阅读说明：本技术 冷却塔 (Cooling tower ) 是由 比利·韦恩·小奇尔德斯 阿图尔·艾玛尔·库马·斯瓦米 于 2018-02-02 设计创作，主要内容包括：一种用于水的蒸发冷却的冷却塔被容纳在符合ISO的船运集装箱框架中,从而准许冷却塔堆叠以用于运输和某些工业应用。一定体积的填充介质容纳在该框架内。间隔开的水槽位于该填充介质之下、基本上行进该填充介质的长度并连接到水池。挡板连接到这些水槽的一个上边缘,而空气流动空间定位在另一上水槽边缘上方。具有紧密地定位在该填充介质上方的可变流量喷嘴的水分配系统在该填充介质的上表面上方喷射水,其中水在重力作用下向下移动到这些水槽中。在该填充介质顶上的风扇使空气竖直地向上移动通过该填充介质。(A cooling tower for evaporative cooling of water is housed in an ISO compliant shipping container frame, permitting stacking of cooling towers for transportation and certain industrial applications. A volume of fill medium is contained within the frame. A spaced apart trough is located below the fill medium, travels substantially the length of the fill medium, and is connected to the basin. The baffle is attached to one upper rim of the troughs while the air flow space is positioned above the other upper trough rim. A water distribution system with variable flow nozzles positioned closely above the fill media sprays water over the upper surface of the fill media, with the water moving downward into the troughs under the force of gravity. A fan atop the fill media moves air vertically upward through the fill media.)

冷却塔

相关申请的交叉引用

本非临时专利申请要求2017年2月3日提交的美国临时专利申请SN62/454432的优先权，以用于所有目的。在不与本披露内容相互矛盾的程度上，该临时专利申请的披露内容并入本文中。

背景技术

本发明涉及在工业和HVAC背景下典型地用于冷却液体(通常是水)的冷却塔。

广泛地说，冷却塔是从(典型地)水源转移热量的热交换器，水源在本文中有时被称为“热水”。如相关领域中已知，现有技术冷却塔一般共享各种元件，包括冷却塔的主体内的一定体积的“填充介质”，其中某一形式的水分配系统定位在填充介质上方。然后水可以向下喷射到填充介质上，其中水在重力作用下移动通过介质而从底部滴出，并且落到集水池中。经冷却的水在本文中有时被称为“冷水”。空气被向上引导通过介质，与向下移动的水“逆流”，并且离开填充介质的顶部。定位在填充介质上方的风扇(“诱导通风”)或定位在填充介质下方的风扇(“强制通风”)使空气向上移动通过填充介质。如本领域中已知，与向下移动的热水逆流的向上移动的空气从水中移除热量。

已知的冷却塔设计需要相对大的高度尺寸，以便提供竖直间隔用于(除其他事项之外)水分配系统在填充介质上方的充分间距，以准许适当的水分配；并且用于水从填充介质的底部落到集水池，该集水池一般跨过冷却塔的基本上整个占地面积。另外，其他尺寸和结构属性阻止冷却塔布置在彼此邻接、堆叠在彼此顶部上等等的期望位置。可运输性是又一问题，其中冷却塔尺寸导致道路净空问题等，从而经常需要拆卸便携式塔以用于运输。

已知的现有技术冷却塔全部存在这些和各种其他问题，从而导致需要一种解决这些问题的改进的冷却塔。

发明内容

体现本发明的原理的冷却塔包括外部骨架框架，该外部骨架框架优选地符合或可以符合联运货物集装箱(通常被称为“船运集装箱”)标准化尺寸，由此符合ISO(国际标准化组织)；并且优选地在框架的四个上部拐角和四个下部拐角上具有ISO(国际标准化组织)认证的集装箱块或拐角装配件，以连接固定和提升设备。一定体积的填充介质定位在整体冷却塔主体的中心部分中。可变流量热水分配系统将热水(待冷却)喷射到填充介质上，该可变流量热水分配系统包括相对紧密地定位在填充介质的上表面上方的许多低压固定孔口喷嘴(没有移动部分)。优选地，馈送喷嘴的管道(包括总管和侧管区段)定位在除水器的层内，该除水器捕获被空气流向上拉动的水雾。因此，喷嘴定位在填充介质的上表面与除水器的下表面之间。

