CN113874665A - 蒸发冷却器的干模式和湿模式模式控制 - Google Patents

蒸发冷却器的干模式和湿模式模式控制 Download PDF

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Abstract

一种混合蒸发冷却器系统可以包括蒸发冷却器、冷却盘管和控制器。蒸发冷却器可以位于气流中并且冷却盘管可以位于蒸发冷却器下游的气流中。冷却盘管可以被配置为从源接收过程流体。控制器可以被配置为在离开过程流体温度设定点大于最低供应流体温度的条件下，以干模式运行混合蒸发冷却器系统。

Description

蒸发冷却器的干模式和湿模式模式控制
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年12月20日提交的，标题为“EVAPORATIVE COOLER WETAND DRY MODE CONTROL”的Abdel-Salam美国专利申请序列号为62/782,944(代理人案卷编号为5991.064PRV)的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。
背景技术
蒸发冷却器是各种加热通风和空气调结(HVAC)应用中常用的系统。蒸发冷却器从源例如建筑物或附近的HVAC设备接收过程流体，冷却过程流体，并将过程流体返回到源或其他设备。蒸发冷却器使用显热和潜热(或蒸发)冷却以正常运行模式(湿模式)冷却过程流体。一些蒸发冷却器，例如混合蒸发冷却器，能够以第二模式(例如干模式)冷却过程流体。在干模式下，蒸发冷却器只能通过强制传导使用显热冷却来冷却过程流体。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似数字可能代表相似部件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体示出了本文件中讨论的各种实施例。
图1示出了根据本公开的至少一个示例的系统的示意图。
图2示出了根据本公开的至少一个示例的系统的示意图。
图3示出了根据本公开的至少一个示例的系统的示意图。
图4示出了根据本公开的至少一个示例的系统的示意图。
图5示出了根据本公开的至少一个示例的操作系统的方法的示意图。
具体实施方式
一些蒸发冷却器，例如混合蒸发冷却器，能够以干模式或湿模式冷却过程流体。控制器可用于确定何时切换模式。从干模式切换到湿模式可以是相对简单的。在以干模式运行蒸发冷却器期间，随着室外空气温度升高，风机速度最终将达到最大速度。当供应过程水温度未能满足(当供应过程水温度高于设定点时)且达到最大风机速度时，达到最大可用显热冷却，并且可以启用湿模式进一步冷却过程水或其他流体以满足设定点。
然而，从湿模式到干模式的最佳切换可能相对更困难。这部分是因为许多变量会影响蒸发冷却器的性能，例如环境干球和湿球温度、进水温度、冷却盘管的状况、工作水的流量和/或其他特性。下面讨论了HVAC行业中使用的两种方法，用于控制混合蒸发冷却装置中从湿模式到干模式的切换。
第一种方法使用已确定的室外空气干球温度作为从湿模式切换到干模式的设定点。当室外空气干球温度低于设定点时，控制器禁用工作流体或再循环泵以在干模式下运行冷却器。第二种方法使用风机速度信号来控制切换到干模式。当风机在湿模式下达到其最低速度时，控制器可以切换到干模式。这些方法的缺点是，在这两种情况下，蒸发冷却器可能会在湿模式下继续运行比实际需要的时间更长的时间，这会导致在湿模式下使用的水比所需的更多。
本公开提供了可以确定何时从湿模式切换到干模式的建议控制策略和系统。在一个示例中，蒸发冷却器系统可以包括控制器，该控制器被配置为在蒸发冷却器仍处于湿模式时确定在干模式下可以由蒸发冷却器产生的最低水温。控制器可以使用蒸发冷却器盘管的理论或经验模型来确定由冷却盘管可以产生的最低过程水温度。在一些示例中，控制器可以使用来自蒸发冷却器的传感器的输入来确定模型的最低水温。输入可以是例如入口和出口过程水的温度、过程水流量、空气入口温度和空气出口温度。
这种系统和控制方法可以提高蒸发冷却器的用水效率，延长湿介质和与其相关的其他机械设备(例如泵、过滤器、粗滤器)的使用寿命，由于相关的水使用度的减少而降低水处理要求，增加湿介质和所有与其相关的机械设备的停机时间，这样能够更方便地进行预防性和纠正性维护，并可以降低混合蒸发冷却器的总拥有成本。
在一些示例中，可以考虑热交换器例如由于结垢随时间的退化调整系统控制，以帮助确保在设备的整个寿命期间在最佳室外空气温度下发生从湿模式到干模式的改变。
图1示出了根据本公开的至少一个示例的蒸发冷却器系统的示意图。系统100可以包括蒸发冷却器102、控制器104、冷却盘管106、风机108和再循环泵110、过程流体泵112、过程流体源114、入口空气温度传感器116、出口空气温度传感器118、过程流体流量传感器120、过程流体入口温度传感器122和过程流体出口温度传感器124。图1中还示出了过程入口流体126、过程流体127、过程出口流体128、入口空气130、调节空气131、出口空气132、工作流体(再循环流体)134和空气流量传感器144。
蒸发冷却器102可以是被配置为使用工作空气和工作水或流体中的一种或多种来冷却过程流体的蒸发冷却器。蒸发冷却器102可以是位于冷却盘管106上游的混合蒸发冷却器，例如在包括湿介质的示例中。蒸发冷却器102的湿介质可以是任何设计，例如膜式空气到液体交换器、降膜交换器、填充介质交换器或使用蒸发冷却来冷却空气流的其他湿介质设计。在一些示例中，蒸发冷却器102和冷却盘管106可以组合在单个热交换器中。
