CN1008942B - 带盘管热交换装置的交叉流动冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用交叉流动的冷却塔，在其进行直接接触式热交换的板式填料层下方有一组蛇形盘管热交换器，它包括若干个平行的盘管回路，各回路待冷却流体入口靠近其空气出口的较高部位，出口则靠近其空气入口的较低部位。这种排列使从板式填料层流下的最冷液体接触内含最冷流体的那部分盘管回路。每个盘管回路有几段用回头弯管相连的下斜的直管段，从而使其内部流体能全部排出。

带盘管热交换装置的交叉流动冷却塔

Description

本发明一般涉及冷却塔，尤其涉及交叉流动蒸发的热质交换器和盘管组件装置，它们用来蒸发冷却或蒸发冷凝闭合回路中的流体。

在一个抽风的交叉流动或双向流动的冷却塔中，风机安装在塔顶出口处。该风机从塔的一侧或两侧把空气流抽进冷却塔。待冷却的水或其他蒸发液被泵送到冷却塔顶部并通过一系列喷头喷洒。喷头把水喷洒在塔内适当选定的板式填料层即板式接触热交换组件顶部。该板式填料层通常是由一束基本间隔开的平行塑料板组成，水雾散布在每一板上、靠重力向下流动。水在板上大面积散开，被板与板之间流动的空气良好地冷却。冷却后的水被收集在一个贮槽内并通过预定的冷却系统，在那里吸收热量后又被泵回冷却塔。

美国专利NO.4，112，027对这种抽风冷却塔作了改进。该专利中，板式填料层后的底部增设了一组蛇形热交换管道。待冷却的热流体从热交换管道下边缘处的入口集水管进入该管道，冷却后的流体从与管道上端相连的一个集水管出去。因此，待冷的热流体从管道下端进入并穿过管道向上流动，它与靠重力从板式填料层向下滴落的管外冷却水基本上形成对流，穿过板式填料层和热交换管外表面的冷却水被收集在管道下方的贮槽中，然后被直接向上泵回排水喷淋装置。该冷却塔系统的一个预定目标是：穿过蛇形管向上流动而得到冷却的最冷流体要同板式填料层出来的最冷水发生间接热交换。原先设想的冷水是从板式填料层下边缘流下的水，因为在此水尚未被管内的流体加热。发明原定目标要保证热交换器中流体温度最终要接近 填料层出口处的冷水温度而与靠近管道下端被管道加热后水的温度形成温差。然而，本发明则利用一个以前未被认识的事实，即板式填料层的横向上有一个水的温度梯度，最冷水出现在空气入口侧。

美国专利NO.4，112，027未考虑如下事实，即板式填料层流出的水有一个温差，在其空气入口侧测得的温度与其内部的空气出口侧不同。内部空气出口侧的板式填料层流出的水的温度要比外部空气入口侧的高3.3～5.5℃因此，在该专利中，从盘管热交换器出来的在板式填料层正下方的上部出口集水管里的冷却液体实际上并不能如预期的那样与板式填料层来的可能最冷的水接触。在本发明所述的盘管热交换器中，待冷的最热流体通过入口总管在热交换器的内侧或空气出口侧进入。在入口处，待冷的最热流体与板式填料层来的最热水接触。因为待冷流体通常向下和向外流动，它穿过热交换器的蛇管组件流向冷却塔空气入口侧，在它最终到达空气入口侧附近的热交换器最外部分（在热交换器出口总管处）之前，被冷液体一直与板式填料层来的冷却水接触，实际上，流经热交换器的最冷液体与板式填料层来的最冷水和冷却塔进气口来的最冷外侧空气间接接触。

任何蒸发热交换器或盘管热交换器令人主要关心的是保证工作介质或内部流体冷却剂全部通过所有管段而不在任何部位积存。因为流体积存会导致冬天管子停用期间产生结冰、膨胀和管段破裂。美国专利NO.4，112，027中通过使各蛇形盘管大体垂直放置、各管段以一下角倾斜的方法来实现管子疏水。日本实用新型公开说明书JP，实开昭55-69279也试图实现这种下斜。但对该实用新型的研究表明，当弯管或U形管段下斜时，管道的长度方向仍保持水平。这就无法保证液体从管道内全部排出。此外，该公开文本还示出盘管 之间有成排的填充材料。由于它无法使流下的水和入口空气适当分布、价格过高及需要用若干零件组装，因此这样的布置是不能满足要求的。

美国专利NO.4，112，027的另一个问题是整个盘管热交换器必须装配成一个整体。由于整体的热交换器尺寸大、重量重，因此不合要求。况且该热交换器的容量在开始建造时就要确定下来，以后又不能更改。由于该设备通常是装在建筑物屋脊上，因而希望它能减小尺寸及重量，至少应该能在现场按组件进行装配。

