CN105164484B - 具有液体‑空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统包括蒸发冷却器液体‑空气薄膜能量交换器(LAMEE)、第一液体‑空气热交换器(LAHE)以及冷却流体回路。蒸发冷却器LAMEE设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流。第一LAMEE设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流。冷却流体回路设置为在蒸发冷却器LAMEE和第一LAHE之间循环蒸发冷却流体。蒸发冷却器LAMEE设置为利用清洗气流对冷却流体进行蒸发冷却。第一LAHE设置为从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体，并允许冷却流体从处理气流吸收热量而冷却处理气流。

Description

具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统
相关申请的交叉引用
本发明要求2014年2月4日提交的名为“具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统(Evaporative Cooling System with Liquid-to-Air Membrane EnergyExchanger)”的美国专利申请US14/187413的优先权，所述美国专利申请US14/187413要求2013年3月15提交的名为“具有液体-空气薄膜能量交换器的蒸发冷却系统”的美国临时专利申请US61/799321的优先权，这两件美国专利申请通过引用整体合并于此。
背景技术
本发明的实施方式大体上涉及一种蒸发冷却系统和方法，更具体地，本发明涉及一种可以利用液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)的蒸发冷却系统和方法。
蒸发冷却器通过冷却流体(例如水)的蒸发对供应到空间中的供应气流进行冷却。随着流体蒸发，根据流体的蒸发焓(enthalpy)，来自与流体接触的气流(例如，直接蒸发冷却器中的供应气流)的热量被转移到流体中。蒸发冷却和传统的蒸发-压缩或吸收式制冷空调系统不同，在适于蒸发冷却器的条件下，后者通常需要更多的能量以实现和蒸发冷却器相同的效果。例如，蒸发冷却器可能只需要水源以提供蒸发流体，并可选地需要气流调节器(例如，风扇)以引导气流与流体接触，而相对于压缩机空调更加节能。但是，传统蒸发冷却器的适宜条件范围有限，即使在适宜条件下，可实现的冷却范围也有限。
例如，从蒸发冷却器出来的空气温度不容易控制，取决于室外空气的温度和湿度水平。系统的冷却潜力部分受限于室外湿球温度(wet bulb temperature)，室外湿球温度是室外空气温度和湿度的因素。随着室外空气的湿度增加，蒸发冷却系统的冷却能力或潜力降低，供气可能过分潮湿。在潮湿气候中，传统的蒸发冷却器可能无法将供气冷却到舒适温度和湿度。因此，通常使用更加耗能的空气调节方案，例如蒸发-压缩空调。
直接蒸发冷却器利用蒸发液体水和供应气流之间的直接接触对供应气流进行冷却。尽管与蒸发-压缩系统相比，传统的直接蒸发冷却器通常更加节能，但是它具有若干缺点。从冷却器出来的供气温度可能不容易控制，取决于室外空气的温度和湿度水平。因此，供气可能过于潮湿。直接蒸发冷却系统需要细心维护以确保细菌、藻类、真菌和其他污染物不在水系统中繁殖并转移到供气中。由于这些系统利用蒸发液体水和供气之间的直接接触，污染物被携带到气流中的情况可能会发生，导致室内空气的质量降低、气味、以及“室内空气综合征”。在单元内和蒸发垫上形成矿物沉积可能降低性能，并需要维护以进行补救。
蒸发冷却塔以相同的原理工作，并面临和直接蒸发冷却器相同的挑战。溶解矿物质在循环冷却水中的积聚可能在交换表面上导致沉积物和水垢而降低性能。冷却塔中的金属组件和水管的腐蚀是一个普遍关注的问题。主要利用抽取或清除来控制水路中的矿物浓度水平。灭微生物剂、灭藻剂、过滤和其他处理方法被用于控制微生物和生物膜的生长。微生物，例如细菌、藻类和真菌在温水中可以快速生长。特别受关注的一个问题是军团杆菌(Legionella)的生长，其可能引起军团病。例如，具有开放式蒸发水系统的冷却塔可能通过离开冷却塔并进入周围环境中的霭滴传播军团杆菌。导致死亡的多次军团病的爆发就归咎于冷却塔的这种现象。因此，发展出了对冷却塔水系统进行处理和维护的严格指导方针。所需的高水平维护，包括保持所有处理化学制品处于合适水平所需的成本和复杂度，对于在供热、通风和空调(HVAC)和工业冷却应用中使用的开放回路冷却塔而言是一个重大缺点。
仍然需要这样一种蒸发冷却系统：其能够在更大范围的条件和应用中使用，从而达到比传统蒸发冷却器所能达到的温度更低的温度。此外，仍然需要一种避免使用高能耗压缩机空调的蒸发冷却系统。
发明内容
本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统可以包括蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)、第一液体-空气热交换器(LAHE)以及冷却流体回路。蒸发冷却器LAMEE可以设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流。第一LAMEE可以设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流。冷却流体回路可以设置为在蒸发冷却器LAMEE和第一LAHE之间循环蒸发冷却流体。蒸发冷却器LAMEE可以设置为利用清洗气流对冷却流体进行蒸发冷却。第一LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体，并允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。
可选地，蒸发冷却系统还可以包括第二LAHE，该第二LAHE设置在清洗空气室内，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的上游。第二LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE或第一LAHE中的至少一者接收冷却流体，并允许在冷却流体和蒸发冷却器LAMEE上游的清洗气流之间进行热传递。可选地，蒸发冷却系统还可以包括空气-空气热交换器(AAHE)，该AAHE沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的下游的清洗空气室设置，并设置在沿着处理气流的流动方向位于第一LAHE的上游的处理空气室内。AAHE设置为接收清洗气流以及处理气流，并允许清洗气流在处理气流进入第一LAHE之前从处理气流吸收热量。
本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统可以包括蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)、冷却流体回路以及空气-空气热交换器(AAHE)。蒸发冷却器LAMEE可以设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流。蒸发冷却器LAMEE可以设置为通过进气口接收清洗空气供应流，并通过排气口排出清洗空气排出流。蒸发冷却器LAMEE还可以设置为通过流体入口接收蒸发冷却流体，并通过允许冷却流体蒸发到清洗气流中对冷却流体进行蒸发冷却。冷却流体回路可以设置为在蒸发冷却LAMEE和第一液体-空气热交换器(LAHE)之间循环冷却流体。第一LAMEE可以设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流。第一LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体，并允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。空气-空气热交换器(AAHE)可以沿着清洗空气室设置，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的下游。AAHE可以设置为接收清洗空气排出流，并允许清洗空气排出流从沿着处理气流的流动方向位于第一LAHE上游的处理气流或位于蒸发冷却器LAMEE上游的清洗空气供应流中的至少一者吸收热量，从而分别冷却处理气流和清洗空气供应流。
