專利名稱：用于露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻器的方法和板設(shè)備的制作方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及蒸發(fā)流體調(diào)節(jié)的領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及利用間接蒸發(fā)冷卻在具有通道化的氣流和流體流和在換熱板上的橫向溫度梯度的換熱器內(nèi)將流體(氣體、液體或者有相變或者沒(méi)有相變的氣液混合物)顯著冷卻到氣體露點(diǎn)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
間接蒸發(fā)冷卻是通過(guò)將冷卻液體，通常為水蒸發(fā)成第二氣流同時(shí)將第一氣流的熱量傳輸給第二氣流，從而對(duì)氣流，通常為空氣進(jìn)行冷卻的方法。該方法與常規(guī)的空氣調(diào)節(jié)相比具有一些固有的優(yōu)點(diǎn)耗電低、較高的可靠性和無(wú)需使用諸如R-134的制冷劑以及消除在使用它們所帶來(lái)的所有缺點(diǎn)。但是，間接蒸發(fā)冷卻目前僅用于特定的商業(yè)應(yīng)用中，而且還不能在市場(chǎng)上用于民用設(shè)施或者銷售的產(chǎn)品。這是由于已知的間接蒸發(fā)冷卻器或者方法具有一些缺點(diǎn)成本過(guò)大、不能使空氣充分冷卻的與成本相比低效率的熱力循環(huán)、低效率的供水系統(tǒng)、建造規(guī)模、不良的或者昂貴的換熱器、過(guò)大的壓降、難以到達(dá)氣流的露點(diǎn)(冷卻的理論極限)、在濕潤(rùn)的氛圍下的較高露點(diǎn)、換熱設(shè)備上的大壓降、大換熱設(shè)備，并且在一些設(shè)計(jì)中，依賴大量輔助設(shè)備。
1977年1月11日授權(quán)給Munters等人的美國(guó)專利US 4,002,040披露了一種換熱器，其中在通道化的氣流之間沒(méi)有混合，并且通過(guò)該裝置的氣流在該裝置內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)270度，從而由流動(dòng)路徑產(chǎn)生大的壓降。另外，Munters不允許使用除外部空氣以外的冷卻流體并且不能用于需要重復(fù)循環(huán)的應(yīng)用中。
1993年2月23日授權(quán)給Rotenberg等人的美國(guó)專利US 5,187,946披露一種換熱器，該換熱器具有貫穿換熱板的穿孔和交替的干燥和濕潤(rùn)通道。本申請(qǐng)人懷疑該專利的有效性，因?yàn)樗谏暾?qǐng)人的在美國(guó)專利申請(qǐng)之前已經(jīng)公開一年以上的俄國(guó)專利，而且Rotenberg專利是無(wú)效的，這是因?yàn)樗嵌韲?guó)專利的復(fù)制，并且沒(méi)有披露更早的專利或者真正的發(fā)明人，V.Maisotsenko。本發(fā)明與5,187,946(Maisotsenko俄國(guó)專利2046257)披露的內(nèi)容大不相同，沒(méi)有使用對(duì)產(chǎn)品流體(被冷卻的流體，在5,187,946所披露的內(nèi)容中限制的氣體或者其他流體)的分離處理，用于從干燥通道到濕潤(rùn)通道的有效換熱的薄塑料板不能沿著表面或者板或者換熱板的小斜坡橫向傳熱以產(chǎn)生有效的芯吸作用，而披露的是較大的角度。它還沒(méi)有披露，使用供給器芯吸部件，而是使用位于每一個(gè)濕潤(rùn)通道中的復(fù)雜和昂貴的噴頭。最后，專利5,187,946反對(duì)使用通道引導(dǎo)部件，認(rèn)為紊流流動(dòng)能夠提供更高的效率。但是，這使得專利5,187,946不能控制各個(gè)換熱板的橫向溫度分布。另外，通過(guò)使工作氣流與產(chǎn)品氣流分離，當(dāng)工作氣流通過(guò)通道穿孔時(shí)流動(dòng)減弱，減小其壓降，同時(shí)能夠?qū)ε懦鐾ǖ肋M(jìn)行更好的控制。該專利與上述Munters類似，限于冷卻外部空氣。
1992年12月15日授權(quán)給Kaplan的美國(guó)專利US 5,170,633披露了可用于間接蒸發(fā)系統(tǒng)中的輔助設(shè)備。授權(quán)給Belding等人和Goland等人的美國(guó)專利US 5,727,394、US 5,758,508、US 5,860,284、US5,890,372、US 6,003,327、US 6,018,953、US 6,050,100披露類似的過(guò)量氣體處理設(shè)備。在諸如它們所涉及的檢驗(yàn)系統(tǒng)中，應(yīng)該注意的是，單個(gè)附加的換熱器會(huì)使系統(tǒng)的整個(gè)成本增加三分之一。這些系統(tǒng)除了方法不同以外僅涉及冷卻空氣的供給。
1995年9月26日名義上授權(quán)給本申請(qǐng)人的美國(guó)專利US 5,453,233披露了一種設(shè)備，其中交替的濕潤(rùn)板組和干燥板組提供了兩個(gè)空氣流一個(gè)是干燥的，通過(guò)與其旁邊的板接觸而被冷卻；以及一個(gè)是濕潤(rùn)的，通過(guò)直接蒸發(fā)而被冷卻。但是，該單元需要兩個(gè)氣流流入和兩個(gè)氣流流出。另外，設(shè)計(jì)問(wèn)題不能在沒(méi)有附加的直接蒸發(fā)冷卻的情況下僅提供間接冷卻。盡管這樣一種兩階段直接蒸發(fā)冷卻會(huì)提高產(chǎn)品空氣的濕度，但通常是不需要的。
本發(fā)明人的兩個(gè)待審的申請(qǐng)也提出間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)。于2001年2月7日申請(qǐng)的PCT申請(qǐng)PCT/US01/04082披露一種取消兩階段直接蒸發(fā)冷卻的方法。于2001年2月7日申請(qǐng)的PCT申請(qǐng)PCT/US01/04081披露了間接蒸發(fā)冷卻器的換熱芯的更好的設(shè)計(jì)方法，能夠更好的濕潤(rùn)和減小壓降。
因此，需要提供一種能夠使氣流和換熱更有效的間接蒸發(fā)冷卻方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適合所有類型流體的間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有在換熱板的相對(duì)兩側(cè)上的交叉流動(dòng)的濕潤(rùn)和干燥通道，由于板的薄塑料結(jié)構(gòu)或者由其他適合材料制成，因此能夠通過(guò)板換熱但防止或者使沿著板的橫向傳熱最小。為了應(yīng)用，我們想對(duì)一些術(shù)語(yǔ)進(jìn)行限定1.傳熱表面或者換熱表面具有許多構(gòu)形。包含在本發(fā)明的主題內(nèi)的所有的傳熱表面或者換熱表面能夠?qū)駶?rùn)和流動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，如本領(lǐng)域公知的。我們利用板形結(jié)構(gòu)舉例說(shuō)明。
2.換熱表面的濕潤(rùn)側(cè)或者部分指的是在其表面上或者表面內(nèi)具有蒸發(fā)液體的部分，從而能夠使表面蒸發(fā)冷卻和從表面吸收潛熱。
3.換熱器的干燥側(cè)或者部分指的是沒(méi)有使相鄰的氣體或者流體蒸發(fā)的換熱器表面部分。這樣，蒸氣或者潛熱沒(méi)有傳送到相鄰的氣體中。實(shí)際上，該表面可是濕潤(rùn)的但沒(méi)有蒸發(fā)流體或者通過(guò)冷凝被濕潤(rùn)，但不存在蒸發(fā)。
4.工作流或者工作氣流是在干燥側(cè)沿著換熱表面流動(dòng)的氣流，該氣流經(jīng)過(guò)該表面中的通道流到濕潤(rùn)側(cè)并且獲取蒸氣，且通過(guò)蒸發(fā)從換熱表面吸取潛熱并將其輸送到排出裝置中。在一些實(shí)施例中，工作流作為廢氣排出，在另外一些實(shí)施例中，可具有特別的用途，諸如增加濕度或者回收熱量。
