減温塔
【課題】 圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供する。
【解決手段】 ノズルは、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、開口部のノズル軸方向略中心部は、塔の中心軸に対し、ノズルの根元部側に偏心して設けられ、塔の底部は、散水管から供給され、内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、貯留された液体の表面は、ノズルの鉛直下方側に位置し、ノズルから減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、ノズルから貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、下側開口部のノズル先端方向側端部は、上側開口部のノズル先端方向側端部よりも根元部側に位置することとした。
【解決手段】 ノズルは、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、開口部のノズル軸方向略中心部は、塔の中心軸に対し、ノズルの根元部側に偏心して設けられ、塔の底部は、散水管から供給され、内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、貯留された液体の表面は、ノズルの鉛直下方側に位置し、ノズルから減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、ノズルから貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、下側開口部のノズル先端方向側端部は、上側開口部のノズル先端方向側端部よりも根元部側に位置することとした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを冷却する減温塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１では液体を貯留した冷却槽中に上方からガスを導入し、ガス中の塩化水素を液体に溶解させている。また、特許文献２では鉛直上方から供給されるガスに液体を噴霧し、塔の内周面に液膜を形成して壁面保護を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１６８０３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１にあっては、ガスを液体中に導入するための圧力が必要であり、系全体の圧力損失が増大するという問題があった。また、特許文献２では塔の鉛直上方から供給されるガスを乱流域に保つための縮小部が設けられており、構造が煩雑である。いずれも、下側からガスを供給し、上側から散水して塔の内周面を液膜で保護する際、局所的な流速増大が問題となる点については記載されていない。
本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を解決するため、本願発明では、円筒状の塔と、前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルとを備え、前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、
前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、前記塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、前記塔の底部は、前記散水管から供給され、前記内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、前記貯留された液体の表面は、前記ノズルの鉛直下方側に位置し、前記ノズルから前記減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、前記ノズルから前記貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、前記下側開口部の前記ノズル先端方向側端部は、前記上側開口部の前記ノズル先端方向側端部よりも前記根元部側に位置することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明における減温塔である。
【図２】本発明における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明における減温塔内のガス流を示す図である。
【図６】比較例における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。
【図７】比較例における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。
【図８】比較例における減温塔内のガス流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施の形態１］
［減温塔の概要］
図１は本発明の減温塔１の概略図である。減温塔１は鉛直方向を軸とする円筒形状であって、円筒側面の外周側から内周側に突出するノズル１００が設けられている。このノズル１００は減温塔１の鉛直下方側に設けられ、他の機器（脱塩素設備等）から排出される高温の排ガスを減温塔１内周側に供給する。また、減温塔１の鉛直上方側には水を散水する散水管３が設けられ、この水によって、ノズル１００から排出された排ガスを冷却する。冷却後のガスは減温塔１の頂部１２から系外に排出される。
【０００９】
