多级混合式蒸发冷却系统的制作方法

专利名称：多级混合式蒸发冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冷却系统的方法和设备，尤其涉及一种多级混合 式蒸发冷却系统。
背景技术：
大多数发电系统的能量渐减曲线是当空气温度增加时，由于空气密度 的降低导致这些发电系统的输出能量降低。换言之，为了更大的能量输出 大多数发电系统引入密集的空气以便更有效的操作。即，空气越密集，发 电机的运行效率就越高。众所周知，较冷的空气比较热的空气密集，因此
今天的发电引入系统(intake system) —般与空气冷却系统结合，从而 为发电机组提供了用于更加有效运行发电机组的更冷的、从而更加密集的 空气。因此，可以说，通过增加发电系统的效率，从而增加发电系统的电 能输出，所述冷却系统间接地用作用于发电系统的发电功率增大系统。
用于通过更冷的密集空气以增加总发电效率的传统方法包括蒸汽注 入、制冷、雾化、和空气的直接蒸发冷却。除了这些传统方法外，间接蒸 发法是通过冷却增加引入的空气的密度的较为便宜的方法。在此领域内的 在先专利包括Schlom等人的美国专利NO. 4023949 、 NO. 4107940 、 NO. 4137058、 NO. 4156351和N0. 4418527; Fogelman的5076347;和Kopko的 W09851916A1。
在Schlom等人的美国专利6385987中披露的一种最近产生的用于冷却 空气的方法是混合式蒸发冷却系统(已知为"Schlom"循环)，所述混合
式蒸发冷却系统可以被用作孤立的空气冷却器或与不同的发电系统一起 使用。Schlom等人在2002年5月14日发表的美国专利6385987的整个发明通 过引用在此并入，如果美国专利6385987的整个文本和附图在此申请中再 现，那么在此并入的信息与美国专利6385987所提交的部分一样多，并且 应该被看作提交的此申请的文本和附图的一部分。 在美国专利6385987中披露的换热器可用于单机组和多机组间接蒸发 过程。用于冷却的蒸发设备包括多级间接蒸发冷却换热器和多级集水坑， 其中当空气逐渐前进进入换热器时，与多级换热器的每级一对一相关联的 每级集水坑具有渐冷温度的集水。因为所述换热器和集水坑的是分开的、 完全密封的并且是各级孤立的(在各级之间产生热绝缘)，所以在干燥侧 输出空气会引起逐渐冷却。可以结合具有与它们相关的多级集水坑的其它 多级换热器，其中，第一多级蒸发组件的冷却空气流入到第二多级蒸发组 件的进气端，等等，多级组件的每个密封级彼此热绝缘。
在美国专利No. 6385987中披露的另外提高混合式蒸发冷却系统的效
率的领域包括更好的热交换和冷却剂蒸发过程，和使用新的制冷工艺，使 "室"迸口干球温度(dry-bulb temperature)尽可能地接近排气湿球温 度(wet-bulb temperature)从而增加实际过程的热力学效率。

发明内容
本发明提供和使用了改进的换热器、冷却剂蒸发、和新型的制冷步骤 从而改善了多级混合式蒸发冷却系统的效率。
本发明的一个方面提供了一种多级蒸发冷却系统，包括
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的直接蒸发冷却子系统；
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的间接蒸发冷却子系统，并且多级 混合式蒸发冷却系统的每级内的间接蒸发冷却子系统的一部分局部延伸 到下一级内，由此有助于下一级直接蒸发冷却子系统的进一步冷却。
本发明的一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其中
直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的每级内的集水 坑以便容纳通过泵供给到多级混合式蒸发冷却系统的每级内的换热器部 分的冷却剂，从而将所述冷却剂移动到分配支管从而将冷却剂输送到换热 器，在换热器中直接蒸发冷却子系统气流蒸发朝着换热器外表面流动的冷 却剂从而间接蒸发冷却了间接蒸发冷却子系统气流。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
直接蒸发冷却子系统产生蒸发潜热，从而引起处于较低温度的间接蒸
发冷却子系统的热传导，由此减弱了间接蒸发冷却子系统气流。
本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
直接蒸发冷却子系统包括
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的排气单元，所述排气单元用于从 直接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流；和
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的脱水器，所述脱水器用于在从直 接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流之前从直接蒸发冷却 子系统气流中移除冷却剂液滴。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
排出的直接蒸发冷却子系统气流被引导到外部系统以便冷却外部系统。
本发明的再一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
直接蒸发冷却子系统包括
用于将直接蒸发冷却子系统气流从直接蒸发冷却子系统中排出的排 气单元；和
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的脱水器，所述脱水器用于在将直 接蒸发冷却子系统气流排出直接蒸发冷却子系统之前将冷却剂液滴从直 接蒸发冷却子系统气流中移除。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
多级混合式蒸发冷却系统的最后一级的集水坑内的冷却剂被供给到
介质泵(media bump)，将冷却剂移动到分配系统从而沿介质(media)的
顶部分配冷却剂以便进一步冷却和清洗间接蒸发冷却子系统气流。
本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
由于冷却剂的进一步蒸发，从介质中来的冷却剂进一步降低了间接蒸 发冷却子系统气流的温度；并且
冷却剂的进一步蒸发导致较低的干球温度，引起介质槽内的冷却剂温 度的进一步降低，从而当冷却剂排入到最后级的泵内的时候，降低了存在 于最后级泵内的冷却剂的温度。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
直接蒸发冷却子系统包括-
用于进一步冷却直接蒸发冷却子系统其它的制冷单元。 本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
制冷单元的冷凝器盘管沿直接蒸发冷却子系统气流的通道布置。 本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
制冷单元包括
用于将液体制冷剂膨胀成低温蒸汽制冷剂的膨胀装置； 使用来自膨胀装置的低温蒸汽制冷剂降低冷却剂温度的蒸发器冷却
器；
由于压縮热，将来自蒸发器冷却器的低温蒸汽制冷剂压縮成高温气态 制冷剂的压縮机；和
将来自压縮机的高温气态制冷剂冷却成中等温度的液体制冷剂并且 将其供给到膨胀装置的冷凝器盘管。
本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
所述泵将来自一级或多级的第一级集水坑的冷却剂移动到蒸发器冷 却器内以便降低冷却剂的温度，并且移动到一级或多级的最后一级集水坑
内；
由此过多的冷却剂在最后一级集水坑内的下落到前一机集水坑内，由 此降低了前一级集水坑的冷却剂温度。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
换热器包括独立的板以便形成每级独立的换热器，每级内单独产生的
换热器排列形成间接蒸发冷却子系统气体从一级流动到下一级的连续通 道。
本发明的再一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
换热器包括横跨混合式蒸发冷却系统的所有级的整个水平长度的上 板组，部分横跨每级的整个水平长度的下板组，任何相继的下一级换热器 的上板组和下板组是前一级换热器的延伸。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，包括..
