JPH01252894A - 向流型冷水塔内の熱交換法と冷水塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の 本発明は水と空気との間で熱交換を行う熱交換法と冷水
塔、特に熱伝達媒体構造を有する向流型冷水塔及び垂直
寸法の小さい冷水塔を使用する熱交換法に関連する。

盗】四１１権 向流型冷水塔は公知の技術である。市販熱伝達媒体を使
用する一型式の向流型冷水塔は、複数の充填シートが小
さい間隔をあけて垂直に配置され、隣接シート間に垂直
の空気通路を形成し１周辺空気が上方に送られると同時
に加熱した水が下方のをシート表面に送られて熱交換に
よる冷却が行われるものである。これらの充填シートは
ほぼ扁平な平行四辺形、通常は矩形、で比較的に不透過
性の材料で作られ、隣接シートと間隔を保つため、及び
水のフィルムを表面に分布させるための凹凸が表面に形
成されている。この種のシートは水平層状に配列され、
下縁は水平に配置され、相互にほぼ並行に、冷水塔の底
部の水溜め、即ちプールの上方に均−距離離れて保持さ
れ、米国特許筒３゜１３２．１９０号（エンガリチュフ
名義）明細書に記載されているように、充填シートの下
方に流入する空気に対する矩形の空洞室を形成する。こ
の充填シート層の上方には、水分右回路網が配置され、
充填シート全体のほぼ均一な流水率を与えるように平衡
され、この上方に空気出口が設けられる。

上記の装置とは異なる型式の向流式熱交換器の種類は少
ないが、米国特許筒３，９８３，１９０号（ノーパック
名義）明細書に記載されているように、相互に連結され
た均一な対称充填シートの傾斜層に１組の多重充填シー
トユニットを形成し。

これらのシートは流入空気流と垂直である。

勿論、他の型式の熱伝達媒体、例えば他の流体が循環さ
れる蛇管又はコイル状管構造体、及び充填シートと管構
造の組合せも冷水塔に使用できる。

本発明はこの種の他の熱伝達媒体（本明細書では「媒体
」と略称する）にも応用可能である。

上記のような向流型冷水塔に自然通風を行うことは場合
によっては可能であるが、多くの場合、空気は機械的に
送られる。これは強制通風、即ち１個又は２個以上のフ
ァンで冷水塔の１側面又は多側面から空気を充填シート
下方の空洞室に送るか、又は吸引通風、即ち１個又は２
個以上のファンを充填シートと配水器の上方に装着し、
空洞室と媒体を通して空気を吸引する型式である。これ
らの例では全て空気は水平に空洞室に流入してから次第
に上方に向い媒体間を通過する。

日が　　しようとする ファンの囲壁体、ファンを通る空気流の力学的流動及び
空気入口からの距離など多数の要因は媒体間を流れる不
均一な空気流動に影響を与える。

従来は冷水塔の垂直寸法と空洞室内の空間をできるだけ
大きくすること、冷水塔に流入する初期の空気の水平方
向に対して最下位置の媒体を直角になるように偏向する
こと、及び／又は場合によっては空洞室内に制御ベーン
を配置することによって前記不均一な空気流動を通常補
償した。上記のように従来の冷水塔では空洞室に流入す
る空気は、隣接媒体の先方に水平に移動する傾向があり
、流入路近くの媒体区域では垂直に流動する空気が少な
く、従って効率が低下する。この効率低下は特に遠心フ
ァンを使用する強制通風の場合に著しく、空気は空洞室
の反対側に大きな力で押し付けられる。

また、冷水塔の全体の高さは、強風による損傷の危険を
避けるため、垂直方向の構造的制約及び設置場所の制約
（建物の床と最高位置との間の空間）又は冷水塔周囲の
景観などの実用的考慮によって制限されることが判明し
ている。他の重要な要因は、製造工場から設置現場に冷
水塔を輸送する際の鉄道、道路などによる輸送手段又は
橋梁などの高さ制限である。

