(57)【要約】【課題】塔内の散水装置や充填材などのメンテナンスばかりでなく、送風機のメンテナンスも、安全・容易に行うことができる冷却塔を提供する。【解決手段】上部に排気口を有し、下部に水槽を有する塔体の内側空間の上部に設けられた散水手段により、負荷側から戻された冷却水を塔体の内側空間に配置された充填材に散水し、その充填材を流れる冷却水に送風機により塔体の外側から取り込まれる外気を接触させて冷却水を冷却させて前記水槽に流下させ、その水槽から冷却水を負荷側に送る冷却塔において、外気を塔体の内側空間に供給する送風機を塔体の下部に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部に排気口を有し、下部に水槽を有する塔体の内側空間に設けられた散水手段により、負荷側から戻された冷却水を前記塔体の内側空間に配置された充填材に散水し、その充填材を流れる前記冷却水に送風手段により前記塔体の内側に取り込まれる外気を接触させて前記冷却水を冷却させて前記水槽に流下させ、その水槽から前記冷却水を前記負荷側に送る冷却塔において、前記外気を前記塔体の内側に取り込む送風手段を、前記排気口の内側に設けずに、前記塔体の下部に設けたことを特徴とする冷却塔。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却塔において、前記送風手段を前記充填材と前記水槽の間に設けた空間に送風するように設けたことを特徴とする冷却塔。
【請求項３】
請求項１または２に記載の冷却塔において、前記送風手段が複数個設けられ、かつ前記塔体の内側空間の送風密度が可及的に均等になるように間隔を置いて取付けられていることを特徴とする冷却塔。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の冷却塔において、前記送風手段から前記塔体の内側空間に供給される加圧空気が均等に分散されるように、前記送風手段の排気口の近傍に分配器が設けられていることを特徴とする冷却塔。
【請求項５】
請求項１、２、３または４に記載の冷却塔において、前記水槽に水槽内の水位が所定値を下回った時に自動的に給水する手段と、前記水槽に水槽内の水位が所定値を超えた場合に排水する手段を備え、その排水手段に前記塔体の内側空間の圧力が前記排水手段から漏れるのを防止する圧力漏れ防止手段を備えたことを特徴とする冷却塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水を使用する設備との間で水を循環して水を冷却する冷却塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷却水を使用する空調設備や工業設備などにおいては、水の蒸発潜熱を利用して水を冷却する冷却塔が広く用いられている。この冷却塔は、負荷側からの冷却水を冷却塔内の充填材の表面を流下させながら、送風機により塔内に吸引される外気と直接接触させることにより冷却するものである。このような冷却塔には、充填材の表面を流下する冷却水と外気の流れ方向により、カウンターフロー型（向流型とも称される。たとえば、特許文献１〜３参照）とクロスフロー型（直交流型とも称される。たとえば、特許文献４,５参照）がある。カウンターフロー型は、通常、丸型であり、クロスフロー型は、通常、角型である。
【０００３】
図５は、従来のカウンターフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ１は、塔体100の下部外周に、外気を塔体100内に取込むための外気取込み口101を有し、塔体100の中には上部に散水手段としての散水アーム102が、その直下には熱交換促進用の充填材103が支持部材104により塔体100内の下部に空間が形成されるように、それぞれ配置されている。また、塔体100の中心部に、負荷側から戻ってくる冷却水を散水アーム102に送る送水管105が設けられ、塔体100内の底部には充填材103により冷却されて流下する冷却水を受ける水槽106が、さらに、塔体100の上部に設けられた排気口107内にモータ108a及びモータ108aにより回転されるプロペラファン等のブレード108bからなる送風機109がそれぞれ設置されている（特許文献１参照）。図１２において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体100内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体100外に排出される空気である。
