CN108225095A - 冷却塔水分配系统 - Google Patents

Abstract

本文提供了有换热部分的冷却塔。水收集盆布置在换热部分的上方。水收集盆有多个开口，该开口使得水能够向下分布至换热部分上。水收集盆开口的直径为0.2英寸至0.6英寸。

Description

冷却塔水分配系统

技术领域

本发明总体上涉及一种改进的喷射水分配系统，该喷射水分配系统在蒸发换热装置中使用，例如在冷却塔、闭合回路流体冷却器、流体加热器、冷凝器、蒸发器、蓄热系统、空气冷却器或空气加热器中使用。

背景技术

一些蒸发换热装置使用重力供给的无增压的喷射水分配系统来润湿直接或间接换热器的表面。水从直接或间接换热器的上面喷射，通常向下流动，以便润湿换热器的多个表面。空气被抽吸或强制而越过换热器的润湿表面，从而导致在空气和润湿表面上的水薄膜之间发生潜热和显热传递。

为了使得蒸发传热效率最大，直接或间接换热器的所有表面应当均匀一致地润湿。部分润湿或者不充分润湿的换热器引起传热损失，并更有可能在换热器表面发生结垢。

喷射水分配系统的一种设计是有喷射喷嘴或没有喷射喷嘴的增压管道喷射系统。另一种设计是顶部开口的重力排水收集盆，该重力排水收集盆有多个喷射喷嘴或喷射孔，其中，顶部水盆通过来自盆内的水位压头的重力而向下输送水。本发明涉及不使用喷嘴的重力排水收集盆喷射系统的设计。

本发明的目的是使得直接或间接换热器能够通过来自重力排水收集盆喷射系统的蒸发流体(通常为水)而均匀一致地润湿。本发明的另一目的是减少重力排水收集盆喷射系统中的孔的数量，允许有较大直径的孔，从而减少孔堵塞的机会，或能够更低频率地进行重力排水收集盆喷射系统的维护。

发明内容

本发明提供了一种改进的重力排水收集盆喷射系统，该重力排水收集盆喷射系统用于直接或间接换热装置中，例如冷却塔、闭合回路冷却器、流体加热器、冷凝器、蒸发器、蓄热系统、空气冷却器或空气加热器。

典型的蒸发冷却塔换热装置有直接换热器、风扇系统、上部重力排水收集盆喷射系统和下部集水槽(以便收集蒸发液体)。换热器的类型可以是间接换热器、直接换热器或两者的组合。

间接换热器可以是盘管式或板式换热器，其中，工作流体在内部流动。直接换热器可以是填充包，该填充包通常由多个单独的薄塑料PVC填充片材来制造，这些薄塑料PVC填充片材使用垫片来隔开。填充片材能够使用悬挂系统来悬挂在上部重力排水盆水喷射系统的下面，或者切成较小的片，并捆扎成多个小填充块，这些小填充块再一个在另一个顶上地堆垛在重力排水收集盆喷射系统的下面，各填充片材大致为矩形形状，有表面和相对面侧，还采用在片材的标称平面的上方和下方凸出的表面图形。通过使用垫片，填充片材通常分开标称距离，该标称距离通常大于表面图形的总高度，且通常在两个填充片材之间形成气隙平面。喷射水从顶部向下流到各填充片材的两个面上，并粘附在各填充片材的表面轮廓上。由于片材之间存在气隙，因此喷射水通常不会从一个片材转移至它的相邻填充片材上。

通过风扇系统来迫使或拉动空气流而使其穿过填充气隙，从而在喷射水与空气流之间发生传热。重力排水收集盆处在填充包的上面，通常可以有预分配箱或系统，以便能够均匀地流入重力排水收集盆。要加热或冷却的水通过预分配箱进入上部重力排水收集盆，该预分配箱将高速的快速流动的水流转变为低速的缓慢流动的良好分配水流，该水流流过重力排水收集盆的底部板。通常，有足够的水流来使得水倒流至重力排水盆中几英寸。重力排水收集盆的底部板有多个喷射孔。来自预分配箱的、组合低速缓慢流动的水能够使得均匀一致的水量进入并穿过各喷射孔。