本発明の主目的は、高さが比較的小さい向流型冷水塔を
提供することにある。

本発明の他の一目的は、内部の媒体の全面積に対して効
率よく空気流が分布する向流型冷水塔と冷却方法を提供
することにある。

他の一目的は、流入空気空洞室と非対称熱伝達媒体が比
較的小さく、従って冷水塔の高さを低くすると共に媒体
の全面積に空気が効率よく分布する向流型冷水塔を提供
することにある。

他の一目的は、非矩形熱伝達媒体と、傾斜境界に沿う界
面を有する空気空洞室とを備え、高さを減少すると共に
媒体の全面積に空気が効率よく分布する向流型冷水塔を
提供することにある。

他の一目的は、熱伝達媒体を流入空気流と整列させ、媒
体の下縁を水平かつ流入空気流の方向と一定角度傾斜す
るように配置することによって向流型冷水塔内の空気の
流動を容易にすることにある。

他の一目的は、冷水塔に空気を送り込み、熱伝達媒体を
通る空気の方向を有効に変える方法を提供することにあ
る。

他の一目的は、冷水塔の高さを減少するための新規な台
形充填シートを提供することにある。

を　′するための 本発明による向流型冷水塔内の熱交換法は、熱伝達媒体
を通して下方に水を通過させると共に熱伝達媒体の下方
の空洞室から上方に空気を流動させる向流型冷水塔の熱
交換法において、空洞室の一側面から該空洞室内にほぼ
水平方向に空気層を流入させる過程、及び空洞室の一側
面から傾斜しかつ流入空気層を横切るように配置された
熱伝達媒体に空気が衝突する位置においてほぼ水平に流
動する空気の少なくとも一部を上方に流動させる過程を
含む。熱伝達媒体は水平方向に整列される。

また、熱伝達媒体はほぼ水平のレベルから流入空気層の
上方位置に配置され、熱伝達媒体の下縁は空洞室の傾斜
界面に沿って配置される。

また、本発明による熱交換法は、熱伝達媒体を通して下
方に水を通過させると共に熱伝達媒体の下方の空洞室か
ら上方に空気を流動させる向流型冷水塔の熱交換法にお
いて、冷水塔の一側面から反対側の底部に向けてかつ一
定角度傾斜して熱伝達媒体の下縁を配置すると共に熱伝
達媒体の上縁をほぼ水平に維持する過程、冷水塔の一側
面からほぼ水平に流動する階段状流動層として空気を流
入させ、この水平移動空気層の少なくとも一部を熱伝達
媒体の下縁に衝突させる過程、下縁に衝突後上方に階段
状空気層を向けさせる過程、及び熱伝達媒体に衝突する
前に、階段状空気流動の長さに比例した上向き通路に沿
って熱伝達媒体を通して上方に階段状空気層を流動させ
、熱伝達媒体を通る際の比較的低い空気流の抵抗を一側
面の抵抗に近づける過程を含む。

熱伝達媒体は流入空気の方向とほぼ整列する。

流入空気は水平方向に強制移動され、空洞室の底部を横
切って空気を移動する比較的大きい力を加える。

本発明による向流型冷水塔では、熱伝達媒体は垂直層と
して配置され、熱伝達媒体は下降する水によって濡らさ
れ、この水は冷水塔の一側面から媒体の下部に流入しか
つ熱伝達媒体を上方に通過する空気と接触する。熱伝達
媒体の下方に設けられかつ空気が流入する空洞室は熱伝
達媒体の下方部との界面を有し、該界面は冷水塔の一側
面から下方に傾斜している。熱伝達媒体は界面に流入す
る空気の上方の水平レベルから下方に伸び出す。

熱伝達媒体は流入空気の方向と整列し冷水塔の一側面と
ほぼ直角に配置される。熱伝達媒体は充填シートを含む
。シートは台形形状を有する。熱伝達媒体は蛇管を含む
。

本発明の向流型冷水塔は、−足間隔離れた複数の充填シ
ートは垂直に懸垂され、このシートは下降する水によっ
て濡らされ、この水は冷水塔の一側面から該シートの下
方に流入しかつ隣接シート間を上方に通過する空気と接
触する。冷水塔の一側面から゛流入する空気の方向と整
列する複数の充填シートの底縁は、冷水塔の一側面の高
さから冷水塔の底部近くの高さまで一定角度傾斜し、冷
水塔の全高が低くされる。充填シートはほぼ台形形状で
この上縁は冷水塔内で水平に伸びる。隣接する充填シー
トの底縁は充分な距離前れた互い違いの位置にあり、底
縁に沿って生成する水滴間の接触を防止する。充填シー
トの上方に配置され、かつこれとほぼ直角方向に向けら
れた複数の霧よけ導風板を含む。

