[發(fā)明專利]閉合回路熱交換系統(tǒng)及減少耗水量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00103744.7
• 申請(qǐng)日: 2000-03-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1267817A
• 公開(kāi)（公告）日: 2000-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 布拉尼斯拉夫·克倫尼克;托馬斯·P·卡特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 巴爾的摩汽圈公司
• 主分類號(hào): F28D5/02
• 分類號(hào): F28D5/02;F28C3/06;B01F3/04;F28F25/02
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 孫征

本發(fā)明涉及熱交換器，更具體地涉及閉合回路蒸發(fā)熱交換器以及組合的直接或間接閉合回路蒸發(fā)熱交換器。

廢水會(huì)由干式或顯熱交換器排到大氣環(huán)境中。在一干式或顯熱熱交換器中，有兩種流體：氣流和工作流體流。在一閉合系統(tǒng)中，工作流體流被包圍以便在氣流和工作流體流之間沒(méi)有直接接觸；工作流體流不向外界開(kāi)放。此封閉結(jié)構(gòu)可以是一圈管件。當(dāng)氣流經(jīng)過(guò)包圍工作流體流的結(jié)構(gòu)時(shí)顯熱得到交換。在本領(lǐng)域中這些結(jié)構(gòu)稱為“緊湊的熱交換器”。

在大多數(shù)氣候條件下，蒸發(fā)熱交換器比干式熱交換器提供顯著的工作效率的改進(jìn)。一種蒸發(fā)熱交換器是直接蒸發(fā)熱交換器。在一直接熱交換器中，只涉及一個(gè)氣流和一個(gè)蒸發(fā)液體流；蒸發(fā)液體流通常是水，而且兩種流體彼此直接接觸。

另一種蒸發(fā)熱交換器是一間接閉合回路蒸發(fā)熱交換器，其中包括三種流體：氣流，蒸發(fā)液體流，以及一種封閉的工作液體流。此封閉的液體流首先通過(guò)間接熱傳導(dǎo)與蒸發(fā)液體進(jìn)行顯熱交換，因?yàn)樗慌c蒸發(fā)液體直接接觸，然后氣流和蒸發(fā)液體在彼此接觸時(shí)交換熱量和物質(zhì)。

另一種蒸發(fā)熱交換器是組合式直接和間接閉合回路蒸發(fā)熱交換器。在授予Carter的美國(guó)專利Nos.5,435,382(1995年)和5,816,318(1998年)中公開(kāi)了組合式系統(tǒng)的例子。

干式和蒸發(fā)熱交換器都通常用做阻熱的冷卻器或冷凝器。蒸發(fā)冷卻器在溫度到達(dá)較低的周圍濕球溫度時(shí)阻熱，而干式冷卻器限止到達(dá)較高的周圍干球溫度。在許多氣候條件下周圍濕球溫度通常在周圍設(shè)計(jì)干球溫度下20至30°F。這樣，在一蒸發(fā)冷卻器中，蒸發(fā)液體流可以到達(dá)一比周圍干球溫度低很多的溫度，提供增大冷卻工作效率和降低整個(gè)工作能量需求的機(jī)會(huì)。蒸發(fā)冷凝器對(duì)增大的效率和較低的能量需求提供相似的可能性。盡管可以增大工作效率并降低整個(gè)工作的能量需求，但通常不使用蒸發(fā)冷卻和蒸發(fā)冷凝，因?yàn)橐紤]從蒸發(fā)液體蒸發(fā)的耗水量以及在寒冷的季節(jié)工作時(shí)的冰凍的可能性。

另外，顯熱交換器和蒸發(fā)熱交換器通常尺寸都可以使在生熱最困難時(shí)都可以進(jìn)行其所需的散熱任務(wù)。這種設(shè)計(jì)條件通常表示為夏季設(shè)計(jì)濕球或干球溫度。盡管此散熱設(shè)備能在這些設(shè)計(jì)條件下排出所需量的熱量很關(guān)鍵，但這些升高的大氣溫度的時(shí)間占設(shè)備工作時(shí)間的不到1％。其余的時(shí)間設(shè)備會(huì)比需要具有更多的容量，這樣導(dǎo)致浪費(fèi)能量的蒸發(fā)液體。

本發(fā)明針對(duì)有效使用蒸發(fā)熱量交換進(jìn)行排熱同時(shí)保存蒸發(fā)流體。

在附圖，相同的標(biāo)記表示相同的部件：

圖1是一閉合回路熱交換系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中以示意性方式表示出部件，而且去除熱交換設(shè)備的外殼以示出交換器內(nèi)部；

圖1a是第二間接接觸熱交換部的一放大立體圖，示出至第二間接接觸熱交換部的入口流通路徑和來(lái)自間接熱交換部的工作流體旁路流通路徑；

圖2a是一溫度曲線示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明的熱交換器在第一干式模式中工作時(shí)工作流體和氣流的溫度變化。

圖2b是一溫度曲線示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明的熱交換器在帶有絕熱飽和的第二模式中工作時(shí)工作流體和氣流的溫度變化；

圖2c是一溫度曲線示意圖，示出當(dāng)本發(fā)明的熱交換器在帶有調(diào)節(jié)的工作流體流的第三模式中工作時(shí)工作流體、氣流和蒸發(fā)液體的溫度變化；

圖3a是一典型的選定城市的年溫度曲線，示出干球和濕球溫度并示出本發(fā)明的熱交換器在其每種工作模式中的工作；

圖3b是一圖表，將傳統(tǒng)的閉合回路蒸發(fā)冷卻塔的耗水量與本發(fā)明的期望的耗水量進(jìn)行比較；

圖4是一閉合回路熱交換系統(tǒng)的第二實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部件以示意性方式表示，而且去除熱交換設(shè)備的外殼以示出熱交換器的內(nèi)部；

圖5是一閉合回路熱交換系統(tǒng)的第三實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部件以示意性方式表示，而且去除熱交換設(shè)備的外殼以示出熱交換器的內(nèi)部；

圖6是一閉合回路熱交換系統(tǒng)的第四實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部件以示意性方式表示，而且去除熱交換設(shè)備的外殼以示出熱交換器的內(nèi)部；

圖7是可用于本發(fā)明閉合回路熱交換器的一干式間接接觸熱交換裝置或緊湊熱交換器的一立體圖；

圖8是可用于本發(fā)明熱交換器的第二間接熱交換部中的一整體蛇形回路的一正視圖；

圖9是可用于本發(fā)明熱交換器的第二間接熱交換部中的一側(cè)視圖；

圖10是第二間接接觸熱交換部的一正視圖，示出相鄰回路之間的緊湊關(guān)系以及入口和出口集管的布局；

圖11是一閉合回路熱交換系統(tǒng)的另一實(shí)施例的側(cè)視圖，其中部件以示意性方式表示，而且去除熱交換設(shè)備的外殼以示出熱交換器的內(nèi)部，示出本發(fā)明的原理在一冷凝器中的使用；