JPH0989472A - 冷却塔 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で故障の恐れが少なくて白煙の発
生を効果的に抑制することができる機構を有し、白煙対
策を不要とする時期においては、所要の冷却機能を発揮
することができる冷却塔を提供する。 【解決手段】 充填材ブロック２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ
上方に温水を供給する温水分配槽４を備え、上記充填材
ブロック下方に冷水槽１０を備え、充填材ブロック中を
流下する温水を側方に設けたルーバー８から充填材ブロ
ック内に流入する気流によって冷却する。温水分配槽４
および上記充填材ブロックを気流と直交する方向に２分
し、一方の充填材ブロックを構成する充填材と充填材の
間に形成される各空気通路の頂部を少なくとも一つおき
に閉塞体で閉塞する。２分された温水分配槽４のそれぞ
れに温水を供給する管路１２ａ、１２ｂに流量調整弁１
３を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工場設備、空調設
備等から排出される温水を高効率で冷却する冷却塔に関
し、詳しくは、白煙の抑制または防止機構を有する冷却
塔に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
より、工場設備、ビル等の空調設備等から排出される温
水を冷却して循環使用するために使用される冷却塔に
は、温水の冷却方式の点から、温水と冷却用気流とが直
角に交差する、いわゆる『クロスフロー方式』のもの
と、温水と冷却用気流とが向かい合う、いわゆる『カウ
ンターフロー方式』のものがあり、本発明の冷却塔はク
ロスフロー方式の冷却塔に適用可能である。そこで、本
発明の理解を容易ならしめるために、図５にクロスフロ
ー方式冷却塔の概略構成を示す。

【０００３】図５において、通風空間１の両側に充填材
ブロック２、２が設置され、通風空間１の上方には冷却
ファン３が取り付けられ、各充填材ブロック２の上方に
は温水分配槽４が設けられ、温水分配槽４には温水供給
管５から散水箱６を介して温水が供給されている。各温
水分配槽４の底面には多数の小孔７が設けられており、
この小孔７を経て充填材ブロック２に温水が供給され、
供給された温水は充填材ブロック２中を流下する。一
方、冷却ファン３によって充填材ブロック２側方のルー
バー８から充填材ブロック２を経て通風空間１に向かう
空気の流れＦが生じ、この気流Ｆによって充填材ブロッ
ク２中を流下する温水が冷却される。そして、温水と熱
交換した後の空気はエリミネーター９で水滴を分離され
た後、外部へ放出される。このように、クロスフロー方
式の冷却塔では流下する温水は横方向から供給された気
流によって冷却される。かくして、充填材ブロック２を
通過した温水は、冷水となって冷水槽１０に貯留され
る。

【０００４】ところで、寒冷期や湿度の高い時期（例え
ば、梅雨期）には、冷却ファン３によって排出される空
気中の水蒸気が凝縮し、白煙状を呈することがある。そ
のため、「視界の妨げ」や「地面または建築物への凍
結」や「夜間の火災との誤認」などの事態を引き起こす
との問題が指摘され、白煙を防止する冷却塔が要望され
ている。

