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间接 热交换器

阅读：303发布：2020-05-08

专利汇可以提供间接热交换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供改进的间接热交换器，其由多条盘管回路组成，每条盘管回路由间接换热部分管道直段或板组成。每根管道直段或板具有其几何形状的至少一个变化，也可以从回路的入口前进到出口在其几何形状方面具有逐渐变化。沿着回路长度在几何形状方面的变化允许外部气流、内部传热系数、内部流体侧压降、横截面面积和传热表面积的同时平衡，以优化传热。，下面是间接热交换器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种间接热交换器(450)，包括顶部间接热交换器(400)和底部间接热交换器(500)，所述顶部间接热交换器(400)位于所述底部间接热交换器(500)的上方，所述顶部间接热交换器(400)和底部间接热交换器(500)中的每一个都包括多条盘管回路，每条盘管回路包括回路管道，所述回路管道以一系列直管段和回弯头从每条盘管回路的入口端延伸到每条盘管回路的出口端，
所述顶部间接热交换器(400)具有连接到所述顶部间接热交换器(400)的每条盘管回路的入口端的入口集管(402)和连接到所述顶部间接热交换器(400)的每条盘管回路的出口端的出口集管(404)，
所述底部间接热交换器(500)具有连接到所述底部间接热交换器(500)的每条盘管回路的入口端的入口集管(502)和连接到所述底部间接热交换器(500)的每条盘管回路的出口端的出口集管(504)，
其中，所述顶部间接热交换器(400)的出口集管(404)经由连接管子(520)连接到所述底部间接热交换器(500)的入口集管(502)，
与所述顶部间接热交换器(400)的回路管道的所述直管段相比，所述底部间接热交换器(500)的回路管道的直管段具有减小的水平横截面尺寸和增大的竖直横截面尺寸。
2.根据权利要求1所述的间接热交换器，其中，间隙(552)分隔所述顶部间接热交换器(400)和底部间接热交换器(500)，所述间隙(552)在高度上大于一英寸。
3.根据权利要求1所述的间接热交换器，其中，在所述顶部间接热交换器(400)和底部间接热交换器(500)之间设有直接热交换部分(554)，所述直接热交换部分(554)的高度至少是一英寸。
4.根据权利要求1所述的间接热交换器，其中，在所述顶部间接热交换器(400)和底部间接热交换器(500)之间设有辅助喷射部分(556)。
5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，其中，所述顶部间接热交换器(400)的回路管道的所述直管段是具有相同直径的大致圆形的直管段。
6.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，其中，所述底部间接热交换器(500)的直管段的竖直横截面尺寸与水平横截面尺寸的比率相同并且大于1.0。
7.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，其中，所述顶部间接热交换器(400)的直管段和所述底部间接热交换器(500)的直管段都是椭圆形的，所述顶部间接热交换器(400)的直管段的长轴和短轴的比率小于所述底部间接热交换器(500)的直管段的长轴和短轴的比率。
8.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，其中，所述底部间接热交换器的所述盘管回路的数量比所述顶部间接热交换器的所述盘管回路的数量少。
9.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，其中，
其中每根回路管道直管段的竖直横截面尺寸与每根回路管道直管段的水平横截面尺寸的第一比率存在于每条盘管回路的入口端附近，而每根回路管道直管段的竖直横截面尺寸与每根回路管道直管段的水平横截面尺寸的第二比率存在于每条盘管回路的出口端附近，并且其中第二比率大于第一比率。
10.根据权利要求9所述的间接热交换器，
其中第一比率介于1.0和2.0之间，并且第二比率大于第一比率但小于6.0。
11.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，
其中每根回路管道由镀锌钢、不锈钢、铝或铜组成。
12.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，
其中每个单独回路管道直管段在回弯头之间具有均匀的水平横截面尺寸和均匀的竖直横截面尺寸，并且其中回路管道直管段的水平横截面尺寸越接近每条盘管回路的出口端越小，而所述回路管道直管段的竖直横截面尺寸越接近每条盘管回路的出口端越大。
13.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，
其中每根回路管道回弯头的横截面是圆形的。
14.根据权利要求1-4中的任何一项所述的间接热交换器，
其中当连接到入口集管时在每条盘管回路的入口端处的每根回路管道直管段的横截面是圆形的。

说明书全文

间接热交换器

技术领域

[0001] 本发明涉及热交换器，更具体地说，涉及由多条管道直段回路组成的间接热交换器。

发明内容

[0002] 每条回路由具有多根管道直段和多个回弯头的管道构成。每根管道从其到入口集管的连接件附近至其与出口集管的连接件附近可以具有相同的表面积。然而，管道直段的几何形状随着管道直段从入口延伸到出口集管附近而改变。在一种情况下，管道直段的水平横截面尺寸随着管道直段延伸到出口集管附近而减小。水平横截面尺寸的这种减小可以从入口集管附近到出口集管附近而逐渐变化，或者每根盘管直段可以具有均匀的横截面尺寸，其中管道直段的至少一个水平横截面尺寸越接近出口集管越小。

