专利名称：用于露点蒸发冷却器的方法和板装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及蒸发流体调节领域，尤其涉及流体(气体、液体、或有相变和无相变的混合物)的显热冷却的领域，通过在热交换器内间接蒸发冷却将该流体大致冷却到对于气体的露点，该热交换器具有经管道输送的气体和流体流动以及横跨热交换板的横向温度梯度。本发明还涉及一种改进的薄膜结构，以便有助于液体的快速分布，以及一种高效的存储系统和一种控制系统。
背景技术：
间接蒸发冷却是一种冷却气体流通常为空气流的方法，其方式为使冷却液体通常是水蒸发到第二空气流中，同时将热量从第一空气流传递给第二空气流。该方法与常规的空调系统相比具有特定固有的优点较低的电力需要、较高的可靠性、和不需要使用例如R-134的制冷剂及其相关的缺点。然而，间接蒸发冷却目前仅用于特殊构造的商业应用场合中，并且还没有在市场上用于民用或售后服务的产品中。这是因为已知的间接蒸发冷却装置和方法具有特定的缺点过高的成本、低效的热力循环对于所涉及的消耗不能提供足够的空气冷却、低效的水供应系统、积聚污垢、较差或昂贵的热交换器、过大的压降、在潮湿的大气环境中难以接近空气流的露点(冷却的理论限制)、在潮湿的大气环境中相对较高的露点、经过热交换器时的大压降、较大的热交换器、以及在一些结构中依赖辅助设备的良好状态。
1977年1月11日授权给Munters等人的美国专利4002040披露了一种热交换器，其中在流经管道的空气流之间没有出现混合，其中流经该装置的空气流在该装置中经过了270度转角，在导致由该流程产生较大的压降。此外，Munters的专利除了外界空气之外没有考虑到冷却流体，并且不能用于需要再循环的应用场合中。
1993年2月23日授权给Rotenberg等人的美国专利5187946参考了Maisotsenko的俄国专利(2096257)，该美国专利披露了一种具有穿过热交换板的孔以及交替的湿和干管道的热交换器。本发明在许多方面不同于美国专利5187946(Maisotsenko的俄国专利2096257)。
1992年12月15日授予Kaplan的US专利No.5,170,633表示可在间接蒸发系统内使用的辅助设备的数量。授予Belding等人和Goland等人的US专利No.5,727,394、5,758,508、5,860,284、5,890,372、6,003,327、6,018,953、6,050,100表示了过量空气处理设备的相同特征。在例如参考的那些检查系统中，应该注意到单个附加热交换器将使得系统总成本增加1/3以上。这些系统以及不同方法只适用于冷却空气。
名义上授予本申请人的1995年9月26日的US专利No.5,453,233披露一种设备，其中交替成组的湿板和干板提供两个空气流一个干燥气流，通过与其旁边的板接触而冷却，以及一个湿气流，通过直接蒸发冷却。但是该单元需要两个流入的气流和两个流出的气流。另外，所述的结构不是为了直接冷却而设置，没有附加的直接蒸发冷却。虽然有时希望有提高产品空气湿度的直接蒸发冷却的第二阶段，但是也经常不希望有。
本发明人的两个未审查专利同样涉及间接蒸发冷却的技术。2001年2月7日提交的PCT申请PCT/US01/04082披露一种消除直接蒸发冷却的第二阶段的方法。2001年2月7日提交的PCT申请PCT/US01/04081披露一种间接蒸发冷却器的热交换器芯的结构的更好的方法，使得更好地湿润并减小压力降。
希望的是一种提供更有效的气流和热传导的间接蒸发的方法和设备。间接蒸发方法和设备的改进薄膜、储槽和控制机构的优点优于以上披露的结构，并产生有利的效果。
发明内容
本发明提供了一种所有类型的交叉流流体的间接蒸发冷却器，其中该流体在热交换板的相对侧上流过干通道和湿通道，由于薄的塑料结构或其它适当的材料，这使得可经该板进行热交换，但是防止沿板的横向的传热，或使其最小化。为了实现这种应用，我们希望以下的特定方面1.传热表面或热交换表面具有许多构形。所有这些包含在本发明的范围内，其中以工业中公知的方式适当调整润湿和流动。例如，我们采用了板构形。
2.湿侧或热交换表面的湿部分意味着该部分在其表面上或表面中具有蒸发液体，由此使得表面进行蒸发冷却和从该表面吸收潜热。
3.干侧或热交换表面的干部分意味着在该部分中没有进入相邻气体或流体的蒸发。由此，没有蒸气传送和潜热进入相邻的气体。实际上，该表面被润湿，但是没有蒸发流体或由冷凝来润湿，而且不存在蒸发。
4.工作流体流或工作气体流是沿传热表面在干侧上流动的气体流，其流经在该表面中的通路到达湿侧，并且吸收蒸气并且借助蒸发从传热表面吸收潜热，并将其传送到排气中。在某些实施例中，工作流体流设定为废气，并且在其它实施例中其可用于其它特殊的目的，例如加湿或排出热量。
5.产品流体流或产品气体流是在干侧上沿传热表面流动的流体(气体、液体、或混合物)，并且其通过工作气体流在湿侧上吸收在湿区域中的蒸发产生的潜热从而使热量吸收而被冷却。
6.槽润湿系统实施例涉及薄膜的特征，其在附图中呈现在薄膜的中心区域中，相邻薄膜的槽结合起来用做液体流动通路或储槽并且保持位置以便润湿薄膜的湿侧。该槽或类似槽的部件的位置和形状以及相对布置不限于图中所示的。其它的定向和装置以及方法在本发明的范围内。
该板在板的干侧与限定区域中的湿侧之间还具有通路或孔或传送装置，以便提供从干工作通道到湿工作通道的流动，其中存在直接蒸发冷却。借助于该孔，工作流体流流经该系统的压降降低了。
本发明的方法利用了工作气体流(其用于使得湿通道内的液体蒸发并由此冷却热交换板的湿表面)与产品流体流之间的分开，流经在热交换板的相同侧上的干产品通道和干工作通道，向热交换板释放热量，在其反面上借助在湿工作通道中的蒸发而被冷却。
工作气体流首先进入干工作通道并且随后经过孔、孔隙或其它适当装置传送经过板的阻挡件到达湿侧，其后进入湿工作通道，其中在湿通道表面上液体蒸发，以便冷却该板。