【０００４】
図６は、クロスフロー型冷却塔の構成の一例を示す。この冷却塔ＣＴ２は、塔体200内の上部に負荷側から戻される冷却水を受ける上部水槽201を設け、その上部水槽201と塔体200内の底部に設けられた下部水槽202との間に充填材203を配設し、塔体200の充填材203に対応する高さの両側部に外気取込み口204を備え、塔体200の上部の排気口205にモータ206aと、モータ206aにより回転されるブレード206bとからなる送風機207を設け、その送風機207を回転させると、外気取込み口204から外気が吸引され、その外気と上部水槽201から充填材203に散水される冷却水との熱交換が充填材203により促進され、充填材203を通過した空気が排気口205から塔体200の外に排気されるように構成されている（特許文献５参照）。図６において、細い矢ａは冷却水の移動を、太い矢Ａは外気の移動を示す。ａｉは負荷側から戻ってくる冷却水、ａｏは負荷側に送られる冷却水であり、Ａiは塔体200内に吸い込まれる空気、Ａｏは塔体200外に排出される空気である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３９４８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２２７４５号公報
【特許文献３】特開２００３−６５６８６号公報
【特許文献４】特開平８−４９９８９号公報
【特許文献５】特開２０１０−９１２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来の冷却塔は、塔体100の排気口107には送風機109が、塔体200の排気口205には送風機207が設けられている。大型の冷却塔には、カウンターフロー型冷却塔の場合は、排気口の口径が１５００〜３８００ｍｍ、外径寸法が５０００〜８５００ｍｍ程度のものがあり、クロスフロー型冷却塔の場合は、間口幅１７００〜１２０００ｍｍ、高さ２８００〜３３００ｍｍ、奥行き３３００〜３８００ｍｍにもなるものがある。また、クロスフロー型冷却塔の下部水槽の深さは１０００ｍｍ以上の場合もある。そして、従来の大型の冷却塔では、送風機に所要の風量が得られるプロペラファン等が用いられている。
【０００７】
このような大型の冷却塔においては、散水装置および充填材などのメンテナンスを行うために、作業者が塔内に入り込まなければならない場合がある。とくに、散水装置の劣化期間は短いので、メンテナンスの頻度が高く、しかも、散水装置と送風機の間の空間が狭いので、中腰または背を曲げた姿勢で作業をしなければならないことが少なくない。
【０００８】
そのようなメンテナンス作業（部品交換を含む）を行うときは、当然、安全確保のため、送風機109,207の電源を切るのであるが、冷却塔または送風機が複数台設置されている場合は、冷却機能を維持するため、全てのモータ108ａ,206aの電源を一度に切らずに、順次交代して切るのが通例である。しかし、電源を切る冷却塔または送風機の順序を間違ったために、塔内でメンテナンス作業中に送風機が突然に起動し、作業者が送風機のブレード108bに巻き込まれて負傷事故や痛ましい死亡事故を起こす例は後を絶たない。また、突然に回転したブレード108b,206bに激突されて、またはブレード108b,206bから逃げるために、水槽106,202に墜落して溺死した例も報告されている。さらに、送風機の部品等が劣化・破損して排気口から飛散する恐れもある。
【０００９】
このような事故を起こさなくても、従来の冷却塔で用いられている送風機109,207は、モータ108ａとブレード108b、またはモータ206ａとブレード206bを有し、これらが排気口107,205内に設置されるため、メンテナンス作業者は排気口107,205から塔内に出入できないので、メンテナンス作業や部品交換が容易にできず、時間がかかる、等の問題もある。
【００１０】