在一些示例中，蒸发冷却器102可以是液体到空气膜能量交换器(LAMEE)以在液体干燥剂和空气流之间传递热量和水分以调节流过LAMEE的空气的温度和湿度。LAMEE中的膜可以是对水具有选择渗透性的无孔膜，但对形成液体干燥剂的其他成分不具有选择渗透性。许多不同类型的液体干燥剂可以与无孔膜结合使用，包括例如乙二醇。无孔膜可以使使用干燥剂(例如乙二醇)成为可能，这些干燥剂之前已被确定在这些类型的应用中是不可接受的或非期望的。在一个示例中，LAMEE中的膜可以是半渗透的或蒸气可渗透的，并且通常气相中的任何物质都可以通过该膜，并且通常液相中的任何物质都不能通过该膜。在一个示例中，LAMEE中的膜可以是微孔的，使得一种或多种气体可以通过该膜。在一个示例中，该膜可以是选择性渗透膜，使得一些成分可以通过该膜，而其他成分不能。应当认识到，包括在本文公开的调节装置中的LAMEE可以使用适合与蒸发冷却器LAMEE一起使用的任何类型的膜。
在一个示例中，LAMEE或交换器可以使用可渗透蒸气的柔性聚合物膜来分离空气和水。与其他调节系统相比，通过LAMEE的水流量可能不受空气流中水滴携带问题的限制。LAMEE可以利用进入LAMEE的水在高温和高流量下运行，并因此可用于使用潜热释放(蒸发)从水流中排出大量热量。
循环通过LAMEE或交换器的冷却流体可以包括水、液体干燥剂、乙二醇、其他吸湿性流体、其他蒸发液体和/或它们的组合。在一个示例中，冷却流体是低浓度盐溶液的液体干燥剂。盐的存在可以对冷却流体进行消毒，以防止微生物生长。此外，干燥剂盐会影响溶液的蒸气压，并允许冷却流体释放或吸收空气中的水分。液体干燥剂的浓度可出于控制目的进行调节，以控制LAMEE或交换器内的净化用空气或冷却流体的冷却量。
膜交换器可以比其他类型的蒸发冷却器具有一些优势。例如，LAMEE可以消除或减轻传统冷却塔或包括直接接触蒸发装置的其他系统的维护要求和问题，直接接触蒸发装置中水与被蒸发的水饱和的空气流直接接触。例如，LAMEE的膜屏障抑制或禁止污染物和微生物在空气和液体流之间的转移，以及抑制或禁止固体在水和空气之间的转移。将LAMEE与上游或下游冷却盘管一起使用可导致离开LAMEE的水温降低，冷却势更高。具有LAMEE的冷却系统的各种配置可以在许多气候下提高性能。更高的冷却势和性能可以导致冷却系统中的空气流量和风机功耗降低，这是液体冷却系统中的能耗的主要来源。在热负载来自数据中心的示例中，这可以提高数据中心冷却系统的整体效率。
冷却盘管106可以是被配置为在过程流体(127)、空气(130、131、132)和工作流体134之间交换热量的热交换器。在一些示例中，冷却盘管106可以包括用于在流体之间传递热量的管和/或散热片，并且可以包括蒸发介质，该蒸发介质被配置为在其上接收工作流体134并将工作流体134蒸发到空气(130、132)中以通过工作流体134的蒸发潜热将热量从过程流体(126、128)传递到空气(130、132)。
控制器104可以是可编程控制器，例如单板或多板计算机、直接数字控制器(DDC)或可编程逻辑控制器(PLC)。在其他示例中，控制器104可以是任何计算设备，例如手持计算机，例如智能手机、平板电脑、膝上型计算机、台式计算机，或包括处理器和无线或有线通信能力的任何其他计算设备。尽管到控制器的连接被示为单向，但是在控制器104和连接至其的部件之间可以在双向发生通信。各种部件可以经由电线、光缆和/或无线方式连接。尽管控制器104被讨论为电子控制器，但是控制器104可以是其他类型的控制器，例如气动控制器。
风机108可以是被配置为促使空气流动的一个或多个风机或泵。风机108可以是轴向的、离心的(塞子)等，并且可以位于或连接到冷却盘管106上游或下游的空气通道或腔室。
再循环泵110可以是流体泵(例如水泵或乙二醇泵)，其被配置为将流体泵送到蒸发冷却器102以润湿蒸发冷却器102的蒸发介质。在一些示例中，泵110可以连接到可以收集来自盘管的流出物的盆、排放盘、罐或集水槽。在一些示例中，蒸发冷却器106可以从以重力供给布置的罐接收流体。在一些示例中，再循环泵110可以是正排量泵或旋转泵，例如离心泵，其被配置为将流体泵送到蒸发冷却器102的顶部用于穿过蒸发冷却器102并沿蒸发冷却器102向下分配。在其他示例中，流体可以被泵送到蒸发冷却器102的其他部分用于分配。在一些示例中，再循环泵110可以电连接到控制器104，使得控制器可以控制再循环泵110的运行，例如再循环泵110是打开还是关闭以及再循环泵110以什么速度运行。
类似地，过程流体泵112可以是流体泵(例如水泵或乙二醇泵)，其被配置为将过程流体127从源114泵送到冷却盘管106并返回到源。包括源114、冷却盘管106和过程流体泵112的回路可以包括各种其他部件，例如阀门、粗滤器、空气分离器、膨胀罐、其他热交换器等。过程流体泵112可以是正排量泵或旋转泵，例如被配置为通过过程流体回路泵送水的离心泵。在一些示例中，过程流体泵112可以电连接到控制器104，使得控制器可以控制过程流体泵112的运行，例如过程流体泵112是打开还是关闭以及过程流体泵112以什么速度运行。
过程流体源114可以是被配置为使用过程流体127的一件设备。例如，过程流体源114可以是具有空气通道的冷却盘管、计算机房空气调节(CRAC)装置、冷梁、风机盘管等。过程流体源114可以从过程流体出口128接收冷流体或冷却流体，将热量传递给过程流体127并将过程流体127排放到过程流体泵112。
入口空气温度传感器116可以位于入口空气流130中并且可以被配置为基于入口空气流130的干球和/或湿球温度产生入口温度信号。在一些示例中，空气温度传感器116可以测量(或可以有效地测量)环境空气温度。入口空气温度传感器116可电连接至控制器104并被配置为向其传输入口温度信号。入口空气温度传感器116和出口空气温度传感器118中的每一个可以是任何类型的温度传感器，例如热敏电阻、热电偶、电阻温度检测器、湿芯、冷镜传感器、电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器等。
类似地，出口空气温度传感器118可以位于出口空气流132中并且可以被配置为基于出口空气流132的干球和/或湿球温度产生出口温度信号。出口空气温度传感器118可以电连接到控制器104并且被配置为向其传输出口温度信号。
