CN107110627A - 冷却塔中使用的双向填料 - Google Patents

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Abstract

冷却塔和冷却塔填料，其被构造用于利用空气通过间接热交换冷却工艺用水，其中所述填料构造有第一组通道和第二组通道，所述第一和第二组通道彼此交错，使得横跨将所述通道彼此分离的材料发生热交换。

Description

冷却塔中使用的双向填料
技术领域
本发明涉及双向填料在冷却塔中的使用，以及制造填料的方法。
发明内容
根据本发明一实施例，提供了一种包括被布置成用于利用空气通过间接热交换冷却工艺用水的冷却塔填料的冷却塔，其中填料构造有第一组通道和第二组通道，所述第一和第二组通道彼此交错，使得横跨将所述通道彼此分离的材料发生热交换。
根据本发明的进一步实施例，第一组喷头被构造成将所述工艺用水仅引导至所述第一组通道，并且第二组喷头被构造成将所述工艺用水仅引导至所述第二组通道或者引导至两组通道。
根据本发明的进一步实施例，冷却塔被构造成当所述第一组喷头开启以允许工艺用水流经所述第一组通道且所述第二组喷头关闭时，允许所述第一组通道中的工艺用水和所述第二组通道中的空气之间的间接热交换。
根据本发明的进一步实施例，所述第一组通道从所述填料的顶部竖直延伸至所述填料的底部，并且其中所述第二组通道在所述填料的顶部偏移一柱宽度，竖直穿过所述填料的中部，并且可选地在所述填料的底部偏移回一柱宽度。
根据本发明的进一步实施例，所述第一组通道在所述填料的顶部在第一方向中偏移半柱宽度，竖直穿过所述填料的中部，并且可选地在所述填料的底部偏移回半柱宽度，并且所述第二组通道在所述填料的所述顶部在第二方向中偏移半柱宽度，竖直穿过所述填料的中部，并且可选地在所述填料的所述底部偏移回半柱宽度。
根据本发明的进一步实施例，所述通道由一个或者更多填料包产生，每个填料包都由堆叠波纹片层组成，每个波纹片都具有相对于相邻的波纹片的纵向轴线偏移30°至90°的纵向轴线，每个波纹片都被中间片与相邻波纹片隔开。
根据本发明的进一步实施例，所述波纹片被沿所述波纹片的波纹脊结合至相邻的中间片。
根据本发明的进一步实施例，所述第一组通道相对于竖直方向以45°角定向，并且所述第二组通道也相对于竖直方向以45°角定向，但是垂直于所述第一组通道。
根据本发明的进一步实施例，所述填料包具有近似相等的长度和宽度。
根据本发明的进一步实施例，所述填料包具有长度和宽度，并且其中所述填料包的长度为宽度的1.5至3倍。
根据本发明的进一步实施例，所述填料包跨所述冷却塔布置成多个层。
根据本发明的进一步实施例，在所述填料包之间存在开放区域。
根据本发明的进一步实施例，全向填料被布置在所述填料包之间的空间内。
根据本发明的进一步实施例，所述填料包中的所述堆叠的波纹中间片中的每个都跨所述冷却塔的多个间接热交换区延伸。
根据本发明的进一步实施例，内部中间片具有斜角，以允许流体或者空气连通到所述填料包的隔离区域。
根据本发明的进一步实施例，多个填料包可在所述冷却塔中彼此堆叠，并且每个所述填料包都可被相对于直接上方和/或下方的填料包水平地以180°定向。
根据本发明的进一步实施例，所述第一和第二组通道具有相同尺寸。
根据本发明的进一步实施例，所述第一组通道的横截面比所述第二组通道大。
根据本发明的进一步实施例，提供一种具有相同塑料片叠层的冷却塔填料包，每个片都具有第一面和第二面，所述第一面具有限定第一组通道的第一组脊，所述第二面具有限定第二组通道的第二组脊，并且其中在所述填料包中，所述塑料片堆叠成使得：第一片的第一面匹配上下颠倒的第二片的第一面，并且所述第二片的第二面匹配第三片的第二面，所述第三片相对于所述第二片上下颠倒。
根据本发明的进一步实施例，所述塑料片包括齿状部分，其中在顶部和底部部分处，所述限定通道脊终止。
附图说明
图1是可根据本发明使用的双向填料包的透视图。
图2A是包括根据本发明的双向填料包的冷却塔填料部分的立面图，示出了被布置成菱形构造的三层填料包。
图2B是菱形构造的图2A的单个填料包的部分分解图。
图3A是图2的冷却塔填料部分的示意图，示出了当仅A组喷头正在提供水时的水的流动。
