JP6553122B2

JP6553122B2 - 熱を交換する方法

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Publication number: JP6553122B2
Application number: JP2017108360A
Authority: JP
Inventors: トーマス、カーター; ツァン、リウ; デイビッド、アンドリュー、アーロン; フィリップ、ホランダー
Original assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Current assignee: Baltimore Aircoil Co Inc
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2033-12-16
Also published as: JP2017172964A; KR20160033065A; US20140166240A1; CN110081734A; CN105026866A; WO2014099792A3; WO2014099792A2; EP3885687A1; JP2016503156A; CA2894693C; AU2013363149B2; ES2875467T3; EP2932178B1; CA2894693A1; US9057564B2; EP2932178A4; MX2015007659A; AU2013363149A1; EP2932178A2; BR112015014024B1

Description

本発明は、一般に、閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、蓄熱システム、空気冷却器、または、空気加熱器などの改良された熱交換装置に関する。より具体的には、本発明は、容量および性能の向上を達成するように配置される別個の間接蒸発熱交換部分および直接蒸発熱交換部分または構成要素の１または複数の組み合わせに関する。

本発明は、間接熱交換部分としてのプレート型熱交換器の使用を含む。チューブの個々の回路から構成されるコイル回路間接熱交換器と比べると、プレート型熱交換器から構成される間接熱交換部分の性能は向上される。そのような間接熱交換部分は、通常はフィル部分（充填部分）から構成される直接熱交換器と組み合わせることができ、フィル部分上にわたって水などの蒸発液体が通常は下方に流れる動作で移動される。そのように組み合わされる間接熱交換部分および直接熱交換部分は、共に合わさって、閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、空気冷却器、または、空気加熱器などの熱交換装置全体の性能を向上させる。

プレート型熱交換器を備える間接熱交換部分の性能の向上の一部は、間接熱交換部分上にわたって貫いて流されるあるいはさもなければ輸送される蒸発液体と顕熱交換および潜熱交換の両方を行なうことができるプレート型熱交換器としての間接熱交換部分の能力である。他の重要な向上点は、プレート型熱交換器が蛇行コイルから成る間接熱交換器などの他の蒸発間接熱交換器と同じ物理的空間内でより大きな表面積を有するという点である。

本発明によれば、熱交換構成の様々な組み合わせが想定し得る。そのような構成は、間接熱交換部分が、単独で動作し、直接熱交換部分よりも物理的に上側に位置され、あるいは、直接熱交換部分よりも物理的に下側に位置される構成を含むことができる。間接部分が直接部分よりも上側に位置されるような構成では、蒸発液体が間接熱交換部分へ向けて下向きに流されあるいはさもなければ噴射され、その場合、通常は水であるそのような蒸発液体は、その後、通常はフィル構成から成る直接熱交換部分上にわたって輸送されるように間接部分から出る。複合熱交換装置の他の構成では、間接熱交換部分が物理的に直接熱交換部分よりも物理的に下側に位置される。複合熱交換装置の他の構成では、２つ以上の間接部分が単一の閉回路流体冷却器内または熱交換器内に配置され、それぞれの間接部分が直接熱交換部分よりも下側あるいは上側にあることも本発明の一部である。また、変化する熱負荷と熱交換の必要性とに起因して、空気および水などの蒸発液体の両方が間接熱交換部分および直接熱交換部分の両方を横切って引き込まれあるいは供給される本発明の熱交換装置または流体冷却器を動作できることが理解されなければならない。蒸発液体の供給を伴うことなく熱交換器を動作させることが望ましい場合があり、その場合、空気だけが間接熱交換部分を横切って引き込まれる。また、蒸発液体のみが間接熱交換部分および直接熱交換部分を横切ってあるいは下向きに通過して供給されるとともに、空気がファンなどの典型的な手段によって引き込まれない、本発明に係る複合熱交換器を動作させることもできる。

間接熱交換部分の動作において、プレート型熱交換器の内部開口を通過する流体の流れは、間接熱交換器内の個々のプレート対間またはカセット間の通路に水などの蒸発液体を空気と共に通すことにより、顕熱交換動作および潜熱交換動作のいずれか一方または両方で冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される。そのような複合的な熱交換は、間接熱交換部分のより効率的な動作をもたらす。この場合も先と同様に通常は水であるとともに間接熱交換部分を横切って通過するあるいは下向きに通過する蒸発液体は、その後、一般にフィルアセンブリである直接熱交換部分を通常は下向きに横切ってあるいは貫いて通過する。蒸発液体中の熱は、ファンなどの空気移動システムによって閉回路流体冷却器または熱交換器アセンブリから外側で直接熱交換部分を横切ってほぼ下向きに、上向きに引き込まれる空気へと移動される。間接熱交換部分または直接熱交換部分から流出する蒸発液体は、一般に、貯留槽内に収集された後、間接熱交換部分または直接熱交換部分を横切る再分配のために上方へ送出される。無論、前述したように、間接熱交換部分と直接熱交換部分とを逆にすることができ、その場合、直接熱交換部分が間接熱交換部分よりも上側に位置される逆の状況では、間接部分から出る蒸発流体は、貯留槽内に収集されるとともに、直接熱交換部分を横切る分配のために上方へ送出される。あるいは、間接熱交換部分だけが存在してもよい。

したがって、本発明の目的は、間接熱交換部分および場合により直接熱交換部分を含む、閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、空気冷却器、または、空気加熱器となり得る改良された熱交換装置を提供することである。

本発明の他の目的は、プレート型熱交換器を備える間接熱交換部分を含む、閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、空気冷却器、または、空気加熱器などの改良された熱交換装置を提供することである。

