(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次空気の供給を冷却するシステムであって、このシステムが、
（ａ）  第１の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第１のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  一次熱交換要素及び一次冷却塔であって、一次冷却塔は、空気供給を備え、一次熱交換要素に機能的に結合されている、上記一次熱交換要素及び一次冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  選択的に一次空気の供給を一次熱交換要素に強制的に通すための手段と、
（ｃ）  第２の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第２のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第２の熱交換要素及び第２の冷却塔であって、第２の冷却塔は、空気供給を備え、第２の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第２の熱交換要素及び第２の冷却塔と、を備え、
（ｄ）  一次冷却塔への空気供給が、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有するように、選択的に一次冷却塔への空気供給を第２の熱交換要素を通して強制的に行うための手段と、を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
選択的に一次空気供給を一次熱交換要素に強制的に行う手段は、ダクトと少なくとも１つのファンとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
少なくとも１つのバイパスルーバをさらに備えていることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
選択的に空気供給を一次冷却塔から第２の熱交換器に強制的に行う手段は、ダクト及び少なくとも１つのファンを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
流体を第１のシステムに通して循環させるための手段、及び流体を第２のシステムに通して循環させるための手段は、少なくとも１つの流体ポンプを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
熱交換要素は、フィン付き冷却コイルを備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、従来型の冷却機に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、ＤＸシステムの蒸発器を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムがさらに、
（ａ）  第３の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第３のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第３の熱交換要素及び第３の冷却塔であって、第３の冷却塔は、空気供給を備え、第３の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第３の熱交換要素及び第３の冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  第２の冷却塔への空気供給が、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有するように、選択的に第２の冷却塔への空気供給を第３の熱交換要素を通して強制的に行うための手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
それぞれの冷却塔とそれぞれの流体循環手段とを、活性化及び非活性化させるための手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムにおいて、活性化及び非活性化の手段が自動化されて、以下の条件、すなわち、
（ａ）  冷却要求条件の変化、
（ｂ）  周辺空気の温度、又は、
（ｃ）  冷却要求条件の変化及び周辺空気の温度、
に応答することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムがさらに、
（ａ）  第３の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第３のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第３の熱交換要素及び第３の冷却塔であって、第３の冷却塔は、空気供給を備え、第３の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第３の熱交換要素及び第３の冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  選択的に一次空気の供給を第３の熱交換要素に強制的に通すための手段と、
