(57)【要約】  本発明に係るパイプ内を流れる流体の空冷用コンベクタは、周囲からの導入口と周囲への排気口を備えた冷却空気流用の通路と、熱交換面を画定する少なくとも一つの管束を有し、前記空気流用通路に設けられた熱交換部分と、前記通路に沿って空気流を生成し、空気流が外部から熱交換面において管束を覆うようにするファン手段と、前記通路における熱交換部分の上流に配置され、そこで空気流によって覆われるように水が霧化される加湿部分とを備え、該コンベクタが、前記管束の熱交換面の一部を水を用いて直接的に湿らせて、管束の前記部分をさらに冷却する湿潤装置を有することを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプ内を流れる流体の空冷用コンベクタであって、
・周囲からの導入口と周囲への排気口を備えた冷却空気流用の通路と、
・熱交換面を画定する少なくとも一つの管束を有し、前記空気流用通路に設けられた熱交換部分と、
・前記通路に沿って空気流を生成し、空気流が外部から熱交換面において管束を覆うようにするファン手段と、
・前記通路における熱交換部分の上流に配置され、そこで空気流によって覆われるように水が霧化される加湿部分と
を備え、
前記コンベクタが、前記管束の熱交換面の一部を水を用いて直接的に湿らせて、管束の前記部分をさらに冷却する湿潤装置を有し、
前記湿潤装置が、熱交換面の前記部分の湿潤可能幅を調整するための調整手段を備え、前記部分が、最小寸法又はゼロ寸法から、管束の前記熱交換面の全寸法とは異なる最大寸法まで湿らされ得るようにした
ことを特徴とするコンベクタ。
【請求項２】
前記管束に、管束に冷却すべき流体が入るための入口面と、前記入口面とは別に、管束から前記流体が出るための出口面とが設けられ、
冷却流体が、前記入口面から前記出口面までの全体的な流れ方向を有するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載のコンベクタ。
【請求項３】
前記管束の熱交換面における前記湿潤装置によって湿らされ得る前記部分が、前記全体的な流れ方向に関して前記管束の最後の部分である
ことを特徴とする請求項２に記載のコンベクタ。
【請求項４】
前記管束が、管束の入口面から出口面に全て向けられた流体流セグメントで構成される流管を有し、
前記流管が好ましくは直線である
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のコンベクタ。
【請求項５】
前記湿潤装置が、水圧システムに動作可能に接続され、管束の前記部分を湿らすように向けられた少なくとも一つのウォータノズルを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のコンベクタ。
【請求項６】
前記湿潤装置が、前記水圧システムに接続された複数のノズルを備え、各ノズルが、管束の前記熱交換面の各部分を湿らすのに適しており、
湿潤可能幅を調整するための前記調整装置が、前記ノズルへの水流を選択的に遮断するためのバルブを備えている
ことを特徴とする請求項１及び５に記載のコンベクタ。
【請求項７】
前記少なくとも一つのノズル及び前記管束が、管束を湿らせる前記ノズルからの水が、前記管束上に、実質的に均一な水膜を形成するように設計されている
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のコンベクタ。
【請求項８】
前記管束が、前記均一な面が形成されることを可能にする高湿潤性表面コーティングを有し、
前記コーティングが、好ましくは、アクリル系の、好ましくは親水性塗料である
ことを特徴とする請求項７に記載のコンベクタ。
【請求項９】
一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度、前記ファン手段によって発生させられる空気流、外部環境の温度及び湿度及び前記加湿部分の湿度の中の少なくとも一つから成る処理パラメータに従って、前記少なくとも一つのノズルから供給される水流を制御するための制御手段を備えている
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のコンベクタ。
【請求項１０】
一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度、前記ファン手段によって発生させられる空気流、外部環境の温度及び湿度、及び前記加湿部分の湿度及び管束を湿らせるために前記手段によって供給される水流の中の少なくとも一つから成る処理パラメータに従って、前記加湿部分において霧化される水流を管理するための管理手段を備えている
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のコンベクタ。
【請求項１１】
一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度、外部環境の温度及び湿度、前記加湿部分の湿度、及び管束を湿らせるために前記手段によって供給される水流の中の少なくとも一つから成る処理パラメータに従って、前記ファン手段によって供給される空気流を調整する調整手段を備えている
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載のコンベクタ。
【請求項１２】
