冷却设备和方法与流程

本发明属于热交换器领域。

背景技术：

1、冷却塔在工业中经常用来帮助冷却设备和空间。冷却塔比空气冷却系统更高效，因此实现相同程度的冷却所需的能量更少，但它们也利用了大量的淡水。此外，这种系统中的水垢堆积可能是一个问题，因为这降低了传热效率，导致对电力的需求更大。水越“硬”(即水中钙、镁和其他矿物质的浓度越高)，则水垢堆积越多。水垢堆积可能必要关闭系统以实现水垢的物理去除和/或需要使用化学物质来抑制、减少或去除水垢堆积。去除水垢的化学处理通常会造成环境污染，例如，如果使用磷。

技术实现思路

1、本发明的广泛方面涉及冷却系统，该冷却系统比空气冷却系统更有效，但比传统冷却塔使用更少的水。

2、本发明的一些实施例的一个方面涉及一种设备，该设备包括将雾滴添加到与传导加热液体流的液体导管的壁接触的空气流的雾发生器。在本发明的一些示例性实施例中，气流穿过横切液体导管的管。在本发明的一些示例性实施例中，气流穿过液体导管的板状结构之间的空间。在本发明的一些示例性实施例中，气流由风扇产生。在本发明的一些示例性实施例中，气流和加热的液体具有逆流和/或横流的流动方向。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管具有内部挡板。在一些实施例中，挡板有助于增加流动路径的长度和/或加热液体在导管中的停留时间。本发明的一些示例性实施例减少了每排出一单位热量需要在系统中循环的水量。这种减少有助于减小尺寸和/或电力消耗和/或维护要求。

3、应当理解，上述各个方面涉及与减少冷却水消耗相关联的技术问题的解决方案。

4、替代地或附加地，应当理解，上述各方面涉及与增加冷却系统中每单位水吸收的热量有关的技术问题。

5、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括：(a)在其相反端具有可密封连接器的液体导管和竖直穿过其中的空气导管；(b)一个或多个雾发生器，其被定位成将雾输送到空气导管；以及(c)气流发生器，其被定位和配置成使雾移动通过空气导管。在一些实施例中，该设备包括在液体导管中的挡板。替代地或附加地，在一些实施例中，气流发生器包括风扇。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管包括相互流体连通的多个隔间，隔间之间的空间用作空气导管。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管包括单个隔间，穿过隔间的管用作空气导管。替代地或附加地，在一些实施例中，设备部署在冷水机组系统中。替代地或附加地，在一些实施例中，设备部署在空调系统中。替代地或附加地，在一些实施例中，设备通过其中一个连接器连接到发电厂涡轮机。替代地或附加地，在一些实施例中，设备具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。

6、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种方法，该方法包括：(a)引导加热的液体流通过具有壁的导管；以及(b)使携带雾滴的气流与壁接触。在一些实施例中，加热的液体流和携带雾滴的气流包括逆流的流。替代地或附加地，在一些实施例中，加热的液体流和携带雾滴的气流包括横流的流。替代地或附加地，在一些实施例中，雾滴的直径尺寸范围为10μm至100μm。替代地或附加地，在一些实施例中，雾滴的直径尺寸范围为40μm至60μm。替代地或附加地，在一些实施例中，气流携带的雾滴群的平均直径尺寸为50μm。替代地或附加地，在一些实施例中，气流携带的雾滴体积在1l/min到4l/min的范围内。替代地或附加地，在一些实施例中，该方法具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。

7、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种热交换器，其特征在于：传热系数为500w/m2 k至1000w/m2 k；以及≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。在一些实施例中，热交换器的进一步特征在于约5的对数平均温度差(lmtd)(k)。

8、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括：被配置为使待冷却的液体流过其中的腔室，该腔室具有位于该腔室的第一端附近的流体入口和位于该腔室的第二端附近的在第一端远侧的流体出口，所述腔室配置有多个隔板，所述多个隔板沿所述腔室的长度在所述第一端与所述第二端之间定向，所述隔板将所述腔室内部与所述腔室外部分隔开，所述隔板限定平行穿过所述腔室行进的所述腔室外侧的间隙；位于第一端附近的气流发生器，所述气流发生器在操作时产生沿所述第二端的方向穿过所述间隙朝向所述第一端的气流；以及多个喷雾器(misters)，所述喷雾器靠近所述第二端并且布置成使得当所述气流发生器操作时由所述喷雾器产生的雾被携带到所述间隙中。在一些实施例中，隔板是圆柱形的，具有分别限定在位于第一端的第一端壁和位于第二端的第二端壁中的开口，使得圆柱体的内部在腔室外部，并且腔室还包括在第一端壁与第二端壁之间延伸的外壁，外壁与端壁一起包围圆柱体并限定腔室的内部。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室包括相互流体连通的多个子腔室，子腔室的侧面构成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，每个子腔室具有一对主侧壁、一对副侧壁和一对端壁，主侧壁和副侧壁形成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室还包括位于腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加腔室内流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下的最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，至少一个子腔室包括位于子腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加子腔室中流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下的最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器产生直径尺寸在10μm至100μm范围内的液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器产生直径尺寸在40至60μm范围内的液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，液滴的平均尺寸为50μm，如由体积决定的。替代地或附加地，在操作中的一些实施例中，每个喷雾器每分钟排放约0.05至0.5升的水。替代地或附加地，在一些实施例中，设备被配置为在1l/min到4l/min的范围内向系统中雾化一定体积的水。替代地或附加地，在一些实施例中，设备被配置为在0.05l/min到0.200l/min的范围内将一定体积的水雾化到每个间隙中。替代地或附加地，在一些实施例中，流体入口和流体出口与以下设备流体连通：(a)入口处的压缩机和出口处的节流阀(在冷水机组系统中，可以使用当前类型的系统代替传统的冷凝器)；(b)在入口处的压缩机和在出口处的节流阀(在典型的空调系统中，其中可以使用本类型的系统来代替传统的冷凝器)；(c)在入口处的发电厂涡轮机和在出口处的泵(在发电厂中，其中可以使用本类型的系统来代替传统的冷凝器)；或(d)液冷服务器室的冷却系统。

