(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接強制通風液体冷却装置において、
筐体、
前記液体冷却装置の外部で用いるために冷却されるべき第１の液体を収めるための前記筐体内の熱交換機手段、
前記熱交換機手段上に第２の液体を、前記第２の液体が重力により前記熱交換機手段を通って下降するように、分配するための、前記熱交換機手段の上方に配置された液体分配手段、
前記第２の液体の蒸発冷却をおこさせ、よって前記熱交換機手段内の前記第１の液体を冷却するために、前記熱交換機手段を通して空気を吹き上げるための、前記熱交換機手段の下方に配置されたファン手段、
前記熱交換機手段から落ちてくる前記第２の液体の実質的に全てを集めるための集水樋の複数の層を有する、前記熱交換機手段の下方で前記筐体内の集水手段であって、前記層のそれぞれの前記樋は前記それぞれの層の上方または下方の前記層の前記樋から横方向にオフセットされており、前記樋のそれぞれは少なくとも１つの開放端を有するものである集水手段、
前記樋の前記少なくとも１つの開放端から前記第２の液体を受け取るための前記筐体内の側溝手段、及び
前記樋の下部層の内の少なくとも１つに付帯する、少なくとも１つのファンが停止しているときは前記層の前記少なくとも１つにおいて隣り合う樋間の間隙を閉じ、前記ファンが作動しているときは前記少なくとも１つのファンによって生じる気流に応答して前記間隙を開くための、手段、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
直接強制通風液体冷却装置において、
筐体、
前記液体冷却装置の外部で用いるために冷却されるべき第１の液体を収めるための前記筐体内の熱交換機手段、
前記熱交換機手段上に第２の液体を、前記第２の液体が重力により前記熱交換機手段を通って下降するように、分配するための、前記熱交換機手段の上方に配置された液体分配手段、
前記第２の液体の蒸発冷却をおこさせ、よって前記熱交換機手段内の前記第１の液体を冷却するために、前記熱交換機手段を通して空気を吹き上げるための、前記熱交換機手段の下方に配置されたファン手段、
前記熱交換機手段から落ちてくる前記第２の液体の実質的に全てを集めるための集水樋の複数の層を有する、前記熱交換機手段の下方で前記筐体内の集水手段であって、前記層のそれぞれの前記樋は前記それぞれの層の上方または下方の前記層の前記樋から横方向にオフセットされており、前記樋のそれぞれは少なくとも１つの開放端を有するものである集水手段、及び
前記樋の前記少なくとも１つの開放端から前記第２の液体を受け取るための前記筐体内の側溝手段、
を備え、
前記集水手段が前記樋を受け入れるための開口を有する少なくとも一対の樋支持プレート構造体を備え、前記プレート構造体が前記樋の長さに沿って軸方向に相互に隔てられ、
前記支持プレート構造体が、前記プレート構造体上の前記第２の液体のいずれをも下側の前記樋層に導くために配置された、前記プレート構造体の前記開口に隣接する表面リブ手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項３】
直接強制通風液体冷却装置において、
筐体、
前記液体冷却装置の外部で用いるために冷却されるべき第１の液体を収めるための前記筐体内の熱交換機手段、
前記熱交換機手段上に第２の液体を、前記第２の液体が重力により前記熱交換機手段を通って下降するように、分配するための、前記熱交換機手段の上方に配置された液体分配手段、
前記第２の液体の蒸発冷却をおこさせ、よって前記熱交換機手段内の前記第１の液体を冷却するために、前記熱交換機手段を通して空気を吹き上げるための、前記熱交換機手段の下方に配置されたファン手段、
前記熱交換機手段から落ちてくる前記第２の液体の実質的に全てを集めるための集水樋の複数の層を有する、前記熱交換機手段の下方で前記筐体内の集水手段であって、前記層のそれぞれの前記樋は前記それぞれの層の上方または下方の前記層の前記樋から横方向にオフセットされており、前記樋のそれぞれは少なくとも１つの開放端を有するものである集水手段、及び
前記樋の前記少なくとも１つの開放端から前記第２の液体を受け取るための前記筐体内の側溝手段、
を備え、
前記集水手段が前記樋を受け入れるための開口を有する少なくとも一対の樋支持プレート構造体を備え、前記プレート構造体が前記樋の長さに沿って軸方向に相互に隔てられ、
前記支持プレート構造体のそれぞれが、対向する末端が相互に突き当たるように適合されている実質的に同等の形状の少なくとも２枚のプレート素子及び前記末端を確実に突き合わせておくための手段を有することを特徴とする装置。
【請求項４】
直接強制通風液体冷却装置において、
筐体、
前記液体冷却装置の外部で用いるために冷却されるべき第１の液体を収めるための前記筐体内の熱交換機手段、
前記熱交換機手段上に第２の液体を、前記第２の液体が重力により前記熱交換機手段を通って下降するように、分配するための、前記熱交換機手段の上方に配置された液体分配手段、
前記第２の液体の蒸発冷却をおこさせ、よって前記熱交換機手段内の前記第１の液体を冷却するために、前記熱交換機手段を通して空気を吹き上げるための、前記熱交換機手段の下方に配置されたファン手段、
前記熱交換機手段から落ちてくる前記第２の液体の実質的に全てを集めるための集水樋の複数の層を有する、前記熱交換機手段の下方で前記筐体内の集水手段であって、前記層のそれぞれの前記樋は前記それぞれの層の上方または下方の前記層の前記樋から横方向にオフセットされており、前記樋のそれぞれは少なくとも１つの開放端を有するものである集水手段、及び
前記樋の前記少なくとも１つの開放端から前記第２の液体を受け取るための前記筐体内の側溝手段、
を備え、
前記集水手段が前記樋を受け入れるための開口を有する少なくとも一対の樋支持プレート構造体を備え、前記プレート構造体が前記樋の長さに沿って軸方向に相互に隔てられ、
前記支持構造体プレート構造体のそれぞれが、対向する末端が相互に突き当たるように適合されている少なくとも２枚のプレート素子を有し、前記対向する末端が突き当たっているときに、合わせて樋に対する開口を形成する切欠き部分が前記対向する末端のそれぞれに形成されており、前記樋及び前記プレート構造体の前記協同手段が樋をそれぞれに、及び前記突き当たっているプレート素子を一緒に、確実に固定することを特徴とする装置。
