专利名称：将入口空气与出口空气隔离的加热塔装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及一种通过被加热塔装置加热的水而向循环流体传热的装置和方法。更具体地，本发明涉及例如一种装置和方法，其中液化天然气等类似物通过热交换而被汽化。
背景技术：
经常希望将热从周边空气传递到相对较冷的液体，从而“加热”或冷却所述液体。使用液化天然气可实现这种状况。
天然气的低温液化作为一种将天然气转换成更便于运输的形式的方法而被常规地实施。这种液化通常使体积减少大约600倍，并使得其最终产品可以更容易地被存储和运输。而且，所希望的是，存储超量的天然气而使得当天然气需求增加时能够容易地并有效地供给天然气。一种用于运输天然气而且用于存储超量天然气的实际方法是，将天然气转换成液化状态用于存储和/或运输，然后在需要时将所述液体汽化。
天然气所在的区域经常远离其最终使用场所，因此，天然气的液化更显重要。通常，天然气从供给源通过管线直接运输到用户市场。不过，已变得更普遍的是，天然气从供给源运输到距离遥远的用户市场，而其中并不存在管线或者不适于使用管线。这种情况对于海运尤其现实，在海运中必须通过远洋航行的船舰来进行运输。天然气在气态下进行船运基本上是不现实的，这是因为气体在气态下具有很大的体积，还因为需要可观的加压来显著减小气体体积。因此，为了存储和运输天然气，通常需要通过将气体冷却至大约-240至大约-260来减小气体体积。在所述温度下，天然气被转化为接近大气蒸汽压力的液化天然气(LNG)。一旦完成LNG的运输和/或存储，在向终端用户提供天然气用于使用之前，LNG必须恢复到气体状态。
通常，通过采用各种热传输流体、系统和处理来实现LNG的重新气化或汽化。例如，在现有技术中使用的一些处理方法采用汽化器，其采用热水或热蒸汽来加热LNG从而将其汽化。然而，这些加热处理方法存在缺陷，这是因为热水或热蒸汽经常由于LNG温度过冷而冻结，这样会导致汽化器被阻塞。为了克服这个缺陷，现有技术目前采用了可替换的汽化器，例如，开放式挂架汽化器、中介流体汽化器和浸没燃烧汽化器。
开放式挂架汽化器通常使用海水之类作为热源，来与LNG进行逆流热交换。类似于上文所提的汽化器，开放式挂架汽化器往往会在汽化器表面上“结冰”，从而导致热传输阻力增大。因此，开放式挂架汽化器必须被设计为具有更大热传输面积的汽化器，这样就必须承受更高的装置成本和更大的汽化器尺寸。
不同于如上文中所述的通过由水或蒸汽的直接加热来汽化LNG，中介类型的汽化器采用具有低冻结点的诸如丙烷、氟化烃之类的中介流体或制冷剂。这些制冷剂可通过热水或热蒸汽被加热，然后加热后的制冷剂或制冷剂混合物通过汽化器并用于汽化LNG。这种类型的汽化器克服了经常发生在前述汽化器中的结冰和凝固问题，不过，这些中介流体汽化器需要用于加热制冷剂的装置，例如热水器或加热器。这些类型的汽化器也具有缺陷，由于用于加热制冷剂的加热装置的燃料消耗，使得其运行成本很高。
一种目前在现有技术中用来克服热水器或加热器的高运行成本的方案是，使用水塔，通过其自身或结合加热器或热水器来加热用于汽化LNG的制冷剂。在这些系统中，水被通进水塔中并在水塔中提升水温。然后，使用温度升高的水来通过第一汽化器加热诸如乙二醇的制冷剂，而该制冷剂进而用于通过第二汽化器来汽化LNG。不过，这些系统也具有缺陷，这是因为在塔入口蒸汽与塔出口蒸汽之间存在浮力差。加热塔排放了大量的冷湿空气或流出物，其相比于周围空气是很重的。一旦冷的流出物从塔中被排放，则由于其比周围空气重得多，因而其往往趋向于下沉或流向地面。然后，冷的流出物被引导进入水塔，阻碍了塔的热交换性能并导致塔变得无效。上述的浮力问题导致冷空气通过水塔再循环，阻碍了其对水的加热能力，并实际上限制了塔的效率。
相应地，现有技术中需要提供一种改进的装置和方法，用于通过加热塔装置将热量传输到循环流体。所希望的是，这样的装置和方法能够以高效率低成本的方式实现LNG汽化。进一步地，现有技术中需要提供一种加热塔用于LNG汽化处理中，和/或用于能够实现所述处理和/或系统的汽化系统中，从而有效加热水并使所述处理能够更加高效率和低成本。
发明内容
通过本发明，很大程度上满足了上述需求，其中，提供了加热塔装置和方法的各个方面。
根据本发明的一个实施例，提供了一种使用加热塔来加热流体的方法，包括以下步骤将空气流通过入口引入到所述加热塔中；使所述空气流通过填充介质；使所述流体通过所述填充介质；将所述空气流通过出口而从所述加热塔排出；和将在所述入口的空气流隔离于在所述出口的空气流。
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于加热液体的加热塔装置，其具有提供入口空气流动流的空气流入口。所述入口包括入口管道。所述加热塔还包括提供出口空气流动流的空气流出口。入口管道操作从而将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。所述加热塔进一步包括了连接到入口管道和出口的至少一个加热塔单元。所述加热塔单元包括了液体分配组件以及填充介质，其中液体分配组件将液体分配到填充介质上。
根据本发明的又一实施例，提供了一种用于加热液体的加热塔装置，其具有提供入口空气流动流的空气流入口。所述加热塔装置还包括具有提供了出口空气流动流的出口管道的空气流出口。所述出口管道操作以将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。所述加热塔进一步包括被连接到入口和出口管道的至少一个加热塔单元。所述加热塔单元包括了液体分配组件以及填充介质，其中液体分配组件将液体分配到填充介质上。
