CN102564158A - 无填料冲击爆炸式高效冷却塔 - Google Patents

Abstract

一种无填料冲击爆炸式高效冷却塔，其持征是它包括：风机（1），该风机安装在冷却塔塔体中心的上部，它能在塔体内产生所需的不小于5毫米水柱的负压；挡风板（2），对于横流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周的进风口上，对于逆流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周下部的进风口中，该挡风板（2）设有一个向内下倾斜的斜面（3）；冲击溅水板（4），该冲击溅水板（4）代替填料安装在循环水喷淋头（5）的下部；它主要由带孔底板（6）和安装在底板（6）上的爆炸板（7）组成，爆炸板（7）主要由水平上板（8）、斜板（9）和水平底板（10）相连而成。本发明首次通过在冷却塔内增加爆炸装置来代替填料，不仅提高了冷却效果，而且节省原材料和后续的填料的冲洗、更换等维护成本，符合节能环保的要求。

Description

无填料冲击爆炸式高效冷却塔

技术领域

本发明涉及一种冷却塔，尤其是一种无需加装填料的横流式或逆流式冷却塔，具体地说是一种通过空气冲击和冷却水下落爆炸提高冷却效果的无填料冲击爆炸式高效冷却塔。

背景技术

众所周知，有关循环水在冷却塔内的冷却作用，在1925年有人首次阐述了冷却塔运行机理，并成为大多数人分析冷却塔运行的理论基础。但这种理论基础忽略了水分蒸发。1983年对冷却塔内传热质进行严格地推导，确定了新的冷却塔运行理论，主要是由于水的蒸发散热以及水与空气接触时的热交换，是水的汽化潜热能使循环水得到冷却。2002年发明专利02148514.3提出控制冷却塔内负压达到5-2000毫米水柱内，使冷却塔出水温度低于环境湿球温度   此外有三种形式：

1、当空气温度低于循环水的温度时，接触热交换作用使循环水得到冷却。

2、当空气温度等于循环水的温度时，接触热交换作用等于零。

3、当空气温度高于循环水的温度时, 接触散热不是从循环水流向空气,而是从空气流向循环水。要想得到低温冷却水，完全靠水蒸发潜热把水中的热量带走。水的蒸发受到空气湿度的限制，使循环水温不能低于湿球温度。从节能出发我国现行应用的冷却塔国家标准GB7190.1/2—1997即规定标准干球31.5℃，湿球温度28℃，冷却塔出水温度为32℃。

冷却水32℃进入制冷机，制冷机在运行中排气压力高(冷却水温度下降1℃排气压力下降0.05Mpa)，运行电流大，使制冷机运行故障率提高，安全系数降低。

2004年提出的通过增加风机叶片根部扭角，加大塔内负压值实现低温出水的方法，虽然实现了出水温度的降低，有利于防止军团菌的生产，但其节能效果不明显，而且必须使用填料进行冷却。

因此，设计一种节能效果好，无需填料的节能环保型低出水温度冷却塔是提升冷却塔水平的关键。

发明内容

本发明的目的是针对现有的负压式冷却塔能耗大，需要填料作为冷却介质易造成病菌滋生的问题，设计可提高制冷效率，延长制冷机使用寿命，取消PVC填料对环境影响，使并能抑制军团菌繁殖，可代替部分制冷机作用的无填料冲击爆炸式高效冷却塔。

本发明的技术方案是：

一种无填料冲击爆炸式高效冷却塔，其持征是它包括：

一风机1，该风机安装在冷却塔塔体中心的上部，它能在塔体内产生所需的不小于5毫米水柱的负压；

一挡风板2，对于横流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周的进风口上，对于逆流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周下部的进风口中，该挡风板2设有一个向内下倾斜的斜面3，以使进入塔内的空气首先与该斜面3产生冲击，进而实现降压膨胀，有利于进入塔体内的冷却区吸收过热水蒸汽使空气湿度达到饱和状态，该过热饱和蒸汽在风机1产生的负压的作用下排入大气中带中热量，实现循环水的冷却；

