(57)【要約】  冷却塔の排気から水を回収するために、冷却塔に隣接して、冷却熱交換器へ送り込む空気入口が設けられる。冷却熱交換器は、空気入口に入る湿り空気の温度を低下させ、水を凝縮させる。この凝縮水は、取り込まれ、システムから乾き空気とは別に吐出される。予冷器ループは、冷却熱交換器の上流の予冷熱交換器を含み、湿り空気から熱を引き出す冷却作動流体を冷却ラインに送り込むことができる。予冷熱交換器は、冷却熱交換器の下流のより冷たい乾き空気と熱を交換する第２の熱交換器の中で再冷却された、その作動流体を有することができる。冷却熱交換器は、冷凍システム又は一部の他の冷却流体源により冷却される、それを通る冷却流体を有する。【選択図】図３
2018530734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発冷却塔の排気から水を回収するためのシステムであって、
空気入口と、
前記空気入口から下流のエアムーバと、
冷却流体入力部を有する冷却熱交換器であって、前記空気入口の下流に存在し、かつ前記空気入口の下流の空気から前記冷却流体入力部を通過する冷却流体に熱を伝達する伝熱面を備える冷却熱交換器と、冷却冷却
前記冷却熱交換器から下流の凝縮水収集部と、
前記冷却熱交換器から下流の空気出口と、
の組み合わせを備える、システム。
【請求項２】
前記空気入口が、入口及び出口を有するスノーケルを含み、前記入口は前記出口とは反対側にあり、前記入口と前記出口の両方は少なくとも部分的に下方に面しており、前記スノーケルの前記入口と前記スノーケルの前記出口との間には高架した部分がある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記空気入口が、前記蒸発冷却塔の排気部から上昇する湿り空気を取り込むように配向されたフードを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記エアムーバがファンを含み、前記ファンは、前記蒸発冷却塔の排気を前記フードの中へ及び前記冷却熱交換器を通るように誘導するように配向される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ファンが、中央ハブから放射状に延びる複数のブレードを有する軸流ファンを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記ファンが遠心ファンを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記エアムーバがブロワを含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記冷却熱交換器の前記冷却流体入力部に、冷凍サブシステムの下流の冷却流体が送り込まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記冷凍サブシステムが、
作動流体の源に結合され、前記作動流体を高められた圧力に加圧する、ポンプと、
前記ポンプの下流にあり、前記作動流体から熱を除去する、クーラと、
前記クーラから下流にあり、前記作動流体をより低い圧力へ膨張させ、前記冷却熱交換器の前記冷却流体入力部に前記冷却流体を提供するべく前記作動流体の温度を低下させる、膨張器と、
を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記凝縮水収集部が、前記冷却熱交換器よりも下に存在するプールを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記空気入口と前記冷却熱交換器との間に予冷熱交換器が存在し、前記予冷熱交換器は、前記蒸発冷却塔の前記排気からの湿り空気の温度よりも低い温度で前記予冷熱交換器を通る予冷冷却流体を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記予冷冷却流体が、前記冷却熱交換器から下流に存在する第２の熱交換器を含む予冷器ループにより送られ、前記予冷器ループ内の高温ラインは、前記予冷冷却流体を、前記予冷冷却流体が前記予冷熱交換器から出力されるときのより高い温度から、前記第２の熱交換器で前記冷却熱交換器から下流の空気に熱を伝達した後のより低い温度に戻すべく、前記予冷熱交換器から前記第２の熱交換器に延びる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記凝縮水収集部が水出口を含み、前記水出口の少なくとも一部は、前記蒸発冷却塔への取水部の上流にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
蒸発冷却塔の排気から水を回収するための方法であって、
前記蒸発冷却塔の前記排気から実質的に飽和した湿気のある空気を収集するステップと、