干产品通道在该板的干侧上。板由薄材料制成，使得热量容易传递穿过该板，由此容易地使得热量从干产品通道传递给湿工作通道。这是本发明的基本单元或元件，以便描述使得工作气体流分开以便借助蒸发冷却间接地冷却分开的产品流体。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，其具有使得流体在热交换板的相对侧上从干工作通道流到湿工作通道的孔。
本发明的另一目的在于，提供一种具有热交换板的间接蒸发冷却器，其不允许大致横向的热交换，但是允许经过和穿过该板的热交换。由于沿板侧向的传热，这使得沿板的温度传递不能达到平均。通过使温度平均，该板有效地降低经过和穿过该板的温度差，并使得沿该板较低的传热率。由此，使得热量容易地经板从干侧传递到湿侧而不容易地沿板的表面传递是本发明的一部分。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，沿板的两维尺寸表面的温度梯度，并由此提供具有温度范围的工作气体流通道。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，其可选择产品流体流用于冷却，特别是，从最冷的产品通道离开的流体流可选择用来进行冷却。相反，工作气体流的一部分可选择用来对环境进行加湿。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，其具有高效的芯吸作用，可容易地润湿湿通道的大致整个表面面积，并且没有多余的水来冷却水而不是空气。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，其具有使得液体均匀地提供到该装置的所有湿通道上的系统。该系统具有这样的特征，可快速地分配液体到所有的湿薄膜，以便提供了用于润湿的储槽以及用于调节和控制液体分配的控制系统。
因此，本发明的一目的在于，提供一种间接蒸发冷却器，其具有循环选择装置，以便在夏季中用于提供冷却的没有被加湿的空气，在冬季，利用从离开空间的气体中的排出热量，同时对该空间进行加湿。
因此，本发明的一目的在于，提供一种高效的间接蒸发冷却器，其使得产品流体流大致冷却到工作气体的露点温度。
因此，本发明的一目的在于，提供一种高效的间接蒸发冷却器，对于工作气体流其具有较低的压降。
图1a是本发明的主要元件的三维立体示意图，其中示出了使得间接冷却发生的方法；图1b是图1a所示的反面的三维立体示意图；图1c是图1a和图1b所示的两个板的三维立体示意图；图1d是本发明的第二实施例的三维立体示意图；图2是本发明的第三实施例的三维立体示意图，其中示出了当本发明用于对带有水的空气流进行加温和加湿时的气体流路径；图3是组件形式的本发明的实施例的流动路径的局部三维立体示意图，其中示出了当本发明用于冷却的气体流动，并且还示出了其使用范围内气体流；图4是本发明的第五实施例的流动路径的局部三维立体图和示意图，其中示出了当本发明使用循环气体流的气体流动，并且还示出了其使用范围内气体流动；图5是包含本发明的元件的大板的三维立体示意图，其中示出了干侧气体流动、经过在反面的未示出的通道中的湿侧气体流动、附加的孔、以及附加的通道导向件；图6是包含本发明的元件的大板的三维立体示意图，其中示出了干侧气体流动、经过在反面的未示出的通道中的湿侧气体流动、附加的孔、以及附加的通道导向件；图7是图5的截面图，其示出了在湿侧上的气体流动；图8示出了包括多个板的蒸发冷却器；图9是本发明的另一实施例的局部分解立体图，其包括从两个不同角度观察的气体流动的示意图；图10是本发明的另一实施例的立体示意图，其中示出了气体流动和水的储槽；图11示出了替代形式，其中翼部从中心向下倾斜；图12示出了用于图8的供应芯板的实施例的供应芯板的改进；图13示出了用于图8的供应芯板的第二实施例的供应芯板的改进；图14示出了用于图8的供应芯板的第三实施例的供应芯板的改进；图15示出了一组芯部，其中相邻部分之间具有间隔，该间隔实现了使得经管道输送的空气流分成多个独立的部分的功能，这又降低了在通道中的边界层的累积，这阻止高效的传热；图16示出了储槽管道和阀的组件；图17示出了图16所示的储槽系统；图18示出了热交换器板、类型为1的板、在底部的槽、以及类型为2的板的另一实施例；图19示出了热交换器板、类型为1的板、在底部的槽、以及类型为2的板的另一实施例；图20示出了更复杂的层叠结构，其中供应管将液体分配到顶部的槽；以及图21示出了层叠结构，其使用了带有两个供应管的槽，一个管在顶部，一个管在中间。
具体实施例方式
图1是本发明的主要元件的三维立体示意图，其中示出了使得间接冷却发生的方法。该元件的实施形式形成为一平板(以下称为板6)，其包括使干侧9连接到湿侧10的孔11。干侧9还进行细分并分成产品通道3和工作气体通道4；孔11位于工作气体通道4中。如图1b所示，湿侧10由蒸发液体润湿，以便提供冷却。湿侧10还具有通道5。如图1a所示，通道3和4分开，以便保持干的工作气体与干的产品流体分开。通道导向件8通过防止通道3和4与在另一侧上的在板6上传送的垂直气体流之间的气体相互混合从而限定通道3和4。由于板6非常薄，热量可容易地从干侧到湿侧垂直传递经过并穿过该板。该板材料选择成使得沿板的热量传递最小化。优选的材料是塑料。通道导向件的材料除了提供阻挡以便限定通道之外还可有利地尽可能在两侧上使得流体流与相邻的平行流体流隔离，由此提供低等级的“平行传热”。
在使用中，产品流体流1和工作气体流2分别吸入到通道3和4中，以层流形式横过板6的干侧。工作气体流2随后流经孔11以流到湿侧10并进入通道5。在湿侧上通道5沿略微垂直于在干侧上的流体流动的方向引导气体流体流2，并且该通道5横过板6的湿侧10，其中其通过以下多种方式接受热量；即，首先，形式为从湿侧10的液体的蒸发，并且其次，作为从板6通过传导和辐射排出的热量。因此，板6作为热交换器并作为间接蒸发冷却器。气体流动2作为气体流2从间接蒸发冷却器6流出，如图1a和1b所示。
