混合式热交换设备和操作该设备的方法
【专利摘要】一种混合式热交换设备，其具有热交换装置，热交换装置具有流动穿过其的热流体的所述混合式热交换设备包括第一冷却水分配系统和气流机构，该气流机构用于使环境空气流动穿过热交换装置。冷却水分配系统将蒸发冷却水分配到热交换装置上，以只使热交换装置的一部分变湿，同时允许热交换装置的其余部分是干的。气流机构引起环境空气流动穿过热交换装置，以造成来自环境空气的湿热空气流动穿过热交换装置的湿的部分并且来自环境空气的干热空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分。还描述了方法。
【专利说明】混合式热交换设备和操作该设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及混合式热交换设备。更具体地，本发明涉及以干模式、湿模式和混合湿/干模式工作(以便节省水和可能消除缕流)的混合式热交换设备。
【背景技术】
[0002]热交换器是本领域已知的。作为实例，传统的热交换器2 (有时称为“封闭回路冷却器”)被图示在图1和2中。热交换器2包括容器4、热交换装置6、冷却水分配系统8、空气流动机构例如示出的风扇组件10和控制器12。容器4具有顶壁4a、底壁4b和多个侧壁4c。所述多个侧壁4c被连接至彼此且连接至顶壁4a和底壁4b，以形成大体箱形腔14。腔14具有腔水容器部分14a、腔出口部分14b和腔中央部分14c。水容器部分14a由底壁4b和侧壁4c的下部限定。水容器部分14a容纳蒸发冷却水CW。腔出口部分14b由顶壁4a和侧壁4c的上部限定。腔中央部分14c限定在连接的侧壁4c之间和之中并且布置在腔水容器部分14a和腔出口部分14b之间。顶壁4a形成有出气口 16。出气口 16与腔出口部分14b流体连通。而且，对于该特定的传统的热交换器2，侧壁4c中的每一个都形成有与腔中央部分14c连通的进气口 18。多个窗式模块20安装至侧壁4c在相应的进气口 18中，所述多个窗式模块20布置成邻近于腔水容器部分14a且在腔水容器部分14a上方并且操作成允许环境空气(用“冷空气进入”箭头表示)进入腔中央部分14c。
[0003]热交换装置6布置在腔中央部分14c中并且延伸横跨腔中央部分14c，腔中央部分14c邻近于腔出口部分14b并在腔出口部分14b下方。热交换装置6操作成使来自流体源22的热流体(用“热流体进入”箭头表示)流经其中而进行输送。本领域技术人员应该理解热流体是水、冷却剂、蒸汽或由热交换装置冷却的本领域已知的其他气态或液态流体。“热流体进入”离开热交换装置6，成为用“冷流体排出”箭头表示的冷流体。虽然单独的热交换装置6能在任何传统的热交换器2中使用，但该热交换装置6包括传统的第一热交换器构件6a和传统的第二热交换器构件6b,第二热交换器构件6b与第一热交换器构件6a并置且流体连通。而且，在替代性方案中，传统的热交换器2可能具有热交换装置6，热交换装置6具有彼此流体隔离的第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b。连接器管22使第一和第二热交换器构件6a和6b互相连接，以便第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b彼此串联地流体连通。但是，第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b能彼此并联地流体连通，或替代性地，第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b能彼此脱离连接然后成为彼此流体隔离。
[0004]如图1和2中所不,第一和第二热交换器构件6a和6b是管结构。第一热交换器构件6a是单独的连续管34，单独的连续管34具有蛇形管结构，蛇形管结构具有直的管部分34a，直的管部分34a具有多个散热片36 (用竖直的短线表示)。第二热交换装置6b的管结构包括多个直的光管部分34a (S卩，直通式结构的没有散热片的管部分)，光管部分34a使汇流箱入口 44a和汇流箱出口 44b相互连接。
[0005]冷却水分配系统8包括水分配歧管24，水分配歧管24延伸横跨腔中央部分14c且布置在热交换装置6上方并邻近于热交换装置6。在“泵打开”状态中，泵26操作成用于将 来自腔水容器部分14a的蒸发冷却水CW泵送到水分配歧管24并穿过水分配歧管24。因 此，蒸发冷却水CW被分配到热交换装置6上，如图2中的水滴28表示的。当水滴28向下 落在热交换装置6上且进入腔水容器部分14a内时，传统的热交换器2处于图2中所示的 “湿”模式。相应地，由于泵处于“泵关闭”状态，没有水滴28向下落下，因此热交换器2处 于图1中所示的“干”模式。
[0006]如图1和2中所示的，冷却水分配系统8包括多个喷嘴30。喷嘴30连接至水分配 歧管24并与水分配歧管24流体连通，以便泵26将蒸发冷却水CW泵送至水分配歧管24并 且穿过喷嘴30。但是，本领域的技术人员将理解，根据喷嘴30，冷却水分配系统8可包括挡 流装置、滴水装置或本领域已知的某些其他冷却水分配装置。
[0007]另外，在图1和2中，热交换器2包括挡水板结构32，挡水板结构32延伸横跨腔 14且布置在水分配歧管24和入气口 16之间。挡水板结构32布置成使腔14的腔出口部分 14b设置在挡水板结构32上方且腔14的腔中央部分14c布置在挡水板结构32下方。
[0008]在图1和2中示出的“风扇打开”状态中，风扇组件10操作成使得用“冷空气进入” 箭头表示的环境空气从入气口 18横跨热交换装置6和水分配歧管24并穿过出水口 16而 流动穿过热交换器2。如在图1中示出的，在“干”模式中，用“干热空气排出”箭头表示的 干热空气从出气口 16流出。如在图2中示出的，在“湿”模式中，用“湿热空气排出”箭头表 示的湿热空气从出气口 16流出。如现有技术中已知的，图1和2中示出的风扇组件10是 引风式系统，以将环境空气引入、流经容器4，如图所示。
