CN1997442A - 用于蒸发冷却器的水分配系统 - Google Patents

Abstract

一种包括一个或多个介质(12)模件的蒸发冷却器(10)，其将水从水源通过恒流阀(34)分配到每个模件。每个介质(12)模件的分配单元包括用于将水喷射通过多个均匀间距的开孔(100)的喷管(92)，上述开孔的总面积等于或小于喷管(92)内部横截面积的25％。

Description

用于蒸发冷却器的水分配系统

对相关申请的交叉引用

本申请包括申请号为10/862040、申请日为2004年6月4日、名称为“用于蒸发冷却器的水分配系统”的实用新型申请中公开的主题，并要求其优先权，该申请10/862040要求了申请号为60/476095、申请日为2003年6月5日、名称为“蒸发冷却器控制装置和方法”的临时申请的优先权，描述了一项由本发明人作出的发明。该申请还涉及申请号为60/509001、申请日为2003年10月6日、名称为“用于蒸发冷却器的水分配系统”的临时申请中公开的主题，并要求其优先权，该申请描述了一项由本发明人作出的发明。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于蒸发冷却器的水分配系统，更特别地，涉及用于控制水沿介质均匀分配的水分配系统，用以避免干点、结垢、斑纹和过量的水分配。

2.背景技术

蒸发冷却是一种使热干燥空气通过湿垫或介质以用空气的潜热将水蒸发并使空气本质上变得更加冷却和更加湿润的简单方法。事实上，在蒸发冷却器中发生三种复杂的机械和化学过程。第一种过程是由湿度计算图和介质效率控制的空气系统。第二种过程是必须保证介质含有足够蒸发的水和使介质均匀润湿的水输送系统。第三种过程是其中控制用于蒸发的水使得在水中自然溶解的固体仍然保留在溶液中并在沉积到介质上之前就被除去的水化学系统。到目前为止几乎所有的蒸发冷却器都仅仅对一个或多个过程进行了第一阶近似，但忽略或没有意识到其它的。

我们周围的空气本质上是气体(氮气、氧气、二氧化碳及其它)和不同量的水蒸汽构成的常量组合物。其还包含固体杂质，例如灰尘和有机物，这些在下面的讨论将被忽略掉。空气中的气体组分的行为符合Boyle定律和Charles定律，即气体的体积变化分别与绝对压力成反比，与绝对温度成正比。空气中的水蒸气部分并不表现为理想气体。空气中的湿度取决于可用的水分量，并局限于基于空气温度和压力的最大饱和值。当在空气中增加水分或去除水分时，水被蒸发或冷凝。这种相变吸收热量或释放热量。在蒸发冷却应用中，水的蒸发吸收热量。发生热从空气到水蒸汽中的运动时空气的体积或压力不变，这造成了空气温度的降低。压力、温度、湿度、密度和热含量之间的关系通常用湿度计算图表示。这些关系已经被非常好的定义，并成为深入研究的主题。对于任何一组特定的操作条件，都能够容易地将该湿度计算图应用到蒸发冷却过程中。如果已知入口空气温度(入口干球温度计)、入口空气的相对湿度、被冷却空气的大气压力和体积，就可以计算出可蒸发进入到气流中的水分的理论值以及最终的温度降低。

实际操作条件不断发生变化。入口空气温度、相对湿度和大气压力是通常被称为“气候”的具体的测量值。大多数蒸发冷却器制造商设计它们的装置以在标准条件下处理特定的空气流速，并且以该流速确定蒸发介质的尺寸。蒸发冷却器的效率取决于通过选定的介质的空气流速。每种类型的介质都具有决定水多么快速而彻底地蒸发到气流中的物理性质。目前最普遍采用的蒸发冷却介质是波纹牛皮纸。这种介质的市场领导者是Munters Corp.，其介质的商标为CelDek和Glacier-Cor。取决于所用的介质的厚度和流过该介质的空气流速，饱和有效性(效率)的变化范围可以为少于60％～约98或99％。

大部分现有的蒸发冷却器都是由下游的恒温器进行控制的，蒸发冷却器要么关闭要么开启。蒸发冷却器的效率随着气候和水系统压力而变化。传统的蒸发冷却器并没有试图对任何这些过程变量进行控制以实现效率最优化。

为获得最大蒸发，介质必须足够润湿。大多数传统蒸发冷却器都包括一个充满水的大水池或集水池，其中的水被泵送到介质顶部的带孔总管。水从总管向上喷到遮挡保护板上并向下流到介质顶端。使用过量的水以保证介质饱和。未蒸发的水排出进入集水池中用于重复使用。所有再循环的蒸发冷却器制造商都推荐将一部分再循环水排出并用添加到集水池中的新鲜水代替，以保持水的质量在最小化的质量水平。

