[发明专利]通过冷却回收增强蒸发冷却塔性能

说明书

背景

本发明涉及用于提高标准蒸发冷却塔的性能和潜在的使用范围的方法和系统。更具体地，本发明教导了通过使用热传递系统或装置例如一系列热虹吸管或热管来提高冷却输出，以通过将热量从进入空气传递到冷却流并将潮湿的排放空气从蒸发部分排出而预冷却穿过冷却塔的蒸发部分输送的进入环境空气。本发明具有降低进入空气的湿球温度和最终降低工作流体的温度的效果，工作流体通常是在闭合回路或在水槽中的水；闭合回路蒸发流体冷却器可用于冷却许多工业流体中的任何一种且在本案中将被描述为蒸发冷凝器，其中流体经历从蒸气到液体的相变。该工作流体的温度降低取决于使热量从进入冷却塔入口的空气传递到在冷却塔的排放口(exhaust)处的空气的效率、环境空气的条件(干球温度和湿球温度)及工作流体上的热负荷。

概述

因此，公开了增强蒸发冷却塔10的设备和方法，蒸发冷却塔10具有环境空气的空气入口流22、水流、用于通过使水流经受来自空气入口的环境空气并使该水流的一部分蒸发到环境空气中来冷却水流的装置、以及空气和来自水流的一部分蒸发水的空气排放口。所公开的增强包括提供封闭式循环热传递系统，该封闭式循环热传递系统具有待加热部分(有时称作“热吸收部分(heat sink portion)”)和待冷却部分(有时称作“热排放部分”)；将待冷却的热排放部分设置于空气排放流中；将待加热的热吸收部分设置于空气入口流中。这样，环境空气流通过封闭式循环热传递系统来冷却，从而降低了其湿球温度并增加了冷却塔通过将水流蒸发到空气流中来冷却水流的性能。这种封闭式循环热传递系统可包括：一个或多个热虹吸管、热管、泵抽流体回路、平行板式热交换器(parallel plate heat exchanger)或回转式热交换器(heat wheel)，回转式热交换器也被称为旋转式同流换热器。理想地，水被冷却至低于在空气入口处的环境空气的湿球温度的温度，甚至被冷却至接近在空气入口处的环境空气的露点温度的温度。在空气排放口高于空气入口的情况下，封闭式循环热传递系统优选地是被动式热管或热虹吸管。其中蒸发冷却塔系统完全地被设计，特别是其最大程度地利用了封闭式循环冷却系统，该封闭式循环冷却系统可优选地为回转式热交换器或旋转式同流换热器类型。

附图简述

图1是开放式冷却塔10的示意图，开放式冷却塔10具有在此显示为喷洒装置的配水物18系统和将用作工作流体的水排入水槽24中的高表面积填充物(high surface area fill)20以及封闭式循环冷却系统30。

图2是其中配水物喷洒包含工作流体的闭合回路的可选择的系统以及封闭式循环冷却系统的示意图。

图3是使用American Society of Heating，Refrigeration andAir-Conditioning Engineers，Inc.(美国采暖、制冷与空调工程师学会)(ASHRAE)的计算机程序“Psychrometric Analysis，Version 6(湿度分析，第6版)”产生的湿度图。该图示出了用于5.6摄氏度过程温差(processrange)的标准商业上可得的冷却塔和具有根据本发明所设计的性能的相同冷却塔的设计性能。

图4是来自ASHRAE计算机程序的相似的湿度图，其显示了用于2.2摄氏度过程温差的相同标准冷却塔和具有根据本发明所设计的性能的冷却塔的性能。

图5a和图5b显示了具有分别用于5.6摄氏度和2.2摄氏度的温差的根据本发明的所设计的冷却水生产性能和相关蒸发的在各种环境空气条件和75％的热交换效率等级下的样本冷却塔性能曲线族。湿球温降参数(wetbulb depression parameter)是环境干球温度和湿球温度之间的差额。

图6a和图6b显示了在其中性能和冷却水温度与通过调节标准冷却塔的空气流动而由标准冷却塔获得的性能和冷却水温度相匹配的情况下，相同的过程温差温度、环境空气条件及热交换效率等级的样本冷却塔运行曲线族。该曲线显示了相对于标准冷却塔的风扇速度所需要的风扇速度；相对于标准冷却塔的蒸发水消耗特性的蒸发水消耗特性在数值上与相对风扇速度相似。