根据本发明的再一实施例，提供了一种用于加热液体的加热塔装置，其具有提供了入口空气流动流的空气流入口和提供了出口空气流动流的空气流出口。入口管道操作从而将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。所述加热塔进一步包括被连接到入口管道和出口的至少一个加热塔单元。加热塔单元包括液体分配组件以及填充介质，其中液体分配组件将液体分配到填充介质上。加热塔另外包括罩，其将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置。所述塔包括提供入口空气流动流的空气流入口，以及多个加热塔单元，其中的每一个连接到入口。每个所述加热塔单元包括液体分配组件以及填充介质和提供出口空气流动流的空气流出口。加热塔还包括罩，其在各加热塔单元的每个空气流出口的上方延伸，将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。
根据本发明的又一进一步的实施例，提供了一种用于加热液体的加热塔装置，其包括用于将空气流通过入口引导进入所述加热塔的装置；用于使所述空气流通过填充介质的装置；用于使所述流体通过所述填充介质的装置；用于将所述空气流通过出口而从所述加热塔排出的装置；和用于将所述入口空气流隔离于所述出口空气流的装置。
根据本发明的又一实施例，提供一种用于加热塔的空气引导系统。所述空气引导系统包括提供入口空气流动流的空气流入口。所述空气引导系统还包括提供出口空气流动流的空气流出口。在运行期间，所述空气引导系统将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
根据本发明的又一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括提供了第一入口空气流动流的第一空气流入口，其中所述第一空气流入口具有第一入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；提供了第二入口空气流动流的第二空气流入口，其中所述第二空气流入口具有第二入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；提供第一出口空气流动流的第一空气流出口，其中所述第一空气流入口具有第一出口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；提供了第二出口空气流动流的第二空气流出口，其中所述第二空气流入口具有第二出口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，其中所述加热塔可运行于第一配置中，在第一配置中，所述第一入口门处于开启位置，所述第二入口门处于关闭位置，所述第一出口门处于开启位置，而所述第二出口门处于关闭位置；而且所述加热塔可运行于第二配置中，在第二配置中，所述第一入口门处于关闭位置，而所述第二入口门处于开启位置，所述第一出口门处于关闭位置，而所述第二出口门处于开启位置，并且所述塔可以在第一配置与第二配置之间切换。
根据本发明的又一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括多于一个入口；多于一个出口；液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，所述多于一个入口和所述多于一个出口中的每一个可以选择性地开启和关闭。
根据本发明的又一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括提供了第一入口空气流动流的第一空气流入口，其中所述第一空气流入口具有第一入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；提供了第二入口空气流动流的第二空气流入口，其中所述第二空气流入口具有第二入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动，其中在加热塔运行期间，所述第一入口门处于开启位置，而所述第二入口门处于关闭位置；提供第一出口空气流动流的空气流出口，其中所述空气流入口连接到可转动出口管道；液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，其中，所述出口管道在空气流出口上方围绕竖直轴线而向一定方向转动，从而将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括提供了第一入口空气流动流的第一空气流入口，其中所述第一空气流入口具有第一入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动；提供了第二入口空气流动流的第二空气流入口，其中所述第二空气流入口具有第二入口门，该门在开启位置与关闭位置之间移动，其中在加热塔运行期间，所述第一入口门处于关闭位置，所述第二入口门处于开启位置；提供了第一出口空气流动流的空气流出口，其中所述空气流入口连接到可转动出口管道；液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，其中，所述入口管道在空气流出口上方围绕竖直轴线而向一定方向转动，从而将入口空气流动流隔离于出口空气流动流。
根据本发明的进一步的实施例，提供一种使用加热塔加热液体的方法，包括如下步骤将第一入口门致动到开启位置，开启第一空气流入口；将第一出口门致动到开启位置，开启第一空气流出口；将空气流通过第一空气流入口引导进入加热塔；使空气流通过填充介质；将空气流通过第一空气流出口而从加热塔排出；和将入口空气流隔离于出口空气流。
根据本发明的又一实施例，提供一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括具有宽度W的第一加热塔单元；和具有宽度W的第二加热塔单元，其邻近所述第一加热塔单元，其中所述第一加热塔单元和所述第二加热塔单元间隔距离D，其中D等于2W。
