(57)【要約】【課題】冷却装置の冷却効率を向上させることができる充填材、および該充填材を備えた冷却装置を提供する。【解決手段】冷却装置１００内に設置され、表面を伝う熱媒体と空気との間で熱交換を行わせるための冷却装置用充填材２２であって、熱媒体が伝って流れる部分である熱交換部２８を有し、熱交換部の表面が複数の波状面を合成した形状を有しており、複数の波状面が大波状面３４と該大波状面上に合成された小波状面４２と、を含み、大波状面のピッチｐ１が小波状面のピッチｐ２より大きく、且つ、大波状面の振幅ｈ１が小波状面の振幅ｈ２より大きい、冷却装置用充填材とする。【選択図】図６
2014152942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却装置内に設置され、表面を伝う熱媒体と空気との間で熱交換を行わせるための冷却装置用充填材であって、
前記熱媒体が伝って流れる部分である熱交換部を有し、
前記熱交換部の表面が複数の波状面を合成した形状を有しており、
前記複数の波状面が大波状面と該大波状面上に合成された小波状面と、を含み、
前記大波状面のピッチが前記小波状面のピッチより大きく、且つ、前記大波状面の振幅が前記小波状面の振幅より大きい、
冷却装置用充填材。
【請求項２】
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
前記大波状面の山線および谷線の少なくとも一部が鉛直方向対して傾斜するように形成されている、請求項１に記載の冷却装置用充填材。
【請求項３】
前記小波状面が小波状面Ａおよび小波状面Ｂを含んでおり、
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
前記小波状面Ａの山線および谷線の少なくとも一部と、前記小波状面Ｂの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して異なる方向に傾斜するように形成されている、
請求項１又は２に記載の冷却装置用充填材。
【請求項４】
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
前記大波状面の前記山線および前記谷線の少なくとも一部と、前記小波状面Ｂの前記山線および前記谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して同じ方向に傾斜するように形成されており、
前記大波状面の前記山線および前記谷線の少なくとも一部と、前記小波状面Ａの前記山線および前記谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して異なる方向に傾斜するように形成されている、
請求項３に記載の冷却装置用充填材。
【請求項５】
前記熱交換部の表面が、
前記小波状面Ａの前記山線と前記小波状面Ｂの前記山線との交点、前記小波状面Ａの前記山線と前記小波状面Ｂの前記谷線との交点、前記小波状面Ａの前記谷線と前記小波状面Ｂの前記山線との交点、および前記小波状面Ａの前記谷線と前記小波状面Ｂの前記谷線との交点、を角として形成される略四角形の面を組み合わせて形成された部分を有している、
請求項３又は４に記載の冷却装置用充填材。
【請求項６】
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
前記大波状面の前記山線および前記谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下であり、
前記小波状面Ｂの前記山線および前記谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下である、
請求項３乃至５のいずれかに記載の冷却装置用充填材。
【請求項７】
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
前記小波状面Ａの前記山線および前記谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに３度以上３０度以下である、
請求項３乃至６のいずれかに記載の冷却装置用充填材。
【請求項８】
前記冷却装置に設置したときの正面視において、
所定の鉛直軸より冷却装置の外側において、前記大波状面の前記山線および前記谷線の傾斜角と、前記小波状面Ｂの前記山線および前記谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して時計回りに４５度以上９０度以下であるとともに、前記小波状面Ａの前記山線および前記谷線の傾斜角が鉛直方向に対して反時計回りに５度以上３０度以下であり、
前記所定の鉛直軸より冷却装置の内側において、前記大波状面の前記山線および前記谷線の傾斜角と、前記小波状面Ｂの前記山線および前記谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して反時計回りに４５度以上９０度以下であるとともに、前記小波状面Ａの前記山線および前記谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回りに５度以上３０度以下である、
請求項３乃至７のいずれかに記載の冷却装置用充填材。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却装置用充填材を備えた冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置において熱媒体と空気との間で熱交換を行わせるための熱交換器として機能する冷却装置用充填材、および該冷却装置用充填材を備えた冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物に設けられた空調や冷凍機などの設備には冷却水などの熱媒体が用いられる。これらの設備で利用された熱媒体は温度が上昇するので、再利用するためには冷却する必要がある。このような熱媒体の冷却には、充填材を備えた冷却装置が一般に用いられている。当該冷却装置では、まず鉛直に立てて設置した充填材の上部から冷却対象の熱媒体を滴下し、充填材の表面に伝わらせる。充填材の表面を伝って流れる熱媒体は空気と接触することによって気化熱を奪われ、一部が蒸発して冷却される。すなわち、充填材は熱交換器として機能する。このような冷却装置における熱媒体の冷却性能は充填材の形態によって大きく異なる。
【０００３】
