CN106440925B - 冷却塔漂浮物清除器 - Google Patents

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Abstract

一种漂浮物清除器，用于从冷却塔中的空气流移除液体，该漂浮物清除器包括清除器入口、多个槽、清除器脊部、以及多个肋。清除器入口用于接收空气流。所述多个槽被配置成输送空气流穿过漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每个槽与清除器脊部流体连通并由从槽入口到槽出口向上弯曲的槽内表面限定出。所述多个肋由槽中的相邻的槽限定出并朝向槽出口向上弯曲。

Description

冷却塔漂浮物清除器
相关申请的交叉参考
本申请要求于2015年6月2日递交的名称为“DRIFT ELIMINATOR FOR CONDENSINGCOOLING TOWER EFFLUENT(用于冷凝冷却塔流出物的漂浮物清除器)”的美国临时申请序列号62/169,889的优先权，该申请的全部公开内容通过参引并入本文。
技术领域
本发明总的来说涉及对冷却塔流出物或其他排热装置中的夹带水的空气进行水回收。更具体地，本发明涉及用于对来自冷却塔空气流出物的水进行回收以减少冷却塔排放空气流出物中的漂浮物的方法和设备。
背景技术
如所周知，很多工艺过程会产生废热。例如，在使用蒸汽动力驱动的涡轮机的发电生产中，水在锅炉中被加热以产生蒸汽，蒸汽对涡轮机进行驱动来产生电力。为了使这个过程所需的洁净水的量减少到最小，必须通过将蒸发热除去以再次将蒸汽转化为水，以便水能够在该过程中可被重复利用。从蒸汽中除去的热量被描述为“废热”，因为它在能源生产中是没有用的。在另一示例中，在用于大型建筑物的空气调节系统中，建筑物内部的空气被驱使经过包含有冷却水的盘管，由此将来自建筑物内部的热量转移到水中。随后，水由蒸发器中的冷却装置通过将液体转化成气体的制冷剂的扩张以带走热量来进行冷却。已升温的制冷剂气体随后被压缩并被送至冷凝器以用于冷却和液化。热量从冷凝器中的制冷剂中被除去。水冷式冷凝器将从制冷剂释放的热量转移到循环水。已加热的循环水被依次送至冷却塔，冷却塔中的热量被排放到大气中。在制冷剂被液化并冷却后，制冷剂准备开始重新循环。再次，该热量被描述为废热，因为它在制冷系统中是没有用的，并且必须在制冷剂被重新使用于冷却过程之前除去。
在前述两种过程中，以及在需要消除多余热量的步骤的许多其它的过程中，使用了冷却塔。在湿式冷却塔中，水被泵送经过包含有加热蒸汽、制冷剂、或其它受加热的液体或气体的冷凝器盘管，由此将热量转移到水中。温水随后被泵送至冷却塔的顶部，并被喷涂在冷却塔装填物介质上以增加温水的外露表面积并提高热传递和蒸发。装填物介质典型地包括片材材料或挡溅条。当温水穿过装填物介质向下流动时，外界空气横穿经过受加热的水的装填物介质并且热量通过显著的热传导和蒸发性热传导从水中转移到空气中。在该过程期间，空气流相比其即将进入的外界空气变得更热更潮湿。然后温热、潮湿的空气被驱使到冷却塔的外部或从冷却塔排出，并消散到周围空气中。然而，出于多种原因，将液态水(典型地，液态水呈被称为“漂浮物”的雾或液滴的形式)与温热、潮湿的排出空气一同排出是不期望的。例如，漂浮物标志着循环水的丧失。在另一示例中，在一些大气条件下，漂浮物可能会冻结并不利地影响冷却塔或附近的其他机器和结构中的组件的运行。
同时，其他的步骤可被采取以减小来自冷却塔中的漂浮物的量，这些步骤通常是不足的并且会引起其他问题。例如，减慢空气流的速度可减少漂浮物，但折衷是增加装填物介质的容积以及冷却塔的尺寸。将迷宫挡板放置在装填物介质和冷却塔排气装置之间也可减少漂浮物。但遗憾的是，迷宫会增加穿过装填物介质的静压，而这需要更强大的风机来使穿过冷却塔的空气离开。
