雙層排水收集系統的製作方法

2023-05-25 10:54:36 2

專利名稱：雙層排水收集系統的製作方法
本申請是本人於1993年12月3日向美國專利局提出的正在審查中的流水號為NO08/161069題為「拉擠成型冷卻塔結構」(PULTRUDED COOLING TOWERCONSTRUCTION)的部分結構的後續申請。
本發明一般地涉及冷卻塔，特別是涉及，但不限定於，直流強制通風的逆流式冷卻塔的改進的排水收集系統。
工業用冷卻塔的一種通用型式是逆流式塔，在其中水向下通過充填層，同時冷卻空氣則向上運動通過充填材料，所謂「逆流」是指熱水與冷卻空氣是沿相反方向運動的。
逆流式冷卻塔在傳統上分為三種型式，即誘導式通風自然通風與強制通風。
誘導通風逆流式冷卻塔在塔頂部有一風扇，用以把空氣吸向上方使之通過充填材料，當靠近冷卻塔沿地面橫向流動的氣流到達塔下時，就會在向塔內吸氣的塔頂風扇的引導下轉向90°向上流動通過充填材料。在授給Curtis的美國專利US4,267,130與4,301,097中可以看到這種誘導通風逆流冷卻塔的例子。
授與Lefevre的US4,521,350專利是一種自然通風逆流式冷卻塔，示於

圖1中。自然通風冷卻塔不用風扇來促進空氣流動，而是藉助於暖空氣的向上流動的趨勢。US4,521,350所示出的自然通風冷卻塔是一種通常的所謂雙曲線自然通風冷卻塔，Lefevre專利中示出了在自然通風逆流式冷卻塔的充填材料下面使用了排水收集系統。
授與Jacir的專利US2,606,750與2,915,302中示出了強制通風逆流水冷卻塔。強制通風塔的典型結構是在塔側設置風扇，用風扇把空氣吹入塔底側的充氣室中。在商業應用中，術語「強制通風」被理解為是像Jacir專利的那種系統，它在塔的側面有風扇以向底部充氣室鼓風，這樣要把空氣吹向塔的上方就必須使其再轉90°角。
冷卻塔的第2種通用型式是橫流式塔。橫流式冷卻塔是使熱水下降通過充填材料，同時在與水下降通路約成90°地水平吸入冷卻氣。這些橫流式冷卻塔是典型的誘導式通風塔，它設有充氣室和吸入空氣使之通向塔頂的位於塔頂的風扇。
現有技術中還包括另一種橫流式冷卻塔，它的位於塔下的風扇迫使空氣向上進入中央充氣室，並使空氣再轉90°水平地流出通過繞塔的周邊布置的充填材料。這種系統已由Marley cooling Tower Company投入市場。在這種系統中風扇的上方沒有充填材料，而其充填材料全部布置在圍繞風扇的周圍，風扇緊上方的區域限定了風扇朝其吹風的充氣室。
現有技術中還包含許多排水收集系統的建議，它們由一系列傾斜的收集板構成，沿板的下緣設有流槽，這種系統已在上面所引用的Lafevre的4,521,350號專利中以舉例方式示出了。
工業用冷卻塔通常是非常大的結構物，其橫向尺寸可達20至100英尺，高度可達20至30英尺。這種結構是建立在工地上的。從訂貨到工業冷卻塔的完工之間通常要延遲一年。這種塔的建造是一個巨大的任務。
雖然已然造出了可以運送到工地的尺寸相對較小的塔，例如用於辦公樓等建築的機械系統中的屋頂冷卻塔，但是至今尚未出現一種成功的典型的冷卻塔系統，從而使其尺寸易於運輸的工業組件可在工廠中製造，然後容易地在工地上組裝而提供許多工業水冷卻工程所需的大容量。這種模式的系統目前已由本發明的代理人引入並示出與描述在Curtis的US5,227,095號之中了，在此引用結合了其各種細節。Curtis的』095號專利中具有迫使氣流向上通過充填材料的位於充填材料下面的風扇，可以認為它是一種直流強制通風的逆流式冷卻塔。申請人已知其結構基本與Curtis的已在本申請之前一年前進行銷售的』095號專利的結構類似，於是，curtis的』095號專利中所描述的主題就成為本申請的現有技術。
本發明提供了對於類似於在Curtis的US5,227,095號專利中所示的直流強制通風逆流式冷卻塔結構的某些緊密相關的改進。
改進的第1方面包括把拉擠成型玻璃纖維型材用於冷卻塔的結構，從而可避免大多數的手工敷層操作，大大降低塔的結構成本。
結構件的組合提供了一種組合的結構支架與蓄水槽。相連的拉擠成型壁板與角柱跟支架件組裝在一起。
第2，改進的排水收集系統包括雙層排水收集板、可有效地防止水噴濺到位於其下面的風扇上，從而消除了在冬季結冰等類問題。各板的下面一層最好是中空的板，它們可接受來自上層板的排放液而使其進入下層板的內部。該液體將下層板加溫，故有助於防止寒冷天氣的結冰問題。
第3，新設計的支架與排水收集系統相當緊湊，足以裝上5英尺的充填材料，還能維持該組件的總高度不超過11英尺，故可以容易地用適宜的卡車進行運輸。
此外，為了防止空氣向下回流通過多風扇塔中與之配合工作的風扇還設置了分隔裝置。
冷卻塔包括綜合水槽和有4個空心外梁的支架組合。各梁在其端部上結構相連以形成4邊的矩形支架。各梁均有封閉的內部空間。各內部空間彼此相通而形成液體收集水槽。該組合至少有一個確定在其內的水槽入口。在各梁之間確定出一個基本為矩形的充氣空間，該空間在橫向上被4根梁所包圍。
4個壁從4根梁上垂直地向上伸出，並支持於其上，各壁最好是由拉擠成型件構成。
支架組合最好包括至少一個中間梁，它把充氣空間分為第1與第2充氣空間部。
兩個供氣管向上延伸，部分地進入每個充氣空間部中。各供氣管有在其底部上的入氣口與向充氣空間排氣的排氣口，4個垂直軸線的風扇安置在各供氣管中。