（ｃ）  第４の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第４のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第４の熱交換要素及び第４の冷却塔であって、第４の冷却塔は、空気供給を備え、第４の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第４の熱交換要素及び第４の冷却塔と、
を備え、
（ｄ）  第３の冷却塔への空気供給が、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有するように、選択的に第３の冷却塔への空気供給を第４の熱交換要素を通して強制的に行うための手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、従来型の冷却機に結合されていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、ＤＸシステムの蒸発器を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を冷却するためのシステムに関し、特に、そのような冷却された流体を使用して、住宅又は商業のビルディングに供給する空気を冷却するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷却機ユニットは、ビルディングに供給する空気を冷却するために、一般的に使用されている。圧縮式の従来の冷却機においては、蒸発した冷媒がコンプレッサで圧縮されて、冷媒の加熱を引き起こす。高温ガスは、凝縮器に導かれて、冷媒は冷却されて凝縮する。代表的に、凝縮器は、水又は空気によって冷却される。多くのそのような冷却機システムは、冷却塔を利用しており、廃熱を吸収するために、冷却された水を凝縮器に供給する。凝縮器からの液体冷媒は、膨張弁を通過して、蒸発器に入る。流体が膨張弁を通過すると、冷媒の圧力は低下して、液体を気化させ、これが、温度の大きな低下をもたらす。蒸発器内の冷えた冷媒を使用して、別個の循環水システム（又は、任意のその他の適当な流体）を冷却する。
【０００３】
冷却機によって冷却された水は、次に、熱交換器へポンプ送出され、熱交換器は、冷却すべき空気供給の流れの中に配置される。熱交換器を通過する空気は、冷却されてから、ビルディング内における冷却を必要とする様々な空間へ導かれる。熱交換器から排出される暖められた水は、再び冷却されるために、冷却機に振り向けられる。従来の冷却機ユニットは、構造の内部を迅速に冷却できるが、特に、周辺温度と湿度が高い時、大量の電力を消費する。
【０００４】
一般的に使用されている他のタイプの従来の冷却機システムでは、吸収性の冷媒システムが採用されている。このタイプのシステムは、冷却システムを駆動するのに必要なエネルギーを提供するために熱源を利用しており、前述した冷却機システムにおいてコンプレッサを運転するのに電力に頼っていたのとは異なっている。吸収性の冷却機は、電力が、信頼できず、コスト高で、又は入手不能な状況、コンプレッサからのノイズが不都合な状況、又は余剰熱が容易に利用可能な状況において、普及している。広く使用されているガス吸収冷却機システムは、水素環境中にて液体アンモニアを蒸発させることによって、冷却を行う。次に、ガス状アンモニアは、水に溶かされて、爾後に、熱源を使用して、水から分離される。これは、次に液体に凝縮される、溶けたアンモニアガスを運び去る。そして、液体アンモニアは、サイクルを繰り返すべく、水素の充填された蒸発器へと入る。その他のタイプのシステムもまた使用される。
【０００５】
従来の冷媒ベースの冷却システムは、しばしば、ＤＸ（直接膨張："Direct Expansion"）システムと称され、ビルディングへの空気供給を冷却するためにも採用される。ＤＸシステムは、冷却機と同様に動作するが、蒸発器が空気流を直接的に冷却させるために使用される点が異なっている（冷水ループは存在しない）。ＤＸシステムにおける凝縮器は、代表的に空冷式である。従来の冷却機ユニットと同様に、ＤＸシステムは、構造の内部を迅速に冷却するけれども、特に、周辺温度及び湿度が高い時には、大量の電力を消費する。
【０００６】