交叉流动不必是精确垂直的，只要是该流动是“大致略微垂直的”即可。在180度时，流动变为逆流，在0度时，在板6的两侧上流体流是平行的。大致略微垂直的流动采取在这两个极端情况之间的角度，只要该角度使得在板的相反两侧上的流体流彼此交叉即可。在板6的相反两侧上具有流体流的重要性在于，这提供了以下将描述的温度梯度和温度差。
在该实施例中，所有的工作气体流2在板6的中心之上在通道4中流过。在板6的反面上，在通道4之下，气体流2与湿侧接触并且借助蒸发而被冷却。在入口处，气体流2(在干侧上在通道4中)借助在板6的反面上的蒸发而被冷却。这作为气体流2的预冷却。由此，当气体流2在进入孔11之前在干侧上向下流时，理论上其被干冷到湿球温度。在干侧中的该预冷却使得该气体流比其初始温度更冷地进入湿侧，因此其具有持续更低的湿球温度。
气体流1和2的管道化通过使得在其中的流动控制和温度控制从而进一步增加了该装置的效率。经过并穿过板6的温度差是由流经湿通道5的气体流2的流动所产生的；在流经湿通道5的气体流2的流动开始处，该气体流是非常干的并且可从蒸发流体中吸收最大量的蒸气。这又吸收了最大量的潜热(从液体转变为蒸气)，这又使得经板6的温度差更大。因此，最接近通道4的通道3最大程度地被冷却。
实际上，产品流体可以是需要进行干冷却的任何流体(空气、气体、液体或混合物)，即，没有如入来自冷却流体蒸发的气体分压力分量。例如，在商业和民用应用中，该流体可以是空气，而冷却液体是水来自本发明的干侧通道的该产品空气流没有任何的湿度加入。在有或无相变的过程中，它可以作为制冷剂，以便在使用之前冷却到更低的温度，并且由此以低成本在制冷剂循环中实现更高的效率。
在图示的实施例中，在图1a中，干工作气体与产品流体的分开可通过通道导向件8来实现，该导向件作为相邻板之间的壁。在通道4的端部处，阻挡件或壁12防止于的工作气体离开并与产品流体混合。如果板6是波纹状的，则通道导向件部分地由在板本身上的波纹来提供。通道导向件可以设置在板6的任一侧面或两个侧面上并且位于产品流体与工作气体之间，以便防止流体在相对板的波纹之间流过。在任一情况下，它们起到引导气体或流体流的功能，并且在具有多个传热板的实施例中，其还有利地保持板6与其它板分开。此外，波纹状的通道导向件可用在平板6之间，在这种情况下不需要附加的分离。
板6的湿侧10可有利地包括芯层材料，其可使得冷却流体蒸发穿过湿侧10。优选的是，芯层覆盖湿侧10的大致整个表面区域。芯层可包括多种已知材料中的任何材料纤维素、有机纤维、有机基纤维、多孔塑料、碳基纤维、聚酯、玻璃纤维、硅基纤维及其组合物。芯层材料可采取多种形式膜、波纹、编织物、例如小球的颗粒的床及其组合形式。
有利的是，芯层材料可以是板6的材料。例如，板6可以是在一个侧面上处理的芯层材料，以便使其不可渗透，该不可渗透侧面随后用作板6的干侧。该处理可包括改变该芯层材料本身的特性，或者涂敷另一物质，例如塑料膜或等同形式。芯层材料可处理成具有低渗透性，以代替完全不可渗透。在这种应用场合中，“低渗透性”意味着允许穿过板6至干侧9的水量足够小，以至于穿过干侧9的气体流没有被大致加湿并且没有借助蒸发被大致冷却。然而，使用低渗透性来代替不可渗透的干侧在本发明要求保护的范围内。
或者，板6的材料可以是不可渗透的并且被处理成可渗透的或芯吸在湿侧10上。在任一情况下，板6的材料应当具有较高的传热阻抗。尽管由于该板较薄使得这几乎对传热没有影响，但是如上所述热量不沿板横向传递。
板6还可以从供应芯接收其冷却液体，这将参照其它实施例在以下描述。
孔11有利地是圆形或其它没有拐角的形状，或带有圆角的多边形，以便不仅增加该板耐用性，而且还以至于防止当气体流2流经该孔时在该气体流中出现紊流。通过防止了紊流，经间接蒸发冷却器的压降可减至最小，相应地将增大运行的效率并降低结构成本。该孔可以是通道，例如微孔隙，以代替孔。
板6有利地是斜的，以便防止过多水的积聚，并且/或者使得板6的下边缘置于与冷却液体的供应源接触，该冷却液体的供应源例如是水储槽，由此芯吸材料用于保持湿侧10供应有冷却液体。通过保持该非常小的斜度，从大约-10度到大约+10度，使得液体穿过湿侧10的蒸发具有更高的效率。当斜度的角度较大时，芯吸材料最大芯吸高度不适当地限定了板的宽度。在极端情况下，使得蒸发是低效的或不可能的，因此，由于用于蒸发的冷却液体的供应不足所以降低了可获得的蒸发冷却量。依据芯层材料的特性，芯吸作用不将液体传送到整个湿侧10上，而留出部分的干区域，或者其使得一部分表面是干的，而且没有足够的液体用于高效的蒸发以便在工作气体流中形成高的相对湿度。因此，小的角度提供了明显更高效的芯吸作用，并且对于给定的最大芯吸高度，获得更大的宽度。
板6还可具有如图7和8所示的双斜度的“V”形截面，即，板6具有类似浅凹谷的截面，其中间部分低于两个相对的边缘或翼。两个斜边可以具有不同的长度或斜度，或者在芯层材料的特性或其它方面中有所不同。
板6还可以设置有(未示出的)“流体流选择气门”，使得从板6的干侧仅选择最冷的气体流，(即，其可包括气门以选择某一湿的工作气体到板的中心，以便向环境中加湿)，或者所有的气体流，或者某一中间的选择。通过使得仅最冷的气体流用于冷却，可提供更少但更冷的气体流；使用气体流的更大选择的使用提供了更大的气体流。而且，气门可选择湿的工作气体以用于加湿环境。
图1d是本发明的元件的第二实施例的三维立体示意图。在该实施例中，板6沿一侧具有孔11，而不是如以上实施例在中部之下具有孔。通道导向件8形成通道3和4。在该实施例中，通道导向件8是肋，但是它们可以是其它类型的导向件，如上所述。通道导向件8还用于防止气体流离开板6的一个边缘。工作气体流2流入通道4，产品流体流2流入通道3。气体流2即工作气体流经孔11流到(未示出的)通道5中，并且随后流过板6的反面以便作为气体流2离开板6。