多级混合式蒸发冷却系统的每级内的间接蒸发冷却子系统； 多级混合式蒸发冷却系统的每级内的直接蒸发冷却子系统，并且直接 蒸发冷却子系统的第一部分完全延伸到每级的垂直长度，直接蒸发冷却子 系统的第二部分局部地延伸到每级的垂直长度，由此有助于进一步冷却下 一级间接蒸发冷却子系统。
本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
间接蒸发冷却子系统包括间接蒸发冷却子系统外壳用于防止间接蒸 发冷却子系统空气形式(air pattern)与直接蒸发冷却子系统空气形式 互换，所述间接蒸发冷却子系统外壳包括.-
用于防止冷却剂流动到间接蒸发冷却子系统外壳内的顶部集管； 用于维持间接蒸发冷却子系统气流之间的分隔的至少一个分隔器； 用于防止直接蒸发冷却子系统气体流动到间接蒸发冷却子系统外壳 内的底部集管。
本发明的再一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
所述的至少一个分隔器将多级混合式蒸发冷却系统分隔成两个或更 多水平部分从而维持间接蒸发冷却子系统气流之间的分隔，由此允许间接 蒸发冷却子系统气体流经两个或更多水平部分的第二部分从而排出间接 蒸发冷却子系统外壳进入直接蒸发冷却子系统，并且允许间接蒸发冷却子 系统气体流经两个或更多水平部分的第二部分从而继续流到下一级内的间接蒸发冷却子系统外壳内。
本发明的另一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的每级内的集水 坑以便容纳通过泵供给到多级混合式蒸发冷却系统的每级内的换热器部 分的冷却剂，从而将所述冷却剂移动到输送支管从而在换热器通道内输送 冷却剂，其中在换热器通道内的直接蒸发冷却子系统气流蒸发在换热器通 道内向下流动的冷却剂从而间接蒸发冷却了换热器通道外的间接蒸发冷 却子系统气流。
本发明的又一个可选方面提供了一种多级混合式蒸发冷却系统，其
中
换热器包括形成垂直换热器通道的一组板；
横跨混合式蒸发冷却系统的每级的整个高度的换热器通道的第一部 分，和大约横跨混合式蒸发冷却系统的每级的高度的换热器通道的第二部 分。
对于本领域的普通即使人员来说，从下面的优选的、没有限制的示范 性实施例的详细描述以及随后的附图和权利要求中可以看出，本发明的这 些和其它特征、方面和优点显而易见，


应该理解的是，附图只是用于示范性图示的目的而不是作为对本发明 的限制。通过说明书，专门使用单词"示范性"，意味着"作为示例、例 证、或图示。"被描述成"示范性"的任何实施例并不必然被理解为优选 或比其它实施例更优的实施例。
参照附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部件。 图l是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的一个实施例的示范性
图示；
图2是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的示范性三级系统的一
组级联集水坑的示范性图示；
图3是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的另一个实施例的示范性图示；
图4是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的N级部分示范性图示 (显示了六级中的前五级)；
图5是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的又一个实施例的示范 性图示，所述多级混合式蒸发冷却系统使用新颖的制冷工艺来加强冷却过 程；
图6A是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的再一个实施例的示 范性透视示意图；和
图6B是图6A中的多级混合式蒸发冷却系统的示范性图示。
具体实施例方式
图1是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统100的一个实施例的示
范性图示，所述多级混合式蒸发冷却系统ioo可以用作独立的发电系统或
与不同发电系统一起使用。如图所示，系统100由进气外壳102、 一个或更 多不同的分隔开的冷却室或冷气级(图中仅仅示出了两个级(1#和2#)， 和排气外壳104。所述多个不同的级是隔离的，且每级包括直接蒸汽冷却 子系统和间接蒸汽冷却子系统。每级的大小可以根据每级和整个系统的热 交换容量改变。
多级混合式蒸发冷却系统100内的每级对于相邻的连续级来说完全密 封，从而使得这一级的湿球温度与随后一级的湿球温度独立。系统ioo包 括用于每级的一组换热器，所述一组换热器大体上由成对布置的板组成以 便形成用于气流的从一级到随后的下一级的连续的水平通道。间接蒸发冷 却过程发生在用于气流的连续水平通道的内部。换言之，热传导 (conductive heat transfer)发生在间接蒸发冷却子系统气流与换热通
道的内壁之间的换热通道内以便冷却在所述通道内流动的空气。这些水平 换热通道的外部发生直接蒸发冷却过程。图l显示本发明的仅为二级型的 多级混合式蒸发冷却系统100的部分示意图，其中显示了各种气流路径。
在图1中所图示的多级混合式蒸发冷却系统100可以与发电机组(没有 示出)结合，且更冷的密集(有利的)空气(从系统100的间接蒸发冷却 子系统)供给到发电系统的进气单元。如图所示，使环境空气110通过进
气外壳102进入系统100，流经进气单元106、进气过滤器108，进入第一级 换热器112作为间接蒸发冷却子系统气流114。如上所述，第一级换热器112 大体上包括成对布置的板以便形成从一级到随后的下一级的连续的水平 通道，间接蒸发冷却子系统空气114在所述连续水平通道内流动。间接蒸 发冷却子系统气流114是保持干燥、当其流动通过延伸到随后的下一级的 连续水平换热器通道时在每级逐渐冷却下来、并且通过排气外壳104排出 的空气。可选地，所述排出的气流116可以随后被发电机组的进气系统作 为较冷的、较密集的空气使用。
环境空气110也通过下部进气口118进入直接蒸发冷却子系统作为气 流119。所述直接蒸发冷却子系统气流119在第一级集水坑120上方通过， 随后被抽起(图中两个笔直的、垂直向上的箭头)，并且由第一级直接蒸 发冷却子系统风扇124排出到大气中(由122指示)。第一级集水坑120进一 步包括第一级泵126,第一级泵126将存储在第一级集水坑120内的冷却剂 通过第一级管128移动到达第一级冷却剂分配支管130。冷却剂分配支管 130由一个或更多喷嘴或其它冷却剂输送机构132组成，通过冷却剂输送机 构132冷却剂(例如水)被喷洒或以其它方式被输送，然后冷却剂下落到 第一级换热器112的外部上从而冷却换热器。上升到系统100的第一级的直 接蒸发冷却子系统气流119 (或湿气流)接触下落的冷却剂(因此使用术 语"湿气流")，促进了下落的冷却剂的蒸发。此蒸发直接冷却在直接蒸发 冷却子系统内的1井级的内部环境空气，并且间接(通过蒸发的潜热 (latent heat))冷却在第一级换热器112的通道内的密集的或有用的气 流114。换言之，在第一级内的湿侧气流119引起冷却剂的直接蒸发，干侧 气流114由于此蒸发间接冷却通过与换热通道的内壁接触而形成的热传导 被间接冷却。
