Способ и устройство теплообмена

Способ и устройство теплообмена

Реферат

 

Устройство может использоваться в качестве испарительного конденсатора, охладителя текучей среды или влаговоздушного охладителя. Устройство снабжено секцией прямого испарительного теплообмена, располагающейся над секцией косвенного испарительного теплообмена. Зона подачи воздуха, общая для обеих секций теплообмена, принимает воздушный поток, который вдувается в эту зону по меньшей мере одним вентилятором, создавая таким образом в камере повышенное давление, под воздействием которого воздушный поток разделяется и поступает в каждую секцию внутри устройства. Это устраняет необходимость приема воздуха в отдельных зонах, позволяя уменьшить размеры и стоимость устройства и одновременно увеличить теплообменную способность. Прохождение воздушного потока в противотоке через секцию прямого теплообмена позволяет получить равномерно охлажденную испарительную жидкость для использования в секции косвенного теплообмена. Поток испарительной жидкости параллелен воздушному потоку в секции косвенного теплообмена. Технологическая текучая среда, находящаяся внутри контуров секции косвенного теплообмена, может отбирать или отдавать тепло испарительной жидкости, поступающей из секции прямого теплообмена, причем часть тепла передается воздушному потоку в секции косвенного теплообмена в форме физической и скрытой теплоты, повышая или понижая, таким образом, энтальпию воздушного потока. Остальное тепло может или накапливаться, или выделяться испарительной жидкостью с повышением или понижением ее температуры. Испарительная жидкость скапливается в резервуаре и затем перекачивается вверх для повторного распределения по секции прямого испарительного теплообмена. 2 с. и 23 з.п.ф-лы., 13 ил.

Изобретение относится в целом к теплообменному устройству, такому как замкнутый башенный охладитель, испарительный конденсатор или влаго-воздушный охладитель. Более конкретно настоящее изобретение относится к очень компактному, имеющему форму стеллажа сочетанию отдельных испарительных жидкостных теплообменных секций с прямым и косвенным теплообменом, в котором покидающая секцию прямого теплообмена испарительная жидкость, способствующая улучшению рабочих характеристик и обладающая первоначально одинаковой температурой, распределяется по секции косвенного теплообмена. В сравнении с другими, имеющими аналогичные размеры и приемлемыми для применения в промышленности испарительными теплообменниками с косвенным теплообменом, настоящее изобретение позволяет добиться гораздо большей теплопередающей способности в расчете на единицу размеров и затрат за счет уникального повышения давления в зоне подачи воздуха, общей для обеих теплообменных секций. Внутри этой зоны осуществляется разделение единого поступающего потока воздуха между теплообменными секциями с образованием двух отдельных путей для потоков воздуха к каждой секции таким образом, чтобы способствующая улучшению рабочих характеристик и обладающая одинаковой температурой жидкость равномерно распределялась по секции косвенного теплообмена.

В соответствии с настоящим изобретением относительно сухой воздух с температурой окружающей среды вдувают с помощью вентилятора в специально сконструированное пространство, или зону подачи, расположенную между верхней поверхностью секции косвенного теплообмена и нижней поверхностью секции косвенного теплообмена и нижней поверхностью секции прямого теплообмена. Поскольку в этой зоне происходит нагнетание воздуха вентилятором (напорная вентиляция), воздух будет стремиться к самостоятельному распределению по каналам внутри устройства; вверх, в секцию прямого теплообмена и вниз, в секцию косвенного теплообмена. В то же время испарительная жидкость (обычно вода) распределяется по верхней поверхности секции прямого теплообмена при однородной температуре, где она находится в непосредственном контакте с идущим ей навстречу потоком воздуха, причем обе среды подвергаются тепло- и массообмену. При стекании испарительной жидкости в секции прямого теплообмена она покидает эту секцию при более низкой и однородной температуре. После кратного участка свободного падения в зоне подачи воздуха жидкость распределяется по верхней поверхности зоны косвенного теплообмена и перетекает вниз по ряду образующих зону косвенного теплообмена труб параллельно с соответствующим потоком воздуха. Контуры труб, образующие секцию косвенного теплообмена, служат для пропускания внутреннего потока текучей среды, который предпочтительно подвергается охлаждению хотя, как будет показано ниже, эта текучая среда может и нагреваться.

