CN105115315B

CN105115315B - 一种节能闭式冷却塔

Info

Publication number: CN105115315B
Application number: CN201510547769.XA
Authority: CN
Inventors: 邬扬善; 张余凯
Original assignee: BEIJING OIL-TECH ENERGY ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING OIL-TECH ENERGY ENVIRONMENTAL PROTECTION ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: CN105115315A

Abstract

本发明提供了一种节能闭式冷却塔，包括箱体、安装在箱体内的换热器、用于给换热器降温的高压微雾降温系统、分别安装在箱体顶部及下部的引风装置和水箱，所述箱体是方形箱体或者V型箱体；所述高压微雾降温系统位于换热器的外侧；所述换热器包括至少一个热管换热器，所述热管换热器安装在方形箱体的箱体两侧或者组成V字形结构安装在V型箱体两侧；所述热管换热器为两相热虹吸管换热器，其启动温度≤40℃；所述热管换热器的蒸发段安装于所述水箱内部。所述节能闭式冷却塔具有换热效率高、节水、节电、防冻、无环境污染、可实现零污染零排放、夏季可降低进风温度等优点；采用单元化结构，有利于进行工业化生产，降低成本。

Description

一种节能闭式冷却塔

技术领域

本发明属于工业冷却设备技术领域，尤其涉及一种节能闭式冷却塔。

背景技术

冷却塔分为开式冷却塔和闭式冷却塔。开式冷却塔主要存在以下缺点：一是水耗大，除了有效利用的一部分蒸发汽化吸收循环水热量的有效损耗，还有一部分风吹损失的无效损耗；二是电耗高，从换热器流出的冷却水还有20多米的余压，进入凉水塔后成了常压，这部分扬程能量浪费；三是排污高，由于水不断蒸发，水中固形物、钙镁离子等浓度逐渐增加，并且滋生菌类，为了减少水中结垢物，通常要加药和排污的措施；四是换热设备寿命短，由于水直接与大气接触，水质容易恶化，硬度增大，导致换热设备结垢、腐蚀，降低换热效果，缩短设备寿命；五是维护费用高，凉水塔的填料需定期更换，另外加药费用也较高，每年需加药费约134元/吨水；六是减少产能，开式冷却塔的循环水水质复杂，容易对工艺中的其他换热器产生腐蚀，缩短整条工艺其他换热器的维修周期，增加维修费用。普通的闭式冷却塔，解决了开式冷却塔的上述缺点，但是存在耗电量高的问题，虽然比开式冷却塔节水，但是仍然要消耗一部分水，并且夏季难以保证工艺设计要求，而且投资巨大。

CN 203810958U公开了一种V型联合干、湿密闭式冷却塔，包括壳体、安装在壳体内的换热器、安装在壳体顶部的引风装置；所述换热器由两个设有倾角的侧换热板组成V字形结构；所述侧换热板是内外翅片扁平管管束；在所述换热器的下方设有收水器，在所述收水器的下方设有光管管束，所述光管管束通过管道与换热器连通，在光管管束的上方、收水器的下方设有喷淋装置。该V型联合干、湿密闭式冷却塔减小了耗水量、降低了成本，但是其冷却效果还不够好，并且所述换热板在较低温度下容易结冰。CN 103376007A公开了一种热管负压冷却塔，它由风扇系统、冷却塔体、储水池、水冷却系统、喷雾系统、进风系统、补水系统和电控柜组成，风扇系统用螺栓固定在冷却塔体的承力构件上，冷却塔体的承力构件用螺母固定在储水池内的预埋螺栓上，水冷却系统、喷雾系统均通过卡箍和螺栓、螺母固定在冷却塔的承力构件上，进风系统的左进风箱通过左进风壳体前后侧壳体与塔体左侧面铆接联接，右进风箱通过右进风壳体前后侧壳体与塔体右侧面铆接联接，左进风壳体前后侧底部和右进风壳体前后侧底部直接支承在储水池底部；补水系统的自动补水装置与塔体通过法兰螺栓联接；电控柜通过电缆、导线与电机、潜水泵和各运行参数、安全监控参数的传感器相联。但是，该热管负压冷却塔结构复杂，投资大，运行中受多种因素的影响，不稳定，并且耗能比较大。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种节能闭式冷却塔，所述节能闭式冷却塔的换热器为热管换热器，兼具有开式冷却塔与闭式冷却塔的优点，传热效果好，具有冬季防冻能力，同时由于采用高压微雾降温系统，其节水效果显著，解决了夏季冷却塔的运行能力问题，同时能够实现零污染零排放的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种节能闭式冷却塔，包括箱体、安装在箱体内的换热器、用于给换热器降温的降温系统、安装在箱体顶部的引风装置以及安装在箱体下部的水箱，所述箱体是方形箱体或者V型箱体；所述降温系统为高压微雾降温系统，所述高压微雾降温系统位于换热器的外侧；所述换热器包括至少一个热管换热器，所述热管换热器安装在方形箱体的箱体两侧或者组成V字形结构安装在V型箱体两侧；所述热管换热器为两相热虹吸管换热器，其启动温度≤40℃；所述热管换热器的蒸发段安装于所述水箱内部。

