(57)【要約】【課題】温水を衛生的、安価にかつ効率よく冷却して温度の下がった水として供給することが可能な温水の冷却方法及びその冷却装置を提供する。【解決手段】上部に水蒸気排出口１１を、上側位置には外部から供給される温熱水を吹き出す噴霧ノズル１２を備え、下部を除く部分には温水の流入口１３を下部には温度の下がった水を外部に排出する排水口１４をそれぞれ設けた冷却塔１５と、温熱水を貯留する温熱水タンク１６と、冷却塔１５の水蒸気排出口１１から水蒸気を吸引し、圧縮して高温水蒸気混じりの温熱水として温熱水タンク１６に供給する吸引圧縮ポンプ１７と、温熱水タンク１６に溜まった温熱水を冷却塔１５の噴霧ノズル１２に供給する温熱水ポンプ１８とを有し、冷却塔１５に供給された温熱水を蒸発させ、その気化熱によって温熱水の残りの温度を下げて低温水を生成し、生成した低温水を温水に加えて温度の下がった水を生成する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部機器から排出される温水の冷却方法であって、
吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、該温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で該温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、該低温水を前記冷却塔に供給される前記温水に加えて、温度の下がった水を、前記冷却塔の下部に設けられた排水口より前記外部機器に供給することを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項２】
請求項１記載の温水の冷却方法において、前記温水は前記排水口より上位置にある流入口から前記冷却塔に供給され、更に、前記排水口から排出される温度の下がった水の一部を前記流入口側にバイパスさせていることを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項３】
外部機器から排出される温水の冷却方法であって、
吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、該温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で該温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、該低温水を前記冷却塔に流入した前記温水と間接的に接触させて該温水の温度を下げ、温度の下がった水を前記冷却塔の下部に設けられた排水口から排出して前記外部機器に供給することを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の温水の冷却方法において、前記温熱水は前記冷却塔内にシャワー状に噴出されることを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の温水の冷却方法において、前記冷却塔で分離回収した水蒸気を前記吸引圧縮ポンプで吸引圧縮して高温化して、前記冷却塔に供給する前記温熱水を生成し、しかも、前記温熱水は温熱水タンクを介して前記冷却塔に供給されることを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項６】
請求項５記載の温水の冷却方法において、前記吸引圧縮ポンプで圧縮生成された温熱水と同時に生成される高温の水蒸気は、前記吸引圧縮ポンプの吸引側に戻されることを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項７】
請求項５及び６のいずれか１項に記載の温水の冷却方法において、前記温熱水タンクにはヒータが設けられ、運転開始時には該ヒータにより加熱された水を、該温熱水タンク内に貯留し前記温熱水として使用することを特徴とする温水の冷却方法。
【請求項８】
外部機器によって発生する温水を冷却して前記外部機器に戻すための冷却装置であって、
上部に水蒸気排出口を備え、上側位置には外部から供給される温熱水を吹き出す噴霧ノズルを備えて、更に下部を除く部分には前記温水の流入口を、下部には処理されて温度の下がった水を外部に排出する排水口をそれぞれ設けた冷却塔と、前記温熱水を貯留する温熱水タンクと、
前記冷却塔の水蒸気排出口から水蒸気を吸引し、圧縮して高温水蒸気混じりの温熱水として前記温熱水タンクに供給する吸引圧縮ポンプと、
前記温熱水タンクに溜まった温熱水を前記冷却塔の前記噴霧ノズルに供給する温熱水ポンプとを有し、
前記冷却塔に供給された温熱水を蒸発させ、その気化熱によって前記温熱水の残りの温度を下げて低温水を生成し、生成した該低温水を前記温水に加えて前記温度の下がった水を生成することを特徴とする温水の冷却装置。
【請求項９】
請求項８記載の温水の冷却装置において、前記冷却塔の下部から排出される前記温度の下がった水の一部を前記流入口に供給するバイパス回路と、前記冷却塔の下部から排出される前記温度の下がった水の更に一部を前記温熱水タンクに戻すリターン回路が設けられていることを特徴とする温水の冷却装置。
