Автоматическое управление работой теплообменника - RU2748981C1
Код документа: RU2748981C1
Чертежи
Описание
Область техники настоящего изобретения
[0001] Настоящая заявка относится к теплообменникам. Более конкретно, настоящая заявка относится к гибридным теплообменникам, которые работают по меньшей мере с двумя различными воздушными проточными каналами независимо друг от друга.
Уровень техники настоящего изобретения
[0002] Некоторые теплообменники работают посредством перемещения текучей среды через трубопровод и пропускания холодного воздуха над этим трубопроводом. Например, теплообменник может содержать трубу, которая поступает в проточный канал, а затем образует спираль перед выходом из проточного канала. Теплообменник также может представлять собой непрямой теплообменника пластинчатого типа или любого другого типа. Воздух, как правило, холодный воздух по отношению к непрямому теплообменнику, проходит по спирали, в которой использованы принципы конвекции для упрощения непрямого теплообмена между текучей средой и воздухом.
[0003] Для увеличения эффективности этого процесса в некоторых теплообменниках использован «влажный» процесс, включающий дозирование испаряющейся жидкости, такой как вода, на спирали. Здесь использованы принципы испарения для дополнительного увеличения скорости теплопередачи от текучей среды. Например, процесс испарительного непрямого теплообмена может работать приблизительно в пять раз эффективнее, чем процесс сухого теплообмена. Однако в некоторых ситуациях может оказаться желательным сбережение используемой испаряющейся жидкости и, таким образом, ограничение, лимитирование или регулирование применения теплообменника во влажном процессе. В таких ситуациях может оказаться целесообразной работа теплообменника поочередно во влажном и сухом режимах.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[0004] В настоящей заявке описаны примеры теплообменников. В одном примере описан непрямой теплообменник, имеющий два воздушных проточных канала, которые пропускают воздух между воздухозаборником и выпускающим воздух патрубком. Трубопровод текучей среды проходит через теплообменник, и трубопровод имеет охлаждающую область, расположенную внутри каждого из проточных каналов. Непрямой теплообменник содержит генератор воздушного потока, который перемещает воздух через воздушные проточные каналы. Теплообменник также содержит дозатор, выполненный с возможностью дозирования испаряющейся жидкости на охлаждающие области. Дозатор работает во влажном режиме, в котором дозатор дозирует испаряющуюся жидкость (т.е. дозатор «включен»), и сухой режим, в котором дозатор не дозирует испаряющуюся жидкость (т.е. дозатор «выключен»). Испаряющаяся жидкость, которая упоминается во всем тексте настоящей заявки, может представлять собой любую жидкость, предназначенную для испарения при рабочих параметрах теплообменника, таким образом, что увеличивается коэффициент полезного действия теплообменника. Пример испаряющейся жидкости представляет собой вода, хотя могут быть использованы и другие жидкости. В настоящем документе упоминание воды, используемой в качестве испаряющейся жидкости, представляет собой пример, и следует понимать, что воду могут заменять и другие испаряющиеся жидкости, когда присутствует такое упоминание.
[0005] Контроллер находится в сообщении с генератором воздушного потока и контролирует или регулирует воздушный поток через первый воздушный проточный канал и второй воздушный проточный канал. Контроллер также находится в сообщении с одним или несколькими дозаторами и регулирует их работу. Таким образом, контроллер может управлять воздушными проточными каналами независимо друг от друга таким образом, что воздушный поток через воздушный проточный канал, работающий в сухом режиме, может составлять более чем воздушный поток через воздушный проточный канал, работающий во влажном режиме, когда оказывается желательным сбережение воды.
[0006] В настоящей заявке также описаны примеры теплообменных систем, аналогичных системам, которые описаны выше, но при этом один из проточных каналов работает в качестве непрямого теплообменника, а другой работает в качестве прямого теплообменника. Непрямой теплообменник работает с использованием принципов конвекции и соответствует примеру, описанному выше. Таким образом, трубопровод может содержать охлаждающую секцию, расположенную в воздушном проточном канале, в результате чего спиральная секция может быть открыта для испаряющейся текучей среды из дозатора. В прямой теплообменной секции охлаждающая секция, как правило, состоит из заполненной секции, по которой перемещается испаряющаяся жидкость, такая как вода. В такой теплообменной системе может быть использован контроллер для независимого регулирования потока воздуха по прямым и непрямым теплообменным секциям, а также для регулирования дозирования испаряющейся жидкости в каждой секции.
[0007] В настоящей заявке также описаны примеры способов эксплуатации теплообменников, включая, например, теплообменники, которые описаны выше. Один способ с применением работы непрямого теплообменника включает пропускание текучей среды по меньшей мере через два трубопровода. Каждый трубопровод имеет охлаждающую область, расположенную внутри другого воздушного проточного канала непрямого теплообменника. Способ дополнительно включает контроль технологических параметров (например, установленные пользователем характеристики, коэффициенты полезного действия, коэффициенты использования/стоимость воды/энергии, а также внешние условия, такие как температура и влажность окружающей среды) с помощью контроллера, а затем определение подходящих скоростей воздушных потоков и скоростей дозирования на основании указанных технологических параметров. Когда определены подходящие скорости воздушных потоков и дозирования, в способе затем может быть установлена работа теплообменника (например, с использованием контроллера) при определенных скоростях воздушного потока и дозирования, например, посредством регулирования установок производящих воздух устройств и дозирующих устройств. Таким образом, этот способ может обеспечивать работу теплообменника таким образом, что оба из проточных каналов работают во влажном режиме, оба из проточных каналов работают в сухом режиме, или один из проточных каналов работает во влажном режиме, и при этом другой канал одновременно работает в сухом режиме.
[0008] В настоящей заявке также описаны примеры теплообменных сетей. В одном таком примере теплообменная сеть содержит множество непрямых теплообменников. Теплообменники могут представлять собой теплообменники описанного выше типа или другого типа. По меньшей мере каждый из теплообменников в сети имеет по меньшей мере один воздушный проточный канал между впуском теплообменника и выпуском теплообменника и генератор воздушного потока, выполненный с возможностью перемещения воздуха через воздушный проточный канал. Теплообменники также имеют трубопровод текучей среды, содержащий охлаждающую область, расположенную внутри воздушного проточного канала, и дозатор, выполненный с возможностью дозирования испаряющейся текучей среды на охлаждающую область. Сеть содержит контроллер, который находится в сообщении с каждым из теплообменников для регулирования воздушного потока через воздушные проточные каналы и работы каждого из дозаторов. Контроллер также контролирует технологические параметры и определяет подходящую скорость воздушного потока и подходящий режим дозирования испаряющейся жидкости для каждого из теплообменников (по меньшей мере частично) на основании указанных контролируемых технологических параметров. Таким образом, контроллер может устанавливать скорость воздушных потоков через индивидуальный теплообменник, соответствующую определенной подходящей скорости воздушного потока для указанного непрямого теплообменника. Контроллер также может устанавливать режим дозирования дозаторов, соответствующий определенному подходящему режиму дозирования испаряющейся жидкости для указанного непрямого теплообменника. Таким образом, контроллер может регулировать работу одного или нескольких дозаторов во влажном режиме и одновременную работу по меньшей мере одного из индивидуальных дозаторов в сухом режиме.
[0009] В представленных примерах все теплообменники могут иметь общие воздухозаборники и могут иметь различные выпуски воздуха, а также все теплообменники могут иметь различные воздухозаборники, но общие выпуски воздуха, причем каждый теплообменник может использовать общие воздухозаборники и выпуски воздуха, или каждый теплообменник может иметь отдельные воздухозаборники и отдельные выпуски воздуха, однако логический контроллер выполнен с возможностью независимого регулирования величины воздушного потока через каждый теплообменник и независимого регулирования работы каждого теплообменника во влажном или сухом рабочем режиме.
