RU2787445C1

RU2787445C1 - Hybrid radiator cooling tower

Info

Publication number: RU2787445C1
Application number: RU2022116448A
Authority: RU
Inventors: Виталий Викторович Харьков; Оксана Сергеевна Дмитриева; Ильнур Наилович Мадышев
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-01-09

Abstract

FIELD: air-cooled heat exchangers.

SUBSTANCE: invention relates to air-cooled heat exchangers, in particular to cooling towers, and can be used in the field of heat engineering and power engineering. The hybrid-type radiator cooling tower contains a housing located on support legs, inside which there is a V-shaped cascade, consisting of volumetric evaporative panels and an irrigation system, a fan, upper and lower collectors, and radiator pipes are installed on the outer surface of the housing. The irrigation system contains holes made in the side wall of the upper manifold facing the evaporative panels, the holes directing water in such a way that the cooled water enters the outer surface of the radiator pipes, while the upper level of the volumetric evaporative panels acts as a drop eliminator.

EFFECT: increasing the productivity of the apparatus, increasing the intensity of liquid cooling.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменным аппаратам воздушного охлаждения, в частности, к градирням, и может быть использовано в области теплотехники и теплоэнергетики.The invention relates to air-cooled heat exchangers, in particular to cooling towers, and can be used in the field of heat engineering and heat power engineering.

Аналогом является камера распределительная продукта аппаратов воздушного охлаждения с трубчатой внутренней полостью и прямоугольной наружной геометрией, содержащая корпус преимущественно в форме прямоугольного параллелепипеда, имеющий переднюю и заднюю грани, выполненные параллельно-плоскими, внутреннюю полость камеры, выполненную в виде параллельных цилиндрических каналов с осью, перпендикулярной осям отверстий для теплообменных труб и пробок, причем отверстия параллельных цилиндрических каналов выходят на торцевую сторону корпуса. Верхняя, нижняя, торцевые грани корпуса камеры распределительной могут иметь любую геометрически неправильную форму: округлую, овальную, форму многогранника вплоть до необработанной поверхности кованого изделия в состоянии поставки [патент RU 2610972, F28F 9/02, F28B 1/06 от 17.02.2017].The analogue is the distribution chamber of the product of air coolers with a tubular internal cavity and a rectangular external geometry, containing a body mainly in the form of a rectangular parallelepiped, having front and rear faces made parallel-flat, an internal cavity of the chamber, made in the form of parallel cylindrical channels with an axis perpendicular to the axes of the holes for heat exchange pipes and plugs, and the holes of parallel cylindrical channels go to the end side of the housing. The upper, lower, end faces of the distribution chamber body can have any geometrically irregular shape: round, oval, polyhedron up to the raw surface of the forged product in the delivery state [patent RU 2610972, F28F 9/02, F28B 1/06 dated 17.02.2017] .

Недостатком аналога является сложность обслуживания конструкции, так как она содержит много отверстий, которые авторы прототипа предполагают либо заглушать пробками, либо вставлять теплообменные трубки (развальцовкой, сваркой), при этом выбор, с какими отверстиями как поступать, не очевиден. Так как отверстия небольшие, они могут забиваться отложениями. Также недостатком является большая металлоемкость аппарата.The disadvantage of the analogue is the complexity of maintaining the structure, since it contains many holes, which the authors of the prototype intend to either plug with plugs or insert heat exchange tubes (by expanding, welding), while the choice of what holes to do with is not obvious. Since the holes are small, they can become clogged with deposits. Another disadvantage is the large metal consumption of the apparatus.

