专利名称：具有不等边梯形填料片低轮廓冷却塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及在水与空气之间进行热交换的冷却塔，更确切地说，它涉及一改进了以具有热转换介质结构和相应操作方法的逆流式冷却塔，它使冷却塔的垂直高度尺寸减小并且改善了通过介质的空气流动。
逆流式冷却塔的设计是一项得到了很好发展的技术。在一种型式的逆流式冷却塔(这种冷却塔广泛应用于工业设施的热交换)中，包括一组填料片的介质被垂直安装且彼此稍微离开一点距离，其目的是在相邻的填料片之间提供垂直的空气通道，周围的空气向上流动，而被加热了的水则沿填料片的表面向下流动，从而进行热交换将水冷却，这些填料片形状为平面平行四边形，通常为矩形，并且用相对说来不透水的材料做成表面呈浮花纹式样以保持相邻的填料片彼此分开且在每块填料片的表面上形成一水膜。这样的填料片水平地排列成一组，底边缘水平放置且通常保持平行，同时在一贮水槽或池上部彼此分开一均匀距离放置，贮水槽或池位于冷却塔底部，目的是在填料片的底下提供一矩形压力通风空间，例如美国专利第3，132，190号所示的那样。在填料片组的上部，设置一喷水网络，该网络均匀地将水喷洒到填料片的各部分，在此单元上部，还设置有一空气出口。
逆流式热交换器很少能脱离这样一种排列，尽管也有为这样一种单元所做的一种设计，其中一叠多个填料单元被同时成形以形成一内部连结的均匀对称的倾斜的填料片组，填料片的排列使填料片与进气流垂直，就象美国专利3，983，190表示的那样。
可以理解，在冷却塔中也可使用其他类型的热交换介质，如蛇形螺旋形导管，在管中还有别的流体循环流动，还有，如填料片和导管的组合。本发明也可应用于这样一些热交换介质，这些热交换介质总起来称为介质。
尽管有时可能在这样的冷却塔中用自然的空气通风，但是，用机械地方法强制空气通过则变为普遍。要么强制通风，这里用一个或更多的风扇将空气从一个或更多的冷却塔的侧边鼓入通风空间，通风空间位于填料片底下，要么透导通风，这里将一个或更多的风扇安装在填料片和喷水器的上部，引导空气通过通风空间和介质。在所有这些例子中，空气均是水平的进入通风空间，并由此逐渐地向上拐弯在介质之间通过。
风扇防护罩，通过风扇的空气气流的动力学特性以及距空气进口的距离等诸多因素均对介质间的空气流动产生影响从而导致空气不均匀的分布。过去，这通常是通过减小通风空间内部空腔和减小垂直尺寸，使最底下的介质垂直于进入冷却塔空气的初始水平方向，或有时在通风空间内部设置控制叶片来实现补偿。即使如此，在早期的冷却塔中，进入通风空间的空气在毗邻空气进口的介质底下仍趋于水平移动，这样就导致了紧靠进口通道的介质区确少垂直移动的空气，结果降低了效率。对于使用离心式风扇的强制通风系统更是如此，离心式风扇趋于以很大的力将空气推向通风空间系统的远侧一边。
然而，已经发现，冷却塔的整体高度根据实际情况如需要减小由于大风造成的危险性，在安装现场对垂直结构的尺寸限制(即楼层之间和建筑物最大高度)以及冷却塔对应于它的周围环境的视觉影响，其高度受到一定限制。另一个很重要的影响因素就是对于工厂建造的冷却塔，它们要从制造厂沿铁道或公路运到安装现场，因此冷却塔的垂直高度受诸如运载设备或桥梁，等等的限制。
因此本发明第一个目的是以较小的垂直高度设计出一个逆流式冷却塔。
以更有效的空气分布使空气通过有介质的各个区域，设计出这样的冷却塔和操作方法也是本发明的目的之一。
本发明的另一目的是提供一逆流式冷却塔，该冷却塔具有较小的进口通风空间，和不对称的热转换介质，从而冷却塔的高度可以被减小，并且可以更有效地对各个介质区的空气进行分流。
本发明进一步的目的是提供一具有非矩形热转换介质和通风空间的逆流式冷却塔，它们沿一倾斜的边界相交，从而冷却塔的高度可以被减小，各介质区的空气也可以得到更有效的分流。
本发明的另一目的是通过将热转换介质与进口空气流排成一行并且使介质的底边缘以某一角度相交于水平面和进口空气流的方向来促进通过逆流式冷却塔的空气的流动。
本发明再进一步的目的是提供一方法使空气流入冷却塔，并且更有效地使通过热转换介质的空气转向。
提供一改进的梯形填料片以容许冷却塔在垂直方向减小尺寸也是本发明的另一目的。