5.產(chǎn)品流或者產(chǎn)品流體流是在干燥側(cè)上沿著換熱表面流動(dòng)的流體流(氣體、液體或者氣液混合物)并且通過(guò)吸收在由在濕潤(rùn)區(qū)域內(nèi)蒸發(fā)的潛熱的干燥側(cè)上的工作氣流的熱量而被冷卻。
該板還具有在板的干燥側(cè)和濕潤(rùn)側(cè)之間的限定區(qū)域中提供從干燥工作通道到其中進(jìn)行直接蒸發(fā)冷卻的工作濕潤(rùn)通道的流動(dòng)的通路或者穿孔或者轉(zhuǎn)移裝置。利用穿孔，工作氣流具有穿過(guò)該系統(tǒng)的減小的壓降。
本發(fā)明方法利用工作氣流(用于在濕潤(rùn)通道中蒸發(fā)液體從而對(duì)換熱板的濕潤(rùn)表面進(jìn)行冷卻的氣流)與產(chǎn)品流體流分離，使它們都流過(guò)在換熱板的同一側(cè)上的工作產(chǎn)品通道和干燥工作通道，并且將熱量釋放到換熱板上，換熱板的觀察面通過(guò)工作濕潤(rùn)通道中的蒸發(fā)而被冷卻。
工作氣流首先進(jìn)入干燥工作通道，接著通過(guò)穿孔、孔或者其他穿過(guò)板的屏障的轉(zhuǎn)移裝置，到達(dá)濕潤(rùn)側(cè)并進(jìn)入到濕潤(rùn)工作通道中，在那里，濕潤(rùn)通道表面上的液體的蒸發(fā)使板被冷卻。
工作產(chǎn)品通道在該板的干燥側(cè)上。該板是薄材料制成的以容易通過(guò)該板進(jìn)行熱傳輸，容易從干燥產(chǎn)品通道到濕潤(rùn)工作通道的傳熱。這是本發(fā)明的一個(gè)基本單元或者元件，體現(xiàn)了本發(fā)明的分離工作氣流以通過(guò)蒸發(fā)冷卻對(duì)分離的產(chǎn)品流體進(jìn)行間接冷卻的方法。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有能夠使流體從干燥工作通道流到在換熱板的相對(duì)面上的濕潤(rùn)工作通道的穿孔。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有換熱板，該換熱板基本上不允許橫向傳熱，但能夠穿過(guò)板并在板上進(jìn)行熱交換。這在板上產(chǎn)生了溫度轉(zhuǎn)移，該溫度轉(zhuǎn)移不會(huì)由于沿板的橫向傳熱而均勻化。沿板的溫度均勻化會(huì)大大降低穿過(guò)板的溫度差，從而降低在板上的換熱率。這樣，本發(fā)明的一部分是容易從干燥側(cè)到濕潤(rùn)側(cè)穿過(guò)板傳熱，但不易沿著板的表面?zhèn)鳠帷?br> 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有在板上的二維表面的溫度梯度，從而提供具有溫度范圍的工作氣流通道。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器能夠選擇用于冷卻的產(chǎn)品流體流，特別是，可選擇從最冷的產(chǎn)品通道排出的流體流用于冷卻。相反，可選擇工作氣流的一部分為環(huán)境增加濕度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有有效芯吸作用，容易利用冷卻水而不是空氣的排出的多余的水使?jié)駶?rùn)通道的所有表面區(qū)域被濕潤(rùn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有將水均勻地提供給該裝置的所有通道的供給器芯吸部件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有循環(huán)選擇裝置，從而在夏季，可用于提供冷卻的非濕潤(rùn)的空氣，在冬季，可存在于空間的空氣中回收熱量同時(shí)使空間濕潤(rùn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種有效間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器能夠?qū)a(chǎn)品流基本上冷卻到工作氣體的露點(diǎn)溫度。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種有效間接蒸發(fā)冷卻器，該冷卻器具有用于工作氣流的減小的壓降。


圖1(a)是本發(fā)明方法第一實(shí)施例的示意性三維透視圖，其中示出用于從板的干燥側(cè)到板的濕潤(rùn)側(cè)通過(guò)穿孔或通路的氣體冷卻的工作氣體的氣體流動(dòng)路徑，板的干燥側(cè)具有用以保持工作氣體路徑與產(chǎn)品流體路徑相分離的分離器；圖1(b)是圖1(a)的觀察側(cè)的示意性透視圖，示出具有通道的濕潤(rùn)側(cè)并繪出在工作氣體通過(guò)通路并沿發(fā)生蒸發(fā)作用的通道的濕潤(rùn)表面流動(dòng)的工作氣流；圖1(c)是兩個(gè)諸如圖1(a)與圖1(b)中的板的示意性透視圖，示出由彼此相對(duì)的第一和第二板的濕潤(rùn)側(cè)所形成的濕潤(rùn)側(cè)通道，其中它們的通路朝向相同的總體區(qū)域定向，并且還示出在干燥側(cè)進(jìn)入、通過(guò)通路并進(jìn)入到濕潤(rùn)側(cè)通道中的工作氣體，當(dāng)工作氣體沿第一和第二板的干燥側(cè)通過(guò)時(shí)該產(chǎn)品流體與工作氣體相分離。附加板將具有其干燥側(cè)與這些第一和第二板的干燥側(cè)相對(duì)的相鄰的板，因此，該板的疊垛的每個(gè)奇數(shù)板都將如此定向，即，其干燥側(cè)面向相同的方向并與所有偶數(shù)板相對(duì)；圖1(d)是本發(fā)明該方面第二實(shí)施例的示意性三維透視圖，示出從隔離的工作干燥路徑通過(guò)穿孔或通路進(jìn)入濕潤(rùn)側(cè)并在經(jīng)過(guò)濕潤(rùn)工作通道的濕潤(rùn)表面后排出板的一側(cè)的工作氣體流動(dòng)路徑；圖2是本發(fā)明該方面第三實(shí)施例的三維透視示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明在用于加溫和潤(rùn)濕氣流時(shí)的氣體流動(dòng)路徑；圖3是本發(fā)明該方面第四實(shí)施例的局部三維透視示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明在用于已除濕的產(chǎn)品流體的冷卻時(shí)的工作氣流，并進(jìn)一步示出使用環(huán)境下的產(chǎn)品流體流；圖4是本發(fā)明該方面第五實(shí)施例的局部三維透視示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明在與重復(fù)循環(huán)的氣流結(jié)合使用時(shí)的工作氣流和產(chǎn)品氣流，并進(jìn)一步示出使用環(huán)境下的氣流；
圖5是多個(gè)通道的擴(kuò)展組件的三維透視示意圖，示出干燥側(cè)流、附加的穿孔和附加的通道引導(dǎo)部件，穿孔主要在膜板的中部，干燥工作氣流進(jìn)入并通過(guò)通路流到濕潤(rùn)側(cè)(未示出)；圖6是與圖5所示的擴(kuò)展組件類似的三維透視示意圖，示出在干燥工作氣流通過(guò)通路后的濕潤(rùn)側(cè)氣流。板的表面具有芯吸材料，以利用供給器芯吸方法將液體供給到板的邊緣并且為液體提供蒸發(fā)冷卻；圖7是圖5中所示的帶有附加板的組件的截面圖，示出利用從中點(diǎn)向上形成一定角度的側(cè)翼的氣流，在頂部的板具有其干燥表面。該板的底部是濕潤(rùn)的并且通道引導(dǎo)部件與干燥側(cè)通道垂直，第二板具有與第一板濕潤(rùn)表面相對(duì)的濕潤(rùn)表面以使第一板和第二板之間的通道濕潤(rùn)，第二板在底部上具有其干燥表面，連貫的板保持干燥表面與干燥表面配合，濕潤(rùn)表面與濕潤(rùn)表面配合；圖8是表示帶有兩側(cè)之間的供給器芯吸板的兩側(cè)邊的芯和從中心的芯層的向上形成一定角度的翼取向的透視圖；圖9是本發(fā)明的一個(gè)組件的局部分解透視圖，包括利用芯的向上形成一定角度的翼的氣流和流體流的示意圖；圖10是利用諸如圖1(d)的板的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的局部分解透視圖，其中利用儲(chǔ)液容器將水供給到板上的芯吸材料，可以有帶有干燥-干燥和濕潤(rùn)-濕潤(rùn)表面的連貫的板；圖11是表示帶有兩翼之間的中間供給器芯吸板的兩部分芯和從中心向上形成一定角度的翼取向以及在最靠近中間芯吸部件的每一層區(qū)域中的穿孔的透視圖；圖12是用于圖8中的供給器芯吸部件的一個(gè)實(shí)施例，其中溝槽部分或者都從最高點(diǎn)延伸到最低點(diǎn)，以使流到芯吸部件的底部的液體加速并排出過(guò)量的液體；圖13是供給器芯吸部件的第二實(shí)施例，其中孔貫通供給器芯吸板的內(nèi)部；圖14是供給器芯吸部件的第三實(shí)施例，其中包括有助于將液體快速分配到供給器芯吸板的外周邊和有助于排出的夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)包括兩種孔隙度不同的材料，中間層的孔隙度大于外層；