そこで、本出願人は、特願２０１４−７８８１１号の明細書において、上記のような事故の発生を防止でき、なおかつ、メンテナンス作業や部品交換が安全容易にできる冷却塔を提供することを目的として、従来の排気口内側に設けられるモータとブレードに代えて、排気口内側に設けられ、上向きの噴流を発生させる環状の噴流発生管と、排気口外側に設けられ、噴流発生管に加圧空気を供給する加圧空気供給手段とからなる吸気装置を備えた冷却塔を提案した。
【００１１】
噴流発生管は、環状に形成されて、連続する内壁と外壁によって噴流発生管の開口部の中心軸の周囲に連続する内部通路を有し、内壁の先端部と外壁の先端部は、それぞれ内向きに湾曲され、かつ、外壁の先端部が内壁の先端部の外側面に所定の距離を持って近接されている。そして、両先端部の間に開口部の中心軸の上部方向に開口する噴出口が形成され、その噴出口は、内部通路側から出口まで徐々に狭くされているため、加圧空気供給源から内部通路に供給される加圧空気は、噴出口においてさらに圧縮される。これによって、噴出口の出口から開口部の中心軸の上部方向に噴出する噴流が発生する。噴流発生管の噴出口から上向きの噴流が発生すると、その噴流はベルヌーイの法則により噴流発生管の開口部内に存在する空気を引き込み、その空気を同伴して排気口から上方に排出される。噴流に引込まれる空気の量は、噴流の空気量よりも数倍も多い。そして、開口部内を移動する風量は、噴流発生管の噴出口からの噴流と、開口部内で噴流により引き込まれる空気との総量となる。また、開口部内の空気の同伴により塔内上部空間が減圧されるため、外気取込み口から吸い込まれて、排気口から排出される空気量が増幅される。したがって、冷却塔の冷却効率が上昇する。
【００１２】
上記発明により、排気口内側には送風機がなく、噴流発生管のみが設けられるので、事故発生防止の効果が得られ、また、メンテナンス作業者が噴流発生管の開口部から塔内に上半身または腕もしくは全身を入れることが可能であるので、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンス作業及び部品交換が安全・容易にできる効果が得られる。
【００１３】
しかしながら、上記加圧空気供給手段には、冷却塔の冷却能力に必要な塔内送風量を、噴流発生管からの噴流により生じさせるために必要な加圧空気量を供給できるもの、たとえば、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機が使用される。そして、長期間の使用中には、噴流発生管や加圧空気供給手段のメンテナンスが必要であるが、この改善された冷却塔においても、大型の場合は、噴流発生管や加圧空気供給手段の設置位置が高所になるため、さらに高い安全性が求められる。
【００１４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンスばかりでなく、送風機のメンテナンスも容易に行なうことができ、かつ高い安全性が得られる冷却塔を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明は、上部に排気口を有し、下部に水槽を有する塔体の内側空間の上部に設けられた散水手段により、負荷側から戻された冷却水を塔体の内側空間に配置された充填材に散水し、その充填材を流れる冷却水に送風手段により塔内に取り込まれる外気を接触させ冷却水を冷却させて前記水槽に流下させ、その水槽から冷却水を負荷側に送る冷却塔において、外気を塔内に送り込む送風手段を、排気口の内側に設けずに、塔体の下部に設けたことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、本発明に係る冷却塔には、従来の冷却塔に設けられていた、塔体の下部外周の外気取込み口は設けられず、その代わりに、塔体の下部に外気を塔内に供給するための送風手段が設けられる。したがって、排気口内には送風手段や噴流発生管が設けられない。塔体の下部に設けられる送風手段は、従来のブレード付き送風機またはブレードレス送風機のいずれでもよい。充填材と水槽の間に空間を設け、送風手段は、その空間に送風するように設けることが望ましい。また、塔体に取付けられる送風手段の数は、塔体の内側空間の容量に応じて、１個又は複数個である。複数個の場合は、塔体の内側空間の送風密度が可及的に均等になるように間隔を置いて取付けられる。