(57)【要約】【課題】冷却能力を向上させた冷却装置を提供する。【解決手段】底壁（１２）を有した外筒（１０）と、外筒（１０）の中に配置されると共に外筒（１０）の底壁（１２）から離れる内筒（２０）とを有し、外筒（１０）は、液体を導入するための液体入口（１１ｂ）と、外筒（１０）と内筒（２０）との間に気体を導入するための気体入口（１１ａ）とを有し、外筒（１０）の底壁（１２）と内筒（２０）とはその間に連絡口（Ｃ２）を画成し、気体は気体入口（１１ａ）から導入されて外筒（１０）と内筒（２０）との間で旋回しながら上昇し、液体入口（１１ｂ）から導入した液体と混合する。液体は内筒（２０）内を下降し、内筒（２０）内の気体は連絡口（Ｃ２）を通って外筒（１０）及び内筒（２０）の側壁（１１、２１）同士の間へ流れる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁を有した外筒と、
外筒の中に配置されると共に外筒の底壁から離れる内筒とを有し、
前記外筒は、
液体を導入するための液体入口と、
外筒と内筒との間に気体を導入するための気体入口とを有し、
前記外筒の底壁と前記内筒とはその間に連絡口を画成し、
気体は前記気体入口から導入されて外筒と内筒との間で旋回しながら上昇し、前記液体入口から導入した液体と混合し、
前記液体は前記内筒内を下降し、内筒内の気体は前記連絡口を通って外筒及び内筒の側壁同士の間へ流れる
冷却装置。
【請求項２】
前記外筒は前記内筒の上方から前記外筒及び前記内筒の側壁同士の間に気体を帰還させる帰還配管を有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記内筒は前記内筒を上下に仕切ると共に前記内筒の側壁から下方へ延びるにつれて一点に集まる隔壁を有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記隔壁は流通孔を有する請求項３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記流通孔は前記隔壁の中心部に配置された請求項４に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記流通孔は前記中心部の周りに配置された請求項４に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記内筒の側壁は孔を有しない請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記外筒は内筒の上方に配置された網を有する請求項１に記載の冷却装置。
【請求項９】
底壁を有した外筒と、外筒の中に配置されると共に外筒の底壁から離れる内筒とを用意し、
外筒と内筒との間に気体を導入して該気体を旋回させながら上昇させ、
前記外筒内に液体を導入して該液体と前記気体とを混合し、
前記液体を前記内筒内に下降させ、
前記内筒内の気体を前記外筒の底壁と内筒との間を通って外筒及び内筒の側壁同士の間へ流入させる液体冷却方法。
【請求項１０】
前記気体を前記内筒の上方から前記外筒及び前記内筒の側壁同士の間に帰還させる、請求項９に記載の液体冷却方法。
【請求項１１】
前記内筒を上下に仕切ると共に前記内筒の側壁から下方へ延びるにつれて一点に集まる隔壁を準備し、
前記液体を前記内筒内で隔壁の中心部に集める請求項９に記載の液体冷却方法。
【請求項１２】
前記内筒の上方において前記外筒に設置された網を用意し、
前記液体を前記網に当たらせる請求項９に記載の液体冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所は、製銑から圧延までの各生産工程に、その目的に応じて多量の水を使用する。製鉄所における水の用途は、大部分が各種炉体や冷却器などの冷却と、高炉、転炉などのガス洗浄や圧延ロール冷却などである。そして、淡水を使用する場合は、淡水の大部分は再利用される。
【０００３】
一度使用された淡水の温度は上昇するため、再利用のために、冷却の必要がある。関連の冷却塔は、下部に貯水用ピットを有する塔体と、この塔体内に配置した充填材(熱交換部)と、この充填材の上方に配置した散水機構と、塔体の上部に配設した送風機を有する。熱間圧延工程で加熱された冷却水(例えば６０℃〜７０℃)を散水機構により充填材の上方から散布して充填材内を流下させる。これと同時に送風機を駆動して外気を塔体内に吸引し、この外気と充填材内を流下する冷却水と熱交換、すなわち、水の蒸発潜熱を利用して冷却水を冷却した後、貯水用ピット内に貯留し、ポンプにより各熱間圧延工程へ供給する。
【０００４】