【請求項１０】
請求項９記載の温水の冷却装置において、前記リターン回路は前記温熱水タンクの下部に接続され、前記温熱水タンクの上部には前記温熱水を前記冷却塔に供給する温熱水流出口が設けられていることを特徴とする温水の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部機器で発生した温水を温度の下がった水として外部機器に供給する温水の冷却方法及びその冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧縮機や冷凍機等の各種機器の冷却のために発生した温水の温度を下げて冷却水として各種機器に供給する場合、冷却する温水の量や冷却条件等に応じて冷却方法及び冷却装置が選択されている。この中で、比較的多量の冷却水の冷却を行なう場合には、例えば、冷却水を上方から空気中に散水して落下流を形成させ、この落下流に対して送風ファンで発生させた空気を直交流又は並行流として接触させて冷却水の一部を蒸発させ、このときの気化熱で残りの冷却水の温度を下げるクーリングタワーが使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現状のクーリングタワーの冷却能力では、例えば、クーリングタワーに流入する使用後の冷却水の温度が３０〜３５℃の場合、これを２０〜２５℃の温度の冷却水とする（温度を５℃程度低下させる）のが限界であり、例えば冷却水の温度を１０℃程度下げたい場合には、クーリングタワーだけでは対応できないという問題が生じている。また、クーリングタワーでは空気中に散水した冷却水を上部が開放された受水槽で回収しているため、運転中は受水槽内には常に冷却水が存在して、この受水槽内で有害な細菌が繁殖することがある。そして、クーリングタワーを運転しているときには冷却された冷却水が受水槽に落下しているので、その際の衝撃力で受水槽中の冷却水が飛び上がり送風ファンによる空気流で吹き飛ばされることになる。このため、有害な細菌を含んだ冷却水がクーリングタワーの周辺に飛散し、衛生上好ましくない。そこで、細菌の繁殖を抑えるために薬剤を冷却水中に添加することが行なわれているが、高価な薬剤を使用するのでクーリングタワーのランニングコストが上昇するという問題が生じている。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、外部機器の冷却で発生した温水を衛生的、安価にかつ効率よく冷却して温度の下がった水として外部機器に供給することが可能な温水の冷却方法及びその冷却装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る温水の冷却方法は、外部機器から排出される温水の冷却方法であって、吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、該温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で該温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、該低温水を前記冷却塔に供給される前記温水に加えて、温度の下がった水を、前記冷却塔の下部に設けられた排水口より前記外部機器に供給する。
また、第２の発明に係る温水の冷却方法は、外部機器から排出される温水の冷却方法であって、吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、該温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で該温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、該低温水を前記冷却塔に流入した前記温水と間接的に接触させて該温水の温度を下げ、温度の下がった水を前記冷却塔の下部に設けられた排水口から排出して前記外部機器に供給する。
【０００５】
冷却塔の上部から散水された温熱水は液滴となって冷却塔内を落下する。このとき、液滴の表面では水の蒸発が生じるが、冷却塔内は減圧状態に保持されているため水の沸点は低下している。そこで、温熱水の温度に応じて冷却塔内の減圧程度を調整することにより、温熱水の温度が実質的に沸点となるようにすることができ、温熱水の液滴を沸騰させて液滴表面から効率的に水を蒸発させることが可能となる。なお、水の温度が高くなるほど飽和水蒸気圧は高くなるので、供給する温熱水の温度が低くなるほど、冷却塔内の絶対圧力を下げる（減圧程度を下げる）必要がある。
一方、水が蒸発する際には、気化熱が必要となるが、冷却塔内には水が蒸発するために必要な気化熱を供給する熱源は存在しない。このため、水が蒸発する際には、温熱水自体が有している熱の一部を気化熱として利用することになる。従って、温熱水の液滴表面から水が蒸発すると、残りの液滴では蒸発した水に比例した気化熱が奪われることになる。
【０００６】
