TW550368B

TW550368B - Cooling tower, method and apparatus for reducing the plume of a cooling tower

Info

Publication number: TW550368B
Application number: TW091123373A
Authority: TW
Inventors: Bryan J Hubbard; Eldon F Mockry; O L Kinney Jr
Original assignee: Marley Cooling Technologies Inc
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2003-09-01
Also published as: DE10297321T5; US6663087B2; CN1589387A; AR036795A1; US20030071373A1; KR20040042905A; JP2006502365A; CN100516747C; WO2003040638A1

Description

55〇368 A7 B7 五經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 '發明說明（) 本發明係關於自冷卻塔流出物或其他排熱裝置來回收水。詳言之，本發明係關於一種自冷卻塔流出物來回收水的方法及設備，用以提供一潔淨的水源、降低冷卻塔的耗水量、和/或降低冷卻塔地幔熱柱（plume)現象的形成。在以蒸氣驅動的渦輪機發電時，其係以燃燒器將水加熱成為蒸氣後來驅動渦輪機發電。為將此過程中所需的潔淨水用量降至最低，必須藉冷卻將蒸氣再轉變成水，以使水能再度被使用於此發電過程中。在大樓專用的冷氣機中，其係迫使大樓内的空氣通過内含冷媒氣體的線圈’以達到將熱自大樓内部轉移至冷媒氣體上的目的。之後，再將溫暖的冷媒氣體汲至大樓外並移除其中的熱，使冷媒氣體能再度降溫，並使整個冷卻過程能循環不斷地進行。在前述兩種冷卻過程，及無數需用到散熱步驟的製程中，都會使用到冷卻塔。在濕式的冷卻塔中，其係沒取水並使通過一内含熱蒸氣、冷媒、或其他加熱液體或氣體的冷凝線圈，藉以將熱轉移至水上。之後，再將水沒至冷卻塔頂端並向一包含了物質薄板或喷灑桿的冷卻塔基質噴灑。隨著水往下流向冷卻塔基質的同時，周圍的空氣將被迫通過該熱水，並藉由感應式及揮發式熱傳導第4頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) :>.........裝： (請先閱讀背面之注意事項再瑱寫本頁) 訂· 線· 550368 A7 B7 五、發明説明（）將熱自水傳至空氣中。冷卻塔係一種非常有效且經濟的散熱方式，因此被普遍使用。但冷卻塔一種廣為人知的缺點即是在某些特定的大氣狀況下’會因來自熱水源的水氣被帶離冷卻塔頂场而揮發進入空氣氣流中，並形成所謂的地幔熱柱（plume) 現象°當冷卻塔體積非常龐大時，例如發電廠所用的冷卻塔’這種地幔熱柱現象會在冷卻塔附近形成低伏的霧。此外’當低溫使地幔熱柱中的水氣接近凝結溫度時，這種地幔熱柱也會使冷卻塔附近的路面結冰。因此已有許多研究投入，目地都在限制或排除因冷卻塔所引起的地幔熱柱現象。這類研究成果見於下列美國專利中：美國專利第6,247,682號描述了一種可減緩地幔熱柱現象的冷卻塔，其中周圍空氣除了被從塔底帶入並迫使其往上穿過一封裝組（fill pack)外（熱水係被灑在該封裝組上）’還被帶進冷卻塔内穿過位於熱水喷灑頭下分離的熱導通道。這些通道係由諸如鋁、銅等熱導物質所製成，讓周圍空氣可在不讓水氣揮發到空氣中的情況下吸收部分的熱量。之後，在塔頂混合該潮濕的熱空氣及乾燥的熱£氣藉以降低地幔熱柱現象。美國專利第4,361，524號描述了一種可防止地慢熱柱現象的系統，其中熱水在進入冷卻塔前係先被部分冷卻。該部分冷卻的熱水係以另一單獨的熱交換器加以冷卻，該單獨的熱交換器係以諸如空氣或水為冷媒來操作。如第5頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ^ - :! >.........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）該專利所述，該另一單獨的熱交換器會降低冷卻塔的效率，故其只能用於當地幔熱柱現象係由冷卻塔所產生的大氣狀況下。另一種設計來降低濕式冷卻塔之地幔熱柱現象的系統見於1993年冷卻塔學障年會編號TP93-01的技術報告中 (Paul A. Lindahl, Jr. et al·，“Plume Abatement and Water Conservation with the wet/Dry Cooling Tower”）。在該文章所描述的系統中，熱水係先被汲取並通過一乾燥空氣冷卻段，其中之空氣係被強迫通過與流體相通的熱交換器的鰭部。之後，該被部分冷卻的水再被噴灑至一封裝組（fill pack)上方（該封裝組係位於該乾燥空氣冷卻段下方），並迫使空氣通過該封裝組以進一步將水冷卻。之後該潮濕的空氣再於冷卻塔内被強迫往上並與來自乾燥冷卻製程中的乾燥熱空氣混合，並強迫其自冷卻塔頂離開。雖然前述各系統已為濕式冷卻塔之地幔熱柱問題提供了一種有用的溶液，然其均需建構一種複雜、價昂之濕式及乾式的空氣熱移轉機制。因此’盈需一種簡單且便宜的濕式及乾式冷卻機制，其中乾燥的熱空氣及富含水分的熱空氣可在離開冷卻塔前先混合，以降低地幔熱拄現象。冷卻塔另一種習知的問題是，用來冷卻的水會充滿了污七物負。隨著水被揮發離開冷卻塔時，也會再添加一些額外的水進來，但是因污染物並不會隨著水被揮發，因此冷卻水中的污染物質濃度將逐漸升高。如果在冷卻第6頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公釐） :-;v..........裝： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明説明（）水中添加化學物質來處理水，這些化學物質的濃度將變得異常的高，因此日後當其被釋放回環境時可能會對環境造成危害。如果以海水或廢水來取代被蒸發掉的水（此係為一種常見的措施’特別是當潔淨水的取得不易會非常昂貴時），則冷卻塔粵路中之水的鹽類和固體物濃度也會跟著上升。當這些污染物濃度變得太高時，可能會在揮發薄板間結塊，因而降低了冷卻塔的效率。為防止前述問題的產生，經常用的方法是以潔淨水來取代部分飽含污染物的水，藉以「沖淡（blowdown)」冷卻水中的污染物濃度。雖然此舉可防止冷卻塔水中的污染物變得太高，但在「沖淡」過程中所釋出至環境中的冷卻水，卻可能危害環境。因此，還需要進一步降低冷卻塔的用水量。美國專利第4,076，771號描述了一種現行最進步之可降低冷卻塔用水量的系統。該專利所描述的系統不僅提供了冷卻塔揮發性熱轉移媒介物，還提供了感應式之可轉牙夕熱的線圈丰又（a coil section that transfers heat sensibly)。該線圈之感應式熱轉移可冷卻製程水，但卻不會消耗任何水。雖然前述專利明顯較前技冷卻塔進步，但如果能研發出一種可自地幔熱柱中回收水，並將其重新送回不需感應式熱轉移線圈段之冷卻塔用水儲存槽的機制，將是此領域中欲求的。另一個常見的問題是將海水淡化，及純化其他水源，第7頁 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ΓΥ» 裝· 、可線_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550368 A7 B7 五、發明説明（）以創造出一可飲用的水。已有許多不同方法被研發出來，用以自一潮濕氣流中取得潔淨水。主要的商業製程包括多階段快閃蒸顧（Multi-Stage Flash Distillation)、多重效果蒸餾（Multiple Effect Distillation)、蒸氣壓縮蒸餾（Vapor Compression Distillation)、及逆滲透（Reverse Osmosis)。參見 O.K. Buros為「國際海水淡化協會（International Desalination Association)」所準備、並於 1 990 年經「海水轉化公司研究部（Research Department Saline Water Conversion Corporation)」改良並重印的”海水淡化大全 (The Desalting ABC’s)”一書。使用低溫海水或廢水進行淡化之系統的實例包括下列：盧（Lu)等人於2000年8月在ADA北美雙年會及展覽 (Proceedings from ADA North American Biennial Conference and Exposition)中所提出之「無排放淡化製程 (Zero Discharge Desalination)」。此文章提供了一種可自冷空氣流及一來自低級廢棄物熱源之溫暖潮濕氣流中製造潔淨水的裝置。該潔淨水係沿著分隔兩氣流的壁被冷凝。此外，還在該溫暖潮濕氣流上喷灑一冷水以提高冷凝效果。

