JP6411887B2 - 液体冷却設備 - Google Patents

Description

本発明は、工業用設備内で使用するための噴霧グリッドに関し、その設備内では、典型的には液滴の形態の水または水性溶液である液体が、典型的には空気である気体と接触して、その結果２つの相の間に熱伝達および物質移動をもたらすことによって、降雨または散布区域が生成される。そのような工業用設備は、通常、火力発電所に付随する冷却塔を含み、液滴が重力の影響下で落下し、または噴霧装置によって駆動される降雨または散布区域に適用される。

発電所の効率は、一般的に、設計段階中に計画された電気料金および発電所寿命サイクル費用によって決定される。技術を改良することによって、寿命サイクル費用を削減することができ、したがって、発電所の効率を経済的に改善することができる。

噴霧グリッド型充填材は、特に冷却水質が不十分である場合、熱伝達および物質移動を高めるために冷却塔内で使用される。しかし、市販で入手可能な噴霧グリッドは、十分な効果的水準に液滴サイズを低減するために特に設計されておらず、既存の噴霧グリッドから落下して、噴霧グリッドの下に降雨区域を生成する水滴はかなり大きい。既存の噴霧グリッドは、液滴がグリッドに衝突せずに通過することができる大きな開口領域を有する。

降雨または散布区域には、移動または静止気体中に重力下で自由落下する多分散系粒度分布を有する液滴が含まれる。冷却塔充填材または詰物の下の降雨区域内では、液滴が充填剤の基部から滴るが、一方、散布区域では液滴は噴霧器によって生成される。

冷却塔降雨区域、したがって冷却塔の性能は、調査された様々な場合に対して、降雨区域におけるザウター平均粒形を低減することによって著しく向上され得ることが、計算上の流体力学モデルを使用して半経験的に証明された。

従来の冷却塔充填材の下の降雨区域の性能を向上させ、それによって冷却塔の温度性能を向上させ、その結果、発電所コストを削減するために使用することができ、かつ任意の他の適切な降雨または散布区域状態にも使用することができる噴霧グリッドを提供することが望ましいであろう。

更に、熱伝達または物質移動性能特性を向上させるために、移動または静止気体、あるいは蒸気中に重力の影響下で自由落下する複数の液滴の粒子サイズを低減することを達成するのに適した噴霧グリッドを提供することも望ましいであろう。

本発明の一態様によって、支持フレーム組立体と、フレーム組立体によって支持される複数の略平行な細長い部材とを備える噴霧グリッドが提供され、各細長い部材が、平面視において３ｍｍを超えない横方向の寸法、および平面視において１０ｍｍを超えない間隔を有する。

本発明のこの態様の更なる特徴は、細長い部材を提供し、細長い部材は、支持フレーム組立体を形成し、または支持フレーム組立体に取り付けられている縁取り部に任意で一体化される成形されたプラスチック材料からなり、あるいは別法として、細長い部材は、支持フレーム組立体を形成し、または支持フレーム組立体に取り付けられている縁取り部によって支持される、別個に製造された可撓性フィラメントまたは紐からなる。細長い部材の幅が、平面視において１〜３ｍｍであり、細長い部材が、噴霧グリッド全体の気体圧力の降下を低減するために、垂直方向に互い違いになっている。細長い部材は、液滴が噴霧グリッドを通過する間、液滴が細長い部材上に衝突する可能性を最適にするように配置される。噴霧グリッドまたは噴霧グリッド組立体の中に間隙が設けられて、凝縮器管浄化システムのスポンジボールなど、より大きい物体が、グリッドに挟まらず、かつグリッドを塞ぐことなく、噴霧グリッドまたは噴霧グリッド組立体を通過する。細長い部材を支持するための中間または側部の支柱は、滴下が発生する可能性がある結節点が生成されることを回避するために最小化される。

噴霧グリッドの配置のために様々な可能性が存在し、断面側面図の中で細長い部材は、利用可能な空間および必要性に依存して、互いに対して様々な異なる位置を採用する。以下は、例示によってのみ与えられる複数の可能な配置である。

より大きな物体を収容する必要がもはやない場合、噴霧グリッドは、単に水平なパネルの形態であることができる。噴霧グリッドは、単一層、または２つ以上の層に配置されてよいが、２つ以上の層の場合、個々の細長い部材は垂直方向に互いに対してずらされることが可能であって、落下する液滴が細長い部材に衝突する可能性のある最良の機会を提供することができる。

より大きい物体を略平面のパネルに収容する必要がある場合、パネルは水平に幾分傾斜して、１つのパネルの下方端部と次のパネルの上方端部との間に垂直の間隙をもたらす。

垂直空間がより自由に利用できる場合、細長い部材が、交互に、高い方のグループおよび低い方のグループに配置されて、その結果、より大きい物体のための間隙が、１つのグループの末端の細長い部材と、次のすぐ下のグループ、またはすぐ上のグループの末端の部材との間に設けられる。１グループの細長い部材は、アーチ型配置をたどるように配置可能であり、その結果、１グループの上に落ちるより大きい物体が、そのグループの一方の側部または他方の側部に向かって転がり落ちやすくなるであろう。