減温塔１の底部であってノズル１００の鉛直下方側には、散水管３から散水された水、および系外から供給される冷却水を一時的に貯留する貯留部１４が設けられている。この貯留部１４に滞留する貯留水１５はポンプ２によって汲み出され、一部は散水管を介し減温塔１内に供給されて水滴３１を形成し、一部は排水として系外に排出される。また水滴３１の一部は内周１１に到達し、内周１１を覆う水膜３２が形成される（図２参照）。
【００１０】
ノズル１００は、貯留水１５の水面１６よりも鉛直上方側に設けられ、貯留水１５と離間するとともに接触しないよう設けられる。貯留水１５は排ガス冷却後の水滴３１が混入するため、排ガス中の塩化水素等の成分が貯留水１５に供給される。したがって、ノズル１００と貯留水１５とを離間させ、塩化水素等がノズル１００に影響を及ぼすことを回避する。
【００１１】
減温塔１の内側の最頂部１２とノズル１００との距離をＨ１、貯留水１５の水面１６とノズル１００までの距離をＨ２とすると、ノズル１００はＨ１＞Ｈ２となる位置に設けられている。したがって、減温塔１の内周側においては、ノズル１００の鉛直下方側の容積は、ノズル１００の鉛直上方側の容積よりも小さく形成されることとなる。
【００１２】
ノズル１００には２つの開口部１１０，１２０が設けられている。円筒形状のノズル１００の鉛直上方側には上方側開口部１１０が開口し、鉛直下方側には下方側開口部１２０が開口する。他の機器からノズル１００に供給された排ガスは、この２つの開口部１１０，１２０から減温塔１内に導入され、冷却される。
【００１３】
［ノズルの詳細］
図２は本願における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図３参照）、図３は径方向Ａ−Ａ断面図（図２参照）、図４は図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下では減温塔１に対しノズル１００が挿入される方向をｘ軸正方向とし、鉛直上方側をｚ軸正方向とする。また、ｘ軸、ｚ軸に直交し、図３の図面上側をｙ軸正方向とする。
【００１４】
略中空円筒形状のノズル１００は減温塔１に対しｘ軸正方向側に向かって挿入され、ｘ軸方向のノズル底部１０１は閉塞されている。また外周側であってｚ軸正方向側には上側開口部１１０が形成され、ｚ軸下方側には下側開口部１２０が形成されている。上側開口部１１０のｘ軸方向略中心位置Ｍは、円筒状の減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心している。ノズル１００設置位置における塔１の半径をｒとすると、軸心Ｏに対する略中心部Ｍの偏心量は０．３ｒ〜０．４ｒである。
【００１５】
各開口部１１０，１２０はノズル１００の円筒外周面を長方形に切り欠いて設けられており、上側開口部１１０の開口面積はＳ１、下側開口部の開口面積はＳ２である（図３参照）。各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅はともにｗであり、上側開口部１１０のｘ軸方向長さは２Ｌ１、下側開口部のｘ軸方向長さはＬ１＋Ｌ２である（Ｌ１＞Ｌ２）。各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅はともにｗであるため、各開口部１１０，１２０のｘ軸方向長さ２Ｌ１、Ｌ１＋Ｌ２は各開口部１１０，１２０の開口面積Ｓ１，Ｓ２に比例する（図２〜図４参照）。
【００１６】
各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅ｗは等しいため、各開口部１１０，１２０の開口高さｈはともに等しくなる。すなわち、ノズル側面１０３の鉛直上方側の上端部１０３ａから上側開口部１１０の開口端１１１までの距離はｈ、鉛直下方側の下端部１０３ｂから下側開口部１２０の開口端１２１までの距離もｈである。
【００１７】
ここで、各開口部１１０，１２０のｘ軸負方向側端部である開口根元部１１３，１２３の位置はｘ軸に対し同一位置に設けられる。これに対し、ｘ軸正方向側端部である開口先端部１１２，１２２の位置はｘ軸に対し異なる位置に設けられる。すなわち、下側開口部１２０の開口先端部１２１は、上側開口部１１０の開口先端部１１２よりもｘ軸負方向側に位置する。これにより、下側開口部１２０の開口面積Ｓ２は上側開口部１１０の開口面積Ｓ１よりも小さく設けられることとなる。
【００１８】
また、各開口部１１０，１２０は、中空円筒状のノズル１００先端部における底面内側１０５とは離間して設けられている。すなわち、各開口部１１０，１２０の開口先端部１１２，１２２は底面内側１０５とは離間し、したがって各開口部１１０，１２０と底面内側１０５との間にはノズル１００のノズル側面１０３に覆われた空隙部１３０が形成される。
【００１９】
なお、ノズル１００と減温塔内周１１の距離は軸Ｇを含む水平面Ｎ（図４参照）上で最も短くなるため、ノズル１００の水平方向端部１０３ａからガスが排出されることは好ましくない。上側開口部１１０から排出されたガスは自身の熱に基づく上昇気流によって鉛直上方側に移動するが、下側開口部１２０が軸Ｇよりも鉛直上方側に開口する場合、下側開口部１２０から排出されたガスが水平面Ｎ上に排出されて流速が低下しないまま減温塔内周１１に当たり、形成された水膜３２が飛散して壁面保護が図れないおそれがある。
【００２０】
したがって、上側開口部１１０をノズル１００の軸Ｇよりも鉛直上方側に開口させ、下側開口部１２０を軸Ｇよりも鉛直下方側に開口させることで、排ガスを水平面Ｎ上に排出されることを回避し、壁面保護を図るものである。なお、上側開口部１１０の開口面積Ｓ１と下側開口部１２０の開口面積Ｓ２の比は、１＜（Ｓ１／Ｓ２）≦２．０である。
【００２１】
［ノズル偏心と減温塔内周面保護の相関］
図５は、本願における減温塔１内のガス流を示す図である。
（本願：ノズル上側開口部からの流れ）
