CN117916532A - 多模式复合型热交换器 - Google Patents

Abstract

一种多模式复合型热交换器设备，所述多模式复合型热交换器设备包括框架组件、间接热交换区段、喷淋系统、中间分配池、直接热交换区段、竖向通道、下空气入口、冷水收集池、和风机。所述多模式复合型热交换器可选择性地配置成以蒸发模式、干燥模式和绝热模式操作。操作的蒸发模式包括激活在间接热交换区段上方的喷淋系统，空气通过直接热交换区段进入竖向通道，并且空气流也穿过间接热交换区段。操作的干燥模式包括停用喷淋系统，空气通过直接热交换区段进入竖向通道，空气流随后穿过间接热交换区段。操作的绝热模式包括使喷淋系统在间接热交换区段上绕过，直接热交换区段配置成促进水通过其中。

Description

多模式复合型热交换器

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年3月22日提交的名称为“多模式复合型热交换器(MULTIPLEMODE HYBRID HEAT EXCHANGER)”的美国临时申请No.63/164,228的优先权，该申请的公开内容全部并入本文。

技术领域

本发明涉及一种冷却和/或冷凝热交换流体的热交换器。更具体地，本发明涉及选择性地配置成以蒸发“湿润”模式、干燥模式或绝热模式冷却和/或冷凝热交换流体的热交换器。

背景技术

闭路热交换器广泛用于需要冷却或冷凝传热流体(液体和/或气体)的许多应用中。虽然热交换通常是众所周知的，但是在常规热交换器中可以利用许多不同的原理。然而，优化为在一组条件下良好工作的热交换器可能无法在另一组条件下良好操作。

蒸发式热交换处理的一般原理涉及要从中提取热量的流体或气体流过具有被蒸发液体(通常是水)连续润湿的外表面的管或导管。空气在润湿管上循环以促进水的蒸发，并且水蒸发所需的蒸发热量由管内的流体或气体供应，从而导致热量提取。未蒸发的冷却水部分被再循环并且补充因蒸发而损失的流体。

常规蒸发式热交换器目前广泛使用在诸如工厂建筑群、化学加工厂、医院、公寓和/或公寓建筑群、仓库和发电站的领域中。这些热交换器通常包括向上延伸的框架结构，所述框架结构支承形成盘管组件的管阵列。空气通道由支承结构形成，盘管组件设置在所述空气通道内。喷淋区段通常设置在盘管组件上方以将水向下喷淋在盘管组件的各个管上。风机布置成将空气靠近空气通道的底部吹入空气通道中并且与向下流动的喷淋水呈逆流关系向上吹入管之间。替代地，风机可以在通过风机排放空气之前将该空气抽吸通过热交换器。来自穿过盘管组件管的流体或气体的热量被通过管壁转移到喷淋在管上的水。当流动的空气接触管上的喷淋水时，一些喷淋水发生部分蒸发，同时热量从喷淋水转移到空气。然后空气继续从热交换器系统流出。剩余的未蒸发的喷淋水收集在导管底部处并且以再循环方式通过喷淋区段向上泵回和泵出。

用于改进上述传热处理的当前实践包括增加热交换管的表面积。这可以通过增加在蒸发式热交换器中所采用的盘管组件管的数量来实现，方法是将管“包装”成尽可能紧密的阵列，从而最大化可用于传热的管状表面。紧密包装的盘管还增加了在相邻管段之间流动的空气速度。由此产生的空气和水之间的高相对速度促进蒸发并且从而增强传热。

目前用于增加传热表面积的另一种做法是使用紧密间隔的翅片，所述翅片从管的表面沿竖向方向向外延伸。翅片通常由导热材料构成，其中所述翅片的作用是从管表面传导热量并且提供额外的表面积用于热交换。

另外，当前用于增加热交换的另一种方法是使用以与盘管组件成竖向关系定位的泼溅型填充物结构或薄膜型包形式的直接热交换区段。

这些当前的作法可能具有缺陷。例如，在寒冷条件下，喷淋到热交换导管或填充物介质上的水可能会冻结。在另一个示例中，使用额外的管需要额外的盘管平面面积，同时需要增加的风机马力来移动空气通过紧密包装的盘管组件，从而增加单位成本以及操作成本。此外，在各个管之间放置翅片可能会使热交换器更容易受到污垢和颗粒堆积的影响。

因此，期望提供用于冷却流体的方法和设备，所述方法和设备能够提供改进的灵活性以在高于和低于水的冰点的温度范围内起作用，同时提高效率和/或不会不期望地增加单元的尺寸、单元的制造成本和/或单元的操作成本。