圖15是與圖8類似的兩個(gè)芯的透視圖，其中示出空氣通道以及在兩個(gè)芯之間的分離間隙，通過(guò)將通道分成部段來(lái)提高傳熱率，并因此分解大的產(chǎn)生邊界層的通道，邊界層則會(huì)阻止傳熱；圖16是儲(chǔ)液容器管道和閥與可用于諸如圖8和圖15以及其他實(shí)施例中的組件中的供給器芯吸部件結(jié)合的組件，上部?jī)?chǔ)液容器為供給器芯吸板供液，在下部?jī)?chǔ)液容器中利用浮閥確定芯吸層部件是否缺少液體并因此在底部?jī)?chǔ)液容器中具有較低液面，接著開啟供給器閥將更多的液體供給到頂部?jī)?chǔ)液容器中；以及圖17示出與圖8中所示的芯組件結(jié)合使用的圖16的儲(chǔ)液容器系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
圖1a是表示實(shí)施間接冷卻的方法的本發(fā)明的一基本元件的示意性三維透視圖。該元件形成為一平板(因此在本文中也稱之為板6)，其包括穿孔11，該穿孔11連通干燥側(cè)9與濕潤(rùn)側(cè)10。干燥側(cè)9又被進(jìn)一步細(xì)分和分隔為產(chǎn)品通道3和工作氣體通道4。穿孔11位于工作氣體通道4之中。見圖1b，用蒸發(fā)液體潤(rùn)濕濕潤(rùn)側(cè)10以提供冷卻。濕潤(rùn)側(cè)10還具有通道5。圖1a的通道3和4被分隔，以使工作干燥氣體與干燥產(chǎn)品流體保持分離。通道引導(dǎo)部件8通過(guò)防止通道3和4之間的氣體相互混合而限定通道3和4并且使來(lái)自另一側(cè)上的垂直氣流能夠較自由地穿過(guò)板6傳輸。由于板6非常薄，熱量可容易地從干燥側(cè)到濕潤(rùn)側(cè)垂直穿過(guò)該板。板的材料選擇為使沿板的熱傳輸最小化。優(yōu)選的材料是塑料。通道引導(dǎo)部件的材料除提供用以限定通道的屏障以外，最好盡可能地在兩側(cè)上使氣流與相鄰平行氣流隔離，從而提供低速“平行熱傳輸”。
在使用中，產(chǎn)品流體流1和工作氣流2被分別抽入到通道3和4中，以層流的方式橫過(guò)板6的干燥側(cè)。接著，工作氣流2通過(guò)穿孔11流到濕潤(rùn)側(cè)10并進(jìn)入到通道5中。濕潤(rùn)側(cè)上的通道5沿基本上垂直于在干燥側(cè)上流動(dòng)并橫過(guò)板6的濕潤(rùn)側(cè)10的流體的方向引導(dǎo)氣體流2，其中它以下面幾種方式接收熱量第一，從濕潤(rùn)側(cè)10以液體蒸發(fā)的形式接收熱量；以及第二，在從板6通過(guò)傳導(dǎo)和輻射而散熱時(shí)接收熱量。因此板6起到熱交換器和間接蒸發(fā)冷卻器的作用。如圖1(a)和1(b)中所示的，作為氣流2的氣體流2從間接蒸發(fā)冷卻器6排出。
交叉流動(dòng)無(wú)需是精確垂直的，只要該流動(dòng)為“基本上垂直”就可以。在180度時(shí)，流動(dòng)變成逆流，而在0度時(shí)，板6的兩側(cè)上的流體流可以是平行的。在這兩個(gè)極限值之間的一個(gè)角度可出現(xiàn)基本上垂直的流動(dòng)，只要該角度使得板相對(duì)兩面上的氣流彼此交叉即可。在板6的相對(duì)兩側(cè)上具有流體流的重要之處在于，這將提供如下所述的溫度梯度和溫度差。
在該實(shí)施例中，所有工作氣流2在通道4中在板6的中心上通過(guò)。在板6的觀察面上，在通道4下方，氣流2與濕潤(rùn)側(cè)相接觸并通過(guò)蒸發(fā)而被冷卻。在入口處，氣流2(在通道4中的干燥側(cè)上)通過(guò)板6的觀察面上的蒸發(fā)而被冷卻。這起到對(duì)氣流2進(jìn)行預(yù)冷卻的作用。因此，當(dāng)氣流2在進(jìn)入穿孔11之前向下前進(jìn)到干燥側(cè)上的通道4時(shí)，它被干冷卻到理想濕球溫度。在干燥側(cè)中的預(yù)冷卻使得該氣流進(jìn)入到比其原始溫度更涼的濕潤(rùn)側(cè)，從而使其具有持續(xù)降低的濕球溫度。
氣流1和2的通道化通過(guò)將氣流控制于其中和控制溫度進(jìn)一步增強(qiáng)了該裝置的效率。板6上的溫度差是通過(guò)使氣流2通過(guò)濕潤(rùn)通道5的流動(dòng)而產(chǎn)生的；在氣流2通過(guò)濕潤(rùn)通道5開始流動(dòng)時(shí)，它是非常干燥的并且可從蒸發(fā)流體中吸收最大量的蒸汽。這進(jìn)而吸收最大量的潛熱(從液體到蒸氣的轉(zhuǎn)化)，這又使板6上具有較大的溫度差。因此，最靠近通道4的通道3將最大程度被冷卻。
在實(shí)踐中，產(chǎn)品流體可為需要進(jìn)行干冷的任何流體(空氣、氣體、液體或氣液混合)，干冷，即在沒(méi)有增加由冷卻液體的蒸發(fā)而產(chǎn)生的分壓氣體組分的情況下進(jìn)行冷卻。例如，在商用和民用中，流體可為空氣和冷卻液體態(tài)水在本發(fā)明中，從干燥側(cè)通道出現(xiàn)的產(chǎn)品氣流確實(shí)沒(méi)有增加任何濕度。無(wú)論是否在相變期間，它都可作為制冷劑，以在使用之前冷卻到更低溫度，因此以低成本在制冷劑循環(huán)中獲得更大的效率。
在圖示的實(shí)施例中，在圖1中，可用通道引導(dǎo)部件8使得工作干燥氣體與產(chǎn)品流體分隔，該通道引導(dǎo)部件8起到相鄰板之間的壁的作用。在通道4的端部中，屏障或壁12防止工作干燥氣體排出及與產(chǎn)品流體相混合。如果板6為波紋形的，那么板自身中的波紋就可部分地提供通道引導(dǎo)部件。通道引導(dǎo)部件可存在于板6的任何一側(cè)或兩側(cè)上并且位于產(chǎn)品流體和工作氣體之間以防止流體在相對(duì)板的波紋之間通過(guò)。在任何一種情況下，它們都起引導(dǎo)氣體或流體流的作用，并且在那些具有不止一個(gè)熱傳輸板的實(shí)施例中，最好還保持板6與其他板的分離。此外，波紋形的通道引導(dǎo)部件可用在平板6之間，而在這樣情況下不再需要采用其他的分離措施。
板6的濕潤(rùn)側(cè)10最好可包括能夠橫過(guò)濕潤(rùn)側(cè)10蒸發(fā)冷卻液體的芯吸層材料。最好，該芯吸層可基本上覆蓋濕潤(rùn)側(cè)10的整個(gè)表面積。芯吸層可包括以下多種公知材料中的任何一種纖維素、有機(jī)纖維、有機(jī)基纖維、泡沫塑料、碳基纖維、聚酯、聚丙烯、玻璃纖維、硅基纖維以及這些物質(zhì)的組合。芯吸層材料可以是多種形式的薄膜、織物、編織物、諸如珠的顆粒層以及其組合物。
芯吸層材料最好可以是板6的材料。例如，板6可為一側(cè)經(jīng)過(guò)處理以使其不滲透的芯吸層材料，然而該不滲透的側(cè)可被用作板6的干燥側(cè)。該處理可包括改變芯吸層材料自身的性質(zhì)或用另一種物質(zhì)，諸如塑料薄膜或其他類似物涂覆該芯吸層材料。芯吸層材料可被處理成具有低滲透性，而不是完全不滲透的。在本申請(qǐng)中，“低滲透性”指的是能夠透過(guò)板6到干燥側(cè)9的水量足夠小，使得橫過(guò)干燥側(cè)9的氣流基本上不會(huì)變得潮濕并且基本上不會(huì)由于蒸發(fā)而冷卻。用低滲透性干燥側(cè)替換不滲透干燥側(cè)仍然適用于這里所述的本發(fā)明的實(shí)施例。
或者，板6的材料可為不滲透的并經(jīng)處理以使其具有滲透性或使其在濕潤(rùn)側(cè)10上芯吸。在任何一種情況下，板6的材料都應(yīng)具有較高的抗熱傳輸性能。雖然這對(duì)于通過(guò)板6的熱傳輸幾乎沒(méi)有影響，但是因?yàn)樗潜〉?，因此如前面所述的，熱量不能夠橫向地橫過(guò)該板傳輸。
