JP2657054B2 - 熱交換方法及び熱交換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換装置、例え
ば閉鎖ループ冷却塔、蒸発式凝縮器又は湿潤空気冷却器
等の熱交換装置に関連する。

【０００２】

【従来の技術】閉鎖ループ蒸発性熱交換器は広く次の３
カテゴリに分類できる。 （１） 顕熱交換器−直接蒸発熱交換システム。このカ
テゴリでは顕熱交換器からの流体流の１つは直接蒸発熱
交器にパイプ移送される。 （２） 独立型間接蒸発熱交換器。 （３） 組合せ直接及び間接熱交換器。 シェル−チューブ型冷媒凝縮器、即ち顕熱交換器は分離
した冷却塔に接続され、前記の第１群の例で、蒸発性冷
却塔が通常使用される熱交換法に使用される。「コイル
シェッド（coil sheds）」と呼ばれる製品はこの第１群
の一部で、コイルシェッドは非通風コイル部（顕熱交換
器）の直上に配置された冷却塔（直接蒸発熱交換器）で
構成される。

【０００３】独立型間接蒸発熱交換器は第２群の代表的
な製品で、通常は第１群の製品ほど使用されない。蒸発
性凝縮器と蒸発性流体冷却器の大部分はこの型式であ
る。逆流、交差流又は平行流の空気及び蒸発性液体流を
使用する製品は市販されているが、逆流構造のものが主
に使用される。

【０００４】第３群の装置は間接及び直接蒸発熱交換部
の両者を組み合わせた製品である。この群の使用は最小
である。

【０００５】先行技術においては、水及びその熱温度範
囲は装置の熱交換容量を大幅に制御するため、最大熱交
換効率のために間接部の頂部に一様な温度を有する蒸発
性流体を供給する重要性が強調されている。この点にお
いて、直接上間接配列（theindirect-over-direct arra
ngement）が好ましい選択として報告されており、先行
技術の次の議論は、本発明を報告された先行技術と区別
するために提供される。

【０００６】直接部及び間接部の組合せに関する先行技
術（米国特許第４,１１２,０２７号、第４,６８３,１０
１号及び第３,１４１,３０８号）には、間接部上の交差
流直接蒸発部の使用について記載されている。しかしな
がら、好ましくないこととして、間接部上の交差流直接
蒸発部の使用により、直接蒸発部を通して下降する温度
勾配が冷却水に発生する。この水の温度勾配が、水平に
内部へ移動しかつ下降する水から吸収された熱で飽和し
た交差流空気のために、直接部内で不均一な熱交換を生
じさせる。これは、直接熱交換部の最も内側の部分が、
すでに加熱された空気流と熱交換することを有効に試み
ており、それにより下降する蒸発性液体と不均等な熱交
換を行い、下降する蒸発性液体は不均一な温度を有する
直接部の長さ方向の底の列に沿って蒸発性液体を残すこ
とを意味する。米国特許第４,６８３,１０１号に示すよ
うに、この流出水の温度勾配は、直接熱交換部を横切っ
て−１４〜−１２℃（華氏６〜１０度）の範囲となり得
る。さらに重要なこととして、直接部が直に間接部上に
置かれるとき、不均一な温度の水は重力により下方向へ
排出されかつ間接部を含む下部循環路の列上へ直接に落
下する。その結果、水の温度温勾配が維持され、間接部
へ通過し、間接部内の循環路から循環路まで起こる不均
一な熱交換が行われる。当業者は、温度勾配に起因する
不均一な熱伝達が冷却塔への全体の熱の非効率の原因と
なることを知っている。不均等に負荷のかかった循環
路、即ち最も低温で利用可能な空気流を受ける循環路に
おいて液体凝縮物が後退するため、同じ不均一な熱伝達
条件が、蒸発的に凝縮する用途においてさらなる動作上
の非効率を示す。従って、循環路中の凝縮物は、凝縮す
るのに必要な表面積域を制限する。米国特許第４,６８
３,１０１号の開示内容は、この問題について、循環路
内で冷却されるべき最も高温の流体が温度勾配内の冷却
水の最も高い温度で熱交換されるために、循環路内の内
部流体流の方向と同様に、間接熱交換循環路の方向を物
理的に変えることにより解決しようとした。しかしなが
ら、その配列は、水の温度勾配の問題が発生すること自
体を解決することができず、温度勾配が間接蒸発熱交換
部内の熱交換効率を有する効果は無視された。

【０００７】本発明の出願人が所有する係属中の出願
（米国特許出願０８／０７８６２９号）の閉回路流体型
冷却塔において、間接部上の液体を蒸発させる最初の均
一な温度を分配することは、熱交換部内の熱交換の均一
性にかなり有効であることが判明した。この発明によ
り、蒸発性液体が間接部内において大部分の熱交換の機
能を果たすから、水の温度勾配は熱交換容量を最大にす
るために除去しなければならないことが解った。また、
流体流に対する逆流があるとき、空気及び蒸発性液体の
媒体は互いに同じ方向に流れる場合、さらに熱交換効率
が増加することが判明した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許出願０８／０７８６２９号に示された配列の欠点の一
つは、放出される湿潤空気流について軸ファン又はプロ
ペラファンを使用することであり、これらは冷却塔の高
さ及びサイズに影響する。プロペラファンを配列した場
合、当然の傾向として冷却塔の高さはコスト問題だけで
なく構造配置の問題を生じる。さらに、それらの構造
は、道路上（over-the-road）の貨物自動車ような通常
の手段では容易に輸送できない大きな部分から組み立て
られる場所でなければならなかった。

【０００９】この点で、本発明及び前記出願の熱交換装
置の間の唯一の根本的な相違は、先の出願が誘導通風構
造を示しているのに対し、本発明が強制通風構造を示し
ている点にあることが明らかであろう。しかしながら、
動作に関しては、先の出願が交差流直接蒸発部構造に集
中するのに対し、本発明は直接蒸発部は台形の逆流蒸発
性液体−気流の概念である。そして、本発明の構造は、
これら２つの部分の間の特別に設計された空気入口空間
を有する間接部の上に直接部を配置する点で、先の出願
で開示された概念とは全く異なる。

【００１０】本発明は、以下説明するように、装置の間
接部に使用する蒸発性液体の一様な温度を与えるため、
前記の間接上直接（direct-over-indirect）構造の欠点
を解決することができる。

【００１１】本発明の目的は、間接及び直接熱交換部か
らの顕熱及び蒸発熱交換現象の利益を動作上組み入れる
ことが可能で、かつ、コンパクトな構造の正圧熱交換装
置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、
直接及び間接蒸発熱交換部の間に必要な空間の要求を最
小にするために、２つの部分の間に共通でかつ加圧され
た空気のプレナム（空気室）を組み入れることが可能な
熱交換装置を提供することにある。本発明のさらに別の
目的は、装置内の垂直方向のあらゆる点の水及び空気通
路においてそれぞれ一様な温度勾配を与えるべく、一様
な空気分配の最大化を促進するために、過剰な湿度及び
水滴の影響を受けない強制通風ファンを用いる熱交換装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明による熱交換方
法は、直接蒸発熱交換部（90）及び一体の間接蒸発熱交
換部（50）を熱交換装置（10）に設け、間接蒸発熱交換
部（50）は間接蒸発熱交換部（50）を含む複数の個々の
管路内の流体流を導き、直接蒸発熱交換部（90）は複数
の充填シート（93）を含む充填束を有し、各充填シート
（93）は短側端（96）、長側端（98）及び短側端（96）
と長側端（98）との間の主面（95）を有し、直接蒸発熱
交換部（90）及び間接蒸発熱交換部（50）の各々は上
側、底側、内側、外側、空気入口（100）及び空気出口
（17）を有し、直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱
交換部（50）の内側及び外側は各々の直接蒸発熱交換部
（90）及び間接蒸発熱交換部（50）の実質的に等しい幅
を形成している過程と、間接蒸発熱交換部（50）より上
方に直接蒸発熱交換部（90）を配置する過程と、直接蒸
発熱交換部（90）の頂部の上方向に通常直接蒸発熱交換
部（90）を横切って下方向へ蒸発性液体を噴霧する分配
手段（36）を設ける過程と、間接蒸発熱交換部（50）の
個々の管路を横切って直接蒸発熱交換部（90）から下方
へ蒸発性液体を通過させて、蒸発性液体を管路内の流体
流と間接的に熱交換させる過程と、周辺空気流を熱交換
装置（10）の単独の空気入口（100）へ移動させる少な
くとも１つの空気移動手段（24、24A）を設け、単独の
空気入口（100）は水平方向及び垂直方向の大きさを有
し、空気入口（100）の水平方向の大きさは直接蒸発熱
交換部（90）及び間接蒸発熱交換部（50）の少なくとも
いずれかの幅と同じであり、単独の空気入口（100）は
直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交換部（50）の
各々に共通の空気入口区域（120）と連絡し、空気移動
手段（24、24A）により空気入口区域（120）の温度範囲
内の空気流を加圧する過程と、空気入口区域（120）内
で空気流を第１空気流及び第２空気流に分割し、第１空
気流は直接蒸発熱交換部（90）の底側と連結した直接蒸
発熱交換部（90）の空気入口（100）へ上方に流動し、
第２空気流は間接蒸発熱交換部（50）の上側と連結した
間接蒸発熱交換部（50）の空気入口（100）へ下方に流
動し、第１空気流は直接蒸発熱交換部（90）内の蒸発性
液体と逆方向に流動し、第２空気流は間接蒸発熱交換部
（50）内の蒸発性液体と同一方向に流動し、第１空気流
は直接蒸発熱交換部（90）の上側と連結した空気出口
（17）から流出する前に直接蒸発熱交換部（90）内の蒸
発性液体と蒸発熱交換し、第２空気流は間接蒸発熱交換
部（50）の底側と連結した空気出口（17）から流出する
前に間接蒸発熱交換部（50）内の蒸発性液体と蒸発熱交
換する過程と、間接蒸発熱交換部（50）を流出する蒸発
性液体の実質的に全部を溜め（30）に捕集する過程と、
再分配のため捕集したほぼ全部の蒸発性液体を直接蒸発
熱交換部（90）へポンプ（32）で汲み上げる過程と、ほ
ぼ分配手段（36）上で開放した屋根（12）と、溜め（3
0）を含むための一般に固体のベース（18）と、前壁（1
4）と、後壁（16）と、屋根（12）、ベース（18）、前
壁（14）及び後壁（16）に連結する一対の第１側壁（2
0）及び第２側壁（22）とを備えた構造包囲体（10a）を
設け、溜め（30）、分配手段（36）、直接蒸発熱交換部
（90）及び間接蒸発熱交換部（50）を単一の構造包囲体
（10a）内に包囲する過程と、間接蒸発熱交換部（50）
を流出する第２空気流を受けかつ熱交換装置（10）から
容易に空気流を流出させる通路（15）を間接蒸発熱交換
部（50）の下に設ける過程とを含む。