在此已经相当广泛地描述了本发明的特定实施例，以便可以更好地理解详细内容，并更好地认知本发明对于现有技术的贡献。当然，下文中将描述本发明的更多的实施例，这些实施例将形成所附权利要求的主要内容。
关于这方面，在详细阐释本发明的至少一个实施例之前，可以理解的是，本发明在其使用方面不限于所描述的具体结构，也不限于在下文描述中或者在附图的图示中阐释的各元件的配置。除了所描述的实施例之外，本发明还可以多种不同方式执行。另外，可以理解的是，这里所采用的词汇和术语，以及简称，意在描述，而不应该认为是在限制。
因此，本领域的技术人员将认知到，本公开内容所基于的概念可易于被使用作为如下方面的基础，即，设计用于执行本发明多种意图的其它结构、方法和系统。因此，重要的是，只要这样的等同结构不偏离本发明的精神和范围，则这类等同结构被认为被各权利要求所涵盖。
图1是根据本发明实施例的加热塔的侧向立体图。
图2是根据本发明实施例的可用于图1所示加热塔中的横流加热塔单元的横截面视图。
图3是根据本发明另一实施例的可用于图1所示的加热塔中的逆流加热塔单元的横截面视图。
图4是根据本发明另一实施例的加热塔单元的示意性的侧视图。
图5是根据图4所示实施例的加热塔的俯视立体图。
图6是根据本发明又一实施例的加热塔的示意性的侧视图。
图7是根据本发明再一实施例的加热塔的俯视立体图。
图8是根据本发明又一实施例的加热塔单元的局部切挖侧向立体图。
图9是根据本发明又一实施例的加热塔单元的俯视立体图。
图10是根据本发明又一实施例的加热塔结构的示意性的平面图。
图11是根据本发明又一实施例的加热塔的示意性的侧视图。
具体实施例方式
本发明的各优选实施例提供一种用于加热诸如水之类的液体的加热塔装置和方法。在一些配置中，加热塔及其装置被用于汽化或气化系统中和/或用于液化天然气(LNG)的汽化的处理。不过，可以理解的是，本发明并不限于其在LNG汽化处理方面的应用，而是例如能够用于需要加热液体等类似物的其它系统和/或其它处理过程。现在将参照附图进一步描述本发明的优选实施例，在附图中相同的附图标记在全文中代表相同的部件。
现在参照图1-3，所描述的通常标记为10的加热塔具有限定空气入口13的引入壳体或管道12。加热塔10还包括连接到引入壳体12的多个独立的加热塔单元14。图2描述了通常标记为14a的横流(cross-flow)加热塔单元，而图3描述了通常标记为14b的逆流(counter flow)加热塔单元，这两种加热塔单元均将在下文中予以进一步的详细论述。虽然图1示出加热塔10采用了十二个加热塔单元14(其中两个位于双曲线形壳体的正后方而未示出)，不过加热塔10可以采用不同数目的加热塔单元14，这种数目上的不同通常可以改变加热塔10的加热能力。类似地，加热塔10可以一律完全采用横流加热塔单元14a，或者一律完全采用逆流加热塔单元14b，或者采用这两种类型的加热塔单元14的组合。
如图1所示，空气引入壳体12优选地呈双曲线形状；不过，引入壳体可以采用不同的几何形状。双曲线形的空气引入壳体12设置了轻质而坚固的引入管道，其限定加热塔空气入口13并将该空气入口与加热塔空气出口相隔离，这将在下文中予以更为详细的论述。
现在参照图2，示意性描述了可用于加热塔10中的横流加热塔单元14a。加热塔单元14a为机械通风的加热塔单元14a，其包括水池16和水池16所连接到的框架组件或结构18。框架组件18包括通常标记为20且位于水池16的上方的空气入口，和出口21。横流加热塔单元14a还包括连接到框架组件18的风扇烟囱或烟罩22，风扇烟囱或烟罩22中设置有空气发生器或扇叶组件。扇叶组件通过齿轮结构而被转动，而齿轮结构则被马达驱动。
如图2所示，横流加热塔单元14a还包括示意性示出的水分配组件24。横流加热塔单元14a还包括通常标记为28的填充组件，其朝向与烟罩22和扇组件相对的位置。填充组件28位于水分配组件24的正下方，并沿着横流加热塔单元14a的整个空气入口而延伸。填充组件28由多个横流膜填充组构成，每个填充组包括多个相互连接的独立的横流膜填充片。所述膜填充组可具有不同的规格和尺寸，这取决于使用这些膜填充组的横流加热塔单元14a的规格和尺寸。构成填充组件28的膜填充组通过水分配池结构30而被支撑在横流加热塔单元14a中。在一个优选实施例中，构成了填充组的多个单独的片可通过线环而悬挂，所述线环环绕着横向于所述片的填充支撑管。于是，所述线环可连接到诸如池结构30的支撑结构。
现在参照图3，示意性示出了可用于加热塔10中的逆流加热塔单元14b。类似于图2所示的横流加热塔单元14a，逆流加热塔单元14b为机械通风的加热塔单元14b，其包括水池16和水池16所连接到的框架组件或结构18。框架组件18包括通常标记为20且位于水池16上方的空气入口，以及空气流出口21。逆流加热塔单元14b还包括了连接到框架组件18的风扇烟囱或烟罩22，风扇烟囱或烟罩22中设置有空气发生器或扇叶组件23。扇叶组件通过齿轮结构而被转动，而齿轮结构则被马达驱动。
如图3中所示，逆流加热塔单元14b还包括具有多个喷嘴26的水分配组件24。逆流加热塔单元14b还包括通常标记为32的填充组件，不过，就像逆流加热塔单元14b的名称所显示的，填充组件32为逆流填充组件32。填充组件32位于水分配组件24的正下方，类似于其在横流填充组件28中的对应部分，不过不同于其对应部分的是，填充组件32沿着框架组件18的整个水平区域延伸，位于空气入口20的正上方。填充组件32由多个逆流膜填充组构成，每个填充组包括多个相互连接的单独的逆流膜填充片。所述的膜填充组可具有不同的规格和尺寸，这取决于其中使用所述膜填充组的逆流加热塔单元14b的规格和尺寸。构成了填充组件32的膜填充组也通过多个水平设置并间隔的横向构件(未示出)而被支撑在逆流加热塔单元14b中。
现在参照图1-3，在加热塔10运行期间，水被输送到水分配组件24，该水分配组件接着将水输送或喷射到填充组件28、32上。当水被喷射到填充组件上时，空气也同时通过相应的扇组件而被引导通过加热塔单元14a、14b。空气初始时通过引入壳体12的空气入口13而进入加热塔10，而后，空气从此处进入到独立加热塔单元14a、14b的独立空气流入口。
