(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却塔において費用効果が良く且つ効率的なプルーム減少装置及び方法を提供する。【解決手段】蒸発手段を、その蒸発手段上に高温液体を散布する液体散布システム３２と共に有する冷却塔１０。冷却塔は、各々が第１の流れダクト２０と流体連通状態にある第１の組をなす通路１７及び第２の流れダクト２２と流体連通状態にある第２の組をなす通路１９を備えた１対の熱交換器モジュール１８を有する。熱交換器モジュールは、熱を第１の空気流から第２の空気流に伝達する。冷却塔は、第１の熱交換器モジュールと第２の熱交換器モジュールとの間に延びる第１のバイパス流路を更に有し、バイパスドアがこれを通る空気流を調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸線を有する冷却塔であって、
前記長手方向軸線に沿う第１の位置に配置された蒸発手段と、
高温液体を前記蒸発手段上に散布する液体散布システムと、
第１の流れダクトと流体連通状態にある第１の組をなす通路及び第２の流れダクトと流体連通状態にある第２の組をなす通路を備えた第１の熱交換器モジュールとを有し、前記第１の熱交換器モジュールは、熱を第１の空気流から第２の空気流に伝達し、
更に、第３の流れダクトと流体連通状態にある第３の組をなす通路及び第４の流れダクトと流体連通状態にある第４の組をなす通路を備えた第２の熱交換器モジュールを有し、前記第２のモジュールは、熱を第３の空気流から第４の空気流に伝達し、
更に、前記第１の熱交換器モジュールと前記第２の熱交換器モジュールとの間に延びる第１のバイパス流路と、
前記第１、前記第２、前記第３及び前記４のバイパス空気流を前記冷却塔中に差し向ける空気流発生器とを有する、冷却塔。
【請求項２】
前記第２の流れダクト内に配置された第１のベントドアを更に有し、前記第１のベントドアは、前記第２の流れダクトを通る前記第２の空気流の流量を調節する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項３】
前記第３の流れダクト内に配置された第２のベントドアを更に有し、前記第２のベントドアは、前記第３の流れダクトを通る前記第３の空気流の流量を調節する、請求項２記載の冷却塔。
【請求項４】
前記第１の熱交換器モジュールは、ダイヤモンドの幾何学的形状を有し、前記第２の熱交換器モジュールは、ダイヤモンドの幾何学的形状を有する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項５】
前記第１の熱交換器モジュールは、前記長手方向軸線に沿う第２の位置に配置され、前記第２の熱交換器モジュールは、前記長手方向軸線に沿って前記第２の位置の上方にある第３の位置に配置されている、請求項１記載の冷却塔。
【請求項６】
前記第１及び前記第２の位置は、前記長手方向軸線に沿う前記第１の位置の垂直方向上方に配置されている、請求項５記載の冷却塔。
【請求項７】
前記第２の流れダクトに設けられた第１のダンパドアを更に有する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項８】
第２のダンパドア及び前記第３の流れダクトを更に有する、請求項７記載の冷却塔。
【請求項９】
前記空気流発生器は、前記第１の空気流を前記第１の組をなす通路中に差し向け、前記空気流発生器は、前記第２の空気流を前記第２の組をなす通路中に差し向ける、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１０】
前記第２の熱交換器モジュールと前記冷却塔の壁との間に延びる第２のバイパス流路と、
前記第２のバイパス流路内に配置された第２のバイパスドアとを更に有し、前記第２のバイパスドアは、前記第２のバイパス流路を通る前記第４の空気流の流量を調節する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１１】
前記第１及び前記第４の空気流ダクトは、前記冷却塔の内側に開口している、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１２】
前記第２及び前記第３の空気流ダクトは、前記冷却塔の内側と前記冷却塔の外側の両方に開口している、請求項１１記載の冷却塔。
【請求項１３】
前記第１の空気流から凝縮して生じた水を捕捉するリザーバを更に有する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１４】
前記蒸発手段は、向流蒸発手段である、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１５】
前記蒸発手段は、直交流蒸発手段である、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１６】
