JP2012197972A - 減温塔 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供する。
【解決手段】 ノズルは、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面の少なくとも上方側に開口する開口部を有し、開口部のノズル軸方向略中心部は、塔の中心軸に対し、ノズルの根元部側に偏心して設けられ、開口部は、前記ノズルの円筒状側面に複数設けられた円形開口により形成されることとした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ガスを冷却する減温塔に関する。

従来、特許文献１では液体を貯留した冷却槽中に上方からガスを導入し、ガス中の塩化水素を液体に溶解させている。また、特許文献２では鉛直上方から供給されるガスに液体を噴霧し、塔の内周面に液膜を形成して壁面保護を図っている。

特開２００２−３１６８０３号公報 特開２００４−２７７５７４号公報

しかしながら特許文献１にあっては、ガスを液体中に導入するための圧力が必要であり、系全体の圧力損失が増大するという問題があった。また、特許文献２では塔の鉛直上方から供給されるガスを乱流域に保つための縮小部が設けられており、構造が煩雑である。いずれも、下側からガスを供給し、上側から散水して塔の内周面を液膜で保護する際、局所的な流速増大が問題となる点については記載されていない。
本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供することにある。

上述の目的を解決するため、本願発明では、円筒状の塔と、前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルとを備え、
前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面の少なくとも上方側に開口する開口部を有し、前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、前記開口部は、前記ノズルの円筒状側面に複数設けられた円形開口により形成されることとした。

よって、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供できる。

本発明における減温塔である。 本発明における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。 本発明における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 本発明における減温塔内のガス流を示す図である。 比較例における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。 比較例における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。 比較例における減温塔内のガス流を示す図である。

［実施の形態１］
［減温塔の概要］
図１は本発明の減温塔１の概略図である。減温塔１は鉛直方向を軸とする円筒形状であって、円筒側面の外周側から内周側に突出するノズル１００が設けられている。このノズル１００は減温塔１の鉛直下方側に設けられ、他の機器（脱塩素設備等）から排出される高温の排ガスを減温塔１内周側に供給する。また、減温塔１の鉛直上方側には水を散水する散水管３が設けられ、この水によって、ノズル１００から排出された排ガスを冷却する。冷却後のガスは減温塔１の頂部１２から系外に排出される。

減温塔１の底部であってノズル１００の鉛直下方側には、散水管３から散水された水、および系外から供給される冷却水を一時的に貯留する貯留部１４が設けられている。この貯留部１４に滞留する貯留水１５はポンプ２によって汲み出され、一部は散水管を介し減温塔１内に供給されて水滴３１を形成し、一部は排水として系外に排出される。また水滴３１の一部は内周１１に到達し、内周１１を覆う水膜３２が形成される（図２参照）。

ノズル１００は、貯留水１５の水面１６よりも鉛直上方側に設けられ、貯留水１５と離間するとともに接触しないよう設けられる。貯留水１５は排ガス冷却後の水滴３１が混入するため、排ガス中の塩化水素等の成分が貯留水１５に供給される。したがって、ノズル１００と貯留水１５とを離間させ、塩化水素等がノズル１００に影響を及ぼすことを回避する。

減温塔１の内側の最頂部１２とノズル１００との距離をＨ１、貯留水１５の水面１６とノズル１００までの距離をＨ２とすると、ノズル１００はＨ１＞Ｈ２となる位置に設けられている。したがって、減温塔１の内周側においては、ノズル１００の鉛直下方側の容積は、ノズル１００の鉛直上方側の容積よりも小さく形成されることとなる。

ノズル１００には２つの開口部１１０，１２０が設けられている。円筒形状のノズル１００の鉛直上方側には上方側開口部１１０が開口し、鉛直下方側には下方側開口部１２０が開口する。他の機器からノズル１００に供給された排ガスは、この２つの開口部１１０，１２０から減温塔１内に導入され、冷却される。

