专利名称：低型热交换系统及减少水耗的方法
技术领域：
本发明关于热交换器，尤其关于封闭回路的蒸发热交换器系统，以及联合的直接和间接的封闭回路的蒸发热交换系统。
废热可通过干或显热交换器排放到大气中，在干或显热交换器中，有两种流体气流和加工流体。在封闭系统中，加工流体是封闭的，在气流和加工流体之间没有直接接触，加工流体不对大气开放。封闭结构可以是盘管，当空气在封闭的加工流体结构上通过时交换显热，在先有技术中，这些结构称作为“密集的热交换”。
在大多数情况下，蒸发热交换器在生产效率的改进方面远超过干热交换器。一种类型的蒸发热交换器是直接的蒸发热交换器。在直接的热交换器中，仅含有气流和蒸发液流，蒸发热流通常是水，两种流体相互直接接触。
另一种类型的蒸发热交换器是间接的封闭回路蒸发热交换器，其中含有三种流体；气流蒸发液流和封闭的加工液流。首先封闭的液流由于它不直接与蒸发液接触，通过间接的热传导与蒸发液交换显热，然后气流和蒸发液在它们相互接触时交换热量和质量。
另一种类型的蒸发热交换器是联合的直接和间接的封闭蒸发热交换器，在授予Carter的美国专利NO.5435382(1995)和5816318(1998)中公开了这种联合系统的例子。
干式和蒸发式热交换器两者均通常用于作为一种冷却器或冷凝器来排出热量。蒸发式冷却器在低于室内湿泡温度和温度上排出热量，而干式冷却器则限于接近室内干泡温度以上。在很多情况下，室内湿泡温度常低于室内设计的干泡温度20～30°F，因此，在蒸发式冷却器中，蒸发液流可达到大大低于室内干泡温度，这就提供了增大冷却效率、降低整个加工的能量要求的机会。尽管有上述机会，但不常采用蒸发式冷却，这是因为在寒冷气候下工作时有冷冻倾向、以及蒸发液蒸发时水耗较大。
此外，显式和蒸发式热交换器的尺寸做成在最大热障碍时进行它们所要求的排热工作。这项设计条件通常称作为夏季设计的湿泡或干泡温度。排热设备能在这些设计条件下排放所要求的热量是很关键的，这些升高的大气温度期间可以构成设备工作时间的1％那样短，其余的时间中设备具有比所要求的要多的容量，这就会导致能量和蒸发液的浪费。
还希望蒸发冷却塔的整个高度限制成使它可用于有限的空间中，从而使用于蒸发液的泵具有高度减小的扬程。
本发明导致提供一种热交换系统和方法，它们具有蒸发热交换器的效率，同时能节省蒸发液。此外，本发明还导致提供一种低型的热交换器系统。
在下面的附图中，同样的参照数字表示同样的零件。
图1是封闭回路热交换系统的侧视图，为示出热交换系统的内部，部件概略示出，拆除了部分罩子；图2是封闭回路热交换系统的第二个实施例的侧视图，为示出其内部，部件概略示出，拆除了部分罩子，图3是一根蛇形回路的前视图，它可用于本发明热交换器的第二间接接触热交换部分中；图4是第二间接接触热交换部分的侧视图，它可用于本发明的热交换器中；图5是第二间接接触热交换部分的前视图，示出相邻回路的交错排列关系和出入头的布局；图6是干式间接接触热交换装置或密集式热交换器的透视图，它可用于本发明的密封回路的热交换器中；图7是如图1-2所示系统中热交换装置外部透视图，图8是图7中沿8-8线的热交换装置外部透视图；图9是第一工作模式中的图1的热交换装置的概略示图，图10是第二工作模式中的图1的热交换装置的概略示图，
图11是第三工作模式中的图1的热交换装置的概略示图。
图1中示出了从加工流体中吸取热量的热交换系统8的第一个实施例。系统8包括热交换装置10，它具有加工流体入口12，以接收来自诸如制造加工设备那样的外部设备(未示出)的加工流体。当热量从加工流体排放后，加工流体通过加工流体出口14流出。
加工流体可以包括一单相液体，如水，它在一个温度上通过入口12流入，在较低的温度上通过出口14排出。另外，加工流体也可包括在一个温度上通过入口12流入，在较低的温度上通过出口14排出的单相气体。因此，该热交换系统包括一个流体冷却系统。图1示出一个流体冷却系统。该热交换系统8还可包括一个冷凝系统，在此情况下，加工流体可包括在入口12流入的两相或多相流体，从出口14排出的单相液体或多相流体的气、液混合物。图2示出一种流体冷凝系统。应该看到，提供这些加工流体的例子仅作说明之用，除权利要求中设定的外，本发明并不仅限于任何特殊类型和相似的加工流体。
图示的热交换装置10是一种封闭回路热交换器。加工流体封闭在入口12和出口14之间，从而无加工流体暴露在大气中，在装置10中，加工流体流和任何气流或蒸发液均没有直接接触。
图1和2的热交换系统8示出热交换装置10内和外的各种构件。应该看到，除另有说明外，以后描述的该系统的各种构件可以放置在热交换装置内或放在其外。这里及权利要求中所用的“热交换系统”应广泛解释为既包括含有装置内特征的热交换装置，也包括一些构件在热交换装置内、另一些构件在装置外的热交换系统，还包括采用多于一个的热交换装置的热交换系统，数字8是这种热交换系统的总称。