前記湿潤手段から来る水を回収する回収手段を備え、
前記回収手段が、前記加湿部分の加湿システム内に前記回収した水を噴射する噴射手段を備えている
ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載のコンベクタ。
【請求項１３】
・空気／液体熱交換器内に、単一方向の液体流を生成し、熱交換面を、熱交換器への液体の入口から、熱交換器への液体の出口まで増加させるステップ、
・周囲から取り出し、熱交換面上を流れる空気流を形成するステップ、
・少なくとも一つの断熱式又は実質的に断熱式のチャンバの内部で、蒸発又は霧化水を用いて、前記空気流を加湿し、空気流の温度を下げるために、前記空気流が、熱交換器を覆う前に前記蒸発又は霧化された水を覆うように適合されているステップ、
・熱交換面の最後の部分を湿らせるステップ
を備えているパイプ内を流れる流体の空冷方法であって、
前記方法が、さらに、
熱交換面の湿潤幅を調整するステップを備え、即ち、どの程度の熱交換面を湿らせるべきかを調整するステップを備えている
ことを特徴とする空冷方法。
【請求項１４】
実質的に均一な水膜が形成されるように熱交換面の一部が湿らされる
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ内を流れる流体を空冷するためのコンベクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では、クーラとしても知られている、処理流体の冷却のために現在使用されるコンベクタは、様々な動作モードに従って、ｉ）ドライ式クーラ、ｉｉ）蒸発式クーラ及びｉｉｉ）断熱式クーラのタイプに分けられる。
【０００３】
ドライ式クーラは、エアクーラであり、即ち、管束を備えた熱交換器であり、該ドライ式クーラでは、処理流体がフィン付き管の中を流れ、一つ又は複数のファンによって、室温で流れるように強制された空気を用いて、水を使用することなく冷却される。これらのクーラの冷却能力は、空気流に加えて、空気と流体との間の温度差に依存する。処理流体がコンベクタを出る時の温度は、周囲の空気の乾球温度によって制限される。
【０００４】
蒸発式クーラは、エアクーラ、即ち、フィン付き管束を備えた熱交換器であり、該蒸発式クーラでは、ノズルランプが、外部の水源から来る水を高圧下で霧化して、流体冷却バッテリのフィンの上で、水が直接蒸発するようにしている。
【０００５】
処理流体がコンベクタを出る時の温度は、空気の湿球温度によって制限される。蒸発式クーラは、冷却能力及び処理流体がコンベクタを出る時の温度の両方の観点から高性能である。しかし、これらのクーラは、堆積物及び／又は腐食のような幾つかの問題を抱えている。これらの問題は、クーラの性能を急速に低下させ、費用の高いメンテナンスを必要とする。実際、水は蒸発する時に、管束及びフィンの上に、その塩分、通常、水垢及び他の塩分を残す。
【０００６】
これらの問題点を解決し、システムの寿命を延ばすために、ノズルランプに供給される水を、それを軟化するように予め処理することは可能であるが、それは、高いコストと腐食の危険を伴う。さらにまた、人間への致死感染の危険を伴い得る噴霧の空気中への分散に関する問題もある。
【０００７】
断熱式クーラは、エアクーラ、即ち、フィン付き管束を備えた熱交換器であり、該断熱式クーラでは、空気流は、冷却バッテリを通過する前に、例えば、国際特許出願公開WO２００７／０１５２８１号に開示されているように、好ましくは、断熱チャンバのような閉鎖チャンバを通過させられるか、又は、水湿式フィルタのパックを通過させられて湿らされる。
【０００８】
蒸発式クーラに対する断熱式クーラの主な利点は、バッテリに入る空気を湿らせるために使用する本管水を軟化させる必要がないことにあり、実際、加湿パックは、水を吸収し、水が冷却バッテリのフィンに達することを防止するための水滴セパレータとしても作用する。
【０００９】
断熱式クーラの限界は、同じ冷却能力と仮定すると、水消費量がより高いことである（断熱チャンバのないシステムでは著しく高い）。空気流中で蒸発しない水は、収集ボウル内に落ち、その後、排出されて回収されないか、又は貯留タンクに回収され得、そして、再び加湿パックに供給され得る。しかしながら、水再生システムでは、いわゆるブローダウンを行うことが必要であり、すなわち、通常の蒸発塔のように塩分が連続的に増加することを回避するために、所定の割合の再循環水を排出する必要がある。
【００１０】
流体がコンベクタから出る時の温度は、空気の湿球温度に加えて、断熱式加湿システムの能力によって制限され、それは、空気流に加えて、冷却すべき流体と湿った空気との間の温度差に依存する。
【００１１】
図１は、断熱式コンベクタの熱交換器内部の処理流体（Ｆ）及び空気（Ａ）の温度プロファイルを示しており、Ｘ軸は、フィン付き管束の熱交換表面割合を示しており、ここで、符号Ｉは、フィン付き管束への流体入口を示しており、符号Ｕは、フィン付き管束からの流体出口を示している。また、Ｙ軸は、処理流体及び空気の温度を示しており、ここで、Ｔｓは処理流体が出る時の温度を示している。この図は、フィン付き管束に入る空気の加湿による温度低下Ｋを示しており、温度は、室温（ＴＡ）（例えば、暑い気候で３５℃）から、湿球温度（ＷＢ）（例えば、３０℃）よりも数度高い温度まで変わる。バッテリを横切る空気の温度（Ａ）は、図面を簡単化するために一定として示されている。実際には、空気の温度Ａは、フィン付きパックを通過すると明らかに上昇する。