[0003] 特别地，提供了一种间接热交换器，其包括多条回路，其中入口集管连接到每条回路的入口端，而出口集管连接到每条回路的出口端。每条回路由一根直通管组成，该直通管以一系列直段和回弯头而从每条回路的入口端延伸到每条回路的出口端。在这些实施例中，管道直段可以具有回弯头，也可以是一根没有回弯头的长直管，例如具有蒸汽冷凝器盘管的长直管。每根回路直通管在每条盘管回路的入口端附近具有预先选择的水平横截面尺寸，并且每根回路直通管随着回路管道从每条回路的入口端附近延伸到每条盘管回路的出口端附近而具有减小的水平横截面尺寸。

[0004] 所呈现的实施例在入口集管附近的第一直段中以在水平横截面尺寸或横截面面积方面较大的管道几何形状开始，然后从入口到出口并且通常沿气流方向在管道直段的水平横截面尺寸方面具有减小或扁平化(至少一次)。在冷凝器中逐渐扁平化的一个关键优点是内部横截面面积需要在最浓蒸气进入管道直段的情况下变成最大面积。这通过减少内侧压降而使气体进入管道直段内，以允许更多蒸气进入管道直段。水平管道直段横截面尺寸的减小或管道沿气流方向的扁平化与现有技术的热交换器相比获得了更多优点。首先，减小了的突出面积减小了阻力系数，其对气流具有较低的阻力，从而允许更多空气流动。除了气流增益之外，对于冷凝器，当制冷剂被冷凝时，由于制冷剂从开头端(气-低密度)向结束端(液-高密度)前进，所以很少对内部横截面面积有需要，因此当流体从入口流动到出口时有利于减少内部横截面面积，以允许较高的内部流体速度，进而允许较高的内部传热系数。对于冷凝器和流体冷却器，尤其是具有较低内部流体速度的流体冷却器，也是如此。在所示的一个实施例中，管道开始可以是圆形的，并且几何形状对于每组两根管道直段而逐渐流线化。决定多少根管道直段具有更加流线化的形状和水平横截面尺寸的减小以及需要减少多少是在期望的气流改善量、期望的内部传热系数量、制造难度以及可允许的内管侧压降之间进行平衡。

[0005] 覆盖间接热交换器的典型管道直段直径范围为1/4”至2.0”，但这不是对本发明的限制。当管道直段以大内部横截面面积开始，然后逐渐被扁平化时，对于给定的管道直径，管道的周长进而其表面积在任何扁平化比率下基本保持不变，同时内部横截面面积逐渐减小，并且在间接热交换器外部的气流中的突出面积也减小。扁平型管道的一般形状可以是椭圆形、具有一个或两个对称轴的卵圆形、扁平卵圆形或任何流线型形状。确定每次通过的性能和压降优势的关键指标是椭圆的长(竖直)边与最短(水平)边的比率。圆形管道将具有1:1的比率。扁平化的程度通过增大两边的比率来表示。本发明涉及范围从1：1至6：1的比率，以提供最佳性能折衷。每个间接热交换器管道直段的最佳最大椭圆比率取决于盘管内的工作流体、期望的空气侧性能增益量、内部流体速度的期望增量和内部传热系数的增量、盘管操作条件、可允许的内管侧压降以及盘管的期望几何形状的可制造性。在理想情况下，所有这些参数将得到平衡，以满足客户的确切需要来优化系统性能，从而最小化能耗和耗水量。

[0006] 扁平化进程的粒度是本发明的重要方面。在一个极端情况下是这样一种设计，其中扁平化量沿每条回路的多根直管或管道直段的长度逐渐增大。这可以通过内置到管道制造过程中的自动辊系统来实现。具有较小颗粒度的类似设计将涉及至少一个阶梯减小，使得每条回路的一根或多根直管或管道直段将具有相同级别的扁平化。例如，一种设计可以具有没有任何扁平化的第一管道直段(例如圆形管道的情况)，而接下来的三条回路管道直段将具有一个级别的压缩因子(扁平度)，并且最后四根直管将具有另一个级别(更高程度)的压缩因子。最小粒度的设计将使得圆形管道的一根或多根直管或管道直段被简单级别的扁平型管道的一根或多根直管或管道直段跟随。这可以通过一组辊来实现，也可以通过向顶部盘管提供圆形管和向底部盘管提供椭圆形或扁平型管道来实现。制造不同管几何形状的另一种手段是冲压变形的管道形状并将板焊接在一起，如在4,434,112所发现的那样。不久以后很可能通过3D 打印机设计并生产具有精确几何结构的热交换器，以优化本发明所提出的传热。

[0007] 可以通过在管道研磨和弯管过程之间添加自动辊来与管道制造过程一起实现管道直段扁平化。作为替代，扁平化过程可以作为具有压制操作的单独步骤在弯管已经发生之后来实现。所呈现的实施例可应用于任何常见的热交换器管道材料，最常见的是镀锌碳钢、铜、铝和不锈钢，但该材料不是对本发明的限制。

