特許 6796738 冷却塔システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6796738

(24)【登録日】2020年11月18日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】冷却塔システム

(51)【国際特許分類】

   F28G 1/16 20060101AFI20201130BHJP

   F28F 25/02 20060101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   F28G1/16 Z

   F28F25/02

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2020-97871(P2020-97871)

(22)【出願日】2020年6月4日

【審査請求日】2020年6月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000220262

【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100125346

【弁理士】

【氏名又は名称】尾形 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100166981

【弁理士】

【氏名又は名称】砂田 岳彦

(72)【発明者】

【氏名】末吉 克也

【審査官】 河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０９７９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１２９５８８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−１１８７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１４７９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３３０１２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｃ １／００

Ｆ２８Ｆ ２５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却塔の冷却水を下部水槽へ直接流す下部水槽配管と、
冷却水内の異物を取り除く除去装置と前記下部水槽とを接続する除去配管と、
を備え、
前記下部水槽配管は、前記除去配管が前記下部水槽に設置されている位置の回りに周回している周回部を有し、
前記周回部には、冷却水を放出する複数の放出口を有し、
前記複数の放出口の各々は、放出口が位置している前記周回部の管の伸びる方向の一方向に対して、０°＜θ＜９０°の範囲で角度θ傾いて放出口から冷却水を放出し、
前記放出口は、管の伸びる方向に対して垂直方向の外周上に並ぶ３つの孔からなり、
前記３つの孔は、重力方向に開いた第１の孔と、当該第１の孔を挟んで前記周回部が周回する内側に向く第２の孔および外側に向く第３の孔とからなる
ことを特徴とする冷却塔システム。

【請求項2】

前記第１の孔と前記第２の孔との間隔および当該第１の孔と前記第３の孔との間隔が、略等間隔である請求項１に記載の冷却塔システム。

【請求項3】

前記放出口が冷却水を噴射する噴射ノズルを備える請求項１または２に記載の冷却塔システム。

【請求項4】

バルブは自動弁で予め定められた規則に基づいて、自動的に散水制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却塔システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却塔システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工場や空調設備などで循環使用される水の冷却を目的として野外に冷却塔が設置されている。この冷却塔の内部では、水を充填材に注ぎかけ、冷却塔の外部から取り込んだ空気と水とを直接接触させてこれらの温度差を利用した熱伝達、いわゆる顕熱による冷却と、水自体の蒸発、いわゆる潜熱による冷却とを利用して水の温度を所定範囲まで低下させている。充填材は、例えば硬質塩化ビニール製であり複雑な3次元構造をしており、水を膜状に分散させ気液接触面積を大きくすることができる。水温が低下した冷却水は、冷却塔の下部水槽に落下し、この下部水槽に設けられた落し込み水槽から循環配管を介して熱交換器へ送水される。
このような冷却塔では、外部から大気を取り込むことにより外部から大気中の有機物や固形物等が入り込む。また、前述のとおり、冷却塔では冷却水の蒸発が生じることから、冷却水が濃縮され、水中の溶存物質が析出しやすくなる。冷却塔内の充填材等で析出したスケールが充填材から剥がれ落ちると冷却塔の下部水槽に固形物として堆積する。
特許文献１では、冷却水処理装置において、冷却水系内で発生する沈殿物であるスラッジを、手間をかけることなく効率的に回収し、冷却水系以外へ排出する技術が記載されている。特許文献１に記載の発明では、下部水槽内に低流速部が設けられている。そして、低流速部で滞留しているスラッジは、ポンプによって、ろ過器に送られ、スラッジがろ別される。ろ過器を通過したろ過水は下部水槽へ返送される。
特許文献２では、冷却塔内の下部水槽にスラッジが堆積することを抑制するろ過システムが記載されている。下部水槽に貯留される循環冷却水をろ過するシステムがあり、ろ過された処理水を下部水槽に返送する。返送用の配管は下部水槽の内壁に沿って周回するように設置さている。そして、周回するように設置された返送配管には、内周側に向かって処理水を放出する放出口が所定の間隔で複数設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−２４６２０３号公報