[0009]控制器12操作成通过自动地或手动地使冷却水分配系统8和风扇组件10在它们 相应的“打开”状态和“关闭”状态之间切换而选择性地使冷却水分配系统8和风扇组件10 通电或未通电，从而使热交换器2以“湿”模式或“干”模式工作。控制器12可能是机电装 置、软件操作的电子装置或者甚至是操作人员。在图1中，对于处于“干”模式中的热交换器 2，控制器12使风扇组件10切换至“风扇打开”状态并将泵26切换至“泵关闭”状态。在图 2中，对于处于“湿”模式中的热交换器2，控制器12使风扇组件10切换至“风扇打开”状 态并将泵26切换至“泵打开”状态。更具体地，在“湿”模式中，风扇组件10和冷却水分配 系统8通电，这导致环境空气(“冷空气进入”箭头)流经热交换装置6和蒸发冷却水CW被 分配到热交换装置6上并穿过热交换装置6，从而产生湿热空气(图2中的“湿热空气排出” 箭头)，该湿热空气经过出气口 16离开。而且，在“干”模式中，只有风扇组件10通电，而冷 却水分配系统8未通电，这导致环境空气(“冷空气进入”箭头)流动穿过热交换装置6，而没 有蒸发冷却水CW被分配到热交换装置6上且穿过热交换装置6，从而产生干热空气(图1中 的“干热空气排出”箭头)，该干热空气经过出气口 16离开。
[0010]通常，在夏天热交换器2以“湿”模式工作，在冬天热交换器2以“干”模式工作。 有时，在春天和秋天，环境条件使离开热交换器的湿热空气冷凝，从而形成冷凝水的可视的 缕流P。公众有时错误地将这种冷凝水的可视的缕流P认为是污染空气的烟雾。而且一些 人(其知道这种缕流P只是冷凝水)认为构成可视的缕流P的小水滴可能含有致病细菌。结 果，喷出冷凝水的可视缕流P的热交换器是不期望的。
[0011](本发明进行说明的)热交换器上存在两种限制。第一，特别在寒冷的气候中，当从 装置排出的暖湿空气遇到周围环境中的干冷空气时闭合回路的冷却器能排出缕流。公众有时错误地将这种冷凝水的可视的缕流认为是污染空气的烟雾。第二，在某些地区水被认为是缺乏的且宝贵的资源。本发明的一些方面中，以“干”模式执行冷却功能的能力得到改进，这种情况下需要较少的水或不需要水来实现冷却功能。
[0012]本领域技术人员将理解，这里提供的示意性的附图是代表性的图，这些图表示这里描述的单个热交换器或一些热交换器。
[0013]提供节省水的热交换器是有益的。提供也可能阻止形成冷凝水的缕流的热交换设备也是有益的。本发明提供了这些益处。
【发明内容】
[0014]本发明的目的是提供一种混合式热交换设备，其能在环境条件有利于形成冷凝水时阻止形成冷凝水的缕流。
[0015]本发明的其他目的是提供通过改进干冷却能力来节省水的混合式热交换设备。
[0016]因此，下文描述了本发明的混合式热交换设备。这种混合式热交换设备包括:热交换装置，其具有流动经过其的热流体；冷却水分配系统；和空气流动机构，例如风扇组件，以用于使环境空气流动穿过热交换装置。冷却水分配系统将蒸发冷却水分配到热交换装置上，以便仅仅使热交换装置的一部分变湿同时允许热交换装置的其余部分是干的。热交换器的其余的干的部分能以非蒸发的方式进行冷却。空气流动机构使环境空气流动穿过热交换装置，以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气。本发明的一方面将湿热空气和干热空气混合在一起以形成热空气混合物，从而如果处于合适的环境大气条件就消除缕流。本发明的另一方面是将湿热空气和干热空气彼此隔离，因而不必然消除缕流。
[0017]本发明的方法阻止来自热交换设备的基于水的冷凝物的形成，热交换设备具有冷凝水分配系统和热交换装置，热交换装置具有流动穿过其的热流体。该方法包括以下步骤:
[0018]将来自冷却水分配系统的蒸发冷却水分配到热交换装置上，以便使热交换装置的一部分变湿同时允许热交换装置的其余部分是干的；
[0019]使环境空气流动穿过热交换装置，以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气；和
[0020]将湿热空气和干热空气混合在一起以形成热空气混合物。
[0021]结合附图，根据本发明的示例性实施例的详细表述，本发明的这些目的和其他优点将变得更容易理解，在附图中:
【专利附图】
【附图说明】
[0022]参考在附图中示出的示例性实施例更详细地描述本发明，在附图中:
[0023]图1是以干模式工作的传统的热交换器的示意图。
[0024]图2是以湿模式工作的传统的热交换器的示意图。
[0025]图3是以干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第一示例性实施例的示意图。[0026]图4是以湿模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第一示例性实施例的示意图。
[0027]图5是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第一示例性实施例的示意图。
[0028]图6是以干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第二示例性实施例的示意图。
[0029]图7是以湿模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第二示例性实施例的示意图。
[0030]图8是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第二示例性实施例的示意图。
