CN103353242A - 一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，包括冷却塔，还包括自动控制器、开式冷却塔进水管路、闭式冷却塔进水管路、放热设备冷却水回水管路、开式冷却塔出水管路、闭式冷却塔出水管路和放热设备冷却水供水管路；所述自动控制器控制冷却塔变频电机的运转和循环水泵的开闭；所述自动控制器通过控制三路换向阀来控制各管路的导通路径。本发明能够很好地实现夏季充分利用周围空气进行冷却，冬季在有效防冻的基础上实现冷却水的高效降温，开式闭式换热可以相互切换也可以联合运行，实现了冷却塔的高效换热。

Description

一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统

技术领域

本发明属于冷却塔技术领域，具体涉及一种集干式和湿式于一体，开式和闭式于一体，冷却水供水温度可调控的可全年运行的新型高效冷却塔系统。

背景技术

冷却塔作为一种与周围空气进行热交换的冷却设备，目前主要应用于空调制冷及工业冷却领域。空调制冷系统多采用开式湿式的冷却塔将冷凝器的热量散发到空气中，且一般只在夏季运行，虽然能达到充分的热湿交换效果，但考虑到喷淋水的防冻问题，不适合在我国北方冬季运行。冷却塔在工业中亦有若干的应用领域，如电力、化工和冶金等行业中，存在大量需要冷却的全年运行工艺环节，由于工业领域的温度一般较高，所以采用闭式冷却塔全年运行就可满足工艺要求，如北方某镍厂的冷却塔循环水水温为夏季（70℃和50℃）和冬季（40℃和20℃）。

总体来看，传统的冷却塔分以下几类：

（1）湿式冷却塔或开式冷却塔即暖流体与空气直接接触进行换热，其换热效率高，但面临着水质无法保证、水损失大及冬季防冻的问题。

（2）干式冷却塔或闭式冷却塔即暖流体和空气间接接触进行换热，虽然解决了冬季防冻、雨流的问题，但换热效率较低，并且同等环境条件下，冷却水的出口温度较高，不能满足某些特殊的情况的需求。

（3）干湿式冷却塔即将干式和湿式进行串联或并联设计，虽然提高了换热效率，但运行和设计这种混合系统对环境温度十分依赖，仍然不能很好的解决冬季防冻的问题。

随着工业生产水平的不断发展，人们对冷却塔的性能提出了更高的要求，传统的冷却塔已不能满足要求，如在研究和开发低温余热发电系统的过程中，需要一种既能在夏季高效换热，又能在冬季正常运转的冷却塔，达到利用空气作为冷源提供最低温度的冷流体的目的，通过对传统冷却塔的结构进行新的改造设计，开发出一套高效可控温的干式闭式与湿式开式可以进行相互切换的冷却塔系统。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够全年稳定运行的可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，包括冷却塔，所述冷却塔包括壳体、风扇、变频电机、挡水板、喷淋水管、冷却盘管和水槽；所述风扇和所述变频电机安装在所述壳体的内顶部，所述风扇由所述变频电机驱动；所述挡水板安装在所述壳体的内上部；所述喷淋水管设置在所述挡水板的下面；所述冷却盘管安装在所述壳体的内中部，所述冷却盘管的上部设有进口，下部设有出口；所述水槽固定在所述壳体的内底部，所述水槽的底部设有泄流管路，所述泄流管路上设有泄流阀；在所述壳体的两侧下部设有进风格栅；

该系统还包括自动控制器、开式冷却塔进水管路、闭式冷却塔进水管路、放热设备冷却水回水管路、开式冷却塔出水管路、闭式冷却塔出水管路和放热设备冷却水供水管路；

所述开式冷却塔进水管路与所述喷淋水管相连，所述闭式冷却塔进水管路与冷却盘管进口相连，所述放热设备冷却水回水管路上设有循环水泵Ⅱ，所述放热设备冷却水回水管路与所述开式冷却塔进水管路和所述闭式冷却塔进水管路通过三路换向阀Ⅳ连接；

