JP2019158320A

JP2019158320A - 高温水冷却装置

Info

Publication number: JP2019158320A
Application number: JP2018069661A
Authority: JP
Inventors: 永辻; Hisashi Tsuji
Original assignee: Shoei Co Ltd
Current assignee: Shoei Co Ltd
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19

Abstract

【課題】源泉水など、高温水を入浴に適した温度に冷却する装置を提供する。【解決手段】高温水を缶体内部の上部から散水する。缶体下部から外気を取り込み上方へ送風することで高温水と外気との間で熱交換を行い、高温水を入浴に適した温度まで冷却する。散水方法と送風方法の工夫により、高温水と外気との接触面積を大きくし、且つ熱交換の時間を長くし、冷却効率を上げる。【選択図】図１

Description

本発明は、高温水の冷却を行う装置に関する。

高温の源泉水など、そのままでは利用に適さない高温の水を冷却する際、従来は加水したり冷却塔を使用して外気との間で熱交換をしたりして温度を下げていた。

高温水を入浴に供する場合、温泉水であれば、加水をすると成分の濃度が下がり、その効能や源泉掛け流しをうたっている施設では、その特徴を損なってしまう。また、冷却塔を使用して降温させる場合は、冷却塔内部の冷却効率を上げるために設けている充填材が多層構造で清掃が容易でないため、最低限の清掃頻度は厚生労働省によって指針が出されているものの、それ以上の頻度では行われない場合も多くあり、温泉成分などが内部に固着し充填材の通水部分を閉塞させて冷却効率を下げたり、生物膜の付着によりレジオネラ属菌などの温床となったりする。

そこで本発明は、容易に清掃ができ高温水を安全な方法で入浴可能な水にする装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明は、従来の冷却塔と同じように高温水と外気との間で熱交換を行うが、入浴に適した水温までの冷却であるため、工業用水や冷却用水ほどの冷却効率が求められないことを利用し、内部構造を簡単にする。

内部構造を簡単にするために、本発明では、従来の冷却塔に設けられる充填材を使用せず、略空洞の缶体内で高温水と外気を直接触れさせる。具体的には、本発明の側面に設けた外気取入口に接続する外気取入用ファンによって本発明内に取り込んだ外気を上昇させ上部より排出する間に、本発明上部より降下する高温水と触れるようにし、熱交換させる。高温水と外気との接触時間を確保するため、本発明は垂直方向に長い缶体の形状である。

前記外気取入用ファンは、冷却する高温水の量や温度により１台または複数台の使用が可能であるが、複数台の場合は缶体の円周上に、角度が均等になるように設ける。また、前記外気取入用ファンによって取り込んだ外気の上昇時間を長くし冷却効率を上げるために、前記外気が缶体内を旋回しながら上昇する、サイクロン冷却方式を採用する。前記外気を旋回しながら上昇させるため、長方形の気流回転板を設ける。前記気流回転板は、合同形の羽根状の板を外気取入口と同数使用する。但し、前記外気取入口が１箇所の場合の前記気流回転板は、前記外気取入口が２箇所の場合と同様の形状とする。前記気流回転板の夫々の羽根は缶体の中心線に対し平行に設けられ、横断面上でみれば、本発明の缶体の中心線を垂直方向の一辺とし、前記辺を回転軸として、外気取入口の中心と缶体の中心線とを結んでできる線上から時計回り又は反時計回りに回転した角度に固定する。回転の角度は、取り込んだ外気が旋回しながら上昇するのに適した角度に設定する。また、前記回転軸とした辺で複数の気流回転板を隙間なく接合する。接続した辺の対辺上端にある角は同じ回転方向に折り曲げられる。缶体の中心線と重なる辺の対辺上の、角ではないある点と、缶体の中心線と重なる辺の上端の角とを結ぶ線を折り曲げ線として、折り曲げた辺を本発明の外周方向から見たときの角度は、内角が９０度より大きく前記気流回転板に沿って流れた気流が上昇する形状とする。

本発明の内部上部には、高温水の粒状散水手段を設ける。粒状散水手段は、底面に小孔を多数設けた立ち上がり縁を持つ受け皿で、本発明頂部にある高温水流入口から本発明内部に流入した高温水を前記粒状散水手段で受け、雨状に散水する。小孔の径が小さすぎると高温水に含まれる成分などによって詰まりが生じやすくなるが、水滴が小さいほど水量あたりの表面積即ち外気との接触面積が大きくなり冷却効率が上がるため、粒状散水手段の小孔の径は、水滴が小さくなるよう且つ粒状散水手段に長時間滞留しないよう設定することで高温水と取り込んだ外気との接触面積を大きくし、冷却効率を上げる。