[0031]图9是以干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第三示例性实施例的示意图。
[0032]图10是以湿模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第三示例性实施例的示意图。
[0033]图11是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第三示例性实施例的示意图。
[0034]图12是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第四示例性实施例的示意图。
[0035]图13是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第五示例性实施例的示意图。
[0036]图14是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第六示例性实施例的示意图。
[0037]图15是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第七示例性实施例的示意图。
[0038]图16是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第八示例性实施例的示意图。
[0039]图17是操作本发明的第一至第八示例性实施例的混合式热交换设备的方法的流程图。
[0040]图18是以混合湿/干模式工作的根据本发明的混合式热交换设备的第九示例性实施例的示意图。
[0041]图19是操作图18中的本发明的第九示例性实施例的混合式热交换设备的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0042]在下文中，本发明的示例性实施例将参考所附的附图来描述。与现有技术共有的结构构件和本发明的各实施例所共有的结构构件将用相同的附图标记表示并将省略对其进行重复说明。另外，术语例如“冷”、“热”、“湿”、“干”、“冷却”等应解释为相对性的术语，就像本领域技术人员所理解的并且无论如何都不应以任何限制性的方式进行解释。
[0043]参考图3-5在下文中描述本发明的第一示例性实施例的混合式热交换设备100。如在图3-5中示出的，混合式热交换设备100包括第一冷却水分配系统8a和第二冷却水分 配系统Sb。第一冷却水分配系统8a具有第一水分配歧管24a，第一水分配歧管24a延伸为 部分地横跨腔中央部分14c且设置成在第一热交换器构件6a的上方并邻近于第一热交换 器构件6a。第一冷却水分配系统8a还具有第一泵26a，第一泵26a被操作成用于将来自腔 水容器部分14a的蒸发冷却水CW泵送到第一水分配歧管24a并经过第一水分配歧管24a。 结果，喷嘴30a喷洒蒸发冷却水CW，从而蒸发冷却水CW被分配到第一热交换器构件6a上。 对应地，第二冷却水分配系统8b具有第二水分配歧管24b，第二水分配歧管24b延伸为部分 地横跨腔中央部分14c且设置成在第二热交换器构件6b的上方并邻近于第二热交换器构 件6b。第二冷却水分配系统8b还具有第二泵26b，第二泵26b被操作成用于将来自腔水容 器部分14a的蒸发冷却水CW泵送到水分配歧管24b并经过水分配歧管24b。结果，来自喷 嘴30b的蒸发冷却水CW被喷洒，因此蒸发冷却水CW被分配到第二热交换器构件6b上。应 当注意，第一和第二冷却水分配系统8a和Sb彼此独立地工作，并且除了泵送来自腔水容器 部分14a的蒸发冷却水CW，第一和第二冷却水分配系统8a和Sb被认为彼此流体隔离。而 且，第一泵26a和第一水分配歧管24a以选择性地方式彼此流体连通，第二泵26b和第二水 分配歧管24b以选择性的方式彼此流体连通。
[0044]控制器(未示出，但在图1和2中出于示例性的目的示出)被操作成用于使混合式 热交换设备100以如图3中所示的“干”模式、图4中示出的“湿“模式以及图5中示出的 “混合湿/干”模式工作。处于简化附图的原因，控制器故意没有示出，因为本领域的技术人 员将理解控制器能自动地改变泵26a、26b以及风扇组件10的“开” “关”状态。替代性地， 本领域的技术人员将理解控制器可能是操作人员，该操作人员能手动地改变泵26a、26b以 及风扇组件10的“开” “关”状态。结果，除了示出控制器之外，示出了泵26a、26b以及风 扇组件10的“开” “关”状态。
[0045]在图3所示的干模式中，只有风扇组件10通电、处于“打开”状态，而冷却水分配 系统8a和Sb这两者都是未通电的，S卩，处于“关闭”状态。结果，用“冷空气进入”箭头表示 的环境空气流动穿过第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b，而没有蒸发冷却水CW 被分配到第一和第二热交换器构件6a和6b上并穿过第一和第二热交换器构件6a和6b。 以这种方式，用“干热空气排出”箭头表示的干热空气产生，干热空气随后经过出气口 16离 开。
[0046]在如图4中所示的“湿”模式中，风扇组件10和冷却水分配系统8a和Sb这二者 都通电、处于它们各自的“打开”状态。结果，用“冷空气进入”箭头表示的环境空气流动穿 过第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b中的相应的一个,并且蒸发冷却水CW被分 配到第一和第二热交换器构件6a和6b上并穿过第一和第二热交换器构件6a和6b,从而产 生用“湿热空气排出”箭头表示的湿热空气，湿热空气随后经过出气口 16离开。
