Name: 冷却塔はなぜあのような形をしているのか？ (Why Are Cooling Towers Shaped Like That?)
Uploaded: 2025-07-07T14:58:00.000Z
Duration: 19 min 48 s
Description: VoiceTubeの動画で発音を聞きながら英語表現を覚えよう！学べる英語：

This is not smoke, and this isn't a smokestack, at least not the kind we normally think of.

これは煙ではないし、煙突でもない。

程度の副詞

It serves a totally different purpose at a power plant than smokestacks, whose job is moving combustion products high into the air, allowing them to disperse away from populated spaces.

発電所では、燃焼生成物を空気中に高く移動させ、人口密集地から拡散させることを仕事とする煙突とはまったく異なる目的を果たす。

Maybe you already knew that, or at least suspected it, after all, you saw the title of this video.

もしかしたら、あなたはすでにそのことを知っていたかもしれないし、少なくともそれを疑っていたかもしれない。

Plus, this kind of tower is commonly associated with nuclear plants that don't combust anything at all to create the heat that drives their generators.

さらに、この種のタワーは、発電機を動かす熱を生み出すために何も燃焼させない原子力発電所によく見られる。

しかし、その熱さが重要なのだ。

The largest class of power plants, called thermal power stations, use steam turbines, or turbines, depending on how you say it.

火力発電所と呼ばれる最も大きなクラスの発電所では、蒸気タービンが使われている。

But once that steam makes it through the turbine, it needs to be condensed back into liquid water.

しかし、蒸気がタービンを通過した後は、凝縮して液体の水に戻す必要がある。

You spend all those resources heating the water up, and then you spend even more resources to cool it back down.

水を温めるためにすべての資源を費やし、それを冷ますためにさらに資源を費やす。

And a power plant isn't much good if all the electricity it generates gets used up just trying to cool that steam back down.

発電所も、蒸気を冷やすために発電した電気を使い果たしたら意味がない。

So engineers have come up with some pretty creative ways to cool huge amounts of water, like millions of gallons or tens of thousands of cubic meters per hour, and do it relatively efficiently.

そこでエンジニアたちは、1時間あたり数百万ガロン、数万立方メートルといった大量の水を冷却し、比較的効率的に冷却する、かなり独創的な方法を考え出した。

Not all cooling towers look like this, but there are some really clever reasons for that iconic shape we all recognize, and I'm going to build one in the garage to show you how they work.

すべての冷却塔がこのような形をしているわけではないが、誰もが知っているあの象徴的な形には実に巧妙な理由がある。

I'm Grady, and this is Practical Engineering.  Power plants could just vent steam into the atmosphere, but generally, they don't do that.

私はグレイディ、こちらはプラクティカル・エンジニアリングだ。  発電所では蒸気を大気中に排出することもできるが、一般的にはそのようなことはしない。

For one, it wouldn't be good for the environment.

ひとつは、環境に良くないということだ。

The heat, moisture, and noise would affect wildlife and weather.

熱、湿気、騒音は野生生物や天候に影響を与えるだろう。

2つ目は、水を大量に浪費してしまうことだ。

The feedwater for a boiler is often carefully treated to avoid corrosion and mineral buildup in the machinery.

ボイラーの給水は、機械内の腐食や鉱物の蓄積を避けるため、慎重に処理されることが多い。

It's expensive water, so it doesn't make sense to set it free.

高価な水だから、タダにしても意味がない。

And for three, it would waste a lot of energy.

そして3つ目は、エネルギーの無駄遣いだ。

It's generally less expensive to cool the steam down just enough to condense it back into liquid water so it can be reused as feedwater.

一般的には、蒸気を十分に冷却して凝縮させ、液体の水に戻し、給水として再利用する方が低コストだ。

しかし、それさえも大きな挑戦だ。

I talked a little bit about how power plants actually consume a lot of energy in a previous video.

以前のビデオで、発電所がいかに多くのエネルギーを消費しているかについて少し話した。

It's a net positive, of course, but any energy you spend on all the industrial processes required to produce electricity at scale is energy not being sent out to the grid.

もちろん正味のプラスではあるが、大規模な発電に必要なすべての産業プロセスに費やすエネルギーは、送電網に送られないエネルギーなのだ。

だからエンジニアは効率的にやりたいんだ。

One simple option is to use a cooler stream of water that already exists, like a river, lake, or sea.

単純な選択肢のひとつは、川や湖、海など、すでに存在する冷たい水流を利用することだ。

And in fact, there are a lot of power plants near me that do exactly that.

実際、私の近くにはそのような発電所がたくさんある。

This plant draws water from the lake on the south side, sends it through condensers, and then releases it into a channel where it flows to the north side of the lake.

このプラントは南側の湖から水を引き込み、コンデンサーを通過させた後、湖の北側に流れる水路に放水する。

The slow circulation gives that water time to cool down before it reaches the plant again.

ゆっくり循環させることで、水が再び植物に到達する前に冷却する時間ができる。

But it's not feasible to have a lake or river for cooling water at every thermal power plant, and there are a lot of environmental impacts with the heat and intakes that require careful consideration.