本発明の他の目的は、他の蒸発間接熱交換器よりも大きな単位体積当たりの表面積を有するプレート型熱交換器を備える改良された熱交換装置を提供することである。

本発明は、一般的には間接熱交換部分と直接熱交換部分との組み合わせから構成される改良された熱交換装置を提供する。間接熱交換部分は、プレート型熱交換器を間接熱交換部分として利用することによって性能の向上をもたらす。プレート型熱交換器は、他の間接蒸発熱交換器よりも大きい単位体積当たりの表面積を含む。プレート型熱交換器は、それぞれが一対のプレートから成る１つ以上の複合プレート型熱交換群またはカセットから構成される。各カセットは、プレート間に内部通路を形成する。そのようなプレートは、カセット内で流体の流れをそこに通し、それにより、熱交換器のカセット内の各プレートの一方側の大きな表面積に対して流体の流れを晒すことができるように形成される。各プレートの外側には空間が設けられ、この空間内に、空気または水などの蒸発液体、あるいは、空気と蒸発液体との組み合わせを通過させて、プレート型熱交換器のプレートの外面から顕熱交換および潜熱交換の両方を行なうことができる。本発明の閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、空気冷却器、または、空気加熱器におけるプレート型熱交換器のそのような利用は、性能の向上をもたらすとともに、空気のみあるいは蒸発液体のみあるいはこれらの２つの組み合わせをプレート型熱交換器内のプレートの外側で通過させるあるいは横切らせることができる複合動作または代替動作も可能にする。

直接熱交換部分は間接熱交換部分のほぼ下側に位置され、それにより、間接熱交換部分から落下する蒸発液体をフィルを横切ってあるいはフィルを貫いて通過させることができ、したがって、ファンなどの空気移動装置により直接熱交換部分を横切るあるいは貫く空気の通過によって、熱をそのような蒸発液体から取り出すことができる。そのような蒸発液体は、閉回路流体冷却器、流体加熱器、凝縮器、蒸発器、空気冷却器、または、空気加熱器の底部の貯留槽内に収集されて、通常は間接熱交換部分を横切るあるいは貫く下向きの分配のために送り戻される。

また、単一の冷却塔内または熱交換器ユニット内で２つ以上の間接熱交換部分が２つ以上の直接熱交換部分よりも上側に位置されるアセンブリを提供することも本発明の一部である。また、間接熱交換部分および直接熱交換部分の位置を逆にして、直接熱交換部分を間接熱交換部分よりも上側に位置させることも本発明の一部である。したがって、蒸発液体が最初に直接熱交換フィル部分に下向きで通され、この場合、蒸発液体は、直接熱交換部分から間接熱交換部分へ向けて落下する。

本発明に係る熱交換器の第１の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の他の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第２の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第３の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第４の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第５の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第６の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第７の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第８の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第９の実施形態の側面図である。本発明に係る熱交換器の第１０の実施形態の側面図である。本発明の一実施形態に係るプレート型熱交換器の斜視図である。本発明の一実施形態に係るプレート型熱交換器の部分図である。プレートが分離された状態の本発明に係るプレート型熱交換器の側面図である。分離された場所を示す本発明に係るプレート型熱交換器の側面図である。本発明に係るプレート型熱交換器の平面図である。本発明に係る組み立てられたプレート型熱交換器の斜視図である。本発明に係るプレート型熱交換器の端面図である。本発明に係るプレート型熱交換器の側面図である。

ここで、図面の図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器が全体的に１０で示される。そのような熱交換器は、一般に、直接熱交換部分４と、該直接熱交換部分４よりも上側に位置される間接熱交換部分５とを伴って、閉回路冷却塔の状態で存在する。直接熱交換部分４は、一般に、通常はポリ塩化ビニルのシートから成るフィルから構成される。直接熱交換部分４は、熱交換器１０の外側の空気吸入口８を通じて空気を受け、この場合、空気は、ファン６によって直接熱交換部分４をほぼ横切るとともに幾分上方へ貫いて引き込まれる。間接熱交換部分５は、通常、流体出口２と流体入口１とを有するプレート型熱交換器５Ａから構成される。望ましい場合には、流体出口２および流体入口１の動作を逆にできることが理解されるべきである。間接熱交換部分５を通じた好ましい空気方向は、配水アセンブリ３の上端から入ることである。その後、空気は、ファン６によって上端から間接熱交換部分５を通じてほぼ下方に引き込まれて部分５の下端から抜け出る。また、選択的に、配水アセンブリ７’の上端が開放するあるいは閉じられること、空気がファン６によって空気吸入口７を介して間接熱交換部分５をほぼ下方に横切ること、並びに、空気が上方へ貫いて引き込まれること、もできる。蒸発液体、通常は水が、配水アセンブリ３から下方へ流れ、それにより、蒸発液体は、間接熱交換部分５を下方へ貫いて落下する。間接熱交換部分５を通過する蒸発液体は、直接熱交換部分４を下向きに通過する。直接熱交換部分４から下向きに通過して出る蒸発液体は、貯留槽９Ａ内に収集されるとともに、配水アセンブリ３を通じた再分配のためにポンプ９により上向きに送出される。配水アセンブリ３は、開口を有する様々なパイプ、または、例えば噴射ノズル、トラフ、あるいは、他の配水アセンブリ等を使用する任意の他の配水装置から構成され得る。間接熱交換部分５は、通常は、プレート型熱交換器５Ａから構成される。冷却され、凝縮され、加熱され、あるいは、蒸発されるべき流体は、プレート型熱交換器５Ａの結合プレート内またはカセット内を通過する。