4根外梁與中間的第5梁各有在其頂部的上、下溝槽。上槽位於下槽的橫向朝外的位置上。
雙層排水收集系統支持在支架上。平行的長收集板的上層支持在各梁的上溝槽上。平行的長收集板的下層支持在各梁的下溝槽上。
最好是至少有5英尺厚的充填料體直接安置並支承在排水收集板上層之上。
液體分配系統位於充填料體之上。漂移消除器安置在液體分配系統的上面。
整個組件的高度，從水槽底部到各壁頂部不大於11英尺，所以能容易地用適當的卡車運輸。
本領域熟練技術人員在閱讀了下面的參照附圖的說明後，將容易看清本發明的各種目標、特徵與優點。
圖1是用4條支腿安裝於工地上的單個冷卻塔組件局部示意表示的正剖視圖。
圖2與圖1類似，但轉了90°。
圖3是圖2中左側的放大圖，略去了組件下方的支持構架。
圖4是上部擠壓成形壁板的放大剖面圖。
圖5是中間擠壓成形壁板的放大剖面圖。
圖6是4根外梁之一的縱剖視圖。
圖7是中間的第5梁的縱剖視圖。
圖8是一個氣管的等角投影圖。
圖9是水槽出口集液池的剖視圖。
圖10是用於組裝壁板與角柱的壁插件的視圖。
圖11是圖10中的壁插件沿圖10中線11-11的剖視圖。
圖12是沿圖2中線12-12剖開的組裝成的水槽支持構架的俯剖視圖。
圖13是類似於圖1中所示的雙層排水收集系統的一部分的放大視圖。
圖14是連接兩相鄰外梁端部的角部連接模件的頂視圖。
圖15是圖14中角部連接模件的視圖。
圖16是圖14中角部連接模件的底視圖。
圖17是本發明的有一個以上中間梁的另外實施例的與圖12有些類似的示意平面圖。
圖18是與圖13類似的表示另外的雙層排水收集系統的一部分的放大視圖，其中底層收集板是空心板。
圖19～24是和圖18的排水收集系統的中空下層一起使用的兩端蓋的一組附圖。下面對各附圖描述中所指的左、右方向是參照如圖25中所見的這些部件與排水收集系統的組裝圖而定的。
圖19是如圖25中所見的右側端蓋的右側視圖。
圖20是如圖25中所見的右側端蓋的後視圖。
圖21是如圖25中所見的右側端蓋的左側視圖。
圖22是圖25中的左端蓋的左側視圖。
圖23是圖25中的左端蓋的後側視圖。
圖24是圖25中的左端蓋的右側視圖。
圖25是帶有圖6與圖7的箱式支持梁的排水收集系統的組裝視圖。
現在，參見各附圖特別是圖1與圖2，其中示出了冷卻塔，並冠以序號10。
冷卻塔10包括組合水槽和支持框架組合12，其總體布置在圖12中看得最清楚。
組合12包括4個中空的外梁14、16、18和20，它們以其端部結構上相互連接而形成有4邊的大體為矩形的支架，在圖12中清楚可見，組合12最好還包括一個中間的第5中空梁22，它橫跨於梁16、20的中點之間，其指向大體平行於梁14、18。
4根外梁14、16、18與20確定出橫向由它們包圍的大體為矩形的充氣空間24。第5梁22把充氣空間24分為第1與第2充氣空間部26和28。
沿圖12中線6-6與7-7剖開的圖6與圖7的剖視圖很好地示出了梁14～22的結構。圖6示出了外梁14～20的典型的截面，圖7則示出了中間的第5梁22的截面。
每個梁14～22都是擠壓成型玻璃纖維結構件。於是，各梁沿其長度有基本一致的截面形狀。4根外梁14～20都有如圖6中所見的基本相同的截面形狀。第5梁22則具有圖7中所示的不同的截面形狀。
各外梁14～20都含有一個基本封閉的內腔30，它由梁內壁32、梁的外壁34和底板36所確定。封閉內腔30的頂部被上溝槽38與下溝槽40所封閉。溝槽38、40分別由梁的外壁與內壁34、32的一部分形成。中間梁壁42和溝槽底部44、46也是擠壓出截面的一部分，用於完全確定出溝槽38、40。溝槽38、40可以合起來作為它們各自梁的溝槽裝置。
許多水槽入口孔48沿上溝槽38的底板44間隔配置。類似地，在下溝槽40上也確定出許多水槽入口孔50使之與內腔30相通。
第5梁元件22包括由第1、第2梁壁54、56，梁的底部58和頂部60確定出的中空內腔52。垂直的凸緣62、64從梁頂部60向上延伸而確定出第1、第2中間下溝槽66、68。在凸緣62與64之間確定出組合中間上溝槽70。
溝槽66、68和70通過諸如72、74、76各開孔把水排入中空內腔52中。
當如圖12所示地把梁14～22連續在一起時，內腔30與52相通而確定了水槽78。水槽78基本是一個流通導管。液體在其中停留時間很短、因而基本沒有固體物質從液體中沉澱出來，而且水槽不是暴露的不致弄髒，也不會像通常的頂部開口水槽那樣地吹入垃圾等廢物。
在圖12中清晰可見，外梁的端部是用4個角連接模件80、82、84、86連接在一起的，第1角連接模件80的細節示於圖14、15與16中。其它角連接模件則與之相同。
圖14是角連接模件80的頂視圖，圖15是圖14中的模件的前視圖、圖16是圖14中模件的底視圖。
模件80決定了兩個大體水平的平面88、90，梁14與16的端部就安置在其上。為邊壁92靠近模件80的外周邊向上延伸，它包括92A、92B與92C等3個壁段、唇93在外壁92之下橫向伸出。
模件80的內側向上伸出壁94是角狀壁，並包括壁部94A、94B。
中間的空心凸脊96從水平面88、90的高度上向上突出，在凸脊96與外壁92之間確定出一個三角形槽98。三角形槽98可以描述為它有3個溝槽部分98A、98B與98C。
如圖12中所見，槽98把3邊的垂直角部支架元件100容納在其中。支架元件100沿冷卻塔壁200～204的整個高度垂直向上延伸，如在圖1與2中所見的那樣。支架元件100用多個伸入壁段92A、92C上的螺釘孔(未示出)的螺釘(未示出)螺接在3邊形壁92上。
