相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求在2014年9月10日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?2/048,541的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)益。

本發(fā)明涉及利用熱力學(xué)定律冷卻流體的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改進(jìn)。即，流體從液相改變?yōu)檎羝嗟淖兓軌蛞蛳辔蛔兓婕暗恼舭l(fā)熱量而導(dǎo)致溫度降低。

背景技術(shù)：

在典型的蒸發(fā)冷卻器中，原水(rawwater)被供應(yīng)到換熱器或者再循環(huán)通過(guò)換熱器并且通過(guò)從流過(guò)換熱器的供氣中提取熱量而蒸發(fā)。最易獲得的原水形式包括各種污染物，最常見(jiàn)的是溶解的鹽和礦物質(zhì)。在再循環(huán)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中，供應(yīng)到換熱器但是沒(méi)有蒸發(fā)掉的過(guò)量水被收集在容器中，并且隨后被泵送返回到換熱器。隨著水通過(guò)熱交換而蒸發(fā)，溶解在原水中的礦物質(zhì)和鹽保留下來(lái)，從而隨著水量的減少而積累濃度。將補(bǔ)給水供應(yīng)到系統(tǒng)以補(bǔ)充已蒸發(fā)的水，但是鹽和礦物質(zhì)仍然保留，并且如果濃度過(guò)高，就有可能沉積在換熱器上成為水垢。

為了緩解水垢的高濃度，使用水的大部分蒸發(fā)冷卻裝置都裝有通向排水溝的排水裝置以控制容器中的鹽和礦物質(zhì)的含量。確定有效排出量的技術(shù)各種各樣并且眾所周知。通常，排出量取決于給水中的礦物質(zhì)污染物水平和水的化學(xué)性質(zhì)，但是這會(huì)在從低達(dá)約占給水的10％(針對(duì)非常干凈的水的情況)到高達(dá)約占給水的50％以上(在礦物質(zhì)含量較高的情況下)的范圍內(nèi)有所變化。即使在利用化學(xué)處理擴(kuò)展礦物質(zhì)的溶解度的情況下，也仍然需要進(jìn)行排出以用干凈的水置換礦物質(zhì)飽和的水，從而防止在蒸發(fā)處理中結(jié)垢。

圖3給出了典型的直接蒸發(fā)式冷卻器100的示意圖。使用泵114使水或者另一種適當(dāng)?shù)睦鋮s液體從容器110再循環(huán)通過(guò)供應(yīng)管線(xiàn)112抵達(dá)分配器116。分配器116將供水均勻地分配到換熱器例如蒸發(fā)墊118上。供氣124通過(guò)蒸發(fā)墊，在此對(duì)供氣進(jìn)行冷卻和加濕以作為冷卻的空氣126離開(kāi)。從分配器116供給的水向下流動(dòng)并且通過(guò)墊并且當(dāng)其遇到溫暖的供氣124時(shí)蒸發(fā)。由閥120控制的排出流例如通過(guò)排出管線(xiàn)或者排水管線(xiàn)121從系統(tǒng)移除到排水溝122以控制水中的礦物質(zhì)積聚。根據(jù)需要從水源128添加干凈的補(bǔ)給水，以置換已蒸發(fā)和排出的水。補(bǔ)給水能夠由設(shè)置在容器110中的浮閥或者其它的液位感測(cè)裝置(未示出)進(jìn)行控制。

圖4示出了典型的間接蒸發(fā)式冷卻器，在此情況下為流體冷卻器200。流體冷卻器200包括殼體202，所述殼體202具有進(jìn)氣口204和出氣口206。用作容器的集液池210布置在殼體202的底部。換熱器218布置在集液池210上方，所述換熱器218具有流體入口218-1和流體出口218-2。使用泵214從集液池210通過(guò)供應(yīng)管線(xiàn)212抽取水或者另一種合適的冷卻劑。泵送的水被供應(yīng)到噴頭216，所述噴頭216將水噴灑到換熱器218上，以便從換熱器帶走熱量。噴灑的水被收集在集液池210中。就像在直接蒸發(fā)式冷卻器中一樣，為了控制冷卻水中的鹽和礦物質(zhì)的濃度，排出閥220設(shè)置在供應(yīng)管線(xiàn)212中，以便通過(guò)排出管線(xiàn)221將冷卻水排放到排水溝222。使用由馬達(dá)經(jīng)由帶(belt)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇230通過(guò)進(jìn)氣口204抽取空氣并且通過(guò)出氣口206送出空氣。將待冷卻的流體通過(guò)入口218-1供應(yīng)到換熱器218并且通過(guò)出口218-2排出。