Когда настоящее изобретение используется в форме замкнутого башенного охладителя, или испарительного конденсатора, тепло косвенным путем передается от внутреннего потока текучей среды к пленке испарительной жидкости, смачивающей и окружающей наружную поверхность сети. Часть тепла, отобранного у потока текучей среды, передается потоку воздуха в качестве физического тепла и скрытой теплоты, вызывая увеличение энтальпии воздуха, в то время как оставшаяся часть тепла накапливается в форме теплосодержания, вызывая повышение температуры испарительной жидкости. Эта теплая испарительная жидкость стекает из секции косвенного теплообмена в сборочный поддон, откуда перекачивается вверх для повторного распределения по секции прямого испарительного теплообмена. Физическое тепло испарительной жидкости передается при этом в секции прямого испарительного теплообмена второму и отдельному воздушному потоку, проходящему через него. Эта передача тепла происходит в форме передачи физического тепла и скрытой теплоты от стекающей испарительной жидкости поднимающемуся в той же секции устройства потоку воздуха.

В случае использования настоящего изобретения в форме влаго-воздушного охладителя секции прямого и косвенного испарительного теплообмена действуют в точности так, как описано выше, за исключением того, что в данном случае передача тепла происходит в противоположном направлении. Вместо выделения тепла так, как описано выше, поток текучей среды в сети секции косвенного теплообмена воспринимает тепло от воздушного потока, охлаждая таким образом воздушный поток. Процесс происходит в порядке, обратном детально описанному выше для охладителей испарительной жидкости и конденсаторов.

Предпосылки к созданию изобретения Замкнутые испарительные теплообменники можно в широком смысле подразделить на три основные категории: (1) теплообменник физического тепла - прямые испарительные теплообменные системы, в которых потоки одной из текучих сред из теплообменника физического тепла перекачиваются к прямому испарительному теплообменнику; (2) автономные косвенные испарительные теплообменники; и (3) сочетание прямых и косвенных теплообменников.

Кожухотрубные конденсаторы хладагента или теплообменники физического тепла, которые соединяются с отдельными башенными охладителями, являются примером для первой группы, и представляют собой преимущественно используемый вид способа теплообмена, в котором обычно используется испарительное охлаждение. К этой первой группе относятся также объекты, которые называют "змеевиковым навесом", и которые состоят из башенного охладителя (прямой испарительный теплообменник), расположенного непосредственно над невентилируемой змеевиковой частью (теплообменник физического тепла).

Автономные косвенные испарительные теплообменники представляют вторую группу, и эти устройства обычно находят не столь широкое применение, как устройства первой группы. К этому типу относится большинство испарительных конденсаторов и испарительных охладителей жидкостей. В промышленности находят применение установки со струями воздуха и испарительной жидкости в противотоке, поперечном потоке или параллельном потоке, однако превалирует конструкция с использованием противотока.

Третья группа включает устройства, в которых сочетаются как прямая, так и косвенная испарительные теплообменные секции. Эта группа применяется в наименьшей степени. Настоящее изобретение является подразделением этой группы и представляет конструкцию с продувкой или напорной вентиляцией, в которой на входе в агрегат в потоке сухого газа смонтированы вентиляторы. Прежние технические решения, относившиеся к этой группе, обычно предусматривали вентилятор вытяжной вентиляции, установленный с нагнетательной стороны установки, причем воздух всасывался в каждую из теплообменных секций, открывая таким образом вентилятор воздействию большого количества влажного воздуха, часто несущего с собой водяные капли и туман. Это рассматривается как недостаток по сравнению с конструкцией, предусматривающей напорную вентиляцию, при которой вентилятор размещается на входе, будучи открыт потоку сухого воздуха.

Кроме того, должно быть очевидно, что конструкция с продувкой или напорной вентиляцией работает при положительном давлении, в то время как конструкция с вытяжной вентиляцией работает при отрицательном давлении. Работа при положительном давлении вместо отрицательного обеспечивает преимущества, очевидные для специалистов в данной области. Поэтому настоящее изобретение позволяет заполнить существующую пустоту среди конструкций продувочного типа, нацелив третью группу и обеспечив далее возможности переоборудования мощностей башенных холодильников с использованием центробежных вентиляторов.

