冷却装置
【課題】少ない電力消費で稼動させることができ、蒸発効率を向上させ、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却装置１００は、充填材１１と、散水部１２Ｌ・１２Ｒと、貯水部１３と、を有する冷却塔２と、冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備え、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内部に配置される気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、を有し、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有する。
【解決手段】冷却装置１００は、充填材１１と、散水部１２Ｌ・１２Ｒと、貯水部１３と、を有する冷却塔２と、冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備え、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内部に配置される気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、を有し、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用する冷却媒体を冷却水の蒸発効果によって冷却する冷却装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水を散水するための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔を備える冷却装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。前記冷却装置は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を充填体内部に流通させて、散水部から充填材に冷却水を散水して、充填材表面で冷却水と送風機などから取り入れられた外気とを接触させて蒸発させることにより気化熱で充填体内部の冷却媒体を冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４１１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記冷却装置は、冷却水の蒸発効率が大きい方が充填材内の冷却媒体から奪う熱量が大きくなる。冷却水の蒸発効率を向上させる手段として、気泡を冷却水内に注入する方法があるが、直径の大きな気泡では冷却水の蒸発効率が向上しにくかった。また、従来の気泡発生装置は、大型のコンプレッサなどを使用して大量の空気を水中に送り込むことで気泡を発生させるため、電力を多く消費していた。また、既存の冷却装置の冷却水通路内に気泡発生装置を取り付けるには、冷却水通路の配管などを変更する必要があり困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、少ない電力消費で稼動させることができ、蒸発効率を向上させ、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔と、前記冷却塔の貯水部及び散水部に接続され、前記冷却塔で使用した冷却水を再び冷却塔へ戻すための冷却水通路と、前記冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置と、を備え、前記超微細気泡発生装置は、前記冷却水通路内部に配置される気泡発生媒体と、気体圧送手段と、を有し、前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体は、直径数μｍ以下の細かな孔を多数有するものである。なお、前記孔は断面が円形の孔に限定されるものではない。言い換えれば、前記気泡発生媒体は、多孔質に形成されている。
【０００８】
請求項２においては、前記気泡発生媒体は、前記冷却水通路の前記散水部側の出口近傍であって貯水部よりも上方に設けられたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記気泡発生媒体は、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成されたものである。
【００１０】
請求項４においては、前記気泡発生媒体は、冷却水の水流を乱さない流線形に形成されたものである。
【００１１】
請求項５においては、前記気泡発生媒体は、取付部を介して冷却水通路内に着脱可能に固設されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、冷却水に気体を超微細気泡として混入することで、気液界面が増加して蒸発効率が向上し、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１４】
請求項２においては、超微細気泡が冷却水通路内で消滅することが少なくなり、気液界面が増加して蒸発効率が更に向上し、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。また、気泡発生媒体が貯水部よりも上方にあることで、運転停止時には気泡発生媒体が冷却水と接触せず、メンテナンスが容易となるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
【００１５】
請求項３においては、冷却水の水流により、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体から離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、少ない電力消費で稼動させることができ、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１６】
請求項４においては、冷却水の水流が気泡発生媒体に沿って流れることにより、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体から離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１７】
請求項５においては、既存の冷却水通路に後付けで取り付けることができ、冷却装置全体を交換する必要がなく、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置の全体的な構成を示した正面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却用熱交換器を有する冷却装置の全体的な構成を示した正面図。
【図３】（ａ）超微細気泡発生装置を示す断面一部拡大図（ｂ）気泡発生媒体を示す断面一部拡大図。
【図４】気泡発生媒体を示す断面拡大図。
【図５】冷却水通路及び貯水部を示す断面拡大図。
【図６】第二実施形態に係る超微細気泡発生装置を示す断面一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の一実施形態に係る冷却装置１００について図１を用いて説明する。
冷却装置１００は、冷却塔２と、冷却塔２に接続され、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備える。冷却装置１００は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【００２０】
冷却塔２は、充填材１１と、充填材１１の上方に設けられた、冷却水を散布するための散水部１２Ｌ・１２Ｒと、充填材１１の下方に設けられた貯水部１３と、を有する。
充填材１１は、冷却塔２の中間部に設けられており、その内部に熱交換部としての多数の熱交換パイプ２１と、この熱交換パイプ２１の外部に取り付けられたルーバー２２とを有している。熱交換パイプ２１は銅などの金属で形成されており、熱交換パイプ２１の中には、外気温度よりも高い温度の水など、熱交換されるべき冷却媒体が流れている。例えば、冷凍機（図示せず）からの冷水などである。冷却媒体は、熱交換パイプ２１の中を通過する際に、散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布された冷却水の気化熱で熱交換されて冷却される。また、ルーバー２２は、間隔を開けて設けられた複数の板状部材から構成されており、複数の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜している。ルーバー２２の板状部材の間を外気が通過できるように形成されている。
【００２１】
散水部１２Ｌ・１２Ｒは、冷却塔２の上部に設けられており、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒと、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒの底部に通水孔が多数設けられた多孔板２４Ｌ・２４Ｒと、を有している。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒは、冷却塔２中間部の上方に設けられ、充填材１１の熱交換パイプ２１を冷却するために、その底部の多孔板２４Ｌ・２４Ｒの通水孔から、可能な限り均等に冷却水を落下させて、熱交換パイプ２１に散水を行う。
