具有不等邊梯形填料片低輪廓冷卻塔的製作方法

2023-06-21 08:34:11 1

專利名稱：具有不等邊梯形填料片低輪廓冷卻塔的製作方法
技術領域：
本發明涉及在水與空氣之間進行熱交換的冷卻塔，更確切地說，它涉及一改進了以具有熱轉換介質結構和相應操作方法的逆流式冷卻塔，它使冷卻塔的垂直高度尺寸減小並且改善了通過介質的空氣流動。
逆流式冷卻塔的設計是一項得到了很好發展的技術。在一種型式的逆流式冷卻塔(這種冷卻塔廣泛應用於工業設施的熱交換)中，包括一組填料片的介質被垂直安裝且彼此稍微離開一點距離，其目的是在相鄰的填料片之間提供垂直的空氣通道，周圍的空氣向上流動，而被加熱了的水則沿填料片的表面向下流動，從而進行熱交換將水冷卻，這些填料片形狀為平面平行四邊形，通常為矩形，並且用相對說來不透水的材料做成表面呈浮花紋式樣以保持相鄰的填料片彼此分開且在每塊填料片的表面上形成一水膜。這樣的填料片水平地排列成一組，底邊緣水平放置且通常保持平行，同時在一貯水槽或池上部彼此分開一均勻距離放置，貯水槽或池位於冷卻塔底部，目的是在填料片的底下提供一矩形壓力通風空間，例如美國專利第3，132，190號所示的那樣。在填料片組的上部，設置一噴水網絡，該網絡均勻地將水噴灑到填料片的各部分，在此單元上部，還設置有一空氣出口。
逆流式熱交換器很少能脫離這樣一種排列，儘管也有為這樣一種單元所做的一種設計，其中一疊多個填料單元被同時成形以形成一內部連結的均勻對稱的傾斜的填料片組，填料片的排列使填料片與進氣流垂直，就象美國專利3，983，190表示的那樣。
可以理解，在冷卻塔中也可使用其他類型的熱交換介質，如蛇形螺旋形導管，在管中還有別的流體循環流動，還有，如填料片和導管的組合。本發明也可應用於這樣一些熱交換介質，這些熱交換介質總起來稱為介質。
儘管有時可能在這樣的冷卻塔中用自然的空氣通風，但是，用機械地方法強制空氣通過則變為普遍。要麼強制通風，這裡用一個或更多的風扇將空氣從一個或更多的冷卻塔的側邊鼓入通風空間，通風空間位於填料片底下，要麼透導通風，這裡將一個或更多的風扇安裝在填料片和噴水器的上部，引導空氣通過通風空間和介質。在所有這些例子中，空氣均是水平的進入通風空間，並由此逐漸地向上拐彎在介質之間通過。
風扇防護罩，通過風扇的空氣氣流的動力學特性以及距空氣進口的距離等諸多因素均對介質間的空氣流動產生影響從而導致空氣不均勻的分布。過去，這通常是通過減小通風空間內部空腔和減小垂直尺寸，使最底下的介質垂直於進入冷卻塔空氣的初始水平方向，或有時在通風空間內部設置控制葉片來實現補償。即使如此，在早期的冷卻塔中，進入通風空間的空氣在毗鄰空氣進口的介質底下仍趨於水平移動，這樣就導致了緊靠進口通道的介質區確少垂直移動的空氣，結果降低了效率。對於使用離心式風扇的強制通風系統更是如此，離心式風扇趨於以很大的力將空氣推向通風空間系統的遠側一邊。
然而，已經發現，冷卻塔的整體高度根據實際情況如需要減小由於大風造成的危險性，在安裝現場對垂直結構的尺寸限制(即樓層之間和建築物最大高度)以及冷卻塔對應於它的周圍環境的視覺影響，其高度受到一定限制。另一個很重要的影響因素就是對於工廠建造的冷卻塔，它們要從製造廠沿鐵道或公路運到安裝現場，因此冷卻塔的垂直高度受諸如運載設備或橋梁，等等的限制。
因此本發明第一個目的是以較小的垂直高度設計出一個逆流式冷卻塔。
