СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО ПОТОКА УВЛАЖНЯЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ПРИ АДИАБАТНОМ ОХЛАЖДЕНИИ
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING VOLUME FLOW OF MOISTENING LIQUID UNDER ADIABATIC COOLING

Изобретение относится к способу регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении, при этом поверхность испарения увлажняется с помощью текущей вдоль поверхности испарения увлажняющей жидкости, и подлежащий охлаждению и/или увлажнению воздух направляется по существу поперек направления потока увлажняющей жидкости по поверхности испарения.
Изобретение относится также к устройству для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении, которое имеет поверхность испарения, которая выполнена с возможностью увлажнения с помощью подаваемой из увлажняющего приспособления увлажняющей жидкости и которая при адиабатном охлаждении и/или увлажнении может обмениваться теплом с подлежащим охлаждению и/или увлажнению воздухом, при этом предусмотрена возможность регулирования объемного потока протекающей при охлаждении и/или увлажнении вдоль поверхности испарения увлажняющей жидкости, и при этом подлежащий охлаждению и/или увлажнению воздух проходит по существу поперек направления течения увлажняющей жидкости и по поверхности испарения.
Изобретение относится к области так называемого адиабатного охлаждения, которое называется также охлаждением испарением. При адиабатном охлаждении увлажняющая жидкость, такая как, например, вода, испаряется, с целью повышения мощности охлаждения. При этом в процессе охлаждения используется физический принцип поглощения энергии средой, когда она переходит из жидкого в газообразное агрегатное состояние. В соответствии с этим принципом, для испарения увлажняющей жидкости необходима энергия, так что за счет увлажнения воздуха он охлаждается. Устройство указанного в начале вида известно из уровня техники, например, в виде контактного увлажнителя или в виде оросительного увлажнителя. Для такого контактного увлажнителя известен также указанный в начале способ, в котором увлажняющая жидкость в виде воды разбрызгивается на пористую поверхность, вдоль которой проходит поток подлежащего охлаждению и/или увлажнению воздуха, охлаждается и/или принимает влажность.
В техническом применении используются два варианта, так называемое непосредственное или опосредованное адиабатное охлаждение, называемое также охлаждением испарением. При непосредственном охлаждении испарением процесс охлаждения осуществляется посредством непосредственного увлажнения наружного воздуха и тем самым также подаваемого, например, с помощью вентиляционной установки, приточного воздуха. В противоположность этому, в опосредованном варианте реализуется увлажнение на стороне отходящего воздуха. Через теплообменник созданный холод передается с отходящего воздуха в приточный воздух. Эта концепция имеет решающее преимущество остающейся неизменной влажности приточного воздуха, т.е. не происходит повышения относительной влажности воздуха, как при непосредственном способе.
При непосредственном и опосредованном адиабатном охлаждении воздух увлажняется адиабатно, т.е. теплонепроницаемо, соответственно без подвода или отвода тепловой энергии. Необходимая для этого вода, называемая также увлажняющей жидкостью, учитывается при оценке эффективности системы охлаждения. Для обеспечения высокой эффективности системы охлаждения требуется удерживать расход увлажняющей воды или требуемую для транспортировки и циркуляции воды насосную мощность небольшой. Известные системы для охлаждения воздуха, такие как, например, контактные увлажнители или воздухоочистители, имеют тот недостаток, что подаваемая в процесс вода плохо или совсем не регулируема, а можно лишь устанавливать приток воды с помощью клапанного управления для неизменного объемного потока или полностью его отключать.
Поэтому желательно удерживать небольшим внутри процесса адиабатного охлаждения и увлажнения расход испаряемой воды или насосную мощность для циркуляции потока воды, с целью достижения высокой эффективности системы охлаждения и увлажнения, при этом в смысле изобретения под процессом адиабатного охлаждения следует понимать способ охлаждения, при котором испаряется вода, соответственно, увлажняющая жидкость.
В основу изобретения положена задача повышения эффективности регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении с помощью простых средств. В частности, задача данного изобретения состоит в создании способа, а также соответствующего устройства для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении, с помощью которых простыми мерами можно достигать значительного улучшения.
В способе указанного в начале вида эта задача решена, согласно изобретению, тем, что после заданного промежутка времени увлажнения поверхности испарения уменьшают объемный поток текущей по поверхности испарения увлажняющей жидкости и после уменьшения объемного потока определяют температуры и/или временные температурные градиенты прошедшего по поверхности испарения воздуха по меньшей мере в двух различных положениях в направлении потока увлажняющей жидкости по существу параллельно поверхности испарения, при этом объемный поток увлажняющей жидкости регулируют в зависимости от определяемых температур и/или временных температурных градиентов.
Указанная задача решена также с помощью устройства указанного в начале вида тем, что для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости предусмотрены по меньшей мере два температурных датчика, которые расположены в направлении потока увлажняющей жидкости и относительно направления потока подлежащего охлаждению воздуха после поверхности испарения.
Предпочтительные и целесообразные варианты выполнения и модификации изобретения следуют из соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения.