Baumgartner等人於1991年在「海水淡化及水之重新使用國際研討會（International Symposium on Desalination and Water Re-Use)」會刊第4卷提出之「以低溫製程熱來開啟多重效果蒸餾（Open Multiple Effect Desalination with Low Temperature Process Heat)」。此文章提供了一第8頁紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) '' :··:〆.........f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）種用於海水淡化製程之塑膠管型熱交換器，該淡化製程係於塑膠管中使用冷自來水，並以溫暖水氣在塑膠管外流動。冷凝物係形成於該冷的塑膠管外部。前述說明了亟需一種淡化系統，其係可將海水、或其他内含高量污染物之廢水源轉化成一潔靜水源。因此，亟需一簡單、具經濟效益的方式，來將冷卻塔排出物冷凝作為一水源。發明概述在本發明一態樣中，提供一熱交換器，其係具有一第一通道組用以接收一第一空氣氣流。此熱交換器中還提供了一第二通道組用以接收一第二空氣氣流，該第二空氣氣流係較該第一空氣氣流溫暖。該第一通道組中的每一個通道都是彼此分開的且與第二通道組中至少一個通道相鄰，好讓來自該第二空氣氣流的熱可被該第一空氣氣流吸收。此外還提供了一可捕捉溼氣的儲存槽，用以冷凝該第二空氣氣流。在本發明另一態樣中，提供一熱交換器，其係具有兩個彼此對立的壁，該壁上有孔，藉以讓第一空氣氣流通過。在與第一壁一孔相對應的第二壁上的另一孔間有一管’用以讓罘一 2氣氣流通過。在一壁之至少兩平行邊及該第二壁之相對應的平行邊間的壁可確保一第二空氣氣流可通過該管，並可將第二空氣氣流中的水氣加以凝結。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第須

在本發明另一態樣中，提供一種降低空氣氣流之水氣含量的方法，其中通過第一通道組之一第一空氣氣流流逯介於每分鐘每平方英尺10至80磅（pda/ft2/min)間及一相對溼度約為90%或90%以上。通過第二通道組之第二空氣氣流流速介於10至80 pda/ft2/min間，且一乾燥溫度計球部溫度至少低於第二氣流5°F。該第一通道組中的每一個通遒都是彼此分開的且與第二通道組中至少一個通遒以一熱導物質薄板相隔。第二空氣氣流的熱可被該第一空氣氣流吸收，同時自第二空氣氣流凝結的水可被捕捉。在本發明另一實施例中提供一冷卻塔，其係具有一反流揮發性介質（counterflow evaporative media)及一可配送熱水至該反流揮發性介質上方之水配送系統（water distribution system)。此外，還提供了一可自一第一空氣氣流吸收熱進入一第二空氣氣流的熱交換器，該熱交換器具有一第一通道組及一第二通道組。冷卻塔中的一個風扇可導引空氣通過反流揮發性介質，以創造出該第一空氣氣流，並導引該第一空氣氣流（流速介於10至80 pda/ft2/min，相對溼度在90%或90%以上）通過該第一通道組。該風扇也可導引流速介於10至80 pda/ft2/min且一乾燥溫度計球部溫度至少低於第二氣流5°F之第二氣流通過該第二通道組。該第一通道組中的每一個通道都是彼此分開的且與第二通道組中至少一個通道以一熱導物質薄板相隔。此外還提供了一可捕捉溼氣的儲存槽，用 9 以冷凝該第一空氣^流。第10頁 $紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) " : ,·.........裝： {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）在本發明另一態樣中提供一冷卻塔’在該冷卻塔頂端具有一風扇，以便在冷卻塔内部製造出一負廢。此外’ 還提供一反流揮發性介質及一可喷灑熱水至該反流揮發性介質上的喷頭。此外這提供了^一熱交換器’其係具有一第一通道組，用以讓冷卻塔外的空氣氣流通過並進入塔中心；及一第二通道組，用以讓一來自揮發性介質之排出物氣流通過。冷卻塔外的空氣氣流可自排出物氣流中吸熱，因此可將該排出物氣流中的水冷凝出來。在本發明另一態樣中，提供了一冷卻塔’在該冷卻塔頂端具有一風扇，以便在冷卻塔内部製造出一負壓。此外，還提供一交流揮發性介質（crossflow evaP〇rative media) 及一可噴灑熱水至該交流揮發性介質上的噴頭。此外還提供了一熱交換器，其係具有一第一通道組，用以讓冷卻塔外的第一空氣氣流通過並進入塔中心；及一第二通道組，用以讓一來自該揮發性介質之排出物氣流通過。冷卻塔外的空氣氣流可自排出物氣流中吸熱，因此可將該排出物氣流中的水冷凝出來。上述已廣泛地敘述本發明相當重要的特點，藉以讓讀者更瞭解以下的發明詳細說明。以下還將詳細說明本發明之其他特點’此均在本發明申請專利範圍涵蓋的範圍内。在詳細說明之前，需知本發明範圍並下限於下列實施例中的諸多細節、應用、及組合。有許多方法约可用來實施本發明。因此，以下說明文字僅係為闡述本發明，第11頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)' ----- Γ，、..........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、可線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7

