CN109990625B - 一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器 - Google Patents

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    • F28F27/02—Control arrangements or safety devices specially adapted for heat-exchange or heat-transfer apparatus for controlling the distribution of heat-exchange media between different channels

Abstract

本发明公开了一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，包括PLC控制器、第一温度传感器和外壳体，所述外壳体的内侧面底部设有集水箱和喷淋水泵，集水箱的正上方设有蒸发换热管束，本智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，综合了空冷式换热器和蒸发式冷却器的优缺点，对系统及结构进行优化组合，组合后的换热器既保证了设备的紧凑性，又能获得较高的换热性能，同时使水的消耗降低，电机功率消耗降低；本发明通过增加PLC控制系统，使换热器更能适应生产过程中多变的工况，系统运行连续性和自动化程度极大提高；通过第一温度传感器可以对外界温度进行检测，喷淋水系统的设置方便了蒸发换热管束的快速热交换，通过变频轴流风机可以快速将热空气抽出。

Description

一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器
技术领域
本发明涉及空冷器技术领域，具体为一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器。
背景技术
工业换热器广泛应用于石油，化工，电力，冶金，能源，制冷，天然气、暖通、交通等国民支柱产业，在生产过程中实现热量的传递，能量的重复利用。在所有的过程工业中有着举足轻重的地位。
在传统的工业换热器中，大多以水或空气作为冷却介质，采用水作为冷却介质，造成了大量的水资源浪费，同时也会对换热设备本体，流程的其他设备和环境造成污染甚至破坏；而采用空气作为冷却介质，通常使得设备结构、占地庞大，初投资及后期运行费用也会大幅增加。
工业生产过程中，换热器工艺操作弹性大，面临的工况复杂，还容易受环境温度及风场的影响，换热设备工作的不稳定性，导致系统的安全性及经济性降低。因此，现代工业换热器，设计及制造更趋向于节能、环保、紧凑，以适应和改善当前能源及水资源紧缺的现状，在运行上则要求系统具有更高的连续性和自动化程度。
现有技术中大都是采用空冷式换热器利用轴流风机强制空气掠过翅片管外表面，空气温度升高带走换热管内工质放出的冷却(凝)热，利用空气与工质进行热交换的空冷式换热器，技术成熟，理论上不消耗水，但是由于空气比热容小，使得换热器需要的换热面积巨大，同时依靠轴流风机强制空气冷却，因而产生相当大的电机消耗功率；空冷式换热器的换热管外表面为密集的换热翅片，当空气中杂物(如灰尘、絮状物)较多时，非常容易堵塞空气通道，影响换热性能；当环境温度升高或环境风较大时，也会影响到换热器的换热性能。蒸发式换热器利用水的蒸发潜热与被冷却介质进行热交换，循环水在换热管外表面形成水膜，在风机的强制作用下蒸发吸收热量，被冷却介质在换热管内被冷却(凝)，蒸发式换热器相比传统的水冷式换热器，结构更加紧凑，电机消耗功率更小。蒸发式换热器的换热性能与湿球温度相关，因此在生产工艺中能获得更低的出口温度。蒸发式换热器利用水的蒸发进行换热，所以生产过程中需要补充一定量的水，为保证循环水的水质，也许定期进行排污，所以相对于空冷式换热器，蒸发式换热器对水资源的消耗也是巨大的。