发明内容

本发明至少部分地满足了前述需求，其中在一个实施例中公开了一种多模式复合型热交换器。

根据本发明的实施例，一种多模式复合型热交换器设备包括框架组件、间接热交换区段、喷淋系统、中间分配池、直接热交换区段、竖向通道、下空气入口、冷水收集池、和风机。框架组件包括第一端壁、与第一端壁相对的第二端壁、在第一端壁与第二端壁之间延伸的第一侧壁、以及与第一侧壁相对并且在第一端壁和第二端壁之间延伸的第二侧壁。直接热交换区段设置在间接热交换区段的下方。竖向通道由框架和直接热交换区段限定。下空气入口由直接热交换区段中的多个填充物介质片材之间的多个开口限定。下空气入口配置成提供用于空气进入竖向通道的入口。冷水收集池设置在直接热交换区段的下方。风机用于引起通过下空气入口的空气流。多模式复合型热交换器可选择性地配置成以蒸发模式、干燥模式和绝热模式操作。操作的干燥模式包括停用喷淋系统，空气通过直接热交换区段进入竖向通道，而且空气流进入上空气入口并且穿过间接热交换区段。操作的绝热模式包括使喷淋系统在间接热交换区段上绕过，直接热交换区段配置成促进水通过其中。空气通过直接热交换区段进入竖向通道，空气水平横穿水流，以直接冷却水。水被收集在冷水收集池中。然后空气流穿过间接热交换区段。

根据本发明的另一个实施例，一种多模式复合型热交换器设备包括框架组件、间接热交换区段、喷淋系统、中间分配池、直接热交换区段、竖向通道、第二间接热交换区段、下空气入口、冷水收集池、和风机。框架组件包括第一端壁、与第一端壁相对的第二端壁、在第一端壁与第二端壁之间延伸的第一侧壁、以及与第一侧壁相对并且在第一端壁和第二端壁之间延伸的第二侧壁。直接热交换区段设置在间接热交换区段的下方。竖向通道由框架和直接热交换区段限定。第二间接热交换区段设置在竖向通道的上部分中。下空气入口由直接热交换区段中的多个填充物介质片材之间的多个开口限定。下空气入口配置成提供用于空气进入竖向通道的入口。冷水收集池设置在直接热交换区段的下方。风机用于引起通过下空气入口的空气流。多模式复合型热交换器可选择性地配置成以蒸发模式、干燥模式和绝热模式操作。操作的干燥模式包括停用喷淋系统，空气通过直接热交换区段进入竖向通道，而且空气流进入上空气入口并且穿过间接热交换区段。操作的绝热模式包括使喷淋系统在间接热交换区段上绕过，直接热交换区段配置成促进水通过其中。空气通过直接热交换区段进入竖向通道，空气水平横穿水流，以直接冷却水。水被收集在冷水收集池中。然后空气流穿过间接热交换区段。

在该方面中，在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解的是，本发明的应用不限于在下文的描述中阐述或在附图中示出的构造细节和部件的布置。本发明能够有其他实施例并且能够以各种方式实践和执行。此外，应当理解的是，本文所采用的措辞和术语以及摘要是为了描述的目的并且不应被视为限制。

因此，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的构思可以容易地用作设计用于执行本发明的数个目的的其他结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求被认为包括这样的等同构造，只要它们不脱离本发明的精神和范围。

附图说明

图1是穿过根据本发明的实施例的采用间接热交换区段和直接热交换区段的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图。

图2是穿过比图1中描绘的多模式复合型热交换器更窄的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图。

图3是穿过多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，所述多模式复合型热交换器与图2中描绘的多模式复合型热交换器相比具有更宽的直接热交换区段并且包括来自两侧的上空气入口。入口百叶窗48还可以用于控制通过上空气入口的空气流动。

图4是穿过多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，，所述多模式复合型热交换器与图2中描绘的多模式复合型热交换器相比包括二次带翅片的热交换器。

图5是用于图1的多模式复合型热交换器的水收集组件的正交投影。

图6是穿过具有内部挡板和入口百叶窗的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图。

图7是穿过处于蒸发模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发模式中内部挡板竖向关闭并且入口百叶窗打开，其中在间接热交换区段上激活液压阀。

图8是穿过处于绝热模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述绝热模式中内部挡板水平关闭并且入口百叶窗关闭，其中仅在直接热交换区段上激活液压阀。

图9是穿过处于干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述干燥模式中内部挡板水平关闭并且入口百叶窗打开，其中间接热交换区段和直接热交换区段上的液压阀停用。

图10是穿过处于蒸发-干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发-干燥模式中内部挡板水平关闭并且入口百叶窗打开，其中仅在系统一侧的间接热交换区段上激活液压阀，而另一侧的阀停用。

图11是穿过处于蒸发-绝热模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发-绝热模式中内部挡板水平关闭并且入口百叶窗部分关闭，其中在系统一侧的间接热交换区段上激活液压阀，而阀仅在另一侧的直接热交换区段上激活。

图12是穿过处于绝热-干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述绝热-干燥模式中内部挡板水平关闭并且入口百叶窗部分关闭，其中仅激活直接热交换液压阀。