前記蒸発手段の上方に設けられたドリフトエリミネータを更に有する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１７】
前記第１の組をなす空気通路を通る空気流を制御する第１の組をなすドアと、前記第２の組をなす空気通路を通る空気流を制御する第２の組をなすドアとを更に有する、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１８】
前記液体散布システムは、温水を前記蒸発手段上に散布する複数のノズルを含む、請求項１記載の冷却塔。
【請求項１９】
冷却塔内の空気流の熱量を減少させる方法であって、
第１の空気流を、第１の熱交換器モジュールの第１の組をなす通路中に差し向けるステップと、
第２の空気流を、第１の熱交換器モジュールの別の第２の組をなす通路中に差し向けるステップと、
第３の空気流を、第２の熱交換器モジュールの第３の組をなす通路、及び、ドアが設けられている第１のバイパス経路中に差し向けるステップと、
第４の空気流を、前記第２の熱交換器モジュールの別の第４の組をなす通路、及び、第２のバイパス経路中に差し向けるステップと、
熱を前記第１の空気流から前記第２の空気流に伝達するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
冷却塔であって、
第１の空気流を、第１の熱交換器モジュールの第１の組をなす通路中に差し向ける手段と、
第２の空気流を、前記第１の熱交換器モジュールの別の第２の組をなす通路中に差し向ける手段と、
第３の空気流を、第２の熱交換器モジュールの第３の組をなす通路、及び、ドアが設けられている第１のバイパス経路中に差し向ける手段と、
第４の空気流を、前記第２の熱交換器モジュールの別の第４の組をなす通路、及び、第２のバイパス経路中に差し向ける手段と、
熱を前記第１の空気流から前記第２の空気流に伝達する手段とを有する、冷却塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却塔又は他の放熱（熱を捨てる）装置等のためのプルーム減少に関する。特に、本発明は、冷却塔における費用効果が良く且つ効率的なプルーム減少方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気駆動式タービンを用いる発電では、水をバーナにより加熱して水蒸気を発生させ、この水蒸気は、タービンを駆動して電気を生じさせる。この目的に必要な清浄水の量を最小限に抑えるためには、熱を除去することによって水蒸気を水に変換して戻さなければならず、その結果、水をこのプロセスにおいて再使用することができるようになる。大型建物用の空調システムでは、建物内の空気を冷却状態の冷媒ガスを収容したコイル中に強制的に通し、それにより熱を建物の内部から冷媒ガスに伝達する。次に、温められた冷媒を建物の外部に管で送り、この場合、過剰の熱を冷媒から除去しなければならず、その結果、冷媒ガスを再び冷却し、冷凍プロセスを続行することができる。
【０００３】
上述のプロセスと過剰の熱を放散させるステップを必要とする多くの他のプロセスの両方において、冷却塔が採用されている。湿式冷却塔では、水を加熱状態の水蒸気、冷媒又は他の加熱状態の液体若しくはガスを収容した凝縮器コイルにポンプ輸送で通し、それにより熱を水に伝達する。次に、水を冷却塔の熱交換部分にポンプ輸送して薄い板材又はスプラッシュバーで構成された冷却塔手段上に吹き付ける。水が冷却塔手段に沿って流下すると、周囲空気を加熱状態の水に強制的に通し、熱を顕熱伝達と蒸発による熱伝達の両方によって水から空気に伝達する。次に、空気を冷却塔から強制的に出して周囲空気中に放出する。
【０００４】
冷却塔は、この過剰の熱を放散させる非常に効率的で且つ費用効果の良い手段であり、かくして、この目的のために広く用いられている。しかしながら、冷却塔に関して認識されている欠点は、或る特定の大気条件下では加熱状態の水源からの水分が蒸発し、冷却塔の頂部から運び出されている空気流中に入ることによってプルーム（ｐｌｕｍｅ）を生じさせる場合があるということにある。冷却塔が発電所の場合のように極めて大型である場合、このプルームは、冷却塔の付近で低く立ち込める霧を生じさせる場合がある。プルームは又、低い温度によりプルーム中の水分が凍結する冷却塔の付近の路上において着氷を生じさせる場合がある。
【０００５】
したがって、冷却塔により生じるプルームを制限し又はなくすための技術的努力がなされている。かかる技術的努力としては、例えば、周囲空気が、冷却塔の底部のところで取り込まれ、温水が充填パック上に下方へ噴霧されるときにその充填パックを通って上方に押しやられることに加えて、温水スプレーヘッドの下に位置する隔離された熱伝達通路を通って冷却塔中に運び込まれるプルーム減少型冷却塔が挙げられる。熱伝導性材料、例えばアルミニウム、銅等で作られたこれら通路により、周囲空気は、水分が蒸発して空気中に放出されることなく、熱のうちの何割かを吸収することができる。冷却塔の頂部のところでは、湿り気を含んだ加熱空気と乾き加熱空気が混合され、それにより、プルームが減少する。
