本申請要求于2015年6月2日遞交的名稱為“DRIFT ELIMINATOR FOR CONDENSING COOLING TOWER EFFLUENT(用于冷凝冷卻塔流出物的漂浮物清除器)”的美國臨時申請序列號62/169,889的優(yōu)先權(quán)，該申請的全部公開內(nèi)容通過參引并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及對冷卻塔流出物或其他排熱裝置中的夾帶水的空氣進(jìn)行水回收。更具體地，本發(fā)明涉及用于對來自冷卻塔空氣流出物的水進(jìn)行回收以減少冷卻塔排放空氣流出物中的漂浮物的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

如所周知，很多工藝過程會產(chǎn)生廢熱。例如，在使用蒸汽動力驅(qū)動的渦輪機(jī)的發(fā)電生產(chǎn)中，水在鍋爐中被加熱以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽對渦輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動來產(chǎn)生電力。為了使這個過程所需的潔凈水的量減少到最小，必須通過將蒸發(fā)熱除去以再次將蒸汽轉(zhuǎn)化為水，以便水能夠在該過程中可被重復(fù)利用。從蒸汽中除去的熱量被描述為“廢熱”，因為它在能源生產(chǎn)中是沒有用的。在另一示例中，在用于大型建筑物的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，建筑物內(nèi)部的空氣被驅(qū)使經(jīng)過包含有冷卻水的盤管，由此將來自建筑物內(nèi)部的熱量轉(zhuǎn)移到水中。隨后，水由蒸發(fā)器中的冷卻裝置通過將液體轉(zhuǎn)化成氣體的制冷劑的擴(kuò)張以帶走熱量來進(jìn)行冷卻。已升溫的制冷劑氣體隨后被壓縮并被送至冷凝器以用于冷卻和液化。熱量從冷凝器中的制冷劑中被除去。水冷式冷凝器將從制冷劑釋放的熱量轉(zhuǎn)移到循環(huán)水。已加熱的循環(huán)水被依次送至冷卻塔，冷卻塔中的熱量被排放到大氣中。在制冷劑被液化并冷卻后，制冷劑準(zhǔn)備開始重新循環(huán)。再次，該熱量被描述為廢熱，因為它在制冷系統(tǒng)中是沒有用的，并且必須在制冷劑被重新使用于冷卻過程之前除去。

在前述兩種過程中，以及在需要消除多余熱量的步驟的許多其它的過程中，使用了冷卻塔。在濕式冷卻塔中，水被泵送經(jīng)過包含有加熱蒸汽、制冷劑、或其它受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。溫水隨后被泵送至冷卻塔的頂部，并被噴涂在冷卻塔裝填物介質(zhì)上以增加溫水的外露表面積并提高熱傳遞和蒸發(fā)。裝填物介質(zhì)典型地包括片材材料或擋濺條。當(dāng)溫水穿過裝填物介質(zhì)向下流動時，外界空氣橫穿經(jīng)過受加熱的水的裝填物介質(zhì)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。在該過程期間，空氣流相比其即將進(jìn)入的外界空氣變得更熱更潮濕。然后溫?zé)?、潮濕的空氣被?qū)使到冷卻塔的外部或從冷卻塔排出，并消散到周圍空氣中。然而，出于多種原因，將液態(tài)水(典型地，液態(tài)水呈被稱為“漂浮物”的霧或液滴的形式)與溫?zé)?、潮濕的排出空氣一同排出是不期望的。例如，漂浮物?biāo)志著循環(huán)水的喪失。在另一示例中，在一些大氣條件下，漂浮物可能會凍結(jié)并不利地影響冷卻塔或附近的其他機(jī)器和結(jié)構(gòu)中的組件的運行。

