热交换装置及其方法.pdf

本发明提供一种将热量从冷却剂传递给循环系统中的流体的装置(10)，该装置包括热交换区域(9)和循环回路(13)，该热交换区域(9)通过流体流动将热量从冷却剂传递给流体，该循环回路(13)用于使来自热交换区的流体循环，因此流体在循环回路冷却后返回到热交换区域，通过本发明提高了冷却的效率，避免或者减少了冷却基础或者媒介的需求，以及降低了成本和装置的总尺寸。

1、  一种将热量从冷却剂传递给循环系统中的流体的装置，其特征在于，所述装置包括：
热交换区域，通过流体流动将冷却剂上的热量传递给流体，以及
循环回路，循环热交换区域中的流体，该流体在循环回路中冷却后返回到热交换区域。

2、  根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于，该冷却剂为水，该流体为空气。

3、  根据权利要求2所述的一种装置，其特征在于，该空气的温度低于周围环境温度。

4、  根据权利要求3所述的一种装置，其特征在于，该空气的温度低于20摄氏度。

5、  根据权利要求2所述的一种装置，其特征在于，当循环回路中的空气被冷却，空气中的蒸发水液化凝结。

6、  根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于，还包括一具有进口和出口的腔体，该热交换区域设在该腔体内，该循环回路设在该进口和该出口之间并紧密连接两者。

7、  根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于，还包括内部设有热交换区域和循环回路的腔体。

8、  根据权利要求1所述的一种装置，其特征在于，还包括设在循环回路中的冷却单元。

9、  一种改进热交换装置的方法，其特征在于，该热交换装置包括
流体进口；
热交换区域，将热量从冷却剂传递给流体；以及
流体出口，用于将被传递了热量的流体排放到大气中；该方法包括
连接该出口和进口的循环回路，流体在循环回路中冷却后通过进口返回到热交换区域。

10、  一种将被传递了热量的冷却水中的热量传递给空气中的冷却塔，其特征在于，该冷却塔包括：
热交换区域，空气和水在此区域中流动并使热量从水中传递到空气中；以及
冷却该热交换区域中空气流并将冷空气返回到热交换区域的循环回路，空气被充分冷却，以至于至少将在热交换区域中被蒸发到空气中的一部分水液化凝聚。

11、  一种将热量从冷却剂传递给流体的热传递方法，其特征在于，该方法包括：流体直接进入到热交换区域，将热量从冷却剂传递给流体后冷却流体，然后，该冷却的流体返回到热交换区域。