图1和2两个实施例中的热交换系统包括干式间接接触热交换部分16。该干式部分16具有气体入口侧18、气体出口侧20及图6中22示出的加工流体回路。正如图1和2所示，该干式间接接触热交换部分16由两个相同的热交换器16a，16b构成，它们并排地连到入口管92以接收来自加工流体入口12的加工流体。在图6中示出相同的热交换器的一个16a。在图示的实施例中，干式间接接触热交换部分16装在热交换装置10内。
正如图6所示，每个示出的流体回路22包括一个入口接头24，一个出口接头25和若干管子26，每个管子具有连到管外侧的翅片27。这种间接接触热交换部分16可以包括市场上可买到的带翅片的热传导盘管，这种盘管由伏吉尼亚的Richmond超级辐射盘管公司销售，零件代号是48X69-6R-5CW-L-R，5/8英寸X0.020英寸壁的铜管和0.008英寸的铝翅片(平的)，图6所示具有24个回路。应该看到，本发明不仅限于这种特殊的传导盘管。两根或多根这种市场上可买到的盘管串联或并联起来以构成干式间接接触热交换部分16。图1示出两根并联的盘管，在热交换装置10的中部形成V字形。盘管的结合可随着产品尺寸而改变。
应该看到，任何外部带翅片的结构均可采用，例如带外部螺旋翅片的管或“密集式热交换器”类的其它联合件，图示的间接接触热交换部分的结构仅作示例用。对于如图1所示的热交换系统，可以要求该干式热交换盘管的结构使越过盘管的压降达到最佳化。例如，干式间接接触热交换部分的表面区域可使气流最佳化，从而提供经济而有效的操作。任何市场上可买到的具有内或外翅片或内外均有翅片的盘管均可使用，例如具有圆形或皱折形翅片的盘管及其它类型的在干式下工作的热交换器，只要这些热交换器做成压降不过份就可使用。可以预计外部翅片能在最小的必需的气侧压降上增加干式间接接触热交换部分16的工作效率。
除了干式间接接触热交换部分16外，每个图1-2的实施例还包括第二个间接接触热交换部分28，它们可有选择地进行干式或蒸发式热交换。尽管这一部分将在下面描述，但应该看到，下面的描述用于两个实施例。在图示的实施例中，第二个间接接触热交换部分28罩在热交换装置10内。它包括气体入口侧30，气体出口侧32和加工流体回路34。图示第二个间接接触热交换部分28的加工流体回路34包括美国专利NO.5435388和5816318描述的及本申请的图3-5所示类型的盘管组件36。该盘管组件36大致为长方形，具有一系列的水平封闭地间隔开的平行的蛇形回路38。所有的回路38具有连到该部流体接头40的顶端和连到底部流体接头42的底端。在第一个图示的实施例中，当该装置用作流体冷却器时，底部流体接头42包括入口接头，顶部流体接头40包括出口接头。在图2所示的冷凝器中，入口和出口接头42、40正好相反，顶部流体接头40包括入口接头，底部流体接头42包括出口接头。接头40、42和蛇形回路38一起构成第二个间接接触热交换部分28的加工流体回路34。
正如美国专利NO.5435382和5816318所公开及图3～5所示，每个盘管组36内的单个回路38由单根连续长度的盘形管构成，管子弯曲形成若干U形排列A-E，它们在垂直方向相互呈等间隔关系，从而使每个回路38形成最终的蛇形。
该第二间接接触热交换部分28可以包括用于市场上可买到的系列1500封闭回路冷却塔、以及从马里兰州的Baltimore空气盘管公司得到的系列1500蒸发式冷凝器中的构件。应该看到，其它结构也可用于第二间接接触热交换部分28。例如，在干式中工作时，盘管可在其外部安装翅片这样可更有效地进行热传导，或者在管内装有微形翅片或其它先有技术的类似结构。
正如图1～2所示，每个热交换系统8还包括一个直接接触热交换部分50，它具有空气入口侧52、空气出口侧54和填充介质56，在图示的实施例中，直接接触热交换部分50位于热交换装置10内，空气入口侧52的位置做成使室内空气可抽入装置10，空气出口侧54朝通风室58打开。通风室58还接收来自第二间接接触热交换部分28的出口侧32的空气。填充直接接触热交换部分50中的介质可以是任何标准的填充介质，如塑料填充物、木材或陶瓷填充介质、或任何先有技术中已知的其它填充介质。填充介质可以是美国专利NO.4361426(1982)公开的物质，例如市场上可买到的横流PVC填料，诸如可以采用从宾夕法尼亚州的Brentwood Industries of Reading得到的“Accu-PAC CF 1900冷却塔薄膜”。