[0008] 既然管道回路可以逐渐扁平化来减小水平横截面尺寸，那么现在可以极大地致密管道直段回路，而不会堵塞外部空气流。因此，所提出的实施例允许间接热交换器管道回路的“极端致密”。美国专利6,820,685中所描述的方法可以用于在U形弯管的重叠区域中提供凹陷区域，以在需要时局部地减小回弯头处的直径。此外，本领域技术人员将能够以期望的扁平化比率来在直通管中制造回弯头，并且这不是对本发明的限制。

[0009] 制造几何形状的改变的另一种方法是采用顶部和底部间接热交换器。顶部热交换器可以由全圆形管道制成，而底部热交换器可以制成有更流线型的形状。这节省了传热表面积，同时增大了整体空气流量并减小了内部横截面面积。制造几何形状的改变的另一种方法是使用顶部和底部间接热交换器。顶部热交换器可以由全圆形管道制成，而底部热交换器可以制成与顶部盘管相比减少了回路。这降低了传热表面积，同时增大了总体空气流量并减小了内部横截面面积。只要顶部和底部盘管具有几何形状或回路数量的至少一个变化，间接热交换系统就将符合本实施例。

[0010] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后随着直通管从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以减小阻力系数并允许更多外部气流。

[0011] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后随着直通管从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以允许最低密度的流体(蒸气)以非常小的压降进入管道直段，以使内部流体流速最大化。

[0012] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后随着直通管从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以允许极端的管道回路致密化而不会堵塞外部气流。

[0013] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后随着直通管从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以沿内部流体流动路径的方向增大内部流体速度并增大内部传热系数。

[0014] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后随着直通管在冷凝器上从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以利用以下事实：当蒸气冷凝时，需要很小的横截面面积，从而导致较高的内部传热系数，并且具有更多气流，因而具有更大容量。

[0015] 本发明的一个目的是以大内部横截面面积的管道直段开始，然后通过平衡客户对所需容量和容许的内部流体压降的需求，随着直通管在冷凝器上从入口前进到出口而逐渐减小管道直段的水平横截面尺寸，以定制满足和超越客户期望的间接换热器设计。

