CN110234953B - 具有气流扩散器的空冷式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷凝蒸汽的空冷式冷凝器(1)。所述空冷式冷凝器包括一个或多个屋顶状换热器组件(51、52、53、54、55、56)。增压空间(60)位于由一个或多个屋顶状换热器组件(13、14)划定的顶部边界和由层板盖(17)划定的底部边界之间。还提供了用于产生气流的管道风扇(5)。本发明的空冷式冷凝器包括气流扩散器(8)，所述气流扩散器具有与所述管道风扇的圆柱形管道(7)的上侧相连的进气侧和与层板盖相连的出气侧，使得运行时风扇产生的气流在通过所述层板盖上的层板开口(18)进入增压空间之前流过气流扩散器。气流扩散器的横截面积和高度得到了优化，降低了风扇的电耗。

Description

具有气流扩散器的空冷式冷凝器

技术领域

本发明涉及一种用于冷凝蒸汽的空冷式冷凝器。更具体地，本发明涉及一种包括一个或多个屋顶状换热器组件的空冷式冷凝器。这种空冷式冷凝器包括位于由所述一个或多个屋顶状换热器组件划定的顶部边界和由层板盖划定的底部边界之间的增压空间。还提供了用于将气流吹入增压空间的管道风扇。

背景技术

本领域已知用于冷凝蒸汽的各种空冷式冷凝器类型。这些空冷式冷凝器(ACC)利用换热器，该些换热器通常包括多个平行布置形成换热器面板的翅片冷凝管。换热器面板的管道与周围空气接触，当蒸汽通过管道时，蒸汽放出热量并最终冷凝。

一些空冷式冷凝器采用屋顶状几何结构，其中，第一换热器面板和第二换热器面板相对于水平面倾斜并由张角δ隔开，一般在35°≤δ≤70°的范围内。换句话说，第一和第二换热器面板形成屋顶状换热器组件的顶部。

在屋顶状换热器组件的顶部下方，形成了增压空间(plenum space)或顶部空间。该增压空间位于由第一和第二换热器面板划定的上边界和由层板盖(deck cover)划定的下边界之间。层板盖平行于水平面放置。可选地，增压空间进一步由山墙式面板和/或侧面板包围。在US2009/0220334“热交换塔风扇的风扇罩”中描述了一种使用屋顶状换热器组件的空冷式冷凝器的示例。这类屋顶状换热器也称为A型或三角型换热器。

考虑到要冷凝大量蒸汽，如从涡轮机排出的蒸汽，需使用大型换热器面板。还如US2009/0220334中所述，管道风扇用于产生通过这些大型换热器面板的气流。每个管道风扇包括可旋转的风扇，该风扇位于屋顶状换热器组件的下方，以便在运行时，从风扇下方的空间向屋顶状换热器组件的增压空间强制送风。层板盖包括用于接收由风扇产生的气流的层板开口，使得气流能够进入增压空间。

如US2009/0220334的图3和图5所示，管道风扇由圆柱形管道包围，该圆柱形管道也被称为风扇壳体、风扇主体或有时也称为风扇罩。

利用位于底层的升高框架结构使空冷式冷凝器通常位于底层以上4到30米之间的高度。这样，空冷式冷凝器就具有了塔的形状。

空冷式冷凝器通常是所谓的空冷式冷凝器街区(streets)的总成，其中，每个ACC街区包括多个ACC模块。因此，ACC模块被定义为包括与风扇相关联的部件的空冷式冷凝器街区的一部分，该些部件包括具有电机的风扇、风扇支撑结构和与风扇相关联的换热器面板。ACC模块可包括单个屋顶状换热器或彼此相邻放置的多个屋顶状换热器。在后一种情况下，例如，单个风扇可配置成在多个屋顶状换热器中产生气流。在其它示例中，ACC模块可以包括多个风扇以产生流经该模块的各个换热器面板的气流。

当ACC模块成排放置形成ACC街区时，主蒸汽歧管可以向多个模块的换热器面板提供蒸汽。然后这些空冷式冷凝器街区中的一个或多个彼此相邻放置，以形成空冷式冷凝器。因此，具有ACC街区和ACC模块的空冷式冷凝器包括大量风扇，例如，4至50个风扇。

