CN105531558A - 冷却塔充填装置 - Google Patents

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CN105531558A CN201480042824.3A CN201480042824A CN105531558A CN 105531558 A CN105531558 A CN 105531558A CN 201480042824 A CN201480042824 A CN 201480042824A CN 105531558 A CN105531558 A CN 105531558A
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Abstract

本发明提出了一种用在冷却塔的直接换热部分中的充填装置中的充填层。每个充填层包括脊、槽、分离器，当安装为冷却塔的直接换热部分时，改善了充填层装置的性能。分离器被布置在充填层之间的辅空气路径中，以改善直接换热部分的空气流动能力和性能。

Description

冷却塔充填装置
技术领域
本发明涉及热量和质量传递介质或者充填层装置，该装置在冷却塔的直接热交换部分内使用。更具体地，本发明涉及使用在直接热交换单元中的充填层，该直接热交换单元可以是冷却塔。
背景技术
热量和质量传递介质或者充填层装置通常垂直于蒸发液(通常是水)指向，使其沿材料流动(通常是向下流动)，气流通常被横向地引导，但是潜在地并流或者错流通过直接冷却部分的隔开的充填层。气体与蒸发液相互作用以进行热量和质量传递。
发明内容
本发明的热量和质量传递介质或者充填层装置通过提供装填物的相邻层提高直接热交换装置的热效率，所述装填物限定气流通道。由于在相邻充填层上使用凸分离器和凹分离器两者，这种气流通道是非常高效的，所述凸分离器和凹分离器被布置在充填层的主气流路径外部之间。每个充填层由一连串的脊和槽组成，所述主气流路径设置在第一充填层槽的后部面和相邻第二充填层槽的前部面之间。辅气流路径被设置在第一充填层脊的后部面和相邻第二充填层脊的前部面之间。通过将分离器放置在辅气流路径中，在直接热交换装置中产生了优化的气流和优化的热量和质量传递。
在设置在第一充填层槽的后部面和相邻第二充填层槽的前部面之间的主气流路径中，当空气穿过介质时倾斜凸起部分和倾斜下沉部分推动空气以多种方式旋转，并且提升热量和质量传递效率。在根据本发明的直接换热器中与第一充填层和相邻第二充填层有关的其他改进包括过渡区和每个充填层的出口侧边缘，所述过渡区设置在每个充填层的多个脊和多个槽之间，所述每个充填层的出口侧边缘用于使空气排出充填层装置。这种过渡区减少了蒸发液的数量，避免了使用除雾器，所述除雾器典型地与充填层装置的第二侧边缘或者出口侧边缘相邻。
与本发明的充填层装置有关的另一改进是空气入口窗区与充填层装置的空气入口或第一侧边缘相邻。每个充填层包括空气入口窗区，所述空气入口窗区包括多个逐渐凸起的表面，所述凸起表面导致形成了每个充填层的凸起的脊。
附图说明
在附图中，
图1是根据本发明的实施例的第一充填层的侧视图；
图2是根据本发明的实施例的第二充填层的透视侧视图；
图3是根据本发明的实施例的相邻第二充填层的部分第一充填层的示意图；
图4是根据本发明的实施例的相邻部分第二充填层的部分第一充填层的示意图；
图5是根据本发明的实施例的示出了过渡区和除雾器的第一充填层的局部视图；
图6是根据本发明的实施例的示出了气体入口窗区的第一充填层的局部视图；
图7是根据本发明的实施例的第一充填层的局部视图，示出了沿脊和槽的凸起部分和相邻的下沉部分的脊和槽；