图13是示出图6的多模式复合型热交换器的入口和出口管道、阀和泵的平面图。

图14是穿过具有内部挡板、入口百叶窗和二次带翅片的热交换器的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图。

图15是穿过处于蒸发模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发模式中内部挡板竖向关闭并且入口百叶窗打开，其中在间接热交换区段上激活液压阀。

图16是穿过处于绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述绝热模式中内部挡板部分关闭并且入口百叶窗关闭，其中仅在直接热交换区段上激活液压阀。

图17是穿过处于干燥模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述干燥模式中内部挡板竖向关闭并且入口百叶窗打开，其中间接热交换区段和直接热交换区段上的液压阀停用。

图18是穿过处于蒸发-干燥模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发-干燥模式中内部挡板竖向关闭并且入口百叶窗打开，其中仅在系统一侧的间接热交换区段上激活液压阀，而另一侧的阀停用。

图19是穿过处于蒸发-绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述蒸发-绝热模式中内部挡板部分关闭并且入口百叶窗部分打开，其中在系统一侧的间接热交换区段上激活液压阀，而阀仅在另一侧的直接热交换区段上激活。

图20是穿过处于干燥-绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述干燥-绝热模式中内部挡板部分关闭并且入口百叶窗部分打开，其中仅激活直接热交换液压阀。

图21是示出根据图14的多模式复合型热交换器的入口和出口管道、阀和泵的平面图。

具体实施方式

一般而言，本文描述的多模式复合型热交换器的实施例涉及在底部处具有横流薄膜填充物和在顶部上具有盘管的复合型流体冷却器。再循环水首先喷淋在盘管区段上。然后所述再循环水由收集槽收集并且被引导到横流填充物所在的塔的两侧上的热水池。有几种不同的方式可以将空气流引导到塔中并且穿过塔。在一些实施例中，空气从两侧穿过横流填充物进入。然后该空气穿过上盘管区段。这通常称为“单通道流动构型”。

在其他实施例中，选择性地控制空气流经由顶部盘管区段和/或底部填充物区段进入塔。如果控制空气经由顶部盘管区段进入，则空气从收集槽区域的两侧进入。这可以称为“双通道流动构型”。又一实施例是双通道流动构型的变体，其在水收集区段的顶部或下方添加了区段以允许空气从所有四个侧面进入。在又一个实施例中，内部挡板可以控制空气流选择性地绕过一次上盘管区段。如本文所述，各种挡板可以打开和关闭以选择性地以湿润(例如，“蒸发”)模式、干燥模式或绝热模式操作。在一些或所有实施例中，填充物可以以不同角度倾斜。例如，与其中填充物倾斜5.5度的图1、2、4相比，填充物可以如图3所示倾斜12度。可选的挡板可以添加在图2-4、图6-12和图14-20中的上空气入口区段处。这有助于在不同操作模式期间实现最佳的空气分流比。例如，上入口区段处的挡板可以在绝热模式期间关闭以预冷却环境空气。还可以包括可选的二次间接带翅片的热交换，如图4和图14-20所示。例如，如果包括的话，可选的二次间接带翅片的热交换可以提高干燥模式性能。传热流体的供应(例如，液态或蒸气形式的水)通过供应管道提供给多模式复合型热交换器，通过出口管道移除，并且经由泵和多个阀控制。

现在参考附图中的图1，示出了根据本发明的实施例的多模式复合型热交换器，其总体上指定为附图标记10。一般而言，多模式复合型热交换器10包括塔框架或结构，所述塔框架或结构具有一次间接热交换(“HE”)区段12、可选的二次间接热交换区段和直接热交换区段14。一次间接热交换区段12包括任何合适的热交换器。适合用作一次间接热交换区段12的热交换器的示例包括：各种板式热交换器；各种盘管式热交换器，例如蛇形、单回路或多回路盘管间接热交换，用于蒸发流体冷却或冷凝；等。直接热交换区段14包括诸如聚合物薄膜片材的填充物介质，以增加润湿的表面积并且经由空气流过润湿填充物介质来冷却水。多模式复合型热交换器10包括冷却液分配组件或喷淋系统16、一个或多个热水收集池18以及冷水收集池20。多模式复合型热交换器10还包括风机22，所述风机移动或产生经由一个或多个下空气入口26进入多模式复合型热交换器10的空气流或空气流。风机22可以包括多于一个的风机，并且其尺寸可以根据多模式复合型热交换器10的尺寸和应用而变化。

喷淋系统16配置成向一次间接热交换区段12供应喷淋水。当空气被风机22向上抽吸时，水向下移动通过一次间接热交换区段12中的盘管。水收集器24收集从一次间接热交换区段12向下流动的水并且将收集到的水沉积到一个或多个热水池18中。水收集器24在图5中更详细地示出。