在优选实施例中，喷射孔策略性地布置得使得等量的孔分配给各填充片材或各板式换热器的各表面和相对面。分配给各填充面的孔通常均匀地间隔开，以便将喷射水均匀地分布至各填充面上。因为在水流中可能有较大颗粒，例如生锈碎片和碳酸钙碎片，因此，喷射孔的数量减少，以便仍然允许在各填充片材上的较多的水覆盖，同时允许扩大喷射孔直径，以便使得颗粒流过喷射孔。

从上部重力排水收集盆喷射的水通常向下流过填充片材的各面，并最终流入下部集水槽，该下部集水槽有水出口，冷却或加热的水能够在该水出口处排出，并随后被泵送回上部重力排水收集盆中。

本发明的目的是允许来自重力排水收集盆喷射系统的水均匀一致地润湿直接或间接换热器。本发明的另一目的是减少在重力排水收集盆喷射系统中的孔的数量，这能够允许更大直径的孔，从而使得孔堵塞的机率更小，或者能够使得重力排水盆喷水系统的维护频率更小。

附图说明

在附图中，

图1是根据本发明的直接换热装置的透视图；

图1A是根据本发明的间接换热装置的透视图；

图2是根据本发明的直接换热装置的侧视图；

图2A是根据本发明的间接换热装置的侧视图；

图3是根据本发明的上部重力排水收集盆的一部分的俯视图。

具体实施方式

下面参考图1，本发明实施例表示为在冷却塔直接换热装置10中。直接换热装置10包括外壳11、直接换热填充包12、上部重力排水盆13、下部集水槽14、水预分配箱15、风扇组件16、上部重力排水盆盖17、预分配箱管道进口18、空气进口19和空气出口20。应当指出，直接换热填充包也可以是间接换热器，且并不限制本发明。冷却塔直接填充换热装置10通常封装在外壳11中，外壳11能够由金属薄片或纤维增强的塑料来制造。外壳11为填充包12、上部重力排水盆13、风扇组件16和下部盆14提供壳体。上部重力排水盆13通常直接位于填充包12的上方，填充包12位于下部集水槽14的上方。上部重力排水盆13通常为矩形形状，具有宽度、长度和高度。上部重力排水盆13的宽度和长度通常与填充包12的宽度和长度相同，且高度通常为4至12英寸。上部重力排水收集盆13可以由多个上部重力排水收集盆盖17来覆盖，以便防止碎屑进入。预分配箱15在上部重力排水收集盆13的内部，预分配箱15通常位于上部盆13的中部，但预分配箱15可以布置在上部盆13的任意位置。水通过预分配箱15进入上部重力排水收集盆13，该预分配箱15有助于将水更均匀地散布在整个上部重力排水收集盆13上。风扇组件16通过空气进口19而吸入空气，大致横向流过填充包12，并通过空气出口20将空气排出直接换热装置10。气流的方向可以是大致向上、大致向下、大致横向或者与流过直接换热器的水流大致并行。冷却塔直接换热装置10可以有一个或多个水进口18、一个或多个填充包12、一个或多个风扇组件16以及一个或多个空气出口20。

