[0002] 本申请要求2011年7月29日提交的美国实用新型
专利申请序列No.13/194,364的优先权，该申请要求2010年7月30日提交的美国临时申请序列No.61/369,489的优先权，这些申请的全部公开内容通过参引的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本公开整体上涉及工业的、平面线圈的、气冷式
热交换器系统，并且更具体地，涉及用于有机
朗肯循环（ORC）发电设备的气冷式冷凝器系统。
背景技术
[0004] 热发电设备常规地利用朗肯（Rankine）
蒸汽循环以产生电
力。尽管多种
修改已经在实际应用中使用以用于改进系统的性能，但是图1a中图示的基本郎肯循环100为其中
工作流体经历至少四个阶段的封闭
热力学循环：在
蒸发器102中通过吸收热量104蒸发，在膨胀器106例如
涡轮机中膨胀以驱动发
电机108以生成电力，在冷凝器热交换器110中热交换以释放热量并且将工作流体从蒸气冷凝为液体，以及
泵吸112以将液体的压力从冷凝压力（较低压力）增大到
蒸发器压力（较高压力）。朗肯蒸汽循环中的工作流体为
水。ORC系统采用与郎肯蒸汽循环相同的原理。这两个系统之间的不同在于通常与低温热源一起使用的ORC系统使用有机工作流体而不是水。工作流体的选择取决于热源属性、工作流体的热力学性质和操作条件。
[0005] 热量104可以来自于多个来源。在常规的发电设备中，热量104从
煤或其他
燃料的燃烧供给。可选地，热量可以由核反应产生。最近，热量可以由超热流体例如由从地热库中捕获的蒸汽或卤水供给。
[0006] 多年来已经制造常规的气冷式热交换器例如气冷式冷凝器以用于在蒸汽发电设备中使用。这种气冷式热交换器通常采用A-形
框架风格结构，其中一系列风扇迫使空气向上通过以A形结构安装的两束冷凝器线圈（如图1f中所示）。对于在ORC发电设备中使用的气冷式冷凝器而言，
现有技术已经利用平面冷凝器线圈束，其中多个紧密联接的风扇专用于每个冷凝器线圈束，正如图1b、图1c、图1d和图1e中图示的。这些ORC气冷式冷凝器利用单个单元的工厂制造的模
块，该模块包括支承单个热交换器线圈束12的框架10和通过
增压室16流体连接到线圈束上的一个或多个风扇14。如所示，风扇平台通常被支承在冷凝器线圈束的下方并且使用鼓风气流推动空气通过线圈束。风扇也可以位于热交换线圈束的上方并且以抽风构型将空气抽吸通过线圈束。在鼓风或抽风的任一种构型中，由于框架通常为结构
钢，冷凝器线圈包括金属翅片管和加压室通常由重规格钢构造，因此这些单个单元模块很重。设计和制造材料选取为部分地耐受用于这些工厂构建风扇/线圈模块的运输振动力。此外，如图1b中具体所示，一个/多个风扇的直径限制为不大于冷凝器线圈束的宽度，使得冷凝器线圈束和一个/多个风扇可以作为组装单元进行运输。此外，一个/多个风扇设置为紧密地靠近冷凝器线圈束以便最大限度地减小组件的高度和宽度以用于运输，并且风扇堆叠通常为方形边且较短，使得它们提供很小的空
气动力效率。另外，每平方英尺的线圈表面面积的空气量（线圈面速度）通常较高，以便最大限度地减小用于冷却所需的线圈表面积并且由此最大限度地减小所需的风扇数目。尽管这些高速度降低成本并且改进所排放的热空气的“
排放量”以便减小再循环空气的量，但是这种高速度也施加了较高的风电成本。通常，多个这些基本独立的模块通过较重的I型钢梁结构联接到一起且支承为高于地面以便容许足够的空气流动循环。显著地，如图1d中所示，这导致对很多风扇的需求，特别是由于每个风扇通常紧密联接到其所服务的冷凝器线圈束上。更具体地，图1d图示了现有技术的30个并排的线圈束，每个束在其宽度上仅具有单个风扇而在其长度上具有三个风扇。该具体示例可以具有大约14英尺的束宽度和60英尺的长度，而每个束具有3个风扇。该示例示出了用于大约60英尺*420英尺的总地面尺寸的总共30个束。在任意情况下，这种风扇通常由带18驱动，本领域的技术人员将理解的是，带18需要大量的维护以在不同的操作条件下保持正确的张紧并且必须被定期更换。在抽风构型中，
马达20通常利用介于带18与风扇14之间的两个中间
轴承安装在线圈的下方。这些轴承为维护
费用的另一来源以满足所推荐的润滑时间表。此外，如图1e中图示，其中示出了以20mph
通风的现有技术冷却器阵列的模块化排放增压室的正视图，当来自系统的热输出空气被容易地抽回且再循环时，一个/多个风扇经由短的增压室与冷凝器线圈的接近导致效率低下。这种系统减小了线圈的热交换能力，甚至当考虑到在紧密联接设计中通常使用的相当高的面速度（以上提及）时。