过程流体流量传感器120可以连接到过程流体回路，例如在过程流体入口126附近的冷却盘管106的上游。过程流体流量传感器120可以是任何类型的流量或压力传感器，例如差压传感器、科氏力(Coriolis)传感器、桨传感器、桨轮传感器等。过程流体流量传感器120可以被配置为基于通过冷却盘管106的过程流体127的流量产生流量信号。过程流体流量传感器120可以连接到控制器104以向其传输过程流体流量信号。
过程流体入口温度传感器122可连接到过程流体回路，例如过程流体入口126中冷却盘管106的上游。过程流体入口温度传感器122可以被配置为基于过程流体127在冷却盘管106的过程流体入口126处的温度产生过程流体入口温度信号。过程流体入口温度传感器122可以连接到控制器104以向其传输过程流体入口温度信号。过程流体入口温度传感器122和过程流体出口温度传感器124可以是任何类型的流体温度传感器，或者在热电偶套管中，耦合到过程流体回路的管道，或者与过程流体直接接触，例如热敏电阻、热电偶、电阻温度检测器等。
过程流体出口温度传感器124可以连接到过程流体回路，例如过程流体出口128中冷却盘管106的下游。过程流体出口温度传感器124可以被配置为基于过程流体127在冷却盘管106的过程流体出口128处的温度产生过程流体出口温度信号。过程流体出口温度传感器124可以连接到控制器104以向其传输过程流体出口温度信号。
在蒸发冷却器以可以被称为绝热模式的第一湿模式运行时，过程流体泵112可以打开并且泵送流体通过冷却盘管闭合回路中的冷却盘管106。再循环泵110可以打开并且将流体泵送至蒸发冷却器闭合回路中的蒸发冷却器102的蒸发介质。风机108可以打开并且将空气流输送到蒸发冷却器102，该空气流可以随后至冷却盘管106。工作流体134可以蒸发到入口空气130中以绝热地调节入口空气130以产生经调节的空气131。经调节的空气131可以具有降低的干球温度和较高的湿度水平，而总焓可保持恒定，其中经调节的空气131可以具有比入口空气130更大的显热冷却能力。
经调节的空气131可被输送到冷却盘管106，其中经调节的空气131可从过程流体127接收热量以经由冷却盘管106冷却过程流体127，从而在过程流体出口128处提供具有过程流体设定点或目标的温度的过程流体127。当控制器104确定蒸发冷却器102可以从湿模式切换到干模式时，控制器可以发送信号以禁用再循环泵110并且可以根据需要调节风机108的速度以维持过程流体设定点或目标。
如控制器104内所示，控制器104可以执行步骤136以确定最低供水温度(SWTmin)是否小于过程流体设定点(PCW设定点)，其中SWTmin是冷却盘管106当以干模式运行时在给定环境温度或给定入口空气温度下可以输送的过程流体的最低温度。当已知冷却盘管106可以接收的最大空气流量时，可以执行这样的计算。“过程流体设定点”或“过程调节水(PCW)设定点”在本文中也称为“离开过程流体温度设定点”。该温度设定点是离开冷却盘管106的(例如，在其流体出口处)流体的目标或期望温度。如上所述，入口空气温度可以经由入口空气温度传感器116传输到控制器。在使用环境温度计算SWTmin的示例中，可以使用额外的室外或环境温度传感器。
当SWTmin小于过程流体温度设定点为真时，控制器可以在步骤140启用干模式(在一个示例中，通过锁定或禁用蒸发冷却器102)，因为控制器104已经确定干模式应提供所需的在设定点的过程水温度。当SWTmin小于过程流体设定点不为真时，控制器104可以在步骤138维持湿模式。通过包括尽可能使用干模式的能力，系统100可以帮助使流体使用度最小化，有助于节约用水。下面更详细地讨论由控制器104确定何时切换到干模式。
在一些示例中，控制器104可以在系统100正在以干模式运行时(或当蒸发冷却器102未被启用时)，并且当SWTmin小于过程流体设定点不为真时计算SWTmin，并且当来自温度传感器124的过程流体出口温度信号指示冷却盘管106的过程流体出口128处的过程流体127的温度实际上等于或低于PCW设定点时，控制器104可以在步骤138维持干模式。在这种情况下，控制器104可以更新用于确定SWTmin的理论模型。
在一些示例中，控制器104可以包括理论模型以预测在任何可用运行条件下对于环境(室外)或入口空气温度由在干模式下的系统100可以实现的SWTmin。例如，控制器104可以预测风机108的最大速度和/或最低或最大空气流量下的SWTmin。在一些示例中，控制器104可以预测在由空气流量传感器144测量的任何流量下的SWTmin。理论模型可以是使用热传递和流体力学方程来确定冷却盘管106在某些条件下的性能的计算模型。
控制器104可以附加地或替代地包括经验模型。这种模型可以是基于在实验室中和/或在另一系统的冷却盘管106或类似冷却盘管的运行期间进行的测量而开发的冷却盘管106的性能模型。在一些示例中，可以在冷却盘管106以干模式运行期间更新经验模型。
控制器104可以使用经验模型和/或理论模型以及一个或多个输入来确定SWTmin。例如，控制器104可以使用来自过程流体入口温度信号、过程水出口温度信号、入口空气温度信号、出口空气温度信号、空气流量信号(下面讨论)和/或过程水流量信号的数据，并将数据输入到理论模型和/或经验模型并输出SWTmin。一旦控制器104已经计算出SWTmin，控制器104就可以确定干模式运行是否可以提供具有满足设定点或目标温度的离开温度的过程水。
可以在控制器104处从过程水入口温度传感器122接收过程水入口温度信号；可以在控制器104处从过程水出口温度传感器124接收过程水出口温度信号；可以在控制器104处从入口空气温度传感器116接收入口空气温度信号；可以在控制器104处从出口空气温度传感器118接收出口空气温度信号；以及，可以在控制器104处从过程水流量传感器120接收过程水流量信号。
在一些示例中，仅空气侧输入(空气温度)可用于确定SWTmin。在一些示例中，仅水侧输入(过程流体温度和/或流量)可用于确定SWTmin。在一些示例中，可以使用空气和过程流体信号的组合。在一个示例中，入口空气温度信号、入口过程流体温度信号和/或出口过程流体温度信号可以与理论模型和/或经验模型一起使用以确定SWTmin。