以更有效的空氣分布使空氣通過有介質的各個區域，設計出這樣的冷卻塔和操作方法也是本發明的目的之一。
本發明的另一目的是提供一逆流式冷卻塔，該冷卻塔具有較小的進口通風空間，和不對稱的熱轉換介質，從而冷卻塔的高度可以被減小，並且可以更有效地對各個介質區的空氣進行分流。
本發明進一步的目的是提供一具有非矩形熱轉換介質和通風空間的逆流式冷卻塔，它們沿一傾斜的邊界相交，從而冷卻塔的高度可以被減小，各介質區的空氣也可以得到更有效的分流。
本發明的另一目的是通過將熱轉換介質與進口空氣流排成一行並且使介質的底邊緣以某一角度相交於水平面和進口空氣流的方向來促進通過逆流式冷卻塔的空氣的流動。
本發明再進一步的目的是提供一方法使空氣流入冷卻塔，並且更有效地使通過熱轉換介質的空氣轉向。
提供一改進的梯形填料片以容許冷卻塔在垂直方向減小尺寸也是本發明的另一目的。
簡言之，本發明通過以非對稱排列組合的熱轉換介質來減小逆流式冷卻塔的整體高度，這樣使介質的底邊緣向下傾斜朝向塔底，並從空氣進口邊朝向冷卻塔的一遠邊，從而形成一傾斜的連接邊界和一三角形的通風空間，從該通風空間，水平進入的空氣基本上趨於向上移動到達介質。
換句話說，本發明在冷卻塔內部提供介質排列使介質從進氣道向下傾斜，因此阻礙的水平地流入介質底下的通風空間的增加的空氣層，並使增加的空氣流向上轉向而使每層空氣都到達與通風空間相鄰的介質。
最優選的介質外形是懸掛著的梯形填料片，而懸掛的方向儘可能使其平行於進入氣流的方向。
藉助於這些附圖和下面對附圖的詳細說明，本發明其他的目的和優點將更加明顯，其中

圖1是本發明一帶有梯形填料片，去掉一端蓋以表示其內部結構的誘導通風逆流式冷卻塔實施例的一側視圖;
圖2也是一側視圖，類似於圖1，它表示本發明的一帶有蛇形管導體的強制通風逆流式冷卻塔;
圖3是本發明一最佳實施例的一側視圖，它包括一具有離心式風扇和梯形填料片的強制通風逆流式冷卻塔;
圖4是誘導通風逆流式冷卻塔的一側視圖，它具有對稱的結構並在相對側面有空氣入口。
圖5是矩形填料片架的一視圖，標明切開後可產生兩個本發明的梯形填料片。
圖1示出一誘導通風逆流式冷卻塔，其中，一組普通的熱轉換介質10被懸掛在一普通矩形外殼內，該矩形外殼有一垂直壁12，一基底14(或水池)，頂部有一整流罩16，它形成一過渡罩，該過渡罩從直壁12延伸到排氣扇外環18，該外環18圍繞並支撐一多葉片風扇20，風扇20由一電機22驅動。通常馬達22被安裝在冷卻塔的外部，其目的是使其避開高溼度的空氣;但是，馬達22也可置於冷卻塔內或風扇上部。如圖所示，馬達22被支撐在整流罩16上，通過一環形皮帶24驅動連接到風扇20，環形皮帶連接在馬達軸和風扇軸的皮帶輪之間。
如圖1中箭頭A所示，空氣水平地通過僅在一側壁上開的進口通道28，進入冷卻塔內部的通風空間，並向上通過介質10，從風扇外環18出去。冷卻塔的底部由一封閉的基底或水池14構成，以接收噴灑網絡噴灑到介質10上的水，該噴灑網絡包括主水管38，分流管40和噴頭42。水從基底14通過排放導管48放出。一組薄霧消除擋板位於介質20上部且可以很方便的支撐在水分流管40的上部。
在本發明中優先選用的介質形狀是非矩形填料片58，它具有梯形表面60，填料片被懸掛在冷卻塔的內部，具有水平的上邊緣62和一個傾斜的不平行的下邊緣64，下邊緣從短側邊66向下，到對面相平行的較長的側邊緣68，一組這樣的填料片58懸掛在冷卻塔內，其短邊緣66設置在空氣的進口處一側，底邊緣64從空氣的入口通道28向基底14傾斜，從而形成了一個傾斜的邊界和對應於通風空間36的接口。
