(57)【要約】【課題】外気入口部における構造体への着氷を防止する冷却塔を提供する。【解決手段】熱交換器１３で加熱された循環水を散布する上部散水器７と、上部散水器からの循環水と冷却用空気とを充填材５０を介して熱交換させる熱交換部５と、上部散水器および熱交換部を支持する構造体２０と、構造体の下部に熱交換部と間隔を介して設けられ、熱交換部からの循環水を回収する下部水槽１１と、下部水槽の循環水を熱交換器を介して上部散水器に循環供給する循環流路１４と、熱交換部の直下に設けられ、熱交換器で加熱された循環水を循環流路からバイパスして構造体に散布する下部散水器１９を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源で加熱された循環水を散布する上部散水器と、
この上部散水器からの循環水と冷却用空気とを充填材を介して熱交換させる熱交換部と、
前記上部散水器および前記熱交換部を支持する構造体と、
この構造体の下部に前記熱交換部と間隔を介して設けられ、前記熱交換部からの循環水を回収する下部水槽と、
この下部水槽の循環水を前記熱源を介して前記上部散水器に循環供給する循環流路と、
前記熱交換部の直下に設けられ、前記熱源で加熱された循環水を前記循環流路からバイパスして前記構造体に散布する下部散水手段とを備える冷却塔。
【請求項２】
請求項１記載の冷却塔において、
前記下部散水手段は、
前記熱交換部の直下に配置され、前記熱源で加熱された循環水を前記循環流路からバイパスして貯蔵する複数の貯水部と、
この貯水部内の循環水を前記構造体に散布する下部散水器とを有することを特徴とする冷却塔。
【請求項３】
請求項２記載の冷却塔において、
前記複数の貯水部は、それぞれ、流量制御手段を介して前記循環流路と接続され、
前記流量制御手段は、一定の間隔で前記複数の貯水部に循環水を供給することを特徴とする冷却水。
【請求項４】
請求項１から３いずれかに記載の冷却塔において、
前記下部散水手段は、前記構造体を形成する構造材に向かって循環水を散布する散布口を有することを特徴とする冷却塔。
【請求項５】
請求項１から４いずれか記載の冷却塔において、
前記構造体はＦＲＰで形成された水平材を有することを特徴とする冷却塔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸気タービンの復水器からの循環水を冷却する冷却塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントにおいて、蒸気タービンに付設された復水器の循環水を冷却するためには大量の冷却水が必要であり、従来、その冷却水として海水が用いられてきた。しかし、近年、環境への影響を最小限に抑えるために、冷却塔で冷却した循環水がその冷却水として用いられている。
【０００３】
冷却塔の中には、塔上部に設けられた上部散水部と、上部散水部の下方に充填物を配置して設けられた熱交換部と、上部散水部及び熱交換部を支持する構造体と、熱交換部の下方に間隔を介して設けられた下部水槽を備えたものがある。この種の冷却塔において上部散水部から散水された循環水（冷却水）は、熱交換部で冷却された後に下部水槽に向かって落下し、その落下途中に外気と接触して冷却されるとともに、一部が蒸発するときの蒸発潜熱によって更に冷却される。
【０００４】
この種の冷却塔を寒冷地に設置する場合、通水する流量に比べて通過風量の多い外気入口部等の領域や熱交換部は、厳冬期など気温が著しく低いときに、循環水が過冷却状態となって凍結しやすい。
【０００５】
このため、外気入口部分や熱交換部における着氷を防止する方法が従来から種々試みられてきた。この種の技術としては、例えば、発電プラント試運転時など、負荷容量が小さいことで循環水が規定流量より少なくなった場合に、下部水槽に直接接続された循環水バイパス管を介して循環水を供給することで熱交換部に通水しない仕組みを設け、熱交換部での着氷の回避を図ったものがある。また、熱交換部に対する単位面積あたりの散水量を増やして水膜を厚くすることで、熱交換部各部に発生する凍結の抑制を図っているものもある（特許文献１等参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８３６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の冷却塔の着氷防止構造は、上記のように熱交換部に対して施されてきた。ところが、循環水によって保温される充填材やルーバー等の外気流入を遮蔽する部材を備える熱交換部の構造と異なり、構造体が外部に露出している外気入口部には外気流入の遮蔽物が備えられていない。そのため、熱交換部で飛散した循環水が外気によって過冷却されて構造体に着氷し、外気入口部を閉塞して冷却効率を低下させるおそれがある。また、継続的な凍結によって外気入口部が閉塞されると冷却効率が低下したり、着氷によって構造体が損傷したりする危険性がある。
【０００８】
本発明の目的は外気入口部における構造体への着氷を防止する冷却塔を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、熱源で加熱された循環水を散布する上部散水器と、この上部散水器からの循環水と冷却用空気とを充填材を介して熱交換させる熱交換部と、前記上部散水器および前記熱交換部を支持する構造体と、この構造体の下部に前記熱交換部と間隔を介して設けられ、前記熱交換部からの循環水を回収する下部水槽と、この下部水槽の循環水を前記熱源を介して前記上部散水器に循環供給する循環流路と、前記熱交換部の直下に設けられ、前記熱源で加熱された循環水を前記循環流路からバイパスして前記構造体に散布する下部散水手段とを備える。