Прототипом является пассивный радиатор модульного типа [патент RU 2750513, F28F 19/01, F28B 9/04, F28C 3/06 от 29.06.2021], содержащий корпус, расположенный на опорных стойках и представляющий собой каскадный модуль, внутри которого последовательно расположены теплообменные блоки, каскад, состоящий из объемных испарительных панелей, системы орошения; на внешней поверхности корпуса установлены вентиляторы, коллекторы, размещенные в верхней и нижней частях корпуса, отличающийся тем, что корпус пассивного радиатора выполнен удлиненным, с возможностью разделения указанного каскадного модуля на отдельные изолированные блоки посредством разделительных перегородок, а объемные испарительные панели выполнены с возможностью изменения направления воздушного потока, задаваемого направлением каналов, расположенных внутри панелей, при этом указанные испарительные панели установлены на ламелях таким образом, что образуют, по меньшей мере, один V-образный каскадный уровень с системой орошения, при этом вода на испарительные панели подается с помощью оросительных устройств, установленных на коллекторе, находящемся между двумя испарительными панелями, образующими V-образный каскадный уровень.The prototype is a modular type passive radiator [patent RU 2750513, F28F 19/01, F28B 9/04, F28C 3/06 dated 06/29/2021], containing a housing located on support posts and representing a cascade module, inside which heat exchange units are located in series , a cascade consisting of volumetric evaporative panels, an irrigation system; on the outer surface of the case there are fans, collectors located in the upper and lower parts of the case, characterized in that the case of the passive radiator is elongated, with the possibility of dividing the specified cascade module into separate isolated blocks by means of dividing partitions, and the volumetric evaporative panels are made with the possibility of changing direction the air flow given by the direction of the channels located inside the panels, while these evaporative panels are installed on the lamellas in such a way that they form at least one V-shaped cascade level with an irrigation system, while water is supplied to the evaporative panels using irrigation devices mounted on a manifold located between two evaporative panels forming a V-shaped cascaded level.

Недостатком прототипа является низкая интенсивность испарения, как следствие, малая производительность аппарата.The disadvantage of the prototype is the low intensity of evaporation, as a consequence, the low performance of the apparatus.

В одном аспекте заявленного решения раскрыта радиаторная градирня гибридного типа, содержащаяIn one aspect of the claimed solution, a hybrid type radiant cooling tower is disclosed, comprising

корпус, расположенный на опорных стойках, внутри которого расположен V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей и системы орошения;a housing located on support posts, inside of which there is a V-shaped cascade, consisting of volumetric evaporative panels and an irrigation system;

на внешней поверхности корпуса установлены вентилятор, верхние и нижние коллекторы, трубы радиаторов;a fan, upper and lower collectors, radiator pipes are installed on the outer surface of the case;

отличающаяся тем, что система орошения содержит отверстия, выполненные в боковой стенке верхнего коллектора, обращенной к испарительным панелям, причем отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода попадает на наружную поверхность труб радиаторов, при этом верхний уровень объемных испарительных панелей выполняет функцию каплеотбойника.characterized in that the irrigation system contains holes made in the side wall of the upper collector, facing the evaporative panels, and the holes direct the water in such a way that the cooled water enters the outer surface of the radiator pipes, while the upper level of the volumetric evaporative panels acts as a drop eliminator.

Задачей решения является разработка радиаторной градирни гибридного типа, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.The task of the solution is to develop a hybrid-type radiator cooling tower, in which the disadvantages of the analog and the prototype are eliminated.

Техническим результатом является повышение производительности аппарата за счет одновременной подачи воды в верхний и нижний коллекторы, увеличение интенсивности охлаждения жидкости, достигаемое за счет дополнительного орошения пучка труб радиатора неиспарившейся охлажденной водой, стекающей по объемным испарительным панелям.The technical result is an increase in the productivity of the apparatus due to the simultaneous supply of water to the upper and lower collectors, an increase in the intensity of liquid cooling, achieved by additional irrigation of the radiator tube bundle with non-evaporated cooled water flowing down the volumetric evaporative panels.