如以下將參照其他實(shí)施例所描述的，板6也可從供給器芯吸層部件中接收其冷卻液體。
最好，不僅為了增強(qiáng)板的耐用性而且為了當(dāng)氣流2從穿孔11中穿過(guò)時(shí)有助于防止氣流2中的紊流，穿孔11可為圓形的或其他沒(méi)有角的形狀，或者是具有例如倒圓角的多角形的形狀。通過(guò)防止紊流，可使得橫過(guò)間接蒸發(fā)冷卻器的壓降最小化，同時(shí)相應(yīng)地增強(qiáng)操作效率和降低構(gòu)造成本。穿孔與其說(shuō)是穿孔倒不如說(shuō)是通路，例如微孔。
板6最好是傾斜的以便于防止多余水的積聚，和/或使得板6的下邊緣位于與冷卻液體供給源，諸如儲(chǔ)水容器相接觸的位置，從而芯吸材料可用于保持濕潤(rùn)側(cè)10供有冷卻液體。通過(guò)保持很低的傾斜度，從約-10度到約+10度，使液體橫過(guò)濕潤(rùn)側(cè)10的蒸發(fā)會(huì)進(jìn)行得更有效。在傾斜角度更大時(shí)，芯吸材料的最大芯吸高度過(guò)度地限制板的寬度。在極個(gè)別情況下，蒸發(fā)可能是低效率的或不可能進(jìn)行，因此由于蒸發(fā)的冷卻液體的供給不當(dāng)而降低所達(dá)到的蒸發(fā)冷卻量。根據(jù)芯吸層材料的性質(zhì)，芯吸可能不會(huì)將液體傳送到整個(gè)濕潤(rùn)側(cè)10，留下某些干燥區(qū)域，或者可能會(huì)使某些部段表面干燥，但是沒(méi)有足夠液體進(jìn)行有效蒸發(fā)以在工作氣流中產(chǎn)生高的相對(duì)濕度。因此低角度可提供較高效的芯吸，并且對(duì)于給定的最大芯吸高度來(lái)講，可提供更大的寬度。
如圖6和圖7中所示的，板6還可具有雙斜面的“V”形橫截面，也就是說(shuō)，板6的橫截面可類似于中部段低于兩個(gè)相對(duì)邊緣或翼部的淺谷。兩個(gè)斜面可具有不同長(zhǎng)度或傾斜角度，或者在芯吸層材料的性質(zhì)或其他因素方面可是不同的。
板6還可裝備有“氣流選擇阻尼器”(未示出)，允許從板6的干燥側(cè)只選擇最冷的氣流、或者選擇所有的氣流、或者進(jìn)行一些中間選擇(即，它還可包括選擇某些濕潤(rùn)工作氣體以向板的中心環(huán)境增加濕度的阻尼器)。通過(guò)只允許最冷的氣流用于冷卻，可提供較小但是較冷的氣流；利用較大的氣流選擇能夠提供較大的氣流。阻尼器還可選擇用來(lái)潤(rùn)濕環(huán)境的濕潤(rùn)工作氣體。
圖1a是本發(fā)明元件的第二實(shí)施例的示意性三維透視圖。在該實(shí)施例中，板6具有沿一側(cè)的穿孔11，而不是像先前實(shí)施例中那樣的，中間具有向下的穿孔11。通道引導(dǎo)部件8形成了通道3和4。在該實(shí)施例中，通道引導(dǎo)部件8為肋條，但是它們也可為其他類型的引導(dǎo)部件，如先前所述的。通道引導(dǎo)部件8還用于防止氣體從板6的邊緣流出。工作氣流2在通道4中流動(dòng)，而產(chǎn)品流1在通道3中流動(dòng)。作為工作氣體的氣流2流過(guò)穿孔11到通道5(未示出)中，然后橫過(guò)流板6的觀察面以作為氣流2離開板6。
圖2是本發(fā)明第三實(shí)施例的示意性三維透視圖，示出了當(dāng)本發(fā)明利用水加溫和濕潤(rùn)氣流時(shí)的氣流路徑。因此，在本實(shí)施例和以下的描述中，氣流可被稱作空氣流，而冷卻液體可假定為水。在冬季，有利的是在離開加溫的空間的廢氣與來(lái)自于大氣環(huán)境中的寒冷新鮮空氣之間交換熱量，該大氣環(huán)境的寒冷新鮮空氣即室外空氣或其他環(huán)境空氣源。這減少了加溫新鮮空氣所需的熱量。本發(fā)明還允許為新鮮空氣附加濕度，這樣又導(dǎo)致了另一個(gè)冬季問(wèn)題在內(nèi)部的濕氣隨著新鮮空氣進(jìn)入而減少時(shí)，已將濕氣冷凝并因而具有較低的絕對(duì)濕度的寒冷外部空氣或者導(dǎo)致干燥的內(nèi)部空氣的極端干燥的空氣與外部進(jìn)行交換。關(guān)于氣流被排出到大氣以及進(jìn)入被調(diào)節(jié)的空間的“循環(huán)選擇”具有這種布置的實(shí)施例的特征。
在圖2中，板6具有干燥側(cè)9、濕潤(rùn)側(cè)10、通道引導(dǎo)部件8和穿孔11?？諝饬?以氣流的形式離開被調(diào)節(jié)的空間。同時(shí)，新鮮空氣2進(jìn)入并流過(guò)穿孔11。與已示出的先前兩個(gè)實(shí)施例中的一樣，板6起到熱交換器的作用，以便通過(guò)傳導(dǎo)移出干燥側(cè)9上的空氣流1的熱量。在濕潤(rùn)側(cè)10上，空氣流2流過(guò)濕潤(rùn)側(cè)(未示出)上的通道和其他平行通道，從濕潤(rùn)側(cè)10上接收熱量(通過(guò)傳導(dǎo)和輻射)和濕氣(通過(guò)蒸發(fā))。如先前所述的，濕潤(rùn)側(cè)10可具有芯吸材料，并且涉及到滲透性、材料、處理、供給器芯吸部件、通道引導(dǎo)部件、波紋、穿孔、氣流選擇阻尼器等的板6的結(jié)構(gòu)也可與先前所述的一樣。以這種方式，已用于加熱氣流的能量被保存起來(lái)同時(shí)將濕氣增加到新鮮空氣流2上。
“循環(huán)選擇阻尼器”(未示出)提供在冷卻循環(huán)與加溫/潤(rùn)濕循環(huán)之間切換的能力。以最簡(jiǎn)單的方式，循環(huán)選擇阻尼器可簡(jiǎn)單地用于選擇傳到被調(diào)節(jié)的空間的空氣流只橫過(guò)干燥側(cè)9通過(guò)的空氣或穿過(guò)干燥側(cè)9與濕潤(rùn)側(cè)10兩者的空氣。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，該阻尼器還可為空氣流1和2提供不同的來(lái)源。
圖3是表示一個(gè)組件中的本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流動(dòng)路徑的局部示意性三維透視圖，其中示出當(dāng)本發(fā)明用于冷卻時(shí)的氣流，并進(jìn)一步示出在使用環(huán)境中的氣流。在該實(shí)施例中，一種氣流是來(lái)自于被調(diào)節(jié)的空間的空氣。由于從被調(diào)節(jié)的空間頻繁排出的空氣比外部空氣更寒冷和干燥或者比干燥的空氣更冷，因此最好將它用作本發(fā)明蒸發(fā)冷卻器中的工作氣流。
間接蒸發(fā)冷卻器板6包括通道引導(dǎo)部件、多個(gè)穿孔(為了方便起見，都用附圖標(biāo)記11表示)。干燥產(chǎn)品空氣流1由干燥輪25提供并進(jìn)入到干燥側(cè)上的通道3中。它流過(guò)干燥側(cè)上的板6，向板6傳輸熱量，變得更冷但是沒(méi)有增加濕氣。空氣從被調(diào)節(jié)的空間24中排出作為工作氣流2，該工作氣流2在通道4中流入間接蒸發(fā)冷卻器板6，在那里，在它穿過(guò)穿孔11進(jìn)入到濕潤(rùn)側(cè)上的通道中之前再次通過(guò)傳導(dǎo)而向板6傳遞一些熱量。在板6的濕潤(rùn)側(cè)上，在作為空氣流2被排出之前，空氣流2通過(guò)蒸發(fā)而冷卻并通過(guò)相同的作用同時(shí)冷卻板6。
干燥輪25可包含已知類型的液體或固態(tài)干燥劑。干燥輪25中的干燥劑必須被再充填，也就是說(shuō)，必須具有去除的已經(jīng)從空氣流1中吸收的水。這由再激活空氣27來(lái)實(shí)現(xiàn)，該再激活空氣27在進(jìn)入到干燥輪25中之前流過(guò)空氣加熱器26。再激活空氣27的高溫去除干燥劑中從空氣流1中所吸收的濕氣。在空氣流1流過(guò)干燥輪25而被加熱和干燥后，一個(gè)附加熱交換器可在空氣加熱器26加熱該再激活空氣27之前用于將空氣流1中的熱量向再激活空氣27傳遞，該項(xiàng)技術(shù)是本領(lǐng)域中公知的。然而，應(yīng)該理解的是，由于本發(fā)明提供了接近于露點(diǎn)溫度的高效冷卻，因此本實(shí)施例和下面描述的優(yōu)選實(shí)施例都沒(méi)有使用這樣的附加熱交換器，而附加熱交換器會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)成本增加了45％。
