热交换塔气流装置和方法 技术领域 本发明大体上涉及包括冷却塔和加热塔的热交换塔领域。 本发明进一步涉及改进 通过这些塔的气流的装置和方法。
背景技术 各种类型的热交换塔广泛应用在工业中。 这些塔包括用于通过使流体接触周围空 气来冷却流体的冷却塔， 以及用于通过使流体接触周围空气来加热流体的加热塔。在这些 塔的情况下， 风扇通常吹动空气经过塔， 空气被吸入塔的底部或侧部的入口中。在塔内， 空 气通常穿过填充介质， 该填充介质例如可包括搅棒或大量波纹板。 在一些塔中， 有待加热或 冷却的流体可从填充物上方喷射， 该流体从而下落通过填充物， 使得随着流体下落， 空气和 填充物的相互作用加热或冷却流体。流体随后通常被收集在塔底部的盆中。
加热塔的一种应用是应用在液化天然气 (LNG) 蒸发领域中。LNG 塔的一个示例 将从 LNG 冷凝器中带走冷流体， 并且在将该流体返回到冷凝器之前使用周围空气加热该流
体。 已知有各种类型的塔装置， 例如， 空气从塔的相反侧进入和离开的逆流塔， 或者这 样的逆流塔 ： 空气通常从位于填充物下方的塔的下侧处的一个或多个入口进入， 并通过风 扇出口向上从塔的顶部排出， 或者侧向从填充物上方的塔的顶侧中的出口排出。
在这些装置中， 通常期望减小为了将期望的气流吸入通过系统所必须由风扇施加 的能量负载。这减少了塔的总能量消耗， 因此在经济上和环境上都更有利。此外， 通常期望 在填充材料的所有区域中达到相对均匀的气流速度分布。 已知的很多塔设计具有期望的特 性， 但是， 在本领域中仍然需要改进气流管理。
发明内容 根据本发明各种实施例的改进的热交换塔系统和方法， 至少在一定程度上满足了 以上需求。
本发明一个实施例包括一种热交换塔， 该热交换塔具有 ： 一结构， 该结构包括 ： 两 个相反的侧障壁 ； 前障壁， 该前障壁具有在该前障壁的底部边缘下方的入口开口 ； 以及后 障壁， 该后障壁具有位于该后障壁的大致上部区域处的出口 ； 并具有填充材料， 该填充材料 大致水平地横跨所述结构的内部的至少一部分， 并被布置在所述入口开口的顶部上方和所 述出口开口的底部下方的高度处 ； 和在所述塔内从所述后障壁向内突出的隔板。
另一实施例包括一种热交换塔， 该热交换塔具有 ： 一结构， 该结构包括 ： 两个相反 的侧障壁 ； 前障壁， 该前障壁具有在该前障壁的底部边缘下方的入口开口 ； 以及后障壁， 该 后障壁具有位于该后障壁的大致上部区域处的出口开口 ； 并具有填充材料， 该填充材料大 致水平地横跨所述结构的内部的至少一部分， 并被布置在所述入口开口的顶部上方和所述 出口开口的底部下方的高度处 ； 和在所述塔内从所述后障壁向内突出的用于阻挡空气的装 置。
又一实施例包括一种影响热交换塔中的气流的方法， 该方法包括 ： 提供一结构， 该 结构包括 ： 两个相反的侧障壁 ； 前障壁， 该前障壁具有在该前障壁的底部边缘下方的入口 开口 ； 后障壁， 该后障壁具有位于该后障壁的大致上部区域处的出口开口 ； 位于所述出口 开口处的风扇 ； 以及提供填充材料， 该填充材料大致水平地横跨所述结构的内部的至少一 部分， 并被布置在所述入口开口的顶部上方和所述出口开口的底部下方的高度处 ； 和使用 在所述塔内从所述后障壁向内突出的隔板来引导气流。
因此， 已经相当概括地概述了本发明的某些实施例， 使得这里的这些实施例的详 细说明可以被更好地理解， 并且当前对现有技术做出的贡献更够被更好地认识到。 当然， 下 面将描述本发明额外实施例， 这将形成所附权利要求的主题。
在这方面， 在详细解释本发明的至少一个实施例之前， 应该理解的是， 本发明的应 用不限于结构的细节， 也不限于下面的描述中指出的或者附图中图示的部件的布置。本发 明能够具有除了描述的实施例之外的实施例， 并能够以各种方式实践和执行。 此外， 应该理 解的是， 这里采用的措辞和术语以及摘要仅为了描述的目的， 不应该认为是限制。
同样， 本领域技术人员将认识到， 本公开所基于的概念可以作为设计用于执行本 发明各个目的的其它结构、 方法和系统的基础。因此， 重要的是， 权利要求被认为是包括这 些等同结构， 只要这些等同结构没有脱离本发明的精神和范围。 附图说明
图 1 为根据本发明优选实施例的热交换塔的横截面示意图， 其具体体现为 LNG 加 热塔。 具体实施方式
