CN100439807C - 带有边缘扩展部的板式热质交换器 - Google Patents

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Abstract

用于间接蒸发冷却器的热交换器板(6)，该类型具有对于蒸发液体(22)具有低渗透性并被形成以允许产品流体(1)溢出其表面的热传递区域的干侧(9)，被设计成具有通过蒸发液体润湿的表面并被形成以允许工作气体(2)溢出其表面以蒸发蒸发液体的湿侧(10)；进一步包括被形成在板的热交换区域之外用于帮助去除过量的蒸发液体的边缘扩展部(20)。边缘扩展部可以倾斜或弯曲离开板的湿侧，以帮助去除液体。板可用于多种结构中。

Description

带有边缘扩展部的板式热质交换器
发明背景
于2003年6月24日公告的美国专利号6,581,402，和于2004年3月16日公告的美国专利号6,705,096为这个申请提供了有用的背景。
发明领域
本发明涉及用于间接蒸发冷却器的板式热量及质量交换器。特别地，本发明涉及这种带有用于提高流体去除的边缘扩展部的板。
背景技术讨论：
间接蒸发冷却是一种冷却流体流(通常是空气)的方法，该方法将冷却液体(通常是水)蒸发变成第二空气流，同时将来自第一空气流的热传递至第二空气流。该方法与传统空调相比具有某些固有的优势：低电力要求，相对高的可靠性和消除对如R-134等冷却剂的需要及其所带来的所有不利之处的能力。
美国专利号6,581,402显示了多个使用板式装置的间接蒸发冷却的实施例。图1(现有技术)显示了两块板的透视和示意图，其显示了由彼此相对的第一和第二板的湿侧所形成的湿侧管道，其通道位于同样的通用区域，并图示了工作气体进入干侧，经过通道并进入湿侧管道。产品流体沿着第一和第二板的干侧向前因此是与工作气体分开的。额外的板形成堆叠，且相邻的板的干侧面向彼此。这样，板的堆叠可以让每一个奇数板的干侧面向相同的方向并与所有偶数板相对。
专利号6,581,402的发明提供了间接蒸发冷却器，其在多个允许沿着板进行热传递的热交换板的相对面具有交叉流动的湿润和干燥管道。板包括边缘扩展部以方便从板上移除水(或相似的蒸发流体)和溶解的矿物质。
对于专利号6,581,402和目前的申请来说，我们希望定义某些术语：
1.热传递表面或热交换表面具有许多结构。可以对润湿和流动作适当的调整，如本行业所知的，所有结构都包括在本公开的发明的主题内。作为说明我们使用板结构。
2.热交换表面的湿侧或湿润部分意谓着在其表面上或内具有蒸发液体的那部分，这样使表面能蒸发冷却并从表面吸收潜在的热量。
3.热交换器干侧或干燥部分意谓着很少或没有蒸发物进入邻近的气体或流体的热交换器表面的那部分。这样，没有蒸气和潜在的热量传递进入邻近的气体。实际上，表面可以是湿润的而没有蒸发流体或是通过冷凝润湿，但没有蒸发存在。
4.工作流或工作气体流是气体流，其沿着在干侧的热交换表面流动，通过表面内的通道到湿侧并聚集蒸汽，通过蒸发从热交换表面取得潜在的热量并将其向外传递入排气装置。在某些实施例中，工作流可以作为废弃物处理，而在其它实施例中，其可以使用于特殊的用途，例如增加湿度或清除热量。
5.产品流或产品流体流是流体(气体，液体或其混合物)流，其经过干侧上的热交换表面并且由湿侧上的工作气体流吸收热量进行冷却，通过蒸发吸收湿润区域内的潜在热量。
板在板的干侧和湿侧之间的界定的区域也具有通道或穿孔或类似的传递方式，提供从干燥的工作管道到工作湿润管道的流动，从而产生直接蒸发冷却。
本发明的方法利用将工作气体流(用于在湿润管道内蒸发液体从而冷却热交换器板的湿润表面)从产品流体流分开，在热交换板的同一侧分别流过干燥的产品管道和干燥的工作管道。二者将热量传递到热交换板，其正表面在工作湿润管道内被蒸发冷却。
工作气体流首先进入干燥的工作管道，然后通过穿孔、气孔或其它类似的传递方式穿过板的障碍物到达湿侧从而进入湿润的工作管道，在此，湿润的管道表面的液体蒸发冷却了板。
干燥的产品管道在板的干侧。板是一层薄的材料以允许板间流畅的热传递，从而便于热量从干燥的产品管道传递到湿润的工作管道。这是本发明的一个基本单元或元素，说明了分开工作气体流的方法以通过蒸发冷却间接地冷却分开的产品流体。