同時，其他的步驟可被采取以減小來自冷卻塔中的漂浮物的量，這些步驟通常是不足的并且會引起其他問題。例如，減慢空氣流的速度可減少漂浮物，但折衷是增加裝填物介質(zhì)的容積以及冷卻塔的尺寸。將迷宮擋板放置在裝填物介質(zhì)和冷卻塔排氣裝置之間也可減少漂浮物。但遺憾的是，迷宮會增加穿過裝填物介質(zhì)的靜壓，而這需要更強(qiáng)大的風(fēng)機(jī)來使穿過冷卻塔的空氣離開。

因此，需要減少冷卻塔中的漂浮物以解決上述的問題和/或其他傳統(tǒng)的方法所引起的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例能夠在至少一定程度上減少冷卻塔中的漂浮物。

本發(fā)明的實施例涉及一種漂浮物清除器，其用于從冷卻塔中的空氣流移除液體。漂浮物清除器包括清除器入口、多個槽、清除器脊部、以及多個肋。清除器入口用于接收空氣流。所述多個槽被配置成輸送空氣流穿過漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每個槽與清除器脊部流體連通并由從槽入口到槽出口向上彎曲的槽內(nèi)表面限定出。所述多個肋由槽中的相鄰的槽限定出并朝向槽出口向上彎曲。

本發(fā)明的另一實施例涉及一種用于冷卻塔的裝填物介質(zhì)。該裝填物介質(zhì)包括裝填物入口部分、熱交換部分、以及漂浮物清除器部分。裝填物入口部分被布置在裝填物介質(zhì)的第一端部。熱交換部分包括熱交換入口和熱交換通道。熱交換入口與裝填物入口部分流體連接。熱交換通道由一對熱交換片材限定出，并被配置成使流經(jīng)所述熱交換通道的液體流的熱量交換給流經(jīng)所述熱交換通道的空氣流。液體流從裝填物介質(zhì)的頂部穿過并向下流經(jīng)熱交換通道，并且空氣流經(jīng)由裝填物入口部分進(jìn)入裝填物介質(zhì)并橫穿熱交換部分被輸送。漂浮物清除器部分被配置成從空氣流移除液體。漂浮物清除器包括清除器入口、多個槽、清除器脊部、以及多個肋。清除器入口用于接收空氣流。所述多個槽被配置成輸送空氣流穿過漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每個槽與清除器脊部流體連通并由從槽入口到槽出口向上彎曲的槽內(nèi)表面限定出。所述多個肋由槽中的相鄰的槽限定出并朝向槽出口向上彎曲。

本發(fā)明的另一實施例涉及一種冷卻塔。冷卻塔包括液體供給系統(tǒng)以產(chǎn)生液體流，以及裝填物介質(zhì)。該裝填物介質(zhì)包括裝填物入口部分、熱交換部分、以及漂浮物清除器部分。裝填物入口部分被布置在裝填物介質(zhì)的第一端部。熱交換部分包括熱交換入口和熱交換通道。熱交換入口與裝填物入口部分流體連接。熱交換通道由一對熱交換片材限定出，并被配置成使流經(jīng)所述熱交換通道的液體流的熱量交換給流經(jīng)所述熱交換通道的空氣流。液體流從裝填物介質(zhì)的頂部穿過并向下流經(jīng)熱交換通道，并且空氣流經(jīng)由裝填物入口部分進(jìn)入裝填物介質(zhì)并橫穿熱交換部分被輸送。漂浮物清除器部分被配置成從空氣流移除液體。漂浮物清除器包括清除器入口、多個槽、清除器脊部、以及多個肋。清除器入口用于接收空氣流。所述多個槽被配置成輸送空氣流穿過漂浮物清除器。清除器脊部具有沿第一方向延伸的第一漂浮物壁以及沿第二方向延伸的第二漂浮物壁。每個槽與清除器脊部流體連通并由從槽入口到槽出口向上彎曲的槽內(nèi)表面限定出。多個肋由槽的相鄰的槽限定出并朝向槽出口向上彎曲。

因此為了可以更好地理解本發(fā)明的詳細(xì)描述，并且為了可以更好地意識到本發(fā)明對本領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，已經(jīng)相當(dāng)廣泛地列出了本發(fā)明的更多的重要特征。當(dāng)然有本發(fā)明的附加的特征，這些將在下面描述，并且將形成本文所附權(quán)利要求的主題。