现在将参照附图和下面所引用的附图标记以示例的方式描述本发明优选实施例。 在一个实施例中， 热交换塔具有 ： 外部结构， 该外部结构包括 ： 相反的前、 后障壁 ； 入口侧障 壁， 该入口侧障壁具有在该入口侧障壁的大致下部区域的入口开口 ； 后障壁， 该后障壁具有 位于该后障壁的大致上部区域处的出口 ； 并具有填充材料， 该填充材料大致水平地横跨在 四个壁的内部 ( 且被大致布置在入口的顶部上方和出口的底部下方 ) ； 和在塔内从后障壁 向内突出的隔板。还提供辅助漂浮物清除器、 空气导向叶片和空气入口导件。
图 1 为根据本发明一个优选实施例的热交换塔的横截面示意图。在该示例中的塔 用作 LNG 加热塔， 但本发明的原理可应用于各种应用中的塔， 包括其它加热塔和 / 或冷却 塔。
现在转到图 1， 塔 10 被示出为具有能够收集热交换流体的下盆 12、 空气入口 14 和 前障壁 16， 如所示那样。入口 14 通常会是开放的侧壁， 但可以存在一些框架。后障壁 18 位 于与入口 14 和前障壁 16 相反的另一侧， 前、 后障壁 16、 18 都是不允许气流通过的实体壁。 在图中未示出， 但是彼此平行且与障壁 16 和 18 垂直的两个侧壁也可以作为障壁。这些侧 壁通常延伸到高于塔的高度。在平面视图中， 壁 16、 18 和侧壁一起形成矩形外壳。
出口风扇罩 20 被提供为与空气入口 14 相反， 并且包括沿箭头 A 标识的方向将空 气向外吹出的电风扇 21。塔的上部包括前障壁 22、 后障壁 24 和上障盖 26。填充材料 30 如 所示那样横跨塔的内部。填充材料 30 例如可以是交叉波纹板类型的填充包装材料， 或者可以是任何其它合适的填充材料。该填充物被设计为使空气能够沿箭头 B 所示的方向流入入 口 14， 然后向上流过填充材料 30。许多流体喷头 32 被提供在填充材料 30 上方， 将有待加 热或冷却的流体向下喷射到填充材料上。热交换流体可以是干净水、 污水或者甚至是盐水 或其它流体。可使用通常的添加剂。在 LNG 加热塔的情况下， 加热过程在一些情况下实际 上使空气中的水冷凝， 因此在盆中实际上收集到比喷头 32 喷射的水更多的水。因此， 可能 需要设备 ( 未示出 ) 将塔产生的多余的水去除。冷凝水通常非常干净， 因此， 如果系统是使 用干净水工作， 则该系统能有这样的优点 ： 不需要额外成本产生例如可用于其它工业目的 的相对干净的水的供应。
回到图 1， 在喷头 32 上方是包括漂浮物清除器 34 的带。 漂浮物清除器是一种从可 能通过出口 20 离开塔的气流中去除残留循环水粒子的填充物。在所示特定实施例中， 漂浮 物清除器带 34 没有横跨塔内部的前、 后壁之间的整个宽度， 因为在该实施例中， 提供了将 在下文中更详细描述的内部出口空气隔板 36。此外， 在该实施例中， 在漂浮物清除器带 34 上方提供从隔板 36 的边缘部分地横跨的辅助的第二漂浮物清除器带 38。
现在将更详细地描述隔板 36 的特性和操作。将要认识到， 在由障壁 18 的顶部和 出口 20 的开端形成的接合拐角 40 处， 如果没有隔板 36， 空气往往需要在大致处于拐角 40 内的区域中的相当尖锐的拐角处转向。 此外， 因为空气往往向上通过整个塔， 然后在出口 20 通过风扇 21 被侧向排出， 由于风扇 21 产生的低压， 如果没有隔板 36， 空气往往会在靠近拐 角 40 的该区域中具有特别高速的流动特性。因此， 隔板 36 被提供为在填充材料 30 的顶部 上方和出口 20 的最低点下方的位置处从塔的后壁 18 向内延伸。在所示实施例中， 隔板 36 为平坦或波纹金属、 木质或纤维增强塑料形式的实体障壁。也可使用其它的完全或基本为 非多孔的材料。由于风扇 21 产生的低压， 在大致靠近后壁 18 的区域中通过填充材料 30 仍 然存在足够的气流， 但隔板 36 有助于在填充物 30 的整个跨度上将该气流维持为更均匀的 速度分布。
作为额外特征， 为了减小往往会在隔板 36 与漂浮物清除器 34 邻接的边缘周围发 生的相对高的气流速率， 如所示那样提供第二辅助厚度的漂浮物清除器 38。该第二辅助漂 浮物清除器 30 从隔板 36 与漂浮物清除器 34 的邻接位置部分地向内横跨选定距离。辅助 漂浮物清除器 38 有助于减小在该区域可能会因为任何原因而较高的气流量。