ここで、水の気化熱は非常に大きいため、液滴の表面から水が蒸発すると、残りの液滴の温度は急激に低下する。そして、水の蒸発がある程度生じると、液滴の温度は沸点よりはるかに低下してしまい、液滴の表面からは水の蒸発が起こりにくくなる。その結果、供給された温熱水は、冷却塔内で低温水として存在することになる。このため、冷却塔内に供給された温熱水は、低温水となって冷却塔内を落下する。
従って、冷却塔内で温水を散水して低温水と直接接触させて混合することにより、温水の熱を低温水に吸収させて、温水より温度の低い水として冷却塔の下部に貯留しながら、排水口より外部機器に供給することができる。
また、得られた低温水と温水とを、例えば伝熱部材を介して間接的に接触させ、温水側から低温水側に熱を移動させて温水の温度を下げ、温度の下がった水を排水口より外部機器に供給することができる。
【０００７】
第１、第２の発明に係る温水の冷却方法において、前記温熱水は前記冷却塔内にシャワー状に噴出されることが好ましい。
シャワー状に噴出させることにより、温熱水の液滴のサイズを小さくして比表面積（単位重量当たりの表面積の割合）を大きくすることができる。ここで、水の蒸発量は表面積に比例するので、比表面積の大きな液滴を形成することにより単位重量当たりの水の蒸発量を多くでき、多くの気化熱が奪われるため温熱水の液滴の温度を急激に低下させることができる。
【０００８】
第１の発明に係る温水の冷却方法において、前記温水は前記排水口より上位置にある流入口から前記冷却塔に供給され、更に、前記排水口から排出される温度の下がった水の一部を前記流入口側にバイパスさせていることが好ましい。
冷却塔の下部に温水に比べて温度の下がった水を貯留して、この温度の下がった水を冷却塔に流入する前の温水に加えることにより、温水に比較して温度の下がった水を冷却塔に流入することができる。
【０００９】
第１、第２の発明に係る温水の冷却方法において、前記冷却塔で分離回収した水蒸気を前記吸引圧縮ポンプで吸引圧縮して高温化して、前記冷却塔に供給する前記温熱水を生成し、しかも、前記温熱水は温熱水タンクを介して前記冷却塔に供給されることが好ましい。
冷却塔から回収した水蒸気を吸引圧縮ポンプで吸引し圧縮することにより、水蒸気を高温化することができ、この高温化した水蒸気を凝縮させるので、外部から熱を供給しなくても凝縮潜熱を利用して温度の高い温熱水を得ることができる。そして、得られた温度の高い温熱水を温熱水タンクに貯留することにより、冷却塔から一定量の水蒸気が得られる定常運転状態では、温熱水タンクを加熱しなくても温熱水を貯留し冷却塔に供給することができる。
【００１０】
第１、第２の発明に係る温水の冷却方法において、前記吸引圧縮ポンプで圧縮生成された温熱水と同時に生成される高温の水蒸気は、前記吸引圧縮ポンプの吸引側に戻されることが好ましい。
温熱水と同時に生成される高温の水蒸気を吸引圧縮ポンプの吸引側に戻して冷却塔から回収された水蒸気と混合することにより、冷却塔内の蒸発量が変動しても、温熱水の生成に必要な水蒸気の量を安定して確保することができる。更に、高温の水蒸気を混合することにより、吸引圧縮ポンプに流入する水蒸気の温度を上昇させることができる。
【００１１】
第１、第２の発明に係る温水の冷却方法において、前記温熱水タンクにはヒータが設けられ、運転開始時には該ヒータにより加熱された水を、該温熱水タンク内に貯留し前記温熱水として使用することが好ましい。
運転開始時には、回収される水蒸気が存在しないので、温熱水タンクに貯留されている水をヒータで加熱して温熱水として貯留し、この温熱水を冷却塔に供給する。また、冷却塔に温熱水が供給されると、この温熱水の一部が蒸発して水蒸気を生成し、この水蒸気が吸引圧縮ポンプにより回収されるので、高温の温熱水として温熱水タンクに戻すことができる。
【００１２】
前記目的に沿う第３の発明に係る温水の冷却装置は、外部機器によって発生する温水を冷却して前記外部機器に戻すための冷却装置であって、上部に水蒸気排出口を備え、上側位置には外部から供給される温熱水を吹き出す噴霧ノズルを備えて、更に下部を除く部分には前記温水の流入口を、下部には処理されて温度の下がった水を外部に排出する排水口をそれぞれ設けた冷却塔と、前記温熱水を貯留する温熱水タンクと、前記冷却塔の水蒸気排出口から水蒸気を吸引し、圧縮して高温水蒸気混じりの温熱水として前記温熱水タンクに供給する吸引圧縮ポンプと、前記温熱水タンクに溜まった温熱水を前記冷却塔の前記噴霧ノズルに供給する温熱水ポンプとを有し、前記冷却塔に供給された温熱水を蒸発させ、その気化熱によって前記温熱水の残りの温度を下げて低温水を生成し、生成した該低温水を前記温水に加えて前記温度の下がった水を生成する。
【００１３】
温熱水を噴霧ノズルで供給すると、温熱水は液滴となって落下を始めその表面では蒸発が生じている。このため、温熱水は落下しながら気化熱に相当する熱が奪われ、残りの温熱水の温度は急激に低下して、低温水となる。そこで、冷却塔において、温水が流入する位置よりも上部の位置から温熱水を供給すると、温熱水は低温水となった状態で温水と直接混合することができ、温水の温度を効果的に下げることができる。