【特許文献2】特開２０１２−９７９６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

文献１、２に記載の冷却塔システムでは、下部水槽の縁などに沈殿物が留まり堆積しやすい部分が生じやすい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１記載の冷却塔システムは、冷却塔の冷却水を下部水槽へ直接流す下部水槽配管と、冷却水内の異物を取り除く除去装置と前記下部水槽とを接続する除去配管と、を備え、前記下部水槽配管は、前記除去配管が前記下部水槽に設置されている位置の回りに周回している周回部を有し、前記周回部には、冷却水を放出する複数の放出口を有し、前記複数の放出口の各々は、放出口が位置している前記周回部の管の伸びる方向の一方向に対して、０°＜θ＜９０°の範囲で角度θ傾いて放出口から冷却水を放出し、前記放出口は、管の伸びる方向に対して垂直方向の外周上に並ぶ３つの孔からなり、前記３つの孔は、重力方向に開いた第１の孔と、当該第１の孔を挟んで前記周回部が周回する内側に向く第２の孔および外側に向く第３の孔とからなることで沈殿物を抑制する。
上記冷却塔システムは、前記第１の孔と前記第２の孔との間隔および当該第１の孔と前記第３の孔との間隔が、略等間隔であっても良い。
上記冷却塔システムは、前記放出口が冷却水を噴射する噴射ノズルを備えても良い。
上記冷却塔システムは、バルブは自動弁で予め定められた規則に基づいて、自動的に散水制御しても良い。

【発明の効果】

【0006】

本願の発明によると、堆積物の溜まりやすい部分が生じるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施例１に係る冷却塔システムの概略図である。

【図2】実施例１に係る冷却塔システムを上から見た図である。

【図3】周回配管を横から見た図であり、放出口から冷却水が放出されている図である。

【図4】周回配管の断面図であり、放出口から冷却水が放出されている図である。

【図5】実施例２に係る冷却塔の下部水槽を横から見た図である。

【図6】実施例２に係る冷却塔の下部水槽を上から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図１を用いて本実施形態における冷却塔システム１の全体の構成例を説明する。
冷却塔システム１は、循環システムと冷却システムとからなる。冷却システムで冷却された冷却水を循環システムによって熱交換器３０へ流す。熱交換器３０は、例えば、冷凍システムにおいて冷媒を冷やす凝縮器である。熱交換器３０で温められた冷却水を循環システムによって冷却システムへ流す。そして、冷却システムで冷やされた冷却水を循環システムが熱交換器３０へ流し、冷却水を循環させるシステムである。

【0009】

冷却システムは、充填材５２と、ファン５１とを備え、ファン５１が空気の流れを作り、充填材５２に散水された冷却水を外気に接触させることで冷却水の一部を気化させ、冷却水を冷却するシステムである。