在空气通过介质时，介质将大量的空气中携带的污染物从空气中去除，返回水将一部分污染物从介质上冲洗掉并将其带到集水池中。此外，在供水系统中自然存在的盐逐渐集中到介质的表面，也被部分冲洗进入集水池中。虽然这些污染物和沉积盐中的一些下沉到集水池的底部，但在泵的入口会吸入很多，并重新循环回到介质中。

在多数再循环式蒸发冷却器中所用的泵都是潜水离心泵。这些价格低廉的泵在新的时候并不是装置的精密部件，而且在残渣循环时磨损很大。泵的这种损耗会导致泵的输送压头发生相当快速的变化。泵输出的这种变化使得通过介质的水流的调节变得非常困难。分配总管使用大的开孔，开孔间隔相对较大，以使碎片结垢和堵塞最小化。最终结果是水分配不均匀，介质上偶尔会出现干燥剥落。需要经常性地进行养护，以调整和保持介质中有足够输入量的水。通常，这些系统试图通过将过量的水泵送到介质中来消除不均匀的水流。这种过量的水会造成纤维素介质过早恶化，以及具有较差的性能和昂贵的早期介质更换。

蒸发冷却的最被忽略的方面是对正在介质上蒸发的水中溶解的固体浓度的控制。蒸发冷却器的供水系统通常是包含多种化合物作为溶解固体的生活用水。通过热空气使水蒸发掉，将所有溶解固体都留在介质上的较少体积的水中。每种溶解固体都有溶解度的限制。也就是说，当某种化合物的浓度达到一定浓度时，化合物就会沉淀析出。在蒸发冷却器中，最普遍的沉淀形式是碳酸钙在介质上结垢。这种硬水水垢在再次润湿时不会再次溶解。一旦在介质上形成，其就会降低饱和效率并阻塞水分配通道。

再循环蒸发冷却器将集水池中的水重复施加到介质上。每次施加水时，其一部分被蒸发掉，溶解的固体累积在水中。所有蒸发冷却器制造商或者排放一些再循环的水以试图降低溶解固体的浓度(在工业中被称为浓度循环)，或者不时地排出集水池中的水以尽可能多地除去溶解固体。大多数集水池都有浮子致动补给阀来向集水池中添加水。这样使新鲜水和含浓缩的溶解固体的水相混合以降低浓度。然而在实践中，分配到介质上的混合水与注入水相比，总会具有较高浓度的溶解固体。

如果水分配系统使得某些区域内的水在离开介质之前，溶解固体的浓度过高，则介质将开始结垢。一旦开始结垢后，用于进一步结垢的过程起点就会降低，使得每当周围的水刚刚接近沉淀点时，盐晶体就会生长。

通过调配进料和溢流过程对结垢累积的有效控制需要更多的控制装置，并且通常具有这种系统。到目前为止，清溶液是排除再循环系统而利用单次水通过系统的结果。单次通过系统将水提供到介质顶部，使其流过介质并将通过的流体排出。为了实现这一系统必须克服一些挑战性的问题。首先，必加入开关控制以调节引入到介质中的水。第二，水的流量必须足够完全润湿介质，然而流量必须周期切断以避免浪费大量的水。一些现有的系统使用以计时器为基础的控制器来调节水流。另一种类型的系统在介质中使用单一温度传感器结合计时器来控制水流。这些系统通常都会过早失效，要么由于使用过多量的水，或者由于使用不足量的水导致介质的变干和结垢。这两种类型的系统在商业上都是不能被广泛接受的。

通常，蒸发冷却器市场变成了日用品市场，市场条件促使制造商生产出较为低廉的冷却器。由于没有明确的如何对单元分级的标准，在蒸发冷却领域未经过培训的用户基础将不能辨别目前工业实践的结果，目前的工业实践即在对额定气流速率的蒸发冷却器进行分级时不参考单元效率。因此，用户的决定主要取决于价格而非性能或投资收益率。

下面列出了专利中所描述的各种现有技术的蒸发冷却器系统。

美国专利No.4968457描述了一种蒸发冷却器的非循环控制。用简单的电磁阀对水的流量进行计量，其没有考虑将流速变化作为入口管道压力的函数。因此，在每天不同时间内释放的水量将根据生活用水管道压力的变化而改变。此外，没有了解到需要根据引入水硬度的变化而改变水流速率，也没有讨论提供比蒸发的水更多的水以保持介质不会结垢。用于控制电磁阀操作的传感器设置在将水喷射到介质中的喷嘴的下游，用于感应温度或湿度。其中没有了解到冷却过程主要取决于进口空气条件。

美国专利No.5775580涉及一种非循环蒸发冷却器，主要用于消除水从介质中滴落。除非使用纯水，这将导致至少部分介质会变干，产生盐的沉积，危害到整个介质及其效率。