適当な気候条件を有する世界中の領域においては、従来の冷却機又はＤＸシステムに代えて、蒸発冷却装置が使用されて、住宅及び商業のビルディングへの空気供給を冷却している。蒸発冷却装置の使用は、空気を冷却する望ましい方法であり、というのは、従来の冷却機ユニット及びＤＸシステムと比較して、それらの比較的安価な据付けコスト、それらの比較的安価な保守コスト、及びそれらの比較的安価な運転コストのためである。蒸発冷却装置は、蒸発の潜熱を使用して、プロセス水を冷却するので、そのような蒸発システムは、いくつかの動作制限及び不都合を有する。特に、蒸発冷却装置における冷却有効性は、周辺の湿球温度に依存するので、周辺空気の温度又は湿度又はこれら両方が増加すると、大いに減少する。このことは、蒸発冷却装置の使用は、高温及び多湿の状態が経験される日に制限され、高温及び多湿の天候の期間が長引いて経験される地域においては非実用的であることを意味する。蒸発冷却ユニットは、通常、周辺空気の湿球温度に比べて低い温度には、流体を冷却することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、単独で、又は従来の冷却機を補助する方法で、又はＤＸシステムと併せて使用され、既存の蒸発システムにおける制限のいくつかを緩和できる、蒸発冷却システムを求める要望が当業界には存在する。また、新たな蒸発冷却システムが、多湿条件中にも、既存の蒸発冷却システムに比べて、大きな冷却能力を有するならば、好ましいだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、流体を冷却するためのシステムに関し、特に、そのような冷却された流体を使用して、住宅又は商業のビルディングへの空気供給を冷却するためのシステムに関する。また、本発明は、冷却塔の冷却能力を高める方法に関する。また、本発明のシステムは、産業的文脈において、物質を冷却するためにも使用される。
【０００９】
本発明の１つの観点においては、一次空気供給を冷却するためのシステムを備え、このシステムは、
（ａ）  第１の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第１のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  一次熱交換要素及び一次冷却塔であって、一次冷却塔は、空気供給を備え、一次熱交換要素に機能的に結合されている、上記一次熱交換要素及び一次冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  選択的に一次空気の供給を一次熱交換要素に強制的に通すための手段と、
（ｃ）  第２の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第２のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第２の熱交換要素及び第２の冷却塔であって、第２の冷却塔は、空気供給を備え、第２の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第２の熱交換要素及び第２の冷却塔と、
を備え、
（ｄ）  選択的に空気供給を一次冷却塔に強制的に通して、第２の熱交換要素に通すための手段であって、一次冷却塔への空気供給は、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有している、上記手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１０】
１つの実施形態において、選択的に一次空気供給を一次熱交換要素に強制的に通す手段は、ダクトと少なくとも１つのファンとを備えている。１つの実施形態においては、そのような手段は、バイパスルーバをさらに備えている。１つの実施形態においては、流体を第１のシステムに通して循環させるための手段、及び流体を第２のシステムに通して循環させるための手段は、少なくとも１つの流体ポンプを備えている。１つの実施形態においては、熱交換要素は、フィン付き冷却コイルを備えている。１つの実施形態においては、システムは、一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、従来型の冷却機に結合されている。他の実施形態においては、システムは、一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、ＤＸシステムに結合されている。
【００１１】
また、１つの実施形態においては、システムは、第３の蒸発冷却システムを備え、このシステムは、
（ｉ）  第３のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第３の熱交換要素及び第３の冷却塔であって、第３の冷却塔は、空気供給を備え、第３の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第３の熱交換要素及び第３の冷却塔と、
（ｉｉｉ）  選択的に空気供給を第２の冷却塔に強制的に通して、第３の熱交換要素に通すための手段であって、第２の冷却塔への空気供給は、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有している、上記手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１２】
１つの実施形態においては、システムは、それぞれの冷却塔とそれぞれの流体循環手段とを、活性化及び非活性化させるための手段をさらに備えている。他の実施形態においては、活性化及び非活性化の手段は自動化されて、冷却要求条件の変化、周辺空気の温度、又は、冷却要求条件の変化及び周辺空気の温度に応答することを特徴とする。