因循环水不断浓缩，因此换热管外表面膜避免不了会结垢，通常为控制结垢程度，蒸发式换热器大多只应用于工质进口温度较小的工艺系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，本发明综合了空冷式换热器和蒸发式冷却器的优缺点，对系统及结构进行优化组合，组合后的换热器既保证了设备的紧凑性，又能获得较高的换热性能，同时使水的消耗降低，电机功率消耗降低；本发明通过增加PLC控制系统，使换热器更能适应生产过程中多变的工况，系统运行连续性和自动化程度极大提高；本发明使得换热器使用的场合更加广泛，冷却的温差更大，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，包括PLC控制器、第一温度传感器和外壳体，所述外壳体的内侧面底部设有集水箱和喷淋水泵，集水箱的正上方设有蒸发换热管束，蒸发换热管束的外侧面设有换热填料，外壳体的外侧面中部设有固定进风窗，且固定进风窗位于蒸发换热管束和集水箱之间，外壳体的内侧面中部远离换热填料的一端设有风室，换热填料的外侧面通过旁路风道与风室相通，风室的正上方设有倾斜设置的导风板，蒸发换热管束的正上方设有喷淋水系统，外壳体的内侧面上端设有空冷翅片管束，空冷翅片管束和喷淋水系统之间设有扩流风室，扩流风室的外侧面设有主进风口，外壳体的外侧面上端设有热空气出口，外壳体的外侧面靠近热空气出口的一端设有变频轴流风机，所述空冷翅片管束的出液口通过第一外接管路与三通阀的相连，第一外接管路上设有第三温度传感器，三通阀的出液口通过第二外接管路与蒸发换热管束的进液口相连，蒸发换热管束的出液口连接有低温液体流出管，低温液体流出管通过第三外接管路与三通阀相连，低温液体流出管上设有第二温度传感器，PLC控制器的输入端与外部电源的输出端电连接，PLC控制器的输出端通过控制电缆分别与变频轴流风机和喷淋水泵的输入端电连接，PLC控制器分别与第一温度传感器、第三温度传感器和第二温度传感器双向连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述外壳体的外侧面靠近固定进风窗的一端设有可调百叶窗。
作为本发明的一种优选技术方案，所述换热填料采用PVC填充料。
作为本发明的一种优选技术方案，所述喷淋水泵的进液口通过导管与集水箱的外侧面下端相连，喷淋水泵的出液口通过外接管路与喷淋水系统的进液口相连，且外接管路位于外壳体的内部。
作为本发明的一种优选技术方案，所述第三外接管路、第一外接管路和第二外接管路上均设有电磁阀门。
作为本发明的一种优选技术方案，所述集水箱的外侧面下端设有排水管，排水管上设有自动排水阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，综合了空冷式换热器和蒸发式冷却器的优缺点，对系统及结构进行优化组合，组合后的换热器既保证了设备的紧凑性，又能获得较高的换热性能，同时使水的消耗降低，电机功率消耗降低；本发明通过增加PLC控制系统，使换热器更能适应生产过程中多变的工况，系统运行连续性和自动化程度极大提高；通过第一温度传感器可以对外界温度进行检测，喷淋水系统的设置方便了蒸发换热管束的快速热交换，通过变频轴流风机可以快速将热空气抽出。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为外壳体剖视图；
图3为三通阀结构示意图。
图中：1主进风口、2变频轴流风机、3空冷翅片管束、4扩流风室、5导风板、6喷淋水系统、7可调百叶窗、8旁路风道、9蒸发换热管束、10换热填料、11固定进风窗、12风室、13喷淋水泵、14集水箱、15自动排水阀、16三通阀、17PLC控制器、18第三温度传感器、19第二温度传感器、20第一温度传感器、21控制电缆、22外壳体、23第一外接管路、24第二外接管路、25第三外接管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，包括PLC控制器17、第一温度传感器20和外壳体22，通过第一温度传感器20可以对外界温度进行检测，外壳体22的内侧面底部设有集水箱14和喷淋水泵13，集水箱14的正上方设有蒸发换热管束9，蒸发换热管束9的外侧面设有换热填料10，外壳体22的外侧面中部设有固定进风窗11，且固定进风窗11位于蒸发换热管束9和集水箱14之间，外壳体22的内侧面中部远离换热填料10的一端设有风室12，换热填料10采用PVC填充料，换热填料10的外侧面通过旁路风道8与风室12相通，风室12的正上方设有倾斜设置的导风板5，蒸发换热管束9的正上方设有喷淋水系统6，喷淋水系统6的设置方便了蒸发换热管束9的快速热交换，外壳体22的内侧面上端设有空冷翅片管束3，空冷翅片管束3和喷淋水系统6