[0007] 最近，这些常规的气冷式冷凝器已经同样在ORC发电设备中使用。但是，本领域的技术人员将理解，ORC发电设备通常具有比常规的蒸汽发电设备甚至更大的
热管理需求，由此需要更大的气冷式热交换系统。由此，随着对于这些工业系统的热管理需求的继续增长，现有技术的缺点变为甚至更显著和放大。作为示例，地热发电设备具有甚至更大的热管理需求，考虑到从地热库中
抽取的
地热流体的
过热性质。在这种设备中，工作流体可以为从地热库中获取的地热蒸汽和/或卤水。用于地热发电设备的气冷式冷凝器系统可能需要10,000至50,000平方英尺的冷凝器束以满足发电设备的冷却需求。利用现有技术的体积大的维护密集系统来运输、构造和维护这种巨大系统不是最佳的解决方案。
[0008] 因此，期望的是提供用于在工业应用中移除大量热量的改进的气冷式热交换器系统，所述系统减小空气再循环的可能，同时减小所述系统所需的资本成本和风扇功率。还期望的是减小穿过这种系统的线圈的空气的面速度，而同时改进系统的总效率。
发明内容
[0009] 这些和其它目的通过本发明的系统实现，其中，设有用于工业废热管理系统的气冷式冷凝器系统，所述冷凝器系统包括设置为将风扇和至少两个并排的冷凝器束水平地支承高于地面的支承结构。所述系统的每个风扇安装到至少两个冷却器束的上方并且设置为将空气流抽吸穿过所述两个冷凝器束。优选地，增压室结构设置在每个风扇与其对应的至少两个冷凝器线圈之间。所述增压室结构由轻质外皮形成以防止除了通过所述冷凝器束的所述线圈以外的空气进入。所述增压室的高度选取为将所述风扇的外部空气流与所述冷凝器束断开，从而维持在用于所述冷凝器束的空气进口与所述风扇的空气出口之间的间隔，由此最大限度地减小再循环。所述支承结构优选地基本包括桁架构件，所述桁架构件形成梁、柱和对
角部件以便以并排关系支承所述冷凝器束，并且类似地提供用于所述风扇单元和所述增压室的支承。如所述的支承结构以及增压室为轻质的并且由此容许在工业中心现场地组装所述系统。所述增压室和风扇设计容许比现有技术所实现的在所述风扇与所述冷凝器束的所述线圈之间的更大的空间间隔。此外，这种间隔容许更大风扇直径的更少风扇（相对于现有技术），所述风扇将利用多个热交换器线圈束内部空气流流体联接。
[0010] 在一个
实施例中，如上所述的气冷式冷凝器系统与有机郎肯循环（ORC）发电设备相结合地使用。总的ORC系统包括：泵，其可操作以增大在液体有机工作流体中的压力；蒸发器，其流体联接到所述泵上并且可操作以向所述有机工作流体供给热量；膨胀器系统，例如
涡轮机和发电机，其联接到所述蒸发器上并且可操作以使得所述有机工作流体膨胀并且产生有用的
电能或机械功；以及热交换器，其联接到所述膨胀器上并且可操作以将热量从所述有机工作流体中释放，其中，所述热交换器包括气冷式冷凝器系统，所述气冷式冷凝器系统具有设置为将风扇和至少两个并排冷凝器束水平地支承为高于地面的支承结构。所述系统的每个风扇安装到至少两个冷凝器束的上方并且设置为将空气流抽吸穿过所述两个冷凝器束。增压室结构设置在每个风扇与其对应的至少两个冷凝器束之间以维持在所述风扇与所述冷凝器束之间的预定间隔。
[0011] 在另一实施例中，如上所述的用于ORC系统的气冷式冷凝器系统与地热发电设备相结合地使用。总的地热发电设备利用地热卤水以将热量从地热卤水中直接释放。所述ORC系统包括气冷式冷凝器系统，所述气冷式冷凝器系统具有设置为将风扇和至少两个并排冷凝器束水平地支承为高于地面的支承结构。所述系统的每个风扇安装到至少两个冷凝器束的上方并且设置为将空气流抽吸穿过所述两个冷凝器束。增压室结构设置在每个风扇与其对应的至少两个冷凝器束之间以维持在所述风扇与所述冷凝器束之间的预定间隔。
[0012] 在另一实施例中，如上所述的用于ORC系统的气冷式冷凝器系统与地热发电设备相结合地使用。总的地热发电设备包括：分离器，其将地热蒸汽与地热液体例如卤水分离；蒸汽涡轮机，所述地热蒸汽被引导通过所述蒸汽涡轮机；以及一个或多个ORC系统，其联接到所述蒸汽涡轮机排气和/或地热卤水上并且可操作以将热量从所述地热蒸汽和/或地热卤水中释放。所述ORC系统包括气冷式冷凝器系统，所述气冷式冷凝器系统具有设置为将风扇和至少两个并排冷凝器束水平地支承为高于地面的支承结构。所述系统的每个风扇安装到至少两个冷凝器束的上方并且设置为将空气流抽吸穿过所述两个冷凝器束。增压室结构设置在每个风扇与其对应的至少两个冷凝器束之间以维持在所述风扇与所述冷凝器束之间的预定间隔。
附图说明
[0013] 图1a为图示了郎肯循环动力系统的实施例的示意图。
[0014] 图1b为现有技术的气冷式冷凝器系统的冷凝器束和风扇构型的俯视图。
