[发明专利]具有分叉的蒸发式部分的混合型冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器，且更特别地涉及具有直接和间接闭路蒸发式热交换器的组合的闭路蒸发式热交换器。

背景技术

废热可以被干式热交换器或显热交换器废弃到大气。在干式热交换器或显热交换器中，有两种流体：空气流和过程流体流。在封闭系统中，过程流体流被封闭使得在空气流和过程流体流之间没有直接接触；过程流体流不对大气开放。封闭结构可以是一圈管。随着空气流在将过程流体流封闭的结构上经过而交换显热。在本领域中，这些结构已知为“紧凑热交换器”。

在大部分气候下，蒸发式热交换器提供显著超过干式热交换器的过程效率改进。一种类型的蒸发式热交换器是直接蒸发式热交换器，在工业中也已知为敞开式冷却塔。在直接热交换器中，仅涉及空气流和蒸发液体流；蒸发液体流通常是水，并且两个流相互直接接触。

另一类型的蒸发式热交换器是间接闭路蒸发式热交换器，其中涉及三种流体流：空气流、蒸发液体流和封闭的过程流体流。封闭的流体流首先通过间接热传递与蒸发液体交换显热，因为封闭的流体流不直接接触蒸发液体，并且然后空气流和蒸发液体在它们相互接触时交换热和质量。

另一类型的蒸发式热交换器是组合的直接和间接闭路蒸发式热交换器。在美国专利5,435,382、美国专利5,816,318和美国专利6,142,219中公开了组合系统的示例。

干式热交换器和蒸发式热交换器两者常用于作为冷却器或冷凝器来废弃热。蒸发式冷却器在接近较低的环境湿球温度的温度废弃热，而干式冷却器限于接近较高的环境干球温度。在许多气候下，环境湿球温度通常是在环境设计干球温度以下20℉至30℉。因此，在蒸发式冷却器中，蒸发液体流可以达到显著低于环境干球温度的温度，提供增加冷却过程的效率和降低总的过程能量需求的机会。蒸发式冷凝器提供增加效率和降低能量需求的类似可能性。不管这些增加过程效率和降低总的过程能量需求的机会，由于关心来自蒸发液体的蒸发的水消耗和在冷的天气操作期间冻结的可能而经常不使用蒸发式冷却和蒸发式冷凝。

此外，显热交换器和蒸发式热交换器两者典型地制定尺寸为在最大的热困难时刻执行它们需要的热废弃职责。该设计条件被典型地表达为夏季设计湿球或干球温度。尽管热废弃装备能够在这些设计条件下废弃所需量的热通常是关键的，但是这些升高的大气温度的持续时间可占装备的操作小时的1％那么小。其余的时间，装备可比所需的具有更多的容量，从而导致另外的蒸发液体的不必要的使用。

美国专利6,142,219公开了具有三个热交换部分的闭路热交换器：干式间接接触热交换部分；在湿式模式或干式模式下可操作的第二间接接触热交换部分；以及直接接触热交换部分。作为流体冷却器，连接流路将干式间接接触热交换部分连接到第二间接接触热交换部分。旁路流路从干式间接接触热交换部分延伸到过程流体出口。调制阀在出口处，使得过程流体能够被选择性地：单独从干式间接接触热交换部分吸入，从与干式间接接触热交换部分串联的第二间接接触热交换部分吸入，或者从干式和第二间接接触热交换部分两者吸入并混合。分离的空气流在进入干式间接接触热交换部分之前经过第二间接和直接接触热交换部分。作为冷凝器，过程流体供应管路中的阀将过程流体单独地引导到干式间接接触热交换部分或者并行地引导到干式和第二间接接触热交换部分。在另一实施例中，过程流体串联地从干式流动到第二间接接触热交换部分。系统能够以不同模式操作以相对于每年水消耗以最有效的方式从过程流体提取热。在低温，系统以由干式间接接触热交换部分执行的主热提取运行干式。在较高温度，空气流可以绝热地饱含蒸发液体，以在进入干式间接接触热交换部分之前将它们预冷却到干球温度以下。在仍旧较高的温度，设备可以在湿式模式下以由第二间接接触热交换部分执行的主热提取运行。在第二间接接触热交换部分上选择性地分配或不分配蒸发液体的同时，从过程流体提取热。

发明内容

这里公开的发明是对美国专利6,142,219和对应的欧洲专利EP 1035396中公开的发明的改进，两者的公开内容都整体上并入本文。