具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统的制作方法
【专利说明】具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本发明要求2014年2月4日提交的名为“具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷去P系统(Evaporative Cooling System with Liquid-to-Air Membrane EnergyExchanger) ”的美国专利申请US 14/187413的优先权，所述美国专利申请US14/187413要求2013年3月15提交的名为“具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统”的美国临时专利申请US61/799321的优先权，这两件美国专利申请通过引用整体合并于此。
【背景技术】
[0003]本发明的实施方式大体上涉及一种蒸发冷却系统和方法，更具体地，本发明涉及一种可以利用液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)的蒸发冷却系统和方法。
[0004]蒸发冷却器通过冷却流体(例如水)的蒸发对供应到空间中的供应气流进行冷却。随着流体蒸发，根据流体的蒸发恰(enthalpy)，来自与流体接触的气流(例如，直接蒸发冷却器中的供应气流)的热量被转移到流体中。蒸发冷却和传统的蒸发-压缩或吸收式制冷空调系统不同，在适于蒸发冷却器的条件下，后者通常需要更多的能量以实现和蒸发冷却器相同的效果。例如，蒸发冷却器可能只需要水源以提供蒸发流体，并可选地需要气流调节器(例如，风扇)以引导气流与流体接触，而相对于压缩机空调更加节能。但是，传统蒸发冷却器的适宜条件范围有限，即使在适宜条件下，可实现的冷却范围也有限。
[0005]例如，从蒸发冷却器出来的空气温度不容易控制，取决于室外空气的温度和湿度水平。系统的冷却潜力部分受限于室外湿球温度(wet bulb temperature)，室外湿球温度是室外空气温度和湿度的因素。随着室外空气的湿度增加，蒸发冷却系统的冷却能力或潜力降低，供气可能过分潮湿。在潮湿气候中，传统的蒸发冷却器可能无法将供气冷却到舒适温度和湿度。因此，通常使用更加耗能的空气调节方案，例如蒸发-压缩空调。
[0006]直接蒸发冷却器利用蒸发液体水和供应气流之间的直接接触对供应气流进行冷却。尽管与蒸发-压缩系统相比，传统的直接蒸发冷却器通常更加节能，但是它具有若干缺点。从冷却器出来的供气温度可能不容易控制，取决于室外空气的温度和湿度水平。因此，供气可能过于潮湿。直接蒸发冷却系统需要细心维护以确保细菌、藻类、真菌和其他污染物不在水系统中繁殖并转移到供气中。由于这些系统利用蒸发液体水和供气之间的直接接触，污染物被携带到气流中的情况可能会发生，导致室内空气的质量降低、气味、以及“室内空气综合征”。在单元内和蒸发垫上形成矿物沉积可能降低性能，并需要维护以进行补救。
[0007]蒸发冷却塔以相同的原理工作，并面临和直接蒸发冷却器相同的挑战。溶解矿物质在循环冷却水中的积聚可能在交换表面上导致沉积物和水垢而降低性能。冷却塔中的金属组件和水管的腐蚀是一个普遍关注的问题。主要利用抽取或清除来控制水路中的矿物浓度水平。灭微生物剂、灭藻剂、过滤和其他处理方法被用于控制微生物和生物膜的生长。微生物，例如细菌、藻类和真菌在温水中可以快速生长。特别受关注的一个问题是军团杆菌(Leg1nella)的生长，其可能引起军团病。例如，具有开放式蒸发水系统的冷却塔可能通过离开冷却塔并进入周围环境中的霭滴传播军团杆菌。导致死亡的多次军团病的爆发就归咎于冷却塔的这种现象。因此，发展出了对冷却塔水系统进行处理和维护的严格指导方针。所需的高水平维护，包括保持所有处理化学制品处于合适水平所需的成本和复杂度，对于在供热、通风和空调(HVAC)和工业冷却应用中使用的开放回路冷却塔而言是一个重大缺点。
[0008]仍然需要这样一种蒸发冷却系统:其能够在更大范围的条件和应用中使用，从而达到比传统蒸发冷却器所能达到的温度更低的温度。此外，仍然需要一种避免使用高能耗压缩机空调的蒸发冷却系统。
【发明内容】
[0009]本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统可以包括蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)、第一液体-空气热交换器(LAHE)以及冷却流体回路。蒸发冷却器LAMEE可以设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流。第一 LAMEE可以设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流。冷却流体回路可以设置为在蒸发冷却器LAMEE和第一 LAHE之间循环蒸发冷却流体。蒸发冷却器LAMEE可以设置为利用清洗气流对冷却流体进行蒸发冷却。第一 LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体，并允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。
[0010]可选地，蒸发冷却系统还可以包括第二 LAHE，该第二 LAHE设置在清洗空气室内，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的上游。第二 LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE或第一 LAHE中的至少一者接收冷却流体，并允许在冷却流体和蒸发冷却器LAMEE上游的清洗气流之间进行热传递。可选地，蒸发冷却系统还可以包括空气-空气热交换器(AAHE)，该AAHE沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的下游的清洗空气室设置，并设置在沿着处理气流的流动方向位于第一 LAHE的上游的处理空气室内。AAHE设置为接收清洗气流以及处理气流，并允许清洗气流在处理气流进入第一 LAHE之前从处理气流吸收热量。