【００２２】
貯水部１３は、冷却塔２の下部に設けられており、散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布されて充填材１１と接触し温度の高くなった冷却水を一時貯溜する。
【００２３】
また、冷却塔２の上部には熱交換後の内部空気を外部に排気するためのファン１４が設けられている。すなわち、冷却塔２の中間部に設けられたルーバー２２の隙間とファン１４との間が外気通路となっている。
【００２４】
次に冷却水通路３Ｌ・３Ｒについて説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒは、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための通路であり、冷却塔２の貯水部１３及び散水部１２Ｌ・１２Ｒに接続されている。冷却水通路３Ｌ・３Ｒは、図３（ａ）（図３（ａ）には冷却水通路３Ｌのみ記載）に示すように複数の配管１７で構成されており、各配管１７の端部にはフランジ部１７ａが設けられている。配管１７同士はフランジ部１７ａを重ねて螺子などで固定することにより連結されている。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒの一端は、貯水部１３の下面に接続されている。また冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒの上方に配置されており、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内へ冷却水が流下する。
【００２５】
冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部には、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒが設けられている。揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒは冷却水を下方から上方へと揚水するためのポンプであり、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ下部を流れる冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方へと圧送される。つまり、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒにより、貯水部１３内の冷却水が冷却水通路３Ｌ・３Ｒの一端側から取り込まれるとともに、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端側へ圧送される。
【００２６】
また、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部には、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒが設けられている。
超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、図３及び図４（図３及び図４には超微細気泡発生装置５Ｌのみ記載）に示すように、気体を圧送するための気体圧送手段であるコンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、圧送された気体を超微細気泡として冷却水内へ放出するための気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、気体供給路３３Ｌ・３３Ｒと、を具備する。
また、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、図３（ａ）に示すように、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの配管１７・１７と同径の配管３５Ｌ・３５Ｒを具備し、配管３５Ｌ・３５Ｒの内部に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを配置し、配管３５Ｌ・３５Ｒの外部に、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒを配置している。
配管３５Ｌ・３５Ｒの端部には取付部であるフランジ部３５ａが設けられており、両端のフランジ部３５ａを冷却水通路３Ｌ・３Ｒの配管１７の端部に設けられたフランジ部１７ａと接続することにより、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒを冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に配置することができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、取付部をフランジ部１７ａで構成したが、これに限定するものではなく、例えば、取付部を、雄ネジ及び雌ネジからなるネジ機構や、配管１７及び配管３５Ｌ・３５Ｒの外側に嵌設するスリーブで構成することも可能である。
【００２８】
また、図２に示すように、冷却装置１００は、冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒを備える構成とすることもできる。冷却装置１００は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒで冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【００２９】
冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒは、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体の流れる図示せぬパイプと、冷却水の流れる図示せぬパイプとを隣接させて配置している。これにより、温度の高い冷却媒体と温度の低い冷却水との間で熱交換が行われ、冷却媒体を冷却することができる。
【００３０】
また、図２に示す冷却装置１００の冷却塔２には、複数の板状部材２５が設けられている。板状部材２５は波形に形成されており、外気と接触する面積が大きくなるように形成されている。散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布された温度の高い冷却水は、複数の板状部材２５と接触し、一時付着する。これにより、冷却水が板状部材２５の表面で外気と接触する時間が長くなる。冷却水は外気と接触することで一部が蒸発し、その気化熱で残りの冷却水が冷却される。
【００３１】
次に超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒについて説明する。
超微細気泡発生装置５Ｌと超微細気泡発生装置５Ｒとは同様の構成であるので、以下では、超微細気泡発生装置５Ｌについて説明する。
【００３２】
コンプレッサ３１Ｌは、気体供給路３３Ｌを介して気泡発生媒体３２Ｌの内部空間３２ａへと気体を圧送する装置である。コンプレッサ３１Ｌは、小型の気体圧送装置であり、０．２ＭＰａの圧力で空気を供給する。
コンプレッサ３１Ｌから圧送された気体は気体供給路３３Ｌを通り、気泡発生媒体３２Ｌの内部空間３２ａへと圧送される。
【００３３】
なお、コンプレッサ３１Ｌによって圧送される気体は、空気に限定するものではなく、例えば、オゾンや窒素などで構成することも可能である。気体をオゾンで構成した場合には、その殺菌作用により、冷却水内の細菌を減少させることができ、スケールやスライムの発生を抑制することができる。
【００３４】
気泡発生媒体３２Ｌは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱状に形成されており、内部空間３２ａと、無数の微細な孔３２ｂと、表面部３２ｃと、を有している。内部空間３２ａは、気泡発生媒体３２Ｌの長手方向一端から長手方向中途部まで設けられた空間であり、開口している一端が気体供給路３３Ｌの一端と連結されている。このように構成することにより、気体が円柱の長手方向側面部である表面部３２ｃより均等に放出されるため、効率的に超微細気泡を発生させることができる。
【００３５】
また、気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌの中途部であって上下方向が長手方向となる配管１７の内部に設けられている。より詳しくは、気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌの散水部１２Ｌ側の出口近傍であって貯水部１３よりも上方に設けられている。
また、気泡発生媒体３２Ｌは、揚水ポンプ４Ｌ付近ではなく、揚水ポンプ４Ｌと一定以上の距離を開けて配置されている。このように配置することにより、揚水ポンプ４Ｌによって作り出された水圧の影響を軽減することができ、効率よく超微細気泡を発生することができる。
【００３６】