在操作中，如圖4所示，冷空氣226首先經(jīng)過(guò)換熱器218的外表面，待冷卻的熱流體流動(dòng)通過(guò)所述換熱器218。待冷卻的流體可以是諸如水這樣的液體或者諸如空氣這樣的氣體。使用供應(yīng)管線(xiàn)212、泵214和噴頭216而用循環(huán)水流噴灑換熱器218并且同時(shí)生成氣流在濕的換熱器表面上流動(dòng)，以便蒸發(fā)水并且對(duì)換熱器內(nèi)部的主流體進(jìn)行冷卻。就像在直接蒸發(fā)式系統(tǒng)中的情況一樣，需要從再循環(huán)集液池進(jìn)行排水或者送水以防止礦物質(zhì)積聚。從水源228添加補(bǔ)給水以補(bǔ)充已蒸發(fā)和排出的水。

在直接蒸發(fā)式和間接蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)中，排出水都被引導(dǎo)至排水溝并且沒(méi)有以其他的方式加以利用。這樣可能會(huì)導(dǎo)致冷卻水的大量浪費(fèi)。這種浪費(fèi)能夠顯著增加系統(tǒng)的操作成本，而且這會(huì)給供水方面帶來(lái)顯著負(fù)擔(dān)，尤其是在缺乏淡水的地區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明能夠通過(guò)在補(bǔ)充冷卻處理中使用排出的冷卻水來(lái)改進(jìn)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的效率和有效性。

本發(fā)明能夠利用排出水來(lái)提供蒸發(fā)功的一部分并且減少排出到排水溝的水損失并且由此減少由蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)消耗的總水量。

本發(fā)明能夠提供水的預(yù)處理或者化學(xué)處理的替代方案以作為減小排出水要求并且由此減少總用水量的手段。本發(fā)明可以單獨(dú)使用或者結(jié)合其它技術(shù)一起使用。

在本發(fā)明的一方面，一種蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，包括：主冷卻單元，所述主冷卻單元利用流動(dòng)通過(guò)主換熱介質(zhì)的冷卻流體來(lái)冷卻流經(jīng)主換熱介質(zhì)的供氣；排出管線(xiàn)和輔助冷卻單元，所述輔助冷卻單元相對(duì)于供氣的流動(dòng)方向布置在主冷卻單元的上游。主冷卻單元包括：供應(yīng)管線(xiàn)，其用于將冷卻流體供應(yīng)到主換熱介質(zhì)；返回容器，其用于收集被供應(yīng)到主換熱介質(zhì)的冷卻流體；和泵，其用于使被收集在容器中的冷卻流體再循環(huán)返回到供應(yīng)管線(xiàn)。排出管線(xiàn)構(gòu)造成從主冷卻單元排出再循環(huán)冷卻流體的一部分。輔助冷卻單元包括輔助換熱介質(zhì)，所述輔助換熱介質(zhì)構(gòu)造成接收從主冷卻單元通過(guò)排出管線(xiàn)排出的冷卻流體。

在本發(fā)明的另一方面，一種氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：主調(diào)節(jié)單元、排出管線(xiàn)和輔助調(diào)節(jié)單元。主調(diào)節(jié)單元構(gòu)造成調(diào)節(jié)流動(dòng)通過(guò)其中的氣體，并且利用調(diào)節(jié)流體來(lái)調(diào)節(jié)流動(dòng)的氣體。排出管線(xiàn)構(gòu)造成從主調(diào)節(jié)單元排出所述調(diào)節(jié)流體的一部分。輔助調(diào)節(jié)單元相對(duì)于氣體的流動(dòng)方向布置在主調(diào)節(jié)單元的上游，并且利用從主調(diào)節(jié)單元通過(guò)排出管線(xiàn)排出的調(diào)節(jié)流體來(lái)預(yù)調(diào)節(jié)流動(dòng)的氣體。

在本發(fā)明的又一方面，一種冷卻蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中的供氣的方法，包括：將冷卻流體供應(yīng)到主換熱介質(zhì)；將供應(yīng)到主換熱介質(zhì)的冷卻流體的一部分排出；將排出的冷卻流體供應(yīng)到輔助換熱介質(zhì)；以及使供氣流動(dòng)通過(guò)主換熱介質(zhì)和輔助換熱介質(zhì)。