【００１３】この熱交換方法は、直接蒸発熱交換部（9
0）の充填束の充填シート（93）を配列し、各充填シー
ト（93）と平行に空気入口区域（120）内へ空気流を流
入させる過程、通路（15）から屋根（12）までの構造包
囲体（10a）の範囲内で上方へ延伸しかつ通路（15）と
連絡する少なくとも１つの垂直な流出空気室（150）を
設ける過程、間接蒸発熱交換部（50）の各管路を配列
し、空気入口区域（120）へ流入する周辺空気流と同じ
方向で個々の管路へ流体流を流入させる過程、構造包囲
体（10a）の外側の空気を移動させる空気移動手段（2
4、24A）を配置し、空気入口区域（120）内の空気流の
圧力を周囲空気の圧力よりも大きくしかつ空気移動手段
（24、24A）を通る空気流が単独の空気入口（100）に連
絡させる過程、構造包囲体（10a）の外部から周辺空気
を受ける開放された空気入口区域（120）内の空気流の
圧力を周辺空気の圧力よりも小くする空気移動手段（2
4、24A）を構造包囲体（10a）の屋根（12）内に配置
し、空気移動手段（24、24A）から空気流を屋根（12）
の開口部（12a）と連絡させる過程、間接蒸発熱交換部
（50）の個々の管路を配列して、個々の管路内を流動す
る流体流を第１側壁（20）及び第２側壁（22）とほぼ平
行な方向に流動させる過程、空気入口区域（120）内の
空気流の圧力を周囲空気の圧力よりも大きくする空気移
動手段（24、24A）を構造包囲体（10a）の外側に配置
し、空気移動手段（24、24A）から排出した空気流が単
独の空気入口（100）と連絡する過程、管路内の流体流
に対し垂直に空気入口（100）に周辺空気流を流入させ
る空気入口（100）を第１側壁（20）及び第２側壁（2
2）のいずれか一方に設ける過程、及び構造包囲体（10
a）内で通路（15）から屋根（12）への構造包囲体（10
a）の範囲内で上方に延伸しかつ通路（15）と連絡する
少なくとも１つの垂直な流出空気室（150）を設ける過
程を単独又は組み合わせで含んでもよい。

【００１４】この発明による熱交換装置は、開口部（12
a）を有する屋根（12）と、ベース（18）と、前壁（1
4）と、後壁（16）と、屋根（12）、ベース（18）、前
壁（14）及び後壁（16）に連結する第１側壁（20）及び
第２側壁（22）とを有し、水平方向の大きさを有する単
独の空気入口（100）を含む構造包囲体（10a）と、充填
束を含む直接蒸発熱交換部（90）と、一体の間接蒸発熱
交換部（50）とを備えている。直接蒸発熱交換部（90）
及び間接蒸発熱交換部（50）の各々は単独の空気入口
（100）と連絡する共通の空気入口区域（120）により分
離され、直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交換部
（50）の各々は、上側、底側、内側、外側、空気入口
（100）及び空気出口（17）を有する。直接蒸発熱交換
部（90）及び間接蒸発熱交換部（50）の各々の内側及び
外側は直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交換部
（50）の各幅を形成し、直接蒸発熱交換部（90）及び間
接蒸発熱交換部（50）の各幅は互いにかつ空気入口（10
0）の水平方向の大きさと実質的に等しい。間接蒸発熱
交換部（50）は管路内の流体流を導く複数の個々の管路
を含み、直接蒸発熱交換部（90）は、短側端（96）、長
側端（98）及び短側端（96）と長側端（98）との間の主
面（95）を有する複数の独立した充填シート（93）を有
する。直接蒸発熱交換部（90）は間接蒸発熱交換部（5
0）の上方に配置される。

【００１５】空気入口区域（120）において空気流は直
接蒸発熱交換部（90）へ上方向に流入する第１空気流及
び間接蒸発熱交換部（50）へ下方向に流入する第２空気
流に分割され、第１空気流及び第２空気流の各々は直接
蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交換部（50）内で流
動する蒸発性液体と蒸発熱交換する。間接蒸発熱交換部
（50）の空気入口（100）は間接蒸発熱交換部（50）の
上側と連結しかつ空気入口区域（120）と連絡し、間接
蒸発熱交換部（50）の空気出口（17）は間接蒸発熱交換
部（50）の底側と連結する。間接蒸発熱交換部（50）の
空気流は内部の蒸発性液体と同一方向に流動し、直接蒸
発熱交換部（90）の空気入口（100）は直接蒸発熱交換
部（90）の底側と連結しかつ空気入口区域（120）と連
絡する。直接蒸発熱交換部（90）の空気出口（17）は直
接蒸発熱交換部（90）の底側及び屋根（12）と連結し、
直接蒸発熱交換部（90）の空気流は内部の蒸発性液体と
逆方向に流動し、少なくとも１つの空気移動手段（24、
24A）により空気入口区域（120）で周囲空気温度の周辺
空気流を加圧しかつ単一の空気入口（100）に向かって
構造包囲体（10a）内に移動させる。

【００１６】この熱交換装置は、蒸発性液体が重力によ
り間接蒸発熱交換部（50）へ排出される前に蒸発性液体
を直接蒸発熱交換部（90）の複数の充填シート（93）上
へ下方に噴霧する分配手段（36）と、蒸発性液体が下方
へ分配された後に実質的に全部の蒸発性液体を捕集する
溜め（30）と、間接蒸発熱交換部（50）の直下で溜め
（30）より上方に配置されかつ間接蒸発熱交換部（50）
から流出する第２空気流を受けると共に、間接蒸発熱交
換部（50）からの第２空気流の容易に流出させる通路
（15）と、再分配のため捕集した実質的に全部の蒸発性
液体を直接蒸発熱交換部（90）へ汲み上げるポンプ（3
2）とを備えている。

【００１７】直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交
換部（50）、分配手段（36）、溜め（30）及び通路（1
5）を構造包囲体（10a）により包囲し、充填シート（9
3）により空気入口区域（120）へ流入する空気流を各充
填シート（93）と平行に流動させる。間接蒸発熱交換部
（50）は頂部出口ヘッダ（80）及び底部入口ヘッダ（7
0）を備え、頂部出口ヘッダ（80）及び底部入口ヘッダ
（70）の各々は間接蒸発熱交換部（50）の頂部及び底部
に各々と操作上連結し、頂部出口ヘッダ（80）及び底部
入口ヘッダ（70）はほぼ同一面上で互いに垂直方向に離
間しかつ対応する側面に取り付けられかつ頂部出口ヘッ
ダ（80）及び底部入口ヘッダ（70）に流入及び流出する
流体流と連絡する管（75、85）を有する。複数の管路は
直列に配列された独立した循環路（54、56）を備え、列
内の各循環路（54、56）は入口端及び出口端を有する。
入口端及び出口端のいずれか一方は頂部出口ヘッダ（8
0）及び底部入口ヘッダ（70）のいずれか一方に連結さ
れ、入口端及び出口端の他方は頂部出口ヘッダ（80）及
び底部入口ヘッダ（70）の他方に連結される。各循環路
（54、56）は頂部出口ヘッダ（80）及び底部入口ヘッダ
（70）間の流体流に連絡する。

【００１８】流体流は頂部出口ヘッダ（80）及び底部入
口ヘッダ（70）の管（75、85）のいずれか一方へ流入し
かつ管（75、85）の他方から流出し、流入及び流出する
流体流は一般に平行かつ互いに逆方向に流動し、流体流
は個々の管路内の頂部出口ヘッダ（80）及び底部入口ヘ
ッダ（70）間を実質的に均一な流速で管路から管路まで
流動する。間接蒸発熱交換部（50）内の個々の管路の各
々は連続した蛇管を備え、蛇管は垂直に一直線上に並ぶ
配列及び一般にＵ字形状の列を形成し、各列は長さがほ
ぼ等しくかつ連続的に通常等しい垂直の大きさで互いに
離間し、各列は一般にＵ字形状の管により一体に連結さ
れる。個々の管路の列内の一つおきの独立した循環路
（54、56）は、Ｕ字形状の列間の垂直の大きさのほぼ半
分だけ垂直方向にずれている。

【００１９】構造包囲体（10a）内を屋根（12）へ上方
に延伸しかつ通路（15）と連絡する少なくとも１つの垂
直な流出空気室（150）を備えている。流体流が空気入
口区域（120）への周辺空気と同じ方向で各循環路（5
4、56）内へ流入させる個々の管路を配列する。空気入
口区域（120）内の空気流の圧力を周囲空気の圧力より
も大きくする空気移動手段（24、24A）を構造包囲体（1
0a）の外側に配置し、空気移動手段（24、24A）から流
出する空気流を単一の空気入口（100）に連絡させる。
空気入口区域（120）内の空気流の圧力を周囲空気の圧
力よりも小さくする空気移動手段（24、24A）を熱交換
装置（10）の屋根（12）に配置し、熱交換装置（10）の
外側から周囲空気を受ける通常開放された空気入口（10
0）は空気入口区域（120）と連絡し、空気移動手段（2
4、24A）からの空気流がほぼ屋根（12）の開口部（12
a）に連絡する。

【００２０】間接蒸発熱交換部（50）の個々の管路を配
列して、個々の管路内を流動する流体流を第１側壁（2
0）及び第２側壁（22）とほぼ平行な方向に流動させ
る。空気入口区域（120）内の空気流の圧力を周囲空気
の圧力よりも大きくする空気移動手段（24、24A）を構
造包囲体（10a）の外側に配置し、空気移動手段（24、2
4A）からの空気流が単一の空気入口（100）に連絡す
る。第１側壁（20）及び第２側壁（22）のいずれか一方
に空気入口（100）を設け、空気入口（100）へ流入する
周囲空気は管路内の流体流に対しほぼ垂直に流れる。構
造包囲体（10a）内で通路（15）から屋根（12）への構
造包囲体（10a）の範囲内で上方に延伸しかつ通路（1
5）と連絡する少なくとも１つの垂直な流出空気室（15
0）が設けられる。

【００２１】特に、本発明は非常にコンパクトな、分離
した直接蒸発熱交換部（90）及び間接蒸発熱交換部（5
0）を積み重ねた集合体に関連し、この集合体では、性
能を向上させ、直接部即ち直接蒸発熱交換部（90）から
流出する初期均一温度の蒸発性液体が間接部即ち間接蒸
発熱交換部（50）を横切って分散される。他の同様な大
きさを有し、現在商業的に実施可能な間接蒸発熱交換製
品と比較すると、本発明は、両熱交換部（50、90）に共
通する独特の加圧空気入口区域（120）のため、単位寸
法及びコスト当たりはるかに大きい熱移動性能を達成し
得る。この空気入口区域（120）は内部で各熱交換部（5
0、90）間の単一の流入空気流を分割し、性能を向上さ
せる均一温度の蒸発性液体が間接蒸発熱交換部（50）を
横切って分配されるように各部に２つのさらに分離した
空気流の通路（15）を与える。

【００２２】本発明によれば、比較的乾燥した周辺空気
が空気移動手段としてのファン（24、24A）によって、
特別に設計した空間、即ち間接蒸発熱交換部（50）の上
部と直接部（90）の底部との間に存在する空気入口区域
（120）に吹き込まれる。この空気入口区域（120）内の
空気はファン（強制通風システム）（24、24A）によっ
て加圧されるから、この空気は内部の通路（15）を通っ
て分散し、直接部（90）内では上方向に、又間接蒸発熱
交換部（50）内では下方向に流動する。同時に、蒸発性
液体（通常は水）は均一温度の直接部（90）の上部を横
切って分散し、ここで逆流する空気流と直接接触し、こ
の二つの媒体は熱と質量の移動が行われる。直接部（9
0）内の蒸発性流体は下降する時、低い均一温度で直接
部（90）から流出する。この空気入口区域（120）を通
る短距離の自由落下後、この流体は間接蒸発熱交換部
（50）の上部を通って分散し、対応空気流と平行な間接
蒸発熱交換部（50）を構成する一連の循環路（54、56）
を移動する。間接蒸発熱交換部（50）のこれらの導管
は、内部流体を適当に冷却して移動するが、後述のよう
に、この流体は加熱することもできる。

