冷却塔装置、控制方法、控制单元以及存储介质

技术领域

本公开涉及冷却塔技术领域，尤其涉及一种冷却塔装置、控制方法、控制单元以及存储介质。

背景技术

冷却塔装置用于对需要循环使用的水等介质进行冷却，广泛应用于空调冷却系统、冷冻系统、工业水冷、发电等多个领域。冷却塔装置作为一种循环介质冷却散热设备，其原理是通过气流与循环介质接触后进行热交换，实现对水等介质的降温。但是，现有的冷却塔装置经常出现冷却能力不足的问题，因此，需要提高冷却塔的冷却能力。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种冷却塔装置、控制方法、控制单元以及存储介质，通过在冷却塔本体的进风窗口设置气流阻流体，提高冷却塔装置的冷却能力。

根据本公开的第一方面，提供一种冷却塔装置，包括：冷却塔本体、风机系统和换热循环系统；所述风机系统设置在所述冷却塔本体的出风口处，所述换热循环系统设置在所述冷却塔本体的内部；所述冷却塔本体的进风窗口设置气流阻流体，进入气流在通过所述气流阻流体时发生卡尔曼涡街现象；其中，所述进入气流经过所述进风窗口进入所述冷却塔本体内部。

可选地，还包括：风力发电组件；所述风力发电组件沿所述进入气流的流向设置在所述气流阻流体的后方，用于利用所述进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡进行发电。

可选地，还包括：电池单元；所述电池单元与所述风力发电组件连接，用于存储所述风力发电组件通过发电产生的电能。

可选地，所述气流阻流体的数量为多个；所述风力发电组件包括多个发电模组，所述气流阻流体与所述发电模组为对应设置；其中，各个发电模组都与所述电池单元连接。

可选地，所述发电模组包括：转子和磁块；所述转子与所述电池单元连接；所述进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡推动所述转子运行，所述转子通过切割所述磁块的磁感线进行发电。

可选地，还包括：控制单元，分别与所述风机系统和所述换热循环系统连接，用于控制所述风机系统和所述换热循环系统运行，并控制所述电池单元和/或外部电源为电力设备提供电能。

可选地，所述电力设备包括：传感器、电磁阀、所述换热循环系统内的循环水泵、所述风机系统内的电动机。

可选地，所述换热循环系统包括：换热管路和设置在所述换热管路的入口的换热电磁阀；所述控制单元与所述换热电磁阀连接，用于控制所述换热电磁阀的状态。

可选地，所述换热循环系统包括：喷淋管路和设置在所述喷淋管路上的循环电磁阀，所述喷淋管路喷出的冷却水与所述换热管路内的冷媒进行换热；所述控制单元与所述循环电磁阀连接，用于控制所述循环电磁阀的状态。

可选地，所述换热循环系统包括：循环水泵和位于所述冷却塔本体底部的集水箱；所述喷淋管路通过所述循环水泵与所述集水箱连接，所述循环水泵用于将所述集水箱内的冷却水输送至所述喷淋管路；所述控制单元与所述循环水泵连接，用于控制所述循环水泵的运行。

可选地，所述换热循环系统包括：补水管路和设置在所述补水管路上的补给电磁阀，所述补水管路用于对所述集水箱进行补水；所述控制单元与所述补给电磁阀连接，用于控制所述补给电磁阀的状态。

可选地，所述换热循环系统包括：排污管路和设置在所述排污管路上的排污电磁阀，所述排污管路用于对所述集水箱进行排水；所述控制单元与所述排污电磁阀连接，用于控制所述排污电磁阀的状态。

可选地，所述风机系统包括：电动机、减速器和出风风扇；所述电动机通过所述减速器与所述出风风扇连接；所述控制单元与所述电动机连接，用于控制所述电动机的运行。

可选地，所述气流阻流体的形状为上下对称的柱体，所述气流阻流体的横截面形状包括：等腰梯形。

根据本公开的第二方面，提供一种基于如上所述的冷却塔装置的控制方法，所述控制方法执行于控制单元中，包括：控制风机系统和换热循环系统启动并运行，并控制外部电源为电力设备提供电能；根据电池单元的充电功率和电力设备的耗电功率，控制所述电池单元和/或所述外部电源为所述电力设备提供电能。

