JP2017527768A - 蒸発冷却装置とともに用いるための水を最小にする方法及び装置 - Google Patents

Abstract

蒸発冷却システムは、主熱交換媒体を流れ過ぎる給気を冷却するために主熱交換媒体を通って流れる冷却流体を利用する主冷却ユニット、ブリード配管及び給気の流れる方向に対して主冷却ユニットの上流に配置された副冷却ユニットを備える。主冷却ユニットは、冷却流体を主熱交換媒体に供給するための供給配管、主熱交換媒体に供給された冷却流体を集めるための貯槽及び貯槽に集められた冷却流体を還流して供給配管に戻すためのポンプを備える。ブリード配管は主冷却ユニットから還流冷却流体の一部分をブリードする。副冷却ユニットはブリード配管を介して主冷却ユニットからブリードされた冷却流体を受け取る副熱交換媒体を備える。

Description

関連出願の説明

本出願は２０１４年９月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／０４８５４１号の恩典を主張する。

本発明は、流体を冷却するために熱力学の法則を利用する調和装置である、蒸発冷却システムの改善に向けられる。すなわち、液相から蒸気相への流体の変化の結果、相変化にともなう蒸発熱による温度低下を得ることができる。

代表的な蒸発冷却機においては、原水が熱交換機に供給されるかまたは熱交換機を通して還流され、熱交換機を通って流れている給気から熱を奪うことによって蒸発する。最も容易に利用できる原水形態は様々な汚染物を含み、最も顕著な汚染物は溶存する塩及び無機物である。還流式蒸発冷却システムでは、熱交換機に供給されたが、蒸発はしなかった過剰な水が貯水槽に集められ、次いでポンプにより熱交換機に戻される。水が熱交換機から蒸発するにつれて原水内に溶存する無機物及び塩は残留し、水量が減じるにつれて濃度が高くなる。蒸発した水を補充するために補給水がシステムに供給されるが、塩及び無機物は残り、濃度が高すぎると、スケール形成質として熱交換機に堆積するようになり得る。

高濃度のスケール形成質を軽減するため、水を用いる蒸発冷却装置のほとんどには、貯水槽内の塩及び無機物含有量を制御するためのドレインへの水ブリードが組み込まれている。有効なブリード量を決定するための手法は様々であり、周知である。一般に、ブリード量は供給水内の無機汚染物のレベル及び水質に依存するが、きれいな真水に対する供給水の約１０％という小さい量から、無機物含有量が多い供給水の５０％以上もの大きい量まで変化する。無機物の溶解度を高めるために化学処理が用いられる場合であっても、蒸発過程内でのスケール生成を防止するためには無機物で飽和した水を真水で置き換えるために、ブリードがまだ必要である。

図３は代表的な直接蒸発冷却機１００の略図を表す。水または別の適する冷却液がポンプ１１４を用いて貯水槽１１０から供給配管１１２を通してディストリビュータ１１６に還流される。ディストリビュータ１１６は供給された水を、蒸発パッド１１８のような、熱交換機にかけて均等に分配する。給気１２４がパッドを通過し、そこで冷却され、加湿されて、冷気１２６として出る。ディストリビュータ１１６から供された水はパッドを通って流下し、暖かい給気１２４に会すると蒸発する。例えば、バルブ１２０によって制御されるブリード流が、水内の無機物蓄積を制御するため、システムからブリード／ドレイン配管１２１を通してドレイン１２２に取り出される。必要に応じて、蒸発したかまたはブリードされた水を補充するため、給水源１２８から真水の補給水が加えられる。補給水は貯水槽１１０に備えられるフロートバルブまたはその他のレベルセンシング素子（図示せず）によって制御することができる。

図４は、この例では流体冷却機２００である、代表的な間接蒸発冷却機を示す。流体冷却機２００は、吸気口２０４及び排気口２０６を有するハウジング２０２を備える。貯水槽として機能するサンプ２１０がハウジング２０２の底部に配置される。流体流入口２１８-１及び流体流出口２１８-２を有する熱交換機２１８がサンプ２１０の上方に配置される。水または別の適する冷媒がポンプ２１４を用いてサンプ２１０から供給配管２１２を通して引かれる。ポンプで引かれた水は、熱交換機２１８にかけて水をスプレーして熱交換機から熱をとる、スプレーヘッド２１６に供給される。スプレーされた水はサンプ２１０に集められる。直接蒸発冷却機におけるように、冷却水中の塩及び無機物の濃度を制御するため、ブリード配管２２１を通して冷却水をドレイン２２２にブリードするためのブリードバルブ２２０が供給配管２１２に設けられる。空気は、ベルトを介してモーター２３２により駆動されるファン２３０を用いて、吸気口２０４を通して引き込まれ、排気口２０６を通して排出される。冷却されるべき流体は、流入口２１８-１を通して熱交換機２１８に供給され、流出口２１８-２を通して熱交換機から放出される。

