本發(fā)明通常涉及使冷卻塔或其它排熱裝置和類似物的羽流減少。更具體地，本發(fā)明涉及用于冷卻塔中的節(jié)省成本且有效率地使羽流減少的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

在使用蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)的發(fā)電生產(chǎn)中，水被燃燒爐加熱而產(chǎn)生蒸汽，蒸汽對渦輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生電力。為了使這個(gè)過程所需的潔凈水的量減少到最小，蒸汽必須通過除熱而再次轉(zhuǎn)化成水，以便水能夠在這個(gè)過程中可被重復(fù)利用。在用于大型建筑物的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，建筑物內(nèi)部的空氣被迫使經(jīng)過包含有經(jīng)冷卻的制冷劑氣體的盤管(coil)，由此將熱量從建筑物內(nèi)部轉(zhuǎn)移到氣體制冷劑中。然后，升溫后的制冷劑通過管道被輸送到建筑物外部，此時(shí)必須將多余的熱量從制冷劑中除去，使得制冷劑氣體能夠被重新冷卻并且冷卻過程能夠持續(xù)。

在前述兩種過程中，以及在需要消除多余熱量的步驟的其它的多種過程中，使用了冷卻塔。在濕式冷卻塔中，水被泵送經(jīng)過包含有受熱蒸汽、制冷劑或其它被加熱的液體或氣體的冷凝器盤管，由此將熱量轉(zhuǎn)移到水中。然后，水被泵送至冷卻塔的熱交換段并且噴灑到冷卻塔媒質(zhì)(包括薄板材料或飛濺桿)上。當(dāng)水從冷卻塔媒質(zhì)流下時(shí)，外界空氣被迫使經(jīng)過受加熱的水并且熱量通過顯著的熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)性熱傳導(dǎo)從水中轉(zhuǎn)移到空氣中。然后所述空氣被迫使從冷卻塔離開并且消散到周圍空氣中。

冷卻塔是消散這種多余熱量的高效并且節(jié)省成本的裝置，并因而被廣泛地用于此目的。然而，冷卻塔的被公認(rèn)的缺點(diǎn)在于，在一定大氣條件下，由于來自被加熱水源的被蒸發(fā)成空氣流的水氣被攜帶到冷卻塔的頂部外而產(chǎn)生羽流。在冷卻塔非常大的情況下(如在發(fā)電廠的情況下)，羽流會(huì)在冷卻塔的附近產(chǎn)生 低位霧氣。當(dāng)較低的溫度能夠使羽流中的水氣凍結(jié)時(shí)，羽流還會(huì)在冷卻塔的附近引起道路結(jié)冰。

因此，已經(jīng)采取了措施來限制或消除由冷卻塔產(chǎn)生的羽流。這些措施包括例如抑制羽流冷卻塔，在所述抑制羽流冷卻塔中，外界空氣除了在冷卻塔的底部被引入并且隨著熱水被灑下到填料單元上而被迫使向上行進(jìn)穿過填料單元之外，還通過熱水噴灑頭下方的獨(dú)立的導(dǎo)熱通道被引入到冷卻塔中。這些由諸如鋁、銅等導(dǎo)熱材料制成的通道允許外界空氣在水氣不蒸發(fā)到空氣中的情況下吸收一些熱量。在冷卻塔的頂部處，含濕氣的被加熱空氣和干燥的被加熱空氣混合，由此減少羽流。

另一示例為羽流防止系統(tǒng)，其中，熱水在被提供到冷卻塔之前被部分地冷卻。熱水的部分冷卻使用單獨(dú)的熱交換器(運(yùn)行有諸如空氣或水的單獨(dú)的冷卻媒質(zhì))來進(jìn)行。單獨(dú)的熱交換器降低了冷卻塔的效率，因而應(yīng)當(dāng)僅在會(huì)使冷卻塔產(chǎn)生羽流的大氣條件存在時(shí)使用。

被設(shè)計(jì)為減少濕式冷卻塔中的羽流的系統(tǒng)的另一示例可在Paul A.Lindahl，Jr.等人在冷卻塔學(xué)會(huì)1993年的年會(huì)中的“技術(shù)論文編號TP9301”《Plume Abatement and Water Conservation with the Wet/Dry Cooling Tower》中找到。在該論文中描述的系統(tǒng)中，熱水首先被泵送經(jīng)過干燥空氣冷卻區(qū)段，空氣在該區(qū)段被迫使穿過與水流相連接的散熱片。然后，已經(jīng)被部分冷卻的水被噴灑到設(shè)置在干燥空氣冷卻區(qū)段下方的填料單元上，并且空氣被迫使穿過填料單元以進(jìn)一步對水進(jìn)行冷卻。然后，濕空氣被迫使在冷卻塔內(nèi)向上行進(jìn)并且與來自干燥冷卻過程的被加熱的干燥空氣混合，并且被迫使從冷卻塔的頂部離開。