热交换装置及其方法
【技术领域】
本发明涉及一种通过冷却剂或者制冷剂变成流体的方式来散热的热交换装置。
【背景技术】
通过使用冷却剂或者制冷剂变成流体的方式来散热的原理是众所周知，空调和工业冷凝塔就采用这一原理。空调系统中有一个蒸发器和冷凝器，该蒸发器将内部空气的热量传给制冷剂，该冷凝器续而将热量传给高温的户外。空气冷凝塔使用空气传递制冷剂中的热量。水冷制冷剂和水塔利用的也是蒸发制冷的原理。
本发明将详细描述关于冷却塔类型的热交换装置。不过，本发明应用于适当类型的热交换设备，该设备通过流体来降低冷却剂或制冷剂的温度。
工业冷却塔在工业生产中使用循环水。许多领域包括精炼厂、钢厂、石化生产、机械设备制造、电业和造纸业使用的设备或生产中都需要温度控制，上述温度控制都需要冷却水。冷却塔一般都设计为循环利用冷却高温水。冷却塔也经常被作为冷却系统在商业大厦内使用。
冷却塔通过水及其周围的空气引起了水分的部分蒸发来降低水的温度。该蒸发降低了水的温度。而包含了蒸发水的空气排放到大气层。蒸发水的蒸发留下了水中未被蒸发的盐以及其他化学物质。这些物质可能会导致腐蚀和结垢。为了控制这类化学品需要控制水提取或流出。新增水或补充水是必须的，这才能弥补蒸发所损失的水。通常考虑是尽量减少冷却塔的水损失。
有许多的办法和建议来减少冷却塔的水的消耗。现在已提出将流出的水循环返回到补充水内。还要通过一系列的过滤器，膜或类似的元件来除去水中的杂质。电导率控制器可用于自动控制出水。当导电性实在太高，自动流水装置通常会打开一个电磁阀来出水。
其他的办法，如集中对水的管理，如分流，把其他区的一个工业过程中的废水转变成补充水(净化视水质需要而定)。还可以监视系统中的热流，如果水温低于一定的值，可以提供旁通阀，使一些水绕过冷却塔。还有更多的例子，但都增加了操作和/或设备的成本。
因此，本发明在于提供一种热交换装置，其至少部分地解决上述缺点，或者为使用者提供一个有用的商业选择。
【发明内容】
本发明提供一种新式的热交换装置和方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术：
根据本发明第一个例子，本发明提供一种把热量从冷却剂传递给循环系统中的流体的装置，该装置包括一个热交换区域，流体在此区域内流动并将热量从冷却剂传递给流体，以及一个为了循环该热交换区域的流体的循环回路，该流体在循环回路冷却后返回到热交换区域。
该流体可以是气体或者液体，最有代表性的分别是空气和水。该冷却剂设在冷凝器中，该冷凝器最有代表性的是水冷凝或者空气冷凝。当该流体是空气时，可减少甚至消除排放到空气中的污染物。最佳的是，该流体为空气，该冷却剂为水。
在热交换区域，热量从冷却剂传递给流体。其中冷却剂或流体的一种是气体，如空气；另一种冷却剂或流体是液体，例如水；冷却剂和流体通常密切接触。通常液体和气体的流动方向是逆流。此外，流体和液体是分开的，例如液体或冷却剂的其中一种可能会穿过冷却旋管，鳍片或类似物循环。
该冷却剂可以是任何适合的冷却剂和包括使用在空调系统中的制冷剂。在本案中，该冷却剂设在冷凝器中并通过流体散热。
该装置包括一用来循环流体来传递冷却剂热量的循环系统。该流体在循环系统内被冷却。冷却可使用任何合适的方法来完成。冷却可采用被动的方法，如通过使用热交换线圈，鳍片或类似物来将热量散发到大气中。最佳的方式是，该循环回路包括一个冷却装置。一个典型的冷却装置是冷凝线圈，还需要提供由制冷或从其他方法得来的冷水。当使用冷水冷却空气，采用的典型的方式是喷射到空气中，以便让冷水和空气更加密切地接触。
流体的冷却温度通常低于环境温度。在传统的冷却系统中，流体温度通常和环境温度一致。系统中的流体是空气，冷却剂是水，通过接触周围空气而蒸发冷却。所以，蒸发冷却的数量取决于空气温度。在较低的空气温度下，蒸发冷却减少，或者在强迫或诱导冷却下产生冷却。因此，首选的装置是让空气冷却到低于环境温度，包括优化诱导和/或强制冷却的方法。这些方法可能包括喷嘴的设计优化水滴的大小和/或喷雾在空气中运行的方向。
