具有鼓風風扇的直接和間接閉合迴路蒸發熱交換器組合的製作方法

2023-05-24 15:50:16

專利名稱：具有鼓風風扇的直接和間接閉合迴路蒸發熱交換器組合的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱交換設備如閉合迴路冷卻塔、蒸髮式冷凝器或溼空氣冷卻器。更具體來說，本發明涉及一種緊湊結構的，分開的直接和間接蒸發液體熱交換部分的疊置組合，其中，直接部分流出的，性能改善的，初始溫度均勻的蒸發液體橫跨間接部分分配。與其它相似尺寸和目前市售的間接蒸髮式熱交換設備相比較，本發明由於它的兩個熱交換部分共用的高壓空氣入口區而能夠實現每單位尺寸和造價的高得多的熱交換容量。該入口區最初在兩熱交換部分之間分割進入的單一空氣流，從而形成向每個部分的分開的雙空氣流路，從而保證橫跨間接熱交換部分分配性能改善的，溫度均勻的液體。
按照本發明，較乾燥的環境空氣由風扇送入間接部分頂部和直接部分底部之間形成的特殊結構的空間即入口區。由於在入口區中空氣被風扇(壓力送風系統)加壓，因而它通過設備內的通路尋求本身的分配；向上流入直接部分，向下進入間接部分。同時，橫跨直接產分的頂部以均勻的溫度分配蒸發液體(通常是水)，它與逆流的空氣流直接接觸，其中，兩種媒介進行熱量和質量交換。當直接部分中的蒸發液體下落時，它以較低的且均勻的溫度離開該部分。在通過空氣入口區的短暫的自由下落之後，它橫跨間接部分的頂部自身分配，並向下按照與相應空氣流平行的方式通過構成間接部分的管迴路系列。間接部分的迴路傳送內部流體流，其最好是待冷卻的，不過該流體可被加熱，這一點以後將會講到。
當本發明用作閉合迴路冷卻塔或蒸髮式冷凝器時，熱量間接地從內部流體流傳遞至浸潤並包圍迴路外表面的蒸發液體的膜。從迴路中的流體流除去的部分熱量作為顯熱或潛熱傳遞至空氣流使空氣的熱逐出現增長，而其餘部分的熱量作為顯能量被儲存，使蒸發液體的溫度升高。該溫暖的蒸發液體從間接部分進入收集槽，並向上泵送以便橫跨直接蒸發熱交換部分進行再分配。儲存在蒸發液體中的顯能量然後在直接蒸發熱交換部分中傳遞至通過其中的分開的第二空氣流。這種熱量傳遞使來自下落的蒸發液體的熱量潛式和顯式交換入通過設備的同一部分的迎面而來的空氣流中。
當本發明用作溼空氣冷卻器時，直接和間接蒸發熱交換部分的工作與前述完全一樣，只是現在熱交換是以相反的方向進行。間接熱交換部分的迴路中的流體流不是如前所述放熱，而是從空氣流接受熱量，從而冷卻空氣流。整個過程與前面詳述的蒸發流體冷卻器和冷凝器的過程相反。
閉合迴路蒸發熱交換器可以大致分成三大類(1)顯熱交換器一直接蒸發熱交換器系統，其中，流體流之一從顯熱交換器用管路送至直接蒸發熱交換器；(2)單獨的間接蒸發熱交換器；(3)直接和間接熱交換器組合。
連接於分開的冷卻塔的，殼一管式製冷劑冷凝器或顯熱交換器是第一類的實例，它們代表通常使用蒸髮式冷卻的熱交換法的主要類型。稱「盤管屋(coil-shed)」的產品也屬第一類，盤管屋包括位於不通風的盤管部分(顯熱交換器)正上方的冷卻塔(直接蒸發熱交換器)構成。
單獨的間接蒸發熱交換器是第二大類，這些設備的使用一般不象第一類設備那樣廣泛。市售有空氣和蒸發液本流逆向流動、交叉流動或平行流動的產品，但以逆向流動式為主。
第三大類包括間接和直接蒸發熱交換部分相結合的產品。這一類使用得最少。本發明屬於這一大類的下屬類別，是一種鼓風或壓力送風結構，其中風扇安裝在乾燥空氣流進入裝置的入口處。這一類的以前的技術一般是指安裝在產品的排放側上的引風式風扇，空氣被引入每個熱交換部分，從而使風扇暴露於常常含有水滴和水霧的大量排放的溼空氣中。與壓力送風結構相比，這被認為是一個缺點，在壓力送風結構中，風扇是設置在入口處，從而昌暴露在乾燥空氣流中的。
另外，顯然鼓風或壓力送送風結構是在正壓力下工作的，而引風式結構是在負壓下工作的。在正壓下而不是在負壓下工作提供了本專利業技術人員顯見的優點。因此，本發明以第三類以目標填補了鼓風式結構的空隙，而且進一步為使用離心式風扇的冷卻塔提供了改進的工作能力。
更具體來說，本發明涉及一種在單一設備中直接和間接蒸發熱交換設施的組合，它採用一種鼓風，壓力送風風扇組件，其安裝得使入口空氣沒有過多的水汽、水滴和水霧，相對於作為基準的周圍環境壓力來說，其在正壓力下工作。另外，對設備的兩個部分之間的空間的空氣入口已採用了一種獨特的技術方案。最後，設備的這種結構提供了一種使間接和直接蒸發冷卻部分兩者都可實現最大熱交換效率的方法，因而提供了一種對現有的，在進空氣處設置風扇的熱交換設備的更好和降低成本的技術方案。
在直接蒸發熱交換器，環境空氣流和蒸發液體流相互緊密接觸，從而當兩種流緊密接觸時進行蒸髮式熱量和質量交換。蒸發液體一般是水。在間接熱交換器中，使用三種流體流，即，空氣流(主進口空氣源的一部分)、蒸發液體流和在熱交換器迴路即管路中包封的流體流。包封的流體流首先與迴路外表面上的蒸發液體薄膜交熱顯熱。由於蒸發液體並不直接接觸管中的流體流，因而這種熱交換法被認為是「間接」的。蒸發液體和空氣流當相互接觸時進行熱量和質量交換，蒸發液體釋放熱量或從流體流吸收熱量。例如，如果蒸發液體從管中的流體流吸收熱量，那麼，它將把該熱量的一部分以顯熱或潛熱(空氣流熱函的增加)的形式傳至空氣流，並將其餘部分的熱量儲存在自己的質量中，因而提高它的溫度。入口和出口之間蒸發液體的溫差稱為「噴灑水溫範圍」。這個範圍越大，熱交換容量越大。
當本發明用作蒸髮式冷凝器時，在每個熱交換部分中的熱交換過程與前述閉合迴路流體冷卻設備相同，只是熱的致冷劑在冷卻時在等溫條件下凝結。在迴路中的流體，現為製冷劑氣體的流動一般與在迴路中的液體的顯熱式冷卻的情況下的流動相反，以便於在迴路中的冷凝物的排出。
當本發明用作溼空氣冷卻器時，它使用在迴路中的最初是冷的單相流體或蒸發的致冷劑，其熱交換過程與前述流體冷卻或冷凝的應用情況相同，只是熱量的流動反向；來自空氣流的熱量釋放至內部的流體。使用這種應用模式可產生流出設備的冷的飽和空氣流。這種冷空氣流可用於多種冷卻場合。
現有技術強調，為了獲得最大熱交換效率，要以均勻的溫度向間接部分的頂部提供蒸發流體，這是由於水及其溫度範圍極大地控制了設備的熱交換能力。在這方面，間接部分置於直接部分上方的布置一直被認為是一種推薦的選擇方式，下面所進行的對現有技術的描述是為了區別本發明與這種現有技術的區別。