五、發明説明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明範疇並不因此受限。 fJL詳細說明氣-iL換器組（Heat Exchanger Pack' 參照圖示’其中相同元件係以相同元件號碼表示。第 1圖示出一蒸氣冷凝熱交換器組10。該熱交換器組1〇係由綁在一起形成一組的薄板12所組成，其係具有一第一通道14及一弟二通道16，用以讓兩種不同的空氣氣流通過。在一較佳實施例中，該兩種空氣氣流以彼此互成直角的方式進入熱交換器組1 〇，並由薄板12將其彼此加以分隔。薄板1 2係以一非常薄的合成樹脂材質，作成可幫助從穿過通道14之一富含熱水的空氣氣流中將蒸氣冷凝的形狀，並將熱轉移至一穿過通道16的冷空氣氣流。在一較佳實施例中，該材質厚度約為0.005至0.04英忖，但較佳係介於0.012至0.020英吋間。表面18係被作成可延長每一種空氣氣流通過的表面面積，同時對氣流的阻力又最小的質感形狀。這類恰當的質感形狀模式例子參見Kinney Jr·等人之美國專利第5,944,094號及Cates之美國專利第3,995,689號，其全部内容以參考文獻方式併入本文中。其他的質感形狀模式包括但不限於，類似高爾夫球表面的酒窩狀，及類似浮雕於塑膠板上的網狀模式。此可提高表面積促進薄板的熱傳能力，並增加靠近薄板表面的速度變化，因此可改善個別氣流在局部地區第12頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 、一叮· 線· 550368 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（）的混合程度。此增加的變化及所致之氣’虎在局部地$的混合也可改善薄板的熱傳能力。如第2圖所示，為防止兩氣流在熱’交換過程中混合’ 在薄合成樹脂層的第一邊形成一密封20。此密封係藉由將薄板材質12的邊22抬高，再與另〆薄板12的一邊相接後所形成，同時，此密封係位於通道14的中央；換言之，此密封係位於通道14的一半寬度處。此邊緣密封2 0 沿著空氣通遒14延伸並與空氣通道16平行。類似的，在與密封20垂直的邊緣上，藉由抬高薄板材質12的邊26亦可形成另一密封24，此密封係位於通道16的中央；換言之，此密封係位於通道16的一半寬度處。此邊緣密封24沿著空氣通遒16延伸並與空氣適道1 4平行。雖未示出，然與密封2 0平行的邊及與密封2 4平行的邊的黏合方式均類似。因此，垂直通道14、16係形成於熱交換器組的内部。一抬高的邊26往外往上延伸出形成的薄板，另一抬南的邊22則往下往内延伸。在此安排下，一單一薄板組成可用來形成整個熱交換器組的基礎。當將薄板1 2彼此往上堆疊組合，並每隔一薄板將其反向置於前一薄板卞即可組成熱交換器組。雖然圖中只示出3個通遒，習知技藝者將很容易瞭解在使用時，該熱交換器組將有許多垂直通道，且可以在此所揭示的薄板12來形成無數個適道〇第13頁本紙張尺度ϋ中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公^---- .........裝.........訂........線 (請先閲讀背面之注意事項再填、寫本頁) 550368 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 __________B7__ _ 五、發明説明（）為保持空氣通道的開放，在薄板材質中形成許多空間子球形突出物（space knob)或釦子（buttons)。這些釦子係以類似的方式排列在邊緣密封，並從所形成的薄板往外2 8 或往内30延伸一段該空氣通遒開口一半寬度的距離。在一較佳實施例中，往外延伸的扣子28形狀為節狀，當從穿過通道16的氣流方向看時，其具有一平坦的頂部。當放在一起時，一薄板之扣子的平坦表面係位於相鄰薄板之扣子的平坦表面的另一面。每一個往外突出的扣子2 8 係沿著與氣流方向平行的薄板長度延伸。在一較佳實施例中，往内凹陷的扣子3 0與扣子2 8的形狀相同，但彼此方向呈垂直。同樣的，一薄板上往内凹陷的扣子3 0係排列在另一相鄰薄板上往内凹陷的扣子的另一面。另一種替代的空間子實施例為Kinney之5,944,094號專利中所示的薄板。前述特徵係設計來維持空氣通道一恆定的寬度’並避免當一不同壓力被施加於兩通道間時，該通道不致崩塌。扣子的組態亦被設計成可提供對空氣氣流之一最低的阻力，同時並提供足夠之結構上的抗力，防止通道崩塌。播淪是冷氣流或富含蒸氣的空氣氣流，每一通道的寬度均可依特定工作的條件來改變。此外，冷空氣氣流通道16及富含蒸氣的空氣氣流通道14的寬度並不必然相等。特定言之，對本發明的特定工作來說，通道寬度最低需為0.5英吋，最高為3 〇英吋，較佳寬度介於丨.〇英吋至1.5英吋間。第14頁本紙張尺度朝中國國家標準(CNS)A4規格⑽謂公复)·" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂· 線_ 550368

五、發明説明( 元整薄板組的整體大小亦視與本發明相關的特定工作條件而定。但是，對目前設計而言，完整薄板組的最低大小為2英尺x 2英呎，最大為6英呎，χ 24英呎。 2氣進入一熱交換器組之面可以整體表面積上的質量 I來代表。典型地，此係以每分鐘每平方英尺多少镑 (Pda/ft /min)來表示。在一較佳實施例中，每組空氣通遒的質量流速介於1〇 pda/ft2/min至約60 pda/ft2/min間。二種製程之較佳實施例中溫暖潮濕空氣氣流的溫度、水保存的溫度、水潔淨的溫度、及地幔熱柱現象消減的溫度’為冷卻塔及廢熱排出裝置經常遇見的。這些溫度介於最高約15〇°F至最低約40°F間。揮發性冷卻塔排出的2氣典型地呈飽和或接近飽和程度（相對溼度約 100%)。提供相對溼度約90%或90%以上之空氣的類似的揮發性裝置，亦可用於本發明。相對溼度約90%以下之二氣氣流需要明顯量之感應式熱轉移以冷卻該空氣氣流至其個別露點溫度下。只有當空氣氣流在露點溫度達到飽和時才可能產生凝結。對較佳實施例，熱交換器組之操作壓力將與典型冷卻塔操作壓相當，介於+/- 6亳巴間。一般來說，冷卻塔係於大氣壓或將近大氣壓的壓力下操作。冷卻塔具有位於軸方向的風扇和/或吹風機，即習知的離心風扇，其係可創造出壓力上的小改變（與大氣壓稍微不同的壓力），以使氣流流動穿過熱交換器組、喷灑及去除漂浮等。這些不同的組件藉由摩擦及速度差異來限制氣流，因此需要一第15頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNs)A4規格(210X297公釐) ··:.........裝： 6靖先閲讀背面之注意事¾再填寫本頁) 訂· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（壓力變化來迫使空氣穿過冷名 7部‘。此壓力對軸向風扇而言，一般介於+/- 3毫巴間；對估了便用吹風機的系統則介於+/- 6毫巴間。一般均彡忍為這種在如火、裡在相當小壓力下操作的冷卻塔系統也屬於在大氣壓力下操作吓的冷卻塔系統。一般冷凝製程如所述，該蒸氣冷凝熱交拖人換咨係被排列包裝成一組，並留有可供兩種不同氣流通過的通道。在通道16中，冷空氣流係由-外源或周圍空氣中被傳送。獲得冷空氣流的方法視裝置所欲進行的特定應用而定。冷空氣流的溫度典型係明顯低㈣面通道14中之空氣氣流的溫度。一溫暖、潮濕的空氣係被傳送到對面通道14中。該溫暖、潮濕的$氣典型係飽含水蒸氣或是具有一乾燥溫度計球部溫度等於或接近所得之潮濕球部溫度。此空氣質量係與以冷卻塔所產生用以自製程中排除磨氣熱之空氣質量類似。但是，其他可產生類似溫暖、潮濕、空氣流的製程及方法亦可用於此種裝置’例如一揮發性冷凝器。如第3圖所示，該溫暖、潮濕的空氣流係位於飽和曲線上的點3 2處。該飽和曲線上之點3 2的位置係代表該溫暖、潮濕的S氣流再南溫時係具1 〇〇 %的飽和水蒸氣。進入另一通道之冷空氣係位於飽和曲線34下方的點。該冷空氣在此圖表中的位置表示其溫度較進入之溫暖空氣來得低。S氣流中的水分含量一般係與裝置的功能無關。但是’對降低地幔熱柱現象而言，進來空氣的水份含量第16頁 •Γ」..........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）不僅影響「混合」時的水含量，還會影響混合動線的切線速度。至於通過熱交換器的兩種空氣氣流，，該溫暖空氣氣流係被冷卻’而該冷空氣流則係被加溫。由於此兩氣流彼此並不會真的碰在一起，該冷空氣氣流係在該空氣流不增加或不減少水分含量的情況下被加溫。此即為習知之「空氣氣流之感應式加熱（a sensible heating )」。如圖所示’冷空氣離開熱交換器時，其溫度增加了，但水分含量則維持在恆定的3 6。該溫暖、潮濕的空氣係從飽和曲線上的起點被冷卻至一較低溫度。隨著溫暖、潮濕的空氣被冷卻的同時，其中的水分含量必須被降低。由於空氣氣流是1〇〇%飽和，因此水將會從空氣氣流中冷凝出來，且所致之溫度降低現象將會跟隨1 0 0 %飽和曲線來到一新低溫3 8處。該溫暖、潮濕空氣所損失的熱量必須等於冷乾燥空氣所獲得的熱量。淡化研究讓我們意外發現目前空氣對空氣熱交換器中的乾燥空氣較預期來得高。此項發現讓前述認為尚不足的裝置可用來減低地幔熱柱現象。傳統認為一用來減低地幔熱柱現象之空氣-對-空氣式熱交換器較水-對-空氣式熱交換器（例如，線圈或Kinney之，094號專利所揭示的塑膠熱交換器）來得差且無效。冷空氣係自冷卻塔外部被吸入並被感應式地加熱。暖化此空氣的熱源看起來似乎較傾向於使用水，而非使用空氣，因為其用量較多。例第Π頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) "' --— :.........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、一叮線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 ___B7_ 五、發明説明（）如，’094號專利中的塑膠熱交換器，其流诗逆典型約20 gpm/sf或以上。該質量流速典型為20 gpm/sf X 8 · 3 3 、加崙=167磅/平方英尺/分鐘或以上。上述办$ 嗓/ 藏* "*對·空Λτ 式熱交換器一般係在10至80 pda/sf/min下操 ^ ^ 下。總質量流係以乾燥空氣速率乘上（1 +WS)來決定，其中w 'W §是漫戶比。假設l〇〇°F的飽和空氣，溼度比ws是0 〇4以又此空氣氣流之量係於10.4至83·5 lbm/sf/min間變動。因此^ 該’094號專利之塑膠熱交換器的用水量典型係高於本發明空氣用量的好幾倍。對相當量的乾熱而言，該空氣_對_ 空氣式熱交換器似乎較，094號專利熱交換器中的水，更需要改變氣流溫度好幾倍。一般認為此幾乎是不可能的，除非增加該水-對-空氣熱交換器之表面積好幾倍，方能達到同樣的熱傳效果。因此，該空氣-對-空氣式熱交換器的體積需增加到無法運用且一點都不經濟的比例。但是，使用前述第1圖之熱交換器組10將溫暖、潮濕的空氣進行冷凝製程。在冷凝製程中，溫暖的空氣會與冷空氣接觸，並使水自空氣中冷凝出來。在此製程中，不僅可釋出感應式熱及潛伏熱，還可降低絕對漫度。由於感應式熱及潛伏熱兩者係在裝置中被傳送，因此較前技裝置更有效率。在有溫暖潮濕空氣14之通道中，當蒸氣與冷通道之冷卻表面接觸時，一滴滴的冷凝物係於内含溫暖、潮濕空氣之通道表面上形成。這些水滴為溫暖、潮濕空氣被冷卻及空氣氣流水分含量降低的結果。這些水滴聚集在第18頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) — .........裝： 6請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂· 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 55〇368

