专利名称：封闭式冷却塔用防冻换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防冻换热器，特别是涉及一种用于封闭式冷却塔的防冻换热 器。
背景技术：
当前，国内外用于循环水冷却的主要设备为冷却塔，当冷却水水质要求非常高或
在严重缺水地区时，就会选用封闭式冷却塔作为循环水冷却设备，因此，在电力、食品、饮
料、光伏太阳能等许多重要行业以及北方缺水地区越来越多的工程中选用封闭式冷却塔作
为循环水冷却的设备，封闭式冷却塔可以保证冷却介质与外部环境的隔绝，同时将热交换
器与开式冷却塔二者结合在一起，减少用户的投资成本，同时能节约大量的水资源。 目前，封闭式冷却塔的形式从喷淋水与空气流向上分主要有逆流式和横流式；从
是否安装预冷却填料可分为带预填料的封闭式冷却塔和不带预填料的封闭式冷却塔；从
换热管的材质选用上可分为碳钢管、铝管、不锈钢管、铜管等；从换热管的连接结构上可
分为封头板结构和U型弯头焊接结构。当然还可以有其它的分类法，从现在的使用状况来
看，封闭式冷却塔大多采用铜管加"U"型铜弯头焊接的形式。
逆流封闭式冷却塔的主要工作原理工艺水从需要冷却的设备中吸收热量后成为
热水，经压力推动后进入冷却塔上换热器的进水集管内，工艺水由进水集管均匀分配流入
换热管中，沿蛇形换热管在冷却塔的换热器内流动，最后汇集到出水集管中，通过出水集管
流回到需冷却的设备中，工艺水在冷却塔内来回流动的过程中，换热管内的工艺水通过管
壁与管外的喷淋水和空气进行热交换，由于管内外存在温度梯度，管内的较高温度的水将
热量传递给管外的较低温度的水膜和空气，当工艺水沿着蛇形换热管流动到出水集管时，
管内的工艺水的热量已被管外的低温水和空气带走，管内水温度降低，达到冷却温度，回流
到需冷却的设备当中，再次吸收热量，从而完成一个冷却循环周期，这是工艺热水的循环；
另一方面，喷淋水由设置在冷却塔底部的集水盘收集，由喷淋泵将集水盘中收集的水抽吸
并加压送到位于冷却塔上部的喷淋管内，喷淋管内的水通过喷头将水均匀分散到预冷填料
上，在填料上形成均匀水膜，缓慢向下流动，填料表面凹凸不平的波纹可增加水的紊流度，
增加与空气的接触换热效果，水膜向下流动时，与向上流动的空气进行热交换，空气吸收喷
淋水中的热量，将喷淋水冷却，流经预冷填料得到冷却的喷淋水再次均匀的喷淋在换热器
中的换热管表面上，在换热管表面形成均匀的水膜，覆盖整个换热管的表面，因为喷淋水形
成的水膜与管内工艺水存在温度差，这样就会在管内与管外之间产生热交换，随着这个热
交换过程的持续进行，管内水的热量不断向管外水膜传导，直到两者之间平衡，热传导过程
才可能停止，管外水膜在与管内工艺水进行热交换的同时，水膜外表面与向上流动的空气
也在进行接触换热和蒸发散热，这样使得水膜外侧的温度始终低于内侧，与内侧的水膜温
度保持一定的温度梯度，从而保持水膜本身由内到外的热传导过程的持续，这样热量就从
管内工艺水通过管壁传导给水膜内侧，水膜内侧的热量通过水膜本身热传导到了水膜外
侧，水膜外侧的热量通过水膜与空气的接触换热和蒸发散热，将热量传递给空气，使之变成湿热空气，通过顶部风机的抽吸，最终被排放到大气中，热量也随之散发至大气中，最终达 到冷却换热管内工艺水的目的。封闭式冷却塔中的喷淋水在整个运行过程中只是起到一个 传递热量的媒介作用，其损失的水量主要是运行时蒸发的水蒸汽和被风吹走的部分，完成 媒介作用后的喷淋水汇集到冷却塔底部集水盘中，再次回流到喷淋泵的入口 ，进入下次循 环，这就是外部循环的喷淋水系统。同时，空气经由塔顶风机抽吸进入冷却塔内，首先与换 热器中的换热管及其表面的水膜进行传热传质交换，吸收其热量，接着进入预冷填料中，在 预冷填料中与喷淋水再次进行热交换，提高热交换的效率，成为湿热空气，经除水器回收水 分后，被风机抽吸而最终排出到冷却塔外，散入大气中，完成空气的运行过程。