JPS59145498A - 蒸発式による熱交換用の蛇行シート充填物組立品 - Google Patents

蒸発式による熱交換用の蛇行シート充填物組立品

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JPS59145498A
JPS59145498A JP59007438A JP743884A JPS59145498A JP S59145498 A JPS59145498 A JP S59145498A JP 59007438 A JP59007438 A JP 59007438A JP 743884 A JP743884 A JP 743884A JP S59145498 A JPS59145498 A JP S59145498A
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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】 相互作用にたいする蒸発式一液・ガス−熱・物質−交換
充填物に関するものである。
さらに詳しくは、本発明は独特な概念で作られた構成要
素に関し、その設計上の特徴により液とガス−!たは空
気との間の熱・物質移動を最大にするものであり、この
とき液はシート状充填物の表面を完全におおい、ガスま
たは空気は、シートの間の間隔をもった連続的にその巾
を変化する通路溝を通過し、その除液によって空気は加
熱および加湿、または冷却および脱湿され、液は冷却捷
たは加熱される。
上記構成要素の組立物の最も重要な応用分野は、冷水塔
の肝要な構成要素としてである。
冷水塔において、最高の熱および物質移動の効率、小さ
い空気摩擦、剛性の自己支持性の個々の溝のリブ、およ
び固有の間隔保持・支持用のかみ合わせ(1nterl
ock )などの重要な新しい特徴が非常に有利となる
。冷水塔組立物およびシステムは、この冷冷却塔充填物
を通過する空気を推進させるファン、このファンを廻す
ための機械式駆動系、充満充填物(fill pack
ing )およびファン系の空気と水とを囲うためのハ
ウジング、冷水を集めるための底部パン−!たはおけ(
basin ) 、冷却されるべき熱水を分配するため
の分配パンまたは噴霧系、再加熱されるべきプロセス流
へこの冷水を戻すためのポンプおよび冷却塔へこ(7) の熱水を戻すための配管のような、上記構成要素の基本
的な熱・物質交換機能を首尾よく果すための他の必要諸
構成要素をそなえている。
詳細には、上記の独特な充満充填物は液とガスとの向流
関係に用いることを目的としており、この場合熱い液は
充満充填物を横ぎって下方へ向かい、また冷たいガスは
向流方向関係において上方に向かう。しかしながら、下
流に向かう熱い液にたいして全体的に水平方向の蛇行溝
をもち、冷ガスは、この充満充填物の一方から他方へと
水平方向へ向かう充満充填物を液封ガスの十字流関係で
使用できることも考えられる。向流は熱およびエネルギ
ーの経済的な利益の最大化のために選ばれる配置である
が、これとは別に、十字流は特別な囲い地捷たは使用可
能な場所の広さ、とくに冷却塔の総合高さを最低にする
ことが望まれる場所へ設備するときに必然的に使用され
る。
(8) われわれが知っている範囲で文書で報告されたものでこ
の新しい概念の新規性を説明するため比較に使用できる
最も近い先行技術はジエイ、エイチ5ブレッドブルグ(
J、H。
Bredburg )の米国特許第3.262.682
号に示されている。この先行技術はシートのすべての波
形が充填シートの端(edge)から端まで一杯に直線
上を横断して傾斜しシート間の通路の断面、大きさ、形
が一定であり、うねと谷とが一定の巾を持つということ
を考慮すれば区別される。またこの特許はシートの相互
連結を達成するためのノブ(knob )またはソケッ
トのある支持体については記載していない。
すなわち、本発明の目的は優れた熱・物質移動緒特性を
もつ充満充填物の提供することである。また本発明の他
の目的は改良された構造的完全さをもつ充満充填物を提
供することである。本発明のさらに他の目的は改良され
たかみ合わせ(interlocking ) 、すな
わち接着ではないシート取り付けおよび隣接の高められ
たシート構造物の支持をともなう充満充填物を提供する