多模式复合型热交换器10在几何形状上大体上是直线的，具有大体为矩形的均匀横截面的内部空间或竖向通道30。竖向通道30由竖向前、后壁32、34和竖向侧壁36、38以及直接热交换区段14限定。壁32、34、36和38从池向上延伸。侧壁32、34以及前壁36和后壁38组合形成内部30，空气通道、热水池或重力流动中间池18、一次间接热交换组件12、可选的二次间接热交换组件46和直接热交换组件14位于所述内部内。壁32、34、36和38提供结构，促进空气流过间接和直接热交换区段12/14/46，并且促进将水容纳在多模式复合型热交换器10内。为了进一步限制水损失，多模式复合型热交换器10可以任选地包括设置在多模式复合型热交换器10的出口之前的漂移消除器40。在特定示例中，该漂移消除器可以设置在喷淋系统16和风机22之间。风机22优选地定位在多模式复合型热交换器10的顶部上，并且增压室42由风机22、漂移消除器40以及壁32、34、36和38之间的体积限定。

形成多模式复合型热交换器10的内部30和框架结构的壁和其他结构元件优选地由预镀锌钢(mill galvanized steel)形成，但也可以由其他合适的材料组成，例如不锈钢、热浸镀锌钢、环氧涂层钢和/或纤维增强塑料(FRP)。

多模式复合型热交换器10配置成可在操作的“蒸发模式”、“干燥模式”和“绝热模式”之间选择。根据环境温度和湿度以及系统热负荷，三种操作模式均可以实现节能或节水。它还可以避免其他不期望的影响，诸如像多模式复合型热交换器10中的喷淋水可能结冰。在这种情况下，多模式复合型热交换器10有利地配置成以“干燥模式”操作。在“干燥模式”中，喷淋系统16停用并且池18和20中的水可以被排出。

与所有其他间接和直接复合型蒸发冷却设备相比，多模式复合型热交换器10配置成通过促进空气流向上穿过竖向通道30来改进“干燥模式”或“冬季模式”操作。即，通过将两个填充物包各设置到直接热交换区段14的一侧，与具有较少空气流的冷却塔相比，较大体积的空气流可以进入竖向通道30。在图1-4中，所有空气流都穿过一次间接热交换区段(在所有三种模式下)，无论是单通道流动构型还是双通道流动构型。没有其他复合型间接/直接产品具有这种设计。

在绝热模式中，喷淋系统16被激活。水可以绕过一次间接热交换区段12。相反，通过使用阀组合(图13-14)，喷淋水被引导至热水池，进而倾泻到直接热交换区段14上，然后通过该直接热交换区段。

图2-4、6-12和14-20所示的多模式复合型热交换器10类似于图1所示的多模式复合型热交换器10并且因此为了简洁起见，那些已经参考图1描述的元件可能不再描述。

图2是穿过比图1中所描绘的多模式复合型热交换器10更窄的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图。如图2所示，可以修改多模式复合型热交换器10的尺寸和/或高度与宽度的纵横比，同时保持在本发明的各种实施例的范围内。

图3是穿过多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，所述多模式复合型热交换器与图1中所描绘的多模式复合型热交换器10相比包括成更陡峭角度的填充物包并且包括上空气入口。图3所示的多模式复合型热交换器10与图2所示的多模式复合型热交换器10类似，除了填充物介质在直接热交换区段14中以更高的角度倾斜之外。

图4是穿过包括二次间接带翅片的热交换器46的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图。图4所示的二次间接带翅片的热交换器46配置成提供改进的干燥模式传热。

图5是用于图1的多模式复合型热交换器10的水收集组件24的正交投影。如图5所示，水收集组件24包括多个水收集叶片50。每个水收集叶片50均包括倾斜面52，所述倾斜面配置成重新引导从上方落下的水流。在每个水收集叶片50的下边缘处是由倾斜面52与竖向面56相交所限定的通道54。与水收集组件24的侧面相比，水收集组件24沿中心线升高，使得收集到的水沿着通道行进并且进入热水池18中。以这种方式，允许空气流向上流过水收集组件24，同时水被重新引导和收集以分配到直接热交换区段14上。

图6是穿过多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，所述多模式复合型热交换器包括内部挡板44和向上延伸穿过间接热交换区段的竖向通道。如图6所示，内部挡板44配置成旋转或摆动以调节通过竖向通道30的空气流动。如本文更详细描述的那样，挡板44的旋转配置成调节多模式复合型热交换器10中的空气流，使得更少或更多的空气流穿过间接热交换区段12。以这种方式，多模式复合型热交换器10可以被选择性地控制和优化以在“干燥”模式、“绝热模式”或“蒸发模式”下操作。另外，多模式复合型热交换器10包括热水池阀58、喷淋系统阀60和再循环泵64。热水池阀58配置成控制流向热水池18的水流。喷淋系统阀60配置成控制供应到间接热交换器12的水流。再循环泵64配置成将水从冷水池20向上泵送到热水池阀58和喷淋系统阀60。

