Двунаправленный наполнитель для применения в градирнях - RU2697299C2
Код документа: RU2697299C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к применению двунаправленного наполнителя в градирнях и к способам производства наполнителя.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предоставляется градирня, содержащая наполнитель градирни, предназначенный для охлаждения технологической воды с помощью воздуха посредством косвенного теплообмена, причем наполнитель содержит первый набор каналов и второй набор каналов, причем указанные каналы первого и второго наборов перемежаются друг с другом таким образом, что теплообмен происходит через материал, разделяющий указанные каналы друг от друга.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения первый набор распылительных головок выполнен с возможностью направления указанной технологической воды только в указанный первый набор каналов, а второй набор распылительных головок выполнен с возможность направления указанной технологической воды только во второй набор каналов или в оба набора каналов.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения градирня выполнена с возможностью протекания косвенного теплообмена между технологической водой в указанном первом наборе каналов и воздухом в указанном втором наборе каналов, когда указанные распылительные головки первого набора открыты, обеспечивая протекание технологической воды через указанный первый набор каналов, причем второй набор распылительных головок закрыт.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанный первый набор каналов проходит вертикально сверху указанного наполнителя вниз указанного наполнителя, причем указанный второй набор каналов смещен на ширину одной колонны в верхней части указанного наполнителя, затем проходит вертикально через среднюю часть указанного наполнителя, и необязательно смещен назад на ширину одной колонны в нижней части указанного наполнителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанный первый набор каналов смещен на половину ширины одной колонны в первом направлении в верхней части указанного наполнителя, проходит вертикально через среднюю часть указанного наполнителя и необязательно смещен назад на половину ширины одной колонны в нижней части указанного наполнителя, причем указанный второй набор каналов смещен на половину ширины одной колонны во втором направлении в указанной верхней части указанного наполнителя, проходит вертикально через среднюю часть указанного наполнителя и необязательно смещен назад на половину ширины одной колонны в указанной нижней части указанного наполнителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные каналы образованы одним или несколькими пакетами наполнителя, каждый из которых состоит из слоев расположенных один над другим гофрированных листов, причем каждый гофрированный лист характеризуется наличием продольной оси, которая смещена на угол от 30° до 90° относительно продольной оси смежных гофрированных листов, причем каждый гофрированный лист отделен от смежного гофрированного листа промежуточным листом.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные гофрированные листы соединены со смежными промежуточными листами вдоль гофрированных ребер указанных гофрированных листов.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанный первый набор каналов расположен под углом 45° относительно вертикали, и указанный второй набор каналов также расположен под углом 45° относительно вертикали, но перпендикулярно указанному первому набору каналов.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения длина и ширина указанных пакетов наполнителя приблизительно равны.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные пакеты наполнителя характеризуются длиной и шириной, причем длина указанных пакетов наполнителя в 1,5-3 раз больше ширины.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные пакеты наполнителя расположены с образованием по указанной градирни множества слоев.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения между указанными пакетами наполнителя образованы открытые участки.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения в промежутках между указанными пакетами наполнителя расположены пакеты всенаправленного наполнителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения каждый из указанных расположенных друг над другом гофрированных и промежуточных листов указанных пакетов наполнителя проходит через множество зон косвенного теплообмена указанной градирни.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения внутренние промежуточные листы имеют срезанные углы, которые обеспечивают подачу жидкости или воздуха в изолированные участки указанного пакета наполнителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения в указанной градирне множество пакетов наполнителя могут быть расположены друг над другом, и каждый из указанных пакетов наполнителя может быть расположен горизонтально под углом 180° относительно пакета наполнителя, находящегося непосредственно сверху и/или снизу.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные первый и второй наборы каналов характеризуются одинаковыми размерами.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения поперечное сечение указанного первого набора каналов больше, чем поперечное сечение указанного второго набора каналов.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предоставлен пакет наполнителя градирни со стопкой идентичных пластиковых листов, причем каждый лист характеризуется наличием первой стороны и второй стороны, причем указанная первая сторона характеризуется наличием первого набора ребер, образующих первый набор каналов, указанная вторая сторона характеризуется наличием второго набора ребер, образующих второй набор каналов, причем в указанном пакете наполнителя указанные пластиковые листы расположены один над другим таким образом, что первая сторона первого листа сопряжена с первой стороной второго листа, перевернутого вверх дном, а вторая сторона указанного второго листа сопряжена со второй стороной третьего листа, перевернутого вверх дном относительно указанного второго листа.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения указанные пластиковые листы содержат зубчатые участки в верхней и нижней частях, где заканчиваются образующие каналы ребра.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 показан вид в перспективе пакета двунаправленного наполнителя, который может быть использован согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2А показан вид сверху части градирни с наполнителем, содержащей пакеты двунаправленного наполнителя согласно настоящему изобретению, на котором показано три слоя пакетов наполнителя, расположенных в ромбовидной конфигурации.
На фиг. 2B показан частичный поэлементный вид одного пакета наполнителя согласно фиг. 2А в ромбовидной конфигурации.
На фиг. 3А показан вид части градирни с наполнителем согласно фиг. 2, на котором показан поток воды в ситуации, когда подача воды происходит только через набор А распылительных головок.
На фиг. 3B показан вид части градирни с наполнителем согласно фиг. 2, на котором показан поток воздуха в ситуации, когда подача воды происходит только через набор А распылительных головок, а вентилятор протягивает воздух через часть наполнителя во встречном потоке.
На фиг. 3С показано, как вариант осуществления настоящего изобретения можно применить в поперечно-точной градирне.