動作において、図４に示されるように、冷気２２６が初めに、冷却されるべき温流体がそれを通って流れる、熱交換機２１８の外表面上を通り過ぎる。冷却されるべき流体は水のような液体または空気のような気体とすることができる。供給配管２１２、ポンプ２１４及びスプレーヘッド２１６を用いる還流水流で熱交換機２１８がスプレーされ、同時に、水を蒸発させて熱交換機内部の一次流体の冷却を生じさせるために濡れた熱交換機表面上を流れ過ぎる空気流が発生される。直接蒸発システムの場合のように、無機物の蓄積を防止するため、還流サンプからのブリードが必要である。蒸発した水及びブリードされた水を補充するため、補給水が給水源２２８から加えられる。

直接蒸発冷却システム及び間接蒸発冷却システムのいずれにおいても、ブリードされた水はドレインに向けられ、別途に用いられることはない。そのようなシステムでは、かなりの廃棄冷却水が生じ得る。この廃棄水はシステムの運転コストを相当に高めることができ、新鮮な水が乏しい地域では特に、水供給にかなりの負担もかけ得る。

本発明はブリードされた冷却水を補助冷却プロセスにおいて利用することで蒸発冷却システムの効率及び効力を改善することができる。

本発明は蒸発作用の一部分を提供するために、ブリードされる／された水（以降、ブリード水と称する）を利用することができ、ドレインに失われる水、したがって蒸発冷却システムによって消費される水の総量を低減することができる。

本発明は、所要ブリード水量、したがって総使用水量を低減する手段としての水の前処理または化学処理の代替手段を提供することができる。この代替手段は単独で、または他の手法とともに、用いることができる。

本発明の一態様において、蒸発冷却システムは、主熱交換媒体を通って流れる冷却流体を利用して主熱交換媒体を流れ過ぎる給気を冷却する主冷却ユニット、ブリード配管、及び給気の流れる方向に対して主冷却ユニットの上流に配置された副冷却ユニットを備える。主冷却ユニットは、主熱交換媒体に冷却流体を供給するための供給配管、主熱交換媒体に供給される冷却流体を集めるための帰還貯槽、及び貯槽に集められた冷却流体を還流して供給配管に戻すためのポンプを備える。ブリード配管は主冷却ユニットから還流冷却流体の一部分をブリードするように構成される。副冷却ユニットは主冷却ユニットからブリードされた冷却流体を、ブリード配管を通して受け取るように構成された副熱交換媒体を備える。

本発明の別の態様において、ガス調和システムは、主調和ユニット、ブリード配管及び副調和ユニットを備える。主調和ユニットは主調和ユニットを通って流れるガスを調和するように構成され、流れているガスを調和するために調和流体を用いる。ブリード配管は主調和ユニットから調和流体の一部分をブリードするように構成される。副調和ユニットはガスの流れる方向に対して主調和ユニットの上流に配置され、流れているガスを予備調和するためにブリード配管を通して主調和ユニットからブリードされた調和流体を利用する。

本発明のまた別の態様において、蒸発冷却システムにおいて給気を冷却する方法は、主熱交換媒体に冷却流体を供給する工程、主熱交換媒体に供給された冷却流体の一部分をブリードする工程、ブリードされた冷却流体を副熱交換媒体に供給する工程、及び主熱交換媒体及び副熱交換媒体を通して給気を流す工程を含む。

上記及びその他の態様及び利点は、以下の説明が添付図面とともに読まれたときに明らかになるであろう。

図１は本発明の第１の実施形態の蒸発冷却システムの略図である。 図２は本発明に用いられる修正脱水媒体の斜視図である。 図３は代表的な直接蒸発冷却システムの略図である。 図４は代表的な間接蒸発冷却システムの略図である。

本発明のシステムにおいて、蒸発冷却機からのブリード水は、図３及び４に関して上述したシステムのような、代表的な蒸発冷却システムの蒸発部に入る空気を冷却するために利用される。これは、それ自体が直接蒸発冷却部である、脱水媒体の上にブリード水を通すことで達成される。脱水媒体は、上述した主蒸発冷却プロセスに入る前の空気を冷却及び加湿する。

脱水媒体に続く蒸発冷却装置は、上述したような、空気を冷却するための手段として水が空気中に蒸発する直接蒸発タイプ及び、供給水を冷却するための手段として水が空気流に蒸発する、蒸発冷却区域内、さらには冷却塔内の、濡らされた熱交換機に入れられた第３の流体を冷却するための手段として水が空気流中に蒸発する間接蒸発タイプを含む、いずれのタイプともすることができる。