[0016] 本发明的目的是沿着回路路径改变回路直通管的几何形状至少一次，以允许同时平衡外部气流、内部传热系数、横截面面积和传热表面积，来优化传热。

[0017] 本发明的一个目的是沿着回路路径改变板型盘管的几何形状至少一次，以便同时平衡外部气流、内部传热系数、横截面面积和传热表面积，来优化传热。附图说明

[0018] 在附图中：

[0019] 图1是包括一系列蛇形管道的现有技术的间接热交换器的侧视图；

[0020] 图2A是根据本发明的第一实施例的间接热交换器的端视图；

[0021] 图2B是根据本发明的第二实施例的间接热交换器的端视图；

[0022] 图3是根据本发明的第一实施例的间接热交换器的一条回路的侧视图；

[0023] 图4A是根据本发明第三实施例的间接热交换器的端视图；

[0024] 图4B是根据本发明的第四实施例的间接热交换器的端视图；

[0025] 图5是根据本发明的第五实施例的间接热交换器的端视图；

[0026] 图6是根据本发明第六实施例的两个间接热交换器的端视图；

[0027] 图7A是根据本发明第七实施例的两个间接热交换器的端视图；

[0028] 图7B是根据本发明第八实施例的两个间接热交换器的端视图；

[0029] 图7C是根据本发明第九实施例的两个间接热交换器的端视图；

[0030] 图8是根据本发明的第十实施例的两个间接热交换器的端视图；

[0031] 图9是根据本发明第十一实施例的间接热交换器的三维视图；

[0032] 图10A、图10B和图10C是本发明的第十一实施例的局部透视图；

[0033] 图11A是本发明第十二实施例的间接热交换器的端视图；以及

[0034] 图11B是本发明的第十二实施例的三维视图。

具体实施方式

[0035] 现在参考图1，现有技术的蒸发冷却盘管产品10可以是闭回路冷却塔或蒸发冷凝器。这些产品中的两种是众所周知的，并且可以利用在环境条件或低负载允许时断开的喷射泵12在蒸发模式下湿润操作、在混合模式下部分湿润操作，也可以干燥操作。泵12从冷水槽11接纳最冷的冷却蒸发喷射流体(通常为水)，并将其泵送到主喷水集管19，在那里水从喷嘴或喷孔17排出以在间接热交换器14上分布水。喷水集管19和喷嘴17用于在间接热交换器14的顶部之上均匀分布水。当在间接热交换器14的顶部之上分布最冷的水时，马达21旋转风扇22，该风扇22引导或拉动环境空气通过入口百叶窗13，向上通过间接热交换器14，然后通过用于防止漂移离开该单元的漂移消除器20，然后将热空气吹送到环境中。空气通常沿逆流方向流向下落的喷射水。虽然图1示出了引导或拉动空气通过该单元的轴向风扇22，但实际风扇系统可以是将空气移动通过该单元的任何风格的风扇系统，所述空气包括但不限于相对于喷射的大致逆流、横流或平行流形式的被引导和强制的小气流。此外，马达21可以是如图所示的皮带驱动器、齿轮驱动器，也可以被直接连接到风扇。间接热交换器14被示出为具有连接到入口集管24的入口连接管15和连接到出口集管25的出口连接管16。入口集管24连接到多个蛇形管道回路的入口，而出口集管25连接到多个蛇形管道回路的出口。蛇形管道直段与回弯头部分18连接。回弯头部分18可以连续地被形成到称为蛇形管道直段的回路，也可以焊接在管道直管段之间。应当理解，过程流体方向可以反转以优化传热，而不限于所呈现的实施例。还应当理解，蛇形间接热交换器中的回路数量和管道直段的条数或排数不限于所呈现的实施例。

[0036] 现在参考图2A，间接盘管100是根据本发明的第一实施例的。图2A示出了实施例100的八条回路和八个直管或管排。间接热交换器100具有入口集管102和出口集管104，并且由管道直段106、107、108、109、110、111、112和113组成。管道直段106和107是一对具有相同几何形状的圆形管道并且具有等效的管道直径101。管道直段108和109是与管道直段对
106和107相比而具有不同几何形状的另一对管道，其具有已经相对于圆形管道直段106和
107减小了水平尺寸D3并增大了竖直尺寸D4的等效形状。D4与D3的比率通常大于1.0且小于
6.0。此外，如图所示，间接热交换器管道直段108和109可以沿着其长度具有均匀的D4与D3的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D4与D3的比率。一对管道直段110和111也具有不同的几何形状并且具有相对于管道直段108和109具有减小了的水平尺寸D5和增大了的竖直尺寸D6的等效形状。D6与D5的比率通常大于1.0、小于6.0并且还大于D4与D3的比率。此外，管道直段110和111可以如图所示地沿其长度具有均匀的D6与D5的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D6与D5的比率。一对管道直段112和113也具有不同的几何形状并且具有相对于管道直段110和111具有减小了的水平尺寸D7和增大了的竖直尺寸D8的等效形状。D8与D7的比率通常大于1.0、小于6.0并且还大于D6与D5的比率。此外，管道直段112和113可以如图所示沿其长度具有均匀的D8与D7的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D8与D7的比率。管道直段106连接到间接热交换器100的入口集管102，而管道直段113连接到出口集管104。在优选实施例布置中，管道在入口处是圆形的，具有1.0的竖直与水平管道直段尺寸比率，并且在出口附近逐渐扁平化达到接近3.0的竖直与水平管道直段尺寸比率。水平与竖直尺寸比率的实际限制介于用于圆形管道的1.0与可高达的6之间。在本第一实施例中应当理解，随着竖直与水平管道直段尺寸比率增大，管道直段变得更扁平、更流线化，这允许更多的气流，同时保持内部和外部表面积恒定。应当注意，在第一实施例中，水平尺寸从管道直段的入口到出口逐渐减小，同时竖直尺寸从入口到出口逐渐增大。应该进一步理解，管道形状可以作为圆形开始并且如图所示那样逐渐变扁平，可以作为扁平形开始并且逐渐变得更扁平化或者以流线型开始并变得更加流线型。当处理椭圆形状时，B/A比率通常大于1并且分别指长轴和短轴。应当进一步理解，第一管道直段可以是B/A比率接近1.0的椭圆形，并且从入口到出口逐渐增大B/A椭圆率。应当理解，第一实施例示出了从第一到最后的管道直段逐渐减小的水平尺寸和逐渐增大的竖直尺寸，并且初始形状(无论是圆形、椭圆形还是流线型)不是实施例的限制。应当进一步理解，每两个直管可以具有如图所示的相同管道形状，或者整根管道可以逐渐被扁平化或流线化。决定如何制造间接热交换器回路是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内管侧压降之间进行平衡。

