发明名称 综合式直接及间接封闭 路水气式热交换器
摘要 一种热交换装置设置一间接水气式热交换部门和一直接水气式热交换部门。一均温之水气式液体向下喷洒进入间接部门与流动于一串含间接水气式热交换部门之封闭回路内之热流体流间接地交换可观的热量。在水气式流体经整个间接热交换部门下降并吸收热量,分布于直接水气式热交换部门内之充填媒体以供冷却。周围冷却空气之各气流同时流入各热交换部门水气式地冷却流动于各部门之水气式液体。在直接热交换部门冷却的水接着收集到一水箱中,在重新分布前使其混合而造成均匀温度。冷却水之起始均温在作业上是使间接热交换部门和水塔整体之均匀度与性能达到最大之最大的控制因素。间接热交换部门是由一串隔开的具有连续蜿蜒形状之回路构成,其中待冷却的内部流体以一等速流率和均一的温度从一回部至另一回路向上流动,当水下降时,其间接与沿着间接热交换部门之垂直和水平高度从一回路至另一回路之流体均匀地交换可观的热量。当流经间接热交换部门之冷却空气流平行于或同流于冷却水流时,就实现了回路间性能与所交换热量之均匀性之额外利益。本装置可当作流体冷却器,水气式冷凝器,或湿空气冷却器使用。
申请公布号 TW288098 申请公布日期 1996.10.11
申请号 TW083103900 申请日期 1994.04.29
申请人 巴尔笛摩通风管公司 发明人 汤玛斯P.卡特
分类号 B01F3/04;F28C3/06;F28D21/00 主分类号 B01F3/04
代理机构 代理人 郑自添 台北巿敦化南路二段七十七号八楼
主权项 1. 一种在流体流和空气流之间交换热量之方法,包 括下 列步骤: 提供直接水气式热交换部门和间接水气式热交换 部门以传 导流体流,各部门具一空气入口和一空气出口; 分布大抵为均温之水气式液体,通常向下越过含流 体流之 间接水气式热交换部门以间接在流体流和水气式 液体之间 交换可观之热量;然后, 分布水气式液体越过直接水气式热交换部门;然后 ,收集 水气式液体于一水箱中;以及 重新分布该液体至间接水气式热交换部门。2. 如 申请专利范围第1项之方法,并含步骤如下: 提供装置在各热交换部门将空气从空气入口移至 空气出口 ,该空气流经各部门且水气式的与在各热交换部门 内流动 之水气式液体交换热量。3. 如申请专利范围第2项 之方法,其中直接和间接水气式 热交换部门各有一顶边,底边,内板边和外板边。4. 如申请专利范围第3项之方法,并含步骤如下: 向上抽取该收集之水气式液体以重新分布越过间 接部门。5. 如申请专利范围第4项之方法,并含步 骤如下:提供位 于间接部门顶边上面之装置以喷洒该经抽取之水 气式液体 越过间接部门之各个回路。6. 如申请专利范围第5 项之方法,并含步骤如下:在单一 结构内包封该空气装置,该水箱,该喷洒装置及各 热交换 部门。7. 如申请专利范围第6项之方法,其中直接 热交换部门空 气入口与该部门之外板边相联,而空气出口与该部 门之内 板边相联,该空气流实质交叉于该水气式液体而流 动。8. 如申请专利范围第6项之方法,其中直接热 交换部门空 气入口设置在该部门之底边,而空气出口则设置在 该部门 之顶边,该空气流实质逆向于该水气式液体而流动 。9. 如申请专利范围第7项之方法,其中间接热交 换部门空 气入口与该部门之外板边相联,而空气出口与该部 门之内 板边相联,该空气流实质交叉于该水气式液体而流 动。10. 如申请专利范围第7项之方法,其中间接热 交换部门 空气入口与该部门之顶边相联,而空气出口与该部 门之底 边相联,该空气流实质同向于该水气式液体而流动 。11. 如申请专利范围第8项之方法,其中间接热交 换部门 空气入口与该部门之顶边相联,而空气出口与该部 门之底 边相联,该空气流实质同向于该水气式液体而流动 。12. 如申请专利范围第10项之方法,其中间接热交 换部门 空气入口与该部门之顶边相联,而空气出口同时与 该部门 之底边和内板边相联,使得该空气流之一部分从空 气入口 流出内板边空气出口,且该空气流剩下部分流出底 边之空 气出口。13. 如申请专利范围第12项之方法,并含将 间接部门放在 直接部门之上之步骤。14. 如申请专利范围第11项 之方法,并含将间接部门放在 直接部门之上之步骤。15. 如申请专利范围第9项 之方法,并含将间接部门放在 直接部门之上之步骤。16. 如申请专利范围第13项 之方法,并含在间接和直接热 交换部门之间提供充填空间之步骤。17. 