在這方面，在詳細(xì)說明本發(fā)明的至少一種實施方式前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不將其應(yīng)用限于以下描述中記載的和附圖中示出的構(gòu)造的細(xì)節(jié)和部件的組裝。本發(fā)明能夠以除描述的這些實施方式外的方式實施，并且能夠以多種方式實踐和實行。另外，應(yīng)當(dāng)理解本文使用的措詞和術(shù)語以及摘要是用于描述的目的而不應(yīng)視為限制性的。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明所基于的概念可容易地用作設(shè)計其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以用于實現(xiàn)本發(fā)明一些目的。因此，重要的是將權(quán)利要求視為包括這些等同構(gòu)造，因為它們不背離本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

圖1為適于與本發(fā)明的實施例一起使用的熱交換器的剖視圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的裝填物介質(zhì)的側(cè)視圖。

圖3為圖2的裝填物介質(zhì)的透視圖。

圖4為圖2的裝填物介質(zhì)的一部分的俯視圖。

圖5為圖2的裝填物介質(zhì)的一部分的側(cè)剖視圖，示出了裝填物介質(zhì)的漂浮物清除器部分中的清除器。

所示的附圖僅僅是為了舉例說明的目的，因此，除了被視為對權(quán)利要求書來說是必不可少的具體細(xì)節(jié)，既不希望也不旨在將本發(fā)明的主題限制成所示的結(jié)構(gòu)的任何或所有的具體細(xì)節(jié)。

具體實施方式

總的來說，本發(fā)明的實施例涉及一種漂浮物清除器以及將漂浮物從空氣流中清除的方法。盡管本文中示出的示例是在冷卻塔中使用漂浮物清除器，但是將液體或微粒物質(zhì)從流體流中移除的其他應(yīng)用也落在本發(fā)明的其他實施例的范圍內(nèi)?，F(xiàn)將參考附圖，其中，相似的附圖標(biāo)記表示相似的元件，圖1中示出了用于消散廢熱的冷卻塔10。通過將水的向下流動引入到空氣的水平流動從而將廢熱消散，而將水的向下流動引入到空氣的水平流動可通過合理的傳熱和蒸發(fā)冷卻的接合來吸收廢熱。冷卻塔10包括殼體12、水供給系統(tǒng)14、水收集系統(tǒng)16、風(fēng)機(jī)18以及裝填物介質(zhì)20。如圖1所示，水經(jīng)由供給管道22被輸送到冷卻塔并經(jīng)由多個噴嘴24或諸如穿孔托盤或篩之類的其他的這種霧化分散裝置被引入到裝填物介質(zhì)20中。如本文所述，裝填物介質(zhì)20包括平坦的通道以用于水和空氣的通過(見圖3)。被引入到裝填物介質(zhì)20的頂部處的水穿過這些通道下降以形成水流26，并與水平的空氣流28接觸。空氣流經(jīng)由風(fēng)機(jī)18而產(chǎn)生。保持在裝填物介質(zhì)20的底部的任何的液態(tài)水滴入水收集系統(tǒng)16的收集槽30中，并經(jīng)由排水管道32從冷卻塔10輸送走。