图3B是图2的冷却塔填料部分的示意图，示出当仅A组喷头正在提供水并且风扇正在以逆流构造将空气向上抽取穿过填料部分时的空气的流动。
图3C示出本发明的实施例能够如何被应用于横流式冷却塔。
图4是包括根据本发明的进一步实施例的双向填料包的冷却塔填料部分的立面图，其中填料包的一个尺寸拉长，示出被布置成菱形构造的两层填料包。
图5是包括图2的双向填料包的冷却塔填料部分的立面图，但是其中图2的开放区域包含全向填料。
图6是双层双向填料包的冷却塔填料部分的立面图，其中填料包被定向为菱形构造，并且其中填料包由被相对于彼此以60°/30°角布置的交错波纹片制成。
图7A是冷却塔填料部分中的单层填料的立面图，其中该层填料包括横跨多个区域的长度的单填料包。
图7B是图7A中所示的填料包的部分分解图。
图8A是根据本发明的不同实施例的冷却塔填料部分中的单层填料的立面图，其中中间片的中间层在角部处被截顶，从而打开处于填料包的顶部和底部角部处的隔离区。
图8B是图8A中所示的填料包的部分分解图。
图9A是其中填料由填料包的三个连接层组成的冷却塔的填料部分的立面图，每一层都具有与相邻层相同的构造，但是其中每一连续层都相对于上一层水平地旋转180°。
图9B是图9A的填料部分的第一层的部分分解图。
图9C是图9A的填料部分的第二层的部分分解图。
图9D是图9A的填料部分的第三层的部分分解图。
图10是具有重叠的间接热交换通道的冷却塔填料部分的立面图。
图11是可被用于装配多个片的三个部分的示意图，这些片继而可以被用于不使用完整中间片地构成图10中所示的填料包。
图12是可被用于构成图10中所示的填料包的第一装配片的示意图。
图13是可被用于构成图10中所示的填料包的第二装配片的示意图，所述第二装配片被布置成与图12中所示的第一装配片呈交替/交错序列。
图14A是沿图11的线A-A的横截面图。
图14B是沿图10的线A-A的横截面图。
图15是与图10中所示的填料包类似的填料包的横截面示意图，但是其中所述片的轮廓修改为对于水流动路径和空气流动路径形成不同大小的横截面面积。
图16是本发明的竖直柱间接热交换填料包方面的单片实施例的示意图，其中单线指示突出片的平面的结构，例如脊，双线指示进入片的平面的结构；并且三线指示紧接进入片的平面的结构的、突出片的平面的结构。在该实施例中不使用中间片。
图17是图16的片的另一示意图，其中粗线表示突出片的平面的结构，例如脊。当片的该面与相同构造的第二片配对但是绕对称轴线旋转180°时，则形成通道，如A(空气)和W(水)标志所示的。
图18是图17中所示的片的相反侧的示意图，其中粗线表示突出片的平面的结构，例如脊。当片的该面与相同构造的第二片配对但是绕对称轴线旋转180°时，则形成通道，如A(空气)和W(水)标志所示的。
图19是具有直柱和齿状顶部和底部部分以允许堆叠的填料包片的示意图。
图20是具有转位柱和齿状顶部和底部部分以允许堆叠的填料包片的示意图。
图21是具有齿状转位通道以及四通道重复设计以促进制造更长填料包的填料包片的示意图。
图22是具有齿状直通道以及四通道重复设计以促进制造更长填料包的填料包片的示意图。
图23是用于构造具有重叠间接热交换通道的冷却塔填料包的第一片的示意图，其中所述柱向左转位半柱宽度。
图24是用于构造具有重叠间接热交换通道的冷却塔填料包的第二片的示意图，其中所述柱向右转位半柱宽度。图中的阴影部分代表其中不存在间接热交换的区域。
图25示出图24的片可如何在标准设备上热成型，以制作高填料包并且消除对堆叠的需求。
图26示出图23的片可如何在标准设备上热成型，以制作高填料包并且消除对堆叠的需求。
图27是根据本发明的实施例的水分配的示意图。
具体实施方式
本发明在于一种降低开放式冷却塔中的水用量的设备和方法。冷却塔主要通过蒸发而冷却水。本发明提供一种通过以双向填料代替标准填料而在冷却至相同温度的情况下，在年度上使用较少水的冷却塔。双向填料提供穿过填料的两个交错和独立的空气-水路径。本发明也提供下列实施例，其中填料包括多个竖直交错的水流动路径和空气流动路径，以允许在冷却塔的填料部分中的并行或逆流间接热交换。
