名称：一种冷却塔用的循环冷却装置及冷却方法

专利号：202410067971.1

专利权人：何剑平

技术领域

本发明属于冷却塔技术领域，具体涉及一种冷却塔用的循环冷却装置及冷却方法。

背景技术

冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置。冷却塔一般主要由填料、配水系统、通风设备、空气分配装置、挡水器、集水槽等部分构成，上述结构的不同组合可以构造成不同型式的冷却塔，例如逆流式、横流式、开式，闭式冷却塔等等。这些冷却塔存在应用范围小、换热效果，受自然环境下自然空气的温度、湿度影响，温度时高时低、不能精准控制换热温度的技术问题。空调机，是一种用于给空间、区域提供处理空气温度、湿度变化的机组。由压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、制冷剂和风机等组成一个密封的制冷制热循环。其优点是调节区域、空间温度、湿度效果好。

申请号为202320583042.7的专利文件公开了《一种与空调组合的冷却塔》，该专利技术的特征包括冷却塔和空调机，还包括导流罩，所述空调机包括蒸发器，所述冷却塔包括进气口，所述进气口通过导流罩与所述蒸发器相连通。其核心是利用导流罩将冷却塔与空调机有机地结合起来，解决了传统冷却塔存在的降温幅度小，受自然环境温度、湿度影响大，应用范围小的技术问题。但是，该专利技术也存在以下几个方面的技术问题：

一是耗水量大。冷却水经冷却塔蒸发换热后的空气其相对湿度接近饱和，直接排放至自然环境中，造成水资源的浪费。

二是设备易结水垢。因冷却水循环蒸发会使冷却水硬度升高，导致冷却塔和换热设备易结水垢。

三是制冷能耗高。因不能回收再利用冷却塔换热后排放至大气中低于自然空气温度的冷空气，造成制冷能耗高

四是难以制备低温冷水。该技术是采用自然空气换热的，不可避免地受到天气温度变化的影响，虽然空调机可以调节一定幅度的温差，但也是会随环境温度的变化而变化，所以该方案难以制备低温冷水。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种冷却塔用的循环冷却装置及冷却方法，以解决现有设备存在耗水量大，设备易于结水垢、换热的能耗高以及难以制备低温冷水的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种冷却塔用的循环冷却装置，包括冷却塔、空调机组以及内循环装置；所述空调机组包括设在冷却塔的进风口上的蒸发器，所述蒸发器具有与其连通的进气道和出气道；所述冷却塔的进风口和出气道连通；所述内循环装置包括通风管道，所述通风管道将冷却塔的排风口与蒸发器的进气道连通。所述通风管道上设有内循环阀门。所述外循环装置包括外循环排风口和外循环进风口，所述的外循环排风口的一端与冷却塔的排风口连通，另一端与自然环境连通，且所述的外循环排风口上设有外循环排风阀门，所述的外循环进风口的一端与蒸发器的进气道连通，另一端与自然环境连通，所述的外循环进风口上设有外循环进风阀门。还包括控制器，所述控制器分别和空调机、冷却塔、内循环阀门、外循环排风阀门以及外循环进风阀门电连接。

该技术方案中，需要说明的是，本发明利用通风管道将冷却塔排风口与空调机蒸发器进气道连接起来，使之形成一个与自然环境隔绝的内循环通风通道，使冷却塔在制备冷却水的同时实现冷却塔的水回收、冷(能量)回收。该技术方案运行时，通过开、闭内循环阀门、外循环排风阀门、外循环进风阀门的方式，既实现了一种与空调机组合的冷却塔水回收、冷(能量)回收的功能，又保留了传统冷却塔直接利用自然空气，用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中以降低水温的特性。

优选的，所述冷却塔外部设有温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器与控制器电连接。

该技术方案中，需要说明的是，本方案可通过温度传感器和湿度传感器感应自然环境空气的湿度温度，根据自然环境空气的湿度温度，通过控制器自动控制对应阀门的开闭，实现内循环或者外循环的自动调整。

优选的，所述冷却塔的一侧还设有换热设备，所述换热设备的进水端通过循环水泵与冷却塔连通，换热设备的出水端与冷却塔连通，所述循环水泵与控制器电连接。所述蒸发器底部设有与其连通的冷凝水集排器所述的冷凝水集排器的另一端与冷却塔连通。