所述闭式冷却塔出水管路与冷却盘管出口相连，所述开式冷却塔出水管路与所述水槽连接，所述开式冷却塔出水管路上设有循环水泵Ⅰ，所述放热设备冷却水供水管路与所述开式冷却塔出水管路和所述闭式冷却塔出水管路通过三路换向阀Ⅲ连接；

所述开式冷却塔出水管路上还设有三路换向阀Ⅱ，所述三路换向阀Ⅱ位于所述循环水泵Ⅰ的下游，所述开式冷却塔进水管路上设有三路换向阀Ⅰ，所述三路换向阀Ⅰ与所述三路换向阀Ⅱ通过连接管路相连；

所述自动控制器控制所述变频电机的运转和所述循环水泵Ⅰ的开闭；所述自动控制器控制所述三路换向阀Ⅰ、所述三路换向阀Ⅱ、所述三路换向阀Ⅲ和三路换向阀Ⅳ的导通路径，所述自动控制器控制所述循环水泵Ⅰ和所述循环水泵Ⅱ的运转。

在所述放热设备冷却水供水管路的出口处设有温度传感器Ⅰ，在所述喷淋管的进口处设有温度传感器Ⅱ，所述自动控制器根据来自所述温度传感器Ⅰ和所述温度传感器Ⅱ的信号控制所述变频电机的运转和所述循环水泵Ⅰ的开闭。

在所述冷却盘管上安装有三路换向阀Ⅴ，所述三路换向阀Ⅴ位于所述冷却盘管出口的上游，将所述三路换向阀Ⅴ的一个出口作为闭式冷却塔提前出口，所述闭式冷却塔提前出口与所述闭式冷却塔出水管路通过闭式冷却塔提前出水管路连接，所述三路换向阀的导通路径由所述自动控制器控制。

本发明具有的优点和积极效果是：通过温度传感器、自动控制系统、变频电机和三路控制阀实现了干式和湿式、开式和闭式系统的相互切换、联合及冷却塔出口水温的可控，实现了在夏季高温季节切换到开式湿式冷却系统，进行高效换热；在冬季寒冷季节切换到干式闭式冷却系统，同时根据冷却水供水温度信号对冷却塔变频电机进行控制，以实现对温度的有效调控，解决冬季的防冻问题；在过渡季节可以进行湿式闭式换热（喷淋循环水）联合运行的方式，充分提高冷却塔的换热效率。

综上所述，本发明能够很好地实现夏季充分利用周围空气进行冷却，冬季在有效防冻的基础上实现冷却水的高效降温，干式湿式和开式闭式换热可以相互切换也可以联合运行，实现了冷却塔的高效换热，此系统提高了工艺流程的能源利用率，经济效果十分显著。其很好地保证了一些特殊工业上的要求，例如低温余热发电机组冷却水的全年需求。

附图说明

图1为本发明在夏季运行的工作流程图；

图2为本发明在冬季和过渡季运行的工作流程图；

图3为应用本发明的低温余热发电系统流程图。

图中：1、壳体，2、风扇，3、挡水板，4、喷淋水管，5、喷嘴，6、冷却盘管，7、进风格栅，8、水槽，9、循环水泵Ⅰ，10、排水阀门，11、三路换向阀Ⅰ，12、三路换向阀Ⅱ，13、三路换向阀Ⅲ，14、三路换向阀Ⅳ，15、循环水泵Ⅱ，16、放热设备，17、温度传感器Ⅰ，18、自动控制器，19、变频电机，20、温度传感器Ⅱ，21、三路换向阀Ⅴ，22、工质循环泵，23、取热设备，24、膨胀机，25、同步发电机。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，包括自动控制器18、冷却塔、开式冷却塔进水管路、闭式冷却塔进水管路、放热设备冷却水回水管路、开式冷却塔出水管路、闭式冷却塔出水管路和放热设备冷却水供水管路。