在图1中示出根据本发明的第一实施例的个别双向填料包。填料包由被布置成特殊模式的多片PVC组成。PVC波纹片以波纹彼此垂直的方式交替；并且在波纹片之间布置薄中间片。在这种布置中，一半波纹片具有仅允许在一个方向、例如南北方向中流动的波纹，而交错的波纹片具有允许仅在垂直方向、例如东西方向中流动的波纹。
根据进一步实施例，双向填料包可被如图2A中所示地以菱形构造定向在冷却塔填料部分中，即第一组波纹在第一对角方向中、例如西北至东南地延伸，并且第二、交错组波纹在第二、垂直方向中，例如东北至西南地延伸。根据这种布置，冷却塔能够被构造成作为直接热交换器或者作为间接热交换器运行。图2B示出图2A的填料包的部分分解图。在图2A的实施例中示出了三层填料包，每一层有5个填料包，但是可使用更少或者更多层，或者每一层可使用更多或者更少填料包。根据图2A中所示的视图，每个填料包都延伸到页面内。如图1中所示，填料包可包括5个交错并且垂直布置的波纹片，或者它们可包括更少或者多得多的交错和垂直布置的波纹片。开放区(不包括填料)存在于填料包之间的空间内。喷头可被布置在填料包之上，以可选地将水引导至由波纹产生的通道A和B内。根据优选实施例，喷头在相应于通道A和B的两个喷洒支路A和B之间分开。根据图2A中所示的实施例，两组喷头A和B可向填料部分提供水，或者仅一个或者另一组喷头可向填料部分提供水。
参考图3A，在仅A喷头提供水的情况下，水将仅在填料包的A通道内，沿图3A中的箭头所示的路径流动。随着水如图3A中所示地填充A通道并且喷头B关闭，被风扇抽入填料部分的空气将沿最小阻力的路径，即穿过B通道流动。因而，参考图3B，从中央底部向上流动的空气将主要流经B通道到达被标以‘B’的开放区层1中的开放区，然后流动至也被标以‘B’的开放区层2中的四个开放区。空气将最终在被标以‘B’的喷洒支路中的一个下流出。一旦空气流在‘B’通道中开始，则空气流将保持在该‘B’通道内，直到其离开填料包，而绝不流经‘A’路径。由于交错垂直定向的波纹片在填料包内的布置，‘A’和‘B’路径是穿过填料包的完全分离路径。
根据图2A中所示的布置，然后，冷却塔能够以3种不同构造运行。
根据第一构造，如果允许水等量地流经两个喷洒支路，则冷却塔将起标准逆流直接冷却的冷却塔作用。水将穿过A和B通道两者向下流动，并且空气将被风扇抽取向上流经A和B通道两者。各通道中的空气流量和水流量将相等。
根据第二构造，当环境干球较冷时，冷却塔可以间接冷却模式运行。在间接冷却模式下，可使得所有的水都流经通道‘A’通道，并且将没有水流经通道‘B’通道。在这种模式下，流经‘A’通道的设计水流量加倍，这提高了试图向上流经通道‘A’通道的空气的阻力。由于没有水流经‘B’通道，所以试图向上流经‘B’通道的空气阻力将降低。这种水流布置的结果在于现在将有更多空气在干通道内流动，而在有水通道中流动的较少。
由于A和B通道交错，所以开放式冷却塔现在将主要为间接热交换器，因为向下流经‘A’通道的温水将被向上流经‘B’通道的冷空气冷却。虽然仍将在‘A’通道中发生一些蒸发，但是因为不是所有的空气都将被引导至‘B’通道，所以与标准冷却塔相比，将存在明显较少蒸发。
根据第三构造，当环境干球太高从而允许以完全间接模式运行时，可使用部分间接模式。在这种第三构造中，一些水将通过B喷头引入‘B’通道。通过经由‘B’通道输送一些水，并且减少对‘A’通道的过供给的水，将存在一些蒸发冷却；然而，在同样条件下，这种布置可允许与标准蒸发塔相比对循环水的更潜藏冷却。
对于多单体单元，在其中以干模式运行提供的冷却不足的环境条件下，一些单体能够干式运行，而另一些则湿式运行。湿部分将把水冷却到设置点以下，以补偿干部分不能达到所需的冷水温度。湿部分和干部分的平均温度将满足所需的冷水温度，并且仍将执行一些干冷却。同样地，单个单体也能够通过经由标准喷洒系统在单体的一个区域内输送一些热水，同时在冷却塔的其它区域中对平衡干冷却，而以半干模式运行。
本发明不限于逆流冷却塔。图3C示出本发明的实施例能够如何被应用于横流式冷却塔。在该示例中，‘B’通道能够为水通道。在干模式下，水将仅流入‘B’通道。交叉线区域为间接热交换器。本领域技术人员将能够易于将上文对逆流式冷却塔示出的本发明的变体应用于横流式冷却塔。