在图示的实施例中，装置具有罩60，它包住干式间接接触热交换部分16，第二间接接触热交换部分28和直接接触热交换部分50。罩60可用任何合适的材料制成，如钢板、或纤维增强材料、或用不同材料制成的部件。正如图7～8所示，罩的顶部具有一个或多个开口59，以允许室内空气进入第二间接接触热交换部分28。这些顶部开口59可用保护网或格栅盖住。室内气流61可通过顶部开口59进入热交换装置10，然后进入并流过第二间接接触热交换部分28。正如图1～2和7所示，一侧壁62具有带隔栅66的开口64，或在开口64上具有保护格栅。因此，另一股室内空气流68可通过开口64进入热交换装置，进入并流过直接接触热交换部分50。正如图1～2、8和9～11所示，每个图示的罩60还包括附加的开口70，它为进入通风室58的另一股室内气流72提供入口，气流72既不通过第二间接接触热交换部分28、也不通过直接接触热交换部分50。风挡74用于有选择地关闭附加的空气开口70。风挡74可以连到一个或多个标准类型的伺服马达上，如图1～2中的76所示，马达76可以连到诸如中央逻辑运算件78或其它控制装置的控制机构上，从而使风挡74可根据干式间接接触热交换部分16的加工液流的温度或其它因素来自动打开或关闭。风挡74不一定由马达带动，可用手工操作。
每个图示的热交换装置10还包括直接部分的贮液槽80和间接部分的贮液槽82。直接部分的贮液槽82位于填充介质56的下方，间接部分的贮液槽82位于第二间接接触热交换部分28的下方。两个贮液槽80、82均包在罩60内并由下壁84分开，从而使它们相互分开。下壁84低于两个贮液槽的其它壁，这样当两个贮液槽中的流体流量不相等时，蒸发液可从一个流入另一个贮液槽。当流到直接接触热交换部分的液流如下面所述，经过调制或切断时，通过设计的流量是不相等的。
在图示的实施例中，直接接触热交换部分50和它的贮液槽80位于热交换装置10的一侧86，第二间接接触热交换部分28和它的贮液槽82位于热交换装置的另一侧88。通风室58和干式间接接触热交换部分16位于直接接触热交换部分50和第二间接接触热交换部分28之间。干式间接接触热交换部分16的空气进口侧18在通风室58内，两个干式间接接触热交换部分16a、16b支撑在贮液槽80、82的上方。
在每个图示的实施例中，热交换系统8还包括加工液流通路90，它连接加工流体入口12、干式间接接触热交换部分的加工流体回路22、第二间接接触热交换部分的加工流体回路34和加工流体出口14。在图示的两个实施例中，液流通路90位于热交换装置10内。
在图1的流体冷却器的实施例中，液流通路90包括进口管92和支管，进口管92连到加工流体入口12，支管连到每个干式间接部分热交换器16a、16b的入口接头24a、24b上。平行的加工液流穿过两个干式间接部分的热交换器16a、16b，通过出口96a、96b排出到中部管道98。中部管道98导向并连接到第二间接接触热交换部分28的底部流体接头42上。加工流体进入底部流体接头42，向上流到顶部流体接头40，进入与加工流体出口14连接的排放管100。
在图2所示的流体冷凝器的实施例中，加工流体进入入口管92，然后分为两股支流92a、92b。一股支流92a再分开并连到每个干式间接部分热交换器16a、16b的入口接头24a、24b。加工流体并行流过两个干式间接部分热交换器16a、16b，穿过出口管96a、96b排出到中间管98。另一股支流92b导向并连到第二间接接触热交换部分的流体回路34的顶部流体接头40。加工流体进入顶部流体接头40，向下流到底部流体接头42，进入排放管100。排放管也在加工流体出口14的上游的接头102处连接中间管98，这样，两股并行的加工液流在加工流体出口14汇合。
在图1～2的两个实施例中，加工液流通路90为干式间接接触热交换部分16和第二间接接触热交换部分28提供基本连续的加工流体。换言之，所有进入热交换系统8的加工流体在通过出口14流出系统之前流过干式间接接触热交换部分16和第二间接接触热交换部分28，没有阀门来限制或阻挡来自间接接触热交换部分16、28的加工液流。应该看到，在冷凝器中，流到每个部分中的加工流体的质量流率将不是一个常数，而是随着热交换部分排热能力以自调节方式波动的。
正如图1～2所示，每个热交换系统8还包括间接部分配置系统104，用以有选择地将蒸发液配置到第二间接接触热交换部分28，在该部分28中进行选择性的干式和蒸发热交换。在两个实施例中，间接部分配置系统104位于热交换装置10内。每个热交换系统还包括一个单独的直接部分接触热交换部分50。在两个实施例中，直接部分配置系统位于热交换装置10内。