當(dāng)結(jié)合附圖閱讀以下的說(shuō)明內(nèi)容時(shí)，這些和其它的方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的示意圖。

圖2是在本發(fā)明中使用的經(jīng)過(guò)修改的脫水介質(zhì)的透視圖。

圖3是典型的直接蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)的示意圖；

圖4是典型的間接蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)的示意圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的系統(tǒng)中，從蒸發(fā)冷卻器排出的水被用于冷卻進(jìn)入典型的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)(例如參照?qǐng)D3和圖4在上文描述的系統(tǒng))的蒸發(fā)段中的空氣。這通過(guò)使排出的水在脫水介質(zhì)上經(jīng)過(guò)完成，所述脫水介質(zhì)自身就是直接蒸發(fā)式冷卻段。在進(jìn)入上述的主要蒸發(fā)冷卻處理之前，脫水介質(zhì)冷卻并且加濕空氣。

在脫水介質(zhì)之后的蒸發(fā)冷卻裝置能夠是任何類(lèi)型，包括：如上所述的直接蒸發(fā)型，其中將水蒸發(fā)為空氣以作為冷卻空氣的手段；以及間接蒸發(fā)型，其中將水蒸發(fā)為氣流以作為冷卻包含在換熱器中的第三流體(其在蒸發(fā)冷卻區(qū)域中被加濕)的手段；甚至還包括冷卻塔，其中將水蒸發(fā)為氣流以作為冷卻供水的手段。

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的示意圖。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)300利用參照?qǐng)D2和圖3描述的典型的直接蒸發(fā)式或者間接蒸發(fā)式冷卻器中的一種，其被用作主冷卻設(shè)備。圖1中的附圖標(biāo)記100、200示意性地示出了所選擇的主冷卻設(shè)備。就像在典型的蒸發(fā)冷卻設(shè)備中一樣，本發(fā)明的第一實(shí)施例的系統(tǒng)包括集液池或者容器310、供應(yīng)管線(xiàn)312、泵314以及分配器或噴頭342。這些部件用于將水或者另一種適當(dāng)?shù)睦鋮s流體供應(yīng)到設(shè)備的主蒸發(fā)器，即，蒸發(fā)墊118或者換熱器218。

為了降低冷卻水中的礦物質(zhì)和鹽的濃度。當(dāng)前實(shí)施例的系統(tǒng)利用排出閥320和排出管線(xiàn)321來(lái)排出冷卻水的一部分。通過(guò)排出冷卻水的一部分，能夠最小化冷卻流體中的礦物質(zhì)和鹽的剩余量，從而防止在主蒸發(fā)墊118或者換熱器218上形成水垢。

就像在典型的蒸發(fā)冷卻示例中一樣，在本實(shí)施例中，冷卻水沿著主蒸發(fā)墊118或者換熱器218向下流動(dòng)并且被收集在集液池310中，以便通過(guò)泵314而再循環(huán)返回到分配器或者噴頭342。隨著集液池中的水位因蒸發(fā)和排出而下降，可以將補(bǔ)給水從水源328供應(yīng)到集液池或容器310，這由浮閥(未示出)或者任何其它適當(dāng)?shù)难b置進(jìn)行控制。

如上所述，由排出閥320確定從供應(yīng)管線(xiàn)312排出的排出量。在本實(shí)施例中，排出閥320是可變的并且能夠由控制器330控制?？刂破?30能夠是任何適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)微型控制器。能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)設(shè)和調(diào)節(jié)排出閥的參數(shù)。作為一個(gè)示例，能夠在再循環(huán)冷卻水回路中的某個(gè)位置(例如在集液池310)處設(shè)置總?cè)芙夤腆w(tds)計(jì)量裝置或探針332，以確定在冷卻液體中溶解的固體的量。能夠分析從tds計(jì)量裝置332傳輸?shù)娇刂破?30的信號(hào)，以使控制器330將排出閥320控制為隨著檢測(cè)到的固體的量增加而排出更大比例的冷卻水。