简言之，本发明通过以非对称排列组合的热转换介质来减小逆流式冷却塔的整体高度，这样使介质的底边缘向下倾斜朝向塔底，并从空气进口边朝向冷却塔的一远边，从而形成一倾斜的连接边界和一三角形的通风空间，从该通风空间，水平进入的空气基本上趋于向上移动到达介质。
换句话说，本发明在冷却塔内部提供介质排列使介质从进气道向下倾斜，因此阻碍的水平地流入介质底下的通风空间的增加的空气层，并使增加的空气流向上转向而使每层空气都到达与通风空间相邻的介质。
最优选的介质外形是悬挂着的梯形填料片，而悬挂的方向尽可能使其平行于进入气流的方向。
借助于这些附图和下面对附图的详细说明，本发明其他的目的和优点将更加明显，其中
图1是本发明一带有梯形填料片，去掉一端盖以表示其内部结构的诱导通风逆流式冷却塔实施例的一侧视图;
图2也是一侧视图，类似于图1，它表示本发明的一带有蛇形管导体的强制通风逆流式冷却塔;
图3是本发明一最佳实施例的一侧视图，它包括一具有离心式风扇和梯形填料片的强制通风逆流式冷却塔;
图4是诱导通风逆流式冷却塔的一侧视图，它具有对称的结构并在相对侧面有空气入口。
图5是矩形填料片架的一视图，标明切开后可产生两个本发明的梯形填料片。
图1示出一诱导通风逆流式冷却塔，其中，一组普通的热转换介质10被悬挂在一普通矩形外壳内，该矩形外壳有一垂直壁12，一基底14(或水池)，顶部有一整流罩16，它形成一过渡罩，该过渡罩从直壁12延伸到排气扇外环18，该外环18围绕并支撑一多叶片风扇20，风扇20由一电机22驱动。通常马达22被安装在冷却塔的外部，其目的是使其避开高湿度的空气;但是，马达22也可置于冷却塔内或风扇上部。如图所示，马达22被支撑在整流罩16上，通过一环形皮带24驱动连接到风扇20，环形皮带连接在马达轴和风扇轴的皮带轮之间。
如图1中箭头A所示，空气水平地通过仅在一侧壁上开的进口通道28，进入冷却塔内部的通风空间，并向上通过介质10，从风扇外环18出去。冷却塔的底部由一封闭的基底或水池14构成，以接收喷洒网络喷洒到介质10上的水，该喷洒网络包括主水管38，分流管40和喷头42。水从基底14通过排放导管48放出。一组薄雾消除挡板位于介质20上部且可以很方便的支撑在水分流管40的上部。
在本发明中优先选用的介质形状是非矩形填料片58，它具有梯形表面60，填料片被悬挂在冷却塔的内部，具有水平的上边缘62和一个倾斜的不平行的下边缘64，下边缘从短侧边66向下，到对面相平行的较长的侧边缘68，一组这样的填料片58悬挂在冷却塔内，其短边缘66设置在空气的进口处一侧，底边缘64从空气的入口通道28向基底14倾斜，从而形成了一个倾斜的边界和对应于通风空间36的接口。
这样，很容易理解，本发明涉及一种新颖的操作方法，它是使位于热交换介质与空气通风系统之间的接口从冷却塔的空气入口一侧的顶部向下倾斜，从而使得其阻碍连续水平流动的空气层，并使空气层向上流动，通过热交换介质。更进一步，本发明的方法还包括使介质的深度随其距空气入口的距离的增加而增加，通过保持介质顶部基本在同一水平面上来实现)。从而，逐渐地使水平的和垂直的空气通道的长度增加，这样也就增加了冷却塔的连续的空气层的流动阻力。与那些具有位于介质和通风系统之间的水平接口和平均深度介质的冷却塔相比。就有较大的空气流量从空气入口向上流到冷却塔。
应当注意到，填料片58是按照使其表面60平行于进入的气流的方向设置的(如箭头A所示)。在所示的实施例中，有一组基本上彼此平行的填料片58(从一面看上只有一个这样的填料片是可见的)。每个填料片延伸到介质的整个垂直深度。然而可以理解，这样的介质可以组成迭式层结构(图中未表示)，其中上部的那一层(或若干层)包括矩形填料片单元，这些单元是垂直排列的，或彼此平行或与下层填料片相交。只要下层填料片在通风空间36呈现一倾斜接口。更可取的倾斜接口是通过利用非矩形填料片并使得其斜边64向下倾斜穿过通风空间36，尽管如图所示的梯形填料片60是优选的，但是也可以使用三角形的填料片(图中未示出)。