这些空冷式冷凝器的缺点是，为了具有足够的风量循环，需要使用叶片直径大于10米的大型风扇。因此，包括多个ACC模块的ACC设施需要消耗大量电力来运行多个风扇。

发明内容

本发明的目的是提供一种空冷式冷凝器，降低了电动风扇产生的电能消耗。利用所要求保护的装置实现了本发明的这个目的和其它方面。

本发明提供了一种用于冷凝蒸汽的空冷式冷凝器。这种空冷式冷凝器包括一个或多个屋顶状换热器组件。这些换热器组件中的每一个包括第一换热器面板和换热器面板，所述第一换热器面板和所述第二换热器面板相对于由水平轴X和与水平X轴垂直的纵轴Y形成的水平面X-Y倾斜。

所述空冷式冷凝器进一步包括位于由所述一个或多个屋顶状换热器组件划定的顶部边界和由层板盖划定的底部边界之间的增压空间。所述层板盖与所述水平面X-Y平行，并包括用于接收气流的层板开口。

所述空冷式冷凝器还包括用于将气流吹入所述增压空间的管道风扇。所述管道风扇包括风扇和围绕所述风扇的圆柱形管道。所述管道风扇设置成使得风扇可绕旋转轴R旋转，旋转轴R与垂直于轴线X和Y的垂直轴Z平行；所述圆柱形管道具有内圆直径ΦF和对应的横截面积SF。

本发明的空冷式冷凝器的特征在于进一步包括气流扩散器，所述气流扩散器具有与所述圆柱形管道的上侧相连的进气侧，并且具有与所述层板盖相连的出气侧，使得运行时由所述风扇产生的气流在通过所述层板开口进入所述增压空间之前流过所述气流扩散器。

本发明的空冷式冷凝器进一步的特征在于所述气流扩散器具有沿所述垂直轴Z测量的高度H1和通过使所述气流扩散器横穿平行于所述水平面X-Y的平面而获得的内横截面积S，其中，所述内横截面积S从所述进气侧的值S1≥SF增加到所述出气侧的值S2>S1，并且，其中，1.01≤S2/S1≤1.93且5≤(ΦF/H1)≤28。

有利地，通过将所述气流扩散器的进气侧连接到所述管道风扇的圆柱形管道的上侧并且通过将所述气流扩散器的出气侧与所述层板盖连接，可以在空气进入增压空间之前改变气流的速度和速度分布。通过设计1.01≤S2/S1≤1.92且5≤(ΦF/H1)≤28的气流扩散器，当气流通过所述层板盖的开口时，部分动压转变为静压。通过这种方式，与不使用气流扩散器的现有技术的空冷式冷凝器相比，总压降减小了，从而降低了风扇的功耗。

在优选实施例中，划定所述增压空间的顶部边界的换热器组件的数量大于或等于两个。

优选地，所述气流冷凝器包括两到七个换热器组件，该些换热器组件彼此相邻设置，以形成沿水平轴X延伸的成排的换热器组件，其中，所述两个至七个换热器组件划定所述增压空间的上边界。

在实施例中，所述气流扩散器具有中空截头直圆锥体(truncatedright circularcone)形状或中空直截头锥体(right frustum)形状。通常，对于这些形状，S2/S1和ΦF/H1的比值范围为1.01≤S2/S1≤1.55和5≤(ΦF/H1)≤28。

在优选实施例中，所述气流扩散器具有圆锥体形状，锥体张角α大于14°，1.01≤S2/S1≤1.55且5≤(ΦF/H1)≤28。

通常，本发明的空冷式冷凝器包括与所述圆柱形管道的底侧连接的喇叭口状风扇入口或锥形风扇入口。有利地，喇叭口状或锥形风扇入口可以改善风扇入口的气流分布，减少空气再循环。

在一些实施例中，所述一个或多个屋顶状热组件中的每一个的所述第一换热器面板和所述第二换热器面板包括长度在1.5m和2.5m之间的冷凝管。

本发明的空冷式冷凝器包括设置在底层(ground floor)上的升高框架结构。所述升高框架结构设置成使得沿着轴线Z测量的所述管道风扇的中心平面与底层之间的距离HD大于4米。所述中心平面是与所述水平面X-Y平行的平面。