図５の太一点鎖線は、ノズル１００の上側開口部１１０から排出されるガス流を示す図である。ガス流はノズル１００内をｘ軸正方向側に流れているため、上側開口部１１０から排出された後も、慣性によってｘ軸正方向側に流れ、減温塔内周１１であってノズル底部１０１に対向するノズル対向面１１ａに衝突するおそれがある。その場合、ノズル対向面１１ａに形成された水膜３２がガス流によって飛散し、内周面１１が剥き出しになって内周面１１が高温のガス流にさらされるおそれがある。
【００２２】
本願では、各開口部１１０，１２０のｘ軸方向略中心位置Ｍが減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心しており、この偏心に伴って上側開口先端部１１２もｘ軸負方向側に移動するため、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合（図６〜図８参照）と比べて上側開口先端部１１２とノズル対向面１１ａとの距離が大きくなる。
【００２３】
したがって、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合と比べ、本願では上側開口部１１０から排出された後ノズル対向面１１ａに至るまでの距離が大きいため、排出されたガス流の速度はより低下することとなる。よって、ノズル対向面１１ａの水膜３２がガス流によって飛散するおそれを低減させ、高温のガス流から内周面１１をより保護することが可能となる。
【００２４】
（本願：ノズル下側開口部からの流れ）
図５の細破線は、ノズル１００の下側開口部１２０から排出されるガス流を示す図である。上側開口部１１０から排出されたガス流（太一点鎖線）と同様、各開口部１１０，１２０の偏心によってノズル対向面１１ａにおけるガス流は低下する。
【００２５】
ここで、ノズル１００の鉛直下方側（ｚ軸負方向側）には滞留水１５が存在するため、減温塔１内部においてはノズル１００の鉛直上方と下方では容積が異なる。すなわち、ノズル側面１０３の鉛直上方側の上端部１０３ａとノズル頂部１０２との距離をＨ１、ノズル側面１０３の鉛直下方側の下端部１０３ｂと水面１６との距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２に設けられている。
【００２６】
そのため、ノズル１００の鉛直下方側は上方側に比べて容積が小さく、その分ガス流の逃げ場が少ない。したがって下側開口部１２０から排出されたガスは水面１６の下方側に逃げることができないため、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突するおそれが高い。
【００２７】
したがって本願では、下側開口部１２０の面積Ｓ２を上側開口部１１０の面積Ｓ１よりも小さく設ける。これにより、ノズル１００内のガスのうち、下側開口部１２０から排出されるガス量は、上側開口部１１０から排出されるガス量よりも相対的に少なくなり、ノズル１００の鉛直下方側に導入されるガスの流量も減少する。よって、下側開口部１２０から排出されたガスがノズル対向面１１ａに到達したとしても、流量が小さいため水膜３２に与える影響は小さくなり、水膜３２の飛散を低減することが可能となる。
【００２８】
また、本願では下側開口部１２０の開口先端部１２１は、上側開口部１１０の開口先端部１１２よりもｘ軸負方向側（ノズル根元部１０４側）に位置するため、上側開口部１１０と比べて下側開口部１２０の開口先端部１２１とノズル対向面１１ａとの距離がより大きくなる。したがって、上側開口部１１０から排出されるガス流と比べ、下側開口部１２０から排出されたガス流速をノズル対向面１１ａに到達するまでにより低下させ、ノズル対向面１１ａにおける水膜保護を図ることが可能である。
【００２９】
（本願：ノズル底部で反転する反転流）
図５の二点鎖線は、ノズル１００のｘ軸正方向側に設けられた空隙部１３０によって反転するガス流を示す図である。空隙部１３０はノズル底部１０１によってｘ軸正方向側を閉塞され、またノズル側面１０３によって周囲を覆われており、ｘ軸正方向側に凹む凹部となっている。そのため、空隙部１３０に進入したガス流はノズル底部１０１により反転し、さらにノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内される。
【００３０】
したがって空隙部１３０に進入したガス流は、ノズル底部１０１で反転するとともに速度が低下し、ガス自身の熱に基づく上昇気流によってノズル対向面１１ａに衝突することなくノズル上方側開口部１１０から排出される。空隙部１３０で反転しノズル下方側開口部１２０から排出されるガスも、ｘ軸正方向の速度成分が低下するためノズル対向面１１ａの水側３２に与える影響は軽微であり、水膜３２を飛散させることはほぼない。
【００３１】
また、下側開口部１２０の開口先端部１２１がｘ軸負方向側に位置するため、ノズル底部１０１から下側開口先端部１２１までの距離ｍ２は、ノズル底部１０１から上側開口先端部１１１までの距離ｍ１よりも長くなる（図５参照）。すなわち、ノズル底面内側１０５で反転した反転流はノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内されるが、鉛直上方側の上端部１０３ａよりも、鉛直下方側の下端部１０３ｂのほうが距離が長く設けられることとなる。
【００３２】
したがって、ノズル底部１０１にて反転したガス流は鉛直下方側の下端部１０３ｂにおいてより長い距離を案内され、ｘ軸負方向側に向かって流れる。そのため、下側開口部１２０から排出
されるガス流速は下端部１０３ｂにより案内された反転流により減速された後に排出されるため、ノズル１００の鉛直下方側における流速がさらに低減される。
【００３３】
（比較例）
図６は比較例における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図７参照）、図７は径方向Ａ−Ａ断面図（図６参照）である。比較例では上側、下側開口部１１０’、１２０’の略中心位置Ｍ’は、減温塔１の軸心Ｏと一致し、偏心はしていない。また、上側、下側開口部１１０’、１２０’の開口面積はともに等しく、形状も同一である。すなわち、開口面積はともに等しくＳ１であり、ｘ軸方向幅はともに２Ｌ、ｙ軸方向幅はともにｗ１である。