在期望使用需要较少计算能力的控制器的一些示例中，可以基于理论模型和/或经验模型创建查找表或回归相关性，并且该表或相关性可以包括在控制器104中。控制器104然后可以使用一个或多个输入来查找SWTmin以确定何时切换到干模式。
因为冷却盘管106的热性能会由于运行因素(例如结垢、腐蚀)而随时间改变，所以冷却盘管106的实际性能会偏离针对洁净盘管开发的理论和/或经验模型。为了校正在冷却盘管106的寿命期间的性能退化，可以更新冷却盘管106的热性能。理论和/或经验模型的更新可以基于时间和/或基于从每个信号保存的数据来完成，其中信号可以存储为数据并且可以用于测量冷却盘管106在各种条件下的热性能。数据和热性能可以用于更新查找表，并且可以基于考虑到冷却盘管106的热性能退化的人工神经网络和深度学习工具被更新。
此外，数据可以从一个或多个传感器被收集，例如入口空气温度传感器116、出口空气温度传感器118、过程流体流量传感器120、过程流体入口温度传感器122和/或过程流体出口温度传感器124和/或以上或以下讨论的任何其他传感器。人工神经网络和/或深度学习工具可以使用来自传感器的数据来更新用于确定SWTmin的模型。
图2示出了根据本公开的至少一个示例的蒸发冷却器系统100A的示意图。系统100A的任何部件都可以包括在上面和下面讨论的系统中。
系统100A可以包括蒸发冷却器102、控制器104、冷却盘管106、风机108、再循环泵110、过程流体泵112、过程流体源114、入口空气温度传感器116、出口空气温度传感器118、过程流体流量传感器120、过程流体入口温度传感器122和过程流体出口温度传感器124。图2中还示出了过程入口流体126、过程流体127、过程出口流体128、入口空气130、经调节的空气131、出口空气132、工作流体(再循环流体)134和空气流量传感器144。
系统100A可以类似于图1的系统100，除了工作流体134和过程流体127的回路可以连接(与工作流体134和过程流体127回路可以隔离的绝热模式相反)以将流体从冷却盘管106串行输送到蒸发冷却器102。在一些示例中，系统100A可以与系统100相同，其中流体流量的变化由一个或多个流体回路中的阀门执行。
在系统100A以可以被称为蒸发模式的第二湿模式运行中，过程流体泵112可以打开并且泵送流体通过冷却盘管106。过程流体127可以被经调节的空气131冷却以产生冷却的过程流体127。冷却的过程流体127然后可以被输送到蒸发冷却器102。工作流体134(其可与过程流体127相同)可被输送至蒸发冷却器102以通过蒸发冷却器102，例如蒸发冷却器102的介质，其中过程流体127的一部分可被蒸发到入口空气130中以冷却入口空气130以产生经调节的空气131(如上文关于系统100所述)并且过程流体127可由蒸发冷却器冷却。离开蒸发冷却器102的过程流体127可被输送到过程流体出口128，以提供在满足过程流体设定点或目标的温度下的过程流体127，从而过程流体127随后可被输送到源114。在蒸发湿模式的一些示例中，取决于运行条件，离开冷却盘管106的流体的一部分可以与离开蒸发冷却器102的流体混合以在过程流体设定点或目标的温度下输送到源114。
在空气侧，风机108可以打开并且将空气流输送到蒸发冷却器102和冷却冷却器106。工作流体134可以冷却入口空气130以产生经调节的空气131，该经调节的空气131可以输送到冷却盘管106以用于冷却过程流体127。
在蒸发湿模式中，当控制器104确定蒸发冷却器102可以从湿模式切换到干模式时，控制器可以向过程流体泵112和回路的阀门发送信号以引导流体流仅通过冷却盘管106，并且可以根据需要调节风机108的速度，以维持过程流体设定点或目标。如在控制器104内所示，控制器104可以执行步骤136以确定SWTmin是否小于PCW设定点，以确定何时应该切换到干模式，如上文关于图1所讨论的。
图3示出了根据本公开的至少一个示例的蒸发冷却器系统100B的示意图。系统100A的任何部件都可以包括在上面和下面讨论的系统中。
系统100B可以包括蒸发冷却器102、控制器104、冷却盘管106、风机108和再循环泵110、过程流体泵112、过程流体源114、入口空气温度传感器116、出口空气温度传感器118、过程流体流量传感器120、过程流体入口温度传感器122和过程流体出口温度传感器124。图3中还示出了过程入口流体126、过程流体127、过程出口流体128、入口空气130、经调节的空气131、出口空气132、工作流体(再循环流体)134、预冷却盘管142和空气流量传感器144。
系统100B可以类似于图1的系统100，除了该系统可以包括预冷却盘管142。预冷却盘管142可以是被配置为在流体和空气之间交换热量的热交换器。在一些示例中，预冷却盘管142可以包括用于在流体之间传递热量的管和/或散热片。预冷却盘管142可被配置为从再循环泵110(和/或从过程流体泵112)接收工作流体134(和/或过程流体)以通过预冷却盘管142的管，使得工作流体134可以从风机108输送的空气明显地接收热量。空气可以由预冷却盘管142调节(例如冷却)并且可以作为预冷空气输送到蒸发冷却器102以增加系统100B的总冷却能力。在一些示例中，除了工作流体134之外的流体可以被输送到预冷却盘管。在一些示例中，离开预冷却盘管的工作流体134可以被输送到蒸发冷却器102。
系统100B还可以包括空气流量传感器144，其可以是被配置为测量通过预冷却盘管142、蒸发冷却器104和冷却盘管106的空气的体积(或质量)流量的传感器。风机流量传感器可以连接到控制器102并且被配置为基于检测到的空气流(例如在入口空气130、经调节的空气131和/或出口空气132)的流量向控制器102传送空气流量信号。在一些示例中，控制器102可以使用空气流量信号来确定SWTmin。尽管空气流量传感器144被示为在预冷却盘管142和蒸发冷却器102之间，但是空气流量传感器144可以定位在空气流(130、131、132)中的任何地方。虽然没有关于系统100和100A进行讨论，但如图1和图2所示，任一系统都可以包括空气流量传感器144。