抽起的湿气流122通过第一级直接蒸发冷却子系统风扇124向上移动， 且冷却剂液滴击打在第一级脱水器元件134上，所述第一级脱水器元件在 将气流排出之前从气流119中滤出大多数水滴。因此，剩余的排出气流122 大体上是不具有水滴的高湿度的空气(假设冷却剂是水)，并且击打在脱 水器过滤器134上的滤出的冷却剂液滴只是向下排出回到第一级集水坑 120内。因此，冷却剂再循环并且第一级电动风扇124保持相当的干燥。另
外，潮湿的湿气流119没有返回到靠近多级混合式蒸发冷却系统100的间接 蒸发冷却子系统的进气外壳102的大气中。如图2的下面所描述的，可以通 过冷却剂进口136补充冷却剂117。
排出的、冷的、直接蒸发冷却子系统气流122可以用于降低其它系统 的温度。例如，冷气流122可以用于冷却发电机和/或轮机室，包括其它外 部系统所用的润滑油。传统上，在先技术的系统使用大型风扇来冷却。使 用较冷气流122可以避免使用大型风扇的必要性。相反，使用已经冷却的 气流122，较小型的风扇可以利用较冷空气122的流入用于降低环境温度， 这节约了运行较大风扇的能量消耗。因此，排出的潮湿气流122可以用于 冷却发电机和/或轮机室，包括其它外部系统所用的润滑油，且排出的密 集气流116可以被发电机组的进气系统用作用于更有效操作的较冷的、较
密集的空气。
本发明使用潜热与显(导)热之间的热力学关系以便更有效冷却第一 级内的间接蒸发冷却子系统气流114和第二级内的空气121。即，多级混合 式蒸发冷却系统100使用与温度(显热)变化相关的热量和与状态(潜热) 的变化相关的热交换相比的关系。潜热是单位质量的物质当其经过例如蒸 发、冷凝、和升华的状态改变(相变)时释放和吸收的热量，而不是指其 温度(例如，系统100内的冷却剂在相变时或相变期间保持相同的温度)。 在这种情况下，当在第一级内时冷却剂蒸发时，冷却剂从此级内吸收热量 以蒸发，因此，冷却剂改变其状态，并且从系统100的环境空气吸收的热 量降低了此级内的环境温度从而降低了显热。
显热是指通过系统温度的改变可以感觉、感测、或检测的热量。显热 是当物质的温度改变时吸收或传递的热量，然而所述物质不改变状态。这 就是引起温度改变的增加的或减少的导热。冷却剂的蒸发吸收环境热量， 引起在第一级换热器112内的感测的温度(显热)降低(减少)，从而通过 热传导冷却在各自的换热器112和140的通道内的第一级内的间接蒸发冷 却子系统气流(或有用的)空气114和第二级内的空气121。
由于分子的相互作用，冷却剂从液态改变成汽态，需要获得分子动能。 获得分子动能以剩余的冷却剂损失相同数量的能量从而以蒸发的潜热形 式显示为代价。由此，未蒸发的冷却剂和与所述冷却剂接触的第一级换热
表面的温度反映出它们分子动能的减少(能量守恒定律)。降低的分子动 能表示为减少的显热，从而通过热传导降低了间接蒸发冷却子系统空气
114和空气121的温度。
如图l进一步所图示，第二级换热器由横跨第二级的整个水平长度的 第二级换热器的上组(u卯er set) 140和部分延伸过第二级整个水平长度 的第二级换热器的下组(upper set) 142组成。与第一级换热器112—样， 第二级换热器的两个部分140和142大体上由成对布置的板组成以便形成 用于间接蒸发冷却子系统气流的、从一级到随后的下一级的连续不断的水 平通道。因此，从第一级换热器通道开始流动的间接装配冷却子系统空气 114作为更冷的空气121连续不断地流经第二级换热器的上组140的通道并 且通过排气外壳104排出。从第一级换热器通道开始流动的间接装配冷却 子系统空气114也连续不断地流经第二级换热器的下组142的通道并且排 出进入第二级，从而变成更冷的直接蒸发冷却子系统空气144。
在一个实施例中，每级内的换热器可以由一组独立的板组成从而形成 每级的独立换热器，只要在每级内独立形成的换热器被排列以便形成连续 不断的气流水平通道从而使间接蒸发冷却子系统空气从上一级流动到下 一级。在另一个实施例中，第一级换热器的第一级板可以横跨多级混合式 蒸发冷却系统100的所有级的整个长度。如此，任何随后的下一级换热器 的上组和下组仅仅是前面一级换热器的延伸。然而，与用于形成换热器的 实施例无关，本发明提供了换热器的下组，所述换热器的下组没有整个延 伸过或横跨任何一个单独一级(或其随后一级)的整个水平长度，而是仅 仅部分延伸通过一级的水平长度。
如图1所图示，在第一级换热器112内的通道内的一些间接蒸发冷却子 系统(干燥侧)气流114改变方向排出第二级换热器的下组142，并进入直 接蒸发冷却子系统作为第二级直接蒸发冷却子系统空气144。因为第二级 直接蒸发冷却子系统气流144已经作为气流114通过第一级换热器112，所 以第二级直接蒸发冷却子系统气流144比前一级气流119更冷，因此，基本 上己经被冷却了。另外，根据本发明，第二级直接蒸发冷却子系统气流144 也已经经过比第一级换热器112更冷的第二级换热器的下组142，以后将会 描述第二级换热器的下组142比第一级换热器112更冷的原因。因此，从这
些单独的换热器的下组142排出的气流实际上比换热器112的前一级通道 内的气流更冷一些。
任何随后一级换热器的下组进一步利用更低的湿球温度气体促进低 温级联冷却剂的在这些换热器的下组的外侧表面上蒸发。由此引起从其中 排出并且进入随后一级内的间接蒸发冷却子系统气体温度的进一步降低。 更具体地，参照图l，第二级换热器的下组142允许甚至更低温度的冷却剂 在第二级换热器的下组142的外侧表面上进一步蒸发。由此引起在间接装 配冷却子系统气流114排出后进入随后的下一级(第二级)的直接蒸发冷 却子系统之前，间接装配冷却子系统气流114的温度迸一步降低，作为直 接蒸发冷却子系统空气144。
总之，任何随后一级换热器的下组具有的长度近似等于大约每级水平 长度的一半。构成任何随后一级换热器的下组的高度的通道的实际数量大 体上等于或小于在其内下组终止的第二级换热器的上组的所有延伸的上 部通道的通道数量。即，任何随后一级换热器的下组的通道数量等于或小
于构成任何随后一级换热器的上组的通道数量。
在第二级上的更冷的直接蒸发冷却子系统空气144在第二级集水坑 150上方通过，然后被第二级直接蒸发冷却子系统风扇154抽起并且被吸出 (标示为152)进入大气。第二级集水坑150进一步包括第二级泵156，所 述第二级泵156使得在第二级集水坑150内存储的冷却剂通过第二级管子 158移动到第二级冷却剂分配支管160。第二级冷却剂分配支管160由一个 或多个喷嘴或其它冷却剂输送机构162组成，冷却剂(例如水)通过冷却 剂输送机构162被喷洒或以其它方式被输送，然后冷却剂下落到第二级换 热器的上组和下组140和142的外面部分上从而冷却第二级换热器的上组 和下组的通道。向上朝向系统100的第二级移动的第二级直接蒸发冷却子 系统气流144 (或湿气流)接触级联的冷却剂，并且促进级联冷却剂的蒸 发。此蒸发直接冷却在直接蒸发冷却子系统内的2弁级的内部环境气体， 并且间接冷却在第二级换热器的上组和下组140和142内的密集的或有用 的气流121。换言之，在第二级内的湿侧气流引起冷却剂的直接蒸发，并 且通过密集侧气流121与换热器通道的内壁之间的热传导，由所述蒸发间 接冷却密集侧气流121。朝着第二级上升的直接蒸发冷却子系统空气144促
进在甚至更低温度的级联冷却剂在第二级换热器140和142的表面上的进 一步蒸发。此蒸发直接冷却在系统100的第二级内的环境气体(由于汽化 潜热)，并且通过热传导间接地进一步冷却在第二级换热器的上组和下组 140和142内流动的蒸发冷却子系统空气121。
