冷却设备和方法与流程

冷却设备和方法
1.相关申请的详细信息：
2.本pct申请根据《美国法典》第35卷第119(a)节要求于2020年10月25日提交的以色列申请278288的优先权；其通过引用全部并入本文。
技术领域
3.本发明属于热交换器领域。


背景技术：

4.冷却塔在工业中经常用来帮助冷却设备和空间。冷却塔比空气冷却系统更高效，因此实现相同程度的冷却所需的能量更少，但它们也利用了大量的淡水。此外，这种系统中的水垢堆积可能是一个问题，因为这降低了传热效率，导致对电力的需求更大。水越“硬”(即水中钙、镁和其他矿物质的浓度越高)，则水垢堆积越多。水垢堆积可能必要关闭系统以实现水垢的物理去除和/或需要使用化学物质来抑制、减少或去除水垢堆积。去除水垢的化学处理通常会造成环境污染，例如，如果使用磷。


技术实现要素：

5.本发明的广泛方面涉及冷却系统，该冷却系统比空气冷却系统更有效，但比传统冷却塔使用更少的水。
6.本发明的一些实施例的一个方面涉及一种设备，该设备包括将雾滴添加到与传导加热液体流的液体导管的壁接触的空气流的雾发生器。在本发明的一些示例性实施例中，气流穿过横切液体导管的管。在本发明的一些示例性实施例中，气流穿过液体导管的板状结构之间的空间。在本发明的一些示例性实施例中，气流由风扇产生。在本发明的一些示例性实施例中，气流和加热的液体具有逆流和/或横流的流动方向。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管具有内部挡板。在一些实施例中，挡板有助于增加流动路径的长度和/或加热液体在导管中的停留时间。本发明的一些示例性实施例减少了每排出一单位热量需要在系统中循环的水量。这种减少有助于减小尺寸和/或电力消耗和/或维护要求。
7.应当理解，上述各个方面涉及与减少冷却水消耗相关联的技术问题的解决方案。
8.替代地或附加地，应当理解，上述各方面涉及与增加冷却系统中每单位水吸收的热量有关的技术问题。
9.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括：(a)在其相反端具有可密封连接器的液体导管和竖直穿过其中的空气导管；(b)一个或多个雾发生器，其被定位成将雾输送到空气导管；以及(c)气流发生器，其被定位和配置成使雾移动通过空气导管。在一些实施例中，该设备包括在液体导管中的挡板。替代地或附加地，在一些实施例中，气流发生器包括风扇。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管包括相互流体连通的多个隔间，隔间之间的空间用作空气导管。替代地或附加地，在一些实施例中，液体导管包括单个隔间，穿过隔间的管用作空气导管。替代地或附加地，在一些实施例中，设备部署在冷
水机组系统中。替代地或附加地，在一些实施例中，设备部署在空调系统中。替代地或附加地，在一些实施例中，设备通过其中一个连接器连接到发电厂涡轮机。替代地或附加地，在一些实施例中，设备具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。
10.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种方法，该方法包括：(a)引导加热的液体流通过具有壁的导管；以及(b)使携带雾滴的气流与壁接触。在一些实施例中，加热的液体流和携带雾滴的气流包括逆流的流。替代地或附加地，在一些实施例中，加热的液体流和携带雾滴的气流包括横流的流。替代地或附加地，在一些实施例中，雾滴的直径尺寸范围为10μm至100μm。替代地或附加地，在一些实施例中，雾滴的直径尺寸范围为40μm至60μm。替代地或附加地，在一些实施例中，气流携带的雾滴群的平均直径尺寸为50μm。替代地或附加地，在一些实施例中，气流携带的雾滴体积在1l/min到4l/min的范围内。替代地或附加地，在一些实施例中，该方法具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。
11.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种热交换器，其特征在于：传热系数为500w/m
2 k
至1000w/m
2 k
；以及≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。在一些实施例中，热交换器的进一步特征在于约5的对数平均温度差(lmtd)(k)。