【００３４】
図８は比較例における減温塔１内のガス流を示す図である。比較例ではノズル１００’の上側、下側開口部１１０’、１２０’が減温塔１の軸心Ｏに対し偏心せず一致するため、本願と比べて各開口部１１０’，１２０’の開口先端部１１２’，１２２’とノズル対向面１１ａとの距離が短くなり、上側、下側開口部１１０’、１２０’から排出されたガスは、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突する。そのため、本願と比べてノズル対向面１１ａにおける水膜３２が飛散しやすく、ノズル対向面１１ａの壁面保護が不十分となる。
【００３５】
また、各開口部１１０’，１２０’の面積が等しいため、排出されるガスの流量は上側開口部１１０’と下側開口部１２０’でほぼ等しくなる。したがって、本願と比べ、比較例では鉛直下方側に排出されるガス流量が相対的に増大するため、鉛直上方側に比べて容積の小さいノズル１００の鉛直下方側の領域における流量が増大し、ガス流の速度が低下しないままノズル対向面１１ａに衝突して水膜３２を飛散させるおそれがある。
【００３６】
［本願の効果］
（１）円筒状の塔１と、
塔１に接続し、塔１の内周面１１に水を供給するとともに、この内周面１１の表面に水膜３２を形成する散水管３と、
散水管３の鉛直下方側で塔１の内周側に接続し、塔１の内周側に突出して延在する円柱状のノズル１００と
を備え、
ノズル１００から塔１の内周側にガスを供給し、散水管３から供給される水により、塔１内を上昇するガスを冷却する減温塔であって、
ノズル１００は、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、塔１の鉛直上方側に開口する上側開口部１１０と、鉛直下方側に開口する下側開口部１２０を有し、
上側開口部１１０のノズル軸方向略中心部Ｍは、塔１の中心軸Ｏに対し、ノズル１００の根元部１０４側に偏心して設けられ、
塔１の底部は、散水管３から供給され、内周面１１に沿って流れた水を一時的に貯留する貯留部１４であって、
貯留された水１５の水面１６は、ノズル１００の鉛直下方側に位置し、
ノズル１００から減温塔内周面１１の鉛直上側頂部１２までの距離をＨ１、ノズル１００から貯留された水面１６までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
下側開口部１２０のノズル先端方向側端部１２２は、上側開口部１１０のノズル先端方向側端部１１２よりも根元部１０４側に位置することとした。
【００３７】
ノズル開口部の略中心部Ｍをノズル１００根元側部側に偏心させることで、ノズル開口部１１０，１２０から流出したガス流が減温塔内周面１１（とりわけノズル対向面１１ａ）まで至るまでの距離を長く設け、減温塔内周面１１に到達するガス流速を低減させることができる。
【００３８】
また、本願の減温塔１のように底部に水を貯留する場合、ノズル１００下方側には水１５が貯留されるため、ノズル１００の鉛直下方側はガス流の逃げ場となる容積が小さく（ノズル１００上側高さＨ１＞ノズル１００下側高さＨ２）、下側開口部１２０から流出したガスの流速があまり低下することなく減温塔１内周面１１に到達するおそれが高い。そのため、上側と下側の開口面積が等しい、もしくは、下側の開口面積が大きい場合はノズル１００対向面１１ａ付近のノズル１００鉛直下方側のガス流速が増大する。塔１内周側において局所的にガス流速が増大すると、壁面保護が十分になされないおそれがある。
【００３９】
したがって、下側開口部１２０のノズル先端方向側端部１２２を上側開口部１１０のノズル先端方向側端部１１２よりもノズル根元部１０４側に設けることで、その分下側開口部１２０の先端側端部とノズル対向面１１ａとを距離を離間させ、ノズル１００よりも下方側のガス流速を低減させ、より壁面の保護を図ることができる。
【００４０】
（２）上側開口部１１０の開口面積は、下側開口部１２０の開口面積よりも大きく設けられることとした。
本願の減温塔１のようにノズル１００下方側におけるガス流の逃げ場が小さい場合、ノズル１００対向壁付近のノズル鉛直下方側のガス流速が増大しやすく、壁面保護が十分になされないおそれがある。したがって上側の開口面積を大きく設けることで、ノズル１００から噴出するガスを効率よく鉛直上方側に向かわせ、局所的な流速増大を低減させることが可能となる。よって、水膜３２を確保し、壁面を十分に保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
ガスを冷却する減温塔・冷却塔一般に用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 塔
３ 散水管
１１ 内周面
１２ 鉛直上側頂部
１４ 貯留部
１５ 水
１６ 水面
３２ 水膜
１００ ノズル
１０４ ノズル根元部
１１０ 上側開口部
１２０ 下側開口部
１１２、１２２ ノズル先端方向側端部
Ｍ ノズル軸方向略中心部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを冷却する減温塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１では液体を貯留した冷却槽中に上方からガスを導入し、ガス中の塩化水素を液体に溶解させている。また、特許文献２では鉛直上方から供給されるガスに液体を噴霧し、塔の内周面に液膜を形成して壁面保護を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１６８０３号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１にあっては、ガスを液体中に導入するための圧力が必要であり、系全体の圧力損失が増大するという問題があった。また、特許文献２では塔の鉛直上方から供給されるガスを乱流域に保つための縮小部が設けられており、構造が煩雑である。いずれも、下側からガスを供給し、上側から散水して塔の内周面を液膜で保護する際、局所的な流速増大が問題となる点については記載されていない。