盡管上述系統(tǒng)針對濕式冷卻塔的羽流問題提供了有效的解決方案，但它們需要構(gòu)造出復(fù)雜并且費(fèi)用高昂的濕式和干式空氣傳熱機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)這種塔在“非羽流”減少模式下運(yùn)行時(shí)，推動(dòng)空氣穿過熱交換單元需要花費(fèi)更多的風(fēng)機(jī)能量，從而導(dǎo)致塔的運(yùn)行成本顯著地增加。因此，需要廉價(jià)的羽流減少方法和設(shè)備，在廉價(jià)的羽流減少方法中，塔可在“非減少”模式下運(yùn)行而不會(huì)顯著地增加成本。

冷卻塔的另一已意識到的問題是，用于冷卻的水會(huì)變得濃縮有污染物。隨著水從冷卻塔中蒸發(fā)出，另外的水被添加，但應(yīng)當(dāng)容易意識到的是，水中的污染物將變得更為濃縮化，因?yàn)槲廴疚锊⒉浑S著蒸發(fā)而被除去。如果將化學(xué)物質(zhì)添加到冷卻水中以對水進(jìn)行處理，這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)變得高度濃縮化，如果被釋放到環(huán)境中將是非常不利的。如果用海水或廢水來替換所蒸發(fā)的水(在淡水無法獲得或費(fèi)用高昂的情況下的常規(guī)做法)，水中的鹽類和固體顆粒也會(huì)在冷卻水回路中聚集。隨著這些污染物變得更為濃縮化，它們會(huì)粘結(jié)在薄蒸發(fā)片材之間，從而逐漸降低冷卻塔的冷卻效率。

為了防止上述問題，習(xí)慣做法是對含有濃縮污染物的水的一部分進(jìn)行“排放”并且使用來自水源的淡水對其進(jìn)行替換。盡管這防止了冷卻塔的水中的污染物變得過分濃縮化，但在排放過程期間排出水對環(huán)境存在影響。因此，已經(jīng)采取了措施來減少冷卻塔中的水消耗量。

Houx等人的美國專利No.4,076,771描述了減少冷卻塔中的耗水量的現(xiàn)有技術(shù)。在該專利描述的系統(tǒng)中，冷卻塔蒸發(fā)性傳熱媒質(zhì)和顯著地傳遞熱量的盤管段都被設(shè)置在同一系統(tǒng)中。盤管的顯著地?zé)醾鬟f實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)用水(process water)的冷卻，但不會(huì)消耗任何水。

雖然上述專利表現(xiàn)出超過現(xiàn)有技術(shù)的冷卻塔的重大進(jìn)展，但是所期望的是，開發(fā)出一種機(jī)構(gòu)用來從羽流中回收水并以便再次歸還到冷卻塔蓄液器中，這將使得不再需要用于顯著地傳遞熱量的盤管段。

已經(jīng)注意到的需單獨(dú)考慮的問題是：對海水進(jìn)行淡化以及對其它水源進(jìn)行凈化，以產(chǎn)生可飲用的飲用水。已經(jīng)開發(fā)了大量的方法來從濕空氣流中提取凈化水。主要的工業(yè)化生產(chǎn)過程包括多級閃急蒸餾(Flash Distillation)、多效蒸餾、蒸汽壓縮蒸餾和反滲透(Reverse Osmosis)。參見由國際海水淡化協(xié)會(huì)的O.K Buros編制、由研究部門海水淡化公司在1990年修改和重編的《The Desalting ABC’s》。使用用于淡化的低溫水或廢熱的系統(tǒng)的示例包括以下文獻(xiàn)：

Lu等人于2000年8月記錄于ADA North American Biennial Conference and Exposition的《Zero Discharge Desalination》。該論文提供了關(guān)于下述裝置的信息， 所述裝置由冷空氣流產(chǎn)生淡水并且由低級廢熱源產(chǎn)生暖濕空氣流。淡水沿將兩個(gè)空氣流分隔開的壁被冷凝。另外，冷水被噴射到暖濕空氣上，以提高冷凝。