気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌを流れる水流と平行な方向が長手方向となるように配置されている。このように配置することで、気泡発生媒体３２Ｌの表面部３２ｃから発生する超微細気泡が、発生した瞬間に水流によって気泡発生媒体３２Ｌから離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００３７】
気泡発生媒体３２Ｌは、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。また、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌから発生する気泡は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体３２Ｌを通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷を帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。例えば、前記導電体は炭素系の素材で構成している。
【００３８】
また、図３（ｂ）に示すように、気泡発生媒体３２Ｌは直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有しており、コンプレッサ３１Ｌから圧送された気体が孔３２ｂを通過する構造となっている。すなわち、コンプレッサ３１Ｌから圧送した気体のガス圧で、超微細気泡を孔３２ｂから液中へ放出するものである。
このように構成することにより、気泡発生媒体３２Ｌを形成する高密度複合体は、軟性を持たない固体であるため膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置５Ｌの損傷や劣化を防ぐことができる。
【００３９】
気泡発生媒体３２Ｌから超微細気泡が発生する過程を、図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、まず、前記超微細気泡が孔３２ｂから発生し、その瞬間に、図４（ｂ）に示すように、超微細気泡が放出されている表面部３２ｃを冷却水が通過することによって気泡発生媒体３２Ｌの表面部３２ｃから離間させる。そして、図４（ｃ）に示すように、表面部３２ｃの超微細気泡は、後から発生する超微細気泡や周辺の孔３２ｂから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動する。
これにより、超微細気泡は、数十μｍ以下の直径を有しながら冷却水内に存在する。
【００４０】
冷却水内に含まれる超微細気泡は、破裂することなく冷却水内に存在し続け、時間がたつにつれて収縮して直径が数μｍ以下の気泡となる。超微細気泡は収縮することにより、内部の圧力及び温度が周囲と比較して高圧高温状態となる。
【００４１】
次に、図１に示す冷却装置１００を用いた冷却方法について説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒから揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方に揚水された冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に設けられた超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒの気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃに沿うように通過する。その際、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒから発生した超微細気泡が冷却水内へと圧送される。超微細気泡を含んだ冷却水は上方へと圧送される。
【００４２】
超微細気泡を含んだ冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの上方端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒへと流下する。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内の冷却水は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ下面の多孔板２４Ｌ・２４Ｒに設けられた通水孔から下方へ落下する。
【００４３】
散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒから下方へ落下した冷却水は、充填材１１の表面に付着する。また、ファン１４を駆動させることによって、外気がルーバー２２を通過して、充填材１１方向へ向けて導入される。ルーバー２２の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜しているため、外気は内部下方へ向かって通過する。また、板状部材を傾斜させることにより、冷却水が、ルーバー２２の隙間から外側へ流出するのを防ぐことができる。
【００４４】
充填材１１表面においては、付着した冷却水と外気とが接触して冷却水が蒸発する。冷却水には超微細気泡が含まれている。超微細気泡は収縮した状態で存在し、超微細気泡内部の圧力及び温度は収縮過程において周囲と比較して高圧高温状態となっている。そのため、冷却水と外気とが接触した際に冷却水が蒸発する効率、すなわち蒸発効率が向上する。冷却水の気化熱によって、充填材１１の熱交換パイプ２１内の冷却媒体が冷却される。
【００４５】
充填材１１に付着した冷却水のうち一部は蒸発しないまま下方へ落下して、貯水部１３に貯溜される。貯水部１３に貯溜された冷却水は貯水部１３の下面から冷却水通路３Ｌ・３Ｒへと流入する。冷却水通路３Ｌ・３Ｒに流入した冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒで再び上方へと圧送される。
【００４６】
次に、図２に示す冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒを備える冷却装置１００を用いた冷却方法について説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒから揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方に揚水された冷却水は、冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒ内の図示せぬパイプに流入する。冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒにおいて、温度の高い冷却媒体と温度の低い冷却水との間で熱交換が行われ、冷却媒体を冷却する。
冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒ内において熱交換を終えた温度の高い冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に設けられた超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒの気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃに沿うように通過する。その際、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒから発生した超微細気泡が冷却水内へと圧送される。超微細気泡を含んだ冷却水は上方へと圧送される。
【００４７】
超微細気泡を含んだ冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの上方端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒへと流下する。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内の冷却水は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ下面の多孔板２４Ｌ・２４Ｒに設けられた通水孔から下方へ落下する。
【００４８】
散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒから下方へ落下した冷却水は、充填材１１の板状部材２５の表面に付着する。また、ファン１４を駆動させることによって、外気がルーバー２２を通過して、充填材１１方向へ向けて導入される。ルーバー２２の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜しているため、外気は内部下方へ向かって通過する。また、板状部材を傾斜させることにより、冷却水が、ルーバー２２の隙間から外側へ流出するのを防ぐことができる。
【００４９】
充填材１１の板状部材２５表面においては、付着した冷却水と外気とが接触して冷却水が蒸発する。冷却水には超微細気泡が含まれている。超微細気泡は収縮した状態で存在し、超微細気泡内部の圧力及び温度は収縮過程において周囲と比較して高圧高温状態となっている。そのため、冷却水と外気とが接触した際に冷却水が蒸発する効率、すなわち蒸発効率が向上する。一部の冷却水の気化熱によって、他の冷却水が冷却される。
【００５０】