可选地，所述电力设备包括：传感器、电磁阀、所述换热循环系统内的循环水泵、所述风机系统内的电动机。

可选地，所述根据电池单元的充电功率和电力设备的耗电功率，控制所述电池单元和/或所述外部电源为电力设备提供电能包括：在所述电池单元的充电功率大于全部电力设备的总耗电功率的情况下，控制所述电池单元为所述全部电力设备提供电能。

可选地，所述根据电池单元的充电功率和电力设备的耗电功率，控制所述电池单元和/或所述外部电源为电力设备提供电能包括：在所述电池单元的充电功率大于充电功率阈值的情况下，控制所述电池单元为低能耗电力设备提供电能。

可选地，在控制所述电池单元为低能耗电力设备提供电能的情况下，当所述电池单元中存储的电量大于第一电量阈值时，控制所述电池单元为至少一个高能耗电力设备提供电能；并且，当所述电池单元中存储的电量小于第二电量阈值时，控制所述外部电源为全部高能耗电力设备提供电能；其中，所述第一电量阈值大于所述第二电量阈值。

可选地，所述控制所述电池单元为至少一个高能耗电力设备提供电能包括：基于所述电池单元的电量并根据耗电功率由小到大的顺序选取至少一个高能耗电力设备，作为目标高能耗电力设备；控制所述电池单元为所述目标高能耗电力设备提供电能。

可选地，所述高能耗电力设备包括：循环水泵以及所述风机系统内的电动机。所述低能耗电力设备包括：传感器、电磁阀。

可选地，所述换热循环系统包括：换热管路、喷淋管路、循环水泵和集水箱；所述喷淋管路通过所述循环水泵与所述集水箱连接；所述控制风机系统和换热循环系统启动并运行包括：控制所述风机系统内的电动机启动并控制设置在所述换热管路的入口的换热电磁阀为开启状态；控制所述循环水泵启动并控制设置在所述喷淋管路上的循环电磁阀为开启状态。

可选地，所述换热循环系统包括补水管路和排污管路；所述补水管路用于对所述集水箱进行补水，所述排污管路用于对所述集水箱进行排水；所述方法还包括：基于所述集水箱的水量，控制设置在所述补水管路上的补给电磁阀、设置在所述排污管路上的排污电磁阀的状态。

根据本公开的第三方面，提供一种控制单元，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如上所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述指令被处理器执行如上所述的方法。

本公开的冷却塔装置、控制方法、控制单元以及存储介质，通过在冷却塔本体的进风窗口设置气流阻流体，使进入气流在通过气流阻流体时发生卡尔曼涡街现象，并增加风力发电组件利用进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡进行发电，为电力设备提供电能；能够提高冷却塔装置的冷却能力，提高换热效率；并且，利用风力发电能够降低冷却塔使用期间的电力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为根据本公开的冷却塔装置的一个实施例的结构示意图；

图2为根据本公开的冷却塔装置的一个实施例中的进风窗与发电模组的结构示意图；

图3为根据本公开的冷却塔装置的一个实施例中的在冷却塔内进行风力发电的示意图；

图4为根据本公开的冷却塔装置的一个实施例中的控制单元与其他设备的连接示意图；

图5为基于本公开的冷却塔装置的控制方法的一个实施例的流程示意图；

图6为本公开的控制方法的一个实施例中的为高耗能电力设备供电的控制流程示意图；

图7为本公开的控制方法的一个实施例中的控制风机系统和换热循环系统启动的流程示意图；

图8为根据本公开的控制单元的一个实施例的模块示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本公开进行更全面的描述，其中说明本公开的示例性实施例。下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。下面结合各个图和实施例对本公开的技术方案进行多方面的描述。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本公开的描述中，还需要说明的是，当部件被称为“连接”、“耦合”或“接合”到另一个部件时，它可以直接连接、耦合或接合到该另一个部件，或者可以存在中间部件。相反，当部件被称为“直接连接”、“直接耦合”或“直接接合”到另一个部件时，可以不存在中间部件。被用于描述要素之间的关系的其它词汇(例如，“在……之间”与“直接在……之间”等)应以类似的方式解释。

除非另有明确的规定和限定，否则单数形式“一个”、“一”和“该”意在也包括复数形式。应进一步理解的是，术语“包括”“包含”、“含有”和/或“具有”当在本文中使用时规定所陈述的特征、操作、要素和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。