Baumgartner等人發(fā)表論文：《Open Multiple Effect Desalination with Low Temperature Process Heat》，International Symposium on Desalination and Water Re-Use，Vol.4,1991。該論文提供了有關(guān)用于淡化的塑料管熱交換器的信息，塑料管熱交換器在塑料管的內(nèi)部使用了冷卻運(yùn)行水(cold running water)而在管的外部上流動(dòng)有暖濕空氣。冷凝物在冷卻導(dǎo)管的外部形成。

目前使用中的其它冷卻塔具體被設(shè)計(jì)為僅用于節(jié)約用水。對于節(jié)約用水，在這種冷卻塔中，干燥空氣始終流動(dòng)穿過冷卻塔冷凝器的干燥路徑，從而由廢氣冷凝蒸汽。盡管這些塔節(jié)約用水，但是隨著冷卻相對于熱傳導(dǎo)變的低效，冷卻塔的熱性能通常被影響。

用于增加熱性能的典型的方法是增加風(fēng)機(jī)功率(這增加了了運(yùn)行成本)，以及增加塔的平面區(qū)域，這增加了資金成本或使資金成本和運(yùn)行成本都增加。非常期望的是，有限地增加風(fēng)機(jī)功率或平面區(qū)域而適度增加成本的設(shè)計(jì)。上文表現(xiàn)出對下述冷卻塔或類似物的需要：所述冷卻塔或類似物可在羽流減少模式和非羽流減少模式中有效地運(yùn)行，并且在不顯著增加運(yùn)行成本的情況下在所有天氣狀況下提供所需的熱交換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供了一種具有豎直軸線的冷卻塔，所述冷卻塔包括：沿所述豎直軸線位于第一位置處的蒸發(fā)媒質(zhì)；液體分配系統(tǒng)，所述液體分配系統(tǒng)將熱的液體分配到所述蒸發(fā)媒質(zhì)之上；第一熱交換器模塊，所述第一熱交換器模塊具有與第一流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第一組通道和與第二流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第二組通道；第二熱交換器模塊，所述第二熱交換器模塊具有與第三流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第三組通道和與第四流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第四組通道；第一旁路流動(dòng)路徑，所述第一旁路流動(dòng)路徑在所述第一熱交換器模塊和所述第二熱交換器模塊之間延伸；以及空氣流發(fā)生器，所述空氣流發(fā)生器引導(dǎo)空氣通過 所述第一組通道、所述第二組通道、所述第三組通道、所述第四組通道以及旁路流動(dòng)路徑穿過所述冷卻塔。

在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用與減少冷卻塔中的空氣流中的熱含量的方法，所述方法包括下述步驟：引導(dǎo)第一空氣流穿過第一熱交換器模塊的第一組通道；引導(dǎo)第二空氣流穿過所述第一熱交換器模塊的獨(dú)立的第二組通道；引導(dǎo)第三空氣流穿過所述第二熱交換器模塊的第三組通道并且穿過第一旁路路徑；引導(dǎo)第四空氣流穿過所述第二熱交換器模塊的獨(dú)立的第四組通道并且穿過第二旁路路徑；以及將熱量從所述第一空氣流傳遞到所述第二空氣流中。

在本發(fā)明的另一方面中提供了一種冷卻塔，所述冷卻塔包括：用于引導(dǎo)第一空氣流穿過第一熱交換器模塊的第一組通道的機(jī)構(gòu)；用于引導(dǎo)第二空氣流穿過所述第一熱交換器模塊的獨(dú)立的第二組通道的機(jī)構(gòu)；用于引導(dǎo)第三空氣流穿過所述第二熱交換器模塊的第三組通道的機(jī)構(gòu)；用于引導(dǎo)第四空氣流穿過所述第二熱交換器模塊的獨(dú)立的第四組通道并且穿過旁路路徑的機(jī)構(gòu)；以及用于將熱量從所述第一空氣流傳遞到所述第二空氣流中的機(jī)構(gòu)。

在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，提供了一種具有豎直軸線的冷卻塔，所述冷卻塔包括：沿所述豎直軸線位于第一位置處的蒸發(fā)媒質(zhì)；液體分配系統(tǒng)，所述液體分配系統(tǒng)將熱的液體分配到所述蒸發(fā)媒質(zhì)之上；第一熱交換器模塊，所述第一熱交換器模塊具有與第一流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第一組通道和與所述第一流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第二組通道；第二熱交換器模塊，所述第二熱交換器模塊具有與第二流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第三組通道和與所述第二流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第四組通道；提升裝置，所述提升裝置將所述第二熱交換模塊平移至第一位置和第二位置；以及空氣流發(fā)生器，所述空氣流發(fā)生器引導(dǎo)空氣通過所述第一通道、所述第二通道、所述第三通道、所述第四通道以及旁路流動(dòng)路徑穿過所述冷卻塔。