【0010】

循環システムは、下部水槽１１と除去装置２４とブロー配管２５とポンプ２３と散水配管２１と冷却水配管２２とバルブ４１−４５を備える。下部水槽１１は、冷却塔の下部にあり冷却水を集める槽である。下部水槽１１の中央付近に落し込み水槽１２があり、落し込み水槽１２から冷却水配管２２が接続されている。中央付近とは、例えば、ある矩形の中央付近は、矩形の中心から矩形までの長さに対して中心から１／３以内の領域をいい、下部水槽１１の中央付近とは、下部水槽１１の水平断面における中心から内壁までの距離に対し、中心から１／３以内の領域をいう。冷却水配管２２はポンプ２３と除去装置２４を繋ぎ、熱交換器３０と接続されている。ただし、除去装置２４は、冷却水が通水できる箇所であればよく、特定の箇所に限定するものではない。除去装置２４は、冷却水中の異物を除去できれば良く、ろ過装置であったりセパレータであったりする。ろ過装置は、例えば、膜ろ過装置、ろ材充填ろ過器等を挙げることができる。膜ろ過装置に用いるろ過膜に特に制限はないが、ろ材充填ろ過器は、例えば、砂、アンスラサイト等を好適に用いることができる。なお、サイクロン式のセパレータのようにメンテナンスの必要性が少ないものが好ましい。落し込み水槽１２から除去装置２４へと接続する冷却水配管２２が、除去配管の一例である。除去装置２４からブロー配管２５が接続されており、除去装置２４で分離された冷却水内の異物がブロー配管２５を通じて外へ排出される。熱交換器３０で熱交換された冷却水は冷却水配管２２を通って冷却システムへ流れる。冷却水配管２２は、ポンプ２３から熱交換器３０へ行く途中で分岐している。分岐した冷却水配管２２は熱交換器３０を通った管と合流し冷却システムへ流れる。合流した冷却水配管２２は冷却塔内部を通り、冷却塔内部で散水配管２１と分岐している。散水配管２１は下部水槽１１へ直接冷却水を散水する。なお、本実施例では、冷却水配管２２と散水配管２１は冷却塔内部で分岐しているが、冷却塔の外部で分岐しても良い。
散水配管２１が、下部水槽配管の一例である。

【0011】

散水配管２１の形状を説明する。
図２は冷却塔を上から見た図であり、散水配管２１は、冷却水配管２２と接続されており、冷却水配管２２から分岐するとバルブ４４がある。バルブ４４を通過した散水配管２１は下部水槽１１の縁につきあたり分岐している。分岐した散水配管２１は、下部水槽１１の縁と充填材５２に沿って周回している。散水配管２１の周回している部分を以下、周回配管２６と呼ぶ、周回配管２６は散水配管２１の一部であり、周回配管２６は周回部の一例である。

【0012】

周回配管２６は、落し込み水槽１２を中心として周回している。周回配管２６には、冷却水を下部水槽１１へ流すための放出口２７が複数開いている。本実施例では、下部水槽の冷却水は図２のように時計回りに渦状の流れを形成している。
図３は周回配管２６を横から見た図である。放出口２７は、周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して、０°＜θ＜９０°の範囲で角度θ傾いて孔が開けられている。周回配管２６の側面にある放出口も周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して、角度θで傾いている。周回配管２６は例えば、ポリ塩化ビニール製のパイプであり、パイプに周回配管２６の管の伸びる方向に対して、角度θ傾けて孔を設けることにより、周回配管２６の管の伸びる方向に対して傾いた放出口を開けることができる。このように、管の伸びる方向に対して傾いた孔を開けることができれば、周回配管２６は金属製でも良いし、その他の素材でも良い。放出口２７から放出される冷却水は、放出口の傾きに沿って周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して角度θの方向に放出される。
図４は図３に記載のＡ―Ａ´断面であり、周回配管２６内の菅の伸びる方向に垂直な断面図である。放出口２７の位置としては本実施例では図４のように周回配管２６の外周側、すなわち下部水槽の縁側へ水が流れるように周回配管２６に放出口２７ｃが開いている。また、周回配管２６の重力方向に放出口２７ｂと、周回配管２６の内周側に放出口２７ａが開いている。放出口２７は、周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に沿って所定の間隔で配置されている。所定の間隔は、一定の間隔でも良いし、間隔の長さが異なっていても良い。放出口２７の位置、角度は下部水槽１１の形状などにより、適宜決められる。

【0013】

＜実施例１の冷却塔の仕様＞
冷却能力 200RT相当 （860kW、739,500kcal/h）
入口温度 37℃
出口温度 32℃
外気湿球温度 27℃
電源 3相400V 50Hz
電動機出力 5.5kW×1台 ※冷却塔のファン
冷却水量 147.9m3/h

【0014】

次に、冷却塔システム１の動作を説明する。
まず、熱交換器３０が稼働しており、熱交換器３０へ冷却水を流す必要がある場合を説明する。ポンプ２３を稼働させると、落し込み水槽１２内の冷却水はポンプ２３に吸い込まれ、除去装置２４を通って吐き出される。落し込み水槽１２は、下部水槽１１の底面から下方に窪んだ状態で設けられている。