上述した充填材を備えた冷却装置に関する技術として、例えば特許文献１には、直交流式熱交換塔の本体内にこの熱交換塔の外気取入口に対面して充填される充填材ユニットにおける各充填板（充填材）の全表裏面には、外気取入口側から排気口側にわたる畝が空気流れ方向に延在し、かつ上下多段に略平行に隆起して形成され、各畝の水平な空気流れに対する仰角度は、外気取入口寄りの部分は小さく、排気口寄り部分ほど大きくしてあることを特徴とする直交流式熱交換塔（冷却装置）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−１０４６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術によれば、充填材（充填板）に畝を設けたことによって充填材の表面積が増す。そのため、充填材の表面において熱媒体と空気とが接する面積が増え、熱媒体と空気との間で熱交換を行いやすくなる。よって、特許文献１に開示された技術によれば、冷却装置の冷却効率を向上させることができると考えられる。
しかしながら、充填材にはさらなる改良の余地があった。
【０００６】
そこで本発明は、冷却装置の冷却効率を向上させることができる冷却装置用充填材、および該冷却装置用充填材を備えた冷却装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、本発明について説明する。
【０００８】
本発明の第１の態様は、冷却装置内に設置され、表面を伝う熱媒体と空気との間で熱交換を行わせるための冷却装置用充填材であって、熱媒体が伝って流れる部分である熱交換部を有し、熱交換部の表面が複数の波状面を合成した形状を有しており、複数の波状面が大波状面と該大波状面上に合成された小波状面と、を含み、大波状面のピッチが小波状面のピッチより大きく、且つ、大波状面の振幅が小波状面の振幅より大きい、冷却装置用充填材である。
【０００９】
上記本発明の第１の態様において、冷却装置に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部が鉛直方向対して傾斜するように形成されていることが好ましい。
【００１０】
充填材は複数積層して用いられる。本明細書において充填材の「正面視」とは、当該積層方向に平行な方向から見ることを意味する。また、本明細書において、「山線」とは、充填材を水平面に載置したときの波状面の最頂部（凸部の最も高い位置）を通る線を意味し、「谷線」とは、充填材を水平面に載置したときの波状面の最底部（凹部の最も低い位置）を通る線を意味する。
【００１１】
上記本発明の第１の態様において、小波状面が小波状面Ａおよび小波状面Ｂを含んでおり、冷却装置に設置したときの正面視において、小波状面Ａの山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ｂの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して異なる方向に傾斜するように形成されていることが好ましい。
【００１２】
本明細書において「鉛直方向に対して異なる方向に傾斜する」とは、鉛直方向に対して一方が時計回りに９０度以下の角度で傾斜している場合に他方が反時計回りに９０度未満の角度で傾斜していることを意味する。
【００１３】
上記本発明の第１の態様において、冷却装置に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ｂの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して同じ方向に傾斜するように形成されており、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ａの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して異なる方向に傾斜するように形成されていることが好ましい。
【００１４】
本明細書において「鉛直方向に対して同じ方向に傾斜する」とは、鉛直方向に対して一方が時計回りに９０度以下の角度で傾斜している場合は他方も時計回りに９０度以下の角度で傾斜しており、一方が反時計回りに９０度未満の角度で傾斜している場合は他方も反時計回りに９０度未満の角度で傾斜していることを意味する。
【００１５】
上記本発明の第１の態様において、熱交換部の表面が、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの山線との交点、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの谷線との交点、小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの山線との交点、および小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの谷線との交点、を角として形成される略四角形の面を組み合わせて形成された部分を有していることが好ましい。
【００１６】
上記本発明の第１の態様において、冷却装置に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下であり、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下であることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の第１の態様において、冷却装置に設置したときの正面視において、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに３度以上３０度以下であることが好ましい。
【００１８】
上記本発明の第１の態様において、冷却装置に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸より冷却装置の外側において、大波状面の山線および谷線の傾斜角と、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して時計回りに４５度以上９０度以下であるとともに、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して反時計回りに５度以上３０度以下であり、所定の鉛直軸より冷却装置の内側において、大波状面の山線および谷線の傾斜角と、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して反時計回りに４５度以上９０度以下であるとともに、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回りに５度以上３０度以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様にかかる冷却装置用充填材を備えた冷却装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、冷却装置の冷却効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】冷却装置１００を概略的に示した断面図である。
