CN114018070B - 一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔,涉及冷却塔节水技术领域，包括设于布水器上方的滤网以及设于滤网底部的支撑管，在冷却塔上设有换热系统，包括冷媒进管路与冷媒出管路，冷媒进管路的一端均连接冷媒源；冷风进管路与冷风出管路，冷风进管路的一端均连接冷风源；进总管与出总管，进总管与出总管的一端分别与一支撑管的两端连接；进三通管与出三通管，进三通管与冷媒进管路、冷媒出管路、进总管连接；出三通管与冷风进管路、冷风出管路、出总管连接；支撑管与滤网均采用导热材质。本发明冷却塔设计的换热系统，可根据季节、环境温度对节水模式做出合理的调整，以达到低能耗、高效率的目的。

Description

一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔

技术领域

本发明涉及冷却塔节水技术领域，具体涉及一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔。

背景技术

由于冷却塔是将循环水中的热主要通过蒸发方式传给空气，扩散到大气中，因此造成了大量水的损失。自从冷却塔产品诞生以来，国内外自今没有找到高效收集蒸发水的技术和办法。申请号为CN202110734462.6的专利申请公开了一种冷却塔用汽水分离装置，其具体公开了包括设于两侧的支撑框、设于两侧支撑框之间的多个支撑件以及铺设于支撑件上的静态滤网。上述专利技术在不改变冷却塔内部原温降形式的基础之上添加一套以汽水分离器系统为原型的设计方案，在冷却塔填料与风机系统之间位置安装汽水分离装置，通过增设汽水分离装置收集气态水，尤其是蒸发水，即利用装置中的静态滤网对气态水进行阻隔收集，蒸发水进入到静态滤网中碰撞形成大颗粒水珠，随后大颗粒水珠在重力作用下自由坠落收集，收集后的水经过疏导实现了再利用，减少了冷却塔补水，由于绝大部分水汽被收集未进入大气中，冷却塔风筒流出的“白烟”也大大减少，从而达到节水消白的目的。

但随着一年四季气温的变化，滤网的温度也会随之改变，如何能较好地控制滤网温度，以达到滤网收水、节水效率高以及节约能耗，是本发明专利的目的。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于提供一种冷却塔节水技术的改良，借助换热系统，改变滤网的温度，达到高效地蒸发水冷凝收水及滤网融冰的目的。

为了达到上述目的，本发明具体的技术方案如下：

一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，包括设于冷却塔内布水器上方用于“拦截”水蒸气的滤网以及设于滤网底部的支撑管；在所述冷却塔上设有换热系统，其包括：

冷媒进管路与冷媒出管路，用于传输冷媒，所述冷媒进管路的一端均连接冷媒源；

冷风进管路与冷风出管路，用于传输冷风，所述冷风进管路的一端均连接冷风源；

进总管与出总管，进总管与出总管的一端分别与一支撑管的两端连接；

进三通管与出三通管，进三通管与冷媒进管路、冷媒出管路、进总管连接；出三通管与冷风进管路、冷风出管路、出总管连接；支撑管与滤网均采用导热材质。

进一步的，当所述支撑管设置有多个时，在相邻的支撑管之间设有至少一个的互通管件。

进一步的，所述冷媒出管路另一端连接回至冷媒源，构成冷媒管路循环回路，以便冷媒的循环利用。

进一步的，为了便于控制、驱动以及维护，在所述冷媒进管路与冷风进管路上分别安装有第一进阀门、第二进阀门；在所述冷媒出管路与冷风出管路上分别设置有第一出阀门、第二出阀门；在所述进总管与出总管分别安装有第三进阀门、第三出阀门；在所述冷媒进管路与冷风进管路上分别设有冷泵、风机。

基于上述，本发明的冷却塔还包括控制系统、温度传感器以及水温传感器，所述温度传感器设置在滤网上，用于探测滤网的温度；所述水温传感器设置安装在集水池中，用于探测集水池中循环水的水温；所述控制系统与温度传感器、水温传感器、冷泵、风机、第一进阀门、第二进阀门、第一出阀门、第二出阀门、第三进阀门、第三出阀门均电性连接。