通过第二级直接蒸发冷却子系统风扇154将向上吸的湿气流152向上 移动，且冷却剂液滴击打在第二级脱水器元件164上，所述第二级脱水器 元件164在气流排出之前从气流152中滤出大多数水滴湿气。因此，剩余的 排出气流152大体上是不具有水滴的高湿度空气(假设冷却剂是水)，并且 击打在第二级脱水器过滤器164上的滤出的冷却剂液滴仅仅向下排出回到 第二级集水坑150内。因此，冷却剂再循环并且第二级电动风扇154保持相 当的干燥。另外，潮湿的湿气流144也没有返回到靠近多级混合式蒸发冷 却系统100的间接蒸发冷却子系统的进气外壳102的大气中。与排出的第一 级弁1的冷空气122—样，排出的、冷的直接蒸发冷却子系统第二级气流152
可以用于降低其它系统的温度。
多级混合式蒸发冷却系统100的二级型式固定在基部170上并且横跨 基部170的整个长度，并且支撑每个独立级的两个独立的集水坑120和150。 冷却剂由其它机构通过每级各自'的分配支管130和160喷洒或传送，并且下 落在相应的换热器112、 140和142上并进入相应的集水坑120和150。因此， 多级混合式蒸发冷却系统100的一个特征在于提供了一部分间接装配冷却 子系统空气114成为第一间接蒸发冷却的、然后用作随后的下一级的直接 蒸发冷却子系统空气。
如进一步所图示的，第二级(一般)，任何多级混合式蒸发冷却系统 100的最后级进一步包括介质泵172，介质泵172将冷却剂从最后级集水坑 (此时为集水坑150)移动通过介质管174进入排气外壳104。介质泵172将 最后级集水坑150内的冷却剂移动到分配系统，所述分配系统沿第一介质 176和第二介质178的顶部分配冷却剂，从而当间接蒸发冷却子系统气流 121进入排气外壳104成为空气123的时候进一步冷却和冲洗间接蒸发冷却 子系统气流121。第一介质176和第二介质178都包括各自的第一覆盖冲洗 器180和第二覆盖冲洗器182，用于迫使冷却剂朝向各自的第一和第二介质 176和178向下。下落在第一和第二介质176和178上的冷却剂被聚集进入介质槽183内，在介质槽183内冷却剂185通过介质槽出口184排出，并且返回 进入最后级集水坑150内。下落在介质上的冷却剂进一步降低在排气外壳 104内流动的气流123的温度，并且气流123从排气外壳104排出成为气流 116。当气流121进入并通过排气外壳104时被进一步冷却以成为更冷空气 123的原因是由于在排气外壳104内的冷却剂进一步蒸发的缘故。另夕卜，冷 却剂的进一步蒸发导致在排气外壳104内的更低的干球温度，这使得介质 槽183内的冷却剂的温度进一步降低，当冷却剂排进最后级集水坑150的时 候，降低了存在于最后级集水坑150内的冷却剂的温度。
图2图示了根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统的示范性三级系统 的一组级联集水坑的截面示意图。如图所示，本发明提供了用于冷却剂的 独立的、不同的集水坑120、 150和202，由在换热器的外表面上的直接蒸 发冷却子系统所使用。独立的集水坑在多级混合式蒸发冷却系统100的最 后一级上维持最冷的冷却剂。如图所示，这些集水坑可以布置成"级联" 形式，其中冷却剂从最后图示的3井级内的最冷的最后的集水坑202流到第 一首先图示的1#级内的最暖的集水坑120。
浮球阀204或任何其它的冷却剂液位调节机构按照在暖侧集水坑120 内的冷却剂的水位的需要来调节最冷集水坑202的再次填充。当集水坑120 内的水位降低时，浮球阀204允许冷却剂从冷却剂进口136进入。从浮球阀 204至最后的集水坑202的冷却剂管线206允许最后的集水坑按照第一集水 坑120的水位再充填冷却剂。冷却剂传送管208和溢流管(也是排水管)210 接通了集水坑系统。
每个独立的集水坑位于具有独立泵的独立传递或喷洒系统的底部，所 述的独立泵供给每个独立的传送机构和集水坑单元。在优选的实施例中， 最后的集水坑在其它空气洗涤器上，或，如果使用直接蒸发级的话，最后 的集水坑在最后的换热器上。在此实施例中，冷却剂仅仅被供给到直接蒸 发级，然后向下流到最低的集水坑内，任何多余的水从所述的最低的集水 坑内排出。另外，在这一点上，充足的"渗流"将用于维持在冷却剂中溶 解的固体的低浓度以便防止溶解固体聚集在换热器的壁上。因为不同的集 水坑之间充分地热绝缘，流经每一部分或每一级的气体有比前一级或部分 的更冷些的倾向、集水坑的热温度的梯级变化都反映出冷却的增加并且有 助于冷却的增加。应该注意的是，在本发明的混合式多级冷却系统100内
的所有冷却剂通过一个或多个过滤机构用于从冷却剂中过滤或移除物体 或碎屑。
图3是一个一级或多级使用单个直接蒸发冷却子系统风扇302的多级 混合式蒸发冷却系统300的另一个实施例的示范性图示。多级混合式蒸发 冷却系统300的每级包括与图1和2中所示的以及上面所述的多级混合式蒸 发冷却系统100的每级相同的对应的或相等的元件。因此，为了简洁、清 晰和便利，将不再重复描述己经在上述中描述与图1和2中所示的多级混合 式蒸发冷却系统100相应的或等同的每个元件。
图3所示，在任何级内的直接蒸发冷却子系统气流被抽起，并且通过 单个直接蒸发冷却子系统风扇302将其排出进入大气中。被抽起的湿气流 通过单个直接蒸发冷却子系统风扇302上升，在气流内的冷却剂液滴击打 在每级的脱水器元件上，所述每级脱水器元件在气流排出之前从气流中滤 出大多数水滴。因此，剩余排出的气流大体上是不具有水滴的高湿度(假 设冷却剂是水)气体，并且击打在脱水器每级过滤器上的滤出的冷却剂液 滴仅仅向下排出回到每级的独立的集水坑内。因此，冷却剂再循环并且单 个电动风扇302保持相当的干燥。
图4显示了N级(显示了前5级)多级混合式蒸发冷却系统400的截面示 意图。多级混合式蒸发冷却系统400中的每级包括与图1和2中所示的以及 上面所述的多级混合式蒸发冷却'系统100的每级相同的对应的或相等的元 件。因此，为了简洁、清晰和便利，将不再重复描述已经在上述中描述的 与图1和2中所示的多级混合式蒸发冷却系统100相应的或等同的每个元件。
如图4所示，引入的环境空气110进入间接蒸发冷却子系统并且最终排 出作为冷的、密集的空气U6。同一环境空气110进入直接蒸发冷却子系统， 然后被第一级的直接蒸发冷却子系统风扇124抽起作为气流119。如同图l 至3中所图示的和上面描述的两级过程一样，每级上的间接蒸发冷却子系 统空气114、 121、 425、 427和431中的一些被再次引入到在相继的下一级 上的直接蒸发冷却子系统内作为空气144、 402、 404和406。空气144、 402、 404和406穿过独立的逐级换热器142、 408、 410和412的下组，因此，从换
热器的这些特定通道排出的气流逐渐地变得更冷。总之，随后的换热器的
下组142、 408、 410和412所具有的长度近似等于每级的水平长度的大约一 半。构成任何随后一级换热器的下组的高度的通道的实际数量大体上等于 或小于所述级的上组的完全延伸的上部通道的通道数量。即，任何随后一 级换热器的下组的通道数量等于或小于构成任何随后一级换热器的上组 的通道数量。
随后一级换热器的下组142、 408、 410和412进一步促进间接蒸发冷却 子系统气流114、 121、 425、 427和431的逐渐冷却。每个相继级内的较低 温度的冷却剂的蒸发发生在这些延伸的换热器的外侧表面上，以气体的湿 球温度逐渐低于上一级的气体湿球温度。所述较冷气体蒸发下落在下一级 换热器的下组142、 408、 410和412上的较冷冷却剂，引起按照顺序通过每 个相继级的空气114、 121、 425、 427和431的温度的进一步降低。换言之， 通过将换热器的下组延伸到下一级，在相继的下一级内延伸的通道的外侧 表面上发生更低温度的进一步蒸发。由此使得在进入相继的下一级的直接 蒸发冷却子系统作为气流144、 402、 404和406之前，间接蒸发冷却子系统 气流114、 121、 425、 427和431的温度进一步降低。较冷的直接蒸发冷却 子系统气流114、 402、 404和406又进一步冷却流经相继每级内的换热器的 上组的间接蒸发冷却子系统气流114、 121、 425、 427和431。
