CN111189330A - 一种冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷却塔。本发明的冷却塔，包括湿冷段和干冷段，所述干冷段设置在湿冷段上部，所述干冷段包括一个或多个散热盘，所述散热盘连接有凝结水回流管，所述散热盘具有倾斜结构，所述散热盘的最低位置与凝结水回流管连通。本发明在湿式冷却的基础上增加散热片冷却湿空气，回收湿空气中的水分，减少了水蒸气的损失，节约了水资源；散热装置通过散热片‑散热圈‑散热盘的布置方式，既能够合理利用塔顶的空间，又能够对散热片上的凝结水逐级进行收集；收集后的通过水力涡轮机利用凝结水中的势能，节约能源；在冷却塔的中上部设置有增压风管，利用高处风速大的优势对塔内的气流进一步引射增速，以增强冷却塔的换热能力。

Description

一种冷却塔

技术领域

本发明属于冷却设备领域，具体地说，涉及一种冷却塔。

背景技术

在电力、石化、冶金、制药等生产领域中，众多生产环节所产生的热量必须及时散出以保证生产过程持续高效运行。传统热电厂的冷端多采用闭式湿冷系统，此种冷却系统效率较高，但由于循环冷却水自身与空气接触蒸发及空气携带水滴等原因，冷却循环过程中会出现循环冷却水水质下降及循环冷却水水量减少等现象，需要持续补充经过精处理的循环冷却水。另外，湿式冷却塔出口空气处于饱和状态，若与外界冷空气混合会导致水分析出，产生水雾，对周围环境产生负面影响。

水资源的匮乏的地区多采用空冷冷却系统。直接空冷系统无需循环冷却水，工业用乏汽排汽直接通过表面式凝汽器将自身热量散到环境中。空冷系统具有节水优势，但冷却效率却较低。间接空冷中，循环冷却水与空气的传热过程依然在冷却塔中进行水与空气热交换过程，但蒸发的水资源经过冷却塔上部空冷散热片的二次回收，故循环冷却水水质下降和水量损失很小。

在国家大力号召节能减排、建设资源节约型社会的大背景下，在能源、电力、化工等领域的生产过程中，实现高效冷却可以显著提高能源利用效率，节省水和化石能源等重要资源。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种冷却塔。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种冷却塔，包括湿冷段和干冷段，所述干冷段设置在湿冷段上部，所述干冷段包括一个或多个散热盘，所述散热盘连接有凝结水回流管，所述散热盘具有倾斜结构，所述散热盘的最低位置与凝结水回流管连通。

所述散热盘由多个散热圈构成，多个散热圈直径依次递增并嵌套形成散热盘，位于中部的散热圈设置位置高，位于边缘的散热圈设置位置低，形成部分球面或圆锥面形的散热盘，所述散热盘边缘位置设置有单层收集管用于收集散热盘的凝结水，并与凝结水回流管连通。

所述散热圈设置有单圈收集管用于收集散热圈的凝结水，多个单圈收集管间设置有连通管，单圈收集管均通过连通管与单层收集管连通。

所述散热圈包括多个散热片，所述多个散热片围成环状结构形成散热圈，所述散热片上设置有单片凝结水收集管。

所述散热片包括骨架和翅片，所述骨架为呈倒V型的两块板，所述翅片均匀分布在板上，所述散热片还设置有单片凝结水收集管，所述单片凝结水收集管根据翅片的倾斜方向设置。

所述翅片中部高两端低，所述单片凝结水收集管设置在翅片位置低的两侧收集凝结水，或者，所述翅片中部低两端高，所述单片凝结水收集管设置在板的中部收集凝结水。

所述散热片上设置有热管，所述热管纵向贯穿翅片，并设置有上接口和/或下接口，所述热管通过上接口/下接口与相邻散热盘上的对应热管连通；

优选地，所述散热片的每块板上对称且平行设置有两根热管。

所述冷却塔底部设置有水力涡轮机，所述凝结水回流管连通水力涡轮机使得下降的凝结水带动水力涡轮机转动。

在干冷段下部设置有增压风管，所述增速风管连通塔体内外，所述增压风管呈流线型并具有逐渐缩小的截面对空气进行压缩。

所述冷却塔还包括一组或多组引射喷管，所述引射喷管连接增压风管，使增压后的空气通过引射喷管在冷却塔内形成引射流。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