Более конкретно настоящее изобретение касается определенного сочетания устройств прямого и косвенного испарительного теплообмена в рамках одной установки, в которой применяется продувочный вентиляционный узел напорной вентиляции, смонтированный таким образом, что поступающий воздух свободен от избытка влаги, водяных капель и тумана, и работающий с положительным по отношению к окружающей среде давлением. Кроме того, предлагается уникальное решение для подачи воздуха в пространство между двумя секциями устройства. И, наконец, такая конструкция устройства предлагает способ достижения максимальной эффективности теплообмена в секциях как косвенного, так и прямого испарительного охлаждения и, следовательно, предлагает улучшенное и более экономичное решение устройства теплообмена, которое существует в настоящее время с вентиляторами на воздухозаборнике.

В прямом испарительном теплообменнике поток окружающего воздуха и поток испарительной жидкости тесно переплетаются между собой, причем два потока осуществляют испарительный тепло- и массообмен, приходя в непосредственное соприкосновение друг с другом. Обычно испарительной жидкостью является вода. В косвенном испарительном теплообменнике действуют три потока текучей среды; воздушный поток (часть воздуха, поступающего на основной воздухозаборник), поток испарительной жидкости, и поток текучей среды, заключенный в схеме или трубах теплообменника. Заключенный поток текучей среды первоначально совершает обмен физическим теплом с тонкой пленкой испарительной жидкости, текущей по наружной поверхности схемы. Поскольку испарительная жидкость не входит в непосредственный контакт с потоком текучей среды в трубах, способ теплообмена рассматривается как "косвенный". Испарительная жидкость и воздушный поток осуществляют тепло- и массопередачу, когда входят в непосредственный контакт друг с другом, и испарительная жидкость или выделяет, или поглощает энергию из потока текучей среды. Так, например, если испарительная жидкость поглощает тепло из потока текучей среды в трубах, она должна передать часть этого тепла воздушному потоку в форме физического и скрытого тепла (повышении энтальпии воздушного потока), накапливая оставшуюся часть тепла в собственной массе и повышая таким образом свою температуру. Разница между температурой испарительной жидкости на входе и выходе известна как "диапазон температуры распыляемой воды". Чем больше этот диапазон, тем больше значение теплообменной способности.

Когда настоящее изобретение используется в испарительном конденсаторе, процессы теплообмена в каждой теплообменной секции являются такими же, как описанные для замкнутого устройства охлаждения текучей среды, за исключением того, что нагретый хладагент при охлаждении конденсируется в изотермическом состоянии. Поток текучей среды в схеме, в данном случае газообразного хладагента, обычно отводится в обратном направлении в случае физического охлаждения в схеме жидкостей, с тем, чтобы облегчить слив конденсата, накопившегося в схеме.

При использовании влаго-воздушного охладителя, который первоначально использует в схеме холодную однофазную текучую среду или испаряющийся хладагент, процессы теплообмена идут таким же образом, как показано выше для случаев охлаждения или конденсации текучей среды, за исключением изменения направления потока тепла на обратное; тепло из воздушного потока передается внутренней текучей среде. Полезность такого способа применения проявляется в получении холодного, насыщенного воздушного потока, покидающего устройство. Поток холодного воздуха может быть использован для самых различных целей охлаждения.

До сих пор в технике подчеркивалась важность подачи испарительной текучей среды с однородной температурой на верхнюю часть секции косвенного теплообмена для достижения максимальной эффективности теплообмена, поскольку вода и диапазон ее температуры нагрева в значительной степени определяет теплообменную способность устройства. В этом отношении в качестве предпочтительного варианта указывают расположение секции косвенного теплообмена над секцией прямого теплообмена, а ниже приводится анализ существующих технических решений, позволяющий определить отличия настоящего изобретения от опубликованных технических решений.