五、發明説明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製薄板上並沿著該薄板上溫暖潮濕空氣通道表面往下流。之後，凝結在薄板表面的水可從薄板底部收集或再回到原來的來源處。水的使用將在以下作更詳細的說明。熱交換器中的製程 A.冷卻塔中水的保留過程如前段所討論的，流過熱交換器通道的溫暖、潮濕空氣係被冷卻，且其水含量亦被降低。該溫暖潮濕空氣中水含量的降低會使水分冷凝在薄板中溫暖空氣通道的表面。這些水滴會從薄板底邵落下。自溫暖潮濕空氣中重新回收的水可用來降低冷卻塔設備的用水量。冷卻塔藉由揮發過程來降低製程水之溫度，因此可提供一可自系統中移除熱的地方。所移除的熱典型地並無法供其他製程使用，故稱其為「低度廢熱（l〇w grade waste heat)」，並並釋放至環境中。在冷卻塔製程中，某一比例循環通過系統的製程水係因揮發而喪失了。因揮發所損失的水量一般介於總流量的0 · 5 %至3 %間。一搬來說，_ 每1 0°F之製程水的冷卻而言，會損失約〇 · 8 %的水量。此損失的水對冷卻塔設備的運作而言，代價可能非常高。因揮發而離開冷卻塔的水係以一種純蒸氣態形式離開，因此，諸如固體、溶解固體、鹽等之類的污染物，會被留在製程水中。隨著時間，當純水逐漸被移除，這些污染物就會堆積在製程用水中。為降低污染物濃度，因此需連續地移除某一定比例的製程水。自系統中移除第19頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂· 線- 550368 A7

五、發明説明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製的水被稱為「沖淡（bl〇wd〇Wn)」。因此，欲操作一冷卻塔，必須添加水去彌補因揮發作用而損失的水，以及所欲能沖淡污染物的用水。在許多情況下，因為水中留存的化學物及不斷升高的放流水標準，，使得這些水非常難被直接釋放至環境中。因此，若能降低「沖淡」水中的污染物，將具有非常明顯的經濟優勢。以第1圖所述S氣-對-空氣式的熱交換器組1 〇，自溫暖潮濕S氣中所回收的水係能被再度放回到系統中。此將可有效降低冷卻塔的揮發水量以及系統所需的沖淡水量。併入了此熱X換器的冷卻塔組態將詳述於下。因回到冷卻塔系統的水幾近於純水，因此，在許多情沉下’ 其品質會較原來的水更好。如此可改善水的品質，也< 降低冷卻塔製程所需之化學品用量。為使熱交換器的運作能更有效，並能將水再送回系統中，進入冷卻空氣通道之空氣的溫度必須低於進入對面通道之空氣的溫度。對可保留水的系統而言，隨著雨遥度逐漸接近相同值，回到儲水池之水量將變少。如果热交換器冷的一面係與周圍空氣溫度接觸且並未以其他方法冷卻，則當溫度較低時或是在水操作期間，該熱交换器將可送回較多的水。在夏天操作時，熱交換器送商的水將較少。回到儲水池之水量典型係介於冬天時揮發水量的40%，及夏天時揮發水量的3%。視所在位置，#命回到儲水池之水量典型係介於10%至30%間。下表1顯戶斤示夏天及冬天自不同處所回收之揮發性水的百分％第20頁 _____ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂· 線- 550368 A7 B7 五、發明說明（提供的數值係以所在位置及排出物所回收的最大水量。 25°F電廠值下’自冷卻罐夏天冬天懷俄明州内華達州佛羅里達州 15% 40% 3% 23% 11% 21% 組約州 16% 32%