【００１２】
ドイツ国特許ＤＥ2421067号、ドイツ国特許ＤＥ1051296号、欧州特許ＥＰ2397805号及び中国特許ＣＨ692759号の特許書類には、さらに、別のコンベクタの例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際特許出願公開WO２００７／０１５２８１号
【特許文献２】ドイツ国特許ＤＥ2421067号
【特許文献３】ドイツ国特許ＤＥ1051296号
【特許文献４】欧州特許ＥＰ2397805号
【特許文献５】中国特許ＣＨ692759号
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、公知のコンベクタ即ちクーラの限界を克服することにある。
【００１５】
より詳細には、本発明の重要な目的は、蒸発式クーラに対する水の消費を低減して、処理流体を低温にするのに適した、パイプ内を流れる流体の空気冷却用コンベクタを提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、その冷却バッテリが長い寿命を有するコンベクタを提供することにある。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、高い信頼性を持ち、維持が容易であるコンベクタを提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、本管水を軟化させる必要がないコンベクタを提供することにある。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、同じ冷却能力と仮定した時に、より高い熱交換収率、より高い効率及びより低い消費量を有するコンベクタを提供することにある。
【００２０】
本発明のさらに別の目的は、冷却能力を容易に拡張できるモジュール構造を有するコンベクタを提供することにある。
【００２１】
本発明のさらに別の目的は、余分な水を回収することが可能なコンベクタを提供することにある。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、空気／水噴霧を空気中に分散することがないコンベクタを提供することにある。
【００２３】
以下により詳細に説明される、これらの目的及び他の目的は、請求項１に従ったパイプ内を流れる流体を空冷するためのコンベクタを通して達成される。
【００２４】
例えば、請求項１によるコンベクタは、
・周囲からの導入口と周囲への排気口を備えた冷却空気流用の少なくとも一つの通路と、
・熱交換面を画定する少なくとも一つの管束を有し、前記冷却空気流用通路に設けられた少なくとも一つの熱交換部分と、
・該少なくとも一つの通路に沿って空気流を生成し、空気流が外部から熱交換面において管束を覆うようにするファン手段と、
・空気流通路における熱交換部分の上流に配置され、そこで空気流によって覆われるように水が霧化される少なくとも一つの加湿部分と
を備えている。
【００２５】
コンベクタは、管束の熱交換面の一部を、水を用いて直接湿らせて、管束のこの部分をさらに冷却させる湿潤装置を備えていることを特徴とする。
【００２６】
「工業プロセス」は、プラスチック加工プラント、オレオダイナミック(oleodynamic)ステーション、水冷式冷却装置用の凝縮装置等のような流体を用いた放熱を必要とするプラント又は機械を意味する。
【００２７】
「処理流体」は、例えば、水や、水と不凍液の混合液のような液体を意味する。
【００２８】
「管束」、「フィン付き管束」、「フィン付きパック」「バッテリ」又は「フィン付きバッテリ」は、内部に処理流体が流れ、管束（管及びフィン）を外部から覆う空気を用いた熱交換用のフィン（又は他の同等の構造）のような熱交換面を増やすのに適した面構造体によって囲まれた管を備えた公知の熱交換システムを意味する。例えば、管束は、直列及び／又は並列に接続された一つ又は複数のバッテリ又はフィン付きパックから構成され得る。
【００２９】
「交換面」は、管束、すなわち、直列及び/又は並列に差別なく接続された一つ又は複数のバッテリの全体的な交換面を意味する。
【００３０】
加湿部分は、好ましくは、断熱式チャンバ又は実質的に断熱されたチャンバを提供し、そのチャンバにおいて、水は、その後管束に達する空気流によって包囲されるように霧化される。
【００３１】
管束には、冷却されるべき流体が管束に入るための入口が適切に設けられ、かつ、入口の反対側に、流体が管束から出るための出口が適切に設けられ、その結果、冷却流体が、入口側から出口側に向かう全体的な流れの方向を有する。
【００３２】
この全体的な流れの方向を参照すると、適切には、この装置によって湿らされ得る管束の熱交換面部分は、管束の端部である。従って、この装置は、好ましくは、管束の端部に実質的に沿って、即ち、処理流体の出口側に向かって配置される。
【００３３】
管束は、好ましくは、内部で流体が流れる複数の管又はダクトを有し、これらは全てが管束の入口側から出口側に向けられたセグメントで構成される（これらの管は、好ましくは、直線的である）。
【００３４】