さらに、各送風機から塔体の内側空間に供給される加圧空気が均等に分散されるように、送風機の排気口の近傍に邪魔板などの分配器を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、送風手段は、塔体の排気口内ではなく、塔体の下部に設けられるので、冷却塔が大型の場合であっても、送風手段のメンテナンスを、高所作業を伴わずに容易かつ安全に行なうことができる。また、排気口には、送風機や噴流発生管が設けられないので、メンテナンス作業者は排気口から内側空間に腕もしくは上半身を挿入して、または排気口から内側空間に進入して、塔内の散水装置や充填材などのメンテナンスを安全・容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明をカウンターフロー型冷却塔に適用した場合の一実施の形態に係る冷却塔を一部破断して示す正面図である。
【図２】水槽のオーバーフロー管からのエアー漏れを防止する手段の一例を示す略図である。
【図３】水槽のオーバーフロー管からのエアー漏れを防止する手段の他例を示す略図である。
【図４】本発明をクロスフロー型冷却塔に適用した場合の一実施の形態に係る冷却塔を一部破断して示す正面図である。
【図５】従来のカウンターフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。
【図６】従来のクロスフロー型冷却塔の代表例の一部を破断して示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明をカウンターフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図５の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態に係る冷却塔ＣＴｎ１においては、塔体100の排気口107の内側には、送風機が設けられていない。排気口107には、鳥類や他の飛来物の進入防止用の格子または網など（図示省略）を設けることが好ましい。しかし、その格子または網などは、塔体100の中のメンテナンス作業をする際に容易に取り外し可能であることが好ましい。
【００２２】
塔体100の内側空間100ａには、従来と同様に、上部に散水手段、たとえば散水アーム102が設けられ、その散水アーム102の下側に、熱交換促進用の充填材103が配置され、支持部材104により支持されている。また、塔体100の中心部に、負荷側から戻ってくる冷却水を散水アーム102に送る送水管105が設けられ、塔体100内の底部には充填材103により冷却されて流下する冷却水を受ける水槽106が設けられている。そして、充填材103（支持部材104を含む。）と水槽106の間に下部空間100bが形成されている。
【００２３】
従来の冷却塔においては、塔体100の下部の外周壁の、下部空間100bに対応する位置に、ネット状または多孔状の外気取込み口101(図５参照)が備えられていたが、図１の実施の形態に係る冷却塔ＣＴｎ1においては、塔体100内の下部には外気取込み口が設けられていない。その代わりに、同じ位置に送風手段として送風機Ｂ１が取付けられている。この送風機Ｂ１は、外気を下部空間100bに取り込んで充填材103の間に風を供給する。
【００２４】
このような送風機Ｂ１には、たとえば、プロペラファン、ターボファン、シロッコファンなど、通常のブレード付き送風機を用いることができる。ブレード付き送風機に代えて、エジェクタ送風機やコンプレッサーを用いることも可能である。また、特開昭５６-１６７８９７号公報、特許第４７５６２８６号公報、特許第４７６９９８８号公報等に記載されているブレードレス送風機（羽根車無し送風機）を用いることも可能である。
【００２５】
送風機Ｂ１の設置数は、塔体100の内側空間100ａの容量、充填材103の数量等に応じて、冷却水に所期の冷却効果が得られるように決定される。送風機Ｂ１を複数個取付ける場合は、空間101ａに供給される空気の圧力が均等になるように、間隔を開けて設けることが良い。また、送風機Ｂの送風指向性が強い場合は、送風機の排気口の外側に、風を分散させる邪魔板等の分配器を設けて、内側空間100ａ内の送風分布が均等になるようにすることが望ましい。
【００２６】
送風機Ｂ１の駆動用モータは、冷却塔の内部に設けることができる。この場合は、天候に関係なくメンテナンスを行うことができる。また、駆動用モータは、冷却塔の側部外面に設けることもできる。
