CN110822936A - 冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却技术领域，具体涉及一种冷却塔。本发明旨在解决现有开式冷却塔噪音大、易污染，闭式冷却塔系统复杂、成本高的问题。为此目的，本发明的冷却塔包括塔体和冷却单元，塔体设置有第一进液口和第一出液口，冷却单元包括蒸发冷凝膜组，蒸发冷凝膜组设置于塔体内并分别与第一进液口和第一出液口连通，蒸发冷凝膜组设置成选择性地允许水分子穿过，当冷却液通过第一进液口流入蒸发冷凝膜组时，冷却液中的部分水分子穿过蒸发冷凝模组后蒸发至空气中。通过在冷却塔的塔体中设置蒸发冷凝膜组，本发明的冷却塔降低了运行噪音和污染的同时，还能够简化系统结构，降低系统成本。

Description

冷却塔

技术领域

本发明涉及冷却技术领域，具体涉及一种冷却塔。

背景技术

冷却塔多是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置。以空调为例，空调冷却塔是将与中央空调的换热器进行换热的冷却水在冷却塔内部分散，通过与冷却塔内部流动的空气直接进行热传递或液态水转化为气态后间接吸收大量热量，被大气带走，从而使得水温得以降低，冷却水被回收循环使用的装置。空调冷却塔常用的有开式冷却塔和闭式冷却塔。开式冷却塔的工作原理为：通过将循环水以喷淋的方式，喷淋到冷却塔填料上，通过水与空气的接触，达到换热，再由风机带动塔内气流循环，将与水换热后的热气流带出，从而达到冷却循环水的目的。闭式冷却塔的工作原理为：利用塔内自循环的水和盘管接触，通过水与盘管外壁热交换带走盘管内冷却介质的热量达到冷却的目的。

对于开式冷却塔来说，虽然其具有高效、结构简单、造价低等优点，但是其存在的问题也较多。首先，运行时会存在淋水声、风机风噪声、水泵震动声等，因此运行时的噪音比较大。其次，由于是开式系统，冷却塔在运行的时候，会产生飘水现象，造成水量损失，要经常补水，同时一定程度上也会污染冷却水，使其水质下降，而且外界的杂物也会进入冷却水中，造成水质污染。闭式冷却塔虽然不存在水质污染的问题，而且相对于开式冷却塔还具有安全性高、维护简便等优点，但由于大量采用了换热性能高且价格昂贵的紫铜盘管，闭式冷却塔普遍存在系统复杂、成本较高的问题。并且，北方地区冬季气温较低，如果未采取有效的防冻措施，还可能引起冷却管局部冻裂的问题。综上所述，如何在保证冷却塔安全性高和维护简便的基础上，降低其成本和结构复杂度，成为本领域技术人员关注的焦点。

相应地，本领域需要一种新的冷却塔来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有开式冷却塔噪音大、易污染，闭式冷却塔系统复杂、成本高的问题，本发明提供了一种冷却塔，所述冷却塔包括塔体和冷却单元，所述塔体设置有第一进液口和第一出液口，所述冷却单元包括蒸发冷凝膜组，所述蒸发冷凝膜组设置于所述塔体内并分别与所述第一进液口和所述第一出液口连通，所述蒸发冷凝膜组设置成选择性地允许水分子穿过，当冷却液通过所述第一进液口流入所述蒸发冷凝膜组时，冷却液中的部分水分子穿过所述蒸发冷凝模组后蒸发至空气中。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述蒸发冷凝膜组包括框架和允许水分子穿过的膜结构，所述框架形成有腔体，所述膜结构盖设于所述腔体，从而所述膜结构与所述框架围设形成水流通道。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述框架上设置有第二进液口和第二出液口，所述第二进液口和所述第二出液口通过管路与所述第一进液口和所述第一出液口连通。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述膜结构为纤维膜、微孔膜、纳米膜或复合膜。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述冷却单元包括多个蒸发冷凝膜组，所述多个蒸发冷凝膜组通过管路并联连接。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述蒸发冷凝膜组并排排列，相邻的蒸发冷凝模组之间形成空气通道。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述塔体内设置有安装支架，所述蒸发冷凝模块通过所述安装支架固定于所述塔体内。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述塔体的侧面开设有进风孔，所述塔体顶部开设有出风孔。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述进风孔对应所述蒸发冷凝模块的侧面设置。