Краткое описание фигур
[0010] На фиг. 1 представлен имеющий множество каналов воздушных потоков непрямой теплообменник, содержащий множество генераторов воздушных потоков, работающих в гибридном режиме, в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0011] На фиг. 2 представлен имеющий множество каналов воздушных потоков непрямой теплообменник с использованием отдельных регуляторов воздушных потоков на каждом выпуске теплообменника для регулирования воздушного потока в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0012] На фиг. 3 представлен имеющий множество каналов воздушных потоков непрямой теплообменник с использованием отдельных регуляторов воздушного потоков на каждом впуске теплообменника для регулирования воздушного потока в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0013] На фиг. 4 представлена многоблочная теплообменная сеть, в которой некоторые теплообменники работают во влажном режиме, а другие теплообменники работают в сухом режиме в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0014] На фиг. 5 представлена многоблочная теплообменная сеть, в которой использован общий резервуар испаряющейся жидкости, в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0015] На фиг. 6 представлена теплообменная система, в которой использовано влажное адиабатическое насыщение, и которая содержит три вентилятора для регулирования воздушного потока, в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0016] На фиг. 7 представлен теплообменник, в котором использовано сочетание непрямого и прямого теплообменных каналов, в соответствии с примерами, описанными в настоящей заявке.
[0017] На фиг. 8 представлена блок-схема, иллюстрирующая технологические стадии работы теплообменника, в соответствии с примерами, описанными в настоящем документе.
[0018] На фиг. 9 представлены эксплуатационные характеристики для представительного охладителя текучей среды.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
[0019] В настоящей заявке описаны теплообменники, которые имеют множество воздушных проточных каналов, причем эти проточные каналы способны работать независимо. Таким образом, воздушные проточные каналы одного теплообменника могут работать во влажном режиме со скоростью воздушного потока на первом уровне воздушного потока, в то время как другие воздушный проточный канал работает в сухом режиме на втором уровне воздушного потока, который отличается от первого уровня. Скорости воздушных потоков и рабочие режимы определяет контроллер, который контролирует технологические параметры, воздействующие на процесс работы теплообменника. На основании этих технологических параметров контроллер определяет подходящие условия эксплуатации (включая влажный/сухой рабочий режим и скорость воздушного потока) для каждого из воздушных проточных каналов и устанавливает работу теплообменников в соответствии с этими условиями.
[0020] Эксплуатация теплообменника в двух режимах может представлять собой эффективный способ регулирования или ограничения использования воды в теплообменнике. Например, патент США №8,676,385 относится к теплообменному блоку, имеющему две непрямые спиральные секции. Этот теплообменник способен работать во влажном режиме на одной стороне и одновременно работать в сухом режиме на другой стороне. Однако этот теплообменник имеет только один вентилятор и никаким образом не обеспечивает отдельное регулирование воздушного потока через влажную и сухую спиральные секции. Таким образом, когда этот теплообменник работает в гибридном режиме (одна сторона работает во влажном режиме, а другая сторона работает в сухом режиме), влажная сторона будет преобладать в отношении теплопередачи или мощности блока вследствие более эффективных теплопередающих свойств влажного/испарительного процесса. Поскольку влажная сторона преобладает в отношении теплопередачи, сухая сторона теряет свою эффективность, и в результате этого возникает процесс, в котором нецелесообразно расходуется испаряющаяся жидкость (например, вода). Даже когда непрямой теплообменник сухой стороны снабжен ребрами для увеличения теплопередающей поверхности, как известно в технике, работающая водная сторона будет все же преобладать в отношении теплопередачи, таким образом, что сухая сторона теряет свою эффективность, и в результате этого возникает процесс, в котором нецелесообразно расходуется испаряющаяся жидкость (например, вода).
[0021] В настоящей заявке описаны примеры теплообменников, в которых могут работать независимо друг от друга «влажная» сторона или воздушный проточный канал и «сухая» сторона или воздушный проточный канал, таким образом, чтобы оптимизировать коэффициент полезного действия теплообменника на основании контролируемых параметров. Например, в настоящей заявке описаны имеющие множество каналов воздушных потоков теплообменники, в которых могут работать влажный канал при первой скорости воздушного потока и сухой канал при второй скорости потока, таким образом, что расход испаряющейся текучей среды может быть сокращен, ограничен и/или оптимизирован, и при этом сухой канал может обеспечивать относительно эффективное воздействие на теплообменный процесс по сравнению с ситуацией, в которой одинаковая скорость воздушного потока контролируется для влажного и сухого каналов.
[0022] На фиг. 1 представлен вариант осуществления 100, в котором присутствует единственный блок, имеющий множество воздушных проточных каналов, включая первый воздушный проточный канал 115 и второй воздушный проточный канал 116. Воздушные проточные каналы 115 и 116 разделены разделительной стенкой 149, которая служит для отдельного распыления испаряющейся жидкости и воздушного потока через каждый канал.
[0023] Первый воздушный проточный канал 115 содержит генератор воздушного потока или вентилятор 106, который имеет мотор 104, приводящий в движение вентилятор 106, и второй канал 116 имеет соответствующий генератор воздушного потока 107 и мотор 105. На фиг. 1 генераторы 106/107 воздушного потока представляют собой вентиляторы, но в других примерах может быть использовано любое устройство, способное перемещать воздух, такое как воздуходувка, сжимающее воздух устройство, и/или соответствующие сочетания или множества. Вентиляторы 106 и 107 выпускают соответствующий выходящий воздух 110 и 111 из воздушных проточных каналов 115 и 116 непрямого теплообменника, соответственно. Хотя на фиг. 1 представлены единственный вентилятор для воздушных проточных каналов 115 и единственный вентилятор для воздушных проточных каналов 116, могут присутствовать множество вентиляторов, предназначенных для воздушного проточного канала 115, и множество вентиляторов, предназначенных для воздушного проточного канала 116. Атмосферный воздух поступает во впускные жалюзийные клапаны 136а и 136b и проходит, как правило, вверх через каждый воздушный проточный канал 115/116, а затем через туманоотделители 114а и 114b и в результате этого выталкивается из непрямого теплообменника 100 через вентиляторы 106 и 107. Хотя направление воздушного потока представлено в примере в качестве, как правило, восходящего, направление воздушного потока может быть параллельным или также перекрестным по отношению к испаряющейся жидкости и не является ограниченным.
[0024] Каждый воздушный проточный канал также содержит соответствующие трубопроводы, которые втягивают текучую среду в канал, подлежащий охлаждению. Например, воздушный проточный канал 115 имеет трубопровод 111 с впуском 124 трубопровода, который принимает горячую текучую среду 120а, которая подлежит охлаждению или конденсации, и выпуск 126 трубопровода, который возвращает охлажденную или сконденсированную текучую среду 122а. Аналогичным образом, второй воздушный проточный канал 116 имеет трубопровод 113 с впуском 123 текучей среды, которая принимает поток горячей текучей среды 120b, и выпуском 125, который возвращает поток холодной или сконденсированной текучей среды 122b. Соответствующий трубопровод также содержит охлаждающую область 144/146, которая может иметь непрямую спиральную конфигурацию, пластинчатую конфигурацию или любую другую конфигурацию. Впускные и выпускные соединения могут быть обращены, если это желательно. В некоторых примерах охлаждающие области 144/146 упоминаются просто как сами непрямые теплообменники, поскольку они представляют собой место обмена тепла от потоков 120а/120b горячей текучей среды.
[0025] Теплообменник 100 также содержит дозатор 112, который содержит отдельные дозирующие блоки 118 и 119, выполненные с возможностью дозирования испаряющейся текучей среды в каждый воздушный проточный канал 115 и 116, соответственно. Общий резервуар 142 представляет собой резервуар испаряющейся жидкости и находится в сообщении с каждым из дозирующих блоков 118 и 119, соединенных с каждым из воздушных проточных каналов 115 и 116 теплообменника. Испаряющаяся жидкость представляет собой жидкость, которая может быть распылена на охлаждающие области теплообменника для упрощения процесса теплопередачи. Во многих примерах испаряющаяся жидкость представляет собой воду, хотя могут быть использованы и другие жидкости. Насосы 139 и 140 перекачивают испаряющуюся жидкость из общего резервуара 142 в распылительные выпускные трубы 148а и 148b, соответственно. Дозирующие блоки 118 и 119 затем втягивают испаряющуюся жидкость вверх по направлению к соплам 128а/128b или отверстиям, которые выпускают испаряющуюся жидкость в форме распыленных капель 129. Дозирующие блоки 118 и 119 выполнены с возможностью дозирования испаряющейся жидкости на охлаждающие области 144 и 146 соответствующих воздушных проточных каналов 115 и 116 теплообменника. Дозирующие блоки 118/119 могут быть регулируемыми таким образом, что они становятся способными к работе в режиме полного выпуска («вкл»), в режиме отсутствия выпуска («выкл») и в различных промежуточных режимах, где испаряющаяся жидкость выходит с регулируемой или уменьшенной скоростью потока.