如图2所示，随着空气流经过入口20进入横流加热塔单元14a，空气流接着沿着路径A流动，其中空气流接触并流经填充组件28。这样与填充组件接触的结果是，产生热交换，并且空气变得非常冷而潮湿。然后，潮湿的冷空气或水流经过空气流出口21而被排出横流加热塔单元14a。类似地，如图3所示，空气流经过在填充组件32下方的入口20进入逆流加热塔单元14b，并沿着路径B流动，其中空气流接触并流经填充组件32，在此处发生热交换并且空气变得非常冷而潮湿。然后，潮湿的冷空气或水流经过空气流出口21而被排出逆流加热塔单元14b。不过，如图2和3中所示，在横流单元12a中的流动路径使得，空气沿着路径A流动通过横流单元14a而使其以垂直的或法向的关系接触填充组件28和水，而空气沿着路径B流动通过逆流单元14b而使其以一致的关系接触填充组件32。
在加热塔10如上文所述的运行期间，引入壳体12相对于加热塔单元14而定位，从而使引入壳体12能够将进入入口13的空气流隔离于被排出加热塔单元14的相应出口21的流出物的出口流。引入壳体12的这种相对于加热塔单元14的定位或定向减少了再循环的发生。更具体地，这种定向减少了加热塔流出物被排出单元14并经过入口13而再次进入加热塔10的的发生。
在图2和3中分别描述的横流加热塔单元14a和逆流加热塔单元14b可被可替换地应用于不使用引入壳体等类似物的加热塔结构中。例如，在这类结构中，例如在图10所描述的结构中，独立的单元14可以成组放置，其中单元14与至少一个而优选地为两个宽度为W的单元间隔距离D，并且独立单元14优选地提升而离开地面。另外，可采用单一的加热塔单元14，其中该单一单元限定加热塔，例如单一单元横流加热塔或单一单元逆流加热塔。
现在参照图4，根据本发明另一实施例描述了通常标记为100的加热塔单元。加热塔单元100为机械通风的加热塔，其包括潮湿部分102、水收集池104、烟罩或风扇烟囱106、框架或框架组件108，以及在风扇烟囱106上方延伸的上罩110或者罩盖。加热塔单元100具有空气流入口112和空气流出口114。
风扇烟囱106包括设置其中并被马达驱动的叶片组件，而潮湿部分102包括液体分配器以及类似于前述实施例中的填充组件。该填充组件包括多个由独立膜填充片构成的膜填充组。根据加热塔单元100的应用，加热塔单元100可以具有横流或逆流的能力，这取决于在潮湿部分102的填充组件中所使用的膜填充片的类型。基于空气入口而显示为逆流。
如图4所示，上罩110具有第一壁116，其向上延伸而远离潮湿部分102。上罩110还包括第二壁118，其连接到第一壁116并且在风扇烟囱106上方水平延伸而横过加热塔单元100。上罩110进一步包括第三倾斜壁或檐120，其连接到第二壁118，并且以一定角度向下延伸而远离加热塔单元100一段距离而到达风扇烟囱106下方。
在加热塔单元100运行期间，水被输送到潮湿部分102，在此处喷嘴将水喷射至填充组件上。当水被上喷射至填充组件时，空气同时被扇组件引导通过加热塔单元100。空气初始时通过空气入口112进入加热塔单元100，并沿着初始路径C流动，其中空气流动通过潮湿部分102并接触填充组件。随着空气经过潮湿部分102的填充组件，发生热交换，并且空气变得非常冷而潮湿。然后，潮湿的冷空气或流出物经风扇烟囱106排出加热塔单元100。一旦被流出物排出加热塔单元100，则上罩110引导流出物向下向外流动，从而远离加热塔单元100，如箭头D所示。
在如上所述的提到的加热塔单元100运行期间，上罩110用来将流出流隔离于进入入口112的空气流。一旦流出物通过风扇烟囱106而排出加热塔单元，则空气接触上罩的壁116、118、120，这些壁迫使流出物沿着与入口112相反的方向，如箭头D所示，从而减少了发生再循环的可能。更具体地，上罩110的使用和它的壁116、118、120的作用，减少了加热塔流出物排出加热塔单元100并经入口112再次进入单元100的发生。上罩壁的结构并不局限于此，而是，例如，壁116和118可被替换以三个或更多个直壁段，以提供更多的弯曲近似。进一步地，上罩110可为曲线状。
类似于先前所述的实施例，图4所述的加热塔单元还可结合从入口112延伸的引入壳体而使用。而且，加热塔单元100可结合多个类似的塔单元而使用，以形成大型的多单元加热塔，例如具有类似于图1中的双曲线壳体的加热塔。
图5示出了通常标记为122的多单元加热塔，其采用了四个加热塔单元100，其中的每一个均类似于图4中所示的加热塔单元。每个所述单元100设有上罩110，其结合以形成在相应的各加热塔单元100的所有风扇烟囱的上方的顶板或罩盖123。在所示的实施例中，加热塔单元100具有公共入口124，空气由此处进入到加热塔122。公共入口124的作用类似于空气入口壳体，类似于图1所示实施例中描述的那样。公共入口124结合顶板或罩盖123，以减少加热塔流出物排出加热塔单元100并通过空气入口124而重新进入加热塔122的发生。
现在参照图6，根据本发明的可替换实施例，描述了横流加热塔单元200。加热塔单元200为机械通风的加热塔单元200，类似于先前的实施例所述，其包括水池16和水池16所连接的框架组件或结构18。加热塔单元200优选地被提升或被抬起而离开地面，类似于之前的实施例，不过，对于正确操作而言不必要求这样的提升。横流加热塔单元200还包括风扇烟囱或烟罩202，其连接到框架组件18并限定空气入口204。风扇烟囱202在其中设有空气发生器或扇叶组件。扇叶组件通过齿轮结构而被转动，而齿轮结构则被马达驱动。