図１は本発明の第１の実施形態の蒸発冷却システムの略図である。蒸発冷却システム３００は、主冷却装置として用いられる、図２及び３に関して説明した代表的な直接蒸発冷却機または間接蒸発冷却機の内の１つを利用する。選ばれた主冷却装置は図１において参照数字１００、２００で簡略に示される。代表的な蒸発冷却装置におけるように、本発明の第１の実施形態のシステムは、サンプ／貯水槽３１０、供給配管３１２、ポンプ３１４及びディストリビュータ／スプレーヘッド３４２を備える。これらのコンポーネントは装置の主蒸発機に、すなわち、蒸発パッド１１８または熱交換機２１８に、水または別の適する冷却流体を供給するために用いられる。

冷却水内の無機物及び塩の濃度を低めるため、本実施形態のシステムは冷却水の一部分をブリードするためにブリードバルブ３２０及びブリード配管３２１を用いる。冷却水の一部分をブリードすることにより、冷却流体内の無機物及び塩の残留量を最小限に抑えることができ、よって主蒸発パッド１１８または熱交換機２１８におけるスケールの生長を防止することができる。

代表的な蒸発冷却例におけるように、本実施形態において、冷却水は主蒸発パッド１１８または熱交換機２１８を流下し、サンプ３１０に集められ、ポンプ３１４により還流されてディストリビュータ／スプレーヘッド３４２に戻される。サンプ内の水レベルが蒸発及びブリードによって低下すると、補給水を給水源３２８からサンプ／貯水槽３１０に供給することができ、これはフロートバルブ（図示せず）またはその他のいずれか適する素子によって制御される。

上述したように、供給配管３１２からのブリード量はブリードバルブ３２０によって決定される。本実施形態において、ブリードバルブ３２０は可変であり、コントローラ３３０によって制御される。コントローラ３３０はいずれか適するシステムマイクロコントローラとすることができる。ブリードバルブのパラメータはあらかじめ設定することができ、システム状態に応じて調節することができる。一例として、冷却液内の溶存固形分量を決定するため、サンプ３１０のような、還流冷却水回路内のどこかに総溶解固形分（ＴＤＳ）計／プローブ３３２を設けることができる。検知固形分量が増加するとコントローラ３３０がブリードバルブ３２０を制御してより大きなパーセンテージの冷却水をブリードするように、ＴＤＳ計３３２からコントローラ３３０への信号を解析することができる。

図３及び４の代表的な蒸発冷却システムとは異なり、供給配管３１２からブリード配管３２１内にブリードされた水がドレイン３２２に直接に流れることはない。むしろ、水はブリード配管３２１からディストリビュータ３４２を介して補助蒸発媒体／パッド３４２に供給される。補助蒸発媒体３４０が脱水媒体または犠牲媒体とも称される。補助蒸発媒体３４０は冷却されるべき空気の流れに対して蒸発冷却装置１００、２００の上流に配置される。補助蒸発媒体３４０に入る空気フロー３２３は主蒸発パッド１１８または熱交換機２１８を通過する空気ストリーム３２４として冷却及び加湿される。主蒸発冷却装置１００、２００を通って流れる空気は主蒸発冷却プロセスにおいてさらに冷却及び加湿され、排出空気流３２６として排出される。主蒸発冷却プロセスに入る前に補助蒸発冷却媒体３４０を用いて空気を予備冷却することで、一般にはドレインに廃棄されるであろうブリード水が空気を予備冷却するために用いられ、蒸発冷却システムの効率及び効力の改善を可能にする。

脱水媒体３４０上を通り過ぎるブリード水は蒸発するにつれて体積が減少し、無機物含有量が増加する。これがおこると、脱水媒体３４０にスケールが堆積するであろう。ブリードバルブ３２０の設定に応じて水の体積は、脱水媒体３４０を出る前の完全な蒸発によりゼロまで減じられ得る。蒸発しないで、脱水媒体３４０を完全に通過する水はサンプに戻されず、ドレイン３２２に向けられる。この残留水は非常に大きな無機物含有量を有し、蒸発媒体にかなりの量の無機物及び塩を残すであろう。したがって、媒体は最終的に、厚くなりスケールが付着した壁により重くなって、交換または清掃が必要になるであろう。

この点において、主蒸発冷却装置に入る空気を前処理（予備冷却）し、ブリード水で濡らされる、廃棄できるかまたは清掃できる、低効率蒸発冷却媒体／パッド３４０が好ましい。媒体は、水が蒸発すると表面に無機物が堆積するであろうから、廃棄できるかまたは清掃できるように設計される。媒体の開口は、スケールの蓄積が進行するにつれて生じる縮小を補償するに十分に大きな孔寸法をもって設計される。

前処理媒体の湿球効率は、全ブリード水の大半が媒体を出ることができる前に蒸発するように選ばれることが好ましい。蒸発冷却システム内の補給水に対するブリード水の比に応じて、媒体の湿球効率は約１０％と５０％の間にあるべきであり、ブリード率が高くなるほど、所要蒸発効率は高くなる。