[0047]在“混合湿/干”模式中，风扇组件10和冷却水分配系统8a通电、处于它们的“打 开”状态，而冷却水分配系统8b未通电，即，处于其“关闭”状态。结果，冷却水分配系统8a 将蒸发冷却水CW分配成穿过第一热交换器构件6a并分配到第一热交换器构件6a上，以便 使第一热交换器构件6a变湿而第二热交换器构件6b是干的。与此同时，风扇组件10使用 “冷空气进入”箭头表示的环境空气流动穿过第一热交换器构件6a，以通过使用“冷空气进 入”箭头表示的环境空气流动穿过湿的第一热交换器构件6a产生“湿热空气”和通过使用“冷空气进入”箭头表示的环境空气流动穿过干的第二热交换器构件6b产生“干热空气”。此后，“湿热空气”和“干热空气”混合在一起形成“热空气混合物”，“热空气混合物”随后经过出气口 16离开，如用“热空气混合物排出”箭头所表示的。“湿热空气”和“干热空气”还流经挡水板结构32、进入腔出口部分14b并在离开出气口 16之前经过风扇组件10。
[0048]本领域技术人员将理解，实现“湿热空气”和“干热空气”混合而形成“热空气混合物”是流经容器4和流经风扇组件10的空气湍流的结果。如果希望，额外的混合也能实现，如下面所讨论的。
[0049]仅作为实例而不作为限制，第一和第二热交换器构件6a和6b中的每一个都是管状结构(其在附图中表示为单个的连续管34)。但是，本领域的技术人员将理解，实践中，管状结构实际上由多个成排地对齐的管构成。各单独的连续管34以在图3-5中示出的蛇形管结构而形成，蛇形管结构具有直的管部分34a和回弯部分34b。虽然不是限制性的而只是示例性的，直的管部分34a具有多个连接于其上的散热片36，以形成翼型管结构。
[0050]本发明的混合式热交换设备200的第二示例性实施例在图6-8中示出。混合式热交换设备200包括隔板38。隔板38竖直地划分热交换装置6，以便当混合式热交换设备200处于如图8中不出的“混合湿/干”模式中时，湿的第一热交换器构件6a和干的热交换器构件6b被区分。具体说来，隔板38布置在第一水分配歧管部分24a和第二水分配歧管部分24b之间并在第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b之间。如在图8中所描绘的，当混合式热交换设备200处于“混合湿/干”模式中时，在腔中央部分14c中的第一工作区域Zl和在腔中央部分14c中的第二工作区域被区分。腔中央部分14c的第一工作区域Zl具有水平的第一工作区域宽度WZl，腔中央部分14c的第二工作区域Z2具有水平的第二工作区域宽度WZ2。作为仅用于混合式热交换设备200的第二示例性实施例的实例，水平的第一工作区域宽度WZl和水平的第二工作区域宽度WZ2至少大体彼此相等。
[0051]对于混合式热交换设备200的第二示例性实施例，第一热交换器构件6a是如上所述的传统的翼型管结构，第二热交换器构件6b是形成有多个直的管部分34a (其采取传统的汇流箱结构的形式)的管结构。直的管部分34a中的每一个都是光管，因为没有散热片连接至直的管部分34a。
[0052]参考图6-8，冷却水分配系统8包括阀40，阀40设置在水分配歧管24中，并将水分配歧管24分成第一水分配歧管部分24a和第二水分配歧管部分24b，第二水分配歧管部分24b与第一水分配歧管部分24a选择性地流体连通。而且，在图6-8中没有示出控制器，以保持附图清楚。但是，本领域技术人员将理解控制器被操作成将阀40移动至“阀打开”状态和“阀关闭”状态且在“阀打开”状态和“阀关闭”状态之间移动，如通过图6-8上的图例所反应的。由于阀40布置在第一水分配歧管部分24a和第二水分配歧管部分24b之间，当阀40处于如图6和7中示出的“阀打开”状态时，第一和第二水分配歧管部分24a和24b相应地彼此流体连通。在混合式热交换设备200处于“干”模式的图6中，阀40也可因为泵26处于“泵关闭”状态而处于“阀关闭”状态。结果，第一和第二工作区域Zl和Z2分别是干的。在混合式热交换设备200处于“湿”模式的图7中，阀40处于“阀打开”状态，泵26处于“泵打开”状态。结果，第一和第二工作区域Zl和Z2分别是“湿”的。在混合式热交换设备200处于“混合湿/干”模式的图8中，阀40处于“阀关闭”状态且泵26处于“泵打开”状态。当阀40处于“阀关闭”状态时，第一水分配歧管部分24a和第二水分配歧管部分24b彼此流体隔离。结果，第一工作区域Zl是湿的而第二工作区域Z2是干的，以便混合 式热交换设备200能以“混合湿/干”模式工作。
[0053]本发明的混合式热交换设备300的第三示例性实施例在图9-11中示出，其以类似 于上述的混合式热交换设备200的方式在“干”模式(图9)、“湿”模式(图10)和“混合湿/ 干”模式(图11)中工作。只作为实例而不是限制，混合式热交换设备300包括混合挡板结 构42。混合挡板结构42在腔14的腔出口部分14b中延伸横跨腔14。如在图12中最佳地 示出的，混合挡板结构42被操作成在“热空气混合物”离开出气口 16之前有助于将“湿热 空气”和“干热空气”混合成“热空气混合物”。
[0054]对于图9-11中示出的混合式热交换设备300，热交换装置6包括第一热交换器构 件6a和第二热交换器构件6b (它们如上所述地是翼型管结构)。而且，热交换器有时使用 填充介质作为热交换的直接手段，无论是单独(被使用)还是与盘管结合(被使用)，如在美 国专利N0.6598862中所描述的发明。如在本发明的图9-11中所描绘的，热交换装置6包括 传统的第一填充材料结构6al和传统的第二填充材料结构6bl，这两者都由填充介质构成。 第一热交换器构件6a和第一填充材料结构6bl竖直地设置成一个在另一个的顶部上，第二 热交换器构件6b和第一填充材料结构6al竖直地设置成一个在另一个的顶部上。更具体 地，只作为实例而不是限制，第一热交换器构件6a竖直地定位在第一填充材料结构6al上 方，第二热交换器构件6b竖直地定位在第二填充材料结构6bl上方。