前記収集するステップの前記実質的に飽和した湿気のある空気を、冷却流体入力部を有する冷却熱交換器に経路設定するステップと、
前記冷却熱交換器で、前記実質的に飽和した湿気のある空気から前記冷却流体入力部の前記冷却流体に、前記実質的に飽和した湿気のある空気から液体水を凝縮するのに十分な熱を伝達するステップと、
前記凝縮水を収集するステップと、
前記収集するステップの前記実質的に飽和した湿気のある空気よりも低い絶対湿度を有する空気を出力するステップと、
を含む、方法。
【請求項１５】
前記経路設定するステップが、前記蒸発冷却塔の前記排気と前記出力するステップの乾き空気出口との間の経路に沿って配置されたエアムーバを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記経路設定するステップが、前記蒸発冷却塔を通る空気の流れが抑制されないように、前記蒸発冷却塔の設計背圧を実質的に維持する前記蒸発冷却塔の排気からの流れを維持するべく、前記エアムーバの流量のバランスをとることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記収集するステップの後に及び前記熱を伝達するステップの前に、前記実質的に飽和した湿気のある空気を予冷するさらなるステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記予冷するステップが、高温ラインと、冷却ラインと、第１の熱交換器及び第２の熱交換器とを有する予冷器ループを動作させることを含み、前記第１の熱交換器は前記冷却熱交換器の上流に存在し、前記第２の熱交換器は前記冷却熱交換器の下流に存在し、前記冷却ラインは、前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器に作動流体を誘導するべく前記第２の熱交換器から前記第１の熱交換器へ通じ、前記高温ラインは、前記作動流体を前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に移動させるべく前記第１の熱交換器から前記第２の熱交換器に延び、前記冷却ラインは、前記作動流体を、前記高温ラインを通過するときの作動流体の温度よりも低い温度で通過させる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
蒸発冷却塔に水回収を後付けするためのシステムであって、前記水回収システムが
空気入口と、
前記空気入口から下流のエアムーバと、
前記空気入口から下流に存在する、復水器と、
を組み合わせて備え、前記復水器は、液体水出口と、前記復水器に入る空気よりも乾燥している空気のための空気出口とを有する、
蒸発冷却塔に水回収を後付けするためのシステム。
【請求項２０】
前記復水器の前記液体水出口が、前記蒸発冷却塔の取水部へ水を送り込む、請求項１９に記載の水回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の発明は、冷却塔の排気部を出る実質的に飽和した湿気のある空気と共に用いるための水回収システムに関する。より具体的には、本発明は、小さい屋上型のユニットから大きい自立型のユニットに至るまでの、蒸発冷却塔からの実質的に飽和した湿気のある空気が送られ、次いで、該空気を除湿して液体水の源をもたらす、水回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水、特に造園、農業のために、又は飲用水として用いるのに十分に純粋な水は、貴重な必需品である。水は不足しつつあり、水の需要は増加しているため、使用可能な水を再生利用するための可能性のある源が当然に調査されている。大量の水が蒸発冷却熱交換器に関係している。蒸発熱交換器の１つの形態は、蒸発冷却塔（湿り空気冷却塔とも呼ばれる）である。蒸発冷却塔は、中空中心部を有する塔の頂部付近に水が散布され、通常は塔の中へ噴霧される。空気が（ファンにより強制されるか又は自然対流により）塔の中を上方へ進み、結果的に、冷却塔の上端から温かい湿った空気が吐出される。空気に水分を移動することにより冷却された落下水は、冷却塔の下端で収集され、その後、発電所内の作動流体を冷却するための熱交換流体として（又は空調のための又は他の使用のための冷水として）使用することができる。このような冷却塔はまた、大きい建築物の屋根の上によく設置される、空調システムと共に用いられる。発電所に関しては、このような冷却塔は、通常は自立型である。
【０００３】
このような冷却塔の１つの共通の特性は、それらがそこから比較的温かい湿った空気を吐出することである。非常に大量の水が、熱交換器から吐出される湿気のある空気の形態で大気へと失われる。他の形態の蒸発熱交換器も湿った空気を含む吐出を含む。この湿った空気は、回収のために利用可能な水分の源である。