這樣，很容易理解，本發明涉及一種新穎的操作方法，它是使位於熱交換介質與空氣通風系統之間的接口從冷卻塔的空氣入口一側的頂部向下傾斜，從而使得其阻礙連續水平流動的空氣層，並使空氣層向上流動，通過熱交換介質。更進一步，本發明的方法還包括使介質的深度隨其距空氣入口的距離的增加而增加，通過保持介質頂部基本在同一水平面上來實現)。從而，逐漸地使水平的和垂直的空氣通道的長度增加，這樣也就增加了冷卻塔的連續的空氣層的流動阻力。與那些具有位於介質和通風系統之間的水平接口和平均深度介質的冷卻塔相比。就有較大的空氣流量從空氣入口向上流到冷卻塔。
應當注意到，填料片58是按照使其表面60平行於進入的氣流的方向設置的(如箭頭A所示)。在所示的實施例中，有一組基本上彼此平行的填料片58(從一面看上只有一個這樣的填料片是可見的)。每個填料片延伸到介質的整個垂直深度。然而可以理解，這樣的介質可以組成迭式層結構(圖中未表示)，其中上部的那一層(或若干層)包括矩形填料片單元，這些單元是垂直排列的，或彼此平行或與下層填料片相交。只要下層填料片在通風空間36呈現一傾斜接口。更可取的傾斜接口是通過利用非矩形填料片並使得其斜邊64向下傾斜穿過通風空間36，儘管如圖所示的梯形填料片60是優選的，但是也可以使用三角形的填料片(圖中未示出)。
最好將霧氣消除擋板50，與填料片十字交叉地安裝(如圖所示)。其目的是即能偏轉又能引導排放的空氣從進風空間排走，又能收集夾帶在空氣中的水汽。但是，如果需讓空氣沿不同的方向被偏轉，也可以重新設置擋板50。可以調節水噴頭42以提供較小的水量給靠近短邊緣66的填料片，而相比之下給較長的側邊緣68則提供較多的水量，以部分地平衡沿填料片表面60落下的水層的增加對冷卻通道的影響。但是，這種影響至少也可以通過相對地減小對氣流的阻力來得以部分的平衡，因此，也就有較大的空氣流量通過較短的冷卻通道。
因為，優選的填料片具有傾斜的底邊緣64，所以就有一種為落下的水提供的導向作用，使這些水暫時地收集在一起形成一水滴，沿底邊緣向下流動，而不是落入通風空間36，在某些的情況下，這些在相鄰的填料片上的水滴會將填料片之間的空間連接起來並且影響它們之間的空氣流動。為了抵消這種可能性，使填料片較低的邊緣64交替的偏置一段小的垂直距離(如圖1中虛線70所示)。
填料片10更詳細的結構表示在圖5中，圖5也表示了一種方法，用這種方法，填料片被做成有一梯形表面60，普通的各種尺寸的矩形填料片都是有塑料薄膜的矩形成形基架80，這些基架上通常都有均勻分布的凸紋82，這些凸紋和一個或多個加強肋84以及邊緣一起增大了表面積，在冷卻塔內，水通過這些表面流下。基架80也可以成形一些隔離凸起物86，它們沿兩個方向延伸，並與填料片的平面相垂直，當填料片被組裝在一起時，這些凸起物就起到定位作用，而且也用來使相鄰的填料片保持彼此分開，並以偏置方式懸掛在冷卻塔內部。矩形基架80在相對的兩側邊上的距較長的邊緣有相等的距離的點之，間沿某角度被切成，如圖中虛線所示，非平行邊緣的特殊尺寸和斜角可以調整以適應於冷卻塔尺寸。