本发明提供的节能闭式冷却塔中的水箱仅是一个部件的名称，其内部可盛放除水外的其它待冷却物质。

本发明提供的节能闭式冷却塔采用热管换热器巧妙地组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，它的热导率高达紫铜导热率的数倍以至数千倍，并且具有优良的等温性，由于冷、热流体完全分开，可实现纯逆流换热。

本发明提供的节能闭式冷却塔中还设置了高压微雾降温系统，所述高压微雾降温系统是在节能闭式冷却塔的空气入口侧向空气中喷雾化水，使空气中的显热转化为潜热，降低了节能闭式冷却塔入口处的空气温度，从而提高了节能闭式冷却塔的传热能力。高压微雾降温系统只是对空气进行增湿降温，利用水的汽化来换热，并不是将水直接喷到热管换热器的翅片表面，所以热管换热器的翅片表面不会结垢。高压微雾降温系统雾化后的水滴能达到几微米，蒸发速率快，带走的热量多，因此，这种节能型闭式冷却塔结合了开式冷却塔的高传热效果与闭式冷却塔的节水节电的优点，可实现零污染零排放。

所述高压微雾降温系统为本领域公知的设备，典型但非限制性的高压微雾降温系统包括管路；位于管路上的高压微雾喷嘴和用于将水通过管路泵至高压微雾喷嘴的泵，所述高压微雾喷嘴的喷水方向与空气进入箱体的方向相反。

所述箱体采用框架结构，整体稳固，能够很好地实现运行效果；所述框架结构可为钢结构、铝合金结构或钢筋混凝土结构。

V型箱体内热管换热器之间的夹角为40°～100°，如50°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°或95°等。

所述降温系统位于所述箱体的空气入口处。所述高压微雾降温系统能够增强夏季热管的冷却效果并能够真正实现了零污染零排放的目的。

所述热管换热器的传热元件为长度为1m～25m，宽度为0.1m～3m的热管管束，如长度为2m、3m、6m、7m、9m、10m、12m、14m、16m、18m、20m、22m或24m等，宽度为0.5m、0.8m、1.0m、1.2m、1.5m、1.8m、2.0m、2.3m、2.5m或2.8m等的热管管束。

所述热管的蒸发段为蛇管、螺纹管、波纹管、异型管、表面多孔管、螺旋扁管、螺旋槽管、椭圆管或扁管中的任意1种。

所述热管的冷凝段为椭圆翅片管、圆翅片管或扁平翅片管中的任意1种，所述椭圆翅片管、圆翅片管或扁平翅片管与基管的连接形式为缠绕、轧制或钎焊中的任意1种。

所述引风装置为至少一个由电机驱动的引风机，所述引风机的直径为0.5m～11m，如0.8m、1m、2m、3m、4m、5m、6m、7m、8m、9m或10m等，所述风机也可用多台小直径风机代替。