【０００４】
発電所を冷却するのに用いられる大量の水の一例として、あらゆる目的のために全米で一日に用いられる水のガロン数の概算推定は、水４０００億ガロンである。米国で発電所の冷却に用いられる水のガロン数の概算推定は、一日当たり２０００億ガロンである。したがって、米国でのすべての水使用のおよそ半分が発電所内での水使用である。水はますます不足しつつあるので、発電所で用いられる水、特に、蒸発冷却塔によって用いられる大量の水などの、火力発電所の復水器部分で用いられる水を再生利用する必要性が増している。
【０００５】
空気の湿度を変えるための１つの公知の機構は、一般に、除湿器と呼ばれる。除湿器は様々な異なる構成で売られることがあるが、１つの一般的な形態の除湿器は、空調システムと多くの特性を共有する。特に、比較的温かい湿った空気は、最初に空気をより低い温度に冷却することにより水が抽出される。より冷却された空気は、所与の体積で温かい空気ほど多くの水を保持することができない。したがって、空気を冷却することにより、空気から水分が液体として凝結する。空気はこのようにして効果的に除湿されている。多くの除湿器では、除湿器の第２の部分が、冷却され除湿された空気を例えば空気の入口温度に戻るように再加熱する。このような加熱は、この温かい湿った空気を予冷し、除湿器の電力要件を低減させるべく、除湿器に入る温かい湿った空気との熱交換により行うことができる。
【０００６】
除湿器の構成に関係なく、除湿器は、空気から水分を抽出するという根本的な目的に役立つ。除湿器が空気から水を除去する効果は、最初にどれ位の水分が空気中にあるかの関数である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明によれば、湿った空気の吐出部を有する冷却塔又は他の蒸発熱交換器が、さもなければ失われることになる水を抽出及び回収するべく除湿器又は他の復水器と結合される。湿り冷却塔から吐出される温かい湿った空気は、非常に多いことがある。したがって、冷却塔からのこのような吐出空気は、そこから水を抽出するために除湿器又は他の復水器に入ることになる温かい湿った空気の源として特に有益である。除湿器は、好ましくは、冷却及び除湿された後の空気を再加熱し、比較的低い電力要件が除湿器と関連付けられるように、入ってくる湿り空気を予冷するタイプのものである。したがって、特に高い電力要件を有することなく、冷却塔から吐出される温かい湿った空気から水を抽出することができる。
【０００８】
いくつかの除湿器は、家の中の少数の部屋に適した個人規模などの小規模で動作することもできるが、蒸発冷却塔から吐出される空気のような大型の工業的な湿った温かい空気源は、そこから大量の水をより効率的な様態で抽出するための温かい湿った空気の理想的な源を提供する。
【０００９】
本発明によれば、除湿器ユニットは、温かい湿った空気の入口と、除湿した空気の出口を有する。この入口は、冷却塔の湿り空気排気部又は他の蒸発熱交換器の湿った空気吐出部に隣接して配置される。デバイスは、液体水の出口も有する。冷却ウェット交換器を特徴とする、除湿器内の冷却システムは、入ってくるほとんどの空気の温度をより低い温度に下げ、そこから水が液体として凝結される。通常は、次に、乾いた冷えた空気は、入ってくる温かい湿った空気を予冷するのに使用され、これにより、（通常は）冷えた空気の温度が周囲温度付近に戻される。このようにして、除湿器は、比較的低い電力使用を有し、なおかつ、空気から水を効果的に抽出する。
【００１０】
最も好ましくは、除湿器への入口は、冷却塔の頂部などで湿り空気吐出部に結合されたエントリフードの形態である。一実施形態では、冷却塔を出ていく温かい湿った空気のすべてがそこから水が抽出される機会を有するように、冷却塔からのすべての空気を除湿器（又は除湿器のグループ）に向けることができる。水は、収集され、次いで、農業又は造園での使用などの（又は飲料水の水質に関する種々の政府要件を満たすべく適切な水接触面が構築され適正に維持されるならば、潜在的にはまた飲用水としての）有益な使用にあてることができる。
【００１１】
一実施形態では、冷却熱交換器に、温かい湿った空気からの熱が伝達されることになる冷却流体が送られる。水を湿り空気から凝縮させて乾き空気吐出とは別個に収集するのに十分な熱が抽出される。冷却流体は、冷凍サブシステム又は一部の他の源から提供することができる。オプションとして、システムに入る湿り空気の最初の冷却を提供するべく予冷器を設けることができる。この予冷器は、一対の熱交換器として構成することができ、この場合、共通の流体がそれらの間を通り、一方の熱交換器は、比較的冷たい乾き空気吐出内にあり、他方の熱交換器は、エントリフード又はシステムへの他のエントリ入口の下流の比較的熱い湿り空気内にある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】蒸発冷却塔からの排気の一部を取り込み、これを復水器に送るのに用いられるスノーケルを有する本発明の水回収システムの概略図である。