【図２】充填材２２を概略的に示した平面図である。
【図３】（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、大波状面３４について説明する図である。（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、大波状面３９について説明する図である。
【図４】（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ｂ４２について説明する図である。（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ｂ４５について説明する図である。
【図５】（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ａ５２について説明する図である。（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ａ５５について説明する図である。
【図６】大波状面および小波状面のピッチおよび振幅について説明する図である。
【図７】（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８の一部について説明する図である。（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、図２に示した鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８の一部について説明する図である。
【図８】図７（Ａ）に示した熱交換部２８の一部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の上記した作用および利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、簡略化している。また、各図面において、同様の構成のものには同じ符号を付しており、繰り返しとなる符号は一部省略している場合がある。
【００２３】
図１は、冷却装置１００を概略的に示した断面図である。冷却装置１００は、冷却装置本体２０および空気供給手段１０を備えている。冷却装置１００は、後に詳述する冷却装置用充填材（以下、単に「充填材」ということがある。）２２を備える以外は公知の冷却装置と同様の構成とすることができる。
【００２４】
空気供給手段１０は、冷却装置本体２０内に空気を供給できる手段である。空気供給手段１０は、例えば、不図示の動力源によって運転することで冷却装置本体２０内の空気を排出できる送風機１１と、該送風機１１を覆う筒状のドラム１２と、を備える形態とすることができる。空気供給手段１０に備えられた送風機１１を運転することによって、図１に白抜き矢印で示したように、冷却装置本体２０の側面に形成されたルーバー２１から冷却装置本体２０内に空気が吸い込まれ、該空気は冷却装置本体２０内を流通して冷却装置１００の上部から吐き出される。
【００２５】
冷却装置本体２０は、筐体１３を備えており、該筐体１３内には熱媒体供給手段１４、充填材２２および熱媒体回収手段１５が備えられている。
筐体１３の側面にはルーバー２１が設けられており、上記のように空気を冷却装置本体２０内に取り込むことができる。
熱媒体供給手段１４は、建物に設けられた空調や冷凍機などの設備に使用された熱媒体を外部から受け入れ、該熱媒体を充填材２２の上部に滴下できる手段である。このような熱媒体供給手段１４の具体例としては、外部から熱媒体を受け入れる供給部と、底に設けられた孔とを有する散水槽を挙げることができる。当該散水槽によれば、供給部から熱媒体を受け入れ、底に設けられた孔から充填材２２へ熱媒体を滴下することができる。
熱媒体回収手段１５は、熱媒体供給手段１４によって滴下され、後述するようにして充填材２２において熱交換された熱媒体を回収できる手段である。このような熱媒体回収手段１５の具体例としては、上部（充填材２２が備えられる側）が開口しており、熱媒体を排出できる排出部を側面又は底面に備えた容器、を挙げることができる。熱媒体回収手段１５で回収された熱媒体は、再度、建物に設けられた空調や冷凍機などの設備の冷却に供される。
【００２６】
上述したようにして空気供給手段１０によって冷却装置本体２０内に空気を強制的に流すとともに、熱媒体供給手段１４によって熱媒体を充填材２２に滴下することによって、該熱媒体を冷却することができる。より具体的には、熱媒体供給手段１４によって滴下された熱媒体を充填材２２の表面に伝わらせて流下させるとともに、上記のようにして吸い込まれた空気を充填剤２２の表面を横切らせることによって、熱媒体と空気とを接触させ、空気と熱媒体との間で熱交換を行わせ、熱媒体を冷却することができる。以下、充填剤２２について詳細に説明する。
【００２７】
図２は、充填材２２を概略的に示した平面図である。充填材２２は複数積層して用いられる。図２は、一つの充填材２２を積層方向に平行な方向（正面）から見た図である。図２において、紙面左が冷却装置１００の内側、紙面右が冷却装置１００の外側、紙面上が天側、紙面下が地側である。なお、図２では、後に詳述する熱交換部２８の詳細な表面形状を省略して示している。
【００２８】
充填材２２は冷却装置１００内に設置され、表面を伝う熱媒体と空気との間で熱交換を行わせるための熱交換器の一種である。充填材２２は複数積層して用いられる。積層された充填材２２同士の間には熱媒体と熱交換を行うための空気を通すための間隔が設けられる。そのため、充填材２２には隣接する他の充填材２２との間隔を確保するための突起２３と、隣接する他の充填材２２の突起２３を受けるための受け部２４が複数設けられている。突起２３および受け部２４の数、設置間隔および大きさは、充填材２２同士の間隔を適切に確保できるように適宜設計される。
【００２９】
