專利名稱：帶有邊緣擴(kuò)展部的板式熱質(zhì)交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于間接蒸發(fā)冷卻器的板式熱量及質(zhì)量交換器。特別地，本發(fā)明涉及這種帶有用于提高流體去除的邊緣擴(kuò)展部的板。
背景技術(shù)：
討論間接蒸發(fā)冷卻是一種冷卻流體流(通常是空氣)的方法，該方法將冷卻液體(通常是水)蒸發(fā)變成第二空氣流，同時將來自第一空氣流的熱傳遞至第二空氣流。該方法與傳統(tǒng)空調(diào)相比具有某些固有的優(yōu)勢低電力要求，相對高的可靠性和消除對如R-134等冷卻劑的需要及其所帶來的所有不利之處的能力。
美國專利號6,581,402顯示了多個使用板式裝置的間接蒸發(fā)冷卻的實施例。圖1(現(xiàn)有技術(shù))顯示了兩塊板的透視和示意圖，其顯示了由彼此相對的第一和第二板的濕側(cè)所形成的濕側(cè)管道，其通道位于同樣的通用區(qū)域，并圖示了工作氣體進(jìn)入干側(cè)，經(jīng)過通道并進(jìn)入濕側(cè)管道。產(chǎn)品流體沿著第一和第二板的干側(cè)向前因此是與工作氣體分開的。額外的板形成堆疊，且相鄰的板的干側(cè)面向彼此。這樣，板的堆疊可以讓每一個奇數(shù)板的干側(cè)面向相同的方向并與所有偶數(shù)板相對。
專利號6,581,402的發(fā)明提供了間接蒸發(fā)冷卻器，其在多個允許沿著板進(jìn)行熱傳遞的熱交換板的相對面具有交叉流動的濕潤和干燥管道。板包括邊緣擴(kuò)展部以方便從板上移除水(或相似的蒸發(fā)流體)和溶解的礦物質(zhì)。
對于專利號6,581,402和目前的申請來說，我們希望定義某些術(shù)語1.熱傳遞表面或熱交換表面具有許多結(jié)構(gòu)。可以對潤濕和流動作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如本行業(yè)所知的，所有結(jié)構(gòu)都包括在本公開的發(fā)明的主題內(nèi)。作為說明我們使用板結(jié)構(gòu)。
2.熱交換表面的濕側(cè)或濕潤部分意謂著在其表面上或內(nèi)具有蒸發(fā)液體的那部分，這樣使表面能蒸發(fā)冷卻并從表面吸收潛在的熱量。
3.熱交換器干側(cè)或干燥部分意謂著很少或沒有蒸發(fā)物進(jìn)入鄰近的氣體或流體的熱交換器表面的那部分。這樣，沒有蒸氣和潛在的熱量傳遞進(jìn)入鄰近的氣體。實際上，表面可以是濕潤的而沒有蒸發(fā)流體或是通過冷凝潤濕，但沒有蒸發(fā)存在。
4.工作流或工作氣體流是氣體流，其沿著在干側(cè)的熱交換表面流動，通過表面內(nèi)的通道到濕側(cè)并聚集蒸汽，通過蒸發(fā)從熱交換表面取得潛在的熱量并將其向外傳遞入排氣裝置。在某些實施例中，工作流可以作為廢棄物處理，而在其它實施例中，其可以使用于特殊的用途，例如增加濕度或清除熱量。
5.產(chǎn)品流或產(chǎn)品流體流是流體(氣體，液體或其混合物)流，其經(jīng)過干側(cè)上的熱交換表面并且由濕側(cè)上的工作氣體流吸收熱量進(jìn)行冷卻，通過蒸發(fā)吸收濕潤區(qū)域內(nèi)的潛在熱量。
板在板的干側(cè)和濕側(cè)之間的界定的區(qū)域也具有通道或穿孔或類似的傳遞方式，提供從干燥的工作管道到工作濕潤管道的流動，從而產(chǎn)生直接蒸發(fā)冷卻。
本發(fā)明的方法利用將工作氣體流(用于在濕潤管道內(nèi)蒸發(fā)液體從而冷卻熱交換器板的濕潤表面)從產(chǎn)品流體流分開，在熱交換板的同一側(cè)分別流過干燥的產(chǎn)品管道和干燥的工作管道。二者將熱量傳遞到熱交換板，其正表面在工作濕潤管道內(nèi)被蒸發(fā)冷卻。
工作氣體流首先進(jìn)入干燥的工作管道，然后通過穿孔、氣孔或其它類似的傳遞方式穿過板的障礙物到達(dá)濕側(cè)從而進(jìn)入濕潤的工作管道，在此，濕潤的管道表面的液體蒸發(fā)冷卻了板。
