CN115540632A - 一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔及其工作方法，属于冷却塔领域，包括塔体，塔体底部设置有多个进风预冷系统，进风预冷系统包括本体，本体内设置有间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料上方依次设置有预冷系统布水器和预冷系统除水器；间接蒸发冷却填料由多片填料片组成，相邻填料片之间依次形成干通道和湿通道，干通道和湿通道交替设置，干通道的上下两端均设置有干通道盖板，湿通道的两侧面均设置有湿通道盖板；本体上方设置有湿通道风道和干通道风道，湿通道水平风道的出口伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道竖直风道的出口位于塔体外部。本发明通过间接蒸发冷却填料对环境空气进行预冷，大大增加了闭式冷却塔的冷却效果。

Description

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔及其工作 方法

技术领域

本发明涉及一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔及其工作方法，属于冷却塔技术领域。

背景技术

闭式冷却塔可通过换热器内的循环水与空气进行换热，由于循环水不与外界空气直接接触，因此在对循环水质要求较高的领域应用广泛，如钢铁冶金、电力电子、机械加工等行业。

闭式冷却塔通常有两种运行模式：1)当环境温度较低时(如冬季)，换热器管外的喷淋水不喷淋，此时利用环境空气与换热器内的热水换热，从而冷却换热器内的循环水；2)当环境温度较高或很高时(如春秋、夏季)，喷淋水开启，此时环境空气与换热器管外的喷淋水直接接触，部分喷淋水蒸发，并通过显热换热和潜热换热的方式冷却换热器内的循环水。

但是，当环境温度很高时，特别是夏季高温时段(如气温30℃以上)，冷却塔的冷却效果变差，即使开启换热器管外的喷淋水，由于冷却能力有限，也满足不了冷却负荷需求，进而影响系统主设备的正常运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔及其工作方法，通过间接蒸发冷却填料对环境空气进行预冷，大大增加了闭式冷却塔的冷却效果。

本发明采用以下技术方案：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，包括塔体，塔体从上至下依次设置有闭式塔风机、除水器、闭式塔喷淋系统和换热器，塔体底部周围均匀设置有多个进风预冷系统(通常为2-6个)，所述进风预冷系统包括本体，所述本体内部设置有间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料上方依次设置有预冷系统布水器和预冷系统除水器；

所述间接蒸发冷却填料由多片填料片组成，相邻填料片之间依次形成干通道和湿通道，干通道和湿通道交替设置，所述干通道的上下两端均设置有干通道盖板，用于环境空气从一侧进风，另一侧出风；所述湿通道的两侧面均设置有湿通道盖板，用于环境空气从底面进风，顶面出风；

所述本体上方设置有湿通道风道和干通道风道，湿通道风道内设置有湿通道排风机，干通道风道一端与填料的各干通道的出口连接，另一端直接伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道风道一端与填料的各湿通道的出口连接，另一端包括湿通道竖直风道和湿通道水平风道，湿通道水平风道的出口伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道竖直风道的出口位于塔体外部。

本发明中的干通道风道和湿通道风道的位置和安装方式可根据实际需要灵活设计，只要能够满足以上的效果即可，比如，可以在填料的各干通道的出口一侧均引出一支管道，多个支管道在本体上方汇合成一个主管道，最终伸入塔体内；同理，可以在填料的各湿通道的顶部出口均引出一支管道，多个支管道在本体上方汇合成一个主管道，主管道终端又设置有湿通道竖直风道和湿通道水平风道，用于分别控制湿通道内空气流入大气环境和塔体内。由于干通道、湿通道在空间上相互垂直，与其连接的干通道风道和湿通道风道在安装上也较容易实现。

值得注意的是，本发明的间接蒸发冷却填料位于本体内，为了留出安装空间，本体尺寸略大于间接蒸发冷却填料，在安装时可通过密封等措施，避免空气从间接蒸发冷却填料与本体的间隙流出，减小对冷却塔的冷却效果的影响。

优选的，所述填料片的波形可以为S波、Z字波等常见波形或其他不常见波形，填料片的材质为金属、PVC、陶瓷等，相邻填料片间为通道，空气经干通道一侧流入另一侧，由塔外流向塔内，喷淋水经湿通道从上向下流动，干、湿通道依次顺序排列。

优选的，为保证间接蒸发冷却效果，间接蒸发冷却填料的长度L为0.1～1m，高度H与闭式塔的进风口高度一致，相邻填料片间隔0.1～10cm。

优选的，干通道盖板与填料片之间，以及湿通道盖板与填料片之间固定或活动连接。

优选的，所述干通道盖板为矩形板，其上设置有两道卡槽A，卡槽A的宽度与填料片厚度一致，对于某一干通道，两填料片上端卡设在一干通道盖板的两卡槽A中，下端卡设在另一干通道盖板的两卡槽A中；卡槽A深度不宜过小，防止不稳固，干通道盖板两道卡槽A之间的距离即为相邻两填料片的距离，干通道盖板宽度应略大于填料片横向间隙，以确保喷淋液滴不会落入干通道；

所述湿通道盖板也为矩形板，其上设置有两道卡槽B，卡槽B的形状与填料片的波形一致，卡槽B的宽度也与填料片厚度一致，对于某一湿通道，两填料片一侧卡设在一湿通道盖板的两卡槽B中，另一侧卡设在另一湿通道盖板的两卡槽B中，卡槽B深度不宜过小，防止不稳固。