因此，需要减少冷却塔中的漂浮物以解决上述的问题和/或其他传统的方法所引起的问题。
发明内容
本发明的实施例能够在至少一定程度上减少冷却塔中的漂浮物。
本发明的实施例涉及一种漂浮物清除器，其用于从冷却塔中的空气流移除液体。漂浮物清除器包括清除器入口、多个槽、清除器脊部、以及多个肋。清除器入口用于接收空气流。所述多个槽被配置成输送空气流穿过漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每个槽与清除器脊部流体连通并由从槽入口到槽出口向上弯曲的槽内表面限定出。所述多个肋由槽中的相邻的槽限定出并朝向槽出口向上弯曲。
本发明的另一实施例涉及一种用于冷却塔的装填物介质。该装填物介质包括装填物入口部分、热交换部分、以及漂浮物清除器部分。装填物入口部分被布置在装填物介质的第一端部。热交换部分包括热交换入口和热交换通道。热交换入口与装填物入口部分流体连接。热交换通道由一对热交换片材限定出，并被配置成使流经所述热交换通道的液体流的热量交换给流经所述热交换通道的空气流。液体流从装填物介质的顶部穿过并向下流经热交换通道，并且空气流经由装填物入口部分进入装填物介质并横穿热交换部分被输送。漂浮物清除器部分被配置成从空气流移除液体。漂浮物清除器包括清除器入口、多个槽、清除器脊部、以及多个肋。清除器入口用于接收空气流。所述多个槽被配置成输送空气流穿过漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每个槽与清除器脊部流体连通并由从槽入口到槽出口向上弯曲的槽内表面限定出。所述多个肋由槽中的相邻的槽限定出并朝向槽出口向上弯曲。
本发明的另一实施例涉及一种冷却塔。冷却塔包括液体供给系统以产生液体流，以及装填物介质。该装填物介质包括装填物入口部分、热交换部分、以及漂浮物清除器部分。装填物入口部分被布置在装填物介质的第一端部。热交换部分包括热交换入口和热交换通道。热交换入口与装填物入口部分流体连接。热交换通道由一对热交换片材限定出，并被配置成使流经所述热交换通道的液体流的热量交换给流经所述热交换通道的空气流。液体流从装填物介质的顶部穿过并向下流经热交换通道，并且空气流经由装填物入口部分进入装填物介质并横穿热交换部分被输送。漂浮物清除器部分被配置成从空气流移除液体。漂浮物清除器包括清除器入口、多个槽、清除器脊部、以及多个肋。清除器入口用于接收空气流。所述多个槽被配置成输送空气流穿过漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每个槽与清除器脊部流体连通并由从槽入口到槽出口向上弯曲的槽内表面限定出。多个肋由槽的相邻的槽限定出并朝向槽出口向上弯曲。
因此为了可以更好地理解本发明的详细描述，并且为了可以更好地意识到本发明对本领域的贡献，已经相当广泛地列出了本发明的更多的重要特征。当然有本发明的附加的特征，这些将在下面描述，并且将形成本文所附权利要求的主题。
在这方面，在详细说明本发明的至少一种实施方式前，应当理解，本发明不将其应用限于以下描述中记载的和附图中示出的构造的细节和部件的组装。本发明能够以除描述的这些实施方式外的方式实施，并且能够以多种方式实践和实行。另外，应当理解本文使用的措词和术语以及摘要是用于描述的目的而不应视为限制性的。
因此，本领域技术人员将意识到，本发明所基于的概念可容易地用作设计其他结构、方法和系统的基础，以用于实现本发明一些目的。因此，重要的是将权利要求视为包括这些等同构造，因为它们不背离本发明的精神和范围。
附图说明
图1为适于与本发明的实施例一起使用的热交换器的剖视图。