在图示的两个实施例中，间接部分配置系统104包括装在第二间接接触热交换部分28上方的若干间接部分蒸发液出口108。在两个实施例中，直接部分配置系统106包括装在直接接触热交换部分50上方的若干直接部分蒸发液出口110，用以配置蒸发液。直接部分和间接部分的蒸发液出口108、110包括图示实施例的喷嘴。典型的蒸发液是水。
在每种图示的实施例中，直接部分蒸发液配置系统106包括第一泵112和连接在间接部分贮液槽和直接部分蒸发液出口110之间的第一蒸发液流通路114。第一泵112将蒸发液从间接部分贮液槽通过流体通路114送到直接部分蒸发液喷射出口110。因此，从第二间接接触热交换系统28收集的蒸发液可以配置到填充介质56的上方，与直接接触热交换部分50中的气流68进行蒸发热交换。流体通路114包括连接在泵112和出口110之间的管道115，抽吸管120将间接部分贮液槽82中的液体导向第一泵112。
在每个图示的实施例中，间接部分蒸发液配置系统104包括第二泵116和连接在直接部分贮液槽80和间接部分蒸发液出口108之间的第二蒸发液流通路118。第二泵116将蒸发液从直接部分贮液槽80通过第二流体通路118送到间接部分蒸发液出口108。因此，蒸发液可以有选择地配置在第二间接接触热交换部分28上方。流体通路118包括连接在第二贮液槽116和出口108之间的管道119，抽吸管122将直接部分贮液槽80中的液体导向第二泵116。在两个图示的实施例中，泵112、116和流体通路114、118均位于热交换装置10内。
第二泵116最好包括一个常速泵，它在选定的时间上打开和关闭，从而有选择操作第二间接接触热交换部分28，使之成为一个干式热交换器或蒸发热交换器。第一泵112可以包括一个变速泵，从而使配置在直接部分填充介质56上方的蒸发液的量可以按条件发生变化。第一泵112还可关闭，从而没有蒸发液配置在直接热交换部分50的上方。另外，第一泵可以包括一常速泵，在第一蒸发液流通路114上可以装上一个阀124，以控制流到直接部分蒸发液出口110的蒸发液流。
为了防止蒸发液滴从第二间接接触和直接接触热交换部分28、50滴入贮液槽；在第二间接和直接接触热交换部分28、50和贮液槽之间放置了诸如偏流消除器126，128的标准结构。该偏流消除器126，128可以包括封闭隔开的金属、塑料或木板条或隔栅，它们允许气流通过，但将能汇集气中的细小水滴。其它的一些标准装置也可用于本发明中。
两个图示的热交换系统8中的每个还包括一个气体移动装置130，用于移动穿过第二间接接触热交换部分28和直接接触热交换部分50并进入和穿过干式间接接触热交换部分16的气流61，68。在图示的实施例中，气体移动装置130位于热交换装置10内。在每个实施例中，气体移动装置130还用于将辅助气流72移入贮液槽58。在贮液槽58中，所有的室内气流61，68和72混合成单股气流132，它移入并穿过干式间接接触热交换部分16。该气体移动装置130包括马达带动的风扇。在图示的实施例中，该马达带动的风扇装在罩60内、干式间接接触热交换部分16、第二间接接触热交换部分28、直接接触热交换部分50和辅助开口70和阻尼器74的上游。因此，该马达带动的风扇包括将气流61、68和72抽吸入贮液槽58，然后将汇合的气流132通过装置10顶部的开口133排出。如果阻尼器74是关闭的，汇合气流132将包括从第二间接接触热交换部分28和直接接触热交换部分50的贮液槽58中接收的气流61和68。马达带动的风扇最好是两速风扇或能量效率的变速风扇。
为了提高蒸发液的效率和保持蒸发液，图示的热交换系统8每个都包括一个如图1～2中78所示的控制器。控制器78包括一个计算机或可编程的逻辑件，它可以是热交换装置10的一部分，连到热交换装置10上的单台计算机或与热交换装置10连接的整个计算机化工厂控制系统的一部分。控制器78接收来自如图1～2所示的至少一个输入机构138的输入。该输入机构138可允许手工输入数据、或用系统操作器控制、也可以是如温度或压力传感器类的传感器。如果输入机构138包括温度传感器，传感的温度可包括室内空气温度或加工流体的温度。在图1中，输入机构138连接在排放管100上，在图2的实施例中，温度传感器位于排放管100和中间管98的接头102的下游。因此，图示的温度传感器138可以传感流体冷却或冷凝后的系统中的加工流体的温度，将这些数据提供给控制器78，以便按下述来调节系统。温度传感器138可包括如SET189A系列温度传感器，它可从威斯康辛州的Milwaukee的Johnson控制有限公司得到，它具有安装管子的必要的硬件。应该看到，这个装置仅用于说明目的，除了权利要求中限定的以外，本发明不仅限于这种装置，可以使用任何其它的主要用于控制温度的别的类似的温度传感器。