本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を解決するため、本願発明では、円筒状の塔と、前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルとを備え、前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、
前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、前記塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、前記塔の底部は、前記散水管から供給され、前記内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、前記貯留された液体の表面は、前記ノズルの鉛直下方側に位置し、前記ノズルから前記減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、前記ノズルから前記貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、前記下側開口部の前記ノズル先端方向側端部は、前記上側開口部の前記ノズル先端方向側端部よりも前記根元部側に位置することとした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、圧力損失を低減しつつ塔内周面の壁面を保護し、かつ簡易な構成を実現した減温塔を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明における減温塔である。
【図２】本発明における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。
【図３】本発明における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】本発明における減温塔内のガス流を示す図である。
【図６】比較例における減温塔の軸方向Ｂ−Ｂ断面図である。
【図７】比較例における減温塔の径方向Ａ−Ａ断面図である。
【図８】比較例における減温塔内のガス流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施の形態１］
［減温塔の概要］
図１は本発明の減温塔１の概略図である。減温塔１は鉛直方向を軸とする円筒形状であって、円筒側面の外周側から内周側に突出するノズル１００が設けられている。このノズル１００は減温塔１の鉛直下方側に設けられ、他の機器（脱塩素設備等）から排出される高温の排ガスを減温塔１内周側に供給する。また、減温塔１の鉛直上方側には水を散水する散水管３が設けられ、この水によって、ノズル１００から排出された排ガスを冷却する。冷却後のガスは減温塔１の頂部１２から系外に排出される。
【０００９】
減温塔１の底部であってノズル１００の鉛直下方側には、散水管３から散水された水、および系外から供給される冷却水を一時的に貯留する貯留部１４が設けられている。この貯留部１４に滞留する貯留水１５はポンプ２によって汲み出され、一部は散水管を介し減温塔１内に供給されて水滴３１を形成し、一部は排水として系外に排出される。また水滴３１の一部は内周１１に到達し、内周１１を覆う水膜３２が形成される（図２参照）。
【００１０】
ノズル１００は、貯留水１５の水面１６よりも鉛直上方側に設けられ、貯留水１５と離間するとともに接触しないよう設けられる。貯留水１５は排ガス冷却後の水滴３１が混入するため、排ガス中の塩化水素等の成分が貯留水１５に供給される。したがって、ノズル１００と貯留水１５とを離間させ、塩化水素等がノズル１００に影響を及ぼすことを回避する。
【００１１】
減温塔１の内側の最頂部１２とノズル１００との距離をＨ１、貯留水１５の水面１６とノズル１００までの距離をＨ２とすると、ノズル１００はＨ１＞Ｈ２となる位置に設けられている。したがって、減温塔１の内周側においては、ノズル１００の鉛直下方側の容積は、ノズル１００の鉛直上方側の容積よりも小さく形成されることとなる。
【００１２】
ノズル１００には２つの開口部１１０，１２０が設けられている。円筒形状のノズル１００の鉛直上方側には上方側開口部１１０が開口し、鉛直下方側には下方側開口部１２０が開口する。他の機器からノズル１００に供給された排ガスは、この２つの開口部１１０，１２０から減温塔１内に導入され、冷却される。
【００１３】
［ノズルの詳細］
図２は本願における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図３参照）、図３は径方向Ａ−Ａ断面図（図２参照）、図４は図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下では減温塔１に対しノズル１００が挿入される方向をｘ軸正方向とし、鉛直上方側をｚ軸正方向とする。また、ｘ軸、ｚ軸に直交し、図３の図面上側をｙ軸正方向とする。
【００１４】
略中空円筒形状のノズル１００は減温塔１に対しｘ軸正方向側に向かって挿入され、ｘ軸方向のノズル底部１０１は閉塞されている。また外周側であってｚ軸正方向側には上側開口部１１０が形成され、ｚ軸下方側には下側開口部１２０が形成されている。上側開口部１１０のｘ軸方向略中心位置Ｍは、円筒状の減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心している。ノズル１００設置位置における塔１の半径をｒとすると、軸心Ｏに対する略中心部Ｍの偏心量は０．３ｒ〜０．４ｒである。
【００１５】