與圖3和圖4中的典型的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)不同，從供應(yīng)管線(xiàn)312排出到排出管線(xiàn)321中的水不是直接流到排水溝322。相反地，排出的水從排出管線(xiàn)321經(jīng)由分配器342給送到輔助蒸發(fā)介質(zhì)或墊340。輔助蒸發(fā)介質(zhì)340也稱(chēng)作脫水介質(zhì)或者犧牲介質(zhì)。輔助蒸發(fā)介質(zhì)340相對(duì)于待冷卻的空氣的流動(dòng)布置在蒸發(fā)冷卻設(shè)備100、200的上游。進(jìn)入輔助蒸發(fā)介質(zhì)340的氣流323被冷卻并且加濕為經(jīng)過(guò)主蒸發(fā)墊118或者換熱器218的氣流324。流動(dòng)通過(guò)主蒸發(fā)冷卻設(shè)備100、200的空氣在主蒸發(fā)冷卻處理中被進(jìn)一步冷卻和加濕并且作為排放氣流326排出。通過(guò)在空氣進(jìn)入主蒸發(fā)冷卻處理之前使用輔助蒸發(fā)介質(zhì)340對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)冷卻，通常作為廢水排到排水溝的排出水被用于預(yù)冷卻空氣并且允許改進(jìn)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的效率和有效性。

在脫水介質(zhì)340上經(jīng)過(guò)的排出水隨著其蒸發(fā)而減小體積并且礦物質(zhì)含量增加。隨著這種情況的進(jìn)行，水垢將沉積在脫水介質(zhì)340上。根據(jù)排出閥320的設(shè)定，水的體積可以在離開(kāi)脫水介質(zhì)340之前通過(guò)完成蒸發(fā)而減小到零。沒(méi)有蒸發(fā)并且完全通過(guò)脫水介質(zhì)340的任何水都不會(huì)返回到集液池，而是被引導(dǎo)到排水溝322。這些剩余的水將具有非常高的礦物質(zhì)含量，并且會(huì)在蒸發(fā)介質(zhì)上留下大量的礦物質(zhì)和鹽。因此，介質(zhì)最終會(huì)因增厚和結(jié)垢的壁而變重并且需要進(jìn)行更換或清潔。

就這一點(diǎn)而言，一次性或者可清潔的低效蒸發(fā)冷卻介質(zhì)或墊340是優(yōu)選的，其通過(guò)排出的水來(lái)預(yù)處理(預(yù)冷卻)進(jìn)入主蒸發(fā)冷卻裝置的空氣并且進(jìn)行加濕。因?yàn)榈V物質(zhì)會(huì)隨著水的蒸發(fā)而沉積在表面上，所以介質(zhì)設(shè)計(jì)成一次性或者可清潔的。介質(zhì)中的開(kāi)口設(shè)計(jì)成具有孔，孔的尺寸足夠大，以便補(bǔ)償在水垢積聚過(guò)程中發(fā)生的收縮。

優(yōu)選地，預(yù)處理介質(zhì)的濕球效率被選擇成使得在水能夠離開(kāi)介質(zhì)之前蒸發(fā)掉所有的或者絕大部分的排出水。根據(jù)蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中的排出水與補(bǔ)給水之間的比率，介質(zhì)濕球效率應(yīng)當(dāng)介于約10％到50％之間；排出速率越高，則所需的蒸發(fā)效率越高。

一直從犧牲介質(zhì)或者墊蒸發(fā)水可能是不現(xiàn)實(shí)的。顯然地，正如在下文詳細(xì)描述的那樣，這主要不是由于介質(zhì)的尺寸，而是由于系統(tǒng)的瞬變效果，其中，過(guò)量的水被間歇性地施加到犧牲介質(zhì)并且沒(méi)有被全部蒸發(fā)掉。造成這種情況有多種原因。最顯然的原因與控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。通常，控制系統(tǒng)將基于在過(guò)去出現(xiàn)的蒸發(fā)速率來(lái)排出水。例如，如果空氣濕度快速增加至飽和，則控制器總是會(huì)試圖將水排出至犧牲介質(zhì)，但是空氣將不具有用以蒸發(fā)水和移除固體的能力。另一個(gè)示例是蒸發(fā)介質(zhì)上的水分配可能因維護(hù)問(wèn)題而不夠均勻。在這些狀態(tài)下，水分配流量高于設(shè)計(jì)水分配流量的區(qū)域可能就無(wú)法完全蒸發(fā)流體流，從而導(dǎo)致在介質(zhì)的區(qū)域中出現(xiàn)突發(fā)排出。在這些時(shí)間期間，尤其是在系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)成完全蒸發(fā)掉排出水的情況下，可能最好的做法是引導(dǎo)過(guò)量的高礦物質(zhì)含量的水返回主集液池。