【請求項５】
前記側溝手段から前記第２の液体を受け取るための前記筐体に隣接する外部集液槽手段を備えることを特徴とする請求項１から４いずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記集液槽手段が前記ファンの側方に配置されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記集液槽手段から前記液体分配手段に前記第２の液体をポンプで送るための、前記集液槽手段及び前記液体分配手段に連結されたポンプ手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記集液槽手段から前記ポンプ手段に前記第２の液体を送るための、前記集液槽手段に前記ポンプ手段を連結するための手段を備え、前記連結手段が前記集液槽手段に連結される第１の末端及び前記第１の末端より低い高さにおいて前記ポンプ手段に連結される第２の末端を有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記集液槽手段が、前記集液槽手段の前記ポンプ手段への連結部より低いレベルに配置された排水孔が設けられているテーパ付き底を有することを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
【請求項１０】
前記集水手段が前記樋を受け入れるための開口を有する少なくとも一対の樋支持プレート構造体を備え、前記プレート構造体が前記樋の長さに沿って軸方向に相互に隔てられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
樋が液体で満たされているときであっても前記プレート構造体の一方の側から他方の側への空気の前記開口の通過を可能にするに十分に前記開口が大きいことを特徴とする請求項２から１０いずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記開口に前記樋を確実に固定するための協同手段が前記樋及び前記プレート構造体に形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記層において前記樋が相互に概ね平行に延び、樋間の最大横方向間隔が個々の樋の最大幅より小さいことを特徴とする請求項１０、１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記樋が横断面においてＶ字形であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記樋が横断面においてＵ字形であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記プレート素子のそれぞれに少なくとも一対の前記切欠き部分が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００９年３月３日に出願された米国仮特許出願第６０/２０８９９５号、２００９年６月５日に出願された米国仮特許出願第６１/２１７８２２号及び２００９年７月１３日に出願された米国仮特許出願第６１/２７０７２３号の恩典を主張する。これらの出願の開示は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全般的には直接強制通風液体冷却器／閉ループ冷却塔及び／または小型冷却塔に関し、さらに詳しくは、そのような冷却器及び冷却塔のための改善された散気集排水システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来タイプの工業用冷却塔は、水または他の液体が、塔内を上に向かって移動している空気に対向する流れとして、逆方向に、塔内を落下するかまたは下に向けて散布される、いわゆる向流塔を備える。そのようなシステムは、水／空気スクラバー、集塵装置、空冷塔、蒸発冷却器、流体冷却器または閉ループ冷却塔、蒸発凝縮器等を含む、様々な用途に用いられる。一般にそのような工業用冷却塔は、降り注ぐ水を集めるために非常に大きな底部水溜めを備える極めて大きな恒久設備である。
【０００４】
屋上設置小型タワーのような、そのような目的のための、可搬型の比較的小さな冷却塔がいくつか、様々な用途のためにつくられている。例えば、ハロルド・ディー・カーティス(Harold D. Curtis)の特許文献１及び２は、工場で既製品として製作され、容易に搬送でき、現場で簡単に組み立てて、現場における特定の水／液体冷却または処理のプロジェクトに必要な容量を提供できる大きさの個別モジュール型冷却塔を開示している。特許文献１及び２に開示されるシステムでは、塔に空気を供給するための１つないし複数のファンが、充填／蒸発冷却材、あるいは液体冷却コイルの下側の、塔の底部に配置されている。ファンは、直接、空気を強制的に塔上方に送る。これらのシステムは一般に直接強制通風向流冷却塔と称される。
【０００５】
底部ファンを備える別のタイプのモジュール型直接強制通風向流冷却塔が特許文献３に開示されている。
【０００６】
これらのシステムのそれぞれは、システム用の循環水を集めて収めるための大きな集水／集液槽、液溜めまたは貯液槽を用いる。これらの集液槽または液溜めは一般に、付帯配管の全てを含む、システムを充填するに十分な液体を収めなければならないから非常に大きい。システム内の(水であることが多いが、水であるとは限らない)プロセス液は、空気をスクラブして空中浮遊粒子を集め、そのような粒子は集液槽、液溜めまたは貯液槽に溜め込まれ、したがって、集液槽、液溜めまたは貯液槽は定期的に清掃されなければならず、システム内の大量の液体は排出されて、雑物除去されるかまたは廃棄されなければならないであろう。本質的に、そのような集液槽、液溜め及び貯液槽は内部沈殿物溜めになる。そのような集液槽は頻繁なメンテナンス作業が必要であり、清掃を実施するために作業者は狭い空間に入って作業しなければならない。同時に、大量の液体自体に、水または廃棄するのでなければ化学処理が必要であり、さらに費用がかかる。さらに、そのようなシステムにおける液体の体積はシステムの重量を非常に大きくし、したがって屋上設置荷重を増大させる。
【０００７】