また、充填材２２は、上部に水受け２５を有しており、水受け２５の下部には熱媒体が伝って流れる部分である熱交換部２８（図２に斜線で示した部分）を有している。熱交換部２８は板材で構成されている。熱交換部２８が板材で構成されることによって、後に詳述する表面形状を熱交換部２８の両面に形成することが容易になる。冷却させるために冷却装置１００内に供給された熱媒体は、まず水受け２５に滴下され、熱交換部２８の表面を伝って流下する。
【００３０】
水受け２５は、上部から下部に向かうに連れて紙面奥から手前方向に傾斜した第１傾斜部２６と、上部から下部に向かうに連れて紙面手前から奥方向に傾斜した第２傾斜部２７と、を有している。第１傾斜部２６および第２傾斜部２７は、充填材２２の幅方向（図２の左右方向）に交互に形成されている。
充填材２２の上部から水受け２５に滴下された熱媒体は、第１傾斜部２６又は第２傾斜部２７に滴下される。第１傾斜部２６に滴下された熱媒体は熱交換部２８の紙面手前側の面を伝って流下し、第２傾斜部２７に滴下された熱媒体は熱交換部２８の紙面裏側の面を伝って流下する。
【００３１】
上記のようにして熱交換部２８の表面を伝って流れる熱媒体は、熱交換部２８を横切る空気と接触して熱交換を行い、冷却される。充填材２２によれば、以下に説明するように熱交換部２８において効率良く上記熱交換が行われるので、冷却装置１００の冷却性能を向上させることができる。
【００３２】
熱交換部２８は表面が複数の波状面を合成した形状を有している。熱交換部２８の表面を構成する複数の波状面は合成されることによって各波状面の形状が明確には識別できなくなっている。すなわち、複数の波状面が合成されることによって、各波状面の谷線および山線が直線状には見えなくなっている。そのため、熱交換部２８の表面を構成する各波状面について、合成する前の設計段階における形状について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
図３乃至図５は、熱交換部２８の表面を構成する波状面について説明するための図である。図３乃至図５において、実線の直線は山線を示しており、一点鎖線は谷線を示している。
【００３４】
図３（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘ（図２参照）より冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、大波状面３４について説明する図である。
図３（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、大波状面３９について説明する図である。
図４（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ｂ４２について説明する図である。
図４（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ｂ４５について説明する図である。
図５（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ａ５２について説明する図である。
図５（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、所定の鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８に形成される、小波状面Ａ５５について説明する図である。
【００３５】
熱交換部２８の表面は複数の波状面を合成した形状を有している。当該複数の波状面は大波状面および該大波状面上に合成された小波状面を含んでおり、大波状面のピッチが小波状面のピッチより大きく、且つ、大波状面の振幅が小波状面の振幅より大きい。また、本実施形態では、小波状面は異なる方向に形成された小波状面Ａと小波状面Ｂとを有している。より詳細には、鉛直軸Ｘ（図２参照）より冷却装置１００の外側においては、熱交換部２８の表面が、図３（Ａ）に示した大波状面３４、図４（Ａ）に示した小波状面Ｂ４２、および図５（Ａ）に示した小波状面Ａ５２が合成された形状を有している。一方、鉛直軸Ｘ（図２参照）より冷却装置１００の内側においては、熱交換部２８の表面が、図３（Ｂ）に示した大波状面３９、図４（Ｂ）に示した小波状面Ｂ４５、および図５（Ｂ）に示した小波状面Ａ５５が合成された形状を有している。
【００３６】
大波状面３４は複数の山線３０、３２および谷線３１、３３を有する波状面である。冷却装置に設置したときの正面視において、山線３０および谷線３１は略水平であり、山線３２および谷線３３は熱交換部２８の幅方向端部側（図２の右側）から鉛直軸Ｘに向かうにつれて下向きとなるように傾斜している。なお、大波状面３４は、山線３０および谷線３１に垂直な断面における山線３０と谷線３１との間の部分が略正弦波であることが好ましく、山線３２および谷線３３に垂直な断面における山線３２と谷線３３との間の部分が略正弦波であることが好ましい。「略正弦波」とは、厳密な正弦波に限定されず、角を有さない波形を含む概念である（以下、同じ。）。
【００３７】
大波状面３９は複数の山線３５、３７および谷線３６、３８を有する波状面である。冷却装置に設置したときの正面視において、山線３５および谷線３６は略水平であり、山線３７および谷線３８は熱交換部２８の幅方向端部側（図２の左側）から鉛直軸Ｘに向かうにつれて下向きとなるように傾斜している。なお、大波状面３９は、山線３５および谷線３６に垂直な断面における山線３５と谷線３６との間の部分が略正弦波であることが好ましく、山線３７および谷線３８に垂直な断面における山線３７と谷線３８との間の部分が略正弦波であることが好ましい。
【００３８】
小波状面Ｂ４２は複数の山線４０および谷線４１を有する波状面である。なお、小波状面Ｂ４２は山線４０および谷線４１に垂直な断面において略三角波であることが好ましい。「略三角波」とは、厳密な三角形を繋げて形成される波形に限定されず、三角形の角に相当する部分を丸めた形状を繋げた波形も含む概念である（以下、同じ。）。小波状面Ｂ４２の断面形状を上記のように略三角波とすることによって、熱媒体の流れに影響を与えやすくなる。小波状面Ｂ４２が熱媒体の流れに与える影響は後述する。
【００３９】
小波状面Ｂ４５は複数の山線４３および谷線４４を有する波状面である。なお、小波状面Ｂ４５は山線４３および谷線４４に垂直な断面において略三角波であることが好ましい。小波状面Ｂ４５の断面形状を上記のように略三角波とすることによって、熱媒体の流れに影響を与えやすくなる。小波状面Ｂ４５が熱媒体の流れに与える影響は後述する。