应该看到，还可以传感如压力之类的加工流体的其它物理特征和特性。因此，该传感器138可以包括压力传感器。还应该看到，可以一起使用多个输入机构。例如，可以要求既输入室内温度、也输入加工流体的温度，还可以要求允许系统自动操作的操作器的过载输入。
来自控制器78的各种输出可用于使蒸发流体的效率和保存最佳化。正如图1～2所示，该系统可具有一个输出139，用以控制风扇马达的操作。因此，风扇130的速度可随着室温或加工流体温度而变化。还可以有另一个从控制器78到马达76的输出140，用以打开和关闭罩子辅助开口70上的阻尼器74或将阻尼器74移到中间位置。还可具有通到第一和第二泵112，116上的输出144，146，从而可以按照室内或加工流体的条件来控制泵。如果采用阀124，还可有一附加的输出148，该输出从控制器到马达的伺服机构，用以调节流到直接接触热交换部分50的蒸发液的流速。每个控制件还可将反馈信号提供给控制器。
一种合适的可编程的逻辑件的示例是系统350#A350P电子平衡加整体温度控制件，它可从威斯康辛州的Milwaukee的Johnson控制有限公司得到。该可编程的逻辑件可装入整个工厂的控制系统中。在任何情况下，对于一个控制设计的技术人员来说，都可为选择和采用合适的可编程逻辑件来提供咨询。
图示热交换系统8的操作情况如下下面将描述一个系统的操作，但应该看到，下面的描述中除了有些区别外，还可用于别的系统。在第一个操作模式中，如图9所示，热交换系统8在预定的室内干泡温度，如15℃(59°F)或更低一些的温度上干式操作。泵112，116关闭，没有蒸发液流动，第二间接接触热交换部分28干式操作，直接接触热交换部分50无热载。阻尼器74完全打开，辅助气流72流入贮液槽58。穿过直接和第二间接接触热交换部分50，28的气流最小、穿过干式间接接触热交换部分16的气流最大。加工流体流过干式和第二间接接触热交换部分16，28。干式间接接触热交换部分16是该模式中热吸收的主源。
当气温超过预设的切断气温15℃(59°F)时，该热交换系统8将不能将加工流体冷却到所要求的输出温度Tf0或压力Pf0。热交换系统进入如图10所示的第二操作模式。控制器起动第二泵116，使蒸发液移动通过间接部分配置系统104的第二流动通路118，如图10的158所示，并通过间接部分出口108在第二间接接触热交换部分28的上方排放，蒸发液滴下或通过第二间接接触热交换部分28如图10的106所示流下，收集在间接部分贮液槽82中，溢过低壁84并流入直接部分贮液槽80。这些蒸发液可从直接部分贮液槽重新配置到第二间接接触热交换部分28的上方。加工流体流过干式和第二间接接触热交换部分16，28。阻尼器74关闭，没有辅助气流，而来自第二间接和直接接触热交换部分的室内气流61，68在通风室58里交汇，然后以气流132进入干式间接接触热交换部分16。第二间接部分28的加工流体的热吸收增加，排放的加工流体的温度Tf0或压力Pf0返回到预定值。在该模式中，直接接触热交换部分50无热载，第一泵112仍然不工作。
当室外气温进一步升高，第一喷射泵112起动，以起动第三操作模式，如图11所示。第一喷射泵112将蒸发液从间接部分贮液槽82穿过如图11的162所示的直接部分配置系统106的流体通道114，蒸发液在如图11的164所示的填充介质56的上方排放。当蒸发液滴出或流过填充介质时，将其热量和质量传统气流68，蒸发液在落到填充介质56下方的直接部分贮液槽80中之前受到冷却。在直接部分贮液槽80中的冷却的蒸发液由第二泵116泵送，穿过流体通道118到达蒸发液出口108，在出口处冷却的蒸发液如160所示配置在第二间接接触热交换部分28的上方。
在第三工作模式中，在直接接触热交换部分50中冷却的蒸发液起到调节第二间接接触热交换部分中的热吸收的作用，一定量的蒸发液因蒸发而损失了。因此，为了保存蒸发液，本发明将蒸发液流调整到直接接触热交换部分50，从而保持了冷却蒸发液和加工流体的有效流速。然而，应避免过快的流速，从而避免由于蒸发液蒸发引起的不必要的损失。通常，外部空气的湿泡温度越高，蒸发液在直接接触热交换部分50上方的排放量就越大。同样，如果流速随排放加工液的温度或压力而定，测量值Tf0或Pf0与预设值Tf0或Pf0之间的差值越大，流到直接部分50的蒸发液流速越大，当测量值Tf0或Pf0接近预设值Tf0或Pf0时，蒸发液的流速将减小。
蒸发液的流速最好由控制器78来控制，使流到直接接触热交换部分50的流速是一些测量参数的函数，这些参数包括室内空气温度或加工液的物理特性或其性质。流速通过控制变速泵112来调节，如果采用常速泵，通过控制马达带动的阀124来调节。蒸发液的流速可由操作者根据操作者在加工液出口14采取的温度读数或压力读数来控制，或根据室温读数来控制，但为了得到最佳性能最好采用自动操作。
