TWI498515B - 壓差式冷卻塔裝置 - Google Patents

Description

壓差式冷卻塔裝置

本發明係關於一種冷卻塔裝置，特別是一種利用壓差式拔風作用以增加進氣量之壓差式冷卻塔裝置。

不論式建築物所使用的大型空調系統，或是核電廠、火力電廠、氣電共生廠所使用的蒸氣渦輪機組之冷凝器，係必須借助冷卻塔以降低工作流體之溫度，並達到回收再利用之目的。冷卻塔主要係用以將挾帶有廢熱的高溫工作流體，於該封閉式塔體內與冷空氣進行熱交換，使得該高溫工作流體中所挾帶的廢熱利用熱對流方式傳遞給冷空氣，再將該挾帶有廢熱的空氣排出該塔體外，而溢散於大氣中，另一方面則回收液態工作流體再循環利用，以此達到降低工作流體溫度及回收再利用之功效。

請參照第1圖所示，係為一習用的冷卻塔裝置9，若該冷卻塔裝置9之工作流體為液態水，則稱為冷卻水塔裝置。該冷卻水塔裝置9係包含一中空塔體91及一風機92，該風機92係設於該中空塔體91的一縮口部911，且接近該中空塔體91的一排氣端912；該中空塔體91係供一進水管路93穿設，且該進水管路93之環管壁係形成有數排微孔隙，使得流經該進水管路93的水液呈霧滴狀噴灑；該中空塔體91另具有一進氣端913，該進氣端913係環設於接近該中空塔體91之底部處，且該進氣端913係銜接一百葉狀濾網94，該百葉狀濾網94與該進水管路93間係設有一除熱填充材95，該除熱填充材95係用以快速降低該進水管路93所噴灑出的水液溫度。此外，該中空塔體91的底部處更設有一集水盤96，以供承接經冷卻而凝結之水滴。

藉此，當挾帶有廢熱的高溫冷卻水順著該進水管路93進入該塔體91內時，該進水管路93係透過其環管壁的微孔隙使水液呈霧滴狀噴灑；同時，驅動該風機92以將外界的冷空氣自該進氣端913帶入，使得該高溫冷卻水能與進入之冷空氣進行熱交換，而產生冷凝之水滴落於該集水盤96，並以該風機92帶走部份冷卻水蒸氣，自該排出端912溢散於大氣中，達到降低冷卻水溫度，且將該冷卻水回收再利用之功效。

然而，該習用的冷卻水塔裝置9必須仰賴大型風機92的逆向抽氣，才能趨使外界的冷空氣自該進氣端913送入該塔體91內，產生足夠的空氣對流，以進行高溫冷卻水的降溫流程，故容易衍生有下述之問題。

1、由於該風機92往往需通入較大的電流驅動，才可能產生足夠風力而達到較佳的抽氣效果，以致於傳統冷卻水塔裝置9於使用上，係相對產生耗能及高成本負擔等問題；更因該冷卻水塔裝置9需仰賴該風機92的驅動，當該風機92損壞或廠區斷電時，則可能造成整個冷卻水塔裝置9的停擺，甚至導致業者的成本虧損。

2、再且，該風機92的抽氣能力實為有限，以致於進入該塔體1內的冷空氣，仍然不足以快速對帶有廢熱的高溫冷卻水進行降溫，導致該冷卻水塔裝置經長時間的運作後，係逐步降低該冷卻水塔裝置的整體冷卻效率，不僅無法以該風機92維持較佳的進風量，其長時間使用下的冷卻效果更著時令人堪慮。