因此，管内水 温与管外喷淋水之间的温差越大，热传导效率就越好，管外水膜温度与空气的温差越大，喷 淋水与空气之间的热交换效果越好。 横流式封闭冷却塔目前结构型式有多种，其主要差别在预冷填料与换热盘的布 置上，主要有1)换热器放在上层，预冷填料放在下层，其布置方式类似于蒸发式冷凝器；2) 换热器放在下层，预冷填料放在换热器之上；3) —层换热管一层预冷填料；4) 一单元换热 器一单元预冷填料；现以上部为预冷填料，下层为换热器为例，概述横流式封闭冷却塔的工 作原理首先，从设备处吸收热量的工艺水经加压进入换热器的进水集管内，经分配分别 进入与进水集管相联的换热管，热水沿换热管的走向水平来回流动，最终流向出水集管，在 热水流动过程中，管内水温高于管外水膜温度，存在一定的温度差，因此，流动过程中管内 水不断的将热量传递给管外水膜，管内水不断得到冷却，最终得到所需的冷却水，回流到需 冷却的设备中，进入下一个循环冷却周期中.同时，外部喷淋水通过自带的喷淋泵将喷淋 水从冷却塔底部集水盘中抽吸后再送到上部的配水盘中，喷淋水通过配水盘底部均匀分布 的小孔将喷淋水分散后均匀地喷淋到预冷填料上，喷淋水在预冷填料表面上形成均匀的水 膜，并且沿填料凹凸不平的表面向下流动，在预冷填料中，水膜与横向流动的空气发生接触 换热和蒸发换热，使喷淋水得到冷却，冷却后的喷淋水流出预冷填料接着又均匀喷洒在换 热管上，在换热管表面又一次形成水膜，包裹换热管，换热管表面上的水膜不断轮动，使位 于换热管表面的水膜的水不断向下流动，上面的喷淋水不断的补充，在水膜不断的轮动中， 因为与换热管内工艺水之间存在温度差，换热管内的水温度高于换热管外水膜的温度，使 水膜不断与换热管内的水进行热量交换，换热管外的水膜不断吸收热量，同时这部分水膜 表面又与横向流动的空气进行接触，接触过程中与水膜发生接触换热，同时水膜表面水发 生蒸发，形成水蒸汽将部分热量带走.在整个过程中，水膜不断从换热管内流动的工艺热 水中吸取热量，然后通过水膜内外侧的温度梯度，使热量从内侧传递到外侧，水膜的外侧又 与流过的空气接触，发生接触换热和蒸发吸热.使空气吸收热量变成湿热空气，最后由风 机抽吸而排出塔外，散入大气中.吸收了热量又散出了热量的喷淋水最后落入冷却塔底部 集水盘中，准备下一次循环，这是喷淋水的循环周期；而空气由风机抽吸，从冷却塔两侧被 吸入，横向流过换热盘管和预冷填料，吸收喷淋水中的热量变成湿热空气最后排出冷却塔 进入大气中。 目前，用在冷却塔中的换热器普遍采用的结构为多层换热盘管通过"U"型接头 连接，各层换热盘管的各条管路组成一个完整的回路，通过进水集管和出水集管连通起来， 换热管与"U"型弯头之间采用焊接连接。采用上述结构的换热器在气温低的环境下停用时， 由于换热管内存水容易结冰造成换热管冻裂，尤其在"U"型管与换热管的接头处更容易被冻裂，结果不仅使管内的工艺水流失，造成水资源的浪费，同时，由于管路破裂，造成管内压 力缺失，管内水流无法有效运行，影响生产设备的正常运行，而且，换热管冰裂时由于各管 间与"U"型管焊接密封固定连接，因此当一条管路破裂时，需拆下相连的管路，所以维修相 当困难，为防止气温低时冻裂管路，本技术领域的工作人员进行了多种尝试，但都没能有效 解决管路冻裂的问题，目前的主要方法有1)向管内加防冻液目前主要用乙二醇作为防 冻液。其优点是不用担心气温突变等情况时的防冻问题，缺点是防冻液对工艺水是一种污 染，且防冻温度有一定的局限，对水质要求高的场合不适用本方案。2)用压縮空气将管内 积水排出，冬季封闭塔停用后，通过进水集管上的排气孔，用压縮空气把管内积水压出。