(57)【要約】  本発明は、液体を冷却する冷却装置に関し、この装置は主に垂直方向に筒状である冷却塔を有し、冷却塔に関連して冷却用空気供給装置および排気排出装置が配設されて、入気口から冷却室への冷却用空気の流れ方向と排気排出装置からの排気の流れ方向は、共に水平でかつ冷却塔の外面の接線に対して平行である。さらに本発明は、液体を冷却する方法に関する。
2009527722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に垂直方向に円筒形である冷却塔（２）を含み、該冷却塔の外面（３）、上部（４）および底部（５）は冷却室（６）を画成し、
さらに、該冷却塔の外面（３）に配設された少なくとも１つの入気口（９）、および冷却用空気を該入気口へさらに前記冷却塔の前記冷却室へ送る手段を備えた冷却用空気供給装置（８）と、
前記冷却室（６）へ被冷却液（10）を送る手段を備えた液体供給装置（11）と、
排気排出装置（12）と、
前記冷却済み液体を除去する手段（13）とを含む液体を冷却する冷却装置（１）において、
前記冷却用空気供給装置（８）および前記排気排出装置（12）は前記冷却塔（２）に関連して配設されて、前記入気口（９）から冷却室（６）へ向かう冷却用空気（７）の流れ方向と、前記排気排出装置（12）からの排気（14）の流れ方向とは共に、水平で、かつ前記冷却塔の外面（３）の接線に対して平行であることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、前記排気排出装置（12）は、被覆部材（19）を含み、該被覆部材は前記冷却塔（２）の水平断面に対して垂直に配設された少なくとも４つの排気口（16）を備えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷却装置において、前記排気排出装置（12）の前記被覆部材（19）は、該被覆部材内に等距離に配設された８つの排気口を備えて、該排気口の面に対して平行な各平面は、前記冷却塔（２）の外面の接線（15）と大きな角度（Ｂ）を等しく形成することを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の冷却装置において、各排気口（16）には排気から液滴を分離する少なくとも１つの液滴分離要素（18）が垂直方向に設置されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却装置において、前記液滴分離要素（18）は、少なくとも２つの通気性垂直板を備え、該垂直板は、隣接して配設され、波状輪郭を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
前記請求項のいずれかに記載の冷却装置において、前記排気排出装置（12）は前記冷却塔（２）の前記上部（４）に配設され、前記冷却用空気供給装置（８）は底部（５）付近に配設されることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項２、３または４に記載の冷却装置において、前記排気口（16）垂直方向の高さ（22）と、前記冷却塔の垂直方向の高さ（23）との比は、好ましくは１:５であることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項１に記載の冷却装置において、前記液体供給装置（11）は少なくとも１つの液体用ノズル（24）を備え、該ノズルは、前記冷却塔の前記上部（４）で、前記排気排出装置（12）の下に設置されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
主に垂直方向に円筒形である冷却塔（２）を含み、該冷却塔（２）の外面（３）、上部（４）および底部（５）は冷却室（６）を画成し、
さらに、該冷却塔の外面（３）に配設された少なくとも１つの入気口（９）、および冷却用空気を該入気口へさらに前記冷却塔の前記冷却室へ送る手段を備えた冷却用空気供給装置（８）と、
前記冷却室（６）へ被冷却液（10）を送る手段を備えた液体供給装置（11）と、
排気排出装置（12）と、
前記冷却済み液体を除去する手段（13）とを含む冷却装置（１）で液体を冷却する方法において、
冷却用空気（７）を前記冷却室（６）へ、前記冷却塔の外面の接線（15）に対して水平かつ平行に送り、そこで流れに逆らって送り込まれた液体（10）に該冷却用空気を接触させ、該空気を冷却室より流出させて、その流れの方向を前記冷却塔の外面（３）の接線（15）に対して水平、かつ平行にすることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記排気（14）を前記排出装置（12）へ水平方向に導き、そこで該排気を垂直方向に配設された少なくとも１つの液滴分離要素（18）へ流入し、その際に前記排気から液体を分離し、該液体をその後循環させて前記冷却塔（２）へ戻すことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、独立請求項に記載の、冷却塔における溶液の冷却構造および方法に関する。
