空气对空气的大气热交换器的制造方法
【专利摘要】一种用于在热交换设备中使用的片材。所述片材包括多个竖直肋部，所述多个竖直肋部顺着第一方向延伸并且始终位于所述片材的大致平行于所述热交换设备的竖直轴线的第一和第二边缘之间，其中，所述竖直肋部沿第二方向从平面突出出来。所述片材还包括多个水平肋部，所述多个水平肋部顺着第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述片材的大致平行于所述热交换设备的水平轴线的第三和第四边缘之间，其中，所述水平肋部顺着与所述第二方向相反的第四方向从平面凹陷并且与所述竖直肋部相交。
【专利说明】空气对空气的大气热交换器
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及减少冷却塔羽流和/或从冷却塔排出物中或其它排热装置中回收水。更具体地，本发明涉及用于减少冷却塔羽流和/或从冷却塔排出物中回收水以便提供洁净水源并且减少冷却塔的耗水量的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在例如使用蒸汽驱动的涡轮机的电力生产中，水被燃烧炉加热而产生蒸汽，蒸汽对涡轮机进行驱动而产生电力。为了使这个过程所需的洁净水的量减少到最小，蒸汽必须通过除热而再次转化成水，以便水能够在这个过程中可被重复利用。在例如用于大型建筑物的空气调节系统中，建筑物内部的空气被迫使经过包含有冷却的气体制冷剂的盘管，由此将热量从建筑物内部转移到气体制冷剂中。然后，升温后的制冷剂通过管道被输送到建筑物外部，此时必须将多余的热量从制冷剂中除去，使得制冷剂气体能够被重新冷却并且冷却过程能够连续进行。
[0003]在前述两种过程中，以及在需要消除多余热量的步骤的其它的大量过程中，使用了冷却塔。在湿式冷却塔中，水被泵送经过包含有加热蒸汽、制冷剂、或其它加热的液体或气体的冷凝器盘管，由此将热量转移到水中。然后，水被泵送至冷却塔并且喷洒到冷却塔介质(包括薄板材料或飞溅杆)上。当水从冷却塔介质流下时，环境空气被迫使经过加热的水并且热量通过显著的热传导和蒸发性热传导从水中转移到空气中。然后所述空气被迫使从冷却塔离开并且消散到周围空气中。
[0004]冷却塔是消散这种多余热量的高效并且节省成本的装置，并因而被广泛地用于此目的。然而，冷却塔所共有的缺点在于，在一定大气条件下，来自加热水源的水气蒸发到空气流中并且被携带到冷却塔的顶部外而产生羽流。在冷却塔非常大的散热设备中，如在发电厂的情况下，羽流会在冷却塔的附近产生低位雾气。当较低的温度能够使羽流中的水气冻结时，羽流还会在冷却塔的附近引起道路结冰。
[0005]因此，已经采取了措施来限制或消除由冷却塔产生的羽流。这些措施的示例存在于本领域中，例如提供有抑制羽流冷却塔，其中，环境空气除了从冷却塔的底部被引入并且随着热水被洒下到填料单元上时被迫使向上行进经过填料单元之外，还通过热水喷洒头下方的独立的导热通道被引入到冷却塔中。这些由诸如铝、铜等导热材料制成的通道允许环境空气在没有水气蒸发到空气中的情况下吸收一些热量。在冷却塔的顶部处，含湿气的加热空气和干燥的加热空气混合，由此减少羽流。
[0006]另一示例包括有羽流防止系统，其中，热水在被提供到冷却塔之前被部分地冷却。热水的部分冷却使用单独的热交换器(运行有诸如空气或水的单独的冷却介质)来进行。如在该专利中所论述的，单独的热交换器降低了冷却塔的效率，因而应当仅在当会使冷却塔产生羽流的大气条件存在时使用。
[0007]在又一示例中，可以使用如下系统，其中，热水首先被泵送经过干燥空气冷却区段，空气在该区段被迫使穿过与水流相连接的散热片。然后，已经被部分冷却的水被喷洒到定位在干燥空气冷却区段下方的填料单元上并且空气被迫使通过填料单元以进一步对水进行冷却。然后，湿空气被迫使在冷却塔内向上行进并且与来自干燥冷却过程的加热的干燥空气混合并且被迫使从冷却塔的顶部离开。
[0008]尽管上述系统针对湿式冷却塔的羽流问题提供了有效的解决方案，但它们需要构造出复杂的、并且很多时候是费用高昂的湿式和干式空气传热机构。仍然需要的是一种简单和费用低廉的湿式和干式空气冷却机构，其中，干燥的加热空气和含湿气的加热空气能够在离开冷却塔之前混合以由此减少羽流。
[0009]冷却塔的另一已意识到的问题是，用于冷却的水会变得使污染物浓缩化。随着水从冷却塔中蒸发出，另外的水被添加，但应当容易意识到的是水中的污染物将变得更为浓缩化，因为污染物并不随着蒸发而被除去。如果将化学物质添加到冷却水中以对水进行处理，这些化学物质会变得高度浓缩化，如果被释放到环境中将是非常不利的。如果用海水或废水来替换所蒸发的水(在淡水无法获得或费用高昂的情况下的常规做法)，水中的盐类和固体颗粒也会在冷却水回路中聚集。随着这些污染物变得更为浓缩化，它们会粘结在薄蒸发片材之间，从而逐渐降低冷却塔的冷却效率。