冷却塔包括壳体1、风扇2、变频电机19、挡水板3、喷淋水管4、冷却盘管6和水槽8；风扇2和变频电机19安装在壳体1的内顶部，风扇2由变频电机19驱动；挡水板3安装在壳体1的内上部，喷淋水管4设置在挡水板3的下面，冷却盘管6安装在壳体1的内中部，冷却盘管6的上部设有进口e，下部设有出口f，水槽8固定在壳体1的内底部，水槽8的底部设有泄流管路，泄流管路上设有泄流阀10，在壳体1的两侧下部设有进风格栅7。

开式冷却塔进水管路与喷淋水管4相连，闭式冷却塔进水管路与冷却盘管进口e相连，放热设备冷却水回水管路上设有循环水泵Ⅱ15，放热设备冷却水回水管路与开式冷却塔进水管路和闭式冷却塔进水管路通过三路换向阀Ⅳ14连接；闭式冷却塔出水管路与冷却盘管出口f相连，开式冷却塔出水管路与水槽8连接，开式冷却塔出水管路上设有循环水泵Ⅰ9，放热设备冷却水供水管路与开式冷却塔出水管路和闭式冷却塔出水管路通过三路换向阀Ⅲ13连接；开式冷却塔出水管路上还设有三路换向阀Ⅱ12，三路换向阀Ⅱ12位于所述循环水泵Ⅰ9的下游，开式冷却塔进水管路上设有三路换向阀Ⅰ11，三路换向阀Ⅰ11与三路换向阀Ⅱ12通过连接管路相连。

自动控制器18控制变频电机19的运转和循环水泵Ⅰ9的开闭；自动控制器18控制三路换向阀Ⅰ11、三路换向阀Ⅱ12、三路换向阀Ⅲ13和三路换向阀Ⅳ14的导通路径，自动控制器18控制循环水泵Ⅰ9和循环水泵Ⅱ15的运转。

在本实施例中，在放热设备冷却水供水管路的出口处设有温度传感器Ⅰ17，在喷淋管的进口处设有温度传感器Ⅱ20，自动控制器18根据来自温度传感器Ⅰ17和温度传感器Ⅱ20的温度信号控制变频电机19的运转和循环水泵Ⅰ9的开闭。

本发明向放热设备16提供冷却水，冷却水进口为a，出口为b，通过循环水泵Ⅱ15进行循环，将热量从放热设备16带走。挡水板3用于降低湿式运行时水的损失。冷却盘管6的外面设置有翅片，用于增大换热面积，增强换热效果。内置水槽8，用于在湿式运行时储存喷淋水，并通过循环水泵Ⅰ9将其输送回喷淋管4的进口c或放热设备的进口a进行循环，排水阀门10用于水的排空及清洁水槽。

本发明通过将干式换热和湿式换热进行整合，通过对开式和闭式进行合理的设计使得冷却塔能够在全年高效地运行，为全年需要冷却的系统提供所需的冷却水。

本发明的工作原理：

请参阅图1，本发明在夏季运行时，冷却塔采用开式湿式冷却的方式，首先通过自动控制器18控制三路换向阀Ⅰ11、三路换向阀Ⅱ12、三路换向阀Ⅲ13和三路换向阀Ⅳ14的导通路径，启动循环水泵Ⅱ15和循环水泵Ⅰ9，使需要降温的冷却水从放热设备出口b进入喷淋管进口c，冷却水进入喷淋水管4经过其上的喷嘴5喷淋，带翅片的冷却盘管6起到填料的作用，冷却水通过喷淋与空气进行换热冷却，落入水槽8，水槽8内的冷却水再依次通过循环水泵Ⅰ9、三路换向阀Ⅱ12和三路换向阀Ⅲ13从放热设备进口a进入放热设备16进行换热，从而完成整个循环。

请参阅图2，本发明在冬季运行时，冷却塔采用干式闭式冷却的方式，通过调控循环水泵Ⅱ15、三路换向阀Ⅳ14，使冷却水从放热设备出口b流经盘管上部进口e进入盘管6，需要降温的冷却水通过带翅片的冷却盘管6与空气进行干式换热，控制三路换向阀Ⅲ13使经过降温的冷却水从盘管下部出口f流到放热设备进口a，冷却水进入放热设备进行换热，完成整个循环。