如果流到直接接触热交换部分的蒸发液流速远小于流到间接接触热交换部分的蒸发液流速，低壁84将允许汇集的蒸发液溢出间接部分贮液槽82，流入直接部贮液槽80。
本发明利用了同一天申请的美国专利申请的特征，该申请的名称为“封闭循环的热交换系统和减少水消耗的方法”，申请人是Branislav Korenic和Thomas P.Carter，转让人是Baltimore气圈公司，其全文公开件作为本发明的参考文件。然而，与在上述专利申请中的附图1，4～6和11～12所示的不同，本申请的热交换系统不具有气流的不传热状态，并且在第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分上方的蒸发液流在独立控制下进行操作。
本发明的热交换系统8可包括另一些特征，例如贮液槽80，82通常包括独立的排放装置(未示出)，从而可在一年的某些时候，如冬天时排放蒸发液以防止冻结。该排放装置可包括一控制机构(未示出)，例如由温度传感器控制的电磁阀，这样在室温低于结冰温度时排放装置打开。该阀门可连成受到中央可编程逻辑件78的控制，或根据它自身的传感系统或装置来进行人工操作或控制。电磁阀还能用于在加工流体的温度降到接近结冰点时，自动排放干式间接接触热交换部分16或第二间接接触热交换部分28中的盘管。
本发明的省水的优点可通过考虑特殊地区的干泡和湿泡温度分布来显示出，作为特殊地区的例子如德国的斯图加特/爱特汀根AB，它的干泡温度在春、秋和冬季期间、一年中有70.3％的时间低于15℃或59°F。对于一年中的17.7％，干泡温度高于15℃或59°F，但湿泡温度低于15℃或59°F。干湿泡温度均在15℃或59°F以上约占一年的12％。采用本发明，热交换系统可以在模式1.作为一种干式装置操作，有70.3％的时间不使用蒸发液。当室内干泡温度高于15℃或59°F、但湿泡温度低于15℃或59°F时，热交换装置10可在模式2上操作，蒸发液损失很小。当干湿泡室温均高于15℃或59°F时，热交换系统可在模式3上操作。应该看到，在各种模式上的操作切断温度仅用于说明的目的。各种模式中操作的切断温度可直接按照干式间接接触热交换部分16下游，如加工液出口14上的加工液温度和压力要求而定。切断加工液的温度和压力应大致与室温有关，这样每种操作模式的使用时间将按照上述百分比，每种操作模式的实际操作的时间百分比将取决于该地区特殊的每年的温度分布和定出装置尺寸的设计切断温度(空气干泡温度设计的切断)。
每种模式的变换可如上所述的自动控制或人工方法来做到。
在选择元件时，用于干式间接接触热交换部分16和第二间接接触热交换部分28的特殊装置可以按照标准的工程原理来选择。干式间接接触热交换部分16的大小做成能完成干式中的大多数的热转换工作(模式1，图9所示)，在该模式中，第二间接接触热交换部分28按其尺寸的大小将加上一些热交换能力，但起主导作用的热交换器将还是干式间接接触热交换部分16的带翅片的管26。然而在湿式操作中(模式2和3，图10～11所示)，第二间接接触热交换部分28将起到主要的热传导工作，带翅片的盘管16仍将进行热交换。每个部分热转换的百分比将取决于两个热交换器16，28的相对尺寸。如果在整年中均希望采用均匀不变的热交换，人们应选择一个大的干式间接接触热交换部分16和一个相对较小的第二间接接触热交换部分28。如果预计夏天的湿式操作大于冬天的干式操作，将选择一个大的第二间接接触热交换部分28。
本发明还提供一种加工流体的热交换方法。加工流体穿过干式间接接触热交换部分16的同时，主气流132也穿过干式间接接触热交换部分16。加工流体还穿过第二间接接触热交换部分28，同时第二气流61穿过第二间接接触热交换部分28。第三气流68穿过直接接触热交换部分50。第二和第三气流61，68混合在一起形成干式间接接触热交换部分16上游的主气流132。第四气流72可有选择地与干式间接接触热交换部分16上游的第二和第三气流61、68混合。第四气流72由室内空气构成。
在该方法中，蒸发液有选择地配置到第二间接接触热交换部分28的上方，同时加工液穿过第二间接接触热交换部分28。来自第二间接接触热交换部分28的蒸发液汇集并有选择地配置到直接接触热交换部分50的上方。来自直接接触热交换部分50的蒸发液汇集并有选择地配置到第二间接接触热交换部分28的上方。
