一种冷却塔用干湿分离冷却器的制作方法

1.本发明涉及发电系统冷端优化技术领域，具体涉及一种冷却塔用干湿分离冷却器。


背景技术：

2.随着我国工业水平的提高，工业生产、生活中对冷源的需求也日益增加，然而相较于热源，高效优质的冷源更加不易得到。因此现阶段人们对冷源的需求及冷源本身的局限性之间的矛盾也日趋剧烈，尤其是在火力发电等对冷源要求高、需求大的领域。冷却塔是目前工业上常用的冷源设备，在空调、火力发电、金属冶炼等领域都有广泛的应用，如何降低循环水出口水温，提高冷却塔的冷却效率，是优化冷却塔性能的关键，同时也是缓解和解决当下冷源供求矛盾的关键。
3.目前，国内发电系统的冷却塔主要分为干式冷却塔和湿式冷却塔。其中，干式冷却塔中循环水并不直接与空气接触，仅仅利用空气的显热给循环水降温，这种冷却塔耗水量少，不易发生堵塞，塔内流动阻力小，但是最低只能将循环水冷却至空气干球温度，且冷却效率低下。另一方面，湿式冷却塔中循环水与空气直接接触，利用水的蒸发潜热使循环水降温，相较于干式冷却塔冷却效率更高，但是流动阻尼更大，且理想情况下也只能将循环水降温至空气湿球温度。而且，在高温潮湿环境下，空气的湿球温度本身就比较高，导致湿式冷却塔的冷却能力更差。为了提升湿式冷却塔的冷却效率，目前的研究主要在于冷却塔的填料设计、填料布局优化以及布风设计等方面。然而，这些优化方案均未能突破湿式冷却塔中存在的固有缺陷，即最多也只能将循环水冷却至空气湿球温度。近年来，有研究提出在传统湿式冷却塔空气入口处安装逆流式“maisotsenko循环”冷却装置以提升传统湿式冷却塔的冷却性能。需要说明的是，这种冷却装置虽然可将循环水进一步降温至低于空气湿球温度，但是大多存在附加风阻高、装置内布风不均匀等问题，导致冷却塔的风阻增加，综合冷却效率下降。因此，迫切需要设计一种创新型的冷却系统以提升冷却塔的冷却效率并降低冷却塔循环水的出口温度。
4.为此，本发明结合了干式冷却塔空气流动阻力小，湿式冷却塔冷却效率高以及逆流式“maisotsenko循环”能够获得低于空气湿球温度循环水的三重优势，提出了一种低阻尼、高传热效率且可将循环水出口温度冷却至空气露点温度附近的新型冷却塔用干湿分离冷却装置。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种冷却塔用干湿分离冷却器，解决了以上所述的技术问题。
6.本发明解决上述技术问题的方案如下：
7.一种冷却塔用干湿分离冷却器，包括隔板、干导流板、湿导流板、干挡板和湿挡板，所述干导流板、湿导流板、干挡板和湿挡板位于隔板的两侧，所述隔板、干导流板和干挡板组成用于空气流通的干通道，所述隔板和干挡板之间的顶端设有圆弧形导流板，所述隔板、
湿导流板和湿挡板组成用于空气与循环水换热的湿通道，且所述隔板的两侧分别设有第一蘑菇形肋片和第二蘑菇形肋片，所述隔板的底部开设有通风孔阵列，所述隔板上位于通风孔阵列处安装有导向管，所述通风孔阵列连通干通道和湿通道。
8.本发明的有益效果是：采用干湿分离的设计，突破了传统干、湿式冷却塔循环水出口温度受限的瓶颈，可实现循环水进一步降温至空气露点温度附近的目标；在干通道处的第一蘑菇形肋片呈梯级栅栏式布局，肋片高度沿空气流动方向逐渐增加，能够与边界层厚度变化趋势相匹配，从而最大限度地破坏边界层以提高空气的换热效率；在湿通道处的第二蘑菇形肋片呈人字形分布，在增加了湿通道换热面积的同时，对循环水起到导流作用，避免循环水在隔板上形成过厚的液膜而堵塞湿通道，从而降低了湿通道处的流动阻力，实现了流动阻力小和冷却效率高的最佳匹配；而且，第一蘑菇形肋片和第二蘑菇形肋片高度分别为干通道和湿通道宽度的三分之一至十分之一，保证了肋片的肋效率处于较高的范围，且干通道底部设置有通风孔阵列直接连接干通道和湿通道，缩短了空气进入湿通道的路程，减小了沿程流动阻力，且通风孔阵列梯级分层的布局使得每股并联气流到达各个通风口处的阻力趋于平衡，从而使得流入湿通道内的空气流量分布均匀，明显改善了现有冷却装置内部布风不均的缺点，进而提高了装置的冷却效率。