干燥的產(chǎn)品管道在板的干側(cè)。板是一層薄的材料以允許板間流暢的熱傳遞，從而便于熱量從干燥的產(chǎn)品管道傳遞到濕潤的工作管道。這是本發(fā)明的一個基本單元或元素，說明了分開工作氣體流的方法以通過蒸發(fā)冷卻間接地冷卻分開的產(chǎn)品流體。
干燥的產(chǎn)品管道在板的干側(cè)。板是一層薄的材料以允許板間流暢的熱傳遞，從而便于熱量從干燥的產(chǎn)品管道傳遞到濕潤的工作管道。這是本發(fā)明的一個基本單元或元素，說明了分開工作氣體流的方法以通過蒸發(fā)冷卻間接地冷卻分開的產(chǎn)品流體。
許多蒸發(fā)冷卻實施例包括吸附(wicking)材料用于將水或其它的蒸發(fā)液體分散到板的濕側(cè)。如參考專利號6,581,402的圖7，其中吸附材料7沿濕側(cè)管道5分布蒸發(fā)液體。板6在圖7的實施例中形成″V形″。水從吸附表面比從水表面也能更好地蒸發(fā)，因為吸附材料瓦解了水的表面張力。
吸去垂直的表面的水能確保在板的表面沒有多余的水，但也限制了板可使用的高度。在重力的輔助下向下吸去表面的水從潤濕的角度來說可能是好的，如果水的量不超過吸附材料能傳遞的量的話。在更加水平方向的吸附作用能允許如美國專利號6,705,096所示的垂直蓄水池潤濕系統(tǒng)。有些板式熱質(zhì)交換器應(yīng)用要求更創(chuàng)新的與更復(fù)雜的熱力設(shè)計相對應(yīng)的幾何體系，該設(shè)計再次要求更水平的應(yīng)用如美國專利號6,581,402。在所有的情況中，創(chuàng)造一種確保吸附物不被水淹沒(over run)的方式是所希望的。
專利號6,581,402的間接蒸發(fā)冷卻器工作得很好。但此設(shè)計固有的缺點在使用中被發(fā)現(xiàn)。將板傾斜以使重力幫助通過吸附物牽引水能幫助去除過量的液體并從板上沖走礦物質(zhì)。然而，吸附表面面對彼此的緊密間隔的熱交換器板允許水在管道內(nèi)積存。這種積存是由附在板邊的水的表面張力產(chǎn)生的。例如，假設(shè)有兩塊平行的水平板，頂板的水滴會垂下并附在下板邊的水滴上。然后水會從板邊的吸附表面倒退產(chǎn)生兩個負(fù)面效應(yīng)。首先，表面的水顯著地降低熱傳遞速率從而降低板的相對側(cè)的液體的冷卻。其次，板之間的過度濕潤產(chǎn)生濕潤的板間的不均勻的氣流分布，并因此產(chǎn)生板的相對側(cè)的待冷卻的液體的不均勻冷卻。
由于在濕潤的管道中的水被蒸發(fā)，任何溶解在水中的礦物質(zhì)就遺留下來。即使不是所有的水都被蒸發(fā)掉，當(dāng)水中的礦物質(zhì)過于集中時，它們會沉淀在其所接觸的表面上。這種沉淀的礦物質(zhì)產(chǎn)生長期的問題，因為它們積存水并最終阻止水的流動，尤其在吸附材料內(nèi)。板的部分不再完全潤濕，并且熱交換的效率降低。
因此，在本技術(shù)領(lǐng)域存在對一種裝置或方法的需要，以用于將過量的液體和礦物質(zhì)吸離板的熱交換部分，并將其從板內(nèi)去除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供將過量的液體和礦物質(zhì)拉離板的熱交換部分并將其從板上去除的裝置和方法。
邊緣擴(kuò)展部被增加到間接蒸發(fā)冷卻器的板以允許過量的蒸發(fā)流體移至板邊并滴落，帶走其中溶解的礦物質(zhì)。也可取得實現(xiàn)的蒸發(fā)和熱傳遞。


圖2a是具有傾斜的邊緣擴(kuò)展部的本發(fā)明的第一實施例的透視和示意圖。圖2b是圖2a的實施例的側(cè)視圖。
圖3是具有筆直的邊緣擴(kuò)展部的本發(fā)明的第二實施例的側(cè)視圖。
圖4是使用逆流設(shè)計和具有傾斜的邊緣擴(kuò)展部的本發(fā)明的第三實施例的透視和示意圖。
圖5是板位于垂直方向并具有筆直的邊緣擴(kuò)展部的本發(fā)明的第四實施例的透視和示意圖。
圖6是具有整合設(shè)計和傾斜的邊緣擴(kuò)展部的本發(fā)明的第五實施例的透視和示意圖。
