高效开式冷却塔的制作方法

本发明涉及热处理及设备领域，具体涉及高效开式冷却塔。

背景技术：

目前开式冷却塔被广泛应用于炼油、化工、轻工、制药、机械、食品加工、动力以及原子能工业部门、制冷、制热当中，由于传统的开式冷却塔具有冷却效果差、风阻大、风速低和装置体积大以及冷却逼近度大和加大了冷却循环水系统的能源浪费问题，因此目前急需对传统的开式冷却塔进行技术革新。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种设计合理、结构简单、风阻小、冷却效果好和用途广泛的高效开式冷却塔。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

高效开式冷却塔，包括至少一组设于冷却塔内的冷却组件，所述的冷却组件由冷却管以及设于冷却管内使冷却管内的冷却介质产生旋流的旋流场装置组成，所述的旋流场装置沿冷却管的入口延伸至冷却管的出口位置进行设置，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于20%且小于等于90%。

其中所述的高效开式冷却塔还包括与传统开式冷却塔相同的壳体、框架、冷却风机和布水装置以及安装有多个冷却组件且强迫冷却空气只通过冷却管内部的管板等。

所述的开式冷却塔，可设为横流、逆流或无动力等常规类型。

所述设于开式冷却塔内的至少一组冷却组件包括一组或并列的多组或串联的多组冷却组件。

所述冷却管根据需要截面可设为任意形式的，从提高冷却效果、节约材料出发，优选为圆管。

所述的冷却介质，通常为空气。

所述旋转流场设备，通常有入口涡旋发生器、扭带内插物、插入式旋流扰流器等。结合用途、扰流效果、生产便利性考虑，优选为具有螺旋扰流片的扰流器。

为提高冷却效果，旋转流场设备与冷却管内壁面之间宜有一定间隙，使冷却管内壁面在整个流道中是流阻相对较小的空间，以利于产生的旋流离心力直接作用于冷却管内壁面，破坏或消除边界层、提高冷却效率。

进一步，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于30%且小于等于80%。

优选的，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于40%且小于等于70%。

优选的，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为50%。

所述旋流场装置的有效截面积指的是，旋流场装置的螺旋扰流片最少旋转360度时端面的正投影面积，所述的旋流场装置设于冷却管中心时，所述正投影面积含轴的投影面积，其中所述的面积比可以根据换热冷却空气的流速、流道面积和设计对体积的要求等因素进行结合实际测试数据来确定。

进一步，所述的旋流场装置为设在冷却管内的轴和设于轴上的螺旋扰流片组成，其中轴起到支撑螺旋扰流片，增加螺旋扰流片强度等功能。

作为旋流场装置的另一种实施方式，所述旋流场装置为设在冷却管内壁面上的螺旋扰流片。

进一步的，所述冷却管外设有一个或多个套管，所述冷却管与套管间以及套管与套管间形成环形流道，所述环形流道内设有旋流设备。

进一步，所述冷却管的内径为大于等于20mm小于等于300mm。

优选的，所述冷却管的内径为大于等于80mm小于等于150mm。

进一步，所述冷却管内的气相换热介质的风速为大于等于2m/s且小于等于15m/s。

当冷却空气流速v≤3m/s时，冷却塔喷淋水装置设于冷却空气出口端，冷却空气流速v超过3m/s且风力足以引导水雾或水流向上运行时，所述喷淋水装置设于冷却空气入口端。

进一步，所述冷却管的出口端设有旋流除雾器，所述的旋流除雾器由分离管和插入式扰流器组成，所述分离管的壁面设有用于水滴排出的条缝型分离口，所述旋流除雾器壁面的条缝型分离口分离出来的水，经设有气封的排水管排至冷却塔积水装置，通过设置旋流除雾器，可适应更大的风速。

采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：以冷却管代替传统开式冷却塔的填料，并在冷却管内部设置有效截面积小于冷却管截面积的旋转流场设备，可以提高填料强度、强化热交换效果，冷却管截面积可大于传统冷却塔填料，在相同能耗条件下可以提高冷却风速，减少设备体积，在冷却管出口端设有旋流除雾器，可高效分离大量水滴，为提高冷却风速创造条件，通过该方案使得本发明的开式冷却塔既适合新建项目，也适合暨有项目的节能、增效改造。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明高效开式冷却塔的冷却塔结构简要示意图；