随后,在每个相继级上已经冷却的间接蒸发冷却子系统(干侧)空气 114、 121、 425、 427和431变成了直接蒸发冷却子系统(湿侧)空气144、 402、 404和406，导致在每个独立级内的独立的较低温度湿侧空气144、 402、 404和406具有较低的露点温度(dew point temperature)。总体效果是更 有效冷却的密集气体116在具有较高空气密度的更低温度气流中排出。在 最后级的集水坑内的最冷的冷却剂进一步冷却级5上的最冷的间接蒸发冷 却子系统干燥气体431和具有最低湿球温度的最冷的湿侧气体406。对于提 供较低干球温度，相继一级的换热器的下组142、 408、 410和412提供了更 高效率，因此，提高了整个系统效率。每级相应的风扇124、 154、 420、 422和426排出所有的直接蒸发冷却子系统气流119、 144、 402、 404和406 作为相应的排出气流122、 152、 430、 432和434。
如同图1至3中所图示的以及上面所描述的两级系统一样，图4中所图
示的系统犯o也包括喷洒或其它传送支管，或接收从它们每级内的各自的
集水坑中泵送的冷却剂的其它冷却剂分配机构，和相应的脱水器。相应的
直接蒸发冷却子系统风扇124、 154、 420、 422和426使得被抽起的湿气流 119、 144、 402、 404和406上升，并且冷却剂液滴击打在相应的脱水器元 件上，所述脱水器元件在气流排出之前从气流中过滤出大多数水滴。因ji匕 剩余的排出气流122、 152、 430、 432和434基本上是具有高湿度(假设冷 却剂是水)的空气，并且击打在脱水器过滤器上的过滤出的冷却剂液滴仅 仅向下排回到它们各自级的集水坑内。因此，冷却剂再循环并且电动风扇 保持相当的干燥。另外，潮湿的湿气流没有返回至接近多级混合式蒸发气 体冷却系统400的间接蒸发冷却子系统的进口的大气。
图5图示了根据本发明的多级混合式蒸发冷却子系统500的又一个实 施例，其使用新制冷工艺以促进冷却。在此图示和描述的制冷系统可以被 用于任何披露的实施例中。多级混合式蒸发冷却系统500的每级包括与图1 和2中所示的以及上面所述的多级混合式蒸发冷却系统100的每级相同对
应的或等同的元件。因此，为了简洁、清晰和便利，将不再重复描述已经 在上面描述的与图1和2中所示的多级混合式蒸发冷却系统100相应的或等
同的每个元件。
如图5所示，多级混合式蒸发冷却系统500包括新制冷系统以便进一步 冷却直接蒸发冷却子系统，尤其是通过冷却在每级集水坑内集聚的冷却剂 来冷却直接蒸发冷却子系统。与大多数传统的制冷单元不同，本发明的制 冷系统没有将冷却蛇形管放置在间接蒸发冷却子系统气流114和121内从
而冷却接触或击打冷却蛇形管的气流。相反，本发明的制冷系统使用在直 接蒸发冷却子系统中循环的冷却剂间接地冷却间接蒸发冷却子系统气流 114和121。
根据本发明的制冷系统消除了阻碍间接蒸发冷却子系统空气114和 121的流动的相当大的障碍，所述障碍是通过将冷却蛇形管(在在先技术 中使用的)直接放置穿过间接蒸发冷却子系统气流l 14和121以便冷却气流 114和121而引起的。降低进口压力系数的气流的此障碍由此也减少了发电 系统产出的能量。气流压力系数是气流的流阻，以水英寸测量得到。因此， 正如当温度增加时，发电机组的产电量降低(由于气体密度的降低) 一样，
气流压力降低时发电机组的产电量也降低。即，当气流压力降低时，产电
量也降低。因此，本发明已经消除了为了冷却间接蒸发冷却子系统气流114 和121在其内使用冷却蛇形管，结果，当空气114和121作为空气123排出通 过排气外壳104成为有用的密集气体116时，系统的气流114和121内的压力 损失保持不变。
如图5所示，本发明的制冷系统冷却在集水坑内集聚的冷却剂，通过
制冷泵518使得冷却剂从第一级集水坑120流经冷却剂管线516到冷却)t却 剂的冷却器蒸发器506。然后，冷却后的冷却剂通过冷却剂回流管线520流 动到下一级集水坑150。如上面有关图2所描述的那样，当冷却剂在下一级 集水坑150内集聚时，在下一级集水坑150内的任何多余的、额外聚集的冷 却剂下落到上一级集水坑120内。
制冷系统的整个循环由膨胀装置504组成，通过制冷剂管线502液相制 冷剂进入膨胀装置504并且膨胀成低压蒸汽(或气体)。可以用于本发明的 膨胀装置的非限制性示例包括毛细管(capillary tube)、恒温膨胀装置、 下侧浮球阀、恒压膨胀装置、和适用于给定用途和本发明可以被用于其中 的环境的任何其它已知膨胀装置。膨胀装置504的作用是为了降低液体制 冷剂的压力(通过将其从液相改变成汽相)，并且调节流到蒸发器冷却器 506的制冷剂的流量。即，膨胀装置504阻止(节流)制冷剂流入蒸发器冷 却器506，并且将制冷剂从液体改变成气体(汽相)。换言之，膨胀装置504 允许液体制冷剂具有可控的膨胀，从而吸收环境热量(潜热)并且将冷却 剂从液体改变成气体。在冷却器蒸发器506的换热器内部的膨胀的蒸汽制 冷剂是低温、低压制冷剂气体。低温低压制冷剂在蒸发器冷却器的管内吸 收显热。当冷却剂泵518将冷却剂泵送到冷却器蒸发器506内时，冷却剂开 始与冷却器蒸发器506的冷却蛇形管、管子、和其它换热机构接触，并且
通过热传导被冷却。
通过经由压缩机制冷剂管线550从冷却器蒸发器506中移动低温气体
(或蒸汽)制冷剂进入压缩机508从而将制冷剂压缩成热气体继续制冷剂 循环。通过压缩机508将从冷却器蒸发器506出来的冷的制冷剂气体(或蒸
汽)进行压縮，由于已知现象，即，压縮热，从而提高了冷却剂气体温度。 现在，从压縮机508来的热气体冷却剂通过冷凝器冷却剂管线510移动
首先进入第一级内的一组冷凝蛇形管514内，然后进入第二级内的一组冷 凝蛇形管512内，在那里高温气体冷却剂被冷却、冷凝成液体，最后通过 冷却剂管线502返回到膨胀装置504。当较大组相应的直接蒸发冷却子系统 风扇530和540抽起湿侧气流时，本发明使用基本上靠近湿球温度气体的直 接蒸发冷却子系统气流119和144的湿侧气体，从而冷却冷凝器514和512。
应该注意的是，冷凝器冷却剂管线510与冷凝器514连接，而没有与冷 凝器512连接。由此能够使热气体冷却剂从冷凝器冷却剂管线510内流动进 入冷凝器514内从而进行第一或最初级的冷却，从而局部将气体转换(或 冷凝)成液体。现在，较冷的、气一液混合冷却剂流动到第二级冷凝器512 内进行第二级冷却，在所述第二级冷凝器512内混合物气一液冷却剂进一 步被冷却、冷凝成液相。然后，液体冷却剂再流动循环通过管线502 (所 述管线502与冷凝器512连接)并且进入膨胀装置504内，在膨胀装置504内 开始重复整个循环。
由于放置在它们的气流内的阻碍件(例如冷却盘管)没有产生任何压 力损失，作为本发明的冷却系统的结果，间接蒸发冷却子系统空气114和 121进一步被冷却并且通过气体排出外壳104排出作为冷的、密集的、有用 的气体116。进一步地，冷却剂循环由直接蒸发冷却子系统气体维持，并
且直接蒸发冷却子系统气体在多级混合式蒸发冷却系统的每级内流动从 而冷却冷却剂循环的冷凝器部分，而不需要更多其它能量冷却冷凝器。