充填材１１の板状部材２５に付着した冷却水のうち一部は蒸発しないまま下方へ落下して、貯水部１３に貯溜される。貯水部１３に貯溜された冷却水は貯水部１３の下面から冷却水通路３Ｌ・３Ｒへと流入する。冷却水通路３Ｌ・３Ｒに流入した冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒで再び上方へと圧送される。
【００５１】
次に冷却装置１００のメンテナンス方法について説明する。
冷却塔２、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ、及び気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒにスケールやスライムなどが付着した場合には、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒの駆動を停止することにより、冷却水の循環を止めて冷却塔２、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ、及び気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを乾燥させて洗浄する。
揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒの駆動を停止した場合、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の水は、貯水部１３の水面と同じ高さｈになるまで貯水部１３側へ逆流する。その結果、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の冷却水の水面は、図５に示すように、貯水部１３の水面と同じ高さｈで保たれる。気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、貯水部１３よりも上方に設けられているため、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒ周辺の冷却水及び水面よりも上方の冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の冷却水は無くなる。また、冷却水通路３Ｌ・３Ｒも貯水部１３の水面より上方部分の水は無くなる。このため、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒ及び冷却水通路３Ｌ・３Ｒについて容易にメンテナンスを行うことが可能となる。
【００５２】
［第二実施形態］
また、図６に示すように、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを流線形に形成することも可能である。気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの形状以外の構成は第一実施形態と同様であるから説明を省略する。
【００５３】
気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは流線形に形成されている。より詳細には、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの長手方向中央部の直径が大きく、長手方向上下端の直径が小さく構成されており、その側面が滑らかに傾斜した形状に構成されている。このように構成されていることにより、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを配置しても冷却水の水流を乱さない。また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃから発生する超微細気泡が、発生した瞬間に水流によって気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
なお、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの形状は、冷却水の水流を乱さない形状であれば、本実施形態に限定するものではなく、例えば、卵型に形成することも可能である。
【００５４】
以上のように、冷却装置１００は、充填材１１と、充填材１１の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部１２Ｌ・１２Ｒと、充填材１１の下方に設けられた貯水部１３と、を有する冷却塔２と、冷却塔２の貯水部１３及び散水部１２Ｌ・１２Ｒに接続され、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備え、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内部に配置される気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、を有し、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有するものである。
このように構成することにより、冷却水に気体を超微細気泡として混入することで、気液界面が増加して蒸発効率が向上し、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。そして、充填材１１の熱交換パイプ２１内を流れる冷却媒体が冷却される。
【００５５】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの散水部１２Ｌ・１２Ｒ側の出口近傍であって貯水部１３よりも上方に設けられたものである。
このように構成することにより、超微細気泡が冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内で消滅することが少なくなり、気液界面が増加して蒸発効率が更に向上し、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒが貯水部１３よりも上方にあることで、運転停止時には気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒが冷却水と接触せず、メンテナンスが容易となるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
【００５６】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成されたものである。
このように構成することにより、冷却水の水流により、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、少ない電力消費で稼動させることができ、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。
【００５７】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水の水流を乱さない流線形に形成されたものである。
このように構成することにより、冷却水の水流が気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒに沿って流れることにより、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。
【００５８】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内に着脱可能なフランジ部１７ａ及び３５ａを介して固設されたものである。
このように構成することにより、既存の冷却水通路３Ｌ・３Ｒに後付けで取り付けることができ、冷却装置１００全体を交換する必要がなく、コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００５９】
２ 冷却塔
３Ｌ・３Ｒ 冷却水通路
５Ｌ・５Ｒ 超微細気泡発生装置
１１ 充填材
１２Ｌ・１２Ｒ 散水部
１３ 貯水部
１７ 配管
１７ａ フランジ部
３１Ｌ・３１Ｒ コンプレッサ
３２Ｌ・３２Ｒ 気泡発生媒体
３２ｂ 孔
３５Ｌ・３５Ｒ 配管