在安装时，干通道盖板宽度略大于填料片横向间隙，即干通道的宽度较大，由于干通道盖板和湿通道盖板需要共用一个填料片，在安装湿通道盖板时，湿通道盖板可以稍短一些，防止干通道盖板和湿通道盖板之间形成干涉。

进一步优选的，所述干通道盖板和湿通道盖板的材质为金属、PVC或陶瓷。

本发明的间接蒸发冷却填料设置有干通道和湿通道，干通道的驱动力为闭式塔风机，干通道从侧面进风，出风直接排入闭式冷却塔内部；湿通道的驱动力需要额外的风机，即湿通道排风机，湿通道排风机设置在填料顶部，湿通道从填料底部进风，出风可直接排入环境，也可排入到闭式冷却塔塔体内部；闭式冷却塔进风预冷系统可根据环境条件变化多种模式运行，以实现系统的高效、节水运行。

更重要的是，本发明的间接蒸发冷却填料中，干通道和湿通道交替设置且互不连通，干、湿通道的气流可分开调控，干通道的空气直接进入闭式冷却塔，湿通道的空气可以进入闭式冷却塔也可以排入环境，可实现闭式冷却塔进风的等湿冷却，也可实现闭式冷却塔进风的加湿冷却；加湿冷却与闭式冷却塔开启喷淋水冷却相比，该过程利用直接和间接蒸发冷却技术预冷了进塔空气，其水的蒸发损失小，且在环境温度较高时可满足冷却塔的冷却负荷需要；等湿冷却，由于进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效。故本发明具有更好的节水、提质增效效果。

优选的，所述间接蒸发冷却填料的进口处设置有百叶窗，百叶窗正对着干通道设置，即百叶窗的正面与间接蒸发冷却填料侧面对应设置，方便外界的环境空气直接进入干通道。

优选的，所述进风预冷系统的本体底部设置有集水槽，所述集水槽通过管线A与预冷系统布水器连接，所述管线A上设置有循环水泵A、控制阀A和流量计A；

所述预冷系统布水器包含多条支管线，每条支管线上均匀设置有多个喷嘴，每条支管线均设置有单独的支管线控制阀。

本发明中喷嘴的启停采用支管线单独控制，可根据需要调控喷嘴的开启数量和喷淋水量。具体地，也可安装环境温湿度计和闭式冷却塔循环水温度测量仪，根据环境温湿度和冷却塔循环水温的高低，调控喷嘴的开启数量和喷淋水量，以实现节水运行。

优选的，所述塔体底部设置有集水池，集水池通过管线B与闭式塔喷淋系统连接，所述管线B上设置有循环水泵B、控制阀B和流量计B。

优选的，所述湿通道水平风道上设置有控制阀C，湿通道竖直风道上设置有控制阀D，通过控制阀C、控制阀D可调节湿通道内空气的流向；干通道风道可不设控制阀，干通道内的空气均直接进入塔内即可。

一种上述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔的工作方法，在环境温度较低工况(如冬季)：

此时不需要进风预冷系统，仅仅使用闭式冷却塔即可，可拆除间接蒸发冷却填料或将填料设计为铰链门形式(具体地，填料整体可以设计为铰链门的门扇，铰链门设计为向外开的形式，一侧可旋转，铰链门关闭时环境空气需穿过铰链门上的间接蒸发冷却填料而进入闭式冷却塔内，铰链门向外开启时环境空气可以旁通铰链门而进入闭式冷却塔内)，在此工况下铰链门向外开启，环境空气可以旁通铰链门而进入闭式冷却塔内，即环境空气不流过间接蒸发冷却填料，可直接流入闭式冷却塔，以减小填料带来的空气流动阻力；闭式塔喷淋系统关闭，闭式塔风机开启，环境空气通过百叶窗直接进入闭式冷却塔内，与换热器内的热水换热，从而冷却换热器内的循环水；

在冬季，无需开启闭式塔喷淋系统和预冷系统布水器的喷淋，只需环境空气与换热器进行热交换即可满足冷却负荷需求。

在环境温度较高工况(如春季初、秋季末)：

闭式塔喷淋系统关闭，预冷系统布水器开启，喷嘴开启喷淋，喷淋水经湿通道与环境空气直接接触进行蒸发冷却，环境空气被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋水滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽，并经循环水泵A、控制阀A、流量计A分配至预冷系统布水器，供预冷系统布水器喷淋使用；运行一段时间后，随着预冷系统水的蒸发，可通过补水管给预冷系统补水；

一部分环境空气由闭式塔风机驱动，经百叶窗后进入干通道，在干通道内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内；

同时，另一部分环境空气由进风预冷系统的湿通道排风机驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D关闭，湿通道水平风道上的控制阀C开启，湿通道内的空气通过湿通道水平风道进入闭式冷却塔的塔体内，此时，干通道和湿通道的空气均进入塔体内，与闭式冷却塔换热器内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；