有鑑於此，確實有必要發展一種足以增加進氣且不耗能的冷卻塔裝置，以應用於工作流體降溫時，能夠解決如上所述的各種問題。

本發明之主要目的乃改良上述缺點，以提供一種壓差式冷卻塔裝置，其係能夠以煙囪的拔風作用直接引入大量冷空氣於塔體內進行熱交換，以提升該冷卻水塔裝置之降溫效果者。

本發明之次一目的係提供一種壓差式冷卻塔裝置，係能夠降低風機的負載而產生進風，以降低耗能及成本者。

為達到前述發明目的，本發明之壓差式冷卻塔裝置，係包含：一塔體，係具有一進氣端，該進氣端係連通至該塔體所形成的一氣流空間；及一導風管，係設有一排氣端及一導流端，該導流端係穿過該塔體且容置於該氣流空間內，該排氣端及導流端係共同連通該導風管內的一導風道，且該排氣端之周壁設有相對位的一迎風部及一引流部；一管路係可穿過該塔體及該導風管，且該管路的二端係突出於該塔體外，以供被冷卻的工作流體於該管路流通。

其中，本發明之導風管較佳係成一上窄下寬的錐狀中空體，且該導風管之排氣端係成一切槽狀，該切槽凸出處形成該迎風部，該迎風部表面受風壓形成一局部高壓區，且該切槽凹入處形成該引流部，該引流部受風擾流相對產生一局部低壓區。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第2圖所示，其為本發明一較佳實施例，該壓差式冷卻塔裝置係包含一塔體1及一導風管2，該導風管2之一端係穿設於該塔體1內，用以導引該塔體1內的氣流至該導風管2之另一端排出。

該塔體1係為各種常見的冷卻塔態樣，且該冷卻塔係可以選擇為逆向流型或直交流型等各種常見之型式。該塔體1係具有一進氣端11，該進氣端11係連通至該塔體1所形成的一氣流空間12，該氣流空間12係用以供自該進氣端11流入之相對低溫空氣流通。於本實施例中，該塔體1係成一錐狀中空體，且該進氣端11係由該錐狀中空體之尖端擴展而成的一開口，該塔體1設一管路T，該管路T係為一盤管式熱交換器，用以供被冷卻的工作流體流通，該管路T的二端貫穿凸出於該塔體1外；該管路T較佳係盤旋於該塔體1之氣流空間12內，藉此供挾帶有廢熱的工作流體順著該管路T進入該氣流空間12，以進行該工作流體之降溫過程。再者，該管路T還可以選擇性地於其環周壁形成數微孔，以使該管路T之工作流體可呈霧滴狀噴灑至該塔體1之氣流空間12內，而增加該工作流體與冷空氣 的接觸面積；同時，根據質量守恆定律，該進氣端11與導風管2的截面積差，該管路T附近的空氣流速係增加而增強熱對流現象，使得該導風管2的高溫二向流體係形成高低溫差，而引發煙囪效應，加速氣流由該導風管2排出，及同時增加該塔體1進氣端11的進氣量，此雙重功能可以達到提升該冷卻水塔工作流體冷卻速率之功效。

再且，該塔體1頂部接近該進氣端11處，係另設有一組裝口13，該組裝口13係用以供該導風管2之一端穿設；該塔體1底部更設有一排放口14，該排放口14係連通該塔體1的氣流空間12，用以排出經由該管路T之數微孔噴灑至該氣流空間12內且經冷卻的工作流體，該冷卻工作流體為可以回收再利用。此外，該塔體1內還可以選擇性地設有如傳統冷卻水塔裝置內的除熱填充材或百葉濾網等(未繪示)，藉以提升本發明冷卻塔裝置的冷卻效果，於此不再針對已知結構詳加贅述。