【００２３】本発明を閉鎖ループ冷却塔、又は蒸発性凝
縮器として使用する際は、熱は間接的に内部流体流から
蒸発性液体のフィルムに移動され、循環路（54、56）の
外面を濡らしこれを包囲する。循環路（54、56）内の流
体流から移動された熱は、潜熱として空気流に伝達され
空気のエンタルピを増加すると共に、残りの熱は感知で
きるエネルギとして保存され蒸発性液体の温度を上昇す
る。この温暖な蒸発性液体は間接蒸発熱交換部（50）か
ら捕集用の溜め（30）に流れ、直接蒸発熱交換部（90）
を横切って分散するため上方向にポンプで送られる。蒸
発性液体内に貯蔵された顕熱エネルギは次に直接蒸発熱
交換部（90）に伝達され、第２番目の別の空気流に送ら
れる。この熱伝達は下降する蒸発性液体から装置の同じ
部分を上昇する空気流に伝達される潜熱及び顕熱伝達に
よって行われる。

【００２４】本発明を湿潤空気冷却器として使用する場
合には、前記の直接及び間接蒸発熱交換部（50、90）は
反対方向に行われる熱伝達以外には正確に前記のように
機能する。前記のような熱放出の代わりに、間接蒸発熱
交換部（50）の循環路（54、56）内の流体流は空気流か
ら熱を受け取るから空気流を冷却する。この過程は蒸発
性流体冷却器及び凝縮器についての前記の説明と逆過程
である。

【００２５】本発明が蒸発性凝縮器として使用されると
き、各熱交換部（50、90）内における熱交換方法の説明
は、冷却時に高温の冷媒が等温の状態で凝縮することを
除いて、装置を冷却する閉回路流体についての説明と同
じである。一般に、循環路（54、56）内の流体（ここで
は冷媒ガス）の流れは、循環路（54、56）内の凝縮液の
排出を容易にするため、循環路（54、56）内の液体を意
識的に冷却する場合と逆である。

【００２６】本発明は第３群の細部が吹き抜け即ち強制
通風構造で、ファン（24、24A）がユニットの入口の乾
燥空気流中に装着される。この群の従来の装置では排出
側に装着された通常誘導通風ファン（24、24A）を使用
し、空気は各熱交換部（50、90）に誘導され、ファン
（24、24A）を水滴及びミストを多く含有する高湿潤空
気に曝露する。これはファン（24、24A）が乾燥空気流
に曝露されている入口に配置されている強制通風構造で
は不利と考えられる。

【００２７】さらに、吹き抜け即ち強制通風構造は正圧
で動作し、一方誘導通風構造は負圧で動作することは明
らかである。負圧よりはむしろ正圧の下での動作の方が
当業者によって容易に区別され得る利点がある。従っ
て、本発明は、第３群の装置を目的とすることにより吹
き抜け型構造に存在するギャップを埋めることができ、
さらに、遠心分離ファン（24、24A）を用いた冷却塔へ
後から取り付けることが可能である。

【００２８】さらに特筆すべきは、本発明は、入口空気
が過剰の水蒸気、水滴及びミストを含まないために装着
され、かつ、参照される周囲の圧力に対して正圧の下で
動作する吹き抜け即ち強制通風ファン組立体を用いる単
独の装置の内側の直接及び間接蒸発熱交換部（50、90）
の特殊な集合体に関連する点である。また、装置の２つ
の部分の間の空間への空気入口（100）について独特な
解決策が提供されている。そして、この装置構造によ
り、間接及び直接蒸発熱交換部（50、90）の両方の最大
熱交換効率を達成する方法が得られ、従って、空気入口
（100）のファン（24、24A）と共に現存する熱伝達装置
に対し、より良好かつ経済的な解決策が得られる。

【００２９】直接蒸発熱交換部（90）において、周囲空
気流及び蒸発性液体流が、相互に親密に含まれ、これに
より、相互に直接接触するときに２つの流れが蒸発的に
熱及び質量を交換する。蒸発性液体は一般に水である。
間接蒸発熱交換部（50）では、３つの流体流、即ち、空
気流（主要な入口空気供給の一部）、蒸発性液体流及び
熱交換器循環路（54、56）又は管材料内部に閉じ込めら
れた流体流が含まれる。閉じ込められた流体流は、最初
に循環路（54、56）の外側面上を流れる蒸発性液体の薄
い被膜と顕熱を交換する。蒸発性液体が管内で直接に流
体流と接触しないため、熱交換方法は「間接」と考えら
れる。相互に直接接触するとき、蒸発性液体及び空気流
は熱及び物質移動を経て、蒸発性液体は流体流から分離
し又はエネルギを吸収する。例えば、仮に蒸発性液体が
管内部の流体流から熱を吸収した場合、蒸発性液体は、
この熱の一部を顕熱及び潜熱（空気流のエンタルピの増
加）の形で空気流へ移動させ、自身の質量の範囲内で熱
の残部を蓄え、その結果温度が上昇するであろう。入口
と出口との間の蒸発性液体の温度差は、「噴霧水温範
囲」として知られる。この範囲が大きい程、より大きな
熱交換容量が得られる。

【００３０】循環路（54、56）内部の最初は冷えている
単一相の流体又は蒸発性冷媒を用いる湿潤空気冷却器と
して適用されるとき、熱交換方法の説明は、熱の流れが
逆転されることを除いて、前記の流体の冷却又は凝縮の
用途についての説明と同じである。空気流からの熱は、
内部流体に放出される。用途のこの方式は、装置から出
ていく低温の飽和空気流を発生させる点で有用である。
低温の空気流は多数の冷却用途に使用可能である。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による熱交換方法及
び熱交換装置の実施の形態を図１〜図１３について説明
する。

【００３２】図１に示す本発明による熱交換装置１０
は、閉回路冷却塔として当業者に広く知られている。一
般に、熱交換装置１０は、多数の循環路５２、５４（図
６）を有する間接蒸発熱交換部（間接蒸発流体冷却部）
５０と、直接蒸発熱交換部９０と、最下部蒸発性液体溜
め３０と、熱交換装置１０を通って蒸発性液体を下方向
へ噴霧する最上部分配手段３６とを備える構造包囲体１
０ａを含む。ファン２４は側面から空気を吸引して、単
一の空気流を冷却塔の唯一の空気入口１００内へ、さら
に熱交換装置１０内の空気入口区域１２０内へ移動さ
せ、単一の空気流は２つの個々の空気流に分割される。
第１空気流は上昇して直接蒸発熱交換部９０へ入り、第
２空気流は下降して間接蒸発熱交換部５０へ入る。ファ
ン２４は駆動用のファンモータ２５を必要とする強制通
風遠心送風機であり、図示の通り、ファン２４及びファ
ンモータ２５は共に密封構造の熱交換装置１０の外部に
取り付けられるので、熱交換装置１０内に取り付ける場
合に、湿潤状態に曝露されるモータケーシングを必要と
せず、ファン組立体の全体が、動作時に水滴を含む可能
性がある湿潤空気流に曝露されない。

【００３３】前記のように、熱交換装置１０のファン２
４、間接蒸発熱交換部５０及び直接蒸発熱交換部９０を
含む前記各部の動作は用途の変更に伴い、僅かに変わる
かもしれないが、熱交換装置１０は熱交換分野において
多くの用途を有し、各用途は同一の前記部材を用いる。
例えば、熱交換装置１０は、外部に備えられた閉回路系
内を流動する水等の単一相の顕熱性流体の冷却に使用で
き、また、外部の閉回路系からも供給される冷媒ガス等
の多相の顕熱性又は潜熱性流体の過熱低減及び凝縮に使
用可能である。また、熱交換装置１０は、通路１５に排
出した空気を分離した配管に接続して、採鉱等の作業に
使用される新鮮な冷却空気の供給源として使用する湿潤
空気冷却器として作動することも可能である。

【００３４】後述のように、前記各部を含む構造包囲体
（冷却塔構造体）１０ａは種々の異なる方法で構成する
ことができ、熱交換装置１０は図１に示す構造に限定さ
れない。しかしながら、複数の本実施形態では、後述の
ように、実質的に同一の方法で作動するものとし、最終
的な熱交換性能のみが変わるものとする。

【００３５】図１に示す本発明の一実施形態では、熱交
換装置１０を包含する構造包囲体１０ａは、通常大気に
開放された開口部１２ａを有する屋根１２、ベース１
８、前壁１４、後壁１６、第１側壁２０及び第２側壁２
２を含むほぼ矩形形状を有する。第１側壁２０、第２側
壁２２及び後壁１６は、金属シート、繊維状ガラス、樹
脂又は同様の材料からなる実質的に固体のパネル構成要
素でありかつ前壁１４及び上部屋根１２と同様に耐腐食
性である。後壁１６は、通常、直接熱交換部９０に近接
し、頂部において一体であり、底部に空気出口としての
開口部１７を有する。開口部１７の垂直方向の高さは、
ベース１８及び前壁１６の端部１９によって決定され、
飛沫防止装置（ドリフトエリミネータ）４８により被覆
される。また、開口部１７は、間接蒸発熱交換部５０の
下方に直接開放された区域を形成しかつ液体溜め３０の
周囲により境界がつけられた通路１５に連絡する。

【００３６】間接蒸発熱交換部５０もほぼ矩形形状を有
し、内側５１、外側５７、上側５３及び底側５５を形成
する複数の独立した循環路又はコイルを備える。間接蒸
発熱交換部５０と直接蒸発熱交換部９０との間に空気入
口区域１２０が形成され、間接蒸発熱交換部５０は、空
気入口区域１２０と共に直接蒸発熱交換部９０に対し垂
直方向に整列して取り付けられる。また、図２に明示す
るように、底側５５が端部１９と実質的に同一の長さを
有すると共に、上側５３が空気入口底部端１０１と同一
の長さを有し、間接蒸発熱交換部５０は、ベース１８か
ら垂直方向に一定距離離間して配置される。

【００３７】間接蒸発熱交換部５０を含む複数のコイル
は、分離した処理装置から冷却すべき高温の流体を受け
取り、間接顕熱交換及び直接蒸発熱交換の組合せにより
冷却する。一般に冷却水である蒸発性液体は、直接蒸発
熱交換部９０への分配手段３６により下方へ噴霧され、
間接蒸発熱交換部（間接顕熱交換部）５０へ重力によっ
て供給される前に直接蒸発熱交換部９０により冷却され
る。分配手段３６は、後述のように、直接蒸発熱交換部
９０上の配管及び噴霧ヘッダ装置を備えている。前記の
通り、周辺の空気の単一流れが空気入口１００を通って
熱交換装置１０に入り、加圧により単純な流れが２つの
空気流に分割されるために、加圧される空気入口区域１
２０に吹き込まれる。第１空気流は、上方へ流動すると
き、直接蒸発熱交換部９０を通り下降する水から気化熱
を吸収して冷却し、第２空気流は、間接蒸発熱交換部５
０を通って下方へ流動するとき、間接蒸発熱交換部５０
を含む循環路内を流動する流体と熱交換した冷却水（蒸
発性液体）から気化熱を奪って冷却する。間接蒸発熱交
換部５０に供給された空気流は、常に間接蒸発熱交換部
５０の上側５３に流入し、冷却水の方向と平行に流動す
る。空気及び冷却水（水冷却媒体）は底側５５に到達す
ると、加熱された空気流と冷却水とに分割され、空気流
は、通路１５へ流入し飛沫防止装置４８で被覆された冷
却塔前壁の開口部１７から流出させる。高温の冷却水
は、溜め３０へ重力により下降した後、直接蒸発熱交換
部９０へ再循環される。

【００３８】間接蒸発熱交換部５０及び熱交換装置１０
を流出する空気流は、後壁１６のみを通って流出するこ
とに限定されない。この空気を一方又は両方の側壁２
０、２２の同様の開口部（図示せず）より外部へ流出さ
せること、又は、後に詳述する図４及び図５に示す他の
実施形態に示すように、空気流を一方又は両方の側壁に
沿って内部を上昇させることも可能である。また後述の
ように、より大きな動作速度及び空気体積を有する垂直
の流出通路１５は、より大きな容量単位体を用いるとき
より好適な方法である。