На фиг. 4 показана вертикальная проекция части градирни с наполнителем, содержащей пакеты двунаправленного наполнителя в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, где один размер пакетов наполнителя является удлиненным, и где, как видно, два слоя пакетов наполнителя расположены с образованием ромбовидной конфигурации.
На фиг. 5 показана вертикальная проекция части градирни с наполнителем, содержащей пакеты двунаправленного наполнителя, как показано на фиг. 2, но в которых открытые участки согласно фиг. 2 содержат всенаправленный наполнитель.
На фиг. 6 показана вертикальная проекция части градирни с наполнителем с двумя слоями пакетов двунаправленного наполнителя, где пакеты наполнителя расположены с образованием ромбовидной конфигурации, и где пакеты наполнителя выполнены из перемежающихся гофрированных листов, расположенных относительно друг друга под углами 60/30°.
На фиг. 7А показана вертикальная проекция одного слоя наполнителя в части градирни с наполнителем, где слой наполнителя содержит один пакет наполнителя, который проходит по длине нескольких зон.
На фиг. 7B показан частичный поэлементный вид пакета наполнителя, показанного на фиг. 7А.
На фиг. 8А показана вертикальная проекция одного слоя наполнителя в части градирни с наполнителем в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, где промежуточные слои промежуточных листов обрезаны по углам, открывая, таким образом, изолированные зоны в верхних и нижних углах пакета наполнителя.
На фиг. 8В показан частичный поэлементный вид пакета наполнителя, показанного на фиг. 8А.
На фиг. 9А показана вертикальная проекция части градирни с наполнителем, где наполнитель состоит из трех соединенных слоев пакета наполнителя, причем каждый слой характеризуется той же конструкцией, что и смежные слои, но где каждый последующий слой повернут по горизонтали на угол 180° относительно предыдущего слоя.
На фиг. 9В показан частичный поэлементный вид первого слоя части с наполнителем согласно фиг. 9А.
На фиг. 9С показан частичный поэлементный вид второго слоя части с наполнителем согласно фиг. 9А.
На фиг. 9D показан частичный поэлементный вид третьего слоя части с наполнителем согласно фиг. 9А.
На фиг. 10 показана вертикальная проекция части градирни с наполнителем, содержащая перекрывающиеся каналы косвенного теплообмена.
На фиг. 11 показан вид трех частей, которые можно использовать для сборки листов, которые, в свою очередь, можно использовать для формирования пакета наполнителя, показанного на фиг. 10, без использования целого промежуточного листа.
На фиг. 12 показан вид первого листа в сборе, который можно использовать для формирования пакета наполнителя, показанного на фиг. 10.
На фиг. 13 показан вид второго листа в сборе, который можно использовать для формирования пакета наполнителя, показанного на фиг. 10, который расположен с чередованием или в перемежающейся последовательности относительно первого листа в сборе, показанного на фиг. 12.
На фиг. 14А показан вид в поперечном сечении вдоль линии А-А согласно фиг. 11.
На фиг. 14В показан вид в поперечном сечении вдоль линии А-А согласно фиг. 10.
На фиг. 15 показан вид в поперечном сечении пакета наполнителя, аналогичного пакету наполнителя, показанному на фиг. 10, но где профили листов изменены с образованием участков разных поперечных сечений для трактов потока воды и воздуха.
На фиг. 16 показан вид варианта осуществления с однолистового пакета наполнителя косвенного теплообмен вертикальной колонны согласно настоящему изобретению, где одинарными линиями показана структура, например ребро, выходящее из плоскости листа, двойными линиями показана структура, входящая в плоскость листа, а тройными линиями показана структура, выходящая из плоскости листа, расположенного рядом со структурой, входящей в плоскость листа. В этом варианте осуществления промежуточные листы не используются.
На фиг. 17 показан другой вид листа согласно фиг. 16, где жирными линиями показана структура, например ребра, выходящая из плоскости листа. Если эта сторона листа сопряжена со вторым листом такой же конструкции, но повернута на 180° вокруг оси симметрии, образуются каналы, обозначенные буквами «А» (воздух) и «W» (вода).
На фиг. 18 показан вид обратной стороны листа согласно фиг. 17, где жирными линиями показана структура, например ребра, выходящая из плоскости листа. Если эта сторона листа сопряжена со вторым листом такой же конструкции, но повернута на 180° вокруг оси симметрии, образуются каналы, обозначенные буквами «А» (воздух) и «W» (вода).
На фиг. 19 показан вид листа пакета наполнителя с прямыми колоннами и зубчатыми верхней и нижней частями для многослойного расположения.
На фиг. 20 показан вид листа пакета наполнителя со сдвинутыми колоннами и зубчатыми верхней и нижней частями для многослойного расположения.
На фиг. 21 показан вид листа пакета наполнителя с зубчатыми сдвинутыми каналами и повторяющимся мотивом из четырех каналов для упрощения изготовления более длинных пакетов наполнителя.
На фиг. 22 показан вид листа пакета наполнителя с прямыми зубчатыми каналами и повторяющимся мотивом из четырех каналов для упрощения изготовления более длинных пакетов наполнителя.
На фиг. 23 показан вид первого листа для формирования пакета наполнителя градирни с перекрывающимися каналами косвенного теплообмена, где колонны сдвинуты влево на половину ширины одной колонны.
На фиг. 24 показан вид второго листа для формирования пакета наполнителя градирни с перекрывающимися каналами косвенного теплообмена, где колонны сдвинуты вправо на половину ширины одной колонны. Заштрихованными участками на фигуре обозначены участки без косвенного теплообмена.
На фиг. 25 показано, как лист согласно фиг. 24 может быть термоформован на стандартном оборудовании для выполнения высоких пакетов наполнителя и исключения необходимости расположения листов друг над другом.