如果這樣作，還應(yīng)當(dāng)采取另外的預(yù)防措施。如果在足夠長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)存在上述情況，則排出這種手段將不能從再循環(huán)系統(tǒng)移除足夠多的固體。犧牲墊也可以開(kāi)始用于選擇性地移除較低溶解度的礦物質(zhì)鹽例如鈣基和硅基鹽，同時(shí)又沒(méi)有沉淀析出較高溶解度的鹽例如鈉基鹽或氯基鹽或者供水中的其它污染物，這方面可以具有關(guān)于能夠排放到廢水流中的最大濃度的相關(guān)規(guī)定。

在這樣設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，為了進(jìn)行保護(hù)以免這些高度可溶的物質(zhì)積聚，可以裝配輔助排出系統(tǒng)以將水直接引導(dǎo)到排水溝。這種排出應(yīng)當(dāng)基于與上述主排出有所不同的第二種排出標(biāo)準(zhǔn)?？刂品椒ǖ氖纠龖?yīng)當(dāng)是在tds大于較高的第二濃度水平時(shí)、或者在主排出在指定的時(shí)間段內(nèi)不能響應(yīng)和校正tds濃度的情況下、或者通過(guò)感測(cè)一種高度可溶的礦物質(zhì)的濃度的存在性并且當(dāng)其超過(guò)預(yù)定閾值時(shí)排出到排水溝而以常規(guī)的方式操作排出。

濃縮倍數(shù)(coc)是將再循環(huán)水的固體水平與初始的原補(bǔ)給水的固體水平進(jìn)行比較的量度。例如，如果循環(huán)水的固體濃度為補(bǔ)給水的固體濃度的四倍，則濃縮倍數(shù)為4。對(duì)于指定的濃縮倍數(shù)，能夠計(jì)算優(yōu)選的預(yù)處理蒸發(fā)冷卻器的效率。為了闡釋這一點(diǎn)，假設(shè)系統(tǒng)利用額定效率為85％的蒸發(fā)介質(zhì)處理1000標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(scfm)的空氣，下面的表格列出了蒸發(fā)速率和排出速率。

表1描述了隨著空氣以95°f干球和75°f濕球的狀態(tài)首先從入口行進(jìn)通過(guò)效率為85％的蒸發(fā)介質(zhì)而發(fā)生變化的空氣狀態(tài)。在該表中沒(méi)有設(shè)置脫水墊，因此該墊的效率被指定為0％。在該表中，氣流的單位為標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘(scfm)和磅每小時(shí)(lbs/hr)這兩種，水流量的單位為lbs/hr，濕度的單位為格令每磅(gr/lb)，并且干球(db)和濕球(wb)溫度的單位為華氏度。

表1

在上表中，蒸發(fā)(evap)效率或者濕球效率定義為(進(jìn)入空氣的溫度-離開(kāi)絕熱蒸發(fā)換熱器的空氣溫度)-(進(jìn)入空氣的溫度-進(jìn)入空氣的濕球溫度)。通過(guò)常見(jiàn)定義，能夠由公式排出＝蒸發(fā)速率/(coc-1)來(lái)計(jì)算用于限定的濃縮倍數(shù)的排出速率。在上述示例中，空氣被冷卻并且從95°fdb、75°fwb、99gr/lb加濕到78°fdb、75°fwb和127gr/lb。蒸發(fā)冷卻導(dǎo)致每小時(shí)蒸發(fā)掉17.9lbs。為了將所需的濃縮倍數(shù)保持在2.2，需要將14.9lbs/hr的水導(dǎo)向排水溝。

在第二示例中，系統(tǒng)裝配有脫水墊，所述脫水墊具有25％的額定效率。下表示出了空氣行進(jìn)通過(guò)該系統(tǒng)的結(jié)果。

表2

在該示例中，空氣首先暴露于脫水墊，在此其溫度首先從95°f降至90°f并且在其進(jìn)入主直接蒸發(fā)式冷卻換熱器之前其濕度從99hr/lb增加至107gr/lb。在換熱器中，其溫度和濕度進(jìn)一步降至77°f和128gr/lb。因?yàn)槊撍畨|已經(jīng)做了一部分的蒸發(fā)冷卻功，所以在主換熱器中蒸發(fā)的水量已經(jīng)從17.9lbs/hr減小至13.5lbs/hr。為了保持主換熱器集液池的濃縮倍數(shù)為2.2，必須排出11.2lbs/hr。然而，這些水不會(huì)抵達(dá)排水溝，而是被供給到脫水墊，在此蒸發(fā)掉5.2lbs。其余的每小時(shí)6.0lbs被送往排水溝并且所得的coc從2.2增加至4.1。