[0015] 图1c为图1b的现有技术的气冷式冷凝器系统的侧视图。
[0016] 图1d图示了现有技术的30个并排的线圈束，每个束在其宽度上仅具有单个风扇而在其长度上具有三个风扇。
[0017] 图1e图示了以20mph的通风进行操作的用于现有技术的气冷式系统的循环模式。
[0018] 图1f图示了用于蒸汽发电设备的现有技术的气冷式冷凝器。
[0019] 图2a为图示了用于本发明的气冷式冷凝器系统的支承结构的实施例的立体图。
[0020] 图2b为图示了图2a的支承结构的实施例的正视图。
[0021] 图2c为图示了图2a的支承结构的实施例的侧视图。
[0022] 图2d为图示了图2a的支承结构的实施例的俯视图。
[0023] 图3a为图示了与图2a、图2b、图2c和图2d的支承结构一起使用的风扇和风扇罩的实施例的侧视图。
[0024] 图3b为图示了图3a的风扇和风扇罩的实施例的俯视图。
[0025] 图3c为图示了图3a的风扇和风扇罩的实施例的剖视侧视图。
[0026] 图4a为图示了与图2a、图2b、图2c和图2d的支承结构以及图3a、图3b和图3c的风扇一起使用的冷凝器束的实施例的立体图。
[0027] 图4b为图示了图4a的冷凝器束的实施例的侧视图。
[0028] 图4c为图示了图4a的冷凝器束的实施例的正视图。
[0029] 图5a为图示了用于操作气冷式冷凝器系统的方法的实施例的
流程图。
[0030] 图5b为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的冷凝器束的实施例的立体图。
[0031] 图5c为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的冷凝器束的实施例的正视图。
[0032] 图5d为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的冷凝器束的实施例的侧视图。
[0033] 图5e为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的冷凝器束的实施例的立体图，其中外皮联接到支承结构上（但是为了清楚起见，端部外皮被去除）。
[0034] 图5f为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的冷凝器束的实施例的立体图，其中外皮联接到支承结构上。
[0035] 图5g为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图3a、图3b和图3c的多个风扇以及图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的立体图，其中外皮联接到支承结构上。
[0036] 图5h为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图3a、图3b和图3c的多个风扇以及图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的剖视侧视图，其中外皮联接到支承结构上。
[0037] 图5i为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图3a、图3b和图3c的多个风扇以及图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的正视图，其中外皮联接到支承结构上。
[0038] 图5j为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图3a、图3b和图3c的多个风扇以及图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的剖视俯视图，其中外皮联接到支承结构上。
[0039] 图5k为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图3a、图3b和图3c的多个风扇以及图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的剖视俯视图，其中外皮联接到支承结构上而支承框架联接到风扇中的一个上。
[0040] 图5l为图示了由图2a、图2b和图2c的支承结构支承的图4a、图4b和图4c的多个冷凝器束的实施例的侧视图，其中三个冷凝器束流体联接到一个风扇上。
[0041] 图6a为本发明的气冷式冷凝器系统的立体图。