美国专利No.6367277公开了在再循环蒸发冷却器系统中使用新鲜水作为补充使结垢最小化。其中并未公开有关在介质的蒸发点对水的硬度的控制，该系统也没有使所用的水量最小化。还需要溢流相当量的再循环水以保持矿物质不被沉淀析出。文献中没有提出对不同位置的条件变化及其对蒸发冷却器效率的影响的了解。

与在蒸发冷却器中发生蒸发冷却的介质上形成的厚水垢有关的问题有几种。首先，由于其中的空气通道或多或少被堵塞，会降低通过介质的空气流。为了保持足够的空气体积，必须增大通过介质的空气的流速。在超过650英尺/分钟的速度时，会有小水滴被吸入到气流中的趋势，除非采取其它的步骤。这些水滴可以使气流超饱和，使得其中水分可能会在介质下游凝结，给用户带来其它不能接受的问题。第二，在盐发生局部浓缩处，这些区域内的pH值会显著增加。高pH值会使水浸出树脂并脱除介质中的纤维素，造成介质过早的结构失效。

由于现代办公室和工业建筑变得更加能量有效和更好地绝热，所以室内空气质量越来越受到关注。各种规章就包括需要将多少新鲜的外界空气引入到建筑物内部的HVAC系统中。外界空气很少有所需的温度和相对湿度。在美国西南部，空气通常比所需要的更加干燥和炎热。这意味着在可以被引入到建筑物中之前，补充空气需要冷却和增湿。在大型商业建筑物中，传统的冷水系统使用冷却塔和机械冷却器相结合来为建筑物提供冷却。这些系统的运行需要使用相当多的电量。通过在将补充空气引入到建筑物中的过程中使其冷却，从而采用直接蒸发冷却来降低这一电量需求。这些应用都被上述的结垢和缺乏控制的问题所困扰。

蒸发冷却通常用于粉尘工业环境中。在历史上，再循环蒸发冷却器会被灰尘所堵塞。通常会在蒸发冷却器的上游安装预过滤器来去除空气中存在的灰尘。缺乏养护通常会导致过滤器过载、过滤器故障和介质堵塞。解决灰尘问题的一种方法是采用仅通过用于灰尘控制的计时器来控制的过量水流。这些结果不是特别有效。另一种单元使用新鲜水补充集管来试图控制灰尘累积，并用计时器激活冲洗。这也被证明在实践中并不是特别有效的。

发明内容

具有一个或多个介质模件的蒸发冷却器使用非循环过滤水供给来避免溶解杂质的累积。通过对水进行调节和计量以润湿每个介质模件，保证均匀和可控的水分配，其沿介质的变化不超过4％。当使用多个介质模件时，模件之间的变化低于5％。微处理器接收到反映进入和离开每个介质模件的空气的参数的数据，然后产生适当的控制信号，以启动一个或多个不锈钢球阀对流到阀门的水流提供正确的控制，从而尽管供给水压力是变化的但仍能够产生恒流。当存在多个介质模件时，模件之间的水流量变化小于10％。每个介质模件的水分配单元经配置以提供沿介质均匀的水排放，尽管水压力是变化的。特别地，每个水分配单元包括沿歧管均匀间隔的排出孔，其限定的总面积等于或少于歧管横截面积的25％，以保持沿歧管低于+/-10％的排水速率。

本发明的主要目的在于提供一种蒸发冷却器，当从流过其中的空气吸收热量时，其不会经历介质的结垢、堵塞，以及损害。

本发明的另一个目的在于提供一种沿蒸发冷却器的介质顶部为均匀的水分配模式，该模式导致在介质中的水分配与热传递模式一致，因此与介质中的水蒸发相一致。

本发明的另一个目的在于提供作为进入和离开介质的空气的参数的函数的流入和沿蒸发冷却器的介质的水流速率。

本发明的另一个目的在于提供一种用于将水运输到蒸发冷却器的介质中的恒流阀，尽管在使用过程中水压是变化的。

本发明的另一个目的在于提供来自感应蒸发冷却器环境的传感器的在线数据(on going data)，以产生针对用于调节流向蒸发冷却器的介质中的水流量的阀门的控制信号。

本发明的另一个目的在于为蒸发冷却器的每个介质模件提供水分配系统，其均匀润湿介质并保持介质的润湿。

本发明的另一个目的在于在蒸发冷却器的介质顶部提供水分配歧管，其沿歧管的长度方向均匀分配水流，尽管流到歧管中的水压是变化的。

本发明的另一个目的在于在蒸发冷却器的介质顶部提供多个水分配歧管，使其沿介质的长度和宽度方向提供均匀水流并均匀润湿介质。

本发明的另一个目的在于提供一种避免蒸发冷却器的介质结垢和堵塞的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种水分配系统，其保持蒸发冷却器的介质润湿，尽管流向分配系统的水源压力是变化的。