12.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种设备，该设备包括：被配置为使待冷却的液体流过其中的腔室，该腔室具有位于该腔室的第一端附近的流体入口和位于该腔室的第二端附近的在第一端远侧的流体出口，所述腔室配置有多个隔板，所述多个隔板沿所述腔室的长度在所述第一端与所述第二端之间定向，所述隔板将所述腔室内部与所述腔室外部分隔开，所述隔板限定平行穿过所述腔室行进的所述腔室外侧的间隙；位于第一端附近的气流发生器，所述气流发生器在操作时产生沿所述第二端的方向穿过所述间隙朝向所述第一端的气流；以及多个喷雾器(misters)，所述喷雾器靠近所述第二端并且布置成使得当所述气流发生器操作时由所述喷雾器产生的雾被携带到所述间隙中。在一些实施例中，隔板是圆柱形的，具有分别限定在位于第一端的第一端壁和位于第二端的第二端壁中的开口，使得圆柱体的内部在腔室外部，并且腔室还包括在第一端壁与第二端壁之间延伸的外壁，外壁与端壁一起包围圆柱体并限定腔室的内部。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室包括相互流体连通的多个子腔室，子腔室的侧面构成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，每个子腔室具有一对主侧壁、一对副侧壁和一对端壁，主侧壁和副侧壁形成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室还包括位于腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加腔室内流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下的最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，至少一个子腔室包括位于子腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加子腔室中流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下的最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器产生直径尺寸在10μm至100μm范围内的液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器产生直径尺寸在40至60μm范围内的液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，液滴的平均尺寸为50μm，如由体积决定的。替代地或附加地，在操作中的一些实施例中，每个喷雾器每分钟排放约0.05至0.5升的水。替代地或附加地，在一些实施例中，设备被配置为在1l/min到4l/min的范围内向系统中雾化一定体积的水。替代地或附加地，在一些实施例中，设备被配置为在0.05l/min到0.200l/min的范围内将一定体积的水雾化到每个间隙中。替代地或附加地，在一些实施例中，流体入口和流体出口与以下设备流体连通：(a)入口处
的压缩机和出口处的节流阀(在冷水机组系统中，可以使用当前类型的系统代替传统的冷凝器)；(b)在入口处的压缩机和在出口处的节流阀(在典型的空调系统中，其中可以使用本类型的系统来代替传统的冷凝器)；(c)在入口处的发电厂涡轮机和在出口处的泵(在发电厂中，其中可以使用本类型的系统来代替传统的冷凝器)；或(d)液冷服务器室的冷却系统。
13.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种冷却液体的方法，该方法包括：使液体从靠近腔室的第一端的入口流向靠近所述腔室的第二端在所述第一端远侧的出口，所述腔室配置有沿其长度在所述第一端和所述第二端之间定向的多个隔板，所述隔板将所述腔室的内部与所述腔室外部分隔开，所述隔板限定平行穿过所述腔室行进的腔室外部的间隙；产生沿第二端的方向穿过间隙朝向第一端的空气流；并且在第二端附近产生由空气流携带进入间隙的雾。在一些实施例中，隔板是圆柱形的，具有分别限定在位于第一端的第一端壁和位于第二端的第二端壁中的开口，使得圆柱体的内部在腔室外部，并且腔室还包括在第一端壁与第二端壁之间延伸的外壁，外壁与端壁一起包围圆柱体并限定腔室的内部。