Технический результат достигается тем, что радиаторная градирня гибридного типа, содержит корпус, расположенный на опорных стойках, внутри которого расположен V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей, системы орошения; на внешней поверхности корпуса установлены вентилятор, коллекторы, размещенные в верхней и нижней частях корпуса. Согласно настоящему решению система орошения содержит отверстия, выполненные в боковых стенках верхнего коллектора, обращенных к испарительным панелям, причем отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода попадает на наружную поверхность труб радиаторов, при этом верхний уровень объемных испарительных панелей выполняет функцию каплеотбойника.The technical result is achieved by the fact that the hybrid-type radiator cooling tower comprises a housing located on support legs, inside of which there is a V-shaped cascade consisting of volumetric evaporative panels, an irrigation system; on the outer surface of the case there is a fan, collectors located in the upper and lower parts of the case. According to the present solution, the irrigation system contains holes made in the side walls of the upper manifold facing the evaporator panels, and the holes direct the water in such a way that the cooled water enters the outer surface of the radiator pipes, while the upper level of the volumetric evaporator panels acts as a drop eliminator.

Сущность решения поясняется чертежами:The essence of the solution is illustrated by drawings:

- на фиг. 1 изображен вид радиаторной градирни гибридного типа в разрезе;- in Fig. 1 is a sectional view of a hybrid cooling tower;

- на фиг. 2 - схема движения потоков в радиаторной градирне гибридного типа.- in Fig. 2 is a flow chart of a hybrid cooling tower.

Радиаторная градирня гибридного типа содержит корпус 1, опорные стойки 2 (не показаны на фиг. 1), V-образный каскад, состоящий из объемных испарительных панелей 3, систему орошения 4, вентилятор 5 (не показан на фиг. 1), верхние коллекторы 6 и нижние коллекторы 7, трубы радиаторов 8, штуцер 9 выхода воздуха, штуцера 10, 11 ввода воды, и штуцера 12 вывода воды (не показаны на фиг. 1). Система орошения 4 содержит отверстия, выполненные в боковых стенках верхнего коллектора 6, обращенных к испарительным панелям 3, причем за счет своего местоположения отверстия направляют воду таким образом, что охлажденная вода поступает на каждую из испарительных панелей 3, стекая по которым, она достигает наружной поверхности труб радиаторов 8. При этом верхний уровень объемных испарительных панелей 3 выполняет функцию каплеотбойника.The hybrid type radiator cooling tower comprises a casing 1, support legs 2 (not shown in Fig. 1), a V-shaped cascade consisting of volumetric evaporative panels 3, an irrigation system 4, a fan 5 (not shown in Fig. 1), upper collectors 6 and lower manifolds 7, radiator pipes 8, air outlet fitting 9, water inlet fittings 10, 11, and water outlet fitting 12 (not shown in Fig. 1). Irrigation system 4 contains holes made in the side walls of the upper collector 6 facing the evaporator panels 3, and due to their location, the holes direct water in such a way that the cooled water enters each of the evaporator panels 3, flowing down which it reaches the outer surface pipes of radiators 8. At the same time, the upper level of volumetric evaporative panels 3 performs the function of a drop eliminator.

Предлагаемая радиаторная градирня гибридного типа работает следующим образом.The proposed hybrid cooling tower operates as follows.

Поток воды, подаваемый в радиаторную градирню, делится на две части. Первая часть воды поступает через штуцера 10, попадает в верхние коллекторы 6, заполняя их сверху вниз, откуда системой орошения 4 через выполненные в стенке коллекторов 6 отверстия распределяется по наклонной поверхности объемных испарительных панелей 3, образующих V-образный каскад. При движении воды по поверхности объемных испарительных панелей 3 происходит многократное дробление и коалесценция за счет постоянного обновления поверхности жидкости на панелях 3 за счет непрерывного перераспределения воды на них для выравнивания расхода. Вытекая через отверстия системы орошения, вода дробится, далее при соударении с поверхностью панели 3 также происходит дробление капель воды и их укрупнение. На поверхности панелей 3 формируется пленочный слой стекающей воды, капли падают с вышерасположенных панелей 3 на нижние. При этом, воздух, поступающий снизу, движется в зазоре между панелями 3 и срывает капли жидкости, унося их по направлению своего движения.The flow of water supplied to the radiator cooling tower is divided into two parts. The first part of the water enters through the nozzle 10, enters the upper collectors 6, filling them from top to bottom, from where the irrigation system 4 through the holes made in the wall of the collectors 6 is distributed along the inclined surface of the volumetric evaporative panels 3, forming a V-shaped cascade. When water moves over the surface of volumetric evaporative panels 3, multiple crushing and coalescence occurs due to the constant renewal of the liquid surface on the panels 3 due to the continuous redistribution of water to them to equalize the flow rate. Flowing out through the holes of the irrigation system, the water is crushed, then when it hits the surface of the panel 3, the water drops are also crushed and enlarged. A film layer of flowing water is formed on the surface of the panels 3, drops fall from the upstream panels 3 to the lower ones. At the same time, the air coming from below moves in the gap between the panels 3 and breaks off the drops of liquid, carrying them away in the direction of its movement.