图6A和6B是根据本发明的多级混合式蒸发冷却系统600的另一个实施 例的示范性图示，所述多级混合式蒸发冷却系统600使用垂直换热器组。 利用本发明的系统600，直接蒸发冷却过程发生在垂直换热器通道的内部 内，间接蒸发冷却过程发生在垂直换热器通道的外部。换言之，整个系统 600是图1至5中的上述系统的翻过来的(inside—out)型式。系统600中， 湿气体119和144在垂直换热器通道内部而不是外部流动，干空气114和121 在垂直换热器通道外部而不是内部流动。图6A显示了只有两级型式的本发 明的多级混合式蒸发冷却系统600的透视截面示意图，显示了各种气流路 径。图6B是图6A中所图示的两级混合式蒸发冷却系统600的示范性示意图， 也显示了各种气流路径。图6A和6B中所图示的多级混合式蒸发冷却系统 600的每级包括与图1和2中所示的以及上面所述的多级混合式蒸发冷却系
统100的每级相同对应的或等同的元件。因此，为了简洁、清晰和便利， 图6A和6B的常规描述将不再重复描述已经在上述中描述的、与图1和2中所 示的多级混合式蒸发冷却系统100中相应的或相等的每个元件。尽管没有 示出，对于本领域内的普通技术人员，显而易见的是，系统600可以包括 单个直接蒸发子系统排气扇(如图3中所描述和图示的)、多个级(如图4 中所描述和图示的)，和冷却系统(如图5中所描述和图示的)。
在Schlom等人的美国专利4023949、 4107940和4418527中描述了一组 垂直换热器的通常使用。Schlom等人的美国专利4023949、 4107940和 4418527的整个发明通过引用在此并入，并且在此并入的信息与提交的此 申请的一部分一样多，如果美国专利4023949、 4107940和4418527的整个 正文和附图在此申请中重复，那么应该被看待成提交的此申请的正文和附 图。
如图6A和6B中所图示，系统600使用一组垂直定向的第一级使用的换 热器612，第二级使用的换热器640和642，并且所述垂直换热器通道内的 其它装置喷洒或输送冷却剂。通过冷却剂沿着垂直换热器612、 640和642 的内表面向下的重力流连同(in conjunction with)在垂直换热器通道内 向上流动并且通过用于1级和2级的相应的风扇124和154排出的直接蒸发 冷却子系统气流119和144的对向流(counter current flow)获得直接蒸 发冷却子系统。环境空气110在垂直换热器612、 640和642的外表面进行热 传导接触流动以便冷却它们从而获得间接蒸发冷却子系统，被冷却的空气 116被输送到其它外部系统。
如图6A和6B进一步所示， 一组垂直的换热器612、 640和642堆叠在顶 部集管(header) 661、中间分配器663和底部集管665之间，从而形成间
接蒸发冷却子系统(干燥侧)外壳。即，间接蒸发冷却子系统外壳在顶部 由集管661，中间由分配器663,底部由底部集管665，侧外壳壁667、 669 和671，以及前壁和后壁(没有示出)限定。顶部集管661用于防止冷却剂 流动到间接蒸发冷却子系统外壳内。至少一个分配器663用于维持间接蒸 发冷却子系统气流之间的独立，底部集管665用于防止直接蒸发冷却子系 统气流119和144流到间接蒸发冷却子系统外壳内。至少一个分配器663将 多级混合式蒸发冷却系统的每一级分隔成两个或更多水平部分以便维持
间接蒸发冷却子系统气流之间的水平分隔。此分隔允许间接蒸发冷却子系
统气流14和121通过两个或更多水平部分中的第一个从间接蒸发冷却子系 统外壳排出进入下一级的直接蒸发冷却子系统。所述分隔也允许间接蒸发 冷却子系统气流通过两个或更多水平部分的第二个继续在间接蒸发冷却 子系统外壳内流动进入下一级。
如进一步所图示，间接蒸发冷却子系统空气114和121在换热器外侧自 由流动，并且通过与换热器612、 640和642的热传导被冷却。直接蒸发冷 却子系统空气119和144向上流入换热器通道，从换热器开口673排出，并 且由相应的第一级和第二级的排气扇124和154排出。同时，换热器通道内 的其它机构喷洒或输送冷却剂，且通过将冷却剂引导进入换热器612、 640 和642的顶部开口673内，集管661防止冷却剂进入间接蒸发冷却子系统腔 室。如图所示，下一级内的直接蒸发冷却子系统的第一部分大体上延伸每 级的垂直长度，且第二部分部分地延伸过该级的垂直长度，由此促进了下 一级间接蒸发冷却子系统的进一步冷却。
如同上面描述的和图示的其它实施例一样，多级混合式蒸发冷却系统 600的直接蒸发冷却子系统也包括用于容纳冷却剂的每级内的集水坑120 和150。通过每级内的泵126和156将冷却剂供给到换热器内。泵126和156 将冷却剂移动到分配支管134和160以便输送或喷洒换热器通道内的冷却 剂(通过喷嘴或其它冷却剂分配机构132和162)。换热器通道内的直接蒸 发冷却子系统气流蒸发在换热器通道内向下流动的冷却剂，从而通过热传 导间接蒸发冷却在换热器通道外部的间接蒸发冷却子系统气流。
如图6A和6B中所进一步图示的，第二级换热器包括横跨第二级的整个 水平长度、并且顶部被集管661盖住和底部由分隔器663盖住的第二级换热 器的上组640。第二级换热器也包括在其顶部由分隔器663盖住，在其底部 由底部集管665盖住的第二级换热器的下组642。间接蒸发冷却子系统外壳 提供间接蒸发冷却子系统气流114和121的从一级到相继的下一级的连续 流。因此，间接蒸发冷却子系统气流114从上部水平部分(由分隔器663形 成)内的第一级连续地流入下一级内作为更冷的空气121，并且通过排气 外壳104排出。从第一级下部水平部分流动的间接蒸发冷却子系统空气114 连续流经下部垂直换热器642并且被冷却，然后排入第二级作为更冷的直
接蒸发冷却子系统空气144。
如图6A和6B所示，第一级换热器612的间接蒸发冷却子系统(干侧) 气流114被排出并且改变方向经过第二级换热器的下组642，进入直接蒸发 冷却子系统作为第二级直接蒸发冷却子系统空气144。第二级直接蒸发冷 却子系统气流144比前一级气流119更冷，因为第二级直接蒸发冷却子系统 气流144己经作为气流114流经第一级换热器612，因此，己经基本上被冷 却。另外，根据本发明，第二级直接蒸发冷却子系统气流144也已经穿过 第二级换热器的下组642，所述第二级换热器642比第一级换热器612冷， 以后将会描述其原因。因此，从第一级排出并且流经换热器的下组642的 气流实际上比流经前一级换热器612的气流更冷些。
任何相继一级换热器的下组进一步有助于在具有较低湿球温度气体 的换热器通道内蒸发较低温度的冷却剂。由此引起迸一步降低流经换热器 642的间接蒸发冷却子系统空气的温度，并且使之流入相继的下一级。更 具体的是，与图6A和6B相关，第二级换热器的下组642允许在更低温度在 第二级换热器的下组642内进一步蒸发冷却剂。由此引起间接蒸发冷却子 系统气流114在其进入随后的下一级(第二级)的直接蒸发冷却子系统成 为直接蒸发冷却子系统气流144之前温度的进一步降低。
总之，任何下一级换热器的下组的长度大约等于上组的垂直长度。组 成任何下一级换热器的下组宽度的通道的实际数量大体上小于第二级换 热器上组的完全伸展的上部通道的通道数量。即，任何下一级换热器的下 组的通道的数量小于组成任何下一级换热器上部通道的数量。