裝填物介質(zhì)20包括裝填物入口部分40、熱交換部分42、以及漂浮物清除器部分44。裝填物入口部分44位于裝填物介質(zhì)20的空氣入口側(cè)46。為減少或防止水或其他液體從裝填物介質(zhì)20中濺出，裝填物入口部分40包括一系列的柵板或擋板48。每個擋板48朝向熱交換部分42傾斜以將任何偏離的水再次引回到熱交換部分42中。漂浮物清除器部分44位于裝填物介質(zhì)20的空氣出口側(cè)50。如本文所描述的，漂浮物清除器部分44包括多個漂浮物清除元件，所述多個漂浮物清除元件被配置成減少或消除從裝填物介質(zhì)20中排出的漂浮物。例如，漂浮物清除器部分44包括一系列的肋52。在本文中描述這些以及其他漂浮物清除元件。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝填物介質(zhì)20的側(cè)視圖。如圖2所示，裝填物入口部分40包括一系列的柵板或擋板48，以及一系列的擋板通道60，擋板通道60被布置在每對相鄰的擋板48之間。也就是說，擋板48和擋板通道60沿裝填物入口部分40交錯。每個擋板通道60包括擋板通道入口62和擋板通道出口64。擋板通道入口62被布置成相對地高于相應(yīng)的擋板通道出口64，以將濺出的水重新定向以返回至熱交換部分42中。

如在圖3中更好地示出，裝填物介質(zhì)20包括多個片材70。片材70可包括任何合適的材料以形成片材70。通常，適當(dāng)?shù)牟牧习ň酆衔?、金屬、或其他的足夠堅硬的可形成材料。返回至圖2，一個具體的片材70的一部分被示出。被沖壓或形成于片材70中的熱交換部分42包括斜紋區(qū)域72、管插口74、以及支撐件76(同樣見圖3)。斜紋區(qū)域72被配置成通過引入空氣和水的非層流和湍流以促進(jìn)空氣和水的混合。此外，斜紋區(qū)域72增大了表面面積以達(dá)到使水向下流淌在片材70的表面上的程度。管插口74可選擇地提供用于將片材70附接至冷卻塔10的殼體12的附接點。如果使用的話，一個或多個管插口74可被鉆孔或穿孔以產(chǎn)生通過裝填物介質(zhì)20的通道。管或管道(未示出)可被布置成穿過通道以支撐裝填物介質(zhì)20。支撐件76被用于維持片材70之間的間隔(圖2中示出)。

在圖2中還示出，漂浮物清除器部分44包括肋52。肋52可以連續(xù)彎曲和/或可以呈翼型(airfoil)形狀。在具體的示例中，每個肋52可包括圓形的前部邊緣80，該前部邊緣80具有前部部分82，該前部部分82相對較厚并向下逐漸變薄至后部部分84。肋52的這種形狀便于將空氣流28朝向風(fēng)機(jī)18向上引導(dǎo)(圖1中示出)，和/或通過使空氣在肋52(尤其是后部部分84)的逐漸變薄中逐步擴(kuò)張來恢復(fù)空氣流28的能量以減小穿過漂浮物清除器部分44的靜壓。空氣的逐步擴(kuò)張減慢了空氣的速度并減少了出口50處的壓力損失。

較低的靜壓的優(yōu)點在于，在所有的其他因素相同時(例如，風(fēng)機(jī)額定性能、裝填物容積，等)，空氣流28的速度約大于傳統(tǒng)的沒有肋52的漂浮物清除器的空氣流速度的5％?？諝饬?8中的更大的速度引起冷卻能力的增加。附加地或替代性地，肋52促進(jìn)了風(fēng)機(jī)18的具有更低的額定功率或使用更少的能源的用途，同時還維持了具有傳統(tǒng)的漂浮物清除器(沒有肋52)的傳統(tǒng)的冷卻塔的冷卻能力。通過使用具有更低額定功率的風(fēng)機(jī)18，能源利用被降低。

參考圖2和圖3，裝填物入口部分40(圖2中示出)、熱交換部分42、以及漂浮物清除器部分44均被集成至片材70并且更通常地被集成至裝填物介質(zhì)20。也就是說，這些部分均形成自單個片材材料，并且已形成的片材70隨后被疊置以形成裝填物介質(zhì)20。因此，裝填物介質(zhì)20的裝配是相對簡單的。然而，在其他實施例中，漂浮物清除器部分44可被添加至已存在的裝填物介質(zhì)。例如，如果已存在的裝填物介質(zhì)具有不足的漂浮物清除，漂浮物清除器部分44可被添加至已存在的裝填物介質(zhì)。