【図２】キャップが蒸発冷却塔からの排気のすべてを取り込み、これを復水器に送る、本発明の水回収システムの変形の概略図である。
【図３】随意的な冷凍システムなどの冷却された液体の源から給液され、水を凝縮し、水を本発明のこの実施形態のシステムとは別に用いるために出力するか、又は水の少なくとも一部を蒸発冷却塔の水入口に戻るように再循環させる、予冷器ループ並びに冷却熱交換器を使用する本発明の水回収システムの一実施形態の概略図である。
【図４】水を凝縮してシステムから吐出する又は蒸発冷却塔に戻るように再循環させるべく様々な異なる源のうちの１つからの冷却流体が送り込まれる除湿器／復水器を有する、図３に示される実施形態の代替的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
種々の図面の全体を通して同様の参照番号が同様の部分を表す図面を参照すると、参照番号１０は、蒸発冷却塔の排気部から実質的に飽和した湿気のある空気の少なくとも一部を収集し、次いで、実質的に飽和した湿気のある空気の流れから水を凝縮し、そこから水を回収するための水回収システムを表す。回収した水は、システム１０から吐出することができ、又は蒸発冷却塔の給水需要を低減させるべく蒸発冷却塔の取水Ｗに戻るように少なくとも部分的に経路設定することができる。
【００１４】
本質において、特に図３を参照すると、１つの例示的な実施形態に係るシステム１０の基本的な詳細が説明される。水回収システム１０は、エントリフード２０が蒸発冷却塔から湿り空気排気Ｅの少なくとも一部を取り込むことができるように、冷却塔に隣接して存在する。ファン３０又は他のエアムーバが、エントリフード２０の下流に存在し、湿り空気を復水器の中へ引き込む。復水器は、この実施形態ではカラム４０を含む。湿り空気は、このカラム４０の中を下方へ流れる。少なくとも、冷却熱交換器６０が、湿り空気を冷却することにより湿り空気から凝縮水Ｃを凝縮してプール９０内に収集するために設けられる。カラム４０の下端４８は乾き空気出口９６につながり、水出口９２はプール９０から離れる方へつながる。冷却熱交換器６０を通る前の冷却前の空気に随意的な予冷器ループ５０を設けることができ、予冷器ループ５０には、乾き空気出口９６の冷たい乾き空気との熱伝達により冷却された作動流体を供給することができる。冷凍システム７０は、冷却熱交換器６０の冷却流体入力部に冷却流体を送達するための１つのオプションを提供する。代替的に、冷却流体の他の源（図４）を、この冷却熱交換器又は他の除湿器／復水器８０（図４）に設けることもできる。
【００１５】
より詳細には、特に図１及び図２を参照すると、水回収システム１０の一般化されたバージョンの基本的な詳細が説明される。水回収システム１０は、スノーケル４（図１）と呼ばれる排気Ｅを部分的に収集する導管などで冷却塔の排気Ｅの中の湿り空気のうちのほんの一部を収集する、又は、キャップ１４（図２）と呼ばれるフード又は関連する排気Ｅ収集器を用いて蒸発冷却塔の排気Ｅから湿り空気蒸気のすべて（又は少なくともほとんど）を取り込むように構成することができる。スノーケル２を用いるとき、入口４が、冷却塔の排気Ｅの中へ下りるように延び、湿り空気を、最初に冷却塔の排気Ｅから上り、次いでスノーケルの下端の出口６へ下りるように経路設定する。出口６は、スノーケル２を通る湿り空気から水を凝縮するのに十分に水を冷却する復水器８につながる。
【００１６】
図２の例では、排気Ｅ中の湿り空気のすべてがキャップ１４により取り込まれる。このキャップ１４は、冷却塔の排気Ｅを密封することもでき、又は冷却塔の排気Ｅを出ていく湿り空気蒸気を取り込むために冷却塔の排気Ｅの上に単に横たわるが必ずしも湿り空気のすべてはキャップ１４の中へ強制しないフードとして構成することもできる。経路は、キャップ１４から、蒸発冷却塔からの排気Ｅ中の湿り空気を冷却し水を凝縮するための復水器１８に隣接する、出口１６につながる。
【００１７】
図１又は図２の実施形態によれば、復水器８、１８は、空気を水で十分に飽和させ、空気中の水を液滴へ凝縮させるのに十分なだけの湿り空気の冷却を概してもたらし、次いで、液滴を復水器８、１８内で収集し、そこから液体の形態で吐出することができる、種々の異なるタイプの復水器のいずれかとすることができる。復水器８、１８は、そこから乾き空気も吐出することになる（「乾き空気」という文言は、システム１０に入る「湿り空気」よりも低い絶対湿度を有する空気を表すのに用いられるが、「乾き空気」は、通常は、少なくとも随意的な予冷器ループ５０による再加熱の前に、高い相対湿度を有することになる）。
【００１８】