所述电机直接连接或通过调速装置连接引风机，每台引风机独立安装在一个风筒中。

另一方面，本发明还提供了一种节能闭式冷却塔组合设备，所述节能闭式冷却塔组合设备包括至少一个冷却单元，所述冷却单元为如上所述的节能闭式冷却塔；其中，每个冷却单元的热管换热器、引风装置和高压微雾降温系统均独立设置；所述至少一个冷却单元直线排列，相邻冷却单元的箱体相互连接，组成节能闭式冷却塔组合设备；所述至少一个冷却单元的热管换热器通过待冷却物质的流通管道串联。

所述待冷却物质可为水，也可为其他流体，本领域技术人员可以根据需要自行选择。

本发明所述水箱只是结构名称，是为了与其他结构区别，并不限定只能盛装水，也可以根据实际情况盛装任何待冷却物质。

所述节能闭式冷却塔组合设备有利于进行工业化生产，降低成本。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的节能闭式冷却塔采用热管换热器，能够提高冷却塔的冷却换热效果，其传热系数高达250～1000W/(m²·℃)，并且在换热器外侧安装有高压微雾降温系统，能够减少水消耗量，其节水率可高达90％以上，比一般的闭式冷却塔节电40％，并可实现零污染零排放，适用于干燥多尘的气候环境；节能闭式冷却塔组合设备采用单元化结构，有利于进行工业化生产，降低成本。

本发明提供的节能闭式冷却塔直接冷却循环水，传热系数大，换热效率高，设备结构紧凑，重量轻，体积小，占地面积小，节约材料，能够完全实现无污染无排放。

附图说明

图1是热管工作原理示意图；

图2是实施例1提供的方形节能闭式冷却塔的结构示意图；

图3是实施例2提供的V字形节能闭式冷却塔的结构示意图；

图4是实施例3提供的节能闭式冷却塔组合设备的俯视结构示意图；

其中：1，两相热虹吸管换热器；2，水箱；3，进水口；4，出水口；5，箱体；6，引风装置；7，高压微雾喷嘴；8，泵；9，高压微雾降温系统；10，热管；101，管壳；102，吸液芯；103，工质蒸汽；104，工质液体；11，蒸发段；12，绝热段；13，冷凝段；α为两个热管换热器的冷凝段之间的夹角；S为冷却单元的边长。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是热管工作原理示意图。所述热管10由管壳101、吸液芯102和工质液体104组成。将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯102毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管10一端为蒸发段11，另一端为冷凝段13。热管10利用工质液体104相变的物理过程来传递热量。当热量从蒸发段11传入时，吸液芯102内的工质液体104受热蒸发，变成蒸汽，所述蒸汽在微小的压力差下高速流向冷凝段13，在冷凝段13接触到冷的吸液芯102表面，释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料依靠毛细力或重力的作用流回蒸发段11，完成闭合循环。如此循环不止，通过工质液体104的蒸发和冷凝便把热量源源不断地从热端传到冷端。

实施例1

图2为本发明实施例1提供的方形节能闭式冷却塔结构示意图。所述节能闭式冷却塔包括箱体5、安装在箱体5内的换热器、用于给换热器降温的降温系统、安装在箱体5顶部的引风装置6以及安装在箱体5下部的水箱2，所述箱体5是方形箱体；所述降温系统为高压微雾降温系统9，所述高压微雾降温系统9位于换热器的外侧；所述换热器为2个两相热虹吸管换热器1，其启动温度≤40℃，所述2个两相热虹吸管换热器1安装在方形箱体的箱体两侧；所述2个两相热虹吸管换热器1的热管蒸发段安装于水箱2内部。

所述高压微雾降温系统9包括：管路；位于管路上的高压微雾喷嘴7和用于水通过管路泵至高压微雾喷嘴7的泵6，所述高压微雾喷嘴7的喷水方向与空气进入箱体2的方向相反。所述空气进入箱体2的方向如图2中的箭头所示。