【０００６】
別の例は、温水が冷却塔中に導入される前に部分的に冷却されるプルーム防止システムである。温水の部分的冷却は、別個の冷却手段、例えば空気又は水で動作する別個の熱交換器を用いて実施される。別の熱交換器は、冷却塔の効率を減少させ、かくして、プルームが冷却塔によって作られる大気条件が存在する場合にしか使用されるべきではない。
【０００７】
湿式冷却塔においてプルームを減少させるよう設計されたシステムの別の例がポール・エー・リンダル・ジュニア等（Paul A. Lindahl, Jr.,et al.），「プルーム・アベートメント・アンド・ウォーター・コンサベーション・ウィズ・ジ・ウエット／ドライ・クーリング・タワー（Plume Abatement and Water Conservation with the Wet/Dry Cooling Tower）」，テクニカル・ペーパー・ナンバー・ティーピー９３‐０１（Technical Paper Number TP93-01）所収，ザ・クーリング・タワー・インスティトュート・１９９３・アニュアル・ミーティング（the Cooling Tower Institute 1993 Annual Meeting）に見受けられる。この論文に記載されたシステムでは、先ず、温水が乾き空気冷却部分中にポンプ輸送され、ここで、空気は、温水の流れに連結された熱交換フィンを横切って押し込まれる。次に、部分的に冷却された水を乾き空気冷却部分の下に配置された充填パック上に吹き付け、そして空気を充填パック中に押し通し、それにより水を一段と冷却する。次に、湿り空気を冷却塔内で上方に押しやって、乾燥冷却プロセスからの乾燥乾き空気と混合し、そして冷却塔の頂部から強制的に追い出す。
【０００８】
上述のシステムは、湿式冷却塔のプルームに関する問題に対する有用な解決手段を提供しているが、これらシステムは全て、複雑でコストのかかる湿式及び乾式空気熱伝達機構の構造を必要としている。さらに、かかる塔は、「無プルーム」の減少モードで動作する場合、多量のファンエネルギーが消費されて空気が熱交換器パック中に引き込まれ、それにより冷却塔の運転費が著しく増大する。したがって、コストをそれほど増大させないで冷却塔を「無プルーム」の減少モードで動作させることができる安価なプルーム減少方法及び装置が要望されている。
【０００９】
冷却塔に関して認識されている別の問題は、冷却に用いられる水が汚染物質の濃くなった状態になるという場合がある。水が蒸発して冷却塔から出ると、追加の水が加えられるが、水中の汚染物質が濃縮状態になるということは、容易に認識されるべきであり、その理由は、汚染物質が蒸発熱と一緒に除去されないからである。化学物質が冷却水を処理するために冷却水に添加される場合、これら化学物質は、高濃縮状態になる場合があり、このことは、環境中に放出される場合に望ましくない場合がある。海水又は廃水が蒸発した水に取って代わるよう用いられる場合、清水が利用できない又はコスト高である通常の手法においては、冷却水の中の塩及び固形物が冷却水回路中にも堆積する場合がある。これら汚染物質が濃縮状態になると、かかる汚染物質は、薄い蒸発板材相互間で固化する場合があり、それにより冷却塔の冷却効率が低下する。
【００１０】
上述の問題の発生を阻止するため、濃縮状態の汚染物質を含む水の一部分を「ブローダウン」してこれを水源からの清水で置き換えることが通常のやり方である。これは、冷却塔水中の汚染物質が過度に濃縮状態になるのを阻止するが、ブローダウンプロセス中、水の排出による環境上重大な問題が生じる場合がある。したがって、冷却塔内における水の消費量を減少させる技術的努力がなされている。
【００１１】
ウー等（Houx et al.）に付与された米国特許第４，０７６，７７１号明細書は、冷却塔中の水消費量を減少させる技術の現状を記載している。この米国特許明細書に記載されたシステムでは、冷却塔の蒸発による熱伝達手段と顕熱による熱伝達を行うコイル部分の両方が同一システム内に設けられている。コイルの顕熱伝達により、プロセス水の冷却が行われるが、水が消費されることはない。
【００１２】
上述の米国特許明細書は、先行技術の冷却塔に対して顕著な技術的改良をもたらしているが、プルームからの水を再捕捉してこれを冷却塔水リザーバ中に戻し、顕熱伝達のためのコイル部分を必要としない機構が開発されると望ましい場合がある。
【００１３】
注目された別の問題は、携行飲料水を作るための海水の脱塩及び他の水源の浄化である。浄水を湿った空気流から除去する多くの手法が開発された。主要な商業的プロセスとしては、マルチ−ステージフラッシュ蒸発法（Multi-Stage Flash Distillation）、多重効用蒸発法（Multiple Effect Distillation）、蒸気圧縮蒸留法（Vapor Compression Distillation）及び逆浸透法（Reverse Osmosis）が挙げられる。これについては、国際脱塩協会に代わってオー・ケー・ブロス（O.K. Buros）により作成され、リサーチ・デパートメント・サリン・ウォーター・コンバージョン・コーポレイション（Research Department Saline Water Conversion）により改訂されて再版（１９９０）された「ザ・デソルティング・エービーシーズ（The Desalting ABC's ）」を参照されたい。脱塩又は廃熱のための低温水を使用するシステムの例としては、次のものが挙げられる。