【００１０】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記下部散水手段は、前記熱交換部の直下に配置され、前記熱源で加熱された循環水を前記循環流路からバイパスして貯蔵する複数の貯水部と、この貯水部内の循環水を前記構造体に散布する下部散水器とを有する。
【００１１】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記複数の貯水部は、それぞれ、流量制御手段を介して前記循環流路と接続され、前記流量制御手段は、一定の間隔で前記複数の貯水部に循環水を供給するものとする。
【００１２】
（４）上記（１）から（３）いずれかにおいて、好ましくは、前記下部散水手段は、前記構造体を形成する構造材に向かって循環水を散布する散布口を有する。
【００１３】
（５）上記（１）から（４）いずれかにおいて、好ましくは、前記構造体はＦＲＰで形成された水平材を有することを特徴とする冷却塔。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば熱交換部の下方における循環水の冷却が緩和されるので構造体への着氷を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施の形態である冷却塔の概略図である。
【００１７】
この図に示す冷却塔１は、上部散水器７と、ファン１０と、熱交換部５と、構造体２０と、下部水槽１１と、主散水管ライン（循環流路）１４と、下部散水器（下部散水手段）１９を備えている。
【００１８】
上部散水器７は、熱交換器（熱源）１３で加熱された循環水を熱交換部５に散布するもので、主散水管ライン（循環流路）１４と接続された主散水管６に取り付けられている。主散水管６は、主散水管ライン１４から導入される循環水が流通するもので、熱交換部５の上部に水平に配置されている。
【００１９】
主散水管６の上部には、ドリフトエリミネータ８が設けられている。ドリフトエリミネータ８は、網目状の構造を有している。ドリフトエリミネータ８は、この網目状の構造を利用して、外気入口部（後述）３及びルーバー（後述）４を介して吸い込まれた空気を整流し、冷却塔１外への循環水の飛散を防止している。
【００２０】
ファン１０は、循環水を冷却するための空気（冷却用空気）を冷却塔１内へ引き込むもので、ドリフトエリミネータ８の上部に設けられたファンケーシング９の内部に収納されている。外気入口部３及びルーバー４から吸い込まれた空気はファン１０を介して冷却塔１上方へ排出される。
【００２１】
熱交換部５は、上部散水器７からの循環水と冷却用空気とを充填材５０を介して熱交換させるもので、上部散水器７の下方に設けられている。充填材５０は、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂で構成することが好ましい。熱交換部５の外周には、構造体２０にルーバー４が取り付けられている。ルーバー４は、充填材５０の保護、冷却塔１内への異物の混入防止、及び冷却塔１内へ導入される冷却用空気の整流を行っている。
【００２２】
構造体２０は、上部散水器７、熱交換部５、及びファンケーシング９等を支持するもので、構造材２である複数の柱材及び水平材によって組み立てられた骨組み構造から成っている。水平材は、所定のスパンで配置された複数の柱材に水平に架け渡されている。構造体２０の上部には上部散水器７、熱交換部５、ファンケーシング９等が取り付けられているが、下部は外気入口部（通風口）３として開放されている。外気入口部３を介して冷却塔１内に導入された冷却用空気は、熱交換部５をファン１０に向かって上方に流れる。すなわち、本実施の形態の冷却塔１は、熱交換部５を下方に向かって流下する循環水に対して、熱交換部５を上方に向かって流れる冷却空気を接触させる、いわゆるカウンターフロー型のものである。
【００２３】
下部水槽１１は、熱交換部５を通過した循環水を回収するもので、構造体２０の下部に熱交換部５と間隔を介して設けられている。下部水槽１１に溜められた循環水は、ポンプ１２によって主散水管ライン（循環流路）１４に汲み出される。
【００２４】
主散水管ライン１４は、下部水槽１１の循環水を熱交換器１３を介して上部散水器７に循環供給するもので、下部水槽１１と主散水管６を接続している。主散水管ライン１４には、下部水槽１１から主散水管６に向かって、熱交換器１３と、弁１７が設けられている。熱交換器１３では、下部水槽１１から導入された循環水は被冷却水（復水器の循環水）によって加熱される。弁１７は、主散水管６に供給する循環水の量を調節するためのものである。また、主散水管ライン１４における熱交換器１３と弁１７の間には、バイパス散水管ライン１５が弁１８を介して接続されている。弁１８は、主散水管ライン１４からバイパス散水管ライン１５にバイパスさせる循環水の量を調節するためのものである。
【００２５】