[0055]本发明的混合式热交换设备的下面的示例性实施例只以“混合湿/干”模式说明。 本领域技术人员应理解，控制器控制风扇组件10的“风扇打开”状态和泵26a、26b的“泵 打开”和“泵关闭”状态，以实现上文中所讨论的本发明的混合式热交换设备的“干”模式、 “湿”模式和“混合湿/干”模式。
[0056]处于“混合湿/干”模式的本发明的混合式热交换设备400的第四示例性实施例 在图12中示出。热交换装置6是传统的且是单个单元，即，热交换装置6不包括第一热交 换器构件和第二热交换器构件。热交换装置6包括多个直的管部分34a，每个直的管部分具 有散热片36。因为“热流体”流经该单个单元式热交换装置6，用“热流体进入”表示的“热 流体”流入汇流箱入口 44a，然后经过多个散热片、直的管部分34a、随后进入用“冷流体排 出”表示的汇流箱出口 44b。因此，该管结构是直通式结构。
[0057]还应该注意，即使混合式热交换设备400缺少隔板，第一工作区域Zl和第二工作 区域Z2也是存在的。在混合式热交换设备400的“混合湿/干”模式中，只有风扇组件10 和第一冷却水分配系统6a通电，以便只有第一冷却水分配系统26a将蒸发冷却水CW分配 成穿过单个单元式热交换装置6并分配到单个单元式热交换装置6上，以便在第一工作区 域Zl中的热交换装置6的一部分变湿，而热交换装置6的其余部分在第二工作区域Z2中 是干的。与此同时，处于“风扇打开”状态的风扇组件10引起用“冷空气进入”箭头表示的 环境空气流动穿过热交换装置6，以通过使环境空气(用“冷空气进入”箭头表示)流动穿过 在第一工作区域Zl中的热交换装置6的湿的部分产生“湿热空气”和通过使环境空气(用 “冷空气进入”箭头表示)流动穿过在第二工作区域Z2中的热交换装置6的其余的干的部 分产生“干热空气”，从而“湿热空气”和“干热空气”随后混合在一起形成“热空气混合物”， “热空气混合物”随后经过出气口 16离开混合式热交换设备400。
[0058]处于“混合湿/干”模式中的本发明的混合式热交换设备500的第五示例性实施例在图13中示出。热交换装置6是传统的且包括作为翼型蛇形管结构的第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b。在该第五不例性实施例中，第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b彼此并联地流体连通。因为“热流体”流经该热交换装置6，用“热流体进入”表示的热流体流入汇流箱入口 44a，然后分别经过第一和第二热交换器构件6a和6b中的每一个，并随后进入用“冷流体排出”表示的汇流箱出口 44b。另外，水平的第一工作区域宽度ZWl和水平的第二工作区域宽度ZW2彼此不同。更具体地，水平的第一工作区域宽度ZWl小于水平的第二工作区域宽度ZW2。另外，第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b的每一个使用以蛇形结构形成的光管并且串联在一起。
[0059]处于“混合湿/干”模式中的本发明的混合式热交换设备600的第六示例性实施例在图14中示出。第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b中的每一个是传统的并且使用以蛇形结构形成的单个的、连续的光管34。第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b串联在一起。
[0060]处于“混合湿/干”模式中的本发明的混合式热交换设备700的第七示例性实施例在图15中示出。第一和第二水分配系统8a和8b分别类似于混合式热交换设备100的第一不例性实施例所描述的第一和第二水分配系统8a和8b。但是应当注意,第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b彼此流体隔离。
[0061]处于“混合湿/干”模式中的本发明的混合式热交换设备800的第八示例性实施例在图16中示出。除了如在图1-15中示出的安装至容器4、邻近出气口 16的引风式风扇组件10，风扇组件110 (有时被称为强制通风系统)被安装在入气口 18处，作为选择性的空气流动机构。因此，除了如在图1-15中示出的引风式系统，混合式热交换设备800使用强制通风系统。
[0062]在图17中描述了用于阻止来自本发明的混合式热交换装置的基于水的冷凝物的形成的方法。热交换设备具有如上所述的冷却水分配系统8和热交换装置6。热交换装置具有流动经过其(即，从“热流体进入”到“冷流体排出”)的“热流体”。步骤SlO将来自冷却水分配系统8的蒸发冷却水CW分配到热交换装置6上，以便热交换装置6的一部分变湿(例如，在图12中)同时允许热交换装置6的其余部分是干的(例如，在图12中)。步骤12导致环境空气(用“冷空气进入”箭头表示)流动穿过热交换装置6，以通过使环境空气流动穿过热交换装置6的在第一工作区域Zl中的湿的部分产生“湿热空气”和通过使环境空气流动穿过热交换装置6的在第二工作区域Z2中的其余的干的部分产生“干热空气”。步骤14将“湿热空气”和“干热空气”混合在一起形成“热空气混合物”。为了改进本发明的方法，可有利地包括另一步骤。该步骤提供隔板38，隔板38在热交换装置6的湿的部分和热交换装置6的其余的干的部分之间竖直地延伸。
[0063]理想地，“湿热空气”和“干热空气”的“热空气混合物”离开混合式热交换设备，且没有基于水的冷凝物的可视的缕流P (见图2)或至少基本没有基于水的冷凝物的可视的缕流P。但是，本领域技术人员将理解，当“湿热空气”和“干热空气”的“热空气混合物”离开热交换设备时，在图5中示出的可视的多缕W基于水的冷凝物可能出现在热交换设备的外部上，这不背离本发明的精神。