在圖12中可見，垂直延伸的角形內角件102被容納在內角形壁94內。外梁14、16的端部緊靠地納入內角形件102與3邊角形支架件100之間。如圖3所示，螺釘103與間隔件105則用於把整個角部組合螺接在一起。
在平面88、90上形成多個灰漿槽104。如圖14所示，槽104也向上延伸進入壁92、94中。進而，在水平面88、90上還有許多向上伸出的凸起或鼓包106。圖中只示出了一些這樣的凸起。而一般地說，在所有的與角部連接模件80相配的不同結構件的連接之間都要設置這種凸起或其它間隙裝置。在不同構件之間提供空間的目的是在其間提供密封灰漿空間。這種密封灰漿對於在這些不同構件間的液密連接是必須的。一種最佳的灰漿是尿烷密封劑，其商品名是Vulkem921密封劑，可從俄亥俄，克利夫蘭，Mameco International Inc。購得。
在圖15、16中清晰可見，角部連接模件80上有帶3個壁部108A、108B、108C的向下延伸的3邊形壁108，它們從確定出水平表面88、90的底板向下延伸。壁108位於唇93內部，於是就確定了一個在其內接納3邊角部支柱328(見圖2)的3邊溝槽110。諸如328的三邊角柱的尺寸與構造是與可直接裝在其上的例如100的各三邊角支架元件相同的。
用穿入例如112的螺釘孔中的多個螺釘(未示出)把角支部328螺接到角連接件80上。
相間成三角形的加強板114、116與118分別從壁部108A、B、C向上延伸到確定了水平表面88、90的底板底面120。
參見圖12，中間梁22用諸如362的角狀角件連接到外梁16、18的中點上，角件與之螺接，其間用適當的密封材料捻縫。梁的開口，例如364、366將中間梁22的內腔與外梁16、20連通。
在圖1、2中清晰可見，從支承梁14、16、18與20分別向上延伸有4個壁200、202、204與206。圖3中示出壁200的放大圖。壁200由拉擠成型玻璃纖維中間壁板208與擠壓的玻璃纖維的上壁板210構成，其細節已分別在圖5與圖4中清楚地示出。中間板208上有在其下緣的帶槽端部212，它容納外梁壁34的上緣與之形成插舌榫槽式連接。
上部板210有沿其下緣確定出的槽214，它容納中間板208的上緣或榫舌216以在中間板208和上部板210之間形成第2個榫舌溝槽連接。壁200～206的橫向邊緣用例如已在前參照圖12加以描述的100的三邊角柱連接在一起。角柱100上端由上部角蓋模件218完成最後的工序。
如在圖4與圖5中所清楚地表明的，壁板208與210具有略微折皺的形狀，以增強其結構剛度並使之具有合乎美學的外觀。向外折皺215並不與角柱100的內側持平。在這些間隙中插入圖10與11中所示的插板217。螺釘219裝配在孔221中。略微突出的凸起223有助於保持如前所述的捻縫材料在位，直至其完成角柱100與插板217之間的密封。
在圖6與7中清楚可見，外梁14～20與第5梁22上分別有導管支承凸緣220與222。這些導管支承凸緣支持著如在圖8中所示的導管224的4個供氣管。其圖1與2中可以看到其中的三根管，並表示為224A、B、C。每根導管存在其底部的矩形吸氣口226和在其上部的圓形空氣排出口228及進入充氣空間24中的開口。在圖1中可看清，導管224隻是部分地伸入充氣空間24中並且最好是伸到第1距離230處。該距離不大於第2距離232的一半，第2距離是由空氣吸入口226到總體用序號236表示的排水收集系統的底部邊緣234的距離。
4個軸線垂直的風扇238配置於供氣管224中。在圖1與2中可以看到3個風扇，它們由序號238A、B、C表示。
每個風扇238都有電機240，其電機軸242朝向下，軸上裝有風扇葉，電機240安裝在由框架12支承的支架(未示出)。風扇把周圍的空氣吸入吸氣口226，並使空氣通過排氣口228進入充氣室24，使向上流動的空氣散開通過排水收集系統236，然後以基本均勻的強度通過充填材料體244，如果供氣管224是一直向上延伸到排水收集系統236的底部邊緣上的則可以提供更加均勻一致的強度。後一種安排會在導管的正上方造成更強的氣流，而使環形排放出口之間的間隙空間中強度較弱。
排水收集系統236清楚地示於圖13中，它包括上部的第1層排水收集板246與下部的第2層排水收集板248。
上部第1層246包括許多相互平行的長收集板250。圖13中示出6個這種板。從圖1中可知，整個層236中包含更多的這種板。
在圖2中可見，上、下層246與248各分為兩半，它們帶有許多排水板用以把水排放到外梁14、18的上面水槽38和中間的第5梁的綜合上部水槽70中。上層246的兩半用246A與246B表示，下層248的兩半則用248A與248B表示。
每個收集板250具有如圖2中所示的長度。各收集板，如圖1與13中所示，是傾斜的並在橫截該長度的方向上重疊配置。
各板250包括上垂直凸緣252，傾斜部254，與下垂直凸緣256。從傾斜部254向上伸出許多垂直肋258，這樣就確定出許多沿著板250長度走向的水平渠槽。向外伸出的凸緣確定了板250的最下面的渠槽。可以看出，每個板250的最下面渠槽259是位於相鄰板250的上凸緣252的下面的，這樣就可使從充填材料244落下的全部液體都會落在其中的一個板250上。上部凸緣252包括唇部261，它可以防止水附著在斜板部分254的背面並順其流下。凸緣259的外緣和肋258上端對齊，從而可在每個斜板部254背面與相鄰板250的上側肋之間形成對氣流的最小限制。