在蒸发冷却器以可以被称为超蒸发模式的第三湿模式运行中，过程流体泵112可以打开并泵送流体通过冷却盘管106，其中过程流体127可被经调节的空气131冷却，以在过程流体出口128处提供具有过程流体设定点或目标的温度的过程流体127，其中过程流体127然后可被输送到源114。
在一些示例中，来自冷却盘管106的过程流体的一部分可以被输送到蒸发冷却器102并且可以被蒸发到入口空气流130中以产生经调节的空气131。在一些示例中，再循环泵110可以提供全部或部分流向蒸发冷却器102的流体。离开蒸发冷却器102的一些或全部流体可以在过程流体出口128处(在一些示例中与离开冷却盘管106的流体混合)提供具有过程流体设定点或目标的温度的过程流体127，其中过程流体127然后可以被输送到源114。在其他示例中，离开蒸发冷却器102的一些或全部流体可以被输送到预冷却盘管142。预冷却盘管可以使用来自蒸发冷却器102和/或再循环泵110的流体来预冷却入口空气130。离开预冷却盘管142的流体可以以过程流体设定点或目标的温度输送到过程流体出口128(并且在一些示例中可以与离开冷却盘管106和/或蒸发冷却器102的流体混合)，其中过程流体127然后可以输送到源114。在空气侧，风机108可以打开并将空气流输送到预冷却盘管142、蒸发冷却器102，然后到冷却盘管106。
当控制器104确定蒸发冷却器102可以从湿模式切换到干模式时，控制器可以发送信号以禁用再循环泵110并且可以根据需要调节风机108的速度，以维持过程流体设定点或目标。在这种切换期间，可以使用旁通阻尼器将气流转向绕过预冷却盘管142，以减少不必要的空气侧压降，从而节省风机电机功率。如在控制器104内所示，控制器104可以执行步骤136以确定SWTmin是否小于PCW设定点，以确定何时应该切换到干模式，如上文关于图1所讨论的。
图4示出了根据本公开的至少一个示例的蒸发冷却器系统400的示意图。在一些示例中，蒸发冷却器系统400的任何部件可以包括在上述系统100、100A和100B中的任何一个中。在一些示例中，系统400可以包括混合模式操作，而不是完全在绝热模式和蒸发模式的不同操作模式之间切换。这种混合模式操作可以包括以不同的比率将绝热模式和蒸发模式混合在一起以控制模式转变并保持最佳水效率。模式之间的转换可能涉及装置运行状态的显著变化，并且可能难以控制或避免供水温度的波动。从绝热模式到蒸发模式的转变可能涉及水的突然混合或冷却能力的突然增加，因为蒸发冷却器开始接收更温暖的水并且蒸发率显著增加。这会导致风机速度从全速(在绝热模式的极限)调节到蒸发模式下的低速，以防止过度冷却。在使用多个冷却装置的示例中，随着系统400上的冷却负载增加(当针对给定的设施热负载选择较少的调节装置时)，系统400可以在绝热模式下花费最少的时间并切换到蒸发模式，其中它可以开发足够的冷却能力。相对于绝热模式，蒸发模式在水使用度方面效率较低，并且耗水量会增加。
在混合模式下的操作可以包括监测和改变从冷却盘管(RC)420到储水罐428的第一和第二部分的回流过程水的比率，并且第一和第二部分可以至少部分地彼此分开。混合模式操作可以涉及改变来自冷却盘管(RC)420的回流过程水到罐428的两个泵吸入室和对应的泵吸入口(例如图4的泵430和432)的分配，并且因此改变温水和冷水的经由泵430进入泵送的冷水供应(到热负载492)和经由泵432进入泵送的再循环水(到蒸发冷却器418)的混合比。阀门(诸如三通阀494)可分别控制进入泵430、432(P-1、P-2)的吸入口的热回流水比例。尽管系统400示出了一个三通阀来控制比例，但在其他示例中可以使用两个二通阀来控制分别进入泵430、432(P-1、P-2)的吸入口的热回流水的比例。
系统400可以被控制以在变化的环境空气条件或变化的冷却负载下维持供水温度设定点。系统400通过改变EC排放水(进入罐428的后部)和RC回流水进入泵吸入室的混合比来实现这一点。例如，如果系统400进入湿模式操作，相当于绝热模式(100％RC回流水进入第一泵吸入口，100％蒸发冷却器排放进入第二泵吸入口)并且环境室外空气调节上升(增加的温度或湿度)，则由第一泵430(P-1)输送的供水温度可以上升高于设定点。在这种情况下，系统400的控制器可以开始调节RC回流阀(例如三通阀494)以将一部分回流水转移到第二泵吸入室中，这会导致等量的冷EC排放水流入第一泵吸入室，从而将供水温度降低到设定点。混合比可以由控制器连续地调节，以响应于变化的环境条件和负载保持供水温度设定点。在最高环境条件或最高冷却负载下，系统可以相当于蒸发模式运行(100％的RC回流水进入P-2吸入口，而P-1吸入口基本上全部由EC排放水供应)。
当控制器(例如图1-图3的控制器104)确定在混合模式下运行时SWTmin小于系统400的PCW设定点时，可以中断这种混合湿模式。在一些示例中，控制器104可以通过在系统400的任何给定环境温度下将SWTmin与混合模式的每个可能操作点处的PCW设定点进行比较来做出该确定。
根据本申请的示例可以包括在绝热模式和蒸发模式之间的特定运行条件下以混合模式运行系统400的方法，其中以混合模式运行调节系统包括将离开再生盘管的第一冷却流体以一定比例在罐的第一部分和第二部分之间分配，使得输送到热负载的供应水中的第一和第二冷却流体的混合物处于调节系统的设定点温度或接近设定点温度的温度。在混合模式下运行可以包括连续监测和改变分配到罐的第一和第二部分的第一冷却流体的比率，以将供应水的温度维持在或接近设定点温度。
图5示出了根据本公开的至少一个示例的方法500的示意图。为了方便和清楚，方法500的步骤或操作以特定顺序示出；许多讨论的操作可以以不同的顺序或并行执行，而不会对其他操作产生实质性影响。所讨论的方法500包括由多个不同的参与者、设备和/或系统执行的操作。应当理解，方法500中讨论的操作的子集可归因于单个的参与者、设备或系统，可将其视为单独的独立过程或方法。