別法として、細長い部材が平坦な傾斜したグループに配置され、より大きい物体が噴霧グリッドを通過するためにグループ間に傾斜した間隙をもたらし、傾斜したグループが、平面視において略全領域を覆うことができる。

本発明の第２の態様によって、液体冷却設備が提供され、液体冷却設備は、略垂直な流路と、冷却される液滴のための、上方領域にある液体分配配置と、液体分配配置の下方にあり、かつ使用の際に、冷却される液体が上を流れることになる従来の、または類似した充填材と、従来の、または類似した充填材の下方の降雨区域とを備え、上記に定義する噴霧グリッドが、設備の下方領域内の液体収集設備上方の降雨区域内に設置されることを特徴とする。

本発明のこの態様の追加の特徴により、充填材の下に２００ｍｍから６００ｍｍの間で配置される噴霧グリッドを提供する。更に、液体冷却設備が、他の一般的な従来の構造の冷却塔である。

本発明をより良く理解することができるように、噴霧グリッドの様々な構成を添付の図面を参照して以下に説明する。

２つの略平面の噴霧グリッドパネルの等角図である。 より大きい物体をまったく収容しない噴霧グリッドパネルの一配置の概略側面図である。 より大きい物体を収容することができ、パネルが水平に傾斜している噴霧グリッドパネルの第２の配置の概略側面図である。 図２に示す型の単一のパネルによる概略断面図である。 細長い部材が垂直に離隔された平面に配置されている噴霧グリッドによる類似の概略断面図である。 細長い部材が垂直に離隔されたグループに配置されている噴霧グリッドによる類似の概略断面図である。 細長い部材が離隔され、傾斜した平面に配置されている噴霧グリッドによる類似の概略断面図である。 本発明の液体冷却設備による概略断面図である。

本発明の最も簡単な実施形態では、図１、図２および図４に示すように、噴霧グリッドが、符号（１）によって全体が示されている、射出成形されたプラスチック製パネルを備え、各パネルは、一体型複数の略平行な細長い部材（３）を有する縁取り部（２）を備え、細長い部材（３）は縁取り部（２）によって支持されている。各細長い部材は、平面視において３ｍｍを超えない、好都合には、約２ｍｍである横方向の寸法、および平面視において約５ｍｍの間隔を有する。

この例では、細長い部材は成形されたプラスチック材料からなるが、それらは縁取り部によって支持される、別個に製造された可撓性フィラメントまたは紐からなることができる。更に、本発明のこの実施形態では、細長い部材は正方形または矩形の横断面を有するが、細長い部材は任意の他の適切な横断面の形状を有することができる。

図１、図２および図４に示す配置では、噴霧グリッドは、単一の水平な層に配置されている。そのような例では、噴霧グリッドを通過するより大きい物体を収容する準備がなされていない。

この配置に対する変形形態として、図５に示すように、細長い部材（６）が２つの異なる水平面（７）に配置され、一方の平面の細長い部材が、他方の平面の細長い部材に対して垂直方向にずらされている。この配置によって、噴霧グリッドを通過する気体の流れが利用できる細長い部材間の間隔が増加する。

より大きい物体を収容する必要がある場合、図３に示すように、略平面のパネルが水平に幾分傾斜して、一方のパネルの下方部分（１０）と次のパネルの上方部分（１１）との間に垂直な間隙（９）を設けることができる。

垂直の空間がより自由に利用できる場合、図６に示すように、細長い部材は、交互に高い方のグループ（１４）および低い方のグループ（１４）に配置されることが可能であり、その結果、より大きい物体のための縦の間隙（１５）が、１つのグループの末端の細長い部材（１６）と、次のすぐ下のグループ、またはすぐ上のグループの末端の部材（１７）との間に設けられる。１グループの細長い部材は、アーチ型配置をたどるように配置可能であり、その結果、１グループの上に落ちるより大きい物体が、そのグループの一方の側部または他方の側部に向かって転がり落ちやすくなるであろう。

別法として、図７に示すように、細長い部材（２０）が、平坦な傾斜したグループに配置され、より大きい物体が噴霧グリッドを通過するためにグループ間に傾斜した間隙（２１）を設けることができる。細長い部材は、平面視において全領域を概ね覆うように配置される。

すべての場合、細長い部材は、噴霧グリッドを通過する間、噴霧グリッドに衝突する可能性のある液滴を最適化するように配置される。更に、細長い部材を支持するための任意の中間または側部の支柱が、滴下が促進される可能性がある結節点が生成されることを回避するために最小化される。

ここで図８を参照すると、本発明の第２の態様によって提供されるように、従来の冷却塔に付随する場合がある液体冷却設備は、冷却されることになる液体のための液体分配配置（２４）をその上方領域に有する略垂直な流路（２３）を含む。液体分配配置は、典型的には熱水である液体を従来の充填材（２５）の上に分配する。使用の際には充填材（２５）の上に、水が流れることになる。これは、充填材の下に降雨区域（２６）を生成し、前述の任意の型の噴霧グリッド（２７）が、設備の下方領域にある液体収集設備（２８）上方の降雨区域内に設置される。上記に示すように、噴霧グリッドは、充填材の下に約２００ｍｍから約６００ｍｍの間で配置されることが好ましい。