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室包括相互流体连通的多个子腔室，子腔室的侧面构成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，每个子腔室具有一对主侧壁、一对副侧壁和一对端壁，所述主侧壁和副侧壁形成隔板。替代地或附加地，在一些实施例中，腔室还包括位于腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加腔室内流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，至少一个子腔室包括位于子腔室内部的多个挡板，挡板的布置是为了增加子腔室中流体从流体入口流向流体出口的最小流动路径相对于在没有挡板的情况下最小流动路径的长度。替代地或附加地，在一些实施例中，以10μm到100μm直径尺寸范围生产液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，以40μm到60μm直径尺寸范围生产液滴。替代地或附加地，在一些实施例中，液滴的平均直径尺寸为50μm，由体积决定。替代地或附加地，在一些实施例中，每个喷雾器排放约0.05l/min和0.5l/min的水。替代地或附加地，在一些实施例中，喷雾器以1l/min至4l/min的范围向系统中雾化一定体积的水。替代地或附加地，在一些实施例中，向每个间隙中雾化的水的体积在0.05l/min到0.2l/min的范围。替代地或附加地，在一些实施例中，雾中的水包括自来水和/或去离子水和/或蒸馏水。替代地或附加地，在一些实施例中，待冷却的液体在20℃至90℃的温度范围内进入腔室。替代地或附加地，在一些实施例中，待冷却的液体在35℃至60℃的温度范围内进入腔室。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达40℃。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达35℃。替代地或附加地，在一些实施例中，周边空气温度高达30℃。替代地或附加地，在一些实现例中，周边空气温度高达25℃。替代地或附加地，在一些实现例中，周边空气温度高达20℃。
14.除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管下面描述了合适的方法和材料，但在本发明的实践中可以使用与本文所述的方法和材料类似或等效的方法和材料。如有冲突，以包括定义在内的专利说明书为准。所有材料、方法和示例仅为说明性的，而非限制性的。
15.如本文所用，术语“包括”(comprising)和“包含”(including)或其语法变体应被视为规定包含所述特征、整数、动作或组成部分，而不排除添加一个或多个附加特征、整数，动作、组成部分或其组。该术语比《美国专利商标局专利审查程序手册》定义的“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”更广泛，并包括这些术语。因此，实施例“包含”(includes)或“包
括”(comprise)特征的任何陈述都是子实施例“基本上由
……
组成”和/或“由
……
组成”所述特征组成的特定陈述。
16.短语“基本上由
……
组成”或其语法变体在本文中使用时应被视为指定所述特征、整数、步骤或组成部分，但不排除一个或多个附加特征、整数、步骤、组成部分或其组的添加，但仅限于当附加特征、整数、步骤、其组成部分或其组不会实质上改变所要求保护的组合物、装置或方法的基本和新颖特性。
17.本说明书和所附权利要求中使用的短语“适于”对先前所述的部件施加了额外的结构限制。
18.术语“方法”是指完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于建筑和/或计算机科学从业者已知的或容易从已知的方式、手段、技术和程序发展而来的方式、手段、技术和程序。
19.根据本发明实施例的方法和系统的实现涉及手动、自动或其组合执行或完成所选择的任务或步骤。此外，根据本发明的方法、装置和系统的示例性实施例的实际仪器和装备，可以通过硬件或通过任何固件的任何操作系统上的软件或其组合来实现几个选择的步骤。例如，作为硬件，本发明的选定步骤可以实现为芯片或电路。作为软件，本发明的选定步骤可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在任何情况下，本发明的方法和系统的选定步骤可以被描述为由数据处理器执行，例如由用于执行多个指令的计算平台执行。