直接和間接蒸發熱交換部分的現有技術的組合(US 4,112,027和US 3,141,308)描述了一種在間接部分上方交叉流動式直接蒸發部分的應用。但是，這種在間接部分上方的交叉流動式直接蒸發部分的應用不利地導致當冷卻水下降通過直接蒸發部分時在冷卻水中形成溫度梯度。這種溫度梯度會在直接部分中形成不均勻的熱交換，這是由於交叉流動的空氣水平地向內流動，從下降的水吸收熱量而飽和。這就是說，直接部分的最內部分有效地試圖與已經被加熱的空氣流交換熱量，從而與下降的蒸發液體形成不均勻的熱交換，這使得上述蒸發液體沿著直接部分的縱向的底部排帶有不均的溫度。如美國專利4,683,101號揭示的那樣，這種流出的水的溫度梯度橫跨直接熱交換部分可達6°-10°F的數量級。更重要的是，當直接部方位於間接部分正上方時，溫度不均勻的水靠重力直接落在下設的構成間接部分的迴路系列上。實際上，水溫梯度已被維持，然後進入間接部分，在間接部分中，迴路與迴路之間發生非均勻一致的熱交換。本專業技術人員知道，由溫度梯度引起的不均勻的熱傳遞是使塔的總體熱效率下降的一個原因。這種不均勻的熱傳遞狀況在蒸髮式冷凝應用場合同樣產生附加的工作低效能，這是由於液態冷凝物會在不均勻負荷的迴路中，也就是在承受最冷的空氣流的迴路中蓄積。因此，在迴路中的冷凝物會限制可用於冷凝的表面積。美國專利第4,683,101號的技術方案試圖解決上述問題，它採用的方法是實際改變間接熱交換迴路的方向以及迴路內的內部流體流向，從而使在迴路中的最熱的待冷卻流體與在梯度範圍內最熱的冷卻水進行熱交換。但是，這種布置未能解決水溫梯度形成問題本身，因而在間接熱交換部分中的溫度梯度對熱交換效率的影響被忽略了。
在也由本發明的受讓人擁有的序號為08/078,629的未審定的專利申請的閉合迴路流體冷卻塔中，業已發現，在間接蒸發熱交換部分上分配最初溫度均勻的蒸發液體對於在該部分中的熱交換的均勻性有著重大影響。在該發明中認識到，由於蒸發液體完成在間接部分中大部分的熱交換功能，因而為了最大限度提高熱交換容量，必須消除水溫梯度。當使空氣和蒸發液體作為媒介以相同的方向流動，且與流體流逆向流動時，可以進一步提高熱交換效率。
但是，上述申請的布置的一個缺陷在於，軸流式風扇在排放的溼空氣流中的使用，這會影響塔的高度和尺寸。由於設置軸流式風扇，塔高自然具有產生結構設置的問題及成本問題。另外，這種結構必須在現場豎立在大部件上，而這些大部件不易於由普通的手段如公路卡車來運輸。
表面看來，在本發明和前述申請有熱交換設備之間的唯一基本差別在於本發明是壓力送風，而前述申請是用引風式結構。但是，在工作上講，直接蒸發部分是一種不規則四邊形的逆流蒸發液—氣流構思，而前述申請則是交叉流動式直接蒸發部分結構。最後，本發明是將直接部分設置在間接部分上，在兩部分之間設有專門設計的空氣入口空間，這與前述申請公開的構思有很大差別。
本發明克服了直接部分廟在間接部分上的結構的上述缺陷，這是由於本發明提供了供設備的間接部分使用的均勻溫度的蒸發液體，這將在下文中詳述。
本發明的目的在於提供一種結構緊湊的正壓力熱交換設備，其在工作中可以利用間接和直接熱交換部分的顯熱式和蒸髮式熱交換現象的優越性。本發明的另一個目的是提供一種在直接和間接熱交換部分間設有共用和加壓的氣室以最大限度減小兩部分之間所需空間的熱交換設備。本發明還有一個目的是提供一種使用壓力送風風扇的熱交換設備，上述壓力送風風扇可不受過分溫度和水滴的影響，以形成最大程度的均勻空氣分布，從而是設備中的任何垂向位置提供均勻一致的水和空氣通路中的溫度梯度。
附圖簡要說明如下

圖1是本發明的立體圖，其中採用了端部安裝的鼓風式離心風扇，以及需要較低空氣量的形體矮小的間接和直接蒸發部分；圖2是圖1所示推薦實施例的側視圖；圖3是本發明的另一實施例，其中一對鼓風離心風扇並置地位於塔的側面以便比上一實施例容納更高的空氣容量；圖4是本發明內部的立體圖，重點表示較高空氣容量的空氣入口區；圖5是圖4所示實施例的完整的外觀立體圖；圖6是構成間接熱交換部分的單獨迴路的側視圖；圖7是間接熱交換部分的前視圖；圖8是構成直接熱交換部分的注入板組的注入板的側視圖；圖9是沿空氣入口處截取的本發明的橫剖圖；其中採用了引風式軸流風扇，沿結構的一個側壁疊置的兩個熱交換部分，一個單一垂向氣室和具有楔形部的空氣入口；圖10是沿空氣入口處截取的本發明的橫剖圖；其中採用了引風式軸流風扇，在結構中央設置的兩熱交換部分，雙式垂向排放氣室和具有楔形部的空氣入口；圖11是表示防止冬季凍結的風擋控制系統；圖12表示防止冬季凍結的暖水噴灑控制系統；圖13表示另一種防止冬季凍結的暖水噴灑控制系統，其中採用了單獨的輔助水泵。
現在參閱圖1，圖中所示的按照本發明的熱交換設備10在本專業中通稱為閉合迴路冷卻塔。設備10一般包括一個殼結構，其中裝有一個多迴路間接蒸發流體冷卻部分50，一個直接蒸發熱交換部分90，一個最下部的蒸發液體收集槽30和一個使蒸發液體向下噴過設備10的最上部的分配裝置36。一個風扇裝置24將一股空氣流送入塔的唯一空氣入口100，然後送入設備10中的入口區120，在那裡分成兩股氣流。第一氣流向上進入直接熱交換部分90，第二氣流向下進入熱間接交換部分50。風扇24是一種壓力送風離心式風扇，需要風扇電動機25為其提供動力，如圖所示，風扇24和電動機25都是從設備10外部安裝的。外部安裝的意思是不需要溼條件電動機外殼，而且整個風扇組件在工作中不暴露於可能含有水滴的溼氣流。
如前所述，設備10在熱交換領域具有許多用途，每種用途都將使用相同的上述部件，不過這些部件的操作可能一種用途與另一種用途稍有不同。例如，設備10可用於冷卻單相的，可察覺的流體如水，流體在外部供應的封閉迴路系統中流動，或者用於過熱後冷卻並冷凝一種多相的、感熱的和潛在的流體如致冷氣體，其也是從外部封閉迴路系統供應的。最後，設備10也可以包括作為溼空氣冷卻器的功能，其中排入通道15中的空氣用管道送走用作採礦等工作中的新鮮、涼爽的空氣源。
下面將講到，包含上述部件的物理塔結構可以按照許多不同的方式布置，使設備10並不局限於圖1的那種布置，但是應該注意的是，任何公開的實施例將以基本相同的方式運作，只有最後的熱交換容量不同，這將在對每一實施例的詳述中進一步闡明。