С помощью изобретения создано устройство для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении, которое отличается соответствующей функции и простой конструкцией, и которое дополнительно к этому обеспечивает возможность регулирования действительно необходимого объемного потока увлажняющей жидкости. В соответствии со способом, согласно изобретению, для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости при адиабатном охлаждении, регулирование объемного потока увлажняющей жидкости происходит в зависимости от определяемых температур, которые определяют и сравнивают в определенные моменты времени измерения, или в зависимости от временных градиентов температуры, которые определяют и сравнивают для заданных интервалов времени. При этом измеряют, соответственно определяют температуры или температурные градиенты подлежащего охлаждению воздуха, соответственно воздуха, который уже принимал участие в теплообмене, соответственно, который уже охлажден и/или увлажнен, по меньшей мере в двух положениях в направлении течения увлажняющей жидкости и относительно направления подлежащего охлаждению воздуха после поверхности испарения, так что имеется своего рода температурный профиль охлажденного и/или увлажненного воздуха, по которому распознают, смачивается ли поверхность испарения достаточно увлажняющей жидкостью, за счет чего обеспечивается желаемое охлаждение, соответственно, увлажнение, или же поверхность испарения на основании испарения увлажняющей жидкости сухая. Другими словами, на основании определяемых температур, соответственно, температурных градиентов и получаемого из них профиля в направлении течения увлажняющей жидкости можно определять, происходит ли испарение увлажняющей жидкости в достаточной степени и равномерно, или же поверхность испарения смачивается неравномерно увлажняющей жидкостью и даже частично уже высохла. Таким образом, с помощью изобретения возможно опосредованное измерение с помощью технических средств высыхания, соответственно испарения, за счет чего получают регулируемую величину относительно подачи увлажняющей жидкости. Когда, например, подача увлажняющей жидкости выключена или объемный поток подаваемой увлажняющей жидкости уменьшен, то в результате высыхания наблюдается повышение температуры на температурном датчике, который расположен ближе всего к подводу увлажняющей жидкости.
В одном варианте выполнения способа, согласно изобретению, предусмотрено, что для регулирования подаваемого на поверхность испарения объемного потока увлажняющей жидкости сравнивают по меньшей мере две определяемые в один момент измерения в различных положениях температуры или по меньшей мере два определяемых в различных положениях временных температурных градиента подлежащего охлаждению воздуха, соответственно, уже охлажденного и/или увлажненного и прошедшего по поверхности испарения воздуха. На основании сравнения определяемых температур или временных температурных градиентов, которые определяют в направлении течения увлажняющей жидкости, можно простым образом определять, происходит ли испарение, или смачивается ли поверхность испарения достаточно увлажняющей жидкостью.
В другом варианте выполнения способа, согласно изобретению, предусмотрено, что подаваемый на поверхность испарения объемный поток увлажняющей жидкости регулируют при отклонении по меньшей мере двух, определяемых в один момент измерения в различных местах температур или по меньшей мере двух, определяемых в различных положениях температурных градиентов охлажденного и/или увлажненного и прошедшего по поверхности испарения воздуха. В соответствии с этим, изменение температуры или временных температурных градиентов прошедшего над поверхностью испарения воздуха, т.е. уже охлажденного и/или увлажненного воздуха в направлении течения увлажняющей жидкости, сигнализирует, что объемный поток увлажняющей жидкости необходимо регулировать и изменять.
В соответствии со способом, согласно изобретению, подаваемый на поверхность испарения объемный поток увлажняющей жидкости уменьшают, когда определяемые температуры или определяемые временные температурные градиенты подлежащего охлаждению и/или увлажнению и прошедшего по поверхности испарения воздуха по меньшей мере в двух различных положениях в направлении течения увлажняющей жидкости и по существу поперек направления потока подлежащего охлаждению и/или увлажнению воздуха по существу идентичны, или когда определяемые по меньшей мере в двух различных положениях температуры или временные температурные градиенты прошедшего по поверхности испарения воздуха показывают повышение температуры в направлении течения увлажняющей жидкости. Повышение температуры в направлении течения увлажняющей жидкости сигнализирует, что в адиабатном процессе имеется достаточно увлажняющей жидкости, и что можно отказаться от дальнейшей подачи увлажняющей жидкости, соответственно, можно уменьшить объемный поток подаваемой увлажняющей жидкости, что может означать также, что увлажняющая жидкость вообще не подается.
В противоположность этому, подаваемый на поверхность испарения объемный поток увлажняющей жидкости увеличивают, когда определяемые по меньшей мере в двух различных положениях температуры или временные температурные градиенты подлежащего охлаждению и прошедшего по поверхности испарения воздуха показывают повышение температуры против направления течения увлажняющей жидкости. Эта температурная характеристика вдоль направления течения увлажняющей жидкости указывает на то, что происходит высыхание поверхности испарения и в соответствии с этим следует подавать увлажняющую жидкость на поверхность испарения, соответственно, следует увеличивать объемный поток подаваемой на поверхность испарения увлажняющей жидкости.
Для предотвращения ползучего повышения температуры при сравнении определяемых температур, соответственно, температурных градиентов, в другом варианте выполнения изобретения предусмотрено, что в заданном интервале времени увлажняющую жидкость подают с максимальным или повышенным по сравнению с регулируемым объемным потоком объемным потоком на поверхность испарения. Эта мера пригодна также для уменьшения высыхания минералов и других, содержащихся в увлажняющей жидкости, веществ, обызвествления и опасности развития бактерий на поверхности испарения, когда выключается процесс адиабатного охлаждения и/или процесс увлажнения.
Кроме того, в одном варианте выполнения способа, согласно изобретению, предусмотрено, что подлежащий охлаждению воздух увлажняют с помощью увлажняющей жидкости и непосредственно адиабатно охлаждают. Непосредственное увлажнение подлежащего охлаждению воздуха приводит к повышению влажности воздуха. Регулирование объемного потока увлажняющей жидкости используется во взаимодействии с непосредственным адиабатным охлаждением, когда в соответствии с процессом желательна высокая влажность, как, например, в текстильной промышленности или в некоторых лакировальных установках.
Непосредственное адиабатное охлаждение воздуха возможно конструктивно простым образом тем, что поверхность испарения является смачиваемой увлажняющей жидкостью поверхностью контактного увлажнителя, по которой пропускают подлежащий охлаждению воздух.