图2为根据本发明的实施例的装填物介质的侧视图。
图3为图2的装填物介质的透视图。
图4为图2的装填物介质的一部分的俯视图。
图5为图2的装填物介质的一部分的侧剖视图，示出了装填物介质的漂浮物清除器部分中的清除器。
所示的附图仅仅是为了举例说明的目的，因此，除了被视为对权利要求书来说是必不可少的具体细节，既不希望也不旨在将本发明的主题限制成所示的结构的任何或所有的具体细节。
具体实施方式
总的来说，本发明的实施例涉及一种漂浮物清除器以及将漂浮物从空气流中清除的方法。尽管本文中示出的示例是在冷却塔中使用漂浮物清除器，但是将液体或微粒物质从流体流中移除的其他应用也落在本发明的其他实施例的范围内。现将参考附图，其中，相似的附图标记表示相似的元件，图1中示出了用于消散废热的冷却塔10。通过将水的向下流动引入到空气的水平流动从而将废热消散，而将水的向下流动引入到空气的水平流动可通过合理的传热和蒸发冷却的接合来吸收废热。冷却塔10包括壳体12、水供给系统14、水收集系统16、风机18以及装填物介质20。如图1所示，水经由供给管道22被输送到冷却塔并经由多个喷嘴24或诸如穿孔托盘或筛之类的其他的这种雾化分散装置被引入到装填物介质20中。如本文所述，装填物介质20包括平坦的通道以用于水和空气的通过(见图3)。被引入到装填物介质20的顶部处的水穿过这些通道下降以形成水流26，并与水平的空气流28接触。空气流经由风机18而产生。保持在装填物介质20的底部的任何的液态水滴入水收集系统16的收集槽30中，并经由排水管道32从冷却塔10输送走。
装填物介质20包括装填物入口部分40、热交换部分42、以及漂浮物清除器部分44。装填物入口部分44位于装填物介质20的空气入口侧46。为减少或防止水或其他液体从装填物介质20中溅出，装填物入口部分40包括一系列的栅板或挡板48。每个挡板48朝向热交换部分42倾斜以将任何偏离的水再次引回到热交换部分42中。漂浮物清除器部分44位于装填物介质20的空气出口侧50。如本文所描述的，漂浮物清除器部分44包括多个漂浮物清除元件，所述多个漂浮物清除元件被配置成减少或消除从装填物介质20中排出的漂浮物。例如，漂浮物清除器部分44包括一系列的肋52。在本文中描述这些以及其他漂浮物清除元件。
图2是根据本发明的一个实施例的装填物介质20的侧视图。如图2所示，装填物入口部分40包括一系列的栅板或挡板48，以及一系列的挡板通道60，挡板通道60被布置在每对相邻的挡板48之间。也就是说，挡板48和挡板通道60沿装填物入口部分40交错。每个挡板通道60包括挡板通道入口62和挡板通道出口64。挡板通道入口62被布置成相对地高于相应的挡板通道出口64，以将溅出的水重新定向以返回至热交换部分42中。
如在图3中更好地示出，装填物介质20包括多个片材70。片材70可包括任何合适的材料以形成片材70。通常，适当的材料包括聚合物、金属、或其他的足够坚硬的可形成材料。返回至图2，一个具体的片材70的一部分被示出。被冲压或形成于片材70中的热交换部分42包括斜纹区域72、管插口74、以及支撑件76(同样见图3)。斜纹区域72被配置成通过引入空气和水的非层流和湍流以促进空气和水的混合。此外，斜纹区域72增大了表面面积以达到使水向下流淌在片材70的表面上的程度。管插口74可选择地提供用于将片材70附接至冷却塔10的壳体12的附接点。如果使用的话，一个或多个管插口74可被钻孔或穿孔以产生通过装填物介质20的通道。管或管道(未示出)可被布置成穿过通道以支撑装填物介质20。支撑件76被用于维持片材70之间的间隔(图2中示出)。