[0010]为了防止上述问题，习惯做法是对含有浓缩污染物的水的一部分进行“排放”并且使用来自水源的淡水对其进行替换。尽管这防止了冷却塔的水中的污染物变得过分浓缩化，但在排放过程期间排出水对环境存在影响。因此，已经采取了措施来减少冷却塔中的水
消耗量。
[0011]与本领域中目前使用的冷却塔有关的另一问题是对海水进行淡化以及对其它水源进行净化，以产生可饮用的饮用水。已经开发了大量的方法来从湿空气流中提取净化水。主要的工业化生产过程包括多级闪急蒸馏、多效蒸馏、蒸汽压缩蒸馏和反渗透。
[0012]前述内容表明，存在有对用于将海水或包含有高水平污染物的其它水源转化成纯净水源的淡化系统的需要。因此，需要一种简单和节省成本的将冷却塔的排出物冷凝来作为水源的设备。
【发明内容】
[0013]一种用于与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用的填料单元，包括:
[0014]多个片材，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，并且所述多个片材相组合以形成多个第一管道和多个第二管道，每个所述片材进一步包括:
[0015]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0016]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0017]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；
[0018]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界；
[0019]至少一个硬化拐角，其中，所述至少一个硬化拐角包括所述多个第一和第二管道，所述多个管道中的相邻的管道彼此接触，并且其中，所述第一边缘和所述第三边缘在所述至少一个硬化拐角处承受荷载。
[0020]一种具有多个片材的填料单元，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘，所述填料单元用于与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，并且其中，所述多个片材相组合以形成多个管道，每个所述片材进一步包括:
[0021]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0022]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0023]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；
[0024]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界，并且其中，所述至少一个大致平面状区域进一步包括功能性肋，所述功能性肋以与所述第一轴线成角度的方式设置在所述至少一个大致平面状区域上。
[0025]一种具有多个片材的填料单元，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘，所述填料单元用于与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，其中，所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的第一平面中并且所述片材相组合以形成管道，所述多个片材包括:
[0026]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述第一平面突出出来；
[0027]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述第一平面突出出来；
[0028]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述第一平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；