通道的构造不必相同。由于通道‘A’将始终含有水，所以更曲折的通道路径/构造可产生更好的热传递。双向填料也不需要被制成正方形。图4示出长宽比为2：1的双向填料，其中一组波纹的长度为垂直方向的波纹的长度的两倍。根据图4中所示的实施例，波纹在NW至SE方向中对齐的波纹片为波纹在NE至SW方向中对齐的波纹片长度的两倍(当在平行于波纹的方向中测量波纹片的长度时)，并且A通道的长度为B通道的两倍。另外，通道入口和出口区将相应地增大或者减小。如能从图4中看到的，通道A的入口区、出口区和中间区明显地小于通道B入口区、出口区和中间区。根据该实施例的优选方面，路径‘A’将为水路径。在干模式下，非常少的空气将穿过‘A’。虽然这种布置可具有空气流和其它益处，但是与具有相等区域宽度的布置相比，这种布置的单位高度将具有较少横截面干冷却。例如，在填料包具有相等长度的垂直布置波纹片(长宽比为1：1)时，间接热传递的面积为50％，参见图2A和5。甚至在交错波纹片的波纹定向从例如图2A和5中的垂直(90°)偏移为更窄/更高的菱形时，其中交错波纹片之间的角度为60°/30°，间接传递面积仍为50％，假定交错波纹片的长度相等，例如图6。通过比较，图4的填料包覆盖填料区域的小于50％的横截面面积。
根据本发明的进一步实施例，图2-4中所示的开放区不需要开放，但是能够被填充以全向填料；参见图5。在冷却塔以全蒸发模式运行，即其中喷头A和B两者都向填料区提供水，并且水流经两个通道A和B时，这种标准填料将起额外的直接热交换器表面区域的作用。在干模式下，因为水或空气而不是两者都将穿过该区域的填料，在全向填料中将不存在冷却。随着开放区被填充以全向填料，冷却塔将具有与具有相同填料体积和马力风扇的类似蒸发塔相类似的蒸发冷却能力。
根据本发明的填料包也可以被拉长，即其中图6示出在竖直方向中拉长的填料包示例，即其中交错波纹片的波纹定向从垂直(90°)偏移至60°/30°。这种构造能够改善水分配，并且降低在填料中向上流动的空气的压降。在所有其它方面，图6的实施例都与图2和3的实施例相同地运行。
根据图7A中所示的本发明的进一步实施例，图2-6中所示的单填料包层中的多个填料包可以被单个填料包代替，该单个填料包以如下方式组成：以一定角度成波纹状的第一组长填料片与具有波纹的第二组长填料片交替，所述第二组长填料片的波纹相对于第一填料片的波纹垂直或成一些其它角度，其中两组交替的波纹片被中间片分离。在图7B中示出了图7A的填料包的部分分解图。
根据本发明的该实施例，通道在波纹片和相邻的中间片之间形成，使得进入通道的水保留在该通道内，直到其流出填料块。图7A示出波纹的且因此通道的一个方向。未示出横跨第一组波纹(由图7A中也未示出的中间片分离)的第二组波纹/通道的方向。黑线指示区域A1-A6和B1-B6每一个的界限。具有奇数下标的区域(即，A1、A3、A5、B1、B3、B5)随着通道沿填料包移动而从右至左排列，并且具有偶数下标的区域(即，A2、A4、A6、B2、B4、B6)随着通道沿着填料包移动而从左至右排列。菱形区域是区域重叠的区域。在两组喷嘴都开启时，该系统将起典型的直接热交换器的作用。然而，如果空气穿过一个区域，并且水穿过其它区域，则菱形区域将起间接热交换器的作用，水被冷却而不蒸发。更特别地，如果一半喷头，例如B喷头关闭，并且所有的水都流经A喷头进入A通道，则重叠的菱形区域将起间接热交换器的作用。
然而，应明白，根据图7A的实施例，不存在用于进入区域A1或者B6的水的出口，即在填料包的端部存在其中通道在侧壁中终止的“死区”。能够通过如图8A所示地修改内部中间片而大部分地避免这种影响。当内部中间片的角部如图8A中所示地被移除/成斜面时，则图7A的死区从相同区域在交叉方向中连接至开放路径，而允许发生一些水或者空气流动。在图8B中示出图8A的填料包的部分分解图。
如果多个区域为相等宽度，并且如果将避免处于填料柱底部出口的重叠区域，则填料的竖直高度(H)除以区域宽度(W)必须等于波纹角(θ)的斜率。在图7A中示出了这种关系。如果填料高度和区域宽度不满足这种关系，则出口区域将从相邻区域接收流量。填料的底层能够被截顶，只要在其之下不存在另外的双向填料。