图8是根据本发明的实施例的示出了凸分离器和凹分离器的第一充填层的局部透视图；
图9是根据本发明的实施例的相邻部分第二充填层的部分第一充填层的示意图；
图10A是根据本发明的实施例的相邻部分第二充填层的部分第一充填层的示意图；
图10是根据本发明的实施例的示出了凸分度器和凹分度器的第一充填层的局部透视图，以及
图11是根据本发明的实施例的示出了标记分离器的第一充填层的局部侧视图。
具体实施方式
如图1所示，第一充填层以标号10表示，第一充填层10示出为大致矩形的大体平面结构；但是，应该理解的是根据装置的设计需要，第一充填层10也可以为矩形结构或者梯形结构。可见，第一充填层10包括顶部边缘16、底部边缘18、第一侧边缘12和第二侧边缘14。通常，当被安装直接换热器单元中后，可以作为冷却塔的组件，蒸发液(通常是水)向下流动到顶部边缘16，穿过第一充填层10，并且流出底部边缘18。第一侧边缘12通常是空气入口边缘，空气以横流被强迫进入或者抽吸到与向下流动的蒸发液，以从第二侧边缘14流出。向下流动的蒸发液和横流空气流的这种结合使得能借助热和质量传递运行从蒸发液中带走热量。应该明白的是，空气流也可以是稍微与向下的蒸发液流逆流或并流的，这取决于直接换热器单元的设计。
每个第一充填层10通常包括聚氯乙烯、聚丙烯或者在压缩、真空成型或者模塑操作中形成的任何其他的塑性层。可见，除雾器58被布置在第一充填层10的第二侧边缘14的内部。第一充填层除雾器58使得能保持蒸发液***露或者至少没有任何明显数量的蒸发液从第二侧边缘14泄露，并且有助于保持蒸发液的主液流向下穿过第一充填层10。
可见，第一充填层10还包括从第一侧边缘12向第二侧边缘14纵向延伸的脊32。与第一充填层脊32相交替的是第一充填层槽34，所述第一充填层槽也从第一侧边缘12向第二侧边缘14纵向延伸穿过第一充填层10。
可见，第一充填层10还包括第一凹分离器44，所述第一凹分离器从第一充填层10的表面向上延伸。需要进一步说明的是，第一凸分离器44典型地布置在第一充填层10的后部表面上的第一充填层脊32上。
可见，第一充填层10的后部表面使得每个脊包括一系列的倾斜凸起部分33，所述倾斜凸起部分从面向顶部边缘16的脊32的边缘向上倾斜，并且具有与面向底部边缘18的第一充填层脊32的边缘相异的并行角。与每个凸起部分33相邻的是下沉部分35，所述下沉部分具有与每个相邻凸起部分33相似的角度布局。
现在参考图2，可见第二充填层20与第一充填层10非常相似，第二充填层20也通常为大致矩形的大致平面结构，具有顶部边缘26、底部边缘28、第一侧边缘22和第二侧边缘24。
第二充填层20再次与第一充填层10相似或者相同，二者都由聚氯乙烯、聚丙烯或者在压缩、真空成型或者模塑操作中形成的任何其他的塑性层组成。另外，可见第二充填层20包括第二充填层20的前部面上的第二充填层脊36和第二充填层20的前部面上的相邻第二充填层槽38。可见第二充填层20还包括第一凹分离器46，所述凹分离器通常存在于第二充填层脊36上，并与第二充填层的第二凹分离器50相似。需要进一步解释的是，第一充填层的第一凸分离器接触第二充填层的第一凹分离器，第一充填层的第一凹分离器44从第一充填层10的后部面延伸，并且第二充填层的凹分离器46存在于第二充填层20的前部面上。相似地，第一充填层的第二凸分离器48接触第一充填层10的后部面，并从第一充填层的后部面延伸，并且接触布置在第二充填层的前部面上的第二充填层的第二凹分离器50。可见，第二充填层20相似地具有一系列的脊和相邻的一系列第二充填层槽38，所述脊从第一侧边缘22向第二侧边缘24纵向延伸，所述第二充填层槽也从第一侧边缘22向第二侧边缘24纵向延伸。