[0029]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述第一平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界；以及
[0030]连接所述第一片材和所述第二片材的密封部，其中，所述密封部包括一系列沿第一方向延伸而从所述第一平面凸起的凸部以及一系列沿与所述第一方向相反的第二方向延伸而从所述第一平面凹入的凹部，以便形成迷宫状几何结构。
[0031]一种生产用于填料单元的结合片材对的方法，包括:
[0032]提供多个单独的片材，其中，所述多个片材相组合以形成多个管道，所述片材各自包括:
[0033]每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括:
[0034]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0035]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0036]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；
[0037]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界；
[0038]至少一个硬化拐角，其中，所述至少一个硬化拐角包括所述多个第一和第二管道，所述多个管道中的相邻的管道彼此接触；
[0039]将所述片材对准，使得所述片材在接触位置处彼此相接触；以及
[0040]从所述结合片材对的相对的两侧将所述片材射频(RF)焊接到一起，以形成结合片材对。
[0041]一种用于使用热交换填料单元来冷凝水的方法，所述热交换填料单元与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，所述方法包括:
[0042]使待冷却的空气流流过多个第一管道，同时并发地使冷却空气流流过多个第二管道，所述第一和第二管道由多个热交换片材形成，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括:
[0043]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0044]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0045]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；
[0046]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界；以及
[0047]至少一个硬化拐角，其中，所述至少一个硬化拐角包括所述多个第一和第二管道，所述多个管道中的相邻的管道彼此接触；以及
[0048]从所述待冷却的空气流中冷凝水。
[0049]一种用于使用热交换填料单元来冷凝水的方法，所述热交换填料单元与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，所述方法包括:
[0050]使待冷却的空气流流过多个第一管道，同时并发地使冷却空气流流过多个第二管道，所述第一和第二管道由多个热交换片材形成，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括:
[0051]第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0052]第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来；
[0053]第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交；[0054]第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界；
[0055]使空气流流过所述片材以便功能肋提供热交换；以及从所述待冷却的空气流中冷凝水。
[0056]由此已经相当概括地略述了本发明的更为重要的特征，以便下文中的本发明的详细描述能够得到更好的理解，并且对本领域的目前的贡献能够得到更好的认可。当然，下文中将描述本发明的附加特征并且这些附加特征将形成所述权利要求的主题。
[0057]在这方面，在对本发明的至少一个实施例进行详细说明之前，应当理解的是本发明在应用时并不限制于在下面的描述中提出的或在附图中示出的部件的构造和设置的细节。本发明能够能过其它实施例实现并且能够以各种方式实施和执行。并且，应当理解的是，本文中所使用的用语和术语以及摘要是为了进行描述并且不应当认为是限制。
