[發明專利]循環冷卻水分散結構及具有該結構的冷卻塔

無效

• 申請號: 201410122680.4
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103851951A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 許永宏
• 申請（專利權）人: 長沙海川節能技術有限公司
• 主分類號: F28F25/02
• 分類號: F28F25/02;F28C1/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及工業循環水制冷領域，特別地，涉及一種循環冷卻水分散結構及具有該結構的冷卻塔。

背景技術

冷卻塔是用水作為循環冷卻劑，從系統中吸收熱量排放至大氣中，進行冷熱交換產生蒸汽，蒸汽揮發帶走熱量達到散熱、對流傳熱和輻射傳熱等原理散去熱量，以保證系統的正常運行。冷卻塔的作用即將挾帶廢熱的冷卻水在塔內與空氣進行熱交換，使廢熱傳輸給空氣并散入大氣中。現有的部分冷卻節水設備的技術水平都存在不同程度的改進潛力，水的重復利用率遠未達標在已建成冷卻塔的改造和新建冷卻塔懂得選型等方面，如果能充分考慮到節水節能的需要，冷卻塔的先進技術，在工程實踐的經濟效益和社會效益上都是具有十分重要的應用推廣價值。

冷卻塔進行冷卻的過程中，把水形成很小的水滴或極薄的水膜，擴大水與空氣的接觸面積和延長接觸時間，加強水的蒸發汽化，帶走水中的大量熱量，所以水在冷卻塔中冷卻的過程是傳導散熱和蒸發散熱的過程。

水的蒸發散熱

從分子運動理論來說，水的表面蒸發是由分子熱運動而引起的，分子的運動又是不規則的，各分子的運動速度大小不一樣，波動范圍很大。當水表面的某些水分子的動能是以克服水內部對它的內聚力時，這些水分子就從水面逸出，進入空氣中，這就是蒸發。由于水中動能較大的水分子逸出，那么余下來的其他水分子的平均動能減小，水的溫度也隨之降低，使水得到冷卻，這就是蒸發散熱的主要原因。所以蒸發散熱是水分子運動的結果。

水的蒸發散熱可以在沸騰時進行，也可以在低于沸點的溫度下進行，而自然界中的蒸發散熱大都是在低于沸點的溫度下進行的蒸發。熱水在冷卻塔內的冷卻是在低于沸點的情況下進行的蒸發散熱現象。

從水面逸出的水分子，相互之間可能進行碰撞，或者逸出去的水分子與空氣中已有的水分子之間進行相互碰撞，那么又可能重新進入到水中。如果在單位時間內逸出水分子多于回到水面中的水分子，那么水就不斷蒸發，水溫也就不斷地降低，水就得到冷卻。

水的表面蒸發因在水溫低于沸點的情況下進行，這時，水和空氣的相交面上存在著蒸氣的壓力差，一般認為水與空氣的接觸中，在其交界面處存在著一層極薄的飽和氣層，稱為水面飽和氣層。水首先蒸發到飽和氣層中去，然后擴散到空氣中去。

設水面飽和氣層的溫度為t₁，水面的溫度為t_f，水滴越小或水膜越薄，那么t₁與t_f就越接近。設水面飽和氣層的飽和水蒸汽分壓力為p₁，而遠離水面的空氣中，溫度為t時(t為干球溫度)水蒸氣的分壓力為p₂，那么它們之間的分壓力差為：

△p=p₁-p₂

這個△p就是水分子向空氣中蒸發擴散的推動力，只要存在p₁>p₂(即△p為正值)，那么水的表面一定產生蒸發，水一定會冷卻，而與水面的溫度t_f是高于還是低于水面以上的空氣溫度t無關。如果說蒸發所消耗熱量用H表示，那么在p₁>p₂的條件下，蒸發熱量H總是由水面跑向空氣，水中的熱量總是減小的。

為加快水的蒸發散熱速度，在冷卻塔內要采取以下兩條措施：

增加熱水與空氣之間的接觸面積。接觸面積越大，水分子逸出的機會越多，蒸發散熱就越快。而水與空氣的接觸主要是在冷卻塔內的淋水填料中進行，則一方面要求水在淋水填料中形成的水滴越小越好、水膜越薄越好；另一方面要求填料本身越薄越好，即填料的面積越大越好(填料越薄，總面積越大)。

傳導散熱也稱接觸散熱，有時也稱接觸傳導散熱。這種散熱是指熱水水面與空氣直接接觸時的傳熱過程，包括傳導和對流兩種傳熱形式。如水的溫度與空氣溫度不一樣，將會產生傳熱過程，當水溫高于空氣溫度時，水就把熱量傳給空氣，空氣自身的溫度就逐漸升高，使水面以上周圍的空氣內部的溫度不均勻，這樣冷空氣與熱空氣之間就產生對流作用，對流的結果是使空氣本身各點的溫度達到一致，最后到水面溫度與空氣溫度一致時傳導散熱停止。上述可見：傳導和對流是同時發生的，總稱為接觸散熱。

冷卻塔的效率取決于熱水在塔內的分布情況、冷風的線速以及實際的熱交換效果。逆流式冷卻塔普遍存在邊區填料嚴重缺氣、布風不均等方面的缺陷，常規的普通支撐式逆流塔在該問題上沒有采取有效的技術措施來克服這些缺陷，不合理的進風口結構對汽流造成不良影響，從而形成填料區周邊缺氣。