JP4590602B2 - 熱交換器群支持具とこれを使用した充填材ユニット - Google Patents

Description

この発明は熱交換器群支持具とこれを使用した充填材ユニット及びこの充填材ユニットにおける密閉式熱交換器の交換又は保守方法に関する。

この種の充填材ユニットにおける熱交換器支持具は多数の構造のものが開発され、製造されており、出願人において、下記構造の密閉型の熱交換器を製造している。
真直ぐなパイプをＵ字型の湾曲部を持つＵ字管で接続し、平面方向に蛇行する循環冷却水路を形成する冷却コイルを製造するに際し、隣接する真直ぐなパイプの端部同士を前記Ｕ字管でロー付けするに先立ち、スペーサとして断面コの字型の管スペーサをこれらパイプに一旦通しておき、管スペーサを前記パイプ群の中央に寄せた状態とし、隣接するパイプの端部同士を前記Ｕ字管でロー付けをして、ロー付け作業時における管スペーサの熱変形を回避している。
このようにしてロー付けされた管スペーサを、各側板の内面に前記管スペーサを収納し抱持する断面略コの字型のチャンネル（型材）よりなる受け部がその開口部を内向きとしてスポット溶接してあり、各受け部内に、前記密閉型の熱交換器の前記管スペーサが相向い合い、その長手方向で外気流れ方向に沿って摺動可能に挿入された後、一対の側板を冷却塔のフレームにボルト止めして、熱交換体を冷却塔に取り付けている。

前記冷却塔用密閉型の熱交換体は部品数が多く、その組み立てにおいて側板に前記受け部を側スポット溶接し、側板を冷却塔のフレームにボルト止めしているため、組み立てに時間と労力がかかり、コスト高になる傾向にある。

本件発明では、前記課題を解決し、部品数を少なくし、構造を簡略化し、数本の熱交換器における直管部を安定良く支持することを目的とする。
本件発明の他の目的は、階層的に配管した数本の熱交換器におけるベント管部にも散布水を散布可能とし、循環冷却水の間接的な冷却を能率よく行なえるようにする。
本件発明の更なる目的は、数本の熱交換器を上層のものから順次個々独立して熱交換塔本体から引き出し交換できるようにし、そのメンテナンスを２人作業でなく、１人作業で簡略に行なえるようにする。

前記課題を解決するために、特定発明は、密閉式熱交換器が少なくとも２層以上、上下階層的に隣接して配管され、上下隣接する密閉式熱交換器の直管部の外周面同士は相互に隣接してなる熱交換器群を支持する熱交換器群支持具において、
この支持具は各密閉式熱交換器の直管部とベント管部の接続部近傍を支持する少なくとも一対のスペーサを備え、
各スペーサは各々断面Ｉ形の型材からなり、上下重なり合う前記型材は相互に着脱可能で、この型材の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサは共通の架台を介して熱交換塔の支柱に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする熱交換器群支持具としてある。
前記課題を解決するために、関連発明は、密閉式熱交換器と合成樹脂製で波板状の充填材からなり、この充填材が間隔をおいて複数枚並列して配列され、前記密閉式熱交換器における複数の直管部は相互に平行に配列されてなる充填材ユニットとしてあり、各前記充填材ユニットに散布された散布水を外気流と直接接触し蒸発による気化の潜熱で散布水を冷却し、冷却された散布水を下方の前記密閉式熱交換器に散布し、この密閉式熱交換器内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する密閉式熱交換塔に使用される前記充填材ユニットであって、
前記充填材ユニットにおける密閉式熱交換器は少なくとも２層以上、上下階層的に隣接して配管され、各上下隣接する密閉式熱交換器のうち、一方の密閉式熱交換器の直管部は他層の密閉式熱交換器における直管部に対して、散布水の落下方向に見て直管部の直径方向に位置ずれてしているか、又は他層の密閉式熱交換器における直管部間の中間部にそれぞれ配列され、上下隣接する密閉式熱交換器の直管部の外周面同士は相互に隣接しているとともに、
各熱交換コイルの直管部とベント管部の接続部近傍を支持する少なくとも一対のスペーサは各々断面Ｉ形の型材からなり、上下に重なり合う前記型材は相互に着脱可能で、この方材の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサは共通の架台を介して冷却塔の支柱に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする充填材ユニットとしてある。
前記充填材ユニットにおける前記密閉式熱交換器の交換又は保守を行なうには、前記各密閉式熱交換器の供給端及び前記各密閉式熱交換器の吐出端と対応する熱交換ヘッダーの連結を解除して、この状態で、最上階の密閉式熱交換器に取り付けた前記型材を隣接する下層の密閉式熱交換器に取り付けた前記型材に対して、その長手方向に摺動させ、前記外気取り入れ口から前記熱交換塔外部に引き出し、前記密閉式熱交換器の交換又は保守を行なう。