本发明的一些实施方式提供了一种蒸发冷却方法，该蒸发冷却方法可以包括引导清洗气流穿过设置在清洗空气室内的蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)。方法可以包括引导处理气流穿过设置在处理空气室内的第一液体-空气热交换器(LAHE)。方法还可以包括通过冷却流体回路在蒸发冷却器LAMEE和第一LAHE之间循环蒸发冷却流体。方法还可以包括利用清洗气流对蒸发冷却器LAMEE内的冷却流体进行蒸发冷却。方法还可以包括在第一LAHE中从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体。接收操作可以包括允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。
附图说明
图1是根据一种实施方式的蒸发冷却系统。
图2是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图3是与蒸发冷却器LAMEE连接的水收集装置的一种实施方式的示意图。
图4是与图3所示蒸发冷却器LAMEE连接的第二蒸发冷却器LAMEE的示意图。
图5是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图6是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图7是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图8是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图9是图1所示蒸发冷却系统的一种实施方式的示意图。
图10是根据一种实施方式的蒸发冷却方法的流程图。
具体实施方式
结合附图，可以更好地理解前面的发明内容，以及下面对某些实施方式进行的详细描述。以单数形式表述并以词语“一个”或“一者”进行描述的元素或步骤应该理解为不排除元素或步骤的复数形式，除非这种排除被明确指出。此外，“一种实施方式”不应理解为将同样包含所述特征的附加实施方式排除在外。此外，除非明确另有说明，“包括”或“具有”一个或多个具有特定特性的元素的实施方式可以包括不具有所述特性的附加元素。
图1是根据一种实施方式的蒸发冷却系统100。如图1所示，蒸发冷却系统100可以与数据中心102关联，并用于冷却在数据中心102内循环的处理气流104。数据中心102包括产生热量的多个服务器机架106。处理气流104吸收热量，提高处理气流104的温度。例如，处理气流104在进入蒸发冷却系统100的气室(plenum)时温度可以达到至少100°F。在一种实施方式中，蒸发冷却系统100可以将处理气流104冷却到80°F以下，由此处理气流104可以穿过数据中心102再循环，从而从服务器机架106吸收热量。尽管在图1中显示了数据中心102，但是需要注意，图1指示蒸发冷却系统100的一种示例应用。在其他实施方式中，蒸发冷却系统100可以用于其他商业应用，甚至住宅应用，例如商业楼或住宅楼等。
蒸发冷却系统100可以包括用于对清洗气流110进行蒸发冷却的液体-空气能量交换器(LAMEE)108。LAMEE108在这里可以称为蒸发冷却器108和/或蒸发冷却器LAMEE108。清洗气流(scavenger air stream)110-在这里也称为清洗空气110，其可以是周围室外条件下的室外空气。系统100还包括第一液体-空气热交换器(LAHE)112(下文中称为冷却盘管(cooling coil)112)，其设计为对处理气流104进行冷却。蒸发冷却流体114可以流过LAMEE108，从而对清洗气流110进行蒸发冷却。离开LAMEE108的冷却流体114(其在LAMEE108中冷却)循环到冷却盘管112中。冷却盘管112内的冷却流体114从处理气流104吸收热量，使处理气流104冷却。蒸发冷却系统100可以是间接蒸发冷却系统，因为蒸发冷却的气流(例如，清洗气流110)可以与供应给空间的空气(例如，处理气流104)分开。
在所示实施方式中，离开冷却盘管112的冷却流体114进一步被循环到预冷却第二LAHE116(下文中称为预调节器或预调节器116)。预调节器116设计为通过可感测的热传递(sensible heat transfer)向蒸发冷却器LAMEE108上游的清洗气流110提供预冷却(或预加热，这取决于空气条件)。例如，在炎热气候中，清洗空气110在进入蒸发冷却器LAMEE108之前通过预调节器116中的冷却流体114进行预冷却。对清洗空气110进行预冷却可以降低清洗空气110的湿球温度，允许冷却流体114和清洗空气110之间更多的热传递。然而，在温和气候中，清洗空气110在进入蒸发冷却器LAMEE108之前通过预调节器116中的冷却流体114选择性地进行预加热。对清洗空气110进行预加热可以提高LAMEE108中的水分转移潜力(例如，通过降低清洗空气100的相对湿度)，以允许蒸发冷却器108中的冷却流体114和清洗空气110之间更多的能量转移。由于对清洗空气110进行了预加热，在冷却流体114进入蒸发冷却器LAMEE108之前，通过预调节器116可以降低冷却流体114的温度。
蒸发过程降低了离开LAMEE108并进入冷却盘管112中的冷却流体114的温度。因此，冷却流体114从处理气流104中吸收更多的能量或热量，将处理气流104冷却到比在不对清洗空气110进行预冷却的情况下所能达到的温度更低的温度。在离开预调节器116之后，冷却流体114可以返回至LAMEE108，以再次蒸发冷却。因此，冷却流体114可以在LAMEE108，冷却盘管112和预调节器116之间的冷却流体回路中运转。可选地，冷却流体回路可以是闭合回路。
蒸发冷却系统100还可以包括空气-空气热交换器(AAHE)108。AAHE108可以是热管、热轮、板式换热器等。清洗空气110进入位于预调节器116下游的AAHE118和LAMEE108。正好在进入AAHE118之前，清洗空气110在中间级107中预冷却和蒸发冷却。处理气流104作为回流空气进入位于冷却盘管112上游的AAHE118，该回流空气的温度要高于进入AAHE118的已冷却清洗空气110。因此，在AAHE118内，处理气流104将热量传递给清洗空气110。处理气流104作为预调节的处理空气104在位于冷却盘管112上游的中间级109离开AAHE118。清洗空气110的温度提高，而离开AAHE118的清洗空气110作为废气从系统110排出。因此，AAHE118利用离开LAMEE108的清洗空气110的较低温度为处理气流104提供额外冷却，而不是仅仅在清洗空气110离开LAMEE108之后将其排出。
中间级109中预调节的处理气流104被引导到冷却盘管112中以进一步冷却。处理气流104可以穿过冷却盘管112的盘管，归因于这些盘管内已冷却的冷却流体114，所述盘管的温度低于处理气流104的温度。来自处理气流104的热量可以通过盘管传递至冷却流体114，降低处理气流104的温度。如图1所示，离开冷却盘管112的已冷却处理气流104返回提供给数据中心102的冷通道(cold aisle)120。因此，蒸发冷却系统100可以包括用于冷却处理气流104的多个冷却装置和/或操作。如图1所示，热返回处理气流104首先在AAHE118中预冷却，然后在冷却盘管112中进一步冷却。预冷却步骤允许处理气流104达到比在不进行预冷却的情况下所能达到的温度更低的温度。
冷通道120中的已冷却处理气流104在进入数据中心102的热通道122之前从服务器机架106吸收热量。热通道122接收热的处理气流104，并将其引导向蒸发冷却系统100的入口气室(entry plenum)。因此，处理气流104穿过数据中心102再循环。可选地，室外空气可以与处理气流104混合和/或一部分处理气流104可以被净化。在一种替代实施方式中，离开蒸发冷却器LAMEE108的冷却流体114可以被直接输送至服务器机架106或其他热源。例如，冷却盘管112或不同的热交换器可以设置在服务器机架106上或靠近服务器机架106设置，从而替代对在数据中心102中循环的处理气流104进行冷却而提供液体冷却，或者在对在数据中心102中循环的处理气流104进行冷却之外提供液体冷却。
这里描述的蒸发冷却系统100能够在不需要对室外空气进行除湿或补充冷却(例如，冷却器)的情况下将处理气流104冷却到比室外空气(例如，清洗空气110)的湿球温度低的温度。处理气流104可以被冷却到理论上接近室外空气露点的温度。尽管不需要除湿和/或补充冷却，但是可以向系统100中增加所述附加操作和/或组件，从而促进处理气流104的冷却，就如这里所描述的一种或多种实施方式一样。