在此工况下，闭式冷却塔散热器管外的喷淋水不喷淋，间接蒸发冷却填料的干通道从一侧进风，从另一侧出风，且出风排入闭式冷却塔内部；湿通道从填料底部进风，顶部出风，此时湿通道的出风也排入闭式冷却塔内部，充分利用湿通道的直接蒸发冷却和干通道的间接蒸发冷却作用，实现闭式塔的进风预冷，而后空气进入塔内与换热器内的热水换热，从而冷却散热器内的循环水。该过程中空气温度降低、湿度增大，与闭式冷却塔开启喷淋水冷却相比，该过程利用直接和间接蒸发冷却技术预冷了进塔空气，其水的蒸发损失小，且在环境温度较高时可满足冷却塔的冷却负荷需要，故可实现高效、节水运行。

在环境温度很高工况(如春季末、秋季初、夏季)：

闭式塔喷淋系统开启喷淋，预冷系统布水器的喷嘴也开启喷淋，闭式塔喷淋系统，水由集水池经循环水泵B输送至闭式塔喷淋系统，闭式塔喷淋系统喷淋至换热器，与来流空气直接接触，闭式塔喷淋水与来流空气、换热器内的循环水进行显热换热和潜热换热，冷却换热器内的循环水；一部分闭式冷却塔的喷淋水蒸发，未蒸发的闭式冷却塔的喷淋水滴落至集水池继续循环使用；闭式塔喷淋系统喷淋水的流量通过流量计B和控制阀B调控；闭式塔喷淋水循环由集水池经循环水泵B输送至闭式塔喷淋系统循环使用；闭式塔喷淋系统喷淋水也可随着喷淋的进行给予补水；

进风预冷系统的喷淋水经湿通道与环境空气直接接触进行蒸发冷却，环境空气被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋水滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽，并经循环水泵A、控制阀A、流量计A分配至预冷系统布水器，供预冷系统布水器喷淋使用；运行一段时间后，随着预冷系统水的蒸发，可通过补水管给预冷系统补水；

一部分环境空气由闭式塔风机驱动，经百叶窗后进入干通道，在干通道内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内，与换热器内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；由于闭式冷却塔进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效；

同时，另一部分环境空气由进风预冷系统的湿通道排风机驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D开启，湿通道水平风道上的控制阀C关闭，而后湿通道内的空气直接排到塔体外部的环境中；

在此工况下，环境温度很高，此时冷却塔换热器外部的喷淋水需要开启喷淋，环境空气与该喷淋水直接接触，部分喷淋水蒸发，并通过显热换热和潜热换热的方式冷却散热器内的循环水；但是当环境温度很高时，即使开启闭式冷却塔散热器管外的喷淋水，也可能存在冷却能力有限，满足不了冷却负荷需要，间接蒸发冷却填料的干通道从一侧进风，从另一侧出风，且出风排入闭式冷却塔内部；湿通道从填料底部进风，顶部出风，此时湿通道的出风直接排入环境，不排入闭式冷却塔。经干通道间接蒸发冷却后的空气进入闭式冷却塔，与换热器外部的喷淋水、换热器内的循环水进行传热传质，从而冷却散热器内的循环水。该过程进塔空气湿度不变但温度降低，由于进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效。

值得注意是，本发明在环境温度较高、环境温度很高两种工况下，不拆除间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料正常工作；或者当填料设计为铰链门形式时，可关闭铰链门，环境空气需穿过铰链门上的间接蒸发冷却填料而进入闭式冷却塔内，以实现闭式塔进风预冷的目的。本发明中的显热换热和潜热换热，均为本领域的常规术语，潜热为相变潜热的简称，指物质在等温等压的情况下，从一个相变化到另一个相所吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时具有的特点之一。显热是指当此热量加入或移去后，会导致物质温度的变化，但不发生相变。即物体不发生化学变化或相变化时，温度升高或降低所需要的热称为显热。

本发明中的环境温度较低(如冬季)、环境温度较高(如春季初、秋季末)、环境温度很高(如春季末、秋季初、夏季)，是指北方气温随季节的变化情况，其环境温度均为一种概数，可根据当地的气温灵活调整闭式冷却塔的三个工况，比如，环境温度较低可视为5℃以下，环境温度较高视为5～25℃，环境温度很高可视为25℃以上。

本发明未详尽之处，均可采用现有技术。

本发明的有益效果为：

本发明中，间接蒸发冷却填料的干通道和湿通道之间互不连通，干通道和湿通道之间可进行间壁式换热，可以实现干通道空气的等湿冷却，与传统的填料相比，该过程可以不影响空气中的含湿量，这样干通道的空气进入闭式冷却塔内，与闭式冷却塔内的喷淋水进行传热传质时，不影响闭式冷却塔内部的蒸发效果。这种干、湿通道互不相通的设计，主要是考虑闭式冷却塔内部还有喷淋，闭式冷却塔内需要蒸发冷却，如果干、湿通道相通，虽然可以使进入闭式冷却塔内的温度比本发明更低一些，但是空气中的含湿量增加了，含湿量的增加削减了闭式冷却塔内部的蒸发，影响闭式冷却塔内部的蒸发效果，综合效果反而变差；而本发明避免了干、湿通道的连通，可以在不影响闭式冷却塔内部蒸发的前提下进行进风预冷，且可多模式运行。