本件発明では、各熱交換コイルの直管部とベント管部の接続部近傍を支持する一対のスペーサは各々断面Ｉ形の型材からなり、上下に重なり合う型材は相互に着脱可能で、この型材の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサは共通の架台を介して冷却塔の支柱に取り外し可能に取り付けられていることにより、部品数を少なくし、構造を簡略化し、数本の熱交換器における直管部を安定良く支持することができる。
更に、階層的に配管した数本の熱交換器におけるベント管部にも散布水を散布でき、循環冷却水の間接的な冷却を能率よく行なえる。
加えて、数本の熱交換器を上層のものから順次個々独立して冷却塔本体から引き出し交換でき、そのメンテナンスを２人作業でなく、１人作業で簡略に行なえる

請求項５記載の発明においては、前記効果に加えて、前記密閉型熱交換器の配管を改良することにより、１つの充填材ユニットにおける数層の密閉型熱交換器、殊にその直管部と散布水の接触率を高めることができる。
更に、前記効果に加えて、充填材上を流れる散布水と外気流との接触面積、接触時間を充分に確保し、１つの充填材ユニットにおいて散布水の温度を、数本の密閉型熱交換器の直管部を充分に冷却するに十分な温度に冷却できる。
従って、熱交換塔の入口温度と出口温度の差を従来のものと同一の熱交換性能を得ようとする場合には、熱交換塔を小型化可能とする共に、配管数を少なくし、配管の手数を省略できると共に、コストを低減できる。
また、従来の熱交換塔と同一高さの場合には、熱交換塔の熱交換性能を高めることができる。

実施の形態１
この形態は、請求項１、２、３記載の熱交換器群支持具と、請求項４、５、６記載の充填材ユニットとの代表的な実施の形態である。
図１（ａ）、図２、図３、図４、図５において、熱交換塔１０はその機枠内に充填材ユニットＡが上下階層的に装填されている。この充填材ユニットＡは、密閉式熱交換器１１と合成樹脂製で波板状の充填材１３とからなり、この充填材１３が外気取り入れ口１４の幅方向に間隔をおいて複数枚並列して配列され、前記各密閉式熱交換器１１における複数の直管部は相互に平行で、かつ外気取り入れ口１４の幅方向に略平行に配列されて構成されている。
前記充填材ユニットＡに散布された散布水を外気流と直接接触させ、その蒸発による気化の潜熱でこの散布水は冷却し、冷却された散布水は下方の前記密閉式熱交換器１１の直管部１２に供給され、この密閉式熱交換器１１内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する前記密閉式熱交換塔１０は直交流式冷却塔としてある。

前記充填材ユニットＡにおける密閉式熱交換器１１は少なくとも２層以上、図示のものでは４層、上下階層的に隣接して配管され、各上下隣接する密閉式熱交換器１１のうち、上側の密閉式熱交換器１１の直管部１２は下側の密閉式熱交換器１１における直管部１２の隙間の中間部に位置して配列されている。換言すれば、前記密閉式熱交換器１１のうち、上側の密閉式熱交換器１１における隣接する直管部１２間の真下に、下側の密閉式熱交換器１１における直管部１２が位置し、隣接する密閉式熱交換器１１の直管部１２の外周面同士は相互に隣接した状態で、前記上下階層的に密閉式熱交換器１１は配管されている。
図の例においては、直管部１２の配管ピッチは大凡これらの直径の２倍としてあり、従って、各直管部１２の間隙寸法も概ね直管部１２の直径寸法に等しく、真上から見たとき、即ち、散布水の落下方向に見て、下層の直管部１２の間にそれぞれ下層の直管部１２に配列され、散布される水は上下層の直管部１２の何れかに必ず接触することになる。勿論上層の直管部１２に接触した流下水の一部も下層の直管部１２に接触する。