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B ·水之純化及淡化一冷卻塔係可於揮發/散熱製程中產生一溫暖氣。此溫暖潮濕空氣含幾乎純淨的蒸氣，且不含體、溶解固體、鹽及化學物等的污染物。當使用交換器時，可回收一明顯量的純淨蒸氣。除了可收並送回冷卻塔儲存槽外，當該純淨蒸氣被轉變回亦可用於需要純水的其他應用中。因為提供冷卻水所需要的費用之故，通常用來補充的水不是來的鹽水，即是來自工業製程的廢水。當使用此熱作為回收水的裝置時，其係可將該原為不欲求的純水。雖然非為純水，但所得的水將不含任何雜質。生物性雜質、及少量的溶解固體可能會被陷於蒸同時，一少量製程冷卻水亦可能被陷於潮濕氣流染了冷凝水。此類型的污染在冷卻塔業界中被稱 (drift)」。可使用二次純化製程來獲得欲求純度的第21頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 潮濕空諸如固此類熱將水回水時，塔製程自海水交換器水轉成病毒、氣中。中而污「飄移水。本 550368 A7 B7 五、發明説明（）製程的優點可自海水淡化以製造出可攜帶型水（p〇rtable water)中看出。在海水淡化製程中，最昂貴的步驟在鹽分的移除。前述冷卻塔回收製程可用來大幅降低鹽含量至可使用一較便宜製程來純化水的程度。可用於最終純化製程之此類製程的例子之一為逆滲透。回收水供其他用途之用的製程基本上與前述水保留製程類似，除了自熱交換器組中回收的水可被收集到另一不同的儲水池外。一配備了回收儲水池之冷卻塔應用的細節詳述於下。對可保留水的冷卻塔來說，如果以周圍空氣作為冷卻面溫度，則夏天時隨著空氣溫度節節上升，產生潔淨水的量將會跟著下降。自此系統中回收的水量，典型為每年總揮發水量的20%至25%間。如果以冷空氣或水作為來源，則可自系統中回收的水將較多。舉例來說，如果以冰冷的海水為來源的話，可以其來冷卻熱交換器中冷通道中的空氣。隨著熱交換器薄板中溫暖面及冷卻面間溫度差增加之際，將可增加冷凝水量，因此可產生更多的潔淨水。以冰冷海水為水源之可改善潔淨水生產量的組態，詳述於下。水純化裝置，因其可產生溫暖潮濕空氣，故非常適於用在一冷卻塔中，但是可產生溫暖潮濕空氣的其他裝置，亦可與此裝置合用。 C.降低冷卻塔之地幔熱柱現象第2項本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 a7 B7 五、發明説明（）本發明熱交換器亦可用來降低一冷卻塔之地幔熱柱現象。此製程基本上與前述可保留水之製程類似。唯一的差別為在冷通道面被加熱的$氣係與·富含水氣的溫暖潮濕空氣氣流混合。此雨種空氣氣流的混合物可有效降低以其他方式來降低地幔熱拄現象後，仍可為肉眼看見的地幔熱柱現象。用來降低冷卻塔中肉眼可見之地幔熱柱現象的一種典型方法參見第 4圖。如圖所示，冷卻塔揮發段之排出氣流為溫暖之100%飽和空氣40。來自熱源之溫暖水亦會被送通過一線圈或位於塔邊的其他熱交換器。該溫暖水係被用來加熱周圍空氣42。之後，空氣被拉通過揮發性熱段及水/空氣熱交換器。之後，流動穿過水/空氣熱交換器之周圍空氣42在不改變水分含量44的情況下被加熱（即，感應式熱轉移）。之後，該溫暖乾燥空氣44再由水/空氣熱交換器中離開。由該水/空氣熱交換器中離開的該溫暖乾燥空氣44之後再與離開冷卻塔揮發段之潮濕的空氣氣流40混合。這兩種空氣氣流混合成為空氣氣流46，其具有一種特性，當離開冷卻塔空氣氣流46的溫度與周圍空氣42之溫度以表上的一條線相連接時，該連接線48並不會與該i 〇〇〇/0 飽和曲線相交。如果該連接線4 8在周圍空氣與離開的空氣混合時與該1 0 0 %飽和曲線相交的話，將會使水分自揮發段空氣氣流中冷凝出來，造成一肉眼可見的地幔熱拄現象或水霧現象。在該100%飽和曲線上方的面積為過飽第23頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） ..........裝.........訂.........線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 550368 A7 B7 五、發明説明（） ............裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 和區域，同時亦稱為「霧區（fog area)」。因此’系統的設計係使離開冷卻塔的空氣量之性質與周圍空氣量之性質在混合時不會在特定條件下產生地幔熱柱現象。使用本發明第1圖所述空氣-對-空氣式的熱交換器組丄〇’可藉由降低來自揮發段中空氣氣流的水氣含量來提供一能降低地幔熱柱現象的溫暖乾燥熱源。溫暖潮濕空氣氣流中水含量的降低乃是指降低該空氣氣流的絕對溼度。可藉由上述空氣-對-空氣式的熱交換器來降低來自冷卻塔揮發段空氣中的水含量。溫暖乾燥熱源是在熱交換器中冷$氣通道中被加熱的周圍空氣。線- 經濟部智慧財產局員工消費合社印製以本發明$氣-對_ g氣式的熱交換器來降低地幔熱柱現象的製程詳述於第5圖。如圖示，當來自冷卻塔揮發段40的空氣通過熱交換器時，其溫度及水含量會被降低至50。周圍2氣42在對面通道被加熱後可產生一較溫暖的乾燥空氣氣流52。兩種空氣氣流混合形成一飽和曲線下方之空氣流54。當周圍空氣42與冷卻塔中兩種空氣氣流所形成的混合氣流54混合時，其性質並不會與飽和曲線相交而進入曲線之過飽和區或霧區。此係以圖中連接空氣42及混合空氣54的線56來表示。前述可降低地幔熱柱現象的方法，對降低因水氣所形成的地幔熱柱現象非常有效，其可㈣冷凝的水分進入周圍環境前即將其移除。此方法因並不在熱交換系统中使用水’因此也較不複雜。由於在熱交換系統中並不用到水，故可排除需對冷卻塔提供其他管路的需求。第24頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(2i〇x297公爱） 0368 A7 —----------- 五、發明説明（) 冷卻塔組秀1 一使用則述熱交換器之冷卻塔5 8的較佳實施例詳述於圖 6。在u* 2 、匕組態中，熱交換器組1 〇、係以一相反流動方