好ましくは、管束、パック、フィン付きバッテリ、又はパックとフィン付きバッテリの結合体は、単一通路であり、流体は、管束内を、入口から出口に向けて一方向に流れる。実質的に、熱交換面は、流体が管束に流入する入口から、流体が管束から出る出口まで増加し、この増加は、管の所定の方向において入口側から反対の出口側まで漸進である。
【００３５】
処理流体に要求される温度は、管束からの出口側で達成される。
【００３６】
好ましい実施例では、水を使って管束の熱交換面の一部を直接的に湿らせる湿潤装置は、この部分の湿潤幅を調整するための調整手段を備え、その結果、この部分は、最小寸法又は０寸法から、管束の熱交換面の全体寸法とは異なる最大寸法まで濡らされ得る。
【００３７】
実際、熱交換面の最終位置の近くで、どの程度熱交換面を濡らすべきかを調整して、処理流体を冷却し、要求される冷却能力に従って水流を最適化し、同時に、周囲への水分散を防止することが可能である。
【００３８】
有利には、管束の一部を湿らせる湿潤装置は、水圧システムに動作可能に接続され、管束のこの部分を湿らせるようにされた少なくとも一つの水ノズルを有する。この装置は、好ましくは、水圧システムに接続された複数の水ノズルを有し、各ノズルは、管束の熱交換面の各部分を湿らせるのに適している。また、湿潤幅を調整する調整装置は、ノズルに向かう水流を選択的に遮断するのに適したバルブ手段を備えている。
【００３９】
ノズルは、必要に応じて、水圧システムに、直列及び／若しくは並列に、又は他の構成に従って、接続され得る。バルブ手段は、例えば、より多くのノズル又は単一のノズルを用いて管セグメントを閉じるソレノイドバルブを備えている。
【００４０】
好ましい実施例によれば、少なくとも一つのノズル及び管束は、管束を湿らせるノズルからの水が、同じ束上に、実質的に均一な水膜を生成するように設計される。好ましくは、管束は、前記均一膜が形成されることを可能にする高湿潤性表面コーティングが施され、このコーティングは、好ましくはアクリル系の好ましくは親水性塗料である。
【００４１】
実質的に、管束は、好ましくは、特別な表面塗料によって処理され、その結果、管束を十分に湿らす水が、同管束上に、均一膜を生成し、水が管束上で直接的に蒸発することはなく、従って、それが塩分で覆われることがなく、言い換えれば、水膜の外面層が蒸発され、従って、フィン付き管に接触する内面を冷却し、伝導を通してフィンと熱交換し、蒸発することなく管束を湿らす割合の水が、重力のために、断熱チャンバの内部に落ち、ここで、それは部分的に蒸発し、さらに、加湿効率を上げ、言い換えれば、水のバッテリを濡らして断熱チャンバの内部でさえ蒸発しない部分が、蒸発部分の塩分を吸収し、かつ、排出されて回収され得る。
【００４２】
従って、本発明によるコンベクタは、また、管束の一部を湿らせる湿潤装置から来る水を回収する回収手段を有し得、かつ、これらの手段は、回収した水を、加湿部分の湿潤システムへ供給するシステムを備えている。
【００４３】
本発明の好ましい実施例によれば、コンベクタは、要求される冷却能力に従ってエネルギ消費を最適化し、周囲への水分散を避けるために、ノズルに供給される水流、及び／又は処理流体の温度、及び／又はファンによって発生させられる空気流を制御する制御手段を有する。
【００４４】
従って、制御手段は、以下のパラメータの少なくとも一つを有する処理パラメータに従って、前記少なくとも一つのノズルによって供給される水流を制御するために設けられ得る。
・一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度
・前記ファン手段によって発生させられる空気流
・外部環境の温度及び湿度
・前記加湿部分の湿度
【００４５】
従って、管理手段は、以下のパラメータの少なくとも一つを有する処理パラメータに従って前記加湿部分において霧化される水を管理するために設けられ得る。
・一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度
・前記ファン手段によって発生させられる空気流
・外部環境の温度及び湿度
・前記加湿部分の湿度
・管束を湿らせるために前記手段によって供給される水流
【００４６】
さらにまた、  以下のパラメータの少なくとも一つを有する処理パラメータに従って、前記ファン手段によって発生させられる空気流を調整するために調整装置が設けられ得る。
・一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度
・外部環境の温度及び湿度
・前記加湿部分の湿度
・管束を湿らせるために前記手段によって供給される水流
・前記加湿部分の湿度
【００４７】
好ましい実施例によれば、本発明によるコンベクタは、加湿部分を画定する少なくとも一つのロアチャンバを備えた構造を有し、前記ロアチャンバの上にはアッパーチャンバが配置され、そこに熱交換部分が設けられ、前記アッパーチャンバの上にはファン手段が配置され、そこでは、下から上に空気が流れる。
【００４８】
ロアチャンバは、断熱式又は実質的に断熱式のチャンバであり、少なくとも一つの蒸発フィルタ（好ましくは、少なくとも二つのフィルタであり、一方がチャンバ内への少なくとも一つの空気入口と関連し、他方がチャンバからの空気出口に関連する）を含み、これは例えば、湿らせるのに適した、即ち、湿潤されるのに適したハニカム式フィルパックのようなものであり得る。フィルタ及びチャンバを横切る空気は、同チャンバに入った水を気化し、蒸発熱をそれに移し、そたがって、後続の熱交換セクションを横切る前に（即ち、管束を横切る前に）冷たくなる。
