冷却塔空气入口和排放盘的制作方法

专利名称：冷却塔空气入口和排放盘的制作方法
技术领域：
本发明总的来讲涉及冷却塔，更加具体地说，本发明涉及一种用于蒸发的流体冷却的横流(cross flow)蒸发热量和质量交换器。该横 流装置可以是单侧的或者双侧的进入设备。此外，冷却塔可包括直 接流体冷却装置，其中空气越过填充物，落下的液体通过该填充物， 从而冷却该液体；及间接冷却部分，其中流体通过盘管，并且借助横 过盘管而向下落的液体、通常是水来冷却，从而对通过盘管的液体或 者气体提供间接冷却。
技术背景在诱导通风的单横流或者双横流冷却塔中，风扇通常安装在塔的 顶出口上。该风扇引导或诱导空气流通过塔的侧壁或者相对侧壁向内 进入到冷却塔中。要被冷却的水或者其它蒸发液体被泵送到冷却塔结 构的顶部中，并且通过一系列的水分配喷嘴来分配。这些喷嘴横过合 适选择的填充介质的顶部上发射出扩散型的水。该填充物最典型地由 通常是隔开的平行塑料片的束构成，水被分散横过每个塑料片，并且 借助重力向下横穿每个塑料片。这种片上的水分散经过的较大表面积 借助这些片上的诱导空气流产生较好的冷却。冷却过的水被收集在排 放盘或者槽中并且通过到达所需要的冷却系统，在此其被加热并然后 泵回到冷却塔中。如上所述那样，在填充片上方或者下方可以设置增加通常呈一系 列螺旋热交换导管形式的间接冷却部分。要被冷却或者冷凝的热流体 或者气体在导管的一端处通过进入顶盖进入到热交换导管中，而冷却 流体通过接合导管另一端的顶盖离开导管。这些横流冷却塔中的所关切的事情是藻类或者其它生物污染物和 空气中污物在排放盘中的积聚。这种积聚通常是由于水不完全流过排放盘而导致的。藻类和其它生物污染物的产生随着暴露于太阳光而增 加。由于槽或者排放盘一定要收集来自冷却部分的所有流动水，因此 这种槽的设计一定得满足收集和排放需要以确保所有收集起来的水从 槽流动到排放出口 。在冷却塔系统中使用水处理化学品以减小这种生 物污染物的积聚，但是冷却塔槽和空气入口本身的设计可以提高塔的 形成这种生物污染物的抵抗力。通过横流冷却塔的空气进入侧或者侧 部中的典型隔栅装置的、空气传播的残碴也是产生生物污染物的原因。 相应地，改善空气入口的设计以消除这种空气传播残碴的流入也是本 发明的一部分。 发明内容本发明的目的是提供一种具有改进排出槽设计的、使用横流空气 流动关系改进的冷却塔。本发明的目的还提供了一种冷却塔，该冷却塔利用了具有改善空 气入口设备的横流空气装置，从而减小空气传播残骸和太阳光影响塔 中的水的可能性。在使用在空气进入通道上方具有单个风扇增压室的单个空气进入 侧或者两个空气进入侧的诱导通风横流型的机械通风冷却塔中，水向 下地被分配到填充束伸展部分上，并且滴流到填充片。借助横过填充 片本身的空气流，水被冷却。在这种冷却塔中，根据本发明，还可能提供间接冷却部分，其中 包括多个盘管组件的管形盘管热交换器设置在每个填充束的上方或者 下方。从直接和间接冷却部分落下的水被收集在排出槽中。为了确保 这些收集起来的水完全流过该槽，因此槽的端部被复合倾斜以确保水 不会被收集在槽的滞水区域中。应该理解的是，每个这样的槽通常是 矩形的，具有两个端部和两个通常较长的侧部。靠近端壁的复合倾斜 槽的急剧倾斜部分有助于确保水流入到槽中以避免停滞和残骸积聚和 太阳光照射到停滞的水。复合倾斜槽的这种急剧倾斜部分不会有损于 通过横过填充物上的入口的空气进入，但是仍然允许水进入到槽中以 进行完全流动而不会在任何可能的停滞区域中积聚。提供一种到达冷却塔的空气入口空间的隔栅的改进设计也是本发 明的一部分。这种改进的隔栅通常是蜂窝或者复合角度叶片装置，该 装置减小空气传播颗粒或者残骸进入落到冷却塔填充物上的水和进入 收集槽中的可能性，并且有助于防止太阳光照射到水上。


在附图中图1是本发明的具有单一盘管间接蒸发热交换部分和直接热交换 部分的冷却塔的实施例的侧视图；图2是本发明的带有间接和直接部分的具有双空气入口冷却塔的 第二实施例的侧视图；图3是根据具有双直接冷却部分的本发明实施例的冷却塔的透视图；图4是本发明实施例的改进排放槽的透视图； 图5是本发明实施例的改进倾斜盆和改进空气入口的详细剖视和 部分横剖视的视图；及图6是本发明实施例的改进空气入口的详细部分视图。