水收集系统定位在填充介质下方，以收集离开填充介质的冷水，并且根据需要将其传送回到水系统中。水收集系统包括多个间隔开的水槽，这些水槽优选地延伸冷却塔主体或填充介质的长度，或者在其他实施例中跨过冷却塔主体的宽度。水落到挡板上，这些挡板定位在水槽上方并附接到水槽的第一上边缘，并且成角度或倾斜，使得水行进到水槽中。水在重力作用下从水槽流到冷却塔的一端处的水池或集水器中，并且从那里回到水系统中。本发明还可以包括类似于本文的申请人所拥有的USP 8535024中披露的水收集系统；在不与本披露内容相互矛盾的程度上，该专利的披露内容并入本文中。空气向上流过水槽之间的空间，并且通过一般定位在水槽的第二上边缘上方的空气流动空间(也就是说，上边缘不包括挡板)。空气流动空间中的百叶窗使穿其而过的水最小化。

一个或多个风扇定位在填充介质上方(在“诱导通风”系统中)或下方(在“强制通风”系统中)，以使空气向上移动通过填充介质。

优选地，伸缩式支腿设置在框架的每个拐角处。支腿可以伸出并锁定在适当位置(经由***穿过孔的销，或任何其他合适的装置)，以根据需要抬高冷却塔以便进气，和/或产生足够的高度以便水排到其他设备中。每个支腿的下端优选地包括符合ISO的拐角装配件或拐角块。当缩回(并锁定在适当位置)时，冷却塔转变成符合标准化联运货物集装箱(符合ISO的船运集装箱)的那些尺寸的整体盒尺寸。

优选地，维修进入平台在冷却塔的主体外部但在骨架框架内。这个平台优选地定位在冷水水池上方(该冷水水池也延伸到冷却塔的主体之外但在骨架框架内)，以便于进入和维修。整体单元的在骨架框架内的这个区段还包括进水和排水管道连接、风扇控制面板、水填充控制件、集水器筛、进入门以及其他部件。

附图说明

图1是体现本发明的原理的冷却塔的实施例的透视图。

图2A至图2D是冷却塔的骨架框架的透视图、顶视图和侧视图。

图3是冷却塔骨架框架的透视图，其中片材在侧面上的适当位置。

图4是冷却塔的局部截面的端视图，其中伸缩式支腿伸出。

图5是冷却塔的局部截面的另一端视图，其中伸缩式支腿伸出。

图6是冷却塔的局部截面的另一端视图，其中伸缩式支腿缩回。

图6A是示出水槽的另一安排的局部截面。

图7是冷却塔的局部截面的侧视图，其中伸缩式支腿伸出。

图8是冷却塔的局部截面的另一侧视图，其中伸缩式支腿伸出，并且其中为清楚起见，省略了某些元件。

图8A是“强制通风”实施例的视图。

图9包括水收集系统水槽、挡板等的各种视图。

图10是水分配系统的透视图。

图11是局部截面的端视图，展示了通过冷却塔的空气流动路径。

图12是局部截面的端视图，展示了通过冷却塔的水流动路径。

图13A展示了现有技术水喷嘴安排。图13B展示了体现本发明的原理的示例性水喷嘴安排。

图14是单个冷却塔的顶视图。

图15是许多冷却塔的端视图，其中伸缩式支腿缩回，示出了塔被堆叠以例如用于批量运输或存放。

图16是邻近彼此定位的多个冷却塔的一种安排的顶视图。

图17是邻近彼此定位的多个冷却塔的另一种安排的顶视图。

图18是一个堆叠在另一个顶上的两个冷却塔的端视图，也示出了示例性空气流动路径。

图19是冷却塔实施例的局部截面的侧视图，该冷却塔实施例包括布线通过冷却塔的冷却管，以用于冷却流过管的流体。

图20和图21示出了水流量控制安排。

具体实施方式

尽管各种冷却塔可以体现本发明的原理，但参考附图，可以描述当前优选的实施例中的一些。

图1是体现本发明的原理的冷却塔10的一个实施例的透视图。冷却塔10包括优选地大小被确定成符合联运货物集装箱尺寸的骨架框架20，冷却塔的各种元件定位在该骨架框架内。框架20形成符合ISO(国际标准化组织)的结构，并且满足此类认证的所有结构、材料、制造和其他要求。框架20在每个拐角处包括符合ISO的集装箱拐角装配件22，以用于固定和提升功能。在当前优选的实施例中，伸缩式支腿24设置在四个拐角处，这些伸缩式支腿可以伸出到期望的长度并且以销或以其他方式固定在适当位置，然后在期望用于运输等时缩回。在该实施例中，支腿24的下端也包括符合ISO的集装箱拐角装配件22。应理解，容易通过使支腿24伸出期望的距离来实现冷却塔10在它所安置的表面上方的期望抬高，然后经由销或本领域已知的其他合适装置锁定在适当位置。当支腿24处于它们的缩回位置时，冷却塔的尺寸符合联运货物集装箱的国际船运规定。应理解，满足与载荷承载能力、制造工艺和人员、材料等相关的ISO合规的所有其他认证要求，使得冷却塔(或其框架)满足所有的ISO合规要求。因此，冷却塔(或其框架)可以贴有合规标签。