这 种方法相对比较简单容易操作，对管内水质没有影响，缺点是需配空压机，同时无法彻底将 管内积水排放干净，有可能只排空部分管子内的积水，所以换热管仍有可能会冻裂。3)天 气寒冷时带热负荷运行，保证管内的水温在0°C以上，可防止管内水结冰，从而防止换热管 的冰裂，这种方法的优点是操作比较简单，缺点是必须保持有热源，在冬季会消耗额外的能 源。4)加热喷淋水，使管外的水膜水温保持在较高温度上，从而将热量从外侧水膜传导给管 内水，使管内水不结冰，而达到防止换热管冰裂的目的。这种方法的优点是操作比较简单， 缺点是在集水盘中须加装加热器，同时在冬季采用这种方式运行会消耗大量的热量，从而 耗费大量能源，费用较大。5)将换热管制作时设计成一定坡度的结构，让管内的水通过坡度 的作用自行向下流出，采用这种方式的优点是无须增加额外的能源，其缺点是无法将水全 部排出。因为水表面具有一定的张力，当管子的坡度较小时，由于水的张力存在，管内水无 法自行向下流动，特别是当管子采用弯头连接形成一体时，行程增加，这时更无法采用这种 结构达到自行排水的目的。如何防止封闭式冷却塔换热管在寒冬时节不被冻裂是一个非常 紧迫的和重要的课题。
实用新型内容本实用新型的目的是解决现有技术中冷却塔用换热器在气温低的环境下停用由
于换热管内留存水，换热管易冻裂的不足，提供一种停用时在换热管中不积水或积水量很
少，防止换热管冻裂的封闭式冷却塔用换热器。 本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的 —种封闭式冷却塔用防冻换热器，由设置有放气阀的进水集管、上、下层布的多层
换热管、连接各层间换热管的转向管以及出水集管组成，所述每层换热管由前、后并列排布
的多条通管组成，所述的转向管为中空的两端封闭管，各层的通管与所对应的转向管密封
连通，所述的各转向管的一端设置有放水阀； 所述的每层换热管顺着水流方向向下倾斜设置； 由设置有放气阀的进水集管、前、后层布的多层换热管、连接各层间换热管的转向 管以及出水集管组成，所述每层换热管由上、下并列排布的多条通管组成，所述的转向管为 中空的两端封闭管，各层的通管与所对应的转向管密封连通，所述的各转向管的一端设置 有放水阀； 所述的每层换热管由进水集管的一侧向出水集管一侧由上向下倾斜设置； 所述的换热器本体由换热器支撑架支撑，所述的换热管由换热管支撑板支撑； 所述的转向管为两端封闭的金属管；[0015] 所述各通管与转向管间通过密封连接件连接。 采用本实用新型结构的冷却塔用换热器，由于各层换热管间由中空的两端密封的 转向管连接，且每层转向管设置有放水阀，当停用冷却塔时，同时开启集热管的放气阀和放 水阀后，进水集管、出水集管及换热管中的存水向放水阀处汇集，经由放水阀排出，所以，换 热器内不积水或积存少量水，因此换热器在气温低的环境下停用时不会被冻裂，同时由于 转向管采用中空的两端封闭的结构，因此减少了各层换热管中水的阻力和张力，有利于水 流的流动，使排水时水容易汇集，从而便于将存水排出。
图1为现有技术中封闭式冷却塔用防冻换热器的第一种实施例立体结构示意图； 图2为现有技术中封闭式冷却塔用防冻换热器的第一种实施例结构示意图； 图3为图2的左视图； 图4为现有技术中封闭式冷却塔用防冻换热器的第二种实施例立体结构示意图； 图5为现有技术中封闭式冷却塔用防冻换热器的第二种实施例结构示意图； 图6为图5的俯视图； 图7为图5的左视图； 图8为本实用新型封闭式冷却塔用防冻换热器的第一种实施例立体结构示意图； 图9为本实用新型封闭式冷却塔用防冻换热器的第一种实施例结构示意图； 图10为图9的左视图； 图11为本实用新型封闭式冷却塔用防冻换热器的第二种实施例立体结构示意 