依然在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，提供了一種具有豎直軸線的冷卻塔，所述冷卻塔包括：沿所述豎直軸線位于第一位置處的蒸發(fā)媒質(zhì)；液體分配系統(tǒng)，所述液體分配系統(tǒng)將熱的液體分配到所述蒸發(fā)媒質(zhì)之上；第一熱交換器模塊，所 述第一熱交換器模塊具有與第一流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第一組通道和與第二流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第二組通道；第二熱交換器模塊，所述第二熱交換器模塊具有與第三流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第三組通道和與第四流動(dòng)導(dǎo)管流體連通的第四組通道；布置在所述第一流動(dòng)導(dǎo)管中的潮濕路徑擋板，所述潮濕路徑擋板對穿過所述第一導(dǎo)管的流動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；以及空氣流發(fā)生器，所述空氣流發(fā)生器引導(dǎo)空氣穿過所述流動(dòng)導(dǎo)管和所述通道。

由此已經(jīng)相當(dāng)概括地略述了本發(fā)明的更為重要的特征，以便下文中的本發(fā)明的詳細(xì)描述能夠得到更好的理解，并且能夠更好地領(lǐng)會(huì)對本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，本發(fā)明存在附加特征，附加特征將在下文描述并且將形成本發(fā)明的從屬權(quán)利要求的主題。

在這方面，在詳細(xì)地說明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)明白，本發(fā)明在本發(fā)明的應(yīng)用中并不限于以下說明中陳述的或附圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的布置。本發(fā)明能夠通過其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)并且能夠以各種方式實(shí)施和執(zhí)行。另外，應(yīng)明白，在此采用的詞組和術(shù)語以及摘要是為了說明的目的并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。

照此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本公開內(nèi)容所基于的設(shè)想可容易地被用作用于設(shè)計(jì)執(zhí)行本發(fā)明的數(shù)個(gè)目的其它結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求被認(rèn)為包括這種等價(jià)構(gòu)造，只要其不超出本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處于最大熱性能模式的冷卻塔的示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處于羽流減少模式的圖1中所描繪的冷卻塔的示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處于部分羽流減少模式的圖1中所描繪的冷卻塔的示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的冷卻塔的示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的冷卻塔的示意圖，其中，熱交換模塊 被機(jī)械地升高；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的圖5中描繪的冷卻塔的示意圖，其中熱交換模塊被機(jī)械地降低；

圖7為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的冷卻塔的示意圖，其中，熱交換模塊被機(jī)械地旋轉(zhuǎn)；

圖8為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的圖7中描繪的冷卻塔的示意圖，其中，熱交換模塊被機(jī)械地旋轉(zhuǎn)。

圖9為根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例的具有潮濕導(dǎo)管擋板的冷卻塔的示意圖；

圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一替代性實(shí)施例的具有布置在熱交換模塊處的潮濕導(dǎo)管擋板的冷卻塔的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參考附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，圖1-圖3描繪了冷卻塔設(shè)備，冷卻塔設(shè)備總體上以10指示，冷卻塔設(shè)備10具有支撐框架組件12和護(hù)罩14，空氣流發(fā)生器16(軸流式風(fēng)扇)在護(hù)罩14內(nèi)運(yùn)行。冷卻塔10通常包括潮濕的直接冷卻段11和干燥的間接冷卻段13，潮濕的直接冷卻段11和干燥的間接冷卻段13由擋水器(eliminator)15分隔。冷卻塔10包括被一連串地布置和定向的多個(gè)熱交換模塊18，每個(gè)熱交換模塊18與干燥空氣導(dǎo)管20和潮濕空氣導(dǎo)管22流體連通。優(yōu)選地，單個(gè)交換器模塊18通常呈菱形形狀或菱形構(gòu)造，然而，替代性地，單個(gè)交換器模塊18可以為任何功能性幾何形狀(functional geometry)。如之前討論的，冷卻塔10還包括各自具有進(jìn)氣口或擋板(damper)38的一系列外界空氣導(dǎo)管20或干燥空氣導(dǎo)管20，以及一系列溫?zé)峥諝鈱?dǎo)管或潮濕空氣導(dǎo)管22，溫?zé)岬某睗窨諝饣驈U氣穿過所述溫?zé)峥諝鈱?dǎo)管或潮濕空氣導(dǎo)管22行進(jìn)。外界空氣導(dǎo)管20連接到單個(gè)交換器單元模塊18(如圖示)，使得空氣導(dǎo)管20與穿過交換器模塊的路徑17連通，如箭頭所示。溫?zé)峥諝鈱?dǎo)管22也被連接到單個(gè)交換器模塊(如圖示)，然而，溫?zé)峥諝鈱?dǎo)管22與單獨(dú)的路徑19連通。通道17，19的路徑可使廢氣的潮濕空氣流動(dòng)穿過單個(gè) 熱交換模塊。外界空氣導(dǎo)管20和溫?zé)峥諝鈱?dǎo)管22被布置在熱交換器模塊18的下方。為了方便起見，導(dǎo)管被限定成向一個(gè)模塊提供空氣路徑，即，冷卻塔隔腔(bays)可被壁隔開或間隔。兩個(gè)相鄰的模塊可由一個(gè)公共的導(dǎo)管供給。但是，這些模塊還可被布置成使潮濕空氣路徑和干燥空氣路徑以每半個(gè)隔腔交替一次。例如在圖1中，導(dǎo)管從左到右被標(biāo)記為22、20、20、22、22、20、20、22、20、20和22。替代性地，這些導(dǎo)管被可間隔成：標(biāo)記從左到右讀為22、20、22、20、22、20、22、20、22、20、22和20。