下面参考图1A，本发明实施例表示在间接换热装置21中。间接换热装置22包括外壳11、间接换热部分22、上部重力排水收集盆13、下部集水槽14、水预分配箱15、风扇组件16、上部重力排水收集盆盖17、预分配箱管道进口18、空气进口19和空气出口20。应当指出，间接换热部分可以是任意类型，包括管、板、有翅片，而并不限制本发明。它也可以是组合的直接/间接换热部分。间接换热装置21通常封闭在外壳11中，该外壳11能够由金属薄片或纤维增强的塑料来制造。外壳11为间接换热部分22、上部重力排水盆13、风扇组件16和下部盆14提供了壳体。上部重力排水收集盆13通常直接位于间接换热部分22的上方，该间接换热部分22位于下部集水槽14的上方。上部重力排水收集盆13大致为矩形形状，具有宽度、长度和高度。上部重力排水收集盆13的宽度和长度大致与间接换热部分22的宽度和长度相同，且高度通常为4-12英寸。上部重力排水收集盆13可以由多个上部重力排水收集盆盖17来覆盖，以便防止碎屑进入，预分配箱15处在上部重力排水收集盆13的内部，该预分配箱15大致布置在上部重力排水收集盆13的中部，但是预分配箱15可以布置在上部重力排水收集盆13的任意地方。水通过预分配箱15进入上部重力排水收集盆13，并散布在整个上部重力排水收集盆13中，风扇组件6通过空气进口19而吸入空气，通常横向流过间接换热部分22，并通过空气出口20而从间接换热装置21中排出空气。气流的方向可以是大致向上、大致向下、大致横向或与流过间接换热器的水流大致并行。间接换热部分22有内部处理流体进口管道23和出口管道24。需要时，连接可以反向。内部处理流体由蒸发水间接地冷却，该蒸发水通过重力而大致向下横过上部重力排水收集盆13流动。间接换热装置21可以有一个或多个水进口18、一个或多个间接换热部分22、一个或多个风扇组件16和一个或多个空气出口20。

下面参考图2，本发明实施例以侧视图表示为直接换热装置30。换热装置30包括外壳31、直接换热填充包32、上部重力排水收集盆33、下部集水槽34、预分配箱35、风扇组件36、预分配箱管道37、空气进口38和通气空气出口39。

在操作过程中，要加热或冷却的水通过预分配管道37而进入直接换热装置30，横过上部重力供水收集盆33而分散，并在上部重力排水收集盆33内部积聚水压头40。上部重力排水收集盆33大致为开口的顶部矩形箱，该顶部矩形箱包括侧部45和上部重力排水盆底部板44，该上部重力排水盆底部板44有大致完全间隔开的多个喷射孔。积聚在上部重力供水收集盆33内部的水压头40通过在盆底部板44中的多个喷射孔而向下运行，并形成良好分配的流体流41并落在直接换热填充包32的顶部。

直接换热填充包32由多个薄塑料填充片材43来制造，该多个薄塑料填充片材43使用悬挂系统来悬挂，或者成块状形式捆在一起，堆垛在上部重力排水盆33的下方和下部集水槽34的上方。直接换热填充包32有多个气隙，以使得喷射水和空气都能够容易地流过。当喷射水流过直接换热填充包32并到达下部集水槽34时，水积聚在集水槽34中，以便在离开换热装置30之前形成浅池42。空气通过空气进口38而进入冷却塔直接换热装置30，运行通过填充包32内的多个间隙，在通气出口39内部大致向上转向，并通过风扇组件36而离开冷却塔直接换热装置30。当空气运行通过填充包32时，在空气和填充片材43上的喷射水之间发生换热。

下面参考图2A，本发明另一实施例总体上以侧视图表示为间接换热装置30A。间接换热装置30A包括外壳31、间接换热部分32A，间接换热进口和出口连接件46和47、上部重力排水收集盆33、下部集水槽34、预分配箱35、风扇组件36、预分配箱管道37、空气进口38和通气空气出口39。

在操作过程中，要加热、冷却、蒸发或冷凝的处理流体通过进口连接件46而进入间接换热装置30A，并从出口连接件47离开。蒸发流体(通常为水)进入预分配管道37，横过上部重力排水收集盆33分散，并在上部重力排水收集盆33内部积累水压头40。上部重力排水收集盆33通常为开口顶部矩形箱，包括侧部45和上部重力排水盆底部板44，该上部重力排水盆底部板44有多个喷射孔，这些喷射孔大致完全间隔开。积累在上部重力排水收集盆33内部的水压头40通过在盆底部板44中的多个喷射孔而向下运行，并形成良好分配的流体流41，落在间接换热部分32A的顶部。