しかし、すべての火力発電所で冷却水用の湖や川を確保することは現実的ではないし、熱や取水口による環境への影響も多く、慎重な検討が必要だ。

So instead, lots of power plants use cooling towers.

そのため、多くの発電所では冷却塔を使用している。

You might be familiar with the various machines humans have devised for cooling stuff down.

人間がモノを冷やすために考案したさまざまな機械をご存じだろうか。

You might even be enjoying the comfort of such a device right this very minute.

今この瞬間にも、その快適さを味わっているかもしれない。

But like I mentioned, the simplest way to cool something is to simply let natural physical processes do the work.

しかし、申し上げたように、何かを冷却する最もシンプルな方法は、自然の物理的プロセスに任せることだ。

エントロピーがそうなるのを待つだけだ。

After all, the temperature is usually less than boiling outside, so the heat from steam will naturally transfer to the ambient air if you let it.

結局のところ、外気温は通常沸騰以下なので、蒸気の熱は放っておけば自然に周囲の空気に伝わる。

多くの冷却塔がそうなっている。

I designed a cooling tower in my garage so I can show you exactly how this works.

私は自宅のガレージに冷却塔を設計したので、これがどのように機能するかを正確にお見せすることができる。

This is made from laser-cut strips of acrylic with a carefully selected shape.

厳選された形状のアクリルをレーザーカットして作られている。

And when I carefully tape these carefully sized strips together, I get a nice, somewhat transparent cooling tower.

そして、この慎重にサイズ調整されたストリップを慎重にテープで貼り合わせると、きれいな、いくらか透明な冷却塔ができる。

This is a model of a natural draft tower.

これはナチュラル・ドラフト・タワーの模型である。

It's not the most common type out there, but it is one of the simplest and also the most iconic and recognizable, so it's perfect for this demonstration.

最も一般的なタイプではないが、最もシンプルで、最も象徴的でわかりやすいタイプなので、このデモンストレーションには最適だ。

You may have noticed the holes I drilled in the bottom of each acrylic strip.

それぞれのアクリル片の底に穴を開けたことにお気づきだろうか。

This tower needs a way for air to get inside at the bottom.

このタワーには、底に空気が入る道が必要だ。

If you look closely at the real thing, you'll see something similar.

実物をよく見ると、似たようなものがある。

They aren't continuous all the way down, but actually open around the bottom.

下まで連続しているわけではなく、実際には底のあたりが開いている。

Steam from turbines doesn't go to the cooling tower directly.

タービンの蒸気は直接冷却塔には行かない。

Instead, there's a separate stream of water, aptly called the cooling water.

その代わりに、冷却水と呼ぶにふさわしい別の水流がある。

The steam is condensed into liquid water in the condenser that's cooled by the cooling water, which then flows between the condenser and the tower.

蒸気は復水器で凝縮され、冷却水で冷やされた液体の水となり、復水器とタワーの間を流れる。

I'm simulating that here with a bucket of hot water and a beer brewing pump.

バケツに入れたお湯とビール醸造用のポンプでそれをシミュレートしているんだ。

That hot water gets pumped to sprayers inside the tower.

その温水はタワー内の噴霧器に送られる。

If you know a little bit about thermodynamics, you know that we can only get this water as cool as the ambient air temperature.

熱力学を少し知っている人なら、私たちがこの水を冷やすことができるのは、周囲の気温と同じくらいだということを知っているはずだ。

Heat naturally flows from hot to cold, so you can't get any more heat transfer once the water reaches the outside temperature.

熱は自然に熱い方から冷たい方へ流れるので、水が外気温に達すると、それ以上熱を伝えることはできない。

But if you know a little bit more about thermodynamics, you know there's a trick that can improve the performance of a system like this.

しかし、熱力学についてもう少し詳しい人なら、このようなシステムの性能を向上させるトリックがあることを知っているはずだ。

And this layer of material below the sprayers is the key.

そして、この噴霧器の下にある素材の層が鍵となる。

I'm just using a dehumidifier pad, but in an actual cooling tower, the fill is usually a layer of plastic carefully designed to maximize the surface area of the water in the system.

私は除湿パッドを使用しているだけだが、実際の冷却塔では、充填物は通常、システム内の水の表面積を最大にするように慎重に設計されたプラスチックの層である。

It does this by forcing the water to either splash into tiny drops or form thin sheets as it falls downward.

水しぶきを上げて小さな水滴にするか、薄いシート状にして下方に落下させるのだ。

The goal is to expose as much surface area of the hot water as possible to the air flowing through the tower.

目標は、タワーを流れる空気にできるだけ多くの温水の表面積をさらすことである。

水は滴り落ち、空気は上昇する。

The pros call this counterflow, and it's the trick to the whole process.

プロはこれをカウンターフローと呼び、プロセス全体のコツとなる。

Actually, you can use crossflow as well, but let's jump over that rabbit hole for now.