На фиг. 26 показано, как лист согласно фиг. 23 может быть термоформован на стандартном оборудовании для выполнения высоких пакетов наполнителя и исключения необходимости расположения листов друг над другом.
На фиг. 27 показано распределение воды в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству и способу уменьшения расхода воды в открытой градирне. Охлаждение воды в градирнях осуществляется, главным образом, посредством испарения. Согласно настоящему изобретению предоставляется градирня, в которой на протяжении года используется меньше воды, а охлаждение до той же температуры осуществляется за счет замены стандартного наполнителя двунаправленным наполнителем. Двунаправленный наполнитель создает два перемежающихся и независимых тракта воздуха и воды, проходящие через наполнитель. Также согласно настоящему изобретению предоставляются варианты осуществления, в которых наполнитель содержит множество вертикальных перемежающихся трактов потока воздуха и воды, за счет чего в части градирни с наполнителем происходит прямоточный или противоточный косвенный теплообмен.
Отдельный пакет двунаправленного наполнителя в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 1. Пакет наполнителя состоит из множества листов из ПВХ, расположенных с образованием конкретного узора. Гофры гофрированных листов из ПВХ чередуются перпендикулярно друг относительно друга; в промежутках между гофрированными листами расположены тонкие промежуточные листы. Согласно такой компоновке одна половина гофрированных листов характеризуется наличием гофр, которые направляют поток только в первом направлении, например в направлении север-юг, а перемежающиеся гофрированные листы характеризуются наличием гофр, которые направляют поток только в перпендикулярном направлении, например в направлении восток-запад.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения пакеты двунаправленного наполнителя могут быть расположены в части градирни с наполнителем с образованием ромбовидной конфигурации, как показано на фиг. 2А, то есть гофры первого набора проходят в первом, диагональном, направлении, например, с северо-запада на юго-восток, а перемежающиеся гофры второго набора проходят во втором, перпендикулярном, направлении, например, с северо-востока на юго-запад. Согласно такой компоновке градирня может работать как прямой, так и косвенный теплообменник. На фиг. 2B показан частичный поэлементный вид пакетов наполнителя согласно фиг. 2А. В соответствии с вариантом осуществления согласно фиг. 2А показаны три уровня пакетов наполнителя с пятью пакетами наполнителя на каждом уровне, однако на одном уровне можно использовать больше или меньше уровней или пакетов наполнителя. Как показано на фиг. 2А, каждый пакет наполнителя направлен внутрь страницы. Пакеты наполнителя могут содержать пять перемежающихся и расположенных перпендикулярно гофрированных листов, как показано на фиг. 1, или они могут содержать меньше или много больше перемежающихся и расположенных перпендикулярно гофрированных листов. Открытые участки (без наполнителя) сообщаются с промежутками между пакетами наполнителя. Распылительные головки могут быть расположены выше пакетов наполнителя, чтобы необязательно направлять воду в каналы А и В, образованные гофрами. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления распылительные головки разделены между двумя распылительными ветками А и В, соответствующими каналам А и В. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 2А, оба набора распылительных головок А и В могут подавать воду в часть с наполнителем или только один из двух наборов распылительных головок может подавать воду в часть с наполнителем.
Как показано на фиг. 3А, если подачу воды обеспечивают только распылительные головки А, вода будет течь только в каналах А наполнителя, двигаясь по трактам, обозначенным стрелками на фиг. 3А. Когда вода наполняет каналы А, как показано на фиг. 3А, а распылительные головки В выключены, воздух, втягиваемый вентилятором в часть с наполнителем, будет протекать по трактам с меньшим сопротивлением, то есть через каналы В. Таким образом, согласно фиг. 3B воздух, поднимающийся из центральной нижней части, будет главным образом течь через каналы В в открытые участки в слое 1 с открытыми участками, которые обозначены буквой «В», а затем к четырем открытым участкам в слой 2 с открытыми участками, которые также обозначены буквой «В». В конце воздух выйдет ниже одной из распылительных веток, обозначенных буквой «В». Как только воздух начнет выходить из канала «В», он будет оставаться в этом канале «В» до тех пор, пока не выйдет из пакета наполнителя; по тракту «А» он течь не будет. За счет компоновки расположенных перпендикулярно перемежающихся гофрированных листов в пакетах наполнителя тракты «А» и «В» проходят через пакет наполнителя полностью раздельно.
В соответствии с компоновкой, показанной на фиг. 2А, градирня может работать в трех разных конфигурациях.
Согласно первой конфигурации, если вода может одинаково протекать через обе распылительные ветки, градирня работает в режиме стандартной противоточной градирни прямого охлаждения. Вода будет течь вниз через канал А и канал В, а воздух будет подниматься через канал А и канал В под действием вентилятора. Поток воздуха и воды в каждом из каналов будет одинаковым.
Согласно второй конфигурации, когда внешняя температура по сухому термометру низкая, градирня может работать в режиме косвенного охлаждения. В режиме косвенного охлаждения вся вода может протекать по каналам «А», а по каналам «В» вода течь не будет. В этом режиме двойная конфигурация потока воды по каналам «А» повышает сопротивление воздуха, который течет вверх по каналам «А». Когда вода не течет по каналам «В», сопротивление воздуха, который пытается течь вверх по каналам «В», будет уменьшаться. В результате такого потока воды воздух будет входить в сухие каналы, и меньше будет входить в каналы, заполненные водой.
Поскольку каналы А и В перемежаются друг с другом, открытая градирня будет работать, главным образом, как косвенный теплообменник, так как теплая вода, протекающая вниз по каналам «А», будет охлаждаться холодным воздухом, протекающим вверх по каналам «В». Несмотря на то, что некоторое испарение в каналах «А», вызванное тем, что не весь воздух будет направляться в каналы «В», будет все же иметь место, оно будет значительно меньше, чем в стандартной градирне.