本発明を実施すると、清掃しやすく安全な装置で、高温水を入浴可能な温度の水にすることができる。

図１は、本発明の機器図である。図２は、Ａ−Ａ断面図である。図３は、Ｂ−Ｂ断面図である。図４は、Ｃ−Ｃ断面図である。図５は、本発明内部の気流回転板の羽根１枚分の斜視図である。図６は、図５の羽根が２枚の場合の、気流回転板の斜視図である。図７は、ファンの内部構造を省略したＤ−Ｄ組合せ断面図である。図８は、本発明の水処理系統図である。

以下、本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１乃至図４は本発明の構造に関する図面、図５及び図６は本発明の内部部品の図面、図７は内部での外気と高温水の流れを示した図面、図８は実施例を示す。なお、説明のために各図における外気取入口は２箇所に統一しているが、前記外気取入口の数は、求める冷却能力や高温水の量に応じて１箇所乃至複数箇所設けることができる。

図１は、本発明の機器図である。本発明の高温水冷却装置は、符号１１の高温水冷却装置本体の側面に符号１１１１の外気取入口をもち、符号１２の高温水冷却装置蓋部を、前記高温水冷却装置本体の頂部に載せた形状である。前記高温水冷却装置蓋部は、前記高温水冷却装置本体にボルト等を用いて取り外し可能に固定する。本発明内に取り込んだ外気の排出のために本体と蓋部との間に設けられる開口部には、衛生のため符号１２２の頂部防虫用フィルタを設ける。前記外気取入口には、符号１１１２の外気取入用ファンと、防虫や土埃等の侵入を防止するために前記外気取入用ファンの外部に設けられる符号１１１３の外気取入口用フィルタとを設ける。従来の冷却塔は前記外気取入用ファンを頂部に１台設け、外気の出口側から外気を吸い込むが、本発明では、前記外気取入口に直接取り付け、外気を本発明内に送り込む。このため、前記外気取入用ファンは前記外気取入口と同数使用する。なお、本図及び図２乃至図８では、缶体の内部に入り保守点検を行うための点検口は、本発明の機能に直接関わらないため図示を省略した。

図２は、Ａ−Ａ断面図である。符号１２の高温水冷却装置蓋部に設けられた符号１２１の高温水流入口から、符号１１の高温水冷却装置本体の内部に流入した高温水は、符号１１２の粒状散水手段によって受けられる。前記粒状散水手段は、立ち上がり縁を持つ皿状、相似したものでいえば、シャーレを拡大したような形状をもつ。前記粒状散水手段の底部には多数の小孔が設けられ、前記小孔から前記高温水冷却装置本体の底部へ向けて散水され、その過程で適温になった水は一時的に本発明内に貯留され、符号１１４の適温水流出口より本発明外へ流出して利用される。

図３は、Ｂ−Ｂ断面図である。段落番号００１３にて述べた符号１１２の粒状散水手段に設けられた小孔は、符号１１２１の粒状散水孔に示されている。前記粒状散水孔は、高温水が連続的でなく且つ粒状散水手段に長時間滞留しないよう滴下するのに適した径とする。このことで、高温水の水滴の表面積を大きくし、取り込んだ外気との接触面積を増やして冷却効率を上げる。

図４は、Ｃ−Ｃ断面図である。図２に示される符号１１３の気流回転板を、垂直方向上方から見下ろす図になっている。前記気流回転板は、符号１１１の外気取入部より取り込んだ外気を、本発明内部で旋回しながら上昇させるために設けられる。本発明内部での外気の上昇時間を長くするためには、前述の通り本発明内部で旋回しながら上昇させることができるよう設けるのが良い。このため、前記気流回転板は前記外気取入口と同じ高さに設け、長方形の板の一辺を符号１１の高温水冷却装置本体の中心線即ち符号１１６の二点鎖線で示される線に合わせ、対辺を外気取入口の中心から時計回り又は反時計回りに回転させた角度を持つ。回転方向と角度は、全ての気流回転板に共通し、中心線側の辺は全てを接合した形とする。また、前記気流回転板の前記高温水冷却装置本体の内壁に接する辺は、前記高温水冷却装置本体の内壁と接合する。