[0026] Теплообменник 100 содержит логический контроллер 102, который выполнен с возможностью независимого регулирования скорости вентиляторных моторов 104 и 105, которые приводят в движение вентиляторы 106 и 107, соответственно, а также независимого регулирования работы насосов 139 и 140. Контроллер 102 может содержать один или несколько обрабатывающих устройств и может быть соединен с теплообменником непосредственно по проводному соединению или косвенно по беспроводному соединению. Контроллер 102 выполнен с возможностью контроля технологических параметров. Например, в контроллере 102 может быть использован датчик 132 для контроля температуры окружающей среды, уровня влажности и уровня давления воздуха. Контроллер 102 также может быть выполнен с возможностью приема пользовательских сигналов 130, например, в отношении желательных условий эксплуатации, желательных конечных значений температуры (например, заданных пользователем характеристик), желательных уровней использования воды и/или энергии, стоимости энергии и воды, или других заданных условий. Контроллер 102 может получать технологические параметры через датчики 130 и 132, как описано выше, или он может принимать параметры в удаленном режиме через модуль связи или другой впускной механизм.
[0027] На основании указанных технологических параметров и контролируемых условий окружающей среды контроллер 102 может определять подходящие условия эксплуатации теплообменника. Например, на основании условий окружающей среды (например, температуры, давления и влажности окружающей среды), желательных для пользователя характеристик и требуемых пользователем ограничений по сокращению до минимума использования воды и энергии контроллер 102 может определять надлежащие условия дозирования, скорости дозирования и скорости воздушных потоков для каждого из воздушных проточных каналов 115/116 теплообменника. В качестве одного примера, контроллер 102 может определять подходящую скорость воздушного потока для каждого воздушного проточного канала и подходящие условия дозирования (например, влажный или сухой режим и/или скорости дозирования) и регулировать теплообменные устройства, чтобы они работали соответствующим образом. Например, контроллер 102 может устанавливать, какой дозатор 112 должен работать (например, посредством регулирования включения и выключения насосов 139 и 140), а также регулировать скорости вентиляторов 106 и 107, чтобы получать желательную скорость воздушного потока через каждый воздушный проточный канал 115/116.
[0028] Воздушные проточные каналы 115 и 116 непрямого теплообменника могут работать во влажном режиме в качестве испарительных теплообменников или в сухом режиме в качестве теплообменников ощутимого типа в зависимости от того, включены или выключены распылительные насосы 139 и 140. На фиг. 1 представлен воздушный проточный канал 115 непрямого теплообменника, который работает во влажном режиме, когда распылительный насос 139 включен, и вентиляторный мотор 104 также включен и работает при скорости RPMW, в то время как воздушный проточный канал 116 непрямого теплообменника работает в сухом ощутимом режиме, потому что распылительный насос 140 выключен, а вентиляторный мотор 105 продолжает вращение с другой скоростью RPMD.
[0029] Теплообменник 100 имеет множество различных условий эксплуатации. В первом состоянии оба воздушных проточных канала 115/116 работают во влажном режиме, в котором оба дозатора 118/119 дозируют испаряющуюся жидкость 129. Во втором состоянии теплообменник 100 может работать в гибридном режиме, в котором один канал работает во влажном режиме (например, соответствующий насос включен таким образом, что дозатор дозирует испаряющуюся жидкость), а другой канал работает в сухом режиме, в котором дозатор не дозирует испаряющую жидкость (например, насос установлен в состояние «выкл»). В третьем состоянии эксплуатации оба воздушных проточных канала 115/116 могут работать в сухом режиме, таким образом, что ни один дозирующий блок 118/119 не дозирует испаряющуюся жидкость. В другом примере контроллер 102 может быть установлен для регулирования работы насосов 139 и 140 в течение приблизительно равных периодов времени, таким образом, что оборудование работает во влажном и сухом режимах в течение приблизительно равных периодов времени.
[0030] Когда конечный пользователь желает сберечь испаряющуюся жидкость, но контроллер 102 определяет, что по меньшей мере один воздушный проточный канал непрямого теплообменника должен работать во влажном режиме, контроллер 102 может изменять скорость (RPMW) очень медленно или даже осуществлять выключение, одновременно увеличивая скорость (RPMD) мотора 105 и, таким образом, обеспечивая значительно больший ощутимый сухой теплообмен от воздушного проточного канала 116 непрямого теплообменника по сравнению с влажным каналом 115 теплообменника. Контроллер 102 выполнен с возможностью баланса используемых количеств воды и энергии, и, в конечном счете, он может быть установлен таким образом, чтобы сокращать эксплуатационные расходы.
[0031] На фиг .2 представлен вариант осуществления 200, в котором присутствует единственный блок с множеством воздушных проточных каналов, включая первый воздушный проточный канал 215 и второй воздушный проточный канал 216. Согласно варианту осуществления 200 использован единственный вентилятор 202, который является общим для отдельных воздушных проточных каналов 215 и 216, соответственно. Теплообменник 200 на фиг. 2 является аналогичным теплообменнику на фиг. 1, но существуют некоторые различия. Следует отметить, что теплообменник 200 содержит единственный вентилятор 202 с единственным вентиляторным мотором. Однако, несмотря на то, что на фиг. 2 представлен теплообменник с единственным вентилятором, может присутствовать множество вентиляторов, которые имеют общие проточные каналы 215/216. Чтобы независимо регулировать воздушный поток через соответствующие проточные каналы в теплообменнике 200, теплообменник 200 содержит модулирующие воздушные выпускные демпферы 205 и 206, посредством которых регулируются модулирующие моторы 207 и 208.
[0032] На фиг. 2 логический контроллер 202 выполнен с возможностью независимого регулирования пропорционального положения открытия от 0% до 100% выпускных демпферов 205 и 206, а также выполнен с возможностью регулирования включения и выключения насосов 239 и 240 в зависимости от параметров, таких как установленная пользователем характеристика, выбранный пользователем рабочий режим, эксплуатационные характеристики теплообменник, стоимость испаряющейся жидкости (или воды) и энергии, а также условия окружающей среды снаружи теплообменника, такие как поступающие данные о температуре или давлении и входные сигналы от датчиков окружающей среды.
[0033] Воздушные проточные каналы 215 и 216 могут работать во влажном режиме в качестве испарительных теплообменников или в сухом режиме в качестве теплообменников ощутимого типа в зависимости от того, включены или выключены распылительные насосы 239 и 240. На фиг. 2 первый воздушный проточный канал 215 представлен работающим во влажном режиме, когда распылительный насос 239 включен, и второй проточный канал 216 представленный работающим в сухом режиме, когда распылительный насос 240 выключен. Таким образом, дозатор 212 может работать (1) в полностью испарительном режиме, в котором оба насоса 239 и 242 включены, (2) в полностью сухом режиме (или ощутимом режиме), в котором оба насоса выключены, или (3) в гибридном режиме, в котором один насос включен, а другой насос выключен.
[0034] Контроллер 202 регулирует насосы 239 и 240, которые работают в течение приблизительно равных периодов времени, и выпускные демпферы 205 и 206, которые работают в течение приблизительно равных периодов времени, таким образом, что оборудование работает во влажном и сухом режимах в течение приблизительно равных периодов времени. Когда оператор намерен сберегать испаряющуюся жидкость, но контроллер 202 определяет, что по меньшей мере один непрямой теплообменник должен работать во влажном режиме, контроллер 202 использует логическое устройство для включения насоса 239 и выключения насоса 240 и в примере, представленном на фиг. 2, регулирует выпускной демпфер 205, чтобы он был почти закрыт, и одновременно регулирует выпускные демпферы 206, чтобы они были почти открыты, обеспечивая, таким образом, значительно больший воздушный поток через работающий в сухом режиме непрямой теплообменник 246 и обеспечивая при этом значительно больший ощутимый сухой теплообмен от охлаждающей области 246 по сравнению с имеющими приблизительно равные скорости воздушными потоками через каждый воздушный проточный канал теплообменника.