[0058]这样，本领域一般技术人员将理解到，本公开所基于的概念可以容易地用作设计用于实现本发明的若干目的的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是权利要求被认为在等效构造不脱离本发明的精神和范围的限度内包括这些等效构造。
【专利附图】
【附图说明】
[0059]图1为根据本发明的实施例的热交换单元的一部分的透视图。
[0060]图2为根据本发明的另一实施例的进行旋转后的热交换单元的透视图。
[0061]图3为根据本发明的实施例的迷宫式密封的示意图。
[0062]图4为根据本发明的实施例的定位在冷却塔或类似物中的热交换器的示意图。
[0063]图5为根据本发明的实施例的热交换片材的俯视图，其中示出了该片材的特征。
【具体实施方式】
[0064]现在参照附图，在附图中相同的附图标记表示相同的元件。在图1和图2中示出了根据本发明的实施例的通常用10表示的蒸汽冷凝热交换器单元。如所示出的，热交换器单元10由多个相应的单独的热交换薄片材12和14构造而成，热交换薄片材12和14连接或粘接到一起以形成单元10。片材12、14可以由各种材料制成，但在一个示例中，片材12、14是相对较薄的合成树脂材料(例如，具有带纹理表面，其将在下文中更详细地描述)。尽管出于易于描述的目的示出了两个片材12、14，本发明的实施例可以包括采用或使用多个单独的热交换片材的热交换单元。如在图1和图2中示出的，该单元具有穿过单元10的第一流动路径16 (即片材12、14之间的通道)和第二流动路径18 (位于片材12上方和片材14下方)。上述流动路径提供了并且实现了两个不同的空气流流股。在所示出的实施例中，所述两个空气流流股相对于彼此成直角地进入热交换器单元并且由片材12、14保持彼此分隔。
[0065]如在图1中所示出的，为了防止所述两个空气流16和18在热交换过程期间混合，在合成树脂薄片材12、14中形成有第一边缘上的密封部20。该密封部由薄片材12、14的边缘22形成在片材12、14的一个边缘上，其中，片材12凹入并且片材14凸起。分别凹入和凸起的片材12和14在空气通道16的中心会合，或换言之，凹入或凸起通道16的宽度的一半。该边缘密封部20平行于通道16，并因此沿着空气通道16的长度延伸并且沿着空气通道18的入口和出口的边缘延伸。
[0066]类似地，与密封部20相对的另一密封部21由薄片材料12的凸起边缘和薄片材料14的凹入边缘形成在垂直于密封部20的边缘上，薄片材料12的凸起边缘和薄片材料14的凹入边缘在空气通道18的中心处会合，或换言之，凹入或凸起通道18的宽度的一半。但是密封部20是粘接的，边缘密封部21是挤压安装的。该边缘密封部21沿着空气通道16的入口和出口的边缘延伸空气通道18的长度。虽然未示出，但相匹配的薄片材料12和薄片材料14的平行于密封部20的另一边缘同样也是粘接的。由此，垂直的通道16和18形成在热交换器单元10内。
[0067]如附图所示，一个边缘从成形片材凸起地延伸，并且另一边缘向下或凹入地延伸。在这样的配置中，单个片材部件可以用于形成整个热交换器单元的基础。这在以如下方式组装该单元时实现:将片材12、14彼此叠置，并且以间隔一个的方式对片材进行翻转并且将翻转的片材定位到前一片材上。尽管仅示出了三个通道，但能够容易地认识到的是，在使用中热交换器单元可以具有许多垂直的通道，并且使用本文中公开的片材12、14可以形成任何数量的通道。
[0068]为了正确地对准片材12、14，在薄片材料中形成有定位扣或定位钮28、30。相匹配的片材12、14的钮状物28、30彼此嵌套以正确地定位片材12、14。在优选实施例中，凸起延伸的钮状物28呈锥形，当沿空气流流过通道18的方向观察时该锥形具有平直的顶部表面。
[0069]用于冷却空气流或含蒸汽空气流的每个通道的宽度可以根据特定工作的设计条件来变化。而且，根据单元10的定向，冷却空气通道18和含蒸汽空气通道16不必具有相同的宽度。
[0070]如图1和图2所示，片材12、14包括:第一系列间隔开的平行肋部40，所述肋部40沿着片材12、14以平行于边缘密封部21的方式延伸；以及第二系列间隔开的平行肋部42，所述肋部42沿着片材12、14以平行于密封部20的方式延伸。如所示出的，在顶部片材12中，第一系列的肋部40在沿着片材12、14延伸时从片材所处平面凸出出来或从附图的页面凸出出来，而第二系列的肋部42在沿着片材12延伸时从片材所处平面凹陷进去或从附图的页面凹陷进去。如图1和图2所示出的，每个肋部40、42优选地具有渐缩的端部区域44。