冷水塔用充填シートは２つの非並行縁部間に伸び出しか
つ縁部間を接続する不同両側間に広がる面部とこの面部
に形成された外形と複数のスペーサ突起とを有する。面
部は台形形状である。

作用 本発明によれば、熱伝達媒体を冷水塔の内部に非対称に
配置し、媒体の下方境界を空気流入側がら反対側に冷水
塔の底部に向けて下方に傾斜され。

三角形の空気空洞室を形成する傾斜界面とし、ここから
水平に流入する空気を媒体に到達後上方に流動させるこ
とによって冷水塔の全高を減少することができる。また
、媒体は空気流入路から下方に向けて傾斜して配置され
、媒体の下方の空洞室に水平に流動する階段的空気層を
妨害し、空洞室に接する媒体に各空気層が達するとこの
階段的空気層を上方に旋回する。媒体の好適型式は、流
入空気流の方向と並行になるように懸垂された台形の充
填シートである。

去−」［−舅一 本発明による吸引式向流冷水塔の実施例を第１図に示す
。この冷水塔では複数の熱伝達媒体１０が矩形の囲壁体
内に懸垂され、この囲壁体は垂直壁１２、底部水溜め１
４、及び垂直壁１２がら排気ファンリング１８に達する
転移カバー型式の上向きカウリング１６を含み、この排
気ファンリングは電動機２２で駆動される多翼ファン２
ｏを支持する。通常、電動機２２は冷水塔の外部に装着
され、冷水塔から排出される多湿空気を避けるように装
着される。図示のように電動機２２はカウリング１６上
に支持され、無端ベルト２４又は電動機軸とファンの軸
との間に伸びるベルト代用品で駆動連結される。

第１図の矢印Ａで示すように、空気は１側壁の流入路２
８から水平に吸引されて冷水塔内の空洞室３６に流入し
、ファンリング１８から流出する。

冷水塔の底部には密閉された水溜め１４があり、水道管
３８、分配管４０及びスプレーノズル４２を有する上向
き分配管路から媒体１０に曝露された水を受は取る。水
は溜め１４から排出管路４８を経て排出される。複数の
霧よけ導風板５０が媒体１０の上方に配置され、通常、
分配管４０の上方に支持される。

本発明の実施例では、媒体１０の好適型式は台形面６０
を有する複数の非矩形充填シートである。

これらのシートは冷水塔内に懸垂され、水平上面６２と
、傾斜した非平行下縁６４を有する。この下縁は短い側
縁６６から下方に伸び出し、両側が平行で長い側縁６８
に達する。この複数の充填シート５８は冷水塔内に懸垂
され、短い側縁６６は空気流入側に向けて配置され、こ
の下縁６４は空気流入路２８の上部から溜め１４に向け
て傾斜しているから傾斜境界と空洞室３６に対する界面
を形成する。

勿論１本発明は、熱伝達媒体と空洞室との間の界面の方
位を、冷水塔の空気流入側の上部から下方に向けて傾斜
させろことによって空気層の連続的水平流動に抵抗しこ
の空気層が媒体を通して上方に流動させる新規な操作法
を提供するものである６本発明の方法は、（媒体上部を
ほぼ水平レベルに維持することにより）空気入口からの
距離が増加するにつれて媒体の深さを増加し、水平及び
垂直の空気通路の長さを増加し、冷水塔に流入する空気
層の厚さの連続的増加に対して流動抵抗を増加する。こ
のため冷水塔の空気入口で上方に向う空気流動量が媒体
と空洞室との間の水平界面と冷水塔を横切る一定の深さ
の媒体を有する従来の冷水塔に比べて大きくなる。