[0035] Отдельное регулирование воздушного потока через каждый воздушный проточный канал непрямого теплообменника препятствует преобладанию работающего во влажном режиме непрямого теплообменника в процесс теплопередаче (и в результате этого работающий в сухом режиме теплообменник становится бездействующим), а также сберегает испаряющуюся жидкость. Атмосферный воздух поступает во впускные жалюзийные клапаны 236а и 236b и проходит, как правило, вверх через непрямые теплообменники 244 и 246, а затем через туманоотделители 214а и 214b и выталкивается из непрямого теплообменника 200 через вентилятор 202. Хотя направление воздушного потока, которое представлено в примере, является, как правило, восходящим, направление воздушного потока может быть параллельным или также поперечным по отношению к испаряющейся жидкости, и это не является ограничением. Контроллер 202 также регулирует скорость мотора 204, который приводит в движение вентилятор 202, если это требуется для достижения указанной пользователем характеристики. Каждый из трубопроводов 211 и 213 имеет соответствующие охлаждающие области 244 и 246, соответствующие впускные соединения 224 и 223, которые принимают горячую текучую среду, и соответствующие выпускные соединения 226 и 225, которые возвращают охлажденную или сконденсированную текучую среду. Впускные и выпускные соединения могут быть обращены, если это желательно. Насосы 239 и 240 перекачивают испаряющуюся жидкость из общего резервуара 242 в выпускные трубы 248а и 248b и в распределительные системы 218 и 219 и, в конечном счете, выводят ее из сопел или отверстий, которые выпускают испаряющуюся жидкость.
[0036] На фиг. 3 представлен другой теплообменник 300, который представляет собой единственный блок, содержащий первый воздушный проточный канал 315 и второй воздушный проточный канал 316. В теплообменнике 300 использован единственный блок с вентилятором 202, который является общим для воздушных проточных каналов 315 и 316, соответственно. Хотя на фиг. 3 представлен теплообменник с единственным вентилятором, может присутствовать множество вентиляторов, которые являются общими для проточных каналов 315/316. Теплообменник 300 является аналогичным теплообменнику 200 на фиг. 2, за исключением того, что теплообменник 300 регулирует воздушный поток через проточные каналы 315 и 316 посредством использования модулирующих воздухозаборный демпферов 304 и 305, которыми управляют модулирующие моторы 302 и 303.
[0037] Аналогично логическому контроллеру на фиг. 2, логический контроллер 302 выполнен с возможностью независимого регулирования пропорционального положения открытия от 0% до 100% воздухозаборных демпферов 304 и 305, а также выполнен с возможностью регулирования работы дозатора 312 и определения стороны дозатора (т.е. проточного канала), который дозирует испаряющуюся жидкость.
[0038] На фиг. 3 представлен воздушный проточный канал 315, работающий во влажном режиме, и соответствующий дозатор 319 представлен как «включенный», в то время как насос 329 «включен» и дозирует капли испаряющейся жидкости, и воздушный проточный канал 316 представлен работающим в сухом режиме, причем соответствующий дозирующий блок 318 выключен, в то время как насос 340 выключен и не дозирует испаряющуюся жидкость.
[0039] Когда оператор намерен сберегать испаряющуюся жидкость, но контроллер 302 определяет, что по меньшей мере один непрямой теплообменник должен работать во влажном режиме, чтобы удовлетворять ограничениям необходимого охлаждения, в контроллере 302 использовано логическое устройство для включения насоса 329 и выключения насоса 340, и в примере, представленном на фиг. 3, оно устанавливает воздухозаборный демпфер 304 в почти закрытое положение и при этом устанавливает воздухозаборные демпферы 305 в почти открытое положение, обеспечивая, таким образом, значительно больший воздушный поток через работающий в сухом режиме воздушный проточный канал 316. Это способствует достижению большего ощутимого сухого теплообмена из сухой охлаждающей области 346 по сравнению с влажной охлаждающей областью 344. Отдельное регулирование воздушного потока через каждый воздушный проточный канал 315/316 препятствует преобладанию работающего во влажном режиме непрямого теплообменника в процессе теплопередачи, и в результате этого обеспечивается сбережение теплообменником 300 испаряющейся жидкости.
[0040] На фиг. 4 представлена теплообменная сеть 400 с пятью модульными блоками, соединенными друг с другом в пакет. Хотя в этом варианте осуществления присутствуют пять модульных блоков, следует понимать, что теплообменные сети, соответствующие настоящему изобретению, могут содержать любое число блоков, при том условии, что их число составляет более чем один. Например, сеть из двух блоков будет работать в соответствии с этим вариантом осуществления, и в таком примере может не потребоваться расположение блоков в непосредственной близости друг от друга, при том условии, если каждый из них находится в сообщении с общим логическим контроллером 411.
[0041] Как представлено на фиг. 4, каждый индивидуальный блок сети 400 работает как независимый теплообменник, имеющий свое собственное технологическое оборудование. Например, во всех блоках присутствует свои собственные непрямые теплообменники или охлаждающие области, которые обозначены слева направо номерами 420, 422, 424, 426 и 428, соответственно. Во всех блоках присутствуют свои собственные насосы 460, 462, 464, 466 и 468. Во всех блоках присутствуют вентиляторы, которые обозначены слева направо номерами 401, 403, 405, 407 и 409 и приводятся в действии своими собственными моторами 402, 404, 406, 408 и 410, соответственно. Во всех блоках присутствуют свои собственные воздухозаборные жалюзийные клапаны, которые обозначены слева направо номерами 450, 452, 454, 456 и 458, соответственно. Во всех блоках присутствуют дозаторы, которые обозначены слева направо номерами 440, 442, 444, 446 и 448. Во всех блоках присутствуют выпуски воздуха, которые обозначены слева направо номерами 412, 413, 414, 415 и 416. Во всех блоках присутствуют резервуары, которые обозначены слева направо номерами 470, 472, 474, 476, и 478. Наконец, во всех блоках присутствуют свои каплеуловители, которые обозначены слева направо номерами 430, 432, 434, 436 и 438, соответственно.
[0042] На фиг. 4 представлен логический контроллер 411, который выполнен с возможностью независимого регулирования скорости вентиляторных моторов (402, 404, 406, 408 и 410), которые вращают вентиляторы (401, 403, 405, 407 и 409), а также выполнен с возможностью регулирования включения или выключения насосов (460, 462, 464, 466 и 468) в зависимости от технологических параметров, контролируемых и/или определяемых с помощью контроллера 411.
[0043] Вентиляторы (401, 403, 405, 407 и 409) выпускают выходящий воздух (412, 413, 414, 415 и 416). Индивидуальные непрямые теплообменники (420, 422, 424, 426 и 428) могут работать во влажном режиме в качестве испарительных теплообменников или в сухом режиме в качестве теплообменников ощутимого типа в зависимости от включения или выключения насосов (460, 462, 464, 466 и 468) посредством контроллера 411.
[0044] На фиг. 4 представлены непрямые теплообменники 420 и 422, работающие во влажном режиме, когда насосы 460 и 462 включены. Вентиляторные моторы 402 и 404 также включены и работают при скорости RPMW, в то время как непрямые теплообменники 424, 426 и 428 работают в сухом ощутимом режиме, потому что распылительные насосы 464, 466 и 468 выключены, в то время как вентиляторные моторы 406,408 и 410 вращаются со скоростью RPMD.
[0045] В соответствии с этой конфигурацией, сеть 400 может работать с применением различных схем. Например, согласно одной схеме все насосы могут быть включены, и в результате этого сеть работает в полностью испарительном режиме. Согласно другой схеме все насосы могут быть выключены, и в результате этого сеть работает в полностью сухом режиме (или в режиме сбережения испаряющейся жидкости). Согласно следующей схеме по меньшей мере один насос включен, и по меньшей мере один насос выключен, и в результате этого сеть 400 работает в гибридном режиме.