具体实施方式
参照附图中的图1,本发明的热交换设备10被示成为闭合回路冷 却塔。 一般地，该设备10包括外体结构和风扇装置24 (但是自然通 风装置也是使空气运动的可行装置)，该外壳结构包括一多线路间接 蒸发流体冷却部分50、 一直接蒸发热交换部分90、 一最低的蒸发液体 收集槽30和一最高部的分配装置36，该分配装置通过设备10向下喷 射蒸发液体；虽然自然通风也是用于使空气运动的可行方式，所述风 扇装置24用于使空气流通过热交换部分50和90中的每一个。风扇 24可以是诱导通风或者强迫通风离心风扇，或者是通用的推进型风扇， 所述风扇选择中的任何一种需要风扇马达25来驱动它们。再参见图1, 如果使用合适的湿条件马达壳体或者保护罩，那么马达25可以安装在 外壳通道15内；或者如果需要的话，那么它也可以安装在该结构的外 侧上。在这里，它被显示在湿气试验箱200内的空气流中。理解下面这些是重要的，即尽管这些元件的工作在一种应用到另一种应用中可以稍稍不同，设备10在热交换领域中具有许多应用并且 每种应用使用所有相同上述元件。例如，装置IO可以用来冷却单相的可感觉的流体如水，该流体在外部供给的封闭线路系统内流动，或者 它可以用来使多相可感觉的潜热流体如制冷气体减温和冷凝，该潜热 流体也从外部封闭线路系统中供给。根据图1所示出的本发明的一个实施例，外壳结构包括设备IO, 该设备10被表示成具有整体上是矩形的形状，该形状包括上顶表面 12、基底18、前壁14、后壁16、第一侧壁20和第二侧壁22。侧壁 20、 22和后壁16是由材料如金属片、玻璃纤维、塑料或其它同类的 东西等所形成的连续固体板件，并且这些壁具有防腐蚀性能，前壁14 和顶表面12也是如此。图1的矩形外壳结构包括间接热交换部分50，该部分50由叠置 在直接蒸发热交换部分90上的单一盘管组件52形成。间接热交换部 分50典型地是矩形形状，它具有内侧51、外侧57、顶侧53和底侧 55。间接热交换部分盘管组件52接受要冷却的、来自场外处理(offsite process)的流动热流体，并且它在这个部分中借助间接感觉热交换和 直接蒸发热交换的结合被冷却。通常是冷却水的蒸发液体借助分配装 置36被向下喷射到间接部分上，由此，使间接感觉热量与要被冷却的 流体相交换，同时在两个介质向下运动通过盘管系统52时进入初始空 气入口 100中的大气流通过蒸发来冷却水。在这个特殊实施例中，尽 管空气流不局限于任何特殊流型，但是进入的空气流被显示成在平行 于冷却水方向的或者与相冷却水方向相一致的方向上进入和流动，后 面在解释横流空气流型时，这些在变得很清楚。 一旦空气和水冷却介 质到达间接部分50的底侧55，它们就分开，随着空气系统被拉入到 增压室105并且然后借助风扇24进入到通道15中，同时水由于重力 而下降到直接热交换部分90中。空气然后通过风扇缸26从设备10排 出，同时水在直接热交换部分中被冷却，这些将简短地进行解释。注 意下面这些也是重要的，即进入入口 100的空气流供给空气，该空气在间接热交换部分中只用于冷却目的，而与通过所述部分的实际空气 流型无关。直接蒸发热交换部分90起作用以冷却被加热过并且从间接热交 换部分50中下降的水。直接蒸发热交换部分90由一排紧紧地隔开的、 平行的塑料片93构成，这些塑料片93形成了填充束92。填充束92 所接受的、来自间接部分50中的热水被分配横过每个填充片93，因 此进入辅助空气入口 102中的外部大气的源通过蒸发来冷却使这些片 下降的热水。在这里，尽管其它空气流布置可以被使用(正如将在后 面可以看到的)，但是大气流被示成相对于向下流动的热水以逆流的 方式进入直接部分90中，其中该热水通过填充束92排出。塑料填充 片93常常从梁96上悬挂，这些梁96被连接到侧壁20和22上并且横 过它们。