附图说明

本发明的这些方面和进一步的方面将通过举例并参照附图作更详细的说明，其中：

图1a是屋顶状换热器组件的主视示意图，所述屋顶状换热器组件包括相对于水平面X-Y倾斜的第一和第二换热器面板；

图1b是沿Y轴具有长度PL的换热器面板的侧视示意图；

图2a示出了位于由单个屋顶状换热器组件划定的顶部边界和由层板盖划定的底部边界之间的增压空间；

图2b示出了位于单个屋顶状换热器组件和层板盖之间的增压空间的另一个例子；

图2c示出了位于由两个屋顶状换热器组件划定的顶部边界和由平行于水平面X-Y的层板盖划定的底部边界之间的增压空间；

图3示出了空冷式冷凝器，其包括六个屋顶状换热器组件和位于增压空间和管道风扇之间的气流扩散器；

图4示出了本发明的包括单个屋顶状换热器组件的空冷式冷凝器的立体图；

图5示出了本发明的包括单个屋顶状换热器组件和两个风扇的空冷式冷凝器的立体图；

图6示出了本发明的包括两个屋顶状换热器组件和两个风扇的空冷式冷凝器的立体图；

图7示出了本发明的锥形气流扩散器，其在进气侧具有横截面积S1，在出气侧具有横截面积S2；

图8示出了包括升高框架结构的空冷式冷凝器的横截面示意图。

这些图不是按比例绘制的。一般来说，相同的部件在图中用相同的附图标记表示。

具体实施方式

本发明的空冷式冷凝器用于冷凝蒸汽，例如，用于冷凝涡轮机排出的蒸汽。这种空冷式冷凝器包括一个或多个屋顶状换热器组件。如图1a所示，屋顶状换热器组件51包括相对于水平面X-Y倾斜的第一换热器面板13和第二换热器面板14，水平面X-Y由水平轴X和与水平X轴垂直的纵轴Y形成。

通常，屋顶状换热器组件的第一换热器面板13和第二换热器面板14以张角δ分开，35°≤δ≤70°。该张角δ如图1a所示。

如本领域所知，每个换热器面板包括多个平行定向的翅片冷凝管。根据所用换热器面板的类型，冷凝管的长度可以不同。在一些使用大型换热器面板的实施例中，冷凝管的管长TL在8m≤TL≤12m的范围内。在其他使用更小型面板的实施例中，冷凝管的管长TL在1.5m≤TL≤3m的范围内。管的长度TL对应于管的下端和上端之间的距离，并限定了换热器面板的宽度，如图1a所示。换热器面板中管的数量限定了板在Y方向的长度PL，如图1b所示。

主蒸汽歧管20(如图2a至图2c所示)向换热器面板供应蒸汽。该蒸汽歧管可以包括同时向第一换热器面板13和第二换热器面板14供应蒸汽的单个管，或者，替代性地，主蒸汽歧管20可以包括两个单独的管，一个用于向第一换热器面板13供应蒸汽，另一个用于向第二换热器面板14供应蒸汽。管内形成的冷凝液通过重力流至蒸汽/冷凝液歧管21，在那里对冷凝液进行收集，然后对其进一步输送。蒸汽/冷凝液歧管21也如图2a至2c所示。在图2b所示的具体实施例中，连接管22将来自换热器面板的管与蒸汽/冷凝液歧管21连接。在图2a和图2c所示的其它实施例中，换热器面板的管直接与蒸汽/冷凝液歧管21连接。

在本发明的实施例中，换热器面板包括现有技术中的单排管。这些单排管的横截面可以例如为矩形或者椭圆形。在其它实施例中，多层圆形芯管(core tubes)可以平行放置以形成换热器面板。

图4至图6示出了本发明示例中的空冷式冷凝器的立体图。一个或多个管道风扇用于产生冷却换热器面板的气流。图4所示的示例包括一个屋顶状换热器组件和一个管道风扇，图5所示的示例包括一个屋顶状换热器组件和两个管道风扇。图5示出了具有两个屋顶状换热器组件和两个管道风扇的空冷式冷凝器。