在第三示例中，脫水介質(zhì)效率進(jìn)一步增加至35％。

表3

在該示例中，通過(guò)增加脫水墊的效率，從主換熱器的蒸發(fā)速率進(jìn)一步減小至11.7lbs/hr，導(dǎo)致到脫水介質(zhì)的排出為9.7lhs/hr，其中的7.3lbs被蒸發(fā)掉。離開(kāi)脫水介質(zhì)并且送往排水溝的其余2.4lbs/hr的水代表針對(duì)凈蒸發(fā)冷卻器的coc為9。

經(jīng)分析得出其結(jié)論，將脫水介質(zhì)蒸發(fā)效率增加至42％導(dǎo)致沒(méi)有剩余的水送往排水溝并且所得到的的coc接近無(wú)窮大。

表4

如這些示例所示，通過(guò)針對(duì)coc和主蒸發(fā)負(fù)載來(lái)調(diào)整脫水效率，能夠使預(yù)處理蒸發(fā)速率匹配主蒸發(fā)器排出速率。替代地，甚至能夠使用更高效率的介質(zhì)以確保蒸發(fā)更多的或者全部的水，但代價(jià)是更高的壓降以及更高的投資成本。

在上述示例中，通過(guò)加入更高效率的脫水墊來(lái)增加系統(tǒng)的總蒸發(fā)效率。另一種方法是隨著脫水墊的效率增加而降低主換熱器的效率。在下文的示例中，將39％的脫水墊效率與77％的主換熱器效率關(guān)聯(lián)的組合導(dǎo)致像示例1那樣將空氣調(diào)節(jié)至78°fdb，但不會(huì)得到排出的水。

表5

建立初始原型以測(cè)試所述方法和原型裝置。將設(shè)計(jì)成處理10,000scfm空氣的蒸發(fā)冷卻器模塊在夏季安置于德克薩斯州的圣安東尼奧市的室外。冷卻器包括：蒸發(fā)冷卻介質(zhì)，具體為muntersglasdek7060，8″深結(jié)構(gòu)的填充蒸發(fā)冷卻介質(zhì)以作為主蒸發(fā)冷卻墊；集液池，其具有浮動(dòng)填充閥；再循環(huán)泵，其將水連續(xù)地供應(yīng)到glasdek墊的頂部；和風(fēng)扇，其抽吸空氣掠過(guò)冷卻器。該系統(tǒng)還裝配有傳導(dǎo)率控制器和排出閥，以用于控制集液池的總?cè)芙夤腆w(tds)。

針對(duì)圣安托尼奧水域(saws)的水分析被用于進(jìn)行puckorius水垢指數(shù)評(píng)估，以確定適當(dāng)?shù)臐饪s倍數(shù)(coc)。下面的表6列出了在saws水質(zhì)報(bào)告中所包含的數(shù)值。

表6

給定在下面的表7中的puckorius結(jié)垢指數(shù)評(píng)估，確定將用于測(cè)試的濃縮倍數(shù)設(shè)定為2.2。選擇2.2的取值的原因在于該值雖然略微高于理想值，但是仍然穩(wěn)定并且能夠提供長(zhǎng)的無(wú)水垢主換熱器使用壽命。

在測(cè)試時(shí)，測(cè)量進(jìn)水的tds為250ppm，因此傳導(dǎo)率控制器設(shè)定為550ppm以實(shí)現(xiàn)所需的coc。該系統(tǒng)與位于填充管線(xiàn)和排出管線(xiàn)這兩者上的水表一起運(yùn)行，以確認(rèn)排出約為45％的適當(dāng)水量，以便將集液池的tds保持在550ppm。