[0064]为了执行本发明的第一至第八实施例的方法，本发明的混合式热交换设备具有热交换装置6，热交换装置6具有流过其的热流体。本发明的混合式热交换设备包括冷却水分配系统8和空气流动机构(例如风扇组件10或110)，以用于使用“冷空气进入”箭头表示 的环境空气流动穿过热交换装置6。冷却水分配系统8将蒸发冷却水CW分配到热交换装 置6上，以便热交换装置6的一部分(例如图12中的工作区域Zl)变湿同时允许热交换装 置6的其余部分(例如图12中的工作区域Z2)是干的。如在图13中最佳地示出的，混合挡 板结构42表示用于将“湿热空气”和“干热空气”混合在一起以形成“热空气混合物”的装 置。但是，本领域技术人员将理解吸风式和强制通风式热交换设备具有流过其的高速空气。 结果，能推理出，在环境空气经过热交换装置的湿和干的部分中的相应的一个之后，“湿热 空气”和“干热空气”立即开始混合。而且，能推理出，混合也发生在“湿热空气”和“干热空 气”流经吸风式系统的风扇组件10的时候。因此，可能不必要的是:增加混合挡板结构42 或任何其他装置或结构以有效地将“湿热空气”和“干热空气”混合成“热空气混合物”从而 当“热空气混合物”离开容器14时阻止形成冷凝水的缕流。
[0065]本发明的混合式热交换设备900的第九实施例在图18中示出。仅作为实例，混合 式热交换设备900包括:传统的第一热交换器构件6a，其包含直的管部分34a (其带有散热 片36)和光管部分34a (即，没有散热片)的组合；和传统的第二热交换器构件6b，其具有 的都是光管34a。应该注意，隔板38布置在第一热交换器构件6a和第二热交换器构件6b 之间、第一水分配歧管24a和第二水分配歧管24b之间，以及第一挡水板结构部分32a和第 二挡水板结构32b之间，并且终止为与容器4的顶壁4a接触。实际上，隔板38用作隔离面 板，隔离面板将“湿热空气”和“干热空气”在热交换设备900内彼此隔离。
[0066]另外，混合式热交换设备900包括第一风扇组件IOa和第二风扇组件10b。第一风 扇组件IOa使环境空气流动穿过第一热交换器构件6a，以通过使环境空气流动穿过变湿的 第一热交换器构件6a产生“湿热空气”。第二风扇组件IOb使环境空气流动穿过第二热交 换器构件6b，以通过使环境空气流动穿过第二热交换器构件6b的其余的干的部分产生“干 热空气”。由于“湿热空气”和“干热空气”彼此隔离，来自混合式热交换设备的“湿热空气” 和“干热空气”被彼此分开地排放。具体来说，第一风扇组件IOa排放来自热交换设备900 的“湿热空气”，第二风扇组件IOb排放来自热交换设备900的“干热空气”。
[0067]由于“湿热空气”和“干热空气”彼此隔离，可能的情况是，缕流P可在合适的大气 条件下形成在第一风扇组件IOa上方。简单地说，虽然混合式热交换设备900的第九实施 例可能没消除缕流P，但节省了水。
[0068]为了执行本发明的混合式热交换设备900的第九实施例的方法，将蒸发冷却水分 配到热交换装置上和使环境空气流动穿过热交换装置的步骤与执行上述的混合式热交换 装置的第一至第八实施例的方法相同。除此之外，为了执行混合式热交换设备900的第九 实施例的方法，“湿热空气”和“干热空气”在混合式热交换设备内彼此隔离，并且之后，来自 混合式热交换设备的“湿热空气”和“干热空气”作为分开的气流被排放。
[0069]对于本发明的混合式热交换设备的实施例，主要以两种方式实现水的节省。第一， 当混合式热交换设备处于“混合湿/干”模式时所使用的冷却水CW的量比处于“湿”模式时 小。例如对比图4和5。第二，处于“混合湿/干”模式时冷却水CW的蒸发量比处于“湿” 模式时小。为进一步说明，在处于“混合湿/干”模式时，流经混合式热交换设备的热交换器 盘管的上游侧的热流体的上游部分通过干冷却在上游被冷却，热流体的下游部分(其已经 流经热交换器盘管的上游侧并通过干冷却被冷却)被来自热交换器盘管的湿的下游侧的蒸发冷却进一步冷却。因此，混合式热交换设备的实施例被认为已经改善了在“混合湿/干”模式中用于节省水和可能用于消除缕流的干冷却能力。
[0070]但是，本发明可以多种不同的形式实现，并不应该解释为限制于这里说明的示例性实施例；相反，对于本领域的技术人员来说，这些示例性实施例被提供成使该公开的内容将完全、彻底并完整地覆盖本发明的范围。例如，虽然附图描述了第一工作区域Zl作为湿的区域，第二工作区域Z2作为干的区域，但是可能的情况是，利用在某些情况下的机械的调整且在其他情况下无需机械调整，第一工作区域Zl是干的区域，第二工作区域Z2是湿的区域。另外，这里描述的热交换装置可能是冷凝器。
【权利要求】
1.一种具有热交换装置的热交换设备，所述热交换装置具有流动穿过其的热流体，所述热交换设备包括: 用于分配蒸发冷却水的装置，其用于将蒸发冷却水分配到热交换装置上，以使热交换装置的一部分变湿同时允许热交换装置的其余部分是干的；以及 用于使环境空气流动穿过热交换装置的装置，以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气。
2.根据权利要求1所述的热交换设备，其中所述用于分配蒸发冷却水的装置包括水分配歧管和泵，所述泵与所述水分配歧管流体连通并能操作成将蒸发冷却水泵送至所述水分配歧管。
3.根据权利要求2所述的热交换设备，其中所述用于分配蒸发冷却水的装置包括多个喷嘴，所述多个喷嘴连接至所述水分配歧管并与所述水分配歧管流体连通，所述泵能操作成将蒸发冷却水泵送至水分配歧管且经过所述多个喷嘴。