【００４０】
小波状面Ａ５２は複数の山線５０および谷線５１を有する波状面である。なお、小波状面Ａ５２は山線５０および谷線５１に垂直な断面において略三角波であることが好ましい。小波状面Ａ５２の断面形状を上記のように略三角波とすることによって、熱媒体の流れに影響を与えやすくなる。小波状面Ａ５２が熱媒体の流れに与える影響は後述する。
【００４１】
小波状面Ａ５５は複数の山線５３および谷線５４を有する波状面である。なお、小波状面Ａ５５は山線５３および谷線５４に垂直な断面において略三角波であることが好ましい。小波状面Ａ５５の断面形状を上記のように略三角波とすることによって、熱媒体の流れに影響を与えやすくなる。小波状面Ａ５５が熱媒体の流れに与える影響は後述する。
【００４２】
充填材２２によれば、熱交換部２８の表面を上記のように大波状面と小波状面とを合成した形状とすることによって、熱交換部２８の表面積を大きくすることができる。熱交換部２８の表面積を大きくすることで、熱交換部２８を伝って流れる熱媒体と空気とが接触する面積を大きくすることができるため、熱交換部２８を伝って流れる熱媒体と空気との間で熱交換を行わせやすくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を向上させることができる。
【００４３】
大波状面および小波状面のピッチおよび振幅について図６を参照しつつ説明する。図６は大波状面および小波状面のピッチおよび振幅について説明する図であり、山線３０、谷線３１、山線４０、および谷線４１に直交する熱交換部２８の厚さ方向断面の一部を概略的に示す図である。図６において、破線は小波状面４２を合成しなかった場合の大波状面３４の断面を示している。大波状面のピッチとは、小波状面を合成しなかった場合の大波状面の波のピッチ（図６のｐ１）を意味する。大波状面の振幅とは、小波状面を合成しなかった場合の大波状面の波の振幅（図６のｈ１）を意味する。小波状面のピッチとは、小波状面を大波状面上に重ねて形成した後、正面視における該小波状面の谷線の間隔（図６のｐ２）を意味する。小波状面の振幅とは、大波状面を合成しなかった場合の小波状面の振幅、すなわち、仮想の大波状面（図６の破線）と該大波状面上に形成された小波状面の山線との距離（図６のｈ２）を意味する。
【００４４】
大波状面３４、３９の波のピッチは、３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以上６０ｍｍ以下がより好ましく、３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下が更に好ましい。大波状面３４、３９の波のピッチを上記範囲の上限以下とすることによって、大波状面３４、３９の波の曲率が適度になり、熱交換部２８の表面積が増加するので、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。一方、大波状面３４、３９の波のピッチを上記範囲の下限以上とすることによって、熱媒体２８の流れが大波状面３４、３９の波の局率に追従できなくなることによって熱媒体に濡れない部分が熱交換部に生じることを抑制できる。その結果、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。なお、大波状面３４、３９にける波のピッチは一定であってもランダムであってもよい。
【００４５】
また、大波状面３４、３９の波の振幅は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下がより好ましく、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下が更に好ましい。大波状面３４、３９の波の振幅を上記範囲の上限以下とすることによって、複数の充填材を積層したときに充填材同士の間隔が広くなり過ぎることを抑制し、冷却装置内に多くの充填材を設置できるようになるため、冷却装置における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。一方、大波状面３４、３９の波の振幅を上記範囲の下限以上とすることによって、充填材１枚当りの熱交換部２８の表面積を大きくしやすくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。なお、大波状面３４、３９にける波の振幅は一定であってもランダムであってもよい。
【００４６】
小波状面Ｂ４２、４５の波のピッチは、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が更に好ましい。小波状面Ｂ４２、４５の波のピッチを上記範囲の上限以下とすることによって、熱交換部２８の表面積を大きくしやすくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。一方、小波状面Ｂ４２、４５の波のピッチが小さ過ぎると、熱交換部２８の表面の凹凸が細か過ぎることによって小波状面Ｂ４２、４５が熱媒体の流れの中に没してしまい、熱媒体の流れを制御できなくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなる虞がある。小波状面Ｂ４２、４５の波のピッチを上記範囲の下限以上とすることによって、上記のようにして熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。なお、小波状面Ｂ４２、４５にける波のピッチは一定であってもランダムであってもよい。
【００４７】
小波状面Ｂ４２、４５の波の振幅は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以上８ｍｍ以下が更に好ましい。小波状面Ｂ４２、４５の波の振幅を上記範囲の上限以下とすることによって、熱媒体の流れが小波状面Ｂ４２、４５の波の局率に追従できなくなることによって熱媒体に濡れない部分が熱交換部２８に生じることを抑制できる。その結果、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。一方、小波状面Ｂ４２、４５の波の振幅が小さ過ぎると、熱交換部２８の表面の凹凸が細か過ぎることによって小波状面Ｂ４２、４５が熱媒体の流れの中に没してしまい熱媒体の流れを制御できなくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなる虞がある。小波状面Ｂ４２、４５の波の振幅を上記範囲の下限以上とすることによって、上記のようにして熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。なお、小波状面Ｂ４２、４５にける波の振幅は一定であってもランダムであってもよい。