【００３９】直接蒸発熱交換部９０は、間接蒸発熱交換
部５０の循環路５２、５４（図６）内を流動する流体流
と間接的に熱を交換する加熱水を冷却する機能を有す
る。図１及び図２に示すように、ポンプ３２は、溜め３
０から配管３４を通して直接蒸発熱交換部９０の頂部の
分配手段（噴霧手段）３６へ水を垂直に汲み上げ、水は
直接蒸発熱交換部９０を含む密集した充填シート９３
（図８）上へ散布される。図８は、短側端９６と反対側
の長側端９８との間に延びる水平な上端９７及び傾斜し
た非平行の下端９４により形成される主面９５を有する
単一の充填シート９３を示す。複数の充填シート９３は
一般に充填束（フィルバンドル）と呼ばれ、高さが徐々
に増加して傾斜する下端９４が空気入口１００の頂部端
１０３からベース１８へ向かって下方向に傾斜するため
に、この実施形態では、充填束は各短側端９６が前壁１
４に沿って配置されるように熱交換装置（冷却塔）１０
内に吊され、これにより空気入口区域１２０との傾斜し
た境界界面を形成する。充填シート９３は、主面９５が
空気入口１００から流入する空気流と平行となるように
配置され、下端９４を上端９７と平行に形成する場合の
用途もある。図示の実施形態では、１枚の充填シート９
３のみを図示するが、実際には複数の充填シート９３が
平行に配置され、平行な複数の充填シート９３の各々
は、実質的に同一の台形形状を有する。図示の通り、全
充填シート９３は、前壁１４及び後壁１６間の距離とし
て形成される熱交換装置１０の全縦方向の長さに延伸す
る。図３は、充填シート９３が第１側壁２０と第２側壁
２２との間で同一の平行な方向に延伸する他の実施形態
を示す。いずれの場合も、充填シート９３の平行な配置
により、均一な熱伝達媒体密度が形成される。溜め３０
からの温水は、分配手段（噴霧手段）３６のポンプ３２
を通して最上部分配手段３６に汲み上げられ、最上部分
配手段３６から各充填シート９３を横切って下方に均等
に分配される。充填シート９３上に下降する温水から気
化熱を除去して冷却するため、空気入口１００から構造
包囲体１０ａ内に流入する第１空気流は直接蒸発熱交換
部９０の底部へ向けられる。図示のように、第１空気流
は最上部分配手段３６から下方へ噴霧される冷却水に対
して開口部１２ａに向かって逆流する。第１空気流の上
方に向かう流れ方向は、本発明の動作に極めて重要であ
る。第１空気流の上方に向かう流れが存在しなければ、
直接蒸発熱交換部９０は間接蒸発熱交換部５０で使用す
る均一な温度の冷却水を発生せず、熱交換装置１０が均
一な循環路５２、５４に伴う循環動作を通しての間接蒸
発熱交換部５０の熱交換能力を最大化することができな
い。

【００４０】充填束を構成する充填シート９３は、第１
側壁２０及び第２側壁２２に連結されかつ第１側壁２０
及び第２側壁２２を横切るビーム（図示しない）から吊
される。ビームは、図４に示す間接蒸発熱交換部５０を
垂下するために使用されるビームと同様の構造体を使用
できる。図８に示すように、各充填シート９３は、垂直
方向の全長さにわたる溝９９のほぼ連続した波形形状を
有し、溝９９は、相互作用で蒸発冷却する空気に対して
付加的界面域を形成するフィルム状に冷却水（温水）が
広がることを助長する。充填シート９３は、好ましくは
ポリ塩化ビニル材により形成されるが、他の種類の樹脂
も使用できる。図２により決定されるように、第１空気
流は、熱交換装置（冷却塔）１０から屋根１２の開口部
１２ａを通って流出する前に、蒸発冷却のため直接蒸発
熱交換部９０を通過する。

【００４１】また図２に示すように、通常流出する空気
によって搬送される再循環水の損失を最小にするため、
一般的には一連の飛沫防止装置（ドリフトエリミネー
タ）４９で屋根１２を被覆する。図１１は、冬期動作中
に充填束及び冷却塔への空気流を配分するため、任意の
ダンパ（風戸）２８を飛沫防止装置４９上に直接設置で
きることを示す。一般に、ダンパ２８は、部分的又は完
全に閉鎖し又は解放量を調節するためダンパモータ２１
０により駆動される。ダンパ２８を完全に閉鎖した場
合、直接蒸発熱交換部９０を通る冷却水は停止され、そ
の後、冷却塔は「全乾燥（all-dry）」塔として動作す
るとみなされ、図１１に一例を示す凍結制御系について
説明するが、全乾燥塔として動作させて冬期の熱交換装
置（冷却塔）１０の凍結を防ぐことができる。飛沫防止
装置４９は、一般に、第１空気流（流出空気）内にトラ
ップされた細かい水滴を捕集すると共に、流出空気を通
過させる金属製、樹脂製又は木製の一連の小間隔のよろ
い板を有する。飛沫防止装置４９により捕集された水
は、下方の充填シート（熱媒体）９３へ直接重力により
落下する。同様に、間接蒸発熱交換部５０の空気出口
（開口部）１７の飛沫防止装置４８により捕集された水
は、溜め３０へ直接重力により落下する。

【００４２】図２に示すように、間接蒸発熱交換部５０
の下方に配置されかつベース１８に実質的に設けられた
水集積用の溜め３０は間接蒸発熱交換部５０を通って下
降するときに加熱された冷却水を捕集し、捕集された冷
却水は、その後再冷却及び再利用のため直接蒸発熱交換
部９０へ戻される。図示の通り、湿気のない環境で容易
に補修するため、ポンプ３２は溜め３０及び熱交換装置
（冷却塔）１０の外側でベース１８上に配置される。

【００４３】図１に示すように、分配手段（噴霧手段）
３６は直接蒸発熱交換部９０の充填束上に配置され、分
配手段（噴霧手段）３６が各々が互いに、また、熱交換
装置（冷却塔）１０の長さ方向に沿って互いに平行に延
び、第１側壁２０、第２側壁２２から離間しかつ互いに
離間し、互いに同一構成の冷却水分配用脚部３８、４０
を備えている。分配用脚部３８、４０は好ましくは樹脂
管により形成され、分配用脚部３８、４０の底部に沿っ
てほぼ等間隔で取り付けられた一連の噴霧ノズル４６に
より直接蒸発熱交換部９０の上側９１を横切って冷却水
を均一に分配する。熱交換装置１０に必要な熱交換容量
から、冷却水分配用脚部の数は１〜５、各脚部の長さは
０.９〜７.３ｍ（３〜２４フィート）の範囲で変更可能
である。また、熱交換装置（冷却塔）１０の熱交換容量
から、一般に分配手段（噴霧手段）３６一つにつきノズ
ル４６の数は９〜１８０の範囲で変更される。同様に、
ポンプ３２により加圧されかつ連続して供給する冷却水
を噴霧ノズル４６へ汲み上げ、直接蒸発熱交換部９０の
全長を横切って細かい水の噴霧を形成するように、熱交
換装置（冷却塔）１０の熱交換容量によりポンプ３２の
寸法又は容量が決定される。前記のように、上方の飛沫
防止装置４９は常に屋根１２及び分配手段（噴霧手段）
３６間に挿入される。追加されるダンパ２８（図１１）
は、屋根１２と等しい次元の長さ及び幅を有し、実際、
直接蒸発熱交換部９０の大きさにほぼ対応する。図２に
明示するように、第１空気流は、最初に、直接蒸発熱交
換部９０の下端９４に接近し、噴霧ノズル４６から下方
へ噴霧された水と逆方向にかつ直接蒸発熱交換部９０の
上端９７とほぼ垂直な上方に流動する。空気入口１００
から流入する第１空気流は後壁１６に近いほど温度が上
昇するから、充填シート９３の垂直方向の長さを短側端
９６より長側端９８に向かって連続的に大きくすること
により、より温度の高い冷却水が長側端９８側で第１空
気流と接触する面積が大きくなる。このため、逆方向空
気流により、充填束を構成する充填シート９３の長さ方
向に沿って下端９４まで下降する水と最良の熱交換作用
を生じ、直接蒸発熱交換部９０の底側９２を流出すると
き実質的に均一な水温となる。空気入口区域１２０の全
長に沿う空気の均等な分配を補助すると共に、冷却水
（蒸発性液体）を確実に均一に冷却するため、充填束を
構成する充填シート９３を台形に形成する。この場合、
後壁１６近傍の空気が最長の充填シート９３上を最長時
間で移動するのに対し、ファン２４に最も近接する空気
は充填束上を最短時間で移動する。従って、前壁１４か
ら後壁１６への方向に沿う僅かな空気温度勾配が存在し
ても、空気温度勾配を補償する充填シート９３の台形形
状によって、充填シート９３の長さ方向に沿って冷却水
はほぼ均一に冷却される。空気入口１００から空気入口
区域１２０に沿って第１空気流がさらに充填束へ深く浸
透するに伴い増加する入口空気の湿球温度を相殺するた
め、充填部を長く形成する必要があり、充填束の台形形
状により、空気入口１００の頂部端１０３近傍のよどん
だ流動区域を排除し、空気入口１００での空気分配作用
を改善することもできる。

【００４４】熱交換装置１０で熱交換容量を増加する場
合、図３及び図５に示すように、ファン２４、２４Ａを
備えた一対の吹き抜け遠心送風機を併置した側部取付方
式又は端部取付方式のいずれかにより配列する。図４
は、２つのファン２４、２４Ａを取り外した図５の装置
の部分断面図で、高い空気流速度が必要な熱交換装置１
０の内部を明示する。図４及び図５の実施形態は図１〜
図３に示す熱交換装置１０の２倍の熱交換容量を備えて
いる。

【００４５】図３〜図５では、第一に、空気入口１００
及び空気入口区域１２０は、図１及び図２に示す間接蒸
発熱交換部５０及び直接蒸発熱交換部９０の大きさより
物理的に幅広く拡大されている。図４及び図５の実施形
態の空気入口１００及び空気入口区域１２０の幅を拡大
する目的は、空気入口区域１２０内の過剰な空気速度を
抑制し、圧力損失を最小にすることにある。

【００４６】第二に、間接蒸発熱交換部５０に残留する
空気は下降し、図１に示すルーバ付き前壁１４を通って
は流出できない。そのため、間接蒸発熱交換部５０に残
留する空気は間接蒸発熱交換部５０の下方の通路１５へ
移動した後、１８０度の角度で方向を変え、熱交換装置
（冷却塔）１０の第１側壁２０、第２側壁２２に沿って
垂直上方に移動し、直接蒸発熱交換部９０から流出する
空気と一緒に屋根１２から流出する。ベース１８又はそ
の近傍での高速流出空気が通行人に吹き付けられ、場合
により近辺の他の装置又は他の冷却塔に操作上の障害を
発生させる危険があるため、動作の観点からは、この配
列はより現実的である。