圖4是本發(fā)明第五實(shí)施例的流動(dòng)路徑的局部示意性三維透視圖，示出當(dāng)本發(fā)明與循環(huán)氣流結(jié)合使用時(shí)的空氣流動(dòng)，并進(jìn)一步示出使用環(huán)境下的空氣流動(dòng)。在本發(fā)明的該實(shí)施例中，來(lái)自于被調(diào)節(jié)的空間的空氣被再次冷卻并作為產(chǎn)品流體返回。這導(dǎo)致節(jié)約能量并且提供對(duì)產(chǎn)品空氣流的附加冷卻。
板6具有通道引導(dǎo)部件、通道和多個(gè)都用附圖標(biāo)記表示11的穿孔?？諝饬?在通道中通過(guò)板6的干燥側(cè)之前從干燥劑輪25中排出，在板6的干燥側(cè)空氣流1通過(guò)傳導(dǎo)而向板6傳送熱量?？諝饬?然后傳送到被調(diào)節(jié)的空間24中并最終被重復(fù)循環(huán)到干燥輪25中。
通道引導(dǎo)部件在干燥劑輪25后將工作氣流2與產(chǎn)品氣流1隔開。它通過(guò)通道，它在通道處向板6排出熱量并通過(guò)穿孔11流到板的濕潤(rùn)側(cè)中。與先前實(shí)施例中的一樣，濕潤(rùn)通道未示出，但是指示工作氣流的箭頭顯示出可存在多個(gè)濕潤(rùn)側(cè)通道。同時(shí)，工作氣流2通過(guò)蒸發(fā)、輻射和傳導(dǎo)從板6吸收熱量，使得板6冷卻。
圖5和圖6是包含本發(fā)明元件的大的板的示意性三維透視圖，其中示出通過(guò)未示出的但存在于觀察側(cè)上的通道的干燥側(cè)氣流、濕潤(rùn)側(cè)氣流、附加穿孔、以及附加通道引導(dǎo)部件，而圖7是圖5的橫截面圖，示出濕潤(rùn)側(cè)上的氣流。
蒸發(fā)冷卻器具有產(chǎn)品氣流、工作氣流、產(chǎn)品通道、工作通道、濕潤(rùn)側(cè)通道、芯吸材料、通道引導(dǎo)部件、干燥側(cè)、濕潤(rùn)側(cè)、穿孔、塊、和供給器芯吸孔。
在使用中，工作氣流和產(chǎn)品流體流分別流入通道3和4中，在不增加濕度的情況下向熱交換器傳送熱量。工作氣流流過(guò)穿孔進(jìn)入到濕潤(rùn)側(cè)通道5中。圖6和圖7示出蒸發(fā)冷卻器包括多個(gè)板(三幅圖分別示出了一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)板，但是板的數(shù)量并不局限于該范圍)。板在其兩側(cè)上具有與穿孔11合作的通道以使氣流流過(guò)各板的意義上，可為“相同的”，各板由具有低橫向熱傳輸率的材料組成并且其一側(cè)上為不滲透的，其中其干燥側(cè)橫過(guò)板間距彼此相對(duì)并且濕潤(rùn)側(cè)相對(duì)。還可這樣制定本發(fā)明的板尺寸并構(gòu)成本發(fā)明的板，即，在不相同的情況下實(shí)施本發(fā)明。將板平行排列并使得相似的側(cè)邊面對(duì)。在本申請(qǐng)中，“相似的側(cè)邊面對(duì)”是指這樣的情況，即，濕潤(rùn)側(cè)對(duì)其他板的濕潤(rùn)側(cè)，而干燥側(cè)面對(duì)其他板。它不是指穿孔11的位置，如下面將進(jìn)一步描述的。
在濕潤(rùn)側(cè)通道中，空氣流通過(guò)先前所述的機(jī)構(gòu)從蒸發(fā)冷卻器6的各板中接收熱量。還如上所述，工作氣流2自身通過(guò)其穿過(guò)通道4中蒸發(fā)冷卻器6的板的干燥側(cè)的通道被預(yù)冷卻，導(dǎo)致本發(fā)明裝置的進(jìn)一步冷卻作用。此外還如上所述，可根據(jù)用于具有或不具有濕度的產(chǎn)品或工作氣體的散熱(冷卻)來(lái)選擇氣流。這樣，塊12密封通道4的端部，要求所有的空氣流2流過(guò)穿孔11到達(dá)濕潤(rùn)側(cè)通道中。在不同的條件下，通過(guò)塊1 2的移出可允許一些空氣流2離開通道4的端部，產(chǎn)生較大體積的不太冷的產(chǎn)品空氣，或者，一些空氣流1可被轉(zhuǎn)向或堵?lián)?即，空氣流1的距離蒸發(fā)冷卻器6的中心最遠(yuǎn)并因此受到最少冷卻的那個(gè)部分)，因此產(chǎn)生較少量的略冷的產(chǎn)品空氣。本發(fā)明結(jié)構(gòu)的其他選擇也與上述的一樣。
這樣，該組件中的空氣流在兩個(gè)板之間流動(dòng)而不是流過(guò)一個(gè)板。如果兩個(gè)這樣的板以干燥側(cè)相對(duì)的方式排列，那么空氣流就在兩個(gè)板之間在干燥側(cè)上流動(dòng)，如果濕潤(rùn)側(cè)是相對(duì)的，那么空氣流就在兩個(gè)板之間在濕潤(rùn)側(cè)上流動(dòng)。在具有多于兩個(gè)板的實(shí)施例中，空氣流將首先在兩個(gè)板的干燥側(cè)之間流動(dòng)，然后將流過(guò)一個(gè)或兩個(gè)板并進(jìn)入到濕潤(rùn)通道中，在該濕潤(rùn)通道中空氣流將流過(guò)前述兩個(gè)板中的一個(gè)(在背側(cè)上)和第三板的濕潤(rùn)側(cè)。
下面將參照?qǐng)D8和10進(jìn)行描述，為了給芯吸材料7供應(yīng)水，供給器芯吸部件可穿過(guò)供給器芯吸部件孔23。
圖8和圖10是本發(fā)明第七和優(yōu)選實(shí)施例的局部分解透視圖，包括從兩個(gè)不同的角度所看到的氣體流動(dòng)的示意性透視圖。
間接蒸發(fā)冷卻器14是以近似為盒子的形狀構(gòu)成的，盡管如本領(lǐng)域公知的，該形狀可被優(yōu)化以適應(yīng)環(huán)境。多個(gè)板6形成堆疊組件。每個(gè)板6都具有濕潤(rùn)側(cè)10和干燥側(cè)9，盡管為了清晰起見只涉及最頂層的板6。板6平行排列并且以相似的側(cè)面相對(duì)的方式定向，因此濕潤(rùn)側(cè)10面對(duì)濕潤(rùn)側(cè)10，而干燥側(cè)9面對(duì)其他的干燥側(cè)9。
有利的是提供這樣的板6，即，其中穿孔11不是以直接面對(duì)相鄰板中的穿孔的方式排列的。相反，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，穿孔11與相鄰的板6中的穿孔11偏離。這有助于減少在蒸發(fā)冷卻器14上的壓降，從而減少裝置所需的能量并增加效率。另外，這在蒸發(fā)通道5中形成更好的空氣分布。
冷卻器19也具有儲(chǔ)液容器17、泵15和供給器芯吸部件13。利用泵15將水7從儲(chǔ)液容器17中移出并將其提升至供給器芯吸部件13。容器再充填線8使得儲(chǔ)水容器17被連續(xù)地再充填或根據(jù)需要再充填。
盡管對(duì)于某些氣體或流體來(lái)說(shuō)，板的間隔可以為任何數(shù)量，但是板6的間隔對(duì)于本發(fā)明的有效使用是重要的。如果適當(dāng)?shù)剡x擇間隔，就能大大減少穿過(guò)本發(fā)明的氣流壓降，提供更大的流動(dòng)或者使用更小或更少風(fēng)扇或鼓風(fēng)機(jī)的能力。試驗(yàn)表明，平板之間的間隔為1.5到3.5毫米是優(yōu)選的，并且間隔在1.50到1.85毫米、2.00到2.35毫米、2.10到2.90毫米以及3.10到3.50毫米的子區(qū)間內(nèi)是更優(yōu)選的。在不受任何具體理論約束的情況下，可以相信，在這些間隔處設(shè)置駐波，能夠在流動(dòng)過(guò)程中減少阻力。還可在這些間隔處阻止湍流、非層流，這也可用于減少特定過(guò)程中的阻力和壓降。可通過(guò)分離的結(jié)構(gòu)元件(未示出)保持適當(dāng)?shù)拈g隔，或者最好由通道引導(dǎo)部件8提供適當(dāng)?shù)拈g隔，通道引導(dǎo)部件8可提供肋或板6的波紋，或者由其他裝置提供。
供給器芯吸部件13包括管，該管具有覆蓋在該管的外部的至少一部分的芯吸材料。穿過(guò)管的孔使得管中的水7到達(dá)并潤(rùn)濕外部芯吸材料，該外部芯吸材料與濕潤(rùn)側(cè)10上的芯吸材料相接觸。水7通過(guò)孔流出并進(jìn)入到外部芯吸材料中。因此，當(dāng)它被芯吸材料7覆蓋時(shí)，它可從供給器芯吸部件的芯吸材料蒸發(fā)到濕潤(rùn)側(cè)10的芯吸層材料7并橫過(guò)濕潤(rùn)側(cè)10的這一部分。