20.为了本说明书和所附权利要求的目的，液滴体积的指示反映了制造商的产品说明书中为特定的市售雾产生装置提供的信息。
附图说明
21.为了理解本发明并了解如何在实践中实施本发明，现在将参考附图仅通过非限制性示例的方式来描述实施例。在附图中，出现在多于一个附图中的相同和相似的结构、元件或其部分通常在它们出现的附图中用相同或相似的附图标记来标记。选择图中所示的部件和特征的尺寸主要是为了方便和清晰地展示，而不一定是按比例的。附图为：
22.图1是根据本发明示例性实施例的设备的分解顶部透视图；
23.图2是与图1中相同的装置的分解底部透视图；
24.图3是从图1所示装置的组装中心部分的上方观察的透视图；和
25.图4是从图3所示装置的组装中心部分的下方观察的透视图；和
26.图5是根据本发明另一示例性实施例的设备的顶部透视图；
27.图6是根据本发明的附加示例性实施例的设备的顶部透视分解图(类似于图5，但入口和出口位于与图5所示不同的位置)；和
28.图7是如图5和图6所示的子腔室的详细剖视图，但入口和出口的位置与图5和图6所示不同。
具体实施方式
29.本发明的实施例涉及用于热交换的设备和方法。具体地，本发明的一些实施例可以用于冷却流过设备的流体。
30.参照附图和相应的描述，可以更好地理解根据本发明的示例性实施例的设备和/或方法的原理和操作。
31.在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于以下描述中阐述的细节或由实施例举例说明的细节。本发明能够具有其他实施例，或者能够以各种方式实践或实施。此外，应当理解，本文所使用的措辞和术语是为了描述的目的，不应被视为限制性的。
32.如图1、图2、图3和图4所示，示例性冷却设备10包括下部12、中心部分14和上部16。在所示的实施例中，下部12是圆柱形且中空的，在底部附近具有一系列狭缝18以允许空气进入，并且下部12的上边缘20在其顶端限定了孔口21。根据本发明的各种示例性实施例，狭缝18上方的下部12的高度范围为10厘米至50厘米，或15厘米至40厘米，且内直径范围为20厘米至30厘米。在本发明的一些示例性实施例中，下部16由金属(例如铝)形成。要强调的是，本文中结合附图提到的尺寸是为了说明的目的而给出的，用于冷却能力为约30千瓦/小时至80千瓦/小时的设备。根据本发明的各种示例性实施例，尺寸根据要在其中使用该设备的系统的需要而变化。
33.在所示实施例中，中心部分14包括圆柱形部分42(见图3和图4)，分别在其下端和上端的边缘44和48限定孔口46和50，并且中心部分14还分别包括下盘22和上盘24。如图所示，这些盘具有相同的尺寸，但原则上这些盘可以具有不同的尺寸，只要下盘22的尺寸能覆盖并密封孔口21和46，而上盘24的尺寸覆盖并密封孔口50和55’即可。
34.在所描述的实施例中，盘22和24具有分别形成在其中的成组的孔26和28。在所描述的实施例中，在每个盘中有十九个孔，然而在实践中这个数目是变化的。无论采用的孔的数量如何，每个盘中的孔的数目都是相同的。如图所示，这些孔都具有相同的直径(例如，约2.5cm)。在本发明的其他示例性实施例中，孔的直径从约1cm变化到约5cm。在所示实施例中，孔26和28彼此对准，其中对准的孔具有相同的直径，并且密封地附接到盘22的上表面22’和盘24的下表面24’，围绕每个孔的是一系列管30。在本发明的一些示例性实施例中，管30由金属形成，例如导热率超过100瓦/米开尔文的非腐蚀性金属。具有合适导热率的金属的示例包括(但不限于)铜(》400w/m k)和铝(》200w/m k)。在某些情况下，也可以使用不锈钢(》10w/m k)。在所描绘的实施例中，每个管30具有相同的长度。在本发明的一些示例性实施例中，管30的长度为50厘米至150厘米。在一些实施例中，管30的长度约为100厘米。替代地或附加地，根据本发明的各种示例性实施例，根据孔26和28的大小，管30的内直径的范围为1厘米至5厘米，任选地为约2.5厘米。
35.在所示的实施例中，管30还行进通过一系列大致半圆形的挡板32，挡板32布置在距盘22和24的设定距离处，并且大致垂直于管30的轴线定向。如图所示，每个挡板中形成有12个孔，并且挡板以交替的方式定向，使得由五个管组成的中间组a行进通过所有挡板，而在a的每一侧上的由7个管组成的其余组b和c行进通过交替的挡板。挡板不仅用于帮助将管30固定在适当位置，而且还用于引导待冷却的液体流动通过中心部分，从入口管34向下通过出口管36。在所示的实施例中，入口管34和出口管36安装在分别形成在圆柱体42(图1和图6中不可见)中的孔口38和40上，圆柱体42在盘22和24处密封中心部分14。在本发明的一些示例性实施例中，与没有挡板的布置相比，挡板的这种布置改善了流体与管30之间的接触并/或增加了被加热的液体在圆柱形部分42内的停留时间。改善的接触和/或增加的停留