充填シート５８は矢印ｒＡＪで示す流入空気流に面６０
が平行なる方位に配置されていることに注意すべきであ
る。図示の実施例では、複数の同一の平行した充填シー
ト５８（側面図では１枚のみを示す）はそれぞれ媒体の
全厚にわたって伸び出している。しかしこの媒体は積重
Ｍ（図面省略）として構成することもでき、この場合上
層は最下層の充填シートに対して平行か垂直になるよう
に垂直配置の矩形シートで、上層が充シートに対して垂
直の場合は空洞室３６に対して傾斜した界面になる。好
適にはこの傾斜界面は非矩形充填シートを使用し、この
拡大縁６４が下方の空洞室３６を横切るような方位に配
置し、台形シート６０は図示のものが好適であるが三角
形の充填シート（図面前ｌ１１８）も使用できる。

好適には霧よけ導風板５０は充填シートを横切るように
装着され（図面省略）、取入れ空間から離れる方向に空
気の向きを変え、空気中に含まれる水滴を捕集する。し
かし導風板５０は、もし異なる方向に空気を向けるべき
場合には方位を変えて配置する。水を噴霧するスプレー
ノズル４２は、充填シートの短い側縁６６に隣接する水
量を、長い側縁６８に比べて少量の水を供給するように
調整でき、充填シートの高さと密度の条件が好適な場合
に充填シートの面６０に沿って下降する水の増加分の相
対的冷却通路の効果を部分的に平衡させることができる
。しかしこの効果は、空気流に対する比較的小さい抵抗
で少なくとも一部は平衡され、従って短い冷却通路を横
切る空気流の流量を大きくすることができる。

好適な充填シートは傾斜下縁を有する。下降する水の一
部は一時的に水滴として捕集される傾向があり、この水
滴は空洞室３６内に落下する代りに上記の下縁に沿って
流下する。隣接充填シート上に捕集される水滴の量が多
くなるとシート間の空間を連結して空気流の分布を妨害
することがある。これを防止するため、第１図の仮想線
７０で示すように、互いにかみ合った充填シートの下縁
を小さい垂直距離相互に食い違わせる。

充填シート１０の詳細は第５図に示す。これは台形面６
０が形成されたシートを使用する方法を示す。プラスチ
ックフィルムの矩形材料８０は。

広い寸法範囲の矩形充填シートと同様に入手できる。こ
の材料は均一のパターンで凹凸８２が形成され、この凹
凸は冷水塔内に広がる水の通路を形成すると共に表面積
を増大し、１個又は２個以上の強化リッジ８４と縁部も
エンボシングで形成される。この材料はエンボシングに
よって複数のスペーサ突起８６を形成することができる
。これらの突起は充填シートの表面に垂直な２方向に伸
び出す。シートを重ね合わせたとき隣接シートの凹凸に
嵌合するが、かみ合いを食い違わせた状態で冷水塔内に
懸垂すると隣接シートから一定距離離す効果がある。上
記の矩形材料８０は第５図の破線で示すように、長い縁
部から等距離前れた両側上の２点の間で一定角度傾斜し
て切断する。特定の寸法と非平衡縁部の傾斜角度は冷水
塔の大きさ制限に応じて選定される。

第２図に示す強制通風型実施例の構成要素で上記の実施
例に対応する構成要素を参照数字にダッシュを付けて示
す。勿論、この実施例では空気ダクト９０は冷水塔１２
′から外側に伸び出し、ファン２０′は空気をダクト９
０を通して空洞室３６′に強制通風するように装着され
る。この実施例では熱伝達媒体は図示のように入口及び
出口の両ヘッダの間に接続された平行列で流入空気と整
列する蛇管７２を含む。この媒体を使用して、冷却すべ
き余分の流体を蛇管を通すことによって冷却することが
できる。蛇管７２の連続する各下向き導管は、空洞室３
６′に対する傾斜界面を形成するため短くする。