在一些操作中，来自喷淋系统阀60的水落下通过间接热交换器12，然后收集在热水池18中。在其他操作中，例如，如果水未供应到间接热交换器12，则热水池阀58可以将水供应到热水池18。图6所示的多模式复合型热交换器10的优点在于多模式复合型热交换器10可操作以选择性地在图7-12所示的操作模式中的每一个下操作并且因此可以被优化以在各种环境条件下操作。下面的表I总结了根据图7-12的多模式复合型热交换器10的操作模式：

表I

在表I中，参考了间接热交换喷淋阀60、直接热交换喷淋阀58、上入口百叶窗48和内部挡板44的打开和关闭。为了本公开的目的，应当理解，术语“打开”被定义为促进流体(空气、水等)流过其中，而术语“关闭”被定义为限制流体的流动。例如，阀、百叶窗和挡板在“关闭”时可能会泄漏流体。另外，即使部分打开，阀、百叶窗和挡板也可以允许适当的流动以提供充分的冷却。

图7是穿过处于蒸发模式中的图6的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发模式中内部挡板竖向关闭并且入口百叶窗打开。在该定向中，内部挡板44形成向上延伸穿过间接热交换区段12的竖向通道。如图7所示，内部挡板44配置成旋转或摆动以调节通过竖向通道30的空气的流动。如本文更详细地描述，挡板44的旋转配置成调节多模式复合型热交换器10中的空气流，使得更少或更多的空气流穿过间接热交换区段12。在该构型中，喷淋系统阀60被激活，并且喷淋被施加到间接热交换区段，并且通过最初收集在热水池18中的流体被重新施加到直接热交换系统14。以这种方式，多模式复合型热交换器10可以被选择性地控制和优化以在蒸发或“湿润模式”下操作。

图8是穿过处于绝热模式中的图6的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述绝热模式中内部挡板44水平关闭并且入口百叶窗48关闭。如图8所示，在挡板44旋转以关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流都可以被抽吸通过间接热交换区段12。来自喷淋系统16的水绕过间接热交换区段12并且经由热水池阀58的激活仅被引导到直接热交换区段14。在该构型中，多模式复合型热交换器10以绝热模式操作。

图9是穿过处于干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器的侧面的剖视图，在所述干燥模式中内部挡板44水平关闭并且入口百叶窗48打开。如图9所示，在挡板44旋转以关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流都可以被抽吸通过间接热交换区段12。喷淋系统16停用，使得没有水向下穿过间接热交换区段12或到达直接热交换区段14上。以这种方式，多模式复合型热交换器10以干燥模式操作。值得注意的是，尽管处于“干燥模式”，但流过多模式复合型热交换器10的热交换导管的工艺水可以总是循环的。

图10是穿过处于蒸发-干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发-干燥模式中内部挡板44水平关闭并且入口百叶窗48打开。如图10所示，在挡板44旋转以关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流都可以被抽吸通过间接热交换区段12。这允许复合型热交换器同时以两种模式操作。在多模式复合型热交换器的一侧上，来自喷淋系统16的水向下穿过间接热交换区段12的一侧并且到达直接热交换区段14上。此外，间接热交换区段12的另一侧可以使喷淋停用并且用可选的挡板门44封闭。在该构型中，多模式复合型热交换器10以蒸发-干燥模式操作。

图11是穿过处于蒸发-绝热模式中的图6的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发-绝热模式中内部挡板44水平关闭并且入口百叶窗48部分关闭。如图11所示，在复合型热交换器的一侧上，在挡板44旋转以关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流都可以被抽吸通过间接热交换区段12。水从喷淋系统16的一侧向下穿过设置在下方的间接热交换区段12，收集在热水池18中，并且到达直接热交换区段14上。例如，可以独立控制喷淋系统16的每个阀58和每个阀60。如图11所示，左侧的阀60关闭，而右侧的阀60处于打开位置。左侧和右侧上的阀58均处于打开位置。此外，间接热交换区段12的另一侧可以用可选的挡板门44封闭，并且相对侧上的入口百叶窗48可以关闭以增加通过直接热交换区段14的抽吸。在挡板44的该构型中，多模式复合型热交换器10以蒸发-绝热模式操作。

图12是穿过处于绝热-干燥模式中的图6的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述绝热-干燥模式中内部挡板44水平关闭并且入口百叶窗48部分关闭。如图12所示，在挡板44旋转以关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流均可以被抽吸通过间接热交换区段12。喷淋系统阀60被关闭以停止来自喷淋系统16的水流并且经由打开热水池阀58将水供应到热水池18。此外，间接热交换区段12的另一侧可以用可选的挡板门44封闭并且相对侧上的入口百叶窗48可以被关闭以增加通过润湿的直接热交换14的抽吸。在该构型中，多模式复合型热交换器10以绝热-干燥模式操作。