9.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
10.进一步，所述第一蘑菇形肋片和第二蘑菇形肋片分别位于干通道和湿通道内，且第一蘑菇形肋片和第二蘑菇形肋片的布局不同。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：使第一蘑菇形肋片和第二蘑菇形肋片通过各自的布局增加对空气和循环水的导流效果，进而增加换热效率。
12.进一步，所述第一蘑菇形肋片呈梯级栅栏布局布置在干通道两侧上部，且第一蘑菇形肋片的高度沿空气流动方向逐渐增加，且第一蘑菇形肋片高度为干通道宽度的三分之一至十分之一。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：第一蘑菇形肋片呈梯级栅栏式布局，肋片高度沿空气流动方向逐渐增加，能够与边界层厚度变化趋势相匹配，从而最大限度地破坏边界层以提高空气的换热效率。
14.进一步，所述第二蘑菇形肋片按照人字型布局均匀排布在湿通道两侧，且第二蘑菇形肋片高度均为湿通道宽度的三分之一至十分之一。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：第二蘑菇形肋片呈人字形分布，在增加了湿通道换热面积的同时，对循环水起到导流作用，避免循环水在隔板上形成过厚的液膜而堵塞湿通道，从而降低了湿通道处的流动阻力，实现了流动阻力小和冷却效率高的最佳匹配。
16.进一步，所述通风孔阵列呈梯级分层布局，且所述通风孔阵列的通风孔的形状为圆形或多边形。
17.采用上述进一步方案的有益效果是：通风孔阵列梯级分层的布局使得每股并联气流到达各个通风口处的阻力趋于平衡，从而使得流入湿通道内的空气流量分布均匀。
18.进一步，所述干通道内表面涂有吸湿性干燥涂层。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：以保证空气在干通道中被等湿预冷，从而保证装置的冷却效果。
20.进一步，所述通风孔阵列的下部的开孔率为20％～40％，孔径大小在20mm～50mm
之间，沿着空气流动方向通风孔的孔径大小逐渐增大，且下层通风孔的孔径大于上层通风孔。
21.采用上述进一步方案的有益效果是：由于通风孔阵列的孔径沿着空气流动的方向逐渐增大，且下排孔径大于上排孔径，使得每股并联气流的阻力平衡，故空气可以均匀地穿过通风孔流向湿通道。
22.进一步，所述导向管位于隔板朝向湿通道的一侧表面，且导向管背离隔板的一端设有挡圈。
23.采用上述进一步方案的有益效果是：通过导向管对循环水进行阻挡，且导向管为喇叭状，当空气经过导向管时由于导向管口径收缩，使气压增大，进而将进入导向管内的循环水吹出，防止循环水通过通风孔阵列进入干通道，同时导向管为圆柱状，可降低导向管处的循环水流动阻力，且导向管的边缘处设有挡圈，挡圈可防止循环水顺着导向管表面回流至导向管内部，进一步防止循环水进入导向管。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.在附图中：
27.图1为本发明的三维立体图；
28.图2a为本发明的a部分的三维立体图；
29.图2b为本发明的b部分的三维立体图；
30.图3a为本发明的主视平面图；
31.图3b为本发明的a-b对称面的剖视图；
32.图4为本发明的叠加排布三维立体图；
33.图5为本发明的图2a中局部放大示意图；
34.图6为本发明的图2b中局部放大示意图；
35.图7为本发明的导向管处结构示意图。
36.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0037]ⅰ、第一蘑菇形肋片；ⅱ、第二蘑菇形肋片；1、空气；2、循环水；3、隔板；4、通风孔阵列；5、干导流板；6、圆弧形导流板；7、湿导流板；8、干挡板；9、湿挡板；10、干通道；11、湿通道；12、挡圈；13、导向管。