本发明的干通道和湿通道设置的空间位置是相互垂直的，空气从间接蒸发冷却填料侧面进入干通道，从间接蒸发冷却填料底部进入湿通道，两个通道的气流方向并不是平行的。这样设计有以下优点：1)干通道和湿通道的风交叉流动，与顺流或逆流相比，工程制造上容易实现，也便于干、湿通道气流的独立控制，以便实现湿通道排风可排入闭式塔也可排入环境；2)本设计的两个通道的气流方向垂直，与顺流或逆流相比，空气的扰动性大，可强化对流换热，更利于换热，经初步计算分析，本设计与顺流相比可提升换热性能10％以上，与逆流相比可提升换热性能5-10％。

本发明的干、湿通道的气流可分开调控，更好地配合闭式冷却塔不同的运行模式，以实现节水增效的目的。具体地，1)当环境温度较低时，不需要进风预冷系统，仅仅使用闭式冷却塔即可，可拆除间接蒸发冷却填料或将填料设计为铰链门形式，通过铰链门的开启旁通空气，以减小填料带来的空气流动阻力。闭式塔喷淋系统关闭，闭式塔风机开启，环境空气通过百叶窗直接进入闭式冷却塔内，与换热器内的热水换热，从而冷却换热器内的循环水；2)当环境温度较高时，可以将干通道和湿通道的出风全部引入到闭式冷却塔内部，这样不浪费湿通道排风的冷却作用，可充分利用直接和间接蒸发冷却技术预冷进塔空气，实现闭式塔喷淋系统关闭时进风的预冷；该过程水的蒸发损失少，冷却效果比单纯干通道进入预冷相比，可提升进风预冷效果40-50％以上。3)当环境温度很高时，为了不影响闭式冷却塔内部的蒸发效果，此时湿通道的排风不能排入闭式冷却塔内部，只利用干通道的等湿冷却冷却闭式塔的进风，在不影响塔内潜热交换的基础上增加了显热换热，进而提高了塔的冷却效率。

经初步计算分析，本设计可以提升闭式冷却塔在不喷淋时的冷却效率30-70％，可以提升闭式冷却塔在开启喷淋时的冷却效率5-20％，且与闭式冷却塔开启喷淋相比，可节水40％以上；在闭式冷却塔开启喷淋时，本设计与填料干、湿通道之间有连通孔的设计相比，可进一步提升闭式塔的冷却效率5-10％。

附图说明

图1为某一实施例的间接蒸发冷却填料结构示意图；

图2为某一实施例的进风预冷系统的主视剖面示意图；

图3为某一实施例的间接蒸发冷却填料俯视图；

图4为某一实施例的干通道盖板结构示意图；

图5为某一实施例的湿通道盖板结构示意图；

图6为某一实施例的预冷系统布水器结构示意图；

图7为某一实施例的基于间接蒸发冷却填料的闭式冷却塔剖面图；

图中：1、环境空气，2、喷淋液滴，3、填料片，4、干通道盖板，5、湿通道风道，6、湿通道排风机，7、控制阀C，8、控制阀D，9、湿通道，10、干通道，11、湿通道盖板，12、卡槽A，13、卡槽B，14、预冷系统除水器，15、循环水泵A，16、控制阀A，17、流量计A，18、支管线控制阀，19、预冷系统布水器，20、喷嘴，21-集水槽，22、塔体，22-1、换热器，22-2、闭式塔喷淋系统，22-3、除水器，22-4、闭式塔风机，22-5、闭式塔进口，22-6、闭式塔出口，22-7、百叶窗，22-8、进风预冷系统，22-9、集水池，22-10、循环水泵B，22-11、控制阀B，22-12、流量计B，22-13、本体。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如图1-图7所示，包括塔体22，塔体22从上至下依次设置有闭式塔风机22-4、除水器22-3、闭式塔喷淋系统22-2和换热器22-1，塔体22底部周围设置有两个进风预冷系统22-8，进风预冷系统22-8包括本体22-13，本体22-13内部设置有间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料上方依次设置有预冷系统布水器19和预冷系统除水器14，如图2所示；

如图1所示，间接蒸发冷却填料由六片填料片3组成(以六片填料片为例进行绘图说明，实际应用中填料片数不限)，相邻填料片3之间依次形成干通道10和湿通道9，干通道10和湿通道9交替设置，干通道10的上下两端均设置有干通道盖板4，用于环境空气从干通道一侧进风，另一侧出风；湿通道9的两侧面均设置有湿通道盖板11，用于环境空气从湿通道底面进风，顶面出风；

本体22-13上方设置有湿通道风道和干通道风道(图中未示出)，湿通道风道5内设置有湿通道排风机6，干通道风道一端与填料的各干通道的出口连接，另一端直接伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道风道5一端与填料的各湿通道的出口连接，另一端包括湿通道竖直风道和湿通道水平风道，湿通道水平风道的出口伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道竖直风道的出口位于塔体外部，如图2所示。