9、在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种冷却液体的方法，该方法包括：使液体从靠近腔室的第一端的入口流向靠近所述腔室的第二端在所述第一端远侧的出口，所述腔室配置有沿其长度在所述第一端和所述第二端之间定向的多个隔板，所述隔板将所述腔室的内部与所述腔室外部分隔开，所述隔板限定平行穿过所述腔室行进的腔室外部的间隙；产生沿第二端的方向穿过间隙朝向第一端的空气流；并且在第二端附近产生由空气流携带进入间隙的雾。在一些实施例中，隔板是圆柱形的，具有分别限定在位于第一端的第一端壁和位于第二端的第二端壁中的开口，使得圆柱体的内部在腔室外部，并且腔室还包括在第一端壁与第二端壁之间延伸的外壁，外壁与端壁一起包围圆柱体并限定腔室的内部。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室包括相互流体连通的多个子腔室，子腔室的侧面构成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，每个子腔室具有一对主侧壁、一对副侧壁和一对端壁，所述主侧壁和副侧壁形成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室还包括位于腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加腔室内流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，至少一个子腔室包括位于子腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加子腔室中流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，以10μm到100μm直径尺寸范围生产液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，以40μm到60μm直径尺寸范围生产液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，液滴的平均直径尺寸为50μm，由体积决定。替代地或附加地，在一些实施例中，每个喷雾器排放约0.05l/min和0.5l/min的水。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器以1l/min至4l/min的范围向系统中雾化一定体积的水。替代地或附加地，在一些实施例中，向每个间隙中雾化的水的体积在0.05l/min到0.2l/min的范围。替代地或附加地，在一些实施例中，雾中的水包括自来水和/或去离子水和/或蒸馏水。替代地或附加地，在一些实施例中，待冷却的液体在20℃至90℃的温度范围内进入腔室。替代地或附加地，在一些实施例中，待冷却的液体在35℃至60℃的温度范围内进入腔室。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达40℃。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达35℃。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达30℃。替代地或附加地，在一些实现例中，周边空气温度高达25℃。替代地或附加地，在一些实现例中，周边空气温度高达20℃。

10、除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管下面描述了合适的方法和材料，但在本发明的实践中可以使用与本文所述的方法和材料类似或等效的方法和材料。如有冲突，以包括定义在内的专利说明书为准。所有材料、方法和示例仅为说明性的，而非限制性的。

11、如本文所用，术语“包括”(comprising)和“包含”(including)或其语法变体应被视为规定包含所述特征、整数、动作或组成部分，而不排除添加一个或多个附加特征、整数，动作、组成部分或其组。该术语比《美国专利商标局专利审查程序手册》定义的“由……组成”和“基本上由……组成”更广泛，并包括这些术语。因此，实施例“包含”(includes)或“包括”(comprise)特征的任何陈述都是子实施例“基本上由……组成”和/或“由……组成”所述特征组成的特定陈述。

12、短语“基本上由……组成”或其语法变体在本文中使用时应被视为指定所述特征、整数、步骤或组成部分，但不排除一个或多个附加特征、整数、步骤、组成部分或其组的添加，但仅限于当附加特征、整数、步骤、其组成部分或其组不会实质上改变所要求保护的组合物、装置或方法的基本和新颖特性。

13、本说明书和所附权利要求中使用的短语“适于”对先前所述的部件施加了额外的结构限制。

14、术语“方法”是指完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于建筑和/或计算机科学从业者已知的或容易从已知的方式、手段、技术和程序发展而来的方式、手段、技术和程序。

15、根据本发明实施例的方法和系统的实现涉及手动、自动或其组合执行或完成所选择的任务或步骤。此外，根据本发明的方法、装置和系统的示例性实施例的实际仪器和装备，可以通过硬件或通过任何固件的任何操作系统上的软件或其组合来实现几个选择的步骤。例如，作为硬件，本发明的选定步骤可以实现为芯片或电路。作为软件，本发明的选定步骤可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在任何情况下，本发明的方法和系统的选定步骤可以被描述为由数据处理器执行，例如由用于执行多个指令的计算平台执行。

16、为了本说明书和所附权利要求的目的，液滴体积的指示反映了制造商的产品说明书中为特定的市售雾产生装置提供的信息。