【００４９】
好ましい実施例では、チャンバ内に、空気導入用の二つの側部入口と、これらの二つの入口に関連付けられた二つの第一蒸発フィルタと、ロアチャンバの出口に関連付けられた一つの第二蒸発フィルタとがあり、前記第二蒸発フィルタは、ロアチャンバの出口とアッパーチャンバの入口とが実質的に合致しているので、アッパーチャンバの入口にも関連付けされている。二つの第一蒸発フィルタは、好ましくは、V字状に配置され、言い換えれば、それらは、ロアチャンバの中心から、その側方に向けて上向きに傾斜されている。第二フィルタは、好ましくは、水平であり、即ち、実質的に水平である。
【００５０】
加湿部分は、適切に、水圧システムに作動可能に接続された水噴射器が設けられ、かつ、少なくとも一つの第一フィルタの上に配置されたフィルタを加湿するための加湿手段を備えている。
【００５１】
好ましい実施例によれば、アッパーチャンバは、好ましくは傾けて配置された少なくとも一つ管束と、該管束の上に、それを湿らせるために配置された一つの湿潤装置を備えている。好ましくは、少なくとも二つの管束がV字状に配置され、言い換えれば、アッパーチャンバの中心から上方に向けて傾けられている。
【００５２】
好ましい実施例によれば、管束を湿らせ、かつ、それを湿らせるために湿潤装置から来て、好ましくは、その上に均一膜を形成する、蒸発していない水は、重力のために、ロアチャンバの排気用出口に落ち、言い換えれば、アッパーチャンバへの空気入口に落ち、この水は、好ましくは、ロアチャンバに配置された一つ又は複数の蒸発フィルタを湿らせる。
【００５３】
別の実施例では、蒸発しない余分な水は、少なくとも一つの管束の下で、回収手段によって回収され、その後、回収水供給システムを用いて、再び、蒸発フィルタを湿らせるのに適した加湿部分の加湿システムに供給される。
【００５４】
好ましい実施例では、コンベクタは、相互に接続され得るモジュールで構成され得、これらのモジュールの各々は、冷却空気流用の一つの前記通路、一つの前記熱交換部分、前記ファン手段、及び一つの前記加湿部分を備え、コンベクタを形成するこれらのモジュールの少なくとも一つは、また、水を用いて、前記管束の熱交換面の一部を直接湿らすための前記湿潤装置を有する。
【００５５】
コンベクタの熱交換面全体を画定する少なくとも一つの管束は、好ましくは、連結したモジュール全てを横切る。
【００５６】
管束を湿らすための湿潤装置は、幾つかのモジュールにのみ統合され、好ましくは、最後のモジュールに統合され、その結果、最後のモジュールを連結することによって、装置は、それらを湿らせることができる。別の実施例では、管束を湿らせる湿潤装置は、相互に既に接続されたモジュールのセットに関連付けられ得る。
【００５７】
本発明の別の目的は、請求項１３によるパイプ内を流れる液体の空冷方法にある。
【００５８】
この方法は、
・空気／液体熱交換器内に、単一方向の液体流を生成し、熱交換面を、熱交換器への液体の入口から、熱交換器への液体の出口まで増加させるステップ、
・周囲から取り出し、熱交換面上を流れる空気流を形成するステップ、
・少なくとも一つの断熱式又は実質的に断熱式のチャンバの内部で、蒸発又は霧化を用いて、前記空気流を加湿し、空気流の温度を下げるために、前記空気流が、熱交換器を覆う前に前記蒸発又は霧化された水を覆うように適合されているステップ、
・熱交換面の最後の部分を湿らせるステップ
を備えている。
【００５９】
「最後の部分」は、例えば、熱交換器の、冷却されるべき液体が熱交換器から出るための出口側と、熱交換器の半分の位置との間の部分を意味する。
【００６０】
好ましくは、熱交換面の湿潤幅を調整することが可能であり、言い換えれば、どの程度の熱交換面を湿らせるべきかを調整することが可能である。
【００６１】
熱交換面の一部は、好ましくは、実質的に均一な水膜を形成するように湿らされる。
【００６２】
本発明のさらなる特徴及び利点は、添付図面の非限定的な実施例によって示された、好ましいが、排他的でない実施例の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】公知の断熱式コンベクタの熱交換器の内部の処理流体及び空気の温度プロファイルを示すグラフである。
【図２】本発明に係るコンベクタの概略側面図である。
【図３】図２のコンベクタの概略切断正面図である。
【図４】本発明に係るコンベクタの概略側面図であり、本発明に係る、管束を湿らすために使用された水用回収システムを示している。
【図５】本発明に係るコンベクタの熱交換器の内部の処理流体及び空気の温度プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
上記図面を参照すると、本発明による管内を流れる流体の空冷用コンベクタは、全体が符号１０で示されている。
【００６５】
このコンベクタ１０は、直列に接続された５つのモジュール１１を備えている。各モジュール１１は、地面に支持するための支持部材１３及び壁１４が設けられたアウターケース１２を有する。
【００６６】
各モジュール１１は、実質的に、二つのチャンバ、即ち、ロアチャンバ１５及びアッパーチャンバ１６を画定している。アッパーチャンバ１６は、ロアチャンバ１５の上に直接画定されている。
【００６７】