即使在温度低于周围温度，一些蒸发冷却也会发生。首选的冷却装置能充分的冷却至少冷却部分排气气流中的蒸发水。最佳方式是，所有在排气气流中的水被凝聚并作为冷却剂返回。
传统的蒸发冷却水塔的涓滴细流通过设计的冷却元件或者填充媒介来优化蒸发冷却过程。当主要的冷却机制不是蒸发冷却时，这些元件可能不是必要的。避免或尽量减少使用这种冷却元件或媒介，可能使成本和运行费用有所减少。同时，与传统的蒸发式冷却塔相比，该系统的总体规模可能会减小。
在这方面首选的方式，该冷却意味着能足够地凝聚至少凝聚部分排气气流中的蒸发水。最佳方式是，所有在排气气流的水被凝聚并作为冷却剂返回。
根据另一个实施例，本发明是一种将热量从加热冷却水到空气的装置，该装置包括；
一个热交换区域通过空气和水的流动相互之间来换热；以及
一个冷却该热交换区域空气流并将冷空气返回到热交换区域的循环回路，空气被充分冷却以至于至少将在热交换区域蒸发到空气中的水的一部分液化凝聚。
空气流经过热交换区域及循环回路流可直接由风扇、通风机或两者兼有来驱使。与常规风冷或蒸发冷却装置相比，空气流取自并排放在大气中。
本发明的装置通常有一个封闭的有空气的腔体，该热交换区域和循环回路设于腔体中。
另外，该腔体有流体进口和出口，循环回路连接了出口和进口。现有冷却塔的进出口或者蒸发冷却单位也可以根据本发明来做修改。
根据本发明的另一实施例，本发明是提供了一种改变了热交换装置的方法，该热交换装置包括一个流体进口和热交换区域，热量是从冷却剂传递给流体并从出口排放到大气中；该方法包括
在该出口和进口之间提供一个循环回路，流体在循环回路中冷却后通过进口返回到热交换区域。
根据本发明的另一实施例，本发明是提供了将热量从冷却剂中传递给流体中的方法，该方法包括：流体直接进入到热交换区域，使热量经过冷却剂传递给流体，冷却和循环之后，该流体返回到热交换区域。
本实施例中冷却剂为水，空气温度冷却到的温度不利于嗜肺军团菌(Legionellapneumophila)生长的温度为佳，这个温度最好是低于20摄氏度，最佳温度为15摄氏度。
嗜肺军团菌是一种引起呼吸道感染后称为军团病的细菌。嗜肺军团菌出现在几乎每一个地下水和地表水。冷却塔提供了一个嗜肺军团菌成长的理想环境。为了解决这一潜在的问题，冷却塔水定时定量的加入氯(chorine)或溴(bromine)的卤素(halogens)和定期维修清洗系统。但是保持冷却塔内的低温，可以减少或者避免使用这种化学品。
采用上述的技术，本发明提高了冷却的效率，避免或者减少了冷却基础或者媒介的需求，以及降低了成本和装置的总尺寸。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例的示意图；
图2是本发明第二实施例的示意图；
图3是本发明第三实施例的示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
图1是本发明第一实施例的示意图。该装置包括一个现有冷却塔10，该冷却塔10常常用在工厂循环冷却水。喷嘴凭借现有的冷却塔10将水引入到塔顶。在冷却塔10的热交换区域9内，上升的空气接触到水并产生了蒸发冷却水。该热交换区域9包括一个为了增大表面积来让空气和水相互接触的填充材料。风扇11将气体吹过水滴。循环使用来冷却的冷却水聚集在冷却塔10的底部的储藏区12内。通常，排出的空气和蒸发的水消散在大气中。
通常循环回路13改良冷却塔系统。该循环回路13包括一个冷却单元15。该冷却单元15包括一个鳍式散热器16。该鳍式散热器16的散热鳍片可以降低温度大约0-10摄氏度。风扇17通过扩散体18吹动冷却塔上部的排出气体到鳍式散热器16。该排出气体的温度约为45摄氏度，经过冷却单元后的温度约为20摄氏度或者更低。当气体进入冷却单元15，蒸发的水在气体外冷却并且聚集在第二储藏单元19。该收集的水流被导向储藏单元12，并且该冷却气体通过进口20返回到冷却塔。