向位於探膝g A 、 & 介質60上方。一軸扇（或風扇）64可幫助冷 ' 通過邊揮發性介質。在該揮發性介質60中，空氣係被加熱’且水分係被揮發進入空氣氣流中。之後，認已加熱且富含水氣的空氣被導引通過熱交換器中與該已加熱且富含水氣之空氣垂直之分離的通道16。冷周圍 2氣68會在該熱交換器上產生一可讓蒸氣凝結的冷卻表面。冷凝物15將會自熱交換器落至冷卻塔之主要收集水的區域。為清楚起見，圖中冷凝水滴大小係被誇大了。離開熱交換器組1 0之兩種空氣氣流70、72係於靠近風扇入口處被混合。當遠2氣-對-空氣式的熱交換器組1 〇被併入至冷卻塔中會造成對風扇64的阻力。該增加的阻力會造成需要增加風扇64的電力，以便能保持在多了熱交換器組1〇之後穿過冷卻段時之流速仍然不變。如第7A及7B圖所示，在操作時，當必須使用到更多冷卻塔效能時，需打開位於冷卻塔之空氣閥門7 4。當這些門7 4被打開時，將有一明顯量的空氣會繞過熱交換器組1 0被直接導至風扇 64處。此將會降低因熱交換器組1 〇所造成的阻力並提高可通過冷卻塔揮發性介質60之空氣量。藉由提高通過介質60的空氣量，將可提高冷卻塔效能。但是，當繞過熱交換器組1 〇時，將會造成水之保留、水之純化、及消減第25頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐） ............裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂· 線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）地幔熱柱過程之停止。門之另一種實施例示於第8A及8B圖。在此組態中’ 門7 6不僅可提供一種可讓溫暖潮濕空，氣繞過熱交換器組 1 〇的方法，還可提供一種可關掉熱交換器冷卻面的方法。結果，其變成一潮濕的門。另一種降低熱交換器組1 〇阻力的方法是增加熱交換器組之流動面積。如第9圖所示，為了讓兩種不同空氣氣流（溫暖潮濕空氣及冷周圍空氣）流動通過一冷卻塔之單一風扇64，來自冷卻塔介質之部分流動面積係被阻斷了。因邵分流動面積係被阻斷，因此必須提高空氣氣流之流速。因氣氣流流速增加會造成通過熱交換器組1 0更多的阻力。為降低阻力，可藉由增加阻斷量來擴大熱交換器的流動面積。在此組態中，此熱交換器組1 〇係懸於冷卻塔介質60下方。此可降低溫暖潮濕空氣通過熱交換器之流速’並降低系統壓力差的量。第三種熱交換器組1 0的組態示於第1 〇圖，其係將熱交換器組1 0之上方80傾斜朝向風扇64。此種組態可提供熱交換器較多流動面積並降低前述之壓力差現象。由於通道出口位置係更朝向風扇64，因此，此種組態還可提供在熱交換器1 0 ,面向内側部分6 8之空氣一種改良的 2氣通遒（冷通道）。此改良的空氣通道可降低熱交換器冷卻面之阻力及壓力差。亦可在不需將熱交換器1〇懸於冷卻塔基質60下方的情況下，達成將熱交換器組1 〇傾斜的要求。第26頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .............裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 線經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Ϊ50368 Α7 Β7 五、發明説明（在罘11圖中，熱交換器組10的長度在上方段82處已被降低。在此組態中，因溫暖潮濕空氣所需經過的熱叉換器介質較少之故，相對地，系統壓力差也跟著下降。同時’還能提供潮濕空氣流與乾燥空氣流較佳的混合。對降低地幔熱柱現象過程而言，此兩種空氣的混合相當重要’其係可確保該溫暖潮濕空氣不會與周圍冷空氣混合而形成低伏的雲霧。同樣的，如第12圖所示，熱交換器組1 0下部分長度亦可縮短以降低壓力差。在冷卻塔的另一種實施例中，係以交流介質8 6來取代反流揮發性介質，如第13圖所示。熱交換器組1〇係位於交流冷卻塔地幔熱柱之離開的濕空氣通道上。對潔淨水之過程及消減地幔熱柱之過程而言，在此組態中最好是使用熱交換器組10及揮發性介質86。此冷卻塔的操作詳述如下。來自熱源的熱水被汲至水配送系統88，並被配送至交流揮發性介質86上。一軸扇64可幫助周圍空氣9〇流動通過揮發性介質86，並穿過熱交換器1〇之面向内部的面板16。離開揮發性介質86的氣流被導引往上穿過蒸義 _冷凝介質（即’熱交換器10)之朝向外部的面板14〇周圍冷空氣可將水分凝結於該朝向外部的面板14上。冷凝物自熱交換器組上滑落至儲存槽92,並被收集供其^用读之用’或被送回到水的主要循環系統中。來自該朝向内部或外部的面板94、96係被組合於靠近風扇入口處。此外，需知第7八、78、8八、及8^蘭由^、士人 \ δΰ圖中反泥冷卻福第27頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ297公釐)""""" --------- 丨-f ..........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 B7 五、發明説明（）的閥Π可輕易地被併入交流冷卻塔之組態中。再者，第 l〇、U、12圖中供反流冷卻塔之用的傾斜熱交換器組1〇及階段式熱交換器組1 〇 ’亦可輕易地，被併入交流冷卻塔之組態中。當系統係被當成潔淨水之系統或淡化系統操作時，周圍溫度可能不夠低，以致於無法自冷凝製程中提供欲求量的潔淨水。為提高來自熱交換器組1 〇之潔淨水的量，可能會需要以一第二輔助系統來降低進入熱交換器組1 〇之冷卻面的溫度。如第14圖所示，可將另一組冷卻塔熱轉移介質98放在熱交換器組1〇之冷卻面的入口處。可以冷水喷灑該冷卻塔熱轉移介質98來冷卻進來空氣的溫度。該冷卻水之一可能來源為海水或其他溫度較周圍乾燥球部溫度更低的水源。如果濕球部溫度很低，該冷空氣源之溫度並不需要一定明顯比周圍乾燥球部溫度更低。之後，空氣進入冷卻塔介質且其溫度在進入熱交換器組1 0之冷卻面之前即已被降低。另一種方式示於第15圖。以一管狀的熱交換器100 來取代樹脂合成薄板組1 0。此種管狀熱交換器可提供與樹脂合成薄板組同樣型式的熱動性質。管狀熱交換器之管1 02可由前述熱交換器之樹脂合成薄板製成，或是以一防腐蝕金屬（例如，電鍍爐台管之類的材質）製成。這些管102可連接至一薄板104上，其中留有孔，讓在管106 中流動的周圍冷空氣可與流過管1 〇8外之溫暖潮濕空氣分開。使用此類熱交換器1 〇〇的冷卻塔組態與前述相同° 第28頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） :严…‘..........裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

550368 五、發明説明（）在第1 6圖反流冷卻塔及第i 7圖交流冷卻塔之另一類里實施例中’外面周圍的空氣係藉由一或多個渠U 〇而被導引至位於地幔熱柱區域的熱交換器組1〇。該熱交換器、’且1 0典型會以直角階梯狀模式存在。在此模式下，該熱交換器組之任一熱交換器並不會直接堆疊於另一熱交換器上，因此可降低系統之總壓力差。此實施例可藉由提供周圍冷空氣至每一熱交換器段，為每一熱交換器段創造出最大熱轉移效果的方式，而降低所需熱交換器10 之總數。在此組態中，其幾何形狀亦可提供兩氣流較佳的混合’亦有助於降低地幔熱柱現象。可在兩種氣流間轉移熱之空氣-對-空氣式熱交換器，一般多用於商業製程及發電製程中。此空氣-對-空氣式熱交換器之一係被稱為「板-鰭熱交換器（plate-fin heat exchanger)」。這種熱交換器通常係由金屬製成，並包含一由一系歹ij瓦楞板（c〇rrilgaed sheets)所分隔的平板（flat sheet)。此瓦楞板係可提供熱交換器結構性的支持，並藉由改變邊界層上的流動結構及提高該分隔板（鰭）的導熱性，進而提高熱轉移效果。這些分隔板（separating sheet)，又稱「區隔板（parting sheet)」，可將兩氣流分開，並藉由熱導來轉移兩氣流間的熱。參見”process Heat Transfer，’， Hewett, Shires，and Bott，CRC Press，Inc. 1994。本發明熱交換器的優點之一為重量較輕。如第1 6圖較佳實施例所示，具6呎隔間（bay)之冷卻塔的操作重量約只有 1，100镑。一同型之塑膠熱交換器（如’ Kinney 第29頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ..........裝.........訂.........線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368 A7 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製五、發明説明（之，094號專利所揭示）的操作重量約為2,200磅。再者，，094 號專:的主要重I在外板柱上（〇utb〇ar(j c〇iurnn)，至於本發明第16圖熱交換器的重量則平均分，配在3個隔間上。如此可降低每一管柱上的重量負載。對小型設計而言，亦是採輕重量取向。本發明提供一種較傳統降低地幔熱柱方式更經濟且更即省水的方式。如前述，空氣_對_空氣式熱交換器可省卻需汲取熱水至冷卻塔乾燥段的花費。不僅節省了汲取水的花費’同時還省掉將水汲至冷卻塔乾燥段的花費。但是，因需藉由空氣_對_空氣式熱交換器自濕空氣中將水抽出，故會k成風扇靜電壓上升。相較於傳統以通過線圈段2次及以一虹吸圈來縮小頭的冷卻塔而言，本發明所系電力與其相當；但相較於以通過線圈段1次的冷卻塔或Kinney之’094號專利所揭示的冷卻塔而言，本發明所耑电力則較少。在後面的情況下，所省下的電力對2〇〇,〇〇〇 gpm塔流而言約為900馬力。以每千瓦小時〇〇3美元來算，每年可節省的電費約為175,000美元。比節省電費更重要的另一項優點是，維護費用更低且用水量更少。線圈典型為直徑1英吋至1·25英对的管。大型管典型並不足以提供欲求的熱轉移效果。同時，水質必須達到一定程度，始能防止長黴或阻塞管子。如果使用海水或鹽水，傳統的鰭管必須是由頂級金屬製成。此可藉由使用Kinney之094號專利所揭示的塑膠熱交換器來避免，其全部内容以參考文獻方式併入本案。但是，第30頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) λ 裝· -訂· 線· 五 ^50368 、發明說明（）善並维持……二或化學處… 可避免並節省此項需改善或維持水質的二而本發明即中的水氣係幾近純水狀態，因此不合讓：、。潮濕氣流染。因此，習知認為不足以減低地；二=器受❹ 節省水的水質，亦可用於本發明中。’、或不足以同時’某些冷卻塔應用中，其用水可能含有較器=直徑更大的碎片或雜f，因此可能會教、态通^。例子之—是以^或其他“進行發電的= 冷部&，其中水係藉由通過冷凝器來加熱，之後在送回河流或源頭前先進入冷卻塔。此冷卻塔的潮濕段可具有如美國專利第4,700,893號專利(已受讓予本發明申請人）所揭示之可用於水配送喑嘴士】圪頁為的大型孔。，893號專利已製成具有孔直徑為U75英付及2 5英付的商品。因此，前技認為無法用來消減地幔熱柱現象之内含大型雜質的冷卻塔水，亦可用於本發明中。冷卻塔的朝濕段亦可具有如美國專利第4,7〇〇,893號專利（已受讓予本發明申請人）所揭示之可用於水配送噴嘴的大型孔，其全部内容以參考文獻方式併入本案。因此，亦可節省維護獲改善水質的費用。對大型電廠而言，此節省的費用可高達每年1〇〇,〇〇〇,〇〇〇美元。最後’本發明的起始費用也較前技來得低廉。可減低地幔熱柱現象之冷卻塔的費用較一般傳統濕式冷卻塔高2 第31頁本紙張尺度適用中國國本標準(CNS)A4規格(210x297公爱) 訂線 550368 A7 ______ B7 五、發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 至3倍。對大型電廠而言，安裝一座可減低地幔熱柱現象之冷卻塔的費用约為6,000,000美元或更高。相較於傳統冷卻塔而言，本發明可節省1，〇〇〇,〇〇〇美元或以上的費用。多階段快閃淡化製程純化每100加崙水的費用為4美元，逆滲透則為3美元，至於本發明，每1〇〇加崙水的淡化費用則約為1.5美元。本發明雖然需要使用第二級輔助設備來製造可攜帶型水，但此也僅使處理每1〇〇〇加崙水增加約0.5美元的費用而已。對每天生產5百萬加崙水的大型工廠而言，使用本發明製程每天可節省5,〇〇〇至 7,500美元的費用，或每年可可節省約2,〇〇〇,〇〇〇美元的費用。本發明也提供一不需任何花費即可減低地幔熱柱現象之淡化冷卻塔設計。或者，對需要消減地幔熱柱現象之冷卻塔應用而言，使用本發明即可以極低的花費獲得「淡化」之副產品。本發明的許多優點及特性已詳述於說明書中’因此，所有這些優點及特性均涵蓋於附隨之申喑專利範圍中。再者，因本發明可有許多變化及改良，這些多變化及改良亦涵蓋於附隨之申請專利範圍中。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製圖示簡單說明第1圖為本發明較佳實施例中一熱交換器的部分示竟圖。 ’ 第2圖為第1圖熱交換器的部分放大示意圖，用以釋