[0046] В качестве одного примера, контроллер 411 может быть предназначен для регулирования насосов 460, 462, 464, 466 и 468, чтобы они работали в течение приблизительно равных периодов времени, таким образом, чтобы каждый модульный блок работал во влажном и сухом режимах в течение приблизительно равных периодов времени, что может поддерживать скорости испарения на приблизительно одинаковом уровне для всех непрямых теплообменников. В примере, представленном на фиг. 4, сеть предназначена для работы в гибридном режиме, в котором сберегается испаряющаяся жидкость, потому что логический контроллер 411 определяет, что работа всех блоков в сухом режиме не является достаточной для выполнения требований теплообмена. Таким образом, чтобы работать во влажном режиме и при этом сберегать испаряющуюся жидкость, контроллер 411 предназначен для уменьшения величины теплопередачи от двух работающих во влажном режиме блоков посредством уменьшения скорости воздушного потока через соответствующие теплообменники 420 и 422 путем снижения скорости (RPMW) моторов 402 и 404 при одновременном увеличении воздушного потока через работающие в сухом режиме блоки 424, 426 и 428 путем повышения скорости (RPMD) моторов 406, 408 и 410. Посредством такого регулирования может быть достигнут более ощутимый сухой теплообмен от непрямых теплообменников 424, 426 и 428 по сравнению с работающими во влажном режиме непрямыми теплообменниками 420 и 422 при приблизительно равных скоростях воздушных потоков. При работе в испарительном режиме контроллер 411 может запускать сеть с единственным работающим модулем, а затем вводить дополнительные модули по мере необходимости в отличие от одновременного включения всех модулей в сети. Когда все модули работают, контроллер 411 может синхронизировать скорость вентилятора, чтобы довести до максимума энергосбережение. Посредством этого управляющего логического устройства энергосбережение может быть доведено до максимума на каждой индивидуальной стадии состояния эксплуатации (например, в течение частичных тепловых нагрузок или меньших температур окружающей среды), что также экономит расходуемую насосами энергию за счет работы меньшего числа модулей. Если изделие пользователя превышает стандартные размеры, или наступает период частичной тепловой нагрузки, это логическое устройство будет обеспечивать большое количество энергии. В течение максимальных нагрузок контроллер 411 может сберегать энергию посредством работы всех модулей при синхронизированных скоростях вентиляторов. В теплообменнике 400 контроллер 411 может быть выполнен с возможностью установки одинаковой скорости (т.е. RPMW) воздушного потока через все воздушные проточные каналы, имеющий дозатор и работающие во влажном режиме, а также выполнен с возможностью установки одинаковой скорости (т.е. RPMD) воздушного потока через все воздушные проточные каналы, имеющие дозатор и работающие в сухом режиме.
[0047] Атмосферный воздух поступает во впускные жалюзийные клапаны 450, 452, 454, 456 и 458 и перемещается, как правило, вверх через непрямые теплообменники 420, 422, 424, 426 и 428, затем через каплеуловители 430, 432, 434, 436 и 438 и выталкивается из каждого модульного блока через вентиляторы 410, 402, 403, 404 и 405, соответственно. Когда насосы 460, 462, 464, 466 и 468 включены, они перекачивают испаряющуюся жидкость из резервуаров 470, 472, 474, 476 и 478 в дозирующие системы 440, 442, 444, 446 и 448 и, наконец, из сопел или отверстий, которые выпускают испаряющуюся жидкость в форме распыленных капель. Если это желательно, например, в случае чрезвычайных погодных условий, контроллер 411 имеет возможность выключения вентиляторных моторов и распылительных насосов на всех модульных блоках, что определяет управляющее логическое устройство.
[0048] На фиг. 5 представлена теплообменная сеть 500, в которой использован общий накопительный резервуар 571 испаряющейся жидкости с пятью модульными блоками, соединенными друг с другом в пакет.
[0049] Как представлено на фиг. 5, каждый индивидуальный блок сети 500 работает в качестве независимого теплообменника, имеющего свое собственное технологическое оборудование. Например, во всех блоках присутствуют свои собственные непрямые теплообменники или охлаждающие области, которые обозначены слева направо номерами 535, 536, 537, 538 и 539, соответственно. Во всех блоках присутствуют свои собственные клапаны 530, 531, 532, 533 и 534 зоны испаряющейся жидкости, которые могут быть открыты, закрыты или установлены в регулируемое положение. Во всех блоках присутствуют вентиляторы, которые обозначены слева направо номерами 501, 502, 503, 504 и 505 и приводятся в движение своими собственными моторами 510, 511, 512, 513 и 514, соответственно. Во всех блоках присутствуют свои собственные воздухозаборные жалюзийные клапаны, которые обозначены слева направо номерами 540, 541, 542, 543, и 544 соответственно. Во всех блоках присутствуют дозаторы, которые обозначены слева направо номерами 525, 526, 527, 528 и 529. Во всех блоках присутствуют выпуски воздуха, которые обозначены слева направо номерами 501, 502, 503, 504 и 505. Во всех блоках присутствуют свои каплеуловители, которые обозначены слева направо номерами 520, 521, 522, 523 и 524, соответственно. Во всех блоках присутствуют уравнительные трубки 550, 551, 552, и 553 в резервуарах 545, 546, 547, 548 и 549, что позволяет испаряющейся жидкости свободно стекать в общий накопительный резервуар 571 испаряющейся жидкости через выпуск 556 и через трубопровод 557. Насос 572 втягивает общую испаряющуюся жидкость через фильтр 573 и перекачивает испаряющуюся жидкость в общий испарительный распределительный трубопровод 570 для доставки испаряющейся текучей среды в каждый из зонных клапанов 530, 531, 523, 533 и 534, соответственно.
[0050] На фиг. 5 представлен логический контроллер 511 (для ясности проводка не представлена), который выполнен с возможностью независимого регулирования скорости вентиляторных моторов (510, 511, 512, 513 и 514), которые вращают вентиляторы (501, 502, 503, 504 и 505), а также выполнен с возможностью регулирования открытия или закрытия зонных клапанов (530, 531, 532, 533 и 534) в зависимости от технологических параметров, контролируемых и/или определяемых посредством контроллера 511.
[0051] Вентиляторы (501, 502, 503, 504 и 505) выпускают выходящий воздух (501, 502, 503, 504 и 505). Индивидуальные непрямые теплообменники (535, 536, 537, 538 и 539) могут работать во влажном режиме в качестве испарительных теплообменников или в сухом режиме в качестве теплообменников ощутимого типа в зависимости от открытия или закрытия зонных клапанов (530, 531, 532, 533 и 534) посредством контроллера 511.
[0052] На фиг. 5 представлены непрямые теплообменники 535 и 536, работающие во влажном режиме, когда являются открытыми только зонные клапаны 530 и 531. Вентиляторные моторы 510 и 511 также включены и работают при скорости RPMW, в то время как непрямые теплообменники 537, 538 и 539 работают в сухом ощутимом режиме, потому что распылительные зонные клапаны 532, 533 и 534 закрыты, и при этом вентиляторные моторы 512, 513 и 514 вращаются со скоростью RPMD.
[0053] В соответствии с этой конфигурацией, сеть 500 может работать согласно различным схемам. Например, согласно одной схеме все зонные клапаны могут быть открыты, и в результате этого сеть работает в полностью испарительном режиме. Согласно другой схеме все зонные клапаны могут быть закрыты, и в результате этого сеть работает в полностью сухом режиме (или в режиме сбережения испаряющейся жидкости). Согласно следующей схеме по меньшей мере один зонный клапан является открытым, и по меньшей мере один зонный клапан является закрытым, и в результате этого сеть 500 работает в гибридном режиме.
[0054] В качестве одного примера, контроллер 511 может быть предназначен для регулирования зонных клапанов 530, 531, 532, 533 и 534, чтобы они были открытыми или закрытыми в течение приблизительно равных периодов времени таким образом, чтобы каждый модульный блок работал во влажном и сухом режимах в течение приблизительно равных периодов времени. В примере, представленном на фиг. 5, сеть предназначена для работы в гибридном режиме, в котором сберегается испаряющаяся жидкость, потому что логический контроллер 511 определяет, что работа всех блоков в сухом режиме не является достаточной для достижения характеристики требуемого теплообмена. Таким образом, чтобы работать во влажном режиме и при этом сберегать испаряющуюся жидкость, контроллер 511 выполнен с возможностью уменьшения величины теплопередачи от двух работающих во влажном режиме блоков посредством уменьшения скорости воздушного потока через соответствующие теплообменники 535 и 536 путем снижения скорости (RPMW) моторов 510 и 511 при одновременном увеличении воздушного потока через работающие в сухом режиме блоки 537, 538 и 539 путем увеличения скорости (RPMD) моторов 512, 513 и 514. Это управляющее логическое устройство может обеспечивать больший ощутимый сухой теплообмен от непрямых теплообменников 537, 538 и 539 по сравнению с работающими во влажном режиме непрямыми теплообменниками 535 и 536 при приблизительно равных скоростях воздушных потоков.