(1)在湿式冷却的基础上增加空冷散热片作为湿空气冷却，加强湿空气中水分的凝结，减少了水蒸气的损失，节约了大量水资源；

(2)空冷段的散热装置通过散热片-散热圈-散热盘的布置方式，以及翅片等结构的设置，既能够合理利用塔顶的空间，又能够对散热片上的凝结水逐级进行收集；

(3)收集后的凝结水具有一定势能，将该部分凝结水与水力涡轮机连通，将水的势能转化为电能并进行合理的利用，节约了能源；

(4)在冷却塔的中上部设置有增压风管，高处风速大的优势对塔内的气流进一步引射增速，以增强冷却塔的换热能力。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明冷却塔整体示意图；

图2是本发明散热盘示意图；

图3是本发明散热片侧视图；

图4是本发明散热片及单片凝结水收集管示意图；

图5是本发明散热片及单片凝结水收集管示意图；

图6是本发明增压风管截面图；

图7是本发明增压风管截面图。

图中：100、塔体；

200、干冷段；2、散热盘；21、散热圈；211、散热片；2111、骨架；2112、翅片；2113单片凝结水收集管；2114热管；212、单圈收集管；213、连通管；22、单层收集管；

300、湿冷段；400、增压风管；411、入风口；412、出风口；413、收缩段；42、增压风母管；421、上吹孔；

500、凝结水回流管；600、水力涡轮机。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明涉及一种冷却塔，所述冷却塔具有双曲线型塔体100，横截面为圆形，包括湿冷段300和干冷段200，所述干冷段200设置在塔体100的上部，干冷段200设置在湿冷段300的上部。

所述湿冷段300为常规设置，包括有集水器、给水配水装置、填料层以及蓄水池等结构。所述干冷段200包括有一个或多个散热盘2，如图1所示，干冷段200设置有多个散热盘2，设置多个散热盘2可以进一步提升干冷段200的冷却效果，各散热盘间也具有连通的管路，以均衡各散热盘间的能量分布。

由于散热盘的主要作用是与湿空气中水蒸气接触并将水蒸气冷凝，产生凝结水，凝结水会积聚在散热盘2上，因而散热盘2还应当设置有便于凝结水流动的结构设置，所述散热盘2可以设置有具有倾斜结构而非平板状的结构。如图1所示，所述散热盘2具有中部高，边缘低的弧面盘状结构，凝结水会随着散热盘2的高低位置的设置，从高处流向低处，汇集后通过设置的凝结水回流管500进行回收。

图2为散热盘的俯视图，散热盘2的直径具有与塔体100对应位置相应的大小设置，以保证所有经过塔体100的湿空气都能够尽可能在干冷段200参与热交换。

所述散热盘2是由散热片211构成，所述散热片211为从侧面看整体为人字形(倒V形)的结构，散热片211包括两块板状结构构成的骨架2111，两块板的边缘连接，并呈一定角度设置，形成倒V形,在骨架2111上还设置有翅片2112，所述翅片2112为从骨架2111处伸出的结构，所述翅片2112间平行设置，翅片2112与骨架2111间也具有一定角度，翅片2112向上伸出，与骨架2111形成能够供凝结水水流动的槽状结构，如图3所示。

由于骨架和翅片围成的结构需要收集凝结水，而如果翅水平设置，则不利于凝结水的收集，因而所述翅片2112具有如图4和图5所示的设置方式。所述散热片211还设置有单片凝结水收集管2113用于收集凝结水，单片凝结水收集管2113的位置与翅片2112的设置位置有关，或者说与水流动的方向有关。

如图4所示，所述翅片2112在骨架2111上的设置为中部高，两端低的布置方式。所述翅片2112间平行设置且均匀分布，所述散热片211上还设置有单片凝结水收集管2113，单片凝结水收集管2113用于收集翅片2112上冷凝的凝结水，因而单片凝结水收集管2113设置在翅片2112与骨架2111形成的凹槽的两端，使得凝结水可以沿翅片2112流动，并汇集在两端的单片凝结水收集管2113，所述单片凝结水收集管2113整体上为由上至下的管路，翅片2112上的凝结水流入单片凝结水收集管2113中，再一同从上部汇集至下部。