ことである。
本発明のさらに追加される目的は最少のガス側の空気摩
擦圧力損失およびより完全な液分配および流れ諸特性を
ともなう上記諸特性の充満充填物の提供である。
本発明をよりよく述べるため、ここに6個の図を添付す
る。
代表的な水冷塔または蒸発式熱・物質移動装置を示した
第1図には、主題の充満充填物1、遠心ファン2、電気
モータ3、機械式駆動系4、ケーシングまたはハウジン
グ5、底部パンまたは冷液おけ6、分配といまたは噴霧
配管系7、冷液出口8、再循環ポンプ9、プロセス熱負
荷11へ導く供給用配管10、冷却塔熱液人口13へ通
じる返送用配管12、冷ガス導入空間14、加熱および
湿潤ガスの排出空間15、補充液入口16、および蒸発
した液を補充する浮き作動バルブ17がある。
すなわち、温液は分配といまたは噴霧配管系7から出て
、本発明の充満充填物1の上を流れ、このとき液はファ
ン2によって上昇運動中の上昇流ガス(空気)と接触し
、顕熱移動と蒸発潜熱によって冷却される。加熱および
湿潤化されたガスは、除去器18を通過して過剰の湿気
を除去され、ガス排出空間15を経てこの水冷塔から出
てゆく。この冷却された液は底部パン6へ流下し、プロ
セス熱負荷11ヘポンプ移送されて使用され、連続循環
によって冷却塔へ返送される。
第2図をみると、尾根(crests )またはうね2
5、および谷または溝26をもち、蛇行または彎曲形状
物24をもつ個別に並んだシート19.20.21.2
2および23からなる本発明の主題の充填材料1の代表
的な組の状況が示されている。第2図のシート19と2
0とのように隣接する充填シートは一方がシートの上端
から下端まで縦方向に動くにつれてたがいに正反対の通
路として蛇行(11) または彎曲形24をもつ。さらにまた、1つおきのシー
ト20と22との各下端はその中間の隣接シートかられ
ずかの距離だけ上方に間隔をとって位置しており、たと
えば、シート20および22は隣接シート19.21お
よび23よりもわずかに低い。この交互に高く位置して
いるシート20および22は各シートのうね25の上に
あるスペーシング・ノブ・オス歯口ケータ(spaci
ng knob malelocater ) 29お
よび各シートの谷の中にあるスペーシング・ソケット・
メス・ロケータ(spacing 5ocket fe
male Iocater ) 3 Qによって定位置
に支持および維持される。各シートの平面への垂線にた
いする溝の側壁角φはこの充填シート溝のどの高さの位
置でも一定角φである。うねまたは谷における溝幅(は
このシートの下端から上端までつねに変化している。第
1図における方向をみて分かるように、冷ガスは28か
ら充満充填物1へ入り、27において加熱および湿潤化
されたガスと(12) して排出する。熱い液は27において充満充填物1へ入
り、28において冷たい液として出てゆく。
第3図は、蛇行形状物24を構成し、蛇行うね25、こ
のうね25の上のノブ・オス・ロケータ29および谷2
6の中のソケット・メス・ロケータ30からなる代表的
な充填シート20の一部を示す。ここでも、熱液は上部
の端27からこの充填物へ入り、冷たい液は28からこ
の充填物を出てゆく。″末端効果(end effec
t )“領域31があり、ここでは空気は頂部の端につ
ながったみそをたどることができないので、垂直で平担
な末端32への路をたどるかまたは頂部の端にでるため
にうねおよび谷を乗りうつるかのどちらかに従わなけれ
ばならない。熱い液は底部28から入って27から出て
ゆく冷たいガスによって冷却さ゛れる。なお第3図をみ
ると、隣接シートの代表的なうね33が破線で示されて
おり、隣接シートのうねまたは谷の接触点34における
角度の関係βが記されている。このシート構造物の高さ
全体にわたって各接触点において、垂直線に関して二等
辺三角形の底角の関係が存在することに注目されなけれ
ばならない。角Aは垂直線に対する蛇行形状物頂部端の
流入角度を定める。
数枚の充填シートの端面図を説明する第4図は一つおき
に上方に位置付けされたシート20および22を示して
おり、それらはすべて低く位置する充填シート19.2
1および23に互いにかみ合っており、底部端方い違い
になっている。ガスは27から出てゆき、熱い液は27
から入り、冷たい導入ガスは28から入り、またここで