本发明中的干通道风道和湿通道风道的位置和安装方式可根据实际需要灵活设计，只要能够满足以上的效果即可，比如，可以在填料的各干通道的出口一侧均引出一支管道，多个支管道在本体上方汇合成一个主管道，最终伸入塔体内；同理，可以在填料的各湿通道的顶部出口均引出一支管道，多个支管道在本体上方汇合成一个主管道，主管道终端又设置有湿通道竖直风道和湿通道水平风道，用于分别控制湿通道内空气流入大气环境和塔体内。由于干通道、湿通道在空间上相互垂直，与其连接的干通道风道和湿通道风道在安装上也较容易实现。

值得注意的是，本发明的间接蒸发冷却填料位于本体内，为了留出安装空间，本体尺寸略大于间接蒸发冷却填料，在安装时可通过密封等措施，避免空气从间接蒸发冷却填料与本体的间隙流出，减小对冷却塔的冷却效果的影响。

实施例2：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例1所述，所不同的是，填料片的波形可以为S波、Z字波等各种常见或不常见波形，填料片的材质为PVC、金属、陶瓷等。

为保证间接蒸发冷却效果，本实施例中，间接蒸发冷却填料的长度L为0.1～1m，高度H与闭式塔的进风口高度一致，相邻填料片间隔0.1～10cm。

实施例3：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例2所述，所不同的是，干通道盖板与填料片之间，以及湿通道盖板与填料片之间固定连接，如胶粘或其他固定方式。

实施例4：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例2所述，所不同的是，干通道盖板与填料片之间，以及湿通道盖板与填料片之间活动连接，具体的，如图4所示，干通道盖板4为矩形板，其上设置有两道卡槽A 12，卡槽A 12的宽度与填料片厚度一致，对于某一干通道，两填料片上端卡设在一干通道盖板的两卡槽A 12中，下端卡设在另一干通道盖板的两卡槽A中；卡槽A 12深度不宜过小，防止不稳固，干通道盖板两道卡槽A之间的距离即为相邻两填料片的距离，干通道盖板宽度应略大于填料片横向间隙，以确保喷淋液滴不会落入干通道；

如图5所示，湿通道盖板11也为矩形板，其上设置有两道卡槽B 13，卡槽B 13的形状与填料片的波形一致，均为S波，卡槽B 13的宽度也与填料片厚度一致，对于某一湿通道，两填料片一侧卡设在一湿通道盖板的两卡槽B中，另一侧卡设在另一湿通道盖板的两卡槽B中，卡槽B深度不宜过小，防止不稳固。

在安装时，干通道盖板宽度略大于填料片横向间隙，即干通道的宽度较大，由于干通道盖板和湿通道盖板需要共用一个填料片，在安装湿通道盖板时，湿通道盖板可以稍短一些，防止干通道盖板和湿通道盖板之间形成干涉。

实施例5：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例4所述，所不同的是，干通道盖板4和湿通道盖板11的材质均可以为PVC、金属、陶瓷等，材质不限。

本发明的间接蒸发冷却填料设置有干通道和湿通道，干通道的驱动力为闭式塔风机，干通道从侧面进风，出风直接排入闭式冷却塔内部；湿通道的驱动力需要额外的风机，即湿通道排风机，湿通道排风机设置在填料顶部，湿通道从填料底部进风，出风可直接排入环境，也可排入到闭式冷却塔塔体内部；闭式冷却塔进风预冷系统可根据环境条件变化多种模式运行，以实现系统的高效、节水运行。

更重要的是，本发明的间接蒸发冷却填料中，干通道和湿通道交替设置且互不连通，干、湿通道的气流可分开调控，干通道的空气直接进入闭式冷却塔，湿通道的空气可以进入闭式冷却塔也可以排入环境，可实现闭式冷却塔进风的等湿冷却，也可实现闭式冷却塔进风的加湿冷却；加湿冷却与闭式冷却塔开启喷淋水冷却相比，该过程利用直接和间接蒸发冷却技术预冷了进塔空气，其水的蒸发损失小，且在环境温度较高时可满足冷却塔的冷却负荷需要；等湿冷却，由于进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效。故本发明具有更好的节水、提质增效效果。

实施例6：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例5所述，所不同的是，间接蒸发冷却填料的进口处设置有百叶窗22-7，百叶窗22-7正对着干通道10设置，即百叶窗22-7的正面与间接蒸发冷却填料侧面对应设置，方便外界的环境空气直接进入干通道10。

塔体上还设置有闭式塔进口22-5和闭式塔出口22-6，方便与换热器连接。

实施例7：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例6所述，所不同的是，进风预冷系统的本体底部设置有集水槽21，集水槽21通过管线A与预冷系统布水器19连接，管线A上设置有循环水泵A 15、控制阀A 16和流量计A 17；

预冷系统布水器包含多条支管线，每条支管线上均匀设置有多个喷嘴20，每条支管线均设置有单独的支管线控制阀18。

本发明中喷嘴的启停采用支管线单独控制，可根据需要调控喷嘴的开启数量和喷淋水量。具体地，也可安装环境温湿度计和闭式冷却塔循环水温度测量仪，根据环境温湿度和冷却塔循环水温的高低，调控喷嘴的开启数量和喷淋水量，以实现节水运行。

实施例8：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例7所述，所不同的是，塔体22底部设置有集水池22-9，集水池22-9通过管线B与闭式塔喷淋系统22-2连接，管线B上设置有循环水泵B 22-10、控制阀B 22-11和流量计B 22-12。