圖7是本發(fā)明的第六實施例的端部剖開圖，其中板從中心軸向下傾斜并且具有用于潤濕板的槽式系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖2a-7顯示了在間接蒸發(fā)冷卻器中增加到熱傳遞板的邊緣擴(kuò)展部的各個實施例。雖然顯示了多個實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會明白可以將邊緣擴(kuò)展部增加到許多其它間接蒸發(fā)冷卻器板。通過參考結(jié)合在此的美國專利號6,581,402和6,705,096顯示了多種板結(jié)構(gòu)，并且其它的也為人所知。在各種情形下，邊緣擴(kuò)展部被增加到板邊緣位于板的熱交換部分之外，并且方便從板的濕側(cè)去除過量的蒸發(fā)液體。雖然術(shù)語″位于板的熱交換之外″被用來說明邊緣擴(kuò)展部被增加到板的側(cè)或端部，這并不意味著該處不存在熱交換。下表列出了本專利使用的參考編號


圖2a是具有傾斜的邊緣擴(kuò)展部20的本發(fā)明的第一實施例的透視和示意圖。圖2b是圖2a的實施例的側(cè)視圖。圖1a和1b的板6被顯示為水平的，但它們也可以是傾斜的(參考美國專利6,581,402圖7的例子)。
圖1a和1b的實施例是橫流設(shè)計，與圖1(現(xiàn)有技術(shù))的有些相似。各個板具有干側(cè)9，并且干側(cè)面向彼此。干側(cè)9包括干側(cè)管道4，產(chǎn)品流體1通過該管道流動。濕側(cè)10具有濕側(cè)管道5，工作氣體2通過該管道流動。濕側(cè)管道5通常相對于干側(cè)管道4是橫向的。
濕側(cè)管道5由蒸發(fā)液體22通過吸附作用、噴霧或類似的方法進(jìn)行潤濕。圖2a和2b所顯示的特定實施例未顯示將工作流體經(jīng)過板從干側(cè)傳到濕側(cè)的工作管道，如圖1(現(xiàn)有技術(shù))所顯示的，但可以將那些包括在圖2的實施例中。圖2b顯示了過量的蒸發(fā)流體22流出濕側(cè)管道5并從板6的邊緣擴(kuò)展部20滴落。從板6的終端延伸距離21的傾斜的邊緣擴(kuò)展部，通過在濕側(cè)10的熱傳遞部分之外打開空間使流體的去除更容易。
在間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的特定的優(yōu)選實施例中(如這里所描述的例子)，80塊板被堆疊在10英寸高的堆垛中。板的尺寸20英寸×18英寸。板的材料是聚乙烯涂層依附在纖維素纖維紙(紙起吸附材料的作用)上。板之間的間距是0.125英寸。
在實際應(yīng)用中，1/2英寸和1英寸的邊緣擴(kuò)展部的長度21可以適用使過量的蒸發(fā)液體22排干。對于板間距約為0.125英寸的，大致低于1/4英寸的的邊緣擴(kuò)展部不能適用(1/16英寸在這種板間距中完全不能使用)。然而，對于更緊密的板間距，預(yù)期小至1/8英寸的邊緣擴(kuò)展部可以實現(xiàn)有效去除過量的蒸發(fā)液體的目標(biāo)。大致比板間距長的邊緣擴(kuò)展部最適用。
圖3是本發(fā)明的第二實施例的側(cè)視圖，與圖2a和2b的非常相似，但具有筆直的邊緣擴(kuò)展部。許多關(guān)于圖2a和2b的討論也與這個實施例相關(guān)。
圖3的實施例中的邊緣擴(kuò)展部20筆直向外延伸，而不是從濕側(cè)10彎曲離開。這個設(shè)計是比圖2a和2b的設(shè)計更容易制作，并且的確能比沒有邊緣擴(kuò)展部的傳統(tǒng)板更好地去除過量的蒸發(fā)流體。
圖4是本發(fā)明的第三實施例的透視和示意圖，其使用逆流設(shè)計并具有傾斜的邊緣擴(kuò)展部20。濕側(cè)管道5和干側(cè)管道4相對于彼此不是橫向，而是大致平行的，但在相對的方向上流動。邊緣擴(kuò)展部通常相對于濕側(cè)管道導(dǎo)向件是橫向的以使工作氣體不向邊緣擴(kuò)展部(圖4的實施例中的垂線)的方向流動。蒸發(fā)液體22仍然通過吸附材料8覆蓋濕側(cè)管道5，并且通過吸附作用在管道導(dǎo)向件7下移動，以使過量的液體傳送至邊緣擴(kuò)展部20并滴落。