該導風管2係成一中空管體，較佳係為一煙囪式導風管，該導風管2具有一排氣端21及一導流端22，該導流端22係穿過該塔體1且容置於該氣流空間12內，該排氣端21及導流端22係共同連通該導風管2內的一導風道23，該導風道23係用以供空氣於內流通，且該排氣端21之周壁設有相對位的一迎風部211及一引流部212，藉以透過該迎風部211及引流部212形成相對氣壓差，以於該排氣端21產生拔風作用。於本實施例中，該導風管2之導流端22係由該塔體1之組裝口13置入該氣流空間12，而該導風管2之排氣端21係凸出於該塔體1外，且以一支撐 件24架高該導風管2，使得該導流端22與該塔體1底部留有適當的氣體流通空間，且該支撐件24較佳係設於該塔體1底部與該導風管2之導流端22之間；本實施例之導風管2較佳係成一上窄下寬的錐狀中空體，藉此不僅能增強該導風道23的集風效果，更可以藉由該導風管2的上窄下寬設計，加速該氣流自該導流端22上衝而至該排氣端21排出之效率，達到短時間內引入大量氣流於該氣流空間12及導風道23之功效。

再且，該排氣端21係可以形成一切槽狀，由該切槽凸出處形成該迎風部211，及由該切槽凹入處形成該引流部212，如此，當外界空氣流經該迎風部211時，於該迎風部211表面形成一局部高壓區A，且自該局部高壓區A流至該引流部212時，於該引流部212處可以產生一局部低壓區B，以透過該局部高壓區A與局部低壓區B所存在的氣壓差，使得流經該引流部212之氣流形成渦流對，並於該排氣端21形成拔風作用，藉以驅使該導風道23內的氣體自該排氣端21排出，達到提升本發明快速集風之功效，以提升該管路T內工作流體高溫冷卻之效率。

此外，於該導風管2之導風道23內還可以另設有至少一風機25，該風機25係可以選擇各種態樣，以作為抽氣輔助用，而於外界風流不足時，能藉由啟動該風機25加速本發明之抽氣動作，而增加該塔體1之進氣端11的進風量，以維持本發明之冷卻效率。甚至，更可以藉由進入該導風道23內的快速上衝氣流，推動該風機25以驅動另一發電機(未繪示)，而於冷卻水降溫的同時，達到以自然 風能驅動發電之功用。

請參照第3圖所示，本發明之冷卻水塔裝置於實際進行工作流體冷卻降溫作業時，係設置該導風管2，當該導風管2之迎風部211迎向外界氣流的流向，而外界氣流則可流過該迎風部211的狀態下，可於該迎風部211表面形成該局部高壓區A，當該局部高壓區A之氣流順勢流過該排氣端21之切槽時，因壓力梯度的存在而使氣流瞬間加速，並且於該引流部212處產生該局部低壓區B，最終使氣流於該引流部212發生邊界層分離，而引發該氣流形成渦流對，更因該排氣端21之壓力可相對於該導風道23內之壓力而具有相對壓差，導致拔風作用的產生，以帶動該導風管2之導風道23內部的氣體逐步排出，且同時不斷自該塔體1之進氣端11引入大量冷空氣，而於該氣流空間12與該導風道23內進行氣流的快速流通；於此同時，係自該管路T通入挾帶有相對高溫的液態工作流體，使得該工作流體進入該導風管2之導風道23時，產生霧滴狀的噴灑效果，不僅可以藉由熱傳導而快速降低該管路T內的工作流體溫度，更可以藉由熱對流模式與快速流通的冷空氣進行熱交換，並藉由高低溫度差排出部分高溫水蒸氣。另外，該導風管2內的煙囪效應係同時加速流通於該氣流空間12內之氣流，使得該氣流由該導風管2上衝排出。藉此，透過顯熱交換不僅能降低該工作流體的溫度，更可以將該工作流體經冷卻凝結成的液態回收，達到工作流體冷卻降溫回收再利用的較佳功效。