本发明的目的之一是提供一种利用交叉流动的水流/空气流进行冷却的冷却塔，塔内装有帮助蒸发的板式填料层和用来蒸发冷凝流体的盘管组件热交换器。该冷却塔的设计应能保证流体冷却的最后阶段，管道系统内的最冷流体与板式填料层出来的最冷流体进行热交换，以达到最大限度热交换，和最理想的冷却效果。

本发明的另一个目的是提供一种交叉流动冷却塔、其中流体管道装置能克服现有的整体的盘管热交换器的缺点，提高冷却效率且易于安装、调整、实现管子疏水。

在一个交叉流动型的机械抽风冷却塔中，有一个或两个空气进入通道和一个风机通风室，（与上文描述相同）。喷到板式填料层上的水洒布在板上往下流淌，并由从冷却塔入口抽进的空气流冷却。

根据本发明，冷却塔内板式填料层底部设有有许多盘管组件组成的盘管热交换器。每个盘管组件包括一组平行的蛇形盘管，它们垂直叠排、与水平方向稍有一倾斜角。每个盘管回路走向与冷却塔进气面基本垂直布置。整个组件以一定角度装在冷却塔内，组件中每根盘管以一定方式排列，使盘管的直管段在其交叉段向下倾斜，而且各弯管 后面成阶梯状下降。当组件以一定角度装入冷却塔时，联接弯管基本上水平。垂直方向延伸的入口总管把待冷的热液体或热液体送入各盘管热交换器的内侧，即：冷却塔风机出口侧，然后送入各盘管组件斜上侧入口。冷却塔盘管热交换器外侧各进气口侧附近设有垂直方向延伸的出口总管，由上而下汇集了各盘管组件的出口，把通过各热交换组件蛇形盘管的冷却后液体收集在各组热交换器的斜下侧。

本发明提供的热交换器盘管组件的排列方式另一优点是组件能方便地吊到屋脊上安装，在冷却塔最终组装时便于堆放和装配。而且冷却塔的容量也易于调整，只要在设计中增加或减少几组标准的盘管组件，这种标准的盘管组件可在工厂中制造，并可根据冷却塔布置的需要储配一定数量的组件。当然，必要时也可按要求的尺寸制造单台组件，把它当整套热交换器使用。本发明另一个优点是：由于热交换器的盘管段是下斜的而且交错排列，因此进入盘管组件的空气流具有高的效率及优良传热性能。这是不同于所有盘管均排列成行、由于空气内吸而降低传热效率的那种热交换器而言的。

附图中，图1是本发明所述的冷却塔部分横截面的侧视图;

图2是本发明所述的热交换器盘管组件的侧视图;

图3是本发明所述的热交换器盘管组件的俯视图;

图4是本发明所述的热交换器盘管组件的正面端视图;

图5是本发明所述的盘管组件中一根管子的侧视图;

图6是本发明所述盘管组件中一根管子的俯视图。

现在参看图1用数字10表示的冷却塔包括安放风机14的风机外壳12。冷却塔10大体上是矩形的，由上表面或塔顶16、侧壁110和底部结构18组成，侧壁110伸展在两端的通风20、 22之间。风机14由通风口20和22向里抽风，从风机外壳12处向外排风。冷却塔两端20和22包括一些用相同数字表示的类似元件。

冷却水或选用的其他液体沿塔底18的上表面收集并溢入贮槽24。泵26把贮槽24中冷却水经管子28送入分配管30。分配管30把水注入冷却塔10两端的分配容器34。可以理解，冷却塔10两端20和22的相同部件用同样数字表示。分配容器34中冷却水由喷头32喷到板式填料层36上。板式填料层36由悬挂在梁111上的许多块塑料板组成，梁111的两端支承在与侧壁110相连的托架上。构成板式填料层36的是聚氯乙烯材料的塑料板，板的两面开有若干波纹槽及凹槽以利于喷头32中喷出的冷却水的分布、滞留及冷却。浮动挡水板38保证填料层36中的冷却水不进入冷却塔10中间的空气出口室40。挡水板38由许多块密集的塑料百叶窗板组成，冷却水最终汇入集水装置24中。

盘管热交换器42设在板式填料层36的下面。待冷流体通过管道44进入冷却塔10，向下流经总管48、总管入口50进到热交换器42的各盘管组件60中。从热交换器42出来的冷却后流体从出口52流出盘管组件60，经出口总管54、出口管道58流出冷却塔10。由于冷却塔10两端20和22附近的进气口温度较低而使冷却强化，因此，在进气端64处从板式填料层36中流出的水的温度要比在两端20和22内侧里端62处从板式填料层流出的水低3.3～5.5℃。进气端37可带一挡风板以阻止气流在冷却塔运行时进入热交换器42，使空气全部流到冷却塔的板式填料层部分。