在上述冷却塔的优选技术方案中，所述进风孔中配置有引风机，所述引风机能够将所述塔体外的空气通过所述进风孔引入所述塔体并流经所述空气通道与所述蒸发冷凝模组中的冷却液换热后，从所述出风孔引出所述塔体。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，冷却塔包括塔体和冷却单元，塔体设置有第一进液口和第一出液口，冷却单元包括蒸发冷凝膜组，蒸发冷凝膜组设置于塔体内并分别与第一进液口和第一出液口连通，蒸发冷凝膜组设置成选择性地允许水分子穿过，当冷却液通过第一进液口流入蒸发冷凝膜组时，冷却液中的部分水分子穿过蒸发冷凝模组后蒸发至空气中。

通过在冷却塔的塔体中设置蒸发冷凝膜组，并且蒸发冷凝膜组分别与塔体上的第一进液口和第一出液口连通，本发明的冷却塔降低了运行噪音和污染的同时，还能够简化系统结构，降低系统成本。具体而言，由于本发明的蒸发冷凝膜组设置成选择性的允许水分子穿过，因此冷却塔在工作时，冷却液通过第一进液口流入蒸发冷凝膜组，通过第一出液口流出继续循环。在流动过程中，由于蒸发冷凝膜组内采用特有的膜结构，该膜结构只能选择性地允许水分子通过，而其他气体和液体不能通过，因此膜组内的部分冷却液中的水分子极易通过该膜进入空气中，其汽化蒸发过程所需的潜热会吸收膜组内冷却液的热量，从而降低膜内冷却液的温度。同时，少量冷却液在流动过程中还通过与蒸发冷凝膜组外的空气进行热交换进一步降低温度。

通过上述描述可以看出，本发明创造性地将蒸发冷却膜组与冷却塔相结合，形成一种新型的冷却塔，该冷却塔结构上不同于开式冷却塔和闭式冷却塔，但兼容了开式冷却塔的高效性和闭式冷却技术的安全性及维护简便性：首先，由于冷却液通过蒸发冷凝膜组循环冷却，这种冷却主要通过冷却液中的水分子穿过膜组后的汽化蒸发过程吸收模组内冷却液热量，因此省略了布水器的设置，简化了结构，节省了成本；其次由于绝大部分冷却液都被密封在蒸发冷凝膜组中，因此不存在淋水声，冷却液不会遭到污染，也不会对外界环境造成污染。也就是说，本发明解决了现有开式冷却塔噪音大、易污染，闭式冷却塔系统复杂、成本高的问题，在冷却技术领域开创了一种新的研究方向。

附图说明

下面参照附图并结合空调冷却塔来描述本发明的冷却塔。附图中：

图1为本发明的空调冷却塔的外形结构示意图；

图2为本发明的空调冷却塔去除进风侧板的示意图；

图3为图2沿A向的视图；

图4为本发明的空调冷却塔的工作原理示意图；

图5为本发明的空调冷却塔的蒸发冷凝膜组第一种实施方式的外形示意图；

图6为图5的爆炸图；

图7为应用于本发明的一种膜结构的工作原理示意图；

图8为本发明的空调冷却塔的蒸发冷凝膜组的第二种实施方式的外形示意图；

图9为本发明的空调冷却塔的蒸发冷凝膜组的第三种实施方式的外形示意图。

附图标记列表

1、塔体；11、第一进液口；12、第一出液口；13、进风孔；14、出风孔；15、引风机；16、安装支架；21、蒸发冷凝膜组；211、框架；2111、第二进液口；2112、第二出液口；2113、腔体；212、膜结构；3、管路；4、空气通道。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然附图中的塔体的进风孔开设与塔体的两对侧，但是这种位置关系非一成不变，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，进风孔还可以开设与塔体的四个侧面，或者开设与塔体的底面等。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参照图1至图4，对本发明的空调冷却塔进行介绍。其中，图1为本发明的空调冷却塔的外形结构示意图；图2为本发明的空调冷却塔去除进风侧板的示意图；图3为图2沿A向的视图；图4为本发明的空调冷却塔的工作原理示意图。