可见，第二充填层20的前部面使得每个脊包括一系列的倾斜凸起部分37，所述倾斜凸起部分从脊36的、面向顶部边缘26的边缘向上倾斜，并且具有第一充填层脊36的、与面向底部边缘28的边缘相异的并行角。与每个凸起部分37相邻的是下沉部分39，所述下沉部分具有与每个相邻凸起部分37相似的倾斜布局。
实际上，直接换热器单元的充填装置由彼此相邻布置的两个充填层组成，并且根据需要重复多次。现在参考图3和图4，图中可见部分第一充填层10与部分第二充填层20相邻。可见，第一充填层的第一凹分离器44从第一充填层10的后部面上的第一充填层脊32向第二充填层20的前部面上的第二充填层脊36延伸。可见，第一充填层的第一凸分离器44接触第二充填层的第一凹分离器46，并且在作为直接换热器中的部分充填装置时，在第一充填层10和第二充填层20之间产生了设计的间隔。应该注意的是，主空气路径40形成在第一充填层10的后部面上的第一充填层槽34和形成在第二充填层20的前部面上的第二充填层槽38之间。相似地，辅空气路径42形成在第一充填层10的后部面上的第一充填层脊32和第二充填层20的前部面上的第二充填层脊36之间。因此可见，第一充填层的第一凸分离器44延伸进入辅空气路径42，并与第二充填层的凹分离器46接触。第一充填层的第一凸分离器44和第二充填层的第一凹分离器46的这种布局使得能保持主空气路径40的通畅，使得来自相邻的第一充填层10和第二充填层20的的入口边缘的气流受到更小的影响，并且额外的充填层形成为向外朝向第一充填层10的第二侧边缘14和第二充填层20的第二侧边缘24的部分充填层装置，并且这种第二侧边缘也被视为充填装置的空气出口边缘。
参考附图4，在布置在第一充填层槽的后部面和相邻第二充填层槽的前部面之间的主空气路径中，第一充填层10的后部面具有倾斜凸起部分33和相邻的下沉部分35，并且第二充填层20的前部面具有倾斜凸起部分39和相邻的下沉部分37。在图1中，当空气沿从第一侧边缘12向第二侧边缘14的方向流动时，倾斜的凸起部分33和39和相应的下沉部分35和37使得空气以螺旋的方式旋转。在主空气路径40中，使得空气沿逆时针方向旋转的倾斜的凸起部分33和39和倾斜的下沉部分35和37的数量与使得空气沿顺时针方向旋转的倾斜的凸起部分33和39和倾斜的下沉部分35和37的数量的比例是3比1。如果使得空气从第一侧边缘12向第二侧边缘14逆时针流动倾斜的凸起部分和倾斜的下沉部分是使得空气顺时针转动的倾斜的凸起部分和倾斜的下沉部分的3倍以上，主要的气旋的3/4沿逆时针方向41旋转并且1/4沿顺时针方向43旋转。在相邻的主气流路径45中，气旋的3/4沿方向47旋转并且1/4沿方向49旋转。其次，空气以双股螺旋线51或53的形式旋转。
现在参考图5，示出了第二侧边缘14附近的部分第一充填层10的细节视图。第一充填层除雾器58以相邻第二侧边缘14的凸起、卷曲部分的形式示出。可见，第一充填层除雾器58由一系列的倾斜凸起部分62和相邻的倾斜下沉部分64组成。这种除雾器58帮助保持绝大多数蒸发液向下流动穿过充填层10不流出第二侧边缘14。
再次参考图5，可见，第一充填层过渡区52从顶部边缘16向底部边缘18延伸，并且包括从第一充填层脊32和第一充填层槽34到第一充填层除雾器58的变化。具体地，第一充填层过渡区52由一系列的过渡区凸起肋54和凹陷沟道56和比除雾器凸起部分62和除雾器下沉部分64更大的间隔组成。这种过渡区52帮助保持绝大多数蒸发液不流出第一充填层10的侧边缘14。
应该注意的是，虽然所描述的是第一充填层10的除雾器58和过渡区52，但是存在于每个充填层装置中的每个充填层将包括这种过渡区52和除雾器58.