犠牲媒体／パッドから水を常時蒸発させることは実際的ではないであろう。これは、最も顕著には、以下で詳細に説明されるように、媒体の寸法にはよらず、過剰な水が断続的に犠牲媒体に供給され、その全てが蒸発するとは限らない、システムの過渡効果によることがあり得るであろう。これには多くの理由があり得るであろう。最も顕著な理由は制御システムの応答時間に関わる。一般に、制御システムは過去におこった蒸発速度に基づいて水をブリードするであろう。例えば、空気の湿度が急速に高くなって飽和に至ったとしても、コントローラは犠牲媒体にブリードされた水を供給しようとするであろうが、空気には水を蒸発させ、固形分を除去する余裕はないであろう。別の例は蒸発媒体への水の供給配分が、おそらくは保守問題により、十分に均等ではない場合である。これらの条件の下で、設計配分水フローより水量が多い領域は水フローを完全に蒸発させることができず、この結果、媒体の領域においてブリードブレイクスルーがおこり得る。この時間中、特にシステムがブリード水を完全に蒸発させるように設計されている場合は、過剰な無機物含有量の多い水を主サンプに向けて戻すことが最善であり得る。

これがなされる場合、追加の予防策がとられるべきである。十分長い時間上記の状況が存在するならば、ブリード自体で還流システムから十分な固形分を除去することはできないであろう。犠牲パッドも、カルシウムベースまたはシリカベースの塩のような、溶解度が低い無機塩を選択的に除去するようにはたらき始めることはできるが、ナトリウムベースまたは塩素ベースの塩のような、溶解度の高い塩、または廃棄水流に放出できる最大濃度に関する規制を有し得る給水中のその他の汚染物を沈殿させて除去することはできない。

そのように設計されたシステムにおいては、これらの溶解度の高い無機物の蓄積を防ぐため、水を直接にドレインに向ける副ブリードシステムを装着することができる。このブリードは上述した主ブリード基準とは異なる副ブリード基準に基づくべきである。制御法の例は、ＴＤＳが１秒をこえて高濃度レベルにあるときには、あるいは与えられた時間にわたって主ブリードがＴＤＳ濃度に応答できないかまたはＴＤＡ濃度を補正できなければ、あるいは溶解度の高い無機物の内の１つの濃度の存在を検知し、それが定められた閾値をこえるときはドレインにブリードすることによる、従来態様でブリードを行うことであろう。

濃縮サイクル（ＣｏＣ）は原補給水中の固形分のレベルに対する還流水内の固形分のレベルを比較する尺度である。例えば、還流水が補給水の固形分濃度の４倍の固形分濃度を有していれば、濃縮サイクルは４である。与えられた濃縮サイクルに対して、好ましい前処理蒸発冷却機効率を計算することができる。この点を説明するため、以下の表は、定格効率が８５％の蒸発媒体により１０００ｓｃｆｍ（標準１０００立方フィート毎分＝標準２８３２０リットル毎分（ＳＬＭ））をシステムが処理するとした場合の、蒸発速度及びブリード率を略述する。

表１は、乾球が９５°Ｆ(３５.０℃)で湿球が７５°Ｆ（２３.９℃）の条件をもつ空気が初めに吸入口から効率が８５％の蒸発媒体を通して進む際に変化するときの空気状態を説明する。この表においては脱水パッドがなく、したがってパッドに対する効率は０％として与えられる。表において、空気フローに対する単位は標準立方フィート毎分（ｓｃｆｍ（１ｓｃｆｍ＝２８.３２ＳＬＭ）及びポンド毎時（ｌｂｓ/ｈｒ（１ｌｂｓ/ｈｒ＝４５３.６ｇ/ｈｒ））の両者、水流に対する単位はｌｂｓ/ｈｒ、湿度はグレイン毎ポンド（ｇｒ/ｌｂ（１ｇｒ/ｌｂ＝０.１４３ｇ/ｋｇ）、乾球（ｄｂ）及び湿球（ｗｂ）の温度は°Ｆ（Ｔ°Ｆ＝(Ｔ−３２)×(５/９)℃）で表される。

上の表において、蒸発効率または湿球効率は、（入ってくる空気の温度−断熱蒸発交換機を出る空気の温度）−（入ってくる空気の温度−入ってくる空気の湿球温度）と定義される。一般的定義により、定められた濃縮サイクルに対するブリード率は、公式：ブリード率＝蒸発率/(ＣｏＣ−１)で計算することができる。上例において、空気は９５°Ｆ(３５.０℃)ｄｂ、７５°Ｆ（２３.９℃）ｗｂ及び９９ｇｒ/ｌｂ（１４.１５ｇ/ｋｇ）から、７８°Ｆ(２５.６℃)ｄｂ、７５°Ｆ（２３.９℃）ｗｂ及び１２７ｇｒ/ｌｂ（１８.１６ｇ/ｋｇ）に冷却及び加湿された。蒸発冷却の結果、１７.９ポンド毎時（８.１２ｋｇ/ｈｒ）の蒸発が得られた。所望の２.２の濃縮サイクルを維持するためには、１４.９ポンド/ｈｒ（６.７６ｋｇ/ｈｒ）の水をドレインに送る必要がある。