如图1至图3所示，为了解决现有开式冷却塔噪音大、易污染，闭式冷却塔系统复杂、成本高的问题，本发明的空调冷却塔(以下或简称冷却塔)主要包括塔体1和冷却单元。塔体1设置有第一进液口11、第一出液口12、进风孔13和出风孔14，进风孔13出配置有引风机15，引风机15能够将塔体1外的空气通过进风孔13引入塔体1，并在空气穿过塔体1内部空间后，从出风孔14穿出。冷却单元包括多个蒸发冷凝膜组21，蒸发冷凝膜组21并联设置于塔体1内并且在并联后与第一进液口11和第一出液口12连通。其中，蒸发冷凝膜组21中设置有膜结构212，膜结构212设置成选择性地允许水分子穿过。

参照图4，空调冷却塔在工作时，引风机15带动空气从进风孔13进入塔体1，在穿过蒸发冷凝模组后，从出风孔14穿出。与此同时，位于空调系统中的泵带动冷却液(如冷却液为水)通过第一进液口11流入蒸发冷凝膜组21，在流动过程中，由于蒸发冷凝膜组内采用特有的膜结构212，该膜结构212只能选择性地允许水分子通过，而其他气体和液体不能通过，因此模组内的部分冷却液中的水分子极易穿过蒸发冷凝模组后汽化蒸发在空气流中，蒸发的水分子利用其蒸发汽化潜热，吸收蒸发冷凝膜组21中冷却液的热量，从而降低膜组内冷却液的温度。与此同时，少量冷却液在流动过程中与蒸发冷凝模组外的流动空气进行热交换，进一步降低冷却液的温度。

通过上述描述可以看出，本发明的空调冷却塔通过在塔体1内设置蒸发冷凝膜组21，不仅降低了运行噪音和水质污染，还能够简化系统的结构，降低系统的成本。具体而言，冷却液流过蒸发冷凝膜组21时主要通过冷却液中的水分子穿过蒸发冷凝膜组21至空气流中产生蒸发汽化现象降低冷却液温度的设置方式，不仅使得冷却塔中无需设置布水器，简化了冷却塔的结构，降低了系统成本，而且还消除了布水器和淋水产生的噪音。此外，由于除了水分子以外，其他冷却液均被密封在蒸发冷凝膜组21中，因此循环过程中冷却液不会被污染，也不会对外界环境造成污染，提高了冷却塔的安全性，降低了维护难度。而一部分冷却液直接与空气流换热降温的设置方式，则进一步优化了冷却塔的冷却效果，使得冷却塔的冷却效果更好。经发明人反复试验、观测、分析和比较，虽然本发明中主要通过冷却液中的水分子穿过膜结构212的汽化蒸发过程实现对冷却液的降温，会消耗部分冷却液中的水，但是相比于现有技术中的开式冷却塔和闭式冷却塔来说，由于开式冷却塔和闭式冷却塔在工作过程中存在瓢水和蒸发等现象，水量消耗非常大，而本发明的汽化蒸发所消耗的水分远远小于开式冷却塔和闭式冷却塔消耗的水量，补水量相应的也大大减少，反而能够起到节约水资源的效果。

下面参照图1至图7，进一步对本发明的空调冷却塔进行描述。其中，图5为本发明的空调冷却塔的蒸发冷凝膜组21第一种实施方式的外形示意图；图6为图5的爆炸图；图7为应用于本发明的一种膜结构212的工作原理示意图。

参照图1至图3，在一种可能的实施方式中，冷却塔的塔体1为长方体或正方体，塔体1中设置有安装支架16，安装支架16上并排设置有多个通过管路3并联的蒸发冷凝膜组21，相邻的蒸发冷凝膜组21之间形成空气通道4。每个蒸发冷凝膜组21均具有第二进液口2111和第二出液口2112，第二进液口2111和第二出液口2112分别与第一进液口11和第一出液口12连通。塔体1的侧面靠下的部位设置有进风孔13，顶部中部设置有出风孔14，从而进风孔13、空气通道4和出风孔14共同组成了完整的气流通道。其中，进风孔13优选地对应蒸发冷凝膜组21的左右两侧面(图2所示出的面为右侧面)开设，以便外部空气顺利流入空气通道4，强化与蒸发冷凝膜组21的换热。此外，出风孔14内还设置有引风机15，如图1中所示的轴流风机。