また、冷却塔で発生した水蒸気を直接吸引圧縮ポンプで回収して圧縮するので、加熱源を必要とせずに高温の水蒸気を容易に得ることができる。更にこの高温の水蒸気を凝縮させることにより、高温の温熱水を容易に得ることができる。そして、この高温の温熱水を温熱水タンクに供給して貯留し、再び冷却塔に供給することにより、温水から温度の下がった水を生成することができる。
【００１４】
第３の発明に係る温水の冷却装置において、前記冷却塔の下部から排出される前記温度の下がった水の一部を前記流入口に供給するバイパス回路と、前記冷却塔の下部から排出される前記温度の下がった水の更に一部を前記温熱水タンクに戻すリターン回路が設けられていることが好ましい。
冷却塔の下部から排出される温度の下がった水の一部を流入口に供給するバイパス回路を設けることにより、温水に温度の下がった水を加えることができ、冷却塔に流入する水の温度を温水の温度よりも低くすることができる。
温度の下がった水の更に一部を温熱水タンクに戻すリターン回路を設けることにより、冷却塔内の温度の下がった水の貯留量を一定に保つことができる。
【００１５】
第３の発明に係る温水の冷却装置において、前記リターン回路は前記温熱水タンクの下部に接続され、前記温熱水タンクの上部には前記温熱水を前記冷却塔に供給する温熱水流出口が設けられていることが好ましい。
４℃以上の水では、水の温度が高いほど比重は小さくなる。このため、容器内に静止状態で水を貯留する場合、温度の高い水は上部に、温度の低い水は下部に存在することになる。そこで、リターン回路を温熱水タンクの下部に接続して温度の下がった水を温熱水タンクの下部に流入させることにより、温熱水タンク内の水と流入する水との間の温度差を小さくすることができる。その結果、温度の異なる水が流入することによる温熱水タンク内での大きな撹拌流の発生を抑制することができる。
また、温熱水タンクの上部に温熱水流出口を設けることにより、温度の高い温熱水を取り出すことができ、この温度の高い温熱水を温熱水ポンプにより冷却塔内に供給することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る温水の冷却装置の説明図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る温水の冷却装置の説明図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る温水の冷却装置１０は、上部に水蒸気排出口１１を備え、上側位置には外部から供給される温熱水を吹き出す噴霧ノズル１２を備えて、更に下部を除く部分には温水の流入口１３を、下部には温度の下がった水を外部に排出する排水口１４をそれぞれ設けた冷却塔１５と、温熱水を貯留する温熱水タンク１６と、冷却塔１５の水蒸気排出口１１から水蒸気を吸引し、圧縮して高温の水蒸気混じりの温熱水として温熱水タンク１６に供給する吸引圧縮ポンプ１７と、温熱水タンク１６に溜まった温熱水を冷却塔１５の噴霧ノズル１２に供給する温熱水ポンプ１８とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１７】
冷却塔１５の上部に設けられた水蒸気排出口１１には、吸引圧縮ポンプ１７の吸引側と連通する水蒸気配管１９が接続されている。また、冷却塔１５の上側位置には、冷却塔１５内に温熱水を供給するための温熱水流入口２０が設けられ、この温熱水流入口２０の内側には複数の吹き出し孔２１を備えた噴霧ノズル１２が接続されている。
このような構成とすることにより、冷却塔１５内を吸引圧縮ポンプ１７で排気して、冷却塔１５内を、例えば絶対圧力で０．０５〜０．９ｋｇ／ｃｍ２　の減圧状態に保持することができる。そして、減圧状態に保持された冷却塔１５内に温熱水を噴霧ノズル１２を介してシャワー状に噴出させることにより、冷却塔１５内で温熱水の液滴を形成して、下方に向け落下させることができる。その際、温熱水の液滴の表面において温熱水を減圧蒸発させ、その際に気化熱が奪われることによって、残りの温熱水の温度を下げて低温水の液滴を生成することができる。
【００１８】
また、噴霧ノズル１２より下方に位置している流入口１３の内側には、複数の吹き出し孔２２を備えた温水噴霧ノズル２３が接続されており、流入口１３の外側には図示しない外部機器から排出される温水を輸送する温水配管２４が接続されている。更に、流入口１３より下方に位置している排水口１４の外側には、温度の下がった水を外部機器に輸送する給水配管２５が接続されている。
このような構成とすることにより、温水を冷却塔１５に供給して冷却塔１５内で温水の液滴を形成させて、下方に向けて落下させることができる。このとき、温水の液滴の周囲には、温熱水から生成した低温水の液滴が落下しており、この温水の液滴と低温水の液滴が接触して合体することにより温度の低い水の液滴が形成される。また、相互に合体しないで冷却塔１５の底に到達した各液滴は、落下中に合体して形成された温度の低い水の液滴と共に冷却塔１５の底に貯留されて温度の低い水となる。このため、時間の経過と共に、冷却塔１５の底部には温度の低い水が徐々に貯留されるようになる。そして、貯留された温度の低い水は、排水口１４から給水配管２５を介して外部機器に供給することができる。