图2是本发明的第三实施例的三维立体示意图，其中示出了当本发明用于对带有水的空气流进行加温和加湿时的气体流路径。因此，在该实施例和以下描述中，气体流指的是空气流，并且冷却流体假设是水。在冬天，有利的是在离开温暖空间的排出气体与从大气环境引入的冷的新鲜空气(即外界空间或环境空气的其它源)之间进行热交换。这减小了加热新鲜空气所需的热量。本发明还使得对新鲜空气进行加湿，由此解决了冬季的另一问题冷的外界空气的水分已经冷凝损失了，因此其具有较低的绝对湿度，或者非常干的空气使得室内空气比较干，这是由于随着新鲜空气与外界的交换室内的湿度降低了。对于排出到大气环境的空气流和进入被调节空间的空气流进行“循环选择”是具有该结构的实施例的特征。
在图2中，板6具有干侧9、湿侧10、通道导向件8、和孔11。离开被调节空间的空气流1作为空气流。同时，新鲜空气2进入并流经孔11。如以上两个实施例所示，板6作为热交换器以便在干侧9上通过传导从空气流1中排出热量。在湿侧10上，空气流2流经在(未示出的)湿侧上的通道和其它平行通道，(借助传导和辐射)接受热量并(借助蒸发)接受湿度。如上所述，湿侧10可以具有芯吸材料，并且板6的关于渗透性、材料、处理、供应芯、通道导向件、波纹、孔、流体流选择气门等的结构可以采取如上所述的形式。以这种方式，节省了已经用于热量空气流的能量，同时湿气加入到新鲜空气流2中。
(未示出的)“循环选择气门”提供了在冷却循环与加温/加湿循环之间的切换的能力。在最简单的情况下，该循环选择气门用于简单地选择哪一空气流传送给被调节空间仅流经干侧9的空气或流经干侧9和湿侧10的空气。该气门可以提供用于空气流1和2的不同源，这对于本领域的普通技术人员而言是明显的。
图3是组件形式的本发明的实施例的流动路径的局部三维立体示意图，其中示出了当本发明用于冷却的气体流动，并且还示出了其使用范围内气体流。在该实施例中，一个气体流是来自被调节空间的空气。因为该空气通常从被调节空间中流出，该被调节空间比外界空间冷且干或者比被除湿空气冷，所以该空气在本发明的蒸发冷却器中用作工作流体流是有益的。
间接蒸发冷却器板6包括通道导向件和多个孔(为了简便其总体上由附图标记11表示)。干的产品空气流1由除湿转轮25提供并在干侧上进入通道3。干的产品空气流1在干侧上流经板6以便将热量传递给板6，形成冷却器但没有加入湿度。从被调节空间24流出的空气作为工作空气流2，其流入间接蒸发冷却器板6进入通道4，在该通道中工作空气流2在其流经孔11进入在湿侧上的通道之前通过传导再次将一部分热量传递给板6。在板6的湿侧上，空气流2在作为空气流2排出之前借助蒸发被冷却并且通过借助相同的作用来冷却板6。
除湿转轮25包括已知类型的液体或固定的除湿剂。在除湿转轮25中的除湿剂必须重新使其有效，即，必须除去除湿剂从空气流1中吸收的水。这通过再生空气27来实现，该再生空气在进入除湿转轮25之前流经空气加热器26。再生空气27的高温除去了除湿剂从空气流1中吸收的湿度。可使用另一热交换器以便在空气流1流经除湿转轮25从而已经被加热且干燥之后从空气流1中将热量传递给在被空气加热器26加热之前的再生空气27，该技术是本领域已知的。然而，应当理解，本实施例和以下描述的当前的优选实施例均没有使用这种附加的热交换器，这是由于本发明提供了接近露点温度的高效冷却，同时该附加的热交换器使得整个系统的成本增加超过45％。
图4是本发明的第五实施例的流动路径的局部三维立体图和示意图，其中示出了当本发明使用循环气体流的气体流动，并且还示出了其使用范围内气体流动。在本发明的该实施例中，来自被调节空间的空气被再次冷却并且作为产品流体返回。这导致能量的节省以及产品空气流的附加冷却。
板6具有通道导向件、通道、和由附图标记11整体表示的多个孔。空气流1在流过在通道中的板6的干侧之前从除湿转轮25中流出，在通道中空气流1借助传导将热量传递给板6。空气流1随后传送到被调节空间24并且最终循环到除湿转轮25。
在除湿转轮25之后，通道导向件使得工作空气流22与产品空气流1分开。工作空气流2流经通道，在通道中其将热量排给板6并且流经孔11到板的湿侧。如以上的实施例，湿通道是不能看到的，但是表示工作空气流的箭头示出了存在多个湿侧通道。在此刻，工作空气流2借助蒸发、辐射、和传导从板6吸收热量，以便冷却板6。
图5和6是包含本发明的元件的大板的三维立体示意图，其中示出了干侧气体流动、经过在反面的未示出的通道中的湿侧气体流动、附加的孔、以及附加的通道导向件，图7是图5的截面图，其示出了在湿侧上的气体流动。
蒸发冷却器具有产品气体流、工作气体流、产品通道、工作通道、湿侧通道、芯吸材料、通道导向件、干侧、湿侧、孔、阻挡件、和供应芯孔。
在使用中，工作气体或产品流体流分别流入通道4和3，将热量传递给热交换器，并且没有增加湿度。工作气体流流经孔并进入湿侧通道5。图7和8示出了包括多个板的蒸发冷却器，(这些图在图5和7中分别示出了一个和两、三个板，但是板的数量不限于图16所示的范围)。在两个侧面上具有通道的意义上，这些板可以是“相同的”，以便与孔11配合使用，以使气体流流经这些板，这些板由具有较差的传热率的材料制成并且在一个侧面上是不可渗透的，其中干侧横跨板间隙和相对的湿侧而彼此相对。本发明的板的尺寸和构形还可确定成以不相同的方式实施本发明。这些板平行地对准并且具有相同侧朝向。在这种应用场合中，“相同侧朝向”指的是湿侧面对其它板的湿侧，而干侧面对其它板。这不涉及孔11的替代，这将在以下进一步描述。
