JPS625275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷却されるべき液体を導管内に吹付け
てその液体と一緒に導管を介して冷却空気流を誘
起せしめるようにした噴射器型冷却塔に関する。
この装置はエゼクタ型冷却塔と呼ばれることもあ
る。更に特定的には、本発明は導管を介する空気
流を増大せしめ向上した熱排除およびより低い水
温を有することにより性能を向上せしめるための
新規な配置に関する。

本発明の新規な配置は噴射器型冷却ユニツトの
屋根または側部の一部を開口せしめることと、そ
の孔にわたつて霧排除器部分を設置することから
成る。これは該ユニツトを通る空気流を増大せし
めることにより塔性能を向上せしめるものであ
る。排出空気の一部が孔またはスロツトを介して
外に出るから空気流は増大する。この増大した空
気流は冷却ユニツトの向上した熱排除およびより
低い水温を招来するものである。

本発明が使用されうる噴射器型冷却塔は1974年
４月30日に発行された米国特許第3807145号に図
示記載されている。そこに示されているごとく、
冷却されるべき水は複数のノズルを経て両端が大
気に対して開口した導管内へと吹付けられる。そ
の噴霧は大気を導管内へと誘つて水と混合せしめ
る。空気は感熱および蒸発熱伝達の双方により水
を冷却する。空気と水は水がストリツプに沿つて
その下方の回収水だめへと流下するよに水滴を遮
断しその重力成分を増大せしめる彎曲した液体―
空気分離ストリツプによつて導管の下流端で分離
される。

米国特許第3922153号には噴射器型冷却ユニツ
トと共に入口空気安定化スロツトが示されてい
る。しかし、このスロツトは主として入口空気安
定化のために用いられるものであつてノズルのポ
ンプ給送および加圧効果の上流にある。しかし本
発明においては、導管の屋根または側部に設けら
れる孔またはスロツトは噴霧のポンプ給送効果ま
たは圧力域の下流にある。

本発明の第１の特徴によれば、噴射器型蒸発冷
却装置において、ノズルまたはポンプ給送効果の
下流で且つ噴霧の有効高圧力域の下流で冷却装置
の屋根および／または側部に空気流孔またはスロ
ツトが設けられる。この孔またはスロツトにはそ
こを通る空気―水混合体から水を分離するために
排除器が備え付けられる。好ましくはノズル噴霧
は本質的に平板なフアン状形状のものである。更
に、好ましい実施例においては、排除器ストリツ
プはそこを通る空気から最大の水を分離すべく波
形にされている。

ユニツトの熱的容量、即ち熱排除能力は孔また
はスロツトを有しないユニツトに比し（作動温度
および圧力条件によつて）10ないし20％増大す
る。これは本発明のユニツトが同一温度において
より多くの水を冷却する、または周囲の湿つたバ
ルブ温度に関してより低い温度において同一量の
水を冷却することを意味する。

以下の詳細な説明がより良く理解されるために
且つ当技術界に対する本発明の寄与がより良く理
解されるために本発明のより重要な特徴を以上に
大まかに概説した。もちろん本発明の特徴は他に
もあるのであつてそれらについては以下に更に詳
述する。この開示の基づいている概念は本発明の
幾つかの目的を実施するための他の配置の設計の
ための基礎として容易に利用されうるものである
ことを当業者は理解するであろう。従つて、この
開示は本発明の精神および範囲から逸脱しないよ
うな同等な配置を含むものとみなさることが重要
である。

図示説明の目的のために本発明の種々の実施例
を選び、本明細書の一部をなす添付図面に示す。

第１図および第２図の噴射器型冷却塔はシート
材料で形成されその長さ全体にわたつて均一寸法
の全体的に矩形の断面を有する導管１０から成
る。導管１０はいずれも大気に対して開口する空
気入口端１２と空気出口端１４とを有する。これ
ら両端間で導管１０は頂壁１６と、底部噴霧密封
板１８およびその水平方向延長部と、側壁２０と
から作られている。

複数の給水マニホルド２２が空気入口端１２の
近くで導管内部を水平方向に横切つて互いに平行
に延びている。冷却されるべき水は外部手段（不
図示）によりこれらのマニホルドに汲上げられ
る。各マニホルド２２上の離隔した位置に複数の
噴霧ノズル２４が設けられこれらの噴霧ノズルは
水の噴霧２５を導管１０内へその空気出口１４へ
向けて発射するためのものである。