【００１９】
また、温水配管２４と給水配管２５との間には、循環ポンプ２６を備えた連通管２７を備えたバイパス回路２８が設けられている。
このような構成とすることにより、排水口１４から排出される温度の下がった水の一部を流入口１３側にバイパスさせて温水と混合することができる。これによって、冷却塔１５内で温水噴霧ノズル２３から温水を噴霧して液滴を形成する際、温水単独で液滴を形成するよりも温度の低い液滴を形成することができる。その結果、低温水の液滴と合体した際に、更に温度の下がった水の液滴を形成することができ、冷却塔１５の底に貯留される際にもより温度の低い水となる。なお、バイパス回路２８を介して冷却塔１５から温度の下がった水を吸引して温水と混合して戻す操作を繰り返すことにより、冷却塔１５の底に貯留する水の温度を更に下げることができる。
【００２０】
吸引圧縮ポンプ１７は、例えば、水封止型の真空ポンプ２９と真空ポンプ２９の排気側に接続された排気配管３０に設けられた絞り弁３１を有している。
真空ポンプ２９を使用することにより、冷却塔１５内を減圧状態に保持しながら、冷却塔１５で温熱水の液滴から蒸発して生成した水蒸気を吸引することができる。吸引された水蒸気は排気配管３０に絞り弁３１が設けられているため、真空ポンプ２９内と絞り弁３１より上流側の排気配管３０内で圧縮（水蒸気の圧力は、例えば１．１〜２．５ｋｇ／ｃｍ２　となる）されて高温化し、次いでその一部が凝縮して高温の水蒸気混じりの温熱水を生成する。
【００２１】
温熱水を貯留する温熱水タンク１６の上側位置には、排気配管３０の出口側が接続される温熱水流入口３２が設けられている。そして温熱水流入口３２の内側には、複数の流出口３３を備えた温熱水滴下ノズル３４が接続されている。また、温熱水タンク１６の上部には、水蒸気配管１９と連通した水蒸気回収配管３５が設けられている。
このような構成とすることにより、吸引圧縮ポンプ１７で生成させた高温の水蒸気混じりの温熱水を温熱水タンク１６内で温熱水滴下ノズル３４から滴下させて温熱水を温熱水タンク１６に貯留しながら、高温の水蒸気を水蒸気回収配管３５を介して水蒸気配管１９に流入させて吸引圧縮ポンプ１７の吸引側に回収することができる。また、温熱水タンク１６に滴下する温熱水の温度は、貯留されている温熱水の温度よりも高いので、温熱水タンク１６内に始めに温熱水を貯留しておくと、冷却塔１５から回収した水蒸気から温熱水が生成できる状態では温熱水タンク１６を加熱しなくても、温熱水の温度を実質的に保温しながら温熱水を貯留することができる。
【００２２】
温熱水タンク１６の上部には温熱水を冷却塔１５に供給する温熱水流出口３６が設けられている。そして、温熱水流出口３６の外側には温熱水ポンプ１８が設けられた温熱水配管３７の一端側が接続され、温熱水配管３７の他端側は温熱水流入口２０の外側に接続されている。なお、温熱水配管３７には、冷却塔１５に供給する温熱水の量を調整する流量調節弁３８が設けられている。
このような構成とすることにより、温熱水タンク１６から必要量の温熱水を冷却塔１５に供給することができる。この際、温熱水タンク１６の上部に設けられた温熱水流出口３６から温熱水を供給するので、温熱水タンク１６内でより温度の高い温熱水を冷却塔１５内に供給することができる。
また、温熱水タンク１６には、例えば発熱部３９が貯留されている温熱水に浸漬するヒータ４０が設けられている。これによって、運転開始時では、温熱水タンク１６中に貯留されている水を加熱して温熱水とし、温熱水タンク１６内に貯留すると共に、冷却塔１５に供給することができる。なお、冷却塔１５、温熱水タンク１６から回収した水蒸気から温熱水が生成できる状態になると、温度の高い温熱水が温熱水タンク１６内に供給されて温熱水タンク１６内の温熱水の温度を実質的に保温することができるので、ヒータ４０の運転は停止する。
【００２３】
温熱水タンク１６の下部には、冷却塔１５の下部とを接続するリターン回路４１が設けられている。
これによって、冷却塔１５に貯留されている温度の下がった水を、温熱水タンク１６内の温度の低い水の中に流入させることができる。その結果、冷却塔１５内での温度の下がった水の貯留量を一定に保つことができ、冷却塔１５内で生じる圧力変動を小さくすることができる。また、温熱水タンク１６内で温度の低い水が存在している領域に冷却塔１５内の温度の下がった水を流入させると、温度の異なる水が流入することにより温熱水タンク１６内に発生する大きな撹拌流を抑制することができ、上部に貯留される温度の高い温熱水の温度低下を防止することができる。
【００２４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る温水の冷却装置１０の使用方法について詳細に説明する。
温水の冷却装置１０の運転を開始する場合、始めに冷却塔１５、温熱水タンク１６内にそれぞれ予め設定した量の水を貯留し、温水配管２４、給水配管２５の図示しない停止弁、絞り弁３１及び流量調節弁３８を閉じた状態で真空ポンプ２９を運転して、真空ポンプ２９に設けられた図示しない排気口から空気を排出する。これによって、冷却塔１５内、温熱水タンク１６内は減圧状態となる。なお、真空ポンプ２９の排気口には圧力調整弁が設けられているので、予め設定した圧力まで減圧される。また、電源ケーブル４２からヒータ４０に通電して発熱部３９を加熱し、貯留している水を加熱する。