なお、前記例示では上側の密閉式熱交換器１１における隣接する直管部１２間の真下に、下側の密閉式熱交換器１１における直管部１２が位置しているが、真下とは限らず、一方の密閉式熱交換器１１の直管部１２は他側の密閉式熱交換器１１における直管部１２に対して千鳥状に位置ずれした態様もこの発明の技術的範囲に入る。
前記充填材ユニットＡにおける充填材１３は前記４層の密閉式熱交換器１１に対応し散布水温度が得られるに十分な寸法及び形状に設定されている。

前記各密閉式熱交換器１１は前記外気取り入口１４側から前記密閉式熱交換塔１０に対してそれぞれ抜き出し可能に設けてあり、かつ前記熱交換塔１０の機枠に対し、直接上下方向に所定ピッチで階層的支持されている。
即ち、各密閉式熱交換器１１の直管部１２とベント管部Ｕの接続部近傍を支持する一対のスペーサＳは各々断面Ｉ形の型材１５からなり、上下に重なり合う型材１５は相互に着脱可能で、この型材１５の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサＳは共通の架台１６を介して前記密閉式熱交換塔１０の一種である冷却塔の支柱１７に取り外し可能に取り付けられている。
前記型材１５は全体合成樹脂製からなる型材で、この型材１５の上端縁は平坦部１５ａとし一種の蟻突状としてあり、その下端縁には凹部１５ｂが形成されて一種の蟻溝としてあり、上下の前記型材１５は前記凹部１５ｂと平坦部１５ａとの掛け合いによりその長手方向に摺動可能としてある。つまり、上下の型材１５は組み立て後においてこれらの横断方向には相対的に位置ずれしないようにしてある。前述の蟻突状と蟻溝の位置関係は相互に前記型材１５として入れ替えても何ら変る所がない。
この密閉式熱交換器１１が前記熱交換塔１０の散水装置の一種である上部水槽下方に装填されている。

前記のように階層的に配管された前記密閉式熱交換器１１のうち、最下層の前記密閉式熱交換器１１に取り付けられた前記型材１５には、前記密閉式熱交換塔１０の支柱１７に着脱可能に取り付けられるフランジ板１８が、前記架台１６として一体に設けられている
好ましくは前記型材１５は合成樹脂製とし、各密閉式熱交換器１１は金属製としてある。
前記スペーサＳにはほぼ水平方向の長穴２０が間隔をおいて明けられ、各密閉式熱交換器１１の隣接する直管部１２は左右一対の前記スペーサＳ間に、平面視で非並行とし傾斜して配管されている。隣接する長穴２０の端部近傍の内周縁に直管部１２とベント管部Ｕの接続部が夫々掛合いして固定、支持され、前記密閉式熱交換器１１の供給端と前記密閉式熱交換器１１の吐出端とは熱交換塔１０本体の混合室内に位置し、前記各密閉式熱交換器１１の供給端は前記各密閉式熱交換器１１の吐出端より高位に位置し、循環冷却水の流路は前記密閉式熱交換器１１の供給端から勾配のある複数の直管部を通して前記各密閉式熱交換器１１の吐出端に至る経路を形成する。

前記各密閉式熱交換器１１の供給端と前記各密閉式熱交換器１１の吐出端には各々接続用のフランジが取り付けら、これらフランジは対応する熱交換ヘッダーのフランジに対応し、前記各密閉式熱交換器１１の供給端と前記各密閉式熱交換器１１の吐出端は各々対応する熱交換ヘッダーにフランジを介してボルト止めされている。
前記一対のスペーサＳに加えて、同一形状のスペーサＳが、各層の密閉式熱交換器１１におけるこれら直管部１２の中央部にわたり配置され、これら直管部１２のたわみ、振動を抑制することもある（図示せず）。