【００４７】前記の通り、理解を促進するため、ファン
２４、２４Ａを除去した状態で図４に本発明の好適実施
形態の内部透視図を示すが、これにより間接蒸発熱交換
部５０及び直接蒸発熱交換部９０は第１側壁２０に向か
い合って配置される。各間接蒸発熱交換部５０及び直接
蒸発熱交換部９０の他側は、固体壁２２Ｔ、２２Ｂ及び
先細ダクト１２５を有する特別な形状の内部仕切り壁１
３０によりほぼ包囲される。先細ダクト１２５は仕切り
壁の一部として機能しかつ空気入口１００を拡張する手
段としても機能し、空気流速度が低減する。この場合、
高い熱交換容量の冷却塔を使用するとき、過剰な圧力勾
配及び摩擦損失を発生せずに、より多量の空気を円滑に
かつ徐々に空気入口区域１２０に導入される。図示の先
細ダクト１２５はくさび形状を有し、先細ダクト１２５
の実形状は実際に２つの相互に関連する要因である入口
面積と、コイル及び充填束の平面積との関数である。入
口面積は充填束の平面積の８０〜１２０％の範囲である
ことが好ましい。充填束の平面積は、流入する空気流と
相互作用しかつ熱交換を行う熱交換表面積として形成さ
れる。本実施形態では、間接蒸発熱交換部５０及び直接
蒸発熱交換部９０の平面面積は等しく、断面積も等し
い。図６及び図７に示すように、間接蒸発熱交換部５０
の平坦な断面積は、コイル組立体５０ａの幅に長さを掛
けることにより物理的に表される。これは、図面より、
直線Ｈ、Ｉ間の幅又は距離を掛けた直線Ｆ、Ｇ間の長さ
又は距離である。

【００４８】他方、接触面積は、空気入口区域１２０に
流入する空気速度の評価にとって重要である。この速度
は、毎分３０５ｍ（毎分１０００フィート）以下に保持
しなければならない。接触面積は空気入口１００の面積
及び先細ダクト１２５の面積の和として表される。図１
及び図２より、空気入口１００の面積は、底部端１０１
及び頂部端１０３間の距離で表される高さに点Ｊ、Ｋ間
の距離により表される幅を掛けた値である。ダクト幅は
連続したテーパを有するため、先細ダクト１２５の入口
面積を決定するのは少し複雑である。しかしながら、先
細ダクト１２５の面積は、公知の工学的理論を利用して
決定でき、長さが間接蒸発熱交換部５０の長さと等し
く、幅が、最初は図４の点Ｌ及びＭ間の距離により表さ
れ、最終的に間接蒸発熱交換部５０の頂部と直接蒸発熱
交換部９０の底部との間に形成された垂直方向距離によ
り表されることが分かれば、数学的に計算できる。従っ
て、先細ダクト１２５の配列は、空気入口１００からの
流入空気を１つの側部のみの代わりに、２つの側部から
空気入口区域１２０へ供給することができる。

【００４９】熱交換装置（冷却塔）１０の幅は、全体と
して、併置した遠心送風機２４、２４Ａ及び先細ダクト
１２５に必要な空間によりほぼ決定される。直接蒸発熱
交換部９０及び間接蒸発熱交換部５０が熱交換装置１０
よりほぼ小さい幅で設計されるので、共通の垂直な流出
空気室（流出プレナム）１５０として直接蒸発熱交換部
９０及び間接蒸発熱交換部５０及び側壁２２間の残る空
間を利用することが可能である。間接蒸発熱交換部５０
を流出する空気はまず先細ダクト１２５を迂回しなけれ
ばならないが、その後垂直に上昇し、結果的に熱交換装
置１０の屋根１２に設けられかつ直接蒸発熱交換部９０
と先細ダクト１２５に共通の一連の飛沫防止装置４９を
通って熱交換装置（冷却塔）１０から流出し、直接蒸発
熱交換部９０から流出した空気と熱交換装置（冷却塔）
１０の外側で一緒になる。熱交換装置１０内側の固体壁
２２Ｔ及び２２Ｂは、直接蒸発熱交換部９０及び間接熱
熱交換部５０の各高さまで垂直に延伸し、ダクト端１２
６及び１２７に沿って先細ダクト１２５に接合される。
この場合、直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸発熱交換部
５０のそれぞれの内部を流動する空気は、直接蒸発熱交
換部９０及び間接蒸発熱交換部５０の側部を通って流出
しない。同様の仕切りは、炉構造及びボイラ構造におい
て共通である。図４及び図５の概念に対して変更した実
施態様では、図１０に示すように、一方の側部に沿う代
わり、直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸発熱交換部５０
を熱交換装置１０の第１側壁２０と第２側壁２２との間
に配置し、直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸発熱交換部
５０と第１側壁２０と第２側壁２２との間に一対の流出
空気室１５０を形成する。図１０に示す実施態様では、
直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸発熱交換部５０の各側
部を包囲するために、２つの左右対称な先細ダクト１２
５及び２つの左右対称な仕切り壁２２Ｔ及び２２Ｂを必
要とする。また、屋根１２の頂部に配置しかつ直接蒸発
熱交換部９０と流出空気室１５０に共通の飛沫防止装置
４９を利用して２つの垂直な流出空気室１５０が形成さ
れる。更に、図１０に示す中央配置構造に伴い、空気入
口区域１２０の１つだけでなく両側に、空気流が流入す
る。技術的には中央配置構造は動作上の利点を有する
が、コスト面では、２つの仕切り壁１３０及び先細ダク
ト１２５を熱交換装置（冷却塔）１０に組み込むため費
用を要する。この点で、仕切り壁１３０は、第１側壁２
０又は第２側壁２２の厚さより薄いシート状の金属その
他の材料を使用してもよい。

【００５０】間接蒸発熱交換部５０を備える単一のコイ
ル組立体５０ａを図６及び図７について詳細に説明する
が、この説明は、図示したいずれの実施形態にも適用で
きることを理解すべきである。図６の側面図に示すよう
に、単一のコイル組立体５０ａは、好適には一連の水平
方向にかつ近接して離間した平行な蛇形状の循環路５４
及び５６を備えたほぼ矩形形状の構造を有する。全循環
路５４、５６は、頂部出口ヘッダ８０及び底部入口ヘッ
ダ７０にそれぞれ連結された循環路頂部端５８及び循環
路底部端６０を有する。熱交換装置１０を流体冷却装置
として使用する特別な用途では、実際に高温の流体入口
供給ヘッダとして底部入口ヘッダ７０を利用でき、冷却
された流体出口ヘッダとして頂部出口ヘッダ８０を利用
できる。熱交換装置１０の実際の使用に伴って各頂部出
口ヘッダ８０及び各底部入口ヘッダ７０の供給／流出機
能が変化すること、即ち、蒸発性凝縮器として利用する
場合、高温の気体は上側５３の間接蒸発熱交換部５０に
流入し、頂部出口ヘッダ８０が供給ヘッダとして利用で
きる。また、図６に示すように、各底部入口ヘッダ７０
及び各頂部出口ヘッダ８０は矩形形状であり、図３に示
すように、底部入口ヘッダ７０及び頂部出口ヘッダ８０
は、通常コイル組立体５０ａの同一側又は端部に配置さ
れる。図７に示すように、単一の入口供給管７５は通常
底部入口ヘッダ７０の側面７１に連結され、紙面に直角
に延びる独立した入口循環路５４、５６が入口供給管７
５に対して通常直角である。入口供給管７５は冷却すべ
き流体を底部入口ヘッダ７０に供給し、ここで循環路５
４、５６の列の内側を上方に流体は強制流動される。空
気温度及び水温が均一な開始温度を有するために、すべ
ての循環路５４、５６を通る均一な流量が、間接蒸発熱
交換部５０の適切な動作及び熱交換装置１０の全体の性
能に対して重要である。また、頂部出口ヘッダ８０は、
通常底部入口ヘッダ７０の側面７１と一致する頂部出口
ヘッダ８０の側面８１に取り付けられる単一の出口管を
有する。管８５は、入口供給管７５の直上で入口供給管
７５から離間し、間接蒸発熱交換部５０を流出する冷却
された流体は入口供給管７５へ流入する流体とほぼ平行
であるが、反対方向に流動する。

【００５１】また、図６は循環路５４、５６を示し、独
立した循環路５４、５６は単一の連続した長さのコイル
管材料を備え、これらのコイル管材料はＵ字形状の複数
列Ａ〜Ｅに管材料を成形する曲げ作業を必要とする。各
列の直線部６２は得られる蛇管形状を決定する間隔で互
いに垂直方向に離間している。また、実質的に同一長さ
の各列の２つの独立した直線部６２は、通常各端部のＵ
字形状の曲がり部又はもどり部６８を含むユニット化さ
れた形状を有する。各直線部６２及び各循環路５４、５
６を正確に同じ方法で形成することにより、温度・流量
等の循環路５４、５６間の他の全ファクターが等しい限
り、交互の循環路５４、５６間の熱負荷は有効に一定の
ままである。図６に示すように、間接蒸発熱交換部５０
は５つの列Ａ〜Ｅを有するが、正確な列数は特殊な個々
の用途に必要な熱輸送表面積の量に依存し、一般に知ら
れる工学的熱輸送理論により決定されるが、本明細書で
は詳細な列数の説明を省略する。個々の各列Ａ〜Ｅは、
実質的に前壁１４及び後壁１６間の熱交換装置１０の全
長さに沿って延び、定格容量によって決定されるよう
に、間接蒸発熱交換部５０の全体の大きさに依存し、循
環路５４、５６のたわみ防止のため各列の端部に少なく
とも２つの構造支持体９４を必要とする場合もある。ま
た、支持体９４は、図示する個々の循環路５４及び５６
間の適切な水平間隔を実質的に確実に同一に保持する。
循環路５４、５６の適切な垂直方向間隔及び水平方向間
隔によって、間接蒸発熱交換部５０を通過する均一な熱
伝達を促進する。

【００５２】再び図６に示すように、入口端６０及び出
口端５８を各底部入口ヘッダ７０及び頂部出口ヘッダ８
０の前壁７２、８２へそれぞれ挿入し取り付けて、各個
々の循環路５４、５６が底部入口ヘッダ７０及び頂部出
口ヘッダ８０にそれぞれ取り付けられる。循環路５４、
５６は管材料／ヘッダ界面で好適に溶接されるが、底部
入口ヘッダ７０及び頂部出口ヘッダ８０内へ管を圧延す
る等他の取付方法を利用することもできる。間接蒸発熱
交換部５０の複数の管路内の隣接する全循環路５６は、
先行する循環路５４の下に列間のほぼ半分の垂直距離だ
け僅かに互い違いに配置され、全循環路５４、５６は空
気の侵入を促進する近接した公差で並置される。熱交換
装置１０の熱交換容量に依存して、１つのコイル組立体
５０ａにつき独立した循環路５４、５６の数は２３〜５
６の範囲で変更可能である。いかに多くの循環路を使用
しても、個々の循環路５４、５６間の密集して離間した
公差により、流入する空気と冷却水流との熱的接触及び
相互作用に適する連続しかつ中断のない熱交換面積を有
する効果的熱伝達面が形成される。本実施形態の動作で
は、間接蒸発熱交換部５０を含む個々の管路の物理的な
配列及びその内部の流体の方向は、各間接蒸発熱交換部
５０、直接蒸発熱交換部９０及び熱交換装置１０全体と
して冷却効率の最大化を達成するファクターとなる。