特に図３を参照すると、湿り空気を予冷するための随意的な予冷器ループ５０の詳細を含み、単純な循環ポンプ５９と一対の熱交換器５２、５６により動作する、本発明の一実施形態が開示される。図３の実施形態は、湿り空気から水を凝縮するための冷却熱交換器６０の冷却流体の１つの源も示す。この実施形態では、蒸発冷却塔に、この実施形態に係る本発明のシステム１０が取り付けられている。
【００１９】
蒸発冷却塔は、空調システムに関連するものなどの屋上型の冷却塔から、数百メートルの高さで立つことができる、内部の作動流体を凝縮するための大きな据え置き型の発電所冷却塔に至るまでの、様々な異なる構成及びサイズのものがある。したがって、「冷却塔」という用語は、作動流体の冷却を少なくとも部分的に容易にするべく比較的乾いた空気に水を付加することにより冷却（作動流体などの）をもたらす任意の熱伝達装置を説明するのに広く用いられ、これは、冷却塔に入る空気よりも高い絶対湿度を有する湿り空気が吐出される排気部を有する上端を含む。この湿り空気は、最も典型的には、実質的に飽和した湿気のある空気であり、通常は、少なくとも８０％〜９０％（しばしば１００％）の相対湿度を有する。通常は、この空気はまた、蒸発冷却塔を排気Ｅで出ていくときに周囲温度に比べて高い温度、多くの典型的なシステムでは９５°Ｆ〜１０５°Ｆの温度を呈しているように顕著に加熱されている。
【００２０】
このような蒸発冷却塔は、入力として大気（周囲の大気条件に一致する水分量を有することになるにもかかわらず乾き空気とも呼ばれる）と水を受け入れる。水は、主として霧吹き器又は他の水噴霧器又は散布器に送られ、これらは通常は冷却塔内で高い位置（高架した位置）にあり、乾き空気入口からの乾き空気と接触することになり、空気を湿潤及び冷却させ、水を噴霧して蒸発させる。
【００２１】
「ブローダウン」のためにもいくらかの水が冷却塔内で用いられる。冷却塔により用いられる水は、溶解した固体、ミネラルなどをしばしば含有するので、水処理システム内のスケーリング及び他の堆積物の蓄積に関連する悪影響を打ち消すために、このようなブローダウン中に負の蓄積を打ち消すべく追加の水が使用される。一部の発電所に関して、このような「ブローダウン」手順に必要とされる水は、冷却塔により用いられるすべての水の３分の１以上を占めることがある。
【００２２】
図３の参照を続けると、本発明のこの実施形態の水回収システム１０に湿り空気を送り込む、エントリフード２０、ファン３０、及びカラム４０の詳細が説明されている。エントリフード２０は、好ましくは、冷却塔の排気Ｅから上昇する湿り空気がエントリフード２０の中へルートされるように、蒸発冷却塔の排気Ｅの上に横たわる。好ましくは、エントリフード２０は、湿り空気がエントリフード２０の中へ強制される及び潜在的に冷却塔内に背圧を生じるのではなく、むしろ冷却塔の排気Ｅから自然に流れ出る際の湿り空気を取り入れるのに十分な、ファン３０などによってもたらされる吸引を有する。このエントリフード２０は、冷却塔の排気Ｅを部分的に覆うこともでき、又はオプションとして、全体を覆うフード２２の形態とすることもできる。
【００２３】
好ましくはファン３０の形態であるエアムーバが、好ましくは、エントリフード２０の下流に設けられる。このファン３０は、モータにより駆動される中心軸から延びる複数のブレードを有する軸流ファンとすることもでき、又は中心軸のより近くに空気を入力し、次いで、その原動機から放射状に排気するように構成された遠心ファンとすることもできる。エアムーバは、代替的に、ロータリローブブロワ、ピストン、又はギヤ、又は他のポンプ／圧縮機などの、ブロワ又は他のエアムーバの形態とすることもできる。一実施形態では、ファンの上流の空気圧が監視され、冷却塔の排気Ｅでの所望の下流圧力と比較される。ファンの上流の圧力が冷却塔の排気Ｅに関する所望の圧力よりも高い場合、ファン３０は、冷却塔のどのような背圧ももたらすことを回避するべく、その速度を増加させることができる。このようにして、冷却塔は、エントリフード２０を含めてその設計されたパラメータ内にとどまり、ゆえに、冷却塔は、システム１０が採用されるときに再設計を必要としない。単一のファン３０が図示され、単一のファン３０が概して言及されるが、並列又は直列のいずれかの複数のファンを、本発明のエアムーバ機能を提供するのに用いることもできる。
【００２４】
湿り空気は、この実施形態ではカラム４０の上端へ誘導される。このカラム４０は、湿り空気から水を凝縮し収集することができる領域を提供するように構成される。このカラム４０は、好ましくは、垂直に配向され、湿り空気から凝縮している凝縮水Ｃを収集するべく下端にプール９０を有するが、これらのシステム要素は、この実施形態で示されるような垂直配向のカラム４０を含まない代替的な実施形態では、垂直以外の様態に配向することもできる。
【００２５】