时间有助于改进流动液体的冷却。
36.在所示实施例中，一组喷雾器52位于盘22的下表面22”处。在所描绘的实施例中，每个喷雾器与盘22中的孔之一对准。商用喷雾器的示例有可从美国马萨诸塞州格林菲尔德的bete fog nozzle，inc.，www.bete.com获得的microwhirl、p和pj。如图所示，喷雾器由一系列杆54固定。在本发明的一些示例性实施例中，杆被固定在下表面22”。在一些实施例中，杆的固定是可移除的固定。根据所描绘的布置，来自每个喷雾器52的雾直接进入相应的管30中。在本发明的另一些示例性实施例中，喷雾器52位于离下表面22”一定距离处(例如，离孔15-40cm，例如通过将杆54固定到下部12的内部，在狭缝18和下表面22”之间)。水通过管或导管(未示出)提供给喷雾器。
37.根据本发明的各种示例性实施方案，喷雾器52产生尺寸范围为约10μm至100μm，或尺寸范围为40μm至60μm的液滴，其中如通过体积确定的平均尺寸为50μm。替代地或附加地，在一些实施例中，每个喷雾器每分钟排放约0.05l到0.5l之间体积的水。尽管图1、图6、图12和图16描绘了针对一个管30的一个喷雾器52，但其他布置也是可能的，例如在一些示例性实施例中，一个喷雾器同时供给2至4个管。在一些实施例中，雾化到每个管30中的水的体积在50ml/min至200ml/min的范围内，且/或注入到整个设备中的雾的体积在1000ml/min至4000ml/min的范围内。
38.在所描绘的实施例中，上部16也是圆柱形的。在所示实施例中，上部16的内直径与圆柱体42的内直径相同，并沿上部16的下边缘55密封地固定到盘24的上表面24”，该下边缘55限定了一个孔口55
′
。在所示的实施例中，风扇56安装在上部16中，其在操作中产生气流，该气流将空气拉过狭缝18、经过喷雾器52、穿过管30并穿过由上部16的上边缘58形成的孔口60。
39.图中所示的示例性设备通常用作循环液体冷却系统的一部分。在操作中，热液体(通常是水)通过入口管34被引入中心部分14。由于从待冷却的系统(例如液冷数据中心机架)吸收热量，热液体将是热的，并且将通过泵(未示出)被泵送到中心部分。风扇56产生向上的通风气流，将空气通过狭缝18吸入下部12并向上通过管30。喷雾器52产生雾，该雾被分散在通过管30吸入的空气中。在喷雾器与孔相距一定距离的布置中，当雾在进入管30之前上升时，该雾的部分蒸发有助于在进入管之前冷却空气。雾在其通过管30上升时的蒸发进一步冷却了空气。因此，管中的空气通常将比进入狭槽18的空气更冷，并且在进入每个管时将比通过中心部分14的热液体更冷。此外，雾中的水也将覆盖雾所接触的管30的内表面。当热量从热液体通过管体传递到管的内表面时，管内表面上的水吸收热量并蒸发，在行进通过管的空气的流中被携带。
40.挡板32的存在有助于确保热液体不会采用从入口34到出口36的直接路径，或者确保移动通过中心部分14的液体的某些部分在那里停留的时间比液体的其他部分长得多，而是确保液体在其到达出口36的途中多次穿过管30的外表面。这改善了整体流动，并改善了液体与棒的外表面的接触，从而改善了从液体到穿过棒的空气/水混合物的整体热传递。
41.因此，经由出口36离开的液体明显比经由入口34进入的液体冷。在本发明的一些示例性实施例中，经由出口36离开的液体被直接再循环回到待冷却的系统，在那里它将吸收热量，然后被再次引导通过入口34。替代地或附加地，在一些实施例中，串联使用一个以上的装置10，以在将待冷却液体再循环回系统之前对其进行进一步冷却。在本发明的一些
示例性实施例中，两个或多个设备10被并行使用，以增加待冷却液体的总产量。
42.图中所示的实施例被设想用于其中每分钟90升待冷却的液体循环通过中心部分16的系统。然而，应当理解，该设备可以适于每单位时间冷却更大或更小体积的液体，例如通过增加从下部延伸到上部的管30的数量，和/或增加或减少管的长度，和/或者通过改变管的内直径，或通过这些因素的组合。
43.在本发明的一些示例性实施例中，雷诺数(re)有助于冷却。根据研究和实验数据，re值》10000可提供良好的冷却。系统中有效冷却的原理是在空气/液滴侧(即管30的内表面或板130的外表面)建立稳定的水薄膜(10-100微米)。雾的体积用来补充这层膜。如果气流中没有足够的液滴，薄膜将破裂，导热率将大幅下降。高空气温度有助于加速蒸发，但对温度梯度有负面影响。从膜蒸发的水损失到环境中，并将热量从设备散发到环境中。