蒸發(fā)液體22在管道導(dǎo)向件8下的移動通過以下實現(xiàn)。板6是由不能滲透蒸發(fā)液體22的材料24作襯背(back)的吸附材料25形成的。例如，板6可以由聚乙烯涂層24依附在纖維素纖維紙25上形成。紙25起吸附材料的作用，吸附管道導(dǎo)向件7下的液體22并向外傳送到邊緣擴(kuò)展部22，在此液體22從板滴落。
圖5是本發(fā)明的第四實施例的透視和示意圖，板6處于垂直的方向，并且具有筆直的邊緣擴(kuò)展部20。工作氣體流2在濕側(cè)管道5內(nèi)是向上的，并且產(chǎn)品流體流1沿干側(cè)管道4是向側(cè)的(sideways)。蒸發(fā)液體從頂部向下流到管道5并且在底部從邊緣擴(kuò)展部20滴落。
圖6是本發(fā)明的第五實施例的透視和示意圖，帶有整合設(shè)計并且具有傾斜的邊緣擴(kuò)展部20的完整形式。圖6的實施例優(yōu)選地由單一材料的實心塊形成，例如擠壓式鋁材。當(dāng)板承受一些壓力時，例如當(dāng)間接蒸發(fā)冷卻器是受壓時，這個設(shè)計是有利的。
在本發(fā)明的某些應(yīng)用中，板6和間隔件7可以是由剛硬的材料如鋁材形成。在這種情況下，板6和板間隔件7可以被擠壓成一塊，如圖6所示。板6的邊緣擴(kuò)展部20優(yōu)選是逐漸變細(xì)的，使其在邊緣具有更大的開口，以使過量的液體22更容易滴落。板10的蒸發(fā)(濕潤)側(cè)要求具有使蒸發(fā)物22分散在其表面的結(jié)構(gòu)。分散蒸發(fā)物可以通過用植絨材料或通過蝕刻如鋁材等的材料的表面來實現(xiàn)以產(chǎn)生吸附表面。
吸水表面，如在授權(quán)給Meisser等人的美國專利號6,568,465中所描述的，可以起吸附表面的作用。
圖7是本發(fā)明的第六實施例的端部剖開圖，其中板6從中心軸向下傾斜。槽23包括用于潤濕板的蒸發(fā)液體22。通常吸附材料25(看圖4的例子)從槽23沿著濕側(cè)管道5汲取液體22。當(dāng)液體22到達(dá)板6的外端時，其被邊緣擴(kuò)展部20拉離板，邊緣擴(kuò)展部20這里顯示為與圖2a和2b所示的那些相似的傾斜的邊緣擴(kuò)展部。
那些在間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，可以對以上所顯示和描述的示例性實施例作多種變更和修改，而仍然在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。在所有的情況下，在熱交換器板上的邊緣擴(kuò)展部延伸經(jīng)過板的熱傳遞區(qū)域并協(xié)助蒸發(fā)流體從板內(nèi)排出。
權(quán)利要求
1.一種用于間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的熱交換器板(6)，所述板包括干側(cè)(9)，其對于蒸發(fā)液體(22)具有低滲透性并被形成以允許產(chǎn)品流體(1)溢出其表面的熱傳遞區(qū)域；濕側(cè)(10)，其被設(shè)計成具有通過蒸發(fā)液體潤濕的表面并被形成以允許工作氣體(2)溢出其表面以蒸發(fā)蒸發(fā)液體；及邊緣擴(kuò)展部(20)，其被形成在板的邊緣在熱傳遞區(qū)域之外，用于促使過量的蒸發(fā)液體從板上滴落。