参考图6，示出了第一充填层10以及相邻的第一侧边缘12的细节部分。窗区66示出在第一侧边缘12与第一充填层脊32和第一充填层槽34之间。这种窗区由略微凸起的区域组成，并且通常与每个第一充填层脊32相对应。这种窗区帮助使得向内抽吸穿过第一侧边缘12的空气均匀分布。
现在参考图7，第一充填层10被示出为包括从第一侧边缘12附近向第一充填层过渡区52纵向延伸的第一充填层脊32。图7示出了第一充填层的后部表面，可见，每个脊包括一系列的倾斜凸起部分33，所述倾斜凸起部分从面向顶部边缘16的脊32的边缘向上倾斜，并且具有与面向底部边缘18的第一充填层脊32的边缘相异的并行角。与每个凸起部分33相邻的是倾斜下沉部分35，所述下沉部分具有与每个相邻凸起部分33相似的倾斜布局。
应该注意的是，从顶部边缘16开始的倾斜下沉部分35连接到另一个倾斜下沉部分，并且继续直到到达底部边缘18。连接的倾斜下沉部分27的示例示出了多数倾斜下沉部分35是向前倾斜。
现在参考图8，第一充填层10的后部面的细节图示出包括凸分离器72，所述凸分离器从第一充填层10的通常为平面的后部面向上延伸。应该注意的是，凸分离器72从第一充填层脊32延伸。这种凸分离器72的布置保证这种凸分离器延伸进入如图3所示的辅空气路径。
现在参考图9，示出了部分第一充填层10和部分第二充填层20的第一侧边缘12和第二侧边缘22的示意性视图。第一充填层32示出在第一充填层10的后表面上。可见，从第一充填层槽34向第一充填层脊32延伸的第一充填层10的组成部分的角度A相对于竖直方向呈约44度。相似地，对于第二充填层20，从第二充填层22的前部面上的第二充填层槽38向第二充填层脊36延伸的过渡区的角度B约为44度。这种角度选择成保证向下流动穿过相邻第一充填层10和第二充填层20的蒸发液适当分布和暴露。
现在参考图10A，示出了部分第一充填层10的第一充填层脊32的顶部边缘16和部分第二充填层20的第二充填层脊36的示意性视图。可见，从倾斜下沉部分35向倾斜凸起部分33延伸的第一充填层10的组成部分的角度C是与从顶部边缘16向底部边缘18延伸的充填平面29呈20度和30之间的角度C。相似地，可见从倾斜下沉部分37向倾斜凸起部分39延伸的第一充填层10的组成部分的角度D是与从顶部边缘26向底部边缘28延伸的充填平面31呈20度和30之间的角度。
现在参考图10，示出另外的第一充填层凹分度器76从第一充填层10的后部面在第一充填层槽34区域中延伸，并且第一充填层使得分度器78可视为从第一充填层脊32的区域延伸。这种凹分度器76和凸分度器78有助于相邻的第一充填层10和第二充填层20与充填层装置的另外的相似充填层间隔开。
现在参考图11，第一充填层标记分离器80可见从充填层10的通常为平面的表面向上延伸。这种标记分离器80帮助充填层10与相邻充填层20和直接换热器中的充填装置中的其他相邻充填层间隔开。

Claims (28)

1.一种充填层装置，所述充填层装置用在直接换热器中，其中，第一充填层包括大致矩形结构，具有第一侧边缘、第二侧边缘、顶部边缘和底部边缘、前部面和后部面，并且其中第二充填层包括大致矩形结构，具有第一侧边缘、第二侧边缘、顶部边缘和底部边缘、前部面和后部面，并且所述第二充填层与所述第一充填层相邻，所述第一充填层包括多个脊和槽，所述第二充填层包括多个脊和槽，其中，当直接换热器中的所述第一充填层和所述第二充填层相邻时，所述第一充填层的所述后部面上的脊与所述第二充填层的所述前部面的脊相邻，从而形成辅气流路径，并且所述第一充填层的所述后部面上的槽与所述第二充填层的所述前部面的槽相邻，从而形成主气流路径，并且其中，第一凸分离器从所述第一充填层的所述后部面上的脊延伸进入所述辅气流路径，并且第一凹分离器被设置在所述第二充填层的所述前部面上的脊上，并且所述第一充填层的所述后部面上的所述第一凸分离器接触所述第二充填层的所述前部面上的所述第一凹分离器。