產(chǎn)品流體流1進(jìn)入通道3，而工作空氣流2進(jìn)入通道4，通道3和通道4都位于板6的干燥側(cè)10上。工作空氣流穿過(guò)穿孔11進(jìn)入到濕潤(rùn)側(cè)通道5中，起到前述的冷卻板6的作用。應(yīng)該注意的是，為了清晰起見，僅示出四個(gè)離開冷卻器14的工作空氣流和一個(gè)進(jìn)入冷卻器14的工作空氣流，但是實(shí)際上工作空氣流可為任何數(shù)量的，并且它們可(并且在該優(yōu)選實(shí)施例中它們確實(shí)是這樣的)從冷卻器14的兩側(cè)離開。
通道引導(dǎo)部件具有幾種作用。除了分離空氣流1和2以外，它們還用于進(jìn)一步細(xì)分空氣流1和2，因此本發(fā)明中產(chǎn)生更好的溫度分布，在板6中心附近產(chǎn)生具有冷卻產(chǎn)品空氣流1的通道，有助于確保駐波流或?qū)恿?，從而減少該裝置上的壓降，并有助于隔離空氣流1和2的平行子部分，從而防止平行熱傳輸。最后，通道引導(dǎo)部件8還用作支撐堆疊組件和以期望的距離分離板6的結(jié)構(gòu)件。
塊12(如圖9中所示的)防止工作空氣2經(jīng)由通道4離開裝置，從而迫使工作空氣2流過(guò)濕潤(rùn)通道5。換句話說(shuō)，濕潤(rùn)通道5的出口將始終位于穿孔的下游。如先前所述的，在替代實(shí)施例中，一些產(chǎn)品空氣還可被阻擋/轉(zhuǎn)向，或者根據(jù)需要或條件允許一些工作空氣作為產(chǎn)品空氣離開。
如先前所述的，通過(guò)穿孔和通道尺寸的適當(dāng)選擇可部分地確定空氣流2所經(jīng)受的預(yù)冷卻量。也如先前所述的，板6的材料提供弱的側(cè)向熱傳輸，轉(zhuǎn)而提供橫向穿過(guò)板6的溫度差或梯度。通道選擇阻尼器(未示出)最好可用于選擇調(diào)節(jié)所用的空氣流1和/或2的子部分，從而提供比其他方式更大的冷卻度，以及提供輸出氣體溫度、濕度和數(shù)量的彈性控制。
風(fēng)扇或等效的鼓風(fēng)裝置被示意性地表示為19和20，但是本發(fā)明也可采用風(fēng)扇裝置的備選實(shí)施例。例如，作為強(qiáng)制送風(fēng)機(jī)的風(fēng)扇可用于提供工作和產(chǎn)品空氣流1和2。另外，強(qiáng)制送風(fēng)的風(fēng)扇優(yōu)于誘導(dǎo)通風(fēng)。由于裝置所使用的蒸發(fā)方法，由風(fēng)扇馬達(dá)加到空氣流1和2的附加熱被有效地用于進(jìn)一步蒸發(fā)水7，因此促進(jìn)熱量自身的移出，從而對(duì)最終產(chǎn)品氣流1形成很小的溫度差。強(qiáng)制送風(fēng)的風(fēng)扇依照通過(guò)可使用的每個(gè)和任何外部阻尼器的壓降向工作空氣和產(chǎn)品空氣通道提供空氣。最終，由于工作空氣和產(chǎn)品空氣在不同的出口排出，因此兩個(gè)氣流的誘導(dǎo)通氣需要兩個(gè)風(fēng)扇，而兩個(gè)氣流的強(qiáng)制通風(fēng)只需要一個(gè)風(fēng)扇。
可將堆疊組件14封裝在外殼(未示出)中，該外殼可進(jìn)一步引導(dǎo)和控制氣流，以及增強(qiáng)裝置的美觀性。該外殼可包括用于產(chǎn)品和工作氣流的入口和出口，以及用于控制氣流方向的阻尼器。例如，當(dāng)阻尼器位于第一位置時(shí)，它可使冷卻器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)阻尼器位于第二位置時(shí)，它可使得加溫的、潤(rùn)濕的工作氣體變成產(chǎn)品氣體。如上所述，這可與重復(fù)循環(huán)空氣結(jié)合使用，以為冬季空氣提供潤(rùn)濕和預(yù)加溫。
如在先前實(shí)施例中的一樣，間接蒸發(fā)冷卻器14可與重復(fù)循環(huán)空氣流、干燥劑輪、波紋板以及板材料的處理、穿孔和其他部件結(jié)合使用。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的間接蒸發(fā)冷卻器還可執(zhí)行產(chǎn)品空氣流1的直接和間接蒸發(fā)冷卻。以與用在濕潤(rùn)側(cè)10上的芯吸材料相似或不同的方式可使得干燥側(cè)9的一部分被潤(rùn)濕，因此能夠?qū)Ξa(chǎn)品空氣流進(jìn)行進(jìn)一步的冷卻。最好可將該干燥側(cè)的潤(rùn)濕部分放置于干燥側(cè)的干燥部分的下游，因此在直接蒸發(fā)冷卻過(guò)程中被潤(rùn)濕之前，產(chǎn)品空氣流1的感覺(jué)溫度被盡可能地降低。該定次序的一個(gè)特殊優(yōu)勢(shì)在于，在大約65F之下，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)濕度計(jì)量圖，濕度方面的適度增加導(dǎo)致空氣溫度的不成比例的減少。在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，干燥側(cè)的該濕潤(rùn)部分構(gòu)成干燥通道3的表面積的最終的1-25％。
圖10是本發(fā)明第八實(shí)施例的示意性三維透視圖，示出了氣體流動(dòng)和儲(chǔ)水容器。
蒸發(fā)冷卻器6具有干燥側(cè)、濕潤(rùn)側(cè)10、產(chǎn)品氣流1和工作氣流2、通道引導(dǎo)部件8、通道3和4及濕潤(rùn)通道5，以及儲(chǔ)水容器17。在本實(shí)施例中，由于濕潤(rùn)側(cè)10的芯吸材料被直接放置于儲(chǔ)水容器17中，因此不需要水泵和供給器芯吸部件。然而，冷卻器6的板的寬度被限制為芯吸材料的最大芯吸高度，除非如早期所述的，板是傾斜的，該傾斜還能夠提供更充分的芯吸。該實(shí)施例也是本發(fā)明的間接蒸發(fā)冷卻器的一個(gè)示例，該間接蒸發(fā)冷卻器只從板的一側(cè)排氣。
在圖8中，芯部的兩個(gè)翼從中心向上伸出。在中心處，所示的是供給器芯吸板，該供給器芯吸板使用于在濕潤(rùn)側(cè)中蒸發(fā)冷卻的液體與芯部的芯吸材料層連通。
在圖8中，翼以一定角度向上傾斜，在大約0度到+10度之間。在圖12中示出了備選示例，其中翼以一定角度從中心向下傾斜，該角度也在大約0度到-10度之間的范圍內(nèi)。
向上或向下傾斜翼的選擇還將包括層的濕潤(rùn)表面中的芯吸材料的選擇，以使得液體在每個(gè)板的芯吸材料表面的整個(gè)表面上遷移。
向下傾斜的優(yōu)勢(shì)在于，由于重力的增加的推力，液體將更容易到達(dá)邊緣。這將有助于減小含有礦物質(zhì)的液體在可能出現(xiàn)邊緣上積累的程度。
重力的輔助作用(或者向下傾斜的翼)能夠使由中心供給器芯吸部件濕潤(rùn)的翼的長(zhǎng)度更大并且它將被較快地完成。
在向下傾斜的芯部中翼的外邊緣處收集的多余的水將形成液滴。另外，當(dāng)多余的水被冷卻時(shí)，液體的不需要冷卻會(huì)降低蒸發(fā)冷卻器的效率。為了使多余的水達(dá)到最少，在各層上的芯吸材料的多孔性低于供給器芯吸部件。
如圖8中所示的以一定角度向上傾斜的翼將沒(méi)有收集在層的邊緣處的多余的水。最可能出現(xiàn)的問(wèn)題是達(dá)到外邊緣的水不夠，導(dǎo)致冷卻潛能的損失和礦物質(zhì)積累在干燥邊緣處。
如圖13、14和15中所示，供給器芯吸板13的實(shí)施例是實(shí)心供給器芯吸板的改進(jìn)形式。圖13中所示的通道或者溝槽50、圖14中所示的孔51或者圖15中所示的夾層52的作用都是能夠使液體更快地從將液體引入到供給器芯吸板中的頂部移動(dòng)到底部，從而能夠更快地濕潤(rùn)芯部芯吸材料。其他有助于分配的方法可包括沿著供給器芯吸部件的面設(shè)置桿57。
這些實(shí)施例的通道、孔或者多孔芯部將使液體通過(guò)整個(gè)供給器芯吸板，從而有助于蒸發(fā)液體的分配。
通道、孔或者芯可以不一直延伸到供給器芯吸板的底部，因?yàn)檫@會(huì)使液體在濕潤(rùn)供給器芯吸板之前太容易通過(guò)這些通路。