按照圖1所示的本發明的一個實施例，包括設備10的外殼結構一般呈長方體，它包括一個基本敞開的頂面12、底部18、前壁16、後壁14、第一側壁20和第二側壁22。側壁20,22和後壁14基本是實心板件，如用金屬板、玻璃纖維、塑料等製成，這些壁具有耐腐蝕性，前壁16和頂面12也是如此。前壁16的上部，鄰近直接熱交換部分90處基本是實心的，在底部具有開口17。開口17的垂向範圍由底部18和壁16的邊緣19限定，並由偏流分離器48覆蓋。開口17也與通道15連通，通道15是在間接部分50正下面，由槽30的周邊限界的敞開區域。
間接蒸發熱交換部分50也基本呈長方體，由許多單獨的迴路或盤管構成，這些迴路形成內側51、外側57、頂側53和底側55。間接部分50垂向對準地裝在直接部分90之下，空氣入口區120夾在其間。間接部分50也垂向設置在底部18上方，使底側55基本與邊緣19共同延伸，頂側53與空氣入口底側101共同延伸，如圖2所示。
構成這個部分的許多盤管從設備以外的過程(offsite process)接受待冷卻的熱流體，它被間接顯熱交換和直接蒸發熱交換的綜合作用而冷卻。一種蒸發液體，通常是冷卻水，由分配裝置36向下噴入直接部分90，在靠重力送入間顯熱交換部分50之前，通過直接蒸發熱交換冷卻。分配裝置36由管路和在直接部分上方的噴頭系統構成，這將在下文中詳術。如前所述，周轉空氣的單一氣流通過空氣入口100進入設備10並吹入空氣入口區120，入口區20被增壓，增壓使單一氣流分成兩股氣流；第一股氣流向上流動以便在直接部分上蒸發冷卻下降的水，第二股氣流向下流過間接部分以便蒸發冷卻那些已經與在構成間接熱交換部分的迴路中流動的流體進行熱交換的蒸發液體。用於間接部分的氣流總是進入間接部分50的頂側53並以平行於冷卻水的方向流動。一旦空氣和水冷卻媒介到達底側55，它們就分開，剛剛升溫的氣流被抽入通道15以便從塔前壁開口17放出，如前所述開口17一般由偏流分離器48覆蓋。被加熱的冷卻水靠重力落入收集槽30，然後再流至直接部分90。
排出間接部分50和設備10的氣流並不限於只通過前壁16排出，也可以通過一個或兩個側壁20,22上的類似開口排出，或者使氣流沿著一個或兩個側壁在內部向上流動，如圖4和5的替代實施例所示，這將在下文中描述。下面將講到，由於較大容量的裝置具有更高的工作速度和空氣容積，因而當使用較大容量裝置時推薦的方法是採用一條垂向的排放通道。
直接蒸發熱交換部分90的作用是冷卻被加熱的水，上述被加熱的水已經與在間接部分的迴路中流動的流體流進行過間接熱交換。如圖1和2所示，泵32將水從槽30通過管路34提升入在直接熱交換部分90頂部的噴灑裝置36，在那裡，水在構成該部分的緊密隔開的注入板93上被分配。圖8表示每塊注入板93具有一個由水平上緣97限定的表面95和一條在短側緣96和相對的長側緣98之間延伸的傾斜的，不平行的下緣94。多個這樣的注入板一般稱為注入板組，在本實施例中，板組是在冷卻塔中懸置，使短側緣96沿後壁14布置，因此，發散的下緣94從空氣入口100的頂緣103向著底部18傾斜，從而構成與空氣入口區120的傾斜的邊界和界面。應注意的是，注入板93的定向使表面95平行於進入空氣入口100的氣流，在某些應用場合中，下緣94可以平行於上緣97。在圖示實施例中，許多平行的注入板93(從這側只可看到一個注入板)基本呈梯形，每塊板基本與其它板相同。如圖所示，所有板伸過由壁14和16限定距離的，結構的整個縱向長度。圖3表示另一實施例，其中，注入板在側壁20和22之間的相同的平行方式延伸。在各種情形中，這種平行的布置導致均勻的媒介密度。來自槽30的熱水向上泵過噴灑裝置36，並在每塊注入板93上均勻分布。第一氣流指向直接部分的底部以便蒸發冷卻在板上落下的熱水。如圖所示，第一氣流按照與向下噴灑的熱水逆流的方式流動。第一氣流的這種流動方向對本發明的操作來說是很重要的，否則，直接部分90將不會產生用於間接部分均勻溫度的冷卻水，那將會妨礙設備10使間接部分50通過均勻的，迴路對迴路的運作而將熱交換能力最大化。
構成注入板組的注入板從連接於並橫過側壁20和22的梁(未畫出)懸掛。這些梁類似於圖4中所示的在間接發部分懸置的梁。如圖8所示，每塊板93具有在板的整個垂向範圍延伸的基本連續的波形槽99，這些槽有助於熱水形成薄膜，從而增大表面積以便空氣與其相互作用和蒸發冷卻。注入板93最好由聚氯乙烯材料製成，不過也可使用其它材料。從圖2可看出，第一氣流嚴格用於在通過頂部12被排放前在直接熱交換部分中的蒸發冷卻目的。
從圖2還可看出，一般使用一系列偏流分離器49覆蓋頂部12以便儘量減小通常由被排放的空氣所攜帶的再循環水的損失。圖11表示，可選擇使用的風擋28可以在偏流分離器49正上方安裝，以便在冬季工作中比例調節流和注入板組和塔中的空氣流。風擋28一般是機械化的，因此可以逐漸部分地或全部地關閉。如果風擋完全關閉，通過直接部分的冷卻水也被截斷，那樣可認為塔是以「全乾式」塔方式操作；塔的全乾式操作可防止冬季塔的凍結，下面在描述如圖11所示的一種冷卻控制系統時還要講到這一點。偏流分離器49一般包括一系列緊密隔開的金屬、塑料或木頭製成的板，這些板可使氣流通過，同時收集被排放的空氣中攜帶的細水滴。由分離器49收集的水直接落入下面的注入媒介。同樣，在間接部分的空氣排放開口17中的偏流分離器48所收集的水將直接落入槽30。
圖2也表示底部18基本是由集水槽30構成的，分離器總是夾設在頂部12和噴灑裝置36之間。如果增設風擋28(圖11)，那麼其尺寸長度和寬度要等於頂部12，因此，這將基本相應於直接熱交換部分90的尺寸。如圖2所示，第一氣流最初基本垂直於頂緣97地趨向於直接熱交換部分90的底緣94，然後與從噴嘴46噴出的向下的噴水逆流地向上流動。這種逆流氣流方向可產生與注入板組長度的每縱尺落水的最佳熱交換作用，從而當水從熱交換部分90的底側92排出時形成基本均勻的水溫。為了有助於沿著入口區均勻分布空氣並保證蒸發液體的均勻冷卻，注入板組已製成梯形。這樣，最接近於風扇的空氣將在最短的時間送過注入板組，而靠近前壁16的空氣則在最長的時間送過最長的注入板。因此，如果沿著從後壁14至前壁16的方向存在微小的空氣溫度梯度，那麼注入板的梯形將抵銷上述梯度。空氣進入入口區120和進入注入板組越深，注入部分則必須越長，以便抵銷增加入口空氣溼球溫度；梯形也有助於通過消除靠近入口100上緣103的死流區而改善在入口的空氣分配。