每个片93具有一些通常是连续的波浪型槽，这些槽在片的整 个长度上延伸，从而有助于把下流的热水散布到薄膜中，由此提供了 较大的暴露出表面积以使空气流与之相互作用并且通过蒸发来冷却。 尽管其它类型的塑料可以使用，但是填充片93优选地由聚氯乙烯材料 形成。辅助空气入口 102提供了大气，该大气严格地仅用于只是直接 热交换部分中的蒸发冷却目的。如从图1中进一步所看到的那样，辅助入口通道102用蜂窝或者 竖直叶片结构28来盖住。这种蜂窝或者竖直叶片结构28是对典型隔 栅结构的改进。这种蜂窝或者竖直叶片结构包括一些开口，这些开口 容易使空气流动但是抑制空气传播的残骸进入到间接冷却塔90和填 充束92中。在下面，在图5和6中进一步描述蜂窝或者竖直叶片设计。 在相对于热水以横向方式或者横流方式进入填充束92之前，进入蜂窝 结构28中的大气开始时流过辅助空气增压室103，其中该热水向下在 重力的作用下通过塑料填充片93。如所述那样，通过热水的膜的冷空 气流通过蒸发从水中除去热量，由此借助公知的蒸发效果冷却热水。 在进入通道15之前，存在于蒸发冷却部分90中的、加热过的空气然 后通过辅助漂流清除器(secondary drift eliminator) 49,在该通道15 中，其借助风扇24被迫向上地改变方向从而通过风扇缸(fan cylinder)26排出到大气中。由于离开直接水蒸发冷却部分90的空气以从冷却 水中所吸收的湿气而变成饱和，因此辅助漂流消除器49被设置在填充 束92和通道15之间，从而有利于除去夹带在空气流中的水滴。漂流 消除器49典型地由紧密隔开金属、塑料或者木板条或者隔栅的组成， 该紧密隔开的金属、塑料或者木板条或者隔栅允许空气流过其中，但 是将收集空气中的细水滴。所收集起来的水然后通过重力向下运动到 消除器49中，从而直接地到达下部的收集槽30中以进行再循环。如在图1中所看到的那样，尽管它实际上依赖于这些零件如何布 置在设备10的结构(在该结构中，直接和间接部分是并排的)内，设 备10的整个基底18基本上由水收集槽30组成，该槽30典型地只设 置在直接蒸发热交换部分卯的下方。并排的或者间接-越过-直接的 布置(indirect-over- direct arrangement)只强调本发明的最重要特征 是从直接蒸发热交换部分90中下降来的被加热的冷却水被允许在槽 30内混合，使得用于在间接热交换器部分50内再次使用而被泵送之 前，其可以达到均勻的温度。如所看到的那样，垂直延伸的再循环管 路34可操纵地使冷却水分配装置36与泵32和槽30相连。泵32被布 置在靠近前壁14拐角的槽30的外部上，因此它可以容易维护。分配装置36 —般设置在间接蒸发冷却部分50的单个盘管组件52 上方，其还与初始大气入口 IOO成位置关系。分配装置36由相同冷却 水分配支腿38和40组成，每一个支腿从相互和从前壁14以隔开、平 行的关系沿着横向穿过塔10的宽度。每个分配支腿38和40由管构成 并且具有一系列的等距离隔开的喷射喷嘴46,这些喷嘴46沿着管的 底部连接，从而均匀地把冷却水分配到间接蒸发热交换部分50的顶侧 53上并且通常分配在初始空气入口 100中。根据装置10所需要的热 交换能力，因此对于每一个间接蒸发盘管部分52,水分配支腿的数目 可以从1到5不等，而每个支腿的长度为3-24英尺。典型地，也根 据塔的能力，间接部分50的每个盘管组件52的喷嘴46的数目为9-180个喷嘴。同样地，泵32根据塔的能力来定尺寸，使得泵送到喷射 喷嘴46中的冷却水的连续供给将在初始空气入口 100的整个跨度上产生精细的水喷束，因此也在单个盘管组件52上产生精细的水喷束。同 样地，上部漂流消除器48被设置在侧出口开口 106、增压室105和通 道15之间，从而除去初始空气流所夹带的水滴，同时通过蒸发冷却通 过间接热交换部分50下降的水。盘47设置在上部漂流消除器48下方， 用以收集来自雾消除器48的水并且通过重力把它分配在填充片束92 上。应该理解的是，不管入口设置在哪里，限定出初始大气入口 100 的开口具有等于间接蒸发冷却部分50的空间长度和宽度。