現(xiàn)在具體參考熱交換模塊18，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)模塊為蒸汽冷凝熱交換器單元。每個(gè)熱交換器模塊18由薄板構(gòu)造而成，所述薄板被粘合到一起，以形成具有用于兩種不同空氣流的第一路徑17和第二路徑19的單元。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述兩個(gè)空氣流以相互成直角的方式進(jìn)入每個(gè)熱交換器模塊18并且由薄板保持分隔開。

薄板為較薄的合成樹脂材料，形狀被設(shè)置為有助于從穿過通道19的被加熱含水空氣流中冷凝蒸汽并且將熱量傳遞給穿過通道17的冷卻空氣流。在優(yōu)選的實(shí)施例中，材料的厚度為0.005-0.040英寸，但是優(yōu)選的厚度為0.015-0.020英寸。表面可設(shè)置有紋理(textured)，以提供對每一個(gè)空氣流具有最小的空氣流流動(dòng)阻力的擴(kuò)展的表面區(qū)域。其它的紋理圖案可包含，但是不限于，例如與高爾夫球紋理類似的凹痕紋理和與壓紋在塑料板中的網(wǎng)孔圖案類似的格子紋理。這種增加的表面區(qū)域增強(qiáng)了薄板的熱傳導(dǎo)能力并且增大了板表面附近的速度波動(dòng)，這提高了單個(gè)空氣流的局部混合。增大的波動(dòng)及其所導(dǎo)致的空氣流的局部混合還提高了板的熱傳導(dǎo)能力。

如圖所示，每個(gè)熱交換模塊18憑借使相鄰的模塊18在高度上變化而相互偏置，使得所述模塊的相鄰點(diǎn)大致被分隔開。如圖1-圖3所示，冷卻塔10還包括一系列布置在相鄰的熱交換模塊之間的空氣旁路門24。雖然描繪了五個(gè)空氣旁路門，但是可根據(jù)塔10的尺寸來采用更多的或更少的旁路門24。另外如圖1所示，一系列的干燥導(dǎo)管通氣門(總體上以26表示)位于每個(gè)相應(yīng)的干燥導(dǎo)管20的底部處，運(yùn)行干燥導(dǎo)管通氣門26以對溫?zé)釓U氣進(jìn)入所述導(dǎo)管20的流動(dòng)進(jìn) 行控制。

如圖1-圖3所示，并且如之前所述，間接熱交換模塊18位于直接冷卻段11的上方的間接冷卻段13中，直接冷卻段11包括諸如填料板之類的蒸發(fā)媒質(zhì)30或任何熱交換媒質(zhì)或逆流(counterflow)布置中的類似物(如圖所示)。直接蒸發(fā)段11進(jìn)一步包括熱水分配系統(tǒng)32，熱水分配系統(tǒng)32包括一系列的管道和噴嘴33，熱水穿過所述管道和噴嘴33流動(dòng)。在運(yùn)行期間，冷卻干燥空氣如冷卻空氣矢量34表示的那樣在蒸發(fā)媒質(zhì)30下方進(jìn)入冷卻塔。

現(xiàn)在具體參考圖1，示出的冷卻塔10處于最大熱性能操作模式或位置。對于最大熱性能，應(yīng)理解為熱交換模塊18憑借相鄰的模塊在高度上的變化而相互偏置，使得所述模塊的相鄰點(diǎn)大致被分隔開(如之前所述)。在所述最大熱性能位置中，每個(gè)旁路門24被打開，并且類似地，每個(gè)通氣門26被打開，同時(shí)干燥擋板38被關(guān)閉。