この形態の作用を説明すると、前記充填材ユニットＡに散布された散布水を外気流と直接接触し蒸発による気化の潜熱で散布水を冷却し、冷却された散布水を下方の前記密閉式熱交換器１１の直管部１２に供給し、この密閉式熱交換器１１内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する。

この際、図１（ａ）側に示す各前記充填材ユニットＡにおいては、充填材１３に散布された散布水を外気流と直接接触し蒸発による気化の潜熱で散布水を冷却し、冷却された散布水を下方の前記密閉式熱交換器の直管部に散布し、この密閉式熱交換器１１内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する。
充填材ユニットＡにおける密閉式熱交換器１１を４層とし、上下階層的に隣接して配管し、各上下隣接する密閉式熱交換器１１のうち、一方の層の密閉式熱交換器１１の直管部１２を他層の密閉式熱交換器１１における直管部１２間の中間部に位置させ、充填材ユニットＡにおける充填材１３に散布水を流下させ、この流下に伴う外気流との直接接触、及び蒸発による潜熱作用で冷却された散布水を前記４層の密閉式熱交換器１１上に万遍なく散布し、これら密閉式熱交換器１１内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する。

前記密閉式熱交換器１１を交換又は保守を行なうには、前記各密閉式熱交換器１１の供給端及び前記各密閉式熱交換器１１の吐出端を対応する熱交換ヘッダーから外し、その連結を解除して、この状態で、最上層の充填材１３を前記密閉式熱交換塔１０から取り出し、最上層の密閉式熱交換器１１に取り付けた前記型材１５を隣接する下層の密閉式熱交換器１１に取り付けた前記型材１５に対して、前記凹部１５ｂ、平坦部１５ａとの掛け合いにより、その長手方向に摺動させ、前記外気取り入れ口１４から前記熱交換塔１０外部に引き出し、前記密閉式熱交換器１１に付着しているスケール、スライムなどを除去し、破損している場合には新たなものと交換する。
このような操作を各層の前記密閉式熱交換器１１に対して行い、その交換、保守を１人の作業で行なえる。
最後に前記最下層の密閉式熱交換器１１に装着した前記型材１５を前記支柱に固定した状態で、前記最下層の密閉式熱交換器１１の引き出しを行い、清掃を行なう。

実施の形態２
実施の形態１と異なる構成、作用は次の通りである。
図１（ｂ）側に示すこの態様においては、各充填材ユニットＡは、上方が多層の密閉型熱交換器１１で、下方が充填材１３からなるものとし、まず上部水槽から散水された散布水を最上層の充填材ユニットＡにおける多層の密閉型熱交換器１１の直管部１２に先ず散布水は散布され、すべての散布水は上下層の何れかの直管部に少なくとも一回、図示の４層の場合は少なくとも２層、実際は少なくとも３回は何れかの直管部１２と接触してから、下方の充填材１３に流し、この流下に伴う外気流との直接接触、及び蒸発による潜熱作用で散布水を冷却する。
このような作用を各段の充填材ユニットＡにおいて繰り返し行なう。
最下層の充填材ユニットＡにおける充填材１３に散布水を流下させ、この流下に伴う外気流との直接接触、及び蒸発による潜熱作用で冷却された散布水を最上層に位置する充填材ユニットＡにおける４層の密閉式熱交換器１１の各直管部１２上に万遍なく散布する。
これら実施の形態１及び２においては、直管部１２の密度は上下及び間隔も狭くすることが容易であり、熱交換機能の向上が得られ、また、通過する外気流も各層毎に上下に分かれて層流となって流れる。
なお、各実施の形態においては、直交流式冷却塔として説明してあるが、向流式冷却塔としてもこの発明としては同一である。

（ａ）．実施の形態１の熱交換塔概略側面図である。（ｂ）．実施の形態２の熱交換塔概略側面図である。 熱交換器とスペーサの関係を示す拡大斜視図である。 熱交換器の拡大側面図である。 図１における熱交換器部分の配列を示す概略図である。 図２におけるＡ部拡大図である。