在如圖2所示的強制引流實施例中，對應於它的各個與最初的結構單元相同的單元採用相同的標號。在這個實施例中將會看到空氣通道90從冷卻塔的一壁12向外延伸，其上裝有一風扇20用來強制地使空氣通過通道90進入通風空間36′。在該實施例中，所示的熱交換介質包括平行的蛇形管72，蛇形管聯接在進口接頭74和出口接頭76之間，並且與入口空氣的方向平行，這種形式的介質允許附加的流體從蛇形管中流過以進行進一步的冷卻。將會注意到蛇形管72的每段管朝下方逐漸縮短了，從而也就形成了一個位於通風空間
36′內的傾斜的接口。
圖3表示了本發明的一個優選實施例，它在一強制引流的逆流式冷卻塔中，使用了梯形填料片58″，該冷卻塔有一離心式風扇94，填料片58″的排列與入口空氣的流動方向平行，入口空氣通過一送氣通道96由風扇94打入。已經發現來自這樣的風扇94的空氣的水平分布得到了改善，其方法是只要將風扇軸98稍微升高一點，而將風扇的排氣口對準一個逐漸張開的送氣通道，通道96大約擴張到通風空間36″的進口邊28″的尺寸。使填料片60″與來自離心風扇94的強制式氣流方向平行排列的另一優點是，填料片的較低的邊緣64″對氣流脈動有減小的趨勢，從而，使填料片之間的空氣流動得到加強。
一強制引流(離心式風扇)逆流式冷卻塔的例子是其外部寬度和長度尺寸為48×71 3/4 英寸，(不包括風扇和進氣通道)，高度是78 3/4 英寸，它包括78塊梯形填料片，它們沿縱長方向懸掛在冷卻塔內部，該冷卻塔通過冷卻167.7加侖/分的水，使之從95°F(進水)到85°F(出水)以提供大約59.9噸的冷卻容量，它使用78°F的外界大氣大約15670立方英尺/分，外界大氣是由離心風扇用一5馬力的馬達泵入的。可以相信，它在高度減少38英寸的情況下，相對原有的含有同樣數量和總表面積的填料片的冷卻塔來說使容量增加了7%以上，進一步的運行節餘可以通過使用本發明來得到，也就是通過減小冷卻塔的高度，即在垂直距離上減少來實現。這個垂直距離是熱水必須被提到水分流管和噴頭的距離，從而明顯地節約了驅動水泵所需的能量。
圖4表示了一個誘導式冷卻塔，它具有兩個空氣入口通道28a
和28b，分別位於冷卻塔的兩相對的壁12″上，兩組填料片10a和10b位於通風空間36a和36b之上。很容易看到該冷卻塔是相對一中心垂直平面對稱的，對應於其上的各個零件其編號與圖1當中相應的零件的編號相同，而僅僅帶有兩點。也有可能構造一類似於圖3所示的強制引流式實施例的具有對稱結構的強制引流式實施例。
在不背離本發明的實質和範圍的情況下還可進行進一步的變化和修改，本發明的實質和範圍由下面的權利要求來確定。
權利要求
1.一種將空氣導入一逆流式冷卻塔的改進的方法，其中水向下流過熱交換介質，而空氣通常從位於所說的介質底下的一通風系統空間向上流過，所說的方法包括使一層空氣從所說的通風系統空間的一邊沿一通常為水平的方向進入所說的通風系統空間；至少使通常為水平流動的部分空氣在所說的空氣衝擊熱交換介質的各點處向上流動，熱交換介質從所說的通風系統空間的一邊以一斜角配置延伸並且與所說的入口氣流層相交。
2.如權利要求1的方法，包括使所說的介質按所說的水平方向排列。
3.如權利要求1的方法包括在所說的入口氣流層上方基本水平地放置所說的介質並且使所說的介質底邊緣與所說的通風系統空間呈一傾斜的接口。