３５ａ フランジ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用する冷却媒体を冷却水の蒸発効果によって冷却する冷却装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水を散水するための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔を備える冷却装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。前記冷却装置は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を充填体内部に流通させて、散水部から充填材に冷却水を散水して、充填材表面で冷却水と送風機などから取り入れられた外気とを接触させて蒸発させることにより気化熱で充填体内部の冷却媒体を冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４１１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記冷却装置は、冷却水の蒸発効率が大きい方が充填材内の冷却媒体から奪う熱量が大きくなる。冷却水の蒸発効率を向上させる手段として、気泡を冷却水内に注入する方法があるが、直径の大きな気泡では冷却水の蒸発効率が向上しにくかった。また、従来の気泡発生装置は、大型のコンプレッサなどを使用して大量の空気を水中に送り込むことで気泡を発生させるため、電力を多く消費していた。また、既存の冷却装置の冷却水通路内に気泡発生装置を取り付けるには、冷却水通路の配管などを変更する必要があり困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は係る課題に鑑み、少ない電力消費で稼動させることができ、蒸発効率を向上させ、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる冷却装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔と、前記冷却塔の貯水部及び散水部に接続され、前記冷却塔で使用した冷却水を再び冷却塔へ戻すための冷却水通路と、前記冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置と、を備え、前記超微細気泡発生装置は、前記冷却水通路内部に配置される気泡発生媒体と、気体圧送手段と、を有し、前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体は、直径数μｍ以下の細かな孔を多数有するものである。なお、前記孔は断面が円形の孔に限定されるものではない。言い換えれば、前記気泡発生媒体は、多孔質に形成されている。
【０００８】
請求項２においては、前記気泡発生媒体は、前記冷却水通路の前記散水部側の出口近傍であって貯水部よりも上方に設けられたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記気泡発生媒体は、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成されたものである。
【００１０】
請求項４においては、前記気泡発生媒体は、冷却水の水流を乱さない流線形に形成されたものである。
【００１１】
請求項５においては、前記気泡発生媒体は、取付部を介して冷却水通路内に着脱可能に固設されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、冷却水に気体を超微細気泡として混入することで、気液界面が増加して蒸発効率が向上し、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１４】
請求項２においては、超微細気泡が冷却水通路内で消滅することが少なくなり、気液界面が増加して蒸発効率が更に向上し、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。また、気泡発生媒体が貯水部よりも上方にあることで、運転停止時には気泡発生媒体が冷却水と接触せず、メンテナンスが容易となるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
【００１５】
請求項３においては、冷却水の水流により、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体から離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、少ない電力消費で稼動させることができ、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１６】
請求項４においては、冷却水の水流が気泡発生媒体に沿って流れることにより、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体から離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔内の充填材を効率よく冷却することができる。
【００１７】
請求項５においては、既存の冷却水通路に後付けで取り付けることができ、冷却装置全体を交換する必要がなく、コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷却装置の全体的な構成を示した正面図。
【図２】本発明の一実施形態に係る冷却用熱交換器を有する冷却装置の全体的な構成を示した正面図。
【図３】（ａ）超微細気泡発生装置を示す断面一部拡大図（ｂ）気泡発生媒体を示す断面一部拡大図。
【図４】気泡発生媒体を示す断面拡大図。
【図５】冷却水通路及び貯水部を示す断面拡大図。
【図６】第二実施形態に係る超微細気泡発生装置を示す断面一部拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
まず、本発明の一実施形態に係る冷却装置１００について図１を用いて説明する。
冷却装置１００は、冷却塔２と、冷却塔２に接続され、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備える。冷却装置１００は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【００２０】
冷却塔２は、充填材１１と、充填材１１の上方に設けられた、冷却水を散布するための散水部１２Ｌ・１２Ｒと、充填材１１の下方に設けられた貯水部１３と、を有する。
充填材１１は、冷却塔２の中間部に設けられており、その内部に熱交換部としての多数の熱交換パイプ２１と、この熱交換パイプ２１の外部に取り付けられたルーバー２２とを有している。熱交換パイプ２１は銅などの金属で形成されており、熱交換パイプ２１の中には、外気温度よりも高い温度の水など、熱交換されるべき冷却媒体が流れている。例えば、冷凍機（図示せず）からの冷水などである。冷却媒体は、熱交換パイプ２１の中を通過する際に、散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布された冷却水の気化熱で熱交換されて冷却される。また、ルーバー２２は、間隔を開けて設けられた複数の板状部材から構成されており、複数の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜している。ルーバー２２の板状部材の間を外気が通過できるように形成されている。
【００２１】
散水部１２Ｌ・１２Ｒは、冷却塔２の上部に設けられており、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒと、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒの底部に通水孔が多数設けられた多孔板２４Ｌ・２４Ｒと、を有している。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒは、冷却塔２中間部の上方に設けられ、充填材１１の熱交換パイプ２１を冷却するために、その底部の多孔板２４Ｌ・２４Ｒの通水孔から、可能な限り均等に冷却水を落下させて、熱交換パイプ２１に散水を行う。
【００２２】
貯水部１３は、冷却塔２の下部に設けられており、散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布されて充填材１１と接触し温度の高くなった冷却水を一時貯溜する。
【００２３】
また、冷却塔２の上部には熱交換後の内部空気を外部に排気するためのファン１４が設けられている。すなわち、冷却塔２の中間部に設けられたルーバー２２の隙間とファン１４との間が外気通路となっている。
【００２４】
次に冷却水通路３Ｌ・３Ｒについて説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒは、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための通路であり、冷却塔２の貯水部１３及び散水部１２Ｌ・１２Ｒに接続されている。冷却水通路３Ｌ・３Ｒは、図３（ａ）（図３（ａ）には冷却水通路３Ｌのみ記載）に示すように複数の配管１７で構成されており、各配管１７の端部にはフランジ部１７ａが設けられている。配管１７同士はフランジ部１７ａを重ねて螺子などで固定することにより連結されている。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒの一端は、貯水部１３の下面に接続されている。また冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒの上方に配置されており、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内へ冷却水が流下する。
【００２５】
冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部には、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒが設けられている。揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒは冷却水を下方から上方へと揚水するためのポンプであり、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ下部を流れる冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方へと圧送される。つまり、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒにより、貯水部１３内の冷却水が冷却水通路３Ｌ・３Ｒの一端側から取り込まれるとともに、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの他端側へ圧送される。