【００５３】次に、単相流体冷却器として図１に示す熱
交換装置１０の連続動作を説明するが、図３〜図５に示
す実施形態も同様に動作することを理解されたい。熱交
換装置（冷却塔）１０を通る空気流が僅かに修正される
ことを除き、図９及び図１０に示す実施形態でも同様に
動作する。動作上、冷却すべき高温の流体は、供給管７
５により単一コイル組立体５０ａを有する間接蒸発熱交
換部５０の底側５５の底部入口ヘッダ７０へ供給され
る。高温の流体は、取り付けられ互い違いに配置された
個々の循環路５４、５６の対の各々に底部入口ヘッダ７
０内で均一に分配され、流体が頂部出口ヘッダ８０に向
かって上方に管路の全体の列内を実質的に均一な流速で
流動する。流体が上方に移動するとき、管路の直線部６
２の全部が上側５３を形成する頂部列Ａまで流体の連続
した平面又はシートとして効果的に移動し、管路内の流
体は空気入口区域１２０から供給される第２空気流に曝
露されかつ均等に接触すると同時に、直接蒸発熱交換部
９０から下方向へ排出する冷却水の均一な温度に等しく
曝露される。前記のように、ファン２４は空気入口１０
０に流入した周囲空気流を加圧し、間接蒸発熱交換部５
０の上側５３と実質的に垂直な角度で間接蒸発熱交換部
５０へ強制流動させる。同様に、直接蒸発熱交換部９０
からの最低温度の利用可能な冷却水は、重力によって間
接蒸発熱交換部５０の上側５３をほぼ横切って落下す
る。前記のように、冷却水が充填束を構成する充填シー
ト９３の下端９４から下降するとき、その温度は直接蒸
発熱交換部９０の短側端９６から長側端９８に至る下端
９４に沿って均一である。第１空気流と第２空気流とに
空気流が約５０対５０の流量割合に分割されなくても、
熱交換装置１０の全体の熱交換容量はあまり影響を受け
ない。空気体積の６０％が直接蒸発熱交換部９０に向け
られても、熱交換容量はあまり変化しない。第１空気流
と第２空気流の割合を超越して、性能の変更がより重要
である。一般的には、直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸
発熱交換部５０を通る第１空気流及び第２空気流の各空
気通路１５に沿う圧力損失は、空気入口区域１２０に流
入する空気の分割比を決定する。原則として、５０対５
０の流量割合を目標とするが、特別な設計要求に適応す
るために実際の設計では前記流量割合から外れてもよ
い。

【００５４】管路の全列は最初に均一温度の冷却水及び
均一温度の空気流に曝露されるので、管路内の流体の温
度は、コイル組立体５０ａ内の任意の水平位置又は垂直
位置で管路全体の列にわたって実質的に一定である。こ
のため、空気及び水の流動流は、間接蒸発熱交換部５０
を通って下方向へ進むに従って熱を均等に吸収し、管路
内の流体は実質的に管路から管路への等しい熱交換速度
及び熱交換量を受ける。このことは、空気流及び水流が
各々同じ熱量を吸収することを意味するのではなく、水
は空気よりはるかに大きい熱量を実質的に吸収すること
が公知であり、熱交換動作の均一性に影響を及ぼす実質
的により大きな役割を果たすからである。この点は、所
定の性能を生ずる前に許容される空気流の不均等な分割
流量によって補強される。このように、各冷却媒体は、
間接蒸発熱交換部５０内の任意の水平位置又は垂直位置
における管路から管路へ一定の速度で独立して熱を吸収
する。間接蒸発熱交換部５０の垂直方向及び水平方向の
性能均一性は、熱交換装置１０の熱交換容量を最大にす
るために最も重要である。この特別な実施形態の付加的
な特徴は、協同空気流型は交差流型のようには温度勾配
を形成しない協同流動方向のため、管路から管路への熱
交換の最大化及び均一性を増大させる点にある。図３は
側壁２２に取り付けた２つのファン２４、２４Ａにより
多量の空気流を受けられる図１の実施形態を僅かに修正
した実施形態を示す。また、この型式では、間接蒸発熱
交換部５０の空気流の方向を冷却水と同一の方向に維持
する限り、また、冷却水の最初に均一な開始温度が間接
蒸発熱交換部５０で利用すれば、交換熱量は最大とな
る。直接蒸発熱交換部９０の充填シート９３の主面９５
がファン２４、２４Ａからファン２４Ａ、２４へ延伸す
る空気入口１００に流入する周辺空気と平行であるの
で、蒸発性液体は均一な温度に維持される。また、図３
に示すように、必要に応じて間接蒸発熱交換部５０から
流出する空気は流出空気室（プレナム）１５０上へ垂直
に流出される。流出空気室１５０は、前部１４Ｅ、後部
１６Ｅ及び側壁２０Ｅにより熱交換装置１０の一部に容
易に形成される。流出空気室１５０を形成する場合、側
壁２０の底部に沿って延伸して見える飛沫防止装置４８
を省略する。その代わり、屋根１２中の飛沫防止装置４
９は、流出空気室１５０をも被覆するために延長され
る。

【００５５】この基礎と共に、図２に示すように、最低
温度の流入空気及び水と接触するため、流体が間接蒸発
熱交換部５０の上側５３に到達するとき、管路の全頂部
列が冷却すべき最低温度の流体をどのように含んでいる
かは容易に理解される。水が熱の除去を支配するので、
管路に接触する最低温度の利用可能な冷却水は管路内の
流体を冷却水の温度に接近した温度まで冷却する。冷却
水及び第２空気流の両冷却媒体が、空気を均一な温度で
流出させる間接蒸発熱交換部５０を通って下方へ連続的
に移動するとき、特別な温度で温度勾配のない協同空気
流は、冷却水から気化熱を吸収して冷却する。その特徴
は、湿潤空気冷却器として動作するとき、熱交換装置１
０の性能を最大化する限界となる。

【００５６】本発明による熱交換装置１０の重要な特徴
は、唯一の空気入口１００を設ける点で貴重な空間の使
用を最大にし、それにより流出空気室１５０の真の空間
を省略できることである。この議論のために、流出空気
室１５０の空間は、加熱空気が熱交換装置（冷却塔）１
０を流出する前に、流入する熱交換装置１０内の大きく
開放した区域として形成される。流出空気室１５０は
「デッドスペース」と考えられるため、流出空気室１５
０の空間面積のサイズを最小にすることが重要であり、
より高くかつ大きな熱交換装置１０に組み込むために大
幅なコスト高となる。このような熱交換装置の販売に対
しコストは非常に重要なファクターであるため、物理的
空間の最小量の範囲内で各冷却部の効率及び均一性を最
大にすることにより、最小の初期建設費を顧客に提供で
きる。図４及び図５に示す高い熱容量の冷却塔は垂直の
狭い流出空気室１５０を必要とするが、単一のコンパク
トな空気入口により熱交換装置（冷却塔）１０が公知の
冷却塔よりはるかに小さく製造でき、これは流出空気室
１５０をはるかに小型化できることも意味する。

【００５７】図３は、側部２２を通って空気を吹き込む
２つのファン２４、２４Ａを必要とする高熱容量の熱交
換装置１０を表す場合でも、本発明の前記実施形態に対
し議論したこの発明の全特徴は、本実施形態に維持され
る。図示の通り、逆方向の空気流を利用するため、間接
蒸発熱交換部５０には直接蒸発熱交換部９０から一様な
温度の水が供給される。また、空気及び水の流動流は、
間接蒸発熱交換部５０の上側５３に沿った全管路と接触
し、この実施形態の機能は図１の実施形態と本質的に相
違しないことは明らかである。この実施形態との唯一の
相違は、循環路５２、５４及び充填シート９２が、前壁
１４及び後壁１６間の代わりに側壁２０、２２間に延伸
するよう方向が定められる点である。また、循環路５
２、５４は空気入口１００に対し直角又は垂直である。

【００５８】流体冷却装置として利用する冷却塔との関
連において発明を説明する場合、発明は必要以上に限定
されず、また、以下に説明するようにこの発明が蒸発性
凝縮器及び湿潤空気冷却器として利用できることも当業
者は理解すべきである。蒸発性凝縮器又は湿潤空気冷却
器として利用する場合、熱交換装置１０の各要素が流体
冷却器として利用するときと全く同じであるので、交互
の動作モードのどちらかを説明する際に同一の参照特徴
及び名称を利用する。

【００５９】図１又は図３の実施形態を蒸発性凝縮器と
して利用する場合、管８５を通って頂部出口ヘッダ８０
から排出される冷却された流体の代わりの流体を使用す
ること以外に、熱交換装置１０が流体冷却器として利用
するときと実質的に同じ要領で動作し、管８５は冷却用
の間接蒸発熱交換部５０に高温の冷媒ガス等の過熱蒸気
を供給するために用いられ、冷却過程により高温の冷媒
ガスが液体状態に再凝縮される。頂部出口ヘッダ８０に
連結された個々の循環路５４、５６へ均一に分配するた
めに、冷媒ガスは頂部出口ヘッダ８０に流入する。前記
と同様に、空気入口１００に流入する最低温度の利用可
能な空気と、直接蒸発熱交換部９０から下方向に排出さ
れる最低温度の一様な温度の水とが、循環路５４、５６
に流入する高温の利用可能な気体流と接触し、これによ
り気体を凝縮するための各冷却媒体の最も有効かつ効果
的な利用が可能となる。流体冷却器の動作について先に
説明したように、下降しかつ間接蒸発熱交換部（蒸気凝
縮部）５０を通って加熱される蒸発性の水は、間接蒸発
熱交換部５０に流入する空気と蒸発熱交換することによ
り部分的に冷却され、直接蒸発熱交換部９０内を流動す
る第２空気流と直接熱交換することによって更に冷却さ
れる。前記と同様に、高温の蒸発性液体は、直接蒸発熱
交換部９０を横切って再循環するため分配手段３６へ再
分配のためポンプ３２により溜め３０に集められる。図
４及び図５に示すように、高温の空気流に関して、直接
蒸発熱交換部の空気流は屋根１２を通って大気中へ流出
され、間接蒸発熱交換部５０の空気流は後壁１６から流
出され、又は垂直の流出空気室１５０の空間へ向けら
れ、最終的に直接蒸発熱交換部９０から高温の空気と共
に流出する。

【００６０】蒸発性凝縮器として熱交換装置１０を動作
させる場合に、性能の均一性により間接蒸発熱交換部５
０の管路の不均一な凝縮動作を確実に防止するため、管
路性能に対する均一な管路は更に重要である。例えば、
間接蒸発熱交換部５０の内側５１に最も近い管路が外側
５７上の管路よりも低温の蒸発性液体に曝されている場
合、内部の管路はより大きい蒸気の量を凝縮可能であ
る。内部の管路中の増加した熱容量により、前記管路を
通る圧力降下の増加が発生する。各管路の入口及び出口
が共通のヘッダに連結されるので、全管路にわたる全体
の圧力降下は同一でなければならない。従って、均衡す
る液体の圧力ヘッドを生成して、前記管路中の余分な摩
擦圧力降下を補償するため、液体は内部管路内で逆流す
る。液体が逆流するとき、凝縮に利用できるコイル面が
減少するため性能が低下する。しかしながら、利用可能
な凝縮表面の利用が１００％未満となり、熱交換装置１
０の定格出力が減少するため、この形式の動作は、先行
技術の凝縮器と共通して不都合である。過熱低減された
気体が液体に凝縮された後、下方の底部入口ヘッダ７０
に捕集され、その後配管７５を経由して排出され、外部
の処理装置で再び利用される。