沈殿物、液体体積及び廃棄の問題に加えて、先に提案されているシステムは、それぞれの集液システムによる散気の問題に十分な対処がなされていない。一般に、冷却塔(または液体冷却器のような別の形態の塔)の効率は、上昇している空気流が降下してくる液体とどれだけよく混ざり合うかによって決定される。そのようなシステム内のファンは、もちろん丸く、ファンは均整のとれた空気流を送り出さないから、空気は塔材料または素子にかけて均等に分配されない。したがって、例えば、特許文献１及び２に開示されるシステムにおいては、複数枚の平行する、傾けられて重なり合う、細長い収集プレートが集液器に用いられる。これらのプレートは塔の壁領域上の気流を、遮断はしないとしてとも、制限して、塔または筐体の一方の側にかなりの空気をあてる角度で、充填材またはその上方の熱交換液体冷却器コイルに押し込む。実際上、これらの収集プレートは一般に、それらを通る空気の分散を遮断または制限し、それらの間の空気の横方向分散を防止する、横方向の支持部材または支持プレートによって塔筐体に支持される。これらの要因は塔に入る空気の品質及び分散に大きく影響し、したがって塔の熱性能を低める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５２２７０９５号明細書
【特許文献２】米国特許第５４８７５３１号明細書
【特許文献３】米国特許第５５４５３５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、改善された可搬型の冷却塔及び／または液体冷却器システムを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の課題は、性能を高めてメンテナンス費用を低減する、強制通風冷却塔及び液体冷却器に用いるための改善された散気装置及び集液システムを提供することにある。
【００１１】
本発明のまた別の課題は、システムの液体充填量を低減し、清掃及び／または液体交換を容易にする集液システムを備える、ロープロファイル可搬型冷却塔及び／または液体冷却器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様にしたがえば、塔筐体の基部の１基ないしさらに多くのファンの上方に配置された新規な集水／集液器／散気装置システムを備える、ロープロファイル可搬型冷却塔及び／または液体冷却器／閉ループ冷却塔が開示される。本発明の集液器は塔の充填材または液体冷却器の伝熱コイルの下方に配置される。集液器は充填材または伝熱コイルを流過する液体の実質的に全てをあつめ、集められた液体を、そこから液体を塔上部に戻す、外部集液槽に供給する１つないし複数の内部側溝に導く。集液器は、充填材または伝熱コイルを通る気流が一様であるように、支持構造を通して塔の幅にかけてファンからの空気を拡散させるようにも構成される。
【００１３】
本発明の別の態様にしたがえば、ロープロファイル可搬型冷却塔及び／または液体冷却器は、ファンの側方に、比較的少量の液体を保持し、清掃のために容易にアクセスすることができる、外部集水／集液槽を備える。
【００１４】
本発明のまた別の態様にしたがえば、複数の層をなして配列されたチャネルを形成するかまたは定める、横方向に隔てられた、複数本のＶ字形またはＵ字形の細長い樋で形成された、ロープロファイル可搬型冷却塔及び／または液体冷却器に用いるための、水／液体冷却器及び散気装置が提供される。それぞれの層の樋は、充填材または熱交換機とファンの間に１００％完璧な湿／乾障壁を提供し、同時に上方に流れる空気の一様拡散を生じさせるために、塔内の下方に流れる液体の実質的に全てを取り込むように、その上下の層の樋からオフセットされて」配置される。
【００１５】
本発明の集水／集液システムは、水／空気スクラバー、集塵装置、冷却塔、蒸発冷却器、液体冷却器及び蒸発凝縮器のような装置に、またスクラブ、清浄化または蒸発冷却のために水またはいずれかの液体を利用するいかなる装置にも、利用することができる。本発明の集液器／散気システムは小形可搬型冷却塔及び／または液体冷却器での使用について説明されるが、本システムは、従来の底部液溜め及び集液槽を有するシステムを含む、いかなるタイプのシステムでも使用することができる。
【００１６】
下方に流れてくる液体の全てを集めるだけでなく、本集液システムは、空気を集液樋の間で垂直上方に流して冷却材または液体冷却器コイルシステムに流すための、低圧手段を提供する。チャネルを形成する樋は、充填材または熱交換機を通る気流の一様性を高めるために、上昇気流を導き、拡散させるように計画的に配置される。本集液器の構造により支持システムを通して横方向に空気を流して空気を一様に分散させることが可能になる。これにより、一層効率が高い液体への空気の混合が生じ、熱交換器または冷却塔の熱性能がかなり向上する。さらに、先に提案された集液器には、集液器パネルにかけてかなりの圧力降下がある。本発明は既存技術に比較して圧力降下を低めるであろう。これにより、熱交換器または冷却塔の熱性能がさらに高まるであろう。さらに、本発明の集液器システムは、現状技術よりもかなり経済的に作成することができる。これらの利点は、集められた水が最終的にどこに導かれるかまたは収められるかにかかわらず、達成される。
【００１７】
本発明の構造の結果として、塔の底部ファンの下方の、及び底部ファンを囲む、集液槽、液溜めまたは貯液槽の使用を排除することができ、よって塔の高さ及び重量をさらに減じることができる。これにより、ユニット製造費用も低減される。さらに、１つないし複数のファンの側方の外部集液槽の利用により、集液槽がファンの下方にある従来構成に比較して、システムに必要なプロセス液量が低減される。本発明によれば、システムに充填するに十分な液体及びポンプのキャビテーションを防止するに十分なポンプ水頭の供給だけが必要である。
【００１８】
塔の底部に取り付けられたファンを収める強制通風システムを備える、本発明の集液／散気システムの利用により、いくつかの利点が得られる。
【００１９】
第１に、湿潤空気システムの外部及び塔構造の下でファンが動作し、したがってファンは自然力から保護される。この特徴により、ファンのメンテナンス費用が大きく低減され、ファンの実用寿命が長くなる。また、ファンは、装置の環境的に優しくない湿潤領域に保全／修理担当者が入る必要無しに、ユニットの下方からアクセスすることができ、保守／修理を行い、及び／または取り外すことができる。この特徴により、メンテナンス費用も大きく低減され、保守／修理担当者をいかなる健康リスクにもさらす必要がなくなるであろう。