在湿侧通道中，空气流通过上述的机理接受来自蒸发冷却器的板6的热量。如上所述，工作气体流2通过其在通道4中的沿蒸发冷却器的板6的干侧的通道本身被预冷却，这产生由本发明的装置提供的进一步的冷却效果。如上所述，气体流可基于排出热(冷量)来选择，以便用作带或不带湿度的产品或工作空气。因此，阻挡件12密封通道4的端部，这要求所有的空气流2流经11以便流到湿侧通道。在不同的状态下，空气流2的一部分由于阻挡件12的移去而离开通道4的端部，这产生较大体积的稍微不太冷的产品空气，或者空气流1的一部分转向或被阻挡，(空气流1的该部分离开蒸发冷却器6的中心最远并且由此接受最少的冷却)，从而产生较少量的稍微更冷的产品空气。对于本发明的结构的其它替代形式如以上的描述。
因此在该组件中空气流在两个板之间流动，而不是沿一个板流动。如果两个这种板以干侧朝向对准，随后该空气流在板之间在湿侧上流动。在具有两个板以上的实施例中，空气流首先在两个板的干侧时间流动，随后流经一个或两个板并进入湿通道，在其中空气流沿这两个板中的一个板(在反面上)和第三板的湿侧流动。
在一个实施例中，供应芯可以流经供应芯孔23，以便将水供应到芯吸材料7，这将参照图8和9来描述。
图9是本发明的另一实施例的局部分解立体图，其包括从两个不同角度观察的气体流动的示意图。
间接蒸发冷却器14大致构造成盒体形状，尽管这种形状对于适合的状况是最优的，这是本领域所公知的。多个板6形成层叠。每一板6具有湿侧10和干侧9，为了清楚起见仅示出了最上的板6。板6平行地对准并且与相同侧朝向来定向，以便湿侧10面对湿侧10，而干侧9面对其它干侧9。
有利的是，提供这样的板6，其中孔11与在相邻板中的直接面对的孔不成一直线。作为替代的是，在本发明的优选实施例中，孔11与相邻板6中的孔11偏离开。这有助于降低该装置所需的能量并且增大效率。此外，这使得空气在蒸发通道5内更好地分布。
冷却器14还具有水储槽17、泵15、和供应芯13。水7从水储槽17中通过泵15移出并提升到供应芯13。储槽再充注线8使得水储槽17连续地被再充注或按需要再充注。
尽管这些板的间隙可以对于某一气体或流体采用任何的量，但是板6的间隙对于本发明的高效使用而言是重要的。如果该间隙适当地选择，则流经本发明的装置的气体流的压降可明显地降低，这可提供更多的流体流动或者可以使用更小的或更少的风机或风扇。实验表明，彼此平面间隙1.5-3.5毫米是优选的，并且间隙在1.50-1.85毫米、2.00-2.35毫米、2.10和2.90毫米、以及3.10和3.50毫米的次级范围是更优选的。在没有任何特别理论的束缚下，公认的是，以这些间隙，设置直立的波纹可降低流动过程中的阻力。以这些间隙，可阻止非层流的紊流流动，在特定的过程中这还可用于降低阻力和压降。适当的间隙可由(未示出的)分开的结构元件来保持，或者由通道导向件8或其它方式来提供，其可以是板6的设置的肋或波纹。
供应芯13包括具有芯吸材料的管，该芯吸材料覆盖该管的外侧的至少一部分。穿过该管的孔使得在管内的水7到达并润湿外芯吸材料，其与湿侧10上的芯吸材料接触。水7经孔流出到外芯吸材料中。由此该水可从供应芯的芯吸材料中蒸发到湿侧10的芯吸材料7中，并且如此经过由芯吸材料7覆盖的湿侧10的该部分。
产品流体流1进入通道3，同时工作空气流2进入通道4，均在板6的干侧10上。工作空气流流经孔11进入湿侧通道5，其用作上述的冷却板6。注意，为了简化仅示出了四个离开冷却器14的工作空气流，但这可以是任何的数量，并且它们可以(并且在优选实施例中)从冷却器14的两侧离开。
通道导向件起到多个功能。除了分开空气流1和2之外，它们用于将空气流1和2进一步细分，由此在本发明中形成更好的温度分布，在板6的中心附近形成具有更冷的产品空气1的通道，这有助于确保保持波状流或层流，由此降低了经过该装置的压降，并且有助于空气流1和2的平行细分的隔离，由此防止了平行的传热。最后，通道导向件8还用作结构件，以便支承该层叠结构和呈所需距离的分离板6。
(从图8和9中可看到的)阻挡件12防止工作空气2经通道4离开，由此迫使其流经湿通道5。尽管表述不同，但用于湿通道5的出口总是在孔的下游。如上所述，在替代实施例中，一些产品空气还可被阻挡/转向，或者依据需要和情况一些工作空气作为产品空气离开。
如上所述，空气流2进行预冷却的量部分地由孔和通道尺寸的选择来确定。如上所述，板6的材料使得横向传热较差，由此又提供了沿板6的横向的温度差或梯度。可有利地使用(未示出的)通道选择气门，以便选择空气流1和/或2的哪一细分部分用于空气调节，由此使得提供比其它方式更大程度的冷却，以及提供对于输出气体的温度、湿度和量的灵活控制。
风扇或等效的风机装置由附图标记19和20表示，但是本发明使用风扇组件的替代实施形式。例如，一个风扇作为强制送风可用于提供工作空气流和产品空气流1和2。此外，强制送风风扇具有比诱导送风更好的优点。由于该装置使用的蒸发过程，由风扇马达加入到空气流1和2中的寄生热量可有效地用于使得水7进一步蒸发，并且由此该热量有助于其本身的排出，这使得与最终的产品空气流1的温度几乎没有差别。强制送风风扇向工作空气通道和产品空气通道均提供空气，这依据经过这些通道的压降以及所使用的外侧气门。最后，由于工作空气和产品空气在不同的出口流出，因此需要两个风扇来诱导两个送风，同时只需要一个风扇用于两个强制送风。
层叠结构14封装在(未示出的)壳体中，该壳体可进一步引导和控制气流，还可增加该装置的美观效果。该壳体可包括用于工作空气流和产品空气流的入口和出口，以及使得气流方向受控制的气门。例如，当气门处于第一位置时，其使得冷却器正常工作，然而当该气门处于第二位置时，其使得被加温和加湿的工作空气变为产品空气。如上所述，这可结合循环空气来使用，以便提供冬季空气的加湿和预加温。
如以上的实施例，该间接蒸发冷却器14可结合循环空气流、除湿转轮、波纹板、以及该板的材料的处理、孔以及其它细节特征来使用。
注意，本发明的间接蒸发冷却器可以实现产品空气流1的直接和间接蒸发冷却。干侧9的一部分可以以与使用在湿侧10上的芯吸材料的相同方式或以不同方式被润湿，以便使得产品空气流进一步冷却。该干侧的该润湿部分可以有利地设置在干侧的干部分的下游，以便在直接蒸发冷却过程中被加湿之前，使得产品空气流1的显热温度尽可能地降低。这种顺序的一个特殊优点在于，低于大约65F度时，依据标准的焓湿图，湿度的适度增加使得空气温度的下降不成比例。在本发明的另一实施例中，干侧的该润湿部分构造成干通道3的表面面积的最终1-25％。