4.一種使空氣流過一逆流式冷卻塔的改進的方法，其中水向下流過熱交換介質，而空氣則從位於所說的介質底下的一通風系統空間向上流動，所說的方法包括使熱交換介質的底邊緣以一角度從所說的冷卻塔的一邊向相對的另一邊的底部向下傾斜而所說介質的上邊緣則基本上位於同一水平面上;使空氣層(基本水平地)沿一方向從所說的一邊流向所說的另一邊，從而至少使部分水平流動的空氣層衝擊到所說介質的底邊緣的各點上;使衝擊到所說介質的底邊緣的空氣層大至向上流動;使空氣層沿向上的通道向上流過所說的介質，在空氣衝擊所說的介質以前向上的通道在長度上正比於空氣水平流動的距離，從而在接近於所說的一邊處介質對空氣流的阻力較小。
5.如權利要求4的方法，其中所說的熱交換介質通道是沿入口氣流的方向排列的。
6.如權利要求4的方法，其中入口氣流以這樣一種方式強制沿水平方向流動的，即用較大的力強制使空氣流過所說的通風系統空間的底部。
7.一種改進的逆流式冷卻塔，其中熱交換介質排成一垂直組使其可以被落下來的水浸溼，這些落下來的水與從所說的冷卻塔一側的介質底下進入並且向上流過介質的空氣接觸，所說的改進包括一位於所說的介質底下的通風系統空間，所說的通風系統空間有一與所說的介質的底邊緣相鄰的接口，該接口從所說的一邊向下傾斜。
8.如權利要求7的改進的逆流式冷卻塔，其中所說的介質從一位於入口空氣上方的水平面向下延伸到所說的接口。
9.如權利要求8的逆流式冷卻塔，其中所說的介質是沿入口空氣的方向排列的，從而它基本上與所說的一邊垂直。
10.如權利要求8的逆流式冷卻塔，其中所說的介質包括填料片。
11.如權利要求10的逆流式冷卻塔，其中所說的填料片在形狀上是梯形的。
12.如權利要求8的逆流式冷卻塔，其中所說的介質包括蛇形管。
13.如權利要求9的逆流式冷卻塔，其中所說的介質包括蛇形管。
14.一種改進的逆流式冷卻塔，其中間隔布置的填料片被垂直懸掛，從而使它們可以被落下來的水浸溼，而落下來的水與由位於所說的填料片底下自所說的冷卻塔的一側進入，通常是從彼此相鄰的填料片之間向上流動的空氣接觸，所說的改進包括一組沿來自所說的冷卻塔一側的入口氣流方向排列的填料片，所說的填料片有一傾斜的底邊緣，它是以一角度從所說的冷卻塔一側的某一高度傾斜到離所說的冷卻塔底部較近的較低的第二高度的，從而也就使得所說的冷卻塔的整體高度被減小。
15.如權利要求14的冷卻塔，其中，所說的填料片在形狀上基本上是梯形的，而其頂部邊緣在冷卻塔中是水平延伸的。
16.如權利要求14的冷卻塔，其中彼此相鄰的填料片的底邊緣參錯不齊以減小沿所說的底邊緣形成的水滴之間的接觸。
17.如權利要求14的冷卻塔，包括一組薄霧消除板，它們位於所說的填料片上方，其方向基本上垂直於填料片。
18.一用於冷卻塔的改進的填料片，所說的填料片包括一平面部分，它在兩不相平行的邊緣之間擴展，而長度不相等的兩相對側邊連接在所說的邊緣之間。
19.如權利要求18的填料片包括在所說的平面部分上形成的凸紋和定距凸起物。
20.如權利要求18的填料片，其中平面部分的形狀是梯形的。
全文摘要
冷卻塔所需的垂直高度通過使用梯形填料片而被減小，這些填料片通常沿入口氣流方向排列並懸掛在冷卻塔內，從而形成一楔形的通風空間，它位於填料片底傾斜邊緣下方。
文檔編號F28C1/02GK1036631SQ89100879
公開日1989年10月25日 申請日期1989年2月14日 優先權日1988年2月22日
發明者布賴恩·F·如裡希 申請人:巴爾的摩氣圈公司