图3示出了本发明包括六个屋顶状换热器组件的空冷式冷凝器的剖视图。本发明的实施例不受屋顶状换热器组件和管道风扇的数量的限制。

本发明的空冷式冷凝器包括增压空间60。增压空间60位于顶部边界和底部边界之间。该顶部边界由一个或多个换热器组件划定，即由一个或多个屋顶形状换热器组件的每一个的第一换热器面板13和第二换热器面板14划定。该底部边界由与水平面X-Y平行的层板盖17划定。如图2a至图2c所示，根据换热器组件的特定几何结构和数量，用点状图案表示的增压空间60的形状和体积可以不同。本发明实施例中的空冷式冷凝器的共同点是，增压空间60具有此由换热器组件划定的顶部边界和由层板盖17划定的底部边界。换句话说，所述顶部边界理解为顶板，所述底部边界理解为增压空间60的底板。

在图2a所示的实施例中，增压空间60对应于第一换热器面板13和第二换热器面板14下方的顶部空间，并且具有三棱柱的典型形状。在图2b所示的实施例中，增压空间60包括具有三棱柱形状的上部空间和与上部空间相邻具有长方体形状的下部空间。

如上所述，图2c所示的实施例包括两个屋顶状换热器组件。因此，图2c所示的增压空间60包括由两个三棱柱形成的上部空间和由长方体形成的下部空间。

平行于水平面X-Y定位的层板盖17包括用于接收气流的层板开口18。图2a至图2c上的箭头示出了气流从进入层板开口18开始，流过增压空间、最后通过第一和第二换热器面板上的开口离开增压空间。

层板盖17理解为增压空间的底板或底座。层板盖通常包括多个由例如镀锌钢制成的盖板和多个加强支撑梁。层板盖17不仅允许在屋顶状换热器组件内部行走，而且还可以避免强制送入增压空间的空气向下逸出或循环。

在优选实施例中，划定增压空间的顶部边界的换热器组件的数量等于或大于2。在图3所示示例中，六个换热器组件51、52、53、54、55和56划定了增压空间的顶部边界。

在优选实施例中，本发明的空冷式冷凝器包括2-7个换热器组件。该些2-7个换热器组件彼此相邻定位，以便形成如图2c和图3所示的沿水平轴X延伸的成排的换热器组件。2-7个换热器组件划定增压空间60的上边界。通常，当使用这种多个换热器组件时，要使用更小型的换热器面板，其中，冷凝管的长度TL在1.5m和2.5m之间。

管道风扇包括风扇5和围绕风扇5的圆柱形管道7。如图3所示，管道风扇设置为使得风扇可绕旋转轴R旋转，旋转轴R与垂直于轴线X和Y的垂直轴Z平行。圆柱形管道7具有内圆直径ΦF(如图3所示)及相应的横截面积SF。

本发明的空冷式冷凝器包括具有进气侧和出气侧的气流扩散器8。气流扩散器可例如具有中空截锥体形状。图7中示出了锥形气流扩散器的一个示例，其中，进气侧具有内横截面积S1，出气侧具有内横截面积S2>S1。所述内横截面积通过使气流扩散器8横穿平行于水平面X-Y的平面获得。在图7中，为便于说明，横截面积S1和S2用阴影表示。

如图3所示，气流扩散器的进气侧与圆柱形管道7的上侧相连，气流扩散器的出气侧与层板盖17相连。圆柱形管道7的上侧理解为圆柱形管道7的出气侧，即风扇产生的气流离开圆柱形管道7的一侧。由此，在运行时，风扇5产生的气流在通过层板开口18进入增压空间60之前流过气流扩散器。图3中的箭头示意性地示出了通过空冷式冷凝器的气流。风扇迫使环境空气进入气流扩散器8，空气进一步流过气流扩散器，直到空气通过层板盖17上的开口18进入增压空间60。空气最终通过换热器面板上的开口离开增压空间。

气流扩散器8的出气侧与层板盖17的连接理解为主要是气密连接，即由管道风扇产生的气流主要通过层板盖上的开口进入增压空间，从而减少气流损失。在实施例中，气流扩散器8与层板盖17的连接也应理解为固定或附接，允许层板盖支撑气流扩散器的重量和与气流扩散器相连的管道风扇的重量。

如图3和图7所示，气流扩散器8具有沿垂直轴z测量的高度H1，并且具有如上所述通过使气流扩散器8横穿平行于水平面X-Y的平面而获得的内横截面积S。该内横截面积S从进气侧的值S1≥SF增加到出气侧的值S2>S1。气流扩散器8的特征是1.01≤S2/S1≤1.93且5≤(ΦF/H1)≤28。