具体实施方式
[0038]
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0039]
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0040]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0041]
实施例一
[0042]
如图1所示，本发明提出的一种冷却塔用干湿分离冷却器，本实施例包括：
[0043]
装置在使用时应竖直放置，通风孔阵列4在下，空气1入口在上。每个装置单元都由两个完全对称的部分(a部分和b部分)组成，其中干导流板5、干挡板8和两侧隔板3构成了冷却空气1流通的干通道10，湿导流板7、湿挡板9和两侧隔板3构成了冷却空气1与循环水2换热的湿通道11，隔板3上位于通风孔阵列4处安装有导向管13，导向管13位于隔板3朝向湿通道11的一侧表面，且导向管13背离隔板3的一端设有挡圈12，通过导向管13对循环水进行阻挡，且导向管13为喇叭状，当空气1经过导向管13时由于导向管13口径收缩，使气压增大，进而将进入导向管13内的循环水2吹出，防止循环水2通过通风孔阵列4进入干通道10，同时导向管13为圆柱状，可降低导向管13处的循环水2流动阻力，且导向管13的边缘处设有挡圈12，挡圈12可防止循环水2顺着导向管13表面回流至导向管13内部，进一步防止循环水2进入导向管13。
[0044]
实施例二
[0045]
如图2a所示，本发明提出的一种冷却塔用干湿分离冷却器，相较于实施例一，本实施例还包括：
[0046]
外界空气1从干通道10进入装置，在干通道10中高温空气1被循环水2预冷，湿球温度降低。在干挡板8的限制下，由于压差作用，空气1只能先沿着装置上部的干通道10流动，最后再进入装置底部的通风孔阵列4，通风孔阵列4的开孔率在20％～40％。当空气1流到通风孔阵列4处时，由于通风孔阵列4的孔径沿着空气1流动的方向逐渐增大，且下排孔径大于上排孔径(如图3a)，使得每股并联气流的阻力平衡，故空气1可以均匀地穿过通风孔流向湿通道11，穿透排孔的孔径应在20mm～50mm之间。在干通道10中，隔板3上加工有“梯级栅栏”式排布的第一蘑菇形肋片，第一蘑菇形肋片高度随空气1流动方向逐渐增高，且第一蘑菇形肋片的高度应在干通道10宽的三分之一至十分之一之间，起到破坏和减薄边界层的作用(如图3a)。此外，在干通道10中涂有干燥涂层，同时干挡板8使得水无法直接从上方淋入干通道10，保证了干通道10的绝湿环境。
[0047]
实施例三
[0048]
如图2b所示，本发明提出的一种冷却塔用干湿分离冷却器，相较于实施例一，本实施例还包括：
[0049]
被预冷过的空气1经过通风孔阵列4进入湿通道11，在压差的驱动下空气1自下游向上流动，同时循环水2在重力驱动下自上游向下流动。这样一来，循环水2和被预冷过的空
气1在湿通道11内进行蒸发换热，巨大的蒸发潜热将冷却水进一步降温，同时预冷干通道10中的高温空气1。在湿通道11中，隔板3上加工有“人”字形排布的第二蘑菇形肋片，且第二蘑菇形肋片的高度应在湿通道11宽的三分之一至十分之一之间，这样的设计一方面增加了换热面积，另一方面对循环水2起到导流作用，使得循环水2不至于在隔板3上形成过厚的液膜而堵塞湿通道11，从而降低了装置的阻力，减小了热阻，提升了装置的冷却效率。湿挡板9使得空气1无法直接进入湿通道11，保证空气1总是先进入干通道10经预冷后再进入湿通道11进行蒸发换热。
[0050]
实施例四
[0051]
如图4所示，本发明提出的一种冷却塔用干湿分离冷却器，相较于实施例一，本实施例还包括：
[0052]
在使用时可根据工程需要紧密排布，其中干通道10和湿通道11相邻设置。
[0053]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。