2.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，第二凸分离器从所述第一充填层的所述后部面上的脊延伸进入所述辅气流路径，并且第二凹分离器被设置在所述第二充填层的所述前部面上的脊上，并且所述第一充填层的所述后部面的所述第二凸分离器接触所述第二充填层的所述前部面上的所述第二凹分离器。
3.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括在多个脊和槽与第二侧边缘之间的过渡区，所述过渡区包括多个凸起的肋和相邻的沟道。
4.根据权利要求3所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括在所述过渡区和所述第二侧边缘之间的除雾器，所述除雾器包括从所述第一充填层的大致矩形结构中凸起的卷曲结构，并且包括多个凸起部分和相邻的窗部分。
5.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括与第一侧边缘相邻的空气入口窗区，所述空气入口窗区包括多个渐进的圆表面，导致形成所述第一充填层的所述脊。
6.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，所述第一充填层的所述后部面上的所述第一充填层脊包括多个凸起部分和相邻下沉部分，其中，所述第一充填层的所述后部面上的所述脊的所述凸起部分和所述相邻下沉部分相对于充填层平面所呈角度为20度到30度之间。
7.根据权利要求6所述的充填层装置，其中，所述第一充填层的所述后部面上的每个所述脊包括多个倾斜凸起部分和相邻的倾斜下沉部分，并且多数这种凸起部分和下沉部分朝向所述第一充填层的所述第一侧边缘的倾斜相对于竖直方向所呈角度为10度到25度之间。
8.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，在脊和槽之间延伸的部分所述充填层相对于竖直方向所呈角度为40度到45度之间。
9.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，凸分离器从每个充填层的所述后部面上的脊延伸，所述凸分离器延伸进入所述辅气流路径，并且相应的凹分离器布置在所述相邻第二充填层的所述前部面中的槽上。
10.一种用于换热器的充填层装置，所述充填层装置包括：第一充填层和第二充填层，所述第一充填层具有大致矩形结构并且为大致平面结构，具有第一侧边缘、第二侧边缘、顶部边缘、底部边缘、第一表面和后表面，并且所述第二充填层具有大致矩形结构并且为大致平面结构，具有第一侧边缘、第二侧边缘、顶部边缘、底部边缘、前部表面和后部表面，并且所述第二充填层与所述第一充填层相邻，所述第一充填层包括多个脊和槽，所述第二充填层包括多个脊和槽，所述第一充填层的所述后部面上的脊与所述第二充填层的所述前部面上的脊相邻以形成辅空气路径，并且所述第一充填层的所述后部面上的槽与所述第二充填层的所述前部面上的槽相邻以形成主空气路径，并且其中，第一凸分离器从所述第一充填层的所述后部面上的脊延伸进入辅空气路径，并且第一凹分离器被设置在所述第二充填层的所述前部面上的脊上，并且所述第一充填层的所述后部面的所述第一凸分离器接触所述第二充填层的第一表面上的所述第一凹分离器。
11.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，所述第二凸分离器从所述第一充填层的所述后部面上的脊延伸进入所述辅空气路径，并且第二凹分离器被设置在所述第二充填层的所述前部面上的脊上，并且所述第一充填层的所述后部面的所述第二凸分离器接触所述第二充填层的所述前部面上的所述第二凹分离器。
12.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括过渡区，所述过渡区设置在所述多个脊和槽与所述第二侧边缘之间，所述过渡区包括多个凸起肋和相邻沟道。
13.根据权利要求12所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括在所述过渡区和所述第二侧边缘之间的除雾器，所述除雾器包括从所述第一充填层的大致平面结构中凸起的卷曲结构，并且包括多个凸起部分和相邻的下沉部分。