［ノズルの詳細］
図２は本願における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図３参照）、図３は径方向Ａ−Ａ断面図（図２参照）、図４は図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下では減温塔１に対しノズル１００が挿入される方向をｘ軸正方向とし、鉛直上方側をｚ軸正方向とする。また、ｘ軸、ｚ軸に直交し、図３の図面上側をｙ軸正方向とする。

略中空円筒形状のノズル１００は減温塔１に対しｘ軸正方向側に向かって挿入され、ｘ軸方向のノズル底部１０１は閉塞されている。また外周側であってｚ軸正方向側には上側開口部１１０が形成され、ｚ軸下方側には下側開口部１２０が形成されている。上側開口部１１０のｘ軸方向略中心位置Ｍは、円筒状の減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心している。ノズル１００設置位置における塔１の半径をｒとすると、軸心Ｏに対する略中心部Ｍの偏心量は０．３ｒ〜０．４ｒである。

各開口部１１０，１２０は、複数の円形開口１１０ａ，１２０ａによりノズル１００の円筒外周面を牙孔して形成される。コスト低減のため各円形開口１１０ａ，１２０ａはそれぞれ同一形状の円形開口によって形成され、各開口部１１０，１２０の開口面積Ｓ１，Ｓ２は各円形開口１１０ａ，１２０ａの数に比例することとなる（図２参照）。本実施形態では上側円形開口１１０ａは下側円形開口１２０ａよりも多く設けられ、したがって上側開口部１１０の開口面積は下側開口部１２０よりも大きくなる。

また、各開口部１１０，１２０は、中空円筒状のノズル１００先端部における底面内側１０５とは離間して設けられている。すなわち、各開口部１１０，１２０の開口先端部１１２，１２２は底面内側１０５とは離間し、したがって各開口部１１０，１２０と底面内側１０５との間にはノズル１００のノズル側面１０３に覆われた空隙部１３０が形成される。

なお、ノズル１００と減温塔内周１１の距離は軸Ｇを含む水平面Ｎ（図４参照）上で最も短くなるため、ノズル１００の水平方向端部１０３ａからガスが排出されることは好ましくない。上側開口部１１０から排出されたガスは自身の熱に基づく上昇気流によって鉛直上方側に移動するが、下側開口部１２０が軸Ｇよりも鉛直上方側に開口する場合、下側開口部１２０から排出されたガスが水平面Ｎ上に排出されて流速が低下しないまま減温塔内周１１に当たり、形成された水膜３２が飛散して壁面保護が図れないおそれがある。

したがって、上側開口部１１０をノズル１００の軸Ｇよりも鉛直上方側に開口させ、下側開口部１２０を軸Ｇよりも鉛直下方側に開口させることで、排ガスを水平面Ｎ上に排出されることを回避し、壁面保護を図るものである。なお、上側開口部１１０の開口面積Ｓ１と下側開口部１２０の開口面積Ｓ２の比は、１＜（Ｓ１／Ｓ２）≦２．０である。

［ノズル偏心と減温塔内周面保護の相関］
図５は、本願における減温塔１内のガス流を示す図である。
（本願：ノズル上側開口部からの流れ）
図５の太一点鎖線は、ノズル１００の上側開口部１１０から排出されるガス流を示す図である。ガス流はノズル１００内をｘ軸正方向側に流れているため、上側開口部１１０から排出された後も、慣性によってｘ軸正方向側に流れ、減温塔内周１１であってノズル底部１０１に対向するノズル対向面１１ａに衝突するおそれがある。その場合、ノズル対向面１１ａに形成された水膜３２がガス流によって飛散し、内周面１１が剥き出しになって内周面１１が高温のガス流にさらされるおそれがある。

本願では、各開口部１１０，１２０のｘ軸方向略中心位置Ｍが減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心しており、この偏心に伴って上側開口先端部１１２もｘ軸負方向側に移動するため、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合（図６〜図８参照）と比べて上側開口先端部１１２とノズル対向面１１ａとの距離が大きくなる。