4.根据权利要求1所述的热交换设备，其中用于使环境空气流动穿过热交换装置的装置是空气流动机构。
5.根据权利要求1所述的热交换设备，还包括用于将湿热空气和干热空气混合在一起的装置，以形成热空气混合物。
6.根据权利要求5所述的热交换设备,其中所述用于将湿热空气和干热空气混合在一起的装置包括布置在所述用于分配蒸发冷却水的装置的上方的混合挡板结构。
7.根据权利要求1所述的热交换设备，还包括隔板，以用于竖直地至少将热交换装置分成湿的部分和其余的干的部分 。
8.根据权利要求7所述的热交换设备，其中所述热交换装置包括第一热交换器构件和与所述第一热交换器构件流体连通的第二热交换器构件，第一和第二热交换器构件中的一个是所述热交换装置的湿的部分，第一和第二热交换器构件中的另一个是所述热交换装置的剩余的干的部分。
9.根据权利要求1所述的热交换设备，还包括隔离装置，以用于将湿热空气和干热空气在所述热交换设备内彼此隔离。
10.根据权利要求9所述的热交换设备，其中用于使环境空气流动穿过热交换装置以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气的装置是第一空气流动机构，用于使环境空气流动穿过热交换装置以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气的装置是第二空气流动机构。
11.根据权利要求10所述的热交换设备，还包括用于排放来自热交换设备的湿热空气和干热空气的排放装置， 其中所述排放装置是用于排放来自热交换设备的湿热空气的第一空气流动机构和用于排放来自热交换设备的干热空气的第二空气流动机构。
12.一种用于阻止来自热交换设备的基于水的冷凝物的形成的方法，所述热交换设备具有冷却水分配系统和热交换装置，所述热交换装置具有流动穿过其的热流体，所述方法包括以下步骤: 将来自冷却水分配系统的蒸发冷却水分配到热交换装置上，以仅仅使热交换装置的一部分变湿同时允许热交换装置的其余部分是干的；以及使环境空气流动穿过热交换装置，以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括将湿热空气和干热空气混合在一起以形成热空气混合物的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使湿热空气和干热空气的热空气混合物离开热交换设备的步骤。
15.根据权利要求14所述的方法,其中湿热空气和干热空气的热空气混合物离开热交换设备，至少基本没有基于水的冷凝物的可视的缕流。
16.根据权利要求15所述的方法，其中当湿热空气和干热空气的热空气混合物离开热交换设备时，可视的多缕基于水的冷凝物出现在热交换设备的外部上。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括将湿热空气和干热空气在热交换设备内彼此隔离的步骤。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括排放来自热交换设备的湿热空气和干热空气的步骤。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括设置隔板的步骤，该隔板至少在热交换装置的湿的部分和热交换装置的其余的干的部分之间竖直地延伸。
20.—种混合式热交换设备,其包括:容器，其具有顶壁、底壁和多个侧壁，所述多个侧壁连接至顶壁和底壁以形成大体箱形的腔，所述腔具有:腔水容器部分，其由用于容纳蒸发冷却水的底壁部分地限定；腔出口部分，其由顶壁部分地限定；和腔中央部分，其部分地限定在相对的侧壁之间并布置在腔水容器部分和腔出口部分之间，所述顶壁形成有与腔出口部分连通的出气口，至少一个侧壁形成有与腔中央部分连通的进气口； 热交换装置，其布置在腔中央部分中且延伸横跨腔中央部分，腔中央部分邻近于腔出口部分且位于腔出口部分下方，并且所述热交换装置能操作成使来自热流体源的热流体流经其中而进行输送；冷却水分配系统，其包括:至少一个水分配歧管，所述至少一个水分配歧管延伸横跨腔中央部分且布置在热交换装置的上方并邻近于热交换装置；和至少一个泵，所述至少一个泵能操作成用于将蒸发冷却水从腔水容器部分泵送到水分配歧管并经过水分配歧管，从而将蒸发冷却水分配到热交换装置上；空气流动机构，其能操作成用于使环境空气从入气口穿过热交换装置和水分配歧管并经过出气口而流动穿过混合式热交换设备；以及控制器，其能操作成用于使混合式热交换设备以湿模式、干模式和混合湿/干模式中的一种工作，其中，在湿模式中，空气流动机构和冷却水分配系统通电，导致环境空气流动穿过热交换装置，并且蒸发冷却水被分配到热交换装置上并穿过热交换装置以产生湿热空气，该湿热空气随后经过出气口离开，在干模式中，只有空气流动机构被通电，而冷却水分配系统未通电，导致环境空气流动穿过热交换装置，而没有蒸发冷却水被分配到热交换装置上并穿过热交换装置以产生干热空气，该干热空气随后经过出气口离开，和 在混合湿/干模式中，空气流动机构和冷却水分配系统都通电，以便冷却水分配系统将蒸发冷却水分配成穿过热交换装置并到达热交换装置上，以便仅仅使热交换装置的一部分变湿而热交换装置的其余部分是干的，同时空气流动机构使环境空气流动穿过热交换装置，以便通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气。
21.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，冷却水分配系统将蒸发冷却水分配成穿过热交换器且到达热交换器上，以便热交换装置的一部分变湿而热交换装置的其余部分是干的，并且空气流动机构使环境空气流动穿过热交换装置，从而通过使环境空气流动穿过热交换装置的湿的部分产生湿热空气和通过使环境空气流动穿过热交换装置的其余的干的部分产生干热空气，此后，湿热空气和干热空气混合在一起以形成热空气混合物，该热空气混合物随后经过出气口离开。