优选地，如图3、图5和图6所示，喇叭口状风扇入口或锥形风扇入口6与圆柱形管道7的底侧连接。本领域已知喇叭口状或锥形风扇入口可以改善风扇入口的气流分布，减少空气再循环。

本发明的气流扩散器8不限于特定形状。气流扩散器8必须被解释为具有上述限定的关于其高度H1和关于从气流扩散器的进气侧到出气侧其横截面积的变化的特征的任何中空体。在一些实施例中，气流扩散器8具有中空截头直圆锥体形状，而在其它实施例中，扩散器8具有中空直截头锥体形状。

在替代实施例中，气流扩散器8进气侧的横截面S1具有圆形形状，气流扩散器8出气侧的横截面S2具有正方形形状。

在其它实施例中，本发明的气流扩散器是所谓的多级锥形扩散器。多级锥形扩散器包括多个具有不同锥角的子扩散器，其中，该些子扩散器串联设置。每个子扩散器的高度被设置成使得所有子扩散器的高度之和等于H1，即多级锥形扩散器的总高度。通常，与层板盖连接的子扩散器的锥角最大，而与管道风扇连接的子扩散器的锥角较小。

在进一步的实施例中，气流扩散器8包括喇叭口状扩散器出口或锥形扩散器出口。在这些实施例中，喇叭口状或锥形扩散器出口形成气流扩散器的出气侧。

气流扩散器以及管道风扇的圆柱形管道由例如纤维增强聚合物(RFP)等复合材料制成。在其它实施例中，使用镀锌钢板。

在一些实施例中，气流扩散器和管道风扇的圆柱形管道制成单个元件，而在其它实施例中，气流扩散器和圆柱形管道制成两个分离元件，并在工厂或在空冷式冷凝器的安装过程中彼此附接。

在优选实施例中，S1＝SF，即气流扩散器进气侧的内部截面等于管道风扇的圆柱形管道的内部截面，以便从管道风扇平滑过渡到气流扩散器。在替代实施例中，S1>SF，例如，气流扩散器进气侧的内横截面为正方形，其宽度等于管道风扇的圆柱形管道的内径。

在本领域中，与空冷式冷凝器一起使用的管道风扇是已知的，例如在US2009/0220334中进行了描述，其中说明了带有相关联的圆柱形管道的风扇位于换热器组件的增压空间的下方。根据增压空间的大小，圆柱形管道的内径可以在2米到12米之间变化。风扇包括电机，其具有根据冷却换热器面板所需的空气流速选择的功率特性。圆柱形管道7的内圆直径ΦF根据风扇直径进行选择，通常风扇直径与圆柱形管道7的直径之间的比值大于90％。因此，风扇的直径定义为当风扇运转时由风扇叶片的外尖端形成的圆的直径。

如本领域所知并且例如在US2009/0220334中所公开的，ACC冷凝器必须被升高到底层以上的给定高度处(通常在4米到30米之间)，以便为风扇提供足够且有效的气流。如图8所示，空冷式冷凝器包括位于底层32上的升高框架结构30。升高框架结构30通常是包括彼此相连的柱和围梁的格式框架，以形成开放式框架结构。

一般而言，沿Z轴测量的风扇管道的中心平面与底层32之间的距离HD大于4米。管道风扇的中心平面在图8中示为水平虚线，并被定义为与X-Y平面平行并且在圆柱形管道7的一半高度处对其进行分割的平面。该高度HD通常与风扇相对于底层32的位置相对应。

由于升高结构涉及较大的成本因素，因此ACC的设计通常避免任何会进一步增加ACC高度的附加元件。因此，在现有的空冷式冷凝器中，管道风扇尽可能靠近增压空间安置，如US2009/0220334中图1所示。

本发明的实施例具有会增加ACC的高度的附加元件，即气流扩散器8。然而，发明人设计了一种优化成可以提高风扇性能、同时限制ACC高度增加的气流扩散器8。

发明人发现，通过设计这样的气流扩散器8：横截面积S从进气侧的值S1≥SF增加到出气侧的值S2>S1，并且比值S2/S1和ΦF/H1在上述定义的限值范围内，可以显著降低风扇的功耗。