В качестве альтернативного решения, поверхность испарения может быть выполнена в виде комплекта труб теплообменника типа воздух-жидкость, в котором для адиабатного охлаждения и/или увлажнения переносящую тепло среду, передающую тепло жидкость подают через комплект труб, а подлежащий увлажнению воздух направляют вокруг комплекта труб, при этом при охлаждении наружную поверхность комплекта труб увлажняют увлажняющей жидкостью. За счет увлажнения возникает так называемое переувлажнение в комплекте труб, за счет чего дополнительно высвобождается энергия для охлаждения.
В альтернативном варианте выполнения способа, согласно изобретению, предусмотрено, что подлежащий охлаждению воздух охлаждается опосредованно адиабатно без обмена веществ с увлажняющей жидкостью. Для этого, например, поверхность испарения может быть выполнена в виде части пластинчатого теплообменника типа воздух-воздух, в котором охлаждающий воздух перед его входом в пластинчатый теплообменник типа воздух-воздух увлажняют увлажняющей жидкостью. При этом увлажнение охлаждающего воздуха можно осуществлять с помощью контактного увлажнителя по принципу непосредственного адиабатного охлаждения, так что простым образом можно комбинировать очень эффективные различные концепции охлаждения, а именно, адиабатное непосредственное и опосредованное охлаждение.
Для регулирования всегда имеющегося при увлажнении избыточного количества увлажняющей жидкости в одном варианте выполнения способа предусмотрено, что температуры определяют с помощью соответствующих температурных датчиков, при этом температурные датчики для сравнения определяемых температур перед увлажнением поверхности испарения и адиабатным охлаждением калибруют так, что температурные датчики перед началом увлажнения имеют желаемую разницу температур в направлении течения увлажняющей жидкости. При этом эта установленная заранее разница температур выбрана так, что перед увлажнением и перед адиабатным охлаждением указывается мнимое повышение температуры против направления течения, что означает увеличение объемного потока подаваемой увлажняющей жидкости.
В одном варианте выполнения устройства, согласно изобретению, поверхность испарения может быть смачиваемой увлажняющей жидкостью поверхностью контактного увлажнителя, а охлаждение подлежащего охлаждению воздуха может осуществляться непосредственно адиабатно.
Согласно другому варианту выполнения устройства, согласно изобретению, поверхность испарения выполнена в виде комплекта труб теплообменника типа воздух-жидкость, в котором переносящая тепло среда, соответственно, передающая тепло жидкость протекает через комплект труб, а поток подлежащего охлаждению воздуха проходит вокруг комплекта труб, при этом теплообменник типа воздух-жидкость имеет увлажняющее приспособление, с помощью которого можно смачивать наружную поверхность комплекта труб увлажняющей жидкостью. При этом увлажняющее приспособление может быть выполнено в виде воздухоочистителя, контактного увлажнителя, увлажнителя высокого давления или т.п.
Согласно другому варианту выполнения устройства, согласно изобретению, поверхность испарения выполнена в виде части пластинчатого теплообменника типа воздух-воздух, в котором подлежащий охлаждению воздух обменивается своим теплом с увлажненным перед его входом в пластинчатый теплообменник типа воздух-воздух охлаждающим воздухом опосредованно адиабатно. При этом увлажнение охлаждающего воздуха можно осуществлять, например, с помощью контактного увлажнителя.
Наконец, в другом варианте выполнения устройства, согласно изобретению, предусмотрено, что по меньшей мере два температурных датчика расположены снаружи пластинчатого теплообменника типа воздух-воздух на его стороне выхода для подлежащего охлаждению воздуха. Таким образом, осуществляется опосредованное изменение температуры высыхания, поскольку подлежащий охлаждению воздух при таком выполнении способа не увлажняется.
Понятно, что указанные выше и подлежащие пояснению в последующем признаки можно применять не только в указанных комбинациях, но также в других комбинациях или по отдельности, без выхода за рамки данного изобретения. Рамки изобретения задаются лишь формулой изобретения.
Другие подробности, признаки и преимущества предмета изобретения следуют из приведенного ниже описания приведенных в качестве примера предпочтительных примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг.1 - устройство, согласно изобретению, которое выполнено в виде контактного увлажнителя;
фиг.2 - пример применения, в котором определяемые температуры, соответственно, температурные градиенты подлежащего охлаждению воздуха увеличиваются в направлении течения увлажняющей жидкости;
фиг.3 - пример применения, в котором определяемые температуры, соответственно, температурные градиенты подлежащего охлаждению воздуха увеличиваются против направления течения увлажняющей жидкости;
фиг.4 - другое устройство, согласно изобретению, которое выполнено в виде теплообменника типа воздух-жидкость; и
фиг.5 - еще одно устройство, согласно изобретению, которое выполнено в виде пластинчатого теплообменника типа воздух-воздух.
На фиг.1, 4 и 5 показаны различные устройства, согласно изобретению, для адиабатного охлаждения воздуха, при этом устройство на фиг.1 выполнено в виде контактного увлажнителя 10, устройство на 4 - в виде теплообменника 20 типа воздух-жидкость и устройство на фиг.5 - в виде теплообменника 30 типа воздух-воздух.