图2是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。图2所示的蒸发冷却系统100包括组件，所述组件允许蒸发冷却的流体114对处理气流104进行冷却，并对清洗气流110进行预冷却。在所示实施方式中，蒸发冷却系统100包括蒸发冷却器LAMEE108、冷却盘管112以及预调节器116。
蒸发冷却器LAMEE108可以包括进气口210和排气口212。清洗气流110通过进气口210被接收，并通过排气口212被排出。可选地，进气口210和/或排气口212的截面积可以是清洗空气室202的宽度。LAMEE108还包括流体入口214和流体出口216，流体入口214和流体出口216分别设置为接收和排出冷却流体114。在一种实施方式中，流体入口214可以位于LAMEE108的顶部218，由此冷却流体114可以穿过LAMEE108的内部，朝着LAMEE108的底部220上的流体出口216下落。LAMEE108还可以包括多个薄膜分离层(未显示)，所述薄膜分离层包括由半透膜(未显示)形成的屏障。膜障可以设置为允许热量和蒸气(例如，水蒸气)而不允许污染物(例如固体和液体)通过薄膜传递。薄膜可以是亲水性的、疏水性的、多孔的，等等。在一种实施方式中，薄膜可以是亲水性的并且无孔，由此薄膜允许水蒸气而不允许空气或液体水穿过它传递。
来自清洗空气110的热量传递至LAMEE108内的冷却流体114。举例来说，薄膜分离层可以隔开以在它们之间限定通道。在一种实施方式中，膜障一侧上的通道可以接收冷却流体114，而膜障另一侧上的相邻通道可以接收清洗气流110。当冷却流体114的蒸汽压高于清洗气流110的蒸汽压时，在冷却流体114中发生蒸发。当发生蒸发时，热量被收集。热量的至少一部分可能来自于冷却流体114，使冷却流体114冷却。此外，一部分热量可能来自于清洗气流110，由此热穿过膜障传递到冷却流体114中。来自冷却流体114的已蒸发蒸气可以穿过膜障从冷却流体114传递到清洗气流110中。通过将蒸气传递到清洗气流110中，使冷却流体114冷却。清洗空气110吸收蒸气，使清洗气流110冷却并增加它的湿度。由于通过蒸发实现了潜在的热传递，从流体出口216排出的冷却流体114以及从排气口212排出的气流110都可以比在进入蒸发冷却器LAMEE108时更凉。
蒸发冷却器LAMEE108可以排除至少一部分的维护要求和传统“开放式”蒸发系统的问题，在传统“开放式”蒸发系统中，蒸发流体与吸收流体蒸气的气流直接接触。在一种实施方式中，LAMEE108的膜障阻止在空气和流体之间传递污染物和微生物，例如细菌。薄膜保护冷却流体114远离清洗气流110中的污染物，极大地减少污染物和微生物在冷却流体中积聚。因此，可以降低对冷却流体114进行化学处理和/或过滤的频率。此外，蒸发冷却系统100可以直接连接至饮用水源，并可以通过周期性地冲洗或清除冷却流体对矿物质积聚进行控制。
冷却流体114通过冷却流体回路在系统100中循环，该冷却流体回路可以是闭合回路。冷却流体114可以是水、液体干燥剂、乙二醇、其他吸湿性流体、其他蒸发流体，和/或其组合。从LAMEE108的流体入口214开始，举例来说，冷却流体114经过LAMEE108流向流体出口216，冷却流体114的温度在流体出口216处降低。在一种实施方式中，离开LAMEE108的冷却流体114的温度低于冷却流体回路中所有其他位置上的冷却流体114的温度。冷却流体114可以被排放到用于储存冷却流体114的水槽224或其他容器中。水槽224可以具有清除排出口和新鲜流体入口，例如水源。可选地，清除排出口和新鲜流体入口可以是闭合冷却流体回路中的冷却流体114的仅有的接入点。在需要的情况下，可以使用一个或多个泵226泵取来自水槽224内的冷却流体114，以将冷却流体114供应给冷却盘管112。可以使用泵226来选择性地调节经过冷却回路的冷却流体114的流量。
在一种实施方式中，冷却流体114是液体干燥剂，该液体干燥剂是低浓度盐溶液。盐的存在可以使冷却流体114消毒，从而防止细菌在系统100中生长。此外，干燥剂盐影响溶液的蒸汽压，并允许冷却流体释放水分或者从空气中吸收水分。因此，可以根据控制目的对液体干燥剂的浓度进行调节，从而控制蒸发冷却器LAMEE108内的清洗气流110的冷却量。
现在参考图3，蒸发冷却系统100还可以包括水收集装置314。水收集装置314可以包括接收液体干燥剂冷却流体114的第一入口316和接收水源的第二入口318。水源可以是饮用水或非饮用水，例如灰水、雨水、经过处理的废水等。在水收集装置314内，液体干燥剂充当提取溶液，以将来自水源的纯水拉入到冷却流体114中。水收集装置314可以包括膜障，该膜障过滤从水源提取的水。因此，可以从非饮用水源过滤得到纯水，并用作冷却流体114的补充水。通过利用水收集装置314对水源进行过滤以得到纯水，可以防止矿物质在冷却流体回路中积聚和沉积。
在一种实施方式中，水收集装置314可以是液体-液体薄膜交换器，该液体-液体薄膜交换器包括用于对水源进行过滤的膜障。在一种替代实施方式中，水收集装置314可以是正向渗透系统，该正向渗透系统将纯水作为蒸发冷却系统100中的补充水输送至冷却流体114。或者，水收集装置314可以是反向渗透(reverse osmosis)系统、离子交换(ionexchange)系统、电渗析(electrodialysis)系统、蒸气蒸馏(vapor distillation)系统或其他类型的过滤系统，所述系统将直接将补充水添加到冷却流体114中。如图所示，水收集装置314可以通过再循环管道连接至保存冷却流体114的水槽224。在一种替代实施方式中，水收集装置314可以设置为与主冷却流体回路串联(in-line)。可选地，水收集装置314可以具有清除排出口。
再次参考图2，通过从在冷却盘管112中流动的处理气流104吸收热量，冷却流体114的温度可以在冷却盘管112中提高。在离开冷却盘管112之后，冷却流体114流向预调节器116。当预调节器116被用于预冷却时，冷却流体114在清洗气流110进入蒸发冷却器LAMEE108之前从清洗气流110吸收热量。因此，冷却流体114在离开预调节器116时的温度比沿着冷却流体回路的所有其他位置或阶段都要高。但是，如果预调节器116被用于对清洗气流110进行预加热，则沿着冷却流体回路的冷却流体114的最高温度可能在进入预调节器116之前产生。从预调节器116开始，冷却流体114流向LAMEE108的流体入口214，从而完成回路，并开始新的循环。
尽管冷却流体114从处理空气104以及清洗空气110吸收热量，但是冷却流体114的温度提升可以相对较小，因为热量的一部分被用作潜热以蒸发冷却流体114，并且冷却流体114还可以(例如，由于水的存在)具有高热容量。例如，当处理气流104和清洗气流110的流量大致相等并且蒸发冷却系统100提供整个冷却负荷时，冷却流体114的最高温度为大约80°F，最低温度为大约70°F，由此在整个回路中，温度的波动仅为大约10°F。相比之下，处理气流104可以在蒸发冷却系统100中冷却，例如，从104°F的返回处理空气温度冷却为75°F的供应处理空气温度，改变29°F。
如图2所示，清洗气流110在入口端204进入清洗空气室202。可以通过风扇206或者设置在空气室202内或靠近空气室202设置的其他类型气流调节器将清洗气流110吸入到清洗空气室202中。在所示实施方式中，风扇206在沿着清洗气流110的流动方向位于LAMEE108的下游。可以控制风扇206的输出，从而随着时间推移调节通过空气室202的空气110的体积(例如，流量)。借助对通过清洗空气室202的清洗空气110的流量进行调节，可以控制蒸发冷却系统100所获得的冷却量。在所示实施方式中，清洗气流110通过预调节器116被冷却，然后在位于预调节器116下游的蒸发冷却LAMEE108中进一步冷却。清洗空气110作为废气通过出口端222从清洗空气室202中排出。可选地，例如图1所示，利用位于清洗气流110和处理气流104之间的AAHE118，清洗空气110可以被引导穿过热交换器，并在被排出之前被用于吸收一部分热量。
处理气流104在入口端230进入处理空气室228。可以通过风扇232或其他气流调节器来抽取和/或推送处理气流104。处理气流104与处理空气室228中的冷却盘管112互相作用。处理气流104将热量传递至冷却盘管112中的冷却流体114，然后通过空气室228的出口端234作为调节后的供气排出，该调解后的供气被引导到空调空间中。例如，处理气流104可以排放到数据中心、大厅、体育馆、房间等。可选地，处理气流104可以沿着处理气流104的流动方向在冷却盘管112的上游被预冷却，或者在冷却盘管112的下游被后冷却，从而进一步降低所供应的处理气流104的温度和/或湿度。