每个两相热虹吸管换热器1由6排热管管束组成，所述热管管束高1～25m，例如2m、6m、12m、17m、22m等，优选高4m，宽0.1～3m，例如0.2m、1m、1.2m、2.3m等，优选0.3m，所述两相热虹吸管换热器1的蒸发段光管布置在水箱2内，待冷却物质在水箱2内部经四程或者四程以上循环后排出。

所述箱体5为铝合金结构。所述两相热虹吸管换热器1垂直于地面，并且相互平行。所述水箱2有2个，每个水箱2中安装有1个两相热虹吸管换热器1的热管蒸发段11，并且两相热虹吸管换热器1装入水箱2的长度为2m，所述2个水箱2上分别设有进水口3和出水口4，用于待冷却物质的进入和排出，2个进水口3相连，2个出水口4相连，待冷却物质上进下出，待冷却物质在水箱2内经四程或四程以上循环后排出。所述引风装置6包括电机和引风机，所述引风机的直径为0.5m，所述引风机安装在风筒中，所述电机的功率为2kW。

所述闭式冷却塔的工作过程如下(以水为待冷却物质)：

内循环：待冷却水通过水箱2的进水口3进入水箱2，与水箱2内部的两相热虹吸管换热器1的蒸发段进行热量交换，冷却之后的水从出水口4流出。

外循环：高压微雾降温系统9不断产生水雾，所述水雾随空气进入箱体5中，经过与两相热虹吸管换热器1换热，冷空气转变成热空气，在引风机的作用下，从箱体5顶部排出。

实施例2

图3是本发明实施例2提供的V字形节能闭式冷却塔结构示意图。所述V字形节能闭式冷却塔包括：箱体5、安装在箱体5内的换热器、用于给换热器降温的降温系统、安装在箱体5顶部的引风装置6以及安装在箱体5下部的水箱2，所述箱体5是V字形箱体；所述降温系统为高压微雾降温系统9，所述高压微雾降温系统9位于换热器的外侧；所述换热器为2个两相热虹吸管换热器1，其启动温度≤40℃；每个两相热虹吸管换热器1由6排热管管束组成，所述热管管束高1～25m，例如2m、6m、12m、17m、22m等，优选高4m，宽0.1～3m，例如0.2m、1m、1.2m、2.3m等，优选0.3m；所述2个两相热虹吸管换热器1的热管蒸发段安装于水箱2内部，所述2个两相热虹吸管换热器1的冷凝段形成正V字形结构，所谓正V字形意指V字结构的两边边长相同。

所述高压微雾降温系统9包括：管路；位于管路上的高压微雾喷嘴7和用于将水通过管路泵至高压微雾喷嘴7的泵6，所述高压微雾喷嘴7的喷水方向与空气进入箱体2的方向相反。所述空气进入箱体2的方向如图3中的箭头所示。

所述箱体5为钢框架结构，所述箱体5的两侧形成正V字形结构，所述正V字形的夹角为70°。所述水箱2上设有进水口3和出水口4，用于待冷却物质的进入和排出，待冷却物质在水箱2中上进下出。所述2个两相热虹吸管换热器1分别安装于所述箱体5的侧壁，所述两相热虹吸管换热器1的热管蒸发段11安装于所述水箱2内，并且两相热虹吸管换热器1装入水箱2的长度为3m，所述2个两相热虹吸管换热器1的热管冷凝段13形成正V字形，所述正V字形的夹角(α)为70°。所述引风机的直径为11m，所述引风机安装在风筒中，所述电机的功率为160kW。