【００２６】
また、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部には、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒが設けられている。
超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、図３及び図４（図３及び図４には超微細気泡発生装置５Ｌのみ記載）に示すように、気体を圧送するための気体圧送手段であるコンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、圧送された気体を超微細気泡として冷却水内へ放出するための気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、気体供給路３３Ｌ・３３Ｒと、を具備する。
また、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、図３（ａ）に示すように、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの配管１７・１７と同径の配管３５Ｌ・３５Ｒを具備し、配管３５Ｌ・３５Ｒの内部に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを配置し、配管３５Ｌ・３５Ｒの外部に、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒを配置している。
配管３５Ｌ・３５Ｒの端部には取付部であるフランジ部３５ａが設けられており、両端のフランジ部３５ａを冷却水通路３Ｌ・３Ｒの配管１７の端部に設けられたフランジ部１７ａと接続することにより、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒを冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に配置することができる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、取付部をフランジ部１７ａで構成したが、これに限定するものではなく、例えば、取付部を、雄ネジ及び雌ネジからなるネジ機構や、配管１７及び配管３５Ｌ・３５Ｒの外側に嵌設するスリーブで構成することも可能である。
【００２８】
また、図２に示すように、冷却装置１００は、冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒを備える構成とすることもできる。冷却装置１００は、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体を冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒで冷却し、再び冷却媒体として熱交換器などで使用できるようにする装置である。
【００２９】
冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒは、冷凍機、冷温水機、各種工程の熱交換器などで使用することにより温度の高くなった冷却媒体の流れる図示せぬパイプと、冷却水の流れる図示せぬパイプとを隣接させて配置している。これにより、温度の高い冷却媒体と温度の低い冷却水との間で熱交換が行われ、冷却媒体を冷却することができる。
【００３０】
また、図２に示す冷却装置１００の冷却塔２には、複数の板状部材２５が設けられている。板状部材２５は波形に形成されており、外気と接触する面積が大きくなるように形成されている。散水部１２Ｌ・１２Ｒから散布された温度の高い冷却水は、複数の板状部材２５と接触し、一時付着する。これにより、冷却水が板状部材２５の表面で外気と接触する時間が長くなる。冷却水は外気と接触することで一部が蒸発し、その気化熱で残りの冷却水が冷却される。
【００３１】
次に超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒについて説明する。
超微細気泡発生装置５Ｌと超微細気泡発生装置５Ｒとは同様の構成であるので、以下では、超微細気泡発生装置５Ｌについて説明する。
【００３２】
コンプレッサ３１Ｌは、気体供給路３３Ｌを介して気泡発生媒体３２Ｌの内部空間３２ａへと気体を圧送する装置である。コンプレッサ３１Ｌは、小型の気体圧送装置であり、０．２ＭＰａの圧力で空気を供給する。
コンプレッサ３１Ｌから圧送された気体は気体供給路３３Ｌを通り、気泡発生媒体３２Ｌの内部空間３２ａへと圧送される。
【００３３】
なお、コンプレッサ３１Ｌによって圧送される気体は、空気に限定するものではなく、例えば、オゾンや窒素などで構成することも可能である。気体をオゾンで構成した場合には、その殺菌作用により、冷却水内の細菌を減少させることができ、スケールやスライムの発生を抑制することができる。
【００３４】
気泡発生媒体３２Ｌは、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱状に形成されており、内部空間３２ａと、無数の微細な孔３２ｂと、表面部３２ｃと、を有している。内部空間３２ａは、気泡発生媒体３２Ｌの長手方向一端から長手方向中途部まで設けられた空間であり、開口している一端が気体供給路３３Ｌの一端と連結されている。このように構成することにより、気体が円柱の長手方向側面部である表面部３２ｃより均等に放出されるため、効率的に超微細気泡を発生させることができる。
【００３５】
また、気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌの中途部であって上下方向が長手方向となる配管１７の内部に設けられている。より詳しくは、気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌの散水部１２Ｌ側の出口近傍であって貯水部１３よりも上方に設けられている。
また、気泡発生媒体３２Ｌは、揚水ポンプ４Ｌ付近ではなく、揚水ポンプ４Ｌと一定以上の距離を開けて配置されている。このように配置することにより、揚水ポンプ４Ｌによって作り出された水圧の影響を軽減することができ、効率よく超微細気泡を発生することができる。
【００３６】
気泡発生媒体３２Ｌは、冷却水通路３Ｌを流れる水流と平行な方向が長手方向となるように配置されている。このように配置することで、気泡発生媒体３２Ｌの表面部３２ｃから発生する超微細気泡が、発生した瞬間に水流によって気泡発生媒体３２Ｌから離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００３７】
気泡発生媒体３２Ｌは、固体組織がイオン結合による分子構造である高密度複合体で形成されている。また、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌから発生する気泡は負の電荷を帯電する。言い換えれば、導電体である気泡発生媒体３２Ｌを通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷を帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。例えば、前記導電体は炭素系の素材で構成している。
【００３８】
また、図３（ｂ）に示すように、気泡発生媒体３２Ｌは直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有しており、コンプレッサ３１Ｌから圧送された気体が孔３２ｂを通過する構造となっている。すなわち、コンプレッサ３１Ｌから圧送した気体のガス圧で、超微細気泡を孔３２ｂから液中へ放出するものである。
このように構成することにより、気泡発生媒体３２Ｌを形成する高密度複合体は、軟性を持たない固体であるため膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置５Ｌの損傷や劣化を防ぐことができる。
【００３９】
気泡発生媒体３２Ｌから超微細気泡が発生する過程を、図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、まず、前記超微細気泡が孔３２ｂから発生し、その瞬間に、図４（ｂ）に示すように、超微細気泡が放出されている表面部３２ｃを冷却水が通過することによって気泡発生媒体３２Ｌの表面部３２ｃから離間させる。そして、図４（ｃ）に示すように、表面部３２ｃの超微細気泡は、後から発生する超微細気泡や周辺の孔３２ｂから発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動する。
これにより、超微細気泡は、数十μｍ以下の直径を有しながら冷却水内に存在する。
【００４０】
冷却水内に含まれる超微細気泡は、破裂することなく冷却水内に存在し続け、時間がたつにつれて収縮して直径が数μｍ以下の気泡となる。超微細気泡は収縮することにより、内部の圧力及び温度が周囲と比較して高圧高温状態となる。