干燥的产品管道在板的干侧。板是一层薄的材料以允许板间流畅的热传递，从而便于热量从干燥的产品管道传递到湿润的工作管道。这是本发明的一个基本单元或元素，说明了分开工作气体流的方法以通过蒸发冷却间接地冷却分开的产品流体。
许多蒸发冷却实施例包括吸附(wicking)材料用于将水或其它的蒸发液体分散到板的湿侧。如参考专利号6,581,402的图7，其中吸附材料7沿湿侧管道5分布蒸发液体。板6在图7的实施例中形成″V形″。水从吸附表面比从水表面也能更好地蒸发，因为吸附材料瓦解了水的表面张力。
吸去垂直的表面的水能确保在板的表面没有多余的水，但也限制了板可使用的高度。在重力的辅助下向下吸去表面的水从润湿的角度来说可能是好的，如果水的量不超过吸附材料能传递的量的话。在更加水平方向的吸附作用能允许如美国专利号6,705,096所示的垂直蓄水池润湿系统。有些板式热质交换器应用要求更创新的与更复杂的热力设计相对应的几何体系，该设计再次要求更水平的应用如美国专利号6,581,402。在所有的情况中，创造一种确保吸附物不被水淹没(ovcr run)的方式是所希望的。
专利号6,581,402的间接蒸发冷却器工作得很好。但此设计固有的缺点在使用中被发现。将板倾斜以使重力帮助通过吸附物牵引水能帮助去除过量的液体并从板上冲走矿物质。然而，吸附表面面对彼此的紧密间隔的热交换器板允许水在管道内积存。这种积存是由附在板边的水的表面张力产生的。例如，假设有两块平行的水平板，顶板的水滴会垂下并附在下板边的水滴上。然后水会从板边的吸附表面倒退产生两个负面效应。首先，表面的水显著地降低热传递速率从而降低板的相对侧的液体的冷却。其次，板之间的过度湿润产生湿润的板间的不均匀的气流分布，并因此产生板的相对侧的待冷却的液体的不均匀冷却。
由于在湿润的管道中的水被蒸发，任何溶解在水中的矿物质就遗留下来。即使不是所有的水都被蒸发掉，当水中的矿物质过于集中时，它们会沉淀在其所接触的表面上。这种沉淀的矿物质产生长期的问题，因为它们积存水并最终阻止水的流动，尤其在吸附材料内。板的部分不再完全润湿，并且热交换的效率降低。
因此，在本技术领域存在对一种装置或方法的需要，以用于将过量的液体和矿物质吸离板的热交换部分，并将其从板内去除。
发明内容
本发明的目的是提供将过量的液体和矿物质拉离板的热交换部分并将其从板上去除的装置和方法。
边缘扩展部被增加到间接蒸发冷却器的板以允许过量的蒸发流体移至板边并滴落，带走其中溶解的矿物质。也可取得实现的蒸发和热传递。
附图说明
图2a是具有倾斜的边缘扩展部的本发明的第一实施例的透视和示意图。图2b是图2a的实施例的侧视图。
图3是具有笔直的边缘扩展部的本发明的第二实施例的侧视图。
图4是使用逆流设计和具有倾斜的边缘扩展部的本发明的第三实施例的透视和示意图。
图5是板位于垂直方向并具有笔直的边缘扩展部的本发明的第四实施例的透视和示意图。
图6是具有整合设计和倾斜的边缘扩展部的本发明的第五实施例的透视和示意图。
图7是本发明的第六实施例的端部剖开图，其中板从中心轴向下倾斜并且具有用于润湿板的槽式系统。
具体实施方式
图2a-7显示了在间接蒸发冷却器中增加到热传递板的边缘扩展部的各个实施例。虽然显示了多个实施例，本领域的技术人员将会明白可以将边缘扩展部增加到许多其它间接蒸发冷却器板。通过参考结合在此的美国专利号6,581,402和6,705,096显示了多种板结构，并且其它的也为人所知。在各种情形下，边缘扩展部被增加到板边缘位于板的热交换部分之外，并且方便从板的湿侧去除过量的蒸发液体。虽然术语″位于板的热交换之外″被用来说明边缘扩展部被增加到板的侧或端部，这并不意味着该处不存在热交换。下表列出了本专利使用的参考编号：
  1   干侧产品流体(例如空气)
  2   工作气体(例如空气)
  3   干侧产品管道(穿孔实施例)
  4   干侧工作管道
  5   湿侧管道
  6   板
  7   管道导向件
  8   吸附材料
  9   板的干侧
  10   板的湿侧