ノズル２４からの水噴霧２５は全体的に平板な
フアン状形状のものである。即ち、噴霧は水平方
向においてよりも垂直方向において遥かに広く散
開する。前記米国特許第3807145号において指摘
されているように、これは冷却および空気随伴を
最大にする働きをなすものである。各導管のノズ
ルは他の導管内の対応するノズルと心合してい
る。

また第１図および第２図に示されているごと
く、導管１０の空気出口端の近くには複数の離隔
した液体―空気分離ストリツプ２８が設けられて
いる。これらの分離ストリツプもシート材料で形
成されており、そしてそれらは導管断面を横切つ
て分布される鉛直平面内に存在するように位置せ
しめられている。

下側の集水棚３６は鉛直壁３８および４０によ
つて底壁３７より僅かな距離だけ上方に支持され
ている。導管１０のすぐ下方には水だめ４２が形
成されている。水だめの下側範囲は底壁３７およ
び下側集水棚３６によつて画成され、上側範囲は
その中に収容された水の水位によつて画成され
る。水だめは出口開口５８を有し、そこから冷却
された水は除去されて必要な目的のために使用さ
れる。

複数の彎曲した旋回羽根４４が液体―空気分離
ストリツプ２８の下流において導管１０を水平方
向に横切つて延びている。これらの旋回羽根は水
平から上向きに彎曲しており、そしてそれらは導
管１０から出る水分を含んだ空気が再び入口端１
２内へと再循環されえないように該空気を導管か
ら上方へと偏向せしめる働きをなす。これらの旋
回羽根は大気に対して開口していること、そして
スコツプ、邪魔板等の特別な保護構体はなんら使
用されていないことが理解されよう。

第１図には導管１０の頂壁１６を横切つて、ま
たは実際にはそれを部分的に横切つて延びるスロ
ツト５０が示されている。このスロツトは噴霧２
５のポンプ給送効果および加圧効果６０の下流に
（この場合には液体―空気分離ストリツプ２８の
近くに）位置するものとして示されている。これ
はスロツト５０の最適位置である。該スロツトは
その位置が噴霧２５のポンプ給送および加圧効果
６０の下流にある限り導管に沿うどこにでも位置
せしめてよいが、それが噴霧２５のこのポンプ給
送および加圧効果（噴霧２５のポンプ給送および
加圧効果は帯域６０として示されている）に近接
して位置せしめられるほど、噴射器型冷却塔は非
効率的となる。

同様に第２図においても導管１０の側壁２０の
各側にスロツトまたは孔５４が示されている。こ
れらのスロツト５４は全体的に鉛直であつて頂壁
１６の近くの導管１０の頂部から集水棚３６の直
上まで延びている。これらのスロツト５４の側壁
２０上での位置についても頂部スロツト５０につ
いてと同じ理由が該スロツト５４に適用される。
スロツト５０と５４のいかなる組合せも利用しう
ること、例えばいかなる特定の適用例においても
頂部スロツト５０のみかまたは側部スロツト５４
のみかあるいは頂部スロツトと側部スロツトの双
方を共に使用しうることを当業者は理解するであ
ろう。

各スロツトまたは開口５０および５４には霧排
除器５１および５６を備え付けることができる。
金属ストリツプ５３および５７でもよいこれらの
排除器はストリツプのバンクを保持要素５５また
は５９内に挿入するなどによつてスロツトまたは
孔５０および５４に隣接して備え付けられる。第
３図に示すごとく、これらの排除器５１および５
６はその中に曲がり６１また波形を有するストリ
ツプ５３または５７であつてよい。また各ストリ
ツプは事実上該ストリツプが互いに入れ子関係と
なるように各隣接ストリツプに近接して位置せし
められてよい。

液体―空気分離器２８はそれらに直接噴霧水が
当るので空気流方向においてかなり深くなければ
ならないことが理解されよう。しかし頂部または
側部に装着された霧排除器または液体―空気分離
器５３および５７はそれらには噴霧水が直接吹付
けられないからそれほど深くなくてもよい（深い
とは第１図および第２図にＤで示した寸法を意味
する）ことが判明した。この浅い方の空気―液体
分離器５３および５７は主液体―空気分離器２８
よりも少ない抵抗を空気流に与える。

頂部スロツト５０を介して流れる空気から空気
―液体排除器５３により分離された水は底壁３６
に落下し結局水だめ４２に行く。スロツト５４を
出る空気から分離された液体を捕えるために、空
気―液体分離器バンクの底にたらい５６を取付け
て液体を捕えそれを底壁３６へ導くことにより、
液体が結局水だめ４２へ導かれるようにしてもよ
い。