可替选地，能够通过下列方式如图9A中所示地避免高度与区域宽度的比例限制，即将图7A中所示类型的填料包彼此堆叠，但是颠倒每个通道的波纹角度，例如通过相对于第一层填料包中的填料包水平地旋转第二层填料包180°，并且可选地添加另外的填料包层，使每个填料包层的定向都相对于其之上的一层颠倒，从而使通道曲折地向下穿过填料柱。在图9B、9C和9D中示出图9A的三层填料包的部分分解图。通过使用任何数目的曲折或者“狗腿弯”，能够使填充高度为tan(θ)×W的倍数。
通过使所有水都穿过填料中的一组路径，并且没有水穿过其它路径，则在存在水的路径中对空气流动的阻力将更大。在每平方英尺6gpm的典型水流速下，这种更大的空气阻力将导致空气流分裂，使得接近55％的空气将流经干路径，并且45％的空气将流经湿路径，甚至在路径具有相同横截面面积时也是如此。虽然这将使得冷却塔的水用量明显降低，但是在许多周围条件下，如果穿过干部分的空气超过55％，则甚至能够节约更多水。
本发明的另一实施例具有的路径中的一条路径被指定为“湿路径”，以及其它路径被指定为“干路径”。湿路径的横截面面积将变窄，而干路径将扩展。这将提高湿路径中对空气流动的阻力，并且降低干路径中的阻力。通过这种改变，超过55％的更高百分比的空气将穿过干路径。能够通过调节两条路径的横截面面积调节干路径中的空气百分比。与相等横截面面积路径实现的45％/55％分裂相比，这种更高百分比将允许在许多周围条件下节约更多的水。
图10示出本发明的另一实施例。根据该实施例，间接热交换器覆盖超过50％的填料包面积。与上述实施例相同，图10中表示的实施例可以由交替片(从图10的视角看，堆叠到页面内)构成，但是在该实施例中，所有通道都将在填料柱的中央竖直地延伸。由于填料柱是竖直的，所以图2-9的中间片是不必要的(虽然仍可使用这些中间片)。作为代替，图2-9的中间片可形成有肋，以将每一片都与相邻的片分离，由此产生通道。根据该实施例，每个内部片都在第一侧上具有一组通道，并且在相反侧上具有第二组通道。一半通道从顶至底地竖直延伸。另一半通道在填料柱的顶部向右侧偏移，以便形成重叠的空气/水区域，然后可选地再偏移回左侧，以便流出区不重叠。以奇数下标，即A1、A3、A5、B1、B3和B5表示、且由实线表示的区域在顶部向右侧偏移，然后竖直地下降，然后在填料柱的底部偏移回左侧。以偶数下标，即A2、A4、A6、B2、B4和B6表示、且由虚线表示，并且穿过页面看位于奇数区域前方和后方的区域从顶至底地笔直向下穿过填料柱。
观察典型区域B3/B4，在实线所示的一侧上，B3向右拐，笔直向下地流动至填料包底部，然后向左拐至出口。在虚线所示的一侧上，B4直接向下流动，并且在出口处与B3流再次结合(应明白，这种再次结合仅是为了将空气从水出口分离，从而最小化水被吸入干通道，并且可以是不必要的)。B4区之后的阴影区为A5，并且B3区之后为A4。由于水流经A，并且空气仅在B中流动，所以将为间接热交换器。在填料包的左边缘上，区A1和B2宽度加倍，从而消除否则存在的死区相对区A2，这是因为不存在在其之后流动的B0。
所示标准填料产生从填料顶部至底部延伸的个别通道。
图11-13示出可根据其制作图10的实施例的一种方式。图11示出可被装配以产生两组交替片的部分。图12示出部分的装配以制作组件A、即第一组片，并且图13示出部分的装配以制作组件B，即第二组片。实线表示其中多个片彼此结合以产生通道的带脊/带肋结合表面；虚线指示该部分的末端，该末端被结合至相同片的一部分以产生装配片。部分A、B和C的前侧上的每个肋/脊都在相反侧上具有相应的肋/脊。在图13A中示出部分B的横截面图。如图12和13中所示，装配了这三个不同部分。
在组件A中，示出部分‘A’附接在部分‘B’顶部。从顶部至底部，部分‘A’通常将向右侧转位一个填料柱。在组件的底部，部分‘A’水平翻转180°，并且将向左侧转位一个填料柱，从而有效地使填料柱的输出恢复至低于其原始输入。最左侧填料柱因填料包的边缘效应而变为双柱。片的中央确定填料柱是否携带水或者空气。如图所示，组件A中的填料柱在水和空气之间交替，而最左侧的填料柱为水柱。