したがって、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合と比べ、本願では上側開口部１１０から排出された後ノズル対向面１１ａに至るまでの距離が大きいため、排出されたガス流の速度はより低下することとなる。よって、ノズル対向面１１ａの水膜３２がガス流によって飛散するおそれを低減させ、高温のガス流から内周面１１をより保護することが可能となる。

（本願：ノズル下側開口部からの流れ）
図５の細破線は、ノズル１００の下側開口部１２０から排出されるガス流を示す図である。上側開口部１１０から排出されたガス流（太一点鎖線）と同様、各開口部１１０，１２０の偏心によってノズル対向面１１ａにおけるガス流は低下する。

ここで、ノズル１００の鉛直下方側（ｚ軸負方向側）には滞留水１５が存在するため、減温塔１内部においてはノズル１００の鉛直上方と下方では容積が異なる。すなわち、ノズル側面１０３の鉛直上方側の上端部１０３ａとノズル頂部１０２との距離をＨ１、ノズル側面１０３の鉛直下方側の下端部１０３ｂと水面１６との距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２に設けられている。

そのため、ノズル１００の鉛直下方側は上方側に比べて容積が小さく、その分ガス流の逃げ場が少ない。したがって下側開口部１２０から排出されたガスは水面１６の下方側に逃げることができないため、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突するおそれが高い。

したがって本願では、下側開口部１２０の面積Ｓ２を上側開口部１１０の面積Ｓ１よりも小さく設ける。これにより、ノズル１００内のガスのうち、下側開口部１２０から排出されるガス量は、上側開口部１１０から排出されるガス量よりも相対的に少なくなり、ノズル１００の鉛直下方側に導入されるガスの流量も減少する。よって、下側開口部１２０から排出されたガスがノズル対向面１１ａに到達したとしても、流量が小さいため水膜３２に与える影響は小さくなり、水膜３２の飛散を低減することが可能となる。

また、本願では下側開口部１２０の開口先端部１２２は、上側開口部１１０の開口先端部１１２よりもｘ軸負方向側（ノズル根元部１０４側）に位置するため、上側開口部１１０と比べて下側開口部１２０の開口先端部１２２とノズル対向面１１ａとの距離がより大きくなる。したがって、上側開口部１１０から排出されるガス流と比べ、下側開口部１２０から排出されたガス流速をノズル対向面１１ａに到達するまでにより低下させ、ノズル対向面１１ａにおける水膜３２の保護を図ることが可能である。

（本願：ノズル底部で反転する反転流）
図５の二点鎖線は、ノズル１００のｘ軸正方向側に設けられた空隙部１３０によって反転するガス流を示す図である。空隙部１３０はノズル底部１０１によってｘ軸正方向側を閉塞され、またノズル側面１０３によって周囲を覆われており、ｘ軸正方向側に凹む凹部となっている。そのため、空隙部１３０に進入したガス流はノズル底部１０１により反転し、さらにノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内される。

したがって空隙部１３０に進入したガス流は、ノズル底部１０１で反転するとともに速度が低下し、ガス自身の熱に基づく上昇気流によってノズル対向面１１ａに衝突することなくノズル上方側開口部１１０から排出される。空隙部１３０で反転しノズル下方側開口部１２０から排出されるガスも、ｘ軸正方向の速度成分が低下するためノズル対向面１１ａの水膜３２に与える影響は軽微である。

また、複数の円形開口１１０ａ，１２０ａにより各開口部１１０，１２０を形成するため、各円形開口１１０ａ，１２０ａの間に形成される遮蔽部１１０ｂ、１２０ｂが抵抗となり、さらに各開口部１１０,１２０の合計面積がノズル１００の断面積より大きいために、円形開口１１０ノズル１００から流出するガスの流速が低下する。したがって、減温塔１内での流速がさらに低減され、水膜３２の保護をさらに図ることができる。