【００１４】
ルー等（Lu, et al.），「ゼロ・ディスチャージ・デソリネーション（Zero Discharge Desalination）」，プロシーディングス・フロム・ジ・アメリカン・デソルティング・アソシエーション・ノース・アメリカン・バイエニアル・カンファレンス・アンド・エクスポジション（Proceedings from the ADA North American Biennial Conference and Exposition），２０００年８月。この論文は、低温空気流及び低級廃熱源からの温かい湿った空気流から清水を生じさせる装置に関する情報を提供している。清水は２つの空気流を分離する壁に沿って凝縮する。また、低温水を温かい湿った空気に吹き付けて凝縮を促進する。
【００１５】
バウムガルトナー等（Baumgartner, et al.），「オープン・マルチプル・エフェクト・デソリネーション・ウィズ・ロー・テンパーチャー・プロセス・ヒート（Open Multiple Effect Desalination with Low Temperature Process Heat）」，インターナショナル・シンポジウム・オン・デソリネーション・アンド・ウォーター・リユース（International Symposium on Desalination and Water Re-Use），第４巻，１９９１年。この論文は、脱塩のために用いられるプラスチック管型熱交換器に関する情報を提供しており、このプラスチック管型熱交換器は、プラスチック管の内部の低温の流水及び管の外面に沿って流れる温かい湿った空気を用いる。凝縮水が低温管の外面に生じる。
【００１６】
現在用いられている他の冷却塔は、もっぱら水保存のために特別に設計されている。水保存のためのかかる冷却塔では、乾き空気が冷却塔凝縮器の乾燥経路を通って常時流されていて、流出空気から蒸気を凝縮させる。これら冷却塔は、水を保存するが、冷却塔の熱的性能は、典型的には、冷却が熱交換に関して非効率的になる場合があるので影響を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第４，０７６，７７１号明細書
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】ポール・エー・リンダル・ジュニア等（Paul A. Lindahl, Jr.,et al.），「プルーム・アベートメント・アンド・ウォーター・コンサベーション・ウィズ・ジ・ウエット／ドライ・クーリング・タワー（Plume Abatement and Water Conservation with the Wet/Dry Cooling Tower）」，テクニカル・ペーパー・ナンバー・ティーピー９３‐０１（Technical Paper Number TP93-01）所収，ザ・クーリング・タワー・インスティトュート・１９９３・アニュアル・ミーティング（the Cooling Tower Institute 1993 Annual Meeting）
【非特許文献２】オー・ケー・ブロス（O.K. Buros），「ザ・デソルティング・エービーシーズ（The Desalting ABC's ）」，リサーチ・デパートメント・サリン・ウォーター・コンバージョン・コーポレイション（Research Department Saline Water Conversion）改訂・再版（１９９０）
【非特許文献３】ルー等（Lu, et al.），「ゼロ・ディスチャージ・デソリネーション（Zero Discharge Desalination）」，プロシーディングス・フロム・ジ・アメリカン・デソルティング・アソシエーション・ノース・アメリカン・バイエニアル・カンファレンス・アンド・エクスポジション（Proceedings from the ADA North American Biennial Conference and Exposition），２０００年８月
【非特許文献４】バウムガルトナー等（Baumgartner, et al.），「オープン・マルチプル・エフェクト・デソリネーション・ウィズ・ロー・テンパーチャー・プロセス・ヒート（Open Multiple Effect Desalination with Low Temperature Process Heat）」，インターナショナル・シンポジウム・オン・デソリネーション・アンド・ウォーター・リユース（International Symposium on Desalination and Water Re-Use），第４巻，１９９１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