进一步的，冷却塔上设有循环水管路，换热系统还包括有热水进管路和热水出管路，并将进三通管与出三通管分别替换成进四通管、出四通管，所述热水进管路一端与循环水管路连接，热水进管路另一端与进四通管连接，进四通管另外三端分别与冷媒进管路、冷风进管路、进总管连接；所述热水出管路一端与出四通管连接，热水出管路另一端连接至集水池中，出四通管另外三端分别与冷媒出管路、冷风出管路、出总管连接。

进一步的，在所述热水进管路与热水出管路上分别设有第四进阀门、第四出阀门。

更进一步的，还包括控制系统、温度传感器、水温传感器以及压差传感器，所述温度传感器设置在滤网上，用于探测滤网的温度；所述水温传感器设置安装在集水池中，用于探测集水池中循环水的水温；所述压差传感器用于测量滤网上下两侧面的压差；所述控制系统与温度传感器、水温传感器、压差传感器、第四进阀门、第四出阀门均电性连接。

优选地，所述滤网材质采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫铝合金、过滤海棉、生化海绵、活性炭海绵或碳纤维海绵中的任一种。其中，滤网采用泡沫金属材质，不仅可以实现水汽的过滤，还可以实现水汽的有效冷凝，一方面泡沫金属具有导热性能，可以把冷媒或冷风传输的低温传导至滤网各个部位；另一方面，泡沫金属本身含有特殊的泡沫气孔结构(气孔连通)，通过其独特的结构特点，使得泡沫金属制成的滤网具有密度小重量轻、比表面积大以及过滤透气的优点，其中，重量轻的滤网不仅可以便于拆装，而且还能减小对收水器梁等承重部件的负重，提高设备的稳固性和安全性；比表面积大和连通的气孔结构使得滤网可以“收纳”更多体积量的水汽，利于透出干空气，处理效率高，而且还能够便于水蒸气在泡沫气孔中凝聚成大颗粒水珠。目前泡沫金属这一类新型材料常用于航空航天、石油化工等领域，但在冷却塔技术领域，尤其是在冷却塔节水技术这一领域还未有应用。

与现有技术相比，本发明至少存在以下有益效果：

(1)通过在冷却塔设备上增设用于改变滤网温度的换热系统，不仅解决了滤网“捕捉”收集蒸发水效率低的问题，而且还解决了寒冷天气滤网结冰堵塞的问题，即该换热系统具有水汽冷凝的功能，以及滤网融冰的功能。

(2)换热系统中冷媒和冷风管路的设计，经热传导换热能够使得滤网温度降低，进而使得水蒸气在接触到低温滤网后能够迅速冷凝聚集成水珠回落至集水池中，大大提高了冷却塔节水、收水的效率。

(3)换热系统中热水管路的设计，经热传导换热能够使得滤网温度升高，进而可使得滤网及支撑管上的冰层逐渐消融，解决了滤网结冰堵塞的问题，确保滤网的正常运作及功用。

(4)本发明冷却塔设计的换热系统，可根据季节、环境温度对节水模式做出合理的调整，以达到低能耗、高效率的目的。

(5)通过将支撑管在滤网底部设置多个，并将相邻的支撑管采用互通管件连通，便于冷媒、冷风以及热水的流动扩散，使得支撑管导热由“线性式”形成了“网面式”，滤网换热效果大大提升。

(6)通过在换热系统中设置控制系统、温度传感器、水温传感器、压差传感器、阀门等，结合环境干、湿球温度以及集水池温度的变化，当符合相应环境条件时，能够便于换热系统自动开启运行及关闭，做出调整，具有智能自动化、节约能耗、便于检修维护等优点。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是实施例1冷却塔的结构示意图；

图2是实施例1中气水分离装置的结构示意图，该示意图为主视图，且为了表达清楚，滤网只显示右边的一半，另外一边显示的是滤网内侧中的支撑管以及互通管件；

图3是实施例2冷却塔的结构示意图；

图4是实施例3冷却塔的结构示意图；

图5是实施例4冷却塔的结构示意图；

图中标记为：1、冷却塔；2、气水分离装置；201、支撑框；202、支撑管；203、滤网；204、互通管件；3、布水器；4、填料结构；5、集水池；6、循环水管路；7、冷媒进管路；8、冷风进管路；9、进总管；10、冷媒出管路；11、冷风出管路；12、出总管；13、进三通管；14、出三通管；15、第一进阀门；16、第二进阀门；17、第一出阀门；18、第二出阀门；19、第三进阀门；20、第三出阀门；21、控制系统；22、温度传感器；23、水温传感器；24、热水进管路；25、热水出管路；26、进四通管；27、出四通管；28、第四进阀门；29、第四出阀门。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