如图5所示，所述翅片2112在骨架2111上的设置为中部低，两端高的布置方式，所述翅片2112间平行设置且均匀分布，所述散热片211上设置有单片凝结水收集管2113，单片凝结水收集管2113用于收集翅片2112上冷凝的凝结水，因而单片凝结水收集管2113设置在骨架2111的中部，也就是翅片2112的最低位置，使得凝结水可以沿翅片2112从两边向中间流动，汇集在中部的单片凝结水收集管2113。这种设置方式在骨架2111的一块板状上设置有一个单片凝结水收集管2113即可。汇集后的凝结水由上至下流动。

所述散热盘2即为由上述的散热片211在一定范围内布置而形成。如图2所示，本发明中中散热片211的布置方式为，由单体的散热片211先布置成散热圈21，散热圈21再一层一层嵌套形成散热盘2。

每一圈的散热圈21通过不同数量的散热片211构成，形成直径大小不同的散热圈21，整体呈环状结构，所述散热圈21的直径应当根据散热片211的宽度以某一梯度逐渐递增，以保证各个散热圈21能够逐步嵌套，形成紧密排列的散热盘2。

所述散热盘2整体并不呈平板状，通过各个散热圈21的布置，各散热圈21间具有一定高度差，或散热圈21倾斜布置，形成具有部分球面的结构，或者形成圆锥形的弧面的结构。这样，在纵向散热盘2形成了中部最高，边缘处最低的设置。

散热片211上的凝结水需要进行收集，在单个的散热片211，凝结水通过单片凝结水收集管2113被收集，多个散热片211形成散热圈，在每个散热圈设置有单圈收集管212，用于将散热圈21上各个散热片211的凝结水进行收集。最外圈的散热圈21可以不用再设置单圈收集管212，位于该处的收集管可以作为整个散热盘2的单层收集管22，在各个散热圈对冷凝水进行收集后，需要将单圈收集管212中的水汇聚在一起，因而单圈收集管212间设置有连通管213，由于整个散热盘2具有倾斜的结构，位于内圈的散热圈位置较高，位于外圈的位置较低，因而内圈的单圈收集管212的凝结水会随连通管213向外圈方向流动。各圈的单圈收集管212的凝结水最终汇集在散热盘2的单层收集管22。

单层收集管22应当位于整个散热盘2的最低处，以保证整个盘上的凝结水都会流入单层收集管22。单层收集管22与凝结水回流管500连通。

如果设置有多层散热盘，则散热盘间设置有连通的管路进行连通，或者分别与凝结水回流管500连通，以保证所有散热盘2上的凝结水能够被回收。

如图1所示，所述散热片211上设置有热管2114，并设置有上接口和/或下接口，在最低层的散热盘的散热片的热管2114可以只设置上接口，在最顶层的散热盘的散热片的热管2114可以只设置下接口，所述热管2114通过上接口/下接口与相邻散热盘上的对应热管2114连通。如图4及图5所示，所述热管2114纵向贯穿翅片2112，所述散热片211的每块板上对称且平行设置有两根热管2114。

如图1所示，所述冷却塔还设置有水力涡轮机600，所述水力涡轮机600设置在冷却塔底部位置，所述凝结水回流管500与水力涡轮机600连通，使得下降的凝结水带动水力涡轮机600转动。这样的设置方式可以充分利用高处的凝结水所具有的势能，将水的势能进行转化，变为可以利用的电能等。既能够实现对冷凝水的收集，又能够充分利用能源。

如图1及图6和图7所示，湿冷段300上部设置有增压风管400，所述增压风管400连通塔体100内外，所述增压风管400呈流线型并具有逐渐缩小的截面对空气进行压缩。

塔体100设置有一组或多组增压风管400连通塔体100内外，所述增压风管400具有与塔体100周向外形匹配的管路形状以减小阻力。所述增压风管400包括入风口411，所述入风口411设置在塔体100外部，还包括出风口412，所述出风口412连通塔体100内部，并与塔内气流方向保持一致，还包括收缩段413，所述收缩段413位于入风口411和出风口412间，收缩段413从入风口411至出风口412沿塔体100周向截面尺寸逐渐收缩。

如图6所示，从图1中A-A处截面即为图6所示的增压风管400的俯视图。塔体100设置有四个或中心对称设置的增压风管400，增压风管400的数量可以根据具体参数进行设置。增压风管400在周向均匀分布，保证在各个方向的风均能够被利用。

所述收缩段413一侧是以冷却塔外壁为增压风管的内壁，另一侧具有与冷却塔外壁形状相适应的流线型管壁。即为在塔体的外壁并利用塔体外壁作为管路的一部分，并增加一部分管壁，形成进风的通道，进风通道具有流线型，一保证内部的空气能够顺利被压缩。