[0055] Атмосферный воздух поступает во впускные жалюзийные клапаны 540, 541, 542, 543 и 544 и перемещается, как правило, вверх через непрямые теплообменники 535, 536, 537, 538 и 539, затем через каплеуловители 520, 521, 522, 523 и 524 и выталкивается из каждого модульного блока через вентиляторы 501, 502, 503, 504 и 505, соответственно. Когда зонные клапаны 530, 531, 532, 533 и 534 находятся в открытом положении, это позволяет перекачивать испаряющуюся жидкость из общего накопительного резервуара 571 в дозирующие системы 525, 526, 527, 528 и 529 и, наконец, из сопел или отверстий, которые выпускают испаряющуюся жидкость в форме распыленных капель. Когда это желательно, например, в случае чрезвычайных погодных условий, контроллер 511 имеет возможность выключения вентиляторных моторов и закрытия зонных клапанов на всех модульных блоков, что определяет управляющее логическое устройство.
[0056] На фиг. 6 представлен теплообменный блок 600, в котором использовано влажное адиабатическое насыщение для уменьшения температуры воздуха, поступающего в работающие в сухом режиме непрямые теплообменники. Представленный теплообменник 600 имеет три вентиляторы 601, 602 и 603, которые обеспечивают поток воздуха через расположенные на правой стороне адиабатические сатураторные прокладки 620, 621 и 622, а также через расположенные на левой стороне адиабатические сатураторные прокладки 630, 631 и 632. После того, как воздух проходит через сатураторные прокладки, он проходит через расположенный на правой стороне непрямой теплообменник 612 и также через расположенный на левой стороне непрямой теплообменник 616, а затем выходит из вентиляторов 601, 602 и 603. Испаряющаяся жидкость, такая как вода, перекачивается из резервуара 690 через трубопроводы 660, 661 и 662, а затем в расположенные на правой стороне жидкостные распределительные системы 680, 681 и 682, которые также соединены трубами с расположенными на левой стороне жидкостными распределительными системами 670, 671 и 672, соответственно, где испаряющаяся жидкость 652 и 654 подается наверх каждой адиабатической сатураторной прокладки, когда насосы 640, 641 и 642 включены. В других вариантах осуществления, которые хорошо известны в технике, использованы соленоидные клапаны (не представлены) вместо насосов для подачи жидкости 652 и 654 наверх сатураторных прокладок. Аналогично другим представленным вариантам осуществления и примерами, логический контроллер 650 выполнен с возможностью независимого регулирования насосов 640, 641 и 642, а также независимого регулирования воздушного потока в зонах, работающих во влажном режиме и в сухом режиме.
[0057] В примере, представленном на фиг. 6, теплообменник 600 предназначен для работы в гибридном режиме, в котором сберегается испаряющаяся жидкость, потому что логический контроллер 650 определяет, что работа всех адиабатических сатураторных прокладок в сухом режиме не является достаточно для выполнения требований теплообмена. Первый контроллер 650 включает насос 642, который увлажняет правую сатураторную прокладку 622 и левую сатураторную прокладку 632, и оставляет выключенными насосы 640 и 641, сохраняя в сухом состоянии сатураторные прокладки 620, 621, 630 и 631.
[0058] Чтобы работать в гибридном режиме, в котором сберегается испаряющаяся жидкость, логический контроллер 650 выполнен с возможностью уменьшения величины теплопередачи от одной работающей во влажном режиме зоны посредством уменьшения скорости воздушного потока через соответствующую часть теплообменника 612 и 616 путем снижения скорости (RPMW) мотора 601 с одновременным увеличением воздушного потока через работающие в сухом режиме сатураторные прокладки 620, 621 и 630 и 631 посредством увеличения скорости (RPMD) моторов 602 и 603. Это допускает больший ощутимый сухой теплообмен от сухой часть непрямых теплообменников 612 и 616 по сравнению с влажным насыщенным воздухом, поступающим в часть теплообменников 612 и 616, посредством снижения воздушного потока над работающим во влажном режиме вентилятором 601. Следует отметить, что адиабатические блоки предшествующего уровня техники обеспечивают увлажнение на всей стороне или обеих сторонах, но у них отсутствует возможность увлажнения только левой и правой сторон, предназначенных для одного независимо регулируемого воздушного проточного канала, как показывают влажные сатураторные прокладки 622 и 632 в примере. Логический контроллер 650 также регулирует насосы 640, 641 и 642, чтобы они работали в течение приблизительно равных периодов времени, таким образом, что на все адиабатические прокладки приходилось одинаковое количество времени. Текучая среда, подлежащая охлаждению или конденсации, поступает в расположенный на правой стороне непрямой теплообменник 616 через впускное соединение 614 и выходит через выпускное соединение 615, в то время как текучая среда, подлежащая охлаждению или конденсации в левом непрямом теплообменнике 612, поступает через впускное соединение 610 и выходит через выпускное соединение 611.
[0059] На фиг. 7 представлена теплообменная система 700, в которой использовано сочетание непрямого теплообменника 730 и прямого теплообменника 736. Аналогично другим вариантам осуществления, контроллер 711 может независимо регулировать величину воздушного потока в каждой теплопередающей секции во время работы во влажном или сухом режиме. Вентилятор 703 приводится во вращение посредством мотора 702, который заставляет воздушный поток поступать в непрямую теплообменную секцию из верхней части воздухозаборника 750, затем проходить через непрямой теплообменник 730, через каплеуловитель 717 и после этого выходить из вентилятора 703 в форме выпускаемого воздуха 754. Вентилятор 705 приводится во вращение посредством мотора 704, который заставляет воздушный поток поступать в прямую теплообменную секцию 736 из бокового воздухозаборника 752 через воздушные жалюзийные клапаны 735, проходить через прямую теплообменную секцию 736, затем через каплеуловитель 740 и после этого выходить из вентилятора 705 в форме выпускаемого воздуха 756. Разделительная стенка 740 предотвращает обратное течение выпускаемого воздуха 756 в непрямой теплообменник 730 и образует сужающуюся секцию канала для увеличения скорости воздуха, что обеспечивает выход выпускаемого воздуха 756 при высокой скорости. Следует отметить, что другое преимущество этой ориентации заключается в том, что сумма диаметров вентилятора 703 и вентилятора 705 составляет более чем диаметр общего вентилятора, если он находится наверху блока, что допускает увеличение полного воздушного потока при такой же мощности впуска по сравнению с блоками предшествующего уровня техники.
[0060] При работе во влажном режиме контроллер 711 включает насос 708, который перекачивает испаряющуюся жидкость из резервуара 722 в верхнюю часть непрямой теплообменной секции 730 из распределительной системы 742 из сопел или отверстий 744. Текучая среда, которая будет, в конечном счете, охлаждена или сконденсирована, поступает в непрямую секцию 730 через впуск 732 и выходит через выпуск 733. Направление движения текучей среды через непрямой теплообменник 730 может быть обращено, когда это желательно. Испаряющаяся жидкость затем вытекает под действием силы тяжести на прямую секцию 736, а затем обратно в резервуар 722.
[0061] В сухом режиме логический контроллер 711 сохраняет вентиляторный мотор 704 в выключенном состоянии для исключения использования любой мощности по перемещению воздуха через прямую теплопередающую секцию 736 и может увеличивать скорость вентиляторного мотора 702, который вращает вентилятор 703, до значительно более высокой скорости по сравнению со скоростью при работе во влажном режиме, потому что будет отсутствовать вероятность втягивания потока через каплеуловители 717 при работе в сухом режиме. Таким образом, аналогично другим вариантам осуществления, при работе в сухом режиме скорость вентилятора может быть установлена на значительно более высоком уровне, чем скорость вентилятора при работе во влажном режиме, когда оказываются желательными сбережение испаряющейся жидкости и увеличение ощутимой теплопередачи в течение работы в сухом режиме.
[0062] Другое преимущество присутствия независимых воздушных потоков с независимым регулированием воздушных потоков через непрямую и прямую секции заключается в том, что в течение большей части рабочего времени, за исключением периодов пиковой нагрузки, вентиляторный мотор 702 может оставаться выключенным, таким образом, что основная часть всего испарения происходит в прямой секции, что сохраняет повышенную чистоту непрямой секции. Это происходит даже в том случае, когда теплообменник работает в негибридном режиме, то есть в полностью влажном режиме или в полностью сухом режиме.