ロアチャンバ１５は、入口面１５A（図３参照）（及び／又はチャンバベースにおける入口）を有し、（符号ａで示される）空気が、外部環境から入ることができるようにされている。アッパーチャンバ１６は、上側出口１６Ａを有し、該出口１６Ａはファン手段に関連付けされ、例えば、垂直軸を備えたファン１７と関連付けされ、入口面１５Ａから来る空気がファンによって強制的に排気されることを可能にしている。ロアチャンバ１５とアッパーチャンバ１６との間には、空気Ａがそれを通して流れることを可能にする通路が画定されている。
【００６８】
実質的に、各モジュールの内部には、入口面１５Ａから出口（上側出口）１６Ａに向かう空気Ａ用の通路が画定されている。
【００６９】
アッパーチャンバ１６では、コンベクタの熱交換部分が画定されており、これは一対のフィン付き管束１８（又はフィン付きパック若しくはフィン付きバッテリ）を備えている。管束１８の内部には、冷却されるべき処理流体が流れ、管束１８は、アッパーチャンバ全体に沿ってのびている。二つの管束１８は、Ｖ字状に配置され、即ち、それらは、アッパーチャンバの中心から上方に向けて傾けられている。管束１８の種類及びそれらをアッパーチャンバに配置する方法は、例えば、参照される特許出願：国際公開ＷＯ２００７／１５２８１号に開示されたものに対応している。
【００７０】
フィン付き管束１８は、それ自身の端部に、各々、冷却されるべき流体用の入口マニホールド１９Ａ及び出口マニホールド１９Ｂを有し、それらは、プラントの流体が作用する対応部分に動作可能に接続されている。実質的に、二つの管束１８は平行であり、共通の入口及び出口を有し、即ち、流体は、それらの内部を、入口から出口まで類似の温度パターンで流れる。
【００７１】
空気流を加湿する部分Ｄが、各モジュール１１のロアチャンバ１５の内部に画定されている。チャンバ１５を横切って、該チャンバに供給された水を気化させる空気は、その水に蒸発熱を伝達し、従って、次の熱交換部分を横切る前に冷却される。前記水は、例えば、環境条件に応じて、例えば、１０℃〜３０℃で構成される水道本管の典型的な使用温度を有する、濾過され、軟化されていない本管水である。
【００７２】
適切には、また、蒸発フィルタ（例えば、特許出願：国際公開ＷＯ２００７／０１５２８１号に開示されたものと類似のハニカム充填パックの形態のフィルタ）は、このロアチャンバ１５に配置される。例えば、二つの第一蒸発フィルタ２０が、二つの側部入口１５Ａに関連付けして設けられ、第二蒸発フィルタ２１が、ロアチャンバ１５から出る空気用の出口１５Ｃに関連付けして設けられる。ロアチャンバ１５から出るための空気の出口はとアッパーチャンバ１６に入るための空気の入口とは実質的に一致しているので、言い換えれば、第二蒸発フィルタ２１は、アッパーチャンバ１６の入口にも関連付けされている。
【００７３】
二つの第一蒸発フィルタ２０はＶ字状に配置され、即ち、それらは、ロアチャンバの中心から上方に向けて傾斜されている。
【００７４】
第二蒸発フィルタ２１は、好ましくは、水平又は実質的に水平であり、ロアチャンバ１５とアッパーチャンバ１６との間に介在される。
【００７５】
適切には、加湿部分Ｄは、蒸発フィルタ用の加湿手段を有する。これらの加湿手段は、例えば、水圧システム２３に動作可能に連結され、第一蒸発フィルタ２０の上方に配置された水噴射器２２を提供する。
【００７６】
適切には、ロアチャンバ１５は、国際公開WO２００７／０１５２８１に開示されたものと同様に、断熱式又は実質的に断熱式チャンバである。
【００７７】
コンベクタは、有利には、水を用いて直接的に、管束１８の熱交換面の一部を湿らせる装置２４を備えている。前記水は、例えば、環境条件に応じて、例えば、１０℃〜３０℃で構成される水道本管の典型的な使用温度を有する、濾過され、軟化されていない本管水である。
【００７８】
適切には、各管束１８には、冷却されるべき流体が管束に入るための入口面１８Aと、反対の出口面１８Bとが設けられ、冷却流体が、管束の入口面から出口面への全体的な流れ方向Xを有するようにしている。
【００７９】
前記装置によって湿らされ得る管束１８の熱交換面の部分Hが、全体的な流れ方向に対して管束の端部であることに注意するべきである。従って、装置２４は、管束の端部に沿って配置され、言い換えれば、処理流体の出口側に向けて配置される。
【００８０】
管束１８は、好ましくは、流体が流れる管１８C又はダクトを有し、これらの管１８C又はダクトは、全てが管束の入口側から出口側に向けられ、好ましくは直線であるセグメントで構成される。実質的に、パック若しくはフィン付きバッテリ１８、又はパック及びフィン付きバッテリの組合体は、単一通路タイプであり、流体は、入口から出口まで単一方向Xで、処理入口から出口に向けて管束１８を流れる。実質的に、熱交換面は、管束内への流体の入口から、管束からの流体の出口まで増加し、この増加は、入口面１８Aから反対の出口面１８Bに向けて管束の所定の方向において漸進的である。
【００８１】
処理流体の所望の温度が、管束の出口面１８Bにおいて達成される。
【００８２】
図１及び図５は、従来の断熱式コンベクタの熱交換器内部の処理流体（F)及び空気（A)の温度プロファイルと、本発明に係る断熱及び蒸発組合せ式クーラにおける処理流体（F)及び空気（A)の温度プロファイルとを比較して示している。X軸は、フィン付き管束の熱交換面の割合であり、Y軸は、処理流体及び空気の温度であり、これらのグラフは、バッテリに入る空気の加湿による温度低下を示しており、温度は、例えば高温の気候では35℃の室温（TA)から、湿球温度（WB)よりも数℃高い温度、例えば30℃に達する。