间接换热部分32A可以由多个板43A、管或翅片式换热器来制造，并不是用于限制本发明。间接换热器板43A可以使用悬挂系统来悬挂，或者成块状的形式捆在一起，并堆垛在上部重力排水盆33的下方和下部集水槽34的上方。间接换热部分32A有多个气隙，以使得喷射水41和空气能够很容易地流过。当喷射水流过间接换热部分32A并到达下部集水槽34时，水在集水槽34中积聚，以便在离开间接换热装置30A之前形成浅池42。

空气通过空气进口38而进入间接换热装置30A，运行而通过在间接换热部分43A内的多个间隙，在通气出口39内部大致向上转向，并通过风扇组件36而离开间接换热装置30A。当空气运行通过间接换热器32A时，在喷射水和内部处理流体之间发生间接换热，而在喷射蒸发喷射水和流动的空气之间发生直接传热。

下面参考图3，本发明实施例48以平面图表示。上部重力排水收集盆底部板50有多个喷水孔51，该多个喷水孔51策略性地在多个直接换热填充片材52的顶部上对齐。各填充片材52有正面侧55和背面侧56。各填充片材52分开由填充垫片61确定的标称距离，这样，在填充片材52之间存在间隙。填充片材52有多个表面图形凸块和沟谷，这些凸块和沟谷可以进出填充片材标称平面53，且当从重力排水盆底部板50向下看时，这些凸块和沟谷的形状和位置可以并不竖直地对齐。当从重力排水盆底部板50向下看时，这些凸块和沟谷的几何形状和位置使得填充片材52有本体厚度。各填充片材52通常由塑料或PVC薄片材来制造，但是也能够由任意所需的材料来制造。

喷射孔51策略性地在多个填充片材52上方对齐，这样，当喷射水通过多个孔51下落时，水落在填充片材52上。喷射水流特意落在填充片材52的正面侧55和相对面侧56上。喷射孔51沿宽度方向分开间隙70和72，并在正面和相对面侧之间分开间隙71。通常，间隙72和70相等，以使得孔的数量减少。间隙70和72间隔开一定距离，这样，当喷射水撞击填充片材52时，喷射水散开，以使得填充片材52均匀一致地润湿。在填充片材52中的图形、凸块和沟谷的组合将单个水流作为水薄膜而分散在表面区域上，从而可以进行更高效的空气和水的换热。空气沿从空气进口边缘59朝向空气出口边缘60的方向运行，且填充片材52对齐，以使得它不阻碍空气运行。

间距70和72必须优化而能够在填充片材52的正面55和相对面侧一致地展开，同时减少所需的孔的数量，以使得孔的直径最大。孔51的直径和孔间距70和72能够通过迭代求解以下等式获得：

流率＝填充片材的数目*孔间距*孔系数，其中：

孔间距＝填充片材的空气运行长度/每个填充片材的孔数目

孔系数＝Cd*A*(2gh)²，其中

Cd是板中的孔的阻力系数，

A是孔的面积

g是重力常数，以及

h是重力排水盆中的水柱高度。

优选的孔51直径是0.4英寸±0.2英寸，而优选的间隙70和72是4英寸±2英寸。在选定孔直径和选定间距70和72之间的平衡将根据所需的总流率而变化。一旦总体目标设计流率已知，就迭代孔间隙70和72以及孔51直径，以便得到解，该解保证均匀一致的水覆盖，同时使得喷射孔的数量最小，从而使得喷射性能能够最大。寻找最佳间隙70和72与孔51直径的这种平衡保证了最大的传热，同时减少了孔堵塞的可能性。选择性地设置孔间隙71，以便保证合适地覆盖填充片材52的正面55和相对面侧。该间隙取决于填充片材之间的间距。