Согласно третьей конфигурации, когда внешняя температура по сухому термометру слишком высокая, чтобы обеспечить работу в полностью косвенном режиме, можно задействовать частично косвенный режим. Согласно третьей конфигурации часть воды направляется в каналы «В» через распылительные головки В. За счет того, что часть воды течет по каналам «В», уменьшая избыточную подачу воды в каналы «А», частично будет происходить испарительное охлаждение; однако такая компоновка может обеспечивать более скрытое охлаждение рециркулирующей воды, чем в стандартной испарительной градирне в тех же условиях.
Для многомодульных установок, работающих в условиях окружающей среды, в которых эксплуатация в сухом режиме не обеспечивает достаточное охлаждение, некоторые модули работаю в сухом режиме, а некоторые в мокром. В мокрой части вода охлаждается ниже заданной точки для компенсации неспособности сухой части создать требуемую температуру охлаждения воды. Средняя температура мокрой и сухой частей будет соответствовать температуре холодной воды, и некоторое сухое охлаждение все же будет происходить. Аналогично один модуль также может работать в частично сухом режиме, направляя для этого часть горячей воды в один участок модуля по стандартной распылительной системе, а остаток охлаждается всухую в других участках градирни.
Настоящее изобретение не ограничено противоточными градирнями. На фиг. 3С показано, как вариант осуществления настоящего изобретения можно применить в поперечно-точной градирне. Согласно этому примеру канал «В» может быть каналом для воды. В сухом режиме вода будет лишь втекать в каналы «В». Заштрихованные участки представляют собой косвенные теплообменники. Специалист в области техники настоящего изобретения сможет без труда применить различные варианты настоящего изобретения, проиллюстрированные ранее для противоточных градирен, в поперечноточных градирнях.
Конфигурации каналов необязательно должны быть идентичными. Поскольку в канале «А» всегда будет находиться вода, более криволинейный тракт или конфигурация канала может обеспечивать более эффективную теплопередачу. Также двунаправленный наполнитель необязательно должен быть квадратным. На фиг. 4 показан двунаправленный наполнитель с отношением сторон 2:1, где длина одного набора гофр в два раза превышает длину гофр в перпендикулярном направлении. В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фиг. 4, гофрированные листы, гофры которых проходят в направлении от СЗ до ЮВ, в два раза длиннее гофрированных листов с гофрами, проходящими в направлении от СВ до ЮЗ (когда длина листа измеряется в направлении, параллельном гофрам), а каналы А в два раза длиннее каналов В. Более того, входные и выходные зоны каналов соответственно увеличиваются или уменьшаются. Как видно на фиг. 4, зоны входа и выхода канала А, а также его промежуточные зоны значительно меньше зон входа и выхода канал В, а также его промежуточных зон. В соответствии с предпочтительным аспектом этого варианта осуществления тракт «А» представляет собой тракт воды. В сухом режиме по каналу «А» проходит очень мало воздуха. Несмотря на то, что такая конфигурация может обеспечивать поток воздуха, а также другие преимущества, она характеризуется меньшим поперечным сечением сухого охлаждения на единицу высоты по сравнению с компоновкой с одинаковой шириной зон. Например, если пакеты наполнителя содержат расположенные перпендикулярно гофрированные листы равной длины (с соотношением сторон 1:1), площадь косвенной теплопередачи составляет 50%, см. фиг. 2А и 5. Даже если расположение гофр перемежающихся листов будет смещено от перпендикуляра (90°), например, как показано на фиг. 2А и 5, с образованием более узкого или высокого ромба, у которого углы между перемежающимися гофрированными листами составляют 60/30°, площадь косвенной теплопередачи все равно составит 50%, при условии, что длина перемежающихся гофрированных листов одинаковая, например, как показано на фиг. 6. Для сравнения пакеты наполнителя согласно фиг. 4 охватывают менее 50% площади поперечного сечения наполнителя.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения открытые участки, показанные на фиг. 2-4, не должны быть обязательно открыты, они могут быть заполнены всенаправленным наполнителем; см. фиг. 5. Такой стандартный наполнитель будет выполнять функцию дополнительной площади поверхности непосредственного теплообменника в градирне, работающей в полностью испарительном режиме, т.е. когда распылительные головки А и В подают воду в участок с наполнителем, а вода течет по каналам А и В. В сухом режиме охлаждение во всенаправленном наполнителе происходить не будет, поскольку через этот участок с наполнителем будет проходить либо вода, либо воздух, но никак не все вместе. Если открытые участки градирни заполнены всенаправленным наполнителем, градирня будет характеризоваться очень низкой способностью испарительного охлаждения по сравнению с аналогичной испарительной градирней с таким же объемом наполнителя и мощностью вентилятора.
Пакеты наполнителя согласно настоящему изобретению также могут быть удлиненными. На фиг. 6 показан пример пакета наполнителя, удлиненного в вертикальном направлении, т.е. гофры перемежающихся листов в нем смещены от перпендикуляра (90°) на 60/30°. Такая конфигурация способствует улучшению распределения воды и уменьшению перепада давления от воздуха, втекающего в наполнитель. Во всех остальных отношениях вариант осуществления согласно фиг. 6 аналогичен варианту осуществления согласно фиг. 2 и 3.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг. 7А, множество пакетов наполнителя в одном слое пакетов наполнителя, показанном на фиг. 2-6, может быть заменено одним пакетом наполнителя, состоящим из первого набора длинных листов наполнителя, гофрированных под углом, чередующихся со вторым набором длинных листов наполнителя, гофры которого проходят перпендикулярно или под некоторым другим углом к гофрам листов первого набора, где два набора чередующихся гофрированных листов разделены промежуточными листами. Частичный поэлементный вид пакета наполнителя согласно фиг. 7А показан на фиг. 7B.