[0037] 现在参考图2B，间接盘管150是根据本发明的第二实施例的。图2B示出了实施例150的八条回路和八个直管或管排。间接热交换器150具有入口集管102和出口集管104，并且由管道直段106、107、108、109、110、111、112和113组成。图2B中的管道直段106和107不像图2A中那样是圆形的，而是它们是具有初始水平尺寸D1和初始竖直尺寸D2的一对管道直段。管道直段108和109是与管道直段对106和107相比具有不同几何形状的另一对管道，其具有相对于圆形管道直段106和107具有减小了的水平尺寸D3和增大了的竖直尺寸D4的等效形状。D4与D3的比率通常大于1.0且小于6.0，并且D4与D3的比率通常大于D2与D1的比率。
此外，如图所示，间接热交换器管道直段108和109可以沿着其长度具有均匀的D4与D3的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D4与D3的比率。一对管道直段110和111也具有不同的几何形状并且具有相对于管道直段108和109的减小了的水平尺寸D5和增大了的竖直尺寸D6的等效形状。D6与D5的比率通常大于1.0、小于6.0并且还大于D4与D3的比率。此外，管道直段110和111可以如图所示沿其长度具有均匀的D6与D5的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D6与D5的比率。一对管道直段112和113也具有不同的几何形状并且具有相对于管道直段
110和111具有减小了的水平尺寸D7和增大了的竖直尺寸D8的等效形状。D8与D7的比率通常大于1.0、小于6.0并且还大于D6与D5的比率。此外，管道直段112和113可以如图所示沿其长度具有均匀的D8与D7的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D8与D7的比率。管道直段106连接到间接热交换器100的入口集管102，而管道直段113连接到出口集管104。在一种布置中，管道在入口处开始几乎是圆形的，具有接近1.0的竖直与水平管道直段尺寸比率，并且逐渐扁平化在出口附近达到接近3.0的竖直与水平管道直段尺寸比率。水平与竖直尺寸比率的实际限制介于在用于圆形管道的1.0与可高达的6之间。在本第二实施例中应当理解，随着竖直与水平管道直段尺寸比率增大，管道直段变得更扁平、更流线化，这允许更多的气流，同时保持内部和外部表面积恒定。应当注意，在该第二实施例中，水平尺寸从管道的入口到出口逐渐减小，而竖直尺寸从入口到出口逐渐增大。应该进一步理解的是，与以圆形管道开始的图2A所示的第一实施例相比，管道形状可以以稍微扁平型开始，然后如图所示地逐渐扁平化，或者以流线型开始并变得更加流线化。当处理椭圆形状时，B/A比通常大于1并且分别指长轴和短轴。应当进一步理解，第一管道直段可以是B/A比接近1.0的椭圆形，并且从入口到出口逐渐增大B/A椭圆率。应当理解，第二实施例示出了从第一到最后的管道直段而逐渐减小的水平尺寸和逐渐增大的竖直尺寸，并且初始形状(无论是圆形、椭圆形还是流线型)不是实施例的限制。应当进一步理解，每两个直管可以具有如图所示的相同管道形状，或者整根管道可以逐渐扁平化或流线化。决定如何制造间接热交换器回路是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内管侧压降之间进行平衡。

[0038] 现在参考图3，根据侧视图示出了来自图2的第一实施例的回路103，以便了解每条回路如何被构造。管段106、107、108、109、110、111、112和113也根据横截面图AA示出。管道直段106和107通常是圆形管道并且具有等效的管道直径101。管段106具有将其连接到管道直段107的圆形U形弯管120。管道直段107利用转换件115连接到管道直段108。转换件115在一端上作为圆形开始，而且在另一端上转换成具有D4与D3的比率的形状。转换件115可以简单地根据模具压制或铸造、挤出，也可以是通常被焊接或钎焊到管道直段中的配件。当管道经过蛇形弯曲操作时，转换件115也可以压制进入管道中。形成转换件115的方法不是对本发明的限制。圆形U形弯管120可以形成为嵌套到下一个回弯头，使得间接热交换器中的回路数量可以如6,820,685中所教导的那样被致密化。也可以在管道直段正在被弯曲并且在每根管道直段处呈现将在整条盘管回路中为变化回弯头形状的一般形状的同时，机械地扁平化U形弯管120。前面的讨论对于转换件115、116和117是相同的。管道直段108和109具有等效且减小了的水平尺寸D3和增大了的竖直尺寸D4。D4与D3的比率通常大于1.0且小于6.0。此外，盘管管道直段108和109可以如图所示地沿其长度具有均匀的D4与D3的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D4与D3的比率。管道直段110和111具有等效且减小了的水平尺寸D5和增大了的竖直尺寸D6。D6与D5的比率通常大于1.0、小于6.0并且也大于D4与D3的比率。此外，管道直段110和111可以如图所示地沿其长度具有均匀的D6与D5的比率，或沿其长度具有均匀增大的D6与D5的比率。管道直段112和113具有等效和减小了的水平尺寸D7和增大了的竖直尺寸D8。D8与D9的比率通常大于1.0、小于6.0并且也大于D6与D5的比率。此外，管道直段112和113可以如图所示地沿其长度具有均匀的D8与D7的比率，或者沿其长度具有均匀增大的D8与D7的比率。