また、下側開口部１２０の開口先端部１２２がｘ軸負方向側に位置するため、ノズル底部１０１から下側開口先端部１２２までの距離ｍ２は、ノズル底部１０１から上側開口先端部１１２までの距離ｍ１よりも長くなる（図５参照）。すなわち、ノズル底面内側１０５で反転した反転流はノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内されるが、鉛直上方側の上端部１０３ａよりも、鉛直下方側の下端部１０３ｂのほうが距離が長く設けられることとなる。

したがって、ノズル底部１０１にて反転したガス流は鉛直下方側の下端部１０３ｂにおいてより長い距離を案内され、ｘ軸負方向側に向かって流れる。そのため、下側開口部１２０から排出されるガス流速は下端部１０３ｂにより案内された反転流により減速された後に排出されるため、ノズル１００の鉛直下方側における流速がさらに低減される。

（比較例）
図６は比較例における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図７参照）、図７は径方向Ａ−Ａ断面図（図６参照）である。比較例では上側、下側開口部１１０’、１２０’の略中心位置Ｍ’は、減温塔１の軸心Ｏと一致し、偏心はしていない。また、上側、下側開口部１１０’、１２０’の開口面積はともに等しく、形状も同一である。すなわち、開口面積はともに等しくＳ１であり、ｘ軸方向幅はともに２Ｌ、ｙ軸方向幅はともにｗ１である。

図８は比較例における減温塔１内のガス流を示す図である。比較例ではノズル１００’の上側、下側開口部１１０’、１２０’が減温塔１の軸心Ｏに対し偏心せず一致するため、本願と比べて各開口部１１０’，１２０’の開口先端部１１２’，１２２’とノズル対向面１１ａとの距離が短くなり、上側、下側開口部１１０’、１２０’から排出されたガスは、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突する。そのため、本願と比べてノズル対向面１１ａにおける水膜３２が飛散しやすく、ノズル対向面１１ａの壁面保護が不十分となる。

また、各開口部１１０’，１２０’の面積が等しいため、排出されるガスの流量は上側開口部１１０’と下側開口部１２０’でほぼ等しくなる。したがって、本願と比べ、比較例では鉛直下方側に排出されるガス流量が相対的に増大するため、鉛直上方側に比べて容積の小さいノズル１００の鉛直下方側の領域における流量が増大し、ガス流の速度が低下しないままノズル対向面１１ａに衝突して水膜３２を飛散させるおそれがある。

［本願の効果］
（１）円筒状の塔１と、
塔１に接続し、塔１の内周面１１に液体を供給するとともに、この内周面１１の表面に液膜３２を形成する散水管３と、
散水管３の鉛直下方側で塔１の内周側に接続し、塔１の内周側に突出して延在する円柱状のノズル１００とを備え、
ノズル１００から塔１の内周側にガスを供給し、散水管３から供給される液体により、塔１内を上昇するガスを冷却する減温塔であって、
ノズル１００は、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面の少なくとも上方側に開口する開口部１１０，１２０を有し、
開口部１１０，１２０のノズル軸方向略中心部Ｍは、塔１の中心軸Ｏに対し、ノズル１００の根元部１０４側に偏心して設けられ、
開口部は、ノズル１００の円筒状側面に複数設けられた円形開口１１０ａ，１２０ａにより形成されることとした。

ノズル１００先端側を閉塞することにより、ノズル１００先端側に向かうガス流が高い流速を保ったまま減温塔内周面１１に直接吹き付けられることを回避し、減温塔内周側の液膜切れを低減することができる。また、ノズル１００先端を閉塞した場合であっても開口部１１０，１２０から流出した高速のガス流が減温塔内周面１１に当たるが、開口部１１０，１２０の略中心部Ｍをノズル根元部１０４側に偏心させることで、開口部１１０，１２０から流出したガス流が減温塔内周面１１に至るまでの距離を長く設け、減温塔内周面１１に到達するガス流速を低減させることができる。