【０００２】
亜鉛イオンおよび硫酸を含有する電解溶液から亜鉛を分離する場合、一般的に電解液の温度は上昇する。典型的には、電解液などの溶液、またはスラリーもしくは金属を含有する酸性溶液を冷却するには冷却塔が用いられ、そこでの冷却工程は上方への空気流で被冷却液滴から液滴を蒸発させることに基づいている。一般的に、この空気流は液流よりも冷たく、この場合、下方へ流れる液体は熱伝達により冷却される。したがって、冷却工程において対流が起き、空気流に逆らって移動する溶滴が蒸発する。液体は冷却塔内で冷却されるので、熱が発生する。代表例として冷却塔は、一般的に六角形もしくは四角形の筒状体である。冷却される溶液は公知の方式で塔へ、その頂部から導入され、冷却用空気が冷却塔の横から供給される。冷却工程中では、粒子物質を含有する溶滴が溶液から分離される。この溶滴は、気体を排出する前に、個々の溶滴分離装置に含まれる気体から、有害な粒子物質により分離される。分離された液体は冷却塔へ送り戻される。冷却工程においては、不純物が塔壁および床上だけでなく、溶滴分離装置の構成部品に溜まり、これが頻繁に保守を必要とする要因となっている。
【０００３】
塔壁に設けられたある箇所において、冷却用空気を冷却塔へ水平に供給する場合、気体の不均一な分散に主に起因する問題が生じる。気体を塔へ水平に導入する場合、これを90度曲げて、冷却塔内で垂直方向に移動させる必要がある。この事ばかりでなく、塔の寸法に対して送風ファンの寸法が大きいことが、冷却塔の冷却部における気体の不均一な分散という結果を生んでしまう。加えて、溶滴の効率的な回収をどのように実施するのかも問題であった。従来より、分離された溶滴は、流れに対して水平に配設された分離装置によって回収されている。この装置では、溶滴を帯状構造物の表面に集め、液体を重力によって循環させて、気体の流れに逆らって冷却塔へ送り戻す。気体の流速が速いほど、溶滴はより効果的に分離される。しかし、水平に配置された、溶滴を回収および分離する装置の欠点は、気体の流速を制限する必要があることであり、これが冷却塔の効率を低下させる。冷却塔を設計する場合、そこから排出される排気に留意する必要がある。なぜなら、冷却塔は、例えば亜鉛プラントでは、工程の主要な排気源となることが多いからである。同様に、冷却塔の機能性を評価する場合、これらの塔の保守手法に注意する必要がある。多くの場合、塔は短時間内に多くの保守作業を必要とするので、迅速かつ容易に保守を行うことが重要である。
【０００４】
冷却塔の効率は、冷却用空気の均一な分布を向上させることによって改善できる。従来から、冷却用空気投入口の前に障害物を垂直方向に配置することによって冷却塔内の冷却用空気の分散を改善する試みがなされてきた。この場合、空気の流れの方向を、より上方へ向けることができる。
【０００５】
カナダ特許公報 2271424 A1 には液体冷却用の冷却塔が開示されている。この公報による構造では、冷却塔用の多重壁構造が開示され、この壁は外壁と、通気性および柔軟性のある内壁とから構成されている。この場合、空気の一部が内壁に配設された複数の気孔から冷却室へ流入し、被冷却液体と接触する。この構造は、内壁に堆積した堆積物を除去することを目的としている。しかし、この構造では内壁によって生じる圧力損失により、最適な冷却溶液を得ることはできない。
【０００６】
本発明は、従来技術におけるいくつかの欠点を克服し、液体を冷却する新たな方法を実現することを目的とする。とくに本発明は、新規の冷却装置および方法を提供することを目的とし、冷却用空気を冷却室へ投入すること、および冷却塔から外に向かって流れる空気を水平方向および接線方向に導くことによって冷却効率を高めることを目的とする。本発明の主な新規の構成要件は添付の請求の範囲から明らかである。
【０００７】
本発明は顕著な利点を奏する。本発明は液体を冷却する冷却装置に関し、垂直方向に実質的に円筒型の冷却塔を含んでいる。この冷却塔は、外面、冷却塔の上部および底部を含み、これらが共に冷却室を画成している。冷却塔はさらに、冷却塔の外面に少なくとも１つの入気口を有する冷却用空気供給装置と、冷却用空気を入気口へ、さらに冷却塔の冷却室へ供給する手段と、液体用ノズルなどの被冷却液体を冷却室へ供給する手段、排気排出装置および冷却済液体を除去する手段を有する液体供給装置とを含み、冷却用空気供給装置および排気排出装置は冷却塔に関連して配設されて、入気口から冷却室への冷却用空気の流れの方向と、排出装置からの排気ガスの流れの方向とが、共に冷却塔の外面の接線と水平かつ平行になっている。本発明の冷却装置によって、冷却区域において冷却用空気の均一な分散が効果的に達成され、冷却工程が向上する。冷却室へ冷却用空気を水平に、望ましくは冷却塔の底部近傍で、冷却塔の外面の接線に平行するように送り込むことによって、空気流の水平回転速度の分流が同時に高まる。したがって、冷却室での冷却用空気の遅延時間が増え、その結果、塔内を流れる液滴の冷却効率が改善される。