[0039] 现在参考图4A，间接热交换器200是根据本发明的第三实施例的。实施例200具有八条回路和八个直管或管道直段。实施例200在回路直通管内在水平尺寸方面具有至少一个减小，而在竖直尺寸方面至少具有一个增大。间接热交换器200分别具有入口集管202和出口集管204，并且由具有直管段206、207、208、209、210、211、212和213的盘管组成。应当注意，管道直段206、207、208和209具有等效管道直径201。实施例200还具有管道直段210、211、212和213，每根管道具有等效的水平横截面尺寸D3和等效的竖直横截面尺寸D4。D4与D3的比率通常大于1.0、小于6.0并且竖直尺寸D4大于管道直径201，而水平尺寸D3小于管道直径201。在第三实施例的一种布置中，第一比率为大于等于1.0且小于2.0(其等于关于圆形管道的1.0)，而第二比率大于第一比率但小于6.0。值得注意的是，在图4A的第三实施例中，随着回路直通管从入口延伸到出口，每根回路管道直管段具有至少一次几何形状的变化。如图6和图7所示，决定多少根管道直段已经如何来减小了水平横截面尺寸是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内管侧压降之间进行平衡，并且不是对本发明的限制。

[0040] 现在参考图4B，间接热交换器250是根据本发明的第四实施例的。实施例250具有八条回路和八个直管或管道直段。实施例250在回路直通管内在水平尺寸方面具有至少一个减小，而在竖直尺寸方面具有至少一个增大。间接热交换器250分别具有入口集管202和出口集管204，并且由具有直管段206、207、208、209、210、211、212和213的盘管组成。应当注意，与图4A所示的实施例不同，其在第一直管或排中以圆形管道开头，实施例250具有管道直段206、207、208和209，每个这样的管道直段具有等效的水平横截面尺寸D1和等效的竖直横截面尺寸D2。D2与D1的比率通常大于1.0并且小于6.0。实施例250还具有管道直段210、211、212和213，每个这样的管道直段具有等效的水平横截面尺寸D3和等效的竖直横截面尺寸D4。D4与D3的比率通常大于1.0、小于6.0并且通常大于D2与D1的比率。在第四实施例的一种布置中，第一比率(D2/D1)大于或等于1.0且小于2.0(如图所示，D2/D1大于1.0)，而第二比率(D4/D3)大于第一比率但小于6.0。值得注意的是，在图4B的第四实施例中，随着回路直通管从入口延伸到出口，每根回路管道直管段具有至少一次几何形状的变化。决定多少根管道直段已经减小了水平横截面尺寸是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内管侧压降之间进行平衡，并且不是对本发明的限制。

[0041] 现在参考图5，间接热交换器300是根据本发明的第五实施例的。实施例300具有八条回路和八个直管或管道直段，其中每对管道直段具有不同直径并且具有从入口管道直段306到出口管道直段313而逐渐更小的直径。实施例300分别具有入口集管302和出口集管
304并且由具有管道直段306、307、308、309、310、311、312和313的盘管组成。应当注意，一对管道直段306和307具有直径D1，管道直段308和309具有管道直径D2，管道直段310和311具有管道直径D3，而管道直段312和313具有管道直径D4。应当注意，从入口管道直段306到出口管道直段313具有逐渐变小的管道直段直径，并且D1>D2>D3>D4。可以使每根管道直段具有不同直径，或者在管道回路直段之内管道直段直径只能有一次变化，并且这两者仍然符合第五实施例。这些管道在第五实施例中被示出为圆形，但每根管道也可以被扁平化或流线化以提供甚至更多气流，并且实际的几何形状不是对本发明的限制。决定多少管道直段具有不同直径是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内管侧压降之间进行平衡。不同直径的管道直段可以通过焊接或钎焊而联接在一起，通过缩紧管接而联接在一起，通过在较大直径管道之内滑动较小直径管道然后钎焊而联接在一起，也可以机械地紧固。连接具有不同直径的管道直段的方法不是对本发明的限制。第五实施例在横截面面积方面具有一个减小，在管道表面积方面有一个减小，而在外部气流方面具有一个增大。

[0042] 现在参考图6，第六实施例450示出为具有至少两个间接热交换器400和500。实施例450具有顶部间接热交换器400和底部间接热交换器500，其中顶部间接热交换器400具有八条回路和四个直管或管道直段，而底部间接热交换器500也具有八条回路和四个直管或管道直段。顶部间接热交换器400定位在底部间接热交换器500的顶上，使得存在用于实施例450的整个间接热交换器的总共有八条回路和八个直管或管道直段。顶部间接盘管400具有入口集管402和出口集管404并且由具有相同直径465的大致圆形管道直段的管道直段406、407、408和409组成。应当理解，管道406、407、408和409是四个直管并且包括间接盘管
400的八条回路中的一个，并且盘管由未被示出的U形弯管连接。底部间接热交换器500具有入口集管502和出口集管504，并且由管道直段510、511、512和513组成。底部间接热交换器
500中的管道直段全部具有相同的D2与D1的比率，其通常大于1.0、小于6.0并且竖直尺寸D2大于顶部间接管道直段直径465。应当理解，管道直段510、511、512和513是四个直管且包括间接热交换器500的八条回路之一，并且管道直段由未示出的U形弯管连接。应当进一步理解，底部间接热交换器500中所示的所有管道具有大致相同的扁平型管道形状和相同的D2与D1的比率。如图所示，顶部间接热交换器出口集管404经由连接管子520连接到底部间接热交换器500的入口集管502。作为替换，入口集管402和502可以并行连接在一起，并且出口集管404和504可以并行连接(未示出)。注意，底部间接热交换器500可以替代地采用比顶部间接热交换器400管道直段的更小直径的管道或简单更流线化的管道形状，并且仍然符合第六实施例。顶部间接热交换器400用圆形管道示出，但如图4B所示，顶部间接部分400中的管道可以以比底部间接热交换部分500更小的扁平化形状开始，并且仍然符合第六实施例。
顶部和底部间接热交换器管道直段也可以全部是椭圆形的，顶部间接热交换器管道直段B/A比率小于底部间接热交换器管道直段B/A比率，并且仍然符合第六实施例。决定顶部和底部间接热交换器之间的几何形状差异是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内部管侧压降之间进行平衡。