Выполненное на фиг.1 в виде контактного увлажнителя 10 устройство, согласно изобретению, имеет поверхность 11 испарения, которая выполнена в виде пористой поверхности 12. Поверхность 12 поверхности 11 испарения смачивается увлажняющей жидкостью, при этом поверхность 11 испарения соединена с увлажняющим приспособлением 13. В увлажняющее приспособление 13 увлажняющая жидкость подается через вход 14. Кроме того, увлажняющее приспособление 13 подает на поверхность 11 испарения увлажняющую жидкость, так что она может смачиваться. Стрелкой 15 на фиг.1 обозначено направление течения увлажняющей жидкости, которое получается в результате действия силы тяжести, при этом поверхность 11 испарения выполнена с возможностью увлажнения и теплообмена с подлежащим увлажнению и охлаждению воздухом. Направление потока подлежащего охлаждению и увлажнению воздуха обозначено на фиг.1 стрелками 16а и 16b. При этом стрелка 16а относится к направлению потока подлежащего охлаждению воздуха перед поверхностью 11 испарения, в то время как стрелка 16b относится к уже охлажденному воздуху, который находится, относительно направления потока подлежащего охлаждению и увлажнению воздуха, после поверхности 11 испарения. Таким образом, стрелка 16b указывает направление потока охлажденного и/или увлажненного воздуха, который уже прошел над поверхностью 11 испарения. Таким образом, подлежащий охлаждению и/или увлажнению воздух направляется по смачиваемой увлажняющей жидкостью поверхности 12 контактного увлажнителя 10, соответственно, проходит по ней. В соответствии с этим, увлажняющая жидкость и подлежащий охлаждению воздух направляются по существу перекрестно, при этом при адиабатном охлаждении поверхность 11 испарения обменивается теплом с подлежащим охлаждению воздухом, так что в этом примере выполнения осуществляется непосредственное адиабатное охлаждение подлежащего охлаждению воздуха, за счет чего влажность подлежащего охлаждению воздуха при охлаждении увеличивается. Таким образом, при адиабатном охлаждении увлажняющая жидкость течет вдоль поверхности испарения, при этом подлежащий охлаждению воздух проходит по поверхности 11 испарения по существу поперек направления течения (стрелка 15 на фиг.1) увлажняющей жидкости. Избыточная увлажняющая жидкость, соответственно, увлажняющая жидкость, которая при теплообмене не испаряется с помощью подлежащего охлаждению воздуха, под действием силы тяжести собирается в сборнике 17 под поверхностью 11 испарения и через слив 18 с помощью не изображенного насоса возвращается в замкнутом контуре обратно к входу 14 увлажняющего приспособления 13, с целью дальнейшего снабжения и смачивания поверхности 11 испарения увлажняющей жидкостью. Предусмотрена возможность регулирования объемного потока увлажняющей жидкости, которая подается на поверхность 11 испарения через увлажняющее приспособление 13, тем, что включается или выключается подача увлажняющей жидкости. В противоположность этому, согласованная с потребностью и возможно непрерывная подача увлажняющей жидкости до настоящего времени не известна, при этом потребность должна определяться степенью испарения увлажняющей жидкости.
Для уменьшения расхода увлажняющей жидкости и/или требуемой насосной мощности для циркуляции увлажняющей жидкости, согласно изобретению предусмотрено, что для регулирования объемного потока увлажняющей жидкости предусмотрены по меньшей мере два температурных датчика 19а и 19b. На фиг.1 схематично показан третий температурный датчик 19с, который не является обязательным и служит лишь для повышения чувствительности обнаружения высыхания, соответственно, испарения. Температурные датчики 19а, 19b и, не обязательно, 19с расположены в направлении течения увлажняющей жидкости (стрелка 15 на фиг.1) и относительно направления потока подлежащего охлаждению воздуха (стрелка 16b на фиг.1) после поверхности 11 испарения в потоке охлажденного и/или увлажненного воздуха.
Для уменьшения расхода увлажняющей жидкости и насосной мощности предназначен способ, описание которого приводится ниже со ссылками на фиг.1, на которой изображен принцип адиабатного процесса на основе контактного увлажнителя 10. Как уже указывалось выше, поверхность 11 испарения смачивают увлажняющей жидкостью. Подлежащий охлаждению и/или увлажнению воздух проходит по существу поперек (стрелка 16а на фиг.1) направления 15 течения увлажняющей жидкости в направлении и по поверхности 11 испарения. После заданного времени увлажнения, в течение которого относительно адиабатного охлаждения поверхность 12 поверхности 11 испарения, как показывает практика, достаточно смачивается увлажняющей жидкостью, уменьшают объемный поток подаваемой через увлажняющее приспособление 13 на поверхность 11 испарения увлажняющей жидкости, при этом уменьшение может содержать также выключение подачи увлажняющей жидкости. Когда уменьшается объемный поток увлажняющей жидкости, то поверхность 11 испарения контактного увлажнителя начинает медленно высыхать, когда подается не достаточно увлажняющей жидкости, соответственно, когда уменьшение подаваемой увлажняющей жидкости является слишком большим. При высыхании непрерывно уменьшается мощность охлаждения процесса, что проявляется в повышенной температуре подлежащего охлаждению воздуха по потоку (стрелка 16b на фиг.1) после поверхности 11 испарения. Другими словами, подлежащий охлаждению и/или увлажнению воздух больше не охлаждается достаточно и имеет после прохождения по поверхности 11 испарения слишком высокую температуру.