【００６１】前記の通り、湿潤空気冷却器として利用す
る場合、第１空気流及び第２空気流は、間接蒸発熱交換
部５０の並流及び直接蒸発熱交換部９０の逆流として同
方向に流入する。しかしながら、熱交換装置１０の目的
は、他の位置で使用するために間接蒸発熱交換部５０に
流入する暖かい空気流を冷却することである。冷却すべ
き高温の流体を含む代わりに、循環路５４、５６の各列
は外部処理装置から供給される最初に冷却された流体を
含む。また、冷却された流体の代わりに、管路は蒸発す
る多相冷媒を含んでもよい。前記の通り、冷却された流
体は間接蒸発熱交換部５０の底側５５から底部入口ヘッ
ダ７０に流入し、ほぼ均一に増加する温度の流体の連続
した平面として上方へ流動する。冷却水（蒸発性液体）
が管路上へ流下するとき、同一方向に流動する最初暖か
い空気流から熱が同時に加えられるが、加えられた熱は
下方から上方に向かって逆方向に流動する循環路５４、
５６内の冷却された流体流に除去される。従って、冷却
水（蒸発性液体）から除去される熱量が多くなる程、間
接蒸発熱交換部５０を通って冷却水が下方向へ流動する
につれて、冷却水の温度が低下する。間接蒸発熱交換部
５０に流入する比較的暖かい空気流は、管路と熱接触
し、その内部の流体流によって冷却される。同様に、循
環路５４、５６内の冷却された流体は、冷却水（蒸発性
液体）から熱を吸収し、間接蒸発熱交換部５０の上側５
３に到達すると、流体は加熱される。第２空気流が開口
部１７を通って間接蒸発熱交換部５０を流出するとき、
加熱された流体は、もどり配管８５を通って外部の処理
装置に戻る前に頂部出口ヘッダ８０に流入する。直接蒸
発熱交換部９０を横切って分配される冷却された冷却水
（蒸発性液体）は、直接蒸発熱交換部９０を通過する最
初暖かい逆向きに流動する第１空気流と直接接触しかつ
熱交換する。冷却水（蒸発性液体）の温度は、下方向へ
直接蒸発熱交換部９０を通過するとき実際に増加する。
第１空気流により加熱された冷却水は、その後間接蒸発
熱交換部５０に流入するときに冷却され、同時に第２空
気流と熱交換する。ここで冷却された第２空気流は、採
鉱、野菜の冷却又はガスタービン空気入口の予冷動作等
の離れた外部の位置での使用のため開口部１７を通って
流出される。

【００６２】前記実施形態の多くの特徴を含むこの発明
の別の実施形態を図９及び図１０に示す。これら２つの
実施形態と前記の実施形態との主な相違は、熱交換装置
１０を通って空気を移動させる手段の形式にある。図９
及び図１０に示すように、ファン２４は屋根１２上に取
り付けられたプロペラファンである。間接蒸発熱交換部
５０及び直接蒸発熱交換部９０のための単一の空気入口
を誘導通風ファン２４の動作により利用できる。ファン
組立体は高温の湿潤流出空気中に曝され、より高価なフ
ァンの使用を必要とする。また、空気入口区域１２０は
正圧の代わりに真空（低圧）下で動作する。これらの相
違は別にしても、図９及び図１０の熱交換装置（冷却
塔）は、空気が圧縮される（強制通風）代わりに熱交換
部を通って吸引される（誘導通風）ことを除いて、空気
及び水の流動方向と同じく全要素の物理的な配列を維持
する。図１０は、側壁２０及び２２間の熱交換装置１０
の中央に配置された直接蒸発熱交換部９０及び間接蒸発
熱交換部５０を有する図９の一般的構造を示す。この構
造は、非常に高い熱交換容量が必要なときに利用され
る。前記のように、先細ダクト１２５のサイズは熱交換
部の物理的な大きさの関数であるが、この点の詳細な説
明は省略する。また、これらの実施形態は空気入口区域
１２０を加圧する方法が強制通風ファンの実施形態と相
違するのみであるから、図９の単一の垂直の流出空気室
１５０と図１０の二重の垂直の流出空気室１５０との相
違について説明を省略する。このように、図９及び図１
０の構造の熱交換部は負圧下でも動作することが理解で
きよう。

【００６３】また、図１１、図１２及び図１３に示すよ
うに、本発明に対応して、再循環蒸発性液体（一般に
水）の冬期の凍結を抑制する設備が形成される。一般
に、すべての蒸発熱交換器は、凍結又は着氷の可能性に
対して何らかの手段により通常保護される。本発明は、
流入する周辺空気が直接蒸発熱交換部９０から流出する
最も冷却された水と直接接触するので、低温の天候では
凍結に影響されやすい。熱交換装置が何らかの理由で無
負荷運転（アイドリング）している場合、溜め３０の水
温は、電気式加熱器又は蒸気式加熱器を水没させてほぼ
凝固点以上に維持される。

【００６４】しかしながら、熱交換装置１０が０℃（華
氏３２度）以下の屋外温度で動作している場合、次の方
法が着氷を抑制又は防止するのに利用可能である。最も
簡単な方法は、ファンから運ばれる空気流の量を調整す
ることである。空気流の量が減少すれば、動作中の水温
は増加する。これは、普通、ファンによる流出において
選択的に設置される熱容量制御ダンパ（図示せず）によ
り達成される。制御ダンパ手段により直接蒸発熱交換部
９０を通る空気流のファン制御がない場合、飛沫防止装
置４９の上方の構造包囲体１０ａの頂部上に配置された
モータ駆動のダンパ２８が、直接蒸発熱交換部９０だけ
を通る空気流を制御するために閉鎖量を増加することが
できる。図１１では、屋外温度が降下するとき温度セン
サ２００がダンパモータ２１０へ信号を送出して、ダン
パ２８の閉鎖量を増加し、これにより直接蒸発熱交換部
９０を通る空気流を減少させる。直接蒸発熱交換部９０
の蒸発性液体（水）の冷却は、大きく減少する。従っ
て、より暖かい水が直接蒸発熱交換部９０を流出し、こ
れにより間接蒸発熱交換部５０の着氷を防止する。冬期
の周辺温度が熱交換装置（冷却塔）１０の全体の熱交換
容量を補助するので、より暖かい水は逆に熱容量を生じ
る。また、直接蒸発熱交換部９０を通る空気流の制御
は、ファン制御ダンパが設けられた場合、ファン制御ダ
ンパとの結合が可能である。図１２は、凍結防止手段と
して溜め３０の暖かい水を空気入口区域１２０に噴霧す
る他の方法を示す。前記のように、間接蒸発熱交換部５
０の熱容量は、冬期の間実際に必要な量よりもはるかに
大きくてもよい。このような場合、直接蒸発熱交換部９
０の利用が不必要なことが判明して、熱交換装置（冷却
塔）１０を乾燥して動作するように停止する可能性さえ
ある。理論的には、溜め３０からの少量の再循環水を、
間接蒸発熱交換部５０上に配置された第２の噴霧セット
に供給できる。再循環ポンプ３２は、屋外のサーモスタ
ット２５０によって開放制御される三方弁２３０を通っ
て水を供給する。空気入口１００の単一の噴霧ヘッダ２
６０は、空気入口区域１２０内に流入する低温の空気及
び直接蒸発熱交換部９０から流出する低温の水を予熱す
るために溜め３０からの温水を噴霧する。これにより、
空気入口区域１２０内で混合した水の温度状態を生じ、
間接蒸発熱交換部５０及び直接蒸発熱交換部９０の底部
の着氷を防止する。最後に、図１３に、同じ噴霧ヘッダ
２６０を通って溜め３０から空気入口区域１２０へ温水
を供給する分離した再循環ポンプ３２Ａを用いた図１０
に示す実施形態の変更例を示す。この変更例の機能は前
記の説明と同じであり、ポンプスタータ２７０の電気接
点に信号を送出して接点を閉成し、ポンプ３２を付勢す
る屋外のサーモスタット２５０により補助ポンプ３２Ａ
を作動する。また、凍結防止方法としての暖かい溜めの
水を使用する装置を、プロペラファンを備えた任意の実
施形態（図１０及び図１１）に組み込むことができる。

【００６５】前記の説明は、本発明の実施形態を明確に
かつ完全に記載するもので、本発明の実施形態は、特許
請求の範囲により記載される発明の範囲及び精神から外
れることなく、種々の変更が可能である。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、単位寸法及びコスト当
たりはるかに大きい熱移動性能を達成し得る。また、間
接及び直接蒸発冷却部の両方の最大熱交換効率を達成す
る方法が得られ、従来装置に比べてより良好かつ経済的
な熱交換装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 比較的小さい空気体積を必要とする物理的に
短い間接蒸発熱交換部及び直接蒸発熱交換部に連結した
端部に取り付けられた吹き抜け遠心送風機を備えた本発
明による熱交換装置の好適実施形態を示す斜視図

【図２】 図１に示す好適実施形態の側面図

【図３】 一対の吹き抜け遠心送風機を並置しかつ熱交
換装置の側部に配置され、前記実施形態より大きい空気
体積容量に適応させた本発明の他の実施形態を示す斜視
図

【図４】 より大きい空気体積容量を必要とする空気入
口区域を強調した本発明の斜視図

【図５】 図４に示す実施形態の全体の斜視図

【図６】 間接蒸発熱交換部を含む単一の管路の側面図

【図７】 間接蒸発熱交換部の正面図

【図８】 直接蒸発熱交換部の充填束を備えた単一の充
填シートの側面図

【図９】 誘導通風プロペラ送風機、構造包囲体の側壁
に沿って積層された熱交換部、単一の垂直な流出空気室
及びくさび形状の付加物を有する空気入口を組み込んだ
本発明の空気入口から見た断面図

【図１０】 誘導通風プロペラ送風機、構造包囲体の範
囲内で集中した熱交換部、２つの垂直な流出空気室及び
２つのくさび形状の付加物を有する空気入口を組み込ん
だ本発明の空気入口から見た断面図

【図１１】 好適実施形態の冬期の凍結防止用ダンパ制
御システムを示す断面図

【図１２】 好適実施形態の冬期の凍結防止用温水噴霧
制御システムを示す断面図

【図１３】 分離した補助水ポンプを組み込んだ他の冬
期の凍結防止用温水噴霧制御システムを示す断面図

【符号の説明】

１０・・熱交換装置、 １０ａ・・構造包囲体、 １２
・・屋根、 １２ａ・・開口部、 １４・・後壁、 １
５・・通路、 １６・・前壁、 １７・・開口部（空気
出口）、 １８・・ベース、 ２０・・第１側壁、 ２
２・・第２側壁、 ３０・・溜め、 ３２・・ポンプ、
３６・・分配手段、 ５０・・間接蒸発熱交換部、
５１・・内側、 ５３・・上側、 ５４、５６・・循環
路、 ５５・・底側、 ５７・・外側、 ９０・・直接
蒸発熱交換部、 ９３・・充填シート、 ９５・・主
面、 ９６・・短側端、 ９８・・長側端、 １００・
・空気入口、 １２０・・空気入口区域、