如上所述，本发明的气流扩散器具有位于5≤(ΦF/H1)≤28范围内的ΦF/H1比值。这表明，气流扩散器具有相较于风扇直径而言较短的高度。利用具有这种低高度的气流扩散器，可以避免将ACC放置在相对于底层高得多的高度。但另一方面，与仅使用无气流扩散器的标准管道风扇的空冷式冷凝器相比，使用矮的气流扩散器通常不会在总压降方面获得太大改善，甚至可能出现更差的结果。

用于将气流从风扇输送到ACC的增压空间的过渡元件的形状取决于许多参数。在本领域中已知的是，对于在管道或通道(例如，空调系统)输送空气的几何形状，当需要从较小直径过渡到较大直径时，可以优选地使用锥形过渡元件。在本领域中已知的是，对于锥形过渡元件，推荐最佳张角为7°。因为对于较大的角度，气流会与壁分离产生湍流。这会导致更大的总压降，从而导致风扇的性能损失。然而，7°的最佳张角是针对具有ΦF/H1＝0.1这样的比率的长扩散器而言的。对于具有ΦF/H1＝1这样的比率的扩压器，获益较小，但在张角约为18°至20°时仍可获得一些有益效果。然而，如上所述，这种长的扩散器不能用于ACC。并且从文献中已知，当锥形扩散器采用较大的张角时，在某些情况下可能会出现所谓的涡流效应。涡流效应是流动的切向旋转，这可能会对扩散器的性能产生有益的影响。

当增设扩散器的空间很小时，如ACC的情况一样，增设锥形元件是否会改善风扇性能、或增设锥形元件是否会降低风扇性能的问题是复杂的，因为涉及到许多参数，例如，S2/S1比值、扩散器的高度、速度分布的形状、边界层厚度、入口处的流体湍流程度和上游元件的几何形状。

发明人利用计算流体动力学对本发明的ACC装置进行了数值模拟，并证明了当气流扩散器的S2/S1的比值和ΦF/H1的比值保持在所述范围内时，与现有技术的管道风扇与层板盖直接连接的系统相比，总压降有显著改进。

下面的表1中给出了在要求保护的参数范围内的锥形气流扩散器的尺寸的示例。在第一列中，给出了管道风扇的圆柱形管道的内径与锥形气流扩散器的高度H1的比值。第二列给出了相应的S2/S1比值。第四列给出了锥体的相应张角α(如图7所示)，并且α在14°和60°之间变化。在第三列中，还给出了用于这些示例的H1+H2/ΦF的比值。在实际操作中，例如以给定的风扇尺寸开始，可以确定气流扩散器的高度。例如，对于11.05m尺寸的风扇，当选择ΦF/H1＝11.05的比值时，本发明的气流扩散器的高度H1为1m。第二步，已知高度H1，确定相应的S2/S1比，因此可以从表1中确定用于锥形扩散器的锥角。当气流扩散器具有直截头椎体形状时，也可以使用表1。在这种情况下，角度α是截头锥体两侧之间的张角。

表1标出了本发明的锥形气流扩散器的尺寸。

在优选实施例中，气流扩散器8具有圆锥体形状，其锥体张角等于或大于14°且1.01≤S2/S1≤1.55且5≤(ΦF/H1)≤28。

下面的表2中给出了本发明的气流扩散器的尺寸的示例，其中，进气侧为圆形，出气侧为方形。如第二列所示，采用这种几何结构的气流扩散器，与锥形情况相比，S2/S1的比值更高。

ΦF/H1	S2/S1	H1+H2/ΦF
			11.05	1.330	0.208
11.05	1.400	0.208
			11.05	1.553	0.208
5.02	1.401	0.317
			5.02	1.559	0.317
5.02	1.926	0.317
			6.00	1.379	0.284
6.00	1.600	0.284
			23.00	1.300	0.161
23.00	1.404	0.161
			27.62	1.296	0.154
27.62	1.341	0.154
			27.62	1.382	0.154

表2各示例标出了本发明的具有圆形进气侧和方形出气侧的气流扩散器的尺寸。

发明人发现用于气流扩散器的具体形状不太重要。重要的是S2/S1的比值和ΦF/H1的比值、以及横截面S从气流扩散器的进气侧到出气侧增加的事实。

通过表1和表2的这些示例，数值模拟的结果表明：对于在1.01和1.92之间的S2/S1比值以及5≤(ΦF/H1)≤28，与不带有气流扩散器的ACC相比，总压降减小。该压降理解为气流过渡进入增压空间产生的总压降。总压降的产生是因为当空气进入增压空间时并非所有的动态压力都转化为静态压力这一事实。当对本发明的实施例和不带有气流扩散器的现有技术的实施例进行比较时，总压降的这种差异导致风扇功耗降低。