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五、發明説明（）出其中的細部構造。第3圖為一熱交換器之代表圖。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 第4圖為一地幔熱柱消退過程之代表圖。第5圖為以一水冷凝熱交換器來消減地幔熱柱過程之代表圖。第6圖為一依據本發明較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第及7 B圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第及8 B圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第9圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第1 0圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第11圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第1 2圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第1 3圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第14圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第15圖為依據本發明一較佳實施例之管蜇熱交换第33頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格⑵〇χ297公复) 550368 A7 B7 五、發明説明（）器。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1 6圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。第1 7圖為依據本發明另一較佳實施例之冷卻塔的區塊圖。圖號對照說明 10 蒸氣冷凝熱交換器組 12 薄板 14 第一通道 15 冷凝物 16 第二通道 18 表面 20、24 密封 22 ^ 26 抬 1¾ 的邊 28 往外延神的扣子 30 往内延伸的扣子 32 點 34 飽和曲線 38 低溫 40 潮濕飽和空氣氣流 42 周圍空氣溫度 44 水分含量 46 空氣氣流經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第34頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550368 A7 B7 五、發明説明（）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 48 連接線 52 較溫暖乾燥之空氣氣流 54 混合氣流 56 線 58 冷卻塔 60 揮發性介質 64 風扇 68、 90 周圍冷空氣 70 ^ 72 空氣氣流 74、 76 空氣閥門 80 讓交換器上方 82 熱交換器之下部分 86 交流介質 88 水配送系統 92 儲存槽 94、 96 向内（94)或向外（96)之面板 98 冷卻塔熱轉移介質 100 管狀的熱交換器 102 、108 管 104 薄板 110 渠第35頁 .............裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂_ 線· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)

Claims

550368 ¾.年 ABCDi > 第 r f 9 案 i 六、申請專利範圍· 1 · 一種冷卻塔’其至少包含：一反流揮發性介質；一水配送系統’其係可配送熱水至該反流揮發性介質；一熱交換器，其係可自一第一空氣氣流吸收熱至一第二空氣氣流，該熱交換器具有一第一通道組及— 第二通道組’其中該熱交換器係由堆疊於冷卻塔内部成交錯斜線分布的熱交換器段所組成，且其中該第二· 空氣氣流係經由一導管而由該熱交換器段之該第二通遒組之至少一通道被導入熱交換器中；一風扇’其係可導引空氣穿過該反流揮發性介質以創造出該第一空氣氣流並導引該流速介於每分鐘每平方英尺10至80磅（pda/ft2/min)間及相對渔度約為90%或90%以上之該第一空氣氣流通過該第一通道組，及導引導引該流速介於每分鐘每平方英尺i 〇至80碎（pda/ft2/min)及乾燥球部溫度比第二氣流低 5°F之該第二空氣氣流通過該第二通道組，該第一通道組中的每一個通道係以一薄的導熱材料與該第二通道組之至少一通道相隔；及一儲存槽，其係可捕捉自該第一空氣氣流冷凝出來的水。 2.如申請專利範圍第1項所述之冷卻塔，其更包含一位於冷卻塔開口前面之熱轉移介質，其中該第一空氣氣流即係第36頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本Ϊ 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550368