圖3為圖2的裝填物介質(zhì)20的后部部分的透視圖。如圖3所示，裝填物介質(zhì)20包括產(chǎn)生一系列的熱交換通道90的多個片材70。這些熱交換通道90通常是平坦的以促進(jìn)水的向下流動和空氣的水平流動以及水流和空氣流的混合。如已經(jīng)討論的，空氣流28通常流動穿過熱交換部分42，并隨后在從裝填物介質(zhì)20排出之前穿過漂浮物清除器部分44。漂浮物清除器部分44被配置成通過使空氣流28執(zhí)行一系列轉(zhuǎn)向來移除任何夾帶的水滴或水霧。由于水滴的質(zhì)量大于空氣和水分子的質(zhì)量，因此液滴撞擊表面并附著在表面，并隨后在這些表面上向下流淌以滴落在圖1所示的收集槽30中。

現(xiàn)參考圖4和圖5，漂浮物清除器部分44包括多個彎曲部分以及漂浮物壁，所述多個彎曲部分與漂浮物壁共同工作以對空氣流28進(jìn)行重新導(dǎo)向并移除夾帶的水(漂浮物)。特別地，漂浮物清除器部分44包括第一彎曲部分100、第二彎曲部分102、以及第三彎曲部分104。第一彎曲部分100朝向裝填物介質(zhì)20的第一側(cè)彎曲，第二彎曲部分102朝向裝填物介質(zhì)20的另一側(cè)往回彎曲。第三彎曲部分104往回彎曲成與熱交換通道90的保持平面一致，并且還向上彎曲成與52的曲線保持一致。漂浮物清除器部分44還包括第一漂浮物壁106、第二漂浮物壁108、第三漂浮物壁120以及第四漂浮物壁122。第一漂浮物壁106被布置在第一彎曲部分100和第二彎曲部分102之間。第二漂浮物壁108被布置在第二彎曲部分102和第三彎曲部分104之間。第一漂浮物壁106、第二彎曲部分102和第二漂浮物壁108共同形成大致V形幾何形狀以形成“V”形脊部。該V形的頂點出現(xiàn)在第一漂浮物壁106和第二漂浮物壁108的相交處，該相交處處于第二彎曲部分102處。前述的“V”形脊部使空氣流28逐漸分散，同時允許空氣流的能量的恢復(fù)，并減小壓力下降的可能性。

現(xiàn)在參考圖3至圖5，隨著空氣流28進(jìn)入漂浮物清除器部分44，空氣流28被迫使沿著第一彎曲部分100的曲線行進(jìn)，而具有更大質(zhì)量的夾帶著的液態(tài)水更緩慢地轉(zhuǎn)向并撞擊第一漂浮物壁106。第一漂浮物壁106的表面是充分吸水的并可使水附著至第一漂浮物壁106。一旦第一漂浮物壁106上聚積了足夠的水，水將從第一漂浮物壁106向下滴落或流敞。就這一點而言，第一漂浮物壁106充當(dāng)排水表面或排水通道以促進(jìn)水向下流動并流動至收集槽30。在第一漂浮物壁106處未被移除的被夾帶的液態(tài)水繼續(xù)與空氣流28一起前行，空氣流28隨后被迫使在第二彎曲部分102處轉(zhuǎn)彎。再一次地，更大質(zhì)量的水滴更緩慢地進(jìn)行轉(zhuǎn)向，并撞擊第二漂浮物壁108并附著至第二漂浮物壁108上。第二漂浮物壁108的表面依舊是充分吸水的并可使水附著至第二漂浮物壁108。一旦第二漂浮物壁108上聚積了足夠的水，水將從第二漂浮物壁108向下滴落或流敞。就這一點而言，第二漂浮物壁108充當(dāng)排水表面或排水通道以促進(jìn)水向下流動并流動至收集槽30。