【００４８】
小波状面Ａ５２、５５の波のピッチは、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下が更に好ましい。小波状面Ａ５２、５５の波のピッチを上記範囲の上限以下とすることによって、熱交換部２８の表面積を大きくしやすくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。一方、小波状面Ａ５２、５５の波のピッチが小さ過ぎると、熱交換部２８の表面の凹凸が細か過ぎることによって小波状面Ａ５２、５５が熱媒体の流れの中に没してしまい、熱媒体の流れを制御できなくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなる虞がある。小波状面Ａ５２、５５の波のピッチを上記範囲の下限以上とすることによって、上記のようにして熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。なお、小波状面Ａ５２、５５にける波のピッチは一定であってもランダムであってもよい。
【００４９】
小波状面Ａ５２、５５の波の振幅は、２ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上１０ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以上８ｍｍ以下が更に好ましい。小波状面Ａ５２、５５の波の振幅を上記範囲の上限以下とすることによって、熱媒体の流れが小波状面Ａ５２、５５の波の局率に追従できなくなることによって熱媒体に濡れない部分が熱交換部２８に生じることを抑制できる。その結果、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。一方、小波状面Ａ５２、５５の波の振幅が小さ過ぎると、熱交換部２８の表面の凹凸が細か過ぎることによって小波状面Ａ５２、５５が熱媒体の流れの中に没してしまい熱媒体の流れを制御できなくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなる虞がある。小波状面Ａ５２、５５の波の振幅を上記範囲の下限以上とすることによって、上記のようにして熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。なお、小波状面Ａ５２、５５にける波の振幅は一定であってもランダムであってもよい。
【００５０】
また、充填材２２は冷却装置１００に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部が鉛直方向対して傾斜するように形成されていることが好ましい。
以下、大波状面の山線および山線の傾斜角を「大波状面の傾斜角」ということがあり、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角を「小波状面Ａの傾斜角」ということがあり、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角を「小波状面Ｂの傾斜角」ということがある。
【００５１】
少なくとも大波状面を上記のように所定の傾斜角で傾けて形成することによって、熱交換部２８を横切る空気の流れに適度な抵抗を持たせることができるので、熱交換部２８を伝って流れる熱媒体と空気との間で熱交換を行わせやすくなり、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率を向上させることができる。
ただし、熱交換部２８を横切る空気の抵抗を高くし過ぎた場合、空気の流れが悪くなって冷却装置１００の冷却効率を低下させる虞がある。また、熱交換部２８を横切る空気の抵抗が大きくなり過ぎると、送風機１１の仕事量が増えて送風機１１を稼働させるモーターの消費電力が大きくなり過ぎる虞もある。
したがって、大波状面の傾斜角は、冷却装置の送風機の能力や要求される冷却性能などに応じて、後述する範囲内で適宜設計することが好ましい。
【００５２】
冷却装置１００に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の傾斜角は、鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下であることが好ましく、５０度以上９０度以下がより好ましく、５５度以上９０度以下が更に好ましい。
【００５３】
上述したように、大波状面を所定の傾斜角で傾けて形成することによって、熱交換部２８を横切る空気の流れに適度な抵抗を持たせることができるので、冷却装置１００の冷却効率を向上させることができる。しかしながら、大波状面および小波状面の傾斜角は熱交換部２８の表面を伝って流れる熱媒体が流れる方向にも影響を与える。熱媒体の流れる方向が偏ると、後述するキャリーオーバや水飛の原因となる虞がある。
【００５４】
キャリーオーバとは、送風機の運転時に冷却装置内の熱媒体が送風機によって起こされた空気の流れに運ばれて冷却装置の外へと飛散する現象を指す。本来、充填材の表面を伝って冷却装置の下部にある受皿へと落下して回収されるべき熱媒体の一部が充填材から冷却装置の内側へと離脱してしまうことで、小さな水滴となって冷却装置内を浮遊した後に送風機によって起こされた空気の流れに乗って冷却装置の外へ放出されてしまう場合がある。
送風機が停止すればキャリーオーバは発生しなくなるが、冷却装置内へ吸込まれる空気の流れがなくなることで、熱媒体の一部が充填材からルーバー側に離脱して冷却装置外へと飛散し易くなる。送風機の停止時にこのようにしてルーバーから熱媒体が飛散する現象を水飛と呼ぶ。
【００５５】
冷却装置の送風機を運転すると、冷却装置の外側から内側に向けて空気の流れが発生する。このとき、冷却装置内に吸い込まれた空気は冷却装置の外側から内側に向けて充填材を横切る。そのため、従来の冷却装置ではキャリーオーバが発生したり、充填材の上部から滴下した熱媒体が充填材を横切る空気の抵抗を受けて冷却装置内側へと押し込まれることによって充填材の空気流入側（冷却装置外側）に熱媒体に濡れない部分（デットスペース）が生じてしまったりしていた。
【００５６】