发明人已经详细比较了现有技术的不带有气流扩散器的空冷式冷凝器和本发明的具有张角为40°、高度H1为1米的锥形气流扩散器的示例性空冷式冷凝器之间的风扇能耗。在这两种情况下，使用的管道风扇是相同的，其圆柱形管道的内圆直径ΦF为11.0m且风扇提供600m³/s的气流。该比较的结果是：与现有技术的该空冷式冷凝器相比，本发明的该示例性空冷式冷凝器的风扇电耗减少了12％。对于在表1和表2中给出的尺寸范围内的其它气流扩散器，数值模拟表明，在降低风扇电耗方面获得了类似的结果。

如上所述，本发明的空冷式冷凝器包括气流扩散器，其中1.01≤S2/S1≤1.93且5≤(ΦF/H1)≤28。

优选地，在本发明的优选实施例中，空冷式冷凝器包括气流扩散器，其中1.05≤S2/S1≤1.30且8≤(ΦF/H1)≤15。采用这些优选实施例，在降低功耗方面获得了最佳结果。

在进一步的优选实施例中，空冷式冷凝器具有中空截头直圆锥体形状或中空直截头锥体形状，其中，1.01≤S2/S1≤1.55且5≤(ΦF/H1)≤28。

根据优选实施例，空冷式冷凝器包括具有圆锥体形状的气流扩散器8，其中，该圆锥体的锥体张角等于或大于14°，且1.01≤S2/S1≤1.55及5≤(ΦF/H1)≤28。

值H2(如图3所示)是管道风扇的圆柱形管道7的高度。该高度H2也是沿轴线Z测量的。高度H2对于压降方面的整体性能不太重要，但考虑到上述关于ACC高度的限制，将该值保持尽可能低是有益的。因此，在优选实施例中，气流扩散器8的高度H1与圆柱形管道7的高度H2之和保持在0.15≤((H1+H2)/ΦF)≤0.32的范围内，其中，如上所述，ΦF为圆柱形管道7的内径。

在本发明的实施例中，屋顶状换热器组件包括一个或多个第一侧板25，也称为山墙面板，其平行于轴Z和X形成的平面定位使得形成增压空间60的侧向边界。山墙面板25例如如图5所示，图5示出了增压空间的两侧闭合，使得增压空间内的压缩空气不能通过增压空间的这些侧面开口逸出。

在其它实施例中，如图2b所示，一个或多个第二侧板26平行于由Z和Y轴形成的平面Z-Y定位，以便形成增压空间60的另一侧向边界。

如上所述，本发明不限制用于将空气吹入换热器组件的增压空间内的风扇数量。如图5所示，本发明的实施例包括另一管道风扇和另一气流扩散器。在本例中，层板盖7还包括另一开口。所述另一管道风扇和另一气流扩散器配置成使得在运行时，所述另一管道风扇产生的气流在通过层板17上的所述另一开口进入增压空间60之前流过所述另一气流扩散器。

本发明以具体实施例进行了描述，具体实施例是本发明的说明性实施例，不应解释为限制性实施例。更一般地，本领域技术人员应当了解，本发明不限于上文特别示出和/或描述的内容。本发明在于每一个新颖的特征要素和特征要素的每一种组合。权利要求书中的附图标记不限制它们的保护范围。动词“包含”、“包括”、“由......组成”或任何其他变体，以及它们各自的变形的使用，不排除存在除所述元件之外的元件。在元件之前使用冠词“一”或“所述”并不排除存在多个这样的元件。

Claims (15)