Claims (25)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直接蒸発熱交換部及び一体の間接蒸発熱
   交換部を熱交換装置に設け、間接蒸発熱交換部は間接蒸
   発熱交換部を含む複数の個々の管路内の流体流を導き、
   直接蒸発熱交換部は複数の充填シートを含む充填束を有
   し、各充填シートは短側端、長側端及び短側端と長側端
   との間の主面を有し、直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱
   交換部の各々は上側、底側、内側、外側、空気入口及び
   空気出口を有し、直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換
   部の内側及び外側は各々の直接蒸発熱交換部及び間接蒸
   発熱交換部の実質的に等しい幅を形成している過程と、 間接蒸発熱交換部より上方に直接蒸発熱交換部を配置す
   る過程と、 直接蒸発熱交換部の頂部の上方向に通常直接蒸発熱交換
   部を横切って下方向へ蒸発性液体を噴霧する分配手段を
   設ける過程と、 間接蒸発熱交換部の個々の管路を横切って直接蒸発熱交
   換部から下方へ蒸発性液体を通過させて、蒸発性液体を
   管路内の流体流と間接的に熱交換させる過程と、 周辺空気流を熱交換装置の単独の空気入口へ移動させる
   少なくとも１つの空気移動手段を設け、単独の空気入口
   は水平方向及び垂直方向の大きさを有し、空気入口の水
   平方向の大きさは直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換
   部の少なくともいずれかの幅と同じであり、単独の空気
   入口は直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の各々に
   共通の空気入口区域と連絡し、空気移動手段により空気
   入口区域の温度範囲内の空気流を加圧する過程と、 空気入口区域内で空気流を第１空気流及び第２空気流に
   分割し、第１空気流は直接蒸発熱交換部の底側と連結し
   た直接蒸発熱交換部の空気入口へ上方に流動し、第２空
   気流は間接蒸発熱交換部の上側と連結した間接蒸発熱交
   換部の空気入口へ下方に流動し、第１空気流は直接蒸発
   熱交換部内の蒸発性液体と逆方向に流動し、第２空気流
   は間接蒸発熱交換部内の蒸発性液体と同一方向に流動
   し、第１空気流は直接蒸発熱交換部の上側と連結した空
   気出口から流出する前に直接蒸発熱交換部内の蒸発性液
   体と蒸発熱交換し、第２空気流は間接蒸発熱交換部の底
   側と連結した空気出口から流出する前に間接蒸発熱交換
   部内の蒸発性液体と蒸発熱交換する過程と、 間接蒸発熱交換部を流出する蒸発性液体の実質的に全部
   を溜めに捕集する過程と、 再分配のため捕集したほぼ全部の蒸発性液体を直接蒸発
   熱交換部へポンプで汲み上げる過程と、 ほぼ分配手段上で開放した屋根と、溜めを含むための一
   般に固体のベースと、前壁と、後壁と、屋根、ベース、
   前壁及び後壁に連結する一対の第１側壁及び第２側壁と
   を備えた構造包囲体を設け、溜め、分配手段、直接蒸発
   熱交換部及び間接蒸発熱交換部を単一の構造包囲体内に
   包囲する過程と、 間接蒸発熱交換部を流出する第２空気流を受けかつ熱交
   換装置から容易に空気流を流出させる通路を間接蒸発熱
   交換部の下に設ける過程とを含むことを特徴とする熱交
   換方法。
2. 【請求項２】 直接蒸発熱交換部の充填束の充填シート
   を配列し、各充填シートと平行に空気入口区域内へ空気
   流を流入させる過程を含む請求項１に記載の熱交換方
   法。
3. 【請求項３】 通路から屋根までの構造包囲体の範囲内
   で上方へ延伸しかつ通路と連絡する少なくとも１つの垂
   直な流出空気室を設ける過程を含む請求項１に記載の熱
   交換方法。
4. 【請求項４】 間接蒸発熱交換部の各管路を配列し、空
   気入口区域へ流入する周辺空気流と同じ方向で個々の管
   路へ流体流を流入させる過程を含む請求項３に記載の熱
   交換方法。
5. 【請求項５】 構造包囲体の外側の空気を移動させる空
   気移動手段を配置し、空気入口区域内の空気流の圧力を
   周囲空気の圧力よりも大きくしかつ空気移動手段を通る
   空気流が単独の空気入口に連絡させる過程を含む請求項
   １に記載の熱交換方法。
6. 【請求項６】 構造包囲体の外部から周辺空気を受ける
   開放された空気入口区域内の空気流の圧力を周辺空気の
   圧力よりも小くする空気移動手段を構造包囲体の屋根内
   に配置し、空気移動手段から空気流を屋根の開口部と連
   絡させる過程を含む請求項４に記載の熱交換方法。
7. 【請求項７】 間接蒸発熱交換部の個々の管路を配列し
   て、個々の管路内を流動する流体流を第１側壁及び第２
   側壁とほぼ平行な方向に流動させる過程を含む請求項１
   に記載の熱交換方法。
8. 【請求項８】 空気入口区域内の空気流の圧力を周囲空
   気の圧力よりも大きくする空気移動手段を構造包囲体の
   外側に配置し、空気移動手段から排出した空気流が単独
   の空気入口と連絡する過程を含む請求項３に記載の熱交
   換方法。
9. 【請求項９】 管路内の流体流に対し垂直に空気入口に
   周辺空気流を流入させる空気入口を第１側壁及び第２側
   壁のいずれか一方に設ける過程を含む請求項８に記載の
   熱交換方法。
10. 【請求項１０】 構造包囲体内で通路から屋根への構造
    包囲体の範囲内で上方に延伸しかつ通路と連絡する少な
    くとも１つの垂直な流出空気室を設ける過程を含む請求
    項９に記載の熱交換方法。
11. 【請求項１１】 開口部を有する屋根と、ベースと、前
    壁と、後壁と、屋根、ベース、前壁及び後壁に連結する
    第１側壁及び第２側壁とを有し、水平方向の大きさを有
    する単独の空気入口を含む構造包囲体と、 一体の間接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の上方に
    配置されかつ充填束を含む直接蒸発熱交換部であって、
    直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の各々は単独の
    空気入口と連絡する共通の空気入口区域により分離さ
    れ、直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の各々は、
    上側、底側、内側、外側、空気入口及び空気出口を有
    し、直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の各々の内
    側及び外側は直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部の
    各幅を形成し、直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部
    の各幅は互いにかつ空気入口の水平方向の大きさと実質
    的に等しく、間接蒸発熱交換部は管路内の流体流を導く
    複数の個々の管路を含み、直接蒸発熱交換部は、短側
    端、長側端及び短側端と長側端との間の主面を有する複
    数の独立した充填シートを有する間接蒸発熱交換部及び
    直接蒸発熱交換部と、 空気入口区域において空気流を直接蒸発熱交換部へ上方
    向に流入する第１空気流及び間接蒸発熱交換部へ下方向
    に流入する第２空気流に分割し、第１空気流及び第２空
    気流の各々は直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換部内
    で流動する蒸発性液体と蒸発熱交換し、間接蒸発熱交換
    部の空気入口は間接蒸発熱交換部の上側と連結しかつ空
    気入口区域と連絡し、間接蒸発熱交換部の空気出口は間
    接蒸発熱交換部の底側と連結し、間接蒸発熱交換部の空
    気流は内部の蒸発性液体と同一方向に流動し、直接蒸発
    熱交換部の空気入口は直接蒸発熱交換部の底側と連結し
    かつ空気入口区域と連絡し、直接蒸発熱交換部の空気出
    口は直接蒸発熱交換部の底側及び屋根と連結し、直接蒸
    発熱交換部の空気流は内部の蒸発性液体と逆方向に流動
    し、空気入口区域で周囲空気温度の周辺空気流を加圧し
    かつ単一の空気入口に向かって構造包囲体内に移動させ
    る少なくとも１つの空気移動手段と、 蒸発性液体が重力により間接蒸発熱交換部へ排出される
    前に蒸発性液体を直接蒸発熱交換部の複数の充填シート
    上へ下方に噴霧する分配手段と、 蒸発性液体が下方へ分配された後に実質的に全部の蒸発
    性液体を捕集する溜めと、 間接蒸発熱交換部の直下で溜めより上方に配置されかつ
    間接蒸発熱交換部から流出する第２空気流を受けると共
    に、間接蒸発熱交換部からの第２空気流の容易に流出さ
    せる通路と、 再分配のため捕集した実質的に全部の蒸発性液体を直接
    蒸発熱交換部へ汲み上げるポンプとを備えることを特徴
    とする熱交換装置。
12. 【請求項１２】 直接蒸発熱交換部及び間接蒸発熱交換
    部、分配手段、溜め及び通路を構造包囲体により包囲
    し、充填シートにより空気入口区域へ流入する空気流を
    各充填シートと平行に流動させる請求項１１に記載の熱
    交換装置。
13. 【請求項１３】 間接蒸発熱交換部は頂部出口ヘッダ及
    び底部入口ヘッダを備え、頂部出口ヘッダ及び底部入口
    ヘッダの各々は間接蒸発熱交換部の頂部及び底部に各々
    と操作上連結し、頂部出口ヘッダ及び底部入口ヘッダは
    ほぼ同一面上で互いに垂直方向に離間しかつ対応する側
    面に取り付けられかつ頂部出口ヘッダ及び底部入口ヘッ
    ダに流入及び流出する流体流と連絡する管を有する請求
    項１２に記載の熱交換装置。
14. 【請求項１４】 複数の管路は直列に配列された独立し
    た循環路を備え、列内の各循環路は入口端及び出口端を
    有し、入口端及び出口端のいずれか一方は頂部出口ヘッ
    ダ及び底部入口ヘッダのいずれか一方に連結され、入口
    端及び出口端の他方は頂部出口ヘッダ及び底部入口ヘッ
    ダの他方に連結され、各循環路は頂部出口ヘッダ及び底
    部入口ヘッダ間の流体流に連絡する請求項１３に記載の
    熱交換装置。
15. 【請求項１５】 流体流は頂部出口ヘッダ及び底部入口
    ヘッダの管のいずれか一方へ流入しかつ管の他方から流
    出し、流入及び流出する流体流は一般に平行かつ互いに
    逆方向に流動し、流体流は個々の管路内の頂部出口ヘッ
    ダ及び底部入口ヘッダ間を実質的に均一な流速で管路か
    ら管路まで流動する請求項１４に記載の熱交換装置。
16. 【請求項１６】 間接蒸発熱交換部内の個々の管路の各
    々は連続した蛇管を備え、蛇管は垂直に一直線上に並ぶ
    配列及び一般にＵ字形状の列を形成し、各列は長さがほ
    ぼ等しくかつ連続的に通常等しい垂直の大きさで互いに
    離間し、各列は一般にＵ字形状の管により一体に連結さ
    れる請求項１５に記載の熱交換装置。
17. 【請求項１７】 個々の管路の列内の一つおきの独立し
    た循環路は、Ｕ字形状の列間の垂直の大きさのほぼ半分
    だけ垂直方向にずれた請求項１６に記載の熱交換装置。
18. 【請求項１８】 構造包囲体内を屋根へ上方に延伸しか
    つ通路と連絡する少なくとも１つの垂直な流出空気室を
    備える請求項１７に記載の熱交換装置。
19. 【請求項１９】 流体流が空気入口区域への周辺空気と
    同じ方向で各循環路内へ流入させる個々の管路を配列し
    た請求項１８に記載の熱交換装置。
20. 【請求項２０】 空気入口区域内の空気流の圧力を周囲
    空気の圧力よりも大きくする空気移動手段を構造包囲体
    の外側に配置し、空気移動手段から流出する空気流を単
    一の空気入口に連絡させる請求項１９に記載の熱交換装
    置。
21. 【請求項２１】 空気入口区域内の空気流の圧力を周囲
    空気の圧力よりも小さくする空気移動手段を熱交換装置
    の屋根に配置し、熱交換装置の外側から周囲空気を受け
    る通常開放された空気入口は空気入口区域と連絡し、空
    気移動手段からの空気流がほぼ屋根の開口部に連絡する
    請求項１９に記載の熱交換装置。
22. 【請求項２２】 間接蒸発熱交換部の個々の管路を配列
    して、個々の管路内を流動する流体流を第１側壁及び第
    ２側壁とほぼ平行な方向に流動させる請求項１７に記載
    の熱交換装置。
23. 【請求項２３】 空気入口区域内の空気流の圧力を周囲
    空気の圧力よりも大きくする空気移動手段を構造包囲体
    の外側に配置し、空気移動手段からの空気流が単一の空
    気入口に連絡する請求項２２に記載の熱交換装置。
24. 【請求項２４】 第１側壁及び第２側壁のいずれか一方
    に空気入口を設け、空気入口へ流入する周囲空気は管路
    内の流体流に対しほぼ垂直に流れる請求項２３に記載の
    熱交換装置。
25. 【請求項２５】 構造包囲体内で通路から屋根への構造
    包囲体の範囲内で上方に延伸しかつ通路と連絡する少な
    くとも１つの垂直な流出空気室を備える請求項２４に記
    載の熱交換装置。