  11   穿孔
  20   边缘扩展部
  21   边缘扩展部的长度
  22   蒸发流体(例如水)
  23   用于湿润板的槽
  24   不能渗透的层
  25   吸附层
图2a是具有倾斜的边缘扩展部20的本发明的第一实施例的透视和示意图。图2b是图2a的实施例的侧视图。图1a和1b的板6被显示为水平的，但它们也可以是倾斜的(参考美国专利6,581,402图7的例子)。
图1a和1b的实施例是横流设计，与图1(现有技术)的有些相似。各个板具有干侧9，并且干侧面向彼此。干侧9包括干侧管道4，产品流体1通过该管道流动。湿侧10具有湿侧管道5，工作气体2通过该管道流动。湿侧管道5通常相对于干侧管道4是横向的。
湿侧管道5由蒸发液体22通过吸附作用、喷雾或类似的方法进行润湿。图2a和2b所显示的特定实施例未显示将工作流体经过板从干侧传到湿侧的工作管道，如图1(现有技术)所显示的，但可以将那些包括在图2的实施例中。图2b显示了过量的蒸发流体22流出湿侧管道5并从板6的边缘扩展部20滴落。从板6的终端延伸距离21的倾斜的边缘扩展部，通过在湿侧10的热传递部分之外打开空间使流体的去除更容易。
在间接蒸发冷却系统的特定的优选实施例中(如这里所描述的例子)，80块板被堆叠在10英寸高的堆垛中。板的尺寸20英寸×18英寸。板的材料是聚乙烯涂层依附在纤维素纤维纸(纸起吸附材料的作用)上。板之间的间距是0.125英寸。
在实际应用中，1/2英寸和1英寸的边缘扩展部的长度21可以适用使过量的蒸发液体22排干。对于板间距约为0.125英寸的，大致低于1/4英寸的的边缘扩展部不能适用(1/16英寸在这种板间距中完全不能使用)。然而，对于更紧密的板间距，预期小至1/8英寸的边缘扩展部可以实现有效去除过量的蒸发液体的目标。大致比板间距长的边缘扩展部最适用。
图3是本发明的第二实施例的侧视图，与图2a和2b的非常相似，但具有笔直的边缘扩展部。许多关于图2a和2b的讨论也与这个实施例相关。
图3的实施例中的边缘扩展部20笔直向外延伸，而不是从湿侧10弯曲离开。这个设计是比图2a和2b的设计更容易制作，并且的确能比没有边缘扩展部的传统板更好地去除过量的蒸发流体。
图4是本发明的第三实施例的透视和示意图，其使用逆流设计并具有倾斜的边缘扩展部20。湿侧管道5和干侧管道4相对于彼此不是横向，而是大致平行的，但在相对的方向上流动。边缘扩展部通常相对于湿侧管道导向件是横向的以使工作气体不向边缘扩展部(图4的实施例中的垂线)的方向流动。蒸发液体22仍然通过吸附材料8覆盖湿侧管道5，并且通过吸附作用在管道导向件7下移动，以使过量的液体传送至边缘扩展部20并滴落。
蒸发液体22在管道导向件7下的移动通过以下实现。板6是由不能渗透蒸发液体22的材料24作衬背(back)的吸附材料25形成的。例如，板6可以由聚乙烯涂层24依附在纤维素纤维纸25上形成。纸25起吸附材料的作用，吸附管道导向件7下的液体22并向外传送到边缘扩展部22，在此液体22从板滴落。
图5是本发明的第四实施例的透视和示意图，板6处于垂直的方向，并且具有笔直的边缘扩展部20。工作气体流2在湿侧管道5内是向上的，并且产品流体流1沿干侧管道4是向侧的(sideways)。蒸发液体从顶部向下流到管道5并且在底部从边缘扩展部20滴落。
图6是本发明的第五实施例的透视和示意图，带有整合设计并且具有倾斜的边缘扩展部20的完整形式。图6的实施例优选地由单一材料的实心块形成，例如挤压式铝材。当板承受一些压力时，例如当间接蒸发冷却器是受压时，这个设计是有利的。
在本发明的某些应用中，板6和间隔件7可以是由刚硬的材料如铝材形成。在这种情况下，板6和板间隔件7可以被挤压成一块，如图6所示。板6的边缘扩展部20优选是逐渐变细的，使其在边缘具有更大的开口，以使过量的液体22更容易滴落。板10的蒸发(湿润)侧要求具有使蒸发物22分散在其表面的结构。分散蒸发物可以通过用植绒材料或通过蚀刻如铝材等的材料的表面来实现以产生吸附表面。
吸水表面，如在授权给Meissner等人的美国专利号6,568,465中所描述的，可以起吸附表面的作用。