如申请专 利范围第14项之方法,并含在间接和直接热 交换部门之间提供充填空间之步骤。18. 一种在流 体流和空气流间交换热量之装置,包含: 直接水气式热交换部门和间接水气式热交换部门, 各部门 具顶边,底边,内板边,外板边和空气入口及空气出 口; 间接水气式热交换部门包含许多个别回路用以在 该回路内 传导该流体流; 直接水气式热交换部门包含充填媒体用以接收流 出间接热 交换部门之水气式液体,该水气式液体分布于充填 媒体, 在各直接和间接热交换部门将空气从空气入口移 至空气出 口之装置,该空气在各直接和间接热交换部门流动 ,且与 在各热交换部门内流动之水气式液体水气式地交 换热量; 分布大抵为均温之水气式液体之装置,通常向下流 过间接 热交换部门,该均温水气式液体与该流体流间接交 换可观 之热量; 至少一个水箱用以在该水气式液体向下喷洒后收 集该水气 式液体。19. 如申请专利范围第18项之热交换装置, 其中间接热交 换部门并含顶边流体管头和底边流体管头,各顶部 和底部 流体管头运作性地与间接热交换部门之顶边和底 边各自相 联,各流体管头有一接管彼此大抵一致地垂直隔开 而接至 各个管头之对应边,顶边和底边流体管头以管子连 接用以 连通该流体流进出顶部和底部流体管头。20. 如申 请专利范围第19项之热交换装置,其中该许多回 路含个别串接回路,串接之各回路含一入口末端和 出口末 端,该入口出口末端其中之一连接至顶边和底边流 体管头 之一,而入口和出口末端另一端连接至顶边和底边 流体管 头另一管头,各回路在该流体管头之间连通该流体 流。21. 如申请专利范围第20项之热交换装置,其中 该流体流 进入顶边和底边流体管头管路其中之一,并流出顶 边和底 边流体管头管路另一管头管路,进入和流出之流体 流彼此 大抵以平行和相反方向流动,该流体流在实质均匀 之流率 下经各个回路,从一回路至另一回路流动于该流体 管头之 间,在回路之任何特定垂直高度上,该流体温度实 质上在 各回路间是均一的。22. 如申请专利范围第21项之 热交换装置,其中当空气和 水流经间接热交换部门时,该向下分布之均温水气 式液体 与在间接热交换部门流动之空气流作连续性水气 式热交换 。23. 如申请专利范围第22项之热交换装置,其中当 分布越 过邻接间接热交换部门之顶边之各个回路时,该水 气式液 体有一起始温度;而当从邻接该部门之底边之各回 路排出 时则有一最终温度。24. 如申请专利范围第23项之 热交换装置,其中各回路之 水气式液体起始温度是均一的。25. 如申请专利范 围第24项之热交换装置,其中分布于间 接热交换部门之各个回路之水气式液体以一大抵 向下之路 径沿个别回路向下流动,实质上并无作用性之纵向 向量力 作用在该向下之水流。26. 如申请专利范围第25项 之热交换装置,其中在水气式 液体沿间接热交换部门之各个回路向下流动后,水 气式液 体之最终温度实质上在各回路之间是均一的。27. 如申请专利范围第25项之热交换装置,其中在液体 沿 间接热交换部门之各个回路向下流动后,该水气式 液体之 最终温度就不均一了,因此在流出间接热交换部门 之液体 上就形成一温度梯度,该梯度从外板边至内板边均 匀增加 ,其中该温度梯度实质上比当分布于间接热交换部 门时, 若该水气式液体最初温度并不均匀所形成之温度 梯度为小 。28. 如申请专利范围第27项之热交换装置,其中间 接部门 之空气流交叉于间接部门内向下流动之水气式液 体,且直 接热交换部门内之空气流交叉于直接部门内向下 流动之水 气式液体。29. 如申请专利范围第26项之热交换装 置,其中间接部门 之空气流同流于间接部门内向下流动之水气式液 体,且直 接热交换部门之空气流逆流于直接部门内向下流 动之水气 式液体。30. 如申请专利范围第26项之热交换装置, 其中间接部门 之空气流同流于间接部门内向下流动之水气式液 体,且直 接热交换部门之空气流交叉于直接部门内向下流 动之水气 式液体。31. 如申请专利范围第28项之热交换装置, 其中间接热交 换部门位于直接热交换部门之上。32. 如申请专利 范围第29项之热交换装置,其中间接热交 换部门位于直接热交换部门之上。33. 如申请专利 范围第30项之热交换装置,其中间接热交 换部门位于直接热交换部门之上。34. 如申请专利 范围第32项之热交换装置,并含一充填空 间介于直接和间接部门之间。35. 