取り込んだ外気を本発明内で旋回させるための気流回転板の形状を、図５及び図６で説明する。図５は気流回転板の羽根１枚分の形状、図６は外気取入口が１箇所乃至２箇所の場合、即ち図５の羽根２枚を組み合わせた形状である。羽根１枚の形状は、長方形の板の１つの角が同一平面上にない位置になるよう折り曲げた形状をしている。垂直方向の辺の一辺を符号１１６の高温水冷却装置本体の中心線に合わせたとき、前記一辺を符号７１、その対辺を符号７２で示している。この符号１１６の高温水冷却装置本体の中心線は、図２の符号１１６と一致する。符号７３は符号７２の辺の上端の角であり、前記同一平面上にない位置にある角である。符号７２の辺上の角以外のある一点を符号７４とし、符号７１の辺の上端の角と符号７４の点を結ぶ線を折り曲げ線として、符号７４部分の内角が９０度より大きくなるよう曲げられている。前記内角が９０度以下であると、外気が高温水冷却装置本体の下部に誘導され、上昇させる効率が下がるためである。図５の羽根２枚を円周上の角度が均等になるよう符号７１の辺で接合し、１つの部材とした気流回転板が図６である。図６のように羽根２枚の場合は１８０度、羽根が３枚になると１２０度、羽根が４枚になると９０度というように、夫々の羽根同士が成す角度は、３６０度を羽根の枚数で割った角度となる。符号７１の辺は符号１１６の高温水冷却装置本体の中心線に合わせ、符号７２の辺は符号１１の高温水冷却装置本体の内壁に接合する。高温水冷却装置本体内での横断面上の角度は、符号１１１１の外気取入口の外周側から内部を見たときに符号７２の辺が見えない角度とする。符号７２の辺が見えてしまうと、取込まれた外気の入口が２箇所となっている状態と同じとなり、設計上の旋回方向と逆側にも流れてしまうためである。こうすることで、取り込んだ外気は気流回転板に沿って符号１１の高温水冷却装置本体の内部を旋回し、更に、前記気流回転板の上端の折曲げに沿うように旋回しながら上昇する。前記外気は、前記気流回転板を越えた後も、外気自身が持つ粘度と慣性により、旋回しながら缶体内部を上昇する。

図７は、取り込んだ外気と粒状に散水された高温水の流れを説明するためのＤ−Ｄ組合せ断面図である。ファンの内部構造は本発明に直接関わらないため、図示を省略した。外気取入用ファンにより本発明内に取り込んだ外気の流れを符号６１の一点鎖線で、滴下する高温水を符号６２の点線で示している。符号１１１の外気取入部から本発明内に取り込んだ外気は、符号１１３の気流回転板に衝突する。このとき、上部の折り曲げが前記外気取入口側へ向いている面は抵抗があり折り曲げの下部に空気だまりができてしまうため、抵抗が少ない、反対へ折り曲げられている側へ流れる。前記外気は折り曲げに沿って旋回しながら上昇し、慣性により、缶体の上部まで旋回しながら上昇していく。続けて取り込まれる外気は、気体の粘性により同じ方向へ引き寄せられ、同じように旋回上昇する。その間に、前記滴下する高温水との間で熱交換し、頂部の本体部と蓋部との間から本発明外へ排出される。

図８は、本発明の水処理系統図である。本発明は、インバータにより外気取入用ファンの回転数を変化させることで高温水の流入量や取り込む外気の量を調整し、冷却能力を変化させることが可能である。そこで、利用するシステムに、符号４１１、符号４１２１、符号４１２２で表される、水温を測定する温度計や、符号４１３で表される外気温を測定する気温計を取り付け、測定値から前記外気取入用ファンの運転量や高温水の量を制御することで、取り込む外気温や高温水の条件が変わっても一定の温度の水を提供し、また、一時的に異なる温度の水が必要になった場合に調整することが可能である。即ち、前記外気取入用ファンの運転量を増加させる又は高温水の量を減少させることで温度を下げることができ、逆に、前記外気取入用ファンの運転量を減少させる又は高温水の量を増加させることで温度を上げることができる。

符号１の本発明によって作られた適温水は、本発明の外気取入用ファン以下即ち図２の符号１１５の部分に少量の適温水を一時的に貯留し、符号２の適温水供給ポンプによって浴槽などの利用される設備へ送水される。この配管中に設けられる符号４３１の流量計や、本発明内部に設けられる符号４２１の水位計は、供給される高温水の量や排水させる水の量を調整するために使用する。適温水の必要量が減少すると、図示外のバルブや前記適温水供給ポンプの調整により適温水の供給を抑える。この結果適温水の貯留量が増加するが、貯留水の温度が低下していたり、一定時間が経過して鮮度が落ちた時は、符号５２の排水弁を開け、貯留水を排水する。また、貯留水が増えすぎないよう、前記外気取入口より下方に符号１１７の溢水排出口を設け、前記外気取入用ファンの水没を防ぐ。