【０００５】乾湿併用冷却塔は係る要望を満たすために
提供されたものであり、従来の湿式冷却塔に乾式空気加
熱器を組み込み、共通の送風装置で空気加熱および水冷
却を行い、加熱された空気と湿度の高い空気を混合して
排出空気の白煙を低減するものである。この乾湿併用冷
却塔の概略構成を図６に基づいて説明する。図６におい
て、２１、２１は対向する湿式部で、充填材ブロックと
温水供給手段とからなり、その内部構成は図５と同様で
あって、装置からの戻り温水２２は外気ｆ₁ と直接接触
することによって冷却され、冷水槽２３に貯留される。
２４、２４は対向する乾式部で空気加熱器２５を有し、
この空気加熱器２５において外気ｆ₂ は装置からの戻り
温水２２によって間接的に（非接触で）加熱される。そ
して、湿式部を通過した湿り空気と乾式部を通過した乾
き空気がファン２６によって混合されて塔上より排出さ
れるので、その排出空気の冷却拡散過程が湿り空気線図
における飽和曲線を下回るように湿り空気と乾き空気を
混合すれば、白煙の発生を防止することができる。すな
わち、図７において、直線Ｃ−Ｗ、直線Ｃ−Ｄはそれぞ
れ湿式部、乾式部における空気の状態変化を示し、同図
に示すように、点Ｗの湿り空気と点Ｄの乾き空気が混合
して点Ｍ₀ の状態となって塔より排出されるようにすれ
ば、排出空気の冷却拡散過程Ｍ₀ −Ｃが飽和曲線Ｓより
下側にあるので、白煙の発生がないか、あるいはあって
も極僅かしか白煙は発生しない。

【０００６】この乾湿併用冷却塔によれば、温水の冷却
度の要求が厳しくて白煙対策が不要である夏季には、空
気加熱器２５の前面または後面をシャッター等で閉塞す
れば、乾式部には空気が流れなくなり、その分だけ湿式
部に流れる空気量が増加するので、温水を所定の温度ま
で冷却することができる。しかし、空気加熱器２５は非
常に高価であり、空気加熱器内の熱交換部の腐食という
問題も懸念される。

【０００７】さらに、乾式併用運転時には、乾式部２４
で加熱された乾き空気と湿式部２１を通過した湿り空気
とが必ずしも十分に混合されず、図７の点Ｍ₁ の状態と
なって塔より排出されることがあり、この場合、排出空
気の冷却拡散過程Ｍ₁ −Ｃが飽和曲線Ｓより上側にある
ので白煙の発生は避けられないという問題もある。

【０００８】また、特開平３−７５４９５号公報には、
図８（ａ）に示すように、凹凸部を表面に持つ充填材板
３１を多数並列に起立させて設けた充填材ユニット（図
５の充填材ブロックに相当するもの）において、充填材
板３１によって形成される空気通路の、例えば二つおき
を笠板３２ａで閉塞することによってその下部に空気専
用通路３３を形成し、笠板３２ａが装着されていない部
分には被冷却水通路３４を形成する方式の直交流式冷却
塔用の充填材ユニットが開示されている。この方式によ
れば、湿潤空気流と乾燥空気流が交互に存在するため、
図６に示す乾湿併用冷却塔の場合に比べて両空気の混合
はより十分に行われる。また、笠板３２ａは充填材板３
１と同材質とし、単に充填材板３１の頂部に嵌合する
か、あるいは接着または溶着することにより簡単に乾式
部が形成されるので、腐食を危惧することもなく、高価
な熱交換器も不要となる。

【０００９】しかしながら、この方式によれば、夏季に
おいても頂部が閉塞された空気専用通路を一部有する状
態で運転されるため、この空気専用通路を通過する空気
は水の冷却には寄与しないばかりか、そのための無駄な
動力が必要であり、その上、無駄な空気量を補うために
冷却塔を大きくする必要がある。

【００１０】係る問題に対して、実開平６−８４１６６
号公報に記載されているように、笠板を取り外し可能な
構造とし、空気専用通路が必要な時期である冬季におい
ては笠板を装着し、空気専用通路が不要な時期である夏
期においては笠板を離脱する方式を採用すれば、年に２
回は必ずこの笠板の着脱工事をしなければならず、しか
も笠板の着脱のたびに冷却塔の運転を停止しなければな
らない。

【００１１】さらに、特開平３−７５４９５号公報に記
載されているように、笠板３２ｂを図８（ｂ）の矢印で
示すような開閉可能な構造とした場合、開閉機構として
一般的に使用されるヒンジ機構が周囲から散布される水
によって故障しやすい。そのためのシール機構が必要で
あるが、完全な水シールは極めて困難である。なお、こ
のような欠点のない開閉機構が実現できたとしても、薄
い樹脂製シートでできた充填材は通常、冷却塔の構造体
の上に搭載されるか、懸架されているだけで、その位置
がしっかりと固定されていないので、充填材上部の笠板
部開閉機構と充填材シート間隔とを安定して合致させる
ことは非常に困難である。