图2A至图2D示出了框架20、支腿24等的顶视图、侧视图和透视图，其中支腿24伸出期望的伸出长度并锁定在适当位置。

图3是冷却塔10、特别是框架20和缩回的支腿24的透视图。还示出片材在冷却塔侧面周围的适当位置，从而封闭填充介质。

图4是冷却塔10的局部截面的端视图，以示出冷却塔的下部区段的内部视图。具体地，图4示出了水在从填充介质60流出时流入的水槽30(标记为“冷水水池水槽”)的端视图。参考图4和图5，水在重力作用下从水槽30流入集水器或水池40(标记为“冷水水池集水器”)中，并且从那里流到收集系统(包括管道、泵、控制件等)以便返回到它来自的系统。水槽30包括第一上边缘和第二上边缘。挡板32附接到所述上边缘中的第一者并且成角度，使得从填充介质60离开向下落的水被传送到水槽30中。空气通过最初在水槽30之间传递、然后穿过第二水槽边缘上方的空气流动空间52、然后向上穿过填充介质60而流到冷却塔中。可以提供进气百叶窗50以在方向上控制空气流并防止水通过空气流动空间并且由此不进入水槽30。图4中还示出了提供对冷却塔10的内部部件的接近以用于维护等的进入门；用于各种电部件的维修的配电板门；以及热水立管72，热水(即，将由冷却塔冷却的水)通过该热水立管泵送到水分配系统70并且继续泵送到填充介质60。工作平台定位在冷却塔10的一端处(注意所示的护栏)，本文中之后更详细地描述。

优选地，水槽30在长度方向上(例如，平行于冷却塔的长尺寸)延伸了填充介质60的基本整个长度，使得所有水在平行于冷却塔的没有交叉通道的长尺寸的方向上排出。因此，冷水可以以连续的层流在相对高速下排出，从而防止允许固体沉积的极低流动速度区域。此外，冷水收集水池40优选地完全位于冷却塔下方，从而防止冷水暴露于阳光。

图5是更详细地示出冷却塔的各种属性的截面端视图。在图5中，支腿24从冷却塔10伸出期望的长度并且以销或以其他方式固定在适当位置，以便根据需要抬高冷却塔10。填充介质60大体定位在冷却塔10的中心部分中，并且可以包括薄膜填充或飞溅填充材料，如相关领域已知。在优选实施例中，填充介质60的重量由内部结构部件支撑，例如支撑格栅62，这些内部结构部件将填充介质60的重量转移到框架20，而不是由水收集系统支撑填充介质60的重量。应理解，在一些实施例中，填充介质60由水收集系统支撑。

提供了用于遍及所述填充介质的上表面分配水的装置，该装置可以包括定位在填充介质60上方的水分配系统70，并且包括多个喷射喷嘴80，待冷却的水通过这些喷射喷嘴喷射到填充介质60上。水在重力作用下向下流过填充介质60、最终离开填充介质60、滴落到挡板32上并且然后流到水槽30中，如上文简要地描述并且本文之后更详细地描述。图5还示出了空气流动空间52和定位在水槽30的一个边缘上方的进气百叶窗50，也将更详细地描述。喷射喷嘴80由热水总管82馈送，该热水总管优选地至少部分定位在除水器84的层内。多个水侧管(lateral)81从总管82延伸，喷射喷嘴80安装在侧管81上。优选地，喷射喷嘴80具有固定孔口的设计，从而形成低压、低轮廓、可变流量系统，而没有移动的部件。喷嘴80优选地仅安装在填充介质60的上表面上方短距离处，例如在约0.25”至1.00”的范围内。应理解，喷射喷嘴80定位在填充介质60的上表面与除水器84的下表面之间的空间内。本发明的冷却塔的设计准许填充介质60的上表面与除水器84的下表面之间的相对小距离；在当前优选的实施例中，这个距离一般为约10”或更少，一般在约8”至10”的范围内。