图2为本发明高效开式冷却塔的冷却组件实施形式之一的结构示意图，其示出了冷却管中心设有轴的螺旋扰流片的剖面结构示意图；

图3为图2所示实施结构的局部剖切结构示意图；

图4为本发明高效开式冷却塔的冷却组件实施形式之二的结构示意图，其示出了冷却管内壁面设有螺旋扰流片的剖面结构示意图；

图5为图4所示实施结构的局部剖切结构示意图；

图6为本发明高效开式冷却塔所述冷却组件的实施形式之三的结构示意图；

图7为本发明高效开式冷却塔的冷却组件的导流端盖结构示意图；

图8为本发明高效开式冷却塔所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的投影示意图；

图9为本发明高效开式冷却塔所述旋流除雾器示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明高效开式冷却塔，包括至少一组设于冷却塔内的冷却组件1，所述的冷却组件1由冷却管以及设于冷却管内使冷却管内的冷却介质产生旋流的旋流场装置组成，所述的旋流场装置沿冷却管的入口延伸至冷却管的出口位置进行设置，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于20%且小于等于90%。

如图2或3所示，作为本发明冷却组件实施形式之一，也为旋流场装置12的一种实施方式，进一步所述的旋流场装置12为设在冷却管11内的轴121和设于轴121上的螺旋扰流片122组成，其中轴121起到支撑螺旋扰流片122，增加螺旋扰流片122强度等功能。

如图4或5所示，作为本发明冷却组件实施形式之二，也为旋流场装置12的另一种实施方式所述旋流场装置12为设在冷却管11内壁面上的螺旋扰流片123。

如图6所示，本发明的冷却组件实施形式之三的结构示意图，冷却管1的外部还依序套设有两个外套管2，其中冷却管1内的旋流场装置为插入设置在冷却管1内，冷却管1与外套管2及两个外套管2之间均形成环形流道，其中外套管的内壁面和外壁面均相应可以选择性的设置旋流场装置21、冷却管1的内壁面和外壁面也可根据需要设置螺旋扰流片组成的旋流场装置，通过旋流场装置能够极大促进热交换效果，提高热交换效率。其中所述的高效开式冷却塔还包括与传统开式冷却塔相同的壳体、框架、冷却风机和布水装置以及安装有多个冷却组件且强迫冷却空气只通过冷却管内部的管板等，图7示出了本发明高效开式冷却塔的冷却组件的导流端盖结构示意图。

所述的开式冷却塔，可设为横流、逆流或无动力等常规类型。

所述设于开式冷却塔内的至少一组冷却组件包括一组或并列的多组或串联的多组冷却组件。

所述冷却管根据需要截面可设为任意形式的，从提高冷却效果、节约材料出发，优选为圆管。

所述的冷却介质，通常为空气。

所述旋转流场设备，通常有入口涡旋发生器、扭带内插物、插入式旋流扰流器等。结合用途、扰流效果、生产便利性考虑，优选为具有螺旋扰流片的扰流器。

为提高冷却效果，旋转流场设备与冷却管内壁面之间宜有一定间隙，使冷却管内壁面在整个流道中是流阻相对较小的空间，以利于产生的旋流离心力直接作用于冷却管内壁面，破坏或消除边界层、提高冷却效率。

如图8所示，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于30%且小于等于80%。

优选的，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为大于等于40%且小于等于70%。

优选的，所述旋流场装置的有效截面积与冷却管的有效截面积的比值为50%。

其中，所述旋流场装置的有效截面积指的是，旋流场装置的螺旋扰流片最少旋转360度时端面的正投影面积，所述的旋流场装置设于冷却管中心时，所述正投影面积含轴的投影面积，即旋流场装置的有效截面积的标注3所示的阴影部分，冷却管的有效截面积为标注2所示冷却管内的流道截面的圆形面积，其中所述的面积比可以根据换热冷却空气的流速、流道面积和设计对体积的要求等因素进行结合实际测试数据来确定。

进一步，所述冷却管的内径为大于等于20mm小于等于300mm。

优选的，所述冷却管的内径为大于等于80mm小于等于150mm。

进一步，所述冷却管内的气相换热介质的风速为大于等于2m/s且小于等于15m/s。

当冷却空气流速v≤3m/s时，冷却塔喷淋水装置设于冷却空气出口端，冷却空气流速v超过3m/s且风力足以引导水雾或水流向上运行时，所述喷淋水装置设于冷却空气入口端。

如图9所示，进一步，所述冷却管的出口端设有旋流除雾器，所述的旋流除雾器由分离管11和插入式扰流器12组成，所述分离管11的壁面设有用于水滴排出的条缝型分离口112，所述旋流除雾器壁面的条缝型分离口112分离出来的水，经设有气封的排水管排至冷却塔积水装置，通过设置旋流除雾器，可适应更大的风速。

本发明采用上述的技术方案，以冷却管代替传统开式冷却塔的填料，并在冷却管内部设置有效截面积小于冷却管截面积的旋转流场设备，可以提高填料强度、强化热交换效果，冷却管截面积可大于传统冷却塔填料，在相同能耗条件下可以提高冷却风速，减少设备体积，在冷却管出口端设有旋流除雾器，可高效分离大量水滴，为提高冷却风速创造条件，通过该方案使得本发明的开式冷却塔既适合新建项目，也适合暨有项目的节能、增效改造。

以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。