[0071]如所示出的，热交换器单元10的单独的片材具有交替状构型，其中，相邻的片材12,14彼此成镜像关系。例如，图1和图2中示出的片材12可以简单地进行翻转而变为片材14，在这种情况下，从页面凸出出来的第一系列的肋部40现在延伸进入页面，而从页面凹陷进去的第二系列的肋部42现在延伸出页面。
[0072]如图1和图2所示出的，除了位于相应的肋部40、42彼此相交的位置处的周期性中断之外，肋部40、42在沿着片材12、14沿水平方向和竖直方向延伸时是基本连续的。如在附图中示出的，第一系列的肋部40和第二系列的肋部42优选地以互成90度的角度彼此相交，但在需要时肋部40、42能够以大于或小于90度的角度相交。此外，肋部40、42在相交点或鞍形部46处彼此相交。如图2所示，鞍形部46为设置在第一系列的肋部40上的凹部或凹陷区域，其中，鞍形部逐渐向下伸出一定距离到从片材所处于平面中，然后从片材所处平面逐渐向上凸出出来，以在鞍形部46上提供围绕的大致U形凹部或几何形状。
[0073]如图1和图2所示，鞍形部46位于肋部40、42的每个相交点附近。当例如成叠的片材被组装以形成热交换器单元10时，鞍形部46可以用作相邻的单独片材12、14以及热交换器单元10整体的承载区域。拐角区域同样有助于并且用于承载，这将在下文中更详细地论述。在示出的实施例中，鞍形部通过提供经过单独的片材12、14并且经过热交换器单元10的直接荷载路径来转移片材12、14和/或热交换器单元10在运行期间可能经受的各种荷载。鞍形部的上述定位以及所产生的直接荷载路径与片材12、14的拐角几何结构一起为片材12、14和热交换器单元10提供了强度和稳定性。例如，在示出的实施例中，鞍形部排布成阵列，该阵列使该单元抗扭转、使该单元抗弯曲并且还使形成在该单元的片材之间的单独的空气通道抗压毁。鞍形部46的形状提供了沿两系列肋部的方向都具有刚度的相交点。这允许在肋部部分之间沿任一方向进行有效的荷载转移。
[0074]如前所述，第一系列肋部40沿着片材12、14以平行于密封部21的方式延伸，第二系列肋部42沿着片材12、14以平行于密封部20的方式延伸，并且在鞍形部46处彼此相交。这些交点在片材12、14上提供了栅格状构型，从而具有了多个位于肋部的“边界”内的大致平面状区段48。如图1和图2所示，平面区段48呈大致方形构型并且在肋部40与肋部42之间延伸。平面区段48结合肋部40和42来为空气流提供直接通过热交换器单元10的相邻的空气流动路径或通道。上述流动通道还减少了空气从一个通道到相邻通道的流出并且减少了空气从所述相邻通道到所述一个通道的流出，并且一旦空气流进入热交换器单元10即能够提供空气流流过单元10的单一路径。
[0075]平面区段48是大致平坦的并且在通道中提供了空气行进所经过的平直表面。如前所述，平直表面被延伸离开片材所处平面的肋部40和肋部42中断。如图1和图2所示，尽管本发明的一些实施例包括具有大致平滑的几何形状的平面区段48，但替代性实施例可以例如包括热性能增强肋50。如图1和图2所示，肋50突出到干燥路径中，以便扰动沿着该路径移动的空气流。如所示出的，肋50定向或定位成与流过该路径的空气流成角度。优选地，该角度介于大约20度到大约90度之间，并且最优选地为大约45度。并且，肋高度可以随干燥路径宽度而变化。例如，肋50的高度可以是干燥路径开口宽度的0.3到0.05倍，更优选地，该高度是该宽度的0.10倍。此外，该路径上的肋50的中心到中心的间距可以在肋高度的5倍到20倍之间变化。优选地，该间距是肋50的高度的大约10倍。
[0076]如附图所示，肋50可以从干燥路径通道的一个或两个表面延伸出。在两个表面上都采用了肋50的实施例中，相对的表面上的肋50可以彼此平行或彼此成角度。此外，当所述肋50被定向成平行构型时，需要从一个表面到另一表面的错列以避免阻塞任意指定横截面处的过多的开口。肋的几何形状可以是三角形、方形、直线形、椭圆形等。在一个优选实施例中，该形状为方形。所示出的长且连续的肋对排水而言是优选的。但肋50可以被分成一系列较小的不连续肋。
[0077]在本发明的一个实施例中，当单元10以菱形构型被安装时，功能性肋50的优选布置将是竖直的，因为肋50的水平定向会使肋50被填充液体并且引起压降增大。相应地，在所示出的示例性片材12和片材14中，每个片材不同于其它片材之处在于肋部50是异侧的，以便肋部50在单元的菱形定向下竖直地行进或延伸。功能性肋的上述优选的竖直定向可以例如通过使用单独的独特真空模具实现，以便获得优选的竖直定向。[0078]现在参照图1和图2，热交换器单元10的每个片材12、14均具有四个拐角区域，每个拐角区域通常用52表示。拐角区域52各自包括蜂窝状的波形区段或支座54。如图2所示，波形部分54优选地呈蜂窝状的几何结构，并且该波形部分54提供了刚性的支座或基座来支撑重力荷载并且防止单元10的片材12、14弯曲或挠曲。