本发明的另一个目的在于当介质在以下状况之间操作时利用它的改进的物理性质：完全饱和的状况和反映低水平饱和的状况，其中后一状况与浓度极限周期中水体积和溶解固体的减少有关。

随着下面的继续描述，本发明的这些和其它目的将对于本领域的技术人员变得显而易见。

附图简述

本发明将参照下述附图进行更加详尽和清楚的描述，附图如下：

图1是描述一种表示本发明的蒸发冷却器的示意图；

图2是由控制蒸发冷却器操作的微处理器执行的功能的流程图；

图2A是图2中所示的流程图中的略语图例；

图3A、3B和3C描述了围在蒸发冷却器介质周围并表示介质模件的结构的前视、顶视和侧视图；

图4是描述安装在介质顶部的配水歧管和相关结构的局部横截面视图；

图5示出了具有位于其中的排出孔的配水歧管；

图6是描述作为用于将水分配到介质顶部的水分配系统的一部分而形成的一对歧管的顶视示意图；

图7是可与一个或多个蒸发冷却器一起使用的水供给和分配系统的示意图；

图8是用于安装多个介质模件的框架的代表性透视图；

图9A和9B是描述了用于支撑多个介质的框架的前视和顶视图；

图10A是具有多个介质模件的蒸发冷却器的代表性视图；和

图10B是图10A中所示的符号的说明。

发明详述

湿度计算图(psychometric chart)提供的信息可使得如果已知入口干球温度和入口湿球温度，就能够确定可以增加到空气中的水分量以及所产生的离开的空气的干球和湿球温度。这是建立在热力学定律基础上的，被称为质量平衡方程。这些原理表征了对于特定的入口条件和设备性能的操作。现有的蒸发冷却器试图通过使用这些原理和对出口温度、衬垫温度和出口相对湿度或衬垫相对湿度的测量来控制操作。根据这些原理清楚知道入口空气的物理状态控制着或者是确定实现蒸发冷却的能力的原因变量。在一个极端，如果入口空气的相对湿度为100％，则因为不能蒸发掉额外的水分而使蒸发冷却器不能工作，因此不能实现出口空气温度的降低。所测量的入口条件和操作参数的一种结合会在测量所有的适当变量时产生这种测量的出口条件。然而，不能测量这些变量中的一种会使其成为不确定的实施。测量适当的入口条件参数使得能够计算蒸发冷却器的预期效果，该计算结果可以与测量结果进行对比以确定蒸发冷却器的正确操作。在将这些概念应用到蒸发冷却器的操作中所存在的问题在于多数控制系统被设计成不能管理那些控制该过程的物理参数。伴随多数蒸发冷却器的唯一入口参数包括离开的空气的温度转换(例如室用恒温器)、润湿介质的面积和额定的气流。例如，商品单元简单测量流出空气的温度，而另一单元测量入口空气温度，并调节给水的开关时间作为两个控制点。没有包括到现有单元中的重要因素涉及精确和稳定地计量输送到介质中的水。多数现有蒸发冷却器使用球形和可控节流阀来控制向介质的水供应。这些不能将水流保持在非再循环系统可接受的范围内，因为所输送的水的体积随非循环系统中水压的变化而变化，所述水压变化是由于别处的耗水量以及与在该相连系统中的这些其它应用有关的明显压力变化而造成。例如，当早晨市政水系统具有相对较高的压力时水流可以与需要保持蒸发冷却系统介质润湿的流量相一致，但当正午水压通常较低时就不能提供足够的流量。

参照图1，示出了一种蒸发冷却器系统10以及用于对其有效操作同时使润湿介质的操作方面的恶化最小化的控制。目前使用的最普通的介质12是波纹状牛皮纸。该介质的典型形式是由Munters Corp.制造的，以Cel Dek和Glacier-Cor商标销售。水分配单元14安装在介质上面，用于沿介质顶部以足以在蒸发冷却器操作过程中保持介质润湿的流动速率均匀分配水。将从介质中滴出的水收集在排水盘16中，并通过排水管18排出。水不是再循环的；因此就避免了与使用再循环系统和蒸发冷却器相关的问题，其中包括与用于润湿衬垫的水中溶解的固体浓度相关的那些问题。通过风机20将待冷却的空气引导通过介质12。应当理解可以使用各种装置中的任何一种来使气流通过介质。箭头22所示的待冷却的空气被引导进入介质12。随着空气穿过介质，介质中存在的水的一部分会发生蒸发。这种蒸发从空气中吸收热量，冷却的空气从介质中排出，如箭头24所示。将冷却的空气引导进入风机，然后排出，如箭头26所示，进入待冷却的环境。入口水供给30可以使用纯净水、来自市政水系统的水或其它水源。水供给的硬度和溶解固体的浓度根据定义决定了可用于蒸发和冷却工作的水。这是由于那些限定水中溶解固体的浓度以及这些浓度与介质结垢之间的关系的自然法则和性质。人们对一些指数进行了研究，并进行试验测试，使结垢与水中溶解化合物的浓度水平以及组成进行关联。这些包括Langelier Saturation Index、Ryznan Stability Index、Puckorius Scaling Index等等。