各開口部１１０，１２０はノズル１００の円筒外周面を長方形に切り欠いて設けられており、上側開口部１１０の開口面積はＳ１、下側開口部の開口面積はＳ２である（図３参照）。各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅はともにｗであり、上側開口部１１０のｘ軸方向長さは２Ｌ１、下側開口部のｘ軸方向長さはＬ１＋Ｌ２である（Ｌ１＞Ｌ２）。各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅はともにｗであるため、各開口部１１０，１２０のｘ軸方向長さ２Ｌ１、Ｌ１＋Ｌ２は各開口部１１０，１２０の開口面積Ｓ１，Ｓ２に比例する（図２〜図４参照）。
【００１６】
各開口部１１０，１２０のｙ軸方向幅ｗは等しいため、各開口部１１０，１２０の開口高さｈはともに等しくなる。すなわち、ノズル側面１０３の鉛直上方側の上端部１０３ａから上側開口部１１０の開口端１１１までの距離はｈ、鉛直下方側の下端部１０３ｂから下側開口部１２０の開口端１２１までの距離もｈである。
【００１７】
ここで、各開口部１１０，１２０のｘ軸負方向側端部である開口根元部１１３，１２３の位置はｘ軸に対し同一位置に設けられる。これに対し、ｘ軸正方向側端部である開口先端部１１２，１２２の位置はｘ軸に対し異なる位置に設けられる。すなわち、下側開口部１２０の開口先端部１２１は、上側開口部１１０の開口先端部１１２よりもｘ軸負方向側に位置する。これにより、下側開口部１２０の開口面積Ｓ２は上側開口部１１０の開口面積Ｓ１よりも小さく設けられることとなる。
【００１８】
また、各開口部１１０，１２０は、中空円筒状のノズル１００先端部における底面内側１０５とは離間して設けられている。すなわち、各開口部１１０，１２０の開口先端部１１２，１２２は底面内側１０５とは離間し、したがって各開口部１１０，１２０と底面内側１０５との間にはノズル１００のノズル側面１０３に覆われた空隙部１３０が形成される。
【００１９】
なお、ノズル１００と減温塔内周１１の距離は軸Ｇを含む水平面Ｎ（図４参照）上で最も短くなるため、ノズル１００の水平方向端部１０３ａからガスが排出されることは好ましくない。上側開口部１１０から排出されたガスは自身の熱に基づく上昇気流によって鉛直上方側に移動するが、下側開口部１２０が軸Ｇよりも鉛直上方側に開口する場合、下側開口部１２０から排出されたガスが水平面Ｎ上に排出されて流速が低下しないまま減温塔内周１１に当たり、形成された水膜３２が飛散して壁面保護が図れないおそれがある。
【００２０】
したがって、上側開口部１１０をノズル１００の軸Ｇよりも鉛直上方側に開口させ、下側開口部１２０を軸Ｇよりも鉛直下方側に開口させることで、排ガスを水平面Ｎ上に排出されることを回避し、壁面保護を図るものである。なお、上側開口部１１０の開口面積Ｓ１と下側開口部１２０の開口面積Ｓ２の比は、１＜（Ｓ１／Ｓ２）≦２．０である。
【００２１】
［ノズル偏心と減温塔内周面保護の相関］
図５は、本願における減温塔１内のガス流を示す図である。
（本願：ノズル上側開口部からの流れ）
図５の太一点鎖線は、ノズル１００の上側開口部１１０から排出されるガス流を示す図である。ガス流はノズル１００内をｘ軸正方向側に流れているため、上側開口部１１０から排出された後も、慣性によってｘ軸正方向側に流れ、減温塔内周１１であってノズル底部１０１に対向するノズル対向面１１ａに衝突するおそれがある。その場合、ノズル対向面１１ａに形成された水膜３２がガス流によって飛散し、内周面１１が剥き出しになって内周面１１が高温のガス流にさらされるおそれがある。
【００２２】
本願では、各開口部１１０，１２０のｘ軸方向略中心位置Ｍが減温塔１の軸心Ｏに対しｘ軸負方向側に偏心しており、この偏心に伴って上側開口先端部１１２もｘ軸負方向側に移動するため、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合（図６〜図８参照）と比べて上側開口先端部１１２とノズル対向面１１ａとの距離が大きくなる。
【００２３】
したがって、各開口部１１０，１２０が偏心しない場合と比べ、本願では上側開口部１１０から排出された後ノズル対向面１１ａに至るまでの距離が大きいため、排出されたガス流の速度はより低下することとなる。よって、ノズル対向面１１ａの水膜３２がガス流によって飛散するおそれを低減させ、高温のガス流から内周面１１をより保護することが可能となる。
【００２４】
（本願：ノズル下側開口部からの流れ）
図５の細破線は、ノズル１００の下側開口部１２０から排出されるガス流を示す図である。上側開口部１１０から排出されたガス流（太一点鎖線）と同様、各開口部１１０，１２０の偏心によってノズル対向面１１ａにおけるガス流は低下する。
【００２５】
ここで、ノズル１００の鉛直下方側（ｚ軸負方向側）には滞留水１５が存在するため、減温塔１内部においてはノズル１００の鉛直上方と下方では容積が異なる。すなわち、ノズル側面１０３の鉛直上方側の上端部１０３ａとノズル頂部１０２との距離をＨ１、ノズル側面１０３の鉛直下方側の下端部１０３ｂと水面１６との距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２に設けられている。
【００２６】
そのため、ノズル１００の鉛直下方側は上方側に比べて容積が小さく、その分ガス流の逃げ場が少ない。したがって下側開口部１２０から排出されたガスは水面１６の下方側に逃げることができないため、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突するおそれが高い。
【００２７】
したがって本願では、下側開口部１２０の面積Ｓ２を上側開口部１１０の面積Ｓ１よりも小さく設ける。これにより、ノズル１００内のガスのうち、下側開口部１２０から排出されるガス量は、上側開口部１１０から排出されるガス量よりも相対的に少なくなり、ノズル１００の鉛直下方側に導入されるガスの流量も減少する。よって、下側開口部１２０から排出されたガスがノズル対向面１１ａに到達したとしても、流量が小さいため水膜３２に与える影響は小さくなり、水膜３２の飛散を低減することが可能となる。