【００２０】
第２に、底部取付ファンの使用が容易になることで、集液システムが上昇気流を拡散させるから、空気取入れルーバー及び空気プレナムチャンバの必要がなくなる。さらに、プレナムチャンバ及び空気取入れルーバーがなくなっているから、装置高が低くなるであろう。したがって空気は屋上面または地面とファンの間の空間において装置の下から引き込まれる。この装置の高さ及び重量の低減により、製造費用、運送費用及び吊上げ費用がさらに低減されるであろう。
【００２１】
第３に、底部取付ファンは上部取付ファンまたは側面取付ファンよりもかなり高効率である。丸形ファンで方形箱に気流を送り込む場合、冷却材を気流が十分かつ一様に包み込むことを保証することは難題である。上部取付ファンまたは側面取付ファンを備える塔に供給される空気は冷却材に入る直前に水平方向から垂直方向に向きを変えなければならず、冷却材の底部に一様に入ることはない。この結果、ボイドが発生する。底部取付ファンでは、空気は地面または屋上面とファンの間の開放空間において取り込まれる。空気はファンに入りながら９０°の方向転換を行う。空気は塔の下で横方向で内向きに流れ、充填材の中心に向けて流れる。従来システムにおいて、そのようなタイプの気流は冷却塔の周縁のまわりのボイドを発生させがちである。これは、ある程度は横向き運動から上向き運動に９０°の方向転換を行う際に空気が遭遇する困難による。さらに、吸込通風冷却塔のファンは塔の中心近くにあり、したがって気流の全てが充填材の中心に向って集束する傾向がある。本発明によれば、ファンは集液器の下側及び充填材またはその上の熱交換コイルに対して極めて強い空気ブラストを与え、上方に流れる空気の比較的一様な分散が得られるように、実効的に加圧プレナムを形成する。すなわち、底部取付ファンは一層効率的な液体への空気混合物を形成し、熱性能をかなり向上させる。
【００２２】
さらに、暖気は通常、垂直に上昇する。この自然エネルギーは気流効率を高めるために最適化することができる。
【００２３】
本発明の集液システムは、塔からの下降液体の全てを収め、塔または筐体の１つまたは２つの側壁に配置された側溝に液体を導くような大きさにつくられる。側溝は一端で閉じられ、液体を一方向に流してユニットの一端に配置された外部槽に入れる。本発明の外部集液槽も、全ての水冷装置で用いられるような、装置の下側に配置された水溜または貯水槽の完全な排除を可能にするから、有利である。これらの液溜めは下降してくる水または液体を集めるから、液体内の空中浮揚汚染物も集められ、液溜めにため込まれる。したがって、そのような液溜めは定期的に清掃しなければならず、かなりのメンテナンス費用がかかる。液溜めは、ポンプのキャビテーションがおこらないであろうように十分なポンプ水頭を確保するため、液体のある垂直深さも維持しなければならない。
【００２４】
外部槽は、その最も底に小さな定められた空間をつくる、４面傾斜形状または円錐形状を底に有する。沈泥、汚れ及びその他の水または液体に運ばれる屑は槽の傾斜底のそのような小領域に溜まるであろう。これにより、費用を節減できるいくつかの利点が生じる。
【００２５】
第１に、液溜めが排除されるから、液溜めの清掃費用が完全に排除される。すなわち、バルブを用いて定期的に手動でまたは自動的に集液槽の底から屑をパージすることができる。標準のドレーンパイプを通して、またはその他の手段により、屑を廃棄することができる。別途に集液槽の清掃が必要な場合には、槽の蓋を開けることで容易にアクセスすることができる。沈殿物の廃棄のための槽の自動パージにより、清掃のために装置の狭い空間に入る必要がなくなり、沈殿物の廃棄にともなう、不必要な健康リスクまたは環境にさらされることも全くなくなる。
【００２６】
第２に、外部集液槽にはシステム充填のための最小液量しか必要ではない。この特徴により、従来の液溜めに比較して装置重量が大きく低減される。上述したようにこの液体は定期的に廃棄されなければならず、本発明の集液槽によれば、システムのパージに必要な液量は、従来の液溜めの数１００ガロンに比較して、数ガロンでしかない(１ガロン＝３.７８５３リットル)。
【００２７】
地面捕捉液溜めと対照的な、本発明の集液システムの使用によって得られる第３の利点は、液体を液体分配システムに戻すためにポンプに必要なポンプ水頭がかなり低いことである。ポンプには実効的に、槽内の液体の上面レベルの高さと分配配管の高さの間の差に等しいポンプ水頭を与えることだけしか必要ではない。他方で、従来システムでは、捕捉液溜めが配置される地面から液体分配システムが配置されている塔の最上部までをカバーするポンプ水頭が与えられなければならない。本発明でポンプにより与えられなければならないポンプ水頭は数フィートでしかなく(１フィート＝０.３０４８ｍ)、したがって、必要なポンプ容量が大きく低減される。これは、塔の運用者にとり、従来の吸込通風塔に比較して経費節減になる。
【００２８】
上の議論から理解されるであろうように、本発明の直接強制通風向流システムにより、工業界において現在最も普通に用いられている吸込通風向流水冷却塔に比較して、多くの利点が得られる。
【００２９】
第１に、水溜め及びルーバーの排除並びに構造体総高の低減による、モジュール型ユニットの初期建造費用の低減が主要な利点である。これらのユニットは既製とすることもできるが、一般的な現地建設吸込向流冷却塔はできない。
【００３０】
第２に、ファン下の空間が開放されていて下からのファンへのアクセスが可能になっているから、ファンユニットへのアクセスが極めて容易である。
【００３１】
第３に、本発明のファンユニットは、集水器内を充填材または伝熱コイルを通って上方向に流れている空気に強い乱流を生じさせ、よって、塔を通って下方に流れている水に空気が乱流態様で当たるから、より良い空気分布及びより良い冷却を生じさせる。これは気流がどちらかといえば層流態様にある吸込通風冷却塔と対照的である。
【００３２】
別の利点は、吸込通風モードより強制通風モードでファンを用いた場合にファン効率が一般に大きく向上することである。さらに、ファンを充填材または伝熱コイルに極めて近づけることにより、空気機能流圧力損失が小さくなり、これもファン効率を向上させる。
【００３３】