在图4所示的替代实施方式中，可以替代冷却盘管112(图2所示)，或者在冷却盘管112之外在处理空气室228中设置第二蒸发冷却器LAMEE330。第二蒸发冷却器LAMEE330可以与清洗空气室202中的蒸发LAMEE108相似。例如，冷却流体331穿过第二蒸发冷却器LAMEE330循环，从处理气流104吸收热量(例如，潜热)。可以在第二LAMEE330和蒸发冷却器LAMEE108之间设置液体-液体热交换器(LLHE)332。重新循环回流体回路中的第二LAMEE330的入口334的第二LAMEE330的冷却流体331可以进入LLHE332，其中冷却流体331将热量传递至蒸发冷却器LAMEE108的冷却流体114。冷却流体331可以是水、液体干燥剂等，并且不需要与冷却流体114相同，因为两种流体不再LLHE332内混合。
冷却流体114可以在离开蒸发冷却器LAMEE108之后进入LLHE332，此时冷却流体在回路中具有最低相对温度。通过引导冷却流体114以最低温度穿过LLHE332，可以对第二LAMEE330的冷却流体331提供最大程度的冷却(例如，热吸收)，冷却流体331随后被用于冷却处理气流104。
图5是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。图5所示冷却系统100的实施方式可以与图2所示的实施方式类似，因为冷却系统100包括冷却流体114，冷却流体114在蒸发冷却器LAMEE108、冷却盘管112和预调节器116之间的冷却流体回路中循环。冷却流体回路可以由连接在一起的管道形成，例如PVC管或铜管。预调节器116和LAMEE108为清洗气流110提供冷却，而冷却盘管112为处理气流104提供冷却。如图5所示，在冷却流体114离开LAMEE108的流体出口216之后(可选地，暂时储存在水槽224中)，冷却流体114可被泵送通过冷却流体回路中的T形连接器302，该T形连接器302使冷却流体114分流。T形连接器302可以是T形管接头，该T形管接头将一路输入冷却流体114分成两路输出流。或者，替代使用T形连接器302，可以从水槽224延伸出两个单独的管路，由此一个管路通向冷却盘管112，另一个管路通向预调节器116。存在多种可能的T形连接器、控制阀以及回路布局，以实现不同的控制方法或冷却盘管和/或预调节器116中的不同流体温度。例如，冷却盘管112外面的温暖流体114可以与来自水槽224的冷流体114混合，从而控制进入预调节器116的流体114的温度，并由此控制进入LAMEE108的清洗空气110的温度。
在一种实施方式中，冷却流体回路的从T形连接器302延伸的第一分段304与冷却盘管112连接，从而向冷却盘管112供应冷却流体114，这与图1和图2所示的实施方式相似。回路的第二分段306从T形连接器302直接延伸至预调节器116，从而向预调节器116供应冷却流体。离开冷却盘管112和预调节器116的流体114可以被输送至LAMEE108的流体入口214。可选地，可以使用第二T形连接器308在分开的两路冷却流体114进入LAMEE108之前将它们重新结合在一起。第二T形连接器308可以设置在流体入口214附近。
因为离开LAMEE108的冷却流体114在冷却流体回路中具有最低温度，T形连接器302将冷却流体114分流，从而同时为冷却盘管112以及预调节器116提供最低温度的流体114。该实施方式与图2所示的实施方式不同，其中冷却流体114在进入预调节器116之前穿过冷却盘管112循环。通过使用T形连接器302，为预调节器116提供最冷的冷却流体114，这可以为清洗空气110提供更多的预冷却，潜在地促进系统100的冷却。
图6是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。图6所示的实施方式包括制冷器402以在需要时提升系统100的冷却潜力。制冷器402可以是一个或多个制冷剂-液体交换器和压缩机404。制冷器402还可以包括从冷却流体114吸收热量的蒸发器406，以及排斥来自制冷器402的热量的冷凝器408。或者，制冷器402可以是吸附式制冷器、吸收式制冷器或需要热量输入以产生制冷的其他类型制冷器。制冷器402可以设置在系统100中，位于LAMEE108和冷却盘管112之间，由此冷却流体114可以在进入冷却盘管112之前过冷却(sub-cooled)。与冷却流体114未过冷却相比，冷却盘管112中过冷却的冷却流体114可以将处理气流104冷却到更低的温度。离开冷却盘管112的处理气流104的温度可以至少部分地通过调节制冷器402以改变进入冷却盘管112的过冷却的冷却流体114的温度而得到控制。或者，制冷器402或附加制冷器可以设置在冷却系统100中的不同位置上，例如，设置在冷却盘管112和预调节器116之间，从而通过预调节器116促进清洗空气110的冷却。可选地，制冷器402可以为加热泵，该加热泵能够在冷却模式和加热模式之间可选择地切换。因此，当选择加热模式时，制冷器402可以从提供冷却切换到提供加热。
当必要时，或者当需要时，制冷器402将提供补充冷却。根据清洗气流110和返回处理气流104的当前条件(例如，温度和湿度)，以及供应给空间的供应处理气流104的理想条件，可以选择性地对制冷器402进行控制而不定期地运行。在一种实施方式中，来自制冷器402的热量可以从冷凝器408排出和/或在进入LAMEE108之前通过制冷剂-液体热交换器410传递至冷却流体114，如图6所示。冷却流体114中增加的热量将提高LAMEE108中的蒸发冷却量，此外将制冷器402中的冷凝温度保持在低水平。通过将热量排放至流体114，制冷器402可以更高的性能系数运行。或者，来自制冷器402的热量可以在另一个位置排放和/或排放至另一种媒介，例如排放至环境空气，或排放至离开蒸发冷却器LAMEE108的空气。
图7是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。如图7所示，系统100可以包括位于清洗空气室202中的蒸发冷却器LAMEE108上游的除湿LAMEE502，从而在清洗气流110在蒸发冷却器LAMEE108中蒸发冷却之前降低它的湿度。通过对清洗气流110进行预干燥，进一步提高了系统100中的冷却潜力，因为气流中的湿度可能限制通过蒸发冷却所能达到的冷却量。除湿LAMEE502还可以对清洗气流110进行预冷却，并可以取代图5所示的预调节器116。在一种替代实施方式中，除湿LAMEE502可以位于预调节器116以及蒸发冷却器LAMEE108的上游。干燥剂除湿能够使处理气流104的温度更低，输入到系统100中的能量很少。如同下面所描述的那样，增加的能量的形式可以是用于对干燥剂进行干燥的热量。
除湿LAMEE502的构造可以与蒸发冷却器LAMEE108的构造类似。但是，在一种实施方式中，除湿LAMEE502集成有干燥剂管道504，该干燥剂管道504循环液体干燥剂流体506。干燥剂流体506可以是氯化锂盐溶液(lithium chloride salt solution)或本领域中公知的其他液体干燥剂溶液。干燥剂流体506可以从LAMEE502内的清洗气流110吸收热量以及水分。可选地，干燥剂流体506从LAMEE502排放到干燥剂罐508中。可以通过液体-液体热交换器510从干燥剂罐508汲取干燥剂流体506。在热交换器510内，来自干燥剂流体506的热量可以传递至冷却流体114，冷却流体114朝着蒸发冷却器LAMEE108循环。冷却的干燥剂流体506可以再循环回到除湿LAMEE502。
干燥剂流体506的成分可以与在蒸发冷却器LAMEE108内循环的冷却流体114不同。例如，干燥剂流体506可以是氯化锂溶液，而冷却流体114可以是纯水。因此，干燥剂流体506在与冷却流体114分开的回路中循环，从而防止流体506和114混合。流体506和114之间的唯一相互作用可能是在热交换器510内，热传递在热交换器510中发生。
在运行期间，干燥剂流体506可能由于吸收的水分而稀释，降低流体506中干燥剂的浓度，因此降低除湿LAMEE502的干燥能力。冷却系统100可以包括再生系统以浓缩干燥剂流体506。再生系统可以控制除湿LAMEE502内的液体干燥剂的浓度。例如，再生系统可以被用于改变干燥剂流体506中的液体干燥剂的浓度，从而调节离开除湿LAMEE502并进入蒸发冷却器LAMEE108的清洗气流110的湿度。通过调节清洗气流110的湿度，可以改变冷却流体114和/或蒸发冷却器LAMEE108内清洗气流110的冷却量。