Предлагавшиеся до сих пор сочетания секций прямого и косвенного испарительного теплообмена (патенты США N 4112027, 4683101 и 3141308) описывают применение испарительной секции прямого теплообмена с поперечным потоком, расположенной над секцией косвенного теплообмена. Однако применение испарительной секции прямого теплообмена с поперечным потоком, расположенной над секцией косвенного теплообмена имеет тот недостаток, что способствует формированию температурного градиента в охлаждающей воде при ее спуске через испарительную секцию прямого теплообмена. Этот температурный градиент воды способствует неравномерности теплообмена в секции прямого теплообмена, что связано с поступлением внутрь горизонтального поперечного потока воздуха, который насыщается теплом, поглощаемым из спускающейся воды. Это означает, что в наиболее внутренних частях секции прямого теплообмена происходят эффективные попытки теплообмена с уже нагретым потоком воздуха, что создает неравномерный теплообмен с опускающейся испарительной жидкостью, покидающей испарительную жидкость по продольной донной батарее секции прямого теплообмена с неодинаковой температурой. Как описано в патенте США 4683101, этот градиент температуры отходящей воды может составлять порядка 6-10 F(3-4 C) по длине секции прямого теплообмена. Более важным является то, что когда секция прямого теплообмена располагается над секцией косвенного теплообмена, вода с неоднородной температурой падает под воздействием силы тяжести прямо на ряды располагающихся внизу труб, образующих секцию косвенного теплообмена. В результате температурный градиент воды сохраняется и передается затем на секцию косвенного теплообмена, с происходящим между трубами секции косвенного теплообмена неравномерным теплообменом. Специалистам в данной области техники известно, что неравномерный теплообмен, вызванный наличием градиента, является причиной общей тепловой неэффективности башенного охладителя. Те же неодинаковые условия теплообмена оказывают дополнительное отрицательное воздействие на эффективность работы при испарительной конденсации, поскольку жидкий конденсат будет накапливаться в неравномерно заполненных трубах, а именно в трубах, испытывающих воздействие наиболее холодного имеющегося воздушного потока. Поэтому конденсат в системе труб будет ограничивать площадь поверхности, пригодную для конденсации. В описании патента США N 4683101 сделана попытка решить эту проблему путем физического изменения ориентации систем труб косвенного теплообменника, так же как и направления потока текучей среды внутри труб, так, чтобы наиболее нагретая текучая среда, охлаждаемая в этой системе осуществляла теплообмен с наиболее нагретой согласно градиенту охлаждающей водой. Однако такая компоновка не позволила решить саму проблему возникновения температурного градиента воды, и поэтому влияние, которое градиент оказывает на эффективность теплообмена в секции косвенного теплообмена, не было учтено.

В башенном охладителе замкнутого типа, предназначенным для охлаждения текучей среды и описанным в находящейся на рассмотрении заявке N 08/078629, принадлежащей автору настоящего изобретения, было обнаружено, что распределение имеющей первоначально однородную температуру испарительной жидкости по секции косвенного испарительного теплообмена оказывает заметное влияние на равномерность теплообмена в пределах секции. Это изобретение показало, что поскольку испарительная жидкость выполняет большинство функций теплообмена в пределах секции косвенного теплообмена, для того, чтобы максимизировать теплообменную способность, необходимо устранить температурный градиент воды. Дальнейшее повышение эффективности теплообмена было реализовано, когда потоки воздуха и испарительной жидкой среды были направлены в одном направлении относительно друг друга, и в то же время в противотоке с потоком текучей среды.

Однако одним из недостатков технического решения, представленного в этой заявке, является применение осевых или лопастных вентиляторов в потоке выпускаемого, влажного воздуха, что оказывает влияние на высоту и размеры башни. При использовании лопастного вентилятора высота башни имеет естественную тенденцию к созданию проблемы размещения сооружения, так же как и проблемы затрат. Кроме того, эти сооружения необходимо монтировать на месте из крупных секций, которые нельзя с легкостью перевозить обычными транспортными средствами, такими как грузовые автомобили.