要約すれば、集水システムは、水で動作する装置に利用される場合に、
高められた熱性能、
低減されたエネルギー消費、
低減された装置内水体積及び水重量、
低減された水及び化学薬品の所要量、
低減されたメンテナンス及び長くなった装置寿命、
低減された装置重量、
空気取入ルーバーの排除、
プレナムチャンバの排除、
低減された装置構造高、
液溜めの排除、
低減された製造コスト、
湿潤排気流からのファン装置の除去、
自浄式集水槽、
ポンプキャビテーションの排除、
環境への優しさ、
液溜めまたはファンの保守／修理のために湿潤領域に入る必要の排除、
を含む、費用を節減する多くの特徴を提供し、水装置にともなう健康及び安全のリスクの排除も提供する。
【００３４】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、本発明の以下の例示実施形態の詳細な説明を添付図面と合わせて読めば、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明にしたがって構成された直接強制通風／液体冷却器の斜視図である。
【図２】図２は図１に示されるような本発明の、側壁が取り外されている、側立面図である。
【図３】図３は図２の線３-３に沿ってとられた断面図である。
【図４】図４は、蒸発冷却塔を提供する、本発明の別の実施形態の図３と同様の断面図である。
【図５】図５は本発明にしたがって作成された集水器の一区画の斜視図である。
【図６】図６は図５の集水器に用いられる水樋の１つの拡大斜視図である。
【図７】図７は図６の樋を用いている相互連結集水区画対の、図５と同様の、斜視図である。
【図８】図８は図５に示される連結器区画に用いられる支持プレートの拡大平面図である。
【図９】図９は図８の線９-９に沿ってとられた支持プレートの端面図である。
【図１０】図１０は、嵌め合わされた２枚のプレートを示す、支持プレートの第２の実施形態の端面図である。
【図１１】図１１は、水樋の相互関係及びそれを通る気流路を示す、集水システムの一区画の簡略な端面図である。
【図１２】図１２は本発明の別の実施形態にしたがう集水システムの、図５と同様の部分斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の実施形態の樋の相互関係及びそれを通る気流路の、図１１と同様の簡略な端面図である。
【図１４】図１４は、ファンが停止しているときの集水器からの水の流出を防止するためのダンパーの使用を示す、図１１と同様の端面図である。
【図１５】図１５はファンが作動しているときのダンパー部を示す、図１４と同様の端面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、一層の樋にダンパーが軸旋回可能な態様で連結されている集水器対の、ファンが停止しているときの、簡略な端面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、一層の樋にダンパーが軸旋回可能な態様で連結されている集水器対の、ファンが作動しているときの、簡略な端面図である。
【図１７】図１７は本発明にしたがって用いられる集水槽の立面図である。
【図１８】図１８は図１７の集水槽の端面図である。
【図１９】図１９は図１９の集水槽の上面図である。
【図２０】図２０は、本発明に用いるための支持プレートの、別の実施形態の端面図である。
【図２１】図２１は、図２０の連結器プレートとともに用いるための、水樋の端面図である。
【図２２】図２２は図２０の連結器プレート及び図２１の樋(図面にはその内の１つだけが示されている)を用いる集水システムの部分拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図面をここで詳細に参照する。初めに図１を参照すれば、直接通風液体冷却器１０が示される。冷却器は、装置内に配置された熱交換機内の二次液体を冷却するために水またはその他の液体の蒸発を有益に利用するように設計される。本発明のシステムは水またはその他の液体とともに使用でき、例示実施形態は水を利用するとして説明されるが、本発明はそれに限定されない。
【００３７】
液体冷却器１０は、オープントップ１４，垂直側壁１５，端壁１７及び底壁１６を有する外部筐体１２を備える。冷却器内部を示すために側壁１５が取り外されている図２に見られるように、筐体１２は、上端２２に液体分配システム２０を収め、図面には冷却コイル型構造として示される熱交換機２４を収めている。熱交換機２４は、冷却されるべき液体を熱交換機に供給するための送込端２６及び冷却された液体(例えばグリコール)を外部システム、例えば冷房システムに供給するための排出端２８を有する曲り管として形成される。
【００３８】
筐体１２内には、水分配システム２０からコイルシステムの間の空間を流過する水を集めるための集水器３０も熱交換機コイル２４の下に配置される。筐体の底部開口を通して空気を引き込み、集水器３０及び冷却コイル２４を通し、分配システム２０から分配される水に対向して、空気を吹き上げるための、１つないしさらに多くのファン３２が、いずれかの適切な態様で支持されて、筐体１２の底に備えられる。
【００３９】
水分配システム２０は、以降で説明されるように、集水システム３０によって集められた水を受け取るために、ファンとほぼ同じレベルで筐体１２の外部に取り付けられた集水槽３４を有する。集められた水は槽３４から放出管３６を通してポンプ３８に放出される。ポンプは、複数のノズル４２が筐体内部で連結されている、分配管４０を通して液体を再循環させる。これらのノズルは、熱交換機コイル２４の上方で熱交換機内に水の下向きスプレーをつくり出す。ノズルは、流体冷却器または蒸発冷却装置に用いるに適するいずれか既知の構成を有することができるが、国際公開第２００９/０７０６９１号パンフレットに開示されているタイプのスプレーノズルが好ましい。
【００４０】
熱交換機コイル２４を通して吹き上げられるミストを途中で捕らえ、トラップし、集めて、ミストの大気への飛散を防止するために、既知の形態のドリフト除去構造４４が筐体１２のオープントップ１４に取り付けられる。そのようなドリフト除去器は技術上既知であり、本明細書で詳細に説明される必要はない。適するドリフト除去器の例が、それぞれの取付けとともに、特許文献１及び２に示され、説明されている。これらの２つの特許文献の開示は本明細書に参照として含まれる。