实施例9：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，如实施例8所述，所不同的是，湿通道水平风道上设置有控制阀C 7，湿通道竖直风道上设置有控制阀D 8，通过控制阀C 7、控制阀D 8可调节湿通道内空气的流向；干通道风道可不设控制阀，干通道内的空气均直接进入塔内即可。

实施例10：

一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔的工作方法，在环境温度较低工况(如北方的冬季，或者气温低于5℃)：

此时不需要进风预冷系统，仅仅使用闭式冷却塔即可，可拆除间接蒸发冷却填料或将填料设计为铰链门形式(具体地，填料整体可以设计为铰链门的门扇，铰链门设计为向外开的形式，一侧可旋转，铰链门关闭时环境空气需穿过铰链门上的间接蒸发冷却填料而进入闭式冷却塔内，铰链门向外开启时环境空气可以旁通铰链门而进入闭式冷却塔内)，在此工况下铰链门向外开启，环境空气可以旁通铰链门而进入闭式冷却塔内，即环境空气不流过间接蒸发冷却填料，可直接流入闭式冷却塔，以减小填料带来的空气流动阻力；闭式塔喷淋系统关闭，闭式塔风机开启，环境空气通过百叶窗直接进入闭式冷却塔内，与换热器内的热水换热，从而冷却换热器内的循环水；

在冬季，无需开启闭式塔喷淋系统和预冷系统布水器的喷淋，只需环境空气与换热器进行热交换即可满足冷却负荷需求。

在环境温度较高工况(如北方的春季初、秋季末，或者气温在5～25℃之间)：

闭式塔喷淋系统22-2关闭，预冷系统布水器19开启，喷嘴20开启喷淋，喷淋液滴2经湿通道9与环境空气1直接接触进行蒸发冷却，环境空气1被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋液滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽21，并经循环水泵A 15、控制阀A 16、流量计A 17分配至预冷系统布水器19，供预冷系统布水器喷淋使用；运行一段时间后，随着预冷系统水的蒸发，可通过补水管给预冷系统补水；

一部分环境空气由闭式塔风机22-4驱动，经百叶窗22-7后进入干通道10，在干通道10内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内；

同时，另一部分环境空气1由进风预冷系统的湿通道排风机6驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴20开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D 8关闭，湿通道水平风道上的控制阀C 7开启，湿通道内的空气通过湿通道水平风道进入闭式冷却塔的塔体内，此时，干通道和湿通道的空气均进入塔体内，与闭式冷却塔换热器内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；

在此工况下，闭式冷却塔散热器管外的喷淋水不喷淋，间接蒸发冷却填料的干通道从一侧进风，从另一侧出风，且出风排入闭式冷却塔内部；湿通道从填料底部进风，顶部出风，此时湿通道的出风也排入闭式冷却塔内部，充分利用湿通道的直接蒸发冷却和干通道的间接蒸发冷却作用，实现闭式塔的进风预冷，而后空气进入塔内与换热器内的热水换热，从而冷却散热器内的循环水。该过程中空气温度降低、湿度增大，与闭式冷却塔开启喷淋水冷却相比，该过程利用直接和间接蒸发冷却技术预冷了进塔空气，其水的蒸发损失小，且在环境温度较高时可满足冷却塔的冷却负荷需要，故可实现高效、节水运行。

在环境温度很高工况(如北方的春季末、秋季初、夏季，或者气温在25℃以上)：

闭式塔喷淋系统22-2开启喷淋，预冷系统布水器的喷嘴20也开启喷淋，闭式塔喷淋系统，水由集水池22-9经循环水泵B 22-10输送至闭式塔喷淋系统22-2，闭式塔喷淋系统喷淋至换热器22-1，与来流空气直接接触，闭式塔喷淋水与来流空气、换热器内的循环水进行显热换热和潜热换热，冷却换热器内的循环水；一部分闭式冷却塔的喷淋水蒸发，未蒸发的闭式冷却塔的喷淋水滴落至集水池22-9继续循环使用；闭式塔喷淋系统22-2喷淋水的流量通过流量计B 22-12和控制阀B 22-11调控；闭式塔喷淋水循环由集水池经循环水泵B输送至闭式塔喷淋系统循环使用；闭式塔喷淋系统喷淋水也可随着喷淋的进行给予补水；

进风预冷系统的喷淋水经湿通道与环境空气直接接触进行蒸发冷却，环境空气被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋水滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽21，并经循环水泵A15、控制阀A 16、流量计A 17分配至预冷系统布水器19，供预冷系统布水器喷淋使用；运行一段时间后，随着预冷系统水的蒸发，可通过补水管给预冷系统补水；

一部分环境空气由闭式塔风机22-4驱动，经百叶窗22-7后进入干通道，在干通道内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内，与换热器22-1内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；由于闭式冷却塔进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效；

同时，另一部分环境空气由进风预冷系统的湿通道排风机6驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴20开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D 8开启，湿通道水平风道上的控制阀C 7关闭，而后湿通道内的空气直接排到塔体外部的环境中；