之间设有扩流风室4，扩流风室4的外侧面设有主进风口1，外壳体22的外侧面上端设有热空气出口，外壳体22的外侧面靠近固定进风窗11的一端设有可调百叶窗7，外壳体22的外侧面靠近热空气出口的一端设有变频轴流风机2，通过变频轴流风机2可以快速将热空气抽出，空冷翅片管束3的出液口通过第一外接管路23与三通阀16的相连，第一外接管路23上设有第三温度传感器18，三通阀16的出液口通过第二外接管路24与蒸发换热管束9的进液口相连，蒸发换热管束9的出液口连接有低温液体流出管，低温液体流出管通过第三外接管路25与三通阀16相连，低温液体流出管上设有第二温度传感器19，PLC控制器17的输入端与外部电源的输出端电连接，PLC控制器17的输出端通过控制电缆21分别与变频轴流风机2和喷淋水泵13的输入端电连接，PLC控制器17分别与第一温度传感器20、第三温度传感器18和第二温度传感器19双向连接，PLC控制器17采用西门子公司的s7-200，第一温度传感器20、第三温度传感器18、第二温度传感器19均采用Pt100，PLC控制器17控制第一温度传感器20、第三温度传感器18、第二温度传感器19和变频轴流风机2和喷淋水泵13均采用现有技术中常用的方法，喷淋水泵13的进液口通过导管与集水箱14的外侧面下端相连，喷淋水泵13的出液口通过外接管路与喷淋水系统6的进液口相连，且外接管路位于外壳体22的内部，第三外接管路25、第一外接管路23和第二外接管路24上均设有电磁阀门，集水箱14的外侧面下端设有排水管，排水管上设有自动排水阀15，本智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，综合了空冷式换热器和蒸发式冷却器的优缺点，对系统及结构进行优化组合，组合后的换热器既保证了设备的紧凑性，又能获得较高的换热性能，同时使水的消耗降低，电机功率消耗降低；本发明通过增加PLC控制系统，使换热器更能适应生产过程中多变的工况，系统运行连续性和自动化程度极大提高。
在使用时：冬季停水模式：当第一温度传感器20监测到的环境温度低于系统设定值，并长时间处于该温度点以下时，系统在冬季停水模式下运行，由PLC控制系统控制水泵13停运，喷淋水系统不工作，仅变频轴流风机2运行；高温流体进入空冷翅片管束3的内部，可调百叶窗7开启，大部分冷空气由可调百叶窗7进入风室12和扩流风室4内，冷空气在变频轴流风机2的强制作用下掠过空冷翅片管束3与高温流体进行热交换，实现工艺要求的流体温度，扩流风室4设置有导风板5，能使空气的分布更加均匀，PLC系统控制三通阀15切换管路通道，工艺流体不再进入蒸发换热管束9，进而减少该部分产生的阻力降，有利于减少系统的传输动能消耗；当第一温度传感器20监测到环境温度继续降低时，由第二温度传感器19监测到的数值作为系统变量参数，PLC系统控制变频轴流风机2转速将流体出口温度控制在工艺要求的温度范围内，该步骤预防了工艺流体因为温度过低可能产生的冰冻危险，保证设备安全运行，同时变频轴流风机转速降低，减少电机功率消耗，实现了节能目的，PLC系统控制集水箱自动排水阀15开启，排尽内部积水，保证水箱14及喷淋水泵13不会产生冰冻而破坏设备结构及水泵；系统在冬季停水模式下运行，主要利用低温空气作为冷却介质进行热交换，系统实现停水运行，节水量显著；当第一温度传感器20监测到的环境温度高于系统设定值，并长时间处于该温度点以上时，系统在春夏秋省水模式下运行；由PLC控制系统控制喷淋水泵13运行，喷淋水系统工作，冷却水通过喷淋水系统均匀的喷洒在蒸发换热管束9表面，形成水膜；可调百叶窗7关闭，由PLC控制系统控制变频轴流风机2运行；PLC系统控制三通阀16切换管路通道，工艺流体先进入空冷翅片管束3，再进入蒸发换热管束9；冷空气由主进风口进入，在变频轴流风机2的强制作用下先掠过蒸发换热管束9表面，蒸发换热管束9表面水膜蒸发吸收管内工艺流体放出的热量；冷空气在此过程为等温加湿的过程，加湿后的空气继续通过风室12和扩流风室4，掠过空冷翅片管束3，空气温升带走管内流体放出的热量，实现热交换；工艺流程在空冷翅片管束3和蒸发换热管束9的温度分布是阶梯下降，即高温流体先进行部分换热降低至某一温度值，再进入蒸发换热管束9继续换热降低至工艺要求的流体温度。