冷却塔１５内の圧力が、例えば０．０４〜０．４ｋｇ／ｃｍ２　となって、温熱水タンク１６内の温熱水の温度が、例えば４０〜７０℃となったことを確認した後、ヒータ４０の通電を停止し、絞り弁３１を開ける。
【００２５】
次いで、温熱水ポンプ１８を運転すると共に、流量調節弁３８の開度を調整して温熱水タンク１６に貯留されている温熱水を噴霧ノズル１２に供給して、冷却塔１５内で温熱水の液滴を形成し、その一部を蒸発させることにより低温水の液滴を形成する。このとき、温熱水の液滴の表面から蒸発により生成した水蒸気を水蒸気配管１９を介して真空ポンプ２９で回収する。そのとき、絞り弁３１の開度を調整して回収された水蒸気の圧力が０．０４〜０．４ｋｇ／ｃｍ２　となるようにする。そして、高温化した水蒸気の一部が凝縮して生成した高温の水蒸気混じりの温熱水を温熱水滴下ノズル３４に供給し温熱水タンク１６内に滴下させる。同時に、温熱水滴下ノズル３４から流出した高温の水蒸気は水蒸気回収配管３５を介して水蒸気配管１９内に流入させ、冷却塔１５から回収された水蒸気と共に真空ポンプ２９の吸引側に供給する。
【００２６】
冷却塔１５内に供給する温熱水の温度と水量と、冷却塔１５内の絶対圧力と、水蒸気の圧縮程度をそれぞれ調整して、冷却塔１５で生成する低温水の温度が所定の温度（例えば、１０〜１５℃）になったこと、及び回収された水蒸気から高温の温熱水の生成が定常的に行なわれていることを確認する。ここで、冷却塔１５内に供給する温熱水の温度と冷却塔１５内の絶対圧力とは密接に関連しており、温熱水の温度が４０〜７０℃の場合、絶対圧力を０．０７〜０．４ｋｇ／ｃｍ２　の範囲に調整するのがよい。また、温熱水の温度を調整する場合、運転初期状態では主にヒータ４０の出力及び絞り弁３１の開度、定常運転状態では主に絞り弁３１の開度を調整して行なう。更に、冷却塔１５に供給する温水量及び冷却塔１５から排出する水の温度に応じて、流量調節弁３８により冷却塔１５に供給する温熱水の水量を調整する。
【００２７】
次いで、温水配管２４及び給水配管２５にそれぞれ設けられている図示しない停止弁を開けて、温水を温水噴霧ノズル２３に供給して温水の液滴を冷却塔１５内に形成させて、下方に向けて落下させる。このとき、温水の液滴の周囲には低温水の液滴が落下しており、この温水の液滴と低温水の液滴が接触して合体することにより温度の低い水の液滴を形成する。また、相互に合体しないで冷却塔１５の底に到達した各液滴は、落下中に合体して形成された温度の低い水の液滴と共に冷却塔１５の底に貯留されて温度の低い水となる。この温度の低い水を排水口１４から給水配管２５を介して外部機器に供給する。
この際、循環ポンプ２６を運転してバイパス回路２８を介して、排水口１４から排出される温度の下がった水の一部を流入口１３側にバイパスさせることが好ましい。これによって、冷却塔１５内において温水単独で液滴を形成するよりも温度の低い液滴を形成することができ、低温水の液滴と合体した際に、更に温度の下がった水の液滴を形成することができ、冷却塔１５の底に貯留される際にもより温度の低い水となる。
【００２８】
図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る温水の冷却装置４３について説明するが、温水の冷却装置４３では、温水を冷却塔４４内に直接流入させるのではなくて、冷却塔４４内の下部側に設けられた温水冷却配管４５内に温熱水を流通させて、間接的に冷却塔４４内に温水を流入させることが特徴となっている。このため、温水の冷却装置４３には、温水の冷却装置１０に設けられたバイパス回路２８が存在していない。また、温水の冷却装置４３の他の部分は、実質的に第１の実施の形態に係る温水の冷却装置１０と同一である。このため、同一の構成要素には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
温水冷却配管４５は、一端側が流入口１３の内側に接続し、他端側が排水口１４の内側に接続している。そして、一端側と他端側の間は、所定の間隔で折り返されている。このため、冷却塔４４に設けられた流入口１３の位置よりも上部まで低温水４６が貯留されると、温水冷却配管４５は貯留された低温水４６中に埋没することになり、温水冷却配管４５の側壁は周囲から低温水４６で冷却されることになる。このような構成とすることにより、外部機器で発生した温水を温水配管２４から温水冷却配管４５に流入させて給水配管２５を介して外部機器に戻す際に、貯留している低温水４６と温水とを温水冷却配管４５を介して間接的に接触させ、温水側から低温水４６側に熱を移動させて温水の温度を下げ、温度の下がった水を排水口１４より外部機器に供給することができる。
【００２９】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る温水の冷却装置４３の使用方法について説明する。