Высыхание поверхности 11 испарения начинается в зоне увлажняющего приспособления 13 и продолжается в направлении 15 течения увлажняющей жидкости. С помощью по меньшей мере двух температурных датчиков 19а и 19b можно с помощью технических средств измерять начинающееся высыхание. Можно применять еще другие расположенные в направлении течения увлажняющей жидкости температурные датчики, такие как, например, третий температурный датчик 19с, с целью обеспечения более точного измерения высыхания. В показанном на фиг.1 примере выполнения температурные датчики 19а, 19b, 19с расположены в направлении 15 течения увлажняющей жидкости параллельно поверхности 11 испарения и относительно направления потока подлежащего охлаждению воздуха после (см. стрелку 16b на фиг.1) поверхности 11 испарения. Более абстрактно, после уменьшения объемного потока увлажняющей жидкости, с помощью по меньшей мере двух температурных датчиков 19а, 19b (возможно, еще также 19с) определяют температуры подлежащего охлаждению и проходящего над поверхностью 11 испарения воздуха по меньшей мере в двух различных положениях в направлении 15 течения увлажняющей жидкости параллельно поверхности 11 испарения. В зависимости от определяемых в момент измерения температур затем регулируют объемный поток подаваемой через увлажняющее приспособление увлажняющей жидкости. Для этого сравнивают температуры прошедшего через теплообменник 11 воздуха, которые измеряются с помощью по меньшей мере двух температурных датчиков 19а, 19b (возможно, еще также 19с) в этот момент измерения. За счет высыхания поверхности 11 испарения, которое происходит сначала в зоне увлажняющего приспособления 13, а затем продолжается в направлении 15 течения увлажняющей жидкости, температура температурного датчика 19а будет выше и/или повышается сильнее, чем в температурных датчиках 19b и 19с. При распознавании такого повышения температуры, следует увеличивать объемный поток подаваемой увлажняющей жидкости, с целью противодействия испарению. Затем после увеличения объемного потока, при достаточной подаче увлажняющей жидкости, температура первого температурного датчика 19а падает до уровня температуры последующих и расположенных в направлении 15 течения увлажняющей жидкости температурных датчиков 19b и 19с, что указывает на то, что поверхность 12 поверхности 11 испарения достаточно смачивается увлажняющей жидкостью, и что объемный поток подаваемой на поверхность 11 испарения увлажняющей жидкости можно снова уменьшать.
Другими словами, на основании сравнения измеряемых по потоку после поверхности 11 испарения температур подлежащего охлаждению, соответственно, охлажденного воздуха осуществляется регулирование объемного потока увлажняющей жидкости, при этом регулирование начинается лишь тогда, когда по меньшей мере две измеренные в один момент измерения в различных положениях (т.е. в положениях температурных датчиков 19а и 19b, соответственно, 19с) температуры подлежащего охлаждению и прошедшего по поверхности 11 испарения воздуха отклоняются друг от друга.
BF
1
2
При этом подаваемый на поверхность 11 испарения объемный поток увлажняющей жидкости уменьшается, когда измеренные температуры подлежащего охлаждению и прошедшего по поверхности 11 испарения воздуха по меньшей мере в двух различных положениях в направлении 15 течения увлажняющей жидкости подлежащего охлаждению воздуха являются по существу идентичными, или когда по меньшей мере две измеренные в различных положения температуры подлежащего охлаждению и прошедшего по поверхности 11 испарения воздуха показывают повышение температуры в направлении 15 течения увлажняющей жидкости, поскольку эти условия показывают, что в процессе имеется достаточно увлажняющей жидкости. Этот случай показан в качестве примера в виде графика на фиг.2, где показаны температуры, соответственно, температурные градиенты охлажденного воздуха по потоку после теплообменной поверхности 11 (стрелка 16b) в направлении FR, соответственно, 15 течения увлажняющей жидкости. Можно видеть, что температура повышается от значения T в положении первого температурного датчика 19а до значения Т в положении второго температурного датчика 19b.
1
BF
2
Кроме того, увеличивается объемный поток подаваемой на поверхность 11 испарения увлажняющей жидкости, когда измеренные по меньшей мере в двух различных положениях температуры подлежащего охлаждению и пропущенного по поверхности 11 испарения воздуха показывают повышение температуры против направления 15 течения увлажняющей жидкости, как уже указывалось выше для сценария высыхания. Этот случай показан в качестве примера в виде графика на фиг.3. Как показано на графике, определяемая первым температурным датчиком 19а температура T в направлении FR, соответственно, 15 течения увлажняющей жидкости уменьшается ко второму температурному датчику 19b до значения Т, что указывает на то, что поверхность 11 испарения не достаточно смочена, а высохла. В качестве меры противодействия высыханию повышается объемный поток подаваемой на поверхность 11 испарения увлажняющей жидкости.
Из графиков на фиг.2 и 3 следует, что для регулирования объемного потока подаваемой на поверхность 11 испарения увлажняющей жидкости определяют температурный профиль прошедшего над поверхностью 11 испарения воздуха (потока воздуха, который обозначен на фиг.1 стрелкой 16b), при этом для этого измеряют температуры по меньшей мере в двух различных положениях в направлении 15 течения увлажняющей жидкости и относительно направления потока подлежащего охлаждению воздуха после поверхности 11 испарения, при этом температуры непосредственно задают температурный профиль. В качестве альтернативного решения, можно из определяемых температур, которые измеряются в заданный интервал времени Δt, определять временные температурные градиенты ΔТ, т.е. ΔТ(Δt), из которых затем выводят показанный на фиг.2 и 3 температурный профиль.
1
2
1
2
Таким образом, для регулирования объемного потока подаваемой увлажняющей жидкости можно в качестве альтернативного решения определять также временные температурные градиенты ΔТ(Δt) с помощью температурных датчиков 19а, 19b, 19с. При этом температурные градиенты ΔТ(Δt) отражают сравнение изменения во времени температуры подлежащего охлаждению воздуха по потоку после поверхности 11 испарения. При этом регулирование объемного потока увлажняющей жидкости осуществляется при сравнении температурных градиентов ΔТ(Δt) аналогично поясненному выше сравнению измеряемых температур Т и Т, при этом фиг.2 и 3, а также их описание справедливы также при применении температурных градиентов ΔТ и ΔТ, так что относительно регулирования можно сослаться на приведенное выше описание. Преимущество анализа и оценки временных температурных градиентов ΔТ(Δt) состоит в том, что обеспечивается возможность более быстрого распознавания высыхания и не требуется калибровка относительно друг друга температурных датчиков 19а, 19b, 19с.
За счет непрерывного измерения температур с помощью температурных датчиков 19а, 19b, 19с вдоль направления 15 течения после поверхности 11 испарения и выполняемого на основании этих данных сравнения температур и/или временных температурных градиентов можно затем выполнять указанный выше способ регулирования объемного потока увлажняющей жидкости в течение длительности всего адиабатного процесса охлаждения, при этом показанный на фиг.1 для контактного увлажнителя 10 процесс является непосредственным адиабатным охлаждением.