如图6所示，横流加热塔单元200还包括水分配组件24及通常标记为206的空气流出口。横流加热塔单元200还包括通常标记为28的填充组件，其位于水分配组件24的正下方，并且延伸横过横流加热塔单元200的整个出口206。填充组件28由多个横流膜填充组构成，而每个填充组包括多个相互连接的独立的横流膜填充片。所述膜填充组可具有不同的规格和尺寸，这取决于其中使用所述膜填充组的横流加热塔单元200的规格和尺寸。构成填充组件28的膜填充组通过线环之类而被支撑于横流加热塔单元200中，线环等类似物环绕横向于所述组的独立片的填充支撑管。于是，线环可连接到诸如池结构30的支撑结构。
在横流加热塔单元200的运行期间，水通过水分配组件24而被输送或喷射到填充组件28上。当水被喷射到填充组件28上时，空气同时被扇组件引导通过横流加热塔单元200。空气初始时通过空气入口204进入加热塔200，然后在此处空气接触填充组件28。
如图6所示，随着空气流通过入口204进入横流加热塔单元200，空气流沿着路径E流动，其中空气流以垂直或法向的关系接触填充组件28，并流经潮湿的填充组件28而导致发生热交换。同样地，由于这种接触，空气变得非常冷而潮湿。然后，潮湿的冷空气或流出物通过空气流出口206排出横流加热塔单元200。
在横流加热塔单元200如上所述的运行期间，风扇烟囱或烟罩202用于将进入入口204的空气流隔离于排出出口206的流出物的出口流。风扇烟囱202相对于出口206的这种定位或定向，减少了再循环的发生。更具体地，这种定向减少了加热塔流出物被排出单元200并经入口204而重新进入所述单元的发生。
现在参照图7，根据本发明又一实施例描述了通常标记为300的加热塔。如图7中所示，加热塔包括空气入口管道302，随着空气进入加热塔300，加热塔流出物行进而经过空气入口管道302。类似于图1-3所述的实施例，加热塔300包括多个独立加热塔单元14，它们连接到空气入口管道302并以相对串联的关系而相互连接。与之前在图1-3中所论述的实施例类似，在塔300中使用的加热塔单元14，每一个均为机械通风的加热塔单元14，其具有其中设置扇组件的风扇烟囱或烟罩303。每个加热塔单元14的风扇烟囱303结合从而限定加热塔300的一个或多个空气流出口。而且，加热塔单元14可为类似于图2所示的横流设计，或者可为类似于图3所示的逆流设计。
尽管图7描述的加热塔300采用十二个加热塔单元14，不过加热塔300也可以采用不同数目的加热塔单元14，从而使终端用户能够调整加热塔300的加热能力。类似地，加热塔300可一律均采用横流加热塔单元14、或者一律均采用逆流加热塔单元14，或者采用所述两种类型的加热塔单元14的任意组合。
如图7所示，空气入口管道302优选地呈矩形形状，并具有两个端部分304和一中间部分306。这些部分中的每一个包括连接到两个相对侧壁310的相对的顶壁和底壁。虽然所描述的空气入口管道302具有大致矩形的几何形状，不过入口管道302也可以采用不同的几何形状。在所描述的实施例中，空气入口管道限定了对于加热塔300的双向的空气流入口312，并且用来将空气入口312隔离于独立加热塔单元14的加热塔空气出口。
在加热塔300的运行期间，空气通过管道302通过所述加热塔单元而被引导进入加热塔300，如箭头G所示。空气接着流进相应的加热塔单元14的潮湿部分，在此处发生热交换，类似于图1-6所述的实施例。随着空气流经潮湿部分，空气将其热量传递至下落的液体上，因而空气温度明显变得更冷。然后，冷空气或流出物通过独立的单元14的烟囱303排出每个独立的加热塔单元14，如箭头G’所示。
在加热塔300的上述运行期间，空气流入口管道302用来将进入独立的加热塔单元的入口空气流隔离于从烟囱303被排放的流出空气，从而降低了再循环发生的可能性。
可替换地，图7所示的加热塔和独立的单元14，可以被重新构造使得空气入口管道302用作出口管道，随着流出物排出加热塔300，加热塔流出物通过所述出口管道行进。与图1-3所述的实施例类似，加热塔300包括多个独立加热塔单元14，它们连接到空气出口管道302并且以相对串联的关系相互连接。与之前论述的实施例类似，用于塔300中的加热塔单元14均为机械通气的加热塔单元14，其具有其中设置扇组件的风扇烟囱或烟罩303。不过，在此重新构造的实施例中，每个加热塔单元14的风扇烟囱303结合以限定加热塔300的空气流入口而不是出口。
在采用所述可替换构造的加热塔300的运行期间，如前所述，空气通过每个风扇烟囱303通过加热塔单元被引导进入加热塔300，如箭头H所示。空气接着流进相应的加热塔单元14的潮湿部分，在此处发生热交换，类似于图1-6中所述的实施例。随着空气流经潮湿部分，空气将其热量传递至下落的液体，从而使空气温度明显变得更冷，并聚集了湿气。然后，冷空气或流出物排出每个独立加热塔单元14，在此处，空气进入空气流出口管道302，如箭头H’所示。
现在参照图8，根据本发明另一实施例描述了通常标记为400的加热塔单元。加热塔单元400类似于之前如图1-7所述的实施例。加热塔单元400可定向从而在类似于图2和6所示的横流加热塔结构或构造中运行，或者，加热塔单元400可定向从而在类似于图3中所示的横流加热塔结构或构造中运行。不过，尽管图3所示的实施例采用侧向烟囱，但图8所示的实施例却采用竖直烟囱。
类似于之前结合图1-7所述的实施例，加热塔单元400为机械通风的塔单元400，其包括水池(未画出)和下罩401。下罩401包括潮湿部分402以及水池，并且由四个侧部404构成。加热塔单元400还包括第一空气入口403a和与其相对的第二空气入口403b。空气入口403a、403b中的每一个均具有多个入口门或窗405，在加热塔单元400运行期间，门或窗405根据需要可用来控制经过入口403a、403b的空气流动。加热塔单元400还包括烟罩或风扇烟囱407，其安装于下罩401的顶部并在其中设有空气发生器或扇叶组件。扇叶组件通过齿轮结构而被转动，齿轮结构则被马达驱动。
潮湿部分402类似于之前所论述的实施例中的情况，其包括液体分配器以及填充组件，此二者出于清楚的考虑并未画出。填充组件包括多个由独立膜填充片构成的膜填充组。根据加热塔单元400的应用，加热塔单元可安装逆流膜填充片或横流膜填充片，因此，所述单元可以或者用作在逆流塔中的逆流单元，或者用作在横流塔中的横流单元。