最好将雾气消除挡板50，与填料片十字交叉地安装(如图所示)。其目的是即能偏转又能引导排放的空气从进风空间排走，又能收集夹带在空气中的水汽。但是，如果需让空气沿不同的方向被偏转，也可以重新设置挡板50。可以调节水喷头42以提供较小的水量给靠近短边缘66的填料片，而相比之下给较长的侧边缘68则提供较多的水量，以部分地平衡沿填料片表面60落下的水层的增加对冷却通道的影响。但是，这种影响至少也可以通过相对地减小对气流的阻力来得以部分的平衡，因此，也就有较大的空气流量通过较短的冷却通道。
因为，优选的填料片具有倾斜的底边缘64，所以就有一种为落下的水提供的导向作用，使这些水暂时地收集在一起形成一水滴，沿底边缘向下流动，而不是落入通风空间36，在某些的情况下，这些在相邻的填料片上的水滴会将填料片之间的空间连接起来并且影响它们之间的空气流动。为了抵消这种可能性，使填料片较低的边缘64交替的偏置一段小的垂直距离(如图1中虚线70所示)。
填料片10更详细的结构表示在图5中，图5也表示了一种方法，用这种方法，填料片被做成有一梯形表面60，普通的各种尺寸的矩形填料片都是有塑料薄膜的矩形成形基架80，这些基架上通常都有均匀分布的凸纹82，这些凸纹和一个或多个加强肋84以及边缘一起增大了表面积，在冷却塔内，水通过这些表面流下。基架80也可以成形一些隔离凸起物86，它们沿两个方向延伸，并与填料片的平面相垂直，当填料片被组装在一起时，这些凸起物就起到定位作用，而且也用来使相邻的填料片保持彼此分开，并以偏置方式悬挂在冷却塔内部。矩形基架80在相对的两侧边上的距较长的边缘有相等的距离的点之，间沿某角度被切成，如图中虚线所示，非平行边缘的特殊尺寸和斜角可以调整以适应于冷却塔尺寸。
在如图2所示的强制引流实施例中，对应于它的各个与最初的结构单元相同的单元采用相同的标号。在这个实施例中将会看到空气通道90从冷却塔的一壁12向外延伸，其上装有一风扇20用来强制地使空气通过通道90进入通风空间36′。在该实施例中，所示的热交换介质包括平行的蛇形管72，蛇形管联接在进口接头74和出口接头76之间，并且与入口空气的方向平行，这种形式的介质允许附加的流体从蛇形管中流过以进行进一步的冷却。将会注意到蛇形管72的每段管朝下方逐渐缩短了，从而也就形成了一个位于通风空间
36′内的倾斜的接口。
图3表示了本发明的一个优选实施例，它在一强制引流的逆流式冷却塔中，使用了梯形填料片58″，该冷却塔有一离心式风扇94，填料片58″的排列与入口空气的流动方向平行，入口空气通过一送气通道96由风扇94打入。已经发现来自这样的风扇94的空气的水平分布得到了改善，其方法是只要将风扇轴98稍微升高一点，而将风扇的排气口对准一个逐渐张开的送气通道，通道96大约扩张到通风空间36″的进口边28″的尺寸。使填料片60″与来自离心风扇94的强制式气流方向平行排列的另一优点是，填料片的较低的边缘64″对气流脉动有减小的趋势，从而，使填料片之间的空气流动得到加强。
一强制引流(离心式风扇)逆流式冷却塔的例子是其外部宽度和长度尺寸为48×71 3/4 英寸，(不包括风扇和进气通道)，高度是78 3/4 英寸，它包括78块梯形填料片，它们沿纵长方向悬挂在冷却塔内部，该冷却塔通过冷却167.7加仑/分的水，使之从95°F(进水)到85°F(出水)以提供大约59.9吨的冷却容量，它使用78°F的外界大气大约15670立方英尺/分，外界大气是由离心风扇用一5马力的马达泵入的。可以相信，它在高度减少38英寸的情况下，相对原有的含有同样数量和总表面积的填料片的冷却塔来说使容量增加了7%以上，进一步的运行节余可以通过使用本发明来得到，也就是通过减小冷却塔的高度，即在垂直距离上减少来实现。这个垂直距离是热水必须被提到水分流管和喷头的距离，从而明显地节约了驱动水泵所需的能量。
图4表示了一个诱导式冷却塔，它具有两个空气入口通道28a
和28b，分别位于冷却塔的两相对的壁12″上，两组填料片10a和10b位于通风空间36a和36b之上。很容易看到该冷却塔是相对一中心垂直平面对称的，对应于其上的各个零件其编号与图1当中相应的零件的编号相同，而仅仅带有两点。也有可能构造一类似于图3所示的强制引流式实施例的具有对称结构的强制引流式实施例。
在不背离本发明的实质和范围的情况下还可进行进一步的变化和修改，本发明的实质和范围由下面的权利要求来确定。