再生系统可以是设置在清洗空气室202中的再生LAMEE512，该清洗空气室202位于蒸发冷却器LAMEE108的下游。或者，再生系统可以远程设置。循环干燥剂流体506的干燥剂流体回路中的出口514可以清除一部分干燥剂流体506，并将流体506引导至再生系统。再生系统可以是脱水装置，从而通过加热和非加热处理，例如过滤、薄膜蒸馏、真空处理和/或化学处理将水分从干燥剂流体506除去。随着水分被除去，干燥剂流体506中的干燥剂的浓度增加。在一种实施方式中，再生系统可以是再生LAMEE512。
来自干燥剂流体506的水分可以释放到从冷却系统100排放的清洗气流110中。因此，离开冷却系统100的排出清洗气流110可能是温暖和浓密的。离开再生系统(例如，LAMEE512)的浓缩干燥剂流体506可以通过入口516重新进入干燥剂流体回路。作为使用再生系统的替代，或者在使用再生系统之外，还可以通过向干燥剂流体储存罐508中引入浓缩干燥剂来提高干燥剂流体506的浓度。
图8和图9显示了如何利用蒸发LAMEE108下游的清洗气流110，在其从冷却系统100排出之前进行额外冷却。
图8是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。图8显示了如何利用蒸发LAMEE108下游的清洗气体110在处理气流104到达冷却盘管112之前对返回处理气流104进行预冷却。冷却系统100包括空气-空气热交换器(AAHE)602，AAHE602在清洗气流110和处理气流104之间实现热传递。AAHE602可以设置为从蒸发冷却器LAMEE108回收冷却，从而提高系统效率和冷却能力。
在一种实施方式中，AAHE602可以位于沿着清洗气流110的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE108的下游的清洗空气室202内，并位于沿着处理气流104的流动方向位于冷却盘管112的上游的处理空气室228内。清洗气流110和处理气流104可以按交叉流的方向进入AAHE602。或者，所述方向可以是逆流或其他的相对方向。AAHE602可以设置为允许在气流110和104之间传递热量，但是不传递污染物或具有质量的其他颗粒或分子。例如，AAHE602可以包括位于气流110和104之间的膜障，所述膜障不可渗透，但是有利于传递热量。AAHE602可以是板式换热器、热轮、热管、回转式热量回收系统等。
例如，离开LAMEE108的清洗空气相对于95°F的室外空气温度可以冷却到80°F的温度。不再将冷却的清洗空气110排放到环境中，清洗空气110穿过AAHE062，在AAHE602中，冷却的清洗空气110从处理气流104吸收热量。穿过AAHE602的处理气流104的冷却潜力意义重大，因为温度为(举例来说)104°F的返回处理气流104在到达冷却盘管112之前可以通过AAHE602预冷却到83°F。通过这种利用排出清洗气流110实现的预冷却，能够使供应到空间中的处理气流104达到比单独使用冷却盘管112所能达到的温度更低的温度。
在一种实施方式中，冷却系统100可以具有多个旁路通道，以允许气流110和114在需要时绕过冷却系统100的各种组件。例如，位于清洗空气室202中，或沿着清洗空气室202设置的第一空气旁路通道604可以引导清洗气流110绕过预调节器116和蒸发LAMEE108。第一空气旁路通道604具有位于预调节器116上游的进气口606和位于蒸发LAMEE108下游的排气口608。进气口606和排气口608具有挡板或其他旁路装置，当蒸发LAMEE108和预调节器116对清洗气流110进行冷却时，所述挡板或其他旁路装置可以关闭，以阻止气流进入旁路通道604。位于处理空气室228中，或沿着处理空气室228设置的第二空气旁路通道610可以引导处理气流104绕过冷却盘管112。第二空气旁路通道610具有进气口612和排气口614，进气口612和排气口614各自可以具有挡板，当冷却盘管112对处理气流104进行冷却时，所述挡板限制气流进入旁路通道610。
例如，当来自室外空气的清洗气流110足够凉以对处理空气104提供充分冷却时，蒸发LAMEE108、冷却盘管112以及预调节器116可以关闭，因为不需要对清洗空气110进行额外冷却。清洗空气110可以穿过第一空气旁路通道604，处理气流104可以穿过第二空气旁路通道610，从而绕过不运行的组件。依然保持室外空气温度的清洗空气110被引导向AAHE602，冷却清洗空气110从热的返回处理气流104吸收热量，从而通过自然冷却对处理气流104进行冷却。因此，当清洗空气110足够冷却时，AAHE602可以处理全部的冷负荷。
可选地，冷却系统100可以包括一个或多个混合位置，处理气流104(其可能比清洗空气110更干燥)在所述混合位置与清洗气流110混合。通过添加更干燥的空气，降低清洗气流110的湿球温度，这可以使冷却系统100实现更低的温度。例如，处理空气104可以在清洗空气室202中在预调节器116上游和/或在预调节器和蒸发冷却器LAMEE108之间与清洗空气110混合。
冷却系统100还可以包括一个或多个补充位置，新鲜室外空气(例如，清洗空气110)在所述补充位置添加到处理空气室228内的处理气流104。某些建筑可能要求向空间中添加一定量的新鲜空气，该空气可以来自于新鲜空气单元(未显示)。例如，新鲜空气可以在任意位置添加到处理气流104中，包括在AAHE602的上游、在AAHE602和冷却盘管112之间和/或在冷却盘管112的下游。
在所示实施方式中，冷却系统100包括控制器616。控制器616可以与系统100的一个或多个组件可交流地连接。控制器616可以用于自动或半自动地调节蒸发冷却系统100的参数，从而控制提供给处理气流104的冷却(或加热)量。例如，控制器616可以设置为控制风扇206，232的输出，从而分别调节清洗气流110和处理气流104的流量。控制器616还可以控制泵226，从而调节穿过流体回路的冷却流体114的流量。此外，控制器616可以控制第一空气旁路通道604的进气口606上的挡板和第二空气旁路通道610的进气口612上的挡板，从而选择性地使气流110和104转向，绕过系统100的不同组件。
控制器616的设计细节对于本发明的主题并不关键。相反，可以使用任意合适的现成控制器616来执行这里描述的操作。控制器616可以包括任意基于处理器或基于微处理器的系统，包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、ASIC、逻辑电路或任意其他能够执行这里所描述功能的电路或处理器的系统。控制器616可以代表硬件和相关指令，例如，存储在有形永久计算机可读存储介质(例如，计算机硬盘、ROM、RAM等)上的软件，所述硬件或相关指令执行此处所描述的操作。控制器616可以是基于逻辑的装置，该装置包括电子电路。可选地，控制器616可以设置为执行一种或多种算法，从而自动地或者在操作人员协助下半自动地执行这里描述的控制功能。
图9是图1所示蒸发冷却系统100的一种实施方式的示意图。图9显示了如何利用蒸发LAMEE108下游的清洗气流110对蒸发LAMEE108上游的清洗气流110进行预冷却。例如，清洗气流110可以包括位于LAMEE108上游的清洗空气供应流110A和位于LAMEE108下游的清洗空气排出流110B。冷却系统110包括空气-空气热交换器(AAHE)702，该AAHE702允许清洗空气供应流110A将热量传递给冷的清洗排出空气110B，该清洗排出空气110B以通过蒸发LAMEE108冷却。AAHE702可以设置为从蒸发冷却器LAMEE108回收冷却，从而提高系统效率和冷却能力，降低穿过冷却盘管112的冷却流体温度。具体而言，通过使用冷却的清洗排出空气110B对清洗空气供应流110A进行预冷却，AAHE702用作预调节器。可选地，尽管在图9中未显示，但是冷却系统100可以包括单独的预调节器116(在图8中显示)，该预调节器116位于AAHE702的上游，或者位于AAHE702和LAMEE108之间。
如图9所示，清洗空气室202可以连接至LAMEE108上游的AAHE702，并且还可以折回，与AAHE702再次连接。例如，清洗空气室202的沿着清洗气流110的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE下游的下游部分是弯曲的或带有角度的之中的至少一者，从而至少接近清洗空气室202的位于LAMEE108上游的上游部分。因此，清洗空气室202可以具有α形环结构。可选地，替代空气室202的下游部分，或者在该下游部分之外，空气室202的上游部分可以弯曲或带有角度。AAHE702至少部分设置在清洗空气室202的下游部分以及上游部分内，从而允许清洗空气排出流110B在清洗空气供应流110A进入LAMEE108之前从清洗空气供应流110A吸收热量。清洗空气排出流110B可以相对于清洗空气供应流110A按交叉的方向进入AAHE702。在替代实施方式中，可以使用清洗气流110A，110B的其他方向。