使用电磁阀或球阀32来控制流入蒸发控制系统10中的水流，保证水流只发生在系统的操作过程中；可以加入各种关闭控制来保证在一个或多个模件发生故障的情况下切断水流。水的流速通过恒容控制阀或压力调节阀34来控制。阀门和节流大小的组合确保了预定流速的水被分配到单元14中，尽管输入压力会波动，对于任何市政水系统输入压力的波动通常作为需求变化的函数而发生。影响介质12中存在水的蒸发的一个因素就是其中的水的温度。因此，设置了一个用于感应通过水分配单元14流到介质12中的水的温度的温度传感器36。

如果在三个介质方向(横跨介质和从顶部到底部)上水的分配不均匀，或者如果向下流过介质的水流速率不充足，将会有一些区域中浓度的周期会更高，或者处于极值，介质会变干燥。在每个这样的位置上，溶解固体会容易沉淀析出，会形成结垢。随后的润湿将不能再次溶解该固体，将会危害到介质的性能。甚至在均匀流动下，影响介质中蒸发和影响对介质的润湿的各种变量都必须被有效控制以确保不会发生介质干点或结垢。为达到这一目的，使用了多个传感器。传感器40感应流入介质12的空气的温度，传感器42感应从介质中流出的空气的温度。传感器44感应流入到介质中的空气的相对湿度，传感器46感应从介质中流出的空气的相对湿度。传感器48感应介质12上游的压力，传感器50感应来自介质下游的压力，因此可以测定压差，如线52所示。

流过介质12的空气流的速率可以针对不断变化的气候条件而改变，以确保气流10的最高效率，以及流入和流出介质的空气流之间的最大温差。为使风机20产生的空气流速发生变化，使用传感器60来感应风机的速率，可以使用继电器62来控制风机的运行。类似地，位于蒸发冷却器单元中的压力传感器64感应其中的压力，并与感应冷却空气排放到的环境的压力的传感器66结合，对压差提供了指示。

上述传感器与用于接收传感器电子信号的微处理器70相互连接。一旦对这些电子信号中每个所表示的数据进行了处理，会产生控制信号来控制流到水分配单元14中的水流以及流速。类似地，可以对风机20的速率进行控制以提供会使蒸发冷却器最优化操作的通过介质12的气流速率。参照图2和2A，示出了表示微处理器70操作的流程图，以及流程图中术语的说明。由于该流程图自身就是解释性的，因此此处不需要其它解释。

联合参照图3A、3B、3C、4和5，将描述单一介质模件80的结构和操作。框架82位于介质12的周围，以保证箭头22所示的空气流过介质的前侧84，以及箭头24所示的流出冷却空气通过介质的后侧86。此外，通过将框架82与介质12相互连接在一起的夹子88等来支撑介质；也可以使用其它用于将介质保持在框架中的机械装置。在框架82底部安装排水盘16，用于接收从介质12中滴落的水。将排水盘中收集的水通过排水管18流出。特别如图4和5所示，来自水源的水被引导通过管道90，然后被输送到喷管92中。来自喷管的喷射水被竖直向上和/或以不同角度引导，如箭头94所示。喷射水碰撞分配罩96。分配罩具有倒槽的性质，安装在介质12上或位于介质12的附近，由框架82支撑。这种分配的角色是将离开喷管的喷射水转变成在介质顶部更均匀模式的水。一部分这些水将直接从分配罩滴落到介质12中，而剩余水会沿分配罩的内侧向下流动，滴落或流到介质上。可以使用多个挡板或倒槽与多个喷管或者带有多排独特位置的孔的喷管相结合，以实现介质顶部水分配的所需模式。因此，从喷管92喷出的水沿大约与分配罩(一个或多个)的向下开孔98几乎面积相等的区域被分配到介质12上。

伴随现有蒸发冷却器的水分配系统的一个问题涉及水非均匀分配到介质上。即水沿喷管等的分配通常从喷管的入口端到封闭端体积逐渐减小。此外，沿喷管的排出速率通常是来自市政水系统或其它水源的流入水的压力变化的函数；已知这种压力在任何指定的24小时周期内变化。已经了解到依照本发明构建的喷管92提供了从每个开孔100(开孔100从入口端102延伸到封闭端106)排出均匀的体积量，其沿喷管的变化不超过+/-10％。由于水排放的这种均匀性，介质中的水分配的误差在4％的范围内。