符号の説明

１１ 密閉式熱交換器
１２ 直管部
１３ 充填材
１５ 型材

Claims (6)

1. 密閉式熱交換器が少なくとも２層以上、上下階層的に隣接して配管され、上下隣接する密閉式熱交換器の直管部の外周面同士は相互に隣接してなる熱交換器群を支持する熱交換器群支持具において、
   この支持具は各密閉式熱交換器の直管部とベント管部の接続部近傍を支持する少なくとも一対のスペーサを備え、
   各スペーサは各々断面Ｉ形の型材からなり、上下重なり合う前記型材は相互に着脱可能で、この型材の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサは共通の架台を介して熱交換塔の支柱に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする熱交換器群支持具。
2. 前記全型材はすべて同一断面形状の全体合成樹脂製からなる型材であり、これら型材の上下の接合面は一方が平坦部乃至雄型突状とし、他方がこれと嵌合する凹部乃至雌型溝として、相互に掛け合いによりその長手方向に前記型材は摺動可能としてあることを特徴とする１記載の熱交換器群支持具。
3. 前記のように階層的に配管された前記密閉式熱交換器のうち、最下層の前記密閉式熱交換器に取り付けられた前記型材には、前記熱交換塔の支柱に着脱可能に取り付けられるフランジ板が、前記架台として一体に設けられていることを特徴とする１又は２記載の熱交換器群支持具。
4. 請求項１、２、または３記載の熱交換器群支持具により密閉式熱交換器が少なくとも２層以上、上下階層的に隣接して配管支持され、上下隣接する密閉式熱交換器の直管部の外周面同士は相互に隣接して位置することを特徴とする充填材ユニット。
5. 密閉式熱交換器と合成樹脂製で波板状の充填材からなり、この充填材が間隔をおいて複数枚並列して配列され、前記密閉式熱交換器における複数の直管部は相互に平行に配列されてなる充填材ユニットとしてあり、各前記充填材ユニットに散布された散布水を外気流と直接接触し蒸発による気化の潜熱で散布水を冷却し、冷却された散布水を下方の前記密閉式熱交換器に散布し、この密閉式熱交換器内を流れる循環冷却水を間接的に冷却する密閉式熱交換塔に使用される前記充填材ユニットであって、
   前記充填材ユニットにおける密閉式熱交換器は少なくとも２層以上、上下階層的に隣接して配管され、各上下隣接する密閉式熱交換器のうち、一方の密閉式熱交換器の直管部は他層の密閉式熱交換器における直管部に対して、散布水の落下方向に見て直管部の直径方向に位置ずれているか、又は他層の密閉式熱交換器における直管部間の中間部にそれぞれ配列され、上下隣接する密閉式熱交換器の直管部の外周面同士は相互に隣接しているとともに、
   各密閉式熱交換器の直管部とベント管部の接続部近傍を支持する少なくとも一対のスペーサは各々断面Ｉ形の型材からなり、上下に重なり合う前記型材は相互に着脱可能で、この型材の長手方向で相互に摺動可能として組み立てられ、これら上下階層的に組み立てられるスペーサは共通の架台を介して熱交換塔の支柱に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とする充填材ユニット。
6. 前記スペーサにはほぼ水平方向の長穴が間隔をおいて明けられ、各熱交換コイルの隣接する直管部は左右一対の前記スペーサ間に、平面視で非並行とし傾斜して配管され、隣接する長穴の端部近傍の内周縁に直管部とベント管部の接続部が夫々掛合いして固定、支持され、前記密閉式熱交換器の供給端と前記密閉式熱交換器の吐出端とは熱交換塔本体の混合室内に位置し、前記密閉式熱交換器の供給端は前記密閉式熱交換器の吐出端より高位に位置し、循環冷却水の流路は前記密閉式熱交換器の供給端から勾配のある複数の直管部を通して前記密閉式熱交換器の吐出端に至る経路を形成していることを特徴とする請求項５記載の充填材ユニット。

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