因此，以所述最大熱性能模式運(yùn)行期間，來自熱源的熱水通過管道被泵送，并且被泵送到噴嘴33并且被噴灑在蒸發(fā)媒質(zhì)30上。同時(shí)，軸流式風(fēng)扇(或風(fēng)扇)16如矢量和箭頭34所示的那樣對冷的外界空氣的氣流進(jìn)行抽吸，使其穿過蒸發(fā)媒質(zhì)30。在蒸發(fā)媒質(zhì)30中，空氣被加熱并且水氣被蒸發(fā)到空氣流中。被加熱的含水空氣隨后被引導(dǎo)穿過干燥空氣流動(dòng)導(dǎo)管20和潮濕空氣流動(dòng)導(dǎo)管22(如箭頭36所示)。在這一模式中，因?yàn)楦稍飺醢?8被關(guān)閉，將對外界空氣經(jīng)由干燥導(dǎo)管20進(jìn)入塔10進(jìn)行限制。

如箭頭36所示，被加熱的含水空氣進(jìn)入并流動(dòng)穿過干燥空氣導(dǎo)管20和潮濕空氣導(dǎo)管22。打開的旁路門24允許來自導(dǎo)管20和22的被加熱的含水空氣36的一部分免于橫穿熱交換模塊18。更具體地，繞過熱交換模塊18的空氣或廢氣減小了必須通過熱交換器模塊18的空氣的量，并且因此，穿過每個(gè)模塊18的空氣速度更小并且其所導(dǎo)致的壓降更小。此外，由于穿過旁路門24和熱交換模塊18的空氣進(jìn)入到公共集氣室(common plenum)40中，穿過門24的速度和穿過模塊18的速度將被調(diào)節(jié)，以提供公共壓降(common pressure drop)。

現(xiàn)在具體參考圖2，冷卻塔10處于羽流減少模式或部分地處于圖1中描述 的最大性能模式。對于羽流減少模式，應(yīng)理解為空氣旁路門24連同干燥導(dǎo)管通氣門26一起被關(guān)閉，同時(shí)干燥擋板38被局部地或完全地打開。在運(yùn)行期間，直接熱交換段11的運(yùn)行與圖1中示出的最大熱模式相關(guān)討論類似。隨著被加熱的含水空氣或廢氣穿過擋水器15并且進(jìn)入間接熱交換段13，通氣門被關(guān)閉，迫使廢氣氣流穿過潮濕導(dǎo)管22并且進(jìn)入熱交換模塊18中。如之前所述的，擋板被局部地或完全地打開，并且廢氣隨后穿過潮濕導(dǎo)管22行進(jìn)并且進(jìn)入熱交換模塊18的之前描述的氣流通道19中的一個(gè)。同時(shí)，如之前所述，外界干燥空氣經(jīng)由擋板38進(jìn)入干燥空氣導(dǎo)管20，以產(chǎn)生第二空氣流。于是，外界干燥空氣被引導(dǎo)穿過熱交換器模塊18的分隔開的空氣流動(dòng)通道17(優(yōu)選地，垂直于廢氣的流動(dòng))。外界干燥空氣起到在熱交換器模塊18上產(chǎn)生冷卻表面的作用，從而使熱量從第一空氣流傳遞到第二空氣流。外界干燥空氣還在熱交換模塊18上提供了用以使來自廢氣或第一空氣流的水蒸氣冷凝在其上的冷卻表面。來自廢氣的冷凝物隨后可從冷卻塔的熱交換冷卻段的交換器模塊18下落。隨著兩個(gè)空氣流被排出交換模塊18，兩個(gè)空氣流在集氣室40中結(jié)合并且經(jīng)由護(hù)罩14排出。

在這一模式中，干燥空氣導(dǎo)管20的入口處的干燥擋板38可被完全地打開以最大化地減少羽流，或者可被節(jié)流以減小干燥空氣攝入并且增加潮濕段11氣流。然而，隨著外界溫度升高，冷卻可能不充分，但是減少一些羽流依然是可期待的。