段落番号００１９で述べたように、本発明内には適温水を一時的に貯留するため、レジオネラ属菌などの有害な細菌の繁殖を抑えるため、符号３の薬液注入装置で次亜塩素酸ナトリウムなどの滅菌用薬品を注入する。薬液の注入口が貯留水に浸かると、貯留水に含まれる成分が固着し適切に薬液を注入できなくなる可能性がある。このため、符号１１８の薬液注入口は前記溢水排出口より上方に設け、注入口の水没を防ぐと良い。

本発明は、高温の源泉水やその他の高温水を入浴に適した温度に冷却することが可能であるが、工業用水等他の用途で利用される水の水温を下げる場合も、冷却塔やチラー等で冷却されるほど低温にする必要がなければ、広く利用が可能である。

１高温水冷却装置
１１高温水冷却装置本体
１１１外気取入部
１１１１外気取入口
１１１２外気取入用ファン
１１１３外気取入口用フィルタ
１１２粒状散水手段
１１２１粒状散水孔
１１３気流回転板
１１４適温水流出口
１１５適温水貯留槽
１１５１貯留水
１１６高温水冷却装置本体の中心線
１１７溢水排出口
１１８薬液注入口
１２高温水冷却装置蓋部
１２１高温水流入口
１２２頂部防虫用フィルタ
２適温水供給ポンプ
３薬液注入装置
４制御盤
４１１高温水入口側温度計
４１２１適温水温度計１
４１２２適温水温度計２
４１３気温計
４２１水位計
４３１流量計
５１高温水弁
５２排水弁
６１外気の流れ
６２滴下する高温水
７１高温水冷却装置本体の中心線に合わせた気流回転板の垂直方向の辺
７２符号７１の対辺
７３符号７２の上端の角
７４符号７２の辺のある一点

Claims

缶体の上部に高温水の流入口と粒状散水手段を持ち、側面に外気取入口を持ち、缶体の下部に水の流出口を持つ缶体であって、前記外気取入口に外気取入用ファンを持ち、缶体内部に前記外気取入口と底面からの高さを同じくし前記外気取入用ファンから送られる外気を旋回しながら上昇させる気流回転板を設けることを特徴とする、高温水冷却装置
前記高温水の流入口は缶体の頂部にあり、前記粒状散水手段は多数の小孔が設けられた皿状の水受であることを特徴とする、請求項１に記載の高温水冷却装置
前記粒状散水手段に設けられた前記小孔の径が、前記粒状散水手段上に長時間滞留せず、且つ高温水が微小な水滴となって缶体内に滴下するよう設定されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項２に記載の高温水冷却装置
前記外気取入口は缶体の底面からの高さを同じくした外周上に複数設けられ、前記外気取入口同士の円周上の角度が均等になるよう設けられていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３に記載の高温水冷却装置
前記気流回転板は羽根状の部材が集合したもので、前記羽根状の部材は垂直方向の一辺を缶体の中心線の位置とし対辺を缶体の内壁に接する位置とする長方形の板であって、前記缶体の中心線の位置とした辺の上端の角と前記対辺上の角ではないある１点を結んでできる線分で折り曲げられ、折り曲げられた辺を缶体の外周方向から見たときの内角が９０度より大きくなるよう折り曲げられており、前記気流回転板は、外気取入口と同数の合同形の前記羽根状の部材からなり、前記羽根状の部材同士の円周上の角度が均等になるよう缶体の中心線の位置にある辺で隙間なく接合した状態で缶体内に固定されることを特徴とする、請求項４に記載の高温水冷却装置
前記外気取入口は缶体の外周に１箇所設けられていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３に記載の高温水冷却装置
前記気流回転板は羽根状の部材が集合したもので、前記羽根状の部材は垂直方向の一辺を缶体の中心線の位置とし対辺を缶体の内壁に接する位置とする長方形の板であって、前記缶体の中心線の位置とした辺の上端の角と前記対辺上の角ではないある１点を結んでできる線分で折り曲げられ、折り曲げられた辺を缶体の外周方向から見たときの内角が９０度より大きくなるよう折り曲げられており、前記気流回転板は、２枚の合同形の前記羽根状の部材からなり、前記羽根状の部材同士の円周上の角度が１８０度になるよう缶体の中心線の位置にある辺で隙間なく接合した状態で缶体内に固定されることを特徴とする、請求項６に記載の高温水冷却装置
前記気流回転板の缶体内横断面上の角度は、前記缶体の中心線と前記外気取入口を結ぶ線上から、上端の角の折れ曲がり方向に回転させて設けることを特徴とする、請求項１乃至請求項７に記載の高温水冷却装置