图； 图12为本实用新型封闭式冷却塔用防冻换热器的第二种实施例结构示意图； 图13为图12的俯视图； 图14为图12的左视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步的描述 如图8至图10所示为本实用新型的第一个实施例，防冻换热器由上、下几层分布 的换热管3、连接各层换热管3的转向管5、将待冷却的水流入换热管3的进水集管1及将冷 却完毕的水送出的出水集管7组成，进水集管1的顶部设置有放气阀，每层换热管3由前、 后排列的多条通管8组成，由每条通管8与转向管5密封固定连接，从而将换热管3连接成 蛇形曲管，换热器由换热器支承钢架4固定、各条通管8由支承板2固定。制作时用型钢组 成一个长方型的钢架作为换热器支承钢架4，取2块支撑板2，在每块支撑板2上按一定的 间隔设置10行12列通孔，将支承板2固定在换热器支承钢架4上，将通管8穿过支承板2 上钻好的孔，排列成每层有12列通管，共10层的换热管3，在进水集管1和出水集管7以 及各转向管5的底部均焊接一放水阀6，用于排放积水，在进水集管1和出水集管7上沿轴 向各钻12个孔，在每层的转向管5上沿轴向钻10行2列孔，在支承钢架4的一侧将首层通 管8的首端插入进水集管1的对应孔内，将首层通管8的尾端插入到首层转向管5的对应 孔中，将中间各层通管的首端和尾端分别插入对应的转向管5的对应孔内，用焊接的方法将通管8与所对应的转向管5和进水集管1、出水集管7固定密封连接，这样各层通管8排 列形成"蛇"形结构的换热管3，使得水流能从进水集管1处进入，经换热管到达第一根转向 管，水流在转向管处转向，进入第二列换热管，并流向另一侧的转向管，同样在此处水流转 向，进入第三列换热管…直到达到出水集管7为止。为了便于换热管内的存水排出，每层换 热管顺着水流方向向下倾斜设置。上述结构的换热器多用在逆流封闭式冷却塔内。 如图11至图14所示为本实用新型的第二个实施例，防冻换热器由前、后几层分布 的换热管3、连接各层换热管的转向管5、将待冷却的水流入换热管3的进水集管1及将冷 却完毕的水送出的出水集管7组成，进水集管1的顶部设置有放气阀，每层换热管3由上、 下排列的多条通管8组成，由每条通管8与转向管5密封固定连接，从而将换热管连接成蛇 形曲管，换热器由换热器支承钢架4固定，各条通管由支承板2固定。其制作方法参照实施 例一。本结构的换热器多用于横流式封闭型冷却塔内。为了便于换热管内的存水排出，每 层换热管由进水集管1一侧向出水集管7 —侧向下倾斜设置。 在本实用新型中，使用两头密封的封闭管作为转向管5与各条通管8密封连接，与 采用U型弯头作为转向管与每条通管连接相比，具有如下优点水流可在每一次转向过程 中，将各通管8中的水进行一次再混合和重新分配，这样使水流温度更均匀。如果换热管发 生破裂时，只需切除此管，进行更换，或者只需将此管堵塞即可，不会影响到其他行程上的 管子内的水流，从而减少对换热面积的影响。转向管5和各通管8间可采用密封连接件进 行连接，这样，当某一条通管或换热管损坏时，可方便更换。 工作时，需要冷却的热水从被冷却设备中吸取热量经加压后进入冷却塔换热器的
进水集管l，通过进水集管1的分配，流入换热管3中，流向转向管5，转向管5采用钢管或
不锈钢管或其它金属管，水流在转向管中混合，进行第二次分配，热水进入第二个行程中，
流向另一侧的转向管5，再进行一次水流混合和分配，而后进入到下一转向管中，重复上述
过程，…直到水流到达出水集管后，流入需冷却的设备，进行下一个循环过程。 采用本实用新型结构换热器的冷却塔在冬季停用后，首先将风机和电机电源断
开，并停止喷淋泵的运行，接着将热水管的进出管阀门关闭，确保换热器内的水与外部水源