本实施例公开了一种可依据季节、环境温度调节节水模式的冷却塔设备，如图1和图2所示，冷却塔1包括内部自上而下设有的气水分离装置2、布水器3、填料结构4以及集水池5。

其中，在冷却塔1外的布水器3进水端连接循环水管路6，布水器3用于将循环水送入到下方的填料结构4上进行散热。

填料结构4存在的作用是延长冷却水布水时间以及使得冷却水布水更加均匀。

集水池5设于冷却塔1内底部，用于收集冷却水，使其循环再次利用。

结合图2所示，上述气水分离装置2包括设于两侧的支撑框201、设于两侧支撑框201之间的支撑管202以及设于支撑管202上的滤网203，而两边的支撑框201则是固定安装在相应侧的收水器梁上，收水器梁为冷却塔1设备内部上方的承重部件。其中，滤网203用于“拦截”上升过程中的水汽(如图1中的箭头标示)，蒸发水在滤网203中进行物理性的反复碰撞后，将微米级的水汽碰撞形成毫米级的水珠，随后凝聚的水珠在重力作用下回落至填料结构4或集水池5中，因此，水汽不是直接在冷却塔1顶部风机的带动下排出到大气中，而是被气水分离装置2回收，进而达到节水的目的。

需要说明的是，滤网203的工作形态是一种处于布水器3上方的张开结构，其具体的形态要依据支撑框201形状以及多个支撑管202布置位置。例如：滤网203的截面形状可以为背景技术中的“V”形或半圆形；也可以设置成其它形状，只要能够起到对水汽“拦截”作用即可。

为了利于滤网203“捕捉”水汽，滤网203材质采用泡沫金属或非金属泡沫，其中，泡沫金属可以选用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜或泡沫铝合金等；非金属泡沫可以选用过滤海棉、生化海绵、活性炭海绵或碳纤维海绵等。

基于上述，为了能够使冷却塔在应对不同温度、季节变化时，滤网203能具有较高的节水、收水效率，以及设备能够达到较好地节能，本实施例在冷却塔1上设有换热系统，用于降低滤网203的温度，该换热系统具体是采用冷媒或冷风对滤网203间接换热降温。

换热系统包括设于冷却塔1外一侧的冷媒进管路7、冷风进管路8、进总管9、冷媒出管路10、冷风出管路11、出总管12。

其中，上述冷媒进管路7的一端连接冷媒源(冷媒源可以为各种冷却液，如地源热泵提供的冷水或生产过程中各类冷媒等)、冷风进管路8一端连接冷风源，冷媒进管路7、冷风进管路8的另一端共同连接有一进三通管13，进总管9一端与进三通管13一端连接，进总管9另一端与气水分离装置2中一支撑管202的端部连通。

在与进总管9相对的冷却塔1另一侧，出总管12一端与上述支撑管202另一端部连通，在出总管12、冷媒出管路10、冷风出管路11的一端共同连接有一出三通管14，冷媒出管路10的另一端最好连接回至冷媒源，构成回路循环利用，出管路的输出端不做限定要求，可以直接排出到大气中。

当上述支撑管202为多个时，为了能够将冷媒或冷风与滤网203尽快地换热，降低滤网203的整体温度，在各个相邻的支撑管202之间通过设有的多个互通管件204(直通管件或弯头管件)相连通,以达到各支撑管202内冷媒或冷风的互通及冷媒、冷风温度于滤网203底部大范围传导，并且支撑管202与滤网203均要采用导热材料制成，比如：支撑管202可以采用导热金属材质，滤网203可以优选采用前述泡沫金属中的泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜或泡沫铝合金等。

由上述可知，冷媒或冷风经进总管9进入到气水分离装置2中的各个支撑管202，随后通过换热，降低滤网203温度，之后再从出总管12排出到相应的出管路中。

另外，为了便于控制，在冷媒进管路7与冷风进管路8上分别安装有第一进阀门15、第二进阀门16，在冷媒出管路10与冷风出管路11上分别设置有第一出阀门17、第二出阀门18；为了能够驱动冷媒和冷风，在冷媒进管路7与冷风进管路8上分别设置有冷泵(未示出)和风机(未示出)；为了可以做到维修时互不干涉，在进总管9与出管路上还分别设置有第三进阀门19、第三出阀门20。