冷却された液は底部端28から出てゆく。ノブ・オス・
ロケータ29およびソケット・メス・ロケータ30はこ
の充填シートの一つにそれぞれの位置に示されている。
第5図は、第4図のノブ・およびソケット・ロケータを
通り、第4図の線5−5に沿ってながめた断面図であっ
て、ソケット・メス・ロケータ30およびノブ・オス・
ロケータ29をもつ充填シート2oおよび21を示す。
第6図は主題の充満充填物、プロペラファン2a1電気
モータ3、機械式駆動系4、ケーシングまたはハウジン
グ5、底部パンまたは冷液おけ6、分配パンまたは噴霧
配管系7、冷液出口8、熱液入口13、冷ガス入口空間
14、加熱および湿潤化されたガスの排出空間15を使
用する代表的な水冷塔捷たは蒸発式熱・物質移動装置を
説明するものであり、この充満充填物1は水平線101
の方向へ向いており、これは蛇行線102の全体として
の方向であり、蛇行角度はDである。蛇行の全体として
の方向をしめす線102は好ましくは水平線からおよそ
7乃至12度の範囲に向けられるが、水平線から0乃至
30度に向けることはどの場合でも可能である。
ここまで述べてきた本発明に関する特異的な諸特長をそ
の機能上の諸態点とともにさら(15) に詳細に述べる。
第3図によれば、この充填シートは、ガスおよび液流用
の形状物24または通路を含みこの通路は連続的に可変
、すなわち、方向および断面積を変化する。このように
作られた溝は液流とガス流との間の緊密かつ乱流状の接
触を促しし、これによってこの両流間の好ましくない境
界層の形成を最少におさえる。
蛇行充填形状物24(液通路)の液流大角度Aは、この
充填物の頂部の液流入面27の完全なぬれを促進するた
め垂直に近くなっており、それによって分配系またはそ
の他の上部充満物デツキから垂直に流下する液によって
ぬらすことのできない流れにたいして傾斜した端部分は
除かれる。流入するガス28にたいする底部端の小さい
(垂直に近い)流入角、ハ、下部からこの充満充填物中
ヘガスの移動させるのに必要なファン系ガス圧増補外を
低減させる。
第1図の充満充填物は、隣接シートの谷(16) 26に接触する形状のうね25をもつ蛇行形状物24を
もつ19.20,21.22および23(第3図におけ
る)に示すような自発的に間隔をとる、全体的に垂直に
向いている多くのシートを含む。これらの隣接シートは
交差するガスおよび液流をもち、これがさらにガス混合
を促進する。2枚のシート間の交差角度βはこの通路の
蛇行構造にしたがって充填物デツキを通る流体の進行に
つれて変化する。この充填シートは充満物デツキの組み
立てを、単にシートを1つおきに180回転だけで行う
ことができるように設計されており、これによって積み
重ねたシートの輸送容積を組み立てた充満物デツキ容積
のわずか約5%へ低減させる。
この回転可能な設計の一態様は一方のシートの前面が隣
接シートの背面に対面することである。これら隣接ガス
通路(前面で形成されたものと背面で形成されたもの)
において同じガス流および熱効率を維持するため、シー
ト前面上の溝24は各一つ隣りの位置におけるこのシー
トの背面上の溝と等しくなるように設計された。
基本的な溝24通路パターンの蛇行形態はまた垂直シー
ト構造物への剛性の付与にも役立つ。個別のシートの剛
性は溝の方向に反転のある蛇行構造によって大いに増大
され、この反転はどの望みのシートサイズの使用物にも
少なくとも1度はある。これは、連続的に変化しまた可
変である溝路幅と組み合わさって、その端で支持される
場合、きわめて良好な垂直方向剛直性をもつ充填シート
となる。
この充填シートは1枚のシートのうね25が隣接シート
の谷へ接触して自発的に間隔をとって配列する。その下
端で支持された場合、多数のこれら側面シート支持接触
点〔計画充填面積約0.0937(1平方フイート)あ
たり約135個の接触点〕はきわめて良好な垂直方向剛
直性をもつ充満デツキ組み立て品となる。
或種の中速ないし高速の液流と中速ないし高速のガス流
の組み合わせに対しては、ガス圧低下の観点から、各隣
接シートの下端28から落下する液流を分離するととが
好寸しい。
これは1つおきのシート20および22(第2図、第4
図における)の高さが短く、また下端をより高い位置へ
もち上げることによって果される。この方法は本発明の
充填物にも採用される。1つおきの下端の持ち上げを達