如图8所述，加热塔单元400还包括上罩或出口罩406，其被安装到或连接到下罩401。出口罩406包括从下罩401向上延伸的两个相对的端壁408，而这两个端壁连接到也从下罩401向上延伸的两个相对的侧壁410。出口罩406还包括第一空气出口412，其沿着向下倾斜的朝向而定位；和第二空气出口414，其与第一空气出口412相对并沿着向下倾斜的朝向定位。空气出口412、414中的每一个包括一系列窗或门416，其水平延伸于出口罩406的端壁408之间并用来控制来自相应的出口412、414的空气流或流出物。
在图8所述的实施例的描述中，加热塔单元400的空气流入口403a、403b仅示出在相对的侧壁上，不过，加热塔单元400可在下罩401的所有四个侧部404上设有类似于之前描述的多个空气流入口403。所述多个空气入口中的每一个还包括入口窗或门405，其沿着所述壁的整个长度延伸。类似地，空气出口414不必沿着向下倾斜的朝向而被定位于相对的侧部上。可替换地，上罩406可呈大致正方形或矩形的几何形状，类似于下罩401，上罩406设有多个空气出口414，类似于之前所描述的空气出口，每个空气出口414沿着上罩406的四个侧部408、410定位或延伸。所述的多个空气出口412、414中的每一个还包括出口窗或门416，其沿着所述出口的整个长度水平延伸。
在加热单元400运行期间，水被输送到潮湿部分402，在该处喷嘴将水分配到填充组件上，而不论其为横流还是逆流。当水被分配到填充组件上时，空气同时被扇组件引导通过加热塔单元400。如箭头F所示，空气在初始时通过空气入口403a进入加热塔单元400，并接着流进和通过潮湿部分402，在该处，空气接触填充组件。随着空气经过潮湿部分402，发生了热交换，然后空气变得非常冷且潮湿。然后，潮湿的冷空气或流出物通过风扇烟囱407排出加热塔单元400。
如图8所示，风扇烟囱407设置于上罩406之内的下罩的顶部，因此，一旦流出物排出加热塔单元400，就进入上罩406。在所描述的实施例中，加热塔单元400的设置使得第一空气出口412的窗416关闭，从而关闭出口412，而同时，第二空气出口414的窗或门416开启。因此，空气一旦进入上罩406，就接着通过第二空气出口414而排出加热塔单元400，如箭头F所示。
在加热塔单元400的运行中，上罩406结合空气出口414的窗416，用来将来自风扇烟囱407的流出流隔离于进入入口403的空气。一旦流出物通过风扇烟囱407排出加热塔单元400，该流出物被阻止通过第一空气出口412而排出上罩406，这是因为窗416被关闭。因此，流出物实际上被迫使或引导而通过第二空气出口414排出。这样，流出物在与空气入口403相对的侧部上排出加热塔单元400，从而减少了将要发生再循环的可能性。更具体地，第二空气流出口414结合第一空气入口403a的应用，减少了加热塔单元400的流出物排出加热塔单元400并经入口403a重新进入单元400的发生。
另外，在运行期间，加热塔单元400可以使用不同于图8中所示构造的可替换构造来进行操作。加热塔单元400也可以通过如下构造而进行操作，其中，第一入口403a随同第二出口414而关闭，而第二空气进入出口403b随同第一空气出口412开启。而在此结构中，空气通过第二入口403b流入加热塔单元400中，流经潮湿部分402，并流出风扇烟囱407，如结合先前实施例所述。不过，不同于图8所述的结构的是，流出物排出风扇烟囱407，并接着通过与第二空气入口403b相对的第一出口412而排出上罩406。
类似于图8所述的结构，在上述的可替换结构中，第一空气出口412的窗416用于将加热塔单元400的流出流隔离于进入第二空气入口403b的空气。流出物一旦通过风扇烟囱407排出加热塔单元400，则被阻止通过第二空气出口414而被排出上罩406，这是因为窗416被关闭。因此，流出物被迫使或引导而通过第一空气出口412排出。这样，流出物在与第二空气入口403b相对的侧部上排出加热塔单元400，从而减小了发生再循环的可能性。更具体地，在第二空气出口414上的窗416的关闭，而同时在第一空气出口412上的窗416的开启，并结合第二入口403b的使用，减少了流出物排出加热塔单元400并通过第二入口403b重新进入单元400的发生。
入口403和出口412、414的相应窗405和416，优选地通过机械致动器而在开启位置和关闭位置之间被致动。所述致动器通过控制器418而操作，控制器418允许加热塔单元400的操作者在单元400运行期间，例如响应于诸如风向的大气状况，而选择或指定开启或关闭入口403或出口412、414中的哪一个。而且，控制器418可以包括传感装置，其传感大气状况或大气状况的改变，并通过相应开启和关闭空气流入口和出口来自动改变加热塔单元的配置。
现在参照图9，描述了加热塔单元500，其为图8所示加热塔单元400的可替代实施例。加热塔单元500类似于图8所示，不过图9所示的加热塔单元500采用排出管道或端口502来代替上罩406。
如图9所示，排出端口502连接到风扇烟囱407并提供远离入口403a的路径用于排出加热塔流出物。在加热塔单元500的运行期间，流出物通过风扇烟囱407排出加热塔单元500，并且流经排出端口502。排出端口502用来引导流出物沿着向外的路径而远离加热塔单元500，如箭头F所示。该路径减少了发生再循环的可能性。更具体地，排出管道502用来减少加热塔单元流出物排出加热塔单元500并通过入口403a和403b重新进入单元500的发生。
加热塔单元500的排出管道502优选地通过机械转动装置而围绕着风扇烟囱407转动。类似于图8所述的实施例中的致动器，所述机械转动装置由控制器418操作，控制器418允许加热塔单元500的操作者在单元500运行期间，例如响应于诸如风向的大气状况，而针对排出管道502选择所希望的位置。而且，控制器418可以包括传感装置，其传感大气状况或大气状况的改变，并自动将排出管道502转动到预定的或预计的位置。