在组件B中，如图13所示，部分‘C’附接在部分‘B’顶部。大体上，部分‘C’将引导每个填料柱笔直向下。在组件的底部，部分‘C’在竖直方向上翻转180°。片的中央确定填料柱是否为水或者空气柱。如图所示，组件B中的填料柱在水和空气之间交替，而最左侧的填料柱为空气柱。
通过使组件A和组件B交替而构成填料包。在横截面图中，组件A上的每个水柱都被夹在组件B上的两个空气柱之间；一个在前一个在后。同样地，组件B的每个水柱都被夹在组件A上的两个空气柱之间。由此构成间接热交换器，其中一个填料柱内的温水被穿过其前方和后方的填料柱的冷空气冷却。
图11至13中所示的实施例的优点在于代替全中间片，仅需要中间片的顶部和底部。对于具有8”宽填料柱的4英尺高的填料包，部分‘A’和部分‘C’的组合高度将为16”，节约三分之二的中间片材料。由于每隔一个片为中间片，所以对于4英尺填料包，该实施例将节约33％的材料，并且对于更高填料包节约更多。
图14A示出图11的部分B的横截面。
图14B示出沿图10中所示的填料包的中部截取的横截面图。这些片的肋/脊已经被放大以示出密封点。以粗线示出填料包中部的个别片。每个片都是在各侧上的相邻片的镜像图像。每一组相邻的片都限定一组通道。所有的热传递都横跨这些片发生。由交叉线指示水路径。水路径和空气路径的横截面面积相等，并且在典型水负荷下应导致55％/45％的空气流分裂。其中示出了跳棋棋盘图案的空气通道和水通道。
图15示出其中多个片的轮廓被变型的实施例，使得指定水通道(具有交叉线)小于指定空气路径。这将导致空气流分裂，使得穿过空气路径的空气量>55％。能够通过改变水路径面积与空气路径面积的比例来改变空气流分裂。再次以粗线示出填料包中部的个别片。在每个片都是相邻片的镜像图像的情况下，每一组相邻片限定一组通道。
图16示出本发明的另一实施例。该实施例完全取消了图11-13的多元件片组件。根据该实施例，完整双区填料可使用单重复片构成。在图16中，单线指示突出该片平面的结合脊，并且双线指示进入该片的平面的结合脊。三线指示紧接进入该片的结合脊的、突出该片的结合脊。该片在中部绕水平轴线对称。使第一片具有图16中所示的定向，并且通过使绕该轴线翻转180°的第二片附接在第一片的顶部上，以单线指示的结合表面将匹配且形成在图17中以粗线指示的通道。
通过在第一片之后附接绕该轴线翻转180°的第三片，以双线指示的结合表面将匹配且形成以图18中以粗线指示的通道。因而，通过多份的该单片，能够装配填料包而不依靠图11-13中所示的三部分构造，或者具有中间波纹填料片。与上述设计相同，能够通过改变结合表面的高度，调节水路径和空气路径的横截面面积。这种设计的优点在于其完全取消了波纹片，使得装配更简单，并且仅需要用于热成型的单个模具。
将有利的是能够提高填料包的高度，而不必做出单独的热成型模具或者将填料片胶粘在一起以制成更高的片。同样地，在冷却塔中装配非常高的填料包变得困难。简单地将双区填料包堆叠在彼此顶部之上的困难在于如果通道未精确对齐，则水能够进入空气通道，这降低填料包的干冷却能力。图19至22示出允许可堆叠填料包的本发明实施例。图19示出直通道，并且图20示出转位通道。黑线示出密封点。填料的顶部和底部成齿状，以允许堆叠的填料包嵌套在一起。顶部的齿均匀间隔-水通道始终向下开槽，并且空气通道向上突出。底部的齿不均匀间隔。水通道更窄并且空气通道更宽。水通道渐缩为漏斗形状。底部空气通道轮廓比水通道轮廓稍微更深并且更宽。当堆叠填料包时，一个填料包的水通道的底部由此将接触下一填料包的水通道的顶部，而间隙将保留在两个填料包的空气通道之间。这种布置将防止来自水通道的水渗漏到空气通道内。
用于制作具有填料的典型热成型机具有近似4’×4’的最大成型面积。如果存在重复图案，则填料能够在一个方向中成形为比该尺寸更大。图21和22示出允许装配更宽填料块的实施例。粗线指示密封点。阴影区域示出潜在切割线。图21和22两者都指示每2个重复图案之后的切割线。例如，如果每个图案都在4’宽片上为3’长，则能够装配6’或者9’宽乘以4’高的填料包。通过堆叠两层齿状填料包，冷却塔能够配备有8’高的填料。