本公开的实施例提供一种冷却塔装置，如图1-4所示，冷却塔装置包括冷却塔本体01、风机系统和换热循环系统。风机系统设置在冷却塔本体01的出风口处，冷却塔本体01的出风口处可以位于冷却塔本体01的顶部等部位，风机系统可以为多种结构。换热循环系统设置在冷却塔本体01的内部，换热循环系统用于对循环水等介质进行冷却、降温，换热循环系统可以为多种结构。冷却塔本体01的进风窗口2设置气流阻流体12，进入气流在通过气流阻流体12时发生卡尔曼涡街现象，其中，进入气流经过进风窗口2进入冷却塔本体01内部，用于与换热循环系统进行换热。

卡尔曼涡街现象也称为卡门涡街现象等，在一定条件下，流体绕过某些物体时，会在物体后面形成方向相反的、排列规则的漩涡，形成卡尔曼涡街现象。卡尔曼涡街现象是流体力学中的现象，在冷却塔中应用卡尔曼涡街现象，通过更改进风窗的结构，使进入气流能够产生涡街现象，有利于进入气流与循环水等介质在冷却塔内进行热交换，能提高冷却塔内的气流的冷却能力。

控制单元20分别与风机系统和换热循环系统连接，用于控制风机系统和换热循环系统运行，并控制电池单元和/或外部电源为电力设备提供电能。在电池单元与电力设备之间设置第一输电电路，在外部电源与电力设备之间设置第二输电电路，控制单元20通过对第一输电电路、第二输电电路中的开关装置进行控制，用以控制电池单元和/或外部电源为电力设备提供电能。

外部电源为冷却塔外的多种电源，外部电源为冷却塔传统的供电方式。电力设备包括传感器21、换热循环系统内的电磁阀等电磁阀、循环水泵8、风机系统内的电动机4等。电磁阀可以为换热电磁阀6等，电磁阀可以为多种电磁阀；传感器21可以为多种监测冷却塔、风机系统和换热循环系统等的运行参数的传感器，例如为电压传感器、温度传感器、湿度传感器等。

在一个实施例中，换热循环系统包括换热管路16和设置在换热管路16的入口的换热电磁阀6。控制单元20与换热电磁阀6连接，用于控制换热电磁阀6的状态，换热电磁阀6的状态包括开启、关闭等状态。控制单元20安装在电控箱7内。

换热循环系统包括喷淋管路15和设置在喷淋管路15上的循环电磁阀5，喷淋管路15喷出的冷却水与换热管路16内的冷媒进行换热，冷媒包括水等介质。控制单元20与循环电磁阀5连接，用于控制循环电磁阀5的状态，循环电磁阀5的状态包括开启、关闭等状态。

换热循环系统包括循环水泵8和位于冷却塔本体01底部的集水箱19。喷淋管路15通过循环水泵8与集水箱19连接，循环水泵8用于将集水箱19内的冷却水输送至喷淋管路15。控制单元20与循环水泵8连接，用于控制循环水泵8的运行，循环水泵8的运行包括启动、停止等。

换热循环系统包括补水管路17和设置在补水管路17上的补给电磁阀1，补水管路17用于对集水箱19进行补水。控制单元20与补给电磁阀1连接，用于控制补给电磁阀1的状态，补给电磁阀1的状态包括开启、关闭等状态。

换热循环系统包括排污管路18和设置在排污管路18上的排污电磁阀9，排污管路18用于对集水箱19进行排水，排污管路18可以与循环水泵8连接，也可以直接与集水箱19连接。控制单元20与排污电磁阀9连接，用于控制排污电磁阀9的状态，排污电磁阀9的状态包括开启、关闭等状态。

风机系统包括电动机4、减速器和出风风扇，出风风扇包括多个出风叶片14。电动机4通过减速器与出风风扇连接，控制单元20与电动机4连接，用于控制电动机4的运行，电动机4的运行包括启动、停止等。

在一个实施例中，风力发电组件沿进入气流的流向设置在气流阻流体12的后方，用于利用进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡进行发电，风力发电组件可以为多种组件。电池单元设置在电控箱7内，电池单元的电池可以为锂电池等。电池单元与风力发电组件连接，存储风力发电组件通过发电产生的电能。

气流阻流体12的数量为多个，风力发电组件包括多个发电模组，气流阻流体12与发电模组为对应设置，可以为一一对应或一对多对应设置等，各个发电模组都与电池单元连接。发电模组可以有多种构造，例如，发电模组包括转子11和磁块10，转子11与电池单元连接，进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡推动转子11运行，转子11通过切割磁块10的磁感线进行发电。