圖16示出了一組芯部段，在相鄰的芯部段之間具有間隙55。該間隙具有將通道化的氣流分成離散的部段。這又能夠減少邊界層在通道中的形成，邊界層在通道中的形成會(huì)阻止有效的熱傳輸。在通道小或者速度低的情況下，流體趨于形成層流。在干燥通道中緊挨著板的邊界層中，傳熱率較低。該邊界層不在板的入口處并且生長(zhǎng)到穩(wěn)定狀態(tài)的量達(dá)到幾分之一英寸。因此，在任何通道的入口處的傳熱率是很大的，并且按指數(shù)規(guī)律地減小到較小的穩(wěn)定狀態(tài)的量。
圖17和圖18示出結(jié)合有芯和供給器芯吸板的儲(chǔ)液系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
頂部?jī)?chǔ)液容器60將液體供給到供給器芯吸板。由閥和管道為頂部?jī)?chǔ)液容器提供適合的液體。當(dāng)儲(chǔ)液容器為供給器芯吸部件供液時(shí)，多余的液體流到下部?jī)?chǔ)液容器61。
浮閥62依賴下部?jī)?chǔ)液容器的液面以啟動(dòng)用于上部?jī)?chǔ)液容器的供給閥63。
當(dāng)芯吸部件將液體芯吸到芯的各層上的芯吸材料上時(shí)，上部?jī)?chǔ)液容器60被耗盡。如果蒸發(fā)的液體比抽入到下部?jī)?chǔ)液容器61中的多余的液體多，那么浮閥62將下降。當(dāng)其下降時(shí)，它啟動(dòng)供給閥63以將更多的液體加入到上部?jī)?chǔ)液容器60中。
當(dāng)供給到供給器芯吸板13的多余液體比可能蒸發(fā)的液體多時(shí)，多余的液體收集在底部?jī)?chǔ)液容器61中，使浮閥上升并且接著斷開用于上部?jī)?chǔ)液容器的供給閥。該系統(tǒng)的確需要水從底部?jī)?chǔ)液容器連續(xù)流出，以使其可感測(cè)進(jìn)入系統(tǒng)的水。排出的液體還有助于防止礦物質(zhì)聚集。
這樣，蒸發(fā)率確定加入或者減少供給器芯吸芯中的液體的需求。
附加的特征包括溢流排水裝置64、冷斷開和排水系統(tǒng)65。在任何常規(guī)布置的系統(tǒng)中，恒溫器可啟動(dòng)對(duì)儲(chǔ)液容器的液體的供給。
在利用壓力和間接冷卻使制冷劑或者流體流冷凝的情況下，塑料、纖維素或者其他撓性材料可能不適于傳熱膜片。用于產(chǎn)品流體的通道可需要采用一種金屬，諸如鋁，或者其他適合的剛性和帶壁的結(jié)構(gòu)，諸如帶有作為換熱表面的壁的管。
通過(guò)利用如在本發(fā)明中所披露的芯中的間接冷卻對(duì)制冷劑預(yù)冷凝和冷卻，壓縮氣態(tài)制冷劑需要較小的壓力效率，從而在其循環(huán)中可節(jié)省熱量聚集和功率使用。
使用所披露的芯比使用冷卻塔等具有更高的效率和更低的成本，能夠結(jié)合在民用系統(tǒng)中。
可在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的前提下對(duì)這里所披露的本發(fā)明及其實(shí)施例進(jìn)行各種等同替換、變型和增加特征是容易的。說(shuō)明書不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明保護(hù)范圍是由下面的權(quán)利要求限定的。
權(quán)利要求
1.一種用于至少一種流體流的熱交換和間接蒸發(fā)冷卻的板，所述板包括a)對(duì)于蒸發(fā)液體具有低滲透性的干燥側(cè)；b)其表面由蒸發(fā)液體潤(rùn)濕的濕潤(rùn)側(cè)；c)板的干燥側(cè)，該板的干燥側(cè)由第一通道分離成兩部分，工作氣流部分和產(chǎn)品流體流部分，工作氣流部分中穿過(guò)板的至少一個(gè)通路允許干燥側(cè)上的工作氣體被傳輸?shù)桨宓臐駶?rùn)側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，其還包括板的濕潤(rùn)側(cè)上的第二通道，所述第二通道沿除平行于干燥側(cè)上的流體流動(dòng)的方向以外的方向定向。
3.如權(quán)利要求2所述的板，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)第一通道被定向在相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)第二通道形成一定角度的方向上，從而在板的干燥側(cè)上的流體流動(dòng)的方向基本上垂直于在板的濕潤(rùn)側(cè)上的氣體流動(dòng)的方向。
4.如權(quán)利要求3所述的板，其特征在于，所述板包括具有低熱傳輸率的材料，但是具有薄的橫截面，這樣，即使材料具有低熱傳輸率，但是所述薄橫截面使得熱量容易地從干燥側(cè)傳輸?shù)綕駶?rùn)側(cè)。
5.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述通道有助于在板的至少一側(cè)上的層流流動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述板還包括平行于在板上的氣流流動(dòng)的方向延伸的多個(gè)肋，并且所述肋提供通道。
7.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述通道是由板的波紋提供的。
8.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述穿孔采用屬于以下組的形狀中的一種形狀，所述組包括圓形和具有倒圓角的多邊形。
9.如權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述板定向成，相對(duì)于水平面以-10到+10度之間的一個(gè)角度傾斜。
10.如權(quán)利要求9所述的板，其特征在于，其還包括儲(chǔ)水容器，其中板的最下邊緣與水相接觸。
11.一種間接蒸發(fā)冷卻器，其包括a)具有干燥側(cè)和濕潤(rùn)側(cè)的板，所述濕潤(rùn)側(cè)至少部分地被蒸發(fā)液體潤(rùn)濕，且還具有兩個(gè)或多個(gè)在板的干燥側(cè)上的第一通道以及一個(gè)或多個(gè)在板的濕潤(rùn)側(cè)上的第二通道；和b)單獨(dú)地流過(guò)干燥側(cè)并因此向板傳輸熱量的產(chǎn)品流和工作氣流；c)穿過(guò)板的干燥側(cè)上的工作氣流的區(qū)域中的通路，工作氣流通過(guò)第一穿孔從干燥側(cè)流到濕潤(rùn)側(cè)并進(jìn)一步流過(guò)濕潤(rùn)側(cè)；以及d)板通過(guò)直接蒸發(fā)冷卻向濕潤(rùn)側(cè)上的工作氣流傳輸熱量，從而冷卻所述板，且產(chǎn)品流和工作氣流在干燥側(cè)上流動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，其還包括a)具有第一和第二面的第二板，所述第二板的第一干燥側(cè)和第二側(cè)被蒸發(fā)液體部分地潤(rùn)濕，并且還具有兩個(gè)或多個(gè)在第二板的干燥側(cè)上的第一通道以及一個(gè)或多個(gè)在第二板的濕潤(rùn)側(cè)上的第二通道，并且還具有穿過(guò)第二板的干燥側(cè)上的工作氣流區(qū)域中的通路；b)以與第一板平行的方式排列，并與其相互隔開，并如此定向，使得第一和第二板的濕潤(rùn)側(cè)相對(duì)，并且來(lái)自于第一和第二板的干燥側(cè)的工作氣流都流過(guò)穿孔到達(dá)分離濕潤(rùn)側(cè)上的板的空間；以及c)產(chǎn)品流體經(jīng)過(guò)第一和第二板的干燥側(cè)并在第一和第二板的干燥側(cè)上被冷卻。
13.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，板之間的間隔選擇成，使得板之間氣體流動(dòng)的壓降最小。
14.如權(quán)利要求13中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，板之間的間隔進(jìn)一步選擇為1.5到3.5毫米之間。
15.如權(quán)利要求13中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，板之間的間隔為以下組的范圍，所述組包括1.50到1.85毫米、2.00到2.35毫米、2.10到2.90毫米以及3.10到3.50毫米。