44.图5、图6和图7示出了根据本发明的一个实施例的冷却设备的另一个示例性实施例，在这三个图中的每一个图之间关于如何引入热液体有微小的变化，如下所述。设备110类似于设备10并且操作类似，但是不是圆柱形，而是箱形，具有沿着xy平面(水平方向)的正方形横截面和沿着xz或yz平面(竖直方向)的矩形横截面。下部112中具有狭缝118，以及一组支撑在杆154中的喷雾器152，该喷雾器由水源(未示出)供给。
45.如图5所示，喷雾器152的高度与狭缝118的高度大致相同，尽管如在设备10中一样，喷雾器52可以位于狭缝118的高度以上或狭缝118的高度以下的高度。在最顶部116中还有一个风扇156，该风扇在运行时产生向上的通风气流，用喷雾器152将空气拉过狭缝118并经过杆154。风扇156与板130的顶端间隔开(下面讨论)，类似于设备10中风扇56与管130的顶部的间隔。
46.然而，与装置10相反，由具有侧壁141的外壳115包围的装置110的中心部分114包含一系列中空矩形板130，这些板被布置成最大面积的面彼此平行，并且这些板彼此流体连接。板130由金属制成，例如导热率超过100瓦/米开尔文的非腐蚀性金属。具有合适导热率的金属的示例包括(但不限于)铜(》400w/m k)和铝(》200w/m k)。在某些情况下，也可以使用不锈钢(》10w/m k)。待冷却的液体通过顶部入口管134进入板。然后，液体向下行进通过板并且经由出口管136离开。如图7所示，其描绘了多个板中的单个板130，但入口管134和出口管136延伸得更靠近板130的边缘，而不是穿过板130的中心。在所示的实施例中，一系列挡板132布置在一个或多个板130内，以增加通过板的流动路径，从而增加液体在板内的停留时间，从而增加了液体与板130的侧面之间的接触时间。如图所示，挡板132大致垂直于从喷雾器到风扇156的方向，并且交替地从板的一侧延伸到靠近板的另一侧，从而形成穿过板130的蛇形流动路径，尽管其他布置也是可能的。在图7中还可以看到入口管134中的一系列端口160和出口管136中的一组端口162。每个端口与板130的内部流体连通，以允许待冷却液体的流入和流出。在图6的布置中，这种流体连通是通过短的管状段164和166实现的，短的管状段穿过形成在侧壁141之一中的孔168和170。在图7和图5所示的配置中，其中入口管和出口管延伸穿过板本身，或如图5中所示在板的中心附近，或如图6中所示在板的侧面附近，在一些实施例中，端口160和162直接通向板的内部。
47.如图5所示，入口管134和出口管136的开口在设备的同一面上，但这些开口也可以布置在不同的面上，例如相反的面上。由喷雾器152形成的雾然后向上行进通过板之间的空间以及板与中心部分114的侧壁141之间的空间。根据本发明的各种示例性实施例，板130具
有不同的尺寸。例如，在图5和图7所示的实施例中，板的长度为60厘米，宽度为26厘米，厚度为2厘米，相邻板之间以及板与边缘之间的距离为2厘米。
48.在所描绘的实施例中，喷雾器152产生雾，该雾被分散在通过板130之间和板130周围的空间拉动的空气中。在喷雾器与板相距一定距离的布置中，当雾在进入中心部分114之前上升时，该雾的部分蒸发有助于在空气进入板130之间和板130周围的空间之前冷却空气。雾在板130周围上升时的蒸发进一步冷却了空气。因此，板130周围的空气通常将比进入狭槽118的空气更冷，并且在进入板130之间和板130周围的空间时将比穿过板的热液体更冷。此外，雾中的水也将覆盖与雾接触的板130的外表面。当热量从热液体通过板的主体传递到板的外表面时，外板表面上的水吸收热量并蒸发，在板之间和板周围行进的空气的流中被携带。
49.如上所述，在图7、图6和图5所示的实施例中，板130可以任选地由内部挡板形成(如图7所示)。这些内部挡板132增加了待冷却的液体流过的路径的长度和/或增加了待冷却的液体在中心部分114中的停留时间和/或改善了待冷却液体与板130的侧面之间的接触。
50.还将理解的是，替代布置是可能的。例如，该设备可以被布置为使得待冷却的液体行进通过一系列管道，并且雾在这些管道的外部形成，使得空气/水混合物沿着待冷却液体行进通过的管道的外部被向上抽吸。
51.根据本发明的各种示例性实施方案，使用自来水和/或去离子水和/或蒸馏水来供给喷雾器。