方法500可以开始于步骤502，其中可以操作风机以输送气流。例如，风机108可由控制器104操作以输送入口空气流130。在步骤504，可以操作再循环泵以提供工作流体。例如，再循环泵110可由控制器104操作以向冷却盘管106提供工作流体134。
在步骤506，冷却盘管可以位于气流中并且可以从源接收过程流体。例如，冷却盘管106可以位于气流(130、132)中并且可以在过程流体入口126处从源114接收过程流体127。在步骤508，过程流体可以使用来自再循环泵的工作流体和气流通过蒸发冷却器和冷却盘管在湿模式下冷却。例如，气流130可由蒸发冷却器102和来自再循环泵110的工作流体134调节。然后，当系统100处于湿模式时，过程流体127可以使用经调节的空气131通过冷却盘管106冷却。
在步骤510，可以在控制器处接收离开过程水温度设定点。例如，可以在控制器104处接收离开过程水温度设定点。在步骤512，可以基于盘管性能模型确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供水温度。例如，可以由控制器104基于盘管性能模型确定在干模式下由冷却盘管106可输送的最低供水温度(SWTmin)。然后，在步骤514处，当离开过程水温度设定点大于最低供水温度时，系统可以从湿模式切换到干模式。例如，当离开过程水温度设定点(PCW设定点)大于最低供水温度(SWTmin)时，系统100可以从湿模式切换到干模式。
注释和示例
以下非限制性示例详细说明本主题的某些方面以解决挑战并提供本文讨论的益处等。
示例1是一种混合蒸发冷却器系统，包括：位于气流中的蒸发冷却器；冷却盘管，其位于蒸发冷却器下游的气流中，并且被配置为从源接收过程流体；以及控制器，其被配置为以湿模式运行混合蒸发冷却器系统，其中蒸发冷却器被激活以接收工作流体并调节工作流体和气流中的至少一个，并且其中冷却盘管使用气流冷却过程流体，并且被配置为以干模式运行蒸发冷却器系统，其中蒸发冷却器被停用，并且其中冷却盘管使用气流冷却过程流体，控制器还被配置为：接收离开过程流体温度设定点；基于盘管性能模型确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度；以及在离开过程流体温度设定点大于最低供应流体温度的条件下，以干模式运行混合蒸发冷却器系统。
在示例2中，示例1的主题可选地包括过程流体入口温度传感器，其被配置为基于过程流体入口温度将入口温度信号传输到控制器；其中最低供应流体温度是基于入口温度传感器信号确定的。
在示例3中，示例2的主题可选地包括过程流体出口温度传感器，其被配置为基于过程流体出口温度将出口温度信号传输到控制器；其中，最低供应流体温度是基于入口温度信号和出口温度信号确定的。
在示例4中，示例3的主题可选地包括过程流体流量传感器，其被配置为基于过程流体流量将流量信号传输到控制器；其中，最低供应流体温度是基于入口温度信号、出口温度信号和流量信号确定的。
在示例5中，示例4的主题可选地包括温度传感器，其被配置为基于入口空气温度将空气温度信号传输到控制器；其中，最低供应流体温度是基于入口温度信号、出口温度信号、空气温度信号和流量信号确定的。
在示例6中，示例2-5中任一项或多项的主题可选地包括过程流体流量传感器，其被配置为基于过程流体流量将流量信号传输到控制器；其中，最低供应流体温度是基于入口温度信号和流量信号确定的。
在示例7中，示例1-6中任一项或多项的主题可选地包括其中，盘管性能模型基于冷却盘管的理论性能。
在示例8中，示例7的主题可选地包括其中，盘管性能模型使用过程流体入口温度信号、过程流体出口温度信号、空气温度信号和过程水流量信号中的一个或多个。
在示例9中，示例1-8中任一项或多项的主题可选地包括其中，盘管性能模型基于冷却盘管的经验性能。
在示例10中，示例7-9中任一项或多项的主题可选地包括其中，盘管性能模型使用过程流体入口温度信号、过程流体出口温度信号、空气温度信号和过程流体流量信号中的一个或多个。
在示例11中，示例1-10中任一项或多项的主题可选地包括其中，控制器被配置为考虑冷却盘管的性能退化基于随时间收集的性能数据更新盘管性能模型。
示例12是一种控制混合蒸发冷却器系统的方法，该方法包括：使用位于蒸发冷却器下游的气流中的冷却盘管冷却来自源的过程流体，在湿模式下蒸发冷却器能够与冷却盘管一起运行；以及接收离开过程流体温度设定点；基于盘管性能模型确定在蒸发冷却器被停用的干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度；以及当离开过程流体温度设定点大于最低供应流体温度时，以干模式运行混合蒸发冷却器系统。
在示例13中，示例12的主题可选地包括接收由流体入口温度传感器基于过程流体入口温度产生的入口温度信号；其中，基于入口温度信号确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度。
在示例14中，示例13的主题可选地包括接收由流体出口温度传感器基于过程流体出口温度产生的出口温度信号；其中，基于入口温度信号和出口温度信号确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度。
在示例15中，示例14的主题可选地包括接收由过程流体流量传感器基于过程流体流量产生的流量信号；其中，基于入口温度信号、出口温度信号和流量信号确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度。
在示例16中，示例15的主题可选地包括接收由温度传感器基于入口空气温度产生的空气温度信号；其中，基于入口温度信号、出口温度信号、空气温度信号和流量信号确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度。
在示例17中，示例12-16中任一项或多项的主题可选地包括接收由过程流体流量传感器基于过程流体流量产生的流量信号；其中，基于入口温度信号和流量信号确定在干模式下由冷却盘管可输送的最低供应流体温度。