上述した特許文献１に開示された技術によれば、充填材の表面に空気流入側から空気流出側にわたる畝を設け、この畝を水平な空気の流れに対して傾斜をつけており、充填材の空気流入側から空気流出側に向く圧力に対して対抗するように水が流れ、両者の力が均等となり、充填材の表面全体に比較的均一に水が流れるようになると考えられる。したがって、冷却装置において送風機を運転した際に生じる問題を解決し得ると考えられる。
【００５７】
しかしながら、冷却装置では常に送風機を運転しているわけではなく、熱媒体を冷却させる度合いに応じて送風機を停止させることもある。送風機の停止時には、充填材上部から滴下した熱媒体は重力と充填材の表面形状に影響されながら流下する。このとき、特許文献１に開示された技術のように送風機を運転させていることを前提とした設計された充填材では、送風機の停止時には熱媒体が充填材の表面に設けられた畝を伝って空気流入側（冷却装置外側）へと偏流し、水飛が生じるという問題があった。
【００５８】
従来技術において、上述したようなキャリーオーバの抑制と水飛の抑制とを両立することは難しかった。
【００５９】
充填材２２によれば、送風機の大きさや冷却装置そのものの能力に応じて、大波状面、および小波状面の傾斜角を適宜設計することにより、送風機の運転状況に関わらず、充填材２２の上部より滴下した熱媒体を熱交換部２８の表面に均一に流して冷却効率を高めつつ、冷却装置からのキャリーオーバや水飛を抑制することができる。すなわち、冷却装置の送風機を運転したとき、つまり熱交換部２８の表面を伝って流れる熱媒体が充填材２２の空気流入側（冷却装置側面側）から空気流出側（冷却装置内面側）へと流れる空気によって圧力を受けながら流れる場合であっても、冷却装置の送風機を停止したとき、つまり熱交換部２８の表面を伝って流れる熱媒体が重力と熱交換部２８の表面形状に影響されながら流下する場合であっても、充填材２２の上部より滴下した熱媒体を熱交換部２８の表面に均一に流すことができ、冷却装置の送風機を運転した場合と停止した場合とのいずれにおいてもキャリーオーバや水飛を抑制することができる。
【００６０】
上記のように充填材２２の上部より滴下した熱媒体を熱交換部２８の表面に均一に流して冷却効率を高めつつ、冷却装置からのキャリーオーバや水飛を抑制するという観点から、小波状面が小波状面Ａおよび小波状面Ｂを含んでおり、冷却装置に設置したときの正面視において、小波状面Ａの山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ｂの山線および谷線の少なくとも一部と、が異なる方向に傾斜するように形成されていることが好ましい。
また、冷却装置に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ｂの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して同じ方向に傾斜するように形成されており、大波状面の山線および谷線の少なくとも一部と、小波状面Ａの山線および谷線の少なくとも一部と、が鉛直方向に対して異なる方向に傾斜するように形成されていることが好ましい。
【００６１】
より具体的には、冷却装置１００に設置したときの正面視において、大波状面の山線および谷線の傾斜角と小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角とは、鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに４５度以上９０度以下であることが好ましく、５０度以上９０度以下であることがより好ましく、５５度以上９０度以下であることが更に好ましい。大波状面および小波状面Ｂの傾斜角を上記範囲とすることによって、充填材の上部から滴下された熱媒体の流下速度が速くなり過ぎることを抑制し、熱交換部２８における熱媒体の冷却効率が低くなることを抑制できる。
また、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角は、鉛直方向に対して時計回り又は反時計回りに３度以上３０度以下であることが好ましく、５度以上２７度以下であることがより好ましく、７度以上２５度以下であることが更に好ましい。小波状面Ａの傾斜角を上記範囲とすることによって、熱交換部２８の表面において熱媒体の流れに偏りが生じることを抑制し、熱交換部における熱媒体の冷却効率を高めやすくなる。
【００６２】
本実施形態では、冷却装置１００に設置したときの正面視において、鉛直軸Ｘより冷却装置の外側において、大波状面の山線および谷線の傾斜角と、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して時計回りに４５度以上９０度以下となるように形成されているとともに、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して反時計回りに５度以上３０度以下となるように形成されており、鉛直軸Ｘより冷却装置の内側において、大波状面の山線および谷線の傾斜角と、小波状面Ｂの山線および谷線の傾斜角と、が鉛直方向に対して反時計回りに４５度以上９０度以下となるように形成されているとともに、小波状面Ａの山線および谷線の傾斜角が鉛直方向に対して時計回りに５度以上３０度以下となるように形成されている。すなわち、本実施形態では、末広がりになるように小波状面Ａを形成し、充填材２２の幅方向両端部から鉛直軸Ｘに向かって下方に傾斜する、または水平になるように大波状面および小波状面Ｂを形成した。
なお、鉛直軸Ｘの位置は、充填材２２の幅方向（図２の左右方向）中央近傍であることが好ましく、幅方向中央であることがより好ましい。
【００６３】
本実施形態のように大波状面、小波状面Ａおよび小波状面Ｂを組合せた構造とすることによって、冷却装置１００の送風機１１を運転したときと運転しないときで変化する充填材２２の水平方向の圧力（空気風圧）の有無に関わらず、熱交換部２８の表面を熱媒体が均一に流れやすくすることができる。また同時に、送風機１１によって起こされる空気の流れとともに冷却装置１００の上部から冷却装置１００の外側へと熱媒体が飛び出してしまうキャリーオーバや、ルーバー２１を通って冷却装置１００の外へと熱媒体が飛び出してしまう水飛を抑制しやすくなる。
【００６４】
上述したようにして構成される本実施形態にかかる熱交換部２８は、図７に示したように小波状面Ａの谷線および山線と小波状面Ｂの谷線および山線とが交差している。図７（Ａ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、鉛直軸Ｘより冷却装置１００の外側の熱交換部２８の一部について説明する図である。図７（Ｂ）は、充填材２２を冷却装置１００に設置したときの正面視において、鉛直軸Ｘより冷却装置１００の内側の熱交換部２８の一部について説明する図である。