現(xiàn)在參考圖3，示出的冷卻塔10處于部分羽流減少位置，其中，與圖2中示出的位置相比，在所述位置提供了更潮濕的段11性能，同時(shí)仍提供了羽流減少。鑒于空氣旁路門24和干燥導(dǎo)管通氣門26在圖2中所示的定向上被關(guān)閉，在圖3中示出部分減少模式中，潮濕導(dǎo)管中的空氣旁路門24被打開同時(shí)干燥導(dǎo)管中的干燥導(dǎo)管門26和空氣旁路門24被關(guān)閉。干燥空氣導(dǎo)管的入口處的干燥擋板38可被完全地打開以最大化地減少羽流，或者可被節(jié)流以減小干燥空氣攝入并且增加潮濕段氣流。然而，隨著外界溫度升高，冷卻可能不充分，但是減少一些羽流依然是可期待的。具體地，在這一模式中，干燥外界空氣流動(dòng)穿過 干燥導(dǎo)管20并且穿過熱交換模塊18的通道17，并且一部分的潮濕廢氣由于旁路門24被打開而繞過熱交換模塊18，而其余的潮濕廢氣流動(dòng)穿過通道19。再次，廢氣從旁路通過能夠使穿過不同的空氣路徑的總壓降被減少。經(jīng)過潮濕段的氣流被增加，這提高了熱性能。

現(xiàn)在參考圖4，示出了本發(fā)明的替代性實(shí)施例。如圖所示，冷卻塔10在其運(yùn)行和功能上與圖1-圖3中公開和描述的那些實(shí)施例非常類似，然而，在這一替代性的實(shí)施例中，模塊18被布置在相同的高度處。如圖4所示，并非由于交替的熱交換器模塊18的升高的高度而在所述模塊18的相鄰點(diǎn)之間產(chǎn)生間距，替代性地，模塊18被旋轉(zhuǎn)以便將相鄰的模塊18分隔開，從而產(chǎn)生旁路路徑70，旁路路徑70由旁路門24控制。替代性地，隔腔間距可被增加以在這些菱形之間產(chǎn)生間距而不需要旋轉(zhuǎn)所述菱形。這些菱形之間的間距于是可被安裝有旁路門。

現(xiàn)在參考圖5和圖6，示出了本發(fā)明的另一替代性的實(shí)施例，其中，熱交換模塊18經(jīng)由機(jī)械線性提升裝置(mechanical linear lifting device)50而被機(jī)械地升高和降低。提升裝置50可以為驅(qū)動(dòng)桿(driven rod)、螺旋千斤頂、滑輪組、液壓缸或能夠改變模塊18的高度的任何其它設(shè)備。圖5示出了處于最大熱模式中的冷卻塔10，其中，交替的模塊18被升高，使得模塊18被布置在不同的高度處，從而產(chǎn)生旁路路徑52。在這一模式中，干燥空氣擋板38被關(guān)閉，同時(shí)干燥導(dǎo)管通氣門26被打開，從而允許廢氣繞過模塊18并且因此提供最大熱性能。

替代性地，圖6示出了處于羽流減少模式中的冷卻塔，其中，模塊18被布置在相同的高度處，從而阻塞旁路路徑。在這一模式中，干燥導(dǎo)管通氣門26被關(guān)閉，同時(shí)外界空氣擋板38被打開，從而允許冷卻氣流穿過干燥導(dǎo)管20并且流入模塊的通道17中，同時(shí)潮濕廢氣通過另一個(gè)通道19流動(dòng)穿過潮濕導(dǎo)管22。

現(xiàn)在參考圖7和圖8，示出了本發(fā)明的另一替代性實(shí)施例。這一實(shí)施例與圖5和圖6中示出的實(shí)施例類似，然而，并非使熱交換器模塊18移動(dòng)或平移到 不同的高度，而是使模塊18被旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旁路路線54。如圖7和圖8所示，冷卻塔10具有諸如線纜、滑車輪和線性提升裝置之類的提升機(jī)械系統(tǒng)56。如圖7所示，憑借使熱交換器模塊18向上旋轉(zhuǎn)以提供旁路路徑54，使得冷卻塔10處于最大熱性能模式。

替代性地，圖8示出了處于羽流減少模式的冷卻塔，模塊18向下旋轉(zhuǎn)以使得相鄰點(diǎn)緊密靠近、封閉旁路并且迫使潮濕廢氣穿過相應(yīng)的模塊，同時(shí)打開的擋板38允許干燥外界空氣流動(dòng)穿過干燥空氣導(dǎo)管20并流入所述模塊中。

一些用于冷卻塔的應(yīng)用在一年中的寒冷或冬季月份期間可具有減弱的熱負(fù)荷。例如，與夏季月份相比，建筑的空調(diào)系統(tǒng)在冬季月份可具有顯著降低的熱負(fù)荷。此外，一些操作工序(processes)具有通常稱為設(shè)置點(diǎn)的最小冷水溫度限制。因此，冷水溫度必須被保持在上述設(shè)置點(diǎn)或之上。