在示例18中，示例12-17中任一项或多项的主题可选地包括其中，盘管性能模型基于冷却盘管的理论性能。
在示例19中，示例12-18中任一项或多项的主题可选地包括其中，盘管性能模型基于冷却盘管的经验性能。
示例20是一种混合蒸发冷却器系统，包括：位于气流中的蒸发冷却器；冷却盘管，其位于蒸发冷却器下游的气流中，并且被配置为从源接收过程流体；以及控制器，其被配置为启用和禁用蒸发冷却器和冷却盘管，该控制器还被配置为：接收离开过程流体温度设定点；在蒸发冷却器关闭的条件下，基于盘管性能模型确定由冷却盘管可输送的最低供应流体温度；以及在离开过程流体温度设定点高于最低供应流体温度的条件下禁用蒸发冷却器。
在示例21中，示例20的主题可选地包括过程流体入口温度传感器，其被配置为基于过程流体入口温度将入口温度信号传输到控制器；其中，基于入口温度传感器确定最低供应流体温度。
在示例22中，示例21的主题可选地包括过程流体出口温度传感器，其被配置为基于过程流体出口温度将出口温度信号传输到控制器；其中，基于入口温度信号和出口温度信号确定最低供应流体温度。
在示例23中，示例20-22中任一项或多项的主题可选地包括空气流量传感器，其被配置为基于通过混合蒸发冷却器系统的空气流量将空气流量信号传输到控制器；其中，基于空气流量信号确定最低供应流体温度。
在示例24中，示例1-23中任一项或多项的主题可选地包括其中，控制器被配置为考虑冷却盘管的性能退化基于机器学习模型使用随时间收集的性能数据更新盘管性能模型。
在示例25中，示例1-24的任何一个或任意组合的装置或方法可以可选地被配置为使得所列举的所有元素或选项都可用于使用或从中选择。
以上详细说明包括对附图的引用，附图构成详细说明的一部分。附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的特定实施例。这些实施例在本文中也称为“示例”。此类示例可以包括除所示或描述的那些之外的元素。然而，本发明人还设想了提供仅所示或描述的那些元素的示例。此外，本发明人还设想了使用所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或排列的示例，本文所示或描述的关于特定示例(或其一个或多个方面)，或关于其他示例(或其一个或多个方面)。
如果本文件与通过引用并入的任何文件之间的用法不一致，则以本文件中的用法为准。
在本文件中，术语“一个(a)”或“一个(an)”在专利文件中很常见，用于包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文件中，除非另有说明，否则术语“或”用于指代非排他性的或，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。在本文件中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简单英语等效词。此外，在以下权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即系统、装置、制品、组合物、公式或过程，其包括除了在权利要求中的此类术语之后列出的元素之外的元素仍被视为属于该权利要求的范围。此外，在所附权利要求中，“第一”、“第二”、“第三”等术语仅作为标记使用，并非对其对象强加数值要求。
以上描述旨在说明性而非限制性。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。可以使用其他实施例，例如本领域的普通技术人员在阅读以上描述后。提供摘要以符合37 C.F.R.§1.72(b)，允许读者快速确定技术公开的性质。其提交以它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义来理解。此外，在上述详细描述中，各种特征可以组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意在未要求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以少于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求特此作为示例或实施例并入详细说明中，每个权利要求独立作为单独的实施例，并且预期这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等效物的全部范围来确定。

Claims (24)

1.一种混合蒸发冷却器系统，包括：
蒸发冷却器，其位于气流中；
冷却盘管，其位于蒸发冷却器下游的所述气流中，并且被配置为从源接收过程流体；以及
控制器，其被配置为以湿模式运行所述混合蒸发冷却器系统，其中所述蒸发冷却器被激活以接收工作流体并调节工作流体和气流中的至少一个，并且其中所述冷却盘管使用所述气流冷却所述过程流体，并且被配置为以干模式运行蒸发冷却器系统，其中所述蒸发冷却器被停用，并且其中所述冷却盘管使用所述气流冷却所述过程流体，所述控制器还被配置为：
接收离开过程流体温度设定点；
基于盘管性能模型确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的最低供应流体温度；以及
在所述离开过程流体温度设定点大于所述最低供应流体温度的条件下，以所述干模式运行所述混合蒸发冷却器系统。
2.根据权利要求1所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体入口温度传感器，其被配置为基于过程流体入口温度将入口温度信号传输到所述控制器；
其中所述最低供应流体温度是基于所述入口温度传感器信号确定的。
3.根据权利要求2所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体出口温度传感器，其被配置为基于过程流体出口温度将出口温度信号传输到所述控制器；
其中，所述最低供应流体温度是基于所述入口温度信号和所述出口温度信号确定的。