气流阻流体12安装在最外面，磁块10与转子11安装在气流阻流体12的后方，磁块10与转子11具体的安装位置可以通过实验进行确定，使得进入气流经过气流阻流体12后产生的涡街能推动转子11转动或振动，通过转子11切割磁感线完成发电，并将电能储存在电池单元中，在发电量稳定后可以替代外部电源为相应的电力设备提供电能。

通过在冷却塔内增加风力发电组件为电力设备提供电能，提供冷却塔的节能电力系统。风力发电组件可以为冷却塔内的电力设备供能，当发电量能完全满足冷却塔内的耗电量时，将停止外部电源供电，完全由风力发电组件提供电能。当发电量只能满足部分电力设备使用时，优先为低能耗电力设备供电，低能耗电力设备为电磁阀、传感器等；多余电量为高能耗电力设备限时供电，高能耗电力设备为电动机、循环水泵等。

在一个实施例中，气流阻流体12可以为多种结构。例如，气流阻流体12的形状为上下对称的柱体，气流阻流体12的横截面形状包括等腰梯形等，气流阻流体12的形状也可以为圆柱、方体、棱柱等。在进风窗口2的结构上增添气流阻流体12，依据伯努利原理，进入气流经过气流阻流体12后，压强减小，流速变快，动能变大；依据能量守恒定律，进入气流的动能变大将导致内能降低，此时的气流相比无遮拦的进入气流具有更低的内能，有利于在冷却塔内进行热交换。

同时，进入气流以旋涡的形式进入冷却塔，相比于现有冷却塔的入风方式，进入气流在冷却塔内的运动路线更长，增大了气流与循环水等介质进行热交换的面积；基于冷却塔工作原理并结合流体力学理论，达到提高冷却能力的目的，并且能够充分利用进入冷却塔的进入气流的动能产生电能。

图5为基于本公开的冷却塔装置的控制方法的一个实施例的流程示意图，控制方法执行于控制单元中，如图5所示：

步骤501，控制风机系统和换热循环系统启动并运行，并控制外部电源为电力设备提供电能。电力设备包括传感器、电磁阀、循环水泵、风机系统内的电动机等。

步骤502，根据电池单元的充电功率和电力设备的耗电功率，控制电池单元和/或外部电源为电力设备提供电能。

在一个实施例中，控制电池单元、外部电源为电力设备提供电能可以采用多种方法。在电池单元的充电功率大于全部电力设备的总耗电功率的情况下，控制电池单元为全部电力设备提供电能。在电池单元的充电功率小于全部电力设备的总耗电功率的情况下，控制电池单元为部分电力设备提供电能。控制单元可以采用多种方法获得电池单元的充电功率以及电量，全部电力设备的总耗电功率是一个定值，设计人员在选型设计阶段可以确定全部电力设备的总耗电功率。电池单元的充电功率大于全部电力设备的总耗电功率的情况下，即确定风力发电组件的发电量完全满足全部电力设备的耗电量，控制电池单元为电力设备提供电能。

在一个实施例中，在电池单元的充电功率大于充电功率阈值的情况下，控制电池单元为低能耗电力设备提供电能。高能耗电力设备包括循环水泵以及风机系统内的电动机等，低能耗电力设备包括传感器、换热循环系统内的电磁阀等。

充电功率阈值可以设置，充电功率阈值可以大于低能耗电力设备的总耗电功率，小于全部电力设备的总耗电功率。在电池单元的充电功率大于充电功率阈值的情况下，可以确定风力发电组件的发电量稳定。在控制风机系统和换热循环系统启动并运行之后，电动机带动出风风扇的风叶产生向外的抽力，当出风风扇稳定工作时，可认为通过气流阻流体进入冷却塔内的空气是恒定速度的，转子此时也处于稳定切割磁感线的工作状态，可以产生稳定的电流进行充电，此时，电池的充电功率大于充电功率阈值，风力发电组件的发电量稳定。