【００４１】
図２及び３に示されるように、筐体１２及び筐体１２に取り付けられた装備は、床上または地上に、あるいは例えばビルの屋上に、支持体すなわちＩビーム脚４６，またはその他いずれかの適切な基礎支持体によって、支持される。筐体１２の底１６は、この構造によって形成される空間４９への、ファン３２によって筐体に引き込まれる、空気の吹込みが可能になるように、支持床から隔てられる。
【００４２】
図面の図３は、内部を露出させるためにハウジングの後壁１７が取り外されている、図２の線３-３に沿ってとられた図である。図３に見られるように、熱交換機コイル２４は、コイルの送込入口２６において流入する冷却されるべき液体が、冷却器を流過する、向流空気及び分配システム２０からの液体の冷却効果にさらされるための冷却器内で比較的長い進路を有するように、複数回転回するコイル形成管を有する。コイル構造はいずれかの適切な態様で作成することができ、技術上既知のいずれかの適切な態様で筐体１２内にブラケットまたは孔あき筐体４６によって支持される。
【００４３】
図２及び３に見られるように、集水システム３０は、以降でさらに詳細に説明されるように、複数の層をなして配列された複数のＶ字形樋５０を有する。これらの樋は、コイル２４を通過する液体を中途で捕らえてファン３２から遠ざけるために、液体を集める。図３に示されるように、樋５０の末端は開放されて、システム３０は筐体１２のそれぞれの側面においてＬ字形壁構造５２上に支持される。この壁構造は筐体の長さに沿って延び、筐体の側壁が側溝を形成する。２本の側溝は槽３４に隣接する開口５４に水を運び、集められた水が槽に流入して、上述したように、再循環され得るように、槽の対応する開口に防水シール等によって連結される。
【００４４】
次に図面の図５を参照すれば、集水システム３０の一部の拡大斜視図が示される。図６は樋５０の１つの独立図である。集水／集液器３０の全体は、以降で説明されるように、図７に見られるように相互に連結され、図５に見られるように複数の集水ユニットすなわちセグメント６０でつくられる。ユニット６０のそれぞれは、樋５０を受け入れるために開口６４が開けられた、複数の樋支持プレートまたは樋支持構造６２を有する。これらの支持プレートは軽量成形プラスチック等で形成することができる。図示される実施形態においては、４枚の支持プレートが備えられるが、支持プレートの数はユニットの大きさに依存するであろう。図５及び６に示される本発明の実施形態において、樋５０は一般にＶ字形であり、樋を支持プレートに嵌め込むに便利なように樋の脚６６の撓みを可能にする、可撓性の金属材料またはプラスチック材料で形成される。
【００４５】
支持プレート６２のさらに詳細な図が、樋５０のＶ字形形状に相補的なＶ字形の底縁形状をプレートの開口６４が一般に有することが分かる、図８に示される。開口６４のＶ字形縁端６４ａは、縁端６４ａの末端においてプレートにノッチ６４ｃを形成する、突当点６４ｂで終端する。開口６４の上端６４ｄは若干のアーチを描く。この構造により、可撓性Ｖ字形樋の脚６６が相互に若干近づき、よって開口に縦に挿入され得るような、可撓性Ｖ字形樋の若干の曲げが可能になる。樋がプレート開口に適切に配置されると、脚６６に形成されたノッチ６８がプレートのノッチ６４ｃの下の所定の場所に嵌り込むであろう。この構成により、樋を支持プレートに保持するため及びプレート自体を安定にするための、集水システム集水器アセンブリにおける協同手段が提供される。
【００４６】
本システムのスロット／ノッチ構成により、機械的締結具を用いずとも、モジュールの構造一体性を維持する組立てが可能になる。本システムのスロット／ノッチ構成により取外し容易性も提供される。
【００４７】
組立てを容易にするだけでなく、この支持プレート構造は、空気が集液器を通って移動している間の空気の一様な横方向分散を保証するため、樋が液体で満たされていても、空気が支持プレートの間を通ることができるように、樋の上方にプレートを通る空気通路を形成する。
【００４８】
図８及び９を参照すれば、プレート６２の側縁７０はその上に形成された縦壁素子７２を有する。そのような壁素子は、図７に示されるように、複数の集水セグメント６０が筐体内に配置される場合、相互に接触するであろう。さらに、図５，７及び８に見られるように、支持プレートの側縁７０には部分開口６４が形成されており、部分開口６４は隣接するプレート上の対応する部分開口に相補的であり、よってプレート側縁が接触したときにそれぞれの部分開口がそれらの間で完全な開口を形成する。この構成により、Ｖ字形樋素子５０がそのような開口に嵌め込まれると、樋自体が２枚の支持プレートの間の連結体となり、集水セグメント６０を相互連結させるためにはたらく。図示される実施形態にはプレート６２のそれぞれの側縁に２つのそのような部分開口が示されているが、そのような開口の数はプレートの大きさに依存するであろう。
【００４９】
図９に見られるように、支持プレート６２の底縁７４は、支持プレート６２から延び出し、側溝壁５２ａ(図３)の上端に支持のために載ることができる支持面７８を底縁７４に与える、薄い、オフセットされた壁体７５を有する。さらに、１つより多くの集水ユニット層が用いられる場合、ユニットは、プレート６２の上端７９上に支持面７８を載せて、相互に積み重ねることができる。
【００５０】
上述したように、本発明の好ましい実施形態は集められた液体を側溝に導く集液チャネルを設けるためにＶ字形樋を用いるが、Ｕ字形樋のような別の適切な形状も用い得ることは当然である。さらに、図３に示されるように、樋の逆側の末端は水を一対の側溝に流し込むために開放されており、望ましければ、筐体内の単一の側溝に全ての液体が流し込まれるように、樋の一端を閉じることができる。
【００５１】
次に図１１を参照すれば、集水器の樋アレイの略図が与えられる。図１１に見られるように、ファンから流れてくる空気は低層側の樋５０に当たり、樋間の間隙を通過して、上方の樋の底に向かって拡散する。さらに、開口６４は樋の上方に大きな上部領域をもって形成されるから、図１１の右上に簡略に描かれ、矢印Ｂで示されるように、樋が水で満たされていたとしても、空気はプレート６２を通ってプレートの逆側に流れることができる。この拡散パターンは、集水システムの上部において空気が完全に横方向に拡散して、冷却コイルを通る一様な流れになり、したがって熱伝達が一様になるように、樋の複数の層でおこり、複数の層にわたって継続する。同じく図１１に見られるように、それぞれの層の樋５０は、相互に横方向で隔てられ、上下の層の樋に対してオフセットされている。それぞれの層における樋の末端の間隔７８は樋自体の幅より小さく、したがって、ミストまたは液滴として集液器を通ってファンに向けて流れ落ちる液体を樋が集める機会が増える。