凸緣259略有彎曲而且外緣上翻，這樣可以儘量減小其對周圍氣流的阻斷作用。
從充填材料244體流下液體的絕大部分將被第1層246的收集板250所收集，然後，沿這些板的長度的橫截方向流動並排入外梁14、16的上部水槽38與第5梁22的組合上水槽70中，這已在圖2中清楚地示出了。任何未落入第1層板的潑出或噴濺出的液體都會落在並由收集板的第2層所收集。
第2層248包含許多收集板260。每個板260都包括垂直的上凸緣262，傾斜部264和垂直的下凸緣266。下凸緣266有上卷的渠槽267，用來收集沿傾斜部264的背面流下的所有的水。在傾斜部264上的許多垂直上伸的肋268用於水並將水導向板260的外端部。
應該強調的是肋268總體上垂直高度比肋258短。這樣做有兩個目的，第1，應該認識到由於上部板250收集絕大部分的水，故這些上部板250應具有比下部板260更大的蓄導更多體積的水的能力。於是就需要較深的槽以提供所需要的較大的流量。反過來，上部板250或下部板260的肋的高度都不希望高於所需值，因為它們會極大地阻礙氣流向上通過排水收集系統236。這樣，由於下部板260運載的水很少，它們不應有短得多的肋268以減少對上升氣流通過收集板下層248時的阻力。
在圖2中清楚可見，板260的外端是位於梁14或18的梁壁32的上緣之與中間梁22的壁54或56的上緣之上的，因而它們可以分別向下部溝槽40和下部溝槽66或68中進行排放。然後，水排入水槽入口，例如48與50，進入水槽78，到達溝槽38、40的水也下落入在角支架元件100和內部的支持角構架元件102(見圖12)之間的大致為三角形的開口角部空間並落入水槽78中。
圖13表示排水收集系統236的組裝狀態。它只由四種不同的構件組面，即上部板250，下部板260，陽螺紋連接件268和陰螺紋連接件270。連接件268與270可以整體地視為是連接板的支架268、270。
每個陽螺紋連接件268都包括在其一端有陽螺紋伸出部274的主體272和在其另一端的無螺紋的盲孔276。主體272的上表面有一個凹窿部278，它與延伸到底面282的排水孔280連通。
每個陰螺紋連接件270包括在其一端的有陰螺紋孔286的主體284，和從其另一端伸出的無螺紋的光銷288。主體284的上表面有一淺凹窿290，它與相鄰的陽螺紋連接件268上的凹窿278互補並向其排放水。
從圖2可知，下層248的板260的長度是短於上層246的板250的長度的。
從圖1與13中可見，第2層248的收集板260是與上層246的收集板250相對地傾斜的。如圖13中所見到的，可以說上板250有正向斜度，而下板260有負斜度。
上層246收集板250的每一個下緣，當其由下垂直凸緣256所確定時是與由上垂直凸緣262所確定的下層248的每個收集板260的上緣對準並且重疊的。在凸緣256與262上有相互對準的孔，陽螺紋連接件268中的一個帶螺紋銷274伸入其中。然後該螺紋銷274與相鄰的陰連接件270的螺紋孔286組裝在一起。
類似地，在圖13中亦可見，陽連接件268與陰連接件270是通過在上部板250的上垂直凸緣252上及下部板260的下垂直凸緣266上的螺釘孔組裝在一起的。
由圖13所示可知，該排水收集系統236可以描述為由許多人字形區段構成的，每個區段都包括帶有三對陽與陰連接件268、270的一個上收集板250和一個下收集板260。這樣就提供了一種區段，它在左側有無螺紋的陽銷288，在右側有無螺紋的盲孔276，於是只要把銷288推入相鄰的人字形區段的孔276中就能很容易地把它們裝配在一起。這樣，排水收集系統236的收集板的整體布置就可以說是形成一種人字形的構形。可以說，該人字形區段是一種易於裝、拆的可拆卸的推壓而成的裝配體。
應該強調的是，在圖13的結構中，落在板250中某一個的上表面上的與飛濺出的所有液體都將到達如圖13中所見的位於其左側的下部板260的渠槽中。
已經被肯定的是，使用上、下層收集板的人字形布置能提供極優異的水收集能力，它基本上可以防止任何水汽落到在其下面的風扇上。而且也已發現其工作優於其它的可能的雙層板的布置。此種布局提供了優異的水收集能力並對向上運動流過其中的空氣提供了可接受的低流動阻力，這兩方面對於能有效地正常工作的冷卻塔來說是至關重要的。
設置凹窿或凹面278與290以及排水孔280的目的是使任何落在連接件268與270的頂部的水汽都能通過排水孔280被收集在橫置於下面的收集板中，值得讚賞的是連接下層收集板260的下凸緣266的連接件下排的排水孔實際上是不起作用的，因為再也不會有液體達到這些元件上。使這些下部連接件上也形成排水孔只是為了不必模製出兩種以上的不同的連接件而已。
從圖1中可見，在排水收集系統236與壁202、206之間還確定出外側的氣體流動空間292與294，它們可使來自充氣室24的氣體流過這些空間292與294。這樣就消除了靠近壁202與206處的氣泡。
圖1中所見的梁16、20的溝槽38與40並不直接收集來自排水收集系統的水，而是收集沿壁202、206流下的水及通過周邊氣流空間292與294落下的水。
充填料體244最好由5層295、296、298、300與302構成。充填材料是可從商業上購得的波紋塑料的充填材料，它最好是一英尺寬、一英尺厚的帶狀物，其寬度應使每個帶條能合適地配合在各壁202和206之間。