52.在本发明的一些示例性实施例中，待冷却的液体在20℃至90℃的范围(例如在35℃至60℃范围)内进入腔室。取决于所使用的特定设备配置、雾化速率、雾化时的水的温度、雾滴尺寸和周边空气温度，流过导管的液体在通过出口离开腔室之前被冷却多达20℃。此外，在一些实施例中，周边空气温度高达40℃。
53.示例性设备
54.再次参考附图，根据本发明的各种示例性实施例的设备包括液体导管(例如，图1中的中心部分14；或图5中的板130)，该液体导管在其相反端具有可密封的连接器(例如，图1中的34和36或图5中的134和136)，以及竖直穿过其中的空气导管(例如图1中的30或图5中的板130之间的空间)。在所描述的实施例中，该设备包括一个或多个雾发生器(例如，图1中的52或图5中的152)，该雾发生器被定位为将雾输送到空气导管，以及气流发生器(例如图1中风扇56或图5中的156)，该气流发生器被定位和配置为使雾移动通过空气导管。
55.在所描述的实施例中，该设备包括液体导管中的挡板(例如，图1中的32或图7中的132)。在一些实施例中，挡板有助于增加流过液体导管的液体的停留时间。在一些实施例中，停留时间的增加有助于热交换的增加。在一些实施例中，液体导管包括相互流体连通的多个隔间(例如图5中的130)，隔间130之间的空间用作空气导管。在本发明的其他示例性实施例中，液体导管包括单个隔间(例如图1中的中心部分14)，穿过该隔间的管30用作空气导管。根据本发明的各种示例性实施例，如上所述的设备代替常规冷凝器部署在冷水机组系统和/或空调系统中或连接到发电厂涡轮机。
56.在本发明的一些示例性实施例中，该设备具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。替代地或附加地，在一些实施例中，设备具有≥2l/kw的去除热能的冷却水需求。
57.示例性方法
58.本发明的一些示例性实施例涉及一种方法，包括引导加热的液体流通过具有壁的导管(例如，图1中的中心部分14；或图5中的板130)，并使携带雾滴的气流与壁接触(例如，在图1中管30的内表面或在图5中板130的表面)。在一些实施例中，来自流过导管的液体的热量加热壁，并且该热量使水从由沉积在壁上的雾滴形成的薄膜蒸发，从而冷却流过导管的流体。系统中有效冷却的原理是在空气/液滴侧(即管30的内表面或板130的外表面)建立稳定的水薄膜(10-100微米)。雾是用来补充这层膜的。如果气流中没有足够的雾滴，薄膜将破裂，导热率将大幅下降。如图所示，加热的液体流和携带雾滴的气流包括逆流的流和/或横流的流。根据本发明的各种示例性实施例，雾滴的直径尺寸范围为10μm至100μm，或者雾滴的直径尺寸范围为40μm至60μm。替代地或附加地，在一些实施例中，气流携带的雾滴群的平均直径尺寸为50μm。在本发明的一些示例性实施例中，由气流携带的雾滴的体积在1l/min至4l/min的范围内。气流携带的雾滴的体积将随着系统内液体排出的热量而变化，约为2至5升/kw的排热量。替代地或附加地，在一些实施例中，该方法具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。这里的冷却水是指气流中提供的雾。
59.附加示例性设备
60.在本发明的一些示例性实施例中，提供了一种热交换器，其特征在于：传热系数为500w/m
2 k
至1000w/m
2 k
和≤5.0l/kw的去除热能的冷却水(即雾)需求。根据本发明的各种示例性实施例，冷却水需求是≤4.5l/kw的去除热能；≤4.0l/kw的去除热能；≤3.5l/kw的去除热能；≤3.0l/kw的去除热能；≤2.5l/kw的去除热能；≤2.0l/kw的去除热能或中间或更低的l/kw的去除热能。在本发明的一些示例性实施例中，热交换器的进一步特征在于约5的对数平均温度差(lmtd)(k)。
61.预计在本专利的有效期内，将开发出许多新的喷雾器类型，并且本发明的范围旨在先验地包括所有这样的新技术。
62.如本文所用，术语“约”是指
±
10％。
63.尽管已经结合本发明的具体实施例描述了本发明，但很明显，许多替代方案、修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，本发明旨在包括落入所附权利要求的精神和广泛范围内的所有这些替代方案、修改和变化。
64.具体而言，已经使用了各种数字指标。应当理解，这些数字指示器可以基于并入本发明的各种实施例中的各种工程原理、材料、预期用途和设计而进一步变化。此外，归属于本发明的示例性实施例并且被描述为单个单元的组件和/或动作可以被划分为子单元。相反，归属于本发明的示例性实施例并且被描绘为子单元/各个动作的组件和/或动作可以被组合成具有所描述/描绘的功能的单个单元/动作。