属于相同填充片材52的一组正面喷射孔57和相对面喷射孔58可以不必沿空气运行方向在一条直线上。正面喷射孔57从填充片材标称平面53朝向正面55的方向稍微偏移，相对面喷射孔58从相应填充片材52的填充片材标称平面53朝向相对面56稍微偏移。存在孔的偏移，这样，当填充片材52的位置沿空气进口边缘59的平行方向稍有变化时，正面55和相对面56由喷射孔51合适地润湿。

Claims (15)

1.一种冷却塔，所述冷却塔有换热部分，

水收集盆，所述水收集盆位于所述换热部分的上方，

所述水收集盆有多个开口，所述开口使得水能够向下分配至所述换热部分上，

所述水收集盆的开口布置成横向排，

各个水收集盆开口的直径为0.2英寸至0.6英寸，

在相邻的水收集盆开口之间的间距为2.0至6.0英寸。

2.根据权利要求1所述的冷却塔，其中：

在各横向排中的相邻的水收集盆开口相互沿纵向偏移。

3.根据权利要求1所述的冷却塔，其中：

所述换热部分包括多个填充片材，所述填充片材布置成横向排，

所述水收集盆开口的各横向排与所述填充片材的横向排对齐。

4.根据权利要求3所述的冷却塔，其中：

各填充片材有正面侧和背面侧，来自所述水收集盆开口的水覆盖各填充片材的正面侧和背面侧。

5.根据权利要求1所述的冷却塔，其中：

所述换热部分包括多个填充片材，所述填充片材布置成横向排，

水收集盆开口的各横向排从与填充片材的横向排直接对齐处稍微偏移，且水收集盆开口的各横向排相对于各横向排呈交替的图形。

6.一种冷却塔，所述冷却塔具有直接换热部分，

水收集盆，所述水收集盆布置在直接换热部分的上方，

所述水收集盆有多个开口，所述开口使得水能够向下分配至所述直接换热部分，

水收集盆的开口布置成横向排，

各个水收集盆开口的直径为0.2英寸至0.6英寸，

在相邻的水收集盆开口之间的间距为英寸。

7.根据权利要求6所述的冷却塔，其中：

各横向排中的相邻的水收集盆开口相互沿纵向偏移。

8.根据权利要求6所述的冷却塔，其中：

所述直接换热部分包括多个填充片材，所述填充片材布置成横向排，

水收集盆开口的各横向排与填充片材的横向排对齐。

9.根据权利要求8所述的冷却塔，其中：

各填充片材有正面侧和背面侧，来自水收集盆开口的水覆盖各填充片材的正面侧和背面侧。

10.根据权利要求6所述的冷却塔，其中：

所述直接换热部分包括多个填充片材，该填充片材布置成横向排，

水收集盆开口的各横向排从与填充片材的横向排直接对齐处稍微偏移，且水收集盆开口的各横向排相对于各横向排呈交替的图形。

11.一种冷却塔，所述冷却塔具有间接换热部分，

水收集盆，所述水收集盆布置在间接换热部分的上方，

水收集盆有多个开口，所述开口使得水能够向下分配至所述间接换热部分上，

所述水收集盆开口布置成横向排，

各水收集盆开口的直径为0.2英寸至0.6英寸，以及

在相邻的水收集盆开口之间的间距为2.0至6.0英寸。

12.根据权利要求11所述的冷却塔，其中：

各横向排中的相邻的水收集盆开口相互沿纵向偏移。

13.根据权利要求11所述的冷却塔，其中：

所述间接换热部分包括多个板式换热器，所述板式换热器布置成横向排，

水收集盆开口的各横向排与板式换热器的横向排对齐。

14.根据权利要求13所述的冷却塔，其中：

各板式换热器有正面侧和背面侧，来自水收集盆开口的水覆盖各板式换热器的正面侧和背面侧。

15.根据权利要求11所述的冷却塔，其中：

所述间接换热部分包括多个板式换热器，所述板式换热器布置成横向排，

水收集盆开口的各横向排从与板式换热器的横向排直接对齐的位置稍微偏移，且水收集盆开口的各横向排相对于各横向排呈交替图形。