液體分配系統304配置在充填材料體244的正上方。分配系統304包括橫跨於並支持在壁202與206上的主集水管306。集水管306在其一端有具有螺接的入口法蘭308，而在另一端則為螺接的盲口法蘭310。從集水管306上延伸出四根橫管，例312、314與316。四根這樣的橫管各帶有在下面可轉動的噴嘴318，圖中示出了其中三個，用318A、B、C表示。
噴嘴318的從噴嘴到充填材料244頂面的液體噴灑自由落高321隻有幾英寸高。在任何情況下，為了使組件10獲得所希望的緊湊性，應使噴嘴具有這種大體上小於1英尺的自由落高。噴嘴318的結構最好是按照Curtis的US5,143,657專利「FLUID DISTRIBUTOR，和Curtis的US5,152,148」「AUTOMATICALLYADJUSTABLE FLUID DISTRIBUTOR」的教導構成，其各種細節已在此引入作為參考。
漂移消除器320位於液體分配系統之上，最好是支持在中央集水管306與在四壁的上壁區段210上形成的內伸凸緣322(見圖4)上。
按照本發明構成的冷卻塔的從水槽底部到各壁頂部的總高度324(見圖2)可以小於11英尺，但它仍能設置5層厚度滿1英尺的充填材料，並設置雙層收集板。這樣，就能提供一種具有極高性能的設備，它非常有效地利用緊湊的空間，其所具有的高度324使其可用易得到的有著標準高度的卡車系統上進行運輸。
如圖1與2中所見，組件10是由四條腿或角柱支持的，例如位於框架12角部的326、328、330。如前所述，各角柱有三個邊。角柱用角形結構的系統杆332支撐在橫跨其間的外梁上。
工作時，待冷卻液體用液體分配系統304分配到整個充填材料體244上。液體滴入充填材料的各波紋層，然後主要由收集板的上層246所收集，而且任何濺出液體都會被收集板的下層248收集起來。然後，該液體通過溝槽38、40、66、68與70排入水槽78。必須要克服的一個主要問題是在使用位於充填材料下面的風扇時，應完全消除水濺到風扇上的可能性。另外的問題是在冬季工作條件下會產生嚴重的結冰。這一問題通過使用雙層排水收集系統236得到解決。
第5梁上連接有水槽出口貯水池334，在圖9中看得最清楚。水槽出口336有安裝於其上的凸緣338，這樣可把出口管用螺釘連接在其上。貯水池334通過諸如368與370的開口與中間梁322的內腔連通。
液體高度控制器340(見圖1)位於水槽78內，用以監測其中液面高度。控制器340可與適宜的閥、泵等相連，以控制通過冷卻塔組件10的液流。由控制器340把液面高度控制在低於溝槽底部46的水平上。
最後應該強調的是本發明冷卻塔的結構是可以像如圖12中所示的基本為矩形那樣地，用於如圖17中所示的長方形結構的。例如，若圖12中所示的組件所具有的基本正方形的外廓尺寸大致為12英尺×12英尺，則該結構可以改變為12英尺×18英尺或12英尺×24英尺的組件。圖7中示意地描述出12英尺×18英尺組件的組合支架與水槽的組合340。組件340有四根外梁342、344、346與348，它們全有如圖6中所示的截面形狀。支架2340包括兩根中間梁350和352，它們具有如圖7所示的截面形狀。相鄰的外梁之間的連接與外梁和中間梁之間的連接是和以前參照附圖12所描述的連接相同的。圖17所示的支架決定了一個充氣室354，可以說它是由三個充氣室部分356、358和360構成的。在每個充氣空間部分356、358和360中有兩個通氣管和兩個風扇。
使用12×18的組件或12×24的組件，與由多個較小組件提供相同能力的組合型塔相比，可以降低建造與安裝費用。在外梁較長時臨近各中間梁的端部將安置附加的工字鋼支柱。
如圖13中所示的雙層排水收集系統的開發工作已經表明，在極少的情況下其環境條件會使得落在排水收集系統下層上的少量液體結冰，使下層板凍結並破壞該冷卻塔的工作。
為了消除這種問題，已經設計出如圖18所示的改進型雙層排水收集系統，它設置了被加熱的排水收集板的下層，利用向下流過冷卻塔的熱液中的熱量通過中空的內腔而給排水收集板的下層加熱，以阻止流落在排水收集板下層的上表面上的液體凍結。
圖18中的雙層排水收集系統總體用序號400表示。它有由許多平行的長收集板404構成的上層402。還包括有許多平行的長收集板408的下層。
下層406的各收集板408都是中空的、有上壁410與下壁412的雙壁板。兩壁410與412之間確定出空腔414。
下板408上有與內腔414相通的上開口416。
每個上板404有下緣418，它與下板408的上壁410的上緣420重疊。每個上邊404的下緣418把來自上板404的液體通過開口416排放到雙壁下板408的內腔414中。
各下收集板408的上開口416可以說成是沿著板408的長度延伸的長開口，由上、下壁410與412之間的空間422所確定。空間422從向開口416排水的上板404的下緣418作橫向延伸，以有效地增加上板404的相鄰之一間的重疊度並極大地減少從一上板404噴濺到相鄰的下板408上的噴灑量。