【００１３】
１つの実施形態においては、一次空気供給を冷却するためのシステムはさらに、
（ａ）  第４の蒸発式冷却システムであって、
（ｉ）  第４のシステムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  第４の熱交換要素及び第４の冷却塔であって、第４の冷却塔は、空気供給を備え、第４の熱交換要素に機能的に結合されている、上記第４の熱交換要素及び第４の冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  選択的に空気供給を第３の冷却塔に強制的に通して、第４の熱交換要素に通すための手段であって、第３の冷却塔への空気供給は、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有している、上記手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１４】
１つの実施形態においては、システムは、一次熱交換要素に近接した追加的な熱交換要素をさらに備え、追加的な熱交換要素は、従来型の冷却機に、又はＤＸシステムに結合されている。
【００１５】
本発明の別の観点においては、本発明は、流体を冷却するためのシステムであって、このシステムは、
（ａ）  複数の蒸発式冷却システムであって、それぞれのかかるシステムが、
（ｉ）  システムに通して流体を循環させるための手段と、
（ｉｉ）  熱交換要素及び冷却塔であって、冷却塔は、空気供給を有し、熱交換要素に機能的に結合されている、上記熱交換要素及び冷却塔と、
を備え、
（ｂ）  流体を熱交換要素の１つに、強制的に通すための手段と、
１つを除くすべての冷却塔が、別のシステムの熱交換要素を強制的に通される空気にて供給され、それぞれのかかる冷却塔への空気供給は、周辺空気に比べて、低い湿球温度を有している、上記冷却塔と、
を備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の観点においては、本発明は、方法であって、第２の別の蒸発式冷却システムにおける熱交換要素を用いて、冷却塔への空気供給を冷却することによって、第１の蒸発式冷却システムにおける冷却塔の冷却能力を高めることを特徴とする。
【００１７】
次に、本発明について、例示的な実施形態を、添付図面を参照して説明するが、図面は、簡略化され、模式的で、その縮尺は正確ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術による１つの実施形態を示した模式図である。
【図２】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、従来の冷却機と関連させて使用するものを示している。
【図３】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、ＤＸシステムと関連させて使用するものを示している。
【図４】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、クロスフローの設計の冷却塔を使用するものを示している。
【図５】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、カウンタフローの設計の冷却塔を使用するものを示している。
【図６】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、複数の蒸発冷却システムを有するものを示している。
【図７】本発明の１つの実施形態を示した模式図であって、２つの別々のシステムを使用するものを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、流体を冷却するためのシステムを提供し、特に、そのような冷却された流体を使用して、住宅又は商業のビルディングへの空気供給を冷却するためのシステムを提供する。本発明を説明するとき、本願に定義されていないすべての用語は、それらが一般的に当業界で認識される意味を有する。以下の説明が、特定の実施形態又は本発明の特定の使用に関する限り、それは例示だけを意図し、特許請求の範囲に記載された発明を制限するものではない。以下の説明は、特許請求の範囲に定められた発明の精神及び範囲に含まれる、すべての変形例、応用例、及び均等物を包含することを意図している。
【００２０】
この特許出願において、以下の単語は、以下の意味を有することが意図される。
【００２１】
１．“従来の冷却機”とは、冷媒の蒸気圧縮を実現するＨＶＡＣシステム（代表的に、コンプレッサと凝縮器と蒸発器とを有する）と共に、又は吸収性冷却システムと共に、一般的に使用される任意の冷却機ユニットを意味する。
【００２２】
２．“ＤＸシステム”とは、住宅及び小さな商業ビルディングにおいて代表的に使用される空調ユニットであって、冷媒の蒸気圧縮を実現し、代表的に、コンプレッサと、凝縮器と、冷却を必要とする空気供給に直接接触する蒸発器とを有しているものを意味する。
【００２３】