现在参看图1、2、3和4，将对单独的盘管组件60中的管子 进行详细说明。盘管组件60包括6个独立的蛇形管管道，分别标以72、74、76、78、80和82。从入口管48、入口接管50经由组件接管51把待冷液体送入组件入口总管70。然后再把它送进各蛇形管72、74、76、78、80和82的入口。组件入口总管70同组件60下面另一些组件的类似入口管是相通的。冷却后液体经组件接管53进入组件出口总管71然后经出口接管52流入冷却后液体出口总管54。结构支承架90、92和94保证各盘管之间有适当的间隙，使盘管保持在希望的倾斜度，对此下面将要描述。注意图2，盘管组件60以希望的安装角倾斜，如图1所示。在这样的排列中，各盘管（例如72）有几段直管104、106，它们以一下角倾斜，从而保证液体全部从中流过，而连接直管段的U形弯管102、98则基本上为水平的。各盘管最好用钢制成，也可以用其它合适的金属或合金制造，还可以用某些非金属材料（例如塑料）制造。

图5和6示出一根盘管（如72）的详图。管72包括直管段104、106等等，这些直管段由U形弯管或端部98、102等连接。当它们安装在冷却塔内时，直管段104、106沿组件的入口总管70出口总管71的方向向下倾斜（如图5和图2所示）。这就保证了需要疏水时（例如设备停用时），待冷却的流体能向下和向外全部流出热交换器。安装时U形弯管（如98、102）虽然通常为水平的，但经验表明，由于每个盘管的直管段长得多，因此液体能从盘管内完全排出。

现在再看图3，图上示出装配组件的一种最佳方法。直管段（如104、106）从支架90、92和94上适当排列的开孔中穿 过，再把最佳的U形弯管（如98、104）连接在直管的端部，组成完整的相互分开的盘管回路（如72、74等）。再把总管70、71加接到72、74等的端部就组成一个完整的组件，在该例中每个组件有六个平行的流道。

在图3上看不到管子72、74等的全貌，因为组件60的俯视图所看的是图1那样倾斜和安装的组件。注意图1上所有管子都是垂直方向对准的。然而，对于由图1上进气侧20和22而改善了的空气冷却来说，各个盘管72、74等在其全部长度上并没有水平对准，而是如图4所示。因此，从冷却塔10的进气侧20和22抽进的空气流被同时引导到许多不同管子的表面，并无先后之分，这有助于管子72、74等内部液体的冷却。

Claims (3)

1、交叉流动的冷却塔，包括：

侧面设有空气入口的外壳；

支承在进气口附近外壳侧壁上的板式填料层；

经上述板式填料层向下输送蒸发液体的喷射分流装置；

使空气从进气口抽进穿过上述板式填料层再经空气出口排出与上述蒸发液形成正交叉流动的装置；

以及在所述蒸发液体通道上的所述板式填料层下面支撑的每个流体管道装置，各流体管道装置与入口总管相连以接受待冷流体，还与上述进气口附近的出口总管相连以便冷却后的流体从该液体管道中流出，其中，从板式填料层向下流出的液体被进气口来的空气流冷却；其特征在于，上述各流体管道装置在其上部空气出口侧接受待冷却流体，从而使从板式填料层流下的最热水首先接触内含最热流体的那部分流体管道装置，待冷流体的出口总管位于空气入口侧，沿垂直方向布置，从而从板式填料层流出的最冷液体接触内含最冷流体的那部分流体管道装置，从空气入口侧来的最冷空气也接触内含最冷流体的那部分流体管道装置；每个流体管道装置由若干个平行的回路组成，每个回路有几段用回头弯管相连的直管段，管道装置安装成使得各直管段均朝出口总管下斜。

2、如权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，每个流体管道装置中的弯管段基本水平放置，并依次转向相反的方向，居中的直管段朝流体流动方向下斜，从而流体管道装置从所述入口总管成阶梯状倾斜下降到所述出口总管。

3、交叉流动的冷却塔，包括：

侧面设有空气入口的外壳;

支承在进气口附近外壳侧壁上的板式填料层;

经上述板式填料层向下输送蒸发液体的喷射分流装置;

使空气从进气口抽进穿过上述板式填料层再经空气出口排出与上述蒸发液形成正交叉流动的装置;

以及在所述蒸发液体通道上的所述板式填料层下面支撑的每个流体管道装置，各流体管道装置与入口总管相连以接受待冷流体，还与上述进气口附近的出口总管相连以便冷却后的流体从该液体管道中流出，其中，从板式填料层向下流出的液体被进气口来的空气流冷却;其特征在于，上述各流体管道装置在其上部空气出口侧接受待冷却流体，从而使从板式填料层流下的最热水首先接触内含最热流体的那部分流体管道装置，待冷流体的出口总管位于空气入口侧，沿垂直方向布置，从而从板式填料层流出的最冷液体接触内含最冷流体的那部分流体管道装置，从空气入口侧来的最冷空气也接触内含最冷流体的那部分流体管道装置;每个流体管道装置包括多个组件，每个组件由若干个平行的回路组成，每个回路有几段用回头弯管相连的直管段，每个组件以一倾斜角度安装在上述系统内，从而使各直管段都朝出口总管下斜。

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