一冲击溅水板4，该冲击溅水板4代替填料安装在循环水喷淋头5的下部并设有供下落的循环水通过的通孔；每个冷却塔中至少设置一个冲击溅水板4，从循环水喷淋头5喷出的水下落到冲击溅水板4上时向四面溅开释放出热能并与经过挡风板降压的空气结合形成过热饱和水蒸汽，在风机负压的作用下排出塔体将循环水中的热量带走，实现冷却降温。

所述的挡风板2的数量为两层或两层以上，且从外向内数第一层挡风板2的斜面将第二层挡风板2的进风口挡住，以使从第一层挡风板之间的进风口中进入的空气不能直接进入相应高度的第二层挡风板之间的进风口中，从而实现外部空气进入塔体中时实现两欠或两次以上的冲击、降压膨胀。

所述的挡风板2之间的进风口的高度从上向下逐步递增。

对于横流式冷却塔而言，所述的塔体内的静压箱的内壁上还安装有百叶窗挡水板12。

所述的冲击溅水板4主要由底座6和安装在底座6上的爆炸板7组成，它的截面呈“高跟鞋”形结构，所述的冲击溅水板4的通孔位于底座6上，爆炸板7主要由水平上板8、斜板9和水平底板10相连而成。

所述的水平上板8不与斜板相连的一边连接有垂直挡板11。

所述的爆炸板7的水平上板8、斜板9和水平底板10上均设有多个既有利于循环水通过又有利于消音的通孔。

所述的冲击溅水板4由带孔底板和凸起在底板上的溅水凸起组成，所述的溅水凸起为柱形、锥形或不规则形结构。

本发明的有益效果：

1、本发明的冷却塔出水温度可降低到15-31℃，对离心式水冷机组、螺杆式水冷机组、活塞式水冷机组等机型的制冷效率都有一定提高，设有干蒸发器螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组制冷效率可提高35-60%，溴化锂制冷机制冷效率提高30-50%左右，设有满液式蒸发器的离心式制冷机、螺杆式制冷机的效率可提高50—100%。

2、冷却塔出水温度降低到15-31℃，对中央空调的制冷机安全运行大有好处，一方面降低了制冷电机运行电流，对制冷电机有着安全保护作用，特别是对半封闭和全封闭制冷机的电机安全保护作用更大，另一方面延长制冷机运行寿命3—5年，同时降低运行中故障率，降低维修费用。

3、冷却塔出水温度降低到15-31℃，避开了军团菌繁殖的高峰温度(35—40℃)，负压环境内对军团菌生存、繁殖有克制作用，同时对冷却水中钙、镁离子分离成垢速度有减慢作用。

4、冷却塔出水温度降低到15-20℃；可以取代制冷机完成低温工业冷却循环水，可用对专用设备的冷却。可节约投建费用60%，降低运行费用80%左右。

5、本发明首次通过在冷却塔内增加爆炸装置来代替填料，不仅提高了冷却效果，而且节省原材料和后续的填料的冲洗、更换等维护成本，符合节能环保的要求。

6、本发明综合运用双层挡风板，使进入塔内的空气与挡风板冲击后降压膨胀，有利于与水分子的结合，迅速带走水中的热量，冷却效果与单层挡风板相比增加明显，有利于提高制冷机的效率，同时配合循环水的高空下落爆炸和负压作用，使得水分子之间的结合力降低，有利于形成饱和蒸汽并迅速排出塔外，正是由于双层挡风板、爆炸装置的综合运用使得出水温度能很方便地控制在15-31摄氏度之间。