参照图5和图6，在一种可能的实施方式中，蒸发冷凝膜组21包括框架211和允许水分子穿过的膜结构212，框架211的材料可以为金属或塑料，其正面大致呈矩形并形成有腔体2113，膜结构212盖设于腔体2113，从而膜结构212与框架211围设形成水流通道。框架211的正面设置有两个第二进液口2111和第二出液口2112，第二进液口2111位于框架211正面的上部两个边角处，第二出液口2112位于框架211正面的下部两个边角处，从而冷却液从上部两个第二进液口2111进入水流通道，从下部两个第二出液口2112流出水流通道。

在一种较为优选的实施方式中，膜结构212可以选择纳米膜，例如，由磺化苯乙烯-烯烃聚合物层压于尼龙无纺增强体上制成的纳米无孔膜，如图7所示，该纳米无孔膜具有亲水区和疏水区，在亲水区的吸附作用及两侧蒸汽分压差共同作用下，能够实现大量水蒸气分子的高速选择性通过并在通过后蒸发汽化。此外，这种膜材料除了具备高选择性、高通量特点外，还具备抗结垢、可再生等优势。

当然，除了上述介绍的纳米膜外，本发明中还可以选用其他膜结构212，只要该膜结构212能够满足允许水分子通过，而其他液体或气体分子无法通过的条件即可。如，用于膜蒸馏的纤维膜、微孔膜或复合膜等。这里需要说明的是，虽然本实施方式中没有对其他膜结构212的原理进行具体介绍，但是这并不代表其他膜结构212不能够实施本发明的技术方案，正是由于现有技术中上述膜结构212的原理和应用已经足够成熟，因此本文中不再对其原理进行赘述。

上述实施方式的优点在于：

1.冷却液选择范围广

由于选用了特殊的蒸发冷凝膜组21，因此本发明的冷却塔使用的冷却水可以为非饮用水，甚至是工业废水、盐水。传统冷却塔技术中，随着水分的蒸发，溶液离子浓度越来越高，最终会形成结垢沉积物，影响冷却塔的使用寿命。而本发明的膜结构212已被证明耐结垢、可避免水垢沉积物生成、允许高浓水的使用，突破了当今冷却塔的填料设计。因此，本发明消除了对水质的限制，可充分利用废水资源，也可以减少冷却水作为污水排出的现象，便于再生水替代饮用水使用。

2.结构简单、噪音小、成本低、节约能耗

传统技术是将水喷洒或过滤到冷却塔内的蒸发表面上。通常情况下，水被泵送3到4米高的塔顶，并沿填充材料垂直运行。塔顶的分配方法要求压头形成均匀的薄膜，这种类型的布水器或喷嘴可以造成高达5米的压头损失。而本发明的冷却塔膜结构212内保持连续的液态水流，连续水流均匀分布，无需设置布水器或喷嘴，简化了系统结构，消除了压力损失。经发明人反复试验、观测、分析和比较，本发明的循环泵的静压头比常规系统少4-9米，这使得泵的选型更小，不仅能降低系统噪音，而且还能够节省系统成本，节约了系统能耗。

3.安全性高

传统的冷却塔在工作过程中，水与空气直接接触，冷却水在蒸发过程中，容易以液滴形式离开塔，因此容易携带一些微生物或细菌向外传播，造成细菌传播与污染。而本发明的冷却塔的膜结构212由于至允许水蒸气分子通过，而液态水与水中的微生物和其他污染物均无法穿过膜结构212进入空气中，因此本发明不会造成液滴夹带微生物或细菌向外传播，安全性高。实际上，冷却水被一个类似于干燥冷却技术的封闭系统隔开，以降低类似军团菌的危险细菌和病毒通过空气进行传播。

4.便于维护

传统的冷却塔中，冷却水与空气直接接触，所以任何空气中的微粒在与液态水接触时都可能被截留。长期以往，水中沉积杂质会越来越多，会在冷却塔底部结垢附着，影响使用寿命，因此需要定期清理。而本发明的冷却塔中冷却液基本上被封闭在膜组内，塔体1内表面保持干燥，无法捕捉颗粒，因此在很大程度上免维护，并且更安全，因此更加适用于住宅和轻型商业应用。

需要说明的是，上述优选的实施方式仅仅用于阐述本发明的原理，并非旨在于限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员就可以对上述设置方式进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。