第２の例においては、定格効率が２５％の脱水パッドをシステムに装着した。下表はシステムを通って進む空気の結果を示す。

本例においては、空気は、空気が主直接蒸発冷却交換機に入る前に、初めに脱水パッドにさらされ、そこでまず温度が９５°Ｆ(３５.０℃)から９０°Ｆ(３１.２℃)に下げられ、湿度が９９ｇｒ/ｌｂ（１４.１５ｇ/ｋｇ）から１０７ｇｒ/ｌｂ（１５.３０ｇ/ｋｇ）に高められる。交換機において、空気の温度は７７°Ｆ(２５.０℃)までさらに下げられ、湿度は１２８ｇｒ/ｌｂ（１８.３０ｇ/ｋｇ）にさらに高められる。脱水パッドが蒸発冷却作用のいくらかを済ませているから、主交換機において蒸発する水の量は、１７.９ｌｂｓ/ｈｒ（８.１２ｋｇ/ｈｒ）から１３.５ｌｂｓ/ｈｒ（６.１２ｋｇ/ｈｒ）に減じられた。主交換機サンプを２.２の濃縮サイクルに維持するためには、１１.２ｌｂｓ/ｈｒ（５.０８ｋｇ/ｈｒ）の水がブリードされなければならない。しかし、この水はドレインに向かわず、脱水パッドに供給され、そこで５.２ポンド（２.３６ｋｇ）が蒸発する。残りの６．０ｌｂｓ/ｈｒ（２.７２ｋｇ/ｈｒ）の水はドレインに送られ、この結果、ＣｏＣは２.２から４.１に高められる。

第３の例においては、脱水媒体の効率がさらに３５％まで高められる。

本例においては、脱水パッドの効率を高めることで主交換機からの蒸発速度がさらに１１.７ｌｂｓ/ｈｒ（５.３１ｋｇ/ｈｒ）まで低められ、この結果、脱水媒体へのブリード水は９.７ｌｂｓ/ｈｒ（４.４０ｋｇ/ｈｒ）になり、その内７.３ポンド（３.３１ｋｇ）が蒸発する。脱水媒体を出てドレインに向かう、残りの２.４ｌｂｓ/ｈｒ（１.０９ｋｇ/ｈｒ）の水は正味の蒸発冷却機に対して９のＣｏＣに相当する。

解析を結論すれば、脱水媒体の蒸発効率を４２％まで高めれば、ドレインに向かう残りの水がなくなり、得られるＣｏＣは無限大に近づく。

これらの例で示されるように、脱水効率をＣｏＣ及び主蒸発負荷に適合させることで、前処理蒸発速度を主蒸発機のブリード速度に一致させることができる。あるいは、より多くのまたは全ての水が確実に蒸発することを保証するために効率がさらに高い媒体を用いることができるが、さらに高い圧力降下という対価を払うことになり、また資本コストが高くなる。

上例においては、システムの総合蒸発効率が、一層効率が高い脱水パッドの付加によって高められている。別の手法は脱水パッドの効率を高めるにつれて主交換機の効率を低めることである。下の例においては、３９％の脱水パッド効率を７７％の主交換機効率と組み合わせた結果、例１におけるように空気が７８°Ｆ(２５.６℃)ｄｂに調和されるが、ブリード水は生じない。

方法及び原型装置を試験するため、最初の試作機を作製した。１００００ｓｃｆｍ（２８３２００ＳＬＭ）の空気を処理するように設計した蒸発冷却機モジュールを、暑夏の米国テキサス州サンアントニオ(San Antonio)で戸外に設置した。冷却機は。蒸発冷却媒体、特に、主蒸発冷却パッドとして、奥行きが８インチ（２０.３ｃｍ）の構造につくられた注水蒸発冷却媒体Ｍｕｎｔｅｒｓ ＧＬＡＳｄｅｋ、フロート注水バルブ付サンプ、ＧＬＡＳｄｅｋパッドの頂部に水を連続的に供給するための還流ポンプ及び冷却機にかけて空気を引き込むためのファンを備える。サンプの総溶存固形分（ＴＤＳ）を制御するための導電度コントローラ及びブリードバルブもシステムに装備した。

適切な濃縮サイクル（ＣｏＣ）を決定するためにパッコリアス(Puckorius)スケーリング指数評価を行うため、サンアントニオ水域（ＳＡＷＳ）についての水分析を用いた。下の表６はＳＡＷＳ水質報告書に含まれる値を開示している。