熱的性能を向上させる典型的な対応策は、ファン出力を増大させること（それにより運転費が増大する）又は冷却塔の平面図で見た場合の面積を増大させること（それにより資本費が増大する）或いはこれらの手段の両方を行うことである。コストの増大をほどほどにした状態でファン電力又は平面図で見た場合の面積を増大させない設計例が極めて望ましい。上記の内容は、プルーム減少モードと非減少モードの両方で動作することができ、それにより運転費をそれほど増大させないあらゆる天候条件において所望の熱伝達を効果的且つ効率的に行うことができる冷却塔等が要望されていることを示している。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一観点では、長手方向軸線を有する冷却塔であって、冷却塔は、長手方向軸線に沿う第１の位置に配置された蒸発手段と、高温液体を蒸発手段上に散布する液体散布システムと、第１の流れダクトと流体連通状態にある第１の組をなす通路及び第２の流れダクトと流体連通状態にある第２の組をなす通路を備えた第１の熱交換器モジュールとを有し、第１のモジュールは、熱を第１の空気流から第２の空気流に伝達し、冷却塔は、更に、第３の流れダクトと流体連通状態にある第３の組をなす通路及び第４の流れダクトと流体連通状態にある第４の組をなす通路を備えた第２の熱交換器モジュールを有し、第２のモジュールは、熱を第３の空気流から第４の空気流に伝達し、冷却塔は、更に、第１の熱交換器モジュールと第２の熱交換器モジュールとの間に延びる第１のバイパス流路と、バイパス流路内に位置する第１のバイパスドアとを有し、第１のバイパスドアは気流を調節し、冷却塔は、更に、第１、第２、第３及び４のバイパス空気流を冷却塔中に差し向ける空気流発生器を有することを特徴とする冷却塔が提供される。
【００２１】
本発明の別の観点では、冷却塔内の空気流の熱含有量を減少させる方法であって、第１の空気流を第１の熱交換器モジュールの第１の組をなす通路中に差し向けるステップと、第２の空気流を第１の熱交換器モジュールの別の第２の組をなす通路中に差し向けるステップと、第３の空気流を第２の熱交換器モジュールの第３の組をなす通路及びドアが設けられている第１のバイパス経路中に差し向けるステップと、第４の空気流を第２の熱交換器モジュールの別の第４の組をなす通路及びドアが設けられている第２のバイパス経路中に差し向けるステップと、熱を第１の空気流から第２の空気流に伝達するステップとを含むことを特徴とする方法が提供される。
【００２２】
本発明の別の観点では、冷却塔であって、第１の空気流を第１の熱交換器モジュールの第１の組をなす通路中に差し向ける手段と、第２の空気流を第１の熱交換器モジュールの別の第２の組をなす通路中に差し向ける手段と、第３の空気流を第２の熱交換器モジュールの第３の組をなす通路及びドアが設けられている第１のバイパス経路中に差し向ける手段と、第４の空気流を第２の熱交換器モジュールの別の第４の組をなす通路及びドアが設けられている第２のバイパス経路中に差し向ける手段と、熱を第１の空気流から第２の空気流に伝達する手段とを有することを特徴とする冷却塔が提供される。
【００２３】
かくして、以下の本発明の詳細な説明を良好に理解するために且つ当該技術分野に対する本発明の貢献を良好に理解することにできるようにするために本発明の重要な特徴の概要をかなり広義に説明した。当然のことながら、以下に説明し且つ本願に添付された特許請求の範囲の要旨をなす本発明の追加の特徴が存在する。
【００２４】
この点に関し、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の用途が以下の説明に記載され又は図面に示されたコンポーネントの構成の細部及び配置に限定されることがないことは理解されるべきである。本発明は、他の実施形態で実施可能でありしかも種々の仕方で具体化されて実施可能である。また、本明細書で用いられる語句及び用語並びに要約は、説明の目的上のものであり、本発明を限定するものと介されてはならないことは理解されるべきである。
【００２５】
したがって、当業者であれば、本発明の基礎をなす概念を本発明の幾つかの目的を達成する他の構造、方法及びシステムの設計のための基礎として容易に利用できることは理解されよう。したがって、特許請求の範囲の記載は、かかる均等な構成例が本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、かかる均等構成例を含むものとして解されることは、重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態による最大熱的性能モードにある冷却塔の略図である。
【図２】本発明の実施例によるプルーム減少モードにある図１に示した冷却塔の略図である。