如果要求本發明增加熱交換容量，那麼，一對順掃離心風扇可以按照側裝或端裝方式並排設置，如圖3和5所示。為清楚起見，圖4是圖5設備的局部橫剖圖；為清楚表示要求高氣流速率時設備10的內部結構，未畫雙式風扇。圖4和5的實施例與圖1-3所示的結構的區別是雙重的。
首先，空氣入口100和空氣入口區120被加大，實際上比間接和直接蒸發部分的範圍寬。在圖4和5的實施例中，加寬入口100和入口區120的目的是限制在入口區120中的過大空氣速度，以便儘可能減小壓力損失。
第二，離開間接蒸發部分的空氣流是向下的，因而並不是象圖1所示那樣通過百葉窗式前壁14排放，空氣是在間接部分之下進入通道15，然後轉折180°以便沿著塔側面垂向排放，當其在頂部12排出時，與從直接蒸發部分排放的空氣相結合。從操作講，這種布置更為實用，因為在底部18或其附近，高速空氣的排放會與路過者(Passerby)產生幹擾，或在某些情況下與附近的其它設備或其它冷卻塔產生工作幹擾。
如上所述，圖4是表示本發明推薦實施例內部的立體圖，為清楚起見，未畫風扇組件，如圖所示，間接和直接蒸發熱交換部分抵靠一個塔側壁20放置。每個熱交換部分的另一側由專門形狀的內隔壁130共同被封閉，隔壁130是由實心壁22T,22B和會聚通道125構成的。會聚的空氣通道125不只用作隔壁的一部分，而且也用作延伸空氣入口100的裝置，從而使氣流速度下降。這樣，當使用大容量塔時，較大量的空氣可以方便和逐漸地引入入口區120而不形成過大的壓力梯度和摩擦損失。圖示的會聚通道125具有楔形形狀，不過，其實際形狀實際上與兩個相關因素有關；入口面積及盤管和注入平面面積。入口面積最好在注入面積的80％至120％之間。平面面積定義為將與注入氣流相互作用且與其進行熱交換的熱交換表面面積。在本說明書中，間接和直接熱交換部分的平面面積是相同的，這是由於橫截面積也相同的緣故。同時參閱圖6和7，間接部分的橫截面積實際是由盤管組件的寬度乘以該組件長度來代表的。從這兩張圖來看，它是線F、G之間的距離即長度乘以線H,I之間的距離即寬度。
另一方面，對於評估進入入口區的空氣速度來說，接觸面積是重要的。該速度應該保持在1000英尺/分鐘以下。接觸面積定義為空氣入口100的面積和會聚通道125的面積的組合。現參閱圖1和2，入口100的面積是寬乘高，即，點J和K之間的距離乘以邊緣101和103之間的距離。會聚通道的入口面積的確定因通道寬度是連續減小的故稍微複雜。但是，該面積可使用眾所周知的工程原理來計算，該面積按數學方法計算，已知長度等於間接部分的長度，寬度最初為圖4中點L和M之間的距離，最後為間接部分的頂部和前壁的直接部分的底部之間的垂向間距。因此，可以看出，會聚通道的布置現在可以使空氣從兩側而不是一側進入入口區120。
塔10整體寬度主要由並排的離心風扇和通道(一條或幾條)125所要求的空間來確定。由於直接和間接蒸發部分在設計時使其寬度小於塔結構，因而可以利用每個熱交換部分和側壁22之間的剩餘空間作為共用垂向排放氣室150。從間接部分50排出的空氣必須首先繞過通道125，但是其後卻垂直升起，最後通過在塔頂部12的同組偏流分離器排出塔10，在塔10之外與從直接部分排放的空氣相結合。在設備10內的實心壁22T和22B垂向伸過其各自的熱交換部分的高度並沿通道邊緣126和127與通道125連接。這樣，在每個部分中流動的空氣能通過該部分的一側排放出來。相似的隔牆在爐和鍋爐中是通用的。圖4和5構思的一種替代設計涉及到使直接和間接部分位於塔結構側壁的中間而不是沿其一側，如圖10所示。這就需要兩條對稱的通道125和兩個對稱的隔壁22T和22B，以便封閉直接和間接部分的每一側。應注意的是也會形成兩個垂向的排放氣室，每個排放氣室使用在頂部的共用偏流分離器。還應注意，在象圖10所示的那種中央設置型中，氣流進入入口區120的兩則而不是一側。從技術上講，中央設置型具有操作上的優點，但是從成本上講，將兩個隔壁和會聚通道設置在塔中成本較高。在這方面可以設想隔壁與外壁20或22相比，可由較薄的金屬或其它材料的板材製成。
現參閱圖6和7，詳述構成間接蒸發冷卻部分50的單一的盤管組件，顯然這種描述適用於任何圖示的實施例。更具體地由圖6的側視圖所示，單一的盤管組件最好為基本呈矩形的結構，它包括一系列水平和緊密間隔開的平行的蛇形迴路54和56。所有迴路54,56具有分別連接於頂部集流管80和底部集流管70的迴路頂端50和迴路底端。在具體應用中，當設備10用作流體冷卻裝置時，底部集流管70實際用作熱流體的入口供應集流管，頂部集流管80用途經冷卻的流體出口集流管。應注意的是，每個集流管的供應/排放作用可以改變，這取決於設備10的實際使用，也就是說，如果它用作蒸發冷凝器，熱氣體將進入在頂側53的間接部分，而頂部集流管80現在用作供應集流管。圖6也表示每個集流管70和80呈矩形，一般都位於組件的相同側或相同端。圖7表示一條供應管75基本連接於入口集流管70的側面71，各入口迴路基本與管75成直角。入口供應管75向集流管70供應待冷卻流體，流體以向上方式強制在一系列迴路中流動。通過所有回呼54,56的平均流動速率對於間接熱交換部分的正常工作，以及對於設備10的總體性能來說都是重要的，這是由於空氣溫度和水的溫度具有均勻的起始溫度的緣故。頂產輸出集流管80也具有單一的出口管85，它一般連接於集流管80的側面81，該側面與集流管70的側面71是一致的。管85一般在入口供應管75正上方間隔開來，使流出間接部分的冷卻了的流體按照基本與進入入口管75的流體平行但相反的方向流動。
圖6還示出每個迴路54,56由單一、連續的一段盤管構成，該盤管承受彎曲操作，使管形成若干U形排A-E。每排在垂向相互間隔開相等的距離。每排也具有基本相同的長度，每排一般具有兩個直段62，直段每端整體形成基本呈U形的彎曲部分68。每排及每個迴路54,56以完全相同的方式形成，因而只要交錯的迴路54,56之間的所有其它因素如溫度和流動速率保持相同，在迴路54,56之間的熱負載將有效地保持恆定。如圖7所示，間接熱交換部分具有5排A-E，但是排的確切數目將根據每個具體應用場合所需要的熱交換量來確定。這種確定是按照公知工程熱傳道原理進行的，這裡不再贅述。每排A-E基本跨過前、後壁16和14之間的設備10的長度，根據額定容時所確定的間接部分50的總體尺寸，為防止迴路下垂，可能需要在每的每端至少有兩個結構支承件94。這些支承件也有助於保證如圖中所示的，在各迴路54,56之間的適當的水平管距。適當的垂向和水平方向的間距可促進在整個間接蒸發熱交換部分的均勻熱傳遞。