有选择地在直接接触热交换部分50的上方配置蒸发液的动作是与有选择地在第二间接接触热交换部分28上配置蒸发液的动作独立的，蒸发液可仅配置在第二间接接触热交换部分28的上方、或仅在直接接触热交换部分50的上方，或以同样或不同流速配置在两个热交换部分50，28的上方。低壁84允许蒸发液按照操作模式和两个贮液槽的平衡情况从一个贮液槽流到另一个贮液槽。在流到间接接触热交换部分28的蒸发液流超过流到直接接触热交换部分50中的蒸发液流时，蒸发液可以在低壁上方从间接部分贮液槽82流到直接部分贮液槽80，在流到直接接触热交换部分50的蒸发液流超过流到间接接触热交换部分28的蒸发液流时，蒸发液可以在低壁上方从直接部分贮液槽80流到间接部分贮液槽82。虽然壁84示出并被描述为一低壁，应该看到，允许蒸发液在贮液槽82，80之间作上述流动的任何结构均可使用。例如，具有允许蒸发液流动的装置的较高的分隔壁就可使用。
在热交换系统8的操作期间，在具有或不具有蒸发液在热交换部分28，50中配置的情况下，第二和第三气流61、68连续地穿过第二间接和直接接触热交换部分28、50，加工流体在具有或不具有蒸发液在第二间接和直接接触热交换部分28、50中配置的情况下流过于式间接和第二间接接触热交换部分16、28。
该方法可以包括传感室内气温的工作。传感工作可由温度传感器或操作者观察温度计来进行。有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分的上方的工作可根据传感到的室温来进行。
该方法可以包括传感干式间接接触热交换部分16的下游、如加工液出口14附近的上游的加工液的物理特征和特性的工作。传感的物理特征可以是温度或压力。有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分的上方的工作可以按照传感的温度或压力来进行。
由于本发明的方法和系统将蒸发液的使用限制在它最有效时使用，因此本发明提供了一个节省蒸发液的蒸发热交换器，由于第二间接接触热交换部分28不位于直接接触热交换部分50的上方，因此可在不增大装置的总高度的情况下使直接接触热交换部分50的尺寸和高度最佳化，从而可以使用较大的直接接触热交换部分50。另外，由于三个热交换部分并排放置，可使装置的总高度降到最小，蒸发液的扬程降小。因此可减小备用泵的成本。将蒸发液传送到直接和第二间接接触热交换部分的分开的管道布局允许每个部分热交换能力的最佳化，另外，完全的喷射流可以保持在第二间接接触热交换部分28的上方以减小结垢形成的趋势，同时在直接接触热交换部分上方的喷射流可独立调节。本发明的另一优点来自于下列事实气流在穿过蒸发液后和排出装置前穿过干式间接接触热交换部分16，该气流由干式间接接触热交换部分在排出装置前再加热，因此限制了在排放时形成羽状物。
应该看到，虽然图示的实施例中示出了在单个装置中具有很多热交换系统的零件，一些零件可安放在单个装置中，例如，直接接触热交换部分50可罩在单独的装置中，在罩住干式间接接触热交换部分16的装置中装有一通到通风室58的管道。如上所述，控制器78可以是装置的一部分，整个工厂的控制系统的一部分或仅为如计算机终端的控制器。
在本发明的系统中可使用附加的零件。例如，如图1～2所示，可按需要提供壁150来控制来自喷口108的气流和蒸发液的滞留。
在仅仅描述和示出本发明的特殊实施例时，显然可对它们进行各种添加和修改。因此在所附权利要求中力图覆盖所有这些添加、修改和替代品，上述变化均落入本发明的真实范围之中。
权利要求
1.一种从加工流体中吸取热量的热交换系统，包括一个加工流体的入口和一个加工流体的出口，一个具有空气入口侧、空气出口侧和加工流体回路的干式间接接触热交换部分，一个具有空气入口侧、空气出口侧和加工流体回路的第二间接接触热交换部分，一个具有空气入口侧、空气出口侧和填充介质的直接接触热交换部分，一个连接加工流体入口、干式间接接触热交换部分加工流体回路、第二间接接触热交换部分加工流体回路和加工流体出口的加工流体通路，该加工流体通路提供基本连续的通过干式间接接触热交换部分和第二间接接触热交换部分的加工流体流，若干间接部分蒸发液流体出口安置成在第二间接接触热交换部分上方配置蒸发液，若干直接部分蒸发液流体出口安置成在直接接触热交换部分上方配置蒸发液，一个间接部分贮液槽安置成收集来自第二间接接触热交换部分的蒸发液，一个直接部分贮液槽安置成收集来自直接接触热交换部分的蒸发液，一个第一泵和第一蒸发液流通路连接在间接部分贮液槽和直接部分蒸发液出口之间，将蒸发液从间接部分贮液槽移送到直接部分蒸发液出口，从而使蒸发液有选择地配置在填充介质的上方，一个第二泵和第二蒸发液流通路连接在直接部分贮液槽的间接部分蒸发液出口之间，将蒸发液从直接部分贮液槽移送到间接部分蒸发液出口，从而使蒸发液可有选择地配置在第二间接接触热交换部分的上方；和一个气体移动装置，用于将气流穿过干式间接接触热交换部分、第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分。