在第三彎曲部分104處，空氣流28往回轉(zhuǎn)彎而與熱交換通道90的平面保持一致，并且空氣經(jīng)由槽入口112進(jìn)入槽110，并最終經(jīng)由槽出口114離開或排出。隨著空氣流進(jìn)入槽110，移動的夾帶液態(tài)水的大部分可將微粒攜帶至第三漂浮物壁120，而空氣流28繼續(xù)穿過槽110并通過肋52被重新向上引導(dǎo)。同樣，移動的夾帶液態(tài)水的大部分可將顆粒攜帶至第四漂浮物壁122，而空氣流28被繼續(xù)向上引導(dǎo)并經(jīng)由槽出口114流動至槽110的外部。槽110由槽的從槽入口112到槽出口114向上彎曲的壁限定出。槽入口112被布置成相對地低于槽出口114，并且槽110以連續(xù)的曲線向上掃掠。

圖4中還繪出了清除器入口101，該清除器入口101與熱交換部分42相鄰。圖5中還示出了槽入口112。返回至圖4，圖4中示出了平面A，槽110沿平面A延伸并且空氣流沿平面A流動。在圖4中示出的具體示例中，平面A通常被限定為位于兩個相鄰片材70之間的平面，并且更具體地，平面A通常被限定為沿位于兩個相鄰片材70之間的中點平面的平面。如圖4所示，由第一漂浮物壁106、第二彎曲部分102、以及第二漂浮物壁108形成的V形脊部使空氣流從平面A處轉(zhuǎn)向，并且隨后，第三彎曲部分104使空氣流轉(zhuǎn)向返回以在槽入口112處平行于平面A。

在一些示例中，第三彎曲部分104可被省略。也就是說，第三彎曲部分104是可選的。如果具有第三彎曲部分104，槽110可被整體地布置成沿著圖4中示出的平面A。如果第三彎曲部分104被省略，槽110可沿由圖4中示出的第二漂浮物壁108限定的線繼續(xù)。在第三彎曲部分104被省略的示例中，平面A可被限定成沿槽入口112和槽出口114之間的線的平面，并且平面A與由兩個相鄰片材70限定的槽110對齊。

圖5為圖2的裝填物介質(zhì)20的一部分的側(cè)剖視圖，示出了裝填物介質(zhì)20的漂浮物清除器部分44中的肋52。如圖5所示，肋52包括圓形的前部邊緣80，該前部邊緣80具有前部部分82，該前部部分82相對較厚并逐漸變薄至后部部分84。肋52的形狀是空氣動力學(xué)的，以減少轉(zhuǎn)向壓力的下降和/或擴(kuò)張壓力。以這種方式，空氣流28被重新向上引導(dǎo)，并且與肋52為平直平面相比，空氣流28具有相對更大的速度。同樣如圖5所示，肋52由相鄰的兩個槽110限定出。也就是說，肋52被布置在肋52的上方和下方的槽110之間，并且肋52的幾何形狀由相鄰的槽110的壁決定。如上面描述的，當(dāng)進(jìn)入槽110時，空氣流進(jìn)入槽110中，空氣流28中移動的夾帶液態(tài)水的大部分可將水微粒攜帶至第三漂浮物壁120，同時空氣流28穿過槽110繼續(xù)流動，并通過肋52被重新向上引導(dǎo)。同樣，移動的夾帶液態(tài)水的大部分可將微粒帶至第四漂浮物壁122，同時空氣流28繼續(xù)向上流動，并經(jīng)由槽出口114流動至槽110的外部。

根據(jù)詳細(xì)的說明，本發(fā)明的許多特征和優(yōu)點是顯而易見的，因此，將通過所附權(quán)利要求來覆蓋所有這些落于本發(fā)明真實精神和范圍內(nèi)的本發(fā)明的特征和優(yōu)點。此外，由于對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講容易進(jìn)行許多修改和變型，因此不希望將本發(fā)明限于示出和描述的具體構(gòu)造和操作，并且相應(yīng)地，所有適當(dāng)?shù)男薷姆绞胶偷韧锒紤?yīng)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。