例如，參見圖18，上板404已分別用404A、404B與404C代表，而下板408則類似地用408A、408B與408C代表以易於區分。落在上板404A上的水基本被收集並沿板404A的寬度橫向流動並進入下板408A的上開口416中。從上板408A上表面濺出的水在它落到下一個相鄰的下板408B的上表面之前都必須會向右飛濺通過整個開口416並越過板408A下壁412的上唇部424。如圖18中所見，下板408A開口的寬度422可以來增大上板404A的橫向寬度，這樣就可以有效地增大相鄰各上板404之間的重合度，從而能大大地降低飛濺到下板408中的任何一個例如410的上壁上表面的噴濺量。
為了保證在寒冷的冬季條件下能對下板408進行適當的加溫，在下層406的每個收集板408上設置排出口，其尺寸應使得對於通過冷卻塔的液體設計流量而言，能保持其液面高度在近於426的高度上，從而使內腔414基本充滿熱液以對下板408的上壁410進行加溫而阻止落在其上的液體凍結。
實際上有兩個這樣的排出口，在下板408的每端各一個。這些排出口在圖25中可見，由428與430表示。
在圖18中可見，各下收集板408各有一加大了的大體為圓柱形的下部432。
三個垂直凸緣434、436與438從上壁410的上表面向上延伸。第4個上伸的凸緣440延伸到上緣420。凸緣440與上板404的下部重疊，兩者用水泥或其它方法粘結在一起。
在凸緣434、436、438與440之間確定出許多渠槽442、444與446。這些渠槽收集落在上壁410上的任何飛濺液體並沿下板408的長度方向縱向地排入如圖25中所見的溝槽40與66中。
靠近下板408的下緣有一唇部448，它確出一個渠槽450，用來收集凝結在下壁412的背面上的並沿下壁412流下的水。
下壁412有垂直延伸部，其端頭終止於前面所定出的上緣424，還有一從其上水平地外伸支持凸緣452。T形支柱454有U形的下端456，用以接納凸緣434，還有一橫向件458，它容置於支持凸緣452的下表面上所定出的槽460的下端。
支柱454在圖18中是以截面形式示出的，通常它有進入圖18的繪圖紙面的平面約為2英寸左右的寬度，從圖18中可知，有許多這樣的支柱，用於把上層與下層402、406組合在一起。
每個上板都有在其上的第1與第2短的上伸肋462與464。在其上緣處，每個上板404都有向下開口的槽466。
另一T形支柱454延伸於各肋464與位於其正上方的槽466之間。
這樣，整個排水收集系統400就由三種不同的PVC塑料擠壓成形部件組裝而成，它們是上板404，下板408與T形支柱454。
圖25說明了下板408的內腔414中所收集的液體是如何進入梁14、22的內腔30與52中的。
如圖25所示，內腔414的右端與左端是被右與左端蓋468、470所封閉的。右端蓋468的詳細結構示於圖19～21中，左端蓋470的詳細結構則示於圖22～24中。
圖19是表示右端蓋468的左側的立面圖，如在圖25中所見，它是在下收集板408的右端滑動的表面。在圖19中可見，右端蓋468有邊唇472，當不同的凸緣已適宜地進行修整使端蓋可以滑入時，它在其上運動並在上、下壁410、412的外周緣上與下壁408的下圓筒部432上滑動。第2或右側排出口430就通過右端蓋468確定。
圖20是右端蓋468的後視圖，可以看到它有一個吊掛唇部474，它與中間梁22凸緣62的上緣相配合。
一個短圓柱形突出部476，開口430通過它而確定，如圖25所見地向右延伸，而在圖20中所見到的是向左伸出。從圖25可知，突出部476通過在中間梁54的壁62上的開孔478而伸出，把水排入區域70中，並通過孔76進入箱式梁22的內部區域52中。
類似地，左端蓋470上也有與圖25中所見壁42的上緣相配的吊掛唇部480。在左端蓋470上有螺紋孔482。在圖25中可見，有排出口428的螺絲堵484通過壁42上的孔486延伸並擰入螺孔482中而確定了下面的雙壁收集板408的排出口。
在圖18中清楚可見，上板404的上伸肋462與464是非常淺的並不能收集大量的水。設置這些肋的目的是為了與T形支柱454進行連結，並用於阻斷沿圖18中板404的寬度橫向流動的水流以減慢水的這種流動。在圖18中清楚可見，落在上板404的上表面上的大部分液體是橫向流動的，即向圖18的右方向下通過板404的寬度的，於是就流入位於下面的雙壁下板408的內腔414中。落在上板404的水中相當小的部沿上板404縱向流動，即在圖25中從右向左或者從左向右流入溝槽40與66中。
圖18還出了兩個極佳的特點，它們可應用在雙層收集系統400或圖13中的雙層收集系統236中。
此兩個附加特點均有助於消除空氣通過不工作的風扇回流或向下流動的問題。值得稱讚的是在例如圖1與圖2中所示的多風扇裝置中，如果四個風扇都工作，就會有均勻的上升氣流通過它們。然而，如果有一個或更多的風扇不工作，這或許是由於要求負載較低所致，於是有時就會有空氣通過這些不工作的風扇向下流動或回流的問題。為了消除這種現象，必須隔離冷卻塔的位於四個風扇的每個風扇上方的這些區域。有三個區域必須考慮隔離或分隔，第1個區域在充填材料層中，第2個區域在排冰收集系統中。第3個區域在充氣室中，各風扇在安裝在其中的。
向上通過填料層的氣流可以通過適當地安排構成填料體的「木材」(「Log」)而加以控制，從而防止在這些填料的四個象限之間產生橫向氣流。正如本領域熟練技術人員所了解的那樣、填料通常是設置在「木材」上的，它們可以有例如1英尺×1英尺×6英尺的尺寸。這些木材縱向安置，而每根木材則構成給定填料層的一個象限的一部分。同樣也了解，可以安排構成填料「木材」的波紋材料的方向使空流在特定的方向上通過這種木材。通過適宜地堆積這種木材。可以基本上消除填料體中的橫向氣流。