В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения между гофрированными листами и смежными промежуточными листами образованы каналы, так что вода, входящая в канал, остается в этом канале до тех пор, пока не выйдет из блока наполнителя. На фиг. 7А показано одно направление гофр и, следовательно, каналов. На фигуре не показано направление второго набора гофр или каналов, проходящих по первому набору гофрированных листов (разделенных промежуточными листами, также не показанными на фиг. 7А). Темными линиями обозначены границы каждой из зон А1-А6 и В1-В6. Зоны с нечетными подстрочными цифрами (т.е. A1, А3, А5, B1, В3, В5) проходят справа налево по мере прохождения каналов вниз пакета наполнителя, а зоны с четными подстрочными цифрами (т.е. А2, А4, А6, В2, В4, В6) проходят слева направо по мере прохождения каналов вниз пакета наполнителя. Ромбовидные участки образованы в результате перекрытия зон. Вместе с обоими включенными наборами распылительных сопел, эта система будет работать как обычный прямой теплообменник. Однако если воздух будет проходить через одну зону, а вода через другие, ромбовидные участки будут действовать как косвенные теплообменники, охлаждая воду без испарения. Более конкретно, если одна половина распылительных головок закрыта, например распылительные головки В, а вся вода течет через распылительные головки А в каналы А, ромбовидные участки, образованные в результате перекрытия, будут действовать как косвенный теплообменник.
Однако следует заметить, что в соответствии с вариантом осуществления согласно фиг. 7А выход для воды, входящей в зоны A1 или В6, отсутствует, т.е. на торцах пакета наполнителя, где каналы глухо соединяются с боковой стенкой, находятся «мертвые зоны». Этот эффект можно уменьшить, главным образом, изменив внутренние промежуточные листы, как показано на фиг. 8А. После снятия или срезания углов внутренних промежуточных листов, как показано на фиг. 8А, мертвые зоны согласно фиг. 7А соединяются с открытыми трактами в поперечном направлении от той же зоны, в которой протекает часть воды или воздуха. Частичный поэлементный вид пакета наполнителя согласно фиг. 8А показан на фиг. 8В.
Если зоны имеют одинаковую ширину, и если необходимо убрать перекрывающиеся зоны на нижнем выходе колонны наполнителя, высота наполнителя (Н) по вертикали, деленная на ширину зон (W), должна быть равна тангенсу угла гофрирования (0). Эта зависимость показана на фиг. 7А. Если высота наполнителя и ширина зон не удовлетворяют этой зависимости, тогда в выходные участки будет поступать поток из смежных зон. Нижний слой наполнителя может быть усечен при условии, что под ним нет дополнительного двунаправленного наполнителя.
Альтернативно ограничения соотношения высоты и ширины зоны можно избежать, как показано на фиг. 9А, за счет расположения пакетов наполнителя типа, показанного на фиг. 7А, друг над другом, но с реверсированием углов гофрирования для каждого канала, например, посредством поворота пакета наполнителя второго слоя на 180° по горизонтали относительно пакета наполнителя первого слоя и необязательно добавлением слоев пакета наполнителя, перевернув положение каждого из них относительно верхнего так, что каналы проходят зигзагообразно вниз колонны наполнителя. Частичные поэлементные виды трех слоев пакета наполнителя согласно фиг. 9А показаны на фиг. 9В, 9С и 9D. Используя любое количество зигзагов или резких изгибов, можно получить высоту наполнителя, кратную тангенсу (0)×W.
Направляя всю воду через один набор трактов в наполнителе, и вообще не направляя воду через другие тракты, сопротивление потоку воздуха будет больше в путях с водой. При обычном расходе воды 6 галлонов в минуту через квадратный фут такое большее сопротивление воздуха будет приводить к разделению потока воздуха следующим образом: приблизительно 55% воздуха будет проходить по сухому тракту, а 45% воздуха будет проходить по мокрому тракту, даже если тракты имеют малую площадь поперечного сечения. Несмотря на то, что это приведет к значительному уменьшению использования воды в градирни, если бы через сухую часть проходило более 55 5 воздуха, можно было бы сэкономить еще больше воды при различных внешних условиях.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предоставляется один тракт, обозначенный как «мокрый тракт», и другой тракт, обозначенный как «сухой тракт». Площадь поперечного сечения мокрого тракта будет сужаться, а площадь поперечного сечения сухого тракта будет расширяться. Это способствует увеличению сопротивления потоку воздуха в мокром тракте и его уменьшению в сухом тракте. За счет такого изменения по сухому тракту будет проходить воздуха больше, чем 55%. Процентное содержание воздуха в сухом тракте можно отрегулировать, отрегулировав площади поперечного сечения двух трактов. Такое более высокое процентное отношение позволит сэкономить больше воды при различных условиях окружающей среды по сравнению с разделением потока 45%/55% при равных площадях поперечных сечений трактов.