成するためのもつとも普通の方法は全てのシートをとも
に接着すること(glueing )である。この接着
はまた、慣用の直線状の(蛇行型でない)溝を持つ充填
物−それは直線の溝またはうねの1つに沿って容易に折
り曲げることができ、また充填物溝の長さの短かい方向
にわたって(アコーディオンのように)伸ばしたり縮め
たりできるーの固有の弱さを補なうのにも役立つ。より
大きな垂直剛直性をもつ本発明の充填物は構造的剛性の
ための接着を必要としない。それゆえ、ノブおよびソ(
19) ゲット支持ロケータを利用し接着されてないもつと良好
な充満物が交互の長および短シートを提供することがは
からずもここに判明した。高く持ち上げられた1つおき
のシート20および22を支持するためには下記の方法
が使用される:オスおよびメスのロケータ支持ノブ29
および30を蛇行溝と一体的に設計されてたがいにとめ
合わされ、それにより高さの短いシート20および22
にたいする支持は、この短いシートの支持のための負荷
を、ノブを経てずれの形で隣の長いシート19.21お
よび23に移し、それは充填物岨立物支持構造物(図示
されてない)の上のシート下端支持具で支持される。
各最少サイズのモジュラ−シートには2個のオスノブと
2個のメスソケットがある。1つおきにシートを回転す
ることによって、この第1シートのオスロケータ29は
第2シートのメスロケータ30と整合する。第2シート
のオスロケータ29は第3シートのメス口(20) ケータ30と整合して、つぎつぎと先へ及ぶ。
この方法によって、短いシートは上記のようにその両側
にあるシートによって支持される。
約5.49 m (18feet ) t ’tlD最
少fイ:X(Dモジュールシートの倍数の長さのシート
が学−な連続片として使用される。
短い高さのシート20および22を支持するほかに、こ
のロケータ29および30は隣接シート間のつかみまた
は機械的摩擦の相互作用関係を提供するように設計され
る。このオスノブロケータ29のみね(crest )
は一般的に四角または非円形の形体であって、一般的に
円すい台形であるメスソケットロケータ30にたいして
つかみ適合の相互作用を呈し、そのメスソケットロケー
タ壁はかみ合い関係中はやや外側へ彎曲している。この
配列は、いくつかの利点を持っている: 1)充満物デツキのより大きい剛性、2)成るシートが
損傷され、破壊され、または最後の組み立て空間へゆる
く充填された場合のデ゛ノ主の完全さ保持及び3)容易
な取り扱い、とくにこの生品物の現場組み立て中におけ
る充填物の対または小さな組の生産能率など。通常の工
場における組み立ては、束ね技術が有利とはならない異
った 方法を採用し、より自動化された横積法(5id
e −stacking manner)による個別シ
ートの取り扱い採用するのが有利である。
ロケータ29および30はこの充填物を製造するための
工具(真空または加圧pvc成形金型)の永久部品では
なく、取り外し可能であってやや異る寸法および設計の
ロケータのをはめることが許容されるので、これによっ
て異る材料厚みおよび/または異るかみ合い程度を与え
ることができる。メスロケータ30付辺の領域は独特で
あり、ロケータノブの物理的直径がそれが設置される溝
よりも実際に大きい場合でも、シートの両面においてガ
スおよび液がこの日ケータのまわりを通ることができる
ように溝26はシートの両側で等しく作られている。
オスロケータ29の頂部の幅は谷の幅よりも大きくなる
ように設計された。オスロケータ29が占めるべきの場
所はただ一つ、すなわちメスロケータ30であるので、
この特長は通常の組み立て中における近接シートの誤整
合を防止する。
垂直でない溝をもつ充填物はいずれも、角度をつけた溝
26が末端壁または仕切り壁と交差するところには熱的
性能に対する若干の負の末端効果という一面がある。高
さが約30.5(@ (12インチ)または約61.0
 cm (24インチ)である数種の市販の入手可能な
充填物では、この末端効果領域は約17.5Cr/L(
6,9インチ)および約35.0 (13,8インチ)
であるのに対して、本発明の蛇行設計充填物はモジュー
ルの高さのシート幅の寸法に関係なく、末端効果領域は
わずかに11.9cIrL(4,フインチ)の一定値に
すぎなかった。この末端効果領域の最少化に加えてこの