３．“冷却塔”とは、蒸発冷却器を組み込まれた塔又はその他の構造物を意味し、蒸発冷却器は、水を不飽和空気にさらして、蒸発を促進することによって、水流の温度を下げる冷却器である。蒸発は、水流のエネルギーを消費し、水の温度を低下させる。この冷却された水は、直接に使用され（開回路）、又は内部熱交換器を通り抜けることで、分離された流体流れを冷却する（閉回路）。本願において使用される冷却塔という用語は、クロスフロー及びカウンタフローの両方のタイプの冷却塔を含むことを意図している。クロスフローの設計においては、空気流は、水流に対して垂直に導かれる。対照的に、カウンタフローの設計においては、空気流は、水流に直接対向する。また、本願において使用される冷却塔という用語は、自然通気及び機械的通気によって発生する空気流を有するような冷却塔を包含し、それらには、限定はしないが、吸込通気、強制通気、及びファン補助自然通気などが含まれる。
【００２４】
４．“流体”とは、水を意味するだけでなく、すべてのその他の水溶液、又は蒸発冷却システムにおいて一般的に使用されるガスを含む。“流体”及び“水”の用語は、本願の説明において、互換性を持って使用される。
【００２５】
５．“湿球温度”とは、測温球がモスリンのスリーブによって被覆され、これが蒸留された清浄な水で湿らされて保たれ、自由に空気にさらされ、放射を受けることがないような温度計によって測定された温度を意味する。１００％未満の相対湿度では、水が測温球から蒸発することで、球を周辺温度より低温に冷却する。相対湿度を決定するためには、乾球温度計として知られる通常の温度計を使用して、周辺温度を測定する。任意の与えられた周辺温度において、相対湿度が低くなると、乾球と湿球との温度の間の差が大きくなり、湿球がより冷たくなる。正確な相対湿度は、湿度図表における湿球と乾球の温度を見つけることで決定される。湿球温度は、乾球温度と相対湿度とに依存する。また、乾球温度の低下（湿度比率は一定）は、同じ大きさではないが、湿球温度も低下させる。
【００２６】
本発明は、流体を冷却するためのシステムに関し、特に、そのような冷却された流体を使用して、住宅又は商業のビルディングへの空気供給を冷却するための蒸発冷却システムに関する。図１は、従来技術による蒸発冷却システムを示している。システムは、冷却塔２０に接続された、従来の冷却機３０からなる。冷却機３０に接続された冷却塔２０の目的は、従来の冷却機３０へ冷水の源を提供して、使用されている冷媒ガスの冷却を補助し、冷却機内で使用された冷媒ガスの圧縮により得られた廃熱を吸収することである。冷却機３０は、接続された熱交換要素２８へ冷却された流体を届ける。第２の熱交換要素３２は、蒸発冷却システム２３の一部分を形成し、冷却塔２２に接続されている。熱交換要素２８，３２は、一次空気供給の流れＡの中に配置されている。ファン２４は、一次空気供給を引き込む。ビルディング内と外部の環境との状態が、空気供給に冷却を必要としない場合には、冷却塔２０，２２及び従来の冷却機３０は、動作しない。冷却の必要性が生じると、蒸発システム２３における冷却塔２２が活性化し、冷却された流体は、蒸発冷却システム２３を通って循環し、熱交換要素３２へ至り、冷却塔２２に戻ってくる。空気流Ａは、熱交換要素３２を通過することで冷却される。冷却塔２２と、関連する熱交換要素３２とが、空気を充分に冷却できないならば、従来の冷却機３０と第１の冷却塔２０とが活性化され、冷却された流体は、関連する熱交換要素２８を通って循環する。冷却要求条件が低下すると、従来の冷却機３０は、非活性化される。湿球温度が所望のレベルを越える日には、第２の冷却塔２２の効率は低減するので、従来の冷却機を単独で運転して、一次空気供給を冷却する。変形例による従来技術の実施形態においては、冷却機３０に接続された冷却塔２０は、冷却要求条件が蒸発冷却システムの能力を越えるまで、熱交換要素２８に直接冷水を供給する従来の冷却機３０を迂回させる手段を有し、それにより、従来の冷却機３０を活性化し、第１の冷却塔からの水流を外らして、従来の冷却機３０を補助する。これらの従来の蒸発冷却システムは、熱交換要素に冷水を供給する上で、冷却塔２０及び２２の能力に限定されていたことを理解されたい。特に、高い周辺湿度が存在する、ある種の日には、湿球温度は上昇し、空気供給を充分に冷却するために充分な冷たい水を供給する、スタンドアロンの冷却塔の能力を大いに減少させる。そのような状況においては、従来の冷却機は、大量のエネルギーを消費するためにコストが高い冷却機にひどく頼らなければならない。
【００２７】
本発明によるシステム１０は、たとえ多湿の日にあっても、熱交換要素に安定して冷水を供給できる。従って、従来の冷却機は、空気供給を冷却するための電力が減少し、その要求を低くすることが可能である。図２に示すように、本発明１０は、従来の冷却機３０と関連させて使用される。また、図３に示すように、本発明１０は、ＤＸシステム３１と関連させて使用される。しかしながら、対象となるビルディングの場所における周辺大気条件が適当であるならば、従来の冷却機又はＤＸシステム無しで、単独で使用できることを理解されたい。
【００２８】