図２は本発明の第１の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図である。図２（ａ）は正面からの断面図であり、図２（ｂ）は図１中の矢印Ｂからの側面図である。なお、先の図面と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２６】
下部散水器（下部散水手段）１９は、熱交換器１３で加熱された循環水を構造体２０に散布するもので、熱交換部５の直下に設けられている。本実施の形態の下部散水器１９は、パイプ状のもの（散水パイプ）で、バイパス散水管ライン１５と接続されたバイパス散水管１６に複数取り付けられている。なお、散水パイプ１９に代替する下部散水手段としては、例えば、バイパス散水管１６に孔を開けて構造体２０に散水可能としたもの等がある。この場合、孔の箇所としては、構造体２０上に循環水が散水される部分を適宜選定することが好ましい。
【００２７】
次に、上記のように構成される冷却塔１の作用及び効果について説明する。
【００２８】
熱交換器１３で加熱された循環水は、主散水管６から上部散水器７に導入され、充填材５０上に均一に滴下される。充填材５０上に滴下された循環水は、充填材５０を流下するとき、冷却塔１内に吸引された冷却用空気（外気）と直接接触して冷却される。ここで冷却された循環水は、熱交換部５の下部で外気と接触してさらに冷却され、下部水槽１１で回収される。下部水槽１１で回収された循環水は、再び熱交換器１３に導入され、冷却塔１内を循環する。
【００２９】
一方、冷却塔１内に吸引された冷却用空気は、充填材５０で熱交換を行う際、水蒸気の他に微小な水滴状の循環水を含む。このように冷却用空気に含まれた循環水は、水蒸気が凝縮した凝縮水とともに、冷却用空気がドリフトエリミネータ８を通過する際に補足される。
【００３０】
ところで、この種の冷却塔を寒冷地に設置する場合、循環水の通過流量に比べて冷却空気の通過流量が多い外気入口部３は、厳冬期など気温が著しく低下したとき、循環水が過冷却状態となって構造体２０に着氷することがある。特に、外気入口部３には、ルーバー４のような外気流入の遮蔽物が備えられていないため、熱交換部５で飛散した循環水が外気によって過冷却されて構造体２０に着氷し易い。なお、このような問題は構造材２の水平材の材料としてＦＲＰを利用した際に顕著となる。ＦＲＰ製の構造材２は、水存在下で使用しても腐食しないため、鋼製や木製のものと比較して、常時水にさらされる冷却塔の材料として顕著なメリットを有する。しかし、ＦＲＰは、繊維方向に対して垂直方向の荷重に弱いため、水平材に利用した場合、着氷による荷重が作用すると損傷し易いというデメリットを有する。
【００３１】
このような課題に対して、本実施の形態は、熱交換器１３で加熱された循環水を主散水管ライン１４からバイパスして構造体２０に散布する下部散水器１９を備えている。この下部散水器１９を利用して、熱交換器１３で加熱された温かい循環水を構造体２０に散水すると、散水された循環水が熱交換部５で冷却された循環水と構造体２０上で混合するので、循環水の温度を上昇させることができる。これにより冷却空気による循環水の過冷却が抑制されるので、構造体２０への着氷を防止することができる。したがって、本実施の形態によれば、熱交換部の下方における循環水の冷却が緩和されるので構造体への着氷を防止できる。特に本実施の形態は、上記のように水平材としてＦＲＰを利用した際に顕著な効果を奏する。すなわち、本発明によればＦＲＰ製の水平材への着氷を防止できるので、寒冷地においても腐食に強い冷却塔が利用可能になる。
【００３２】
なお、下部散水器１９を設ける部分は、外界に臨む開口部である外気入口部３近傍のみで良い。すなわち、熱交換部５の下部全体に下部散水器１９を設ける必要はない。そのため、本実施の形態では、図１に示すように、柱材２の２スパン分の領域に下部散水器１９に設けている。また、本実施の形態では冷却塔１が１つの場合について説明したが、複数の冷却塔１を隣接して配置する場合には、外界に臨む外気入口部３の近傍に下部散水器１９を設ければ足りる。
【００３３】
次に本発明の他の実施の形態について図を用いて説明する。
【００３４】
図３は本発明の第２の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図である。図３（ａ）は正面からの断面図であり、図３（ｂ）は図１中の矢印Ｂからの側面図である。
【００３５】
この図に示す冷却塔は、バイパス散水管１６の下部に配置された複数の貯水部３５と、各貯水部３５に取り付けられた下部散水器１９Ａを備えている。
【００３６】
各貯水部３５の上部には、バイパス散水管１６に取り付けられたバイパス管開口部３６がそれぞれ設けられている。バイパス管開口部３６は、バイパス散水管１６内の循環水を各貯水部３５に供給するもので、これにより貯水部３５に循環水が貯蔵される。
【００３７】
先に示した実施の形態では、バイパス散水管ライン１６を介して循環水を充分にバイパスできない事情がある場合には、すべての下部散水器１９から充分な循環水を散布できないおそれがある。しかし、上記のような構成により貯水部３５に循環水を常時貯蔵しておけば、すべての下部散水器１９Ａから循環水を散布することができる。したがって、本実施の形態によれば、循環水を充分に得られない場合があっても、構造体２０への着氷を防止できる。
【００３８】