同时采用自动控制系统，当放热设备进口a处的水温低于设计最低温度5℃时，温度传感器Ⅰ17将信号输送给自动控制器18，自动控制器18根据该信号通过调节变频电机19的频率降低风扇2的转速，减少冷却塔内的进风量，降低盘管迎面风速，从而达到调控冷却水温度的目的，有效防止冷却水的冻结。为了更好地控制冷却水的温度，保证防冻的目的，盘管6还可设计成冷却水行程可调的形式，例如通过在冷却盘管上安装三路换向阀Ⅴ21，并使三路换向阀Ⅴ21位于冷却盘管出口f的上游，将三路换向阀Ⅴ21的一个出口作为闭式冷却塔提前出口，闭式冷却塔提前出口与闭式冷却塔出水管路通过闭式冷却塔提前出水管路连接，三路换向阀Ⅴ21的导通路径由自动控制器18控制。通过调控三路换向阀Ⅴ21达到调节冷却水通过盘管的行程，更好的实现防冻和温度的可控性。同时冬季冷却水也可加防冻液进行防冻。

请参阅图2，本发明在过渡季节运行时，考虑到干式换热的换热效率不高，因此本发明提出干式换热加喷淋循环水湿式冷却的联合冷却方式，有效地提高了换热效率。具体流程如下：冷却水的循环流程与本发明在冬季运行时的流程一样，同时开启循环水泵Ⅰ9，控制三路换向阀Ⅰ11和三路换向阀Ⅱ12，使循环水从水槽出口d到喷淋管进口c，循环水通过喷淋的方式与带翅片的冷却盘管6进行换热，提高冷却水的换热效率，循环水经过喷淋进入水槽8，再通过循环水泵9加压，从而完成循环水的循环。其中当温度传感器Ⅱ20所测喷淋水管进口温度低于5℃时，通过自动控制器18关闭循环水泵9或调控变频电机19的频率，以防循环水在喷淋过程中结冰。

请参阅图3，一种应用本发明的低温余热发电系统，将本发明所提供的冷却水应用于低温余热发电机组放热设备的冷却，冷却水供水温度越低，发电效率越高，因此使冷却水供水达到可以实现的最低温度成为关键。上述低温余热发电系统利用有机工质低沸点蒸发的热物性，采用来自低温热源的热能发电，热水供水进入取热设备23与来自放热设备16的冷工质换热，降温后的热水回水从取热设备23中排出进入低温热源；有机工质吸热蒸发成为饱和或者过热蒸气，蒸气推动膨胀机24做功，将低品位热能转化为机械能，再通过同步发电机25将机械能转化为电能。蒸气膨胀后形成热工质进入放热设备16冷凝，由气态变为液态冷工质，再通过工质循环泵22加压打入取热设备23完成整个循环，本发明向放热设备16提供冷却水。本发明在应用于低温余热发电机组中时包括三种运行方式，分别对应不同的季节。本发明在夏季运行时，请参照图1，控制冷却水供水温度为27℃，回水温度为32℃，冷却水回水从放热设备出口b到喷淋管进口c，喷淋后，再从水槽出口d到放热设备进口a，为使冷却水温度降到最低，可以适当加大变频电机19的频率，如果对水质要求较高，夏季还可以采用干式换热加喷淋循环水联合运行的方式，使得出水温度尽量达到空气的湿球温度，进而提高低温发电机组的发电效率。本发明在冬季运行时，请参照图2，控制冷却水供水温度为5℃，回水温度为12℃，冷却水回水从放热设备出口b到盘管进口e，进入盘管6进行冷却，再从盘管出口f到放热设备进口a。在本实施例中，将带翅片的冷却盘管6设计成行程可调节的结构，当外界温度过低，调控变频电机19还不能实现放热设备进口温度的最低设计温度时，可以通过减少冷却水所通过盘管的行程，减少散热，具体方法为，调控三路换向阀21使得冷却水经过一部分盘管之后排出冷却塔，达到调控温度防止结冻的目的。在过渡季节，因为周围空气温度相对夏季较低，本发明采用闭式换热与喷淋循环水联合运行的方式，这种方式可以减少水损失、保证水质，同时其换热效率也不低，通过自动控制系统调节变频电机19的频率，实时调控冷却水的温度，保证在运行安全的基础上高效换热，使冷却塔的冷却效果达到最佳。