実は、クロスフローを使うこともできるのだが、今はそのウサギの穴を飛び越えよう。

You might think the outside air has just one temperature, but to cooling professionals it has two.

外気の温度は1つだと思うかもしれないが、冷房のプロにとっては2つある。

One we call the dry bulb temperature is what you normally encounter.

私たちが乾球温度と呼んでいるものが、通常遭遇するものだ。

That's what shows up in the weather report.

それが天気予報に表示されるのだ。

温度計に表示されているものだ。

しかし、空気にも湿球温度がある。

If you soak the end of a thermometer and pass it through the air, that water will evaporate.

温度計の先を浸して空気中に通すと、水分が蒸発する。

The drier the air, the more easily water evaporates.

空気が乾燥すればするほど、水分は蒸発しやすくなる。

This is why it feels so much hotter when it's also humid outside.

そのため、外が蒸し暑く感じられるのだ。

It takes energy, called latent heat, to convert water from a liquid to a gas, and that energy is absorbed from the liquid water, cooling it down.

水を液体から気体に変えるには潜熱と呼ばれるエネルギーが必要で、そのエネルギーは液体の水から吸収され、冷却される。

So as long as the ambient air isn't already saturated, 100% relative humidity, you can actually cool water below the dry bulb temperature using evaporation.

つまり、周囲の空気がすでに飽和状態（相対湿度100％）でない限り、蒸発によって水を乾球温度以下に冷やすことができるのだ。

And the lower the humidity of the air, the more evaporation can take place, so the bigger the difference in wet and dry bulb temperatures.

そして、空気の湿度が低ければ低いほど蒸発が起こりやすくなり、湿球温度と乾球温度の差が大きくなる。

これは革命的なことではない。

Nature figured out evaporative cooling millions of years ago.

自然は何百万年も前に蒸発冷却を発見した。

暑いと汗をかくのはそのためだ。

But using it at this scale is really impressive.

しかし、この規模で使用するのは本当に印象的だ。

And it's not the only innovation in a natural draft cooling tower.

自然通風冷却塔の革新はこれだけではない。

For that, I need to show you a cool graph.

そのためには、クールなグラフをお見せする必要がある。

これはサイコロメトリック・チャートである。

You could spend an entire college course learning about this stuff, and there are probably a few HVAC professionals groaning at the screen right now.

このようなことを学ぶのに大学の授業全体を費やすこともできるだろうし、今まさに画面に向かって唸っているHVACの専門家もいることだろう。

But I just want to use it to explain a few important things about the physical and thermal properties of air.

ただ、空気の物理的性質と熱的性質について、いくつかの重要なことを説明するために使いたい。

First, as the temperature of air goes up, its capacity to hold water goes up too.

まず、空気の温度が上がると、水を保持する能力も上がる。

Kind of like hot tea can dissolve more sugar than cold tea, hot air can hold more water than cold air.

熱いお茶は冷たいお茶よりも砂糖を溶かすことができるように、熱い空気は冷たい空気よりも水分を保持することができる。

Next, as air temperature goes up, its density goes down.

次に、気温が上がると密度が下がる。

Confusingly, the psychrometric chart actually shows specific volume, which is the inverse of air density.

紛らわしいことに、比容積は空気密度の逆数である。

So as you move up in temperature, these lines slope downward.

つまり、温度が上がるにつれて、これらの線は下向きに傾斜する。

私たちのほとんどはそれを知っている。

But maybe less intuitively, it's also true for humidity.

しかし、あまり直感的ではないかもしれないが、それは湿度にも当てはまる。

If you hold the temperature constant and just increase the amount of water in the air, its density goes down.

温度を一定に保ち、空気中の水の量を増やせば、密度は下がる。

Water molecules actually weigh less than the nitrogen or oxygen molecules in the air, so humid air is more buoyant than dry air.

水分子は空気中の窒素分子や酸素分子よりも重さが軽いので、湿度の高い空気は乾燥した空気よりも浮力がある。

And this is the second key to a cooling tower, convection.

そしてこれが冷却塔の2つ目の鍵、対流である。

The hot water transfers its heat to the air.

温水はその熱を空気に伝える。

The warm air becomes buoyant, flowing upward in the tower and drawing fresh air in through the intakes.

暖かい空気は浮力となり、タワー内を上方に流れ、吸気口から新鮮な空気を取り込む。

But some of that hot water is also evaporated, removing more heat from the water and making the air even more buoyant.

しかし、熱水の一部は蒸発し、水からさらに熱が奪われ、空気はさらに浮力を増す。

The process both cools the water down and creates a natural draft up through the tower, drawing in even more fresh, drier air as it does.

このプロセスは、水を冷やすと同時に、タワー内に自然なドラフトを発生させ、より新鮮で乾燥した空気を取り込む。

Ignoring the pumps and minor control features, there are no moving parts.

ポンプや細かい制御機能を無視すれば、可動部分はない。

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冷却塔はなぜあのような形をしているのか？ (Why Are Cooling Towers Shaped Like That?)

material

constant

basically

straight