传感器和电磁阀的耗电功率低，电池单元会优先为电磁阀和传感器等低能耗电力设备供电。当出风风扇稳定工作时，电池单元的充电功率大于充电功率阈值，充电功率阈值大于传感器和电磁阀的耗电功率，即使用功率，电池单元可以对传感器和电磁阀等低能耗电力设备供电。电池单元可以不一次性地为全部电磁阀和传感器供电，可以依照电磁阀和传感器等低能耗电力设备的耗电功率的从低到高等顺序确定供电顺序，电池单元基于供电顺序依次为电磁阀和传感器等低能耗电力设备供电，可以采用多种供电方法。风力发电组件的发电量超过低能耗电力设备的耗电量，则风力发电组件多余的发电量会被充入电池单元中作为富余电量。

在一个实施例中，在控制电池单元为低能耗电力设备提供电能的情况下，当电池单元中存储的电量大于第一电量阈值时，控制电池单元为至少一个高能耗电力设备提供电能；并且，当电池单元中存储的电量小于第二电量阈值时，控制外部电源为全部高能耗电力设备提供电能。

第一电量阈值大于第二电量阈值，第一电量阈值可以为电池单元的总电量的80％等电量，第二电量阈值可以为电池单元的总电量的20％等电量。当电池单元中存储的电量大于第一电量阈值时，控制电池单元为供电状态，控制电池单元为至少一个高能耗电力设备提供电能，并且，当电池单元中存储的电量小于第二电量阈值时，控制电池单元为充电状态。

图6为本公开的控制方法的一个实施例中的为高耗能电力设备供电的控制流程示意图，如图6所示：

步骤601，基于电池单元的电量并根据耗电功率由小到大的顺序选取至少一个高能耗电力设备，作为目标高能耗电力设备。也可以基于电池单元的电量并根据耗电功率由大到小的顺序选取至少一个高能耗电力设备。

步骤602，控制电池单元为目标高能耗电力设备提供电能。

在一个实施例中，高能耗电力设备包括第一电动机、第二电动机和循环水泵等，耗电功率由小到大的顺序为循环水泵<第一电动机<第二电动机。获取电池单元的当前电量，当电池单元的当前电量大于电池单元的总电量的50％时，根据预先设置的目标设备选取策略，选取全部高能耗电力设备作为目标高能耗电力设备，即目标高能耗电力设备为循环水泵、第一电动机和第二电动机，或者，选取耗电功率最小的循环水泵和第一电动机作为目标高能耗电力设备，控制电池单元为目标高能耗电力设备提供电能；可以采用多种方法控制电池单元供电，例如，可以控制电池单元和外部电源交替为目标高能耗电力设备电能。当电池单元的当前电量小于或等于电池单元的总电量的50％时，则选取耗电功率最小的循环水泵作为目标高能耗电力设备，即优先为耗电功率小的设备供电。

图7为本公开的控制方法的一个实施例中的控制风机系统和换热循环系统启动的流程示意图，如图7所示：

步骤701，控制风机系统内的电动机启动并控制设置在换热管路的入口的换热电磁阀为开启状态。

步骤702，控制循环水泵启动并控制设置在喷淋管路上的循环电磁阀为开启状态。

基于集水箱的水量，控制设置在补水管路上的补给电磁阀、设置在排污管路上的排污电磁阀的状态。集水箱的水量可以通过电子浮球式液位开关等进行检测，根据集水箱的水量控制集水箱的进出水量。

图8为根据本公开的控制单元的一个实施例的模块示意图。如图8所示，该控制单元可包括存储器801、处理器802、通信接口803以及总线804。存储器801用于存储指令，处理器802耦合到存储器801，处理器802被配置为基于存储器801存储的指令执行实现上述的控制方法。

存储器801可以为高速RAM存储器、非易失性存储器(non-volatile memory)等，存储器801也可以是存储器阵列。存储器801还可能被分块，并且块可按一定的规则组合成虚拟卷。处理器802可以为中央处理器CPU，或专用集成电路ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)，或者是被配置成实施本公开的控制方法的一个或多个集成电路。

在一个实施例中，本公开提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，指令被处理器执行时实现如上任一个实施例中的控制方法。

上述实施例提供的冷却塔装置、控制方法、控制单元以及存储介质，通过在冷却塔本体的进风窗口设置气流阻流体，使进入气流在通过气流阻流体时发生卡尔曼涡街现象，并增加风力发电组件利用进入气流在发生卡尔曼涡街现象时产生的旋涡进行发电，为电力设备提供电能；能够提高冷却塔装置的冷却能力，提高换热效率；并且，利用风力发电能够降低冷却塔使用期间的电力成本。

可能以许多方式来实现本公开的方法和系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和系统。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。