このカラム４０は、一般に、上端４２と、反対側の下端４８を含む。上端４２は、通常は概して水平な導管に沿って冷却塔から離れる方へ横方向に移動している冷却塔からの湿り空気が上端４２で垂直配向のカラム４０へと曲がるように、通常は、内部に屈曲部を含む。湿り空気の流れは、次いで、上端４２からこのカラム４０内の下端４８へ下降し続ける。カラム４０は、通常は、密閉されたハウジングであり、好ましくは、太陽光などからの大気の加熱がカラム４０の内部温度を効果的に増加させないように、少なくともそのより下側の部分で断熱もされることになる。これに関して反射性の外面を使用することもできる。
【００２６】
カラム４０内に、除湿器／復水器８０（図４）の機能を提供するべく、少なくとも１つの熱交換器が設けられ、これにより、湿り空気から凝縮水Ｃを凝縮し、カラム４０の下端４８にあるプール９０内に収集する。図４に示されるように、除湿器／復水器８０は、通常は液体の、しかしガスの場合もある、様々な異なる源のいずれかとすることができる冷却流体源８２を供給され得る。冷却流体源のオプションは、除湿器／復水器８０を通して循環させることができる、又は除湿器／復水器８０へ経路設定される作動流体を冷却することができる、又は作動流体を地下空間内の温度と類似した温度に冷却するべくグラウンドループを通して水又は一部の他の作動流体を再循環させる冷却グラウンドループの形態とすることができる、冷却水塊である冷却流体を生成する冷凍システムを含む。冷却流体源が冷凍システムの形態である場合、この冷凍システムは、随意的な冷凍システム７０（図３）などとすることができ、或いは一部の他の冷凍システム又は従来技術で公知の又はのちに発明される冷却システムに係る他の冷却システムとすることができる。
【００２７】
随意的に、しかし好ましくは、予冷器ループ５０も、少なくとも部分的にカラム４０内に設けられる。この予冷器ループ５０は、カラム４０の上端４２の付近の湿り空気からの熱を、乾き空気出口９６を通してカラム４０の下端４８を出る、乾いた冷えた空気に伝達するように機能する。予冷器ループ５０は、第１の熱交換器５２及び第２の熱交換器５６を含む。第１の熱交換器５２は、冷却熱交換器６０よりも上のカラム４０内に存在する。第２の熱交換器５６は、乾き空気出口９６に隣接して存在する。
【００２８】
高温ライン５４は、第１の熱交換器５２から第２の熱交換器５６に延び、冷却ライン５８内よりも高い温度の作動流体を第１の熱交換器５２から第２の熱交換器５６へ経路設定する。冷却ライン５８は、高温ライン５４内の作動流体よりも低い温度の作動流体を第２の熱交換器５６から第１の熱交換器５２へ経路設定する。
【００２９】
循環ポンプ５９は、好ましくは、作動流体を第１の熱交換器５２と第２の熱交換器５６との間で流すべく、高温ライン５４又は冷却ライン５８のいずれかに沿って存在する。作動流体は、水又は一部の他の伝熱流体とすることもできる。伝熱流体は、好ましくは、第１の熱交換器５２と第２の熱交換器５６との間のその通路の全体を通して液体の状態のままである。
【００３０】
この予冷器ループ５０は、冷却熱交換器６０に到達する前の湿り空気を有益に予冷する。これを行うために、冷却ライン５８が、冷却作動流体を第１の熱交換器５２に送り、そこで、エントリフード２０によって集められた比較的熱い湿り空気から第１の熱交換器５２の表面を通じて熱が伝達され、ゆえに、この作動流体が若干加熱されることになる。この加熱された作動流体は、高温ライン５４を通って第２の熱交換器５６に戻る。第２の熱交換器５６は、カラム４０を出る乾き空気９６を、高温ライン５４からの作動流体の熱を乾き空気出口９６を通る乾き空気に伝達させる表面に沿って通過させるように構成され、ゆえに、作動流体は、冷却ライン５８へ送り返される前により低い温度に戻るように冷却される。循環ポンプ５９がする必要がある唯一の仕事は、高温ライン５４、冷却ライン５８、及び熱交換器５２、５６内の作動流体経路（単数又は複数）を含む作動流体の経路内の流体の流動抵抗を克服するのに十分なだけの仕事である。
【００３１】
第１の熱交換器５２に影響する、カラム４０を通る湿り空気の特定の状態に応じて、湿り空気が第１の熱交換器を通る際にその表面上に凝縮水Ｃが生成する場合がある。その場合、この凝縮水Ｃは、カラム４０の中を流れ落ち、プール９０内に収集されることになる。
【００３２】
冷却熱交換器６０は、単独で又は予冷器ループ５０と共に設けることができる。予冷器ループ５０と共に設けられる場合、冷却熱交換器６０は、湿り空気がカラム４０内で直面する第２の熱交換器となるであろう。予冷器５０が設けられない場合、冷却熱交換器６０は、カラム４０の中を下方へ進む又は他の方法で本発明のシステム１０を通る湿り空気が直面する第１の熱交換器となるであろう。
【００３３】