下の表７に与えられたパッコリアススケーリング指数評価から、試験に対して濃縮サイクルを２.２に設定すると決定した。２.２という値は理想値より若干大きいが、まだ安定であり、長い無スケール主交換機寿命を提供するであろうから、選んだ。

試験時に、入来する水のＴＤＳを測定すると２５０ｐｐｍであった。よって所望のＣｏＣを達成するため、導電度コントローラを５５０ｐｐｍに設定した。サンプＴＤＳを５５０ｐｐｍに維持するに適切な、ほぼ４５％の、水量がブリードされていることを確認するため、給水配管及びブリード配管のいずれにも水量計を装着してシステムを運転した。

次に、奥行きが２インチ（５.１ｃｍ）のＣＥＬｄｅｋ ７０６０蒸発冷却媒体を補助蒸発冷却媒体として吸気ストリームにかけてシステムに装着した。アスペン材チップのランダム織でつくられたＡｓｐｅｎパッドのような別のタイプの蒸発媒体を用いることもできるが、設計要件からは、空気圧降下への効果が無視できる、一貫した、再現可能なスケール蓄積を与えるであろう、圧力降下が小さく、一貫した寸法につくられた空気開口により、ＣＥＬｄｅｋのような構造化注水蒸発型の使用が好まれるであろう。主サンプのＴＤＳを制御するために用いられたブリード水はこの媒体の頂部に向けられた。パッドの底に残るいかなる水も測定されてドレインに向けられた。

補助媒体（脱水媒体）の蒸発性能を解析した。媒体の面の大半にかけて、水は、底を出てドレインに向かうことができるようになる前に媒体の表面から完全に蒸発するが、媒体の頂部に分配された供給水が平均をこえた領域では水の一部分が媒体の底に集められ、ドレインに向けられるであろう。この欠陥にもかかわらず、パッドを出てドレインに向かう正味の水量は４５％（ＣｏＣ２.２）からほぼ１０％（ＣｏＣ１０）まで減少した。

スケール蓄積を測定し、媒体の交換または清掃が必要になるまでどれぐらい長く媒体を使用できるであろうかを決定するため、媒体の重量を経時的にモニタすることができる。本例において、一週間の動作後、補助媒体に認め得るスケール蓄積はなかった。一ヶ月後、若干のスケールが見られたが、媒体の通気路は遮断されていなかった。ＣＥＬｄｅｋ媒体が支持できるスケールの重量及びブリード水量節減の評価は、媒体が一シーズン（３〜６ヶ月）にわたり無交換で冷却を提供できることを示す。スケール保持容量がさらに高い媒体、あるいは清掃することができる高分子材またはその他の材料で作製された媒体を用いることもできる。

本例において、ブリード水は補助（脱水）媒体の頂部に一様には分配されなかった。しかし、脱水媒体の頂部へのブリード水分配は、面にかかるフローが均等であり、チャネリングがおこらないように、可能な限り一様にされることが好ましい。水のフローのチャネリングは過剰なフローが、システム性能に有害である、高フロー領域におけるシステムブリードとして出て行くことを可能にする。

また、脱水媒体は、図２に示されるように、小モジュール型媒体区画３４０-１のマトリクスとして形成されることも好ましい。モジュール型媒体区画３４０-１はそれらの容易な交換を可能にする、フレーム３４１のような、機構に取り付けられることが好ましい。媒体の奥行きは小さいから、空気フローの力に抗する媒体の強度は低い。単純なフレーム内のより小さなモジュール化区画は、媒体全体の支持を可能にし、容易な交換性を提供するであろう。さらに、媒体面をモジュール化することで、最もスケールが蓄積した区画しか交換する必要はなく、ランニングコストが低減される。これは、上部の媒体ほど容易に多くのスケールが蓄積し、したがってより頻繁に交換する必要があると考えられるから、重要である。

改装用途において、脱水媒体は既存の主蒸発冷却機の吸気面に付加できることに留意すべきである。これは、もちろん、さらなる圧力降下を生じさせ、追加の運転コストを発生させる。初期システムの一部分として脱水媒体を備えるように設計されたシステムについては、脱水媒体の蒸発性能をシステム性能に含めることができ、したがって主蒸発面に必要な性能を低めることができる。そのような態様においては、ＣｏＣを高め、したがって使用水量を大きく低減しながら、圧力降下の実質的な増大はないようにシステムを設計することができるであろう。

一制御方法は、脱水媒体上の湿−乾線の位置の検知を含む。理想的には、媒体はその下端までほぼ濡れていて、最下部は乾いているべきである。媒体の濡れ具合は、媒体の温度を直接的または光学的に測定するか、あるいは媒体を出る空気の温度を測定する、センサ３５０によって最も容易に決定することができる。