[0079]由于水气在湿路径中冷凝，一些冷凝物将向下流动直到到达密封部为止，然后将沿着密封部向下流动直到离开管道。该密封部必须是水密封性的，以便使冷凝物不会滴入到干燥空气路径管道中。尽管可以使用常规的胶水和溶剂焊接来提供该密封部，但是在一个实施例中，该密封部优选地通过射频(RF)焊接相匹配的管道半部来提供。在一个实施例中，可以使用具有金属棒的RF焊接机，该金属棒粗略地对应于凸部和凹部的宽度，在对该金属棒提供RF能量时所述凸部和凹部配合在相对的凸部和凹部中。随着将能量提供给该金属棒，在开缝区域处会形成热粘结。按照这种方法进行的片材对的RF焊接通常接着通过使金属杆或金属棒的组合从片材对的两侧结合到该片材对完成。
[0080]参照图2和图3，其清楚地示出了干燥路径密封，其中在拐角52内具有迷宫状几何结构56。由于迷宫状的几何结构，一个管道与下一管道之间的压力密封形成了牢固的干燥空气路径密封。该密封不需要粘合剂或焊接。迷宫式密封对泄露空气的横穿提供了比平面接触更为曲折的路径。迷宫状几何结构产生出强化平直边缘的肋。当片材彼此压靠时，上述强化表面能够更为强劲地保持其形状。
[0081]现在参照图4，在运行期间，拐角52允许单独的填料单元容易地接合内部采用了热交换器的冷却塔的支撑结构或框架组件60。通常的支撑结构或框架组件60包括横梁或支撑杆，所述横梁或支撑杆具有大致平坦的表面，单独的热交换器单元放置或搁置在所述大致平面状表面上。例如，框架组件60可以包括拐角支撑件62，所述拐角支撑件62用于接纳拐角52以便以优选的定向将拐角52定位在冷却塔中。通过与拐角支撑件62相结合，拐角52的上述波纹状构型提供了刚性支撑表面，该刚性支撑表面能够容易地搁置于或接合冷却塔的横梁或支撑杆的平坦表面。
[0082]加强底部拐角的替代方式或附加方式是在片材12、14中提供焊接插口 64，以允许插入支撑件(未图示)。所述支撑件可以具有任何几何构造，但一个优选实施例采用圆形不锈钢的管式/管状支撑件。上述插口 64已经添加了并且可采用对其进行使用所必需的耐高温(121° F至160° F)或较小钢度的材料(诸如聚丙烯)。通常用66表示的金属绳悬挂物从不锈钢支撑管向上延伸并且从单元10上方的框架悬垂下来。
[0083]现在参照图5，其示出了上文中结合图1-4论述的片材12、14中的一个片材的俯视图。如前所述，单独的片材具有交替的构型，其中，所述交替的构型彼此成镜像关系。
[0084]如前所述，片材100包括第一系列的间隔开的肋部42，所述肋部42以平行于边缘密封部20(未图示)并且大致平行于竖直轴线A的方式沿着片材12、14延伸。片材还包括第二系列的肋部40，所述肋部40以大致平行于水平轴线B并且垂直于竖直轴线A的方式沿着密封部21 (未图示)延伸。如图1-4所示，第一系列肋部40在沿着片材100延伸时从片材100所处平面凸出出来，而第二系列肋部42从片材100所处平面凹陷进去。
[0085]如前所述，片材100具有平面区段48，所述平面区段48是大致平坦的并且在空气行进的通道中提供了平直表面。如前所述，平直表面被延伸离开片材100所处平面的肋部40和肋部42中断，如所示出的，这些平面区段可以例如包括热性能增强肋50。优选地，肋50突出到干燥路径中以扰动沿着所述路径移动的空气流。如所示出的，肋50定向成或定位成与流过该路径的空气流成角度。优选地，该角度介于大约20度到大约90度之间，并且最优选地为大约45度。在运行期间，片材100被旋转大约45度来作为填料单元的一部分，因而肋50大致平行于竖直轴线A延伸。
[0086]如前所述，肋50位于两个表面上，位于相对的表面上的肋50可以彼此平行或彼此成角度。此外，当所述肋50被定向成平行构型时，需要从一个表面到另一表面的错列以避免堵塞任意指定横截面处的过多的开口。肋的几何形状可以是三角形、方形、直线形、椭圆形等。在一个优选实施例中，该形状为方形。所示出的长且连续肋对排水而言是优选的。
[0087]同样如前所述，片材100具有每个通常用52表示的四个拐角区域。拐角区域52各自所具有的几何结构使得当片材组合到一起时，提供了如前所述的蜂窝状的波形部分或支座(未图示)。