Благодаря этому увеличиваются коэффициенты тепло- и массоотдачи и, как следствие, интенсивность ее испарения и охлаждения. При этом верхний уровень объемных испарительных панелей 3 выполняет функцию каплеотбойника для улавливания и сепарации капель воды, унесенных из градирни. Вторая часть воды, не контактируя непосредственно с воздухом, подается снизу через штуцера 11 в нижние коллекторы 7, откуда поступает в трубы радиаторов 8, после прохождения которых отводится из верхней части коллекторов 7 через штуцера 12. Причем трубы радиаторов 8 снаружи омываются потоком стекающей по испарительным панелям 3 воды и обдуваются потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором 5. Охлажденная таким образом вода (первый поток), является хладагентом для второго потока жидкости, движущейся в трубном пространстве радиаторов 8. Попадая на наружную поверхность труб радиаторов 8, вода забирает тепло от воды, проходящей по трубам радиаторов 8, и частично испаряется. Воздух, всасываемый вентилятором 5, поступает в градирню, обтекая трубы радиаторов 8, и движется навстречу стекающей по объемным испарительным панелям 3 пленке воды. Теплый воздух отводится через штуцер 9. Первый поток собирается в поддон для охлажденной воды (на фигурах не показан).Due to this, the coefficients of heat and mass transfer increase and, as a result, the intensity of its evaporation and cooling. In this case, the upper level of the volumetric evaporative panels 3 functions as a drop eliminator for trapping and separating water drops carried away from the cooling tower. The second part of the water, without contacting directly with the air, is supplied from below through the fitting 11 to the lower collectors 7, from where it enters the pipes of the radiators 8, after passing which it is discharged from the upper part of the collectors 7 through the fitting 12. panels 3 of water and are blown by an air stream blown by a fan 5. Water cooled in this way (the first stream) is a refrigerant for the second stream of liquid moving in the tube space of radiators 8. Getting on the outer surface of the pipes of radiators 8, the water takes heat from the water passing through through the radiator pipes 8, and partially evaporates. The air sucked in by the fan 5 enters the cooling tower, flowing around the pipes of the radiators 8, and moves towards the water film flowing down the volumetric evaporative panels 3. Warm air is discharged through fitting 9. The first flow is collected in a chilled water pan (not shown in the figures).

Наличие панелей 3 обеспечивает высокую эффективную площадь, равномерное распределение воды, низкую склонность к забивке отложениями, а нижние коллекторы 7 с трубами радиаторов 8 обеспечивают дополнительные зоны охлаждения, что позволяет эффективнее достичь технического результата. Запуск в работу коллекторов 6, 7 зависит от характеристик атмосферного воздуха, поступающего в градирню, и требуемых характеристик охлажденной воды. Таким образом, можно определять, когда использовать в работе верхние коллекторы 6 и нижние коллекторы 7, к примеру, используя только те, которые расположены с правой стороны корпуса или наоборот.The presence of panels 3 provides a high effective area, uniform distribution of water, low tendency to clogging with deposits, and the lower collectors 7 with radiator pipes 8 provide additional cooling zones, which makes it possible to more effectively achieve the technical result. The start-up of collectors 6, 7 depends on the characteristics of the atmospheric air entering the cooling tower and the required characteristics of the chilled water. Thus, it is possible to determine when to use the upper manifolds 6 and the lower manifolds 7 in operation, for example, using only those located on the right side of the housing or vice versa.