【００４１】
次に、図１に示す冷却装置１００を用いた冷却方法について説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒから揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方に揚水された冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に設けられた超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒの気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃに沿うように通過する。その際、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒから発生した超微細気泡が冷却水内へと圧送される。超微細気泡を含んだ冷却水は上方へと圧送される。
【００４２】
超微細気泡を含んだ冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの上方端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒへと流下する。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内の冷却水は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ下面の多孔板２４Ｌ・２４Ｒに設けられた通水孔から下方へ落下する。
【００４３】
散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒから下方へ落下した冷却水は、充填材１１の表面に付着する。また、ファン１４を駆動させることによって、外気がルーバー２２を通過して、充填材１１方向へ向けて導入される。ルーバー２２の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜しているため、外気は内部下方へ向かって通過する。また、板状部材を傾斜させることにより、冷却水が、ルーバー２２の隙間から外側へ流出するのを防ぐことができる。
【００４４】
充填材１１表面においては、付着した冷却水と外気とが接触して冷却水が蒸発する。冷却水には超微細気泡が含まれている。超微細気泡は収縮した状態で存在し、超微細気泡内部の圧力及び温度は収縮過程において周囲と比較して高圧高温状態となっている。そのため、冷却水と外気とが接触した際に冷却水が蒸発する効率、すなわち蒸発効率が向上する。冷却水の気化熱によって、充填材１１の熱交換パイプ２１内の冷却媒体が冷却される。
【００４５】
充填材１１に付着した冷却水のうち一部は蒸発しないまま下方へ落下して、貯水部１３に貯溜される。貯水部１３に貯溜された冷却水は貯水部１３の下面から冷却水通路３Ｌ・３Ｒへと流入する。冷却水通路３Ｌ・３Ｒに流入した冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒで再び上方へと圧送される。
【００４６】
次に、図２に示す冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒを備える冷却装置１００を用いた冷却方法について説明する。
冷却水通路３Ｌ・３Ｒから揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒによって上方に揚水された冷却水は、冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒ内の図示せぬパイプに流入する。冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒにおいて、温度の高い冷却媒体と温度の低い冷却水との間で熱交換が行われ、冷却媒体を冷却する。
冷却用熱交換器６Ｌ・６Ｒ内において熱交換を終えた温度の高い冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの中途部に設けられた超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒの気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃに沿うように通過する。その際、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒから発生した超微細気泡が冷却水内へと圧送される。超微細気泡を含んだ冷却水は上方へと圧送される。
【００４７】
超微細気泡を含んだ冷却水は、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの上方端から散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒへと流下する。散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ内の冷却水は、散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒ下面の多孔板２４Ｌ・２４Ｒに設けられた通水孔から下方へ落下する。
【００４８】
散水貯溜槽２３Ｌ・２３Ｒから下方へ落下した冷却水は、充填材１１の板状部材２５の表面に付着する。また、ファン１４を駆動させることによって、外気がルーバー２２を通過して、充填材１１方向へ向けて導入される。ルーバー２２の板状部材は外側に向かうにつれて上向きに傾斜しているため、外気は内部下方へ向かって通過する。また、板状部材を傾斜させることにより、冷却水が、ルーバー２２の隙間から外側へ流出するのを防ぐことができる。
【００４９】
充填材１１の板状部材２５表面においては、付着した冷却水と外気とが接触して冷却水が蒸発する。冷却水には超微細気泡が含まれている。超微細気泡は収縮した状態で存在し、超微細気泡内部の圧力及び温度は収縮過程において周囲と比較して高圧高温状態となっている。そのため、冷却水と外気とが接触した際に冷却水が蒸発する効率、すなわち蒸発効率が向上する。一部の冷却水の気化熱によって、他の冷却水が冷却される。
【００５０】
充填材１１の板状部材２５に付着した冷却水のうち一部は蒸発しないまま下方へ落下して、貯水部１３に貯溜される。貯水部１３に貯溜された冷却水は貯水部１３の下面から冷却水通路３Ｌ・３Ｒへと流入する。冷却水通路３Ｌ・３Ｒに流入した冷却水は揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒで再び上方へと圧送される。
【００５１】
次に冷却装置１００のメンテナンス方法について説明する。
冷却塔２、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ、及び気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒにスケールやスライムなどが付着した場合には、揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒの駆動を停止することにより、冷却水の循環を止めて冷却塔２、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ、及び気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを乾燥させて洗浄する。
揚水ポンプ４Ｌ・４Ｒの駆動を停止した場合、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の水は、貯水部１３の水面と同じ高さｈになるまで貯水部１３側へ逆流する。その結果、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の冷却水の水面は、図５に示すように、貯水部１３の水面と同じ高さｈで保たれる。気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、貯水部１３よりも上方に設けられているため、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒ周辺の冷却水及び水面よりも上方の冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内の冷却水は無くなる。また、冷却水通路３Ｌ・３Ｒも貯水部１３の水面より上方部分の水は無くなる。このため、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒ及び冷却水通路３Ｌ・３Ｒについて容易にメンテナンスを行うことが可能となる。
【００５２】
［第二実施形態］
また、図６に示すように、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを流線形に形成することも可能である。気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの形状以外の構成は第一実施形態と同様であるから説明を省略する。
【００５３】