提供了用于使空气竖直地向上移动通过填充介质60的装置，该装置可以包括优选地定位在水分配系统70上方的多个风扇90，以便以“诱导通气”安排拉动空气通过系统，如相关领域已知。风扇防护/行走格栅92定位在风扇90上方。应理解，本发明还包括“强制通风”系统，其中风扇90定位在填充介质60下方，如可以在图8A中看出。

如相关领域的技术人员将理解，体现本发明的原理的冷却塔安排准许从水池40的水平到水分配系统70的大幅减小的尺寸(在图5中表示为尺寸“X”)，从而导致热水必须竖直地向上泵送到热水分配系统的距离减小(水头值减小)。这导致泵功率要求降低，因此降低操作成本(即，降低热水泵送的能源成本)。这个尺寸方面通过若干结构元件来实现：

·流量喷嘴安排，该流量喷嘴安排准许填充介质60的上表面与除水器84的下表面之间的间隔大大减小

·水收集系统，该水收集系统包括间隔开的水槽、挡板和空气流动空间，从而消除对下面的集水器的需要，而不是包括设置在水槽的端部处的水池40

图6示出了与图5相同的视图，但其中支腿24缩回并固定在适当位置以用于运输等。

图6A是具有水槽30的另一种安排的冷却塔10的局部截面，示出了该冷却塔的各种元件。

图7是截面的侧视图，示出了如在图5和图6中看出并在上文描述的许多相同结构元件。应注意，图7还示出了供叉车或类似设备用来移动冷却塔的叉管的布置。热水立管72将热水提供到水分配系统70、更具体地热水总管82。

图8是局部截面的另一侧视图。清楚地看到热水立管72、热水总管82和冷水水池40。

图8A是强制通风实施例，其中风扇位于填充介质60之下。

图9包括从冷却塔的剩下部分拆卸的水槽30和挡板32的若干视图。在一个当前优选的实施例中，水槽30一般延伸冷却塔10的长度；也就是说，基本上延伸填充介质60的长度。应理解，在其他实施例中，水槽30可以延伸冷却塔10的宽度(即，较短尺寸)。应注意，归因于系统的其他元件的安排，不要求挡板32将水传送到中心水槽(已标记)中。

图10是与其他部件分开的水分配系统70的详细视图。水从热水源泵送到热水立管72、进入热水总管82、经过侧管83然后到喷射喷嘴80、并且离开到填充介质60的上表面上。示出了除水器84，该除水器减少由向上空气流携带出冷却塔的水滴量。

图11示出了在“诱导通风”安排中在空气被风扇90“拉动”通过系统时穿过冷却塔10的典型空气流动路径。应注意，为清楚起见，省略了某些元件标号。空气一般从冷却塔10的底部进入、竖直地向上在水槽30之间流动、穿过空气流动空间52和进气百叶窗50、并且然后向上通过填充介质60。空气离开填充介质60、向上流过除水器84、通过风扇90和风扇防护/行走格栅92、然后离开冷却塔10。应理解，图11和其他图所示的安排仅仅是一种可能的安排；“强制通风”安排也是可能的，风扇定位在水槽和其他部件下方，并且由此“推动”空气通过填充介质和系统的其他部件；再次参考图8A。

图12示出了通过系统的典型水流动路径。为清楚起见，省略了某些元件标号。热水离开流量喷嘴80到填充介质60的最上表面上。水在重力作用下流过填充介质60、作为“冷水”离开填充介质60、并且最终通过流到挡板32上然后流入水槽30中或者直接流入水槽30中而流入水槽30中。冷水在重力作用下流到水池40中(见图8)，然后流到系统(典型地包括泵、管道等)以将它返回到待冷却的系统，例如加热/通风/空调(HVAC)系统、内燃发动机冷却系统或如相关领域已知的任何其他系统。如上文所述，本发明还可以包括类似于本文的申请人所拥有的USP 8535024中披露的水收集系统；在不与本披露内容相互矛盾的程度上，该专利的披露内容并入本文中