【0015】

熱交換器３０へ冷却水を流す場合は、バルブ４２、４３を開放し、バルブ４１を閉鎖させ、冷却水を熱交換器３０へ流す。熱交換器３０を通った冷却水は、解放されたバルブ４５を通り、充填材５２の上部から散水される。充填材５２に散水された冷却水は、冷却システムで冷やされ、下部水槽１１へ落ち、循環する。バルブ４１−４５は手動バルブでも自動バルブでも良い。

【0016】

この際バルブ４４を閉鎖していると冷却水は散水配管２１を通らず、全て充填材５２の上部へ流れることになる。
バルブ４４を開放すると散水配管２１に冷却水が流れ周回配管２６の放出口２７から冷却水が放出される。

【0017】

本実施例では、放出口２７は周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して０度から９０度の角度で傾けられているため、放出口２７から放出された冷却水は、下部水槽内の冷却水に対して、渦状の流れをつくることになる。それによって、下部水槽中のスラッジは冷却水の流れに乗って渦の中央すなわち周回配管２６の中央付近に集められる。周回配管２６の中央付近に除去装置２４へ接続されている配管を設置することで渦に乗って集められたスラッジを除去装置２４へ送り出し、除去装置２４によってスラッジが回収される。
常時、冷却水の一部を分岐して散水しても良いし、分岐箇所に自動弁を設けてタイマー等で定期的に散水しても良い。
また、熱交換器３０を稼働させる必要がないときに、バルブ４２とバルブ４３を閉鎖させ、バルブ４１を開放する。さらに、充填材５２の上部へつながる冷却水配管２２のバルブ４５を閉鎖させ、散水配管２１へのバルブ４４を開放することで熱交換器３０へ冷却水を流さずに下部水槽１１へ冷却水を直接流すことができる。
本実施例では、渦状の水流を作ることで固形物が堆積しやすい充填材５２の下部に定期的に水の流れを作り出すことによって堆積物の発生を抑制する。

【0018】

実施例２として、熱交換器３０へ冷却水を搬送するポンプ２３とは別に除去装置２４へ冷却水を搬送するポンプ２８を有する実施例を図５と図６を用いて、説明する。
図５は、実施例２の下部水槽１１を冷却塔の横から見た図となっており、落し込み水槽１２にはポンプ２３へ接続される配管が設置されており、ポンプ２３から出た冷却水は記載を省略した熱交換器へ送られる。また、落し込み水槽１２の下中央にポンプ２８につながる配管が設置されている。ポンプ２８へ接続される配管は落し込み水槽１２につながるブロー配管等から分岐しても良い。ポンプ２８から出る配管は除去装置２４へつながっている。除去装置２４から出た配管は冷却塔の下部水槽１１へ延び、周回配管２６を作っている。
図６は、実施例２の冷却塔を上部から見た図であり、周回配管２６が落し込み水槽１２を取り囲み設置されている。本実施例の矩形の下部水槽１１は、短手方向に２１５０ｍｍ長手方向に３２００ｍｍの大きさとなっている。実施例２の落し込み水槽１２は図６の下部水槽１１の中央付近にあり、落し込み水槽１２の中央付近にポンプ２８を通って除去装置２４へつながる配管が設置されている。除去装置２４から出る配管は周回配管２６へつながっている。
周回配管２６は、周回配管２６の長手方向に１９５０ｍｍで周回配管２６の短手方向に１６００ｍｍとなっている。周回配管２６は、周回配管２６の放出口２７から放出される冷却水が作る下部水槽１１内の渦の中心の位置が除去装置２４へつながる配管付近となるように周回していれば良い。このように、下部水槽１１内の渦の中心の位置が除去装置２４へつながる配管付近となれば、周回配管２６の配置は図６のような矩形状でなくてもよく、円形であったり、その他の形状であっても良い。本実施例では図６のように、周回配管２６は、周回配管２６の短手方向が下部水槽１１の長手方向に沿うように設置されており、矩形に配置された周回配管２６の中央付近に除去装置２４へつながる配管がある。
放出口２７から放出される冷却水は周回配管２６の周回配管２６内の水が流れる方向から略４５度の角度をもって放出されている。周回配管２６は、重力方向に放出口２７ｂが開いており、重力方向から略４５度の位置に放出口２７ａ、２７ｃがそれぞれ位置している。放出口２７ａと放出口２７ｂの間の距離と放出口２７ｂと放出口２７ｃの間の距離とはほぼ等しく、略等間隔で３つの孔がならんでいる。この３つ孔からなる放出口２７が周回配管２６の配管が伸びる方向に２１５ｍｍの間隔で並んでいる。