【００２８】
また、本願では下側開口部１２０の開口先端部１２１は、上側開口部１１０の開口先端部１１２よりもｘ軸負方向側（ノズル根元部１０４側）に位置するため、上側開口部１１０と比べて下側開口部１２０の開口先端部１２１とノズル対向面１１ａとの距離がより大きくなる。したがって、上側開口部１１０から排出されるガス流と比べ、下側開口部１２０から排出されたガス流速をノズル対向面１１ａに到達するまでにより低下させ、ノズル対向面１１ａにおける水膜保護を図ることが可能である。
【００２９】
（本願：ノズル底部で反転する反転流）
図５の二点鎖線は、ノズル１００のｘ軸正方向側に設けられた空隙部１３０によって反転するガス流を示す図である。空隙部１３０はノズル底部１０１によってｘ軸正方向側を閉塞され、またノズル側面１０３によって周囲を覆われており、ｘ軸正方向側に凹む凹部となっている。そのため、空隙部１３０に進入したガス流はノズル底部１０１により反転し、さらにノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内される。
【００３０】
したがって空隙部１３０に進入したガス流は、ノズル底部１０１で反転するとともに速度が低下し、ガス自身の熱に基づく上昇気流によってノズル対向面１１ａに衝突することなくノズル上方側開口部１１０から排出される。空隙部１３０で反転しノズル下方側開口部１２０から排出されるガスも、ｘ軸正方向の速度成分が低下するためノズル対向面１１ａの水側３２に与える影響は軽微であり、水膜３２を飛散させることはほぼない。
【００３１】
また、下側開口部１２０の開口先端部１２１がｘ軸負方向側に位置するため、ノズル底部１０１から下側開口先端部１２１までの距離ｍ２は、ノズル底部１０１から上側開口先端部１１１までの距離ｍ１よりも長くなる（図５参照）。すなわち、ノズル底面内側１０５で反転した反転流はノズル側面１０３によってｘ軸負方向側に案内されるが、鉛直上方側の上端部１０３ａよりも、鉛直下方側の下端部１０３ｂのほうが距離が長く設けられることとなる。
【００３２】
したがって、ノズル底部１０１にて反転したガス流は鉛直下方側の下端部１０３ｂにおいてより長い距離を案内され、ｘ軸負方向側に向かって流れる。そのため、下側開口部１２０から排出
されるガス流速は下端部１０３ｂにより案内された反転流により減速された後に排出されるため、ノズル１００の鉛直下方側における流速がさらに低減される。
【００３３】
（比較例）
図６は比較例における減温塔１の軸方向Ｂ−Ｂ断面図（図７参照）、図７は径方向Ａ−Ａ断面図（図６参照）である。比較例では上側、下側開口部１１０’、１２０’の略中心位置Ｍ’は、減温塔１の軸心Ｏと一致し、偏心はしていない。また、上側、下側開口部１１０’、１２０’の開口面積はともに等しく、形状も同一である。すなわち、開口面積はともに等しくＳ１であり、ｘ軸方向幅はともに２Ｌ、ｙ軸方向幅はともにｗ１である。
【００３４】
図８は比較例における減温塔１内のガス流を示す図である。比較例ではノズル１００’の上側、下側開口部１１０’、１２０’が減温塔１の軸心Ｏに対し偏心せず一致するため、本願と比べて各開口部１１０’，１２０’の開口先端部１１２’，１２２’とノズル対向面１１ａとの距離が短くなり、上側、下側開口部１１０’、１２０’から排出されたガスは、流速が十分低下しないままノズル対向面１１ａに衝突する。そのため、本願と比べてノズル対向面１１ａにおける水膜３２が飛散しやすく、ノズル対向面１１ａの壁面保護が不十分となる。
【００３５】
また、各開口部１１０’，１２０’の面積が等しいため、排出されるガスの流量は上側開口部１１０’と下側開口部１２０’でほぼ等しくなる。したがって、本願と比べ、比較例では鉛直下方側に排出されるガス流量が相対的に増大するため、鉛直上方側に比べて容積の小さいノズル１００の鉛直下方側の領域における流量が増大し、ガス流の速度が低下しないままノズル対向面１１ａに衝突して水膜３２を飛散させるおそれがある。
【００３６】
［本願の効果］
（１）円筒状の塔１と、
塔１に接続し、塔１の内周面１１に水を供給するとともに、この内周面１１の表面に水膜３２を形成する散水管３と、
散水管３の鉛直下方側で塔１の内周側に接続し、塔１の内周側に突出して延在する円柱状のノズル１００と
を備え、
ノズル１００から塔１の内周側にガスを供給し、散水管３から供給される水により、塔１内を上昇するガスを冷却する減温塔であって、
ノズル１００は、塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、塔１の鉛直上方側に開口する上側開口部１１０と、鉛直下方側に開口する下側開口部１２０を有し、
上側開口部１１０のノズル軸方向略中心部Ｍは、塔１の中心軸Ｏに対し、ノズル１００の根元部１０４側に偏心して設けられ、
塔１の底部は、散水管３から供給され、内周面１１に沿って流れた水を一時的に貯留する貯留部１４であって、
貯留された水１５の水面１６は、ノズル１００の鉛直下方側に位置し、
ノズル１００から減温塔内周面１１の鉛直上側頂部１２までの距離をＨ１、ノズル１００から貯留された水面１６までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
下側開口部１２０のノズル先端方向側端部１２２は、上側開口部１１０のノズル先端方向側端部１１２よりも根元部１０４側に位置することとした。
【００３７】
ノズル開口部の略中心部Ｍをノズル１００根元側部側に偏心させることで、ノズル開口部１１０，１２０から流出したガス流が減温塔内周面１１（とりわけノズル対向面１１ａ）まで至るまでの距離を長く設け、減温塔内周面１１に到達するガス流速を低減させることができる。
【００３８】