第３図は、遠心ファン９４を有する強制通風型向流冷水
塔内に金型充填シート５８″を使用する本発明の好適実
施例を示す。充填シート５８はファン９４でダクト９６
を通して送られる流入空気と整列される。ファン９４で
送られる空気の水平分布は、もしファン軸９８を僅かに
上の位置に配置し、空洞室３６″の流入例２８″とほぼ
同じ寸法まで拡大する傾斜フレア付転移ダクト９６を通
してファン９４が空気を排出する方向に向けることによ
ってファンの性能を改善できることが判明した。遠心フ
ァン９４から送られる空気流と充填シート６０″を整列
することによって得られる別の利点は、シートの下縁６
４″が動揺する傾向を防止し、シート間の空気流が円滑
に流れることである。

外部幅と長さの寸法が４８Ｘ７１　（３／４）インチ（
１２０Ｘ１８２Ｃ！ｍ）（ファンと入口ダクトの大きさ
を含む）、高さ７８　（３／４）インチ（２００ｄｌ）
で７８枚の充填シートを内部に懸垂した強制通風型向流
冷水塔の例では、５Ｈρの電動機で駆動される遠心ファ
ンで供給される７８’Ｆ（２５，６℃）の空気を毎分１
５６７０立方フイートを使用して入口温度９５’Ｆ（３
５℃）から排出温度８５’Ｆ（２９，４℃）まで冷却し
て毎分１６７．７ガロンの水により約５５．９　トンの
冷却性能を得ることができる。これは、同数の充填シー
トと同じ全表面積を有する従来の冷水塔に比べて、高さ
で８インチ（２０ａｍ）−冷却性能で７％以上の改善を
示すものと考えられる。本発明による別の性能改善は高
さを低くしかつ温水を配分管に上昇すべき垂直距離を減
少することによってポンプの駆動エネルギーを節約でき
ることである。

第４図は両側壁１２″に２個の空気流入路２８ａと２８
ｂと、空洞室３６ａと３６ｂの上方に充填シート層１０
ａとｌｏｂとを有する吸入型冷水塔を示す。図示のよう
にこの冷水塔は中央垂直面に対して対称形で、第１図の
構成要素に対応する構成要素には同じ参照数字にダッシ
ュを２個付けて示す。

第４図の実施例では、第３図の吸引型実施例と類似の対
称型の強制通風冷水塔を構成することも可能である。

且里匁皇困 本発明によれば、冷却効率を向上する熱交換法及び複数
の台形充填シートを使用し全体の高さが低くしかも冷却
効率を向上した冷水塔を製造できる効果が得られる６

【図面の簡単な説明】

第１図は複数の充填シートを含む本発明の吸引型向流冷
水塔の一端部を除去して内部構造を示す側面図、第２図
は蛇管媒体を有する本発明の強制通風型向流冷水塔を示
す第１図に類似の側面図、第３図は遠心ファンと台形充
填シートを有する本発明の強制通風型向流冷水塔の側面
図、第４図は両側に対称形の空気流入口を有する吸込式
向流冷水塔の側面図、第５図は本発明の２枚の凹形充填
シートを作るため切断マークを付した矩形充填シートを
示す。 １０、、、熱伝達媒体、　　１４．、、溜め、１６、、
、カウリング、　　　２０．、、ファン。 ２２、、、電動機、　　２８．、、流入通路、　　３６
００．空調室、　４０．、、配水管、　４８．。 、排出導管、　　５８．、、充填シート、　　６０．。 、台形面 」＝＝＝ｌ乙 ニー；Ｉニ４− 砿