На фиг.4 показан в качестве примера адиабатный процесс охлаждения на основе теплообменника 20 типа воздух-жидкость, который имеет поверхность 11 испарения, вход 21 для снабжения выполненной в виде комплекта 22 труб (на фиг.4 комплект 22 труб показан в качестве примера лишь схематично) поверхности 11 испарения передающей тепло средой и сток 23 для направляемой через комплект 22 труб передающей тепло среды. Воздух адиабатного процесса охлаждения проходит латерально в и через теплообменник 20 типа воздух-жидкость и при этом обтекает комплект 22 труб, прежде чем воздух затем снова выходит латерально из теплообменника 20 типа воздух-жидкость. Кроме того, в теплообменнике 20 типа воздух-жидкость предусмотрено увлажняющее приспособление 13, с помощью которого при адиабатном охлаждении смачивается наружная поверхность комплекта 22 труб увлажняющей жидкостью, с целью достижения в комплекте 22 труб, соответственно, в теплообменнике 20 типа воздух-жидкость переувлажнения, за счет чего высвобождается еще раз энергия для охлаждения. На основании силы тяжести избыточная увлажняющая жидкость попадает в сборник 17 под поверхностью 11 испарения, прежде чем она через сток 18 с помощью не изображенного насоса возвращается в замкнутом контуре к входу 14 увлажняющего приспособления 13. При этом поток применяемого и увлажненного воздуха проходит так же, как обозначено стрелками 16а и 16b, снова по существу поперек направления 15 течения увлажняющей жидкости через теплообменник 20 типа воздух-жидкость, при этом при адиабатном охлаждении подлежащий увлажнению воздух направляется вокруг комплекта 22 труб. Выполняемый с помощью теплообменника 20 типа воздух-жидкость способ регулирования объемного потока подаваемой увлажняющей жидкости основывается также на измерении температур увлажненного воздуха по потоку после поверхности 11 испарения с помощью по меньшей мере двух температурных датчиков 19а и 19b (и возможно дополнительного третьего температурного датчика 19с) и соответствует указанному выше способу регулирования для контактного увлажнителя, так что можно отказаться от повторения пояснений и сослаться на приведенное выше описание. Показанный на фиг.4 вариант выполнения теплообменника 20 типа воздух-жидкость с протекающей через комплект 22 труб передающей тепло средой можно применять для увлажнения, а также для охлаждения обтекающего комплект 22 труб воздуха, так что передающая тепло среда принимает тепло из воздуха. В качестве альтернативного решения возможно применение, при котором проходящий через теплообменник 20 типа воздух-жидкость воздух хотя и увлажняется, однако воздух забирает тепло из протекающей через комплект 22 труб передающей тепло среды, так что происходит охлаждение передающей тепло среды, и температура увлажненного воздуха повышается. При таком выполнении способа нагретый воздух отводится в окружение.
Другой вариант выполнения устройства, согласно изобретению, показан на фиг.5, которое выполнено здесь в виде пластинчатого теплообменника 30 типа воздух-воздух. При этом поверхность 11 испарения выполнена в виде части пластинчатого теплообменника 30 типа воздух-воздух, при этом охлаждение воздуха в противоположность обоим предыдущим вариантам выполнения происходит опосредованно адиабатно, и увлажнение подлежащего охлаждению воздуха не происходит. Пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух имеет увлажняющее приспособление 13, которое увлажняет поток 31 охлаждающего воздуха перед его входом в пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух с помощью увлажняющей жидкости. Выходящий из пластинчатого теплообменника 30 типа воздух-воздух поток 32 охлаждающего воздуха затем отводится, например, в окружение и больше не принимает участия в процессе охлаждения. В противоположность этому, по-другому поступают с увлажняющей жидкостью, которая увлажняет входящий в пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух поток 31 охлаждающего воздуха. Избыточная увлажняющая жидкость протекает на основании силы тяжести через пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух и попадает на стороне выхода в сборник 17 под пластинчатым теплообменником 30 типа воздух-воздух. Через сток 18 увлажняющую жидкость можно затем либо отводить из системы, соответственно, из устройства, или же с помощью насоса подавать снова в увлажняющее приспособление 13, как уже указывалось выше для других примеров выполнения. Подлежащий охлаждению воздух снова направляется по существу поперек направления 15 течения увлажняющей жидкости (см. стрелки 16а и 16b на фиг.3). При этом для определения степени высыхания измеряются температуры охлажденного воздуха (обозначенный стрелкой 16b на фиг.3 поток воздуха) с помощью температурных датчиков 19а, 19b и возможно 19с по потоку после пластинчатого теплообменника 30 типа воздух-воздух. Таким образом, температурные датчики 19а, 19b и возможно 19с расположены снаружи пластинчатого теплообменника 30 типа воздух-воздух на его стороне 33 выхода для подлежащего охлаждению воздуха, соответственно, для измерения температуры охлажденного воздуха, при этом подлежащий охлаждению воздух по сравнению с обоими предыдущими вариантами выполнения не принимает влаги, поскольку не происходит непосредственный обмен между подлежащим охлаждению воздухом и увлажняющей жидкостью.
В пластинчатом теплообменнике 30 типа воздух-воздух теплообмен происходит опосредованно адиабатно между подлежащим охлаждению воздухом и потоком 31 охлаждающего воздуха, который перед его входом в пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух увлажняется с помощью увлажняющей жидкости. При этом избыточная, не принятая потоком 31 охлаждающего воздуха увлажняющая жидкость протекает вдоль вертикального направления 15 течения через пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух и улавливается на стороне выхода сборником 17. Регулирование объемного потока увлажняющей жидкости через увлажняющее приспособление 13 происходит так же, как уже указано в обоих других вариантах выполнения, так что подробное описание способа не приводится во избежание повторов. Вместо этого делается отсылка на описание первого варианта выполнения контактного увлажнителя 10, где приведено очень подробное описание отдельных стадий способа регулирования объемного потока увлажняющей жидкости.