【0019】

＜実施例２のポンプ２８の仕様と放出口２７の仕様＞
ポンプ２８の吐出流量 21ｍ3／h
放出口２７の孔径 5ｍｍφ
放出口２７から放出される冷却水の流速 ３ｍ／ｓ

【0020】

次に、実施例２の動作を記載する。
図５は実施例２の冷却塔システムを表す図である。実施例２の冷却塔システムはポンプ２８によって、落し込み水槽１２の中央付近に接続されている配管から冷却水を引き込み、除去装置２４に冷却水を送り、ろ過された冷却水が下部水槽１１に返却される。実施例２の冷却塔システムでは、放出口２７から流れる冷却水により、下部水槽１１全体に渦状の流れが生じ、周回配管２６の中心部に渦の中心がある。冷却水中のスラッジは冷却水の流れに乗って渦の中心に流されてくる。渦の中心に流されてくるスラッジをポンプ２８が吸い込み除去装置２４へ送ることでスラッジが回収される。

【0021】

以上のように、実施例を挙げ、本発明を詳細に説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。
例えば、本実施例では、周回配管２６に角度を付けて孔を開けることで周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して０°＜θ＜９０°の角度で冷却水が下部水槽１１に放出されているが、周回配管２６に冷却水を噴射するノズルを取り付け周回配管２６の管の伸びる方向の一方向に対して０°≦θ＜９０°の角度でノズルを傾けても良い。傾けたノズルから冷却水を放出することで下部水槽内の水に流れを生じさせ渦状の流れを作ることができる。この場合、ノズルが放出口の一例となる。
また、ブロー配管２５から異物と共に排出される冷却水や充填材５２で気化される冷却水によって減少した冷却水を補充するための配管を周回配管２６に接続し、補充する冷却水を周回配管２６の放出口２７から放出しても良い。
周回配管２６にポンプを設け、下部水槽内の冷却水を周回配管に引き込み、引き込んだ冷却水を放出口２７から放出しても良い。

【符号の説明】

【0022】

１…冷却塔システム、１１…下部水槽、１２…落し込み水槽、２１…散水配管、２２…冷却水配管、２３…ポンプ、２４…除去装置、２５…ブロー配管、２６…周回配管、２７…放出口、２８…ポンプ、３０…熱交換器、４１〜４５…バルブ、５１…ファン、５２…充填材

【要約】

【課題】冷却塔の下部水槽に沈殿物が留まり堆積しやすい部分が生じるのを抑制する。
【解決手段】冷却塔の冷却水を下部水槽へ直接流す下部水槽配管と、冷却水内の異物を取り除く除去装置と前記下部水槽とを接続する除去配管と、を備え、前記下部水槽配管は、前記除去配管が前記下部水槽に設置されている位置の回りに周回している周回部を有し、前記周回部には、冷却水を放出する複数の放出口を有し、前記複数の放出口の各々は、放出口が位置している前記周回部の管の伸びる方向の一方向に対して、０°＜θ＜９０°の範囲で角度θ傾いて放出口から冷却水を放出することを特徴とする冷却塔システムである。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】