当使用多个介质模件时，润湿的介质之间的公差或变化不超过5％。水的流入以箭头104所示。为了获得这样的结果，沿喷管以+/-2.4％的公差均匀间隔地形成开孔100。此外，开孔100的总面积被确定为少于喷管内横截面积的25％。此外，当流速被控制到所需介质润湿率时，开孔100的总面积低于通过D’Arcy公式计算出的结果，结果造成喷管压力高于1～5psi。在图5所示的实施方式中，典型的喷管可以长为69.5英寸，每一端的开孔位于距离相应端约1英寸处。在喷管上设置排成一行的55个开孔彼此间距1.25英寸。对于内径为0.75英寸的喷管，每个开孔的尺寸直径会是千分之五十英寸(0.050”)。这些尺寸满足了开孔全部面积不超过喷管内横截面积的25％的规则。在需要将介质中的水分配模式转变为介质前部较重负载的应用中，可以在设计中添加取向为朝向介质前部的另一排开孔。

参照图6，示出了包括安装在介质114上方的两个喷管110、112的水分配系统的实施方案。分配罩116设置在喷管110上方，第二分配罩118设置在喷管112上方。与水源流体连接的导管或管道120将流入水提供给喷管110。在喷管的另一端，用罩124罩在第二管道122上，第二管道主要用来不时地清洁喷管。与水源流体连接的管道126将水提供到喷管112中。用罩130罩上的管道128与喷管112的另一端流体连通，主要用于喷管的清洁目的。可以使用夹子132等将管道120、126锁紧到由附图标记134表示的框架上。类似地，夹子136等被用于将管道122、128附着和锁紧到框架上，其中框架再次由附图标记134表示。

由于一些装置需要提供过于宽以至于不能接收并将足够量的水均匀地沿介质顶部分配的介质114才能最佳工作，所以会使用如上所述的图6中所示的一对喷管。必要地，喷管及其对应的分配罩的位置会是介质宽度及各自分配罩宽度的函数，以使得可沿介质顶部均匀分配水。

参照图7，示出了包括多个介质模件的蒸发冷却器系统的示意图，其中附图标记140、142示出了两个介质模件。水源144，无论是来自当地市政系统、纯净水源或其它来源，将水提供到球阀146。该阀门是由电动机148和其它致动器(其由附图标记150所表示的控制信号控制)操作的弹簧复位阀。因为阀门146是弹簧复位阀，所以它将提供故障安全操作以终止水流，除非控制信号使电动机148或其它致动器操作使其保持在开启状态。优选使用恒流阀(一个或多个)来防止发生水锤的可能性。阀门146的下游可以设置有Wye过滤器152，其与通向第二球阀156的导管154连接。球阀控制流向伴随介质模件140、142等的水分配系统的水流。由接收附图标记160表示的控制信号的电动机进行控制。也可以结合电动机158以外的一些其它类型的致动器。

导管162将水从阀门156运输到配水歧管164。如上所述，通过恒流阀170，导管166将一股水流提供到喷管168。类似地，导管172将水从总管通过恒流阀176提供给喷管174。如上所述，喷管168、174可以包括用于定期养护目的的清洗导管178、180。因此，喷管168、174提供水以润湿介质模件140中的介质，并在蒸发冷却器操作过程中保持介质润湿。由于这种介质的润湿，如箭头182所示的进入介质模件的气流将在通过介质模件(如箭头184所示)时被冷却。类似地，介质模件142的喷管186接受来自歧管164通过恒流阀188和导管190的水。喷管192接受来自歧管通过恒流阀194和导管196的水。从喷管186、192中排出的水会润湿介质模件142，以冷却流入介质模件中的空气，如箭头198所示，以提供如箭头200所示的冷却空气流。应当理解可以结合任何数量的操作连接到配水歧管164上的额外介质模件，以满足蒸发冷却器系统所处工厂的现场需求。

联合参照图8、9A和9B，示出了用于安装和支撑多个会在空气运动通过润湿介质之后提供冷却空气的介质的框架210。框架包括一对支撑多个竖直部件216、218、220和222的底部纵梁212、214。这些竖直部件相互连接，由水平纵梁224和226提供支撑。特别如图9A和9B中所示，通过处于拉伸状态的杆228、230、232、234、236和238实现了所限定的正方形或矩形的稳定性和刚性，这些杆将空间240、242、244、246、248和250的相对角分别进行对角啮合。为防止干扰置于每个空间中的介质，杆在限定这些空间的相应纵梁之间延伸，并以其为中心。对空气流入相应杆的横截面积包含的介质中的阻碍对所有使用目的基本上都是无关紧要的。应当理解，空间240、242、244、246、248和250的尺寸根据气流要求以及对介质、水分配系统、排水量和其它结构要求的实际考虑的变化而彼此不相同。