附图说明

图1是本发明的横流式冷却塔的结构示意图。

图2是本发明的逆流式冷却塔的结构示意图。

图3是本发明的挡风板的截面结构示意图。

图4是本发明的爆炸装置的截面结构示意图。

图5是本发明的爆炸装置的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1、3、4、5所示。

一种无填料冲击爆炸式高效横流冷却塔，通过低转速、高效率、低负压轴流风机，在冷却塔进风口增加不同规格挡风板，以控制冷却塔内负压达到5-2000毫米水柱，取消塔体內填料：增设塔体内冲击溅水板。目的是增大水的蒸发动能，降低冷却塔出水温度至15-31⁰C。它主要包括风机1、挡风板2、冲击溅水板4和百叶窗挡水板12，百叶窗挡水板12安装在塔体内的静压箱的内壁上，如图1所示，风机1安装在冷却塔塔体中心的上部，它能在塔体内产生所需的不小于5毫米水柱的负压，挡风板2被安装在塔体外侧四周的进风口上，挡风板2设有一个向内下倾斜的斜面3，如图3所示，以使进入塔内的空气首先与该斜面3产生冲击，进而实现降压膨胀，有利于进入塔体内的冷却区吸收过热水蒸汽使空气湿度达到饱和状态，该过热饱和蒸汽在风机1产生的负压的作用下排入大气中带中热量，实现循环水的冷却；冲击溅水板4代替填料安装在循环水喷淋头5的下部；每个冷却塔中至少设置一个冲击溅水板4，冲击溅水板4主要由带孔底板6和安装在底板6上的爆炸板7组成，爆炸板7主要由水平上板8、斜板9和水平底板10相连而成，它的截面呈“高跟鞋”形结构，如图4所示，爆炸板7的水平上板8、斜板9和水平底板10上均设有多个既有利于循环水通过又有利于消音的通孔，如图5所示，所述的水平上板8不与斜板相连的一边连接有垂直挡板11。此外，具体实施时，冲击溅水板4还可采用带孔平板结构或带孔底板加凸起的结构，凸起结构可为柱形、锥形或其它的异形不规则结构。从循环水喷淋头5喷出的水下落到爆炸板（或底板或底板上的凸起上）上爆炸并向四面炸开释放出热能并与经过挡风板降压的空气结合形成过热饱和水蒸汽，在风机负压的作用下排出塔体将循环水中的热量带走，实现冷却降温。为了提高冷却效果，具体实施时，挡风板2的数量最好为两层或两层以上，且从外向内数第一层挡风板2的斜面将第二层挡风板2的进风口挡住，以使从第一层挡风板之间的进风口中进入的空气不能直接进入相应高度的第二层挡风板之间的进风口中，从而实现外部空气进入塔体中时实现两欠或两次以上的冲击、降压膨胀。同时，所述的挡风板2之间的进风口的高度应从上向下逐步递增。

为解决白天气温高，夜间气温低对冷却塔出水温度影响，同时达到冷却塔节能运行，对冷却塔风机的电机采用变频器进行调控，以达到稳定出水温度，节约运行费用目的。

变频调控方式：以出水温高低改变供电频率，改变风机电机转速，达到排风量改变，控制冷却塔体内负压，控制出水达到规定的温。

1、通过实验证明，冷却塔出水温度降低到20-31℃，对离心式水冷机组、螺杆式水冷机组、活塞式水冷机组等机型的制冷效率都有一定提高，设有干蒸发器螺杆式制冷机组和活塞式制冷机组制冷效率可提高35-60%，溴化锂制冷机制冷效率提高30-50%左右，设有满液式蒸发器的离心式制冷机、螺杆式制冷机的效率可提高50—100%(见表4、5)。

2、冷却塔出水温度降低到20-31度，对中央空调的制冷机安全运行大有好处，一方面降低了制冷电机运行电流，对制冷电机有着安全保护作用，特别是对半封闭和全封闭制冷机的电机安全保护作用更大，另一方面延长制冷机运行寿命3—5年，同时降低运行中故障率，降低维修费用。

3、冷却塔出水温度降低到20-31度，避开了军团菌繁殖的高峰温度(35—40℃)，对军团菌繁殖有所克制作用，同时对冷却水中钙、镁离子分离成垢速度有减慢作用。

与现有的横流式冷却塔相比本发明：

1、风机电功率增加不大。2、不需要填料。3、冷却塔进出水温度与温差选泽更广泛。通过低转速、高效率、低负压轴流风机，调节挡风板，就能改变塔体内负压值，增设水冲击溅水板，就能达到所需要的出水温度。

本发明的负压冲击式高效率低温度出水横流式冷却塔的机理是：基于这样一种理论:“要加快水的蒸发速度和强度，必须增加水蒸发的动能，这个动能应是⑴负压力，它使水分子之间引力减小，⑵冲击爆炸使水分汽化加快失放热量，⑶冲击膨胀后干燥负压风把汽化后的水分子快速飞离水液面。”水在冷却过程中增加了这三项动能后，使水冷却速度加快，同时又克服环境条件因空气中湿度对冷却后水温度值的影响。