【００８３】
バッテリを横切る空気の温度（A)は、グラフを簡単化するために一定で示されている。実際には、空気の温度（A)は、フィン付きパックを通過するにつれて自然に高くなる。
【００８４】
断熱式クーラに対応する図１のグラフは、空気と液体の対流熱交換の収率が、空気とプロセス流体の温度差が減少するにつれて、交換器出口に向かって低下することを示している。
【００８５】
本発明に対応する図５のグラフは、性能の点においては、例えば、暑い気候では３０℃である空気の湿球温度（WB)にほぼ等しいプロセス流体の出口温度（TS)を達成することを可能にし、効率の点においては、バッテリ１８の端部、即ち、空気と液体の滞留熱交換の収率が低い部分を湿らせることを可能にする、断熱チャンバと共にフィン付きパックの幅Hの部分を部分的を濡らす湿潤装置の利点を示している。
【００８６】
図５のグラフは、また、熱交換面全体の様々な割合に応じた温度変化も示している。
【００８７】
従って、湿った熱交換表面の寸法を変更することによって、同じ冷却能力であると仮定した場合、処理流体の出口温度（TS)を最適化することができ、従って、水の消費を最適化することができる。
【００８８】
この理由のために、管束１８の熱交換面の一部を水で直接湿らせる湿潤装置２４は、この部分の湿潤可能な幅Hを調整するための調整手段２５を備え、この部分が、最小の寸法又は０から、管束の熱交換面の全体寸法とは異なる最大寸法まで湿らされ得るようにしている。
【００８９】
実質的に、どの程度の熱交換面を湿らせるべきかを調整し、要求冷却能力に従って処理流体を冷却し、水流を最適化し、かつ、同時に、周囲への水分散を防止することが可能である。
【００９０】
これらの調整装置２５は、（例えば、水道本管に水圧調整可能に接続された）水圧システム２７に接続された複数のノズル２６を備え、各ノズルは、管束の熱交換面の各部分を湿らすように向けられている。調整手段２５は、また、ノズルへの水流を選択的に遮断することができるバルブ手段２８を備えている。
【００９１】
ノズル２６は、水圧システム２７に、直列に及び／若しくは並列に、又は必要に応じて他の構成に従って接続され得る。図２では、ノズルは、共通の管に沿って直列に配置されている。バルブ手段２８は、例えば、ソレノイドバルブであり、複数のノズル又は単一のノズルを用いて、管のセグメントを閉弁する。図２では、バルブ手段は、各ノズル２６の前でセグメントを閉弁及び開弁するソレノイドバルブである。
【００９２】
ノズル２６及び管束は、ノズルから来て管束を濡らす水が、管束上に実質的に均一な水膜Yを形成するように構成される。管束は、好ましくは、この均一面が形成されることを可能にする高湿潤性表面コーティングを有し、このコーティングは、例えば、アクリル系の親水性塗料である。
【００９３】
実質的に、管束１８は、特別な表面コーティングによって処理され、管束を十分に湿らせる水が、それらの上に均一膜を形成し、水が管束１８から直接蒸発せず、従って、管束が塩分で覆われることがなく、言い換えれば、水膜の外側層が蒸発し、従って、フィン付き管１８に接触している内側層を冷却し、熱伝導を通してフィンと熱交換する。
【００９４】
蒸発することなく管束を湿らせるノズル２６から来る一定の割合の水は、重力のために、（第二蒸発フィルタを通して）、断熱チャンバ１５の中に落ちる。ここで、水は部分的に蒸発し、加湿効果をさらに高め、余分な水、即ち、バッテリ１８を湿らせ、断熱チャンバ１５の中でも蒸発しない水の部分は、蒸発した部分の塩分を吸収し、排出又は回収され得る。
【００９５】
図４は、図２に示したものと同様の、本発明によるコンベクタを示しており、このコンベクタは、より多くのモジュール１１を有し、かつ、湿潤装置２４から来る水を回収する回収手段２９を備えている。これらの回収手段は、回収した水を再び、加湿部分の加湿システムに供給する供給システム３０を備えている。このコンベクタは、例えば、ロアチャンバ１５の底部に接続され、（塩分が高い部分を排出するための排出出口が設けられた）収集タンク３２に導かれる第一パイプ３１を備えている。前記タンク３２は、ポンプ３３に接続され、該ポンプ３３は、第二パイプ３４を通して、加湿部分の加湿システム内に水を汲み上げる。
【００９６】
適切には、本発明によるコンベクタは、要求冷却能力に従ってエネルギ消費量を最適化し、かつ、周囲への水分散を避けるために、ノズル２６へ供給される水流及び／又は処理流体の温度及び／又はファンによって発生されられる空気流を制御する（不図示の）制御手段を備えている。
【００９７】
制御手段（図示せず）は、従って、処理パラメータに従って前記少なくとも一つのノズルによって供給される水流を制御し、かつ、前記加湿部分において霧化される水流を管理するための管理手段（図示せず）を制御する。
【００９８】
さらに、調整手段は、従って、以下のパラメータの少なくとも一つを含む処理パラメータに従って前記ファン手段によって生成される空気流を調整する。
・一つ又は複数のポイントで測定される管束内を流れる処理流体の温度
・外部環境の温度及び湿度
・前記加湿部分の湿度
・管束を湿らせる前記手段によって供給される水流
【００９９】