Следует отметить, что под устройством (контактный увлажнитель 10, теплообменник 20 типа воздух-жидкость и пластинчатый теплообменник 30 типа воздух-воздух) понимается в смысле изобретения система по меньшей мере из поверхности 11 испарения, увлажняющего приспособления 13 и сборника 17, которые взаимодействуют с целью адиабатного охлаждения воздуха.
Выше приведено описание адиабатного процесса для первого примера выполнения в виде контактного увлажнителя 10, который состоит из внутренней увлажняемой структуры. Для улучшения испарения воды, соответственно, увлажняющей жидкости, поток подлежащего охлаждению воздуха направляется над структурой, соответственно, поверхностью 12 контактного увлажнителя 10. Вода, соответственно, увлажняющая жидкость, которая служит для увлажнения, вводится через вход 14 и увлажняющее приспособление 13 в структуру и протекает через нее вниз под действием силы тяжести. Для предотвращения обызвествления структуры, соответственно, поверхности 12, увлажнение осуществляется с избытком воды. Избыточная вода, соответственно, избыточная увлажняющая жидкость вытекает из контактного увлажнителя 10 и теряется для процесса. Увлажненный элемент, соответственно, увлажненная поверхность 12, которая представляет поверхность 11 испарения, принимает воду, соответственно, увлажняющую жидкость за счет своей большой поверхности 12 и поверхностного напряжения воды и/или за счет своей пористой структуры, и накапливает ее.
Когда подача воды, соответственно, подача увлажняющей жидкости на подлежащий увлажнению элемент, который представляет поверхность 11 испарения, выключается или уменьшается подаваемый объемный поток увлажняющей жидкости, то элемент на основании накопленной увлажняющей жидкости начинает медленно высыхать, и мощность охлаждения устройства непрерывно уменьшается. Это уменьшение мощности охлаждения проявляется в более высоких температурах после адиабатного процесса. Высыхание начинается в направлении 15 течения увлажняющей жидкости в зоне увлажняющего приспособления 13 (подачи воды) и продолжается в направлении 15 течения увлажняющей жидкости в элементе. С помощью нескольких температурных датчиков 19а, 19b, 19с, при этом необходимы по меньшей мере два температурных датчика и они расположены в направлении 15 течения увлажняющей жидкости относительно направления потока подлежащего охлаждению воздуха после поверхности 11 испарения, можно измерять высыхание с помощью технических средств. Различают по меньшей мере между верхним температурным датчиком (19а) и нижним температурным датчиком (19b). Можно применять еще другие температурные датчики 19с в направлении 15 течения увлажняющей жидкости, с целью обеспечения возможности более точного измерения высыхания.
За счет этого опосредованного измерения высыхания получают величины регулирования для включения и выключения подачи воды (увлажняющей жидкости), соответственно, для регулирования циркуляционного потока воды. Когда выключают подачу увлажняющей воды или уменьшают ее объемный поток, то на ближайшем к месту увлажнения температурном датчике 19а (т.е. в зоне увлажняющего приспособления 13) повышается сначала температура за счет высыхания. При распознавании этого повышения температуры по сравнению со следующим в направлении 15 течения температурным датчиком 19b или 19с, делается вывод о начале высыхания увлажненного элемента. При распознавании такого повышения температуры, необходимо открывать подачу воды или увеличивать циркуляционный поток воды. После определенного времени температура первого температурного датчика 19а в месте увлажнения понижается до уровня температуры следующего температурного датчика 19b или 19с, и элемент снова полностью увлажнен. Выключение подачи воды, соответственно, подачи увлажняющей жидкости или уменьшение потока воды, соответственно, объемного потока увлажняющей жидкости, можно снова осуществлять, и процесс регулирования можно снова выполнять указанным выше образом.
Наряду с указанным сравнением температур между температурными датчиками 19а, 19b, 19с, возможно также сравнение изменения температур во времени для регулирования количества увлажняющей воды, соответственно, объемного потока увлажняющей жидкости. Эти температурные градиенты используются аналогично указанному выше способу. Преимуществом температурных градиентов является более быстрое распознавание высыхания, и не требуется калибровка друг с другом температурных датчиков 19а, 19b, 19с. Температурные датчики 19а, 19b, 19с могут быть расположены также в (перекрестном) теплообменнике типа воздух-воздух на не смачиваемой стороне подлежащего охлаждению воздуха.
Выше была представлена система регулирования для адиабатного охлаждения воздуха, которая работает с помощью температурных датчиков 19а, 19b, 19с, которые расположены в направлении 15 течения увлажняющей воды, соответственно, увлажняющей жидкости на стороне выхода воздуха контактного увлажнителя 10 или увлажняемого теплообменника 20 типа воздух-жидкость или на не увлажняемой стороне воздуха перекрестного теплообменника 30 типа воздух-воздух (опосредованное измерение). Регулировочная система служит для уменьшения избыточного стекающего объемного потока воды или насосной мощности в системе циркуляции воды. Процесс регулируется относительно расхода увлажняющей воды (расхода увлажняющей жидкости) или циркуляционной насосной мощности в зависимости от состояния воздуха тем, что вода, соответственно, увлажняющая жидкость на входе 14 в адиабатный процесс выключается и включается или регулируется объемный поток воды.
После сравнения температур ближайшего к входу воды температурного датчика (верхнего температурного датчика 19а) и следующего в направлении 15 течения увлажняющей воды температурного датчика (например, нижнего температурного датчика 19b или среднего температурного датчика 19с), в случае их расхождения включается или выключается подача воды через вход 14 или регулируется объемный поток циркуляционной воды.