在此工况下，环境温度很高，此时冷却塔换热器外部的喷淋水需要开启喷淋，环境空气与该喷淋水直接接触，部分喷淋水蒸发，并通过显热换热和潜热换热的方式冷却散热器内的循环水；但是当环境温度很高时，即使开启闭式冷却塔散热器管外的喷淋水，也可能存在冷却能力有限，满足不了冷却负荷需要，间接蒸发冷却填料的干通道从一侧进风，从另一侧出风，且出风排入闭式冷却塔内部；湿通道从填料底部进风，顶部出风，此时湿通道的出风直接排入环境，不排入闭式冷却塔。经干通道间接蒸发冷却后的空气进入闭式冷却塔，与换热器外部的喷淋水、换热器内的循环水进行传热传质，从而冷却散热器内的循环水。该过程进塔空气湿度不变但温度降低，由于进风的湿度未变，并不影响闭式冷却塔内部的蒸发换热，故可在闭式冷却塔开启喷淋后进一步提升其冷却效果，实现极端工况冷却塔的增效。

值得注意是，本发明在环境温度较高、环境温度很高两种工况下，不拆除间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料正常工作；或者当填料设计为铰链门形式时，可关闭铰链门，环境空气需穿过铰链门上的间接蒸发冷却填料而进入闭式冷却塔内，以实现闭式塔进风预冷的目的。

本发明中的显热换热和潜热换热，均为本领域的常规术语，潜热为相变潜热的简称，指物质在等温等压的情况下，从一个相变化到另一个相所吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时具有的特点之一。显热是指当此热量加入或移去后，会导致物质温度的变化，但不发生相变。即物体不发生化学变化或相变化时，温度升高或降低所需要的热称为显热。

本发明中，间接蒸发冷却填料的干通道和湿通道之间互不连通，干通道和湿通道之间可进行间壁式换热，可以实现干通道空气的等湿冷却，与传统的填料相比，该过程可以不影响空气中的含湿量，这样干通道的空气进入闭式冷却塔内，与闭式冷却塔内的喷淋水进行传热传质时，不影响闭式冷却塔内部的蒸发效果。这种干、湿通道互不相通的设计，主要是考虑闭式冷却塔内部还有喷淋，闭式冷却塔内需要蒸发冷却，如果干、湿通道相通，虽然可以使进入闭式冷却塔内的温度比本发明更低一些，但是空气中的含湿量增加了，含湿量的增加削减了闭式冷却塔内部的蒸发，影响闭式冷却塔内部的蒸发效果，综合效果反而变差；而本发明避免了干、湿通道的连通，可以在不影响闭式冷却塔内部蒸发的前提下进行进风预冷，且可多模式运行。

本发明的干通道和湿通道设置的空间位置是相互垂直的，空气从间接蒸发冷却填料侧面进入干通道，从间接蒸发冷却填料底部进入湿通道，两个通道的气流方向并不是平行的。这样设计有以下优点：1)干通道和湿通道的风交叉流动，与顺流或逆流相比，工程制造上容易实现，也便于干、湿通道气流的独立控制，以便实现湿通道排风可排入闭式塔也可排入环境；2)本设计的两个通道的气流方向垂直，与顺流或逆流相比，空气的扰动性大，可强化对流换热，更利于换热，经初步计算分析，本设计与顺流相比可提升换热性能10％以上，与逆流相比可提升换热性能5-10％。

本发明的干、湿通道的气流可分开调控，更好地配合闭式冷却塔不同的运行模式，以实现节水增效的目的。具体地，1)当环境温度较低时，不需要进风预冷系统，仅仅使用闭式冷却塔即可，可拆除间接蒸发冷却填料或将填料设计为铰链门形式，通过铰链门的开启旁通空气，以减小填料带来的空气流动阻力。闭式塔喷淋系统关闭，闭式塔风机开启，环境空气通过百叶窗直接进入闭式冷却塔内，与换热器内的热水换热，从而冷却换热器内的循环水；2)当环境温度较高时，可以将干通道和湿通道的出风全部引入到闭式冷却塔内部，这样不浪费湿通道排风的冷却作用，可充分利用直接和间接蒸发冷却技术预冷进塔空气，实现闭式塔喷淋系统关闭时进风的预冷；该过程水的蒸发损失少，冷却效果比单纯干通道进入预冷相比，可提升进风预冷效果40-50％以上。3)当环境温度很高时，为了不影响闭式冷却塔内部的蒸发效果，此时湿通道的排风不能排入闭式冷却塔内部，只利用干通道的等湿冷却冷却闭式塔的进风，在不影响塔内潜热交换的基础上增加了显热换热，进而提高了塔的冷却效率。

经初步计算分析，本实施例可以提升闭式冷却塔在不喷淋时冷却效率的30-70％，可以提升闭式冷却塔在开启喷淋时的冷却效率5-20％，且与闭式冷却塔开启喷淋相比，可节水40％以上；在闭式冷却塔开启喷淋时，本实施例与干、湿通道之间有连通的设计相比，可进一步提升闭式塔的冷却效率5-10％。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，包括塔体，塔体从上至下依次设置有闭式塔风机、除水器、闭式塔喷淋系统和换热器，其特征在于，塔体底部周围均匀设置有多个进风预冷系统，所述进风预冷系统包括本体，所述本体内部设置有间接蒸发冷却填料，间接蒸发冷却填料上方依次设置有预冷系统布水器和预冷系统除水器；