图10是本发明的另一实施例的立体示意图，其中示出了气体流动和水的储槽。
蒸发冷却器6具有干侧、湿侧10、产品空气流1和工作空气流2、通道导向件8、通道3和4、和湿通道5、以及水储槽17。在该实施例中，不需要水泵或供应芯，这是因为湿侧10的芯吸材料直接置于水储槽17中。然而，冷却器的板6的宽度限定成芯吸材料的最大芯吸高度，除非该板是如上所述的倾斜的，该斜度还获得更高效的芯吸。该实施例也是本发明的间接蒸发冷却器的示例，其使用来自该板的仅一个侧的排气。
在图8中，芯部的两个翼部从中心向外向上延伸。在中心，所示的供应芯板使得在湿通道中用于蒸发冷却的液体连通到芯部的芯吸材料层中。
在图8中，翼部是向上倾斜的，在大约0度到+10度之间。在图11中示出了替代形式，其中翼部从中心向下倾斜，其也在大约0度到-10度之间的范围内。
倾斜翼部的向上或向下的选择还可包括在该层的湿表面中的芯吸材料的选择，以便液体在每一板的芯吸材料表面的整个表面上移动。
向下倾斜的优点在于，由于施加的重力的推动，液体更容易地到达边缘。这有助于在边缘上积聚的污垢的减少，当液体具有矿物成分时可能出现污垢积聚。
重力的所施加的帮助(或向下倾斜的翼部)在于，其使得翼部的从中心供应芯的更大长度的部分被润湿，并且更快地实现这种情况。
收集在翼部的外边缘处的过多的水在向下倾斜的芯部中的势能使得形成液滴。当过多的液体被冷却时，液体的不必要的冷却降低了该蒸发冷却器的效率。为了使得过多的水减至最小，在层上的芯吸材料比供应芯的孔隙度小。
在图8中，向上倾斜的翼部在层的边缘处没有收集过多的水。可能出现的问题在于到达外边缘的水不足，这导致缺少冷却潜力并且使得矿物质在干边缘处积聚。
如图12、13、14所示，供应芯板13的实施例是实心供应芯板的改进。在图12中的通道或凹槽50以及图13中的孔51以及图14中的夹层均可使得液体从顶部更快地移动，其中液体引入到供应芯板，至底部，并且由此快速地润湿芯部芯吸材料。实现该分布辅助的替代方法包括沿供应芯的侧面设置的杆57。
这些实施例中的通道、孔和更多的孔隙使得液体移动到整个供应芯板上，并且由此有助于蒸发液体的分布。
通道、孔和孔隙不沿整个路径延伸到供应芯板的底部，这是因为这使得液体在润湿供应芯之前容易地流经这些通路。
图15示出了一组芯部，其中相邻部分之间具有间隔55。该间隔实现了使得经管道输送的空气流分成多个独立的部分的功能。这又降低了在通道中的边界层的累积，这阻止高效的传热。其中该通道较小或者流速较低，流体往往是层流。在靠近干通道中的板的边界层中，传热率较低。该边界层在板的入口处为零，并且在开始的几英寸中成长为一定程度的稳态量。因此，传热率明显大于对于任何通道的入口并且指数级地降低到一定程度的稳态量。
储槽系统的实施例结合芯部和供应芯板在图16和图17中示出。
顶部储槽60供应液体到供应芯板。该顶部储槽由阀和管道来供应适当的液体。当储槽向供应芯供应时，多余的液体流向下部储槽61。
浮子阀62置靠在下部储槽中的液面上，以便促动用于上部储槽的供应阀63。
当芯吸取液体到在芯部的层上的芯吸材料中时，顶部储槽60被抽空。如果蒸发量大于排入下部储槽61的多余液体，浮子62将下降。当其下降时，其促动供应阀63以便将更多的液体加入到顶部储槽60中。
当供应给供应芯板13的多余液体大于蒸发量时，多余的液体收集在底部储槽61中，这使得浮子升高并且还切断供应阀到上部储槽的通路。该系统需要水连续地从底部储槽中流出，使得其感测到水进入该系统。这种流出排放还有助于防止矿物质集中。
以这种方式，蒸发率确定了需要加入或减少液体供应给供应芯板。
附加的特征包括溢流排放口64、冷切断和排放系统65。在任何通常布置的系统中，恒温器可启动向储槽供应液体。
图18示出了热交换器板、类型为1的板70、在底部的槽72、以及类型为2的板71的另一实施例。用于气体流2的类型为1和2的板孔11位于所形成的槽的外侧。槽72用于保持并分配用于板的湿侧的液体1。在类型为1的板中，可以看到湿侧10。其中可以看到位于该表面上的芯吸作用材料7以及槽的表面。
在槽区域中的液体孔73用于液体流动穿过到达相邻层。其中湿侧芯吸材料7在上侧上，液体孔位于槽72的侧面上。这使得液体储槽74保持在该层，以便使得液体被芯吸到板的该侧的外侧。由于液体孔73位于该侧上，储槽74达到该液面。对于带有在下侧上的芯吸层的相邻接合(或类型为2的板71)，相似的槽72的形式可局部地浸没在液体储槽74之下，并且因此，在该层上的芯吸材料7从该储槽74供应给润湿的液体。两个相对的湿表面从这一个储槽中获得液体。
在湿侧上，与在其它实施例中一样，工作气体通道4朝向外边缘倾斜并且接受来自干侧9的流经气体孔11的工作气体2。工作气体2的流动有助于在板的湿侧上向外分布该液体。
在类型为2的板71中，产品通道3和工作通道4与通道导向件8分开。液体孔73位于槽的底部，以便来自在供应关之上或来自板储槽的液体向下排放到在相邻的下板的储槽中。
当存在多个板时，湿侧相对以形成工作通道或湿通道4，并且形成干通道3的反面，槽72的形式是置靠的。液体1无论其在何处进入层叠结构，该液体将向下流，以便收集在每一类型1的槽中，该液体处于湿通道的储槽74中。该流动由图19表示。
图20示出了更复杂的层叠结构14，其中供应管75将液体1分配到顶部的槽。如图8所示，阻挡件12在端部上，以便密封工作气体通路4，从而引导工作气体2经过气体孔11进入相邻的湿工作通道4。如图18所示，产品通道3与用于板的干侧的工作通道4分开。