好ましい実施例によれば、本発明によるコンベクタは、少なくとも一つのロアチャンバ備え、前記ロアチャンバが加湿部分を画定し、前記ロアチャンバの上にアッパーチャンバが設けられ、アッパーチャンバに熱交換部分があり、ファン手段がアッパーチャンバの上に配置され、そこで底部から上方に向けて空気が流れる構造を有する。
【０１００】
ロアチャンバは、断熱式又は実質的に断熱式チャンバであり、少なくとも一つの蒸発フィルタ（好ましくは、少なくとも二つの蒸発フィルタで、一方が、少なくとも一つのチャンバ内への空気入口に関連付けされ、他方がチャンバからの空気出口に関連付けされたもの）を備え、前記蒸発フィルタは、例えば、湿らされるのに、即ち、濡らされるのに適したハニカム形充填パックのようなものである。フィルタ及びチャンバを横切る空気は、該チャンバに入った水を蒸発させ、それに蒸発熱を伝達し、従って、後続の熱交換部分を横切る前に（即ち、管束を横切る前に）冷却されることになる。
【０１０１】
好ましい実施例では、チャンバには、空気用の二つの側部入口、これらの二つの入口に関連付けされた二つの第一蒸発フィルタ及びロアチャンバの出口に関連付けされた一つの第二蒸発フィルタがある。ロアチャンバの出口とアッパーチャンバの入口とは実質的に合致しているので、第二蒸発フィルタは、勿論、アッパーチャンバの入口にも関連付けされている。二つの第一蒸発フィルタは、好ましくは、V字状に配置され、言い換えれば、それらは、ロアチャンバの中心から、その側面に向けて、上向きに傾斜させられている。第二フィルタは、好ましくは、水平又は実質的に水平である。
【０１０２】
加湿部分は、適切には、フィルタを加湿する加湿手段を備え、前記加湿手段には、水圧システムに動作可能に接続され、少なくとも一つの第一フィルタの上に配置された水噴射器が設けられている。
【０１０３】
好ましい実施例によれば、アッパーチャンバは、好ましくは傾けて配置された少なくとも一つの管束と、該管束の上に配置され、それを湿らすための一つの湿潤装置とを備えている。好ましくは、V字状に配置された少なくとも二つの管束が設けられ、即ち、これらの管束は、アッパーチャンバの中心から上方に向けて傾けられている。
【０１０４】
適切には、好ましい実施例によれば、管束を湿らせ、それを湿らせるために湿潤装置から来て、好ましくは、その上に均一膜を形成し、蒸発していない水は、重力によって、ロアチャンバを出る空気用の出口、即ち、アッパーチャンバに入る空気用の入口に落ち、好ましくは、この水は、ロアチャンバ内に配置された一つ又は複数の蒸発フィルタを湿らせる。
【０１０５】
別の実施例では、蒸発していない余分な水は、回収手段を用いて少なくとも一つの管束の下に集められ、その後、回収水供給システムを用いて、蒸発フィルタを湿らせるのに適したい加湿部分の加湿システムに再び供給される。
【０１０６】
好ましい実施例によれば、コンベクタは、相互に接続可能なモジュールで構成されており、これらのモジュールの各々は、冷却空気流用の前記通路、一つの前記熱交換部分、前記ファン手段、一つの前記加湿部分及び、水を用いて前記管束の熱交換面の一部を直接湿らせる一つの前記湿潤装置を備え、コンベクタを形成するモジュールセットの中の少なくとも一つのモジュールが、加湿部分を有する。
【０１０７】
好ましくは、各モジュールの管束は、相互に動作可能に接続され、従って、コンベクタの全熱交換面を画定する管束全体を形成する。
【０１０８】
管束を湿らせるための湿潤装置は、幾つかのモジュールに一体に構成され得、好ましくは、最後のモジュールと一体にされ得、最後モジュールを接続することによって、装置がそれらを湿らせることができるようにされ得る。別の実施例では、管束を湿らせるための湿潤装置は、既に相互に接続されたモジュールセットに関連付けされ得る。
【０１０９】
本発明によるコンベクタの従来技術に対する主たる利点は、以下に要約される。
・断熱チャンバとバッテリ洗浄面を仕切ることを可能にすることによって、蒸発式クーラに関する水消費量を低減し、処理流体の低い出口温度、例えば、暑い気候で３０℃を達成すること。
・冷却バッテリを長寿命化させること。
・高い信頼性とメンテナンスの容易化を達成すること。
・同じ冷却能力と仮定した時の、より高い熱交換収率、より高い効果及び低い消費を達成すること。
・冷却能力を容易に高めることができるモジュール性を有すること。
・余分な水を回収し、その水を、それが空気流の中に完全に蒸発するまで断熱チャンバの内部で使用し、従って、排出を最低限にし、コンベクタ内に水が停滞することを回避すること。実際、高い塩分含有量のために、この水は、バッテリの第二通路では使用できないが、断熱チャンバ内では使用され得る。
・空気中へ空気／水の噴霧分散をさせないこと。
【０１１０】
上述した説明は、単に、本発明の非限定的な実施可能な実施例を示すものであり、発明の基礎となる概念の範囲から逸脱することなく、形態及び構成を変更することができることは理解される。特許請求の範囲における参照符号は何れも、添付図面及び上述の説明に照らして、特許請求の範囲を読み易くする目的のためだけに付されたものであり、本発明の権利範囲を一切制限するものではない。
【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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【国際調査報告】
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