现在参照图10，根据本发明的可替换实施例描述了通常标记为600的加热塔结构的示意性平面图。如图10所示，加热塔结构600的每个独立的加热塔单元14，宽度均为W，而其间隔为D。在某些加热塔结构中，例如，加热塔单元宽度W可在从大约30’到大约60’的范围内，而在其它结构中，独立单元的宽度W可在从大约50’到大约60’的范围内。在一个优选实施例中，独立加热塔单元14之间的距离D优选地为加热塔单元14的宽度W的两倍，或者约等于2W。
现在参照图11，其中示出了通常标记为700的加热塔的侧向示意图。加热塔700优选地为机械通风的加热塔，其具有相对的空气入口702和704；和第一系列叶片型节气门706，其对应于第一入口702；以及第二系列叶片型节气门708，其对应于第二入口704。虽然图11中描述的是叶片型的节气门706、708，不过加热塔700也可以可替换地采用与所描述的叶片型节气门类型不同的节气门，例如，转动(roll-up)门。第一系列节气门706用于控制通过第一入口702的入口空气流，而第二系列节气门708用于控制通过第二入口704的入口空气流。所述加热塔进一步包括潮湿部分710，其在逆流的情况下大致位于入口702、704的上方，或在横流的情况下水平邻接入口702、704；以及风扇烟囱712，其连接到潮湿部分710。如图11所示，加热塔700还包括一系列可转动叶片(vane)714，其被连接到风扇烟囱712并延伸横越通常标记为716的加热塔出口。
在加热塔700运行期间，水被输送到潮湿部分710，这类似于结合先前实施例所述的潮湿部分，空气同时被扇组件引导通过加热塔700。在所描述的结构中，第一节气门706开启，而第二节气门708关闭。因此，空气通过第一空气入口702进入加热塔700，并沿着路径I流动，在此空气流经潮湿部分710并接触填充组件。随着空气经过潮湿部分710的填充组件，发生了热交换并且空气变得非常冷。然后，冷空气或流出物通过风扇烟囱712排出加热塔700。随着流出物排出加热塔700，可转动叶片714用于将来自风扇烟囱712的流出流隔离于进入入口702的空气。
如图11所示，可转动叶片引导流出物在与空气入口702相对的侧部上排出加热塔700，如空气流趋向I所示，从而减少了将发生再循环的可能性。更具体地，可转动叶片714结合第一空气入口702的使用，减少了加热塔700中的流出物排出加热塔700并通过入口702再次进入塔700的发生。
另外，在运行期间，加热塔700可以使用不同于如图11中所示结构的可替换结构来进行操作。加热塔700也可以通过如下结构进行操作，其中，第一系列节气门706关闭，同时第二系列节气门708开启。在这种结构中，可转动叶片714以与第二入口704相反的方向而转动。当采用这种结构时，空气通过第二入口704流进加热塔700，流经潮湿部分710，并且流出风扇烟囱712，如结合先前实施例所述。不过，与如图11所示的结构不同的是，流出物排出与第二空气入口704相对的风扇烟囱712。
本发明的许多特征和优点从详细的说明中变得明显，因此，所附的权利要求意在涵盖落于本发明的精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。进一步，因为本领域技术人员将易于进行多种不同的改造和变化，因此没有必要将本发明限制于所描述和阐释的特定结构和操作，相应地，可采用所有合适的改造和等同变换，这些都将落于本发明的范围中。
权利要求
1.一种使用具有竖直轴线的加热塔来加热流体的方法，包括将空气流通过入口而引入到所述加热塔中；使所述空气流通过填充介质；使所述流体通过所述填充介质；将所述空气流通过出口而从所述加热塔排出；和将所述入口空气流隔离于所述出口空气流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述入口包括入口管道。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述入口管道是双曲线形壳体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述出口包括出口管道。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述入口包括入口管道，所述出口包括出口管道。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤，即，将所述出口空气以与所述入口相反的方向进行引导，其中，所述引导步骤使用在所述出口的上方横越延伸的罩。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述罩包括第一壁，其沿着第一方向向上延伸而远离所述加热塔，所述第一方向大致平行于所述竖直轴线；第二壁，其连接到所述第一壁，其中所述第二壁与所述第一壁呈一角度而延伸横越所述出口；和檐，其连接到所述第二壁，其中，所述檐与沿着第二方向的所述第二壁呈一角度而向下延伸远离所述加热塔一段距离，从而处于所述空气流出口的下方。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述流体是水。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充介质是横流膜介质。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充介质是逆流介质。
11.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括空气流入口，其提供入口空气流动流，其中所述空气入口包括入口管道；空气流出口，其提供出口空气流动流；和至少一个加热塔单元，其连接到所述入口管道和所述出口，所述加热塔单元包括液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，其中所述入口管道将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