本实施例冷却塔换热系统的工作原理如下：

通过换热系统的设置，使得本实施例的冷却塔1设备具有两种工作模式，即在不同的季节及环境温度下，通过人为控制，切换至合适的工作模式，以达到最优、最节能的节水效果，最大限度地提高收水率，具体包括以下两种独立的工作模式：

模式一：一般在夏季时，当环境干球温度大于31度，开启冷媒进、出管路上的各个阀门以及冷泵，冷媒经冷媒进管路7以及进总管9传输到支撑管202中，经热传导制冷滤网203，降低滤网203的整体温度，以此达到当水蒸气接触低温滤网203时，可迅速冷凝聚集成大水珠坠落收集的目的。

模式二：一般在春、秋季时，当环境温度、湿球温度以及冷却塔1集水池5温度符合风冷冷凝的条件时，打开冷风进、出管路上的各个阀门以及风机，冷风经冷风进管路8以及进总管9传输到支撑管202中，经热传导将冷空气温度与滤网203进行热交换，达到降低滤网203温度的目的。

需要说明的是：以上不论是打开哪种模式下的管路(冷媒或冷风)上的进、出阀门，另一模式管路上的阀门必须处于关闭状态。

实施例2

基于实施例1，为了便于换热系统的自动启动与关闭，本实施例增加了控制系统21、温度传感器22以及水温传感器23，如图3所示。

其中，温度传感器22设置在滤网203上，用于探测滤网203的温度；水温传感器23设置安装在集水池5中，用于探测集水池5中循环水的水温；控制系统21与上述的温度传感器22、水温传感器23、冷泵、风机、第一进阀门15、第二进阀门16、第一出阀门17、第二出阀门18、第三进阀门19、第三出阀门20等均电性连接。

本实施例冷却塔换热系统的工作原理如下：

通过控制系统21的计算分析，能够使得换热系统自动切换至合适的工作模式，无需人为操作：

模式一：一般在夏季时，当环境干球温度大于31度，控制系统21会自动开启冷媒进、出管路上的各个阀门以及冷泵，冷媒经冷媒进管路7以及进总管9传输到支撑管202中，经热传导降低滤网203的整体温度。

模式二：一般在春、秋季时：当环境温度、湿球温度以及冷却塔1集水池5温度经过控制系统21的计算分析，符合风冷冷凝的条件时，系统会自动打开冷风进、出管路上的各个阀门以及风机，冷风经冷风进管路8以及进总管9传输到支撑管202中，经热传导将冷空气温度与滤网203进行热交换，达到降低滤网203温度的目的。

实施例3

基于实施例1，请参照图4所示，本实施例增加了一条管路，这条管路设置的目的在于：消融滤网203在0度以下环境中的结冰，防止滤网203堵塞，以保证滤网203的正常运作，基于此，实施例3增设的技术方案具体如下：

换热系统还包括有热水进管路24和热水出管路25，并将进三通管13与出三通管14分别替换成进四通管26、出四通管27，热水进管路24一端与循环水管路6连接，热水进管路24另一端与进四通管26一端连接，进四通管26另外三端分别与冷媒进管路7、冷风进管路8、进总管9的一端连接；热水出管路25一端与出四通管27一端连接，热水出管路25另一端连接至集水池5中，出四通管27另外三端分别与冷媒出管路10、冷风出管路11、出总管12的一端连接。

同样为了便于控制，在热水进管路24与热水出管路25上分别设置安装有第四进阀门28、第四出阀门29。

另外，需要说明的是：本实施例方案下，热水进管路24上无需额外增设驱动热水的泵，因为现有技术中循环水管路6上本身就安装有泵，用来驱动热水循环。

本实施例的换热系统在实施例1的基础上增加了一种用于滤网203融冰的模式：

一般在冬季时，当气温在冰点以下，滤网203结冰时，打开热水进、出管路上的阀门，系统进入融冰状态，循环水管路6中的热水经进管路传输至各个支撑管202中，经热传导后与滤网203及其上冰层换热，进而可逐渐升高滤网203整体温度，消融冰层，热水穿过气水分离装置2经热水出水管进入到集水池5当中循环利用。