В предлагаемой радиаторной градирне гибридного типа обеспечивается более равномерное распределение потока за счет распределения по объемным испарительным панелям 3, охлаждение воды происходит при непосредственном контакте с воздухом и через стенку труб радиаторов 8, что увеличивает интенсивность охлаждения и производительность аппарата. При достаточно низкой температуре воздуха подача воды через штуцер 10 может быть полностью прекращена. Поскольку у градирен существует проблема обледенения, то эту проблему можно решить за счет отсутствия непосредственного контакта воды с воздухом, не осуществляя подачу первого потока воды через штуцера 10.In the proposed hybrid type radiator cooling tower, a more uniform distribution of the flow is provided due to the distribution over the volumetric evaporative panels 3, the water is cooled in direct contact with air and through the wall of the pipes of the radiators 8, which increases the cooling intensity and productivity of the apparatus. At a sufficiently low air temperature, the water supply through the fitting 10 can be completely stopped. Since cooling towers have an icing problem, this problem can be solved by not having direct contact of water with air, without supplying the first flow of water through nozzle 10.

Следует также отметить, что вода может подаваться в штуцера 10 одновременно или может быть задействован только один из них. Работа нижних коллекторов 7 также предусматривает одновременное параллельное заполнение водой труб радиаторов 8, что позволяет увеличить производительность градирни. За счет того, что увеличивается площадь контакта, но при этом вода в трубах радиаторов 8 охлаждается не только воздухом, но и за счет воды, орошающей их поверхность. То есть тепломассообмен между потоками происходит на поверхности труб радиаторов 8, после того как вода покинула корпус градирни. Одновременно происходит теплообмен между потоками через стенку труб радиатора. Также за счет увеличения площади поверхности контакта фаз при распределении воды по V-образному каскаду, и наружной поверхности труб радиаторов, нет необходимости в перераспределителях жидкости, как в прототипе.It should also be noted that water can be supplied to the fittings 10 at the same time or only one of them can be used. The operation of the lower collectors 7 also provides for the simultaneous parallel filling of the pipes of the radiators 8 with water, which makes it possible to increase the capacity of the cooling tower. Due to the fact that the contact area increases, but at the same time, the water in the pipes of the radiators 8 is cooled not only by air, but also by the water that irrigates their surface. That is, heat and mass transfer between flows occurs on the surface of the pipes of radiators 8, after the water has left the cooling tower housing. At the same time, heat exchange occurs between the flows through the wall of the radiator pipes. Also, by increasing the surface area of the phase contact when distributing water in a V-shaped cascade, and the outer surface of the radiator pipes, there is no need for liquid redistributors, as in the prototype.

Кроме того, имеется возможность последовательного заполнения труб подключения работы радиаторов 8, что при прочих равных условиях позволит увеличить эффективность охлаждения воды по сравнению с прототипом.In addition, it is possible to sequentially fill the pipes connecting the operation of radiators 8, which, other things being equal, will increase the efficiency of water cooling compared to the prototype.

Таким образом, благодаря организации нескольких блоков теплообмена достигается увеличение интенсивности охлаждения жидкости и увеличение производительности, простота элементов дает возможность снижения металлоемкости конструкции.Thus, due to the organization of several heat exchange units, an increase in the intensity of liquid cooling and an increase in productivity is achieved, the simplicity of the elements makes it possible to reduce the metal consumption of the structure.

Claims

Radiator cooling tower of a hybrid type, containing a housing located on support legs, inside which there is a V-shaped cascade, consisting of volumetric evaporative panels and an irrigation system, a fan, upper and lower collectors, radiator pipes are installed on the outer surface of the housing, characterized in that the irrigation system contains holes made in the side wall of the upper collector facing the evaporative panels, the holes directing water in such a way that the cooled water enters the outer surface of the radiator pipes, while the upper level of the volumetric evaporative panels acts as a drop eliminator.