Когда температура ближайшего к подводу 13 воды температурного датчика 19а на увлажненном элементе (т.е. поверхности 11 испарения) в адиабатном процессе больше температуры следующего температурного датчика 19b или 19с, то происходит высыхание увлажненного элемента, и необходимо включать подачу воды, соответственно, увлажняющей жидкости через вход 14 или же увеличивать объемный поток циркуляционной воды.
Если температура ближайшего к входу воды (входу 14) температурного датчика 19а в адиабатном процессе ниже или равна температуре следующего температурного датчика 19b или 19с, то в адиабатном процессе имеется достаточное количество увлажняющей воды/жидкости и можно выключать подачу воды, соответственно, увлажняющей жидкости через вход 14, или же уменьшать количество, соответственно, объемный поток увлажняющей жидкости.
1
2
За счет калибровки температурных датчиков 19а, 19b и возможно 19с, можно достигать определенной разницы температур между температурными датчиками 19а, 19b, 19с, за счет чего можно регулировать количество избыточной воды, соответственно, увлажняющей жидкости. Другими словами, для регулирования всегда имеющегося при увлажнении избыточного количества увлажняющей жидкости, можно выполнять калибровку температурных датчиков 19а, 19b для сравнения определяемых температур Т, Т перед увлажнением поверхности 11 испарения и адиабатным охлаждением так, что температурные датчики 19а, 19b перед началом увлажнения имеют желаемую разницу температур в направлении 15 течения увлажняющей жидкости. При этом эта установленная заранее и желательная разница температур между температурными датчиками 19а, 19b выбрана так, что перед увлажнением и перед адиабатным охлаждением указывается мнимое повышение температуры против направления 15 течения, что означает необходимость увеличения объемного потока подаваемой увлажняющей жидкости. Когда затем начинается адиабатный процесс охлаждения и предусмотренное для этого увлажнение, то предварительно установленная и желательная разница температур обеспечивает, что всегда имеется определенный избыток увлажняющей жидкости и оказывается противодействие высыханию содержащихся в воде веществ на поверхности 11 испарения.
В соответствии со способом, после сравнения температурных градиентов ближайшего к подаче воды (входу 14) температурного датчика 19а (верхнего температурного датчика) и следующего в направлении 15 течения увлажняющей воды температурного датчика 19b или 19с, при их различии включают или выключают подачу увлажняющей воды, соответственно, увлажняющей жидкости через вход 14, или же регулируют и уменьшают объемный поток циркуляционной воды.
Когда температурный градиент ближайшего к подаче воды на увлажняемый элемент (поверхность 11 испарения) температурного датчика 19а в адиабатном процессе больше температурного градиента следующих температурных датчиков 19b или 19с, то происходит высыхание увлажненного элемента (поверхности 11 испарения), и необходимо включать подачу воды/увлажняющей жидкости через вход 14 или увеличивать объемный поток циркуляционной воды.
Если температурный градиент ближайшего к подаче воды (входу 14) температурного датчика 19а в адиабатном процессе меньше или равен температурному градиенту следующих температурных датчиков 19b или 19с, то в адиабатном процессе имеется достаточное количество воды/увлажняющей жидкости, и необходимо выключать подачу увлажняющей жидкости через вход 14 или уменьшать ее объемный поток.
Для предотвращения ползучего повышения температуры из сравнения температурных градиентов, включают в течение устанавливаемого времени подачу воды или выполняют увлажнение с помощью максимально возможного потока воды.
Кроме того, для уменьшения высыхания минералов и других содержащихся в воде, соответственно, увлажняющей жидкости веществ в увлажняемом элементе, после выключения адиабатного процесса охлаждения продолжают подачу увлажняющей воды на подлежащий увлажнению элемент в течение устанавливаемого времени и после этого выключают.
Во всех показанных вариантах выполнения и возможных их модификациях можно осуществлять регулирование объемного потока подаваемой увлажняющей жидкости с помощью соответствующих клапанов для включения и выключения или соответствующих регулировочных клапанов для регулирования объемного потока, например, в увлажняющем приспособлении 13, или же с помощью насоса с регулируемой скоростью вращения. Кроме того, можно в течение заданного интервала времени подавать увлажняющую жидкость с максимальным объемным потоком на поверхность 11 испарения, с целью предотвращения высыхания минералов или обызвествления на поверхности 11 испарения после окончания адиабатного процесса охлаждения. Однако предусмотренная в течение заданного интервала времени подача с максимальным объемным потоком увлажняющей жидкости может служить также для предотвращения ползучего повышения температуры при сравнении температурных градиентов.
Применяемое в смысле изобретения в приведенном выше описании и в формуле изобретения для обозначения способа и устройства выражение «регулирование объемного потока увлажняющей жидкости» имеет одинаковое значение с выражением «регулирование влажности воздуха», при этом регулирование осуществляется в каждом случае в рамках адиабатного процесса охлаждения, в котором применяется воздух, для которого должно обеспечиваться достаточное увлажнение. Способ, согласно изобретению, а также подходящее для реализации способа устройство, служат для увлажнения применяемого при адиабатном охлаждении воздуха в зависимости от начинающегося высыхания поверхности испарения с помощью подаваемого на поверхность испарения объемного потока.
Указанное изобретение не ограничивается, естественно, поясненными и показанными вариантами выполнения. Очевидно, что в показанных на чертежах вариантах выполнения можно выполнять многочисленные, понятные для специалистов в данной области техники изменения в соответствии с предполагаемым применением, без выхода за объем изобретения. При этом к изобретению относится все указанное в описании и/или показанное на чертежах, включая то, что является очевидным для специалистов в данной области техники в отклонение от конкретных примеров выполнения.