在第二级的更冷的直接蒸发冷却子系统空气144通过第二级集水坑 150，并且随后被第二级直接蒸发冷却子系统风扇154抽起和排出(标示为 152)进入大气中。第二级集水坑150进一步包括第二级泵156，第二级泵 156将存储在第二级集水坑150内的冷却剂通过第二级管158移动到第二级 冷却剂分配支管160。第二级冷却剂分配支管160由一个和更多喷嘴或其它 气体冷却剂分配机构162组成，通过所述冷却剂分配机构162冷却剂(例如 水)被其它装置喷洒或输送，然后下落到第二级换热器的上组和下组640 和642的内部，从而冷却第二级的上下换热器的内部通道。在第二级的换 热器内向上移动的第二级直接蒸发冷却子系统气流144 (或湿气流)接触 下落的冷却剂，并且促进下落冷却剂的蒸发。此蒸发直接冷却了换热器通
道的内部，并且间接冷却了流经第二级换热器的上组和下组640和642的密 集的或有用的气流121。换言之，第二级换热器通道内的湿侧气流引起其 中冷却剂的直接蒸发，并且密集侧气流121通过其本身与换热器通道外壁 之间的热传导被上述蒸发间接冷却。即使在第二级换热器640和642内的较 低温度情况下，直接蒸发冷却子系统气流144从第二级换热器通道内朝着 第二级向上移动促迸了在其中的下落的冷却剂的进一步蒸发。此蒸发进一 步直接冷却通道内的气体(由于潜热)，并且通过热传导进一步间接冷却 流经第二级换热器上组和下组640和642的间接蒸发冷却子系统空气121。
如同其它实施例一样，直接蒸发冷却子系统包括在多级混合式蒸发冷 却系统的级中的排气单元124和154 (如图3所图示的那样， 一个单元用于
一个级，或一个单元用于整个系统)以便从直接蒸发冷却子系统排出直接 蒸发冷却子系统气流。直接蒸发冷却子系统进一步包括在多级混合式蒸发 冷却系统的每级内的脱水器130和164，以便在直接蒸发冷却子系统气流从
直接蒸发冷却子系统中排出之前将冷却剂液滴从直接蒸发冷却子系统气 流中移除。多级混合式冷却系统600的最后第二级集水坑150内的冷却剂供 给到介质泵172，将冷却剂移动到分配系统以便沿介质176和178的顶部180 和182分配冷却剂从而进一步冷却和清洗间接蒸发冷却子系统气流123。如 上面所指示的，多级混合式蒸发冷却系统600可以包括用于进一步冷却直 接蒸发冷却子系统空气116的制冷单元。
尽管针对结构特征和/或方法作用在语言上已经相当详细地描述了本 发明，应该理解的是，在附属权利要求中限定的本发明不必然限于所描述 的具体特征或作用。而是，具体特征和作用被披露成实施申请本发明的优 选形式。因此，在不偏离本发明的精神和保护范围的情况下，可以对其做 出修改和替换。
权利要求
1、一种多级混合式蒸发冷却系统，包括多级混合式蒸发冷却系统的级内的直接蒸发冷却子系统；多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的间接蒸发冷却子系统，并且多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的间接蒸发冷却子系统的一部分局部延伸到下一级内，由此促进下一级直接蒸发冷却子系统的进一步冷却。
2、 根据权利要求1中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的用于容纳冷却剂的集水坑，所述冷却剂通过泵供给到多级混合式蒸发冷 却系统的所述级内的一组换热器，所述泵将所述冷却剂移动到分配支管从 而将冷却剂输送到换热器上，其中，直接蒸发冷却子系统气流蒸发沿换热 器外表面流动的冷却剂从而间接蒸发冷却该间接蒸发冷却子系统气流。
3、 根据权利要求1中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统产生蒸发潜热，从而引起对处于较低温度的间接蒸发冷却子系统的热传导，由此降低了间接蒸发冷却子系统气流的温 度。
4、 根据权利要求1中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的排气单元，所述排气单元用于 从直接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流；和多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的脱水器，所述脱水器用于在从 直接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流之前从直接蒸发冷 却子系统气流中移除冷却剂液滴。
5、 根据权利要求4中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中排出的直接蒸发冷却子系统气流被引导到外部系统以便冷却外部系统。
6、 根据权利要求1中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括用于将直接蒸发冷却子系统气流从直接蒸发冷却子系统中排出的排 气单元；和多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的脱水器，所述脱水器用于在将 直接蒸发冷却子系统气流排出直接蒸发冷却子系统之前将冷却剂液滴从 直接蒸发冷却子系统气流中移除。
7、 根据权利要求6中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 排出的直接蒸发冷却子系统气流被引导至外部系统以便冷却外部系统。
8、 根据权利要求2中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 多级混合式蒸发冷却系统的最后一级的集水坑内的冷却剂被供给到介质泵，从而将冷却剂移动到分配系统以沿介质的顶部分配冷却剂以便进 一步冷却和清洗间接蒸发冷却子系统气流。
9、 根据权利要求8中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 由于冷却剂的进一步蒸发，来自介质的冷却剂进一步降低了间接蒸发冷却子系统气流的温度；并且冷却剂的进一步蒸发导致较低的干球温度，这引起介质槽内的冷却剂 温度的进一步降低，从而当介质槽内的冷却剂排入到最后级的集水坑内 时，降低了存在于最后级的集水坑内的冷却剂的温度。
10、 根据权利要求1中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括用于进一步冷却直接蒸发冷却子系统其它的制冷单元。
11、 根据权利要求10中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述制冷单元的冷凝器盘管沿直接蒸发冷却子系统气流的通路布置。
12、 根据权利要求10中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述制冷单元包括-膨胀装置，用于将液体制冷剂膨胀成低温蒸汽制冷剂；蒸发器冷却器，用于使用来自膨胀装置的低温蒸汽制冷剂降低冷却剂温度；压缩机，由于压縮热，将来自蒸发器冷却器的低温蒸汽制冷剂压缩成高温气态制冷剂；和冷凝器盘管，将来自压缩机的高温气态制冷剂冷却成中等温度的液体 制冷剂并且将其供给到膨胀装置。
13、 根据权利要求10中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 一级或更多级中的第一级集水坑的冷却剂由泵移动到蒸发器冷却器内以便降低冷却剂的温度，并且移动到一级或更多级中的最后一级集水坑 内；由此在最后一级集水坑内过多的冷却剂下落到前一级集水坑内，从而 降低了前一级集水坑的冷却剂温度。
14、 根据权利要求2中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述换热器包括单独的一组板，以便形成用于级的独立的换热器，且每级内独立形成的换热器排列形成用于间接蒸发冷却子系统空气的气流 从一级到下一级的连续通道。