充填物(23) は平担な末端(シートの垂直の縁)への過渡部(tra
nsition )をもっており、これはこれらの他の
市販品を入手できる充満物類の若干にみられるような末
端壁への液の放下の代りにこの充填物上に液を保持する
。充填シートからケーシング末端壁への液の早過ぎる放
下はまた熱的性能低下の増大を生じる。これは高冷却効
率を確保できる筈の充満充填物中にある正規の通路をこ
の液はと9続けることができないからである。
本発明の充填シートは、たとえば、ポリ塩化ビニルクロ
ライド(PVC)、ポリカーボネート、および゛ポリプ
ロピレンのようなプラスチック材料で作られるのが好ま
しい。それらは一般にモールド上で加熱しながら充填物
のシートを真空成形するバッチ型モデル加工機によって
製造される。
説明および例示の目的のために、本発明の数種の詳細な
実施態様を示し捷だ冷却塔と水/空気の関係について詳
細に述べてきたが、(24) 本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の装置
類への使用についての真の範囲は前記特許請求の範囲の
もつとも広い解釈によって決定される。
【図面の簡単な説明】
第1図は主題の充満充填物を使用する代表的な水冷塔す
なわち蒸発式熱・物質移動装置の断面図である。 第2図は本発明の代表的充満充填物の部分の斜視図であ
る。 第3図は充満シートの部分の側面図である。 第4図は数枚の充満シートの端面図であり、また第5図
は本充満充填物の代表的な充満シートの相互連結ノブ部
分の断面図である。 第6図は十字流の水対空気熱移動関係に使用するための
ほぼ水平に向けられた蛇行溝をもつ主題の充満充填物を
使用する代表的な蒸発式熱・物質移動装置の断面図であ
る。 1:主題の充満充填物 2:遠心ファン 6:底部パンまたは冷液おけ 1:分配といまたは噴霧配管系 8:冷液出口 9:再循環ポンプ 11:プロセス熱負荷 13:熱液入口 14:冷ガス導入空間 15:ガス排出空間 16:補充液入口 17:浮き作動バルブ 19.20.21.22および23:並んでいるシート 24:蛇行または彎曲形状物 25:みねまたはうね 26:谷または溝 27:シートの頂部ぶち 28:シートの底部ぶち 29ニツプオスロケータ 30:ソケットメスロケータ 31:末端作用領域 32:鉛直平面末端ぶち 33:近接シートのうね 101:水平線 102:蛇行線 出 願人 : パルティモアー エアーコイルカムパニ
ニ、インコーポレーテ ツド アメリカ合衆国21012メリーラ ンド・アーノルド・ペイ・グリ ーン・ドライヴ657

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液とガスとの間の相互作用を起させる蒸発式熱・物
    質移動装置に使用するための頂部、底部および側部の端
    をもつ表面型熱・物質交換充満充填物組立物において、
    該組立物は曲ったまたは蛇行する溝を持ち間隔をとって
    垂直に配列されたシートから成9通路を形成し、該通路
    は全体にわたり曲げられ、彎曲または蛇行する路が該シ
    ートの端から端まで伸びている該溝によって形成されて
    おり、該通路は液とガスとの相互作用のための空間およ
    び表面を提供しており、該シートは隣接シートの溝と相
    互に変化する二等辺三角形底角関係を形成するうねをも
    っていることを特徴とする表面式熱・物質交換充満充填
    物組立物。 2 液とガスとの間の相互作用を起させる蒸発式熱・物
    質移動装置に使用するための頂部、底部および側部の端
    をもつ表面型熱・物質交換充満充填物組立物において、
    組立物は曲げられたまたは蛇行する溝を付けられ間隔を
    とって垂直に配列されたシートから成り、該シートは該
    溝によって形成された谷およびうねをもつ通路をもち、
    該通路は全体にわたり曲げられた彎曲または蛇行する路
    として該シートの端から端まで伸びており、該通路は液
    とガスとの相互作用のための空間および表面を提供して
    おり、該シートは隣接シートの溝と相互に変化する二等
    辺三角形底角関係を形成するうねをもッテオリ、溝の一
    定の高さ、およびガスおよび液が端から端まで通過する