12.根据权利要求11所述的加热塔装置，其中，所述入口管道呈大致双曲线形状。
13.根据权利要求11所述的加热塔装置，其中，所述填充介质为横流填充介质。
14.根据权利要求11所述的加热塔装置，其中，所述填充介质为逆流填充介质。
15.根据权利要求11所述的加热塔装置，其中，所述至少一个加热塔单元为多个加热塔单元，每个所述加热塔单元均连接到所述入口管道和所述出口。
16.根据权利要求15所述的加热塔装置，其中，所述入口管道具有周界，所述多个加热塔单元沿着所述入口管道的所述周界而设置。
17.根据权利要求11所述的加热塔装置，进一步包括安装到所述空气流出口的出口管道。
18.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括空气流入口，其提供入口空气流动流；空气流出口，其提供出口空气流动流，其中所述空气流出口包括出口管道；和至少一个加热塔单元，其连接到所述入口和所述出口管道，所述加热塔单元包括液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上，其中所述出口管道用于将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
19.根据权利要求18所述的加热塔装置，其中，所述出口管道呈大致矩形的几何形状，并定位于大致垂直于所述竖直轴线的位置。
20.根据权利要求18所述的加热塔装置，其中，所述填充介质是横流介质。
21.根据权利要求18所述的加热塔装置，其中，所述填充介质是逆流介质。
22.根据权利要求18所述的加热塔装置，其中，所述至少一个加热塔单元为多个加热塔单元，每个所述加热塔单元均安装到所述出口管道。
23.根据权利要求22所述的加热塔装置，其中，所述多个加热塔单元沿着所述出口管道以相对的关系而布置，其中所述多个加热塔单元被布置为以第一系列沿着所述出口管道的第一侧而布置，和以第二系列沿着所述出口管道的与所述第一侧相对的第二侧而布置。
24.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上；空气流入口，其提供入口空气流动流；空气流出口，其提供出口空气流动流；和罩，其将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
25.根据权利要求24所述的加热塔装置，其中所述罩包括第一壁，其沿第一方向大致平行于所述竖直轴线而向上延伸，从而远离所述液体分配组件而至所述出口的上方；第二壁，其连接到所述第一壁，其中所述第二壁沿大致正交于所述竖直轴线的第二方向延伸而横越所述出口；和檐，其连接到所述第二壁，所述檐从所述第二壁沿与所述第一方向相反的第三方向以一角度延伸一段距离，而至每个所述空气流出口的下方。
26.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括空气流入口，其提供入口空气流动流；多个加热塔单元，每个所述加热塔单元连接到所述空气流入口，其中，每个所述加热塔单元包括液体分配组件；和填充介质，其中所述液体分配组件将液体分配到所述填充介质上；空气流出口，其提供出口空气流动流；和罩，其延伸越过所述多个加热塔单元的每个所述空气流出口，其中所述罩将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
27.根据权利要求26所述的加热塔装置，其中所述罩包括第一壁，其沿第一方向大致平行于所述竖直轴线而向上延伸，从而远离所述液体分配组件而至所述出口的上方；第二壁，其连接到所述第一壁，其中所述第二壁沿大致正交于所述竖直轴线的第二方向延伸而横越所述出口；和檐，其连接到所述第二壁，所述檐从所述第二壁沿与所述第一方向相反的第三方向以一角度延伸一段距离，而至每个所述空气流出口的下方。
28.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括用于将空气流通过入口而引导进入所述加热塔的装置；用于使所述空气流通过填充介质的装置；用于使所述流体通过所述填充介质的装置；用于将所述空气流通过出口而从所述加热塔排出的装置；和用于将所述入口空气流隔离于所述出口空气流的装置。
29.一种用于加热塔的空气引导系统，包括空气流入口，其提供入口空气流动流；和空气流出口，其提供出口空气流动流，其中所述空气引导系统将所述入口空气流动流隔离于所述出口空气流动流。
30.一种用于加热液体的加热塔装置，所述液体沿着竖直轴线以大致向下的方向下落，所述装置包括具有宽度W的第一加热塔单元；和具有宽度W的第二加热塔单元，其邻近所述第一加热塔单元，其中所述第一加热塔单元和所述第二加热塔单元间隔距离D，其中D等于2W。
31.根据权利要求30所述的加热塔装置，其中W等于大约30’至大约60’。
32.根据权利要求31所述的加热塔装置，其中W等于大约50’至大约60’。
全文摘要
本发明提供一种使用加热塔加热流体的方法。所述方法包括如下步骤将空气流通过入口引入到加热塔中并且使空气流通过填充介质。用于加热流体的方法还包括引导流体通过填充介质，以及通过出口将空气流从加热塔排出。所述方法进一步包括将入口空气流隔离于出口空气流。
文档编号F17C7/04GK101057119SQ200580031468
公开日2007年10月17日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月17日
发明者埃尔顿·F·摩克利, 杨继东, 格里高利·P·亨切尔, 贾森·斯特拉特曼, 格伦·S·布伦内克, 达林·雷·克鲁宾, 詹姆斯·道格拉斯·兰道尔, 奥勒·L·小金尼 申请人:Spx冷却技术公司