隔离，然后，分别将进水集管1、出水集管7和转向管5上的放水阀6全部打开，直到各管内
积水全部放尽为止，然后将放水阀6重新关闭，放水时要注意将进水集管1顶部的放气阀打
开，这样有利于管内积水的流出；因为换热器设计时换热管具有一定的坡度，每层换热管均
向着出水集管7的方向倾斜，而且两端采用钢管或不锈钢管或其它金属管作为转向管，而
不是"U"型铜弯头或封头板，这样减少了弯头处的阻力和水的张力，有利于顺利将水汇集到
两端的各个集管中，从而便于从集管的放水阀中放出积水；这样将换热管3内、进水集管1、
出水集管7、转向管5处的积水放尽后，封闭式冷却塔就可以安全越冬了，即使遗留一些水，
也会慢慢汇聚到出水集管7或各转向管5的底部，进水集管1、出水集管7及转向管5采用
钢管或不锈钢管或其它金属管，管径较大，在已放掉了大部分积水的情况下，在管腔内留有
较大的空间，即使放水时留存的水结成冰，在管腔内仍有足够大的膨胀空间，不易造成换热
管冰裂。 停用时，水放尽后重新关闭放水阀和放气阀，保证整个换热器的密封性，以备下周 期使用。 为了便于更换损坏的换热管或转向管，各通管与转向管间可采用管密封连接间密封连接。
权利要求一种封闭式冷却塔用防冻换热器，由设置有放气阀的进水集管(1)、上、下层布的多层换热管(3)、连接各层间换热管(3)的转向管(5)以及出水集管(7)组成，所述每层换热管(3)由前、后并列排布的多条通管(8)组成，其特征在于所述的转向管(5)为中空的两端封闭管，各层的通管(8)与所对应的转向管(5)密封连通，所述的各转向管(5)的一端设置有放水阀(6)。
2. 如权利要求1所述的一种封闭式冷却塔用防冻换热器，其特征在于所述的每层换 热管(3)顺着水流方向向下倾斜设置。
3. —种封闭式冷却塔用防冻换热器，由设置有放气阀的进水集管(1)、前、后层布的多 层换热管(3)、连接各层间换热管(3)的转向管(5)以及出水集管(7)组成，所述每层换热 管(3)由上、下并列排布的多条通管(8)组成，其特征在于所述的转向管(5)为中空的两 端封闭管，各层的通管(8)与所对应的转向管(5)密封连通，所述的各转向管的一端设置有 放水阀(6)。
4. 如权利要求3所述的一种封闭式冷却塔用防冻换热器，其特征在于所述的每层换 热管(3)由进水集管(1)的一侧向出水集管(7) —侧由上向下倾斜设置。
5. 如权利要求1至4各项之一所述的一种封闭式冷却塔用防冻换热器，其特征在于 所述的换热器本体由换热器支撑架(4)支撑，所述的换热管(3)由换热管支撑板(2)支撑。
6. 如权利要求1至4各项之一所述的一种封闭式冷却塔用防冻换热器，其特征在于 所述的转向管(5)为两端封闭的金属管。
7. 如权利要求1至4各项之一所述的一种封闭式冷却塔用防冻换热器，其特征在于 所述各通管(8)与转向管(5)间通过密封连接件连接。
专利摘要本实用新型公开了一种封闭式冷却塔用防冻换热器，由设置有放气阀的进水集管、多层换热管、连接各层间换热管的转向管以及出水集管组成，所述每层换热管并列排布多条通管，所述的转向管为中空的两端封闭管，各层的通管与所对应的转向管密封连通，所述的各转向管的一端设置有放水阀，采用此种结构的防冻换热器在气温低的环境下停用时不会被冻裂，同时由于转向管采用中空的两端封闭的结构，因此减少了各层换热管中水的阻力和张力，有利于将水流的流动，使排水时水容易汇集，从而便于将存水排出。
文档编号F28F17/00GK201476631SQ20092019721
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月24日 优先权日2009年9月24日
发明者梁忠 申请人:梁忠