[0063] В представленном выше описании приведены общие примеры конкретных теплообменников и теплообменных сетей, которые имеют множество воздушных проточных каналов, и в которых является возможной работа различных проточных каналов в гибридном режиме (например, по меньшей мере один канал работает во влажном режиме и по меньшей мере один канал работает в сухом режиме), в то время как работа происходит также и при различных скоростях воздушных потоков. Указанные теплообменники и/или сети могут быть представлены как имеющие конкретное число теплообменных ячеек или проточных каналов или блоков (например, два воздушных проточных канала или пять блоков), но следует понимать, что являются возможными и другие конфигурации, при том условии, что система содержит по меньшей мере два проточных канала, которые способны работать независимо друг от друга. Например, по меньшей мере один проточный канал является способным работать во влажном режиме, в то время как другой проточный канал работает в сухом режиме, и при этом что воздушные потоки через каждый из этих проточных каналов во время их работы в гибридном режиме отличаются друг от друга.
[0064] В одном конкретном примере такой теплообменник имеет по меньшей мере два проточных канала, которые пропускают воздух между воздухозаборником и выпускающим воздух патрубком. Трубопровод текучей среды проходит через теплообменник, и трубопровод имеет охлаждающую область, расположенную внутри каждого из проточных каналов. Охлаждающая область может содержать, например, спиральную часть трубопровода.
[0065] Непрямой теплообменник содержит генератор воздушного потока, который перемещает воздух через проточные каналы. Генератор воздушного потока может содержать, например, вентилятор, воздуходувку, сжимающие воздух устройства, и/или их сочетания или множества. Генератор воздушного потока может представлять собой единственное устройство, которое находится в сообщении с обоими проточными каналами, или он может содержать множество устройств, например, по одному устройству на каждом проточном канале. В некоторых случаях некоторые проточные каналы могут иметь больше устройств, чем другие проточные каналы, таким образом, чтобы производить больший воздушный поток в конкретном канале.
[0066] В некоторых теплообменниках индивидуальные проточные каналы могут содержать разнообразные устройства или системы, которые способствуют регулированию или ограничению воздушного потока в канале. Например, каждый проточный канал может содержать один или несколько регуляторов потока внутри каждого проточного канала. Регуляторы потока могут содержать, например, демпферы, клапаны, затворы, жалюзийные клапаны или сужающиеся части. Регуляторы потока могут быть настроены таким образом, чтобы они могли работать во множестве различных положений. Например, некоторые регуляторы потока могут быть двухпозиционными, таким образом, что они являются «открытыми», обеспечивая полный воздушный поток, или «закрытыми», полностью ограничивая воздушный поток. Другие регуляторы потока могут иметь дополнительные положения регулирования между полностью открытым и полностью закрытым положениями, обеспечивающими, например, открытие на 50%, открытие на 25%, открытие на 95% и т.д. Посредством регулирования конфигурации регуляторов потока теплообменник может регулировать воздушный поток через индивидуальные проточные каналы, независимо от того, соединен или проточный канал с индивидуальным генератором воздушного потока. Таким образом, применение регуляторов воздушного потока может оказаться полезным для теплообменников, в которых использован единственный генератор воздушного потока, но они также могут быть эффективно применены в других устройствах, в которых использовано множество генераторов воздушного потока.
[0067] Контроллер находится в сообщении с генератором воздушного потока и регулирует или регулирует воздушный поток через первый проточный канал и второй проточный канал. Например, контроллер может включать и выключать генератор воздушного потока, а также в некоторых случаях может регулировать скорость или мощность генератора воздушного потока.
[0068] Теплообменник также содержит дозатор, выполненный с возможностью дозирования испаряющейся жидкости на одну из охлаждающих областей. Дозатор работает во влажном режиме, в котором дозатор дозирует испаряющуюся жидкость (т.е. дозатор «включен»), и в сухом режиме, в котором дозатор не дозирует испаряющуюся жидкость (т.е. дозатор «выключен»). Хотя дозатор может работать в полностью включенном режиме или в полностью выключенном режиме, некоторые дозаторы также могут быть выполнены с возможностью работы в промежуточных режима, в которых может регулироваться скорость потока жидкости, дозируемой во влажном режиме.
[0069] Контроллер также находится в сообщении с одним или несколькими дозаторами и регулирует их работу. Например, контроллер может переключать один или несколько дозаторов между влажным и сухим режимом и может даже регулировать скорость дозирования испаряющейся текучей среды из одного или нескольких дозаторов.
[0070] Дозатор может иметь конфигурацию, содержащую множество дозирующих блоков, причем один блок расположен в каждом проточном канале теплообменника таким образом, чтобы дозировать испаряющуюся жидкость на каждую из охлаждающих областей. Например, дозатор может содержать множество распылительных или дозирующих сопел, расположенных по отношению к каждой из охлаждающих областей в каждом проточном канале, таким образом, чтобы дозировать по меньшей мере некоторое количество испаряющейся жидкости на соответствующую охлаждающую область, когда дозирующий блок работает во влажном режиме. В некоторых случаях в теплообменнике может быть использован отдельный дозатор для каждого проточного канала. В любом случае дозаторы в каждом проточном канале способны работать независимо друг от друга, таким образом, что один дозатор может работать во влажном режиме, в то время как другие дозаторы могут работать в сухом режиме. Кроме того, один дозатор может работать в первом влажном режиме, в котором скорость дозирования является выше, чем в другом дозаторе, который также работает во влажном режиме, хотя и во влажном режиме с более ограничительным дозированием.
[0071] В некоторых случаях, в которых теплообменник содержит два дозатора, контроллер может регулировать дозаторы независимо таким образом, что один дозатор работает во влажном режиме, в то время как другой дозатор работает в сухом режиме. В такой ситуации контроллер также может регулировать различные генераторы воздушных потоков таким образом, что различаются воздушные потоки через различные проточные каналы. Например, контроллер может регулировать воздушный поток таким образом, что поток в проточном канале, работающем в сухом режиме, составляет более чем поток в проточном канале, работающем во влажном режиме. Контроллер также может быть выполнен с возможностью чтения или приема информации от датчиков или входящих сигналов, а также использования принимаемой информации и определения подходящих условий эксплуатации для теплообменника. Например, на основании принимаемой информации контроллер может определять подходящий рабочий режим, включающий работу первого проточного канала во влажном режиме при скорости первого воздушного потока и работу второго проточного канала в сухом режиме при скорости второго воздушного потока, которая составляет более чем скорость первого воздушного потока. Скорости потоков можно регулировать с применением множества различных технологий, включая регулирование скоростей независимых вентиляторов, или с установкой демпфирующих или ограничительных приспособлений на регулирующее поток устройство, соединенное с каждым проточным каналом.
[0072] В настоящей заявке также описаны способы регулирования теплообменника и/или теплообменной сети. На фиг. 8 представлена блок-схема, демонстрирующая один примерный способ 800 эксплуатации теплообменника. Способ 800 может быть использован для работы любых теплообменников или теплообменных сетей, описанных в настоящей заявке. Как описано в отношении способа 800 на фиг. 8, следует понимать, что каждый раз при использовании термин «теплообменник» может быть заменен термином «теплообменная сеть».
[0073] Способ 800 включает пропускание 810 текучей среды через теплообменник по трубопроводу. Трубопровод содержит впуск и выпуск, между которыми находится охлаждающая область. Охлаждающая область может иметь спиральную конфигурацию, пластинчатую конфигурацию или другую непрямую, или даже прямую теплообменную конфигурацию. Охлаждающие области расположены внутри отдельных соответствующих воздушных проточных каналов теплообменника (или внутри отдельных теплообменников теплообменной сети). Охлаждающие области также расположены внутри зоны дозирования таким образом, что дозаторы теплообменника могут дозировать или распылять испаряющуюся жидкость на охлаждающие области при работе во влажном режиме.
[0074] Способ 800 также включает контроль 820 технологических параметров. Например, контроль 820 может включать контроль одной или нескольких заданных характеристик (например, определенных пользователем характеристик), коэффициента полезного действия теплообменника, как представлено на фиг. 9, коэффициента использования и стоимости воды, коэффициента использования и стоимости энергии, а также условий окружающей среды снаружи теплообменника. Контроль 820 может быть осуществлено посредством контроллера, который может принимать параметры через датчики или ходящие сигналы. В некоторых примерах контроль 820 может быть осуществлен в удаленном режиме, и технологические параметры могут быть переданы в контроллер через сигнал связи (например, через беспроводную сеть).