14.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，所述第一充填层包括与所述第一侧边缘相邻的空气入口窗区，所述空气入口窗区包括多个渐进的圆表面，导致形成所述第一充填层的所述脊。
15.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，所述第一充填层的所述后部面上的所述第一充填层脊包括多个凸起部分和相邻下沉部分，其中，所述第一填充表面的所述后部面上的所述凸起部分和相邻下沉部分相对于所述充填层平面所呈角度为20度到30度之间。
16.根据权利要求15所述的充填层装置，其中，所述第一填充层的所述后部面上的每个所述脊包括所述多个凸起部分和相邻下沉部分，并且多数这种所述多个凸起部分和下沉部分朝向所述充填层的第一侧边缘的倾斜相对于竖直方向所呈角度为10度到25度之间。
17.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，在脊和槽之间延伸的部分所述充填层相对于竖直方向所呈角度为40度到45度之间。
18.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，凸分离器从每个第一充填层的所述后部面上的脊延伸进入所述辅气流路径，并且相应凹分离器布置在所述相邻第二充填层的所述前部面中的槽上。
19.根据权利要求6所述的充填层装置，多数所述主空气路径内部的所述多个凸起部分和相邻下沉部分使得空气在主空气路径中沿一个方向旋转3/4，并且沿相反方向旋转1/4，以改善空气和液体之间的热量和质量传递。
20.根据权利要求6所述的充填层装置，其中，少数所述主空气路径内部的所述多个倾斜凸起部分和相邻倾斜下沉部分使得空气在主空气路径中流动，以便以双螺旋的方式旋转，从而改善空气和液体之间的热量和质量传递。
21.根据权利要求9所述的充填层装置，其中，与具有延伸进入所述主空气路径的凸分离器和对应的凹分离器的相同填充层相比，凸分离器和相应的凹分离器延伸进入所述辅空气路径，并且大部分在所述主空气路径之外，气压下降减少，并且20％以上的所述充填层能够被包括在所述冷却塔中。
22.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，凸分度器和相应的凹分度器在所有的充填层平面方向上具有约0.25英寸以内的自定位特性。
23.根据权利要求15所述的充填层装置，多数所述主空气路径内部的所述多个倾斜凸起部分和相邻倾斜下沉部分使得空气在主空气路径中流动以沿一个方向旋转3/4，并且沿相反方向旋转1/4，以改善空气和液体之间的热量和质量传递。
24.根据权利要求15所述的充填层装置，其中，少数所述主空气路径内部的所述多个倾斜凸起部分和相邻倾斜下沉部分使得空气在主空气路径中流动，以便以双螺旋的方式旋转，从而改善空气和液体之间的热量和质量传递。
25.根据权利要求18所述的充填层装置，其中，与具有延伸进入所述主空气路径的凸分离器和对应的凹分离器的相同填充层相比，凸分离器和相应的凹分离器延伸进入所述辅空气路径，并且大部分在所述主空气路径之外，气压下降减少，并且20％以上的所述充填层能够被包括在所述冷却塔中。
26.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，所述凸分度器和相应的凹分度器在所有的充填层平面方向上具有约0.25英寸以内的自定位特性。
27.根据权利要求1所述的充填层装置，其中，充填层标记分离器从所述第一充填层的所述后部面的脊延伸进入所述辅空气路径，并且大部分在所述主空气路径之外，帮助保持所述第一充填层与相邻的所述第二充填层间隔开。
28.根据权利要求10所述的充填层装置，其中，充填层标记分离器从所述第一充填层的所述后部面的脊延伸进入所述辅空气路径，并且大部分在所述主空气路径之外，帮助保持所述第一充填层和相邻的所述第二充填层间隔开。
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