[0043] 现在参考图7A、7B和7C，分别示出了第七、第八和第九实施例。为了进一步提高图6所示的第六实施例450的热交换效率，在图7A中示出具有间隙552的第七实施例550，该间隙552分隔顶部间接热交换器400和底部间接热交换器500。间隙552在高度上大于一英寸，以通过允许流动空气和通常向下流动的喷射水之间的直接接触来允许对喷射水的更多雨区冷却。进一步提高图6的第六实施例450的热交换效率的另一种方法是在顶部间接热交换部分400和底部间接热交换部分500之间添加直接热交换部分554，如图7B中的第八实施例560所示。在高度上至少一英寸处添加直接部分554，通过在气体流动与大体上正在向下流动的喷射水之间允许直接热交换，允许间接热交换部分400和500之间的喷射水冷却。为了实现图6所示的第六实施例450的混合操作模式，如图7C中的第九实施例570所示，在顶部间接热交换部分400和底部间接热交换部分500之间添加辅助喷射部分556。添加辅助喷射部分556允许底部间接热交换器500当顶部热交换部分400可以干燥运行时湿润操作，从而节省水并增加混合操作模式。

[0044] 现在参考图8，其示出了具有至少两个间接热交换器600和700的第十实施例650。实施例650具有顶部间接热交换器600，其具有八条回路和四个直管或管道直段。然而，请注意，与顶部间接热交换部分600相比，底部间接热交换器700具有回路数量方面的减少。在这种情况下，底部间接部分700具有六条回路，而顶部间接部分600具有八条回路。顶部间接热交换器600位于底部间接热交换器700的顶上，使得存在总共有八根管道直段，但注意到水平管道突出的减小通过改变回路的数量从而改变突出管道在气流方向上的几何形状来实现。顶部间接部分600和底部间接部分700之间的几何形状的这种变化分别降低了总管道横截面面积，减小了总管道传热表面积，同时增大了外部气流。顶部间接热交换部分600具有入口集管602和出口集管604，并且由具有相同直径665的大体圆形管道的管道直段606、
607、608和609组成。应当理解，管道直段606、607、608和609是四个直管并且包括间接热交换部分600的八条回路之一，并且管道直段通过未示出的回弯头连接。底部间接热交换部分
700具有入口集管702和出口集管704并且由管道直段710、711、712和713组成，所有管道直段710、711、712和713都大致具有通常与管道直段直径665相同的直径的相同直径765的圆形管道直段。应当理解，管道直段710、711、712和713是四个直管并且包括间接热交换器700的六条回路之一，并且管道直段通过未示出的回弯头连接。如图所示，顶部间接热交换器出口集管604经由连接管子620连接到底部间接热交换器700的入口702。作为替代，入口集管
602和702可以并行地连接在一起，并且出口集管604和704可以并行地连接(未示出)。注意，顶部间接热交换部分600和底部间接热交换部分700可以分别采用相同的管道形状，无论是圆形、椭圆形、扁平形还是流线型的。底部热交换部分700中的回路的减少是在第十实施例
650中减小水平突出管道几何形状以增大空气流量、增大内部流体速度和内部传热系数的方法。决定所使用的几何形状以及在顶部和底部间接热交换器部分之间的回路数量的差异是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内部管侧压降之间进行平衡。如图7A、7B和7C所示，在如何进一步提高包括两个间接热交换器部分的第六实施例的热交换效率方面，可以用第十实施例来实现相同效果，在第十实施例中顶部间接热交换器600和底部间接热交换器700可以通过添加如图7A所示的大于1英寸的间隙或通过添加如图7B所示的直接热交换部分来分离。为了向第十实施例添加混合操作模式，可以如图7C所示那样在两个间接热交换器600和700之间添加辅助喷射部分。