本发明的特别之处在于：

（1）实现了干式湿式和开式闭式换热运行的灵活调节和相互切换，使得冷却塔能够在夏季和冬季安全高效地运行，很好地满足某些特殊工艺如低温废热发电机组冷却水的需求。

（2）通过对放热设备冷却水供水温度、喷淋水管进水温度的控制以及变频电机的自动调控，控制冷却塔的进风量以及风速，有效地解决了冬季冷却水冻结的问题。

（3）当对水质有特别要求时，在夏季也可以采取干式闭式加喷淋循环水的冷却方式，本实施例叙述的实施流程仅针对特定的几个季节进行描述，可以视具体情况进行相应的变更，并且可以通过多种方式进行实践和实现。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，包括冷却塔，所述冷却塔包括壳体、风扇、变频电机、挡水板、喷淋水管、冷却盘管和水槽；所述风扇和所述变频电机安装在所述壳体的内顶部，所述风扇由所述变频电机驱动；所述挡水板安装在所述壳体的内上部；所述喷淋水管设置在所述挡水板的下面；所述冷却盘管安装在所述壳体的内中部，所述冷却盘管的上部设有进口，下部设有出口；所述水槽固定在所述壳体的内底部，所述水槽的底部设有泄流管路，所述泄流管路上设有泄流阀；在所述壳体的两侧下部设有进风格栅；其特征在于，

该系统还包括自动控制器、开式冷却塔进水管路、闭式冷却塔进水管路、放热设备冷却水回水管路、开式冷却塔出水管路、闭式冷却塔出水管路和放热设备冷却水供水管路；

所述开式冷却塔进水管路与所述喷淋水管相连，所述闭式冷却塔进水管路与冷却盘管进口相连，所述放热设备冷却水回水管路上设有循环水泵Ⅱ，所述放热设备冷却水回水管路与所述开式冷却塔进水管路和所述闭式冷却塔进水管路通过三路换向阀Ⅳ连接；

所述闭式冷却塔出水管路与冷却盘管出口相连，所述开式冷却塔出水管路与所述水槽连接，所述开式冷却塔出水管路上设有循环水泵Ⅰ，所述放热设备冷却水供水管路与所述开式冷却塔出水管路和所述闭式冷却塔出水管路通过三路换向阀Ⅲ连接；

所述开式冷却塔出水管路上还设有三路换向阀Ⅱ，所述三路换向阀Ⅱ位于所述循环水泵Ⅰ的下游，所述开式冷却塔进水管路上设有三路换向阀Ⅰ，所述三路换向阀Ⅰ与所述三路换向阀Ⅱ通过连接管路相连；

所述自动控制器控制所述变频电机的运转和所述循环水泵Ⅰ的开闭；所述自动控制器控制所述三路换向阀Ⅰ、所述三路换向阀Ⅱ、所述三路换向阀Ⅲ和三路换向阀Ⅳ的导通路径，所述自动控制器控制所述循环水泵Ⅰ和所述循环水泵Ⅱ的运转。

2.根据权利要求1所述的可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，其特征在于，在所述放热设备冷却水供水管路的出口处设有温度传感器Ⅰ，在所述喷淋管的进口处设有温度传感器Ⅱ，所述自动控制器根据来自所述温度传感器Ⅰ和所述温度传感器Ⅱ的信号控制所述变频电机的运转和所述循环水泵Ⅰ的开闭。

3.根据权利要求1所述的可控温的干湿-开闭集成式冷却塔系统，其特征在于，在所述冷却盘管上安装有三路换向阀Ⅴ，所述三路换向阀Ⅴ位于所述冷却盘管出口的上游，将所述三路换向阀Ⅴ的一个出口作为闭式冷却塔提前出口，所述闭式冷却塔提前出口与所述闭式冷却塔出水管路通过闭式冷却塔提前出水管路连接，所述三路换向阀的导通路径由所述自动控制器控制。

Images