此实施例的技术方案优点在于：

(1)在实施例1基础方案上巧妙地增加一条热媒管路，可换热提高滤网203温度，解决滤网203结冰问题，且实施成本低。

(2)巧妙地将冷却塔1的循环热水作为热媒利用起来，无需额外增设热媒源。

(3)通过换热，也将循环水较好地冷却，节能高效。

实施例4

结合实施例2和实施例3，如图5所示，本实施例在滤网203上增设了一压差传感器(未示出)，用于测量滤网203上下两侧面的压差，控制系统21与压差传感器、第四进阀门28、第四出阀门29均电性连接。

本实施例的换热系统的工作原理如下：

一般在冬季时，当控制系统21检测到滤网203温度在冰点以下，同时压差传感器测出的压差超过20Pa时，控制系统21会自动打开热水进、出管路上的阀门，系统进入融冰状态，即滤网203底部各个支撑管202中传输循环水管路6的热水，经热传导提高支撑管202和滤网203温度，消融滤网203上的冰层，直到压差传感器测出的压差接近10Pa时，即完成融冰工作，此时，滤网203也恢复正常运作和功能。

需要说明的是：正常状态下滤网203的阻力值大约为10Pa，当阻力值增加到2～3倍时，滤网203可能已经处于结冰状态。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外还需要说明的是，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，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，包括设于冷却塔内布水器上方用于“拦截”水蒸气的滤网以及设于滤网底部的支撑管；其特征在于，在所述冷却塔上设有换热系统，其包括：

冷媒进管路与冷媒出管路，用于传输冷媒，所述冷媒进管路的一端均连接冷媒源；

冷风进管路与冷风出管路，用于传输冷风，所述冷风进管路的一端均连接冷风源；

进总管与出总管，进总管与出总管的一端分别与一支撑管的两端连接；

进三通管与出三通管，进三通管与冷媒进管路、冷媒出管路、进总管连接；出三通管与冷风进管路、冷风出管路、出总管连接；

所述支撑管与滤网均采用导热材质；

在所述冷媒进管路与冷风进管路上分别安装有第一进阀门、第二进阀门；在所述冷媒出管路与冷风出管路上分别设置有第一出阀门、第二出阀门；在所述进总管与出总管分别安装有第三进阀门、第三出阀门；

在所述冷媒进管路与冷风进管路上分别设有冷泵、风机；

还包括控制系统、温度传感器以及水温传感器，所述温度传感器设置在滤网上，用于探测滤网的温度；所述水温传感器设置安装在集水池中，用于探测集水池中循环水的水温；所述控制系统与温度传感器、水温传感器、冷泵、风机、第一进阀门、第二进阀门、第一出阀门、第二出阀门、第三进阀门、第三出阀门均电性连接。

2.根据权利要求1所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，当所述支撑管设置有多个时，在相邻的支撑管之间设有至少一个的互通管件。

3.根据权利要求1所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，所述冷媒出管路另一端连接回至冷媒源。

4.根据权利要求1所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，所述冷却塔上设有循环水管路，换热系统还包括有热水进管路和热水出管路，并将进三通管与出三通管分别替换成进四通管、出四通管，所述热水进管路一端与循环水管路连接，热水进管路另一端与进四通管连接，进四通管另外三端分别与冷媒进管路、冷风进管路、进总管连接；所述热水出管路一端与出四通管连接，热水出管路另一端连接至集水池中，出四通管另外三端分别与冷媒出管路、冷风出管路、出总管连接。

5.根据权利要求4所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，在所述热水进管路与热水出管路上分别设有第四进阀门、第四出阀门。

6.根据权利要求5所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，还包括控制系统、温度传感器、水温传感器以及压差传感器，所述温度传感器设置在滤网上，用于探测滤网的温度；所述水温传感器设置安装在集水池中，用于探测集水池中循环水的水温；所述压差传感器用于测量滤网上下两侧面的压差；所述控制系统与温度传感器、水温传感器、压差传感器、第四进阀门、第四出阀门均电性连接。

7.根据权利要求1所述的可根据季节环境温度调整节水模式的冷却塔，其特征在于，所述滤网材质采用泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫铝合金、过滤海棉、生化海绵、活性炭海绵或碳纤维海绵中的任一种。

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