该技术方案中，需要说明的是，经蒸发器换热冷凝形成的冷凝水，系低温冷水，可以直接回收至冷却塔用于换热设备换热。

一种冷却塔用的循环冷却方法，包括：

温度传感器和湿度传感器实时感应自然环境温度和湿度；

当自然环境空气温度湿度不能满足冷却塔换热的需要时：A1：控制器启动空调机组与冷却塔，控制外循环进风阀门和外循环排风阀门关闭，内循环阀门打开，冷却塔内的冷却水与空气热交换后形成的含湿含热空气在冷却塔风机驱动下，经通风管道、蒸发器进气道、蒸发器、蒸发器出气道、冷却塔进风口、冷却塔、冷却塔排风口形成气流内循环；

A1中，含湿含热空气进入蒸发器后，蒸发器内换热液与通风管道送来的含湿含热的空气进行热交换，将含湿含热的空气中的显热通过空调机蒸发器吸收后再经冷凝器排放至自然界中，其潜热(空气中的水分)冷凝成冷凝水，经冷凝水集排器回收送入冷却塔中，从而使含湿含热的空气变干变冷，其干冷空气经蒸发器出气道进入冷却塔进风口，进入冷却塔与冷却塔内的循环冷却水相互作用，利用热传导与水蒸发形成热交换，降低冷却水水温；

当自然环境空气温度湿度满足冷却塔换热需要的温湿度时：

A2：控制器关闭空调机组、内循环阀门，单独启动冷却塔、打开外循环排风阀门和外循环进风阀门，自然环境的空气在冷却塔风机的作用下，经外循环进风口、出气道和进风口进入冷却塔内与水作用形成热传导与蒸发换热，其制冷含热冷却水后的含热含湿空气经外循环排风口排放至自然环境中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明中，通过蒸发器的冷凝作用将冷却塔换热形成的含湿空气中的水蒸气还原为水，经冷凝水集排器回收再利用，可以使冷却塔换热零耗水，实现节约用水。

2.通过循环利用低于自然空气温度的含热冷空气换热，可以降低冷却塔制冷能耗，实现节约能源。

3.冷却塔中的冷却水蒸发后形成的水汽被蒸发器冷凝还原为水被循环再利用，整个过程无损耗，因此，其水质不会变硬，也不会因长期与自然空气换热过程中吸收空气中的尘埃导致换热设备结水垢或因杂质堵塞。

4.因该技术采用空气内循环换热，不受自然环境空气温度变化的影响，且其温度相对稳定，其温差在空调机调节的温差范围内，因此，可以制备低温冷水。

5.由于可以制备低温冷水，因此，其应用范围较传统冷却塔广泛。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

附图标记

10-空调机组，11-蒸发器，12-进气道，13-出气道，14-进风口，20-冷却塔，21-排风口，22-通风管道，23-内循环阀门，30-外循环排风口，32-湿度传感器，33-温度传感器，34-外循环排风阀门，35-外循环进风口，36-外循环进风阀门，40-冷凝水集排器，50-控制器，60-换热设备，61-循环水泵。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1所示，本发明实施例中公开了一种冷却塔用的循环冷却装置，包括冷却塔20、空调机组10以及内循环装置；

所述空调机组10包括设在冷却塔20进风口14上的蒸发器11，所述蒸发器11具有与其连通的进气道12和出气道13；所述冷却塔20的进风口14和出气道13连通；

所述内循环装置包括通风管道22，所述通风管道22将冷却塔20的排风口21与蒸发器11的进气道12连通。

所述通风管道22上设有内循环阀门23。

所述外循环装置包括外循环排风口30和外循环进风口35，所述的外循环排风口30的一端与冷却塔20的排风口21连通，另一端与自然环境连通，且所述的外循环排风口30上设有外循环排风阀门34，所述的外循环进风口35的一端与蒸发器的进气道12连通，另一端与自然环境连通，所述的外循环进风口35上设有外循环进风阀门36。