【図３】本発明の実施形態による部分プルーム減少モードにある図１に示した冷却塔の略図である。
【図４】本発明の変形実施形態による冷却塔の略図である。
【図５】本発明の変形実施形態による熱交換モジュールが機械的に持ち上げられた状態の冷却塔の略図である。
【図６】図５に示された冷却塔の略図であり、本発明の変形実施形態による熱交換モジュールが機械的に下げられた状態を示す図である。
【図７】本発明の変形実施形態に従って熱交換モジュールが機械的に回転した状態の冷却塔の略図である。
【図８】図７に示された冷却塔の略図であり、本発明の変形実施形態による熱交換モジュールが機械的に回転した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に図を参照すると（図中、同一の参照符号は、同一の要素を示している）、図１〜図３は、全体が符号１０で示された冷却塔装置を示しており、この冷却塔装置は、支持フレーム組立体１２及びシュラウド１４を有し、このシュラウド内で空気流発生器１６（軸流ファン）が作動する。冷却塔１０は、主要構成要素として、エリミネータ（除去装置）１５によって互いに隔てられた湿式直接冷却部分１１及び乾式間接冷却部分１３を有している。冷却塔１０は、直列に位置決めされると共に差し向けられた複数個の熱交換器モジュール（以下「熱交換モジュール」という場合がある）１８を有し、各熱交換器モジュールは、乾き空気ダクト（以下「乾式ダクト」という場合がある）２０及び湿り空気ダクト２２と流体連通状態にある。個々の熱交換器モジュール１８は、好ましくは、全体としてダイヤモンドの形又はダイヤモンドの形態をしているが、変形例として、任意の機能的な幾何学的形状のものであっても良い。上述したように、冷却塔１０は、更に、各々が空気入口又はダンパ３８を備えた一連の周囲又は乾き空気ダクト２０を、高温の湿り空気又は流出物を通過させる一連の高温空気（温風）又は湿式ダクト２２と共に有する。周囲空気ダクト２０は、図示のように個々の熱交換器パックモジュール１８につながっており、その結果、空気ダクト２０は、矢印で示されているように熱交換器モジュールを介して経路１７と連通関係をなしている。温かい空気又は温風ダクト２２も又、図示のように個々の熱交換器モジュールに連結されているが、温かい空気ダクト２２は、別の経路１９と連通状態にある。通路１７，１９の乾燥経路は、流出物の湿った空気又は流出物を流通させることができる。周囲空気ダクト２０と温かい空気ダクト２２の両方は、熱交換器モジュール１８の下に位置決めされている。
【００２８】
次に特に熱交換器モジュール１８を参照すると、本発明の一実施形態では、各モジュールは、蒸気凝縮熱交換器パックである。各熱交換器モジュール１８は、２つの互いに異なる空気流のための第１の経路１７及び第２の経路１９を有するパックを形成するよう互いに結合された薄い板材で構成されている。好ましい実施形態では、２つの空気流は、各々互いに直角をなして熱交換器モジュール１８に流入し、そして薄い板材２３によって別々に保たれる。
【００２９】
薄い板材は、通路１９を通って流れる加熱された水を含む空気流から蒸気を凝縮させて熱を通路１７を通って流れる低温空気流に伝達するのを助けるよう形作られた比較的薄い合性樹脂材料である。好ましい実施形態では、この材料の厚さは、０．００５〜０．０４０インチ（０．１２７〜１．０１６ｍｍ）であるが、好ましくは、０．０１５〜０．０２０インチ（０．３８１〜０．５０８ｍｍ）である。表面は、空気流の流量に対して最小限の量の抵抗を示す状態で空気流の各々に提供される拡大された表面領域を提供するよう模様付けされているのが良い。他の表面模様パターンとしては、ゴルフボールのテキスチャに類似したディンプルやプラスチックシートにエンボス加工されたスクリーンパターンに類似したガード付きテキスチャが挙げられるが、これらには限定されない。この表面積の増大により、薄い板材の熱伝達能力が向上すると共に板材表面の近くの速度の変動が高まり、それにより個々の空気流の局所混合度が向上する。変動の増加及びその結果としての空気流の局所混合は又、板材の熱伝達能力を向上させる。
【００３０】
上述したように、熱交換モジュール１８の各々は、互いにオフセットしており、隣り合うモジュール１８は、これらモジュールの隣接の箇所が実質的に隔てられるよう高さが変化している。図１〜図３に示されているように、冷却塔１０は、隣り合う熱交換モジュール相互間に配置された一連の空気バイパスドア２４を更に有している。５つの空気バイパスドアが示されているが、これよりも多い又はこれよりも少ないバイパスドア２４が冷却塔１０のサイズに応じて使用されるのが良い。また、図１には、全体が符号２６で示された一連の乾式ダクトベントドアが示されており、これら乾式ダクトベントドアは、それぞれの乾式ダクト２０の各々の底部のところに配置され、これらドアは、ダクト２０中への温かい流出物の流れを制御するよう動作する。
【００３１】