【００１２】また、特開平７−５５３８８号公報には、
図９に示すような構成の直交流式冷却塔３５の充填材ユ
ニット３６を、図１０に示すように、充填板３７を相互
間隔をおいて複数枚並列して配置した構成とし、隣接す
る充填板３７間にほぼ水平な空気通路３８を形成すると
ともに、空気吐出口３９寄りの充填板３７間の空気通路
３８の上部は少なくとも一つおきに閉塞体４０で閉塞
し、この空気吐出口３９寄りにおいては、空気専用通路
３８ａと気液接触通路３８ｂを交互に形成したものが記
載されている。この場合、被冷却水は充填板３７の全面
に散布されるため、たとえ空気吐出口３９寄りの空気通
路３８の上部を一つおきに閉塞体４０で閉塞しても、上
流側には水が散布されているので、空気専用通路３８ａ
で得られる空気にはかなりの水分が含まれており、大き
な白煙抑制効果は期待できない。

【００１３】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単
な構造で故障の恐れが少なくて白煙の発生を効果的に抑
制することができる機構を有する冷却塔を提供すること
にある。また、他の目的は、白煙対策を不要とする時期
においては、所要の冷却機能を発揮することができる冷
却塔を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、充填材ブロック上方に温水を供給する温水
分配槽を備え、該充填材ブロック下方に冷水槽を備え、
充填材ブロック中を流下する温水を側方に設けたルーバ
ーから充填材ブロック内に流入する気流によって冷却す
る冷却塔において、上記温水分配槽および充填材ブロッ
クを気流と直交する方向に２分し、２分した充填材ブロ
ックの一方を構成する充填材と充填材の間に形成される
各空気通路の頂部を少なくとも一つおきに閉塞体で閉塞
したことを特徴とする冷却塔を第一の発明とし、上記第
一の発明において、２分された温水分配槽のそれぞれに
温水を供給する管路に流量調整弁を設けたことを特徴と
する冷却塔を第二の発明とする。

【００１５】温水分配槽および充填材ブロックは２分す
るが、必ずしも等分でなくてもよく、白煙対策が不要な
時期（例えば、夏季）には温水分配槽全部に通水し、白
煙対策が必要な時期（例えば、冬季）には２分された温
水分配槽のなかで閉塞体で空気通路の頂部を閉塞された
側の充填材ブロック上方に位置する温水分配槽のみに通
水する。このようにすることで、夏季には閉塞体で閉塞
された空気通路を除く大半の通路を気液接触型の湿式冷
却塔として機能させることができる。また、冬季には、
閉塞体で閉塞されない空気通路を通過した湿り空気と、
閉塞体で閉塞された空気通路を通過した乾き空気とを混
合することにより白煙の発生を抑制することができる。

【００１６】この点に関して、特開平６−３００４６９
号公報には、図１１（ａ）または（ｂ）に示すように、
熱交換面材４１を多数並列に起立させることにより流通
間隔４２を形成した充填材ユニット（図５の充填材ブロ
ックに相当するもの）を構成し、上部水槽４３底部の散
水口４４より高い位置に開口した上部液取入口４５ａ
（または４５ｂ）を有する上部液取入板４６ａ（または
４６ｂ）を上部水槽４３に設けた冷却塔が記載されてい
るが、この上部液取入板４６ａ（または４６ｂ）の設置
方向は気流方向と平行であり、これでは充填材ユニット
の流通間隔（空気通路）の一部の頂部を閉塞体で閉塞し
ても、空気通路の全面にわたり散水されるため、閉塞体
で閉塞された空気通路を通過する空気にもかなりの水分
が含まれ、上記した本発明の白煙抑制効果は期待できな
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例の形態を図
面に基づいて説明する。図１は本発明の冷却塔の側断面
図であり、左右対称の構成で、図５と共通する部分には
同一参照番号を付する。図１の冷却塔は、充填材ブロッ
クが２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの４段からなっており、気
流Ｆと直交する方向に２等分されている。温水分配槽４
も仕切り１１によって気流Ｆと直交する方向に２等分さ
れている。２等分された温水分配槽の各散水箱６ａ、６
ｂには温水供給管５から分岐した管路１２ａ、１２ｂを
経て温水が供給されている。管路１２ａ、１２ｂを流通
する温水の流量調整はバルブ１３の開度を調整すること
により行うことができる。