所述V字形闭式冷却塔的工作过程如下(以水为待冷却物质)：

内循环：待冷却水通过进水口3进入水箱2，与水箱2内部的两相热虹吸管换热器1的蒸发段进行热量交换，冷却之后的水从出水口4流出。

外循环：高压微雾降温系统9不断产生水雾，水雾随空气进入箱体5中，经过与两相热虹吸管换热器1的换热，冷空气转变成热空气，在引风机的作用下，从箱体5顶部排出。

实施例3

图4是本发明实施例3提供的节能闭式冷却塔组合设备的俯视结构示意图。所述节能闭式冷却塔组合设备具有3个冷却单元，所述冷却单元为实施例1所述的方形闭式冷却塔，所述3个冷却单元直线排列；所述节能闭式冷却塔组合设备为矩形，长12m，宽3m，高4.7m。所述冷却单元为边长(S)为3m的正方形，每个冷却单元设有独立的两相热虹吸管换热器1、高压微雾降温系统9、引风装置6和水箱2；并且所述3个冷却单元的两相热虹吸管换热器1通过管道串联；所述3个冷却单元的箱体5顶部分别安装有1台直径为2.4m的引风机，所述3个引风机各自安装一个风筒中。

所述复合闭式冷却塔的工作过程如下(以水为待冷却物质)：

内循环：待冷却水通过进水口3进入水箱2，经过3个水箱2分别与两相热虹吸管换热器1的蒸发段进行热量交换，冷却之后的水从水箱2的出水口4流出。

外循环：高压微雾降温系统9不断产生水雾，水雾随空气进入冷却单元的箱体中，与3个冷却单元的两相热虹吸管换热器1进行热量交换，冷空气转变成热空气，在引风机的作用下，从箱体5顶部排出。

实施例1～2所述的节能闭式冷却塔及实施例3所述的节能闭式冷却塔组合设备的传热系数高达250～1000W/(m²·℃)，即使是在无高压微雾降温系统的情况下，其传热系数也可达50～70W/(m²·℃)；并且实施例1～3所述的闭式冷却塔的节水率可高达90％以上，比一般的闭式冷却塔节电40％。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种节能闭式冷却塔，包括箱体、安装在箱体内的换热器、用于给换热器降温的降温系统、安装在箱体顶部的引风装置以及安装在箱体下部的水箱，其特征在于，所述箱体是方形箱体或者V型箱体；所述降温系统为高压微雾降温系统，所述高压微雾降温系统位于换热器的外侧；所述换热器包括至少一个热管换热器，所述热管换热器安装在方形箱体的箱体两侧或者组成V字形结构安装在V型箱体两侧；所述热管换热器为两相热虹吸管换热器，其启动温度≤40℃；所述热管换热器的蒸发段安装于所述水箱内部；所述降温系统位于所述箱体的空气入口处，所述高压微雾降温系统的喷嘴的喷水方向与空气进入箱体的方向相反，V型箱体内热管换热器之间的夹角为40°～100°；

所述热管换热器的传热元件为长度为1m～25m，宽度为0.1m～3m的热管管束；

所述引风装置为至少一个由电机驱动的引风机，所述引风机的直径为0.5m～11m；所述电机直接连接或通过调速装置连接引风机，每台引风机独立安装在一个风筒中。

2.根据权利要求1所述的节能闭式冷却塔，其特征在于，所述热管的蒸发段为蛇管、螺纹管、波纹管、异型管、表面多孔管、螺旋扁管、螺旋槽管、椭圆管或扁管中的任意1种。

3.根据权利要求1所述的节能闭式冷却塔，其特征在于，所述热管的冷凝段为椭圆翅片管、圆翅片管或扁平翅片管中的任意1种，所述椭圆翅片管、圆翅片管或扁平翅片管与基管的连接形式为缠绕、轧制或钎焊中的任意1种。

4.一种节能闭式冷却塔组合设备，其特征在于，所述节能闭式冷却塔组合设备包括至少一个冷却单元，所述冷却单元为权利要求1-3之一所述的节能闭式冷却塔；其中，每个冷却单元的热管换热器、引风装置和高压微雾降温系统均独立设置；所述至少一个冷却单元直线排列，相邻冷却单元的箱体相互连接，组成节能闭式冷却塔组合设备；所述至少一个冷却单元的热管换热器通过待冷却物质的流通管道串联。