図１〜図３に示すと共に上述したように、間接熱交換モジュール１８が直接冷却部分１１の上方で間接冷却部分１３内に配置され、直接冷却部分１１は、蒸発手段３０、例えば充填板材又は任意の熱交換手段等を図示のように向流配置状態で有している。直接蒸発部分１１は、更に、一連の導管及びノズル３３を含む温水散布システム３２を有し、温水がそれらの導管及びノズルを通って流れる。動作中、冷却用空気ベクトル３４で表された低温乾き空気が蒸発手段３０の下で冷却塔に流入する。
【００３２】
次に特に図１を参照すると、冷却塔１０は、最大熱的性能動作モード又は位置で示されている。最大熱的性能により、熱交換モジュール１８は、互いにオフセットしており、それにより、隣り合うモジュールは、上述したようにこれらモジュールの隣り合う箇所が実質的に互いに隔てられるように、高さが変化していることが理解される。この最大熱的性能位置では、バイパスドア２４の各々は開いており、同様にベントドア２６の各々も開いており、他方、乾燥ダンパ３８は、閉じられている。
【００３３】
したがって、この最大熱的性能モードでの動作中、熱源からの温水は、導管を通ってポンプ輸送されてスプレーノズル３３に至り、そして蒸発手段３０上に吹き付けられる。他方、１つの軸流ファン（又は複数のファン）１６は、ベクトル及び矢印３４で示されているように低温周囲空気の空気流を蒸発手段３０中に引き込む。蒸発手段３０内において、空気が加熱され、水分が蒸発して空気流になる。加熱された水を含む空気は、次に、矢印３６で示されているように乾き及び湿り空気流れダクト２０，２２中に差し向けられる。このモードでは、周囲空気は、乾燥ダンパ３８が閉じられているので乾式ダクト２０を経て冷却塔１０に入るのが制限される。
【００３４】
矢印３６で示されているように、加熱水含有空気は、乾き空気ダクト２０と湿り空気ダクト２２の両方に入ってこれを通って流れ、それにより、乾き空気ダクト２０を通って流れている加熱水又は流出物を含む空気が各熱交換モジュール１８をバイパスし、湿り空気ダクト２２中の空気は、各モジュール１８を通って流れる。具体的に言えば、熱交換モジュール１８をバイパスする空気又は流出物は、熱交換器モジュール１８を通過しなければならない空気の量を減少させ、したがって、各モジュール１８を通る空気の速度が小さく、その結果として生じる圧力降下が低い。さらに、バイパスドア２４及び熱交換器モジュール１８を通過した空気が共通のプレナム４０に入るので、ドア２４及びモジュール１８を通る速度は、共通の圧力降下をもたらすよう調節されることになる。
【００３５】
次に特に図２を参照すると、冷却塔１０は、プルーム減少モードで又は図１に示された最高性能モードに対して部分性能モードにある。プルーム減少モードによって、空気バイパスドア２４は、乾式ダクトベントドア２６と共に閉じられており、他方、乾燥ダンパ３８は、部分的に又は完全に開かれていることが理解される。動作中、直接熱交換部分１１は、図１に示された最大熱的性能モードと関連して説明したのと同様に動作する。加熱水含有空気又は流出物がエリミネータ１５を通過して間接熱交換部分１３に入るとき、ベントドアは閉じられており、流出空気流を湿式ダクト２２中に押し込み、そして熱交換モジュール１８中に押し込む。上述したように、ダンパは、部分的に又は完全に開かれており、流出物は、次に、湿式ダクト２２を通って進んで熱交換モジュール１８の上述の空気流通路１９のうちの１つに入る。他方、上述したように、周囲乾き空気３８は、ダンパ３８を経て乾き空気ダクト２０に入って第２の空気流を生じさせる。周囲乾き空気は、次に、好ましくは流出物の流れに垂直に熱交換器モジュール１８の別個の空気流通路１７中に差し向けられる。周囲乾き空気は、熱交換器モジュール１８上に低温表面を生じさせるよう働き、それにより熱が第１の空気流から第２の空気流に伝わることができるようにする。周囲乾き空気は又、流出物又は第１の空気流からの水蒸気を凝縮させるための低温表面を熱交換モジュール１８上にもたらす。流出物からの凝縮液は、次に、熱交換の交換器モジュール１８から落下して冷却塔の主水収集領域（図示せず）中に戻ることができる。２つの空気流が熱交換モジュール１８を出ると、これら２つの空気流は、プレナム４０内で結合又は混合し、そしてシュラウド１４を経て流出する。
【００３６】
このモードでは、乾き空気ダクト２０の入口に設けられた乾燥ダンパ３８を完全に開いて最大プルーム減少モードにしても良く或いはこれを絞って乾き空気取り入れ量を減少させて湿式部分１１の空気流を増加させても良い。しかしながら、周囲温度が上昇すると、冷却は、十分ではないが、或る程度のプルーム減少が依然として望ましい場合がある。
【００３７】