图7是本发明的第六实施例的端部剖开图，其中板6从中心轴向下倾斜。槽23包括用于润湿板的蒸发液体22。通常吸附材料25(看图4的例子)从槽23沿着湿侧管道5汲取液体22。当液体22到达板6的外端时，其被边缘扩展部20拉离板，边缘扩展部20这里显示为与图2a和2b所示的那些相似的倾斜的边缘扩展部。
那些在间接蒸发冷却系统领域的技术人员将会认识到，可以对以上所显示和描述的示例性实施例作多种变更和修改，而仍然在本发明的精神和范围内。在所有的情况下，在热交换器板上的边缘扩展部延伸经过板的热传递区域并协助蒸发流体从板内排出。

Claims (17)

1.一种用于间接蒸发冷却系统的热交换器板(6)，所述板包括：
干侧(9)，其对于蒸发液体(22)具有低渗透性并被形成以允许产品流体(1)溢出其表面的热传递区域；
湿侧(10)，其被设计成具有通过蒸发液体润湿的表面并被形成以允许工作气体(2)溢出其表面以蒸发蒸发液体；及
边缘扩展部(20)，其被形成在板的边缘在热传递区域之外，用于促使过量的蒸发液体从板上滴落。
2.根据权利要求1所述的板，其特征在于，边缘扩展部从湿侧倾斜离开。
3.根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述的板被形成为单一材料的整合件。
4.根据权利要求3所述的板，其特征在于，所述材料是铝质的。
5.根据权利要求4所述的板，其特征在于，湿侧被构造形成吸附表面(8)。
6.根据权利要求3所述的板，其特征在于，所述板进一步包括附着到板的湿侧上的吸附材料(8)。
7.根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述湿侧包括吸附表面(8)。
8.根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述湿侧包括管道导向件(7)以引导工作气体。
9.根据权利要求8所述的板，其特征在于，工作气体并不是朝向边缘扩展部的方向流动，并且蒸发液体在管道导向件下流动以到达边缘扩展部。
10.一种间接蒸发冷却器包括：
多个大致平行间隔开的板(6)，其中各个板具有：
干侧(9)，其对于蒸发液体(22)具有低渗透性并且被形成以允许产品流体(1)溢出其表面的热传递区域；
湿侧(10)，其被设计成具有通过蒸发液体(22)润湿的表面并被形成以允许工作气体(2)溢出其表面以蒸发蒸发液体；及
边缘扩展部(20)，其被形成在板的边缘在热传递区域之外，用于促使过量的蒸发液体从板上滴落；
其中边缘扩展部延伸超过板的热传递区域的边缘一段距离，所述距离至少与板间的距离相当。
11.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板定位大致垂直，且所述边缘扩展部位于板的底部。
12.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板定位大致水平。
13.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板在其中心轴两相对侧的部分分别从所述中心轴向下倾斜。
14.根据权利要求13所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述间接蒸发冷却器进一步包括位于所述板的中心轴的槽(23)，所述槽包括蒸发液体。
15.根据权利要求14所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板在它们的湿侧包括吸附材料(25)。
16.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，工作气体并不是朝向边缘扩展部的方向流动，并且蒸发液体在管道导向件下流动以到达边缘扩展部。
17.根据权利要求10所述的间接蒸发冷却器，其特征在于，所述板在它们的湿侧包括吸附材料。
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