22.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，还包括隔板，以用于竖直地至少划分热交换装置，以便当混合式热交换设备处于混合湿/热模式时，热交换装置的湿的部分和热交换装置的其余的干的部分被限定出来。
23.根据权利要求22所述的混合式热交换设备，其中，所述隔板被布置在混合式热交换设备中，以便将湿热空气和干热空气在热交换设备内彼此隔离，从而来自混合式热交换设备的湿热空气和干热空气被分开地排放。
24.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，热交换装置包括第一热交换器构件和第二热交换器构件，所述第二热交换器构件与所述第一热交换器构件流体连通或与所述第一热交换器构件流体隔离。
25.根据权利要求24所述的混合式热交换设备，还包括隔板，所述隔板竖直地至少布置在第一热交换器构件和第二热交换器构件之间，以便当混合式热交换设备处于混合湿/热模式中时，腔中央部分的第一工作区域和腔中央部分的第二工作区域被限定出来。
26.根据权利要求25所述的混合式热交换设备，其中，腔中央部分的第一工作区域具有水平的第一工作区域宽度，腔中央部分的第二工作区域具有水平的第二工作区域宽度，水平的第一工作区域宽度和水平的第二工作区域宽度彼此相同或彼此不同。
27.根据权利要求24所述的混合式热交换设备,其中，第一热交换器构件和第二热交换器构件彼此并联地流体连通，或者第一热交换器构件和第二热交换器构件彼此串联地流体连通，或者第一热交换器构件和第二热交换器构件彼此流体隔离。
28.根据权利要求24所述的混合式热交换设备，其中，第一热交换器构件是竖直设置成一个在另一个的顶部上的管结构、填充材料结构和管结构与填充材料结构的组合中的一个，第二热交换器构件是竖直设置成一个在另一个的顶部上的管结构、填充材料结构和管结构与填充材料结构的组合中的一个。
29.根据权利要求28所述的混合式热交换设备，其中，管结构是蛇形管结构、汇流箱结构和直通式结构中的一个。
30.根据权利要求29所述的混合式热交换设备，其中，管结构包括多个翼型管或多个光管或所述多个翼型管与所述多个光管的组合。
31.根据权利要求25所述的混合式热交换设备，其中，冷却水分配系统包括至少一个阀，所述至少一个水分配歧管包括第一水分配歧管部分和第二水分配歧管部分，第二水分配歧管部分与第一水分配歧管部分选择性地流体连通，并且所述至少一个阀设置在第一水分配歧管部分和第二水分配歧管部分之间，以便当所述至少一个阀处于打开状态时，第一和第二水分配歧管部分彼此流体连通，和当所述至少一个阀处于关闭状态时，第一和第二水分配歧管部分彼此流体隔尚，隔板布置在第一水分配歧管部分和第二水分配歧管部分之间。
32.根据权利要求25所述的混合式热交换设备，其中，所述至少一个泵包括第一泵和第二泵，所述至少一个水分配歧管包括第一水分配歧管和第二水分配歧管，第一泵和第一水分配歧管选择性地彼此流体连通，第二泵和第二水分配歧管选择性地彼此流体连通，隔板布置在第一水分配歧管和第二水分配歧管之间。
33.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，冷却水分配系统包括阀，其中所述至少一个水分配歧管包括第一水分配歧管部分和第二水分配歧管部分，并且所述阀设置在第一水分配歧管部分和第二水分配歧管部分之间，以便当所述阀处于打开状态时，第一和第二水分配歧管部分彼此流体连通，和当所述至阀处于关闭状态时，第一和第二水分配歧管部分彼此流体隔尚。
34.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，所述至少一个泵包括第一泵和第二泵，所述至少一个水分配歧管包括第一水分配歧管和第二水分配歧管，第一泵和第一水分配歧管选择性地彼此流体连通，第二泵和第二水分配歧管选择性地彼此流体连通。
35.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，控制器能操作成通过自动地或手动地使冷却水分配系统和空气流动机构中的至少一个在打开状态和关闭状态之间切换而使冷却水分配系统和空气流动机构中的至少一个通电或未通电。
36.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，还包括挡水板结构，该挡水板结构延伸横跨腔并布置在水分配歧管和出气口之间，并且腔的腔排除部分布置在挡水板结构上方，腔的腔中央部分布置在挡水板结构下方。
37.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，还包括混合挡板结构，该混合挡板结构在腔的腔出口部分中延伸横跨腔。
38.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，还包括安装到在入气口中的所述多个侧壁中的一个侧壁的至少一个窗式模块，所述至少一个窗 式模块布置成邻近于腔水容器部分且处于腔水容器部分的上方，并且能操作成允许环境空气进入腔中央部分。
39.根据权利要求20所述的混合式热交换设备，其中，冷却水分配系统包括多个喷嘴， 每个喷嘴能操作地连接至所述至少一个水分配歧管。
【文档编号】F24F3/14GK103534532SQ201180044407
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2011年7月11日 优先权日:2010年9月17日
【发明者】托马斯·W·布格勒三世, D·J·瓦德 申请人:伊沃普欧公司