図４は本発明の第３の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図である。図４（ａ）は正面からの断面図であり、図４（ｂ）は図１中の矢印Ｂからの側面図である。
【００３９】
この図に示す冷却塔は、第２の実施の形態のものと対比すると、下部散水器１９Ｂを備えている点で異なっている。
【００４０】
下部散水器１９Ｂは、構造材２に向けられた散布口３８を有している。この散布口３８を介することによって、下部散水器１９Ｂから散布される循環水は、所望の構造材２に向かって供給される。このように下部散水器１９Ｂを構成すると、意図する位置に循環水を供給することができるので、効率良く着氷を防止できる。したがって、例えば、最も着氷が懸念される外気入口部３付近に散布口３８を向ければ、その部分に循環水を集中供給できるので、着氷を効率良く防止することができる。また、循環水によって外気入口部３に温水のカーテンが形成されるように下部散水器１９Ｂを配置すれば、熱交換部５への着氷を予防できる程度まで流入空気を温めることもできる。
【００４１】
なお、本実施の形態のように散水口３８に指向性をつける方法は、第１の実施の形態にももちろん適用可能である。
【００４２】
図５は本発明の第４の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図である。図５（ａ）は正面からの断面図であり、図５（ｂ）は図１中の矢印Ｂからの側面図である。
【００４３】
この図に示す冷却塔は、第２の実施の形態のものと対比すると、バイパス管開口部３６Ａを備えている点で異なっている。
【００４４】
バイパス管開口部３６Ａには弁（流量制御手段）３９が取り付けられている。弁３９は、各貯水部３５への循環水の供給量を制御するもので、一定流量以上の循環水を各貯水部３５に周期的に供給するように開閉されている。貯水部３５への供給周期を制御する方法としては、例えば、タイマーに従って開閉動作の制御信号（操作信号）を弁３９に対して送信する制御装置（図示せず）と各弁３９を接続し、各弁３９が開く時間と閉じる時間を制御するものがある。また、各貯水部３５への給水方法としては、例えば、全ての貯水部３５を予めいくつかのグループに分け、給水するグループを時間ごとに順番に変更していく方法がある。なお、この場合、各グループに含まれる貯水部３５の個数は、最低限常時供給できる循環水量に基づいて決定することが好ましい。
【００４５】
上記した第２の実施の形態の冷却塔において、給水すべき貯水部３５が多い場合には、すべての貯水部３５に一様に一定流量以上の循環水を供給することが困難なときがある。そのため、着氷回避のために必要な量の循環水を構造体２０に供給できない下部散水器１９Ａが局所的に発生するおそれがある。しかし、上記のような構成により各貯水部３５に順番に循環水を供給すれば、貯水量が少ない貯水部３５が発生する事態を避けることができる。したがって、本実施の形態によれば第２の実施の形態よりも確実に構造体２０への着氷を防止できる。また、本実施の形態によれば、全ての貯水部３５に循環水を常時供給する必要がなくなるので、効率良く着氷を防止することができる。
【００４６】
図６は本発明の第５の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図である。図６（ａ）は正面からの断面図であり、図６（ｂ）は図１中の矢印Ｂからの側面図である。
【００４７】
この図に示す冷却塔は、弁３９が取り付けられた下部散水器１９Ｃを備えている。下部散水器１９Ｃは、第３の実施の形態の下部散水器１９Ｂに対して第４の実施の形態の弁３９を取り付けたものに相当する。このように下部散水器１９Ｃに弁３９を付けて各下部散水器１９Ｃから散布される循環水の流量を制御しても、着氷回避のために必要な量の循環水を各貯水部３５に確保することができるので、第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態である冷却塔の概略図。
【図２】本発明の第１の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図。
【図３】本発明の第２の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図。
【図４】本発明の第３の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図。
【図５】本発明の第４の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図。
【図６】本発明の第５の実施の形態である冷却塔における下部散水器付近の拡大図。
【符号の説明】
【００４９】
１      冷却塔
２      構造材
３      外気入口部
４      ルーバー
５      熱交換部
１１      下部水槽
１４      主散水管ライン（循環流路）
１９      下部散水器（下部散水手段）
２０      構造体
３５      貯水部
３６      バイパス管開口部
３８      散水口
３９      弁
５０      充填材
【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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