接下來(lái)，用進(jìn)氣氣流上的2″深的celdek7060蒸發(fā)冷卻介質(zhì)作為輔助蒸發(fā)冷卻介質(zhì)來(lái)填充該系統(tǒng)。還能夠使用其它類(lèi)型的蒸發(fā)介質(zhì)，例如由自由編織刨削山楊木而制成的aspen墊；然而，由于低壓降和成一致尺寸的空氣開(kāi)口會(huì)提供一致并且可重復(fù)的水垢積聚，這對(duì)空氣壓降具有負(fù)面效果，因此設(shè)計(jì)考量將傾向于使用結(jié)構(gòu)化的蒸發(fā)填料例如celdek。用于控制主集液池tds的排出水被引導(dǎo)到該介質(zhì)的頂部。測(cè)量存留在墊的底部中的水并且將其引到排水溝。

分析輔助介質(zhì)(脫水介質(zhì))的蒸發(fā)性能。在介質(zhì)的大部分的面上，在水能夠離開(kāi)底部流向排水溝之前從介質(zhì)的表面上完全蒸發(fā)水，而在分配到介質(zhì)頂部的供水高于平均量的區(qū)域中，水的一部分將會(huì)到達(dá)介質(zhì)的底部并且流向排水溝。盡管存在該缺陷，但是離開(kāi)墊流向排水溝的凈水量仍從45％(coc2.2)減小至約10％(coc10)。

能夠監(jiān)測(cè)介質(zhì)的重量隨時(shí)間變化的情況以測(cè)量水垢積聚并且確定在需要更換或清潔介質(zhì)之前該介質(zhì)還能使用多長(zhǎng)時(shí)間。在示例中，在運(yùn)行一周之后，在輔助介質(zhì)上沒(méi)有明顯的水垢積聚。在一個(gè)月之后，能夠發(fā)現(xiàn)少量水垢，但是還沒(méi)有堵塞介質(zhì)的氣道。celdek介質(zhì)能夠保持有效的水垢重量的估算以及排出水的存量表明介質(zhì)能夠提供整個(gè)季節(jié)的冷卻(3-6個(gè)月)而不需要更換。也可以使用具有更高水垢保持含量的介質(zhì)或者由聚合材料或其它的可清潔材料制造的介質(zhì)。

在示例中，排出水沒(méi)有均勻分配到輔助(脫水)介質(zhì)的頂部。然而，優(yōu)選地，要盡可能均勻地將排出水分配到脫水介質(zhì)的頂部，以使得在面上的流量均勻并且不會(huì)出現(xiàn)溝道效應(yīng)(channeling)。在系統(tǒng)排水時(shí)，水流的溝道效應(yīng)在高流量區(qū)域中允許過(guò)多的流量離開(kāi)，這不利于系統(tǒng)性能。

而且，優(yōu)選地，脫水介質(zhì)形成為由小模塊介質(zhì)段340-1構(gòu)成的基體，如圖2所示。模塊介質(zhì)段340-1優(yōu)選地安裝有諸如框架341這樣的機(jī)構(gòu)，所述機(jī)構(gòu)允許它們輕易地互換。因?yàn)榻橘|(zhì)深度較小，所以抵抗氣流作用力的介質(zhì)強(qiáng)度較低。簡(jiǎn)單框架中較小的模塊化段將允許完整的介質(zhì)支撐并且提供了容易實(shí)現(xiàn)的可互換性。另外，通過(guò)介質(zhì)面的模塊化，將只需要更換具有最高水垢含量的那些段，從而降低了運(yùn)行成本。因?yàn)轭A(yù)計(jì)上部介質(zhì)將更易于結(jié)垢并且因此需要更加頻繁更換，所以這一點(diǎn)是很重要的。

應(yīng)當(dāng)注意，在改進(jìn)的應(yīng)用中，脫水介質(zhì)能夠添加到現(xiàn)有的主蒸發(fā)冷卻器進(jìn)入面。當(dāng)然，這會(huì)產(chǎn)生增加的壓降并且需要額外的操作成本。對(duì)于設(shè)計(jì)為具有脫水介質(zhì)以作為初始系統(tǒng)的一部分的系統(tǒng)而言，脫水介質(zhì)的蒸發(fā)性能可以被包括在系統(tǒng)性能內(nèi)，由此降低對(duì)主蒸發(fā)表面的性能需求。以這樣的方式，系統(tǒng)能夠設(shè)計(jì)成不顯著增加壓降且同時(shí)增大coc，從而大幅度減少了水的用量。