15、 根据权利要求2中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述换热器包括横跨混合式蒸发冷却系统的所有级的整个水平长度的上板组，和部分横跨每级的整个水平长度的下板组，且任何相继的下一 级换热器的上板组和下板组是前一级换热器的延伸。
16、 一种多级混合式蒸发冷却系统，包括多级混合式蒸发冷却系统的级内的间接蒸发冷却子系统；多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的直接蒸发冷却子系统，并且直 接蒸发冷却子系统的第一部分大体上延伸过所述级的垂直长度，且直接蒸 发冷却子系统的第二部分局部地延伸过所述级的垂直长度，由此促进下一 级间接蒸发冷却子系统的进一步冷却。
17、 根据权利要求16中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述间接蒸发冷却子系统包括间接蒸发冷却子系统外壳，用于防止间 接蒸发冷却子系统空气形式与直接蒸发冷却子系统空气形式互换，所述间 接蒸发冷却子系统外壳包括-用于防止冷却剂流动到间接蒸发冷却子系统外壳内的顶部集管； 用于维持间接蒸发冷却子系统气流之间的分隔的至少一个分隔器； 用于防止直接蒸发冷却子系统气体流动到间接蒸发冷却子系统外壳 内的底部集管。
18、 根据权利要求17中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述至少一个分隔器将多级混合式蒸发冷却系统分隔成两个或更多 水平部分，用于维持间接蒸发冷却子系统气流之间的分隔，由此允许间接 蒸发冷却子系统气流经两个或更多水平部分中的第一个排出间接蒸发冷 却子系统外壳并进入直接蒸发冷却子系统，并且允许间接蒸发冷却子系统 气流经两个或更多水平部分中的第二个继续流到下一级内的间接蒸发冷 却子系统外壳内。
19、 根据权利要求16中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的用于容纳冷却剂的集水坑，所述冷却剂通过泵供给到多级混合式蒸发冷 却系统的所述级内的一组换热器，所述泵将所述冷却剂移动到输送支管用 于输送换热器通道内的冷却剂，其中在换热器通道内的直接蒸发冷却子系 统气流蒸发在换热器通道内向下流动的冷却剂从而间接蒸发冷却在换热 器通道外部的间接蒸发冷却子系统气流。
20、 根据权利要求16中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 所述直接蒸发冷却子系统包括多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的排气单元，所述排气单元用于从直接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流；和多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的脱水器，所述脱水器用于在从 直接蒸发冷却子系统中排出直接蒸发冷却子系统气流之前从直接蒸发冷 却子系统气流中移除冷却剂液滴。
21、 根据权利要求20中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中排出的直接蒸发冷却子系统气流被引导到外部系统以便冷却外部系统。
22、 根据权利要求16中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述直接蒸发冷却子系统包括-用于将直接蒸发冷却子系统气流从直接蒸发冷却子系统中排出的排气单元；和多级混合式蒸发冷却系统的所述级内的脱水器，所述脱水器用于在将 直接蒸发冷却子系统气流排出直接蒸发冷却子系统之前将冷却剂液滴从 直接蒸发冷却子系统气流中移除。
23、 根据权利要求22中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 排出的直接蒸发冷却子系统气流被引导至外部系统以便冷却外部系统。
24、 根据权利要求18中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 多级混合式蒸发冷却系统的最后一级的集水坑内的冷却剂被供给到介质泵，从而将冷却剂移动到分配系统以沿介质的顶部分配冷却剂以便进 一步冷却和清洗间接蒸发冷却子系统气流。
25、 根据权利要求24中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 由于冷却剂的进一步蒸发，来自介质的冷却剂进一步降低了间接蒸发冷却子系统气流的温度；并且冷却剂的进一步蒸发导致较低的干球温度，这引起介质泵内的冷却剂 温度的进一步降低，从而当介质泵内的冷却剂排入到最后级的集水坑内 时，降低了存在于最后级的集水坑内的冷却剂的温度。
26、 根据权利要求16中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述直接蒸发冷却子系统包括用于进一步冷却直接蒸发冷却子系统空气的制冷单元。
27、 根据权利要求25中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述制冷单元的冷凝器盘管沿直接蒸发冷却子系统气流的通路布置。
28、 根据权利要求25中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中所述制冷单元包括膨胀装置，用于将液体制冷剂膨胀成低温蒸汽制冷剂；蒸发器冷却器，用于使用来自膨胀装置的低温蒸汽制冷剂降低冷却剂温度；压縮机，由于压缩热，将来自蒸发器冷却器的低温蒸汽制冷剂压縮成高温气态制冷剂；和冷凝器盘管，将来自压缩机的高温气态制冷剂冷却成中等温度的液体 制冷剂并且将其供给到膨胀装置。
29、 根据权利要求25中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中一级或更多级中的第一级集水坑的冷却剂由泵移动到蒸发器冷却器 内以便降低冷却剂的温度，并且移动到一级或更多级中的最后一级集水坑 内；由此在最后一级集水坑内过多的冷却剂下落到前一级集水坑内，从而 降低了前一级集水坑的冷却剂温度。
30、根据权利要求19中所述的多级混合式蒸发冷却系统，其中 换热器包括形成一组垂直换热器通道的一组板；且一组垂直的换热器通道中的第一部分大致横跨混合式蒸发冷却系 统的所述级的高度，且所述一组垂直的换热器通道中的第二部分大约横跨 混合式蒸发冷却系统的所述级的高度的一半。
全文摘要
一种多级混合式蒸发冷却系统，包括直接蒸发冷却子系统和间接蒸发冷却子系统，具有水平或垂直换热器通道。具有一组水平换热器通道的多级混合式蒸发冷却系统的一部分局部延伸到多级系统的下一级。具有垂直换热器通道的多级混合式蒸发冷却系统的垂直换热器通道的第一部分横跨多级混合式蒸发冷却系统的级的整个高度，并且多级混合式蒸发冷却系统的垂直换热器通道的第二部分大约横跨多级混合式蒸发冷却系统的级的一半高度。在没有影响其回流(压力流)的作用下，多级混合式蒸发冷却系统进一步包括用于降低间接蒸发冷却子系统气体的温度的制冷剂系统。
文档编号F28D5/00GK101356414SQ200680050683
公开日2009年1月28日 申请日期2006年10月4日 优先权日2005年11月8日
发明者安德鲁·J·贝克沃尔, 莱斯利·A·史罗姆 申请人:莱斯利·A·史罗姆;安德鲁·J·贝克沃尔