図２に示すように、本発明は、第１の蒸発冷却システム５０を有している。第１の蒸発冷却システム５０は、流体を循環させるための手段５６を有し、これは、当業者によって選択される任意の適当なポンプから構成され、それらには、限定はしないが、遠心ポンプが含まれる。第１の蒸発冷却システム５０は、一次熱交換要素５８を有し、一次空気供給流れＡの中に配置されている。一次熱交換要素５８と、本願で説明されるすべての熱交換要素とは、任意の適当な熱交換器を備え、フィン付きコイルの構造を有し、銅及びアルミニウムを含む、任意の適当な材料から構成されている。一次空気供給は、完全な外部空気、完全な戻り空気、又は両方の混合空気からなる。一次熱交換要素５８に空気流Ａを押し流すための手段は、ファン２４とダクト２５との組合せであり、また、任意的要素として、バイパスルーバ２６を具備している。ファン２４は、変化する冷却要求条件に適応するために、その速度が調整される。バイパスルーバ２６は、採用されるならば、開閉されて、一次熱交換要素５８を通る空気流を迂回させる。第１の蒸発冷却システム５０は、熱交換要素５８に接続された一次冷却塔５４を有している。一次冷却塔は、空気供給Ｂを有する。一次冷却塔５４は、一次熱交換要素５８へ流れる循環流体を冷却する。一次冷却塔と、本願で参照されるすべての冷却塔とは、関連産業において一般的に使用される任意の適当な冷却塔から構成される。
【００２９】
システム１０は、事前冷却蒸発工程と組み合わされた、一次冷却塔５４を通る空気循環を頼りにしている。従って、システム１０は、第２の蒸発冷却システム６０を備え、これは、第１の蒸発システム５０と同様に、流体を循環させる手段６４と、第２の冷却塔６２と、第２の熱交換要素６６とを有している。装置は、選択的に空気供給Ｂを、第２の蒸発冷却システム６０における第２の熱交換要素６６に強制的に通すための手段を有している。そのような手段は、ダクト（図示せず）と、ファン６３と、バイパスルーバ５２との組合せである。第２の閉回路流体システムは、一次冷却塔への空気供給Ｂを冷却するように設計されている。バイパスルーバ５２が開かれるとき、空気流Ｂは、第２の熱交換要素６６を迂回する。バイパスルーバ５２が閉じられるとき、空気流Ｂは、第２の熱交換要素６６を通過する。バイパスルーバ５２が閉じられて、第２の冷却塔６２が活性化したとき、第２の熱交換要素６６は、一次冷却塔５４への空気供給Ｂを事前冷却することを理解されたい。その結果、一次冷却塔における湿球温度は低下して、一次冷却塔の冷却能力を高める。
【００３０】
図４は、本発明の装置において使用される、クロスフローの冷却塔８０を示している。クロスフローは、空気流ＡＦが、水流ＷＦに対して垂直に向けられる設計である。空気流ＡＦは、冷却塔８０における１又は複数の垂直面に入り、充填材料８２と出会う。水流（空気に対して垂直）は、自重によって充填材料８２を通って流れる。空気は、充填材料８２を通過し、従って、水流ＷＦを通過して、開いたプレナム領域に入る。分配用又は高温水の水盤８４は、底部に孔又はノズル（図示せず）を備えた深なべからなり、クロスフロー冷却塔において利用される。重力は、充填材料８２を横切って均一に、ノズルを通して水を分配する。
【００３１】
図５は、本発明において使用される、カウンタフローの冷却塔９０を示している。カウンタフローの設計においては、空気流ＡＦは、実質的に水流ＷＦに対して反対向きである。空気流は、最初に、充填媒体９２の下方にある開いた領域に入り、次に、垂直に引き上げられる。水は、加圧ノズル９４を通して噴霧され、充填物９２を通って下向きに流れ、空気流ＡＦと対向する。
【００３２】
図４又は図５には示していないけれども、仮に、クロスフロー又はカウンタフローのタイプの冷却塔が、又は本発明の実施に使用される任意のその他のタイプの冷却塔が、１を越える空気吸入を有するならば、そのような冷却塔への空気供給を事前冷却するために使用される熱交換要素及び吸気ダクトは、そのようなすべての吸気のための空気供給を事前冷却するように構成されることを理解されたい。
【００３３】
クロスフローとカウンタフローとの冷却塔の両方において、空気と水流との相互作用によって、部分的等化と、水の蒸発と、空気供給とを許容し、今や水蒸気で飽和され（ＤＡ）、冷却塔から排出される。さらに、それぞれのタイプの冷却塔においては、水ため又は冷水水盤８６が使用されて、空気流と相互作用した後の冷却された水を収容する。クロスフロー及びカウンタフローの両方の設計は、自然通気及び機械的通気、及びハイブリッド通気の冷却塔に使用できる。開ループの冷却塔では、水ための水は、直接利用される。閉ループの冷却塔も、開ループの冷却塔と同様に動作するが、冷却塔の内部に追加的な熱交換器が存在する点において相違している。閉ループの冷却塔においては、蒸発冷却された流体は、熱交換器を横切って流れ、第２の流体流れを冷却する。
【００３４】
標準的な慣行によれば、蒸発冷却システムは水の供給源に接続され、冷却塔での蒸発を介して失なわれた水の体積を補充することを当業者には理解されたい。また、蒸発冷却システムでは、何らかの形態の水処理システム及び濾過システムが採用され、水質を維持し、システムの構成要素への付着物又は腐食の発生を最小化することを当業者には理解されたい。
【００３５】