当冷却水温低于环境空气温度时，高温高湿气体从挡风板进入负压冷却塔内时，空气分子进行膨胀吸收本空气自身热能，空气中乘余热能再传递给水。当空气降温后，空气中水分子含量不变，水在向前运行时受到动能作用，水在表面快速蒸发，又增加空气中湿度，由于空气受冷却水温度下降，湿空气温度也再下降，水分体积也跟着起变化，故绝对湿度也将发生变化。水不断蒸发，水温不断下降，空气不断再降温，这种运行形式起到降低冷却水温度和空气中湿度的关键作用。

以上理论在横流式塔，逆流式塔型都能实现15-31℃出水。

本发明的挡风板对风作用的作用和冷却机理是：

1、风量调节板作用；调节塔体内负压、风量、流速作用。

2、多层挡风板作用；降低进风口噪声，使负压冷却塔达到额定的负压、风的流量与流速，使冷却塔出水温达到规定的温度值。

      3、图1中A：环境空气，由a处口，进入B区时，空气首先冲击挡风板，空气进行降压、膨胀、空气自身降温。

4、图1中B：空气由b处口，进入C区时，空气首先冲击挡风板，空气再次进行降压、膨胀、空气自身降温。降到低于或等于塔内出水温度。

5、图1中C：空气进入C1区时与水进行接触拉动水表面蒸发，把蒸发后水分子带走，使冷却塔内水的温度得到下降。

负压力在冷却塔内对水作用：

     图1中C1：负压是动能，负压是静态动能，水是流动的物体，水在负压静态动能作用下；水分子结合力小于大气压力，等于塔体内的负压力。

大气由a处口，进入B区，空气冲击挡风时先爆炸；再降压、降温、降湿，这个过程称为“三降”。 大气由b处口，进入C区时；继续降压、降温、降湿，这个过程称为二次“三降”。

大气由C处口，进入C1区时吸收过热水蒸汽使空气湿度达到饱和状态。塔体内过热饱和状态空气的湿球温度低于环境湿球温度，接近于冷却塔出水温度。

塔体内的过热饱和状态空气，经过负压风机作用下，使过热饱和空气升压、升温、升湿排入大气中。

负压风机作用；使空气流动加快，拉动水分子分离(蒸发)，风流速越大对水表面作用力就越大，拉动水分子分离速度加大，使水的表面蒸发速度加快，冷却塔出水温度就越低。但是冷却塔出水温度不能低于当时塔体内湿球温度。低于当时、当地的环境湿球温度。

冲击溅水板对水降温起的作用。

    在有负压的塔体内，水从布水器向下运行1000—2000mm时的作用力下，冲击溅水板，此时水滴、水柱向四面炸开失放出热能。水向下运行速度越快，冲击力就越大，爆炸力也就越大，水失放出热能越大，水降温幅度越大。