α形环结构在商业应用之外还可以用于住宅应用。例如，通过利用清洗空气室202的α形环结构，可以不需要将室外空气吸入或送入建筑中，因为LAMEE108和AAHE702可以靠近室外。借助该结构，只需要在建筑内安装冷却流体管道，而不需要安装清洗空气通道。冷却流体管道向通道内的冷却盘管112提供冷却流体，所述通道再循环处理气流104。
作为将清洗空气室202弯曲成如图9所示的α形环结构的替代选择，AAHE702可以是热管，该热管穿过蒸发冷却器LAMEE108延伸，从LAMEE108的靠近排气口的后面延伸至LAMEE108的靠近进气口的前面。例如，AAHE702可以是卷绕式热管或并排式热管。AAHE702使用离开蒸发冷却器LAMEE108的排气口的冷却的清洗排出气流110B在清洗供应气流110A进入蒸发冷却器LAMEE108的进气口之前对清洗供应气流110A进行预冷却。在其他实施方式中，AAHE702可以是回转式热回收系统，该系统利用两个液体-空气热交换器，在这两个热交换器之间设置的闭合回路中泵入热传递流体(例如，乙二醇)，从而在两个气流之间传递热量。因此，一个液体-空气热交换器可以设置在蒸发冷却器LAMEE108的下游，另一个液体-空气热交换器可以设置在LAMEE108的上游，从而允许清洗空气排出流110B从清洗空气供应流110A吸收热量。
图10是根据一种实施方式的蒸发冷却方法1000的流程图。可以通过使用图1至图9中显示和描述的蒸发冷却系统100的一种或多种实施方式实现蒸发冷却方法1000。在步骤1002，清洗气流穿过设置在清洗空气室内的蒸发冷却器液体-空气薄膜能量交换器(LAMEE)。在步骤1004，处理气流穿过设置在处理空气室内的第一液体-空气热交换器(LAHE)。穿过清洗空气室的清洗气流和/或穿过处理空气室的处理空气的流量可以调节，从而改变处理气流的冷却量。例如，可以使用设置在清洗空气室和/或处理空气室中的一个或多个风扇来控制流量。可选地，当(例如，基于清洗气流和/或处理气流的当前条件)不需要蒸发冷却时，方法1000可以包括通过第一空气旁路通道使清洗气流绕过蒸发冷却器LAMEE，并通过第二空气旁路通道使处理气流绕过第一LAHE。
可选地，清洗气流中的离开蒸发冷却器LAMEE的清洗空气排出流可以被引导至设置在清洗空气室内的空气-空气热交换器(AAHE)。AAHE可以设置为额外地接收沿着处理气流的流动方向位于第一LAHE上游的处理气流或沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE上游的清洗气流中的清洗空气供应流中的至少一者。AAHE可以进一步设置为允许清洗空气排出流从处理气流或清洗空气供应流中的至少一者吸收热量，从而对至少一个气流进行预冷却。例如，AAHE可以利用离开蒸发冷却器LAMEE的冷却的清洗空气排出流为处理气流和/或清洗空气供应流提供额外冷却，而不是仅仅将清洗空气排出流排出。
在步骤1006，通过冷却流体回路在蒸发冷却器LAMEE和第一LAHE之间循环蒸发冷却流体。例如，可以引导冷却流体穿过蒸发冷却器LAMEE，从蒸发冷却器LAMEE排出的冷却流体可以被引导至第一LAHE。冷却流体回路可以设置为在冷却流体离开第一LAHE之后将冷却流体循环回蒸发冷却器LAMEE中。
可选地，循环步骤1006还可以包括将冷却流体循环至沿着冷却流体回路设置的水收集装置。水收集装置可以设置为通过第一入口接收冷却流体，通过第二入口接收水源。水收集装置可以具有膜障，该膜障设置为将冷却流体从水源分开，同时允许沿着从水源到冷却流体的方向穿过膜障传递纯水。
可选地，蒸发步骤1006还可以包括将冷却流体循环至第二LAHEE，该第二LAHE设置在清洗空气室内，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发冷却器LAMEE的上游。第二LAHE可以设置为从蒸发冷却器LAMEE或第一LAHE中的至少一者接收冷却流体，并允许冷却流体在清洗气流进入蒸发冷却器LAMEE之前从清洗气流吸收热量。
在步骤1008，冷却流体利用清洗气流在蒸发冷却器LAMEE内蒸发冷却。通过允许冷却流体蒸发到清洗气流中，蒸发冷却器LAMEE可以对冷却流体进行蒸发冷却，由此蒸发的冷却流体的蒸气进入到清洗气流中。蒸发冷却器LAMEE可以包括分开的通道，所述通道设置为接收清洗气流和冷却流体。分开的通道可以通过薄膜分离层分开，所述薄膜分离层包括半透膜。半透膜可以设置为允许热量和蒸气通过薄膜传递，而不允许固体或液体中的至少一者通过薄膜传递。
在步骤1010，在第一LAHE处从蒸发冷却器LAMEE接收冷却流体。在第一LAHE处，或在第一LAHE内，允许冷却流体从处理气流吸收热量，从而冷却处理气流。冷却的处理气流可以作为调节后的供气从第一LAHE排出，并引导至封闭空间(例如，对空间内的空气进行调节)。
可选地，蒸发冷却方法1000还可以包括引导清洗气流穿过设置在清洗空气室内的除湿LAMEE，清洗空气室在沿着清洗气流的流动方向位于蒸发LAMEE的上游。液体干燥剂流体可以穿过除湿LAMEE循环。除湿LAMEE可以设置为允许液体干燥剂流体从除湿LAMEE内的清洗气流吸收水分或热量中的至少一者，从而在清洗气流进入蒸发冷却器LAMEE之前降低清洗气流的湿度或温度中的至少一者。方法1000还可以包括选择性地调节液体干燥剂流体的浓度，从而在清洗气流进入蒸发冷却器LAMEE之前改变清洗气流的湿度或温度中的至少一者。可选地，循环步骤1006还可以包括将冷却流体循环至与冷却流体回路连接的液体-液体热交换器(LLHE)，所述冷却流体回路在沿着冷却流体的流动方向位于第一LAHE的下游。LLHE可以设置为从除湿LAMEE接收液体干燥剂流体，并且允许液体干燥剂在冷却流体进入蒸发冷却器LAMEE之前将热量传递给冷却流体。
可选地，循环步骤1006还可以包括将冷却流体循环至制冷器，该制冷器沿着冷却流体回路设置在蒸发冷却器LAMEE和第一LAHE之间。蒸发冷却方法1000还可以包括选择性地运行制冷器，从而在制冷器运行时，在冷却流体进入第一LAHE之前对冷却流体提供额外冷却。此外，当运行时，可以根据实际空气条件和理想空气条件调节制冷器输出。
上述系统的一种或多种实施方式的技术效果是比现有蒸发冷却系统和装置提供更低的冷却温度。上述系统的一种或多种实施方式的技术效果是在能够在气候各异的多个地方，在一年中的大多数时间中(例如，全年)成功运行。例如，上述系统的实施方式可以在需要降低温度的应用中成功实施，在所述应用中，传统的蒸发冷却系统由于不能达到所要求的温度而不适用。上述系统的一种或多种实施方式的技术效果是能够实现高水平的整体效率和运行效率，特别是与现有的蒸发系统相比，举例来说，现有的蒸发系统需要高能耗备份冷却装置以处理高峰负荷。此外，上述系统的一种或多种实施方式的技术效果是利用合算的系统设计实现上述冷却效率和能量效率，所述系统设计不需要昂贵的、技术复杂的和/或冗余的冷却装置。
可以理解，上面的描述是说明性的，而非限制性的。例如，上述实施方式(和/或它们的各个方面)可以互相组合在一起使用。此外，可以进行多种修改，从而使特定情况或材料适用于本发明的各种实施方式而不超出本发明的范围。虽然这里描述的材料的尺寸和类型限定了本发明的不同实施方式中的参数，但是这些实施方式绝不是限制性的，它们是示例性实施方式。在阅读以上描述的情况下，很多其他实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明的各种实施方式的范围应该参考权利要求，以及这些权利要求的同等的完整范围来确定。在权利要求中，使用的术语“包括”和“其中”是术语“包含”和“在……中”的通俗英文等价表达。此外，在权利要求中，术语“第一”，“第二”，“第三”等仅仅作为标签使用，不应理解为对它们的对象构成数字要求。此外，权利要求的特征不是以装置加功能的格式写作的，并且不应理解为基于35U.S.C.§112(f)或(pre-AIA)35U.S.C.§112(f)的第六款进行解释，除非这些权利要求的特征明确使用了短语“用于……的装置”，该短语包含功能描述而缺乏进一步的结构描述。

Claims (30)

1.一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统包括：
蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器，该蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流；
第一液体-空气热交换器，该第一液体-空气热交换器设置在处理空气室内，该处理空气室设置为引导处理气流；以及
冷却流体回路，该冷却流体回路设置为在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器和所述第一液体-空气热交换器之间循环蒸发冷却流体，
其中，所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器设置为利用所述清洗气流对所述冷却流体进行蒸发冷却，并且其中，所述第一液体-空气热交换器设置为从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器接收所述冷却流体，并允许所述冷却流体从所述处理气流吸收热量而冷却所述处理气流。
2.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其中，所述第一液体-空气热交换器设置为将所述处理气流作为调节后的供气排出，该调解后的供气被引导到封闭空间中。
3.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其中，所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器设置为引导所述冷却流体和所述清洗气流穿过被薄膜分离层分开的通道，所述薄膜分离层上包括半透膜。
4.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括第二液体-空气热交换器，该第二液体-空气热交换器设置在所述清洗空气室内，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的上游，所述第二液体-空气热交换器设置为从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器或所述第一液体-空气热交换器中的至少一者接收所述冷却流体，并允许在所述冷却流体和所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器上游的所述清洗气流之间进行热传递。
5.根据权利要求4所述的蒸发冷却系统，其中，所述冷却流体回路设置为在第一路径和第二路径之间划分离开所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的所述冷却流体，所述第一路径将第一路冷却流体引导至所述第一液体-空气热交换器，所述第二路径将第二路冷却流体引导至所述第二液体-空气热交换器。
6.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其中，所述冷却流体包括水、液体干燥剂或乙二醇中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括沿着所述冷却流体回路设置的水收集装置，所述水收集装置设置为通过第一入口接收所述冷却流体，并通过第二入口接收水源，所述水收集装置具有膜障，该膜障设置为将所述冷却流体从所述水源分开，同时允许纯水穿过所述膜障从所述水源传递到所述冷却流体中。
8.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其中，所述第一液体-空气热交换器是第二蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器。
9.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括沿着所述冷却流体回路设置在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器和所述第一液体-空气热交换器之间的制冷器，所述制冷器选择性地运行，以当所述制冷器运行时，在所述冷却流体进入所述第一液体-空气热交换器之前为所述冷却流体提供额外冷却。
10.根据权利要求9所述的蒸发冷却系统，其中，所述制冷器设置为通过冷凝器将热量排放至所述冷却流体，所述冷凝器在沿着所述冷却流体的流动方向设置在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的上游。
11.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括除湿液体-空气膜能量交换器，所述除湿液体-空气膜能量交换器设置在所述清洗空气室内，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的上游，所述除湿液体-空气膜能量交换器设置为循环液体干燥剂流体，从而允许流经所述除湿液体-空气膜能量交换器的清洗气流在进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前降低湿度或温度中的至少一者。
12.根据权利要求11所述的蒸发冷却系统，其中，所述除湿液体-空气膜能量交换器设置为将所述液体干燥剂流体排放至与所述冷却流体回路连接的液体-液体热交换器，所述液体-液体热交换器设置为在所述冷却流体进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前将热量从所述液体干燥剂流体传递至所述冷却流体回路中的所述冷却流体。
13.根据权利要求11所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括通过干燥剂管道与所述除湿液体-空气膜能量交换器连接的再生系统，所述再生系统设置为通过所述干燥剂管道接收液体干燥剂流体，并通过加热、过滤、薄膜蒸馏或真空处理中的至少一者从所述液体干燥剂流体除去水分，从而提高所述液体干燥剂流体内的干燥剂的浓度。
14.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括空气-空气热交换器，该空气-空气热交换器设置在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的下游的所述清洗空气室内，并设置在沿着所述处理气流的流动方向位于所述第一液体-空气热交换器的上游的所述处理空气室内，所述空气-空气热交换器设置为接收所述清洗气流和所述处理气流，并允许所述清洗气流在所述处理气流进入所述第一液体-空气热交换器之前从所述处理气流吸收热量。
15.一种蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统包括：
蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器，该蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器设置在清洗空气室内，该清洗空气室设置为引导清洗气流，所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器设置为通过进气口接收清洗空气供应流，并通过排气口排出清洗空气排出流，所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器还设置为通过流体入口接收蒸发冷却流体，并通过允许所述冷却流体蒸发到清洗气流中而对所述冷却流体进行蒸发冷却；
冷却流体回路，该冷却流体回路设置为在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器和第一液体-空气热交换器之间循环所述冷却流体，所述第一液体-空气热交换器设置在处理空气室内，所述处理空气室设置为引导处理气流，所述第一液体-空气热交换器设置为从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器接收所述冷却流体，并允许所述冷却流体从所述处理气流吸收热量而冷却所述处理气流；以及
空气-空气热交换器，该空气-空气热交换器设置在所述清洗空气室内，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的下游，所述空气-空气热交换器设置为接收清洗空气排出流，并允许所述清洗空气排出流从沿着所述处理气流的流动方向位于所述第一液体-空气热交换器上游的处理气流或位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器上游的清洗空气供应流中的至少一者中吸收热量，而分别冷却所述处理气流和所述清洗空气供应流。