温水の冷却装置４３の運転を開始する場合、始めに温熱水タンク１６内に予め設定した量の水を貯留し、温水配管２４、給水配管２５の図示しない停止弁、絞り弁３１及び流量調節弁３８を閉じた状態で真空ポンプ２９を運転して、真空ポンプ２９に設けられた図示しない排気口から空気を排出する。これによって、冷却塔４４内、温熱水タンク１６内は減圧状態となる。なお、真空ポンプ２９の排気口には圧力調整弁が設けられているので、予め設定した圧力まで減圧される。また、電源ケーブル４２からヒータ４０に通電して発熱部３９を加熱し、貯留している水を加熱する。
【００３０】
次いで、温熱水ポンプ１８を運転すると共に、流量調節弁３８の開度を調整して温熱水タンク１６に貯留されている温熱水を噴霧ノズル１２に供給して、冷却塔４４内で温熱水の液滴を形成し、その一部を蒸発させることにより低温水の液滴を形成する。そして、この液滴を冷却塔４４内で回収することで、徐々に低温水４６が貯留されていく。このとき、温熱水の液滴の表面から蒸発により生成した水蒸気を水蒸気配管１９を介して真空ポンプ２９で回収する。そのとき、絞り弁３１の開度を調整して回収された水蒸気の圧力が０．１〜０．８ｋｇ／ｃｍ２　となるようにする。そして、高温化した水蒸気の一部が凝縮して生成した高温の水蒸気混じりの温熱水を温熱水滴下ノズル３４に供給し温熱水タンク１６内に滴下させる。同時に、温熱水滴下ノズル３４から流出した高温の水蒸気は水蒸気回収配管３５を介して水蒸気配管１９内に流入させ、冷却塔４４から回収された水蒸気と共に真空ポンプ２９の吸引側に供給する。
【００３１】
冷却塔４４内に供給する温熱水の温度と水量と、冷却塔４４内の絶対圧力と、水蒸気の圧縮程度をそれぞれ調整して、冷却塔４４に貯留される低温水４６の温度が所定の温度（例えば、５０〜９０℃）になったこと、及び回収された水蒸気から高温の温熱水の生成が定常的に行なわれていることを確認する。ここで、冷却塔４４内に供給する温熱水の温度と冷却塔４４内の絶対圧力とは密接に関連しており、温熱水の温度が５０〜９０℃の場合、絶対圧力を０．１〜０．８ｋｇ／ｃｍ２　の範囲に調整するのがよい。また、温熱水の温度を調整する場合、運転初期状態では主にヒータ４０の出力及び絞り弁３１の開度、定常運転状態では主に絞り弁３１の開度を調整して行なう。更に、冷却塔４４に供給する温水量及び冷却塔４４から排出する水の温度に応じて、流量調節弁３８により冷却塔４４に供給する温熱水の水量を調整する。
【００３２】
冷却塔４４内に所定量の低温水４６が貯留されると、リターン回路４１を介して冷却塔４４内の低温水４６の一部を温熱水タンク１６に戻す。これによって、冷却塔４４内での低温水４６の貯留量が一定となる。
所定温度の低温水４６が貯留されたことを確認して、温水配管２４及び給水配管２５にそれぞれ設けられている図示しない停止弁を開けて、温水冷却配管４５内に流通させる、温水は、温水冷却配管４５内を通過する際に、温水冷却配管４５を介して間接的に低温水４６と接触して、温水側から低温水４６側に熱が移動し温水の温度が下がる。そして、温度の下がった水を排水口１４より給水配管２５を介して外部機器に供給する。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の温水の冷却方法及びその冷却装置を構成する場合にも本発明は適用される。例えば、温熱水を冷却塔内に供給する際に複数の噴霧ノズルを使用したが、軸心周りに回転可能な１個の噴霧ノズルを冷却塔上部の中心部に設けることもできる。また、冷却装置の運転開始時には、ヒータにより温熱水タンクを加熱して、温熱水タンク内に温熱水を貯留したが、温熱水を供給する、例えば給湯器から直接温熱水を冷却塔に供給しながら温熱水タンクにも貯留するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項２、４〜７記載の温水の冷却方法においては、吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、低温水を冷却塔に供給される温水に加えて、温度の下がった水を、冷却塔の下部に設けられた排水口より外部機器に供給するので、外部機器の冷却で発生した温水を衛生的、安価にかつ効率よく冷却して温度の下がった水として外部機器に供給することが可能となる。
【００３５】
特に、請求項２記載の温水の冷却方法においては、温水は排水口より上位置にある流入口から冷却塔に供給され、更に、排水口から排出される温度の下がった水の一部を流入口側にバイパスさせているので、温水に比較して温度の下がった水を冷却塔に流入することができ、冷却塔内で更に低温水を加えることにより、より温度の下がった水を生成することが可能となる。
【００３６】
請求項３及びこれに従属する請求項４〜７記載の温水の冷却方法においては、吸引圧縮ポンプによって常時減圧状態に保持された冷却塔の上部から温熱水を供給し、温熱水の一部を減圧蒸発させその気化熱で温熱水の残部を降温させて低温水を生成し、低温水を冷却塔に流入した温水と間接的に接触させて温水の温度を下げ、温度の下がった水を冷却塔の下部に設けられた排水口から排出して外部機器に供給するので、外部機器の冷却で発生した冷却水を外部から遮断した状態で衛生的、安価に冷却して温度の下がった水として外部機器に供給することが可能となる。また、冷却水を外部から遮断した状態で冷却するので、冷却水自体が汚染されたり、冷却水による環境汚染の発生を防止することが可能となる。