在图2中还示出，漂浮物清除器部分44包括肋52。肋52可以连续弯曲和/或可以呈翼型(airfoil)形状。在具体的示例中，每个肋52可包括圆形的前部边缘80，该前部边缘80具有前部部分82，该前部部分82相对较厚并向下逐渐变薄至后部部分84。肋52的这种形状便于将空气流28朝向风机18向上引导(图1中示出)，和/或通过使空气在肋52(尤其是后部部分84)的逐渐变薄中逐步扩张来恢复空气流28的能量以减小穿过漂浮物清除器部分44的静压。空气的逐步扩张减慢了空气的速度并减少了出口50处的压力损失。
较低的静压的优点在于，在所有的其他因素相同时(例如，风机额定性能、装填物容积，等)，空气流28的速度约大于传统的没有肋52的漂浮物清除器的空气流速度的5％。空气流28中的更大的速度引起冷却能力的增加。附加地或替代性地，肋52促进了风机18的具有更低的额定功率或使用更少的能源的用途，同时还维持了具有传统的漂浮物清除器(没有肋52)的传统的冷却塔的冷却能力。通过使用具有更低额定功率的风机18，能源利用被降低。
参考图2和图3，装填物入口部分40(图2中示出)、热交换部分42、以及漂浮物清除器部分44均被集成至片材70并且更通常地被集成至装填物介质20。也就是说，这些部分均形成自单个片材材料，并且已形成的片材70随后被叠置以形成装填物介质20。因此，装填物介质20的装配是相对简单的。然而，在其他实施例中，漂浮物清除器部分44可被添加至已存在的装填物介质。例如，如果已存在的装填物介质具有不足的漂浮物清除，漂浮物清除器部分44可被添加至已存在的装填物介质。
图3为图2的装填物介质20的后部部分的透视图。如图3所示，装填物介质20包括产生一系列的热交换通道90的多个片材70。这些热交换通道90通常是平坦的以促进水的向下流动和空气的水平流动以及水流和空气流的混合。如已经讨论的，空气流28通常流动穿过热交换部分42，并随后在从装填物介质20排出之前穿过漂浮物清除器部分44。漂浮物清除器部分44被配置成通过使空气流28执行一系列转向来移除任何夹带的水滴或水雾。由于水滴的质量大于空气和水分子的质量，因此液滴撞击表面并附着在表面，并随后在这些表面上向下流淌以滴落在图1所示的收集槽30中。
现参考图4和图5，漂浮物清除器部分44包括多个弯曲部分以及漂浮物壁，所述多个弯曲部分与漂浮物壁共同工作以对空气流28进行重新导向并移除夹带的水(漂浮物)。特别地，漂浮物清除器部分44包括第一弯曲部分100、第二弯曲部分102、以及第三弯曲部分104。第一弯曲部分100朝向装填物介质20的第一侧弯曲，第二弯曲部分102朝向装填物介质20的另一侧往回弯曲。第三弯曲部分104往回弯曲成与热交换通道90的保持平面一致，并且还向上弯曲成与52的曲线保持一致。漂浮物清除器部分44还包括第一漂浮物壁106、第二漂浮物壁108、第三漂浮物壁120以及第四漂浮物壁122。第一漂浮物壁106被布置在第一弯曲部分100和第二弯曲部分102之间。第二漂浮物壁108被布置在第二弯曲部分102和第三弯曲部分104之间。第一漂浮物壁106、第二弯曲部分102和第二漂浮物壁108共同形成大致V形几何形状以形成“V”形脊部。该V形的顶点出现在第一漂浮物壁106和第二漂浮物壁108的相交处，该相交处处于第二弯曲部分102处。前述的“V”形脊部使空气流28逐渐分散，同时允许空气流的能量的恢复，并减小压力下降的可能性。