ここで、図面の図１Ａを参照すると、本発明の他の実施形態に係る熱交換器が全体的に１７０で示される。そのような熱交換器は、一般に、直接熱交換部分１７４と、該直接熱交換部分１７４よりも上側に位置される２つの間接熱交換部分１８４、１８５とを伴って、閉回路冷却塔の状態で存在する。直接熱交換部分１７４は、一般に、通常はポリ塩化ビニルのシートから成るフィルから構成される。直接熱交換部分１７４は、熱交換器１７０の外側の空気吸入口１７８を通じて空気を受け、この場合、空気は、ファン１７５によって直接熱交換部分１７４をほぼ横切るとともに幾分上方へ貫いて引き込まれる。第１の間接熱交換部分１８４は、通常、流体出口１７２と流体入口１７１とを有するプレート型熱交換器１８４Ａから構成される。第２の間接熱交換部分１８５は、通常、流体出口１８２と流体入口１８１とを有するプレート型熱交換器１８５Ａから構成される。望ましい場合には、流体出口１７２、１８２および流体入口１７１、１８１の動作を逆にできることが理解されるべきである。間接熱交換部分１８４、１８５を通じた好ましい空気方向は、配水アセンブリ１７３の上端から入ることである。その後、空気は、ファン１７５によって上端から間接熱交換部分１８４、１８５を通じてほぼ下方に引き込まれて部分１８４、１８５の下端から抜け出る。また、選択的に、配水アセンブリ１７７Ａの上端が開放するあるいは閉じられることで、空気は、ファン１７５によって空気吸入口１７７を介して間接熱交換部分１８４、１８５をほぼ下方に横切ること、並びに、上方へ貫いて引き込まれること、もできる。蒸発液体、通常は水が、配水アセンブリ１７３から下方へ流れ、それにより、蒸発液体は、間接熱交換部分１８４、１８５を下方へ貫いて落下する。間接熱交換部分１８４、１８５を通過する蒸発液体は、直接熱交換部分１７４を下向きに通過する。
直接熱交換部分１７４から下向きに通過して出る蒸発液体は、貯留槽１７９Ａ内に収集されるとともに、配水アセンブリ１７３を通じた再分配のためにポンプ１７９により上向きに送出される。配水アセンブリ１７３は、開口を有する様々なパイプ、または、例えば噴射ノズル、トラフ、あるいは、他の配水アセンブリ等を使用する任意の他の配水装置から構成され得る。間接熱交換部分１８４、１８５はそれぞれ、通常は、プレート型熱交換器１８４、１８５から構成される。冷却され、凝縮され、加熱され、あるいは、蒸発されるべき２つの流体は、別個の流体蒸気として、プレート型熱交換器１８４、１８５Ａの結合プレート内またはカセット内を独立に通過する。

図２は、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器２０の第２の実施形態の側面図である。熱交換器２０は、通常、直接熱交換部分１４よりも上側に位置される間接熱交換部分１５を含む閉回路冷却塔であり、この場合、２つのそのような間接部分および直接部分が熱交換器２０の一部として設けられるのが分かる。この場合も先と同様に、直接熱交換部分１４は、ポリ塩化ビニルなどの適した材料のフィルシートから構成される。直接熱交換部分１４を横切るとともにほぼ交差して通過されるべき空気は、ファン１６により空気吸入口１８を通じて入って引き込まれる。間接熱交換部分１５は、通常、プレート型熱交換器１５Ａから構成される。間接熱交換部分１５を通じた好ましい空気方向は、蒸発液体分配装置１３Ａの上端から入ることである。その後、空気は、ファン１６によって上端から間接熱交換部分１５を通じてほぼ下方に引き込まれて部分１５の下端から抜け出る。また、選択的に、液体分配装置１７’の上端が開放するあるいは閉じられることで、空気は、ファン１６によって空気吸入口１７を通じて入って間接熱交換部分１５を下方に横切ること、並びに、ほぼ上方へ貫いて引き込まれること、もできる。蒸発液体が、蒸発液体分配装置１３Ａから下方へ流れるように与えられる。そのような蒸発液体は、間接熱交換部分１５をほぼ下方に横切って通過する。間接熱交換部分１５から出る蒸発液体は、直接熱交換部分１４を下向きに通過して、貯留槽１９Ａ内に収集される。そのような収集された蒸発液体は、ポンプ１９によって水蒸発液体分配装置１３Ａへ向けて分配のために上方に送出される。プレート型熱交換器１５Ａは、望ましい場合には逆にされ得る流体出口１２および流体入口１３を含む。冷却され、凝縮され、加熱され、あるいは、蒸発されるべき流体は、プレート型熱交換器１５Ａの結合プレート内またはカセット内を通過する。

前述した熱交換器１０および熱交換器２０の動作においては、必要とされる性能に応じて、そのような熱交換器の両方が動作されてもよいと理解されるべきであり、その場合、両方の蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともに、ファンは、直接熱交換部分および間接熱交換部分を横切って貫いて空気を引き込む。より少ない度合の熱交換が必要とされる場合には、ファンが間接部分および直接部分を横切って空気を引き込むことなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分および直接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、ユニットは、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されないように動作されてもよく、また、熱交換器は、単に、熱交換器内または冷却塔内をファンにより下向きに通過するあるいは横切って下方に引き込まれる空気によって間接熱交換部分の結合プレート対内を通過する流体が冷却される状態でのみ動作する。