16.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，至少一個(gè)穿過(guò)每個(gè)板的通路與穿過(guò)另一個(gè)板的通路偏置。
17.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，干燥側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)通道是以相對(duì)于濕潤(rùn)側(cè)上的一個(gè)或多個(gè)通道成角度的方式定向的，從而在板的干燥側(cè)上的流體流動(dòng)的方向基本上垂直于在板的濕潤(rùn)側(cè)上的氣體流動(dòng)的方向。
18.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，在板的干燥側(cè)上流動(dòng)之前，對(duì)產(chǎn)品流和工作氣流進(jìn)行去濕。
19.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，至少一種氣流，產(chǎn)品流或工作氣流在流過(guò)板之前經(jīng)過(guò)干燥劑去濕器。
20.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，產(chǎn)品流從待冷卻的空間再循環(huán)，以便于重新用作工作氣流和/或產(chǎn)品流。
21.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，其還包括a)一屏障，其尺寸和形狀確定為，防止工作氣流在經(jīng)過(guò)穿孔之前離開所述間接蒸發(fā)冷卻器。
22.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述通道包括多個(gè)肋，所述肋平行于流體流過(guò)板的側(cè)面和鄰接板的相對(duì)表面的方向延伸。
23.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述通道是由板的波紋提供的。
24.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，可用于冷卻一個(gè)空間或幫助加溫和潤(rùn)濕該空間，所述間接蒸發(fā)冷卻器還包括a)具有第一和第二位置的循環(huán)控制阻尼器，因此當(dāng)所述循環(huán)控制阻尼器處于第一位置時(shí)，工作氣流被排到大氣中并且引導(dǎo)產(chǎn)品氣流以冷卻所述空間，而當(dāng)所述循環(huán)控制阻尼器處于第二位置時(shí)，產(chǎn)品氣流被排到大氣中并且引導(dǎo)工作氣流以加溫和潤(rùn)濕所述空間。
25.如權(quán)利要求12中所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，其還包括至少一個(gè)風(fēng)扇，其布置成使得它引起產(chǎn)品流體和工作氣流的運(yùn)動(dòng)。
26.一種間接蒸發(fā)冷卻的方法，其包括以下步驟a)具有熱傳輸表面；b)用蒸發(fā)液體潤(rùn)濕所述熱傳輸表面的一部分；c)使得氣體經(jīng)過(guò)所述熱傳輸表面從干燥部分到濕潤(rùn)部分；d)使得產(chǎn)品流體流經(jīng)過(guò)待冷卻和使用的熱傳輸表面的干燥部分；e)使得工作氣流經(jīng)過(guò)具有通路的所述熱傳輸表面的干燥部分；f)工作氣流流過(guò)所述熱傳輸表面中的通路到達(dá)所述熱傳輸表面的濕潤(rùn)部分；g)通過(guò)所述熱傳輸表面的濕潤(rùn)部分上的蒸發(fā)液體蒸發(fā)成工作氣流使所述熱傳輸表面冷卻；以及h)通過(guò)與干燥部分中的冷卻的熱傳輸表面相接觸而冷卻產(chǎn)品流和工作氣流。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，干燥側(cè)上的引導(dǎo)部件平行于具有通路的板的側(cè)面延伸。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，濕潤(rùn)側(cè)上的引導(dǎo)部件沿除了平行于干燥側(cè)上的引導(dǎo)部件以外的方向延伸。
29.一種改進(jìn)的用于冷卻流體的方法，其包括以下步驟a)具有用于熱傳輸表面的板；b)使用兩個(gè)或多個(gè)板；c)使得相鄰板的相對(duì)表面為相同類型，諸如都是濕潤(rùn)表面，從而在相鄰板之間形成間距；d)使得相鄰板之間的引導(dǎo)部件沿期望的方向引導(dǎo)產(chǎn)品流的流體和工作氣流；e)使得所有板中的通路處于相同的區(qū)域中；f)使得相鄰板之間的干燥空間中的引導(dǎo)部件引導(dǎo)產(chǎn)品流與工作氣流相分開；以及g)在工作氣流已沿除了平行于產(chǎn)品流的方向進(jìn)入濕潤(rùn)空間后，使得相鄰板之間的濕潤(rùn)空間中的引導(dǎo)部件引導(dǎo)工作氣流，所述產(chǎn)品流在沒(méi)有額外濕度的情況下產(chǎn)生產(chǎn)品流的冷卻流體。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，可由板的濕潤(rùn)側(cè)上的芯吸層分配用于濕潤(rùn)表面的液體。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述板具有干燥側(cè)上的層，所述層對(duì)于蒸發(fā)液體是不可滲透的。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述板的芯吸層由供給器芯吸部件供給蒸發(fā)液體。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述供給器芯吸部件由儲(chǔ)液容器供給蒸發(fā)液體。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)液容器位于所述供給器芯吸部件的頂部上。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述儲(chǔ)液容器位于所述供給器芯吸部件的底部處。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，在其一側(cè)上具有通路的所述板的濕潤(rùn)側(cè)沿著具有通路的板的側(cè)面與供給器芯吸部件流體連通。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述供給器芯吸部件為一個(gè)板。
38.如權(quán)利要求37所述的方法；其特征在于，所述供給器芯吸部件板包括兩種不同材料的夾層狀結(jié)構(gòu)，外側(cè)具有低于內(nèi)側(cè)材料的孔隙度。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述供給器芯吸部件具有可快速將蒸發(fā)液體輸送到距離儲(chǔ)液容器最遠(yuǎn)的供給器芯吸部件的邊緣處的裝置。
全文摘要
一種用于將流體流間接蒸發(fā)冷卻到其露點(diǎn)溫度的改進(jìn)方法和設(shè)備。板換熱器具有在干燥側(cè)和濕潤(rùn)側(cè)上的用于氣體或者低溫液體的穿孔(11)和通道(3、4和5)。流體流(1)流過(guò)干燥側(cè)(9)，將熱量傳輸?shù)桨迳?。氣?2)流過(guò)干燥側(cè)和經(jīng)過(guò)穿孔流到濕潤(rùn)側(cè)(10)上的通道(5)，接著利用蒸發(fā)冷卻以及從板以傳導(dǎo)和輻射的方式傳輸熱量對(duì)其冷卻。芯吸材料提供對(duì)濕潤(rùn)側(cè)的濕潤(rùn)。在其他實(shí)施例中，可使用干燥劑輪氣體除濕，氣流可重復(fù)循環(huán)，可使用供給器芯吸部件(13)和泵從儲(chǔ)水容器帶走水，并且可使用風(fēng)扇強(qiáng)制或者誘導(dǎo)通風(fēng)。
文檔編號(hào)F24F1/00GK1554009SQ01819555
公開日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
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