【００３７】
特に、請求項４記載の温水の冷却方法においては、温熱水は冷却塔内にシャワー状に噴出されるので、温熱水を液滴状態として水の蒸発量を多くして温熱水の温度を急激に低下させることができ、温度がより低い低温水を容易に得ることが可能となる。
【００３８】
請求項５記載の温水の冷却方法においては、冷却塔で分離回収した水蒸気を吸引圧縮ポンプで吸引圧縮して高温化して、冷却塔に供給する温熱水を生成し、しかも、温熱水は温熱水タンクを介して冷却塔に供給されるので、外部から熱を供給せずに温度の高い温熱水を得ることができ、安価に温熱水を生成することが可能となる。また、高温の温熱水が温熱水タンクに流入するため、外部熱源を設けずに温熱水タンク内の温熱水を保温することが可能となる。
【００３９】
請求項６記載の温水の冷却方法においては、吸引圧縮ポンプで圧縮生成された温熱水と同時に生成される高温の水蒸気は、吸引圧縮ポンプの吸引側に戻されるので、冷却塔内の蒸発量が変動しても、温熱水の生成に必要な水蒸気の量を安定して確保することができ、温熱水を安定して供給することが可能となる。更に、吸引圧縮ポンプに流入する水蒸気の温度が上昇するので、高温の水蒸気を生成させる際の吸引圧縮ポンプで消費される電力量を低減することが可能となる。
【００４０】
請求項７記載の温水の冷却方法においては、温熱水タンクにはヒータが設けられ、運転開始時にはヒータにより加熱された水を、温熱水タンク内に貯留し温熱水として使用するので、運転開始の直後から安定して温熱水の供給を行なうことができ、温水から温度の下がった水を生成することが可能となる。
【００４１】
請求項８及びこれに従属する請求項９、１０記載の温水の冷却装置においては、上部に水蒸気排出口を備え、上側位置には外部から供給される温熱水を吹き出す噴霧ノズルを備えて、更に下部を除く部分には温水の流入口を、下部には処理されて温度の下がった水を外部に排出する排水口をそれぞれ設けた冷却塔と、温熱水を貯留する温熱水タンクと、冷却塔の水蒸気排出口から水蒸気を吸引し、圧縮して高温水蒸気混じりの温熱水として温熱水タンクに供給する吸引圧縮ポンプと、温熱水タンクに溜まった温熱水を冷却塔の噴霧ノズルに供給する温熱水ポンプとを有し、冷却塔に供給された温熱水を蒸発させ、その気化熱によって温熱水の残りの温度を下げて低温水を生成し、生成した低温水を温水に加えて温度の下がった水を生成するので、外部から供給される温水を衛生的、安価にかつ効率よく冷却して温度の下がった水として排出することができる。
【００４２】
特に、請求項９記載の温水の冷却装置においては、冷却塔の下部から排出される温度の下がった水の一部を流入口に供給するバイパス回路が設けられているので、冷却塔に流入する水の温度を温熱水の温度よりも低くすることができ、冷却塔からより温度の下がった水を排出することが可能となる。
また、冷却塔の下部から排出される温度の下がった水の更に一部を温熱水タンクに戻すリターン回路が設けられているので、冷却塔内の温度の下がった水の貯留量を一定に保つことができ、冷却塔内の減圧状態を一定に保持して、一定温度の低温水を安定して生成することが可能となる。
【００４３】
請求項１０記載の温水の冷却装置においては、リターン回路は温熱水タンクの下部に接続され、温熱水タンクの上部には温熱水を冷却塔に供給する温熱水流出口が設けられているので、温熱水タンク内での大きな撹拌流の発生を抑制して温熱水タンクの上部に貯留されている温熱水の温度が低下するのを防止することが可能となる。また、温熱水タンクの上部の温熱水流出口から温度の高い温熱水を冷却塔内に供給することができ、冷却塔で温度の低い低温水を生成させてより温度の下がった水を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温水の冷却装置の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る温水の冷却装置の説明図である。
【符号の説明】
１０：温水の冷却装置、１１：水蒸気排出口、１２：噴霧ノズル、１３：流入口、１４：排水口、１５：冷却塔、１６：温熱水タンク、１７：吸引圧縮ポンプ、１８：温熱水ポンプ、１９：水蒸気配管、２０：温熱水流入口、２１：吹き出し孔、２２：吹き出し孔、２３：温水噴霧ノズル、２４：温水配管、２５：給水配管、２６：循環ポンプ、２７：連通管、２８：バイパス回路、２９：真空ポンプ、３０：排気配管、３１：絞り弁、３２：温熱水流入口、３３：流出口、３４：温熱水滴下ノズル、３５：水蒸気回収配管、３６：温熱水流出口、３７：温熱水配管、３８：流量調節弁、３９：発熱部、４０：ヒータ、４１：リターン回路、４２：電源ケーブル、４３：温水の冷却装置、４４：冷却塔、４５：温水冷却配管、４６：低温水
【図１】
2004053067.tif 000003
【図２】
2004053067.tif 000004