【００１８】図２に拡大して示すように、充填材ブロッ
クを構成する充填材１４と１４の間に形成される各空気
通路１５の頂部は１つおきに閉塞体１６で閉塞されてい
る。

【００１９】図２は、閉塞体１６を冷却塔の内側部分
（冷却塔内に流入する気流Ｆの下流側）の充填材ブロッ
クに設置した場合を示す。以下の白煙対策の説明におい
ては、図２のように気流Ｆの下流側の充填材ブロックの
空気通路１５頂部を閉塞体１６で閉塞し、それに対応し
て仕切り１１で仕切られた温水分配槽４から下流側の充
填材ブロックのみに散水する例を示すが、図３に示すよ
うに、冷却塔の外側部分（冷却塔内に流入する気流Ｆの
上流側）の充填材ブロックの空気通路１５頂部を閉塞体
１６で閉塞し、温水分配槽４から上流側の充填材ブロッ
クのみに散水しても、同様の作用で白煙抑制効果を享受
することができる。

【００２０】そこで、このように構成される冷却塔にお
いて、白煙対策を要する期間と白煙対策を不要とする期
間に分けて、その作用の詳細を説明する。なお、閉塞体
１６は図２に示すように、気流Ｆの下流側の充填材ブロ
ックに設置した。

【００２１】(1) 白煙対策を要する期間 梅雨期または寒冷期等の白煙対策が必要な時期には、管
路１２ａのバルブ１３を閉じ、管路１２ｂのバルブ１３
を開くと、温水分配槽４より散布される水は気流Ｆの下
流側の充填材ブロックのみに流れ、上流側の充填材ブロ
ックには流れない。この場合、閉塞体１６で頂部を閉塞
された各空気通路１５を通る空気は被冷却水たる温水と
直接接触せず、充填材１４を介して隣接する空気通路１
５を流下する温水と間接的に熱交換を行う。このとき、
上流側気流には温水は散布されないので、水分が付加さ
れずに温度のみ上昇し、それだけ乾燥した乾き空気とし
て通風空間１に排出される。一方、閉塞体１６を頂部に
有しない空気通路１５を通過する空気は温水と直接接触
して湿り空気となって通風空間１に排出される。

【００２２】そして、乾き空気は湿り空気とともに通風
空間１を上昇しながら混合され、白煙を伴わずに外部に
排出される。このときの排出空気の冷却拡散過程は、図
４（ａ）のＭ₂ −Ｃで示される経路をたどると考えら
れ、飽和曲線Ｓより下側にある。