На фиг. 10 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. В соответствии с этим вариантом осуществления косвенный теплообменник охватывает более 50% площади пакета наполнителя. Как и в предыдущих вариантах осуществления, вариант осуществления, показанный на фиг. 10, может быть выполнен с использованием чередующихся листов (расположенных друг над другом в направлении внутрь страницы на виде на фиг. 10), но в этом варианте осуществления все каналы проходят вертикально в центр колонны наполнителя. Поскольку колонны вертикальные, промежуточные листы согласно фиг. 2-9 необязательны (однако их все равно можно использовать). Вместо этого промежуточные листы, показанные на фиг. 2-9, могут быть оснащены ребрами для разделения каждого листа от смежных листов с образованием таким образом каналов. В соответствии с этим вариантом осуществления на первой стороне каждого внутреннего листа находится один набор каналов, а на противоположной стороне - второй набор каналов. Половина каналов проходит вертикально сверху вниз. Другая половина каналов смещена вправо вверху колонны для образования перекрывающихся зон воды и воздуха, а затем необязательно смещена назад влево, так что выходные зоны не перекрываются. Зоны с нечетными подстрочными цифрами, т.е. A1, А3, A5, B1, В3 и B5, обозначенные сплошными линиями, смещены вправо вверху, а затем проходят вертикально и необязательно смещены назад влево внизу колонны. Зоны с четными подстрочными цифрами, т.е. А2, А4, А6, В2, В4 и В6, обозначенные пунктирными линиями и расположенные перед нечетными зонами и позади них, направлены через страницу и проходят прямо вниз колонны сверху вниз.
Рассматривая обычную зону В3/В4, на стороне, обозначенной сплошными линиями, В3 резко изгибается вправо, проходит прямо вниз пакета, а затем резко изгибается влево к выходу. На стороне, обозначенной пунктирными линиями В4, поток движется непосредственно вниз и объединяется с потоком В3 на выходе (следует отметить, что такое объединение предназначено только для отделения воздуха от выходов воды для сведения к минимуму всасывания воды в сухой канал и может быть необязательным). На заштрихованных участках позади зоны В4 находится зона A5, а позади зоны В3 находится зона А4. Когда вода течет через А, а воздух только в В, будет реализовываться косвенный теплообменник. Ширина зоны A1 и зоны В2 с левого края пакета наполнителя в два раза больше, что необходимо для того, чтобы устранить мертвую зону, расположенную напротив зоны А2, поскольку за ней нет В0 для пропускания потока.
В стандартном наполнителе, как мы видим, отдельные каналы тянутся сверху вниз по наполнителю.
На фиг. 11-13 показан один способ, в соответствии с которым можно осуществить вариант осуществления согласно фиг. 10. На фиг. 11 показаны детали, в результате сборки которых можно получить два набора чередующихся листов. На фиг. 12 показаны детали, собранные в сборку А - первый набор листов, а на фиг. 13 показаны детали, собранные в сборку В - второй набор листов. Сплошными линиями обозначены гофрированные или оребренные поверхности соединения, по которым листы соединяют друг с другом с образованием каналов; пунктирными линиями обозначен торец детали, который крепят к детали такого же листа с образованием листа в сборе. Для каждого ребра или гребня, расположенного на передней стороне деталей А, В и С, имеется соответствующее ребро или соответствующий гребень на обратной стороне. Вид в поперечном сечении детали В показан на фиг. 13А. Сборка этих трех разных деталей выполняется, как показано на фиг. 12 и 13.
В сборке А деталь «А» крепят сверху детали «В», как показано на фигуре. Если смотреть сверху вниз, деталь «А» будет в целом выступать над одной колонной вправо. Внизу сборки деталь «А» повернута на 180° по горизонтали и будет выступать над одной колонной влево, таким образом эффективно направляя выход из колонны в точку ниже ее оригинального входа. За счет эффекта, производимого на краю пакета наполнителя, крайняя левая колонна становится двойной колонной. В центре листа указывается, что движется по колонне, вода или воздух. Как показано на фигуре, в сборке А колонны с водой и воздухом чередуются, причем крайняя левая колонна является колонной с водой.
В сборке В деталь «С» крепят сверху детали «В», как показано на фигуре. В целом деталь «С» будет направлять каждую колонну прямо вниз. Внизу сборки деталь «С» повернута вертикально на 180°. В центре листа указывается, какая это колонна: с водой или воздухом. Как показано на фигуре, в сборке В колонны с водой и воздухом чередуются, причем крайняя левая колонна является колонной с воздухом.
Пакет наполнителя образован чередованием сборки А со сборкой В. На виде в поперечном сечении каждая колонна с водой в сборке А расположена между двумя колоннами с воздухом сборки В - по одной спереди и сзади. Аналогично каждая колонна с водой сборки В расположена между двумя колоннами с воздухом на сборке А. Таким образом образуется косвенный теплообменник, в котором теплая вода в одной колонне охлаждается холодным воздухом, движущимся в колоннах, расположенных впереди и позади нее.
Преимущество варианта осуществления, показанного на фиг. 11-13, заключается в том, что вместо целого промежуточного листа нужен только его верх и низ. Для пакета высотой 4 фута с колоннами шириной 8 дюймов суммарная высота детали «А» и детали «С» будет составлять 16 дюймов, обеспечивая таким образом экономию материала для промежуточного листа. Поскольку каждый второй лист является промежуточным, с помощью этого варианта осуществления можно будет сэкономить 33% материалов для 4-футового пакета, а для более высоких пакетов еще больше.
На фиг. 14А показано поперечное сечение детали В согласно фиг. 11.
На фиг. 14В показано поперечное сечение, выполненное посередине пакета наполнителя, показанного на фиг. 10. Ребра или гребни листов показаны увеличено для наглядного представления точек уплотнения. Один лист обозначен жирной линией в центре пакета. Каждый лист является зеркальным отображением смежных листов с каждой стороны. Каждый набор смежных листов образует набор каналов. Вся теплопередача происходит по этим листам. Тракты воды выделены штриховкой. Площади поперечного сечения трактов с водой и воздухом равны и должны обеспечивать разделение потока в соотношении 55%/45% при стандартной загрузке воды. На фигуре показано расположение каналов для воздуха и каналов для воды в шахматном порядке.