На первый взгляд кажется, что единственным фундаментальным различием между настоящим изобретением и теплообменными устройствами упомянутой выше заявки должно являться то, что в настоящем описании конструкция предусматривает напорную вентиляцию, в то время как в предшествующей заявке предлагается вытяжная вентиляция. Однако в эксплуатационном отношении испарительная секция прямого теплообмена основывается на концепции влаго-воздушного трапецеидального испарительного противотока, в то время как предыдущая заявка сосредоточивает внимание на конструкции испарительной секции прямого теплообмена с поперечным потоком. И, наконец, в настоящем изобретении предусматривается размещение секции прямого теплообмена над секцией косвенного теплообмена со специально спроектированной зоной подачи воздуха между двумя секциями, что в очень значительной степени отличается от концепции(й), описанной в предыдущей заявке.

Настоящее изобретение позволяет устранить описанные выше неудобства конструкции, предусматривающей размещение секции косвенного теплообмена над секцией прямого теплообмена, поскольку обеспечивает однородность температуры испарительной жидкости для использования в секции косвенного теплообмена устройства, как будет описано в следующих разделах.

Сущность изобретения Целью настоящего изобретения является предложение теплообменного устройства с положительным давлением, имеющего компактную конструкцию и позволяющего использовать преимущества явления передачи физического и скрытого тепла в секциях прямого и косвенного теплообмена. Другой целью настоящего изобретения является предложение теплообменного устройства, включающего в себя общую и герметичную воздушную камеру между секциями прямого и косвенного теплообмена, позволяющую свести к минимум необходимые потребности в пространстве между двумя секциями. Еще одной целью настоящего изобретения является предложение теплообменного устройства, в котором используется вентилятор напорной вентиляции, на который не оказывает влияния избыточная влага и капли воды, с тем, чтобы обеспечить в максимальной степени равномерное распределение воздуха и обеспечить соответствующие однородные температурные градиенты на траекториях воды и воздуха в любой точке по вертикали внутри указанного устройства.

Краткое описание чертежей На фиг. 1 показано перспективное изобретение устройства, являющегося предметом настоящего изобретения, с установленным в конце продувочным центробежным вентилятором в сочетании с имеющими небольшую длину испарительными секциями прямого и косвенного теплообмена, для которых требуются относительно небольшие объемы воздуха; на фиг. 2 показано изображение сбоку предпочтительного варианта реализации изобретения, показанного на фиг. 1; на фиг. 3 показан другой вариант реализации настоящего изобретения, в котором два продувочных центробежных вентилятора установлены рядом друг с другом и размещены с боковой стороны башни, чтобы обеспечить более высокий, чем в предыдущем варианте реализации, расход воздуха; на фиг. 4 помещено перспективное изображение внутренней части установки, подчеркивающее характер зоны поступления воздуха, необходимой для более высокого расхода воздуха; на фиг. 5 показан в перспективе полный внешний вид варианта реализации с фиг. 4; на фиг. 6 показано изображение сбоку отдельного контура труб, образующего секцию косвенного теплообмена; на фиг. 7 показано изображение секции косвенного теплообмена спереди; на фиг. 8 показано изображение сбоку отдельного листа наполнения, образующего наполнительный пакет секции прямого теплообменника; на фиг. 9 показано изображение в поперечном разрезе, выполненном по воздухозаборнику и включающее лопастной вентилятор вытяжной вентиляции, секции теплообмена, расположенные вдоль боковой стенки конструкции, единую вентиляционную камеру и воздухозаборник с клиновидным дополнением; на фиг. 10 показано изображение в поперечном разрезе, выполненном по воздухозаборнику и включающее лопастной вентилятор вытяжной вентиляции, секции теплообмена, расположенные по центру конструкции, две вертикальные вентиляционные камеры и воздухозаборник с двумя клиновидными дополнениями; на фиг. 11 показана система управления заслонкой, предназначенная для предупреждения замерзания предпочтительного варианта реализации изобретения зимой; на фиг. 12 показана система управления распылением теплой воды, предназначенная для предупреждения замерзания предпочтительного варианта реализации изобретения зимой; на фиг. 13 показана другая система управления распыления теплой воды, предназначенная для предупреждения зимнего замерзания и включающая отдельный вспомогательный водяной насос.