【００２７】
上述のように、本発明における冷却塔ＣＴｎ１は、排気口107に送風機が設置されていないので、排気口107の口径の大きさにより、排気口から作業者の腕もしくは上半身を挿入して、または排気口から作業者が進入して、散水アーム102、充填材103または送水管105のメンテナンスまたは部品交換などを容易に行うことができる。そして、メンテナンス作業中に誤って送風機Ｂに電源が入れられることがあったとしても、作業者が危険に曝されることはないので、安全である。また、送風機Ｂ１は塔体100の下部に取付けられているので、送風機Ｂ１のメンテナンスや部品交換を必要とするときは、高所作業を必要としないため、安全かつ効率良く作業を行うことができる。
【００２８】
ところで、散水アーム102から散水され、充填材103の表面を流下する冷却水は、送風機Ｂから下部空間100bに排出され、かつ充填材103の間を勢いよく上昇される空気流により霧化し、蒸発するので、水槽106の冷却水の水量は常に漸減する。また、冷却水を使用する設備の運転が停止された時は、その設備内の冷却水が冷却塔ＣＴｎ１の水槽106に返還される。したがって、水槽106の水位は、常に一定ではなく、増減する。そのため、従来の冷却塔と同様に、図２に例示するように、水槽106には水位が所定下限値よりも下がった時に自動的に給水するためのボールタップ106a付き自動給水管106bと、水位が所定上限値よりも上がった時に自動的に排水するためのオーバーフロー管106cが設けられている。
【００２９】
上記のように、本発明における冷却塔ＣＴｎ１では、送風機Ｂにより塔内の下部空間100bに外気を取り込み、充填材103の間に送り込むので、下部空間100bの気圧が大きくなる。そのため、オーバーフロー管106cがトラップ106dを有しないものであったり、トラップ106dを有しているとしても、そのトラップ106dの高さＨが低い(水頭圧が低い)ものであったりする場合は、送風機Ｂ１から空間100ａに吹き込まれる風圧がオーバーフロー管106cから塔外に逃げ出すことがあり得る。それにより、送風機Ｂ１の冷却水冷却効率が削減される虞がある。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態においては、オーバーフロー管106cからの圧力漏れを防止する手段（圧力漏れ防止手段）が備えられている。その一つは、図２のオーバーフロー管106cにトラップ106dを備え、そのトラップ106dの高さＨをトラップ106dの水頭圧が下部空間100bａ内の気圧を下回らないように設定したものである。
【００３１】
図３は、圧力漏れ防止手段の他例を示す。この圧力漏れ防止手段は、機械的防止手段の一例であり、オーバーフロー管106cの途中に上面に開口する小タンク106eを設け、その小タンク106eに支点106ｆを中心として揺動可能な第1レバー106gの先端に結合したボールタップ106ｈを浮かせ、第１レバー106gの中点に揺動可能に結合した第２レバー106iの下端を、支点106ｊを中心として揺動可能に備えた弁106kに揺動可能に結合して構成されている。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、水槽106内の水位ＷＬが所定値よりも上がって、すなわち、オーバーフロー管106cの上端開口の下辺よりも高くなって、水槽106内の冷却水がオーバーフロー管106cから流出する時は、その流出した冷却水ｗが小タンク106e内に満水になると、ボールタップ106ｈが上昇するので、第1レバー106gおよび第２レバー106iを介して、それまでオーバーフロー管106cを閉じていた弁106kが開かれる。そのため、その後にオーバーフロー管106cの上端開口から流出する冷却水のみがオーバーフロー管106cの下方に排出される。
【００３３】
さらに詳述すると、オーバーフロー管106cの上端開口から冷却水ｗが流出し始めるときは、水量が少なく、下部空間100bの気圧が比較的大きいため、オーバーフロー管106cから圧力が弁106kの先端とオーバーフロー管106cの間の隙間から抜け出る恐れがある。しかし、小タンク106e内の水位はあまり高くないので、オーバーフロー管106c内の気圧により弁106kが閉じられる傾向にあるため、下部空間100bからの圧力漏れは防止される。そして、オーバーフロー管106cの上端開口から流出する水量が多くなると、ボールタップ106ｈの上昇力と上昇量が大きくなるので、弁106kが十分に開き、冷却水ｗのみが排出される。