还包括控制器50，所述控制器50分别和空调机10、冷却塔20、内循环阀门23、外循环排风阀门34以及外循环进风阀门36电连接。

需要说明的是，本发明利用通风管道22将冷却塔20排风口21与空调机10蒸发器11进气道12连接起来，使之形成一个与自然环境隔绝的内循环通风通道，使冷却塔20在制备冷却水的同时，实现冷却塔20的水回收、冷(能量)回收。该技术方案运行时，通过开、闭内循环阀门23、外循环排风阀门34、外循环进风阀门36的方式，既实现了一种与空调机10组合的冷却塔20水回收、冷(能量)回收的功能，又保留了传统冷却塔20直接利用自然空气，用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中以降低水温的特性。

如图1所示，本实施例中，所述外循环排风口30上通过设在冷却塔20外侧的温度传感器33和湿度传感器32所述的温度传感器33和湿度传感器32与控制器50电连接。

需要说明的是，本方案是通过温度传感器33和湿度传感器32感应自然环境空气的湿度、温度，根据自然环境空气的湿度、温度通过控制器50自动控制对应阀门的开闭，实现内循环或者外循环的自动调整。

如图1所示，本实施例中，所述冷却塔20的一侧还设有换热设备60，所述换热设备60的进水端通过循环水泵61与冷却塔20连通，换热设备60的出水端与冷却塔20连通，所述循环水泵61与控制器50电连接。需要说明的是，其换热设备可以是室内空间的换热终端，也可以是注塑机，电焊机等等需要降温换热的设备。

所述蒸发器11底部设有与其连通的冷凝水集排器40所述的冷凝水集排器40的另一端与冷却塔20连通，冷凝水集排器的作用在于将经蒸发器冷凝形成的冷凝水集中后回收至冷却塔再利用。

本发明的工作原理及使用过程：

传统冷却塔20的标准工况是：自然环境空气温度32℃，相对湿度80％，与37℃的冷却水换热，使其冷却至32℃。传统冷却塔20采用水蒸发制冷的技术方案，其效率较机械式制冷技术高十几倍，因此，仅在换热幅度较小的设备广泛的应用，其应用范围较窄，且耗水量大。申请号为202320583042.7的专利文件公开的《一种与空调组合的冷却塔》技术，该技术虽然将水蒸发制冷与机械式制冷技术结合获得了冷却塔获得了较大的进步，可以在高温季节全天候地制备约18℃的高温冷水，但该技术受自然环境温度、湿度的变化影响较大，不易制备7℃的低温冷水，其能耗较高，耗水量也大，局限了其应用范围。且用以上技术方案运行一台200吨的冷却塔20，其日耗水量约40吨，造成水资源的巨大浪费。

高温冷水是指：温度在18℃的水；低温冷水是指：温度在7℃的水。冷却塔20制备冷却水的温度决定其应用范围的宽窄，其制备的冷却水温度越低，其应用就范围越宽。

本发明的节能、节水、制备低温冷水的工作原理是：

具体地说，本发明水回收、冷(能量)回收是通过空调机组10与冷却塔20内循环换热模式经两次换热后实现的。第一次是利用空调机组10的蒸发器11与冷却塔内的含湿含热空气换热。其过程是系统运行时，可以将空调机组10的蒸发器11内的循环换热液温度设定0—3℃，换热设备60换热后的送入冷却塔20的冷却水的温度约为12℃。经冷却塔20的风机、通风管道22形成内循环气流与蒸发器11以热传导的方式换热，实现对含湿含热的空气降温、除湿，制作出用于冷却塔20第二次热交换所需的4—7℃的干冷空气。其换热的原理为：将含湿含热空气中的显热通过空调机10蒸发器11吸收，再经空调机组10的冷凝器排放至大气中，其潜热(空气中的水分)则是利用与蒸发器11热交换时的冷凝作用还原为水，实现冷却水回收。第二次换热是利用第一次换热制作的4—7℃干冷空气与冷却塔20内，经换热设备60换热后的12℃左右的含热冷却水进行热交换，制备7℃左右的换热用冷却水。其换热原理是将换热设备60换热后约12℃的含热冷却水与注入冷却塔20内4—7℃的干冷空气相互作用，通过热传导与蒸发降温的方式，制备7℃左右的低温冷水。约7℃低温冷水再通过循环水泵61与换热设备60换热，换热后形成12℃左右的含热冷却水再送入冷却塔20与4—7℃的干冷空气蒸发换热，以此循环。由于通风管道22隔绝了自然环境，有效地阻止了自然环境的温度湿度对冷却塔20换热的影响，因此，使得冷却塔20换热后形成的约12℃含热冷空气的得以循环利用，降低了空调机10的热负荷。