[0011]本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统可以包括蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)、冷却流体回路以及空气-空气热交换器(AAHE) ο蒸发冷却器LAMEE可以设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流。蒸发冷却器LAMEE可以设置为通过进气口接收清洗空气供应流，并通过排气口排出清洗空气排出流。蒸发冷却器LAMEE还可以设置为通过流体入口接收蒸发冷却流体，并通过允许冷却流体蒸发到清洗气流中对冷却流体进行蒸发冷却。冷却流体回路可以设置为在蒸发冷却LAMEE和第一液体-空气热交换器(LAHE)之间循环冷却流体。第一 LAMEE可以设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流。第一 LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体，并允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。空气-空气热交换器(AAHE)可以沿着清洗空气室设置，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的下游。AAHE可以设置为接收清洗空气排出流，并允许清洗空气排出流从沿着处理气流的流动方向位于第一 LAHE上游的处理气流或位于蒸发冷却器LAMEE上游的清洗空气供应流中的至少一者吸收热量，从而分别冷却处理气流和清洗空气供应流。
[0012]本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却方法，该蒸发冷却方法可以包括引导清洗气流穿过设置在清洗空气室内的蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)。方法可以包括引导处理气流穿过设置在处理空气室内的第一液体-空气热交换器(LAHE)。方法还可以包括通过冷却流体回路在蒸发冷却器LAMEE和第一 LAHE之间循环蒸发冷却流体。方法还可以包括利用清洗气流对蒸发冷却器LAMEE内的冷却流体进行蒸发冷却。方法还可以包括在第一 LAHE中从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体。接收操作可以包括允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。
【附图说明】
[0013]图1是根据一种实施方式的蒸发冷却系统。
[0014]图2是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0015]图3是与蒸发冷却器LAMEE连接的水收集装置的一种实施方式的示意图。
[0016]图4是与图3所示蒸发冷却器LAMEE连接的第二蒸发冷却器LAMEE的示意图。
[0017]图5是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0018]图6是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0019]图7是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0020]图8是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0021]图9是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
[0022]图10是根据一种实施方式的蒸发冷却方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]结合附图，可以更好地理解前面的
【发明内容】
，以及下面对某些实施方式进行的详细描述。以单数形式表述并以词语“一个”或“一者”进行描述的元素或步骤应该理解为不排除元素或步骤的复数形式，除非这种排除被明确指出。此外，“一种实施方式”不应理解为将同样包含所述特征的附加实施方式排除在外。此外，除非明确另有说明，“包括”或“具有” 一个或多个具有特定特性的元素的实施方式可以包括不具有所述特性的附加元素。
[0024]图1是根据一种实施方式的蒸发冷却系统100。如图1所示，蒸发冷却系统100可以与数据中心102关联，并用于冷却在数据中心102内循环的处理气流104。数据中心102包括产生热量的多个服务器机架106。处理气流104吸收热量，提高处理气流104的温度。例如，处理气流104在进入蒸发冷却系统100的气室(plenum)时温度可以达到至少100° F0在一种实施方式中，蒸发冷却系统100可以将处理气流104冷却到80° F以下，由此处理气流104可以穿过数据中心102再循环，从而从服务器机架106吸收热量。尽管在图1中显示了数据中心102，但是需要注意，图1指示蒸发冷却系统100的一种示例应用。在其他实施方式中，蒸发冷却系统100可以用于其他商业应用，甚至住宅应用，例如商业楼或住宅楼等。
[0025]蒸发冷却系统100可以包括用于对清洗气流110进行蒸发冷却的液体-空气能量交换器(LAMEE) 108。LAMEE108在这里可以称为蒸发冷却器108和/或蒸发冷却器LAMEE108。清洗气流(scavenger air stream) 110-在这里也称为清洗空气110，其可以是周围室外条件下的室外空气。系统100还包括第一液体-空气热交换器(LAHE) 112 (下文中称为冷却盘管(cooling coil) 112)，其设计为对处理气流104进行冷却。蒸发冷却流体114可以流过LAMEE108，从而对清洗气流110进行蒸发冷却。离开LAMEE108的冷却流体114 (其在LAMEE108中冷