图23示出图10的变型，使得这些柱向左侧仅转位1/2柱宽。图24示出该设计中的第二片，其中所有填料柱都向右侧转位1/2柱宽。图23示出本发明的实施例，其中与图10相同，间接热交换器(阴影)覆盖超过50％的填料包面积。在每个填料柱的顶部和底部，无阴影三角形是其中空气柱与水柱无直接接触，并且因此不存在间接热传递的区域。在良好实践中，使这些三角形的斜边关于水平边成至少45°。如果填料柱为1英尺宽，则对于每个填料柱的无间接热交换器的1ft2总面积，每个三角形的面积将为0.5ft2。该面积是相同的且与填料柱的高度无关。对于4’高填料柱，填料柱的25％面积不是间接热交换器的一部分；对于2英尺高填料柱，该面积将增大至50％。
与其中仅左侧为双宽度柱的图10的实施例相比，现在两个外侧柱都为双宽度填料柱。但是与图10的实施例相同，双宽度填料柱为间接热交换器，因为水双通道将被夹在两个空气双通道之间。在图24中，水柱和空气柱之间无间接接触的区域为阴影。如果填料柱为1英尺宽，并且角度也为45°，则阴影三角形在一侧上为每个阴影三角形的面积都为(0.707)2×1/2＝1/4ft2。在图4中，对于总共2ft2存在8个阴影三角形。如果该片为6’宽×4’高，则存在24ft2的片面积。不是间接热交换器的一部分的面积为2/24＝8.3％。甚至如果该片仅为2’高，则不是间接热交换器的一部分的面积百分比仅为2/12＝16.7％。
图25和26示出该实施例如何能够在标准设备上热成型，以制作高填料包并且消除对堆叠的需求。图25和26中的设计由4英尺宽片上的2英尺长重复图案组成。以点线示出重复图案。这种重复图案允许4英尺宽的填料包以2’、4’、6’、8’等等高度构成。在图25和26中，示出将产生6’高填料包的切割线。在图26中，其中将不存在间接热交换器的区域被示出为4个菱形区域和4个三角形区域。每个三角形区域都为1/4ft2，而每个菱形区域都为1/2ft2。则不具有间接热交换器的总面积为3ft2。由于每一片都为24ft2，所以将存在作为间接热交换器的21/24＝87.5％的填料面积。
本发明将需要与标准冷却塔不同的水分配方法。每个水柱都将需要单独的喷洒支路。通过将填料包对齐，单个喷洒支路能够延伸单体的整个长度或者宽度。对于1’宽的柱，每1英尺将需要一个喷洒支路。能够通过具有2个单独的喷洒系统来降低喷洒支路的数目。一个喷洒系统将为标准喷洒系统，并且将在冷却塔以全湿模式运行时使用。第二喷洒系统将每隔一个填料柱布置，并且将在系统以“干”模式运行时使用。在典型的36’×36’单体中，这将引起当以干模式运行时将使用18个另外的喷洒支路。能够通过如图27中所示地对齐填料包而减少喷洒支路的数目。图27中使用的填料包为4’长，1’宽，6’高，但高度并不重要。每个填料包都具有近似以0.75”间隔隔开的17个片。所示的填料包具有如图25和26中所示的4个通道，但能够易于使用本发明的任何实施例。通过在一些位置装配填料时交替填料块的定向，两个水柱将彼此紧接，从而允许单个喷洒支路供给两个水柱。在图27中所示的36’宽单体中，仅需要14个次级喷洒支路。
这种另外喷洒支路的最小量是优于现有技术的显著改进。美国专利3,997,635描述了在平行片之间使用单独的喷嘴。在美国专利4,337,216和5,775,409中使用了类似设计。在这种现有技术中，为了形成间接热交换器，喷洒支路必须每隔一个片布置。对于图27中的单体，对于每英尺单体宽度，现有技术将每36’长需要8个喷洒支路。由于单体为36’宽，所以这将产生8×36＝288个喷洒支路。以这种方式配备一个单体将不切实际。如上述段落中所述，通过本发明，能够以少达14个另外的喷洒支路处理该单体。
本发明的说明不具有规定的构造材料。典型填料由具有不良导热性的PVC制成。在间接热传递模式下，这种不良导热性将影响性能。如果保持PVC片和波纹薄，则问题弱化。具有较高导热性的不同塑料或金属片将改进热传递。特别地，不锈钢合金，诸如304或者430将提高间接冷却特性。

Claims (21)

1.一种冷却塔，所述冷却塔包括冷却塔填料，所述冷却塔填料被布置用于利用空气通过间接热交换冷却工艺用水，其中所述填料构造有第一组通道和第二组通道，所述第一组通道和第二组通道彼此交错，使得横跨将所述通道彼此分离的材料发生热交换。