【００５２】
好ましい実施形態の１つにおいて、単一の樋５０の脚の幅は約３インチ(７６.２ｍｍ)であり、隣り合う脚の末端の間隔は２インチ(５０.８ｍｍ)である。
【００５３】
図２〜９に示されるように５層の樋を用いると、熱交換機を通って槽３４に戻る水滴の実質的に１００％が集められることが分かった。しかし、望ましければさらに多いかまたは少ない層を用いることができる。
【００５４】
もちろん、上述した樋の一様間隔が必須でないことは当然である。実際、用途または筐体の特定の形状に依存して気流を特定の領域に導くために樋の間隔を変えることは本発明の範囲内にある。さらに、隣り合う樋の間の開口の大きさを変えることは樋間の空気速度に影響するであろう。樋間の間隙を変えることにより、システム全体にわたって空気分布の均衡を一層良くとることができる。しかし、上述した通り、水がファンから逃れることができないように樋が重なり合ったままでいることが重要である。
【００５５】
図１０は、先に説明した支持プレート構造と同様であるが４層の集液樋を用いる、支持プレート構造を示す。この場合、支持プレート６２'は、プレートの縁端が相互にかみ合い、縁端上の縦壁７２が相互支持のために重なり合うように、若干異なる縁端形状を有する。これらの縦壁には、隣接するプレートの対向する平縁端７２'を受け入れ、縁端７２'と機能的に嵌合して、隣接プレートと嵌り合うようであろう、嵌込みＵ字形状のような、スナップ嵌め構造を形成することができる。
【００５６】
図１２及び１３は本発明の別の実施形態を簡略に示す。この場合、先の実施形態におけるように個別の樋５０を用いるのではなく、それぞれ樋の頂点の間を垂直に延びる複合ウエブ８２によって連結された、樋対８０が備えられる。そのような構造体は、先に説明した開口６４に対応する、支持プレートの開口に嵌め込まれることになろう。しかし、この実施形態のプレートは、ウエブ８２を収めるため、開口６４の間を延びるスロット８３を有するであろう。図１２において、プレート及びプレートの開口は簡略に示されている。ウエブ８２連結されて対になった樋を備えることにより、構造体に若干高い剛性が与えられるが、支持プレートを通る空気の分布は維持される。
【００５７】
図８を再び参照すれば、樋支持プレートには、下方に延び、樋からでて下側の樋に向かうリブ９０が形成されている。本発明にしたがう冷却器の動作の過程において、システム２０からの液体はプレートの表面上に凝縮し、液膜になって支持プレートに沿って下方に流れ得ることが分かった。そのような凝縮はファン領域に入らないように集められることが必要である。したがって、リブ９０が、凝縮液膜が下方に流れる間に凝縮液膜を細分して直下の集水樋に導く。同様に、凝縮液膜は塔の内部壁面上にも形成され得る。したがって、図２に示されるように、内部壁面上を下方に流れている凝縮液膜を樋に導くための偏流プレート９６が端壁１７上に備えられる。側壁上では凝縮液膜は下方に流れて側溝に導かれるであろうから、図３に見られるように、そのような偏流プレートは必要ではない。
【００５８】
次に図４を参照すれば、本発明の技術が蒸発冷却器に同様に用いるために適合されている。蒸発冷却器において、液体はコイル２４を通過する代わりに筐体１２内の層１００を形成する周知の構造の蒸発冷却材を通過する対向流になる。蒸発冷却材は多くの形態をとることができ、一般には、液体と空気が対向して通過する空気通路を形成する、成形コルゲートプラスチックシートとすることができるであろう。水分は空気と接触しながら冷却材内で蒸発し、よって空調システム等に用いるための空気を冷却する。
【００５９】
上述したように、集水システムは底部ファンシステムを備える小型可搬液体冷却器または冷却塔に関して図示及び説明されるが、集水システムは、その優れた空気拡散及び分散特性及び利点を保持したまま、例えば特許文献１及び３またはその他のシステムを備える、液体冷却器または充填材料の下に従来の集水槽または水溜めを有するさらに通常のシステムに用いることができる。
【００６０】
次に図１４及び１５を参照すれば、下層集水器の樋５０間の間隙を閉じて、水分配システムから集水器を通って滴下しているいかなる液体も集水器の下のファンに入れないようにするための、ダンパーシステムが示されている。図１４及び１５に示される実施形態においては、下層の樋５０間の間隙のそれぞれに小形の樋様ダンパー１１０が備えられる。ダンパー１１０は樋２０の長さに対応する長さを有し、一般に、それぞれの樋の脚の上端に載る小さな脚をもつ、概ねＭ字形状を有する。これらのダンパーは軽量プラスチック部材であり、ファンが動作しているときは空気圧の影響の下に図１５に示される位置まで上方に移動して、上方の樋の底面に保持されるであろう。ファンが停止すると、これらのダンパーは下のレベルの樋の上端に降下して、その上に載るであろう。これらのダンパーは自由に浮揚できるが、好ましければ、図１４に示される閉位置から図１５に示される開位置までのダンパーの垂直方向移動を誘導するための、支持プレートに形成されたスロットに嵌合する誘導ピンをダンパーに形成することができるであろう。
【００６１】
図１６ａ及び１６ｂに示されるような、別の構成において、一体蝶番１１２または当業者が思いつくであろう、その他の適切な軸旋回機構を用いて、ダンパー１１０を樋と一体形成することができる。この場合、ダンパーは、最下層の樋の隣のＶ字形樋の頂点に連結された一対の細長いプレート１１１で形成される。それぞれのプレート１１１は、樋の内の２つに示されるような一体蝶番１１２によるか、あるいはロッド上でのダンパープレート１１１の軸旋回を可能にする半円柱蝶番１１５が嵌合する、Ｖ字の頂点に形成された旋回軸ロッドを有する適切な機械的蝶番により、樋に連結される。これらの構成のいずれかにより、ファンが停止しているときに、ダンパーは図１６ａに実線で示される位置に重力によって下がり、ファンが作動しているときにダンパーは強制気流の影響の下で図１６ｂの点線の位置まで移動するであろう。当業者には当然であろうように、樋が支持プレートに載ることができるように、ダンパーは上述したノッチ６８の間のセグメントにおいて樋上に形成される。さらに、樋が支持プレートに装着されている間は装着を妨害しないように、軸旋回ダンパーパネルは図１６ｂの開位置に保持しておくことができる。さらに、上述した本発明の集液システムによって提供される改善された空気分散を図１５または図１６のダンパーが妨げることはないであろう。