65.替代地或附加地，用于描述方法的特征可用于表征设备，并且用于描述设备的特征可用来表征方法。
66.应当进一步理解，上文描述的各个特征可以以所有可能的组合和子组合进行组合，以产生本发明的附加实施例。以上给出的实施例本质上是示例性的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由以下权利要求限定。
67.包括特定特征、部分、组件、模块或过程的本发明的实施例的每一个叙述都是对存在不包括所叙述的特征、部分、组件、模块或过程的本发明的附加实施例的明确陈述。
68.替代地或附加地，本发明的各种示例性实施例排除了本文未具体公开的任何特定特征、部分、组件、模块、过程或元件。
69.具体而言，本发明是在冷却水的设备和方法的背景下描述的，但也可用于冷却其他液体。
70.本说明书中提及的所有出版物、参考文献、专利和专利申请通过引用整体并入说明书，其程度与每个单独的出版物、专利或专利申请被明确和单独地指示通过引用并入本文的程度相同。此外，本技术中对任何参考文献的引用或识别不应被解释为承认该参考文献可作为本发明的现有技术获得。
71.此处使用的术语“包括”和“具有”及其等义词是指“包括但不必限于”。

技术特征：
1.一种设备，其包括：(a)在其相反端处具有可密封的连接器的液体导管，并且空气导管竖直穿过所述液体导管；(b)一个或多个雾发生器，其被定位成将雾输送到所述空气导管；和(c)气流发生器，所述气流发生器被定位和配置成使所述雾移动通过所述空气导管。2.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括在所述液体导管中的挡板。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述气流发生器包括风扇。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液体导管包括相互流体连通的多个隔间，并且所述隔间之间的空间用作所述空气导管。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述液体导管包括单个隔间，并且横穿所述隔间的管用作所述空气导管。6.根据权利要求1所述的设备，所述设备被部署在冷水机组系统中。7.根据权利要求1所述的设备，所述设备被部署在空调系统中。8.根据权利要求1所述的设备，所述设备通过所述连接器中的一个连接到发电厂涡轮机。9.一种方法，其包括：(a)引导加热的液体流通过具有壁的导管；(b)使携带雾滴的气流与所述壁接触。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述加热的液体流和携带雾滴的所述气流包括逆流的流。11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，所述加热液体的流和携带雾滴的所述气流包括横流的流。12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述雾滴的直径尺寸范围为10μm至100μm。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述雾滴的直径尺寸范围为40μm至60μm。14.根据权利要求9所述的方法，其中，由所述气流携带的所述雾滴的群的直径平均尺寸为50μm。15.根据权利要求9所述的方法，其中，由所述气流携带的所述雾滴的体积在1l/min至4l/min的范围内。16.根据权利要求9所述的方法，所述方法具有≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。17.一种热交换器，其特征在于：(a)传热系数为500w/m
2k
至1000w/m
2k
；和(b)≤5l/kw的去除热能的冷却水需求。18.根据权利要求18所述的热交换器，其进一步特征在于：对数平均温度差(lmtd)(k)约为5。

技术总结
一种设备，包括：(a)在其相反端处具有可密封的连接器的液体导管，并且空气导管竖直穿过所述液体导管；(b)一个或多个雾发生器，其被定位成将雾输送到所述空气导管；以及(c)气流发生器，所述气流发生器被定位和配置成使所述雾移动通过所述空气导管。移动通过所述空气导管。移动通过所述空气导管。


技术研发人员：A
受保护的技术使用者：球体科技公司
技术研发日：2021.10.24
技术公布日：2023/8/14