現在再次參閱圖6，圖中清楚可見每個迴路54,56通過分別將迴路入口端60和出口端80插入和安裝於各入口和出口集流管70和80的前壁72,82而分別安裝於入口和出口集流管70,80。迴路最好在管/集流管界面進行焊接，不過也可以使用其它連接方法如將管滾壓入集流管。在構成間接部分的許多迴路中所有的相鄰迴路56在起始迴路54之下稍許錯開排間垂向距離之一半，因此，所有迴路以嚴密的公差並置，但又有助於空氣透過。取決於設備10的熱交換容量，每個盤管組件可布置23至56個迴路54,56。無論使用多少迴路，在各迴路之間的嚴密的間距公差顯然有效地構成一個連續的或間斷的熱交換表面區域以便與進入的空氣和冷卻水流相接觸和相互作用。在本發明的工作中，構成間接冷卻部分的各迴路的具體布置和其中流體的流向是有助於實現每個熱交換部分50和90的以及設備10總體的最大冷卻效率的因素，這將在下面詳述。
現在描述如圖1所示作為單相流體冷卻器的設備的連續工作，應注意的是，圖3-5的實施例的工作與此相同。圖9和10的實施例的工作方式與此基本相同，不同之處在於，通過塔的氣流稍有變化，下面將具體進行描述。在工作中，待冷卻的熱流體通過供應管75在單一盤管的間接熱交換部分的底側55送至集流管70。熱流體在集流管70中均勻分布並進入每個連接的、交錯的成對的迴路54,56中，因此，在整個迴路系列中，流體以基本均勻的流動速率向上流動。當流體向上流動時，它有效地作為一種連續的流體平面或電流動，直至在每個管排A的所有限定頂側53的管段62同等地暴露於與來自空氣入口區120的第二空氣流的同時接觸，以及暴露於從直接部分90向下的冷卻水的均勻溫度為止。如前所述，風扇24對進入入口區120的環境空氣流加壓，因而迫使其以一個基本垂直於間接部分的頂側53的角度流入間接部分。同樣，可從直接蒸發部分90得到的最冷的冷卻水基本橫過間接熱交換部分50的頂側53靠重力下落。如前所述，當冷卻水從注入板組92的注入底緣98下落時，其溫度沿直接部分90的縱向長度是均勻的。應指出的是，即使空氣流不分成50-50的劃分，也不會顯著影響設備10的總熱交換容量。這就是說，即使進入的空氣體積的60％流入直接部分，容量也不會有大的變動。超過了這個比例，性能的變化將較為顯著。一般來說，沿著通過直接和間接部分的每條氣路的壓力損耗將決定流入入口區的分流比率。從原理上說，50-50的劃分是目標，但是，實際設計可以和上述劃分不同以適應具體的設計要求。
由於整個迴路系列最初承受均勻溫度的冷卻水和均勻溫度的空氣流，因而在盤管組件中在任何一定的水平或垂向部位上，橫過整個迴路系列，在迴路中的流體溫度是基本恆定的。這就是說，氣流和水流當其向下通過間接部分時是均勻吸熱的，從而使迴路中的流體，在迴路和迴路之間基本承受相同的熱交換率和量。這並不是說，氣流和水流各吸收相等的熱量，因為大家知道，水比空氣吸收多得多的熱量，從而在對熱交換性能影響方面來說起著大得多的作用。在實現性能之前可忽略的氣流的不等劃分使這一點又得到加強。因此，可以看出，在間接熱交換部分50中任意水平或垂向部位上，在迴路和迴路之間，每種冷卻媒介將獨立地以恆定的速率吸熱。在間接熱交換部分50的整個垂向和水平方向上性能的均勻性對於最大限度提高設備的熱交換容量是極其重要的。本具體實施例的一個增加的特徵是，一致的氣流模式增進了迴路和迴路之間熱交換的均勻性和最大化，這是由於一致的流向不象橫流模式那樣形成溫度梯度。圖3表示一種與圖1實施例稍有不同的實施例，由於設有兩個裝在側壁22中的風扇24,24A，因而能夠接納更大的氣流。這種形式的要點也在於，只要間接部分中空氣流向保持與水一致，而且如果在該部分所使用的冷卻水最初溫度均勻的話，被交換的熱量最大。由於直接部分90的注入板面95保持與進入在風扇至風扇延伸的空氣入口100的進入的環境空氣流相平行，因而保持了溫度均勻的蒸發液體。該圖也表明，如果需要，從間接部分50排放的空氣可垂向排放至氣室150。為了形成氣室150，使前、後和側壁如標號16E，14和20E所示那樣延伸，可使使氣室150容易地製成為設備10的結構的一部分。如果增設氣室150，那麼可以不設圖中所示沿壁20的底部延伸的偏流分離器48，而是使頂部12中的偏流分離器49延伸得也覆蓋氣室150。
以此為基礎很容易理解，當流體到達頂側53以便與最冷的進入的空氣和水接觸時，迴路的整個上排是怎樣含有被冷卻的最冷流體的。由於水主要起帶走熱量的作用，因而可得到的接觸迴路的最冷的冷卻水使迴路中的流體溫度趨近於冷卻水的溫度。順流的空氣流在任何具體的高度上沒有溫度梯度，當兩種媒介繼續向下通過間接熱交換部分50時，蒸髮式地使冷卻水冷卻，從而使空氣以均勻的溫度排出。當設備用作溼式空氣冷卻器時，這個特徵對提高設備性能是很重要的。
本發明的一個關鍵特徵在於，它也儘量利用了只有一個空氣進口的寶貴空間，從而不必設置一個實在的氣室空間。為了說明這一點，氣室空間被定義為在冷卻塔中的大，敞開區域，被加熱的空氣在離開塔前先進入在這個區域中。儘量減小氣室空間區域是很重要的，因為氣室被認為是「死區」，將其設置在較高，較大的塔中會顯著增加成本。由於成本是銷售這種設備的一個很重要因素，因而在最小的物理空間中儘量提高每個冷卻部分的效率和均勻性，可以為顧客提供最低的初始製造成本。雖然圖4和5所示的高容量塔要求一個垂向窄氣室150但是應注意的是，單一緊湊的空氣入口使設備10比現有技術中公知的那些設備小得多，這就是說，氣室也會小得多。
在圖3中，在本實施例中保留了本發明前述實施所有發明特徵，不過本設計是關於一種更高容量的設備，它要求兩個風扇通過塔的側壁22鼓入空氣。如圖所示，由於使用逆流式氣流，間接部分50仍從直接部分90供應均勻溫度的水。還可看出，氣流和水流仍舊沿間接部分50的頂側53接觸所有的迴路，使本實施例的功能基本與圖1實施例沒有差別體實施例的唯一差別在於，迴路52,54和注入板92的方向是在側壁20,20之間而不是在前、後壁14,16之間延伸。迴路52,54也垂直於空氣入口100。