由上述得知，本發明之壓差式冷卻塔裝置係可以藉由 該導風管2之設置，而於該導風管2的排氣端21切槽處，因高低壓差產生渦流現象，以形成拔風作用，快速將該導風道23內的氣流帶走，同時，係能相對增加自該塔體1之進氣端11流入之風量，而可以於該氣流空間12與該導風道23內形成快速的氣流循環作用，以降低流經該管路T的工作流體溫度，達到提升本發明之冷卻效率，且降低耗能及成本之較佳功效。再且，更可以透過拔風作用引入足量的氣流，且同時利用該氣流空間12內所形成的高低溫差，使該氣流具有一股上衝之作用力，而推動設於該導風道23內的至少一風機25，以由該風機25驅動另一發電機，不僅省去驅動該風機25所需耗費的能源，更可以因此達到以自然風能驅動發電之較佳功效。甚至，當該冷空氣的流量不足時，係能輔以該風機25進行抽氣，且該風機25係處於相對低壓之工作環境，故仍能因此降低耗能。

本發明之壓差式冷卻塔裝置，其係能夠以拔風作用直接引入大量冷空氣，以提升該冷卻塔裝置的進風量，達到降低被冷卻工作流體溫度之功效。

本發明之壓差式冷卻塔裝置，係能夠降低風機的負載而產生足夠進風量，以達到降低耗能及成本之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

〔本發明〕

1‧‧‧塔體

11‧‧‧進氣端

12‧‧‧氣流空間

13‧‧‧組裝口

14‧‧‧排放口

2‧‧‧導風管

21‧‧‧排氣端

211‧‧‧迎風部

212‧‧‧引流部

22‧‧‧導流端

23‧‧‧導風道

24‧‧‧支撐件

25‧‧‧風機

T‧‧‧管路

A‧‧‧局部高壓區

B‧‧‧局部低壓區

〔習知〕

9‧‧‧冷卻水塔裝置

91‧‧‧塔體

911‧‧‧縮口部

912‧‧‧排氣端

913‧‧‧進氣端

92‧‧‧風機

93‧‧‧管路

94‧‧‧百葉濾網

95‧‧‧除熱填充材

96‧‧‧集水盤

第1圖：習用冷卻水塔裝置之剖面示意圖。

第2圖：本發明壓差式冷卻塔裝置之剖面示意圖。

第3圖：本發明壓差式冷卻塔裝置之剖面作動示意圖。

1．．．塔體

11．．．進氣端

12．．．氣流空間

13．．．組裝口

14．．．排放口

2．．．導風管

21．．．排氣端

211．．．迎風部

212．．．引流部

22．．．導流端

23．．．導風道

24．．．支撐件

25．．．風機

T．．．管路

A．．．局部高壓區

B．．．局部低壓區

Claims (8)

1. 一種壓差式冷卻塔裝置，係包含：一塔體，係具有一進氣端，該進氣端係連通至該塔體所形成的一氣流空間；及一導風管，係設有一排氣端及一導流端，該導流端係穿過該塔體且容置於該氣流空間內，該排氣端及導流端係共同連通該導風管內的一導風道，且該排氣端之周壁設有相對位的一迎風部及一引流部；一管路係可穿過該塔體及該導風管，且該管路的二端係突出於該塔體外，以供被冷卻的工作流體於該管路流通；其中另設有一支撐件，該支撐件係設於該塔體底部與該導風管之導流端之間，用以架高該導風管；其中該排氣端係成一切槽狀，該切槽凸出處形成該迎風部，且該切槽凹入處形成該引流部。
2. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該迎風部表面受風壓形成一局部高壓區，且該引流部受風擾流相對產生一局部低壓區。
3. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該導風管係成一上窄下寬的錐狀中空體。
4. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該導風管之導風道內還可以另設有至少一風機。
5. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該塔體頂部接近該進氣端處，係另設有一組裝口，該組 裝口係用以供該導風管之導流端穿設。
6. 依申請專利範圍第5項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該導風管之導流端係由該塔體之組裝口置入該氣流空間，且該導風管之排氣端係凸出於該塔體外。
7. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該塔體另設有一排放口，該排放口係連通該塔體的氣流空間，且位於該塔體底部。
8. 依申請專利範圍第1項所述之壓差式冷卻塔裝置，其中該管路之環周壁係設有數排微孔。