また、ノズル開口部１１０，１２０を１つの開口とする場合、開口部１１０，１２０におけるガス流の抵抗が少ないためガス流速が低下しづらい。これに対し、円形開口１１０ａ，１２０ａをノズル１００円周面に複数設けてノズル開口部１１０，１２０を形成することにより、各円形開口１１０ａ，１２０ａ同士の間に存在する遮蔽部１１０ｂ、１２０ｂがガス流の抵抗となり、さらに各開口部１１０,１２０の合計面積がノズル１００の断面積より大きいために、排出されるガス流速を低減させることが可能となる。よって、減温塔１１内におけるガス流速を低減させ、水膜３２の飛散をさらに抑制することができる。

（２）複数の円形開口１１０ａは、同一の円形であることとした。同一形状とすることで、加工工数を低減することができる。

（３）塔１の底部は、散水管３から供給され、内周面１１に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部１４であって、
貯留された水１５の水面１６は、ノズル１００の鉛直下方側に位置し、
ノズル１００から減温塔内周面１１の鉛直上側頂部１２までの距離をＨ１、ノズル１００から水面１６までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
ノズル１００は、水面１６に対し離間して設けられるとともに、塔１の鉛直上方側に開口する上側開口部１１０と、鉛直下方側に開口する下側開口部１２０を有し、
上側開口部１１０の開口面積は、下側開口部１２０の開口面積よりも大きく設けられ、
上側開口部１１０を形成する円形開口１１０ａの数は、下側開口部１２０を形成する円形開口１２０ａの数よりも多いこととした。

円形開口１１０ａ，１２０ａの数を変更することで上側と下側の開口面積が変更可能となり、開口面積の調整が容易である。

（４）下側開口部１２０のノズル先端側端部１２２は、上側開口部１１０のノズル先端側端部１１２よりも根元部１０４側に位置することとした。
下側開口部１２０のノズル先端側端部１２２を上側開口部１１０よりも根元部１０４側に設けることで、その分下側開口部１２０の先端側端部１２２と塔１の内周面１１とを距離を離間させ、ノズル対向面１１ａ付近であってノズル１００よりも下方側のガス流速を低減させ、より水膜３２の保護を図ることができる。

ガスを冷却する減温塔・冷却塔一般に用いることができる。

１ 減温塔
３ 散水管
１１ 内周面
１２ 鉛直上側頂部
１４ 貯留部
１５ 水
１６ 水面
３２ 水膜
１００ ノズル
１０４ ノズル根元部
１１０ 上側開口部
１２０ 下側開口部
１１２、１２２ ノズル先端側端部
Ｍ ノズル軸方向略中心部

Claims (4)

1. 円筒状の塔と、
   前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、
   前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルと
   を備え、
   前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、
   前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面の少なくとも上方側に開口する開口部を有し、
   前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、
   前記開口部は、前記ノズルの円筒状側面に複数設けられた円形開口により形成されること
   を特徴とする減温塔。
2. 請求項１に記載の減温塔において、
   前記複数の円形開口は、同一の円形であること
   を特徴とする減温塔。
3. 請求項１または請求項２に記載の減温塔において、
   前記塔の底部は、前記散水管から供給され、前記内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、
   前記貯留された液体の表面は、前記ノズルの鉛直下方側に位置し、
   前記ノズルから前記減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、前記ノズルから前記貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
   前記ノズルは、前記貯留された液体の液面に対し離間して設けられるとともに、前記塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、
   前記上側開口部の開口面積は、前記下側開口部の開口面積よりも大きく設けられ、
   前記上側開口部を形成する円形開口の数は、前記下側開口部を形成する円形開口の数よりも多いこと
   を特徴とする減温塔。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の減温塔において、
   前記下側開口部の前記ノズル先端側端部は、前記上側開口部の前記ノズル先端側端部よりも前記根元部側に位置すること
   を特徴とする減温塔。

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