施例１１と実施例１２の水位の標準偏差を比較した結果から、帯状突起３の両側に水路となる隙間が確保されている方が、水位が均一になることが確認することができる。

前記各実施例と比較例について、水位の標準偏差から、散水槽１内の水位を均等にする効果があるか否かを評価した（水量の均一性評価）。図４の表中に、標準偏差８未満のものはＡＡ、標準偏差７以上１０未満のものはＡ、標準偏差１０以上１２未満のものはＢ、標準偏差１２以上はＣを付してランク付けした。

次に、散水槽１の底面１ａに帯状突起３を配置することで、成形時の反りの発生を抑止することができるか、前記実施例と比較例の散水槽１について成型シミュレーションした結果を説明する。

共通の解析条件は以下のとおりである。
・材料：ＧＦ−ＳＭＣ
・成形時間：４００秒
・初期材料温度：２５℃
・金型温度：１５０℃
・型締め荷重：１０００ｔ

前記解析条件のもと、実施例２，３，６，７，８と比較例１，３の散水槽１を成形した際の反りの発生をシミュレーションにより、幅方向の変位と上下方向の変位について、それぞれ最大値と最小値の差を求めた。
その結果を図９中の表に示す。
前記値について、リブを設けない比較例１に対して１０％以上改善したものはＡ、５％以上１０％未満改善したものはＢ、５％未満の改善、及び、比較例１よりも悪化したものはＣを付してランク付けし、前記表中に記した。

前記シミュレーション結果によれば、実施例２のように、散水槽１の中央近傍に帯状突起３ｂを設けることにより、ＳＭＣ成型などの成型方法をとる場合に、脱型後の製品の反りを抑えて、その後の組み立て時の不具合を防ぐ効果も期待できることが確認された。
また、幅方向変位のシミュレーション結果に着目すると、リブがない比較例１と比較して、実施例２のように散水槽１の中央近傍に帯状突起３ｂを設けた際には５％程度、実施例３に示すようにさらに散水箱２の水流出口近傍に帯状突起３ａを設けた際には１０％程度の反り抑制効果が得られた。一方、比較例３のように散水槽１の端部近傍のみ帯状突起３ｄを設けた場合には、これらの効果は得られなかった。

実施例６や７のように、散水槽１の端部近傍に帯状突起３ｃ，３ｄを設けることで、ＳＭＣ成型品の反りを抑制する効果が得られ、また、使用時の水圧による変形を抑えることに有効である。
実施例６や７のように、実施例３のリブ構成に、散水槽１の端部近傍に帯状突起３ｃ，３ｄを追加で設けてもよい。この場合、成形時の反りの抑制以外にも、使用時の水圧による変形を抑える効果を期待できる。
なお、実施例８のように、帯状突起３の高さを高くしてもＳＭＣ成型品の反りを抑える効果があるが、高すぎる場合には、ＳＭＣ成型においてもショートショットなどの成形不良を生じやすいなどのデメリットが生じると推察される。

以上、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態のものや実施例で示したものに限定されないことは言うまでもない。前記各実施例は一例であり、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１散水槽、１ａ底面、２散水箱、３，３ａ〜３ｅ帯状突起

Claims

散水槽の底面であって散水箱の水流出口近傍から当該散水槽の中央近傍の範囲の何れかの位置に、当該底面を横断する方向に伸びた帯状突起が少なくとも一つ設けられた構成を有することを特徴とする冷却塔の散水槽。
散水箱の水流出口近傍と散水槽の中央近傍とにそれぞれ帯状突起が１つ以上設けられた構成を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却塔の散水槽。
散水槽深さに対する帯状突起の高さの割合が、約８〜２５％であることを特徴する請求項１又は２に記載の冷却塔の散水槽。
帯状突起の長さは散水槽の幅よりも短く、且つ、当該帯状突起は、散水槽の底面の幅方向中央部に配置されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の冷却塔の散水槽。
帯状突起の長さが、散水槽の底面の全幅の５０〜８５％であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の冷却塔の散水槽。