例如，在一种可替换的实施方式中，蒸发冷凝膜组21的数量、膜组的结构形状、在塔体1内排列方式以及安装方式等均不唯一，本领域技术人员可以对其进行调整。例如，数量可以为一个、两个、三个、四个、或更多个；膜组的正面还可以为圆形、椭圆形；膜组可以串联、可以串并联结合等。

再如，在另一种可替换的实施方式中，蒸发冷凝膜组21的第二进液口2111和第二出液口2112的设置位置和设置数量可以进行调整，参照图8和图9所示，图8和图9示出了为本发明的蒸发冷凝膜组21的第二种和第三种实施方式的外形示意图。如图8和图9所示，第二进液口2111的设置位置还可以在框架211的顶面或侧面上部，其数量可以为一个或多个，第二出液口2112还可以设置在框架211的侧面下部或底面中部，其数量可以为一个或多个。

再如，在另一种可替换的实施方式中，可以在第一进液口11或第二进液口2111的管路3上设置循环泵输送冷却液，当然也可以在第一出液口12和第二出液口2112位置设置循环泵抽吸冷却液。

再如，在另一种可替换的实施方式中，塔体1形状还可以圆柱体或其他任意可能的形状，引风机15在塔体1的设置位置除了出风孔14内，还可以设置在进风孔13，或者不设置在塔体1上，只要该设置位置能够满足将塔体1外的空气流从进风孔13进入、从出风孔14引出即可。进风孔13除了设置在塔体1对应蒸发冷凝膜组21侧面的两相对侧下部外，还可以设置于塔体1的四个侧面，或者塔体1的底面等；同样的出风孔14出设置于顶面中部外，还可以设置与顶面其他位置，或者塔体1侧面的上部。

当然，上述可以替换的实施方式之间、以及可以替换的实施方式和优选的实施方式之间还可以交叉配合使用，从而组合出新的实施方式以适用于更加具体的应用场景。例如，可以在将进风孔13设置于塔体1底部的基础上，将第二进液口2111和第二出液口2112的位置分别调整到框架211的侧面上部和底面，从而组合出一种新的实施方式。

最后需要说明的是，虽然本优选地实施方式是以空调冷却塔进行描述的，显然本领域技术人员能够理解的是，冷却塔还可以应用于其他应用场景，如冷冻行业、塑胶化工行业等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却塔，其特征在于，所述冷却塔包括塔体和冷却单元，所述塔体设置有第一进液口和第一出液口，所述冷却单元包括蒸发冷凝膜组，所述蒸发冷凝膜组设置于所述塔体内并分别与所述第一进液口和所述第一出液口连通，所述蒸发冷凝膜组设置成选择性地允许水分子穿过，

当冷却液通过所述第一进液口流入所述蒸发冷凝膜组时，冷却液中的部分水分子穿过所述蒸发冷凝模组后蒸发至空气中。

2.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于，所述蒸发冷凝膜组包括框架和允许水分子穿过的膜结构，所述框架形成有腔体，所述膜结构盖设于所述腔体，从而所述膜结构与所述框架围设形成水流通道。

3.根据权利要求2所述的冷却塔，其特征在于，所述框架上设置有第二进液口和第二出液口，所述第二进液口和所述第二出液口通过管路与所述第一进液口和所述第一出液口连通。

4.根据权利要求2所述的冷却塔，其特征在于，所述膜结构为纤维膜、微孔膜、纳米膜或复合膜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却塔，其特征在于，所述冷却单元包括多个蒸发冷凝膜组，所述多个蒸发冷凝膜组通过管路并联连接。

6.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征在于，所述蒸发冷凝膜组并排排列，相邻的蒸发冷凝模组之间形成空气通道。

7.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征在于，所述塔体内设置有安装支架，所述蒸发冷凝模块通过所述安装支架固定于所述塔体内。

8.根据权利要求6所述的冷却塔，其特征在于，所述塔体的侧面开设有进风孔，所述塔体顶部开设有出风孔。

9.根据权利要求8所述的冷却塔，其特征在于，所述进风孔对应所述蒸发冷凝模块的侧面设置。

10.根据权利要求8所述的冷却塔，其特征在于，所述进风孔中配置有引风机，所述引风机能够将所述塔体外的空气通过所述进风孔引入所述塔体并流经所述空气通道与所述蒸发冷凝模组中的冷却液换热后，从所述出风孔引出所述塔体。

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