一種控制方法涉及感測(cè)脫水介質(zhì)上的干濕分界線(xiàn)的位置。理想地，介質(zhì)應(yīng)當(dāng)直到其下邊緣附近都是濕潤(rùn)的，并且其最下方的部分應(yīng)當(dāng)是干燥的。能夠通過(guò)傳感器350最便捷地確定介質(zhì)的濕度，所述傳感器350直接地或光學(xué)地測(cè)量介質(zhì)溫度或者測(cè)量離開(kāi)介質(zhì)的空氣的溫度。

另一種控制方法是通過(guò)針對(duì)給定水量分析適當(dāng)?shù)腸oc而將脫水介質(zhì)的效率調(diào)節(jié)為高于所需。然后能夠?qū)⑴懦龅乃砸欢ǖ乃俾使┙o到脫水介質(zhì)，所述速率僅允許排出水到達(dá)介質(zhì)的脫離邊緣。能夠通過(guò)上述的溫度方法或者通過(guò)使用水的存在性檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)水的存在性。在脫水介質(zhì)的效率被超調(diào)時(shí)，從主集液池獲取了高于所需的更多的排出水并且集液池的礦物質(zhì)水平將低于規(guī)定的最大含量。

應(yīng)當(dāng)注意，一些蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)不包括集液池和再循環(huán)泵。替代地，淡水被供應(yīng)到蒸發(fā)段并且在處理中沒(méi)有被蒸發(fā)的任何過(guò)多的水被引導(dǎo)到排水溝。這些“一次性通過(guò)(once-through)”的系統(tǒng)會(huì)特意地供應(yīng)過(guò)量的水，以使得水中的礦物質(zhì)不超過(guò)隨著處理過(guò)程中的水的蒸發(fā)而允許形成水垢的閾值。因此，理想地，離開(kāi)系統(tǒng)的水接近飽和的礦物質(zhì)含量并且體積較小。在這些情況下，能夠以與上述示例中的排水相同的方式利用離開(kāi)系統(tǒng)且具有高礦物質(zhì)含量的過(guò)量的水。其能夠用于處理脫水介質(zhì)，以與在再循環(huán)水示例中描述的排出水相同的方式減少或者消除其體積。因此，術(shù)語(yǔ)“排出”能夠用于表示排出再循環(huán)通過(guò)主冷卻單元的冷卻流體的一部分以及用于表示收集剩余的“一次性通過(guò)”的冷卻流體并將所收集的流體供應(yīng)到輔助冷卻單元。

本發(fā)明的輔助冷卻系統(tǒng)并不專(zhuān)門(mén)用于與直接和間接蒸發(fā)式冷卻器一起使用。產(chǎn)生排出流體或者廢流體并且能夠得益于在預(yù)調(diào)節(jié)處理中利用該流體的任何系統(tǒng)均可被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，在間接蒸發(fā)系統(tǒng)中，熱負(fù)載并且由此主蒸發(fā)速率不必取決于水蒸發(fā)到其中的空氣環(huán)境條件。在這些系統(tǒng)中，將熱量從換熱器內(nèi)的熱負(fù)載轉(zhuǎn)移到輔助氣流、換氣氣流。當(dāng)換氣(或者冷卻)空氣干燥時(shí)，其具有在空氣送往冷卻換熱器的途中經(jīng)過(guò)犧牲介質(zhì)時(shí)從犧牲介質(zhì)蒸發(fā)排出水的高能力。當(dāng)換氣空氣具有高相對(duì)濕度時(shí)，能夠在犧牲介質(zhì)中蒸發(fā)的排出水的量受限。在此情況下，具有非常高的蒸發(fā)效率的犧牲墊可能不足以蒸發(fā)所有的排出水。

因此，對(duì)于被冷卻的負(fù)載從犧牲空氣調(diào)節(jié)脫離的間接蒸發(fā)系統(tǒng)而言，不能計(jì)算出最優(yōu)的犧牲介質(zhì)有效性。因此，可以有利地將蒸發(fā)墊的效率增加至高達(dá)95％，原因在于排出水的流率與蒸發(fā)負(fù)載成比例，所述蒸發(fā)負(fù)載現(xiàn)在很可能高于冷卻空氣流的可用的絕熱蒸發(fā)潛力。

由此，已經(jīng)示出并且描述了創(chuàng)新且有效的蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)。盡管為了闡釋和描述而通過(guò)參照一些具體的實(shí)施例舉例說(shuō)明了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是所述示例存在各種可行的變型方案、替代方案和等同方案。