实施例二。

如图2-5所示。

一种无填料冲击爆炸式高效逆流冷却塔，通过低转速、高效率、低负压轴流风机，在冷却塔进风口增加不同规格挡风板，以控制冷却塔内负压达到5-2000毫米水柱，取消塔体內填料：增设塔体内冲击溅水板。目的是增大水的蒸发动能，降低冷却塔出水温度至15-31⁰C。它主要包括风机1、挡风板2和冲击溅水板4，如图2所示，图2中箭头方向表示空气流动方向，风机1安装在冷却塔塔体中心的上部，它能在塔体内产生所需的不小于5毫米水柱的负压，挡风板2被安装在塔体外侧四周下部的进风口中，挡风板2设有一个向内下倾斜的斜面3，如图3所示，以使进入塔内的空气首先与该斜面3产生冲击，进而实现降压膨胀，有利于进入塔体内的冷却区吸收过热水蒸汽使空气湿度达到饱和状态，该过热饱和蒸汽在风机1产生的负压的作用下排入大气中带中热量，实现循环水的冷却；冲击溅水板4代替填料安装在循环水喷淋头5的下部；每个冷却塔中至少设置一个冲击溅水板4，它主要由带孔底板6和安装在底板6上的爆炸板7组成，爆炸板7主要由水平上板8、斜板9和水平底板10相连而成，它的截面呈“高跟鞋”形结构，如图4所示，爆炸板7的水平上板8、斜板9和水平底板10上均设有多个既有利于循环水通过又有利于消音的通孔，如图5所示，所述的水平上板8不与斜板相连的一边连接有垂直挡板11。此外，具体实施时，冲击溅水板4也可采用带孔平板结构或带孔底板加凸起的结构，凸起结构可为柱形、锥形或其它的异形不规则结构。从循环水喷淋头5喷出的水下落到爆炸板（或底板或底板上的凸起上）上时向四面炸开释放出热能并与经过挡风板降压的空气结合形成过热饱和水蒸汽，在风机负压的作用下排出塔体将循环水中的热量带走，实现冷却降温。为了提高冷却效果，具体实施时，挡风板2的数量最好为两层或两层以上，且从外向内数第一层挡风板2的斜面将第二层挡风板2的进风口挡住，以使从第一层挡风板之间的进风口中进入的空气不能直接进入相应高度的第二层挡风板之间的进风口中，从而实现外部空气进入塔体中时实现两欠或两次以上的冲击、降压膨胀。同时，所述的挡风板2之间的进风口的高度应从上向下逐步递增。

本实施例与实施例一的区别是塔体内部结构和进风挡板的安装位置不同，且无需挡水用的百叶窗板，其制冷原理与实施例一相同。

本发明其它未涉及部分可参照中国专利02148514.3、200410041303.4等加以实现。具体的内部结构和外形结构可参照相关手册加以设计。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种无填料冲击爆炸式高效冷却塔，其持征是它包括：

一风机（1），该风机安装在冷却塔塔体中心的上部，它能在塔体内产生所需的不小于5毫米水柱的负压；

一挡风板（2），对于横流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周的进风口上，对于逆流式冷却塔而言，它被安装在塔体外侧四周下部的进风口中，该挡风板（2）设有一个向内下倾斜的斜面（3），以使进入塔内的空气首先与该斜面（3）产生冲击，进而实现降压膨胀，有利于进入塔体内的冷却区吸收过热水蒸汽使空气湿度达到饱和状态，该过热饱和蒸汽在风机（1）产生的负压的作用下排入大气中带中热量，实现循环水的冷却；

一冲击溅水板（4），该冲击溅水板（4）代替填料安装在循环水喷淋头（5）的下部并设有供下落的循环水通过的通孔；每个冷却塔中至少设置一个冲击溅水板（4），从循环水喷淋头（5）喷出的水下落到冲击溅水板（4）上时向四面溅开释放出热能并与经过挡风板降压的空气结合形成过热饱和水蒸汽，在风机负压的作用下排出塔体将循环水中的热量带走，实现冷却降温。

2.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征是所述的挡风板（2）的数量为两层或两层以上，且从外向内数第一层挡风板（2）的斜面将第二层挡风板（2）的进风口挡住，以使从第一层挡风板之间的进风口中进入的空气不能直接进入相应高度的第二层挡风板之间的进风口中，从而实现外部空气进入塔体中时实现两欠或两次以上的冲击、降压膨胀。

3.根据权利要求1或2所述的冷却塔，其特征是所述的挡风板（2）之间的进风口的高度从上向下逐步递增。

4.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征是对于横流式冷却塔而言，所述的塔体内的静压箱的内壁上还安装有百叶窗挡水板（12）。

5.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征是所述的冲击溅水板（4）主要由底座（6）和安装在底座（6）上的爆炸板（7）组成，所述的冲击溅水板（4）的通孔位于底座（6）上，爆炸板（7）主要由水平上板（8）、斜板（9）和水平底板（10）相连而成。

6.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征是所述的水平上板（8）不与斜板相连的一边连接有垂直挡板（11）。

7.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征是所述的爆炸板（7）的水平上板（8）、斜板（9）和水平底板（10）上均设有多个既有利于循环水通过又有利于消音的通孔。

8.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征是所述的冲击溅水板（4）由带孔底板和凸起在底板上的溅水凸起组成，所述的溅水凸起为柱形、锥形或不规则形结构。

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