1.一种用于冷凝蒸汽的空冷式冷凝器(1)，包括：

a)一个或多个屋顶状换热器组件(51、52、53、54、55、56)，其中，每个屋顶状换热器组件包括第一换热器面板(13)和第二换热器面板(14)，所述第一换热器面板(13)和所述第二换热器面板(14)相对于由水平轴X和与所述水平轴X垂直的纵轴Y形成的水平面X-Y倾斜，

b)增压空间(60)，所述增压空间(60)位于由所述一个或多个屋顶状换热器组件划定的顶部边界和由与所述水平面X-Y平行的层板盖(17)划定的底部边界之间，其中，所述层板盖(17)包括用于接收气流的层板开口(18)，

c)管道风扇，用于将气流吹入所述增压空间(60)，所述管道风扇包括风扇(5)和围绕所述风扇(5)的圆柱形管道(7)，其中，所述管道风扇设置成使得所述风扇(5)可绕旋转轴R旋转，所述旋转轴R与垂直于所述水平轴X和所述纵轴Y的垂直轴Z平行；所述圆柱形管道(7)具有内圆直径ΦF和对应的横截面积SF，

其特征在于，

所述空冷式冷凝器(1)还包括气流扩散器(8)，所述气流扩散器(8)具有与所述圆柱形管道(7)的上侧相连的进气侧，并且具有与所述层板盖(17)相连的出气侧，使得运行时由所述风扇(5)产生的气流在通过所述层板开口(18)进入所述增压空间(60)之前流过所述气流扩散器；以及

所述气流扩散器(8)具有沿所述垂直轴Z测得的高度H1和通过使所述气流扩散器(8)横穿平行于所述水平面X-Y的平面而获得的内横截面积S，其中，所述内横截面积S从所述进气侧的值S1≥SF增加到所述出气侧的值S2>S1，并且，其中，1.01≤S2/S1≤1.93且5≤(ΦF/H1)≤28。

2.根据权利要求1所述的空冷式冷凝器，其特征在于，1.05≤S2/S1≤1.30且8≤(ΦF/H1)≤15。

3.如权利要求1所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述气流扩散器(8)具有中空直截头锥体形状。

4.如权利要求3所述的空冷式冷凝器，其特征在于，1.01≤S2/S1≤1.55且5≤(ΦF/H1)≤28。

5.如权利要求1所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述气流扩散器(8)具有圆锥体形状，其锥体张角α等于或大于14°，1.01≤S2/S1≤1.55且5≤(ΦF/H1)≤28。

6.如权利要求1或2所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述气流扩散器(8)进气侧的横截面S1具有圆形形状，并且，所述气流扩散器(8)出气侧的横截面S2具有正方形形状。

7.如权利要求6所述的空冷式冷凝器，其特征在于，1.27≤S2/S1≤1.93且5≤(ΦF/H1)≤28。

8.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于，其包括与所述圆柱形管道(7)的底侧连接的喇叭口状风扇入口或锥形风扇入口(6)。

9.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于，其包括一个或多个平行于由所述垂直轴Z和所述水平轴X形成的平面Z-X的第一侧板(25)和/或一个或多个平行于由所述垂直轴Z和所述纵轴Y形成的平面Z-Y的第二侧板(26)，以形成所述增压空间(60)的横向边界。

10.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述圆柱形管道(7)具有沿所述垂直轴Z测得的高度H2，并且，其中，0.15≤((H1+H2)/ΦF)≤0.32。

11.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述一个或多个屋顶状换热器组件中的每一个的所述第一换热器面板(13)和所述第二换热器面板(14)以范围为35°≤δ≤70°的张角δ分开。

12.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于，所述第一换热器面板(13)和所述第二换热器面板(14)包括长度在1.5m和2.5m之间的冷凝管。

13.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于其包括两个至七个所述屋顶状换热器组件(51、52、53、54、55、56)，并且，所述两个至七个屋顶状换热器组件彼此相邻定位，以形成沿所述水平轴X延伸的成排的屋顶状换热器组件，其中，所述两个至七个屋顶状换热器组件划定所述增压空间(60)的所述顶部边界。

14.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于其包括置于底层(32)上的升高框架结构(30)，并且所述升高框架结构设置成使得沿着所述垂直轴Z测得的所述管道风扇的中心平面与所述底层(32)之间的距离HD大于4米，所述中心平面与所述水平面X-Y平行。

15.如权利要求1-5中任一项所述的空冷式冷凝器，其特征在于其包括另一管道风扇和另一气流扩散器，所述另一气流扩散器设置成使得在运行时由所述另一管道风扇产生的气流在通过所述层板盖(17)上的另一开口进入所述增压空间(60)之前流过所述另一气流扩散器。

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