16.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，其中，所述空气-空气热交换器设置在所述清洗空气室和所述处理空气室内，所述处理空气室在沿着所述处理气流的流动方向位于第一液体-空气热交换器上游的位置处，所述空气-空气热交换器设置为允许所述清洗空气排出流在所述处理气流进入所述第一液体-空气热交换器之前从所述处理气流吸收热量。
17.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，其中，所述清洗空气室的沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器下游的下游部分是弯曲的或带有角度的之中的至少一者，而至少接近所述清洗空气室的位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器上游的上游部分，所述空气-空气热交换器设置在所述清洗空气室的所述下游部分以及所述清洗空气室的所述上游部分内，以允许所述清洗空气排出流在所述清洗空气供应流进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前从所述清洗空气供应流吸收热量。
18.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，其中，所述空气-空气热交换器穿过所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器延伸，从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的后面延伸至所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的前面，所述空气-空气热交换器设置为在所述清洗空气供应流通过所述进气口进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前从所述清洗空气供应流吸收热量。
19.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，其中，所述空气-空气热交换器是热轮、热管、板式换热器或回转式热回收系统中的至少一者。
20.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，其中，所述第一液体-空气热交换器设置为将所述处理气流作为调节后的供气排出，该调解后的供气被引导到封闭空间中。
21.根据权利要求15所述的蒸发冷却系统，该蒸发冷却系统还包括第二液体-空气热交换器，该第二液体-空气热交换器设置在所述清洗空气室内，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的上游，所述第二液体-空气热交换器设置为从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器或所述第一液体-空气热交换器中的至少一者接收所述冷却流体，并允许在所述冷却流体和所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器上游的所述清洗气流之间进行热传递。
22.一种蒸发冷却方法，该蒸发冷却方法包括：
引导清洗气流穿过设置在清洗空气室内的蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器；
引导处理气流穿过设置在处理空气室内的第一液体-空气热交换器；
通过冷却流体回路在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器和所述第一液体-空气热交换器之间循环蒸发冷却流体；
利用所述清洗气流对所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器内的冷却流体进行蒸发冷却；以及
在所述第一液体-空气热交换器从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器接收所述冷却流体，其中，所述接收操作包括允许所述冷却流体从所述处理气流吸收热量，而冷却所述冷却气流。
23.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，该方法还包括将所述处理气流作为调节后的供气从所述第一液体-空气热交换器排出，并将所述调节后的供气引导至封闭空间。
24.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，其中，所述蒸发冷却操作包括允许所述冷却流体蒸发到所述清洗气流中。
25.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，其中，所述循环操作还包括将所述冷却流体循环至第二液体-空气热交换器，该第二液体-空气热交换器设置在所述清洗空气室内，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的上游，所述第二液体-空气热交换器设置为从所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器或所述第一液体-空气热交换器中的至少一者接收所述冷却流体，并允许所述冷却流体在所述清洗气流进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前从所述清洗气流吸收热量。
26.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，该方法还包括将所述清洗气流中的离开所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器的清洗空气排出流引导至设置在所述清洗空气室内的空气-空气热交换器，该空气-空气热交换器设置为额外地接收沿着所述处理气流的流动方向位于所述第一液体-空气热交换器上游的处理气流或沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器上游的所述清洗气流中的清洗空气供应流中的至少一者，所述空气-空气热交换器还设置为允许所述清洗空气排出流从所述处理气流或所述清洗空气供应流中的至少一者吸收热量，以对至少一个气流进行预冷却。
27.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，该方法还包括：引导所述清洗气流穿过设置在所述清洗空气室内的除湿液体-空气膜能量交换器，所述清洗空气室在沿着所述清洗气流的流动方向位于所述蒸发液体-空气膜能量交换器的上游；循环液体干燥剂流体，使其穿过所述除湿液体-空气膜能量交换器，以允许所述液体干燥剂流体从所述除湿液体-空气膜能量交换器内的所述清洗气流吸收水分或热量中的至少一者；以及选择性地调节所述液体干燥剂流体的浓度，以在所述清洗气流进入所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器之前改变所述清洗气流的湿度或温度中的至少一者。
28.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，其中，所述循环操作还包括将所述冷却流体循环到制冷器，该制冷器沿着所述冷却流体回路设置在所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器和所述第一液体-空气热交换器之间，所述蒸发冷却方法还包括选择性地运行所述制冷器，以当所述制冷器运行时在所述冷却流体进入所述第一液体-空气热交换器之前为所述冷却流体提供额外冷却。
29.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，该方法还包括利用一个或多个风扇调节穿过所述清洗空气室的所述清洗气流或穿过所述处理空气室的所述处理气流中的至少一者的流速，从而改变所述处理气流的冷却量。
30.根据权利要求22所述的蒸发冷却方法，该方法还包括当基于所述清洗气流或所述处理气流中的至少一者的当前条件确定不需要蒸发冷却时，通过第一空气旁路通道使所述清洗气流绕过所述蒸发冷却器液体-空气膜能量交换器，并通过第二空气旁路通道使所述处理气流绕过所述第一液体-空气热交换器。
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