Описание предпочтительного варианта реализации изобретения На фиг. 1 чертежей показано теплообменное устройство 10, являющееся предметом настоящего изобретения и хорошо известное в технике как башенный охладитель с замкнутым циклом. По существу устройство 10 включает кожух, в котором помещены многоконтурная секция испарительного охлаждения 50, секция прямого испарительного теплообмена 90, расположенный в самом низу накопительный резервуар 30 для испарительной жидкости, и расположенное наверху распределительное средство 36, разбрызгивающее испарительную жидкость в направлении вниз, по устройству 10. Вентиляторное средство 24 подает один поток воздуха через единственный воздухозаборник башни 100, и затем в зону поступления 120 внутри устройства 10, где он разделяется на два отдельных воздушных потока. Первый воздушный поток, направленный вверх, попадает в секцию 90 прямого теплообмена, а второй воздушный поток, направленный вниз, поступает в секцию 50 косвенного теплообмена. Вентилятор 24 является центробежным вентилятором напорной вентиляции, нуждающимся в двигателе 25 в качестве привода и, как показано на чертеже, и вентилятор 24, и двигатель 25 оба установлены вне кожуха 10. Наружный монтаж означает, что не требуется кожух для защиты двигателя от влаги, и что весь блок вентилятора в процессе эксплуатации не подвергается воздействию потока влажного воздуха, который может содержать капли воды.

Как упоминалось выше, устройство 10 находит разнообразное применение в области теплообмена, и в каждом случае применения будут использоваться одни и те же перечисленные выше элементы, хотя работа этих элементов может несколько отличаться в зависимости от сферы применения. Так, например, устройство 10 может использоваться для охлаждения однофазной, содержащей физическую теплоту текучей среды, такой как вода, которая течет внутри наружной замкнутой системы, или же может использоваться для снижения перегрева и конденсации многофазной текучей среды, содержащей физическую и скрытую теплоту, такой как газообразный хладагент, также поступающий из наружной замкнутой системы. И, наконец, устройство 10 может использоваться в качестве охладителя влажного воздуха, когда воздух, подающийся в канал 15, откачивают для использования в качестве свежего, охлажденного воздуха в такой области как горное производство.

Как будет очевидно, само башенное сооружение, включающее перечисленные компоненты, может быть скомпоновано различными способами, так что устройство 10 не ограничивается только схемой размещения, показанной на фиг. 1, хотя и нужно отметить, что любой предложенный вариант реализации использует один и тот же принцип эксплуатации, единственно с варьированием конечных систем теплообмена, как станет более понятно из более подробного описания каждого варианта реализации.

В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, изображен кожух устройства 10, имеющий по существу прямоугольную форму, включающий по существу открытую кровлю 12, основание 18, переднюю стенку 16, заднюю стенку 14, первую боковую стенку 20 и вторую боковую стенку 22. Боковые стенки 20, 22 и задняя стенка 14 являются по существу сплошными панельными элементами, изготовленными из таких материалов как листовой металл, фибергласс, пластмасса и т.п., причем эти стенки обладают коррозионной стойкостью, как и передняя стенка 16 и поверхность кровли 12. Передняя стенка 16 по существу является сплошной в верхней своей части, приблизительно до секции 90 прямого теплообмена, и имеет отверстие 17 в нижней части. Отверстие 17 ограничено по вертикали основание 18 и кромкой 19 стенки 16, будучи закрыто сепаратором капель 48. Отверстие 17 сообщается также с каналом 15, который является открытым участком, находящимся непосредственно под секцией косвенного охлаждения 50, ограниченными стенками накопительного резервуара 30.

Секция 50 косвенного испарительного теплообмена также имеет по существу прямоугольную форму и состоит из множества отдельных контуров или спиралей, ограничивающих внутреннюю сторону 51, наружную сторону 57, верхнюю сторону 53 и нижнюю сторону 55. Секция косвенного теплообмена 50 размещается по вертикали под секцией 90 прямого теплообмена с размещенной между ними зоной поступления воздуха 120. Секция 50 косвенного теплообмена располагается также над основанием 18, так, что нижняя сторона 50 по существу совпадает с кромкой 19, а верхняя сторона 53 совпадает с нижней стороной воздухозаборника 101, как лучше всего видно на фиг. 2.