【００３４】
また、図３（ａ）に示すように、水槽106内の水位ＷＬが所定値よりも下がって、すなわち、オーバーフロー管106cの上端開口の下辺よりも低くなり、小タンク106e内の水位も下がると、ボールタップ106ｈも下がるため、第1レバー106gおよび第２レバー106iを介して、それまでオーバーフロー管106cを開けていた弁106kが閉じる。したがって、空間101ａからの圧力漏れが防止される。
【００３５】
図４は、本発明をクロスフロー型冷却塔に適用した場合の一例を示す。図６の部材と同一または相当の部材には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００３６】
本発明の第二の実施の形態に係る冷却塔ＣＴｎ２においても、第一の実施の形態の場合と同様に、排気口205には送風機が設けられていない。排気口205には、鳥類や他の飛来物の進入防止用の格子または網など（図示省略）を設けることが好ましい。しかし、その格子または網などは、塔体100の中のメンテナンス作業をする際に容易に取り外し可能であることが好ましい。
【００３７】
第二の実施の形態においても、塔内の下部水槽202と充填材203の間に下部空間208が備えられ、その下部空間208に外気を供給する送風機Ｂが設けられている。送風機Ｂは、一例として、塔体の外周壁に１個または複数個が取付けられる。送風機Ｂは、所要の送風量が確保されれば、種類は問わない。
【００３８】
図４には図示を省略されているが、第二の実施の形態においても、下部水槽202に、図２または図３に示された、もしくはその他の圧力漏れ防止手段が備えられている。
【００３９】
クロスフロー型冷却塔ＣＴｎ２は、図４に示すように大型である場合が多いので、冷却塔の外壁204aまたは仕切り壁204bは、充填材203のメンテナンス作業を容易に行なうことができるように、開閉可能または脱着可能な構造とすることが望ましい。図４の209は、塔内に出入りするためのドアである。
【００４０】
送風機（送風手段）Ｂ１，Ｂ２のいずれにおいても、塔体100,200の外面に開口される吸気口には、作業員などが当たっても変形しない網などを設けることが望ましい。
【００４１】
上記実施の形態による効果は、次のとおりである。
（１）安全性の向上
ａ．冷却塔の排気口には、送風機等の障害物が設置されていないので、散水手段や充填材などのメンテナンス作業を安全に行なうことができる。したがって、過去の悲惨な事故を根絶することができる。
ｂ．冷却塔の排気口に駆動部や回転部材などがないので、部品等が劣化破損して飛散する恐れがない。
（２）メンテナンス上の効果
ｃ．送風手段は冷却塔の下部に設けられるので、高所作業の割合が減り、送風手段のメンテナンス作業を容易に、かつ、効率的に行なうことができる。
ｄ．冷却塔の排気口には、送風機等の障害物が設置されていないので、散水手段や充填材などのメンテナンス作業を容易かつ効率的に行なうことができる。
ｅ．送風手段の駆動用モータは、冷却塔の内部に設けることができるので、天候に関係なくメンテナンスを行うことができる。
ｆ．送風手段の駆動用モータは、冷却塔の側部外面に設けることができるので、冷却塔の運転中も、修理やメンテナンスを行うことができる。
【符号の説明】
【００４２】
ＣＴｃ１  冷却塔
100      塔体
100a     塔体の内側空間
100b     塔体の下部空間
102      散水手段（散水アーム）
103      充填材
106      水槽
107      排気口
Ｂ１     送風機（送風手段）
ＣＴｎ２  冷却塔
200      塔体
201      上部水槽
202      下部水槽
203      充填材
205      排気口
208      塔体の下部空間
Ｂ２     送風機（送風手段）
【図１】
2017125668.tif 000003
【図２】
2017125668.tif 000004
【図３】
2017125668.tif 000005
【図４】
2017125668.tif 000006
【図５】
2017125668.tif 000007
【図６】
2017125668.tif 000008