蒸发制冷的特点在于，相对密封的空间的空气的相对湿度越高，蒸发制冷的效率就越低，反之就越高。一般情况下，在相对封闭的空间，采用机械式降温除湿，空气温度会下降，空气相对溶水会减少，绝对湿度会降低，但相对湿度不一定会降低。因此，在这种环境下，蒸发制冷的效率会很低，甚至无效。而本发明的工作环境则是，换热设备60设定进水温度约7℃，换热后的出水温度设定约为12℃，换热后将冷却水升高了约5℃。由于温度升高，空气的溶水量相对也会增加，在这种情况下空气的相对湿度则会降低，这就给低能耗、高效率的水蒸发制冷的高效应用提供了保证，使本发明高效节能成为现实。

内循环换热模式的特点在于，一是改变了传统冷却塔20与一种与空调组合的冷却塔，直接利用自然空气或对自然空气预处理的方式制冷冷却水然后将换热后的含湿含热空气直接排放至自然环境中的方式，实现了水回收与冷(能量)回收，减少了水资源浪费，降低了能源消耗；二是有效地阻止了自然环境的温度湿度对冷却塔20换热的影响。在高温季节自然环境的空气温度有时高达40℃以上，而本发明经换热设备60换热后的含热含湿空气的温度约12℃，因此回收12℃的含湿含热冷空气循环利用有效地降低了空调机组20的热负荷，对于节能减排有着极大的意义。

本发明的外循环换热模式则是保留了传统冷却塔充分利用自然条件换热的特性，在自然环境空气温度湿度满足换热条件时采用该模式可以降低能耗。

实施例2

本实施例与上述实施例大致相同，不同在于，本实施例在上述实施例的基础上提出一种冷却塔20用的循环冷却方法，包括：

温度传感器33和湿度传感器32实时感应自然环境温度和湿度；

当自然环境温度、湿度不能满足冷却塔20换热需求时：内循环换热模式

A1：控制器50启动空调机组10与冷却塔20，控制外循环进风阀门36和外循环排风阀门34关闭，内循环阀门23打开，冷却塔20内的冷却水与空气热交换后形成的含湿含热空气在冷却塔20风机驱动下，经通风管道22、蒸发器进气道12、蒸发器11、蒸发器出气道13、冷却塔20的进风口14、冷却塔20、冷却塔排风口21形成气流内循环；

A1中，含湿含热空气进入蒸发器11后，蒸发器11内换热液与通风管道22送来的含湿含热的空气进行热交换，将含湿含热的空气中的显热通过空调机蒸发器11吸收后再经冷凝器排放至自然界中，其潜热(空气中的水分)冷凝成冷凝水，经冷凝水集排器40回收至冷却塔20中，从而使含湿含热的空气变干变冷，其干冷空气经蒸发器11出气道13进入冷却塔进风口14，进入冷却塔20与冷却塔20内的循环冷却水相互作用，通过热传导与水蒸发的方式形成热交换，降低冷却水水温；

在内循环换热模式下，其作用一是通过将冷却塔20送来的换热后的含湿含热空气在除湿，降温制成干冷空气的同时，实现冷凝水回收；二是利用冷却塔20内的冷却水与干冷空气热交换后形成的低于自然环境空气温度的含湿含热空气再次循环利用来实现冷(能量)回收。以实现节能降耗的目的。

当自然环境温度湿度满足冷却塔20换热需要的温湿度时：外循环换热模式

A2：控制器50关闭空调机组10、内循环阀门23，单独启动冷却塔20、打开外循环排风阀门34和外循环进风阀门36，自然环境的空气在冷却塔20风机的作用下，经外循环进风口35、出气道13和进风口14进入冷却塔20内与水作用形成热传导与蒸发换热，其制冷含热冷却水后的含热含湿空气经外循环排风口30排放至自然环境中。

涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。