気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは流線形に形成されている。より詳細には、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの長手方向中央部の直径が大きく、長手方向上下端の直径が小さく構成されており、その側面が滑らかに傾斜した形状に構成されている。このように構成されていることにより、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒを配置しても冷却水の水流を乱さない。また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの表面部３２ｃから発生する超微細気泡が、発生した瞬間に水流によって気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することにより、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
なお、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒの形状は、冷却水の水流を乱さない形状であれば、本実施形態に限定するものではなく、例えば、卵型に形成することも可能である。
【００５４】
以上のように、冷却装置１００は、充填材１１と、充填材１１の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部１２Ｌ・１２Ｒと、充填材１１の下方に設けられた貯水部１３と、を有する冷却塔２と、冷却塔２の貯水部１３及び散水部１２Ｌ・１２Ｒに接続され、冷却塔２で使用した冷却水を再び冷却塔２へ戻すための冷却水通路３Ｌ・３Ｒと、冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒと、を備え、超微細気泡発生装置５Ｌ・５Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内部に配置される気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒと、コンプレッサ３１Ｌ・３１Ｒと、を有し、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、直径数μｍ以下の細かな孔３２ｂを多数有するものである。
このように構成することにより、冷却水に気体を超微細気泡として混入することで、気液界面が増加して蒸発効率が向上し、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。そして、充填材１１の熱交換パイプ２１内を流れる冷却媒体が冷却される。
【００５５】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒの散水部１２Ｌ・１２Ｒ側の出口近傍であって貯水部１３よりも上方に設けられたものである。
このように構成することにより、超微細気泡が冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内で消滅することが少なくなり、気液界面が増加して蒸発効率が更に向上し、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒが貯水部１３よりも上方にあることで、運転停止時には気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒが冷却水と接触せず、メンテナンスが容易となるので、メンテナンスコストを抑制することができる。
【００５６】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成されたものである。
このように構成することにより、冷却水の水流により、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、少ない電力消費で稼動させることができ、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。
【００５７】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水の水流を乱さない流線形に形成されたものである。
このように構成することにより、冷却水の水流が気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒに沿って流れることにより、超微細気泡が発生した瞬間に気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒから離間することで、合体して大きな気泡になることを防ぐことができるため、水流発生装置などを用意する必要が無く、コストを削減することができる。したがって、コストを増加させることなく、冷却塔２内の充填材１１を効率よく冷却することができる。
【００５８】
また、気泡発生媒体３２Ｌ・３２Ｒは、冷却水通路３Ｌ・３Ｒ内に着脱可能なフランジ部１７ａ及び３５ａを介して固設されたものである。
このように構成することにより、既存の冷却水通路３Ｌ・３Ｒに後付けで取り付けることができ、冷却装置１００全体を交換する必要がなく、コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００５９】
２ 冷却塔
３Ｌ・３Ｒ 冷却水通路
５Ｌ・５Ｒ 超微細気泡発生装置
１１ 充填材
１２Ｌ・１２Ｒ 散水部
１３ 貯水部
１７ 配管
１７ａ フランジ部
３１Ｌ・３１Ｒ コンプレッサ
３２Ｌ・３２Ｒ 気泡発生媒体
３２ｂ 孔
３５Ｌ・３５Ｒ 配管
３５ａ フランジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔と、前記冷却塔の貯水部及び散水部に接続され、前記冷却塔で使用した冷却水を再び冷却塔へ戻すための冷却水通路と、前記冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置と、を備え、前記超微細気泡発生装置は、前記冷却水通路内部に配置される気泡発生媒体と、気体圧送手段と、を有し、前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体は、直径数μｍ以下の細かな孔を多数有する、冷却装置。
【請求項２】
前記気泡発生媒体は、前記冷却水通路の前記散水部側の出口近傍であって貯水部よりも上方に設けられた、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記気泡発生媒体は、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成された、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記気泡発生媒体は、冷却水の水流を乱さない流線形に形成された、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記気泡発生媒体は、取付部を介して冷却水通路内に着脱可能に固設される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項１】
充填材と、前記充填材の上方に設けられた冷却水をかけるための散水部と、前記充填材の下方に設けられた貯水部と、を有する冷却塔と、前記冷却塔の貯水部及び散水部に接続され、前記冷却塔で使用した冷却水を再び冷却塔へ戻すための冷却水通路と、前記冷却水内において気体を超微細気泡として発生させる超微細気泡発生装置と、を備え、前記超微細気泡発生装置は、前記冷却水通路内部に配置される気泡発生媒体と、気体圧送手段と、を有し、前記気泡発生媒体は、高密度複合体で形成されており、前記高密度複合体は導電体であり、前記気泡発生媒体は、直径数μｍ以下の細かな孔を多数有する、冷却装置。
【請求項２】
前記気泡発生媒体は、前記冷却水通路の前記散水部側の出口近傍であって貯水部よりも上方に設けられた、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記気泡発生媒体は、冷却水の水流と平行な方向が長手方向となる柱状に形成された、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記気泡発生媒体は、冷却水の水流を乱さない流線形に形成された、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記気泡発生媒体は、取付部を介して冷却水通路内に着脱可能に固設される、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３７２６５（Ｐ２０１２−１３７２６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０９２１（Ｐ２０１０−２９０９２１）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０４０７７３０８）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０４０７７３０８）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【Ｆターム（参考）】
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