如申请专利范围 第33项之热交换装置,并含一补充出 口,该补充空气出口接近间接部门之下内板边,其 中经间 接部门之空气流一部分经该补充出口流出间接部 门,而剩 下的部分则经间接部门空气出口流出。36. 如申请 专利范围第31项之热交换装置,其中该流体流 含单相流体,该流体流以热流体经底边流体管头进 入各该 回路,并在以冷却流体从回路流出进入顶边流体管 头之前 以大抵均一之流率及大抵均匀地降低温度而向上 流动。37. 如申请专利范围第31项之热交换装置,其 中该流体流 含多相流体,该流体流以热气体经顶边流体管头进 入各回 路,并在以冷凝液体从回路流出进入底边流体管头 之前以 大抵均匀流率和温度向下流动。38. 如申请专利范 围第31项之热交换装置,包含相同的第 二直接与间接热交换部门,第二直接和间接热交换 部门有 一第二和分别之分布装置,以及水箱用以在第二直 接和间 接部门分布和收集第二及分别之水气式液体,该装 置用以 从空气入口将空气移入各第二直接和间接热交换 部门之该 空气出口,该空气流动于第二直接和间接热交换部 门,并 水气式地与流动于各第二直接和间接热交换部门 之第二及 分别之水气式液体水气式的交换热量。39. 如申请 专利范围第38项之热交换装置,其中该流体流 首先在第一间接热交换部门冷却,且第一间接热交 换部门 与第二间接热交换部门串接而更进一步在第二间 接热交换 部门冷却。40. 如申请专利范围第39项之热交换装 置,其中该流体为 单相液体。41. 如申请专利范围第39项之热交换装 置,其中该流体为 一多相流体,该多相流体以气体进入第一间接热交 换部门 ,而以液体和气体之综合体流出第一间接热交换部 门,该 综合体以冷凝液体流出第二间接热交换部门。42. 如申请专利范围第34项之热交换装置,其中该流体 流 含单相流体,该流体流以热流体经底边流体管头进 入各该 回路,并在以冷却流体从回路流出进入顶边流体管 头之前 以大抵均匀流率及大抵均匀地降低温度而向上流 动。43. 如申请专利范围第34项之热交换装置,其中 该流体流 含多相流体,该流体流以热气体经顶边流体管头进 入各该 回路,并在以冷凝液体从回路流出进入底边流体管 头之前 以大抵均匀流率和温度而向下流动。44. 如申请专 利范围第34项之热交换装置,包含相同之第 二直接与间接热交换部门,第二直接与间接热交换 部门有 一第二和分别之分布装置以及水箱,用以在第二直 接和间 接部门分布和收集第二及分别之水气式液体,该分 布装置 在各第二直接与间接热交换部门内将空气从空气 入口移至 空气出口,该空气流动于第二直接和间接热交换部 门,并 水气式地与流动于各第二直接和间接热交换部门 之第二及 分别之水气式液体交换热量。45. 如申请专利范围 第44项之热交换装置,其中该流体流 首先在第一间接热交换部门冷却,且将第一间接热 交换部 门与第二间接热交换部门串接而更进一步在第二 间接热交 换部门冷却。46. 如申请专利范围第45项之热交换 装置,其中该流体为 一单相流体。47. 如申请专利范围第45项之热交换 装置,其中该流体为 一多相流体,该多相流体以气体进入第一间接热交 换部门 ,且以液体和气体之综合体流出第一间接热交换部 门,该 综合体以冷凝液体流出第二间接热交换部门。48. 如申请专利范围第35项之热交换装置,其中该流体 流 含单相流体,该流体流以热流体经底边流体管头进 入各回 路,并在以冷却流体从回路流出进入顶边流体管头 之前以 大抵均匀流率及大抵均匀地降低温度而向上流动 。49. 如申请专利范围第35项之热交换装置,其中该 流体流 含多相流体,该流体流以热气体经顶边流体管头进 入各回 路,并以冷凝液体从回路流出进入底边流体管头之 前以大 抵均匀流率和温度向下流动。50. 如申请专利范围 第48项之热交换装置,并含一充填空 间介于直接和间接部门之间。51. 如申请专利范围 第49项之热交换装置,并含一充填空 间介于直接和间接部门之间。52. 如申请专利范围 第35项之热交换装置,包含相同之第 二同直接与间接热交换部门,第二直接和间接热交 换部门 有一第二和分别之分布装置以及水箱,用以在第二 直接和 间接部门分布和收集第二及分别之水气式液体,该 装置用 以将空气从空气入口移至各第二直接和间接热交 换部门之 空气出口,该空气流动于第二直接和间接热交换部 门并水 气式地与流动于各第二直接和间接热交换部门之 第二及分 别之水气液体性的交换热量。53. 