[0075] Способ 800 затем определяет 830 подходящие условия эксплуатации для теплообменника. Подходящие условия эксплуатации могут быть определены 830, например, посредством контроллера, и они могут включать рабочие скорости воздушных потоков для каждого из различных проточных каналов теплообменника. Подходящие условия эксплуатации также может включать подходящие режимы дозирования проточных каналов. Например, на основании контролируемых технологических параметров, способ 800 может определять 830, что первый проточный канал должен работать во влажном режиме и иметь первую скорость воздушного потока, и что второй проточный канал должен работать в сухом режиме и иметь вторую скорость воздушного потока, которая отличается от первой скорости. В таком гибридном режиме работы (в которой один проточный канал работает во влажном режиме, а другой проточный канал работает в сухом режиме), скорость воздушного потока через сухой проточный канал может составлять более скорость воздушного потока через влажный проточный канал.
[0076] Способ затем включает создание воздушного потока через первый проточный канал 840 при первой рабочей скорости воздушного потока, а также создание воздушного потока через второй проточный канал 850 при второй определенной скорости воздушного потока. В некоторых случаях создание 840/850 воздушного потока может включать установку моторов индивидуальных вентиляторов, соединенных с каждым из индивидуальных проточных каналов, на различных уровнях. В других примерах создание 840/850 воздушного потока может включать поддержание постоянной скорости вентилятора с регулированием различных регуляторов потоков в проточных каналах на различных уровнях. Например, создание 840 воздушного потока в первом проточном канале может включать настройку демпфера, расположенном в первом воздушном проточном канале на первую установку, связанную с желательным воздушным потоком, и создание 850 воздушного потока во втором проточном канале может включать настройку демпфера, расположенного во втором проточном канале, на вторую установку, связанную с желательным воздушным потоком.
[0077] Способ 800 дополнительно включает работу первого дозатора в первом рабочем режиме дозирования 860 и работу второго дозатора во втором рабочем режиме дозирования 870. Например, первый дозатор может работать во влажном режиме, в котором он дозирует испаряющуюся жидкость на охлаждающую область, и второй дозатор может работать в сухом режиме, в котором он не дозирует испаряющуюся жидкость.
[0078] Таким образом, способ 800 может быть использован для работы теплообменника во множестве различных рабочих режимов, включая полностью влажный режим, в котором все проточные каналы работают с включенными дозаторами, полностью сухой режим, в котором все проточные каналы работают с выключенными дозаторами, и гибридный режим, в котором по меньшей мере один дозатор включен, и по меньшей мере один дозатор выключен. Способ 800 также может быть использован для эффективного и практичного осуществления гибридного режима таким образом, что сбережение воды (или любой испаряющейся жидкости) и/или энергии может быть достигнуто посредством проточного канала, работающего в сухом режиме с другой скоростью потока.
[0079] Пример эффективности теплообменника, используемого логическими контроллерами, представлен на фиг. 9. Если выбрано управляющее логическое устройство, расположенное внутри логического контроллера, может быть предназначено для сокращения до минимума суммарных эксплуатационных расходов посредством контроля стоимости поступающей воды и энергии при установленной скорости вентилятора и потребляемой мощности вентиляторного мотора по отношению к мощности блока как представлено на фиг. 9, и это предназначено для сокращения суммарных расходов на воду и энергию.
[0080] На фиг. 9 представлены эксплуатационные характеристики для примерного охладителя текучей среды. В качестве примера, когда скорость работающего вентилятора установлена на уровне 80% полной скорости во влажном испарительном режиме, вентиляторный мотор обеспечивает скорость втягивания, находящуюся приблизительно на уровне 50% полной скорости, в то время как мощность блока составляет приблизительно 85% полной мощности. Когда скорость работающего вентилятора установлена на уровне 40% полной скорости, вентиляторный мотор обеспечивает скорость втягивания, составляющую лишь приблизительно на уровне 10% полной скорости, в то время как мощность блока составляет приблизительно 50% полной мощности. На основании зависимости скорости вентилятора от потребляемой мощности вентиляторного мотора в сопоставлении с конкретной мощностью блока при каждой скорости управляющее логическое устройство может определять циклическое включение влажной и сухой секциями, а также независимо регулировать скорости вентиляторов для влажной и сухой секций, чтобы сократить до минимума полные эксплуатационные расходы. Например, в течение периода пиковой нагрузки, когда расходы на энергию являются значительно выше, чем в течение периодов нагрузки ниже пиковой, управляющее логическое устройство вычисляет эксплуатационные расходы и переключает устройство на работу в более влажном испарительном режиме по сравнению с периодами нагрузки ниже пиковой. Таким образом, в течение периодов пиковой нагрузки, как правило, испаряющуюся жидкость используют в большем количестве, чтобы снизить уровень потребления дорогостоящей энергии в сочетании с возможным уменьшением количества используемой воды, когда стоимость энергии значительно уменьшается.
[0081] Управляющее логическое устройство вычисляет увеличение мощности блока по сравнению с увеличением мощности вентилятора и устанавливает цикл работы с увеличением числа влажных ячеек, когда увеличение скорости/мощности вентилятора не является благоприятным. В другом примере, когда пользователь желает экономить воду в максимальной возможной степени, в том числе вследствие очень высокой стоимости воды или по простой причине ее недостаточной доступности, управляющее логическое устройство будет выключать максимально возможное число работающих во влажном режиме теплообменников и увеличивать скорость вентилятора для работающих в сухом режиме теплообменников. Способность повышения вентилятора для работающих в сухом режиме теплообменников при одновременном сокращении числа работающих во влажном режиме теплообменников и снижении скорости вентилятора для работающих во влажном режиме теплообменников представляет собой одно из основных усовершенствований по сравнению с предшествующим уровнем техники. Управляющее логическое устройство запрограммировано таким образом, чтобы знать, что также не является целесообразным превышение максимальной скорости вентилятора, которую можно регулировать для экономии энергия. Например, в целях сбережения максимального количества воды логическое устройство может увеличивать вплоть до 100% скорость одного или нескольких вентиляторов в сухом режиме. Однако управляющее логическое устройство запрограммировано таким образом, чтобы знать, что существует правило уменьшения выгоды при увеличении скорости вентилятора в сухом режиме, и существенная экономия воды остается возможной при максимальной допустимой скорости вентилятора, составляющей, скажем, например, 70%. Это логическое устройство будет обеспечивать существенную величину энергосбережения, а не эксплуатировать в сухом режиме один или несколько вентиляторов при скорости до 100% ради последних нескольких процентов потенциальной экономии воды.
[0082] В настоящей заявке описаны предпочтительные варианты осуществления и примеры работающих теплообменников, и, таким образом, это описание следует рассматривать как иллюстративное и неограничительное. Специалисты в данной области техники понимают, что описанные примеры могут быть модифицированы и/или объединены друг с другом без выхода за пределы объема изобретения, описанного в настоящем документе. Кроме того, признаки одного вариант осуществления или примера могут быть объединены с признаками других вариантов осуществления или примеров с получением следующих вариантов осуществления или примеров, насколько это желательно. Все документы, которые процитированы, обсуждены, определены или упомянуты в настоящей заявке, во всей своей полноте настоящим включены в нее посредством ссылки.
Реферат
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в гибридных теплообменных аппаратах, которые могут работать по меньшей мере с двумя различными воздушными проточными каналами независимо друг от друга. Непрямой теплообменник имеет два воздушных проточных канала и генератор воздушного потока, чтобы втягивать воздух через воздушные проточные каналы. Трубопровод текучей среды проходит через теплообменник таким образом, что охлаждающая область расположена внутри каждого из проточных каналов. Дозатор выполнен с возможностью дозирования испаряющейся жидкости на одну из охлаждающих областей. Дозатор работает во влажном режиме и сухом режиме. Контроллер регулирует воздушный поток через первый проточный канал и второй проточный канал, а также управляет работой дозатора. Следовательно, контроллер может независимо управлять воздушными проточными каналами таким образом, что воздушный поток через проточный канал, работающий в сухом режиме, составляет более чем воздушный поток через проточный канал, работающий во влажном режиме. Технический результат – обеспечение энергосбережения путем оптимизации коэффициента полезного действия теплообменника на основании контролируемых параметров. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 9 ил.