ここで、図面の図３を参照すると、熱交換器の第３の実施形態が閉回路冷却塔の形態を成して全体的に３０で示される。熱交換器３０は、間接熱交換部分３５のほぼ上側に位置される直接熱交換部分３４から構成される。直接熱交換部分３４は、通常は、フィルシートアセンブリから構成され、この場合、フィルシートは一般にポリ塩化ビニルから構成される。空気は、空気吸入口３８を通じて入るとともに、ファン３６により引き込まれて直接熱交換部分３４を横切って上向きに貫く。蒸発液体、通常は水が、蒸発液体分配アセンブリ３３から下方へ分配され、そのような蒸発液体は、直接熱交換部分３４を下向きに通過する。蒸発液体分配アセンブリ３３の上端３３Ａは通常は閉じられる。間接熱交換部分３５は、通常は、各カセット間に離間された空間を伴う一連の結合プレートカセットから成るプレート型熱交換器３５Ａから構成される。冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発されるべき流体は、流体入口３１を通じて入り、流体出口３２を通じて出るが、望ましい場合には、そのような入口および出口を逆にすることができる。空気は、ファン３６により空気吸入口３７を通じて入って引き込まれ、間接熱交換部分３５を通過して、プレート型熱交換器のプレート対間またはカセット間を通る。なお、空気吸入口３８は、間接熱交換部分と直接熱交換部分との間の空気流量比を変えるために部分的に開放することができ、あるいは、完全に閉じて、空気の全量が直接熱交換部分に入ることができるようにすることができる。直接熱交換部分３４から落下する蒸発液体は、プレート型熱交換器３５のプレート対間またはカセット間を通過して、プレート型熱交換器３５Ａにおける結合プレート内を通る流体の顕熱伝達および潜熱伝達を行なう。そのような蒸発液体は、貯留槽３９Ａ内に収集されるとともに、蒸発分配アセンブリ３３を通じた再分配のためにポンプ３９を使用することにより上向きに送出される。

ここで、図４を参照すると、本発明に係る熱交換器アセンブリの第４の実施形態が全体的に４０で示される。この実施形態では、２つの直接熱交換部分４４が２つの間接熱交換部分４５よりも上側に位置される。蒸発液体が、蒸発液体分配アセンブリ４３から出るとともに、通常はポリ塩化ビニルから形成される一連のフィルシートから構成される直接熱交換部分４４を通じて下方に分配される。蒸発液体分配アセンブリ４３の上端４３Ａは通常は閉じられる。空気は、空気吸入口４８を通じて入って直接熱交換部分４４を横切ってほぼ上向きに通過し、この場合、空気はファン４６によって引き込まれる。なお、空気吸入口４８は、間接熱交換部分と直接熱交換部分との間の空気流量比を変えるために部分的に開放することができ、あるいは、完全に閉じて、空気の全量が直接熱交換部分に入ることができるようにすることができる。間接熱交換部分４５は、通常は、一連のプレート型熱交換器４５Ａから構成される。そのようなプレート型熱交換器は、流体を結合プレートまたはカセットに通すことができるようにし、それにより、そのような流体をプレート自体の大きな表面積に晒す。そのようなプレートは、通常は、プレート間を通過する蒸発液体の顕熱伝達および潜熱伝達を可能にするために、ここでは空気と共に蒸発液体が通過できる空間が各結合プレート対間またはカセット間に設けられるように配置される。また、空気は、プレート型熱交換器４５に入ってこれを横切って上向きに通過する。空気は、ファン４６によって空気吸入口４７を通じて引き込まれて外側に引き出される。間接熱交換部分４５を下向きに通過する蒸発液体は、貯留槽４９Ａ内に収集されるとともに、蒸発液体分配アセンブリ４３を通じて再び分配されるようにポンプ４９により上向きに送出される。

前述した熱交換器３０および熱交換器４０の動作においては、必要とされる性能に応じて、そのような熱交換器の両方が動作されてもよいと理解されるべきであり、その場合、両方の蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともに、ファンは、直接および熱交換部分を横切って貫いて空気を引き込む。ファンが間接部分および直接部分を横切って空気を引き込むことなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分および直接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより引き込まれてそこを横切って上向きに通過する空気によって間接熱交換部分の結合プレート対またはカセットを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図５を参照すると、本発明の第５の実施形態が閉回路冷却塔アセンブリ５０を成す熱交換器として示される。そのような熱交換器は、２つの間接熱交換部分５５のほぼ上側に位置される直接熱交換部分５４から構成されるように示される。直接熱交換部分５４は、通常は、一連のフィルシートから構成され、この場合、各フィルシートはポリ塩化ビニルから構成される。各間接熱交換部分は、望ましい場合には逆にすることができる流体出口５２および流体入口５１を有するプレート型熱交換器装置から構成される。空気は、ファン５６により空気吸入口５７を通じて内側に引き込まれる。蒸発液体は、蒸発分配アセンブリ５３から直接熱交換部分５４を下向きに通過する。直接熱交換部分５４を通過する蒸発液体は、両方の間接熱交換部分５５を下向きに通過する。間接熱交換部分５５から通過してくる蒸発液体は、貯留槽５９Ａ内に収集されるとともに、蒸発液体分配アセンブリ５３を通じた分配のためにポンプ５９により上向きに送出される。間接熱交換部分５５は一群の結合プレート対またはカセット５５Ａから構成される。各プレート対は、間接熱交換部分５５を下向きに通過する蒸発液体がプレートの外面との接触によってプレート対５５Ａ内の流体から顕熱を取り出すことができるように離間される。全ての熱は、最終的に、蒸発通路内において潜熱態様および顕熱態様の両方で蒸発流体から空気へ解放される。