从图1中， 可以看到，进入空气流初始时接近通常垂直于间接热交换部分50的顶 侧53的进入入口 100，基本上与从分配装置36向下所喷射的水相一 致。现在，参照附图中的图2， 一系列流动的双盘管组件52和52A被 安装到具有分离式冷却水系统的设备10中。这个设备在现有技术中作 为闭环的、双盘管冷却塔通常是公知的并且代表优选的双盘管实施例。 塔端6和8中的每一个在每一个相应塔半部内包含刚好相同的元件， 正如被包含在图1的优选实施例的单个盘管的结构内。如所看到的那 样，要被冷却的热流体初始时通过供给管75W被供给到第一塔端6中。 热流体如对于单个盘管设备而言如前面所解释的那样通常进入和向上 行进，代替离开间接热交换部分50且返回到场外的过程中，流体通过 管路85W离开间接部分50并且联通到塔半部8的第二间接热交换部 分50A的第二间接盘管组件52a上的入口顶盖75a。再一次地，流体 向上行进通过间接热交换部分管路52a，并且与具有管路平行的热交 换部分的相同装置相比，冷却能力进一步增加一个额外的10%。 一旦 在间接热交换部分管路52a内被冷却，那么流体然后通过排放管路85C 返回到场外过程中。除了用于每个塔半部6、 8的冷却水系统独立地工 作、其中每个塔半部6、 8具有它自己的槽30和30A及它自己的冷却 水分配系统之外，每个塔半部6和8上的热交换部分中的热交换的所 有方法刚好与前面所描述的以单个盘管工作的相同。现在参照附图中的图3,以透视图示出了本发明的实施例。这个 透视图用相同的标号来表示在图3中提出的、图2的特征，并且在这里不详细描述。尽管应该理解成本发明的特征可以应用到不包括间接热交换部分的冷却塔中，但是仍然以50来整体上表示间接热交换部 分。直接热交换部分90被看成包括填充片束92，该填充片束通过蜂 窝入口 28的部分是可以看见的，该入口 28被切去以示出填充片92的 部分。此外，以30来整体上示出收集盆，该收集盆将被进一步描述。 收集盆30被看到通常是矩形形状，它具有端部150和152和侧部154 和156。现在，参照图4，作为一个整体上是矩形的结构详细地示出了盆 或者槽30，它具有端部150和152，及侧部154和156形成了通常是 矩形的盘类结构。最典型的是，槽30由镀锌钢构成，但是也可以由铝、 不锈钢或者非金属材料构成。可以看到复合的倾斜底部160由一系列 的部分162、 164、 166、 170和172构成，可以看到这些部分在槽30 的一侧上向着中心168向下地倾斜。类似部分处于槽30的另一侧上。 排出口离开中心槽部分168。为了减小空气传播的残骸和生物污染物如形成在槽30内的藻类 的可能性，同时它容纳从直接冷却塔部分90所排出的水，陡峭地倾斜 的复合倾斜底部170和172设置在槽30的内表面上。这种陡峭地倾斜 的复合倾斜底部170和172在这个实施例中在槽30的整个宽度上延30中的所有水向着下部最中心槽部分168进行运动，从而确保消除槽 30内的这种水停滞的任何可能性。这大大地减少了形成生物污染物如 形成在槽33内保持的水中的藻类的可能性。现在，参照附图中的图5，详细端视视图、尤其是横剖视图示出 了槽30。可以看到槽30由端壁150构成，其中复合倾斜底部172形 成槽30的实际收集部分的部分。可以看到，填充物92可向下延伸到 槽30中。此外，可以看到底部分162的稍稍倾斜延伸到邻近的底部槽 部分164中以确保进入槽30中的水朝着中心最下部的槽部分168向下 流动和收集。此外，可以看到，内部槽复合倾斜底部172的、成角度 的倾斜大大地减少了槽30内的水的停滞或者收集的可能性；这种可能性使该水不会向着中心最下部部分168进行运动并且向外地通过槽30 内的排出口。复合倾斜底部172的内部槽第一部分的优选角度与水平 线成大约50。，但是角度为25。到70。也是起作用的。还示出在图5和6中的是蜂窝或者竖直叶片端壁入口 28的视图。 可以看到，通常由PVC的这种结构提供了进入间接冷却部分90和填 充物92内的空气的现成入口。可以看到这种蜂窝或者竖直叶片结构 28大大地减少了空气传播的残骸进入到直接冷却部分90中的可能性。 蜂窝或者竖直叶片结构28通常由多个竖直对准的板条228构成，这些 板条在其中具有开口，从而使空气通过其中，但是阻止空气传播的残 骸的通过。