图13A和图13B示出了按照现有技术(13A)和本发明(13B)的流量喷嘴安排。如可以在图13A中看出，现有技术系统一般使用每单位面积更少的喷嘴，从而典型地需要更高的间距(即，从喷嘴到填充介质表面的距离)以提供期望的覆盖。例如，已知的现有技术系统可以在6’乘6’的面积中采用四个喷嘴(即，36平方英尺中4个喷嘴)。相反，如在图13B中看出，体现本发明的原理的流量喷嘴安排包括每单位面积更大数量的喷嘴，也就是，更水平地喷射/分散水的多个低压喷嘴。例如，本发明的优选安排可以在4’乘4’的面积中包括五个喷嘴(即，16平方英尺中5个喷嘴)。本发明的这些特征准许流量喷嘴在填充介质上方的较低间距，因此使用比现有技术系统少的竖直空间，也就是，从填充介质60的上表面到流量喷嘴80排放口并且因此到除水器84的下表面的距离大大减小。另外地，当压力/流量改变时，每单位面积更大数量的喷嘴实现对填充介质的更好覆盖。

图14是冷却塔10的顶视图。工作平台26在冷却塔10的一端处、在填充介质60区域外部但在框架20内。优选地，水池40位于工作平台26之下，从而准许容易接近以进行维修等。另外，将水池40定位在工作平台26和/或冷却塔10的其他结构元件下方会保护水池40内的水免受阳光影响，从而避免因日照引起的温度增加。

图15示出了许多冷却塔10，其中支腿24缩回并堆叠以用于运输。可以容易理解，在框架20的尺寸符合标准联运货物集装箱尺寸的情况下，冷却塔10可以容易处理和船运，并且堆叠以用于批量运输和存放。如相关领域已知，拐角装配件22准许冷却塔10彼此连接。与框架20的剩余元件一样，拐角装配件22是符合ISO的集装箱拐角装配件、满足对船运集装箱的ISO要求。

如先前描述，空气从底部而不是从侧面进入冷却塔10，因此本发明的冷却塔10可以彼此邻近和邻接定位，而不损失有效性。不需要将冷却塔10彼此间隔开定位以准许空气流动。此类布置准许极大地增加冷却塔“密度”，即，每单位地面面积的冷却能力。各种布置配置是可能的。图16中示出了一种配置，其中两组三个冷却塔10彼此邻接，其中工作平台端部在一起。图17示出了冷却塔10布置的替代性安排。应理解，冷却塔10的任何安排是可能的；例如，给定的冷却塔的任一端邻接另一冷却塔10的任一端。

图18是通过本发明的原理成为可能的冷却塔10的又一可能布置。这示出了一个定位在另一个顶上的两个冷却塔10。通过每一者的空气流由带箭头的线指示。应注意，分隔件100优选地定位在顶部冷却塔10的下方，其使离开下部冷却塔10的热空气转向到一侧，并且提供用于冷空气从一侧进入上部冷却塔10。堆叠冷却塔10的能力在可用相对高但窄的空间的背景下有价值。

图19展示了体现本发明的原理的冷却塔10的又一实施例。在这个实施例中，系统的目标是冷却流过盘管110的流体，而同时(如果需要)冷却待喷射到填充介质60和/或盘管110上的热水。盘管110置于冷却塔10的填充介质60通常所在的中心部分中，并且因此暴露于从上方向下倾泻的冷水；应理解，水被泵送通过系统，大体如结合前述实施例所述。因此，热量从流过盘管110的流体转移到盘管110表面，然后转移到流到盘管上/流经盘管的冷水，由此冷却流过盘管110的流体。应理解，盘管110可以优选地嵌入在填充介质60内。

图20和图21示出了水流量控制安排，以控制从总管82单独地流向每个侧管83的水流量。管状区段200设置穿过总管82，跨过总管82的宽度。管状区段200包括穿过其壁的孔210，水可以通过该孔从总管82流动。管状区段200流体连接到侧管83。管状区段200相对于总管82和侧管83两者可旋转地安装(也就是说，管状区段200可以在总管82和侧管83不旋转的情况下旋转)。密封件202在管状区段200与总管82之间以及在管状区段200与侧管82之间提供流体密封。通过管状区段200的旋转，可以针对每个侧管83调整从总管82进入侧管83的水流速，由此准许通过每个侧管83的水流速平衡(以便使每个侧管中的流量均衡)。

应理解，泵、控制件、阀、数字处理器(即，计算机)、电部件、计量表以及如相关领域中一般已知的其他部件也是冷却塔10的一部分。

结论

尽管前述描述含有许多具体情况，但应理解，呈现前述描述仅用于描述本发明的当前优选实施例中的一些，而不是限制。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明的各方面作出改变。

因此，本发明的范围不是由上文阐述的说明性实例确定，而是由所附权利要求及其合法等效物确定。