现在参考图3至图5，随着空气流28进入漂浮物清除器部分44，空气流28被迫使沿着第一弯曲部分100的曲线行进，而具有更大质量的夹带着的液态水更缓慢地转向并撞击第一漂浮物壁106。第一漂浮物壁106的表面是充分吸水的并可使水附着至第一漂浮物壁106。一旦第一漂浮物壁106上聚积了足够的水，水将从第一漂浮物壁106向下滴落或流敞。就这一点而言，第一漂浮物壁106充当排水表面或排水通道以促进水向下流动并流动至收集槽30。在第一漂浮物壁106处未被移除的被夹带的液态水继续与空气流28一起前行，空气流28随后被迫使在第二弯曲部分102处转弯。再一次地，更大质量的水滴更缓慢地进行转向，并撞击第二漂浮物壁108并附着至第二漂浮物壁108上。第二漂浮物壁108的表面依旧是充分吸水的并可使水附着至第二漂浮物壁108。一旦第二漂浮物壁108上聚积了足够的水，水将从第二漂浮物壁108向下滴落或流敞。就这一点而言，第二漂浮物壁108充当排水表面或排水通道以促进水向下流动并流动至收集槽30。
在第三弯曲部分104处，空气流28往回转弯而与热交换通道90的平面保持一致，并且空气经由槽入口112进入槽110，并最终经由槽出口114离开或排出。随着空气流进入槽110，移动的夹带液态水的大部分可将微粒携带至第三漂浮物壁120，而空气流28继续穿过槽110并通过肋52被重新向上引导。同样，移动的夹带液态水的大部分可将颗粒携带至第四漂浮物壁122，而空气流28被继续向上引导并经由槽出口114流动至槽110的外部。槽110由槽的从槽入口112到槽出口114向上弯曲的壁限定出。槽入口112被布置成相对地低于槽出口114，并且槽110以连续的曲线向上扫掠。
图4中还绘出了清除器入口101，该清除器入口101与热交换部分42相邻。图5中还示出了槽入口112。返回至图4，图4中示出了平面A，槽110沿平面A延伸并且空气流沿平面A流动。在图4中示出的具体示例中，平面A通常被限定为位于两个相邻片材70之间的平面，并且更具体地，平面A通常被限定为沿位于两个相邻片材70之间的中点平面的平面。如图4所示，由第一漂浮物壁106、第二弯曲部分102、以及第二漂浮物壁108形成的V形脊部使空气流从平面A处转向，并且随后，第三弯曲部分104使空气流转向返回以在槽入口112处平行于平面A。
在一些示例中，第三弯曲部分104可被省略。也就是说，第三弯曲部分104是可选的。如果具有第三弯曲部分104，槽110可被整体地布置成沿着图4中示出的平面A。如果第三弯曲部分104被省略，槽110可沿由图4中示出的第二漂浮物壁108限定的线继续。在第三弯曲部分104被省略的示例中，平面A可被限定成沿槽入口112和槽出口114之间的线的平面，并且平面A与由两个相邻片材70限定的槽110对齐。
图5为图2的装填物介质20的一部分的侧剖视图，示出了装填物介质20的漂浮物清除器部分44中的肋52。如图5所示，肋52包括圆形的前部边缘80，该前部边缘80具有前部部分82，该前部部分82相对较厚并逐渐变薄至后部部分84。肋52的形状是空气动力学的，以减少转向压力的下降和/或扩张压力。以这种方式，空气流28被重新向上引导，并且与肋52为平直平面相比，空气流28具有相对更大的速度。同样如图5所示，肋52由相邻的两个槽110限定出。也就是说，肋52被布置在肋52的上方和下方的槽110之间，并且肋52的几何形状由相邻的槽110的壁决定。如上面描述的，当进入槽110时，空气流进入槽110中，空气流28中移动的夹带液态水的大部分可将水微粒携带至第三漂浮物壁120，同时空气流28穿过槽110继续流动，并通过肋52被重新向上引导。同样，移动的夹带液态水的大部分可将微粒带至第四漂浮物壁122，同时空气流28继续向上流动，并经由槽出口114流动至槽110的外部。
根据详细的说明，本发明的许多特征和优点是显而易见的，因此，将通过所附权利要求来覆盖所有这些落于本发明真实精神和范围内的本发明的特征和优点。此外，由于对于本领域技术人员来讲容易进行许多修改和变型，因此不希望将本发明限于示出和描述的具体构造和操作，并且相应地，所有适当的修改方式和等同物都应落入本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种漂浮物清除器(44)，用于从冷却塔(10)中的空气流(28)移除液体，所述漂浮物清除器(44)包括：