雖然上面針對用作流體冷卻設備的塔對本發明進行了描述，但是，本專業技術人員顯然懂得本發明並不局限於此，如下面將要描述的那樣，本發明也可用作蒸發冷凝器和溼空氣冷卻器。當用作蒸發冷凝器和溼空氣冷卻器時，由於設備10的每個零件與用作流體冷卻器時完全相同，因而將使用相同的標號和名稱術語來描述各種不同的操作方式。
當圖1或3的實施例用作蒸發冷凝器時，它們的工作方式與設備10用作流體冷卻器時基本相同，不同點在於，冷卻了的流體不是通過管85離開上集流管80，而是將管85用於將過熱蒸氣如熱的致冷劑氣體送至間接熱交換部分50以便進行冷卻；冷卻過程使熱的致冷劑氣體冷凝成液態。氣體進入集流管80以便均勻分配於與集流管80相連的所有各迴路54,56。如前所述可得到的進入空氣入口100的最冷空氣和從直接部分90向下排送的最冷均勻溫度的水與進入迴路54,56的最熱氣體流相接觸，從而最有效及最有效率地利用了每種冷卻媒介來冷凝氣體。象以前描述流體冷卻操作那樣，通過蒸氣冷凝部分50下降和被加熱的蒸發水，通過與進入的空氣的蒸發熱交換在間接部分中被部分冷卻，然後通過在直接蒸發熱交換部分90中流動的第二氣流直接蒸發熱交換而被進一步冷卻。如前所述，熱的蒸發液體會聚在槽30中，由泵32再分配至分配裝置36，以便再次循環過直接熱交換部分90。至於被加熱的空氣流，直接部分的空氣流通過頂部12被排放至大氣，而間接部分的空氣流被排出前壁16，或者被送至一垂向氣室空間，然後與來自直接部分的熱空氣流一起最後被排放，如圖4和5所示。
當將設備10用作蒸發冷凝器時，均勻的迴路對迴路性能甚至更為重要，這是因為均勻的性能可保證間接部分的迴路將不進行不均勻的冷凝工作。例如，如果最接近於間接熱交換部分的內側壁51的迴路比外側壁57上的迴路暴露於更冷的蒸發液體，那麼，內側迴路就能夠冷凝較大量的蒸氣。內側壁的這種增大的能力會引起這些迴路中壓力降的增加。由於每條迴路的入口和出口都連接於共用的集流管，因而所有迴路上的總壓降必須相同。因此，液體將在內側迴路中積滯以形成平衡液頭從而補償在這些迴路中的額外的摩擦壓力降。當液體積滯時，由於可用於冷凝的盤管表面減少，因而使性能下降。雖然這種操作方式在現有技術的冷凝器中是常用的，但由於使可用冷凝表面的利用不足100％，並減小了設備的額定輸出，因而這種工作方式是不理想的。當減溫氣體冷凝成液體後，收集於下集流管70，然後通過管路75排放以便在其它地點的工藝過程中再次使用。
當用作溼空氣冷卻器時，如前所述，第一和第二空氣流將同向流動；在間接部分中順流，而在直接部分中逆流。但是，設備10現在的目的是冷卻進入間接熱交換部分的熱空氣流，以便在另一地點使用。每個系列的迴路54,56現在不是含有待冷卻的熱流體，而是含有最初被冷卻的來自其它地點的工藝過程的流體。替代被冷卻的流體，迴路也可含有正地蒸發的多相致冷劑。被冷卻的流體如前所述從間接部分50的底部55進入，流入供應集流管70，作為基本均勻增溫的流體的連續平面向上流動。當蒸發液體向下流過迴路時，熱量同時從順流的初始暖空氣流增加並轉至在迴路54,56中逆流的冷卻流體流。蒸發液體除去的熱量比增加的熱量多，因此，當向下流過間接熱交換部分時，其溫度下降。進入間接部分的較暖空氣流接觸迴路，並被其中的流體流冷卻。同樣，在迴路54,56中的冷卻流體從蒸發液體吸熱，使流體到達間接部分50的頂壁53時變熱。被加熱的流體在通過返回管路85返回其它地點的工藝過程之前進入上集流管80，而一次空氣流通過開口17流出間接部分50。現已冷卻的蒸發液體然後被分配橫過直接熱交換部分90，在那裡直接與流過那裡的最初溫暖的逆流二次空氣流相接觸並進行熱交換。蒸發液體當向下通過直接部分時，其溫度實際有所增加。當其進入間接熱交換部分時，它變冷，同時與第二空氣流進行熱交換。現已冷卻的第二空氣流通過開口17排出，用於另一地點，如礦井、蔬菜冷卻，或燃氣輪機空氣進口預冷操作。
現參閱圖9和10，圖中表示本發明的另一實施例，其中包括了前述各實施例的許多特徵。在這兩上實施例和前述各實施例之間的主要差別在於使空氣移過設備10所用的裝置類型。如圖9和10所示，風扇24現為裝在頂部12上的軸流通風機。這就是說，也可以使用一個空氣進口進行兩個部分的引風操作。風扇組件現在暴露於排放的熱溼的空氣，需要使用更貴的風扇。這也意味著，入口區120將在真空下而不是在正壓下工作。除這些差別以外，圖9和10的設備仍保留了所述零件的實際布置以及空氣和水的流動方向；不同之處在於，空氣是引過(引風式)而不是壓過(強制排風式)熱交換部分。圖10基本表示直接部分和間接部分位於設備10側壁20和22之間的中央的圖9的結構。當要求很高的熱交換容量的時候採用這種布置。如前所述，會聚通道125的尺寸是熱交換部分的實際尺寸的函數，有關這方面的討論不再贅述。有關圖9的單一垂向氣室塔和圖10的雙垂向氣室塔之間的差別也不再作進一步討論，這是由於這兩個實施例與強制排風式風扇的實施例的區別僅在於入口區120是如何加壓的。因此，圖9和10所示結構地熱交換部分顯然也是在負壓下工作的。
如圖11,12和13所示，本發明還包括控制再循環的蒸發液體(通常為水)的冬季凍結的設施。一般來說，通常要以某種方式對所有蒸發熱交換器進行保護以防凍結。本發明對寒冷季節的凍結也是敏感的，之是因為進入的環境空氣直接與來自直接蒸發熱交換部分的最冷的水接觸。如果設備因故處於不工作方式，那麼槽中水溫一般通過在其中沒有電加熱器或蒸汽加熱器而保持在凍結溫度以上。