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，邊緣擴(kuò)展部從濕側(cè)傾斜離開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述的板被形成為單一材料的整合件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板，其特征在于，所述材料是鋁質(zhì)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板，其特征在于，濕側(cè)被構(gòu)造形成吸附表面(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板，其特征在于，進(jìn)一步包括連接到板的濕側(cè)的吸附材料(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述濕側(cè)包括吸附表面(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其特征在于，所述濕側(cè)包括管道導(dǎo)向件(7)以引導(dǎo)工作氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的板，其特征在于，工作氣體并不是朝向邊緣擴(kuò)展部的方向流動，并且蒸發(fā)液體在管道導(dǎo)向件下流動以到達(dá)邊緣擴(kuò)展部。
10.一種間接蒸發(fā)冷卻器包括多個大致平行間隔開的板(6)，其中各個板具有干側(cè)(9)，其對于蒸發(fā)液體(22)具有低滲透性并且被形成以允許產(chǎn)品流體(1)溢出其表面的熱傳遞區(qū)域；濕側(cè)(10)，其被設(shè)計成具有通過蒸發(fā)液體(22)潤濕的表面并被形成以允許工作氣體(2)溢出其表面以蒸發(fā)蒸發(fā)液體；及邊緣擴(kuò)展部(20)，其被形成在板的邊緣在熱傳遞區(qū)域之外，用于促使過量的蒸發(fā)液體從板上滴落；其中邊緣擴(kuò)展部延伸超過板的熱傳遞區(qū)域的邊緣一段距離，所述距離至少與板間的距離相當(dāng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述板定位大致垂直，且所述邊緣擴(kuò)展部位于板的底部。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述板定位大致水平。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述板從中心軸在各個方向向下傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，進(jìn)一步包括位于中心軸的槽(23)，所述槽包括蒸發(fā)流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述板在它們的濕側(cè)包括吸附材料(25)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，工作氣體并不是朝向邊緣擴(kuò)展部的方向流動，并且蒸發(fā)液體在管道導(dǎo)向件下流動以到達(dá)邊緣擴(kuò)展部。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的間接蒸發(fā)冷卻器，其特征在于，所述板在它們的濕側(cè)包括吸附材料。
全文摘要
用于間接蒸發(fā)冷卻器的熱交換器板(6)，該類型具有對于蒸發(fā)液體(22)具有低滲透性并被形成以允許產(chǎn)品流體(1)溢出其表面的熱傳遞區(qū)域的干側(cè)(9)，被設(shè)計成具有通過蒸發(fā)液體潤濕的表面并被形成以允許工作氣體(2)溢出其表面以蒸發(fā)蒸發(fā)液體的濕側(cè)(10)；進(jìn)一步包括被形成在板的熱交換區(qū)域之外用于幫助去除過量的蒸發(fā)液體的邊緣擴(kuò)展部(20)。邊緣擴(kuò)展部可以傾斜或彎曲離開板的濕側(cè)，以幫助去除液體。板可用于多種結(jié)構(gòu)中。
文檔編號F24F1/00GK1918435SQ200580005018
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者L·E·吉蘭, V·麥索特森科, T·L·赫頓, A·D·吉蘭, R·J·吉蘭 申請人:埃達(dá)雷克斯技術(shù)公司