本發明的目的是控制橫向氣流，從而控制雙層收集系統與充氣室中的向下氣流。
圖18示出了一種位於相鄰的下板408B與408C之間的擋板裝置486，它可以在位於這些板下面的風扇不工作時阻止氣流向下流動。擋板486為示於圖18中端部的板狀結構。它藉助於短鋼琴鉸鏈488連接到一些T形支柱454上。
在圖18中可以看出，擋板486相對於鉸鏈488的右側部分寬於在鉸鏈488之左的擋板486的部分。擋板486的重量使得在無氣流通過時，在鉸鏈488右方的擋板486部分的重量大於其鉸鏈488的左方部分，於是擋板就會落向如圖18中實線所示的封閉位置上。在封閉位置上，擋板封住凸緣436和相鄰的下板408C、408B的下壁412的下表面之間的空間。
當位於擋板486正下方的風扇啟動時，向上的氣流對擋板486較寬部分的推力大於對擋板486左方的推力，就導致擋板486向上轉動而到達圖18中虛線所示的開啟位置。藉助於在相鄰的下層406的收集板408中的多個上設置這種擋板486，而提供了一種可自動啟閉在相鄰的下板408之間的氣道的裝置，當風扇不工作時自動關閉氣道，當風扇工作時則自動打開這些氣道。
擋板裝置486除了可阻斷向下氣流外，還可以防止飛濺液向下流動通過下收集板408而落在不工作的風扇上的任何可能性。這樣就消除了在寒冷的冬季的條件下不工作風扇結冰的可能性。
圖18還描示出分隔壁490的使用。這是為了防止空氣在圖1中所見的第1充氣空間部分26中產生橫流而設置的。分隔壁490隻是一個垂直壁，它從下板408B的下壁432向下延伸至大體上為該充氣空間的全高232(見圖1)上，從而將其中的兩風扇隔開。分隔壁490可以說成是位於風扇之間以及位於在各風扇之上的排水收集系統的相應各部之間的分隔裝置490，用於當上述風扇之一不工作時防止空氣回流下降通過該風扇。
同樣地，如在圖25中所見，藉助於垂掛於中間壁22的溝槽空間70之中使其深度浸沒在空間70中所含液體中的長T形分隔板492可以防止兩充氣室部分26、28之間的兩排水收集系統的分隔部之間產生橫流。
圖18的雙層排水收集系統中有中空的下板，其中充滿熱液以防止結冰，與圖13中的實施例相比還有一些另外的優點。
優點之一是，與圖13的排水收集系統對照，通過圖18的排冰收集系統的上升氣流的壓降較小。這是因為已在收集板的上層上取消了相對較高的上肋，從而增大了各相鄰上板404之間的流通空間的寬度。在圖13中的排水收集系統中，在各相鄰下板408之間與各相鄰上板404之間所張開的有效寬度均為3英寸左右。
另外的優點是，由於中空的下板有寬的橫向張開距離422而增大了相鄰上板404之間的重合度，與圖13中的設計相對照，它能使極小的飛濺液落在下板408的上壁410外表面上。
最後，由圖18中的排水收集系統400所收集的液體的大部是收容在下板的封閉的內部空間414中的，並且是在可控的條件下通過排出口428、430而進入箱式梁中的，故與圖13中的系統相比，就使得落入溝槽中的飛濺水更少。
此外，還應該指出的是，上板404有兩個平面部分，一個斜度較小的上部494與一個較陡斜度的下部496。這樣可有兩種作用。較小傾度使上板更加靠近填料的底部表面，於是就把其離開填料的距離減少約4英寸左右。這就降低了飛濺水量，因為飛濺程度是直接與水掉落在收集板之前的降落距離相關的。上板404較小斜度部分494的另外的功能是它加寬了供氣體流動的相鄰兩板404之間的空間，從而降低了為使空氣向上流過排水收集系統所需的壓力差。
與圖13的系統對照，圖18的系統的另外的優點是排水收集系統418可以製成比按照圖13設計的相當系統中的高度短2英寸左右。這餘出的2英寸可供冷卻塔的其它部分之用，例如，可使在圖2中的水分配系統的集水管用的水平管306的直徑增加2英寸。
應該指出，在寒冷的冬季條件下風扇凍結問題對於在本說明書中所公開的直流強制通風的逆流式水冷卻塔是遠比風扇位於填料上方的通常的水冷卻塔更為嚴重的問題。在這些通常的塔中，風扇是處於熱的溼氣流中，通常不會有結冰問題。然而，在這裡所公開的系統中，風扇是處在幹、冷氣流中，故若有任何潮氣到達風扇上就會有結冰問題。
由此可見，用本發明的裝置可以很容易地達到上述各種目的與各種優點，以及它們的固有特性。雖然為了公開本發明而描述與說明了幾個本發明的最佳實施例，本領域的熟練技術人員還可以做出許多改變，而這些改變是包容在由後附諸權利要求所確定的本發明的範圍與精神之中的。
權利要求
1.一種冷卻塔裝置，其特徵在於，它包括充填材料體；液體分配系統，位於上述填料體上面並把液體分配於上述填料體的頂部，從而使上述液體靠重力下降並通過上述填料體；位於上述填料體下面的風扇，用於將冷空氣向上送入上述填料體，接觸並冷卻上述液體；以及雙層排水收集系統，它位於上述填料體與上述風扇之間，用於收集從上述填料體落下的液體並阻止上述液體到達上述風扇，上述排水收集系統包括具有第1長度的相互平行的長許多收集板的上層，上述收集板在橫截上述收集板的第1長度的方向上傾斜並重疊，上述重疊的收集板覆蓋住上述風扇；以及有許多相互平行的長收集板的下層，它位於上述上層與上述風扇之間，用於上述上層的飛濺液，並阻止其飛濺到上述風扇上。
2.如權利要求1中所述的裝置，其中上述下層收集板，它有其方向大體與上述上層收集板的第1長度平行的第2長度。
3.如權利要求2中所述的裝置，其中上述下層收集板是與上述上層收集板在相對的方向上傾斜的。