系の作動においては、冷却されるべき水は給水
マニホルド２２内へとポンプ給送されてノズル２
４を介して導管１０内へと吹付けられる。これら
の噴霧は、上に指摘したごとく、平行な垂直平面
内に存在する全体的に平板なフアン状形状のもの
である。相異るノズルからの噴霧はノズルの下流
で互いに交差し最外側の噴霧は同一域内で導管壁
に接触するので導管断面を横切つてポンプ給送効
果または圧力密封６０が形成される。噴霧の運動
量により空気は空気入口１２内に引込まれる。こ
の空気は導管を通過する際に噴霧と完全に混合し
てそれにより運ばれて行く。導管の下流端におい
て空気と水は空気がストリツプ２８間を流出し続
けながら水がストリツプ２８の表面に当りそれに
沿つて流れる際に分離される。

ノズルを介して吹付けられる水量はマニホルド
２２内の圧力を変えることにより変化せしめられ
る。またノズルを介して吹付けられる水量はノズ
ル・オリフイスの大きさを変えることによつても
変化せしめられる。特定のノズル配置に対して容
認されうる変化量は液体―空気分離手段２８の溢
れによる最小の液体損失をもつて有効な作動を与
える能力によつて制限される。液体―空気分離ス
トリツプ手段から溢れるようになる作動状態の下
では、米国特許第3922153号に記載されるごとく
下側水だめ寄りに各々それ自身の集水棚およびバ
イパス開口を有する２つまたはそれ以上のバンク
の液体―空気分離ストリツプ手段を用いるのが有
利である。

空気と水が導管内を一緒に移動するにつれて、
空気は潜熱伝達により水から熱を吸収する。ま
た、周囲の乾燥バルブ温度が充分に低い場合に
は、協働的な感熱伝達も生起する。かかる場合に
は、空気と水との物理的な接触の故に、空気は空
気が飽和状態になる以前により多くの水分を保持
することを可能ならしめるより高い乾燥バルブ温
度に加熱される。従つて、吹付けられた水のうち
の増大した部分が空気中へ蒸発することができる
ので水は更に冷却されることになる。導管１０の
構成および配置は冷却空気と吹付けられる水との
間に対応する高い熱伝達をもつて両者間に高い相
対速度を維持しつつ実質的な体積空気流量を得る
ようになされている。また、出口端の近くでは、
液体―空気分離ストリツプ２８上の水平方向に移
動する空気と下向きに流れる水との交差流関係に
より高い相対速度が得られる。

液体―空気分離ストリツプ２８の上側バンクお
よび下側バンクに沿つて下側集水棚３６上へと流
れた冷却された水は該棚の縁の上を通つて水だめ
４２内に入る。次いでこの水は水だめに沿つて且
つ随意のストレーナ（不図示）を介して逆流し、
そこで系内に引込まれた大気との接触時に随伴し
た固体粒子を除去される。ストレーナを通過した
後、冷却された水は水出口５８を経て装置外に出
る。

該装置の水を冷却する能力は空気を導管を介し
て移動せしめるその能力に依存する。一般に、空
気流が大きければ大きいほど、空気排除率も大き
い。従つて、本発明の目的は導管１０を介してで
きるだけ多くの新鮮な空気を誘起せしめることに
ある。

空気流量は２つの事柄の関数である。まず第１
に、空気移動は噴霧水２５から空気への運動量の
伝達によつて惹起される。水の運動量はポンプ馬
力を犠牲にして発生せしめられる。いかなる特定
の設計に対しても、利用されうるポンプ馬力が多
ければ多いほど、より多くの空気流、従つてより
多くの熱排除が達成される。

第２に、水から空気への運動量伝達の効率は慎
重な設計の結果である。最大効率を達成するため
に、導管を通る空気流はできるだけ限定されない
ことが必要である。

液体―空気分離ストリツプ２８は空気流に対す
る最も有意な限定である。分離ストリツプは空気
―水分離のための効率的な通路を与えるように互
いに関して構成され位置せしめられている。分離
区間を横切つて行く際に、空気―水混合体は何回
かの方向転換をすることを要求される。より多く
の慣性を有する水滴は空気ほど迅速には方向を転
換しない。それらは分離ストリツプに当りその運
動量を失うと―空気流の方向において―重力によ
り自由に回収たらいの中へと落下する。空気―水
混合体の通路が曲りくねつていればいるほど、空
気から水を分離するのに効率的である。しかし通
路が曲りくねつていればいるほど、空気流に対す
るより多くの限定が発生する。従つて、分離スト
リツプ設計は水分離を最大にしながら空気抵抗を
最小にするという慎重なバランスである。