与图20相似，图21示出了层叠结构14，其使用了带有两个供应管75的槽72，一个管在顶部，一个管在中间。这用于对液体储槽74进行充注以便可快速地启动。这可以通过本领域的其它已知方式来实现，其包括多个进入点。传感器76表明在底部储槽61中的检测的液面情况。如果太干，控制器打开供应阀63，以便将更多的液体供应到液体供应管75。相反，如果底部储槽61太湿，则切断通向供应管的流动。由湿通道在蒸发中使用的液体减少了使得到达底部储槽61的液体最小化的液体流动。当这种情况出现时，传感器76检测到低液面并且发出需要更多液体的信号。本领域的普通技术人员应当理解，传感器76可设置在湿通道中或在层叠结构14中，或在存储槽74。
在某些应用场合中，使用塑料、纤维素、或其它柔性材料可能不适合于传热薄膜，其中制冷剂或蒸气通过压力和间接冷却而冷凝。用于产品流体的通道可以是金属例如铝或其它适当的硬的带壁的结构，例如带壁的管作为热交换表面。
通过使得制冷剂预冷凝和冷却，使用例如本发明披露的在芯部的间接冷却，在其循环中需要低压压缩气态制冷剂，这可节省积聚的热量和使用的功率。
所披露的芯部的使用比冷却塔更高效并且成本更低，因此可结合到民用系统中。
尽管在以上的详细描述中参照优选实施例描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，本发明不限于所示的实施例，并且在不脱离由后附的权利要求限定的本发明的范围内的情况下，可进行许多附加和变型。因此，本发明仅由后附的权利要求及其等效形式来限定。
权利要求
1.一种用于至少一个流体流的热交换和间接蒸发冷却的板，该板包括a)对于蒸发液体具有低渗透性的干侧；b)湿侧，其表面由蒸发液体润湿；c)该板的该干侧由第一通道分成两个部分，工作流体流部分和产品流体流部分，其中至少一个通路在该工作流体流部分中穿过该板，以便使得工作气体在干侧上向该板的该湿侧传送；d)形成在该板的一部分中的槽形状；以及e)具有液体孔的槽部分。
2.如权利要求1所述的板，其特征在于，其还包括第二通道，该第二通道在该板的湿侧上定向成沿除了平行于在干侧上的流体流动之外的方向。
3.如权利要求2所述的板，其特征在于，一个或多个第一通道定向成与一个或多个第二通道成一角度，由此经板的干侧的流体流动方向大约垂直于经板的湿侧的气体流动方向。
4.如权利要求3所述的板，其特征在于，该板包括具有低传热率的材料，但是其具有薄的截面，以便即使在该材料具有低传热率的情况下，使得热量容易地从干侧传递到湿侧。
5.如权利要求1所述的板，其特征在于，该通道有助于经该板的至少一个侧的层流。
6.如权利要求1所述的板，其特征在于，该板还包括多个平行于经该板的气体流动方向延伸的肋，并且该肋提供该通道。
7.如权利要求1所述的板，其特征在于，该通道由该板的波纹来提供。
8.如权利要求1所述的板，其特征在于，该孔的一种形状从一组形状中选择，其中包括圆形和具有圆角的多边形。
9.如权利要求1所述的板，其特征在于，该板的至少一部分定向成以与水平方向成-10到+10度的角度倾斜。
10.如权利要求9所述的板，其特征在于，其还包括水储槽，其中该板的最低边缘与水接触。
11.如权利要求1所述的板，其特征在于，顶侧具有芯吸材料，并且液体孔位于该槽的侧面上靠近该顶部。
12.如权利要求2所述的板，其特征在于，该芯吸材料位于底侧上，并且液体孔在该槽的底部附近。
13.一种间接蒸发冷却器，其包括a)具有干侧和湿侧的板，该湿侧至少部分地由蒸发液体润湿，并且还包括两个或多个经该板的干侧的第一通道以及两个或多个经该板的湿侧的第二通道；b)分开地流经干侧的工作流体流和产品流体流，并由此将热量传递给该板；c)在该工作流体流的区域中在干侧上穿过该板的通路，该工作流体流从干侧流经孔流到湿侧，并且再流经湿侧；d)在湿侧上借助直接蒸发冷却向该工作流体流的传递热量的板，由此冷却该板，并冷却在该干侧上流动的产品流动和工作气体流；以及e)形成在板的一部分中的槽，以便保持蒸发液体并将蒸发液体传送给该板的湿侧。
14.如权利要求13所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，其还包括a)具有第一和第二侧的第二板，该第二板的第二侧的第一干侧部分地由蒸发液体润湿，并且还具有两个或多个经该第二板的干侧的第一通道以及两个或多个经该第二板的湿侧的第二通道，并且具有在该工作气体流的区域中在干侧上穿过该第二板的通路；b)与第一板平行对准、其间间隔开、并定向成具有相对的该第一板和该第二板的湿侧，并且来自该第一板和该第二板的干侧的该工作气体流在湿侧上流经分开所述板的空间，并且槽部分定向并彼此置靠；以及c)该产品流体流经该第一板和该第二板的干侧并在其上被冷却。
15.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板之间的间隙选择成以便使得在所述板之间流动的气体的压降最小化。
16.如权利要求15所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板之间的间隙进一步选择成1.5和3.5毫米之间。
17.如权利要求16所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板之间的间隙进一步选择成一组范围中的一个范围，该组包括1.50-1.85毫米、2.00-2.35毫米、2.10和2.90毫米、以及3.10和3.50毫米。
18.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，至少一个穿过每一板的通路与穿过另一板的通路偏离开。
19.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，在干侧上的一个或多个通道定向成与在湿侧上的一个或多个通道成一角度，由此经板的干侧的流体流动方向大约垂直于经板的湿侧的气体流动方向。