4.根据权利要求3所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体流量传感器，其被配置为基于过程流体流量将流量信号传输到所述控制器；
其中，所述最低供应流体温度是基于所述入口温度信号、所述出口温度信号和所述流量信号确定的。
5.根据权利要求4所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
温度传感器，其被配置为基于入口空气温度将空气温度信号传输到所述控制器；
其中，所述最低供应流体温度是基于所述入口温度信号、所述出口温度信号、所述空气温度信号和所述流量信号确定的。
6.根据权利要求2所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体流量传感器，其被配置为基于过程流体流量将流量信号传输到所述控制器；
其中，所述最低供应流体温度是基于所述入口温度信号和所述流量信号确定的。
7.根据权利要求1所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述盘管性能模型基于所述冷却盘管的理论性能。
8.根据权利要求7所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述盘管性能模型使用过程流体入口温度信号、过程流体出口温度信号、空气温度信号和过程水流量信号中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述盘管性能模型基于所述冷却盘管的经验性能。
10.根据权利要求7所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述盘管性能模型使用过程流体入口温度信号、过程流体出口温度信号、空气温度信号和过程流体流量信号中的一个或多个。
11.根据权利要求1所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述控制器被配置为考虑所述冷却盘管的性能退化基于随时间收集的性能数据更新所述盘管性能模型。
12.一种控制混合蒸发冷却器系统的方法，所述方法包括：
使用位于蒸发冷却器下游的气流中的冷却盘管冷却来自源的过程流体，在湿模式下所述蒸发冷却器能够与所述冷却盘管一起运行；以及
接收离开过程流体温度设定点；
基于盘管性能模型确定在所述蒸发冷却器被停用的干模式下由所述冷却盘管可输送的最低供应流体温度；以及
当所述离开过程流体温度设定点大于所述最低供应流体温度时，以所述干模式运行所述混合蒸发冷却器系统。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
接收由流体入口温度传感器基于过程流体入口温度产生的入口温度信号；
其中，基于所述入口温度信号确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
接收由流体出口温度传感器基于过程流体出口温度产生的出口温度信号；
其中，基于所述入口温度信号和所述出口温度信号确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
接收由过程流体流量传感器基于过程流体流量产生的流量信号；
其中，基于所述入口温度信号、所述出口温度信号和所述流量信号确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
接收由温度传感器基于入口空气温度产生的空气温度信号；
其中，基于所述入口温度信号、所述出口温度信号、所述空气温度信号和所述流量信号确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度。
17.根据权利要求12所述的方法，还包括：
接收由过程流体流量传感器基于过程流体流量产生的流量信号；
其中，基于所述入口温度信号和所述流量信号确定在所述干模式下由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述盘管性能模型基于所述冷却盘管的理论性能。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，所述盘管性能模型基于所述冷却盘管的经验性能。
20.一种混合蒸发冷却器系统，包括：
蒸发冷却器，其位于气流中；
冷却盘管，其位于所述蒸发冷却器下游的所述气流中，并且被配置为从源接收过程流体；以及
控制器，其被配置为启用和禁用所述蒸发冷却器和所述冷却盘管，所述控制器还被配置为：
接收离开过程流体温度设定点；
在所述蒸发冷却器关闭的条件下，基于盘管性能模型确定由所述冷却盘管可输送的所述最低供应流体温度；以及
在所述离开过程流体温度设定点大于所述最低供应流体温度的条件下禁用所述蒸发冷却器。
21.根据权利要求20所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体入口温度传感器，其被配置为基于过程流体入口温度将入口温度信号传输到所述控制器；
其中，基于所述入口温度传感器确定所述最低供应流体温度。
22.根据权利要求21所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
过程流体出口温度传感器，其被配置为基于过程流体出口温度将出口温度信号传输到所述控制器；
其中，基于所述入口温度信号和所述出口温度信号确定所述最低供应流体温度。
23.根据权利要求20所述的混合蒸发冷却器系统，还包括：
空气流量传感器，其被配置为基于通过所述混合蒸发冷却器系统的空气流量将空气流量信号传输到所述控制器；
其中，基于所述空气流量信号确定所述最低供应流体温度。
24.根据权利要求1所述的混合蒸发冷却器系统，其中，所述控制器被配置为考虑所述冷却盘管的性能退化基于机器学习模型使用随时间收集的性能数据更新所述盘管性能模型。
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