制御のための別の手法は、与えられた水質に適するＣｏＣの解析によって必要とされるより高い効率に合わせて脱水媒体を作製することである。次いでブリード水を、ブリード水が既存の媒体の端にちょうど到達できる流量で脱水媒体に供給することができる。水の存在は、上で概説した温度法によるかまたは水存在検出システムの使用によってモニタすることができる。脱水媒体の効率は過大に設定されているから、必要量より多くのブリード水が主サンプからとられ、サンプの無機物レベルは指定された最大含有量を下回るであろう。

蒸発冷却システムにはサンプ及び還流ポンプを備えていないシステムがあることに留意すべきである。代わりに、新鮮な水が蒸発区画に供給され、プロセス中に蒸発しなかったいかなる過剰な水もドレインに向けられる。これらの「貫流式」システムでは水中の無機物が、プロセス中に水が蒸発するとスケール形成が可能になるであろう、閾値をこえないように意図的に過剰な水が供給される。したがって、理想的には、システムを出る水はほぼ飽和量の無機物を含有し、小体積である。これらの場合、システムを出る無機物含有量が大きい過剰な水は上の例におけるブリード水と同じ態様で利用することができる。過剰な水は還流水の例において説明したブリード水と同じ態様で体積を減じるかまたは無くすように脱水媒体を扱うために用いることができる。したがって、主冷却ユニットを通って還流している冷却流体の一部分をブリードすることを、また残りの「貫流」冷却流体を集め、集められた冷却流体を副冷却ユニットに供給することも、含めるために術語「ブリード」を用いることができる。

本発明の補助冷却システムは直接蒸発冷却機及び間接蒸発冷却機との使用に限定されない。ブリードまたは廃棄流体を生成し、予備調和プロセスにその流体を利用することで恩恵を受け得るであろう、いかなるシステムも本発明の範囲内に含めることができる。間接蒸発システムにおいては、熱負荷、したがって主蒸発速度が、水がその中へ蒸発していく空気の周囲条件に左右されるとは限らないことに留意すべきである。これらのシステムにおいては、熱が交換機内の熱負荷から第２の空気ストリーム、すなわちスカベンジャー空気ストリームに移されている。スカベンジャー（すなわち冷却）空気が乾いていれば、空気は大きな、空気が冷却熱交換機に向かう途中でその上を通り過ぎる犠牲媒体からブリード水を蒸発させることができる、能力を有するであろう。スカベンジャー空気が高い相対湿度を有していれば、犠牲媒体において蒸発し得るブリード水の量は限られる。この場合、蒸発効率が非常に高い犠牲パッドでもブリード水を全て蒸発させるには不十分であり得る。

したがって、冷却される負荷が犠牲空気状態から遮断されている間接蒸発システムにおいては、最適犠牲媒体効力を計算することができない。したがって、ブリード水の流量はこの場合は冷却空気ストリームの利用できる断熱蒸発ポテンシャルよりおそらくは高い蒸発負荷に比例するから、蒸発パッド効率を９５％まで高めることが有益であり得る。

以上、新規で有用な蒸発冷却システムを示し、説明した。本発明は例証及び説明の目的のため、いくつかの特定の実施形態を参照して例示されているが、説明された例の様々な改変、別形及び等価形態が可能であることが当業者には明らかであろう。

１００ 直接蒸発冷却機
１１０ 貯水槽
１１２，２１２ 供給配管
１１４，２１４ ポンプ
１１６ ディストリビュータ
１１８ 蒸発パッド
１２０．２２０ ブリードバルブ
１２１，２２１ ブリード／ドレイン配管
１２２，２２２ ドレイン
１２４ 給気
１２６，２２６ 冷気
１２８，２２８ 給水源
２００ 間接蒸発冷却機（流体冷却機）
２０２ ハウジング
２０４ 吸気口
２０６ 排気口
２１０ サンプ
２１６ スプレーヘッド
２１８ 熱交換機
２１８-１ 流体流入口
２１８-２ 流体流出口
２３０ ファン
２３２ モーター
３００ 蒸発冷却システム
３１０ サンプ／貯水槽
３１２ 供給配管
３１４ ポンプ
３２０ ブリードバルブ
３２１ ブリード配管
３２２ ドレイン
３２３ 空気フロー
３２４ 空気ストリーム
３２６ 排気流
３２８ 給水源
３３０ コントローラ
３３２ 総溶解固形分（ＴＤＳ）計／プローブ
３４０ 補助蒸発媒体／パッド
３４０-１ モジュール型媒体区画
３４１ フレーム
３４２ ディストリビュータ／スプレーヘッド
３５０ センサ

Claims (21)