2.如权利要求1的热交换系统，其中加工流体通路将加工流体入口串连到干式间接接触热交换部分的加工流体回路，然后再连到第二间接接触热交换部分加工流体回路，然后再到加工流体出口。
3.如权利要求1的热交换系统，其中加工液流体通路将加工流体入口和出口并连到干式间接接触热交换部分和第二间接接触热交换部分。
4.如权利要求1的热交换系统，其中干式间接接触热交换部分安置在直接接触热交换部分和第二间接接触热交换部分之间，该热交换系统还包括一个罩，该罩围绕着干式间接接触热交换部分、第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分，该罩具有两侧，直接接触热交换部分位于其一侧，第二间接接触热交换部分位于其另一侧，罩子的每一侧具有一个开口，一个开口位于靠近第二间接接触热交换部分的空气入口侧，从而室内空气可以进入第二间接接触热交换部分，另一开口位于靠近直接接触热交换部分的空气入口侧，从而室内空气可以进入直接接触热交换部分，干式间接接触热交换部分的空气入口侧位于第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分的空气入口侧的下游，从而使来自第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分的气流可以进入干式间接接触热交换部分，罩子还包括用于室内空气进入的辅助开口，一个阻尼器用于有选择地关闭开口，开口安置成离开第二间接接触热交换部分和干式间接接触热交换部分，该辅助开口为室内气流进入干式间接接触热交换部分提供一条通路，罩子还包括一个通风室，它位于干式间接接触热交换部分空气入口侧的上游、第二间接接触热交换部分和直接接触热交换部分的空气入口侧的下游和辅助入口的下游，通风室对干式间接接触热交换部分的空气入口侧是敞开的，这样来自第二间接接触热交换部分、直接接触热交换部分和辅助开口的气流在进入干式间接接触热交换部分之前穿过通风室。
5.如权利要求1的热交换系统，还包括一个控制器，用以控制第一和第二泵的操作，该控制器允许第一和第二泵独立操作，该热交换系统还包括一个连接成能为控制器提供输入的传感器。
6.如权利要求5的热交换系统，其中上述第一泵和第二泵是从由常速泵和变速泵形成的组合中选出的。
7.一种从加工流体吸取热量的方法，包括在主气流穿过干式间接接触热交换部分的同时，使加工流体穿过干式间接接触热交换部分，在第二气流穿过第二间接接触热交换部分的同时，使加工流体穿过第二间接接触热交换部分，使第三气流通过直接接触热交换部分，并使第二和第三气流在干式间接接触热交换部分的上游混合在一起形成主气流，在加工流体流过第二间接接触热交换部分的同时有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分的上方，收集来自第二间接接触热交换部分的蒸发液，并有选择地将收集的蒸发液配置在直接接触热交换部分的上方，其中有选择地将收集的蒸发液配置在直接接触热交换部分的上方的工作是与有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分上方的工作独立的。
8.如权利要求7的方法，还包括有选择地将第四气流与第二和第三气流在干式间接接触热交换部分的上游混合的工作，第四气流包括室内空气。
9.如权利要求7的方法，还包括传感室内气温的工作，其中有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分上方的工作和有选择地将收集的蒸发液配置在直接接触热交换部分上方的工作是按传感的室内温度进行的。
10.如权利要求7的方法，还包括传感干式间接接触热交换部分的下游的加工流体的物理特性的工作，其中有选择地将蒸发液配置在第二间接接触热交换部分上方的工作及有选择地将收集的蒸发液配置在直接接触热交换部分上方的工作是按传感到的加工流体的物理特性进行的。
全文摘要
一种热交换装置和方法,其中包括干式直接接触,第二间接接触和直接接触热交换部分,它们并列安置减小了装置的总高度。干式和第二间接接触热交换部分以串联或并联方式接收加工流体。单独的室内气流在混合并进入干式间接接触热交换部分之前穿过第二间接和直接接触热交换部分。另一气流在系统干式下操作时在干式间接接触热交换部分的上游混合。还包括有选择地配置蒸发液的系统、泵、管道、传感器和控制器,使装置可按传感的温度和压力进行操作。
文档编号F28D21/00GK1266174SQ9912651
公开日2000年9月13日 申请日期1999年12月22日 优先权日1999年3月8日
发明者布兰尼斯拉夫·克伦尼克, 托马斯·P·卡特 申请人:巴尔的摩汽圈公司