图13是示出图6的多模式复合型热交换器10的入口和出口管道、热水池阀58、喷淋系统阀60、热交换器阀62和再循环泵64的平面图。如图13所示，阀58-62中的每一个阀均可以独立操作，并且多模式复合型热交换器10的每一侧的系统可以独立于另一侧操作。

图14是穿过多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，所述多模式复合型热交换器10具有内部挡板44、入口百叶窗48和二次带翅片的热交换器46。干燥带翅片的盘管46设置在竖向通道30中并且可以增强来自间接热交换区段12的冷却。就这一点而言，干燥带翅片的盘管46可以与间接热交换区段12的盘管串联或并联连接。图14所示的多模式复合型热交换器10的优点在于多模式复合型热交换器10可操作以选择性地在图15-20所示的操作模式中的每一个下操作并且因此可以被优化以在各种环境条件下操作。下面的表II总结了根据图15-20的多模式复合型热交换器10的操作模式：

表II

在表II中，参考了间接热交换喷淋阀60、直接热交换喷淋阀58、上入口百叶窗48和内部挡板44的打开和关闭。为了本公开的目的，应当理解，术语“打开”被定义为促进流体(空气、水等)流过其中，而术语“关闭”被定义为限制流体的流动。例如，阀、百叶窗和挡板在“关闭”时可能会泄漏流体。另外，即使部分打开，阀、百叶窗和挡板也可以允许适当的流动以提供充分的冷却。

图15是穿过处于蒸发模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发模式中内部挡板44竖向关闭并且入口百叶窗48打开。在该定向中，内部挡板44形成向上延伸穿过间接热交换区段12的竖向通道30。如图15所示，内部挡板44配置成旋转或摆动以调节空气通过竖向通道30的流动。如本文更详细描述的那样，挡板44的旋转被配置成调节多模式复合型热交换器10中的空气流，使得更少或更多的空气流穿过间接热交换区段12。如图15所示，在挡板44旋转以打开从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，更大量的空气流可以被抽吸通过直接热交换区段14，并且该空气流然后被抽吸通过二次带翅片的热交换器46。来自喷淋系统16的水向下穿过间接热交换区段12并且到达直接热交换区段14上。以这种方式，多模式复合型热交换器10可以被选择性地控制和优化以在蒸发或“湿润模式”下操作。

图16是穿过处于绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述绝热模式中内部挡板44部分关闭并且入口百叶窗48关闭。如图16所示，在挡板44旋转以部分关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，一部分空气流可以被抽吸通过间接热交换区段12，并且该部分可以响应于挡板44的旋转而变化。喷淋系统阀60关闭以停止水流过间接热交换区段12。热水池阀58打开以向直接热交换区段14提供水。在挡板44的该构型中，多模式复合型热交换器10以绝热模式操作，其中经由带翅片的热交换器46增加热交换。

图17是穿过处于干燥模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述干燥模式中内部挡板44竖向关闭并且入口百叶窗48打开。如图17所示，在挡板44旋转以打开从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，空气流可以被重新引导为远离间接热交换区段12并且在间接热交换区段之间。该重新引导的空气流被引导向上穿过二次间接带翅片的热交换器46。喷淋系统16被停用，使得没有水向下穿过间接热交换区段12而直接热交换区段14也是干燥的。多模式复合型热交换器10以干燥模式操作。

图18是穿过处于蒸发-干燥模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发-干燥模式中内部挡板44竖向关闭并且入口百叶窗48打开。如图18所示，在挡板44旋转以打开从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，基本上所有的空气流都可以被向上抽吸通过二次间接带翅片的热交换区段46。入口百叶窗48打开以允许空气在间接热交换区段12下方流到多模式复合型热交换器10中，然后该空气流被抽吸通过间接热交换区段12。来自喷淋系统16的水向下穿过间接热交换区段12的一侧并且流到直接热交换区段14上。可选地，热水池阀58可以将水供应到第二侧上的热水池18。多模式复合型热交换器10以蒸发-干燥模式操作。

图19是穿过处于蒸发-绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述蒸发-绝热模式中内部挡板44部分关闭并且入口百叶窗48部分打开。如图19所示，在挡板44旋转以在第一侧上部分关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，允许穿过直接热交换器14的一些空气被抽吸通过间接热交换区段12的一侧。在第二侧上，来自喷淋系统16的水向下穿过间接热交换区段12的一侧并且到达直接热交换区段14上，同时入口百叶窗48打开以允许空气通过润湿的间接热交换区段12。另外，在间接热交换区段12的第一侧上，入口百叶窗48可以被关闭以增加通过直接热交换区段14的抽吸。在挡板44的该构型中，多模式复合型热交换器10以蒸发-绝热模式操作。