冷却熱交換器６０は、冷却熱交換器６０の冷却流体入力部として作用する冷却供給６２からの冷却流体を有する。この冷却流体は、通常は、フレオン又は一部のフレオンに代わる作動流体などの作動流体であるが、様々な作動流体のいずれかとすることもできる。冷却供給６２は、冷却熱交換器６０を通り、そこで冷却熱交換器６０の表面を通じて湿り空気から熱を収集する。冷却供給６２は、次いで、リターン６４に戻るようへ経路設定される。好ましくは、冷却熱交換器６０からの熱伝達を強化するべく冷却供給６２及びリターン６４から放射状に延びるフィン６６が設けられる。好ましくは、これらのフィン６６は、フィン６６の表面上に生成する水を凝縮し、冷却熱交換器６０よりも下のプール９０へ自由落下させることを可能にする、垂直に延びる平面内に配向される複数の並列フィンの形態である。
【００３４】
これらのフィン６６及び冷却供給６２及びリターン６４が通る配管は、好ましくは、熱伝達を促進し且つ腐食型の酸化反応などの液体水との負の反応を起こす傾向が低い材料で形成される。種々の適切な材料は、所望の熱伝達特性と、関係する温度及び湿度並びに液体環境で長期にわたって長続きする動作特性とを有する、種々の異なるステンレス鋼材料、アルミニウム、真鍮、又は他の適切な材料を含むこともできる。
【００３５】
好ましくは、冷却供給６２はリターン６４よりも下にあり、単一の又は複数の冷却供給のライン６２及び単一の又は複数のリターンのライン６４とすることができる。冷却供給６２及びリターン６４を含むこれらのラインは、インターフェイス６８に対して延びる。このインターフェイス６８は、一般に、冷凍システム７０又は他の冷却流体供給部が冷却熱交換器６０へ提供され、冷却熱交換器６０から戻るリターン６４を受け入れるポイントと考えることができる。
【００３６】
図３に示された実施形態では、このインターフェイス６８は、随意的な冷凍システム７０に結合される。この随意的な冷凍システム７０は、一般に、リターン６４から作動流体を取り入れ、作動流体をその中で冷却した状態で冷却供給６２に送り返す、流体経路を内部に有する。この作動流体を冷却するために、この随意的な冷凍システム７０によれば、作動流体は、最初にポンプ７２で圧力が高められる。圧力が高められた作動流体は、次いで、クーラ７４で冷却される。このクーラは、一般に、ポンプ７２により圧縮されるときに作動流体に加わる熱を除去するべく作動流体を冷却する。この圧縮熱及びあらゆる他の熱（周囲大気又は他の便利な冷却源へ簡単に廃棄することができる）が発生した後で、高圧の冷却された作動流体は、膨張器７６を通過する。膨張器７６で、作動流体は、ポンプ７２の出口の高圧からリターン６４内の及びポンプ７２に送られる作動流体の圧力と概して類似した冷却熱交換器６０の供給圧に戻るように膨張される。このようなより低い圧力へ膨張することにより、作動流体は、冷却熱交換器６０を通るときに湿り空気から熱を効果的に除去することができるようにその温度が下がっている。
【００３７】
冷凍システム７０の構成に応じて、作動流体は、液体のままとすることもでき、又は冷却熱交換器６０を通るときに沸点に達してガスとなるようにすることもでき、この場合、ポンプ７２は、液体ポンプではなくガスの圧縮機ポンプの形態であろう。さらに、ポンプ７２がガス圧縮機の形態である場合、クーラ７４は、一般に、気体作動流体が凝縮して液体に戻るのに十分なだけ冷却されることになる、復水器コイル又は他の復水器の形態であろう。一部の他の形態の冷凍サイクルが採用される場合には、これは単にインターフェイス６８で随意的な冷凍システム７０と交換され、冷却の作動流体をこの冷却供給６２に供給し、この作動流体を任意のこのような他の冷凍又は冷却源にリターン６４で戻すこともできる。
【００３８】
冷却熱交換器６０は、フィン６６を備えるその最下面及び／又は水回収システム１０のカラム４０又は他の経路内の最も冷却した場所を提供する冷却供給６２を有する。したがって、カラム４０又は他の水回収システム１０を通る湿り空気は、冷却熱交換器６０のこの下縁で最低温度に達することになり、そこで湿り空気は、最も少ない蒸発した状態の水を保持することができる。空気中に蒸発した状態で残存できる量を超えているすべての水は、凝縮水Ｃへ凝縮され、収集のために冷却熱交換器６０からプール９０内に落下する。
【００３９】
これらの凝縮水Ｃの液滴は、重力の下で落下するので、それらは、プール９０内に集まることになり、カラム４０の下端４８にある角を曲がって乾き空気出口９６（又は随意的に乾き空気出口９６がカラム４０の下端４８よりも少し上にあるように９０°を超える屈曲部）へ水平方向に導かれて出ていくことは回避される。この乾き空気が乾き空気出口９６を通って出ていく前に、予冷器ループ９０が設けられる場合、作動流体は、乾き空気出口９６を通る及び第２の熱交換器５６を通る乾き空気への熱伝達により、その熱が除去されている。第２の熱交換器５６は、高温ライン５４内の作動流体への熱伝達により乾き空気出口９６を出る乾き空気を加熱し、この作動流体を、第１の熱交換器５２に戻るようにつながる冷却ライン５８へ送る前に冷却することになる。したがって、乾き空気出口９６での冷えた空気は、「無駄」にされずに、むしろ、予冷器ループ５０内の第１の熱交換器５２によって収集された熱を有益に除去し、冷却ライン５８の通過のため、及びエントリフード２０の下流の入ってくる湿り空気を冷却するための第１の熱交換器５２内での有益な使用のために、この予冷器ループ５０内の作動流体を低温に戻す。予冷器ループ５０のこの第２の熱交換器５６は、乾き空気出口９６を通る乾き空気を加熱する傾向があるので、この第２の熱交換器５６は、これに関連した加熱が凝縮水Ｃのいずれも再蒸発させないように、プール９０及びカラム４０の下端４８から十分遠くに存在する。