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）熱伝達媒体を通して下方に水を通過させると共に
   熱伝達媒体の下方の空洞室から上方に空気を流動させる
   向流型冷水塔の熱交換法において、上記空洞室の一側面
   から該空洞室内にほぼ水平方向に空気層を流入させる過
   程、及び上記空洞室の一側面から傾斜しかつ上記流入空
   気層を横切るように配置された熱伝達媒体に上記空気が
   衝突する位置において前記ほぼ水平に流動する空気の少
   なくとも一部を上方に流動させる過程、を含む熱交換法
   。 （２）熱伝達媒体を水平方向に整列させる過程を含む請
   求項（１）に記載の熱交換法。 （３）熱伝達媒体をほぼ水平のレベルから流入空気層の
   上方位置に配置する過程と、熱伝達媒体の下縁を上記空
   洞室の傾斜界面に沿って配置する過程とを含む請求項（
   １）に記載の熱交換法。 （４）熱伝達媒体を通して下方に水を通過させると共に
   熱伝達媒体の下方の空洞室から上方に空気を流動させる
   向流型冷水塔の熱交換法において、前記冷水塔の一側面
   から反対側の底部に向けてかつ一定角度傾斜して熱伝達
   媒体の下縁を配置すると共に熱伝達媒体の上縁をほぼ水
   平に維持する過程、 冷水塔の一側面からほぼ水平に流動する階段状流動層と
   して空気を流入させ、この水平移動空気層の少なくとも
   一部を熱伝達媒体の下縁に衝突させる過程、 上記下縁に衝突後上方に上記階段状空気層を向けさせる
   過程、及び熱伝達媒体に衝突する前に、階段状空気流動
   の長さに比例した上向き通路に沿って熱伝達媒体を通し
   て上方に上記階段状空気層を流動させ、熱伝達媒体を通
   る際の比較的低い空気流の抵抗を上記一側面の抵抗に近
   づける過程、を含む熱交換法。 （５）上記熱伝達媒体は流入空気の方向とほぼ整列する
   請求項（４）に記載の熱交換法。（６）流入空気は水平
   方向に強制移動され、上記空洞室の底部を横切って空気
   を移動する比較的大きい力を加える請求項（４）に記載
   の熱交換法。 （７）熱伝達媒体は垂直層として配置され、熱伝達媒体
   は下降する水によって濡らされ、この水は冷水塔の一側
   面から媒体の下部に流入しかつ熱伝達媒体を上方に通過
   する空気と接触する向流型冷水塔において、 熱伝達媒体の下方に設けられかつ空気が流入する空洞室
   を含み、該空洞室は熱伝達媒体の下方部との界面を有し
   、該界面は上記冷水塔一側面から下方に傾斜している向
   流型冷水塔。 （８）熱伝達媒体は上記界面に流入する空気の上方の水
   平レベルから下方に伸び出す請求項（７）に記載の向流
   型冷水塔。 （９）熱伝達媒体は流入空気の方向と整列し上記冷水塔
   の一側面とほぼ直角に配置された請求項（７）に記載の
   向流型冷水塔。 （１０）熱伝達媒体は充填シートを含む請求項（８）に
   記載の向流型冷水塔。 （１１）上記シートは台形形状を有する請求項（１０）
   に記載の向流型冷水塔。 （１２）熱伝達媒体は蛇管を含む請求項（８）に記載の
   向流型冷水塔。 （１３）熱伝達媒体は蛇管を含む請求項（９）に記載の
   向流型冷水塔。 （１４）一定間隔離れた複数の充填シートは垂直に懸垂
   され、該シートは下降する水によって濡らされ、この水
   は冷水塔の一側面から該シートの下方に流入しかつ隣接
   シート間を上方に通過する空気と接触する向流型冷水塔
   において、 冷水塔の一側面から流入する空気の方向と整列する複数
   の充填シートを含み、該シートの底縁は上記冷水塔の一
   側面の高さから冷水塔の底部近くの高さまで一定角度傾
   斜し、冷水塔の全高を低くしたことを特徴とする向流型
   冷水塔。 （１５）上記充填シートはほぼ台形形状でこの上縁は冷
   水塔内で水平に伸びる請求項（１４）に記載の冷水塔。 （１６）隣接する充填シートの底縁は充分な距離離れた
   互い違いの位置にあり、上記底縁に沿って生成する水滴
   間の接触を防止する請求項（１４）に記載の冷水塔。 （１７）上記充填シートの上方に配置され、かつこれと
   ほぼ直角方向に向けられた複数の霧よけ導風板を含む請
   求項（１４）に記載の冷水塔。 （１８）２つの非並行縁部と該縁部間を接続する不同の
   両側縁との間に伸び出す面部を有する冷水塔用充填シー
   ト。 （１９）上記面部に形成された外形と複数のスペーサ突
   起とを有する請求項（１８）に記載の充填シート。 （２０）上記面部は台形形状である請求項（１８）に記
   載の充填シート。