如申请专利范围 第52项之热交换装置,其中该流体流 首先在第一间接热交换部门冷却,且将第一间接热 交换部 门与第二间接热交换部门串接而更进一步在第二 间接热交 换部门冷却。54. 如申请专利范围第53项之热交换 装置,其中该流体为 一单相液体。55. 如申请专利范围第53项之热交换 装置,其中该流体为 一多相流体,该多相流体以热气体进入第一间接热 交换部 门,且以液体和气体之综合体流出第一间接热交换 部门, 该综合体以冷凝液体流出第二间接热交换部门。 56. 如申请专利范围第35项之热交换装置,其中该流 体流 含单相流体,该流体流以酷冷流体经底边流体管头 进入各 回路,并在以温暖流体从回路流出进入顶边流体管 头之前 以大抵均匀流率及大抵均匀地上升温度而向上流 动。57. 如申请专利范围第35项之热交换装置,其中 该流体流 含多相流体,该流体流以冷气体和液体之混合体经 顶边流 体管头进入各回路,并以饱和蒸气从回路流出进入 底边流 体管头之前以大抵均匀流率和温度向下流动。58. 如申请专利范围第34项之热交换装置,其中分布于 直 接热交换部门充填媒体之水气式液体实质上是均 温的,而 向上流经充填媒体之空气流实质上是均匀流率的, 使得水 气式液体由该空气均匀冷却,导致流出直接部门之 水气式 液体之温度在该充填媒体上实质上是均匀的,因此 达到直 接热交换部门之最大热交换容量。59. 如申请专利 范围第33项之热交换装置,其中分布于直 接热交换部门充填媒体之水气式液体实质上是均 温的,该 空气流经直接部门,使得经充填媒体下降之均匀水 气式液 体,当该液体流出该部门时,在该媒体上形成一温 度梯度 ,水气式液体温度梯度实质上比当分布于直接热交 换部门 时,若水气式液体起始温度不均匀而形成之温度梯 度为小 ,该起始均温水气式液体因此使直接热交换部门之 热交换 容量达到最大。60. 如申请专利范围第31项之热交 换装置,其中从间接部 门分布于直接热交换部门充填媒体上之水气式液 体之温度 梯度实质上比当分布于间接热交换部门时,若水气 式液体 起始温度不均匀而在水气式液体上形成之温度梯 度为小, 经由直接部门之空气流,使得经充填媒体下降之均 匀水气 式液体,当该液体流出该部门时,在该媒体上形成 一温度 梯度,该水气式液体温度梯度实质上比起分布于直 接热交 换部门之水气式液体温度梯度若起初实质上不是 较小者为 小,间接热交换部门之起始均温造成流出直接热交 换部门 之水气式液体之温度梯度实质上降低,因此使直接 热交换 部门之热交换容量达到最大。61. 如申请专利范围 第18项之热交换装置,其中间接热交 换部门之各个回路含连续弯曲形之导管,该弯曲形 形成一 排垂直连续间隔且大抵U形之列,大抵等长,且各连 续列 以一大抵U形之管连在一起。62. 如申请专利范围 第61项之热交换装置,其中该串回路 之每隔一条回路经垂直移位而低于其余回路,该移 位回路 之垂直位移约为任一U形列间垂直距离之半。图示 简单说明: 图1为本发明封闭回路冷却塔优选实例之侧面图, 具单一 盘管间接水气式热交换部门,位于直接水气式热交 换部门 之上,在各该部门之空气和水之流向分别为同流或 交叉流 ; 图2示出图1之实例,其间接和直接热交换单元边靠 边排列 ; 图3示出本发明排列在一圆形封闭结构内部时之一 实例; 图4示出两热交换部门均利用交叉流气流之本发明 一实例 ; 图5示出用离心风扇之本发明一实例; 图6示出本发明另一实例,其在直接与间接部门之 间并无 充填空间,而气流经由侧面流出间接部门。 图7为间接热交换部门之单一蛇形回路之前视图; 图8为间接热交换部门之前视图,示出相邻回路与 入口、 出口管配置间之交错关系。 图9为间接热交换部门之侧视图,强调串接回路如 何对进 入之空气和水展现一全面之热交换面; 图10为一图表,示出一根据本发明之封闭回路冷却 塔当与 利用非均匀冷却水之流体冷却器相比时之冷却特 性; 图11为本发明优选实例,当作为双盘管封闭回路冷 却塔使 用时之侧视图,该盘管组合系以管子串接; 图12为图11所示之本发明之侧视图,其直接水气式 热交换 部门使用逆流空气设计,中间分布系统用以供应水 气式液 体至直接水气式热交换部门; 图13为图11所示实例之侧视图,在直接和间接部门 间并无 充填空间; 图14为图13所示实例之侧视图,在间接热交换部门 使用交
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