前述した熱交換器５０の動作において、そのような熱交換器は、必要とされる性能に応じて、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが直接熱交換部分および間接熱交換部分を横切って貫いて空気を引き込む状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。ファンが間接部分および直接部分を横切って空気を引き込むことなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分および直接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、この場合も先と同様、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより引き込まれてそこを横切って上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図６を参照すると、本発明の第６の実施形態が、通常は閉回路冷却塔である熱交換器６０として大まかに示される。熱交換器または冷却塔６０は、間接熱交換部分６５から構成されるのが分かる。各間接熱交換部分６５は、通常は、アセンブリとして存在するプレート型熱交換器６５Ａから構成されるのが分かる。間接熱交換部分６５は、望ましい場合には逆にすることができる流体出口６１および流体入口６２を有する。蒸発液体、通常は水が、蒸発液体分配アセンブリ６３からほぼ下方へ流出され、それにより、蒸発液体は間接熱交換部分６５を下向きに通過する。空気は、ファン６６により空気吸入口６７を通じて内側に引き込まれて間接熱交換部分６５をほぼ上向きに通過するのが分かる。また、間接熱交換部分６５を通過する蒸発液体は、貯留槽６９Ａ内に収集されるとともに、蒸発液体分配アセンブリ６３を通じた再分配のためにポンプ６９により上向きに送出される。プレート型熱交換器６５を通過する蒸発液体６３は、プレート対６５Ａ内の流体から顕熱態様で熱を吸収するために、プレート型熱交換器６５Ａの大きなプレート表面と接触することにより熱を吸収する。全ての熱は、最終的に、蒸発通路内において潜熱態様および顕熱態様の両方で蒸発流体から空気へ解放される。

前述した熱交換器６０の動作において、そのような熱交換器は、必要とされる性能に応じて、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが間接熱交換部分を通じて上向きに空気を引き込む状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。より少ない度合の熱交換が必要とされる場合には、ファンが間接部分を通じて上向きに空気を引き込むことなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分を下向きに通過する。また、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されない場合、熱交換器は、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより引き込まれてそこを上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ動作する。さらに、熱交換器は、蒸発液体が供給されてあるいは供給されずにファンが２つの間接部分のうちの一方を通じて上向きに空気を引き込む状態で動作されてもよい。

ここで、図７を参照すると、本発明の第７の実施形態が一般に閉回路冷却塔の形態を成す熱交換器７０として大まかに示される。熱交換器７０は、２つの間接熱交換部分７５よりも上側に位置される直接熱交換部分７４から構成されるのが分かる。直接熱交換部分７４は、通常は、一連のフィルシートから構成され、各フィルシートはポリ塩化ビニルから構成される。各間接熱交換部分７５は、流体出口７２および流体入口７１を有する一連の結合プレートまたはカセット７５Ａから構成されるのが分かる。これらの流体入口および流体出口は望ましい場合には逆にすることができる。蒸発液体は、蒸発分配アセンブリ７３から直接熱交換部分７４へ向けて下方に流出され、直接熱交換部分７４を通過する。直接熱交換部分７４を通過する蒸発液体は、間接熱交換部分７５を下向きに通過する。間接熱交換部分７５を通過してそこから出る蒸発液体は、貯留槽７９Ａ内に収集されるとともに、蒸発液体分配アセンブリ７３を通じた分配のためにポンプ７９により上向きに送出される。空気は、空気吸入口７７を通じて熱交換器７０に入って、遠心ファン７６により内側に引き込まれるとともに、上方にあるいは蒸発液体に対して逆の流れ方向で押し上げられて、間接熱交換部分７５および直接熱交換部分７４を通過する。間接熱交換部分７５を通過する蒸発液体は、プレート型熱交換器７５Ａの結合プレート間またはカセット間を通過し、それにより、プレート型熱交換器７５Ａの結合プレート対を通過する流体に対して冷却、加熱、蒸発、または、凝縮をもたらす。また、蒸発液体は、間接熱交換部分７５を下向きに通過するとともに、空気と共にプレート型熱交換器７５Ａの結合プレート間を通過し、それにより、熱交換器７５Ａの結合プレート対を通過する流体の顕熱交換および潜熱交換の両方を可能にする。

前述した熱交換器７０の動作において、そのような熱交換器は、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが直接熱交換部分および間接熱交換部分を通じて上向きに空気を引き込む状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。ファンが間接部分および直接部分を通じて上向きに空気を引き込むことなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分および直接熱交換部分を下向きに通過する。
最後に、この場合も先と同様、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより引き込まれてそこを横切って上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図８を参照すると、本発明に係る熱交換器の第８の実施形態が全体的に８０で示され、該実施形態は、熱交換器または閉回路冷却塔の形態を成して示される。熱交換器８０は、一対の間接熱交換部分８５から構成されるのが分かる。各間接熱交換部分８５は、一連の結合プレートまたはカセット８５Ａから構成される。また、間接熱交換部分８５は、望ましい場合には逆にすることができる流体出口８１および流体入口８２も含む。蒸発液体は、各間接熱交換部分８５を下向きに通過するように蒸発液体分配アセンブリ８３によって供給される。間接熱交換部分８５を通過するそのような蒸発液体は、貯留槽８９Ａ内に収集されるとともに、ポンプ８９により上向きに送出されて蒸発液体分配アセンブリ８３に戻される。遠心ファン８６により空気吸入口８７内に引き込まれる空気は、ほぼ上方にあるいは逆の流れ方向で間接熱交換部分８５を通過する。熱交換部分８５を通過する蒸発液体は、プレート型熱交換器８５Ａの結合プレート対間またはカセット間を通過し、それにより、交換器８５Ａの結合プレートを通過する流体は、空気と共にプレート型熱交換器８５Ａの結合プレートの外表面領域上にわたって下向きに通過するそのような蒸発液体により顕熱態様および潜熱態様の両方で冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される。