权利要求
1.一种将空气导入一逆流式冷却塔的改进的方法，其中水向下流过热交换介质，而空气通常从位于所说的介质底下的一通风系统空间向上流过，所说的方法包括使一层空气从所说的通风系统空间的一边沿一通常为水平的方向进入所说的通风系统空间；至少使通常为水平流动的部分空气在所说的空气冲击热交换介质的各点处向上流动，热交换介质从所说的通风系统空间的一边以一斜角配置延伸并且与所说的入口气流层相交。
2.如权利要求1的方法，包括使所说的介质按所说的水平方向排列。
3.如权利要求1的方法包括在所说的入口气流层上方基本水平地放置所说的介质并且使所说的介质底边缘与所说的通风系统空间呈一倾斜的接口。
4.一种使空气流过一逆流式冷却塔的改进的方法，其中水向下流过热交换介质，而空气则从位于所说的介质底下的一通风系统空间向上流动，所说的方法包括使热交换介质的底边缘以一角度从所说的冷却塔的一边向相对的另一边的底部向下倾斜而所说介质的上边缘则基本上位于同一水平面上;使空气层(基本水平地)沿一方向从所说的一边流向所说的另一边，从而至少使部分水平流动的空气层冲击到所说介质的底边缘的各点上;使冲击到所说介质的底边缘的空气层大至向上流动;使空气层沿向上的通道向上流过所说的介质，在空气冲击所说的介质以前向上的通道在长度上正比于空气水平流动的距离，从而在接近于所说的一边处介质对空气流的阻力较小。
5.如权利要求4的方法，其中所说的热交换介质通道是沿入口气流的方向排列的。
6.如权利要求4的方法，其中入口气流以这样一种方式强制沿水平方向流动的，即用较大的力强制使空气流过所说的通风系统空间的底部。
7.一种改进的逆流式冷却塔，其中热交换介质排成一垂直组使其可以被落下来的水浸湿，这些落下来的水与从所说的冷却塔一侧的介质底下进入并且向上流过介质的空气接触，所说的改进包括一位于所说的介质底下的通风系统空间，所说的通风系统空间有一与所说的介质的底边缘相邻的接口，该接口从所说的一边向下倾斜。
8.如权利要求7的改进的逆流式冷却塔，其中所说的介质从一位于入口空气上方的水平面向下延伸到所说的接口。
9.如权利要求8的逆流式冷却塔，其中所说的介质是沿入口空气的方向排列的，从而它基本上与所说的一边垂直。
10.如权利要求8的逆流式冷却塔，其中所说的介质包括填料片。
11.如权利要求10的逆流式冷却塔，其中所说的填料片在形状上是梯形的。
12.如权利要求8的逆流式冷却塔，其中所说的介质包括蛇形管。
13.如权利要求9的逆流式冷却塔，其中所说的介质包括蛇形管。
14.一种改进的逆流式冷却塔，其中间隔布置的填料片被垂直悬挂，从而使它们可以被落下来的水浸湿，而落下来的水与由位于所说的填料片底下自所说的冷却塔的一侧进入，通常是从彼此相邻的填料片之间向上流动的空气接触，所说的改进包括一组沿来自所说的冷却塔一侧的入口气流方向排列的填料片，所说的填料片有一倾斜的底边缘，它是以一角度从所说的冷却塔一侧的某一高度倾斜到离所说的冷却塔底部较近的较低的第二高度的，从而也就使得所说的冷却塔的整体高度被减小。
15.如权利要求14的冷却塔，其中，所说的填料片在形状上基本上是梯形的，而其顶部边缘在冷却塔中是水平延伸的。
16.如权利要求14的冷却塔，其中彼此相邻的填料片的底边缘参错不齐以减小沿所说的底边缘形成的水滴之间的接触。
17.如权利要求14的冷却塔，包括一组薄雾消除板，它们位于所说的填料片上方，其方向基本上垂直于填料片。
18.一用于冷却塔的改进的填料片，所说的填料片包括一平面部分，它在两不相平行的边缘之间扩展，而长度不相等的两相对侧边连接在所说的边缘之间。
19.如权利要求18的填料片包括在所说的平面部分上形成的凸纹和定距凸起物。
20.如权利要求18的填料片，其中平面部分的形状是梯形的。
全文摘要
冷却塔所需的垂直高度通过使用梯形填料片而被减小，这些填料片通常沿入口气流方向排列并悬挂在冷却塔内，从而形成一楔形的通风空间，它位于填料片底倾斜边缘下方。
文档编号F28C1/02GK1036631SQ89100879
公开日1989年10月25日 申请日期1989年2月14日 优先权日1988年2月22日
发明者布赖恩·F·如里希 申请人:巴尔的摩气圈公司