该发明能满足较大温差的换热过程，通过合理的管束热量分布，对入口工艺流体先采取有效预冷，有效避开蒸发换热管束9结垢敏感区；冷空气在掠过蒸发换热管束9和空冷翅片管束3的过程中，先后经过了等温加湿、等焓降湿的状态变化，最终排入大气的空气由于经过加热使得相对湿度降低，几乎不会产生白色烟羽，不会对设备周边设施和环境造成影响；该发明实现了能量的多级利用，同时对环境友好，冷空气通过固定进风窗11掠过换热填料10，与喷淋水进行接触换热，使喷淋水温度降低，降温后的喷淋水通过喷淋水泵13重复喷洒在蒸发换热管束9表面继续换热，由于喷淋水降温使得蒸发换热管束9的换热性能增加，因此该部分的设备结构更加紧凑，系统在春夏秋省水模式下运行，实现了空气的多级多效利用，热量的合理分布有效的降低了蒸发换热管束的蒸发量，系统的省水量显著。
本发明可以方便的进行操作，使用时占用空间少，便于安装和使用；本智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，综合了空冷式换热器和蒸发式冷却器的优缺点，对系统及结构进行优化组合，组合后的换热器既保证了设备的紧凑性，又能获得较高的换热性能，同时使水的消耗降低，电机功率消耗降低；可调百叶窗7的设置方便了不同使用环境下进风量的调控，提高了使用便利性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，包括PLC控制器(17)、第一温度传感器(20)和外壳体(22)，其特征在于：所述外壳体(22)的内侧面底部设有集水箱(14)和喷淋水泵(13)，集水箱(14)的正上方设有蒸发换热管束(9)，蒸发换热管束(9)的外侧面设有换热填料(10)，外壳体(22)的外侧面中部设有固定进风窗(11)，且固定进风窗(11)位于蒸发换热管束(9)和集水箱(14)之间，外壳体(22)的内侧面中部远离换热填料(10)的一端设有风室(12)，换热填料(10)的外侧面通过旁路风道(8)与风室(12)相通，风室(12)的正上方设有倾斜设置的导风板(5)，蒸发换热管束(9)的正上方设有喷淋水系统(6)，外壳体(22)的内侧面上端设有空冷翅片管束(3)，空冷翅片管束(3)和喷淋水系统(6)之间设有扩流风室(4)，扩流风室(4)的外侧面设有主进风口(1)，外壳体(22)的外侧面上端设有热空气出口，外壳体(22)的外侧面靠近热空气出口的一端设有变频轴流风机(2)，所述空冷翅片管束(3)的出液口通过第一外接管路(23)与三通阀(16)的相连，第一外接管路(23)上设有第三温度传感器(18)，三通阀(16)的出液口通过第二外接管路(24)与蒸发换热管束(9)的进液口相连，蒸发换热管束(9)的出液口连接有低温液体流出管，低温液体流出管通过第三外接管路(25)与三通阀(16)相连，低温液体流出管上设有第二温度传感器(19)，PLC控制器(17)的输入端与外部电源的输出端电连接，PLC控制器(17)的输出端通过控制电缆(21)分别与变频轴流风机(2)和喷淋水泵(13)的输入端电连接，PLC控制器(17)分别与第一温度传感器(20)、第三温度传感器(18)和第二温度传感器(19)双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，其特征在于：所述外壳体(22)的外侧面靠近固定进风窗(11)的一端设有可调百叶窗(7)。
3.根据权利要求1所述的一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，其特征在于：所述换热填料(10)采用PVC填充料。
4.根据权利要求1所述的一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，其特征在于：所述喷淋水泵(13)的进液口通过导管与集水箱(14)的外侧面下端相连，喷淋水泵(13)的出液口通过流通管与喷淋水系统(6)的进液口相连，且流通管设置在外壳体(22)的内部。
5.根据权利要求1所述的一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，其特征在于：所述第三外接管路(25)、第一外接管路(23)和第二外接管路(24)上均设有电磁阀门。
6.根据权利要求1所述的一种智控紧凑型干湿联合蒸发式空冷器，其特征在于：所述集水箱(14)的外侧面下端设有排水管，排水管上设有自动排水阀(15)。
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