前述した熱交換器８０の動作において、そのような熱交換器は、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが間接熱交換部分を通じて上向きに空気を引き込む状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。ファンが間接部分を通じて上向きに空気を押し上げることなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、この場合も先と同様、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または閉回路冷却塔内にファンにより押し進められてそこを上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図９を参照すると、本発明の第９の実施形態が熱交換器または閉回路冷却塔として全体的に９０で示される。熱交換器９０は、間接部分９５から構成されるのが分かる。間接熱交換部分９５は、流体出口９２および流体入口９１を有する一連の結合プレートまたはカセット９５Ａから構成されるのが分かる。望ましい場合には流体出口および流体入口９２、９１を逆にできることが理解されるべきである。熱交換器９０の図９に示される実施形態は一般に薄型構造を成すため、遠心ファン９６は、熱交換器９０の構造の外側に位置され、それにより、間接熱交換部分９５にほぼ上向きで横切って通されるように空気をファン構造を通じて内側に引き込むのが分かる。蒸発液体は、間接熱交換部分９５を下向きに通過するように蒸発液体分配アセンブリ９３から下方に分配される。間接熱交換部分９５から通過して出るそのような蒸発液体は、貯留槽９９Ａ内に収集されるとともに、蒸発液体分配アセンブリ９３を通じた再分配のためにポンプ９９により上向きに送出される。熱交換部分９５を通過する蒸発液体は、プレート型熱交換器９５Ａの結合プレート対間またはカセット間を通過し、それにより、交換器９５Ａの結合プレートの内側を通過する流体は、空気と共にプレート型熱交換器９５Ａの結合プレートの外表面領域上にわたって下向きに通過するそのような蒸発液体により顕熱態様および潜熱態様の両方で冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される。

前述した熱交換器９０の動作において、そのような熱交換器は、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが間接熱交換部分を通じて上向きに空気を押し上げる状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。ファンが間接部分を通じて上向きに空気を押し上げることなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、この場合も先と同様、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより押し進められてそこを上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図１０を参照すると、本発明の第１０の実施形態が熱交換器１００としてあるいは閉回路冷却塔の形態を成して大まかに示される。熱交換器１００は、直接熱交換部分１０４のほぼ下側に位置される間接熱交換部分１０５から構成されるのが分かる。直接熱交換部分１０４は、通常は、一連のフィルシートから構成され、各フィルシートはポリ塩化ビニルから構成される。間接熱交換部分１０５は、通常は、流体出口１０１および流体入口１０２を有する一連のプレート型熱交換器対またはカセット１０５Ａから構成される。望ましい場合には、そのような流体入口および流体出口を逆にすることができる。空気は、熱交換器１００の物理的構造の外側に位置されるあるいは熱交換器１００の物理的構造の外面に取り付けられるファン１０６によって内側に引き込まれるのが分かる。通常、これは、熱交換器１００の側面または底部の近傍でかつその一端付近で空気を内側に移動させる遠心ファン１０６であり、それにより、空気は、間接熱交換部分１０５を上向きに貫いて横切るように押し進められるとともに、ほぼ上向きにあるいは蒸発液体に対して逆の流れ方向で直接熱交換部分１０４を通過する。蒸発液体は、蒸発液体分配アセンブリ１０３から下向きに分配される。そのような蒸発液体は、直接熱交換部分１０４を下向きに通過する。直接熱交換部分１０４から出る蒸発液体は、間接熱交換部分１０５を下向きに通過するとともに、貯留槽１０９Ａ内に収集される。そのような収集された蒸発液体は、ポンプ１０９によって貯留槽１０９Ａから送出されて水分配アセンブリ１０３に戻される。プレート型熱交換器対またはカセット１０５Ａは一般に互いに離間され、それにより、プレート型熱交換器１０５のプレートの内側を通る流体は、蒸発液体がプレート型熱交換器１０５のプレート対の外側を通ることによって、および、空気が向流態様により引き込まれて間接熱交換部分１０５を横切ってほぼ上向きに通過することによって、顕熱態様および潜熱態様の両方で冷却され、加熱され、凝縮され、および、蒸発される。

前述した熱交換器１００の動作において、そのような熱交換器は、蒸発液体が蒸発液体分配システムから出るとともにファンが直接熱交換部分および間接熱交換部分を通じて上向きに空気を押し進める状態で動作されてもよいことが理解されるべきである。ファンが間接部分および直接部分を通じて上向きに空気を押し進めることなく動作することができ、それにより、蒸発液体のみが出て間接熱交換部分および直接熱交換部分を下向きに通過する。最後に、この場合も先と同様、蒸発液体が蒸発液体分配アセンブリを通じて供給されず、単に、熱交換器内または冷却塔内にファンにより押し進められてそこを上向きに通過する空気によって間接熱交換部分のプレートを通過する流体が冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発される状態でのみ熱交換器が動作することが想定し得る。