【００６５】
上記のように小波状面Ａの谷線および山線と小波状面Ｂの谷線および山線とが交差することによって、熱交換部２８の表面は、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの山線との交点、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの谷線との交点、小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの山線との交点、および小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの谷線との交点、を角として形成される略四角形の面を組み合わせて形成された部分を有する。
なお、「略四角形」とは四本の直線で囲まれた平面図形のことを言うが、熱交換部を成形した後のひずみや、成形精度の良し悪しにより生じる変形も含み、事実上、熱交換部の成形に用いる金型が略四角形状であればよく、成形後の製品形状に限定するものではない。また、「略四角形」とは、厳密な四角形のみに限定されず、四角形の角に相当する部分が丸く形成された形状も含む概念である。
熱交換部２８の表面は、例えば、図７（Ａ）に示したように、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの山線との交点６０、小波状面Ａの山線と小波状面Ｂの谷線との交点６１、小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの山線との交点６２、および小波状面Ａの谷線と小波状面Ｂの谷線との交点６３、を角として形成される略四角形の面を組み合わせて形成された部分を有している。当該略四角形の面について図８を参照しつつより詳細に説明する。図８は、図７（Ａ）に示した熱交換部２８の一部を拡大した図である。
【００６６】
図８に示した四角形を構成する辺のうち、太い線で示した辺は対向する辺よりも突出した位置（各波状面の谷線および山線を水平にしたときに高くなる位置）にある辺である。したがって、四角形Ｓ１は左下の角から右上の角に向かって突出するように傾斜しており、四角形Ｓ２は右上の角から左下の角に向かって突出するように傾斜しており、四角形Ｓ３は左上の角から右下の角に向かって突出するように傾斜しており、四角形Ｓ４は右下の角から左上の角に向かって突出するように傾斜している。
【００６７】
熱交換部２８の表面を上記のような略四角形の面が組み合わされた構成とすることで、充填材２２の上部より滴下した熱媒体が熱交換部２８の表面を伝って流れる際、大波状面、小波状面Ｂおよび小波状面Ａの傾斜角の影響を受けやすくすることができ、冷却装置の送風機を運転した場合であっても、停止した場合であっても、安定した熱媒体の流れをより保ちやすくなり、熱交換部２８の表面により均一に熱媒体を流すことができる。
【００６８】
なお、上記略四角形の面には小波状面よりもピッチおよび振幅が小さな波状面又は凹凸を更に設け、これらを熱媒体の流れの抵抗としてもよい。
【００６９】
これまでに説明した充填材２２の製造方法は特に限定されない。例えば、充填材２２の形状に応じた金型を用いて成型することができる。また、充填材２２を構成する材料は従来の充填材と同様のものを用いることができる。充填材２２を構成する材料としては、例えば、ポリ塩化ビニルなどを用いることができる。
【００７０】
また、充填材を複数積層して冷却装置内に設置するとき、大波状面および小波状面の形成される位置がずれた充填材を２種類以上用意し、隣接する充填材同士が同じ形状とならないようにすることが好ましい。かかる形態とすることによって、隣接する充填材同士の間に空気が通る間隔を形成しやすくなる。
【実施例】
【００７１】
充填材の仕様を下記の通りとし、既存の冷却装置（三菱樹脂株式会社製、Ｒｉシリーズ型式２００ＭＥ）にこの充填材を設置し、「日本冷却塔工業会」の規定による冷却基準に準拠した冷却運転を実施した。また、冷却装置の送風機の運転および停止を繰り返し、水飛とキャリーオーバの発生状況を確認した。その結果、いずれの条件においても十分に冷却することができ、且つ、水飛とキャリーオーバの抑制を確認することができた。
【００７２】
（充填材仕様）
（１）波の角度
大波状面の傾斜角：冷却装置に設置したときの正面視において、熱交換部の水平方向（幅方向）の中心を通る鉛直軸より冷却装置の外側は、鉛直方向に対して時計回りに６０度および９０度であり、熱交換部の水平方向の中心を通る鉛直軸より冷却装置の内側は、鉛直方向に対して反時計回りに６０度および９０度であった。
小波状面Ａの傾斜角：冷却装置に設置したときの正面視において、熱交換部の水平方向の中心を通る鉛直軸より冷却装置の外側は、鉛直方向に対して反時計回りに１０度であり、熱交換部の水平方向の中心を通る鉛直軸より冷却装置の内側は、鉛直方向に対して時計回りに２０度であった。
小波状面Ｂの傾斜角：冷却装置に設置したときの正面視において、熱交換部の水平方向の中心を通る鉛直軸より冷却装置の外側は、鉛直方向に対して時計回りに９０度であり、熱交換部の水平方向の中心を通る鉛直軸より冷却装置の内側は、鉛直方向に対して反時計回りに６０度であった。
（２）波の振幅
大波状面の振幅：１０ｍｍ
小波状面Ａおよび小波状面Ｂの振幅：５ｍｍ
（３）波のピッチ
大波状面のピッチ：４５ｍｍ
小波状面Ａおよび小波状面Ｂの波のピッチ：７ｍｍ
【符号の説明】
【００７３】
１０  空気供給手段
１１  送風機
１２  ドラム
１３  筐体
１４  熱媒体供給手段
１５  熱媒体回収手段
２０  冷却塔本体
２１  ルーバー
２２  充填材
２３  突起
２４  受け部
２５  水受け
２６  第１傾斜部
２７  第２傾斜部
２８  熱交換部
３０、３２、３５、３７  山線
３１、３３、３６、３８  谷線
３４、３９  大波状面
４０、４３  山線
４１、４４  谷線
４２、４５  小波状面Ｂ
５０、５３  山線
５１、５４  谷線
５２、５５  小波状面Ａ
１００  冷却装置
Ｘ  鉛直軸
【図１】
2014152942.tif 000003
【図３】
2014152942.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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