先の分離ストリツプ設計は高い空気流または水
流またはその両者の組合せの結果として性能制限
に逢着する。あまりに高すぎる空気流（即ち、高
い排出速度）は分離ストリツプの表面から水滴を
分離せしめてそれを装置の外部に運んでしまう。
分離ストリツプに当るあまりに高すぎる水流は水
が水だめ４２内へと排出しうるよりも速く水をス
トリツプ間に蓄積させてしまう。この過剰な水は
ストリツプ間の空間に架橋して水が排出口から吹
出されるほどに内部圧力が増進するまで導管を介
する空気の通過を部分的に妨げる。先の設計に対
しては、これらの性能破壊または霧運搬を生ぜし
める空気流と水流との組合せは周知である。また
伝統的には、液体―空気分離区間は位置が導管の
排出端の平面に限定されていた。

スロツト５０および５４の大きさを適正に定め
ることによつて、装置の総容積を増大させること
なく導管１０の有効排出面積が増大せしめられ
た。しかし、これは単に排出面積の増大ではな
い。スロツト５０および５４のための液体―空気
分離ストリツプ５３および５７はそれらには噴霧
水が直接当らずその結果それらは遥かに浅くてす
み且つ空気流を限定することがより少ないという
点において利点を有する。従つて作動に当つて
は、スロツトを通過する空気量は全排出面積に対
するスロツト面積の比率に基づいてスロツトを通
過するであろう空気量よりも高い。また、液体―
空気分離ストリツプ２８は高い空気流と水流の双
方を取扱うという仕事を部分的に免除されてい
る。その空気流の低下はまだ霧運搬点に達しない
ながら水流の増大を許すのである。

本発明により達成されたことは分離ストリツプ
のある程度の専門化である―即ち、１組28は高い
水流を取扱うのに適任である一方、他のもの５３
および５７は高い空気流量を取扱うのに適任であ
る。この専門化の結果、全空気流は増大し、熱排
除容量は増大し、液体―空気分離ストリツプ２８
の溢れは減少し、ポンプ入力馬力またはユニツト
の大きさはなんら増大しない。

以上本発明のある幾つかの特定の実施例を説明
の目的上開示したが、本明細書を読めばその種々
の変形は当業者には明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したエゼクタ型水冷却系
の中央断面における側面図、第２図は頂部にでは
なく側部にスロツトを有する第１図の水冷却系の
上面図、第３図は第１図または第２図に示した典
型的な霧排除ストリツプの詳細図である。 〔主要部分の符号の説明〕、１０……導管、２
４……噴霧ノズル、２８……液体―空気分離スト
リツプ、４２……水だめ、５０……スロツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端において大気に対して開口する空気導管
   と、該導管の一端の近くに位置しその断面にわた
   つて分布され液体噴霧を前記導管の他端に向けて
   導くべく配向された複数の液体噴霧ノズルとを設
   け、前記噴霧は交差してポンプ給送または圧力域
   を形成し、前記ノズルにより吹付けられる液体を
   遮断するため且つ前記液体を液体―空気分離手段
   に沿つて下方に流すために前記導管内にその前記
   他端の近くに位置せしめられた液体―空気分離手
   段と、該液体―空気分離手段から下へ流れる液体
   を回収すべく位置せしめられた液体回収だめと、
   前記圧力またはポンプ給送域の下流に空気スロツ
   トとを設けてなり、該スロツトに隣接して液体―
   空気分離手段を設けて空気が前記導管から逃げる
   のを許すようにした噴射器型冷却塔。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記スロツ
   トに隣接する空気―液体分離手段は該スロツトに
   わたつて分布された複数の平行なストリツプから
   成ることを特徴とする噴射器型液冷却塔。 ３ 特許請求の範囲第１項において、スロツトお
   よび隣接する空気―液体分離手段は前記導管の頂
   部または両側部にあることを特徴とする噴射器型
   冷却塔。 ４ 特許請求の範囲第２項において、隣接する空
   気―液体分離手段には空気―液体分離を与えるべ
   くその長さに沿つて波形が形成されていることを
   特徴とする噴射器型冷却塔。 ５ 特許請求の範囲第２項において、前記ストリ
   ツプはそれぞれ全体的に水平および直立位置に延
   びていることを特徴とする噴射器型冷却塔。 ６ 特許請求の範囲第２項において、前記スロツ
   トは全体的に矩形断面を有することを特徴とする
   噴射器型冷却塔。