また、特許文献１に示す水処理装置は、空気を外筒体内に噴出し、外筒体の内周に沿い旋回しながら上昇する被処理水と空気との混合渦流を発生させ、被処理水を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８５６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記冷却塔は、大気温度と湿度の影響を大きく受ける。特に、湿度の高いとき、蒸発能力が失われ、冷却能力が低下する。また、上記冷却塔は、大量の水を使用するので、水を大量に使用できる場所に限られ、立地的な制約を受ける。また、大気中に飛散される冷却水の量も多い。さらに、冷却水を循環利用しているので、水質が悪化し、水の汚れとレジオネラ菌とにより環境に影響を与えることもある。
【０００７】
一方、上記水処理装置は、立地的制約を受けないものの、その冷却能力は十分でない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、冷却能力を向上させた冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【００１０】
本発明の第１の特徴に係わる冷却装置（１００）は、底壁（１２）を有した外筒（１０）と、外筒（１０）の中に配置されると共に外筒（１０）の底壁（１２）から離れる内筒（２０）とを有する。外筒（１０）は、液体を導入するための液体入口（１１ｂ）と、外筒（１０）と内筒（２０）との間に気体を導入するための気体入口（１１ａ）とを有する。外筒（１０）の底壁（１２）と内筒（２０）とはその間に連絡口（Ｃ２）を画成する。気体は気体入口（１１ａ）から導入されて外筒（１０）と内筒（２０）との間で旋回しながら上昇し、液体入口（１１ｂ）から導入した液体と混合する。液体は内筒（２０）内を下降し、内筒（２０）内の気体は連絡口（Ｃ２）を通って外筒（１０）及び内筒（２０）の側壁（１１、２１）同士の間へ流れる。
【００１１】
以上の特徴において、外筒（１０）は内筒（２０）の上方から外筒（１０）及び内筒（２０）同士の間に気体を帰還させる帰還配管を有する。
【００１２】
内筒（２０）は内筒（２０）を上下に仕切ると共に内筒（２０）の側壁（２１）から下方へ延びるにつれて一点に集まる隔壁（２２，２３）を有する。
【００１３】
隔壁（２２，２３）は流通孔（２２ａ−２２ｅ、２３ａ−２３ｅ）を有する。
【００１４】
流通孔（２２ａ、２３ａ）は隔壁（２２、２３）の中心部に配置された。
【００１５】
流通孔（２２ｂ−２２ｅ、２３ｂ−２３ｅ）は前記中心部の周りに配置された。
【００１６】
内筒（２０）の側壁（２１）は孔を有しない。
【００１７】
外筒（１０）は内筒（２０）の上方に配置された網（１３，１４）を有する。
【００１８】
本発明の第２の特徴に係わる液体冷却方法は、底壁（１２）を有した外筒（１０）と、外筒（１０）の中に配置されると共に外筒（１０）の底壁（１２）から離れる内筒（２０）とを用意し、外筒（１０）と内筒（２０）との間に気体を導入して該気体を旋回させながら上昇させ、外筒（１０）内に液体を導入して該液体と前記気体とを混合し、前記液体を内筒（２０）内に下降させ、内筒（２０）内の気体を外筒（１０）の底壁（１２）と内筒（２０）との間を通って外筒（１０）及び内筒（１２）の側壁（１１，２１）同士の間へ流入させる。
【００１９】
以上の特徴において、前記気体を内筒（２０）の上方から外筒（１０）及び内筒（２０）の側壁（１１，２１）同士の間に帰還させる。
【００２０】
内筒（２０）を上下に仕切ると共に内筒（２０）の側壁（２１）から下方へ延びるにつれて一点に集まる隔壁（２２，２３）を準備し、前記液体を内筒（２０）内で隔壁（２２，２３）の中心部に集める。
【００２１】
内筒（２０）の上方において外筒（１０）に設置された網（１３，１４）を用意し、前記液体を網（１３，１４）に当たらせる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、気体は気体入口から導入されて外筒と内筒との間で旋回しながら上昇し、液体入口から導入した液体と混合する。これにより、気体の旋回流の中心部は大気圧以下の減圧状態になり、液体は分裂して大きな表面積を有する液滴になる。さらに、気体の旋回流は液滴表面の分子の移動を促進する。以上から、液体の蒸発は促進され、液体は蒸発潜熱により冷却する。
【００２３】
また、液体は内筒内を下降し、内筒内の気体は連絡口を通って外筒及び内筒の側壁同士の間へ流れる。ここで、内筒内の気圧は大気圧以下に減少されるので、液体の蒸発は促進する。
【００２４】
以上より、本発明の冷却装置は冷却能力の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る冷却装置の立面図である。
【図２】図１に示す冷却装置の上面図である。
【図３】図１に示す冷却装置の概要図である。