由于入风口411的尺寸大于出风口412的尺寸，因而在风进入增压风管400中时，由于管内截面面积的减小，气体被压缩，增加空气压力。

在出风口412处连通有增压风母管42，所述增压风母管42设置在塔体100内部，用于将增压过的风进行收集。所述增压风母管42依据塔体100的结构设置为环形。可以紧贴塔体100内壁，也可以与塔体100内壁具有一定距离。

如图6所示，所述增压风母管42设置紧贴塔体100内壁的位置，所述增压风母管42的外径与塔体100内径相适应。

如图7所示，所述增压风母管42设置在与塔体100内壁具有一定距离的位置，所述增压风母管42的外径小于塔体100内径。由于塔体100内壁并非垂直，而是在纵向为具有双曲线的结构，因而可能会有内径的增大或缩小的区域，因而增压风母管42可以依据塔体100的形状或塔体100内部的结构，距离塔体100一定距离，并设置为环形状。

当风从增压风管400中进入增压风母管42中时，为了防止流体能量的损失，因而可以将出风口412与增压风母管42的连接处设置为弧形或流线形，减少风力的损失，保证增压的效果。

将增压后的风进行收集后，可以通过增压风母管及其上部开孔将增压风吹向塔体100内部，以增强塔内空气的流速，增强热交换的效率。具体的设置方式为，在增压风母管42上设置有上吹孔421，为使得内部的增压风分布均匀，因而上吹孔421也应当均匀分布，所述上吹孔421朝向上方，向塔体100的上部进行出风。所述增压风母管42还可以设置为上吹管，所述上吹管基本朝向上方，但可以根据所需的空气流向，对上吹管的方向、角度等参数进行设置，以使得塔体100内部形成整圈的引射流。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种冷却塔，包括湿冷段和干冷段，所述干冷段设置在湿冷段上部，其特征在于：所述干冷段包括一个或多个散热盘，所述散热盘连接有凝结水回流管，所述散热盘具有倾斜结构，所述散热盘的最低位置与凝结水回流管连通。

2.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于：所述散热盘由多个散热圈构成，多个散热圈直径依次递增并嵌套形成散热盘，位于中部的散热圈设置位置高，位于边缘的散热圈设置位置低，形成部分球面或圆锥面形的散热盘，所述散热盘边缘位置设置有单层收集管用于收集散热盘的凝结水，并与凝结水回流管连通。

3.根据权利要求2所述的冷却塔，其特征在于：所述散热圈设置有单圈收集管用于收集散热圈的凝结水，多个单圈收集管间设置有连通管，单圈收集管均通过连通管与单层收集管连通。

4.根据权利要求2所述的冷却塔，其特征在于：所述散热圈包括多个散热片，所述多个散热片围成环状结构形成散热圈，所述散热片上设置有单片凝结水收集管。

5.根据权利要求4所述的冷却塔，其特征在于：所述散热片包括骨架和翅片，所述骨架为呈倒V型的两块板，所述翅片均匀分布在板上，所述散热片还设置有单片凝结水收集管，所述单片凝结水收集管根据翅片的倾斜方向设置。

6.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征在于：所述翅片中部高两端低，所述单片凝结水收集管设置在翅片位置低的两侧收集凝结水，或者，所述翅片中部低两端高，所述单片凝结水收集管设置在板的中部收集凝结水。

7.根据权利要求5所述的冷却塔，其特征在于：所述散热片上设置有热管，所述热管纵向贯穿翅片，并设置有上接口和/或下接口，所述热管通过上接口/下接口与相邻散热盘上的对应热管连通；

优选地，所述散热片的每块板上对称且平行设置有两根热管。

8.根据权利要求1所述的冷却塔，其特征在于：所述冷却塔底部设置有水力涡轮机，所述凝结水回流管连通水力涡轮机使得下降的凝结水带动水力涡轮机转动。

9.根据权利要求1-6任一项所述的冷却塔，其特征在于：在干冷段下部设置有增压风管，所述增速风管连通塔体内外，所述增压风管呈流线型并具有逐渐缩小的截面对空气进行压缩。

10.根据权利要求9所述的冷却塔，其特征在于：所述冷却塔还包括一组或多组引射喷管，所述引射喷管连接增压风管，使增压后的空气通过引射喷管在冷却塔内形成引射流。

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