火力発電所の効率は、その冷却システムの性能に大きく依存することに留意されたい。熱力学から、現代の発電所の凝縮器または蒸気タービン排気の蒸気温度が３℃減少すると、発電所または蒸気タービンの性能特性に依存して、総出力および効率が１％以上増加することにつながる可能性がある。湿式冷却発電所では、このことは、冷却塔および凝縮器の性能を向上させて、凝縮器への冷却水入口温度を約３℃低下させることによって達成可能であり、それもまた、熱負荷を低減することに起因して、蒸発損失、およびブローダウン損失をおそらく０．８％削減する結果につながるであろう。

本発明の範囲から逸脱することなく、前述の本発明の実施例に対して多くの変形形態が作製可能であることを理解されたい。更に、本発明によって提供される噴霧グリッドは、空調ユニット、蒸留塔、発電所空気分離器、およびいくつかの型の海水淡水化プラント内の充填材の中で使用され得る。

Claims (10)

1. 略垂直な流路と、
   冷却されることになる液体のための、上方領域にある液体分配配置と、
   前記液体分配配置の下方にあり、かつ使用の際に、冷却される前記液体が上を流れることになる従来の、または類似した充填材と、
   前記従来の、または類似した充填材の下方の降雨区域であって、前記従来の、または類似した充填材から滴下する複数の液滴と気体との間で熱交換を行う降雨区域と、
   前記降雨区域内において行われる熱交換の効率を向上するために前記複数の液滴の液滴サイズの低減を行う、前記降雨区域内に設けられた少なくとも１つの噴霧グリッドと
   を備える液体冷却設備であって、
   前記噴霧グリッドが、支持フレーム組立体と、該支持フレーム組立体によって支持される複数の略平行な細長い部材とを備え、
   各該細長い部材が、平面視において３ｍｍを超えない横方向の寸法、および平面視において１０ｍｍを超えない間隔を有し、
   前記噴霧グリッドの下方において、使用の際に、前記噴霧グリッドから滴下する前記液滴サイズが低減された液滴と前記降雨区域を通過する空気との間で熱交換が行われるような態様で、前記噴霧グリッドが、前記降雨区域において液体収集設備の上方に配置されており、
   前記噴霧グリッドが、複数の略平面のパネルを備え、前記複数の略平面のパネルが、幾分水平に傾斜して、１つのパネルの下方端部と次のパネルの上方端部との間に垂直の間隙をもたらし、又は、
   前記複数の細長い部材が、交互に高い方のグループおよび低い方のグループに配置されており、その結果、より大きい物体のための間隙が、１つのグループの末端の細長い部材と、次のすぐ下のグループ、またはすぐ上のグループの末端の部材との間に設けられ、若しくは、前記複数の細長い部材が、より大きい物体のための間隙を設けるために、それぞれ傾斜している複数のグループに配置されている液体冷却設備。
2. 前記噴霧グリッドはその下方に、前記液滴サイズの低減が行われた複数の液滴が移動又は静止気体中で重力により自由落下する区域を形成するように構成され、これにより当該液滴と前記移動又は静止気体との間で熱交換および物質移動が行われる請求項１に記載の液体冷却設備。
3. 前記細長い部材が、前記支持フレーム組立体を形成し、または前記支持フレーム組立体に取り付けられている縁取り部に任意で一体化される成形されたプラスチック材料からなる、請求項１に記載の液体冷却設備。
4. 前記細長い部材が、前記支持フレーム組立体を形成し、または前記支持フレーム組立体に取り付けられている縁取り部によって支持される、別個に製造された可撓性フィラメントまたは紐である、請求項１に記載の液体冷却設備。
5. 前記細長い部材の幅が、平面視において１〜３ｍｍである、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の液体冷却設備。
6. 前記細長い部材が、垂直方向に互い違いになっている、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体冷却設備。
7. 噴霧グリッドまたは噴霧グリッド組立体の中に間隙が設けられて、より大きい物体が、前記グリッドに挟まらず、かつ前記グリッドを塞ぐことなく、前記噴霧グリッドまたは前記噴霧グリッド組立体を通過する、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体冷却設備。
8. 前記細長い部材が、平坦な傾斜したグループに配置され、より大きい物体が噴霧グリッドを通過するために前記グループ間に傾斜した間隙をもたらし、前記傾斜したグループが、平面視において略全領域を覆う、請求項１〜７の何れか一項に記載の液体冷却設備。
9. 前記少なくとも１つの噴霧グリッドが、前記充填材の下に２００ｍｍから６００ｍｍの間で配置される、請求項請求項１〜８の何れか一項に記載の液体冷却設備。
10. 前記液体冷却設備が、他の一般的な従来の構造の冷却塔である、請求項１〜９の何れか一項に記載の液体冷却設備。

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