但是，當設備在戶外低於32°F(0℃)的溫度下工作時，可以採用下述各方法來防止或控制凍結。最容易的方法是調節由風扇供送的風量。如果減少空氣流，那麼會增加工作水溫。這通常是通過調節裝在風扇排放口處的風擋(未畫出)來實現的。如果不存在風扇控制風擋，而不能對通過直接蒸發部分的空氣流進行風扇控制，那麼，可逐步閉合設在偏流分離器上方，設備10頂部上的自動風擋28來只是控制通過直接熱交換部分的空氣流。圖11表示，當戶外溫度下降時，溫度傳感器200對風擋電動機210發出信號，使其逐步閉合風擋28，從而減少通過直接部分90的空氣流。在直接部分中的蒸發液體(水)的冷卻就會顯著減小。因此，較暖的水將流出直接部分，從而防止間接部分的結冰。由於冬季環境溫度有助於設備10的總熱交換容量，因而較暖的水對熱交換容量有負面影響。通過直接部分空氣流的控制也可以結合以風扇控制風擋(如果具有的話)。圖12表示另一種方法，其中將槽中暖水噴入空氣入口區120來作為防止凍結的手段。如上所述，間接部分的熱容量會比冬季中實際需要的大得多。此時，直接蒸發部分的使用也許是不必要的，因而被關閉，因此塔進行乾式操作。從原理上講，槽中的小量再循環水可送向間接部分上方的第二套噴射裝置。再循環泵32將通過一個由戶外恆溫器250控制打開的三通閥230供水。在空氣入口100處的單一噴頭260會噴射來自槽的溫水以便預熱入口區120中的進入的冷空氣和從直接部分流出的冷水。這會在入口區120中產生一種混合水溫狀況，從而防止間接部分和直接部分底部的結冰。最後，圖13表示一種圖10所示構思的替代方案，其中，使用一個單獨的再循環泵32A，將溫水從槽30通過同一噴頭260送入空氣入口區120。該系統的功能與前述相同，輔助泵32A也由戶外恆溫器250啟動，戶外恆溫器250向泵的啟動器270中的電觸點發送一個信號以接通或關閉泵32。應注意的是，作為防凍法，對槽中暖水的使用也可在裝有軸流通風機的任何實施(圖10和11)中採用。
前面已對本發明進行了清楚完整的描述可對其作各種變化而並不超出本發明的範圍。
權利要求
1．在熱交換設備中的一種熱交換方法，包括以下步驟設置一個直接蒸發熱交換部分和一個整體的間接蒸發熱交換部分，所述間接部分在構成所述間接部分的多個迴路中分別傳送流體流，所述直接部分由含有多個注入板的注入板組構成，每個所述注入板具有一短側緣一長側緣和其間的一個表面，每個所述熱交換部分具有一個頂側、一個底側、一個內側、一個外側、一個空氣入口和一個空氣出口，每個所述熱交換部分的內側和外側分別限定了直接和間接熱交換部分的寬度，所述直接和間接熱交換部分的寬度基本相等；將所述直接部分設置在所述間接部分上方；在所述直接部分的頂側上方設置一個用於橫跨所述直接部分向下噴灑蒸發液體的裝置；橫跨所述間接蒸發熱交換部分的所述各迴路，使所述蒸發液體從所述直接部分下落以便使所述液體與所述迴路中的所述流體流間接熱交換；設置至少一個用於使環境空氣流進入所述設備的單一空氣入口的裝置，所述單一入口具有一個水平範圍和一個垂向範圍，所述水平範圍至少與任一所述熱交換部分的寬度相同，所述單一空氣入口與一個各個所述熱交換部分共用的空氣入口區相連通，該裝置在所述空氣入口區溫度內加壓所述空氣流；將所述空氣流在所述入口區內分成第一空氣流和第二空氣流，所述第一空氣流向上流入所述直接熱交換部分的空氣入口，該入口與所述直接部分的所述底側相關，所述第二空氣流向下流入所述間接熱交換部分的空氣入口，該入口與所述間接部分的頂側相關，所述第一空氣流與所述直接部分中的所述蒸發液體逆流，所述第二空氣流與所述間接部分中的所述蒸發液體順流，所述第一空氣流在流出與所述直接部分的頂側相關的所述空氣出口前與所述直接部分中的所述蒸發液體進行蒸髮式熱交換，所述第二空氣流在流出與所述間接部分的所述底側相關的所述空氣出口之前與所述間接部分中的所述蒸發液體進行蒸髮式熱交換；將基本所有的流出所述間接部分的所述蒸發液體收集在一個槽中；將基本所有的收集到的蒸發液體向上泵送至所述直接蒸發熱交換部分以便再分配；以及將所述槽、所述噴灑裝置和每個所述熱交換裝置封裝在一個單一的結構中，所述結構具有在所述噴灑裝置上方的基本敞開的頂部、用於裝納所述槽的基本實心的底部、前壁、後壁和一對與所述頂部、底部及前、後壁相連的側壁；以及設置在所述間接部分之下的一條通道，所述通道便於從所述設備排放所述空氣流。
2．如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括布置所述注入板組的所述注入板，使流入所述空氣入口區的所述空氣流平行於每個所述每個注入板的表面的步驟。
3．如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括設置至少一個與所述通道連通的垂向氣室的步驟，所述垂向氣室在所述結構中從所述通道向上延伸至所述頂部。
4．如權利要求3所述的方法，其特徵在於還包括布置所述間接熱交換部分的所述各迴路的步驟，使所述流體流按照與流入所述空氣入口區的所述環境空氣流相同的方向流入每個所述迴路。
5．如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括將所述移送空氣的裝置設置在所述結構外側使該裝置的排放與所述單一空氣入口相連通的步驟，該裝置使所述入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
6．如權利要求4所述的方法，其特徵在於還包括將所述移送空氣的裝置設置在所述設備的頂部中的步驟使所述空氣入口基本敞開以便從所述結構之外接納環境空氣，並與所述入口區相連通，該裝置的排放基本與所述頂部的所述開口連通，所述移送空氣的裝置使所述入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
7．如權利要求1所述的方法，其特徵在於還包括布置所述間接熱交換部分的所述各迴路，使所述迴路中流動的流體流按照基本平行於所述側壁的方向流動的步驟。
8．如權利要求3所述的方法，其特徵在於還包括將所述風扇裝置設置在所述設備之外使該裝置的排放與所述單一空氣入口相連通的步驟，該裝置使所述空氣入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
9．如權利要求8所述的方法，其特徵在於還包括將所述空氣入口設置在所述側壁之一上的步驟，其中，流入所述空氣入口的所述環境空氣流直於所述迴路中的所述流體流。
10．如權利要求9所述的方法，其特徵在於還包括設置至少一個與所述通道相連通的垂向氣室的步驟，所述垂向氣室在所述結構中從所述通道向上延伸至所述頂部。