Нагретая текучая среда, предназначенная для охлаждения, поступает из внешнего источника во множество спиралей, образующих эту секцию, где ее охлаждение осуществляется посредством сочетания косвенного обмена физического тепла и прямого испарительного теплообмена. Испарительная жидкость, которой обычно является охлаждающая вода, выпрыскивается распределительным средством 36 вниз, в секцию 90 прямого теплообмена, где происходит ее охлаждение путем прямого испарительного теплообмена до того, как под действием силы тяжести она попадает в секцию 50 косвенного обмена физического тепла. Распределительное средство 36 состоит из расположенной над секцией прямого теплообмена системы труб и распылительной головки, более подробно описанной ниже. Как упоминалось, единый поток окружающего воздуха поступает в устройство 10 через воздухозабор 100 и вдувается в зону поступления воздуха 120, причем зона 120 герметизирована таким образом, что единый поток разделяется на два воздушных потока; первый воздушный поток направляется вверх для испарительного охлаждения воды в секции прямого теплообмена, а второй воздушный поток направляется вниз через секцию косвенного охлаждения для испарительного охлаждения испарительной жидкости, осуществляющей теплообмен с текучей средой, протекающей по контурам труб, образующим секцию косвенного теплообмена. Воздушный поток, предназначенный для секции косвенного теплообмена, будет всегда поступать на верхнюю сторону 53 секции 50 косвенного теплообмена и протекать параллельно направлению прохождения охлаждающей воды. Когда воздушная и водная охлаждающие среды достигают нижней стороны 55, они разделяются, причем необогретый воздушный поток отсасывается в канал 15 для выпуска через отверстие 17 в передней стенке башни, которое, как упоминалось, обычно закрыто сепараторами капель 48. Нагретая охлаждающая вода попадает под действием силы тяжести в накопительный резервуар 30 перед тем, как быть рециркулированной в секцию прямого теплообмена 90.

Поток воздуха, покидающий секцию косвенного теплообмена 50 и устройство 10, не ограничивается выходом только через переднюю стенку 16. Существует возможность выпускать этот воздух через аналогичные отверстия (не показаны) в одной или обеих боковых стенках 20, 22, или направлять воздушный поток вверх внутри устройства вдоль одной или обеих боковых стенок, как показано в альтернативных вариантах реализации на фиг. 4 и 5, которые будут более подробно описаны ниже. Как станет более ясно далее, применение выпуска по вертикали является более предпочтительным, чем использование более производительной установки, поскольку обеспечивает более высокие рабочие скорости и большие объемы воздуха.

Секция 90 прямого испарительного теплообмена применяется для охлаждения нагретой воды, которая осуществила косвенный теплообмен с потоком текучей среды, протекающим по трубным контурам секции косвенного теплообмена. Как показано на фиг. 1 и 2, насос 32 поднимает по вертикали воду из накопителя 30 по трубам 34, в распылительное средство 36, располагающееся над секцией 90 прямого теплообмена, где ее распределяют по тесно установленным листам наполнения 93, образующим секцию. На фиг. 8 показано, что каждый отдельный лист 93 имеет поверхность 95, ограниченную горизонтальной верхней кромкой 97, и наклонный, непараллельный нижний край 94, простирающийся между короткой боковой кромкой 96 и противоположной более длинной боковой кромкой 98. Множество таких листов наполнения обычно называют пакетом наполнения, и в данном варианте реализации пакет подвешивается внутри башенного холодильника, с размещением каждой короткой боковой кромки 96 вдоль задней стенки 14, так что отклоняющиеся нижние кромки 94 проходят наклонно от верхней кромки 103 воздухозаборника 100 в направлении основания 18, образуя таким образом, наклонную границу и поверхность раздела с зоной поступления воздуха 120. Следует отметить, что листы наполнения 93 ориентированы таким образом, чтобы плоскости 95 оказались параллельными воздушному потоку, поступающему в воздухозаборник 100, и что в некоторых случаях применения нижние кромки 94 могут быть сделаны параллельными верхней кромке 97. В проиллюстрированном варианте реализации множество параллельных листов наполнения 93 (сбоку виден только один такой лист) имеют в общем трапецеидальную форму, причем каждый лист по существу идентичен другим. Как можно видеть, все листы простираются на всю продольную длину сооружения, которая определяется как расстояние между стенками 14 и 16. На фиг. 3 показан другой вариант реализации, в котором листы наполнения установлены так же параллельно между боковыми стенками 20 и 22. В любом случае параллельное размещение обеспечивает одинаковую плотность среды. Горячую воду из накопителя 30 перекачивают вверх через распылительное средство 36 и равномерно распределяют по каждому наполнительному листу 93. Первый поток воздуха направляется к донной части секции прямого теплообмена с тем, чтобы обеспечить испарительное охлаждение горячей воды, стекающей по листам. Как можно видеть, первый воздушный поток показан идущим в противотоке в отношении к горячей воде, распыляемой вниз. Такое направление первого воздушного потока очень важно для применения настоящего изобретения на практике, поскольку в противном случае секция 90 прямого теплообмена не выдаст охлаждающей воды с одинаковой температурой для использования в секции косвенного охлаждения, что не позволит максимизировать в устройстве 10 теплообменную способность секции косвенного теплообмена 50 за счет равномерной межконтурной работы.