权利要求
1.一种机械通风直接和间接冷却塔，它包括至少一个直接部分，该直接部分具有多个填充片，其中流体被分配到这些填充片；风扇，它横过填充片把空气吸入到冷却塔中，因此冷却流过填充片的流体；分配到填充片的流体从填充片落到收集槽中；该收集槽具有通常是矩形的结构，该结构具有两个平行端壁和两个平行侧壁、具有至少两个不同斜度的倾斜底部、以及排出口；其中，倾斜底部在至少一个端壁上具有复合倾斜度，并且与侧壁相接触，使得复合倾斜底部的较大部分包括设置在工作槽水位上方的第一部分，及该第一部分中的倾斜底部被倾斜以防止脏物和残骸沉积。
2. 根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，倾斜底部的第一 部分相对于水平倾斜25度到70度。
3. 根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，倾斜底部的第一 部分相对于水平倾斜40度到60度。
4. 根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，它还包括复合倾 斜底部的第二部分，该第二部分向着排出口倾斜，但是与复合倾斜底 部的第一部分相比，与水平线成更小的角度。
5. 根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，在工作槽水位处， 在空气进入到填充部分之前小于三英寸的水平水表面设置在复合倾斜 底部的第一部分的表面上方。
6. 根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，设有隔栅装置， 空气通过该隔栅装置被吸入到冷却塔中，隔栅装置包括对准的板条， 这些板条阻止空气传播的残骸和太阳光到达冷却塔中。
7. —种才几械通风冷却塔，它包括至少一个直接冷却部分，该直接冷却部分具有多个填充片，其中 流体被分配成在这些填充片上流动；风扇，它横过填充片使空气通过空气入口吸入到冷却塔中，因此冷却流过填充片的流体；分配到填充片的流体从填充片落到收集槽中；该收集槽具有通常是矩形的结构，该结构具有两个平行端壁和两 个平行侧壁、具有至少两个不同斜度的倾斜底部、以及排出口；其中， 倾斜底部在至少一个端壁上具有复合倾斜度，并且与侧壁相接触，使 得复合倾斜底部的较大部分包括位于空气入口前方的第一部分，该第 一部分设置在工作槽水位上方；且复合倾斜底部的该第一部分中的倾 斜底部被倾斜以防止脏物和残骸的沉积。
8. 根据权利要求7所述的冷却塔，其特征在于，复合倾斜底部的 第一部分相对于水平倾斜25度到70度。
9. 根据权利要求7所述的冷却塔，其特征在于，倾斜底部的第一 部分相对于水平倾斜40度到60度。
10. 根据权利要求7所述的冷却塔，其特征在于，它还包括复合 倾斜底部的第二部分，该第二部分向着排出口倾斜，但是与复合倾斜 底部的第一部分相比，与水平成更小的角度。
11. 根据权利要求7所述的冷却塔，其特征在于，在工作槽水位 处，在空气进入到填充部分之前小于三英寸的水平水表面设置在复合 倾斜底部的第一部分的表面上方。
12. 根据权利要求7所述的冷却塔，其特征在于，设置有隔栅装 置，空气通过该隔栅装置被吸入到冷却塔中，隔栅装置包括对准的板 条，这些板条阻止空气传播的残骸和太阳光到达冷却塔中。
全文摘要
公开了一种机械通风冷却塔。该冷却塔包括具有若干填充片的直接冷却部分。水向下被喷射到填充片上，并且收集到收集槽中。收集槽由两端壁、两侧壁、底部和排出口构成。这些端壁在底部交叉处进行倾斜。该底部向着设置排出口的中心部分进行倾斜。
文档编号F28F25/04GK101251340SQ20071016740
公开日2008年8月27日 申请日期2007年10月23日 优先权日2007年2月20日
发明者A·埃尔森, T·P·法丘斯 申请人:巴尔的摩汽圈公司