【００４０】
水回収システム１０は、冷却塔及び冷却塔が一体化されるあらゆる発電所又は他の機器とは完全に別個のシステムとして設けることができるが、本発明のシステム１０を、冷却塔及び冷却塔が動作している任意の発電所又は他の関連するシステムと一体化することにより、種々の相乗効果をさらに提供することができる。１つの例として、ファン３０、ポンプ５９、及びポンプ７２によって必要とされる電力、及びシステム１０のあらゆる他の電力要件を、冷却塔に関連する発電所により有益に使用することができる。これらの電力要件は、非常に小さい送電が必要とされるという点で非常に低いコストを有することになり、システム１０は、外部電源を必要とするのではなく発電所からの電力を使用することができるように、発電所と共にその場で動作することができる。
【００４１】
さらに、冷却塔は、効果的に動作するのに非常に大量の水を必要とする。プール９０からの水出口９２は、冷却塔の需要の少なくとも一部を供給するべく、経路９４を通って冷却塔に戻るように経路設定することができる。システム１０の水出口９２及びプール９０からつながるこのような経路９４からの水を冷却塔の取水Ｗに使用する１つの特定の利点は、この水が、蒸発水から凝縮されたものであるため実質的に脱塩されていることである。したがって、脱塩された水の源であるプール９０からの水は、冷却塔が定期的「ブローダウン」又は著しく短い間隔のブローダウンを必要とせずに動作することを可能にすることができる。したがって、ブローダウンの非常に大きい水需要を低減させる又は完全になくすことができ、冷却塔を動作させるための水のコストが、本発明の水回収システム１０により回収された水によって少なくとも部分的に低減される。
【００４２】
本開示は、本発明の好ましい実施形態及び発明を実施するための最良モードを明らかにするために提供される。したがって、このように本発明が説明されているが、本発明の開示の精神及び範囲から逸脱することなく好ましい実施形態に種々の異なる修正を加えることができることが分かるであろう。構造体が機能を行う手段として識別されるとき、この識別は、指定の機能を行うことができるすべての構造体を含むように意図される。本発明の構造体が一緒に結合されるものとして識別されるとき、このような言葉は、一緒に直接結合される又は介在する構造体を通じて一緒に結合される構造体を含むように広く解釈されるべきである。このような結合は、特段の制約のない限り、或る形態の取り付けを依然としてもたらしながら、恒久的又は一時的、固着した様態、又はピボット運動、滑動、又は他の相対運動が可能な様態のいずれかとすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、蒸発熱交換器の排気から比較的高温の湿気のある空気を収集し、そこから水を収集するためのシステムを提供するという点で産業上の利用可能性を呈する。
【００４４】
本発明の別の目的は、冷却塔からの相に関連した水分を取り込むことである。
【００４５】
本発明の別の目的は、冷却塔の排気を除湿器に経路設定することにより蒸発冷却塔から水を回収することである。
【００４６】
本発明の別の目的は、冷却塔がその排気から水を再び取り込みながらその設計に従って動作し続けることを可能にする、冷却塔の排気から水を収集するための方法を提供することである。
【００４７】
本発明の別の目的は、冷却塔の排気から水を収集及び凝縮し、この水を冷却塔に戻るように経路設定することにより、冷却塔によって用いられる水の量を減らすことである。
【００４８】
本発明の別の目的は、蒸発冷却塔の排気から水を経済的に再び取り込むことができるように、低い電力要件を有する、冷却塔に取り付け可能な水回収システムを提供することである。
【００４９】
その産業上の利用可能性を実証する本発明の他のさらなる目的は、含まれる詳細な説明を注意深く読むことから、添付図を見ることから、及び本明細書に含まれる請求項を読むことから明らかとなるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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