塔 10 包括内部支撑框架结构， 该内部支撑框架结构为了使所示的特征清楚而未 示出。支撑结构通常为包括柱和横梁的木质、 纤维增强塑料或金属框架。该框架是支撑外 部塔壁的框架， 以及支撑塔结构的包括填充物 30、 喷头 32 和漂浮物清除器 34 和 38 的剩余 部分的内部框架。隔板 36 也可由该框架支撑， 或者按照需要从障壁向内悬臂突出。接着转 到填充物 30 下方和盆 12 上方的区域， 该区域为具有在此公开的上述格构支撑结构的大致 开放空间。
帮助管理塔 10 内的气流分布的另一特征是提供第一空气导向叶片 42、 第二空气 导向叶片 44 和 / 或第三空气导向叶片 46， 如所示那样。 可以使用这些导向叶片中的任何一 个或者全部三个， 或者使用额外的导向叶片以及位于不同位置的导向叶片。所示位置是优 选的， 但这仅是示例。这些导向叶片 42、 44 和 46 中的每一个为平坦的实体障壁， 通常为平 板形式， 虽然它们也可以是木材、 金属、 塑料或其它类型的板材料或可以是波纹状。如上面 已经注意到的那样， 尽管该分布由隔板 36 控制到一定程度， 在塔的相反侧的出口 20 和风扇21 将往往空气吸入通过该区域而更多到达填充物 30 的右侧。叶片 42、 44 和 46 中的每一 个通常在侧壁之间以塔的深度延伸， 并且具有被选择为帮助 “转动” 进入的空气的高度和位 置， 使得进入的空气在整个填充物 30 上以相对均匀的气流分布被向上引导进入填充物 30。 另外， 在每个导向叶片后方将形成低压区域， 这将有助于转动各个叶片下方的空气。
例如， 空气将往往冲击第一叶片 42， 并被向上引导进入填充物 30 的左侧。稍微较 低的空气将往往碰撞第二导向叶片 44， 并在大致位于导向叶片 44 上方的位置被引导进入 填充物 30。并且， 沿盆 12 上方的相对较低的部分穿过的空气将冲击第三导向叶片 46， 因此 被向上引导到大致位于导向叶片 46 上方的填充物 30 的区域中。
在塔 10 的优选示例中可提供的另一空气管理特征是如所示的空气入口导件 50。 空气入口导件 50 在位于或靠近障壁 22 的底部并在入口 14 上方的位置安装到前障壁 22 的 外部。该空气入口导件 50 在优选实施例中以遮阳棚的形状向外和向下突出， 并帮助正被吸 入到入口 14 中的气流。特别地， 对于一些来自入口 14 上方的气流来说， 已发现空气入口导 件 50 便于空气在靠近前壁 22 的底部形成的拐角 52 处的区域中转动。
因此， 图 1 所示的优选实施例针对通过塔 10 的气流的改进管理提供四个机制。第 一机制是提供在填充材料上方和出口 20 下方的大致水平隔板形式的内部隔板 36。在一些 实施例中， 通过使隔板位于不同的位置 ( 例如在填充材料 30 上方较高的位置、 甚至在出口 20 的区域中或者在填充材料 30 下方提供一个或多个隔板 ) 而获得优点。 并且， 隔板在一些 应用中可以不是完全水平的， 而是相对于水平倾斜。 用于改进气流的第二机制是在任何期望的位置提供辅助漂浮物清除器部件 38， 但 在所示示例中， 辅助漂浮物清除器部件 38 被提供在隔板 36 内侧和主漂浮物清除器部件 34 之上的位置。
用于改进气流的第三机制是在填充物 30 下方的不同位置提供大致竖直的空气导 向叶片 42、 44 和 / 或 46。 可以提供一个或多个竖直叶片， 如果需要的话， 一个或多个竖直叶 片可以相对于竖直成某一角度转动。
用于管理通过塔 10 的气流的第四机制是提供空气入口导件 50， 空气入口导件 50 是在空气入口 14 的顶部或顶部上方的位置处从塔的外壁 22 向外突出的结构。还期望在入 口 14 的区域中提供辅助转动导件， 或者将空气入口导件 50 从所示位置向上或向下移动。
每个部件的具体尺寸以及相对于彼此的相对布置和大小当然将依赖于具体塔的 个体要求和大小。因此， 图 1 并不旨在示出标准， 也不暗含任何具体的尺寸或大小。相反， 图 1 图示了内部向内突出的隔板 36、 一个或多个导向叶片 42、 44 和 46、 辅助漂浮物清除器 38 和外部向外突出的空气入口导件 50 的布置思想。
本发明的很多特征和优点根据详细说明书显而易见， 因此， 所附权利要求旨在覆 盖落在本发明真实精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。进一步， 因为本领域技 术人员容易想到众多修改和变型， 因此不期望将本发明限制到所示和所描述的精确构造和 操作， 相应地， 可采取所有落在本发明范围内的适当修改和等同物。