【０００８】
本発明によれば、排気排出装置は、冷却塔の水平断面に対して垂直に配設された少なくとも４つの、望ましくは８つの排気口を有する被覆部材を含む。本発明の一実施例によれば、排気口は被覆部材に等距離に配され、このとき、排気口の表面に対して平行する各平面は、冷却塔の外面の接線と等しい大きな角度をなす。本発明の一実施例によれば、それぞれの排気口には、排気から液滴を分離する少なくとも１つの溶滴分離要素が垂直に設置されている。本発明の一実施例によれば、溶滴分離要素は、少なくとも２つが隣接して配置された、波形の輪郭を持つ通気性垂直板を備えている。また、空気を冷却塔の上部から水平方向と接線方向の両方に導く場合、空気とこれに含まれている溶滴とを分離する、垂直に設置された分離装置を使用することができる。この装置では、液体の戻り循環流が排気流に対して直角に流れ、これによって気体の速度が増し、冷却効率が改善される。冷却塔に対して垂直に配設された溶滴分離装置は水平に配設された分離装置よりも効果的である。本発明による冷却装置を用いることによって、冷却塔の大きさは著しく小さくなるが、冷却効率は向上する。このことにより冷却塔の材料費を有利に節減できる。また本発明による冷却装置では、液体供給装置および排気排出装置が実用的に配置されているので、これらの保守作業が容易である。本発明による有利な一実施例によれば、排気口の垂直方向の高さと、冷却塔の垂直方向の高さとの比が１：５であり、これによって最適な冷却効率を達成できる。
【０００９】
次に、添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【００１０】
図１に、電解液などの液体を冷却する、本発明による冷却装置１を示す。図２に、図１の実施例の断面を方向Ａから見た図を示す。図３に、本発明による冷却装置を立体的に示す。冷却装置1は、主に垂直方向の断面が円筒状の冷却塔2を含んでいる。これには冷却塔の外面、すなわち壁3と、上部4と、底部5とが設けられ、これらが共に冷却室6を画成している。最も好ましいのは、冷却塔2の形状が垂直方向の筒状体であることだが、上部4においてその断面が広くなる形にしてもよく、この場合、空気流が冷却塔から排気される前に、空気流に対する広い加速空間ができる。冷却が行われている間、上部および底部は閉じる。冷却塔の外面3は一般的にはガラス繊維もしくは同様の材料で形成される。冷却用空気7は冷却塔2の冷却室6から、冷却塔に対して水平にかつ冷却塔の外面の接線15に対して平行に、冷却用空気供給装置8によって供給され、この装置は冷却塔の外面3に設けられた少なくとも１つの入気口9と、ファンなどの冷却用空気を冷却塔の冷却室6へとさらに送る手段とを有している。また、外面3の異なる箇所に複数の入気口を設けてもよい。冷却される液体10は液体供給装置11によって供給され、この装置は、例えば液体用ノズル24などの、冷却される液体10を冷却室6へ注入する手段を有している。電解溶滴などの冷却される液滴は、垂直に上昇する空気流20に逆らって冷却塔内を移動して、そこから水が蒸発する。冷却塔の冷却室では、空気流が乱流となり、その速度が水平方向に増大する。下方に流れて冷却された溶滴からは小さな溶滴が分離され、これらは冷却室6と連通している排気排出装置12へ導かれる。排気排出装置12では、液滴を空気から分離し、再循環させて冷却塔2で再冷却できる。冷却された液体は、例えば冷却塔の底部5に設けられた穴13から、または溢流用口25から排出され、次の処理へ送られる。
【００１１】
本発明の排気排出装置12は、少なくとも一部に孔のある被覆部材19を有している。本実施例では、これには８つの排気口16が冷却塔2の水平断面に対して垂直に設けられている。排気口を排気流14に対して垂直に配設した場合、排気流14を水平に、かつ冷却塔の外面3の接線15に対して平行に排出することができる。排気口16は被覆部材19に等距離に配置されて、排気口の開口面に対して平行な面17はそれぞれ、冷却塔2の外面の接線15と大きな角度Ｂを等しく形成している。排気口16の鉛直高さと、冷却塔の鉛直高さとの比は１:５にすることが望ましい。なお、この排気口16の数、高さ、位置および角度Ｂは冷却する液体の量、供給される冷却用空気の量、および冷却需要によって変えることができる。各排気口16には、溶滴分離要素18が垂直方向にこの排気口の表面に対して平行に配設され、この分離要素18は排気14から液滴を分離し、液滴を再循環して冷却塔へ戻すことができる。本実施例では、液滴分離要素18は、少なくとも２つが隣接して配設された通気性のある、波状の輪郭を持つ垂直板を備えている。冷却塔2の周囲に保守用階段21を配設することができ、上部4付近では、冷却装置の保守を保守用階段21から容易に行うことができる。
【００１２】
本発明のさまざまな別の実施例は上述した例に限定されることはなく、添付の請求の範囲内で改変することができることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による冷却装置を示す図である。