На фиг. 15 показан вариант осуществления, согласно которому профиль листов изменен таким образом, что назначенные каналы для воды (выделены штриховкой) меньше назначенного тракта воздуха. Это приведет к разделению потока воздуха, при котором количество воздуха, движущегося по тракту воздуха, будет >55%. Разделение потока воздуха можно изменить, изменив соотношение площади тракта воды к площади тракта воздуха. Один лист обозначен жирной линией в центре пакета. Каждый набор смежных листов, в котором каждый лист является зеркальным отображением смежных листов, образует набор каналов.
На фиг. 16 показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления полностью отсутствует многоэлементная сборка листов, показанная на фиг. 11-13. В соответствии с этим вариантом осуществления весь наполнитель с двумя зонами может быть образован с помощью одного повторяющегося листа. На фиг. 16 одинарными линиями обозначен соединительный гребень, проходящий из плоскости листа, а двойными линиями обозначен соединительный гребень, входящий в плоскость листа. Тройными линиями обозначен соединительный гребень, выходящий из листа, расположенного рядом с соединительным гребнем, входящим в лист. В средней части лист симметричен относительно горизонтальной оси. Используя первый лист, расположенный, как показано на фиг. 16, за счет крепления второго листа с его поворотом на 180° вокруг оси поверх первого листа, достигается сопряжение поверхностей соединения, обозначенных одинарными линиями, с образованием каналов, обозначенных на фиг. 17 жирными линиями.
За счет крепления третьего листа с его поворотом на 180° вокруг этой оси за первым листом, достигается сопряжение поверхностей соединения, обозначенных двойными линиями, с образованием каналов, обозначенных на фиг. 18 жирными линиями. Таким образом, за счет использования множества копий одного листа можно собрать пакет наполнителя, не прибегая к помощи конструкции из трех деталей, показанной на фиг. 11-13, или промежуточных гофрированных листов наполнителя. Как и в ранее используемых конструкциях, площадь поперечного сечения тракта воды и тракта воздуха можно отрегулировать, изменив высоту поверхностей соединения. Преимущество такой конструкции заключается в том, что в ней совершенно не используется гофрированный лист, сборка упрощена, поскольку для нее нужна только одна форма для термоформования.
Также преимуществом была бы возможность увеличения высоты пакета наполнителя без необходимости выполнения отдельных форм термоформования или склеивания листов наполнителя для увеличения высоты. Кроме того, сборка очень высоких пакетов наполнителя в градирнях является сложным процессом. Сложность расположения пакетов наполнителя с двумя зонами друг над другом заключается в том, что, если каналы не располагаются строго на одной линии, в канал для воздуха может попасть вода, уменьшив способность пакета к сухому охлаждению. На фиг. 19-22 показан вариант осуществления настоящего изобретения со штабелированным пакетом наполнителя. На фиг. 19 показаны прямые каналы, а на фиг. 20 показаны сдвинутые каналы. Темными линиями обозначены точки уплотнения. Верхние и нижние части наполнителя выполнены зубчатыми для соединения посредством вставки штабелированных пакетов. Зубцы в верхней части расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, причем каналы для воды всегда углублены, в каналы для воздуха выступают вверх. Зубцы в нижней части расположены на разном расстоянии друг от друга. Канал для воды уже, а канал для воздуха шире. Канал для воды сужается с образованием формы конуса. Профиль нижней части каналов воздуха несколько глубже и шире, чем профиль канала для воды. Когда пакеты наполнителя уложены друг над другом, нижняя часть каналов для воды одного пакета будет касаться верхней части каналов для воды следующего пакета, а между каналами для воздуха двух пакетов останется зазор. В такой компоновке вода не сможет из канала для воды втекать в канал для воздуха.
Стандартные термоформовочные машины, используемые для изготовления наполнителя, имеют максимальную площадь формования приблизительно 4×4 фута. Наполнитель можно выполнить больше в одном направлении, если он имеет повторяющийся узор. На фиг. 21 и 22 показан вариант осуществления, в котором возможна сборка более широких пакетов наполнителя. Жирными линиями обозначены точки уплотнения. Заштрихованными участками обозначены линии возможного разреза. На фиг. 21 и 22 линии разреза показаны после каждых двух повторяющихся мотивов. Если, например, длина каждого мотива составляет 3 фута на листе шириной 4 фута, в этом случае возможна сборка пакетов наполнителя шириной 6 или 9 футов и высотой 4 фута. При укладке друг на друга двух слоев из пакетов наполнителя с зубцами высота наполнителя в градирне может составлять 8 футов.
На фиг. 23 показано изменение согласно фиг. 10, где колонны сдвинуты влево только на половину ширины колонны. На фиг. 24 показан второй лист этой конструкции, где все колонны сдвинуты вправо на половину ширины колонны. На фиг. 23 показан вариант осуществления настоящего изобретения, где, как и на фиг. 10, косвенный теплообменник (заштрихован) занимает более 50% площади пакета наполнителя. Вверху и внизу каждой колонны показаны незаштрихованные треугольники, которыми обозначены участки, в которых косвенный контакт колонны воздуха с колонной воды отсутствует, и поэтому косвенная теплопередача не происходит. Рекомендуется, чтобы гипотенуза этих треугольников была расположена под углом по меньшей мере 45° к горизонтали. Если бы ширина колонны составила один фут, в этом случае площадь каждого треугольника была бы 0,5 фута2 при общей площади 1 фута2 некосвенного теплообменника для одной колонны. Эта площадь остается неизменной независимо от высоты колонны. Для колонны высотой 4 фута 25% площади колонны не является частью косвенного теплообменника; для колонны высотой два фута это значение увеличится до 50%.
