[發明專利]通過潛能傳遞進行冷卻的系統和方法

有效

• 申請號: 201580067744.8
• 申請日: 2015-10-27
• 公開（公告）號: CN107110527B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 羅杰·菲利普·戴維斯
• 申請（專利權）人: 英德科斯控股私人有限公司
• 主分類號: F24F3/14
• 分類號: F24F3/14;F24F6/02;F28C3/02;F28D20/02
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;鄭霞

本發明涉及一種通過潛能傳遞進行冷卻的系統和方法，以及具體地，利用流體蒸發過程將不需要的低溫熱能排放到周圍大氣環境中來冷卻流體，流體蒸發過程涉及穿過熱傳遞流體的表面區域的被允許或被強制的空氣通風。本發明還涉及利用冷卻的熱傳遞流體冷卻空氣并且為蒸發過程供應通風空氣的空氣處理系統。液體主體被冷卻至接近當前的濕球溫度，以將不需要的熱能排放到環境中，使得液體適合作為冷卻介質用于從位置或在過程中除去不需要的熱能。

發明領域

本發明涉及通過潛能傳遞進行冷卻的系統和方法，以及具體地，利用流體蒸發過程將不需要的低溫熱能排放到周圍的大氣環境中來冷卻流體，流體蒸發過程涉及穿過熱傳遞流體的表面區域的被允許或被強制的空氣通風。本發明還涉及利用冷卻的熱傳遞流體冷卻空氣并且為蒸發過程供應通風空氣的空氣處理系統。液體主體被冷卻至接近當前的濕球溫度(prevailing wet bulb temperature)，以將不需要的熱能排放到環境中，使得液體適合作為冷卻介質用于從位置或在過程中除去不需要的熱能。

發明背景

經常需要一種將不需要的熱能摒棄至環境的可靠方法，例如作為許多工業過程和制造過程的一部分，以及在居住的建筑物內加熱、通風和冷卻(HVAC)技術。這一需求存在于溫帶氣候和熱帶氣候中。通過將熱傳遞流體通過傳導式和/或輻射式熱交換器表面可以實現將熱能排放到周圍環境中，其中流體的溫度大于環境干球溫度。

當傳遞流體溫度接近環境干球溫度時，需要相對較大的熱交換器表面來排放所需量的熱能。當環境溫度超過傳遞流體的溫度時，不會發生有利的熱能傳遞。在這些情況下，通常使用熱泵(逆向蘭金循環)將傳遞流體的溫度提高至遠高于環境溫度，從而在通過膨脹將流體冷卻到適于提供必要冷卻效果的溫度之前，使不需要的熱能傳遞到環境中可以通過輻射、對流和/或傳導很容易地發生。

作為通過熱交換器輻射傳遞或對流傳遞的替代方案，傳遞流體(通常為水)的直接蒸發可用于將能量傳遞到周圍環境。直接蒸發包括將水或其它流體蒸汽的蒸發潛熱從液體主體傳遞到環境空氣中，液體主體的余下部分中的顯熱能相應下降，導致溫度減少。該方法用在，例如冷卻塔中，通常與熱交換器組合以將熱能從熱交換器中的傳遞流體傳遞到蒸發的水滴，導致傳遞流體的溫度下降。

蒸發冷卻的一個優勢是，即使低于環境干球溫度，甚至低至濕球溫度(在某些情況下，其可以比干球溫度低10℃或更多)，熱能傳遞可以繼續發生，從而增加冷卻塔內穿過熱交換器的溫差。在比從環境干球溫度獲得的溫差高的溫差下，可實現溫度傳遞，對于給定的熱負荷，可以使用較小的熱交換器。或者，可以通過逆向蘭金循環熱泵消耗較少的能量以實現所需的將不需要的熱能傳遞到環境中，逆向蘭金循環熱泵使用來自冷卻塔(作為散熱器)的傳遞流體。然而，使用間接接觸式冷卻塔技術，通過熱交換器的熱傳遞總是導致傳遞流體的溫度高于當前濕球溫度至少幾度。

因為濕球溫度在夏季足夠長的時間段內不會下降足夠低，所以在許多氣候中單獨使用冷卻塔對產生有效冷卻的傳遞流體是無效的。在溫度差小的情況下，需要非常大的表面區域和非常大的流動速率，從而需要更大的能量來操作呈高火用電能/機械能形式的冷卻塔，高火用電能/機械能通常由化石燃料供電的發電機或其他發電機提供。

另一種常用的技術，逆向蘭金循環需要甚至更大的高質量電能/機械能(高火用)輸入，以除去低質量的熱能(低火用)，導致高度不可逆的能量轉換(火用損失)，這種能量轉換通常需要燃燒化石燃料或核動力循環來可靠地為熱泵提供電力。在能量循環中普遍希望減少這些燃料的使用。

本發明的一個目的是克服至少一些上述問題，或為公眾提供一種有用的替代方案。

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發明概述

根據一個方面，本發明提供一種流體冷卻系統，其包括：