[0088]从详细描述中本发明的许多特征和优点将变得明显，因而，所附权利要求旨在覆盖落入到本发明的真正精神和范围内的本发明的所有的这些特征和优点。此外，由于本领域一般技术人员能够容易地想到各种改型和变化，因此并不希望将本发明限制到所示出和描述的具体的构造形式和运行方式，相应地，所有适合的改型和等效方案可以依赖于并且落入到本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种具有多个片材的填料单元，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘，所述填料单元用于与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，并且其中，所述多个片材相组合以形成多个管道，每个所述片材进一步包括: 第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿着所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交； 第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界，并且其中，所述至少一个大致平面状区域进一步包括功能性肋，所述功能性肋以与所述第一轴线成角度的方式设置在所述至少一个大致平面状区域上。
2.根据权利要求1所述的填料单元，其中，所述与第一轴线所成的角度等于大约20度到大约90度。
3.根据权利要求2所述的填料单元，其中，所述与所述第一轴线所成的角度等于大约45度。
4.根据权利要求1所述的填料单元，每个所述片材进一步包括: 至少一个硬化拐角，其中，所述第一硬化拐角包括所述多个管道，所述多个管道中的相邻的管道彼此接触。
5.根据权利要求1所述的填料单元，进一步包括位于所述第一竖直肋部与所述第一水平肋部之间以及所述第二竖直肋部与所述第二水平肋部之间的相交点中的每个相交点处的鞍形区域。
6.根据权利要求4所述的填料单元，其中，彼此接触的所述相邻的管道相组合以形成蜂窝状几何结构。
7.根据权利要求1所述的填料单元，其中，所述第一水平肋部和所述第二水平肋部各自包括: 第一壁，所述第一壁具有顶部区域、中间区域和下部区域； 第二壁，所述第二壁具有顶部区域、中间区域和下部区域；以及 底部，所述底部在所述第一壁与所述第二壁之间延伸。
8.根据权利要求1所述的填料单元，其中，所述片材由聚氯乙烯(PVC)制成。
9.根据权利要求6所述的填料单元，其中，每个片材的每个硬化拐角被定位成使得相邻片材的所述蜂窝状几何结构彼此接触。
10.根据权利要求4所述的片材，其中，所述至少一个硬化拐角为多个硬化拐角。
11.一种生产用于填料单元的结合片材对的方法，包括: 提供多个单独的片材；其中，所述多个片材相组合以形成多个管道，所述片材各自包括: 每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括: 第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之 间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第一水平肋部，所述第一水平肋部沿大致平行于所述第二轴线的第三方向沿着所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交； 第二水平肋部，所述第二水平肋部沿所述第三方向顺着所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界； 至少一个硬化拐角，其中，所述至少一个硬化拐角包括所述多个管道，所述多个管道中的相邻的管道彼此接触； 将所述片材对准，使得所述片材在接触位置处彼此相接触；以及 从所述结合片材对的相对的两侧将所述片材射频(RF)焊接到一起，以形成结合片材对。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括重复通过两个片材形成结合片材对的步骤，以及将结合片材对相互附连。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，将两个或更多个结合片材对附连到一起的步骤包括使用安装管将所述结合片材对保持到一起，所述安装管穿过所述结合片材对中的孔口并且具有帽状端部。