Теперь обе внешние колонны имеют вдвое большую ширину по сравнению с вариантом осуществления согласно фиг. 10, где двойную ширину имеет только крайняя левая колонна. Но как и в варианте осуществления согласно фиг. 10, колонны с двойной шириной представляют собой косвенные теплообменники, поскольку двойной канал для воды будет расположен между двумя каналами для воздуха двойной ширины. На фиг. 24 участки без косвенного контакта между колоннами для воды и воздуха заштрихованы. Если ширина колонн составляет один фут, а углы - 45°, сторона заштрихованного треугольника составляет
На фиг. 25 и 26 показано, как этот вариант осуществления можно получить термоформованием на стандартном оборудовании для изготовления высоких пакетов наполнителя и без необходимости их расположения друг над другом. Конструкции на фиг. 25 и 26 состоят из повторяющегося мотива длиной два фута на листе шириной четыре фута. Повторяющийся мотив показан пунктирными линиями. Благодаря такому повторяющемуся мотиву пакет наполнителя шириной четыре фута можно изготовить высотой 2, 4, 6, 8 футов и т.д. На фиг. 25 и 26 показаны линии разреза, с помощью которых можно получить пакет наполнителя высотой 6 футов. На фиг. 26 участки, где не будет образовываться косвенный теплообменник, показаны как четыре ромбовидных участка и четыре треугольных участка. Площадь каждого треугольного участка составляет 1/4 фута2, а площадь каждого ромбовидного участка составляет 1/2 фута2. Общая площадь, не являющаяся косвенным теплообменником, составляет 3 фута2. Поскольку площадь каждого листа составляет 24 фута2, площадь наполнителя, являющаяся косвенным теплообменником, будет составлять 21/24=87,5%.
В целях настоящего изобретения необходим другой способ распределения воды, отличающийся от стандартных градирен. В каждой колонне с водой должна находиться отдельная распылительная ветка. В результате взаимного выравнивания пакетов наполнителя одна распылительная ветка может проходить по всей длине или ширине модуля. Если ширина колонны составляет один фут, распылительная ветка должна будет проходить через каждый фут. Количество распылительных веток можно сократить, предоставив две отдельные распылительные системы. Одна стандартная распылительная система предназначена для использования в полностью мокром режиме градирни. Вторая распылительная система должна быть расположена над каждой второй колонной и использоваться в сухом режиме установки. Для стандартного модуля 36×36 футов это означает, что в сухом режиме необходимо использовать 18 дополнительных распылительных веток. Количество распылительных веток можно сократить, расположив пакеты наполнителя, как показано на фиг. 27. Пакеты наполнителя, использованные на фиг. 27, имеют длину 4 фута, ширину 1 фут и высоту 6 футов, однако высота не так важна. В каждом пакете наполнителя содержится 17 листов, расположенных с шагом приблизительно 0,75 дюйма. Показанные пакеты наполнителя содержат четыре канала, как показано на фиг. 25 и 26, однако использовать можно любой из вариантов осуществления настоящего изобретения. ЗА счет чередования положения блоков во время сборки наполнителя в некоторых местах, две колонны для воды будут расположены рядом друг с другом, благодаря чему подача в две колонны будет осуществляться одной распылительной веткой. В модуле шириной 36 футов, показанном на фиг. 27, необходимо только 14 вспомогательных распылительных веток.
Минимальное количество дополнительных распылительных веток представляет собой существенное усовершенствование по сравнению с уровнем техники. В патенте США 3997635 раскрывается применение распылительных сопел между параллельными листами отдельных. Аналогичные конструкции используются в патентах США 4337216 и 5775409. В этом документе из уровня техники для образования косвенного теплообменника распылительные ветки должны быть расположены вдоль каждого второго листа. Для модуля, показанного на фиг. 27, согласно уровню техники понадобилось бы восемь распылительных веток длиной 36 футов каждая через каждый фут ширины модуля. Поскольку ширина модуля составляет 36 футов, количество распылительных веток составит 8x36=288. Оборудовать модуль таким образом было бы непрактично. Как было указано в предыдущем абзаце, согласно настоящему изобретению модуль можно оборудовать 14 дополнительными распылительными ветками.
В описании настоящего изобретения не указан материал конструкции. Стандартный наполнитель изготавливают из ПВХ, но у этого материала низкая теплопроводность. В режиме косвенной теплопередачи низкая теплопроводность будет отрицательно сказываться на производительности. Если лист и гофры из ПВХ сделать более тонкими, проблема уменьшится. Улучшить теплопередачу можно, применив разные пластиковые или металлические листы с более высокой теплопроводностью. В частности, сплавы нержавеющей стали, например, 304 или 430 могут улучшить свойства косвенного охлаждения.
Реферат
Изобретение относится к области энергетики. Пакет наполнителя градирни содержит расположенные друг над другом два разных пластиковых листа, причем каждый лист характеризуется наличием первой стороны и второй стороны, причем указанная первая сторона характеризуется наличием первого набора ребер, образующих первый набор каналов, указанная вторая сторона характеризуется наличием второго набора ребер, образующих второй набор каналов, причем в указанном пакете наполнителя указанные пластиковые листы расположены один над другим таким образом, что первая сторона первого листа сопряжена с первой стороной второго листа, а вторая сторона указанного второго листа сопряжена со второй стороной третьего листа, идентичного первому листу, с образованием двух наборов каналов, причем указанные первый и второй наборы каналов перемежаются друг с другом таким образом, что теплообмен происходит через материал, разделяющий указанные каналы друг от друга. Изобретение позволяет повысить эффективность тепломассообмена. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 36 ил.