【００６２】
本発明におけるダンパーの使用は、液体をファンから隔離して、ファンを害し、損傷を生じさせ得るであろう、腐蝕を回避するためだけではなく、水を冷凍状態にしないでおくためにも有益である。
【００６３】
いくつかの用途において、(ファンが作動しているか停止しているかにかわらず)水分が樋の外表面上に凝縮し得るかまたは樋に縁端に打ち当たる液滴が表面張力または何か別の機構によって樋の外表面に流れ得ると考えられる。そのような液体は外表面に沿って流れて、下の樋に落ち込むであろう。液滴が最下層の樋で生じた場合、液滴はファン上に落下し得るはずである。
【００６４】
このファン上への液滴落下の可能性を排除するため、図２０〜２２に示される集液システムを用いることができる。この実施形態においては、上述したような開口６４が支持プレート６２に形成される。さらに、これらの開口には、開口縁端６４ａの合流点において垂直スロット６４ｅが形成される。それぞれのスロット６４ｅの下端に小Ｖ字形スロット６４ｆも形成される。
【００６５】
スロット６４ｅ及び６４ｆは、垂直脚６７ａ及びその末端に形成された小Ｖ字形樋６７ｂを有する樋エクステンション６７を受け入れて収めるように形成される。そのような樋に外表面上に凝縮するかまたは移動する液体は小樋６７ｂに取り込まれる。もちろん、樋６７ｂの長さが本質的に、その中に集められた液体を塔の側溝に運ぶために、樋６６の長さと同じであることは当然である。
【００６６】
エクステンション６７を有する樋６６は、図２２示されるように、開口６４及びスロット６４ｅ及び６４ｆに受け入れられる。図２２にはプレート６２の一部しか示されておらず、明解さのために１つの樋６６が所定の位置に示されている。本システムを組み立てるため、上述したように支持プレート６２の開口６４内に樋が誘導されると同時に、ノッチ６８が支持プレートと所定の位置に合わせられて嵌め込まれるまで、樋エクステンションがスロット６４ｅ及び６４ｆ内に誘導される。
【００６７】
原理的には、上述したように上方の樋の外表面上のいかなる液体もその下の樋に捕らえられて側溝に運ばれるはずであるから、そのようなエクステンション６７は支持プレートの最下層の樋にしか必要ではないはずである。したがって、上述したように、下層の樋の外表面上のいかなる残留液体も小樋６７ｂによって集められて、同様に側溝に送られる。しかし、そのような液体を可能な限り迅速に気流から除去するため、集液システムの全ての樋層がエクステンション６７を有する樋を備えることが好ましい。
【００６８】
図１７〜１９は集水槽３４をさらに詳細に示す。直接強制通風液体冷却器または閉ループ冷却塔に用いる代表的な用途においては、上述したように、従来技術の装置に比較してこの槽は小形につくられる。これは、そのようなシステムでは水が流体冷却器を決して離れず、槽からスプレーヘッドに送られ、再び戻る、再循環を行うからである。これが、水が冷却のためにシステムの外部で用いられてから戻される冷却塔との違いである。
【００６９】
液体冷却器とともに用いるための本発明の集水槽は一般に、システム全体に対してほぼ９０ガロン(約３４０リットル)の液体を保持するであろう。上で論じられるように、また図１７〜１９に示されるように、槽は、全ての液体が底の流出口に導かれるように、テーパ付きの概ね三角形の４枚の壁で形成されるか、または円錐形としてつくられた、テーパ付きの底３５を有する。この構成により、作動液内に集められた沈殿物等は槽内のテーパ付き底に溜め込まれ、この沈殿物は必要に応じてドレーン１２０を通してシステムから容易に流し出すことができる。さらに、槽は筐体外部に配置され、簡単に取り外すことができる上蓋１４を有するから、清掃のための槽へのアクセスが容易である。さらにまた、層はポンプより高い位置に置かれるから、作動に必要な水頭は従来システムより低く、また流出口３９の位置により、ポンプは迎え水が入れられたままであり、よって動作に必要なポンプが小型になる。
【００７０】
上述したように、本発明のシステムは多くの大きな改善を提供する。集液システムは、下降してくる水の全てを集め、また全充填材が熱交換器または充填材の全表面にかけて実質的に等しい気流を得るように上昇気流を導き、分散させる。これにより、水への空気の混合の効率を一層高め、よってシステムの性能を高める。さらに、集水器の構造により、既存の技術に比較して、集水器パネルにかけてかなりの圧力降下が得られる。低減された圧力降下も冷却塔の熱性能を高める。さらに、集水システムは製造が比較的簡単で、経済的である。
【００７１】
本明細書において図面に示される特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明がそのような正確な実施形態に限定されず、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく様々な変更及び改変が本発明に実施され得ることは当然である。
【符号の説明】
【００７２】
１０    液体冷却器
１２    筐体
１４    オープントップ
１５    側壁
１６    底壁
１７    端壁
２０    液体分配システム
２２    筐体上端
２４    熱交換機
２６    送込端
２８    排出端
３０    集水器
３２    ファン
３４    集水槽
３６    放出管
３８    ポンプ
４０    分配管
４２    ノズル
４４    ドリフト除去構造
４６    Ｉビーム脚
４８    孔あき筐体
４９    構造下空間
５０    Ｖ字形樋
５２    Ｌ字形構造
５４    開口
６２    支持プレート
９６    偏向プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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