2.根据权利要求1所述的冷却塔，包括：第一组喷头，所述第一组喷头被构造成将所述工艺用水仅引导至所述第一组通道；以及第二组喷头，所述第二组喷头被构造成将所述工艺用水仅引导至所述第二组通道或引导至所有通道。
3.根据权利要求1所述的冷却塔，所述冷却塔被构造成当所述第一组喷头开启以允许工艺用水流经所述第一组通道并且所述第二组喷头关闭时，允许所述第一组通道中的工艺用水和所述第二组通道中的空气之间的热交换。
4.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述第一组通道从所述填料的顶部至所述填料的底部是竖直的，并且其中所述第二组通道在所述填料的顶部处偏移一个柱宽度，并且竖直穿过所述填料的中部。
5.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述第一组通道在所述填料的顶部处在第一方向中偏移半个柱宽度，竖直穿过所述填料的中部，并且其中所述第二组通道在所述填料的所述顶部处在第二方向中偏移半个柱宽度，并且竖直穿过所述填料的中部。
6.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述通道由一个或多个填料包产生，每个填料包都包括堆叠波纹片层，每个波纹片的纵向轴线都相对于相邻的波纹片的纵向轴线偏移30°至90°，每个波纹片与相邻波纹片都被中间片分离。
7.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述波纹片被沿所述波纹片的波纹脊结合至相邻的中间片。
8.根据权利要求6所述的冷却塔，其中所述第一组通道相对于竖直方向以45°角定向，并且其中所述第二组通道相对于竖直方向也以45°角定向，但是垂直于所述第一组通道。
9.根据权利要求6所述的冷却塔，其中所述填料包具有近似相等的长度和宽度。
10.根据权利要求6所述的冷却塔，其中所述填料包具有长度和宽度，并且其中所述填料包的长度是所述宽度的1至3倍。
11.根据权利要求6所述的冷却塔，其中所述填料包横跨所述冷却塔布置成多个层。
12.根据权利要求6所述的冷却塔，包括处于所述填料包之间的开放区域。
13.根据权利要求6所述的冷却塔，包括被布置在所述填料包之间的全向填料。
14.根据权利要求6所述的冷却塔，其中所述填料包中的每个填料包都包括堆叠的波纹中间片，所述波纹中间片横跨所述冷却塔的多个间接热交换区延伸。
15.根据权利要求6所述的冷却塔，其中内部中间片具有斜角，以允许流体或者空气连通到所述填料包的隔离区域。
16.根据权利要求6所述的冷却塔，包括在所述冷却塔中彼此堆叠的多个填料包，并且其中每个所述填料包都被相对于直接上方和/或下方的填料包水平地以180°定向。
17.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述第一组通道和第二组通道具有相同尺寸。
18.根据权利要求1所述的冷却塔，其中所述第一组通道的横截面比所述第二组通道的横截面大。
19.一种冷却塔填料包，所述冷却塔填料包包括相同塑料片的叠层，每个片都具有第一面和第二面，所述第一面具有限定第一组通道的第一组脊，所述第二面具有限定第二组通道的第二组脊，并且其中在所述填料包中，所述塑料片被堆叠成使得：第一片的第一面匹配上下颠倒的第二片的第一面，并且所述第二片的第二面匹配相对于所述第二片上下颠倒的第三片的第二面。
20.根据权利要求19所述的冷却塔填料包，其中所述塑料片包括顶部和底部处的齿状部分，在所述齿状部分处所述限定通道的脊终止。
21.一种冷却塔填料包，所述冷却塔填料包包括两种不同塑料片的叠层，每个片都具有第一面和第二面，所述第一面具有限定第一组通道的第一组脊，所述第二面具有限定第二组通道的第二组脊，并且其中在所述填料包中，所述塑料片被堆叠成使得：第一片的第一面匹配第二片的第一面，并且所述第二片的第二面匹配与所述第一片相同的第三片的第二面以形成两组通道，所述第一组通道和第二组通道彼此交错，使得横跨将所述通道彼此分离的材料发生热交换。
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