8 8 8 8-ABCD 一經由此熱轉移介質而進入冷卻塔中。 3·如申請專利範圍第2項所述之冷卻塔，其中一冷液體係被噴灑到該熱轉移介質上，以便於該第一空氣氣流進入熱交換器前將該第/空氣氣流冷卻。 4·如令請專利範圍第丨項所述之冷卻塔，其中該第一通道組及該第二通道組係藉由薄板層一起形成一三明治式結構。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之冷卻塔，其更包含沿著該薄板物質之兩平行邊緣往上抬高的邊及與該往上 .抬高的邊成垂直之沿著該薄板物質之兩平行邊緣往下伸的邊；該第一通道組係藉由反轉雨薄板層並將一側之往上抬高的邊與另一侧之往上抬高的邊互相黏合後所形成的；及經濟部智慧財產局員工消費合作社印製該第二通道組係藉由反轉兩薄板層並將一側之往下伸的邊與另一侧之往下伸的邊互相黏合後所形成的。 6.如申請專利範圍第5項所述之冷卻塔，其中該第一通道組可藉由交錯黏合一薄板組中該往下伸的邊與該往上抬高的邊而與該第二通道組垂直。第37頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇X297公釐) ABCD 550368 々、申請專利範圍> 7 · 如申請專利範圍第6項所述之冷卻塔，其更包含在, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 薄板上形成往上突出或往下凹陷的扣子，以便保持該第一通道組及該第二通道組間在不同壓力下仍能維持暢通。 8 · 如申請專利範圍第7項所述之冷卻塔，其中形成於第一薄板上之該往上突出的扣子係緊靠在第一相鄰薄板上另一往上突出的扣子上，且該往下凹陷的扣子係緊靠在第二相鄰薄板上另一往下凹陷的扣子上。 9 · 如申請專利範圍第8項所述之冷卻塔，其中該往上突 •出的扣子係被設置成可降低第一空氣氣流在第一方向上流動的阻力，且該往下凹陷的扣子係被設置成可降低第二空氣氣流在第二方向上流動的阻力。 % 10. 如申請專利範圍第9項所述之冷卻塔，其中該薄板係由一合成樹脂薄膜所構成。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11. 如申請專利範圍第10項所述之冷卻塔5其中該薄板係由PVC所組成。 12. 一種冷卻塔，其至少包含：一交流揮發性介質；第38頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公愛) 8 888 ABCD 550368 穴、申請專利範圍. 一水配送系統，其係可配送熱水至該交流揮發性介質；一熱交換器，其係可自一第一空氣氣流吸收熱至 —第二空氣氣流，該熱交換器具有一第一通道組及一第二通道組；一風扇，其係可導引空氣穿過該交流揮發性介質以創造出該第一空氣氣流並導引該流速介於每分鐘每平方英尺10至80磅（Pda/ft2/min)間及相對溼度約為9 0%或9 0%以上之該第一空氣氣流通過該第一通遒組，及導引導引該流速介於每分鐘每平方英尺1 〇至80磅（pda/ft2/min)及乾燥球部溫度比第二氣流低 5°F之該第二空氣氣流通過該第二通遒組，該第一通 •道組中的每一個通道係以一薄的導熱材料與該第二通道組之至少一通道相隔；及一儲存槽，其係可捕捉自該第一空氣氣流冷凝出來的水。 1 3.如申請專利範圍第12項所述之冷卻塔，其中來自冷卻塔外部的該第一空氣氣流係在離開冷卻塔前先與該流出物混合。 14·如申請專利範圍第13項所述之冷卻塔，其中該熱交換器係自冷卻塔内部之外邊緣延伸一段距離，該距離係低於冷卻塔内部短邊之一半距離，該第一通遒組係自冷卻塔第39頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先間讀背面之注意事項再填窝本頁) •訂. # 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD 550368 六、申請專利範圍之外邊緣延伸至熱交換器之最内邊緣，好讓第一 2氣氣流能通過該第一通道組進入冷卻塔中央。 15.如申請專利範圍第14項所述之冷卻塔，其更包含一位於熱交換器底部的蓋子，其係可防止流出物略過熱交換器。 1 6.如申請專利範圍第14項所述之冷卻塔，其更包含一門，該門在關閉時係可迫使全部的流出物流過熱交換器’ 並且在打開時係可容許一部分的該流出物流動繞過熱交換器。 1 7.如申請專利範圍第1 4項所述之冷卻塔，其更包含一門，該門位於第一位置時可關閉該第一通道組，以防止空氣通過冷卻塔外面，同時還可容許一部分的該流出物流動繞過熱交換器；而當該門位於第二位置時則可讓空氣自冷卻塔外面進入，同時可防止流出物不致流動繞過熱交換器。 18.如申請專利範圍第14項所述之冷卻塔，其中熱交換器的位置係相對於揮發性介質位置而傾斜。 1 9.如申請專利範圍第1 8項所述之冷卻塔，其中熱交換器係被傾斜而位於比冷卻塔邊緣更高的冷卻塔中央較高第40頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ——.......訂L........# (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ABCD】 550368 六、申請專利範圍處。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 〇 4 ^ <折述之冷卻塔’其中熱交換 20·如申請專利範圍第14項所 3S 'A. »- _ 赏度的階梯段。器係被1又置成複數個具不同截面 91 , . ^ ^ β祕述之冷卻塔，其中的階梯 2 1 ·如申請專利範圍第20項所^ 段其底邵較頂部來得寬。 99 4 , ^ 请所述之冷卻塔，其中的階梯 22. 如申請專利範圍第2〇項所^ 段其頂部較底部來得寬。 23. 如申請專利範圍第14項所述之冷卻塔’其更包含;;位於冷卻塔開口前面之熱轉移介質，其中該第一空氣氣流即係經由此熱轉移介質而進入冷卻塔中。 24·如巾請專利範圍第23項所述之冷卻& ’其中一冷液體係被噴灑到該熱轉移介質上，以便於該第一空氣氣流進入熱交換器前將該第一空氣氣流冷卻。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 25.如申請專利範圍第12項所述之冷卻塔，其中之熱交換器係由堆疊於冷卻塔内部成交錯斜線分布的熱父換器段所組成，且其中該第二空氣氣流係經由一導管而由該熱交換器段之該第二通道組之至少一通道被導入熱交換器中 0 第41頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐） 8 8 8 8 ABCD 550368 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 6. —種降低一冷卻塔地幔熱柱現象的方法，其至少包含下列步驟：以一感應式熱製程將自冷卻塔揮發性介質離開之含水氣流源中的熱轉移至一周圍空氣源；將已加熱的周圍空氣與自冷卻塔揮發性介質離開的空氣氣流混合，使該混合後之空氣氣流落到 100%飽和曲線下方。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中之熱轉移步驟係藉由一熱交換器來達成，該熱交換器係具有一可供自冷卻塔揮發性介質離開之潮濕空氣通過的第一通道組，及一可供周圍空氣通過的第二通道組。 28. 如申請專利範圍第27項所述之方法，其中該第一通道組及該第二通道組係藉由薄板層一起形成一三明治式結構。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其更包含沿著該薄板物質之兩平行邊緣往上抬高的邊及與該往上抬高的邊成垂直之沿著該薄板物質之兩平行邊緣往下伸的邊；該第一通道組係藉由反轉兩薄板層並將一侧之往上抬高的邊與另一侧之往上抬高的邊互相黏合後所形成的；及第42頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550368 六、申請專利範圍 ABCD

該第二通遒組係藉由反轉兩薄板層並將一侧之往下伸的邊與另一側之往下伸的邊互相黏合後所形成的0 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 0·如申請專利範圍第29項所述之方法，其〃、丁孩弟一通道組可藉由X錯黏合一薄板組中該往下伸的二、广 <興讀往上抬高的邊而與該第二通道組垂直。 3 1 ·如申請專利範圍第30項所述之方法，其更包本在二亥薄板上形成往上突出或往下凹陷的扣子，以便保持通道在負壓下仍能維持暢通。 32·如申請專利範圍第31項所述之方法，其中形成於第一薄板上之該往上突出的扣子係緊靠在第一相鄭薄板上另一往上突出的扣子上，且該往下凹陷的扣予係緊靠在第二相鄰薄板上另一往下凹陷的扣子上。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 33. 如申請專利範圍第32項所述之方法，其中該往上突出的扣子係被設置成可降低第一空氣氣流在第一方向上流動的阻力，且該往下凹陷的扣子係被設置成可降低第二空氣氣流在第二方向上流動的阻力。 34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中該薄板係由一合成樹脂薄膜所構成。第43頁本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 550368 A8 B8 C8 _ D8____ 六、申請專利範圍 35.如申請專利範圍第34項所述之方法，其中該薄板係由PVC所組成。 3 6. —種降低一冷卻塔慢熱柱現象的設備’其係包含· 一種以感應式加熱製程將自冷卻塔揮發性介質離開之潮濕空氣源的熱轉移至一周圍空氣源的裝置；一種將該已加熱的周圍空氣與自冷卻塔揮發性介質離開之潮濕空氣混合的裝置，使該混合的空氣氣流係位於100%飽和曲線下方。 3 7.如申請專利範圍第3 6項所述之設備，其中該轉移熱的裝置係具有一可供自冷卻塔揮發性介質離開之潮濕空氣通過的第一通道組，及一可供周圍空氣通過的第二通道組。 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製頁 44 B4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)