所述间接蒸发冷却填料由多片填料片组成，相邻填料片之间依次形成干通道和湿通道，干通道和湿通道交替设置，所述干通道的上下两端均设置有干通道盖板，用于环境空气从一侧进风，另一侧出风；所述湿通道的两侧面均设置有湿通道盖板，用于环境空气从底面进风，顶面出风；

所述本体上方设置有湿通道风道和干通道风道，湿通道风道内设置有湿通道排风机，干通道风道一端与填料的各干通道的出口连接，另一端直接伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道风道一端与填料的各湿通道的出口连接，另一端包括湿通道竖直风道和湿通道水平风道，湿通道水平风道的出口伸入闭式冷却塔的塔体内，湿通道竖直风道的出口位于塔体外部。

2.根据权利要求1所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述填料片的波形为S波、Z字波等，填料片的材质为金属、PVC、陶瓷等。

3.根据权利要求2所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述间接蒸发冷却填料的长度L为0.1～1m，相邻填料片间隔0.1～10cm。

4.根据权利要求3所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，干通道盖板与填料片之间，以及湿通道盖板与填料片之间固定或活动连接。

5.根据权利要求4所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述干通道盖板为矩形板，其上设置有两道卡槽A，卡槽A的宽度与填料片厚度一致，对于某一干通道，两填料片上端卡设在一干通道盖板的两卡槽A中，下端卡设在另一干通道盖板的两卡槽A中；

所述湿通道盖板也为矩形板，其上设置有两道卡槽B，卡槽B的形状与填料片的波形一致，卡槽B的宽度也与填料片厚度一致，对于某一湿通道，两填料片一侧卡设在一湿通道盖板的两卡槽B中，另一侧卡设在另一湿通道盖板的两卡槽B中；

优选的，所述干通道盖板和湿通道盖板的材质为金属、PVC或陶瓷。

6.根据权利要求4所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述间接蒸发冷却填料的进口处设置有百叶窗，百叶窗正对着干通道设置。

7.根据权利要求6所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述进风预冷系统的本体底部设置有集水槽，所述集水槽通过管线A与预冷系统布水器连接，所述管线A上设置有循环水泵A、控制阀A和流量计A；

所述预冷系统布水器包含多条支管线，每条支管线上均匀设置有多个喷嘴，每条支管线均设置有单独的支管线控制阀。

8.根据权利要求7所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述塔体底部设置有集水池，集水池通过管线B与闭式塔喷淋系统连接，所述管线B上设置有循环水泵B、控制阀B和流量计B。

9.根据权利要求8所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔，其特征在于，所述湿通道水平风道上设置有控制阀C，湿通道竖直风道上设置有控制阀D。

10.一种权利要求9所述的基于间接蒸发冷却填料预冷进风的闭式冷却塔的工作方法，其特征在于，在环境温度较高工况：

闭式塔喷淋系统关闭，预冷系统布水器开启，喷嘴开启喷淋，喷淋水经湿通道与环境空气直接接触进行蒸发冷却，环境空气被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋水滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽，并经循环水泵A、控制阀A、流量计A分配至预冷系统布水器，供预冷系统布水器喷淋使用；

一部分环境空气由闭式塔风机驱动，经百叶窗后进入干通道，在干通道内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内；

同时，另一部分环境空气由进风预冷系统的湿通道排风机驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D关闭，湿通道水平风道上的控制阀C开启，湿通道内的空气通过湿通道水平风道进入闭式冷却塔的塔体内，此时，干通道和湿通道的空气均进入塔体内，与闭式冷却塔换热器内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；

在环境温度很高工况：

闭式塔喷淋系统开启喷淋，预冷系统布水器的喷嘴也开启喷淋，闭式塔喷淋系统，水由集水池经循环水泵B输送至闭式塔喷淋系统，闭式塔喷淋系统喷淋至换热器，与来流空气直接接触，闭式塔喷淋水与来流空气、换热器内的循环水进行显热换热和潜热换热，冷却换热器内的循环水；一部分闭式冷却塔的喷淋水蒸发，未蒸发的闭式冷却塔的喷淋水滴落至集水池继续循环使用；

进风预冷系统的喷淋水经湿通道与环境空气直接接触进行蒸发冷却，环境空气被加湿冷却，之后未蒸发的喷淋水滴落至间接蒸发冷却填料下方的集水槽，并经循环水泵A、控制阀A、流量计A分配至预冷系统布水器，供预冷系统布水器喷淋使用；

一部分环境空气由闭式塔风机驱动，经百叶窗后进入干通道，在干通道内由于湿通道内的直接蒸发冷却作用，干通道内的空气被间接冷却，空气被等湿冷却，而后空气进入闭式冷却塔的塔体内，与换热器内的循环水换热，空气被加热，循环水被冷却，而后空气经闭式塔风机排出塔外；

同时，另一部分环境空气由进风预冷系统的湿通道排风机驱动，环境空气从湿通道的下方流入湿通道，由于预冷系统布水器的喷嘴开启了喷淋，故环境空气在湿通道内与喷淋水直接接触进行蒸发冷却，空气被加湿冷却，此时湿通道竖直风道上的控制阀D开启，湿通道水平风道上的控制阀C关闭，而后湿通道内的空气直接排到塔体外部的环境中。

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