    ときの一定の接触側壁角関係を維持しながら溝、うねお
    よび谷は幅の寸法を連続的に変えることを特徴とする表
    面型熱・物質交換充満充填物組立物。 3 液とガスとの間の相互作用を起させる蒸発式熱・物
    質移動装置に使用するための頂部、底部および側部の端
    をもつ表面型熱・物質交換充満充填物組立物において、
    該組立物は曲った捷たは蛇行する溝を持ち間隔をとって
    垂直に配列されたシートから成り、通路を形成し、該通
    路は全体にわたシ曲げられ、彎曲または蛇行する路が該
    シートの頂部の端から底部の端1で伸びている該溝によ
    って形成されており、該通路は液とガスとの相互作用の
    ための空間および表面を提供しており、該シートは隣接
    シートの溝と相互に変化する二等辺三角形底角関係を形
    成するうねをもっていることを特徴とする表面式熱・物
    質交換充満充填物組立物。 41つおきの各シートの端は他のシートの端から離して
    配置され、捷だそのシート領域に形成されたノブおよび
    ソケットロケータの相互かみ合わせによって定位置へ保
    持されることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
    項および第3項のいずれかに記(3) 載の充満充填物組立物。 5 相互かみ合わせノブおよびソケットロケータに隣接
    する溝が各シートの端から端まで連続であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項、第2項および第3項のい
    ずれかに記載の充満充填物組立物。 6 隣接シートは180°回転によって組み立てられる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項および
    第3項のいずれかに記載の充満充填物組立物。 7 末端作用領域の大きさがシート半分の高さの溝捷た
    は蛇行の振幅寸法によってのみ影響されることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項、第2項および第3項のいず
    れかに記載の充満充填物組立物。 8 ノブの頂部の非円形断面は非円形であり、またソケ
    ットは円錐台の形状であって、ともにきつく押つけられ
    たときにつかみ固定に適合する相互作用を提供するよう
    な該ノブの該ソケット中へのはまり込みを生ずる(4) ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項および
    第3項のいずれかに記載の充満充填物組立物。 9 オスロケータノブの頂点はすべての充填シートの溝
    の隣接するりねのふちの間の谷間隔よりも寸法が大きい
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項および
    第3項のいずれかに記載の充満充填物組立物。 10  蛇行充填シートの側端が充填シート上に水の移
    動を維持するために垂直の平担なふちどりで終っている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項および
    第3項のいずれかに記載の充満充填物組立物。 11  液とガスとの間の相互作用を起させる蒸発式熱
    ・物質移動装置に使用するための頂部、底部および側部
    の端をもつ表面型熱・物質交換充満充填物組立物におい
    て、該組立物は曲ったまたは蛇行する溝を持ち間隔をと
    って垂直に配列されたシートから成り、通路を形成し、
    該通路は全体にわたり曲げられ、彎曲または蛇行する路
    が該シートの端から端まで伸びている該溝によって形成
    されておシ、該端から端までの方向は水平または水平か
    ら30度以内にあり、該通路は液とガスとの相互作用の
    だめの空間および表面を提供しており、該シートは隣接
    シートの溝と相互に変化する二等辺三角形底角関係を形
    成するみねをもっていることを特徴とする表面式熱・物
    質交換充満充填物組立物。
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