【図２】本発明による冷却装置を、図１に示す実施例の断面で表した図である。
【図３】本発明による冷却装置を示す図である。
【図１】
2009527722.tif 000003
【図２】
2009527722.tif 000004
【図３】
2009527722.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成20年3月19日(2008.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に垂直方向に円筒形である冷却塔（２）を含み、該冷却塔の外面（３）、上部（４）および底部（５）は冷却室（６）を画成し、
さらに、該冷却塔の外面（３）に配設された少なくとも１つの入気口（９）、および冷却用空気を該入気口へさらに前記冷却塔の前記冷却室へ送る手段を備えた冷却用空気供給装置（８）と、
前記冷却室（６）へ被冷却液（10）を送る手段を備えた液体供給装置（11）と、
排気排出装置（12）と、
前記冷却済み液体を除去する手段（13）とを含む液体を冷却する冷却装置（１）において、
前記冷却用空気供給装置（８）および前記排気排出装置（12）は前記冷却塔（２）に関連して配設されて、前記入気口（９）から冷却室（６）へ向かう冷却用空気（７）の流れ方向と、前記排気排出装置（12）からの排気（14）の流れ方向とは共に、水平で、かつ前記冷却塔の外面（３）の接線に対して平行であり、前記排気排出装置（12）は被覆部材（19）を含み、該被覆部材は前記冷却塔（２）の水平断面に対して垂直に配設された少なくとも４つの排気口（16）を備えていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却装置において、前記排気排出装置（12）の前記被覆部材（19）は、該被覆部材内に等距離に配設された８つの排気口を備えて、該排気口の面に対して平行な各平面は、前記冷却塔（２）の外面の接線（15）と大きな角度（Ｂ）を等しく形成することを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷却装置において、各排気口（16）には排気から液滴を分離する少なくとも１つの液滴分離要素（18）が垂直方向に設置されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載の冷却装置において、前記液滴分離要素（18）は、少なくとも２つの通気性垂直板を備え、該垂直板は、隣接して配設され、波状輪郭を有することを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
前記請求項のいずれかに記載の冷却装置において、前記排気排出装置（12）は前記冷却塔（２）の前記上部（４）に配設され、前記冷却用空気供給装置（８）は底部（５）付近に配設されることを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の冷却装置において、前記排気口（16）垂直方向の高さ（22）と、前記冷却塔の垂直方向の高さ（23）との比は、好ましくは１:５であることを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項１に記載の冷却装置において、前記液体供給装置（11）は少なくとも１つの液体用ノズル（24）を備え、該ノズルは、前記冷却塔の前記上部（４）で、前記排気排出装置（12）の下に設置されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
主に垂直方向に円筒形である冷却塔（２）を含み、該冷却塔（２）の外面（３）、上部（４）および底部（５）は冷却室（６）を画成し、
さらに、該冷却塔の外面（３）に配設された少なくとも１つの入気口（９）、および冷却用空気を該入気口へさらに前記冷却塔の前記冷却室へ送る手段を備えた冷却用空気供給装置（８）と、
前記冷却室（６）へ被冷却液（10）を送る手段を備えた液体供給装置（11）と、
排気排出装置（12）と、
前記冷却済み液体を除去する手段（13）とを含む冷却装置（１）で液体を冷却する方法において、
冷却用空気（７）を前記冷却室（６）へ、前記冷却塔の外面の接線（15）に対して水平かつ平行に送り、そこで流れに逆らって送り込まれた液体（10）に該冷却用空気を接触させ、該排気（14）を冷却室より流出させて、その流れの方向を水平に、かつ前記冷却塔の外面（３）の接線（15）に対して平行にし、前記排気（14）を前記排出装置（12）へ水平方向に導き、そこで該排気を、垂直方向に配設された液滴分離要素（18）を備えた少なくとも４つの排気口（16）を通して排出し、その際に前記排気から液体を分離し、該液体をその後循環させて前記冷却塔（２）へ戻すことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2009527722.tif 000006
2009527722.tif 000007
2009527722.tif 000008