图20是穿过处于干燥-绝热模式中的根据图14的多模式复合型热交换器10的侧面的剖视图，在所述干燥-绝热模式中内部挡板44部分关闭并且入口百叶窗48部分打开。如图20所示，在挡板44旋转以在第一侧上部分关闭从直接热交换区段14向上的竖向通道30时，允许穿过直接热交换器14的一些空气被抽吸通过间接热交换区段12的一侧。在两侧，喷淋系统阀60关闭以防止水通过间接热交换区段12落下。在第二侧，入口百叶窗48打开以允许空气通过干燥间接热交换区段12。此外，在间接热交换区段12的一侧上，入口百叶窗48可以被关闭以增加通过直接热交换区段14的抽吸。在挡板44的该构型中，多模式复合型热交换器10以绝热-干燥模式操作。

图21是示出图14的多模式复合型热交换器10的入口和出口管道、热水池阀58、喷淋系统阀60、热交换器阀62和再循环泵64的平面图。如图21所示，阀58-62中的每一个均可独立操作，并且多模式复合型热交换器10的每一侧的系统可独立于另一侧操作。图21的管道图类似于图13的管道图，除了图21的管道图包括第三热交换器阀62，其配置成选择性地控制流向二次间接带翅片的热交换器46的水流。图21所示的实施例的优势在于多模式复合型热交换器10配置成通过使工艺水循环通过二次间接带翅片的热交换器46来实施预冷却特征。

本发明的许多特征和优点从详细说明书中是显而易见的，因此，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神和范围内的本发明的所有这些特征和优点。此外，由于本领域技术人员将容易想到多种修改和变化，因此不希望将本发明限制于所示出和描述的精确构造和操作，并且因此可以采取落入本发明的范围内的所有合适的修改和等同物。

Claims (21)

1.一种多模式复合型热交换器设备，所述多模式复合型热交换器设备包括：

框架组件，所述框架组件包括：

第一端壁，

第二端壁，所述第二端壁与所述第一端壁相对，

第一侧壁，所述第一侧壁在所述第一端壁和所述第二端壁之间延伸，

第二侧壁，所述第二侧壁与所述第一侧壁相对并且在所述第一端壁和所述第二端壁之间延伸；

间接热交换区段；

喷淋系统；

中间分配池；

直接热交换区段，所述直接热交换区段设置在所述间接热交换区段下方；

竖向通道，所述竖向通道由所述框架和所述直接热交换区段限定；

下空气入口，所述下空气入口由所述直接热交换区段中的多个开口限定，所述下空气入口配置成提供用于空气进入所述竖向通道的入口；

冷水收集池，所述冷水收集池设置在所述直接热交换区段下方；

风机，所述风机用于引起通过所述下空气入口的空气流；并且

其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式、干燥模式和绝热模式操作；

其中操作的所述蒸发模式包括：

激活在所述间接热交换区段上方的所述喷淋系统；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道；和

所述空气流选择性地穿过所述间接热交换区段；并且

其中操作的所述干燥模式包括：

停用所述喷淋系统；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道；和

所述空气流随后穿过所述间接热交换区段；并且

其中操作的所述绝热模式包括：

所述喷淋系统被停用并且配置成绕过所述间接热交换区段；

所述直接热交换区段配置成促进水通过其中；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道，所述空气水平横穿水流以直接冷却所述水；

所述水被收集在所述冷水收集池中；和

所述空气流随后穿过所述间接热交换区段。

2.根据权利要求1所述的流体冷却器，其中所述第一间接热交换区段包括间接侧A和间接侧B，其中所述直接热交换区段包括直接侧A和直接侧B，并且其中操作的一个或多个模式进一步包括控制喷淋系统以选择性地并且单独地控制流向所述间接侧A、所述间接侧B、所述直接侧A和所述直接侧B的水流。

3.根据权利要求1所述的流体冷却器，所述流体冷却器进一步包括上空气入口，所述上空气入口设置在所述直接热交换区段和所述间接热交换区段之间并且配置成促进空气通过所述间接热交换流入而不穿过所述直接热交换区段。

4.根据权利要求3所述的流体冷却器，所述流体冷却器进一步包括内部挡板，所述内部挡板配置成调节来自所述上空气入口和所述下空气入口的穿过所述间接热交换区段的空气的相对比例。

5.根据权利要求4所述的流体冷却器，其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式操作，所述蒸发模式包括：

控制所述内部挡板打开所述竖向通道并且防止来自所述竖向通道的空气穿过所述间接热交换区段。

6.根据权利要求5所述的流体冷却器，其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式操作，所述蒸发模式包括：