【００２３】(2) 白煙対策を不要とする期間 白煙の発生が少ないか又は白煙を発生しない時期、すな
わち温水の冷却が必要な時期には、管路１２ａと１２ｂ
の両方のバルブ１３を開き、温水分配槽４から下部の充
填材ブロックの全面に散水する。そして、気流Ｆの上流
側の充填材ブロックの部分においては通常の湿式開放型
の冷却塔と同様の気液接触で熱交換が行われ、下流側の
充填材ブロックの部分に移動する。そして、この部分に
おいて、頂部に閉塞体１６を有しない空気通路１５を通
る空気は、上流側の場合と同じく気液接触の熱交換を行
い、通風空間１に排出される。一方、頂部に閉塞体１６
を有する空気通路１５を通る空気は充填材１４を介して
隣接する空気通路１５を流下する温水と間接的に熱交換
を行い、やや温度が上昇して通風空間１に排出される。
この空気は気液接触部を通ってきた水分の多い空気とと
もに通風空間１を上昇しながら混合される。このときの
排出空気の冷却拡散過程は、図４（ｂ）のＭ₃ −Ｃで示
される経路をたどると考えられ、飽和曲線Ｓより下側に
ある。

【００２４】この場合、乾式部を形成する閉塞体１６は
下流側の充填材ブロックの一部のみに設けたので、熱交
換性能の低下は実質的に無視しうる程度であり、白煙対
策が不要である湿式運転時の冷却能力を確保するため
に、特に冷却塔を大きくする必要はない。

【００２５】なお、閉塞体で閉塞する方法としては、標
準サイズの充填材ブロックを２個並設した場合の一方の
充填材ブロックの空気通路頂部を閉塞する方法でもよ
く、標準サイズの充填材ブロックの片側部分（気流の上
流側もしくは下流側）の空気通路頂部を閉塞する方法で
もよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、次の効果を奏する。 簡単な構造で故障の恐れが少なく白煙の発生を効果
的に抑制することができる。 白煙対策を必要とする場合と白煙対策を不要とする
場合の切り替えは、温水を供給するバルブの開閉だけで
極めて容易に行うことができる。 白煙対策の施されていない冷却塔より大容量としな
くても、白煙対策を不要とする時期においては所要の冷
却機能を発揮することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却塔の側断面図である。

【図２】図１の冷却塔の充填材ブロック部分の拡大斜視
図である。

【図３】閉塞体で空気通路頂部を閉塞した充填材ブロッ
ク部分の別の実施例の拡大斜視図である。

【図４】図４（ａ）は片側部分の空気通路の頂部を一つ
おきに閉塞体で閉塞した充填材ブロックの該閉塞部分上
に温水を散布した場合の湿り空気線図、図４（ｂ）は同
充填材ブロックの全面に温水を散布した場合の湿り空気
線図である。

【図５】従来のクロスフロー方式冷却塔の断面図であ
る。

【図６】従来の乾湿併用冷却塔の斜視図である。

【図７】乾湿併用冷却塔の湿り空気線図である。

【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）は、それぞれ従来の冷
却塔において、固定式閉塞機構を有する充填材部分を示
す側面図、開閉式閉塞機構を有する充填材部分を示す側
面図である。

【図９】従来の別のクロスフロー方式冷却塔の側面図で
ある。

【図１０】図９の冷却塔の充填材ユニットの平面図であ
る。

【図１１】図１１（ａ）は従来の冷却塔において、温水
槽に気流方向と平行に堰を配置した斜視図、図１１
（ｂ）はその別の例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…通風空間 ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…充填材ブロック ３…冷却ファン ４…温水分配槽 ５…温水供給管 ８…ルーバー １０…冷水槽 １３…バルブ １４…充填材 １５…空気通路 １６…閉塞体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充填材ブロック上方に温水を供給する温
   水分配槽を備え、該充填材ブロック下方に冷水槽を備
   え、充填材ブロック中を流下する温水を側方に設けたル
   ーバーから充填材ブロック内に流入する気流によって冷
   却する冷却塔において、上記温水分配槽および充填材ブ
   ロックを気流と直交する方向に２分し、２分した充填材
   ブロックの一方を構成する充填材と充填材の間に形成さ
   れる各空気通路の頂部を少なくとも一つおきに閉塞体で
   閉塞したことを特徴とする冷却塔。
2. 【請求項２】 ２分された温水分配槽のそれぞれに温水
   を供給する管路に流量調整弁を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の冷却塔。