清除器入口(101)，所述清除器入口用于接收所述空气流(28)；
多个槽(110)，所述多个槽被配置成输送所述空气流(28)穿过所述漂浮物清除器(44)；
清除器脊部，所述清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁(106)并且具有沿第二方向延伸的第二漂浮物壁(108)，其特征在于，所述多个槽(110)中的至少第一槽与所述清除器脊部流体连通，所述多个槽(110)中的至少第二槽由从槽入口(112)到槽出口(114)向上弯曲的槽内表面限定出；以及
多个肋(52)，所述多个肋由所述多个槽(110)中的相邻的槽限定出，其中，所述多个肋(52)中的每个肋(52)都呈翼型，所述多个肋(52)中的每个肋(52)都包括邻近所述清除器脊部的前部部分(82)，并且所述多个肋(52)中的每个肋(52)都包括邻近所述槽出口(114)的后部部分(84)，所述前部部分(82)相对较厚并朝向所述后部部分(84)逐渐变薄，所述多个肋(52)中的每个肋(52)都朝向所述槽出口(114)向上弯曲。
2.根据权利要求1所述的漂浮物清除器(44)，其中，所述多个槽(110)限定出清除器平面(A)。
3.根据权利要求2所述的漂浮物清除器(44)，其中，所述第一漂浮物壁(106)延伸离开所述清除器平面(A)，并且所述第二漂浮物壁(108)延伸返回所述清除器平面(A)。
4.根据权利要求1所述的漂浮物清除器(44)，其中，至少一个清除器脊部具有V形几何形状。
5.根据权利要求4所述的漂浮物清除器(44)，其中，所述第一漂浮物壁(106)和所述第二漂浮物壁(108)通过弯曲的顶壁(102)连接。
6.一种用于冷却塔(10)的装填物介质(20)，所述装填物介质(20)包括：
装填物入口部分(40)，所述装填物入口部分被布置在所述装填物介质(20)的第一端部；
热交换部分(42)，所述热交换部分(42)包括：
热交换入口，所述热交换入口与所述装填物入口部分(40)流体连接；以及
热交换通道(90)，所述热交换通道由一对热交换片材(70)限定出，并被配置成使流经所述热交换通道的液体流(26)的热量交换给流经所述热交换通道(90)的空气流(28)，其中，所述液体流(26)从所述装填物介质(20)的顶部穿过并向下流经所述热交换通道(90)，并且其中，所述空气流(28)经由所述装填物入口部分(40)进入所述装填物介质(20)并横穿所述热交换部分(42)被输送；以及
根据权利要求1到5中任一项所述的漂浮物清除器(44)。
7.根据权利要求6所述的装填物介质(20)，其中，所述装填物入口部分(40)包括一系列的装填物入口通道(60)，所述装填物入口通道(60)中的至少一个具有装填物入口通道入口(62)以及装填物入口通道出口(64)，所述装填物入口通道出口被相对地布置在所述装填物入口通道入口(62)的下方。
8.根据权利要求6所述的装填物介质(20)，其中，所述漂浮物清除器(44)被集成到所述装填物介质(20)。
9.一种冷却塔(10)，包括：
液体供给系统，所述液体供给系统用于产生液体流(26)；以及
根据权利要求6至8中任一项所述的装填物介质(20)。
10.根据权利要求9所述的冷却塔(10)，进一步包括风机(18)以产生横穿所述装填物介质(20)的空气流(28)。
11.根据权利要求9所述的冷却塔(10)，进一步包括布置在所述装填物介质(20)下方的液体收集系统(16)以收集所述液体流(26)。
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