次に、図２を参照して、冷却システム１０の１つの実施形態における動作を説明する。一次空気供給Ａの冷却が必要でないならば、バイパスルーバ２６が開かれて、冷却塔５４，６２は不活性になる。冷却を求める要求条件が生じると、一次冷却塔５４と、流体ポンプ５６と、ファン６３とが活性化する。一次冷却塔に空気供給Ｂを導く、バイパスルーバ５２が開かれる。バイパスルーバ２６は閉じられて、一次空気流Ａを一次熱交換要素５８に振り向ける。一次冷却塔５４が、冷却要求条件を満足できないならば、バイパスルーバ５２が閉じられて、二次冷却塔６２及び流体ポンプ６４が活性化される。これは、一次冷却塔への空気供給Ｂの冷却をもたらし、一次冷却塔における湿球温度を低下させ、それにより、一次冷却塔５４の冷却能力を増加させる。一次冷却塔と二次冷却塔との組合せが、冷却要求条件を満たせないならば、従来の冷却機３０が活性化され、関連するバイパスルーバ２９は閉じられ、それにより、一次空気供給流れＡは強制的に熱交換要素２８に通される。第１の蒸発冷却システム５０と、第２の蒸発冷却システム６０とは、自動化された活性化及び非活性化手段によって制御され、この手段は、冷却要求条件及びシステム出力と、周辺温度とに反応する。一般的な用語によれば、当業者によって選択されるように、任意の適当な電子センサのフィードバックシステムが利用される。そのような活性化及び非活性化の手段は、中央のコンピュータプロセッサによって制御され、これは、システム出力、冷却要求条件、及び周辺条件に関するセンサデータを受信して、解釈するように適合している。
【００３６】
図６に示すように、第３の蒸発冷却システム７０は、第３の冷却塔７２と第３の流体ポンプ７４と第３の熱交換要素７６とを有し、第２の冷却塔６２への空気供給Ｃを冷却するために、同様な方法で、装置１０に追加されている。さらに、第４の、また、第５の蒸発冷却システムは、前方の蒸発冷却システムにおける冷却塔への空気供給を冷却するように設計された、それぞれのそのような追加的システムを加えられていることを理解されたい。複数のそのような段階的な蒸発冷却システムが使用されるならば、冷却要求条件が高まるに連れて、それらは順番に活性化されることを理解されたい。
【００３７】
図７に示すように、空気を冷却するために１を越えるシステムを採用して、一次空気流に配置された蒸発冷却システムに接続される１を越える熱交換要素を存在させてもよい。図７に示すように、第１の熱交換要素５８は、空気流Ａにさらされている。第１の熱交換要素５８は、第１の蒸発冷却システム５０における一部分であり、このシステムは、第１の冷却塔５４と、第１の流体ポンプ５６とを有している。第１の冷却塔は、第２の蒸発冷却システム６０によって冷却される空気供給Ｂを有している。第２の蒸発冷却システム６０は、第２の冷却塔６２と、第２の流体ポンプ６４と、第２の熱交換要素６６とを有している。第３の熱交換要素１０２が設けられ、空気流Ａにさらされる。第３の熱交換要素１０２は、第３の蒸発冷却システム１００の一部分であり、システムは、第３の冷却塔１０４と、第３の流体ポンプ１０６とを有している。第３の冷却塔への空気供給Ｅは、第４の蒸発冷却システム２００によって冷却され、システムは、第４の熱交換要素２０２と、第４の流体ポンプ２０４と、第４の冷却塔２０６とを有している。前述したように、選択的及び順番に採用されて、変化する冷却要求条件を満足し、変化する周辺条件に反応する。より多くの熱交換要素が、空気の流路Ａに採用されると、大型のファンを利用することが必要になり、又はより多くのファンを使用して、熱交換要素に物理的に空気を押し通す必要がある。
【００３８】
また、本発明によるシステムは、流入する空気供給内に配置されるよりもむしろ、熱交換要素がビルディングの内部に配置されるような実施形態においても使用される。そのようなシステムにおいては、熱交換要素は、冷却のために当業者によって利用される任意の適当なタイプのものを備え、それらには、限定はしないが、ラジエター、冷却スラブ、冷却天井パネル、又は冷却梁が含まれる。これらのタイプの熱交換器は、伝導、対流、及び放射の冷却の組み合わせによって、ビルディングの内部を冷却する。それらは、受動的な性質であり、いずれのタイプのファン又は通気システムをも採用しないか、又は、ファン又は通気システムを組み込まれた能動的なもので、熱交換要素の表面を横切って、空気を能動的に引き込み及び移動させる。システムは、１つのそのような熱交換要素に接続され、又はビルディングの内部における変化する現場に複数が配置される。
【００３９】
上述した実施形態は、冷却空気に関するものであったけれども、システム１０における熱交換要素は、熱交換要素に物理的に接触するように物質を配置することで、任意の適当な物質を冷却するためにも使用できることを理解されたい。従って、本発明は、何らかのプロセス物質の冷却を必要とする産業工程において、等しく用途を有する。
【００４０】
当業者には明らかなように、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を逸脱することなく、上述の特定の開示に、様々な変形、適応、応用を施すことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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