ここで、図１１および図１２を参照すると、本発明に係るプレート型熱交換器の図が全体的に１１０で示される。各プレート型熱交換器は、互いに離間されるプレート１１６の一連の結合対またはカセットから構成されるように示される。流体出口ヘッダが１１２で示され、また、流体入口ヘッダが１１４で示される。図１２に示されるように、詳細な分解図において、流体出口ヘッダ１１２は、冷却され、加熱され、蒸発され、あるいは、凝縮されるべき流体が各プレート対１１６内から出ることができるように開口１１８を含むのが分かる。また、プレート１１６間には通路１２０が示され、それにより、蒸発液体および空気は、プレート型熱交換器１１０の結合プレートまたはカセット１１６内を通る流体に対して顕熱伝達および潜熱伝達を行なうべくプレート１１６の外側を通ることができる。各プレートカセット１１６が内部流体通路１２２を含むのが分かり、この内部流体通路１２２により、冷却され、加熱され、凝縮され、あるいは、蒸発されるべき流体は、流体入口ヘッダ１１４を通じて入って、結合プレート対またはカセット１１６の内部を通過し、そして、各プレート対の開口１１８を通じて出て出口ヘッダ１１２に入ることができる。そのようなプレート型熱交換器アセンブリ１１０は、表面積および乱流を増大させて、各カセット１１６内の流体と各カセット１１６の外面上を通る空気および蒸発液体との間の熱交換および性能を向上させることができるように、通常は山形状の、盛り上がった、クロスハッチ状の、窪み状の、極小の構造的に延出される、または、任意の他の表面を増強するパターンを各カセットアセンブリ１１６の両側に含むのが分かる。プレート上の表面増強パターンの幾何学的形態は、各カセットアセンブリ１１６間の空間に形成される通路が各カセット１１６間を同時に通る空気と蒸発液体との間の良好な熱伝達および質量移動を可能にするように戦略的に選択される。この外部通路は、通常、隣り合うカセットからの山形パターンが互いに近づくあるいはさらには接触するように形成される略十字パターンであるが、これに限定されない。そのような構成は、間接熱交換部分を含む本発明の熱交換器の全ての実施形態において全体の性能の向上をもたらす。表面パターンをプレートの両側で異ならせることができる。最適化された表面張力値を得るために、したがって、空気と蒸発液体との相互作用を促進させるために、プレート表面を化学的に処理する（すなわち、ナノスプレーコーティングする）ことができる。

ここで、図１３を参照すると、本発明に係るプレート型熱交換器が全体的に１３０で示される。そのような各プレート型熱交換器は、一連の隣り合うプレート対またはカセット１３６から構成されるのが分かる。各プレートカセット１３６は、流体が流体入口ヘッダ１３４を通じて入って各プレートカセット１３６内を通るとともに流体出口ヘッダ１３２を通じて出ることができるようにするべく、内部間隔を内側に有する。各入口ヘッダは、ヘッダ１３４を一連のプレートカセット１３６に取り付けることができるようにするためのスペーサリング１３４Ａと、流体出口ヘッダ１３２を一連のプレートカセット１３６に取り付けることができるようにするための出口ヘッダスペーサリング１３２Ａとを含む。
また、分解配置においては、プレート１３６が組み付けられた状態で蒸発液体が交差流、並行流、向流、または、これらの何らかの組み合わせの態様で通過するのに適した通路を与えるために、各プレートカセット１３６間に間隔１３８が存在するように見える。また、そのような間隔は、同様に、そのようなプレート間を空気が通過できるようにし、それにより、空気は、通常、熱交換器内のファンにより、交差流態様、向流態様、並行流態様で、または、これらの何らかの組み合わせ態様で引き込まれる。プレートカセット間のそのような間隔は、各プレート対またはカセット１３６の内側の流体とそのようなプレート対またはカセット１３６の間の通路内を通る蒸発液体および空気との間で顕熱交換および潜熱交換が起こることができるようにすることによって、プレート型熱交換器１３０から構成される直接熱交換部分の製造の向上を可能にする。各プレートカセット内の内部通路には１３９の標示が付される。

ここで、図１４を参照すると、プレート型熱交換器アセンブリ１４０の斜視図が示される。プレート型熱交換器アセンブリ１４０は一連のプレートカセット１４６から構成されるのが分かり、各プレートカセット１４６は、流体がプレートカセット内を通過できるようにするための内部通路を含む。各プレートカセットは、理想的には、各プレート対の表面積を増大させるために山形または他の表面構造から構成されるのが分かる。また、プレート型熱交換器アセンブリ１４０は、出口ヘッダスペーサリング１４２Ａによって一連のプレートカセットに接続される流体出口ヘッダ１４２、および、入口ヘッダスペーサリング１４４Ａによって一連のプレートカセット１４６に接続される流体入口ヘッダ１４４も備えることが分かる。各プレートカセット１４６内を通る液体のための顕熱による冷却を行なうために蒸発液体を各プレートカセット１４６間に通すことができるようにするべく、それぞれの隣り合うプレートカセット１４６の外面上の延出表面によって通路１４８が形成されるのが分かる。また、通路１４８は、蒸発液体との顕熱交換および潜熱交換も行ない、したがって、プレート１４６内の流体のための間接的な冷却、加熱、凝縮、または、蒸発も行なうべく、プレートカセット１４６間で空気を向流態様、並行流態様、交差流態様で、または、これらの何らかの組み合わせ態様で引き込むことができるように、プレートカセット１４６間に空間を与える。プレート型熱交換器アセンブリ１４０がボルトによって締め付けられるときに延出表面が潰れるのを防止するためにプレート型熱交換器アセンブリ１４０に対して追加の構造支持を与えるスペーサ１４９は選択的である。また、スペーサ１４９は、延出表面の高さの２倍であるその自然な値を超えて通路１４８の幅を増大させるために使用されてもよい。