【図４】（Ａ）は図１に示す冷却装置の部分概要図であり、（Ｂ）は図１に示す冷却装置の底面図である。
【図５】実施例に係る冷却装置の冷却性能を示すグラフである。
【図６】実施例に係る冷却装置の冷却性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１、２に示すように、冷却装置１００は、基台５に設置した外筒１０と、基台５に設置されると共に外筒１０に接続した送風機６Ａ，６Ｂを有する。図３に示すように、冷却装置１００は、外筒１０の内側に同心に配置された内筒２０を有する。
【００２８】
図３に示すように、外筒１０は、上下方向に延びる環状の側壁１１と、側壁１１の底を閉じる底壁１２を有する。外筒１０の頂部は開放している。側壁１１は、内筒２０の下部と一致して配置された空気入口１１ａを有する。側壁１１は、内筒２０の上方に原水入口１１ｂを有する。円錐形の底壁１２は、周縁部から中心部へ向かって下方へ延び、中心部に配管８（図１，２参照）に接続した排出口１２ａを有する。外筒１０の空気入口１１ａは、空気配管７Ａ，７Ｂによって送風機６Ａ，６Ｂと接続する。空気配管７Ａ，７Ｂは、外筒１０の外周面の接線方向に延びる（図２，図４（Ｂ）参照）。外筒１０は、空気入口１１ｂの上下に設置された金網１３，１４を有する。外筒１０は、外筒１０の上部と下部に接続した帰還配管１５を有する。帰還配管１５は、金網１３の上に入口１５ａを有し、空気入口１１ａの下に出口１５ｂを有する。出口１５ｂは内筒２０に一致するように配置される。帰還配管１５は、開放端を有した分岐配管１５ｃと、分岐配管１５ｃに取り付けられルト共に空気の帰還量を調整するための帰還量調整バルブ１５ｄを有する。
【００２９】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、内筒２０は孔のない側壁２１を有する。内筒２０は外筒１０から径方向内側に離れており、外筒１０及び内筒２０の側壁１１，２１は、その間に環状の案内流路Ｃ１を画成する。内筒２０の側壁２１は、９０度間隔でサポート１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄによって外筒１０に支持される。内筒２０の下端は外筒１０の底壁１２から上下方向に離れている。内筒２０の下端と外筒１０の底壁１２とは、内筒２０の内部及び案内流路Ｃ１を連通する連絡口Ｃ２を画成する。内筒２０は側壁２１から下方へ延びるにつれて中心へ集まる円錐形の隔壁２２、２３を有する。隔壁２２は中心部に流通孔２２ａ及び中心部の周りに配置された流通孔２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅを有する。流通孔２２ｂ−２２ｅは中心部について９０度間隔で配置される。隔壁２３は中心部に流通孔２３ａ及び中心部の周りに配置された流通孔２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅを有する。流通孔２３ｂ−２３ｅは中心部について９０度間隔で配置される。隔壁２２、２３同士は、その間に第１の減圧室Ｄ１を画成する。隔壁２３と外筒１０の底壁１２とはその間に第２の減圧室Ｄ２を画成する。
【００３０】
次に、図３を参照して、冷却装置１００の使用方法を説明する。
【００３１】
先ず、送風機６Ａ，６Ｂは配管７Ａ，７Ｂを介して空気入口１１ａ，１１ａへ所定流量の空気Ａ１を送る。空気Ａ１は空気入口から案内流路Ｃ１内へ噴出する。このとき、空気Ａ１は外筒１０の接線方向から外筒１０内へ流入し、外筒１０と内筒２０との間の案内流路Ｃ１によって案内される。空気Ａ１は外筒１０と内筒２０との間を旋回して空気流Ａ２となる。この空気流Ａ２は外筒１０の側壁１１の内周に沿って旋回しながら外筒１０の上部へ上昇する。ここで、空気流Ａ２の中心部分は大気圧以下の低圧状態に保持される。また、内筒１１内の空気は、空気流Ａ２に起因して外筒１０の底壁１２と内筒２０との間の連絡口Ｃ２から案内流路Ｃ１へ流れ出す。よって、内筒２０内の第２の減圧室Ｄ２も大気圧以下の低圧状態になる。第１の減圧室Ｄ２内の空気も第１の減圧室Ｄ２を介して案内流路Ｃ１へ流れ出るので、第１の減圧室Ｄ１も大気圧以下の低圧状態になる。また、帰還配管１５は、外筒１０の上部から下部へ空気Ａ４を戻すので、空気Ａ４は空気Ａ１と混合する。空気Ａ４の帰還量は帰還量調整バルブ１５ｄによって調整することができる。これにより、空気を有効に利用し、送風機６Ａ，６Ｂの負担を軽減し、エネルギーを節約することができる。
【００３２】
一方、原水Ｗ１は外筒１０内へ噴出され、旋回する空気流Ａ２と混合される。これにより、原水Ｗ１は空気流Ａ２によって液滴群Ｗ２に分裂される。さらに、この液滴群Ｗ２は、金網１３、１４に当たって攪拌され、さらに小さく分裂される。ここで、液滴Ｗ２は大きな表面積を有し、空気流Ａ２との接触面積も大きくなるので、蒸発が促進される。さらに、空気流Ａ２は液滴Ｗ２の表面から水分子を分離するので、蒸発を促進する。これらにより、液滴Ｗ２は蒸発潜熱によって冷却される。