14.一种用于使用热交换填料单元来冷凝水的方法，所述热交换填料单元与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，所述方法包括: 使待冷却的空气流流过多个第一管道，同时并发地使冷却空气流流过多个第二管道；所述第一和第二管道由多个热交换片材形成，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括: 第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交； 第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界； 使空气流流过所述片材以便功能性肋提供热交换；以及 从所述待冷却的空气流中冷凝水。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括至少一个硬化拐角，其中，所述至少一个硬化拐角包括所述多个第一和第二管道，所述多个第一和第二管道中的相邻管道彼此接触。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述功能性肋大致以与所述第一轴线成角度的方式延伸。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，彼此接触的所述相邻的管道相组合以形成蜂窝状几何结构。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述与第一轴线所成的角度等于大约20度到大约90度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述与第一轴线所成的角度等于大约45度。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，每个片材的每个硬化拐角被定位成使得相邻片材的所述蜂窝状几何结构彼此接触。
21.一种具有多个片材的填料单元，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘，所述填料单元用于与具有第一轴线和第二轴线的热交换设备一起使用，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，并且其中，所述多个片材相组合以形成多个管道，每个所述片材进一步包括: 用于使待冷却的空气流流过多个第一管道并且同时并发地使冷却空气流流过多个第二管道的装置，所述第一和第二管道由多个热交换片材形成，每个所述片材具有第一、第二、第三和第四边缘以及第一、第二、第三和第四拐角，其中，每个所述片材大致处于大致平行于所述第一轴线的平面中，每个所述片材进一步包括: 第一竖直肋部，所述第一竖直肋部顺着大致平行于所述第一轴线的第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第一和第二边缘之间，其中，所述第一竖直肋部沿第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第二竖直肋部，所述第二竖直肋部顺着所述第一方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一竖直肋部的所述第一和第二边缘之间，其中，所述第二竖直肋部沿所述第二方向从所述片材所处平面突出出来； 第一水平肋部，所述第一水平肋部顺着大致平行于所述第二轴线的第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于所述第三和第四边缘之间，其中，所述第一水平肋部沿与所述第二方向相反的第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第一水平肋部与所述第一竖直肋部相交； 第二水平肋部，所述第二水平肋部顺着所述第三方向沿所述片材延伸并且基本上始终位于大致平行于所述第一水平肋部的所述第三和第四边缘之间，其中，所述第二水平肋部沿与所述第二方向相反的所述第四方向从所述片材所处平面凹陷进去，其中，所述第二水平肋部与所述第二竖直肋部相交，其中，所述第一和第二竖直肋部以及所述第一和第二水平肋部形成了围绕至少一个大致平面状区域的边界； 用于使空气流流过所述片材以便功能肋提供热交换的装置；以及 从所述待冷却的空气 流中冷凝水。
【文档编号】F28F3/08GK103975218SQ201280059745
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年11月5日 优先权日:2011年11月7日
【发明者】杨继栋, 埃尔顿·F·莫克瑞, 奥勒·L·金尼, 肯尼斯·P·莫坦森, 凯瑟琳·L·珀伦, 罗伯特·W·彼特森, 威廉·M·罗思 申请人:Spx冷却技术公司