また、本願の減温塔１のように底部に水を貯留する場合、ノズル１００下方側には水１５が貯留されるため、ノズル１００の鉛直下方側はガス流の逃げ場となる容積が小さく（ノズル１００上側高さＨ１＞ノズル１００下側高さＨ２）、下側開口部１２０から流出したガスの流速があまり低下することなく減温塔１内周面１１に到達するおそれが高い。そのため、上側と下側の開口面積が等しい、もしくは、下側の開口面積が大きい場合はノズル１００対向面１１ａ付近のノズル１００鉛直下方側のガス流速が増大する。塔１内周側において局所的にガス流速が増大すると、壁面保護が十分になされないおそれがある。
【００３９】
したがって、下側開口部１２０のノズル先端方向側端部１２２を上側開口部１１０のノズル先端方向側端部１１２よりもノズル根元部１０４側に設けることで、その分下側開口部１２０の先端側端部とノズル対向面１１ａとを距離を離間させ、ノズル１００よりも下方側のガス流速を低減させ、より壁面の保護を図ることができる。
【００４０】
（２）上側開口部１１０の開口面積は、下側開口部１２０の開口面積よりも大きく設けられることとした。
本願の減温塔１のようにノズル１００下方側におけるガス流の逃げ場が小さい場合、ノズル１００対向壁付近のノズル鉛直下方側のガス流速が増大しやすく、壁面保護が十分になされないおそれがある。したがって上側の開口面積を大きく設けることで、ノズル１００から噴出するガスを効率よく鉛直上方側に向かわせ、局所的な流速増大を低減させることが可能となる。よって、水膜３２を確保し、壁面を十分に保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
ガスを冷却する減温塔・冷却塔一般に用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 塔
３ 散水管
１１ 内周面
１２ 鉛直上側頂部
１４ 貯留部
１５ 水
１６ 水面
３２ 水膜
１００ ノズル
１０４ ノズル根元部
１１０ 上側開口部
１２０ 下側開口部
１１２、１２２ ノズル先端方向側端部
Ｍ ノズル軸方向略中心部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の塔と、
前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、
前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルと
を備え、
前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、
前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、前記塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、
前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、
前記塔の底部は、前記散水管から供給され、前記内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、
前記貯留された液体の表面は、前記ノズルの鉛直下方側に位置し、
前記ノズルから前記減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、前記ノズルから前記貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
前記下側開口部の前記ノズル先端方向側端部は、前記上側開口部の前記ノズル先端方向側端部よりも前記根元部側に位置すること
を特徴とする減温塔。
【請求項２】
請求項１に記載の減温塔において、
前記上側開口部の開口面積は、前記下側開口部の開口面積よりも大きく設けられること
を特徴とする減温塔。
【請求項１】
円筒状の塔と、
前記塔に接続し、前記塔の内周面に液体を供給するとともに、この内周面の表面に液膜を形成する散水管と、
前記散水管の鉛直下方側で前記塔の内周側に接続し、前記塔の内周側に突出して延在する円柱状のノズルと
を備え、
前記ノズルから前記塔の内周側にガスを供給し、前記散水管から供給される液体により、前記塔内を上昇する前記ガスを冷却する減温塔であって、
前記ノズルは、前記塔内周側への突出方向先端側を底部とする有底の円筒形状であって、この円筒状側面のうち、前記塔の鉛直上方側に開口する上側開口部と、鉛直下方側に開口する下側開口部を有し、
前記開口部のノズル軸方向略中心部は、前記塔の中心軸に対し、前記ノズルの根元部側に偏心して設けられ、
前記塔の底部は、前記散水管から供給され、前記内周面に沿って流れた液体を一時的に貯留する貯留部であって、
前記貯留された液体の表面は、前記ノズルの鉛直下方側に位置し、
前記ノズルから前記減温塔内周面の鉛直上側頂部までの距離をＨ１、前記ノズルから前記貯留された液体の液面までの距離をＨ２とすると、Ｈ１＞Ｈ２であって、
前記下側開口部の前記ノズル先端方向側端部は、前記上側開口部の前記ノズル先端方向側端部よりも前記根元部側に位置すること
を特徴とする減温塔。
【請求項２】
請求項１に記載の減温塔において、
前記上側開口部の開口面積は、前記下側開口部の開口面積よりも大きく設けられること
を特徴とする減温塔。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１８４８７１（Ｐ２０１２−１８４８７１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７２７９（Ｐ２０１１−４７２７９）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（００００００２０６）宇部興産株式会社 (2,022)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]