图10A(结合图10B中所列的说明)描述了多个安装在框架中的介质模件，所述框架例如图8、9A和9B中所示的框架210或其变体。蒸发冷却系统260包括多个介质模件，分别由附图标记1、2、3、4、5、6和7所示。这些模件中的每个都包括用于将水提供到相应水分配单元262、264、266、268、270、272和274中的水流入口。这些水分配单元中的每个都可以包括一个或多个如上所讨论的喷管等。每个介质模件也包括其自己的排水盘276、278、280、282、284、286和288。如图所示，介质模件1和2的尺寸可以约为其它模件的一半；因此示出了可以为了特殊的空气流目的和要求，而组合或使用不同尺寸的介质模件。

如图所示，待冷却的空气进入，如T1所示。从每个介质模件流出的冷却空气由T₀1、T₀2、T₀3、T₀4、T₀5、T₀6和T₀7所示，共同由箭头290所表示。

在有大量体积的空气待冷却的位置使用多个单独模件的主要优点在于优化了每个模件的尺寸和构造，以使效率和有效性最大化。例如，为提供大约8×12英尺的介质模件，在不损害效率和有效性的情况下会非常困难和昂贵。而且，在多个模件中的任何一个的任何部件发生故障或损坏的情况下，能够非常容易并相对廉价地替换掉相应的模件，而不影响或需要对其它模件的修理/保养。对比来讲，修理/替换大型介质模件的部件会比较昂贵，在该修理/保养过程中更加耗时，且妨碍蒸发冷却器系统的使用。应注意，如果由于一些原因某个特殊介质模件的修理/保养被延误或延期，其余的介质模件能够充分工作，并将继续提供冷却空气。

Claims (30)

1.一种蒸发冷却器系统，包括水源、介质模件、用于沿介质顶部分配水的水分配系统、用于使空气流过介质模件以蒸发流入其中的水并冷却该空气的装置、集水池和用于从集水池中排水的排水管，其改进包括下述组合：

a)与水源流体连接的喷管，所述喷管具有内部横截面积；

b)用于控制流向所述喷管的水的流量的恒流阀；和

c)位于所述喷管中的多个开孔，用于将水输送到介质模件中，所述多个开孔限定的总面积等于或少于所述喷管的内部横截面积的25％。

2.如权利要求1所述的蒸发冷却器系统，其中所述多个开孔沿所述喷管等距分布。

3.如权利要求1所述的蒸发冷却器系统，包括用于将水从所述喷管分配到介质模件上的分配罩。

4.如权利要求3所述的蒸发冷却器系统，其中所述分配罩包括位于所述喷管上方的倒槽，其中所述多个开孔的取向使得以选定的角度喷出水，使其碰撞所述分配罩以实现所需的水分配。

5.如权利要求1所述的蒸发冷却器系统，包括：

a)与所述喷管基本对齐的第二喷管；

b)用于控制流向所述第二喷管的水的流量的第二恒流阀；和

c)位于所述第二喷管中的第二组多个开孔，用于将水输送到介质模件上，所述第二组多个开孔限定的总面积等于或少于所述第二喷管的内部横截面积的25％。

6.如权利要求5所述的蒸发冷却器系统，其中所述多个开孔和所述第二组多个开孔分别沿所述喷管和所述第二喷管等距分布。

7.如权利要求5所述的蒸发冷却器系统，包括分别用于将水从所述喷管和所述第二喷管分配到介质模件上的分配罩和第二分配罩。

8.如权利要求7所述的蒸发冷却器系统，其中所述分配罩和所述第二分配罩中的每个都包括分别位于所述喷管和所述第二喷管上方的倒槽，其中所述多个开孔和第二组多个开孔的取向使得以选定的角度喷出水，使其碰撞所述分配罩以实现所需的水分配。

9.如权利要求1所述的蒸发冷却器系统，包括分别用于感应引入介质模件中的空气的温度和湿度的第一和第二传感器、分别用于感应从介质模件中排出的空气的温度和湿度的第三和第四传感器、响应于所述第一、第二、第三和第四传感器以控制恒流阀和通过介质的气流的微处理器。