Наполнительные листы, образующие пакет наполнения, подвешены на балках (не показаны), скрепленных с боковыми стенками 20 и 22 ми проходящих в поперечном относительно их направлении. Балки сходны с показанными на фиг. 4, на которых подвешена секция косвенного охлаждения. Как показано на фиг. 8, каждый лист 93 обладает по существу непрерывной, волнистой поверхностью из борозд, пересекающих весь лист по вертикали, причем борозды способствуют распределению горячей воды в тонкую пленку, что создает дополнительную площадь поверхности для взаимодействия с воздухом и испарительного охлаждения. Наполнительные листы 93 предпочтительно изготавливаются из поливинилхлоридного материала, хотя возможно использование других типов пластмасс. Как определяется фиг. 2, первый поток воздуха прямо предназначен для использования в целях испарительного охлаждения в секции прямого теплообмена до того, как быть выпущенным из башни 10 через кровлю 12.

Как далее можно видеть на фиг. 2, обычным для кровли 12 является использование сепараторов капель 49, предназначенных для сведения к минимуму потерь рециркулируемой воды, которая обычно несет с собой выпускаемый воздух. На фиг. 11 показано, что непосредственно над сепараторами капель 49 могут быть при желании установлены заслонки 28 с целью регулирования количества воздуха, поступающего в пакет наполнения и в башню в процессе работы зимой. Обычно заслонки 28 снабжены механическим приводом, и поэтому могут быть постепенно закрываться, или частично, или полностью. Если они закрыты полностью, происходит отсечка прохождения охлаждающей воды через секцию прямого теплообмена и башня при этом рассматривается как работающая в "сухом" режиме; работа в сухом режиме предупреждает зимнее замерзание башни, что будет разъяснено ниже при описании систем контроля замерзания, подобных показанной на фиг. 11. Сепаратор капель 49 обычно состоит из ряда тесно расположенных металлических, пластмассовых или деревянных пластин, пропускающих между собой воздух и в то же время улавливающих мелкие капли воды, которые несет с собой выпускаемый воздух. Вода, собранная сепараторами 49, падает под воздействием силы тяжести в расположенную ниже наполнительную среду. Аналогичным образом вода, собранная сепаратором капель 48 на выпускном отверстии 17 секции косвеного теплообмена, будет под воздействием силы тяжести падать в резервуар 30.

На фиг. 2 показано также, что основание 188 образовано по существу из накопительного резервуара воды 30, расположенного под испарительной секцией косвенного теплообмена 50 таким образом, чтобы обеспечить сбор опускающейся через эту секцию нагретой охлаждающейся воды с последующим ее возвращением в секцию 90 прямого теплообмена для повторных охлаждения и использования. Как можно видеть, насос 32 также располагается в основании 18, однако вне резервуара 30 и башни 10, так что его можно легко обс