【００３３】
液滴Ｗ２は空気流Ａ２の中心部へ移動すると、減圧下でさらに蒸発しやすくなり、液滴Ｗ２はさらに冷却される。
【００３４】
液滴Ｗ２が空気流Ａ２の中心部から内筒２０の中へ下降し、隔壁２２に当たる。隔壁２２は、中心部へ向かって下方へ傾斜しているので、液滴Ｗ３を中心部へ集めることができる。集まった水は集合水となる。集合水は隔壁２２の流通孔２２ａ−２２ｅから第１の減圧室Ｄ１に流入する。ここで、第１の減圧室Ｄ１及び第２の減圧室Ｄ２内の空気は連絡口Ｃ２を通して案内流路Ｃ１へ流れ込む。よって、第１の減圧室Ｄ１は大気圧以下の低圧状態にあり、空気流れを有するので、集合水はさらに蒸発して冷却される。集合水は隔壁２３によって集められ、隔壁２３の流通孔２３ａ−２３ｅを通って第２の減圧室Ｄ２へ流入する。集合水は、第２の減圧室Ｄ２内でさらに蒸発して冷却され、処理水となる。ここで、内筒２０の側壁２１は孔を有しないので、側壁２１の上端及び下端の間の水、空気の移動を確実にする。
【００３５】
以上の過程により、処理水は原水に対して約１０℃程冷却される。処理水は底壁１２の中央部に集まり排出口１２ａ、排水管８を通って冷却装置１００の外の貯水槽に溜められる。
【００３６】
以上の実施形態によれば、連絡口Ｃ２は第１の減圧室Ｄ１及び第２の減圧室Ｄ２の空気を案内流路Ｃ１へ導くので、第１及び第２の減圧室Ｄ１、Ｄ２内を低圧状態に保持すると共に、第１及び第２の減圧室Ｄ１、Ｄ２内に空気の流れを誘起させ、第１及び第２の減圧室Ｄ１、Ｄ２内の集合水の蒸発を促進させる。
【００３７】
帰還配管１５は、外筒１０の上部から外筒１０及び内筒２０の間に空気Ａ４を戻すので、空気を有効に利用し、送風機６Ａ，６Ｂの負担を軽減することができる。
【００３８】
隔壁２２、２３は、中心部へ向けて液滴、集合水を効率的に集めることができる。
【００３９】
流通孔２２ａ〜２２ｅ、２３ａ〜２３ｅは液滴、集合水、空気の隔壁２２、２３の通過を許容する。
【００４０】
内筒２０の側壁２１は孔を有しないので、空気が側壁２１の途中から流れ出すことが無く、側壁２１の上端から下端までの空気の移動を確実にする。
【００４１】
金網１３，１４に液滴群Ｗ２を小さく分裂するので、液滴群Ｗ２の蒸発を促進する。
【００４２】
なお、本発明は実施形態に限定されず、実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。液体は、例えば、工場、発電所の冷却水、プール、湖沼の水を含む。気体は、空気の他、窒素を用いてもよい。
【００４３】
＜実施例＞
本実施形態の冷却装置１００と従来の冷タワー（冷却塔）との冷却能力を比較した。
【００４４】
図５において、菱形のプロットは冷却装置における対象となる水の引入温度を示す。四角形のプロットは冷却装置における対象となる水の排出温度を示す。丸形のプロットは冷却タワーにおける対象の水の排出温度を示す。
【００４５】
冷却装置における対象となる水の引入温度は、３５℃〜４０℃の範囲であった。一方、処理後の水の排出温度は、２５℃〜３０℃の範囲であった。これに対して、冷却タワーの対象の水の引入温度は、冷却装置のそれと同じである。一方、処理後の水の排出温度は、３０℃〜３３℃の範囲であった。
【００４６】
図６において、菱形のプロットは、冷却装置における対象の水の引入温度及び排出温度の温度差を示す。四角形のプロットは、冷却タワーにおける対象の水の引入温度及び排出温度の温度差を示す。丸形のプロットは、冷却装置の処理流量を示す。
【００４７】
冷却装置の対象の水の温度差は約９℃〜１１℃であった。これに対して、冷却タワーの対象の水の温度差は約４℃〜８℃であった。また、冷却装置は、約１．５トン（１０００ｋｇ）／時間の処理量を示した。
【００４８】
以上から、本実施形態の冷却装置は、従来の冷却タワーよりも高い冷却能力を有することが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る冷却装置は、製鉄所などから排出される温水、プールや湖沼などの水、又は、焼却設備、原子力発電所の冷却に使用された冷却水を冷却するために利用される。
【符号の説明】
【００５０】
１０  外筒
１１  側壁
１２  底壁
１３，１４  金網
１５  帰還配管
２０  内筒
２１  側壁
２２，２３  隔壁
１００  冷却装置
【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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