ここで、図１５〜図１８を参照すると、プレート型熱交換器アセンブリ１５０の詳細図が示される。各プレート型熱交換器アセンブリは、流体出口ヘッダ１５２および流体入口ヘッダ１５４を有する一連のプレート対またはカセット１５６から構成されるのが分かる。各流体入口ヘッダ１５４は流体入口ヘッダスペーサリング１５４Ａによって接続され、また、流体出口ヘッダ１５２は、流体出口ヘッダスペーサリング１５２Ａによって接続されるのが分かる。一連のプレート対またはカセット１５６は、各プレートカセット１５６の外面上の延出された表面パターンによって互いから離間されるのが分かる。各プレートには表面増強パターンが両側にある。表面増強パターンは、延出表面（山頂、１５８Ａ）と下方に押し出された表面（谷間、１５８Ｂ）とから構成される。プレートの一方側の山頂１５８Ａは、他方側の谷間１５８Ｂである（逆もまた同様）。谷間１５８Ｂは、プレート対またはカセット１５６の内側に内部通路１５９を形成するために互いに接触する。各プレート対１５６の外面上の山頂１５８Ａは、良好な顕熱交換および潜熱交換を行なうために空気および蒸発液体が外側のプレートカセット１５６間を通過できるように外部通路１５８（一般に、十字パターン）を形成するべく、隣り合うプレート対１５６の山頂と接触する。各プレートカセット１５６は、通常は、各カセット１５６内の流体と各カセット１５６間を通る蒸発液体との間の熱交換および性能を向上させることができるようにするべく表面積および乱流を増大させるために山形または任意の他の表面増強パターンを各カセットアセンブリ１５６の両側に有するのが分かる。プレート上の表面増強パターンの幾何学的形態は、各カセットアセンブリ１５６間の空間に形成される外部通路１５８が各カセット１５６間を外側で同時に通る空気と蒸発液体との間の良好な熱伝達および質量移動を可能にするように戦略的に選択される。この外部通路は、通常、略十字パターンであるが、これに限定されない。

本発明の全ての実施形態では、プレートをステンレススチールまたは他の耐食スチールまたは合金などの様々なスチールから構成することができる。また、プレート内の流体とその外側を通る蒸発液体または空気との間の良好な熱交換をもたらす他の材料からそのようなプレートを構成できることが想定し得る。そのような材料は、アルミニウムまたは銅、様々な合金、あるいは、耐食および良好な熱交換をもたらすプラスチックであってもよい。

Claims

直接蒸発熱交換部分および間接熱交換部分を設けるステップであって、前記間接熱交換部分が複数の通路内で流体の流れを導き、前記直接熱交換部分が、上端と、下端と、空気吸入口と、空気排出口とを備え、前記間接熱交換部分が、上端と、下端と、空気吸入口と、空気排出口とを備え、前記直接熱交換部分が、前記間接熱交換部分の上側に配置される、ステップと、
蒸発液体を前記間接熱交換部分へ向けて下方に分配して前記間接熱交換部分に通し、前記複数の通路内の流体の流れと前記蒸発液体との間で間接的な熱交換が起こるようにするステップと、
前記間接熱交換部分の前記空気吸入口と前記空気排出口との間で空気を移動させるとともに、前記直接熱交換部分の前記空気吸入口と前記空気排出口との間で空気を移動させるステップであって、前記間接熱交換部分を通る空気は、前記間接熱交換部分を通る蒸発液体と熱および質量の両方を交換し、これにより、前記間接熱交換部分における複数の通路内の流体の流れと熱を間接的に交換し、前記直接熱交換部分を通る空気は、前記直接熱交換部分を通る蒸発液体と熱および質量を交換する、ステップと、
前記直接熱交換部分を通る前記蒸発液体を前記間接熱交換部分へ向けて下方に分配するステップと、
を備え、
前記間接熱交換部分がプレート型熱交換器から構成され、前記プレート型熱交換器は、第１の一連の流路と第２の一連の流路との交互配置を成す一連の隣り合うプレートカセットと、流体の流れが前記第１の一連の流路に入って前記第１の一連の流路から出ることができるように前記第１の一連の流路に対して作用可能に接続される入口ヘッダおよび出口ヘッダと、から構成され、前記第２の一連の流路は、前記蒸発液体が前記第２の一連の流路を通過できるようにかつ前記間接熱交換部分を通る空気が前記第２の一連の流路を通過するように配置され、
前記空気を内側に引き込むように構成されたファンが、前記間接熱交換部分の下方に配置され、
前記間接熱交換部分を通る空気は、前記間接熱交換部分を通る前記蒸発液体の流れの方向に対して逆の流れで移動する、
熱を交換する方法。
前記間接熱交換部分から出る前記蒸発液体を収集するステップと、
収集された前記蒸発液体が前記間接熱交換部分へ向けて下方へ分配されて前記間接熱交換部分を通過することができるように、前記収集された前記蒸発液体を上方に送出するステップと、
をさらに備える請求項１に記載の熱を交換する方法。
第１の一連の閉ループ流路と第２の一連の開ループ流路との交互配置を成す一連の隣り合うプレートカセットの群から構成されるプレート型熱交換器において、
前記一連の隣り合うプレートカセットの群内の各プレートカセットは、プレート表面積を増大させるとともに、前記蒸発液体から、前記プレート型熱交換器における前記第２の一連の流路を通る空気へ顕熱伝達および潜熱伝達を向上させるために、表面増強パターンを含む請求項１に記載の熱を交換する方法。
前記直接熱交換部分を通る空気は、前記直接熱交換部分を通る前記蒸発液体の流れの方向に対して逆の流れで移動する請求項１に記載の熱を交換する方法。