[0045] 现在参考图9，第十一实施例770被示出为空气冷却式蒸汽冷凝器。蒸汽集管772将蒸汽馈送到管道直段774。管道直段774通过包括焊接和烘箱钎焊的各种技术紧固到蒸汽集管772和冷凝物收集集管779，并且不是对本发明的限制。波浪翅片804通过诸如焊接和烘箱钎焊的各种技术紧固到管道直段774上，并且不是对本发明的限制。波浪翅片804的目的是允许热量从管道传导到翅片再到流动空气流。当蒸汽冷凝在管道直段774中时，水冷凝物被收集在冷凝物收集集管779中。风扇马达776旋转风扇777以迫使空气通过蒸汽冷凝器波浪翅片804。风扇面板775封闭离开风扇777的加压空气，使其必须退出通过波浪翅片804。存在多个平行的管道直段回路774，并且为示出管道直段774和波浪翅片804的几何形状变化的细节，为了清楚起见，在图10A、10B和10C中示出了在虚线800内示出的两条回路。

[0046] 现在参考图10A、10B和10C，重新绘制来自图9的第十一实施例770，以示出图10A中的两根管道直段，而图10A是来自图9的管子直段774的详细视图。应当注意，管道直段774没有回弯头而是一根长直管。管道直段的长度通常为几英尺到一百英尺，并且不是对本发明的限制。管道直段回路774仅被示出有现在具有管道直段774和波浪翅片804的许多(数百个)重复的平行管道直段中的两个。波浪翅片804通常安装到管道直段802的每一侧，并且用于增大从被迫通过波浪翅片804的空气的传热，以间接地冷凝在管道直段774内的蒸汽。管道直段774在顶部具有圆形内部横截面(在蒸汽连接处具有最大内部横截面面积)，具有图10C中所示的直径865。管道直段774然后从顶部到底部逐渐扁平化，使得水平横截面尺寸D5小于直径865，并且D6与D5的比率通常大于1且小于6。在以非圆形(例如微直管)开始的情况下，该比率可以向上增大到20.0。该实施例的关键是几何形状从顶部到底部的变化，并且可以是在底部附近比在顶部更流线化的任何形状，并且不限于扁平形状。介于管道直段774之间的距离可以在顶部看到为838，而底部处可以看到更宽的尺寸840。波浪翅片804的宽度在顶部为850，而在底部的宽度为852。波状翅片804的这种逐渐变宽允许在从顶部向下前进到底部时在管之间具有更多的接触面积，而在从顶部到底部行进时具有更多的翅片式表面积，这增大了对管道直段的总体传热774。参考为了清楚起见而移除了翅片804的图10C，可以看出，管道直段774在顶部是具有直径865的圆形，并且以宽度D5和长度D6而扁平化。如以所有其他实施例所讨论那样，逐渐扁平化可以以每隔几英尺具有一均匀扁平化尺寸的步骤来进行，或者管道直段可以沿图10C所示的其整个长度具有均匀增大的长度与宽度的比率(在底部示出为D6与D5)。与现有技术相比，图10的第十一实施例有多个改进。首先，内部横截面面积在待冷凝的蒸气进入管内的顶部处为最大。这允许进入的低密度气体以较低压降、较高流速而流动。随后蒸汽冷凝，因为在流路中存在具有蒸气和冷凝物的更稠密流体并且几何形状变化允许最佳地使用传热表面积，因此减少了对内部横截面面积的需求。此外，在每根管道直段的顶部和底部处的外部和内部表面积相同，但随着水平横截面尺寸逐渐减小，随着管道直段逐渐变平，需要更多的气流。此外，相对于气流路径的减小了的横截面尺寸增大了内部流体速度和内部传热系数，同时允许更多的外部气流，这增大了凝结更多蒸气的能力。另一个优点在于，如果需要，随着管道直段被扁平化，波浪翅片可以在宽度和长度上均匀地增大，并且随着从尖端延伸至管道直段的底部，翅片与管接触面积增大，从而增大向管道的传热。

[0047] 现在参考图11，本发明的第十二实施例的端视图和3D视图示出为950。间接热交换部分950由间接热交换板952组成，其中在闭回路冷却塔或蒸发冷凝器中，将蒸发水喷射在板的外侧上，并且空气也被传递到板的外侧上以间接冷却或凝结内部流体。入口板集管951允许流体进入板的内部并且退出热953允许板内的流体退回到该过程。特别值得注意的是，板之间的中心线顶部间距954和中心线底部间距954是均匀的并且大致相等，而外部板间空隙间隔956有意地小于空气间距957。因此，该板具有从邻近入口端到邻近出口端减少厚度的锥形形状。平板几何形状的这种改变实现了在所有其他实施例中示出的许多相同的益处。在第十二实施例950中，基本上具有相同的传热表面积、从入口(顶部)到出口(底部)的内部横截面面积的逐渐减小和在顶部处的与底部处的957相比的逐渐变大的空气间隙956，其随着从顶部到底部行进而允许更多气流，增大内部流体速度，并且增大内部传热系数。决定所使用的几何形状和在顶部和底部间接板式热交换器部分之间的渐进气隙是在期望的气流改善量、制造难度和可允许的内部板侧压降之间进行平衡。

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