控制所述上空气入口打开并且促进空气通过所述间接热交换流入而不穿过所述直接热交换区段。

7.根据权利要求4所述的流体冷却器，其中所述绝热模式操作进一步包括：

控制所述内部挡板关闭所述竖向通道并且使来自所述竖向通道的空气穿过所述间接热交换区段。

8.根据权利要求7所述的流体冷却器，其中所述绝热模式操作进一步包括：

控制所述上空气入口关闭并且促进空气在穿过所述直接热交换区段之后通过所述间接热交换流入。

9.根据权利要求4所述的流体冷却器，其中所述干燥模式操作进一步包括：

控制所述内部挡板关闭所述竖向通道并且使来自所述竖向通道的空气穿过所述间接热交换区段。

10.根据权利要求9所述的流体冷却器，其中所述干燥模式操作进一步包括：

控制所述上空气入口打开并且促进与穿过所述直接热交换区段的所述空气相结合的空气通过所述间接热交换的流入。

11.一种多模式复合型热交换器设备，所述多模式复合型热交换器设备包括：

框架组件，所述框架组件包括：

第一端壁，

第二端壁，所述第二端壁与所述第一端壁相对，

第一侧壁，所述第一侧壁在所述第一端壁和所述第二端壁之间延伸，

第二侧壁，所述第二侧壁与所述第一侧壁相对并且在所述第一端壁和所述第二端壁之间延伸；

第一间接热交换区段；

喷淋系统；

中间分配池；

直接热交换区段，所述直接热交换区段设置在所述第一间接热交换区段下方；

竖向通道，所述竖向通道由所述框架和所述直接热交换区段限定；

第二间接热交换区段，所述第二间接热交换区段设置在所述竖向通道的上部分中；

下空气入口，所述下空气入口由所述直接热交换区段中的多个开口限定，所述下空气入口配置成提供用于空气进入所述竖向通道的入口；

冷水收集池，所述冷水收集池设置在所述直接热交换区段下方；

风机，所述风机用于引起通过所述下空气入口的空气流；并且

其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式、干燥模式和绝热模式操作；

其中操作的所述蒸发模式包括：

激活在所述第一间接热交换区段上方的所述喷淋系统；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道；和

所述空气流选择性地穿过所述间接热交换区段；并且

其中操作的所述干燥模式包括：

停用所述喷淋系统；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道；

所述空气流随后穿过所述第二间接热交换区段；并且

其中操作的所述绝热模式包括：

所述喷淋系统被停用并且配置成绕过所述第一间接热交换区段；

所述直接热交换区段配置成促进水通过其中；

空气通过所述直接热交换区段进入所述竖向通道，所述空气水平横穿水流以直接冷却所述水；

所述水被收集在所述冷水收集池中；和

所述空气流随后穿过所述第一间接热交换区段和第二间接热交换区段。

12.根据权利要求11所述的流体冷却器，所述流体冷却器进一步包括上空气入口，所述上空气入口设置在所述直接热交换区段和所述第一间接热交换区段之间并且配置成促进空气通过所述第一间接热交换流入而不穿过所述直接热交换区段。

13.根据权利要求12所述的流体冷却器，所述流体冷却器进一步包括内部挡板，所述内部挡板配置成调节来自所述上空气入口和所述下空气入口的穿过所述第一间接热交换区段的空气的相对比例。

14.根据权利要求13所述的流体冷却器，其中所述内部挡板还配置成调节来自所述上空气入口和所述下空气入口的穿过所述第二间接热交换区段的空气的相对比例。

15.根据权利要求14所述的流体冷却器，其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式操作，所述蒸发模式包括：

控制所述内部挡板打开所述竖向通道并且防止来自所述竖向通道的空气穿过所述第一间接热交换区段；并且

其中打开的所述内部挡板促进空气流过所述第二间接热交换区段。

16.根据权利要求15所述的流体冷却器，其中所述多模式复合型热交换器能够选择性地配置成以蒸发模式操作，所述蒸发模式包括：

控制所述上空气入口打开并且促进空气通过所述第一间接热交换流入而不穿过所述直接热交换区段。

17.根据权利要求14所述的流体冷却器，其中所述绝热模式操作进一步包括：

控制所述内部挡板部分地打开所述竖向通道并且使来自所述竖向通道的空气穿过所述第一间接热交换区段；并且

其中部分打开的所述内部挡板允许空气流过所述第二间接热交换区段。

18.根据权利要求17所述的流体冷却器，其中所述绝热模式操作进一步包括：

控制所述上空气入口关闭并且促进空气在穿过所述直接热交换区段之后通过所述第一间接热交换流入。

19.根据权利要求14所述的流体冷却器，其中所述干燥模式操作进一步包括：

控制所述内部挡板打开所述竖向通道并且使来自所述竖向通道的空气穿过所述第二间接热交换区段。

20.根据权利要求19所述的流体冷却器，其中所述干燥模式操作进一步包括：

控制所述上空气入口打开并且促进空气通过所述第一间接热交换流入。

21.根据权利要求14所述的流体冷却器，其中所述第一间接热交换区段包括间接侧A和间接侧B，其中所述直接热交换区段包括直接侧A和直接侧B，并且其中操作的一个或多个模式进一步包括控制喷淋系统以选择性地并且单独地控制流向所述间接侧A、所述间接侧B、所述直接侧A和所述直接侧B的水流。