在空調(diào)系統(tǒng)的示例中，冷卻機(jī)通常具有50°F的設(shè)置點(diǎn)。在結(jié)冰的氣候下，不論操作工序如何，隱含的最小冷水溫度略高于冰點(diǎn)(例如，40°F)以避免在冷卻系統(tǒng)中結(jié)冰。在非常冷的時(shí)候，冷卻必須被限制以維持最小設(shè)置點(diǎn)。這可通過采用諸如本發(fā)明的潮濕擋板之類的機(jī)械結(jié)構(gòu)來完成，所述機(jī)械結(jié)構(gòu)減少潮濕段空氣流并且同時(shí)維持或理想地增加干燥空氣流。

現(xiàn)在參考圖9和圖10，圖中示出了本發(fā)明的替代性實(shí)施例，其中，示出的冷卻塔具有潮濕段擋板門。應(yīng)注意，將聯(lián)系圖9和圖10中所示的實(shí)施例來詳細(xì)的討論該擋板，潮濕擋板可以根據(jù)需要或進(jìn)行的應(yīng)用而在圖1-圖8中的實(shí)施例中的每個(gè)中采用。如圖1-圖8所示，采用了限制潮濕段空氣流的擋板門202。

現(xiàn)在參考圖9，示出的冷卻塔(通常用200標(biāo)示)具有潮濕導(dǎo)管擋板門202，所述潮濕導(dǎo)管擋板門202對橫穿潮濕導(dǎo)管22的空氣流進(jìn)行控制。除了潮濕導(dǎo)管擋板門202被部分地關(guān)閉之外，圖9中示出的塔200與圖2中所示的塔類似。

在正常運(yùn)行期間，例如如圖2中所示，潮濕導(dǎo)管擋板門202被操作成處于打開位置，使得并不顯著限制空氣流橫穿潮濕導(dǎo)管22。在冷水溫度存在下降到上述的設(shè)置點(diǎn)之下的風(fēng)險(xiǎn)的情況下，潮濕導(dǎo)管擋板門202可被部分地關(guān)閉，對潮濕空氣路徑添加阻力，并借此減少潮濕空氣流。隨著外界網(wǎng)絡(luò)濕球溫度 (ambient web bulb temperature)的變冷，潮濕導(dǎo)管擋板門202可被逐漸地朝著關(guān)閉位置調(diào)節(jié)，借此進(jìn)一步限制潮濕空氣流并且維持冷水設(shè)置點(diǎn)溫度。

正如圖9中可見的，示出的潮濕導(dǎo)管擋板門202位于與干燥導(dǎo)管通氣門相同的高度。尤其如果提供了沿著塔的側(cè)部的維護(hù)走道的話，這是一種優(yōu)選的布置。但是，可采用替代性的布置和定向，其中，潮濕導(dǎo)管擋板門202可被設(shè)置或安置在導(dǎo)管內(nèi)的任何位置，或甚至在空氣對空氣熱交換器(air-to-air heat exchanger)的潮濕路徑排放(wet path discharge)的上方。同樣地，潮濕導(dǎo)管擋板門202可被安置在潮濕導(dǎo)管22的下方。

現(xiàn)在參照圖10，擋板門310被安置在空氣對空氣熱交換器的頂部，它們可被用做流動(dòng)方向?qū)О?flow directional baffles)以有助于將潮濕空氣流和干燥空氣流混合。與圖9中所示的實(shí)施例相似，潮濕導(dǎo)管擋板被部分地關(guān)閉，這一設(shè)想還被應(yīng)用到圖6和圖8中所示的配置。通過部分地關(guān)閉潮濕擋板以對潮濕導(dǎo)管22中的氣流進(jìn)行阻礙，使得潮濕冷卻被減少并且溫度下降到最小冷水溫度(設(shè)置點(diǎn))之下的可能性被最小化。

在圖10中，可使用與附圖中的干燥空氣導(dǎo)管擋板(被稱為百葉窗式或葉片式擋板)相類似的擋板320。另一替代性實(shí)施例為：空氣對空氣熱交換器的潮濕空氣路徑排出側(cè)上的鉸鏈門。

本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點(diǎn)通過詳細(xì)的說明而變得更加清楚，并且因此，從屬權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有這種特征和優(yōu)點(diǎn)。此外，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員容易想到許多修改和變形，所以不希望將本發(fā)明限制在所示的和所述描述的精確構(gòu)造和操作中，并且因此，所有適當(dāng)?shù)男薷暮偷韧问蕉伎杀徽J(rèn)為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。