1. 蒸発冷却システムにおいて、
   主熱交換媒体を流れ過ぎている給気を冷却するために前記主熱交換媒体を通って流れる冷却流体を利用する主冷却ユニットであって、前記冷却流体を前記主熱交換媒体に供給するための供給配管と、前記主熱交換媒体に供給された前記冷却流体を集めるための帰還貯槽と、前記貯槽に集められた前記冷却流体を還流させて前記供給配管に戻すためのポンプとを備える主冷却ユニット、
   前記主冷却ユニットから前記環流冷却流体の一部分をブリードするように構成されたブリード配管、及び
   前記給気の流れる方向に対して前記主冷却ユニットの上流に配置された副冷却ユニットであって、前記ブリード配管を介して前記主冷却ユニットからブリードされた前記冷却流体を受け取るように構成された副熱交換媒体を含む副冷却ユニット、
   を備えることを特徴とする蒸発冷却システム。
2. 前記主冷却ユニットが直接蒸発冷却機を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
3. 前記主冷却ユニットが間接蒸発冷却機を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
4. 前記副熱交換媒体が蒸発冷却媒体を含むことを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
5. 前記副熱交換媒体がモジュールの形をとり、前記副熱交換媒体のそれぞれのモジュールが個々に交換可能であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
6. 前記主冷却ユニットからブリードされる前記環流冷却流体の前記一部分の量を制御するためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
7. 前記コントローラが前記還流流体の状態を検知し、前記還流流体の前記検知した状態に応じて、前記主冷却ユニットからブリードされる前記環流冷却流体の前記一部分の量を制御することを特徴とする請求項６に記載の蒸発冷却システム。
8. 前記主冷却ユニットからブリードされる前記冷却流体が副熱交換媒体において到達する最低量を検知することによる前記主冷却ユニットからブリードされる前記流体の量の制御に用いられるセンサをさらに備え、前記最低量があらかじめ定められたレベルに到達するように、前記コントローラが前記副熱交換媒体にかかる前記流体の流量を制御することを特徴とする請求項６に記載の蒸発冷却システム。
9. 前記還流冷却流体の前記ブリードされた一部分の全てが前記副冷却ユニットにおいて蒸発するように、前記副熱交換媒体が選ばれ、前記主冷却ユニットからブリードされる前記還流冷却流体の前記一部分が制御されることを特徴とする請求項１に記載の蒸発冷却システム。
10. ガス調和システムにおいて、
    それを通って流れているガスを調和するように構成された主調和ユニットであって、前記流れているガスを調和するために調和流体を利用する主調和ユニット、
    前記主調和ユニットから前記調和流体の一部分をブリードするように構成されたブリード配管、及び
    前記ガスの流れの方向に対して前記主調和ユニットの上流に配置された副調和ユニットであって、前記流れているガスを予備調和するために前記ブリード配管を介して前記主調和ユニットからブリードされた前記調和流体を利用する副調和ユニット、
    を備えることを特徴とする調和システム。
11. 前記主調和ユニットが直接蒸発冷却機を含むことを特徴とする請求項１０に記載の調和システム。
12. 前記主調和ユニットが間接蒸発冷却機を含むことを特徴とする請求項１０に記載の調和システム。
13. 前記副調和ユニットが、前記ブリード配管を介して受け取られる前記調和流体を用いる蒸発冷却媒体によって、前記流れているガスを予備調和することを特徴とする請求項１０に記載のガス調和システム。
14. 前記調和流体が前記主調和ユニットを通して還流され、前記ブリード配管が前記主調和ユニットからの前記還流調和流体の前記一部分をブリードすることを特徴とする請求項１０に記載のガス調和システム。
15. 前記主調和ユニットからブリードされる前記還流調和流体の前記一部分の量を制御するためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のガス調和システム。
16. 前記副調和ユニットに備えられた蒸発冷却媒体並びに前記主調和ユニットからブリードされて前記上発冷却媒体によって受け取られる前記調和流体が到達する最低量を検知するためのセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のガス調和システム。
17. 蒸発冷却システムにおいて給気を冷却する方法であって、前記方法が、
    主蒸発熱交換媒体に冷却流体を供給する工程、
    前記主蒸発熱交換媒体に供給された前記冷却流体の一部分をブリードする工程、
    前記ブリードされた冷却流体を副蒸発熱交換媒体に供給する工程、及び
    前記主蒸発熱交換媒体及び前記副蒸発熱交換媒体を通して前記給気を流す工程、
    を含むことを特徴とする方法。
18. 前記冷却流体が集められ、前記主蒸発熱交換媒体を通して還流され、前記ブリードする工程が前記主蒸発熱交換媒体から前記還流冷却流体の前記一部分をブリードすることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記主蒸発熱交換媒体からブリードされる前記還流冷却流体の前記部分の量を制御する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記副蒸発熱交換媒体が蒸発冷却媒体を含み、前記主蒸発熱交換媒体を通って流れる前に、前記蒸発冷却媒体を通って流れる前記給気を予備冷却するために前記蒸発冷却媒体に供給される前記冷却流体の蒸発が用いられることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 前記主蒸発熱交換媒体からブリードされて、前記副蒸発熱交換媒体に供給される前記冷却流体が到達する最低量を検知する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。