20.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，该产品流体流和该工作流体流在流经该板的干侧之前被除湿。
21.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，至少一个流体流，即该产品流体流或该工作流体流在流经所述板之前流经除湿剂式除湿机。
22.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，该产品流体流从被冷却的空间循环返回，以便作为该产品流体流或该工作流体流再使用。
23.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，其还包括a)阻挡件，其尺寸和构形确定成，以防止工作流体流在流经孔之前离开该间接蒸发冷却器。
24.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，该通道包括多个肋，所述肋平行于流经所述板的所述侧的流体流动方向延伸并且面对相邻板的表面。
25.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述通道由该板的波纹来提供。
26.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，其可用于冷却一空间或有助于对该空间加温和加湿，其还包括a)循环控制气门，其具有第一位置和第二位置，以便当该循环控制气门处于第一位置时，该工作气体流排放到大气环境中，并且引导该产品流体流以便冷却该空间，并且当该循环控制气门处于第二位置时，该产品流体流排放到大气环境中，并且引导该工作气体流以便对该空间加温和加湿。
27.如权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，其还包括至少一个风扇，其布置成有助于该产品流体流和工作气体流的运动。
28.一种间接蒸发冷却的方法，其包括以下步骤a)具有传热表面；b)用于蒸发液体润湿该传热表面的一部分，该蒸发液体暂时地保持在形成在该传热表面中的槽内；c)使得气体从干部分向湿部分流经该传热表面；d)使得产品流体流流经该传热表面的被冷却和使用的干部分；e)使得工作流体流流经该传热表面的具有通路的干部分；f)该工作流体流流过在该传热表面中的该通路以便流向该传热表面的湿部分；g)借助该蒸发液体在该传热表面的湿部分上蒸发到该工作流体流中，从而冷却该传热表面；以及h)通过在干部分中与被冷却的传热表面接触，从而冷却该产品流体流和工作流体流。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，导向件在干侧上平行于带有通路的板的侧面延伸。
30.如权利要求28所述的方法，其特征在于，导向件在湿侧上沿除了平行于干侧上的导向件之外的方向延伸。
31.一种冷却流体的改进方法，其包括以下步骤a)具有用于传热表面的板；b)使用两个或多个板；c)使得相邻的板具有其相同类型的相对表面，例如两个湿表面，由此形成相邻板之间的间隙；d)使得相邻板之间具有导向件，以便沿所需方向引导产品流体流和工作流体流；e)使得在所有的板的通路位于相同区域中；f)使得导向件在干空间中在相邻板之间引导该产品流体流与该工作流体流分开；g)使得导向件在湿空间中在相邻板之间引导该工作流体流，以便在其进入湿空间之前沿除了平行于产品流体流的方向之外的方向引导该工作流体流，以提供产品流体流的冷却，并且没有加入任何的湿度；以及h)使得槽区域彼此置靠，并且暂时地保持蒸发液体，以便润湿该板的湿侧。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，用于湿表面的该液体由在板的湿侧上的芯吸层来分布。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，板在干侧上具有对于蒸发液体不可渗透的层。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，该板的芯吸层由存储槽内的液体来提供蒸发液体。
35.如权利要求31所述的方法，其特征在于，该存储槽提供有蒸发液体，并且该液体不由芯吸材料吸取而是经液体孔离开该槽。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，该储槽润湿在两个相邻板上的芯吸材料。
37.如权利要求35所述的方法，其特征在于，具有底储槽。
38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，具有用于感测芯吸材料是否需要更多液体的装置。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，该装置是储槽中的浮子阀。
全文摘要
一种用于流体流冷却到大致其露点温度的间接蒸发冷却改进的方法和装置。其中该间接蒸发冷却器，其包括具有干侧和湿侧的板，该湿侧至少部分地由蒸发液体润湿，并且还包括两个或多个经该板的干侧的第一通道以及两个或多个经该板的湿侧的第二通道；分开地流经干侧的工作流体流和产品流体流，并由此将热量传递给该板；在该工作流体流的区域中在干侧上穿过该板的通路，该工作流体流从干侧流经孔流到湿侧，并且再流经湿侧；在湿侧上借助直接蒸发冷却向该工作流体流的传递热量的板，由此冷却该板，并冷却在该干侧上流动的产品流动和工作气体流；以及形成在板的一部分中的槽，以便保持蒸发液体并将蒸发液体传送给该板的湿侧。
文档编号F24F1/00GK1633330SQ02828060
公开日2005年6月29日 申请日期2002年12月11日 优先权日2001年12月12日
发明者V·麦索特森科, L·E·吉利安, T·L·赫顿, A·D·吉兰 申请人:埃达雷克斯技术公司