4.如權利要求3中所述的裝置，其中每個上述上層收集板的下緣與各上述較低高度收集板的上緣重合，使上述上層與下層形成一種人字形的構形。
5.如權利要求1中所述的裝置，其中還包括橫向圍繞上述風扇的水槽，上述水槽包括在風扇的相對兩側相互平行的第1與第2溝槽裝置，用於收集來自上述排水收集系統的液體並將上述液體導入上述水槽中；以及上述收集板的長度大體垂直於上述水槽的第1與第2溝槽裝置，上述收集板的兩端部是開放的，用來向上述第1與第2溝槽裝置進行排放。
6.如權利要求5中所述的裝置，其中各上述第1與第2溝槽裝置包括上溝槽及下溝槽，上述上溝槽比上述下溝槽處於更加向外的位置上；上述上層收集板的上述第1長度大於上述下層收集板的長度；而且上述收集板的上層與下層分別橫跨在上述上溝槽與下溝槽之間。
7.如權利要求1中所述的裝置，其中上述下層各收集板是有內腔的中空雙壁板，其上端開口與上述內腔連通，並位於接收來自上述上層的一個板排下的液體使之進入上述內腔的位置上。
8.如權利要求7中所述的裝置，其中上述下層的各雙壁收集板包括上壁和下壁；而且，上述下層各收集板的上述上端開口是由沿著上述收集板長度方向的上下壁之間的間距所確定的長形開口，上述間距是離開向上述開口排水的上述上層的一個板而橫向延伸的。
9.如權利要求7中所述的裝置，其中上述下層的各收集板有用於排放上述內腔的排出口，上述排出口的尺寸使之能在通過上述裝置的液體的設計流量與上述下層各收集板的上述內腔中液面高度下提供一種能對上述下層收集板進行加溫，並能防止在上述下層收集板頂部所收集的液體結冰的裝置。
10.如權利要求7中所述的裝置，其中上述下層的各收集板有加大的下部，以確定出上述內腔的下面部分。
11.如權利要求7中所述的裝置，其中還包括橫向圍繞上述風扇的水槽，該水槽包括第1與第2相互平行的溝槽裝置，位於上述風扇的相對兩側上，用於接收來自上述排水收集系統的液體並將其導入上述水槽中；上述收集板的上述長度在基本垂直於上述水槽的第1與第2溝槽裝置方向上，上述收集板有開放的端部，以向上述第1、第2溝槽裝置排放液體；以及連接在上述下層的各收集板上的第1與第2端蓋，在蓋上分別有第1、第2排出口，並分別連通上述下層各收集板的內腔與第1、第2平行溝槽裝置。
12.如權利要求7中所述的裝置，其中上述上層收集板為波紋折皺板，用以使落在上述上層收集板上的大部分液體沿上述板橫向流動而進入上述下層收集板的內腔中。
13.如權利要求12中所述的裝置，其中上述下層的收集板包括在其上形成許多渠槽的頂部表面，使得落在較低高度的上述收集板頂部的全部液體沿著上述下層的收集板的縱長方向進行排放。
14.如權利要求1中所述的裝置，其中還包括許多擋板裝置，它們位於相鄰的上述下層收集板之間，在上述風扇不工作時，它們自動地將在上述各相鄰板之間形成的氣道封閉，而當上述風扇工作時，自動地打開上述氣道。
15.如權利要求1中所述的裝置，其中還包括至少一個附加風扇；和分隔裝置，位於上述各風扇之間及在上述各風扇上面的上述排水收集系統的對應部分之間，以防止當某一風扇不工作時空氣回流而通過上述風扇。
16.一種可運輸的冷卻塔組件，其特徵在於，它包括一水槽；從上述水槽垂直向上延伸的四壁；供氣管，它有在其底部形成的吸入口和在其頂部形成的排出口，上述供氣管被上述水槽橫向包圍；位於上述供氣管中的垂直軸線的風扇；排水收集系統，位於上述水槽和上述供氣管的上面，上述排水收集系統包括排水收集板的第1層與第2層；填料體，位於上述排水收集系統的正上方，上述填料體至少要有約5英尺的垂直厚度；液體分配系統，至少包括一個在上述填料體的上方一段距離的噴嘴，以使其具有從上述噴嘴到上述填料的噴灑自由落下高度不少於1英尺；位於上述液體分配系統上面的漂移消除器；以及上述可運輸的冷卻塔組件從上述水槽的底部到上述各壁頂部的總高度不大於11英尺。
17.如權利要求16中所述的可運輸的冷卻塔組件，其中上述水槽包括四根梁，至少其中兩根梁有向上述水槽排水的上溝槽與下溝槽；上述排水收集板的第1層至少部分地由上述上溝槽支持並向其中排水；上述排水收集板的第2層至少部分地由上述下溝槽支持並向其中排水；以及上述填料體是支承在排水收集板的上述第1層之上的。
18.一種冷卻塔裝置，其特徵在於，它包括填料體；液體分配裝置，它位於上述填料體的上方並使液體分配在上述填料體的頂部之上，於是上述液體就受重力作用向下通過上述填料體；位於上述填料體之下的多個風扇，用於把冷空氣吹向上方使之通過上述填料體並與上述液體接觸使其冷卻；排水收集系統，位於上述填料體與上述風扇之間，用於收集從上述填料體上落下的液體並阻止上述液體落到上述風扇上；以及分隔裝置，位於上述各風扇之間及在上述各風扇上方的上述排水收集系統的相應部分之間，當上述的一個風扇不工作時，防止空氣回流而向下流過上述風扇。
全文摘要
提供一種帶雙層排水收集系統(400)的直流強制通風逆流式冷卻塔裝置(10)。最好是由帶內腔(414)的中空板(408)形成收集板的下層(406)，內腔中接收從板(404)上層(402)收集來的熱水。這樣可將下部板(408)加熱或加溫，從而可以防止在寒冷冬季的工作條件下排水收集系統(400)的下板(408)結冰。
文檔編號F28F25/02GK1141599SQ94194834
公開日1997年1月29日 申請日期1994年11月29日 優先權日1993年12月3日
發明者H·D·柯蒂斯 申請人:託爾技術有限公司