11．一種用於熱交換的設備，包括一個結構外殼所述外殼具有基本敞開的頂部、底部、前壁、後壁和與所述前後壁及所述頂部、底部相連的第一和第二側壁，所述結構包括一個具有水平範圍的單一空氣入口；一個在整體的間接蒸發熱交換部分上方的直接蒸發熱交換部分，每個所述熱交換部分由一個與所述單一空氣入口連通的共用空氣入口區分開，每個所述熱交換部分具有一頂側、一底側、一內側、一外側、一空氣入口和一空氣出口，每個所述熱交換部分的所述內、外側限定了直接和間接熱交換部分的寬度，每個所述熱交換部分的寬度基本相等且等於所述空氣入口的所述水平範圍，所述整體的間接蒸發熱交換部分包括多個獨立的迴路，其用於在迴路中傳送流體流，所述直接蒸發熱交換部分包括由多個獨立的注入板構成的注入板組，每個所述注入板具有一短側緣、一長側緣和一個其間的表面；至少一個將環境空氣流送入所述單一空氣入口和所述結構中以便以環境溫度空氣加壓所述入口區的裝置，其中，所述空氣流分成第一空氣流和第二空氣流，所述第一空氣流向上進入所述直接部分，所述第二空氣流向下進入所述間接部分，每個所述空氣流與在各自所述熱交換部分中流動的蒸發液體進行蒸髮式熱交換，所述間接熱交換部分的空氣入口與所述間接部分的頂側相關且與所述空氣入口區連通，所述間接熱交換部分的空氣出口與該部分底側相關，所述間接熱交換部分的空氣流與其中的蒸發液體順流式流動，所述直接部分的空氣入口與所述直接部分的底側相關並與所述空氣入口區連通，所述直接熱交換部分的空氣出口與所述部分的頂側和所述頂部相關，所述直接熱交換部分的空氣流與其中的所述蒸發液體逆流式流動；在所述蒸發液體靠重力落入所述間接熱交換部分之前，在所述直接部分的所述多個注入板上方向下噴灑所述蒸發液體的裝置；在所述蒸發液體向下分配後，收集基本所有的所述蒸發液體的槽；在所述間接部分之下，所述槽上方的，用於接納從所述間接部分流出的所述第二空氣流的通道，所述通道便於將所述第二空氣流從所述設備排出；用於向上泵送基本所有收集到的蒸發液體以便向所述直接熱交換部分再分配的泵。
12．如權利要求11所述的熱交換設備，其特徵在於所述直接和間接熱交換部分、所述噴灑裝置、所述槽和所述通道都裝入所述結構外殼中，所述注入板的布置使流入所述入口區的所述空氣流平行於每個所述注入板表面。
13．如權利要求12所述的熱交換設備，其特徵在於所述間接熱交換部分還包括一個上集流管和一個下集流管，上、下集流管在工作上分別與所述間接熱交換部分的頂部和底部相關，每個所述集流管具有一條安裝在所述集流管的相應側面上，相互垂向距離基本一致的管，所述上、下集流管的管使所述流體流通入和通出所述上、下集流管。
14．如權利要求13所述的熱交換設備，其特徵在於所述多個迴路由布置的一系列獨立迴路構成，所述系列中的每個迴路包括一個入口端和一個出口端，所述入口端和出口端之一連接於所述上、下集流管之一，所述入口端和出口端中的另一個連接於所述上、下集流管中的另一個，每個所述迴路在所述集流管之間連通所述流體流。
15．如權利要求14所述的熱交換設備，其特徵在於所述流體流進入所述上、下集流管的管之一併流出所述上、下集流管的管中的另一條，所述進入和流出的流體流基本平行且方向相反地流動，所述流體流在所述集流管之間，在每個獨立迴路中以迴路之間基本均勻一致的流動速率。
16．如權利要求15所述的熱交換設備，其特徵在於在所述間接熱交換部分中的每個所述獨立迴路是由連續蛇形管構成的，所述蛇形限定了一個垂向對準且基本呈U形的排的陣列，所述各排長度基本相等，垂向上相互等間距隔開，每個所述排由基本呈U形的管連接起來。
17．如權利要求16所述的熱交換設備，其特徵在於在所述迴路系列中，每隔一個的獨立迴路在垂向上偏置大約所述U形排之間的所述垂向間距的一半。
18．如權利要求17所述的熱交換設備，其特徵在於還包括至少一個與所述通道連通的垂向氣室，所述垂向氣室在所述外殼中向上延伸至所述頂部。
19．如權利要求18所述的熱交換設備，其特徵在於所述各獨立迴路的布置使所述流體流在每一迴路中按照與進入所述入口區的所述環境空氣相同的方向流動。
20．如權利要求19所述的熱交換設備，其特徵在於所述移送空氣的裝置位於所述結構外殼之個，使該裝置的排放與所述單一空氣入口連通，該裝置使所述入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
21．如權利要求19所述的熱交換設備，其特徵在於所述移送空氣的裝置位於所述設備頂部中，所述空氣入口基本敞通以便從所述設備之外接納所述環境空氣並與所述空氣入口區相連通，該裝置的排放基本與所述頂部的所述開口連通，該裝置使所述入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
22．如權利要求17所述的熱交換設備，其特徵在於所述迴路中流動的所述流體流基本按照平行於所述側壁的方向流動。
23．如權利要求22所述的熱交換設備，其特徵在於所述移送空氣的裝置位於所述結構外殼之外，使該裝置的排放與所述單一空氣入口相連通，該裝置使所述入口區中的所述空氣流具有大於所述環境空氣壓力的壓力。
24．如權利要求23所述的熱交換設備，其特徵在於所述空氣入口位於所述側壁之一中，其中，環境空氣垂直於所述迴路中的所述流體流地流入所述空氣入口。
25．如權利要求24所述的熱交換設備，其特徵在於還包括至少一個與所述通道相連通的垂向氣室，所述垂向氣室在所述結構外殼中從所述通道向上延伸至所述頂部。
全文摘要
可用作蒸發冷凝器、流體冷卻器或溼空氣冷卻器的熱交換裝置設有覆蓋在間接蒸發熱交換部分上的直接熱交換部分。兩個熱交換部分共用的空氣入口區接納來自至少一個風扇的空氣流,以加壓氣室,從而迫使空氣流在設備內分開關進入每個部分。這樣就不再需要單獨的空氣入口,從而減小了設備的尺寸幫造價,同時提高了熱交換容量。通過直接部分的逆流式氣流模型可提供均勻冷卻的蒸發液體以供間接部分中使用。蒸發液體流平行於在間接部分中提供的空氣流。在間接部分的迴路中的流體可接受或排走來自直接部分的蒸發液體的熱量,一部熱量以顯熱和潛在的形式傳入間接部分空氣流中,從而增加或減小空氣流的熱函。其餘熱量可以儲存或從蒸發液體除去以增加或減小其溫度。蒸發液體收集在槽中,然後向上泵送以便在直接蒸發熱交換部分上再分配。
文檔編號F28C1/14GK1215830SQ9610506
公開日1999年5月5日 申請日期1996年4月17日 優先權日1995年4月21日
發明者布萊尼斯拉夫·科萊尼克 申請人:巴爾的摩汽圈公司