10.如权利要求9所述的蒸发冷却器系统，包括用于感应气流速度的第五传感器和用于感应介质压差的第六传感器，所述控制器对应于第五和第六传感器。

11.如权利要求10所述的蒸发冷却器系统，包括用于感应介质上游和下游气流的压差的第七感传感器，所述控制器响应于第七传感器。

12.一种蒸发冷却器系统，该系统包括下述组合：

a)水源；

b)介质模件；

c)用于将空气引导通过所述介质模件的装置；

d)与所述水源流体连接用于将水分配到所述介质模件上的水分配单元；

e)用于收集来自所述介质模件的水的集水池，其包括用于排出所收集的水的排水管；

f)所述水分配单元包括喷管，其具有用于输送水流的多个开孔，所述多个开孔限定的总面积等于或少于所述喷管的内部横截面积的25％；和

g)用于将水流引到所述介质模件上的分配罩。

13.如权利要求12所述的蒸发冷却器系统，包括用于控制从所述水源流向所述喷管的水的流量的恒流阀。

14.如权利要求13所述的蒸发冷却器系统，其中所述水分配单元包括第二喷管，其具有用于输送水流的第二组多个开孔，所述第二组多个开孔限定的总第二面积等于或少于所述第二喷管的内部横截面积的25％，还包括用于将第二水流引到所述介质模件上的第二分配罩。

15.如权利要求13所述的蒸发冷却器系统，包括分别用于感应流到所述介质模件上的空气和从所述介质模件中排出的空气的温度的第一和第二传感器、以及用于控制从恒流阀中流出的水流量和气流速率的、对所述第一和第二传感器有响应的控制器。

16.如权利要求15所述的蒸发冷却器系统，包括分别用于感应流入所述介质模件中的空气和从所述介质模件中排出的空气的相对湿度的第三和第四传感器，所述控制器对所述第三和第四传感器有响应。

17.如权利要求16的蒸发冷却器系统，包括用于感应气流速率的第五传感器，所述控制器对所述第五传感器有响应。

18.如权利要求16所述的蒸发冷却器系统，包括用于感应沿所述介质模件的压差的压差传感器，所述控制器对所述压差传感器有响应。

19.如权利要求15所述的蒸发冷却器系统，包括用于感应流到所述喷管的水的温度的水温传感器，所述控制器对所述水温传感器有响应。

20.如权利要求15所述的蒸发冷却器系统，包括用于感应所述介质模件下游空气与所述装置下游空气之间的压差的压差传感器，所述控制器对所述压差传感器有响应。

21.一种如权利要求12所述的蒸发冷却器系统，包括至少一个第二介质模件，以构成至少两个介质模件的阵列，每个所述的第二介质模件都包括：

a)与所述水源流体连接的用于将水分配到所述第二介质模件上的第二水分配单元；

b)用于收集来自所述第二介质模件的水的第二集水池，其包括用于排出所收集的水的第二排水管；

c)每个所述第二水分配单元包括第二喷管，其具有用于排出第二水流的多个第二开孔，所述多个第二开孔限定的总面积等于或少于所述第二喷管的内部横截面积的25％；和

d)用于将第二水流引到所述第二介质模件上的第二分配罩。

22.一种操作蒸发冷却器系统的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供水源；

b)使用装置将空气引导通过介质模件；

c)将水从水源分配到介质模件中；

d)收集从介质中排出的水，并排出所收集的水；

e)所述分配步骤包括由具有多个开孔的喷管中排出多股水流的步骤，所述多个开孔的总面积等于或少于喷管横截面积的25％；

f)用分配罩将水流引导到介质模件上。

23.如权利要求21所述的方法，包括以下步骤：

a)感应流入和流出介质模件的空气的温度；和

b)使用响应于所述感应步骤的控制器对分配到介质模件的水流进行控制。

24.如权利要求23所述的方法，包括以下步骤：

a)进一步感应流入和流出介质模件的空气的相对湿度；和

b)使用响应于所述进一步感应步骤的控制器进一步对分配到介质模件的水流进行控制。

25.如权利要求24所述的方法，包括以下步骤：

a)再进一步感应介质模件两侧的压差；和

b)使用响应于所述再进一步感应步骤的控制器再进一步对分配到介质模件的水流进行控制。

26.如权利要求23所述的方法，包括以下步骤：

a)测定流到介质模件中的水的温度；和

b)使用响应于所述测定步骤的控制器对分配到介质模件的水流进行调节。

27.如权利要求23所述的方法，包括以下步骤：

a)测定由装置确定的空气的流速；和

b)使用响应于所述测定步骤的控制器对装置的速度进行控制。

28.如权利要求23所述的方法，包括以下步骤：

a)测定介质模件下游空气与装置下游空气之间的压差；和

b)使用响应于所述测定步骤的控制器对分配到介质的水流进行控制。

29.如权利要求22所述的方法，包括由多个介质模件构成的阵列，每个介质模件都重复a)、b)、c)、d)、e)、f)和g)步骤中的每一步。

30.如权利要求29的方法，包括以下步骤：

a)感应流入和流出介质模件阵列的空气的温度；和

b)使用响应于所述感应步骤的控制器对分配到介质模件的水流进行控制。

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