次に図３を参照すると、冷却塔１０は、部分プルーム減少位置で示されており、この位置では、冷却塔は、図２に示された位置と比較してより高い湿式部分１１の性能をもたらす一方で、依然としてプルーム減少を可能にする。空気バイパスドア２４と乾式ダクトベントドア２６の両方が図２に示された向きで閉じられているが、図３に示された部分減少モードでは、湿式ダクトの空気バイパスドア２４は開かれ、他方、乾式ダクトの乾式ダクトドア２６及び空気バイパスドア２４は閉じられている。乾き空気ダクトの入口に設けられた乾燥ダンパ３８を完全に開いて最大プルーム減少モードにしても良く或いは、これを絞って乾燥空気取り入れ量を減少させて湿式部分空気流を増加させても良い。しかしながら、周囲温度が上昇すると、冷却は、十分ではなく、或る程度のプルーム減少が依然として望ましい場合がある。具体的に説明すると、このモードでは乾き周囲空気は、乾式ダクト２０を通り、そして熱交換モジュール１８の通路１７を通って流れ、湿り流出物の一部分は、バイパスドア２４が開かれているので熱交換モジュール１８をバイパスし、他方、湿り流出物の残部は、通路１９を通って流れる。この場合も又、流出物のバイパスにより、互いに異なる空気経路を通る全体的圧力低下を減少させることができる。湿式部分を通る空気流が増加し、それにより熱的性能が高められる。
【００３８】
次に図４を参照すると、本発明の変形実施形態が示されている。図示のように、冷却塔１０は、図１〜図３と関連して開示すると共に説明した実施形態と動作及び機能の面で極めて類似しているが、この変形実施形態では、モジュール１８は、同一高さ位置に配置されている。図４に示されているように、交互に位置する熱交換器モジュール１８の高さを上げてこれらモジュール１８の隣接の箇所相互間に空間を形成するのではなく、モジュール１８を交互に回転させて隣り合うモジュール１８を隔て、それによりバイパスドア２４によって制御されるバイパス経路７０を作る。
【００３９】
次に図５及び図６を参照すると、本発明の別の変形実施形態が示されており、この場合、熱交換モジュール１８は、機械的直動昇降装置５０により機械的に昇降される。昇降装置５０は、被動ロッド、スクリュージャッキ、滑車装置、油圧シリンダ又はモジュール１８の高さを変更させることができる他の装置であるのが良い。図５は、冷却塔１０を最大熱的性能モードで示しており、この場合、交互のモジュール１８が持ち上げられてモジュール１８が互いに異なる高さ位置に位置決めされ、それによりバイパス経路５２が作られる。このモードでは、乾き空気ダンパ３８は、閉じられ、他方、乾式ダクトベントドア２６は、開かれ、それにより流出物がモジュール１８をバイパスすることができ、したがって最大熱的性能が得られる。
【００４０】
変形例として、図６は、プルーム減少モードの冷却塔を示しており、この場合、モジュール１８は、同一の高さ位置に配置され、それによりバイパス経路が遮断される。このモードでは、乾式ダクトベントドア２６は、閉じられ、周囲空気ダンパ３８は、開かれ、それにより乾式ダクト２０を通ってモジュールの通路１７に入る低温空気（冷風）の流れが可能になり、他方、湿り流出物は、湿式ダクト２２だけを通って通路１９のうちの他方に流れる。
【００４１】
次に図７及び図８を参照すると、本発明の更に別の変形実施形態が示されている。この実施形態は、図５及び図６に示された実施形態に類似しているが、熱交換器モジュール１８を互いに異なる高さに動かし又は並進させるのではなく、モジュール１８を回転させてバイパス経路５４を作る。図７及び図８に示されているように、冷却塔１０は、昇降機械的システム５６、例えばケーブル、滑車及び直動昇降装置を有する。図７に示されているように、冷却塔１０は、最大熱的性能モードにあり、それにより熱交換器モジュール１８を上方に回転させてバイパス経路５４が作られる。
【００４２】
図８は、変形例として、冷却塔をプルーム減少モードで示しており、それにより、モジュール１８を下方に回転させると、隣り合う箇所が互いに触れ合い、それによりバイパスを閉じて湿り流出物がそれぞれのモジュールを通って流れるようにし、他方、開いた状態のダンパ３８は、乾き空気ダクト２０を通ってモジュール内に入る乾き周囲空気の流れを可能にする。
【００４３】
本発明の多くの特徴及び多くの利点は、詳細な説明から明らかであり、かくして、本発明の真の精神及び範囲に属する本発明のかかる全ての特徴及び利点を含むことが特許請求の範囲の記載によって意図されている。さらに、多くの改造及び変形が当業者には容易に明らかなので、本発明を図示すると共に説明した構成及び作用そのものに限定することは望ましくなく、したがって、全ての適当な改造例及び均等例は、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  冷却塔
１１  直接冷却部分
１２  支持フレーム組立体
１３  間接冷却部分
１４  シュラウド
１５  除去装置
１６  空気流発生器
１７，１９  経路
１８  熱交換器モジュール
２０  乾き空気ダクト
２２  湿り空気ダクト
２４  バイパスドア
２６  ベントドア
３０  蒸発手段
３２  温水散布システム
３３  スプレーノズル
３８  ダンパ
７０  バイパス経路
【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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【外国語明細書】
2015064195000001.pdf