整个系统为与大气隔离的密闭系统，但是在进口与出口的位置设有节气阀(21，22)允许气体在需要的时候进入与排出。
图2为以冷却塔30为表现模式的另一较佳实施例。冷却塔30接收来自工厂的冷却水并通过喷嘴32流出。该冷却塔按照惯例也有一个抽取被喷嘴32分散的气体的风扇31和储藏器33。冷却水从储藏器33泵回工厂。跟传统冷却塔不一样的，该装置包括一个设在喷嘴32上方的气体冷却单元34，该气体冷却单元采用水冷却冷凝器的模式。通常，冷凝器启动在0-6摄氏度左右的温度之间。同时，该冷却塔没有包括平常的被用于优化蒸发冷却的冷却元件。
气体被风扇31抽取，经过冷却单元34，经过通道35改到箭头A的方向，通道35定义出一个冷却塔外部36和内墙37。经过箭头B所指示的水滴，可以利用的冷却气体被再次收取，这些气体的温度大约在15摄氏度。该装置包括一个用来测量循环空气温度的气体温度传感器。该传感器连接到自动控制装置，该自动控制装置可以控制该冷却单元34，比如控制增加系统功率，以及控制适应季节温度变化的冷却标准。
水的喷嘴，气体温度和气体流向的设计，比如水滴的尺寸和流向优化的是强烈的冷却而非蒸发冷却。蒸发的水在通道35冷却并流到储藏器33内。
图3为另一个实施例，在现有发明上，冷却塔50包括一个循环回路51。该冷却塔50类似图1中所示，也有如图1所表达的相同特征的具有同样标号的元件。在本实施例中，冷却塔50反复使用来自工业冷却器52的冷却水。该冷却器52可以为空气调节系统提供一个冷却装置。来自冷却器的水通过喷嘴53到冷却塔的上部。风扇11抽取气体向上遇到向下的流动的水并冷却水在冷却塔热交换区域9中。冷却水聚集到储藏器12中。该储藏器有两个出口54，55。该出口54中出去的水通过泵56到达冷却器52。另一个出口55中出去的水到达循环回路51。
上升的气体流离开热交换区9朝向漂浮物除去器57流去，该漂浮物除去器可以去除气流中的水滴。该气体朝向涡流片58移动，形成一个回旋气流到达第一冷却室59.冷却室59有一连串向回旋气流喷冷却水的喷雾嘴60。该冷却水来自储藏器12。水从出口55被泵到冷却单元61并被冷却，然后冷却水流到喷雾嘴60。
该冷却水降低了冷却室59内的气体温度。空气流中的蒸汽冷凝并聚集在储藏室62中，该储藏室62设在冷却室59的底部。储藏室62的水被循环到位于热交换区域的冷却塔50的上部以及通过喷雾嘴63喷到热交换区域。该来自喷雾嘴63的水的温度低于来自喷雾嘴53的水的温度。温度的差异更利于冷却器52的水的热传递。
循环回路51包括第二冷却室64。第一冷却室59的气体经过漂浮物除去器65流到第二冷却室64。进一步增加喷雾嘴66喷出的被冷却单元61冷却的水到第二冷却室64。冷却的气体通过进口67再次进入到冷却塔51的热交换区域9。
图1，图2和图3所示的冷却塔中的水都是被循环使用的。水是没有流失的，无论在溶解杂质的控制水平，蒸发以及冲洗(流失的水都在排出的废气中的水滴)。所以额外补充水是不需要的，这就能省下相当多的水。
没有水在蒸发上损失，所以盐含量或者其他水中杂质保持在一个恒定的水平上，这改善了水分流失和补给水系统。
该封闭系统进一步的优点是减少或避免在空气中运动的军团菌(Legionella)进入系统的风险。循环水的温度保持在低于军团菌生长的温度，灭除军团菌的化学品和控制方法是不需要的。同样，污垢、灰尘和有机体所引起的水管中的污垢都会被减少或者消除。
降低温度的另一个优点是导致从占主导地位的冷却模式到引导或者强迫冷却的转变。与传统蒸发冷却塔相比，这也提高了冷却的效率，避免或者减少了冷却基础或者媒介的需求，以及降低了成本和装置的总尺寸。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。