[0042] 图6b为用于本发明的气冷式系统的模拟空气再循环的端视图。
[0043] 图6c为用于本发明的气冷式系统的模拟空气再循环的立体图。
[0044] 图7a图示了集成有本发明的气冷式冷凝器系统的ORC发电设备。
[0045] 图7b图示了集成有本发明的气冷式冷凝器系统的地热ORC发电设备。
具体实施方式
[0046] 本发明的一个方面为用来支承风冷式冷凝器系统的风扇和冷凝器束（bundle）的轻质结构。如本文所用，束用来指代布置为承载待冷却工作流体的一个或多个线圈的集合或面板。首先参照图2a、图2b、图2c和图2d，这种支承结构200被图示。支承结构200包括多个桁架构件202。如本文所用，桁架为包括利用直线和/或弯曲构件构造的一个或多个三角形单元的结构，这些构件的端部在接头或
节点处相连。尽管由本发明构想的是任意类型的桁架，包括平面桁架和三维或空间框架桁架，但是在图示实施例中，每个桁架构件202为平面桁架。支承结构200在图2b中图示为具有侧部或腿部桁架204、上部桁架206和下部或中间桁架208。如在图2a和图2b中最佳可见的，支承结构200的多个腿部桁架204、上部桁架206和下部桁架208通过多个梁210结合到一起。
[0047] 更具体地，侧部（或腿部）桁架204每个具有远端部204a和从所述远端部204a延伸的直线部分204b。尽管并非必须，侧部桁架204也可以包括从所述直线部分204b延伸的弧形部段204c。本领域的技术人员将会理解，弧形部段204c仅仅为一个优选实施例并且侧桁架204可以仅仅包括直线部分204b。在任意情况下，腿部桁架204的相应上端部通过在弧形部段204c的端部之间延伸的上部桁架206结合。中间桁架208设置为从位于腿部桁架204上的部段在腿部桁架204延伸，所述部段优选地在远端部204a与弧形部段204c的端部之间延伸，正如在图2b中图示的，但是在任意情况下，上部桁架206与中间桁架208间隔开
选定的距离（以便容许空气增压室的形成，如下文所述）。多个中间桁架构件208通过多个梁210联接到一起并且保持为彼此间隔开的取向，使得冷凝器束支承结构212被限定在任意两个中间桁架构件208之间。类似地，多个上部桁架206和在多个上部桁架206之间延伸的多个梁210形成风扇支承框架214。尽管桁架构件202已经描述和图示为具有特定的结构，但是本领域的技术人员将理解，桁架构件202可以具有不同的结构（例如，不同于平面桁架，空间框架桁架）并且可以以不同的方式联接到一起而不偏离于本公开的范围。
[0048] 同样，尽管描述了用于轻质支承结构200的具体形状，但是本领域的技术人员将理解，部件的具体取向并非旨在限制。例如，支承结构200不需要具有弧形部段204c。相反，利用多个基本相似的、轻质桁架构件来构造支承系统以用于工业气冷式冷凝器以及冷凝器束和风扇的具体布置代表本发明的一个新的方面。本文所述的支承结构容许相对简单的、成本有效的、现场制造气冷式冷凝器系统，从而最大限度地减少了资本支出。考虑到地热发电设备的尺寸需求，这是特别重要的，地热发电设备可能需要若干英亩的冷凝器束以满足发电设备的需要。
[0049] 现在参照图3a、图3b和图3c，风扇300被图示。风扇300包括风扇壳体（也称为风扇罩或风扇环）302，风扇壳体302具有顶边缘302a、与顶边缘302a相对设置在风扇壳体302上的底边缘302b、以及在顶边缘302a与底边缘302b之间延伸的
侧壁302c。风扇300具有直径D，其优选地为风扇壳体302的直径。在实施例中，直径D为至少12英尺。在另一实施例中，直径D为至少20英尺。风扇构件腔体304由侧壁302c限定并且设置在顶边缘
302a、底边缘302b和侧壁302c之间。在图示实施例中，侧壁302c的轮廓被设计来提供通过风扇壳体302的气动气流，并且本领域的技术人员将认识到，多种不同的轮廓和总壳体形状可以被使用而不偏离于本公开的范围。风扇构件308至少部分地设置在风扇构件腔体
304内。风扇构件308具有与风扇壳体302（并且由此风扇300）的直径大致相同的直径。
风扇构件308包括安装到毂307上的一个或多个
风扇叶片305，毂307联接到由马达306驱动的
主轴309上。优选地，风扇为
直接驱动式风扇，使得马达306直接联接到主轴309上，并且由此比带式驱动式风扇需要更少的维护。在可选实施例中，
齿轮箱（未示出）可以设置在马达与主轴之间，使得主轴309经由齿轮箱联接到马达306的
输出轴上。在实施例中，马达306为变频驱动马达，其可操作以改变风扇构件308的速度。风扇300的顶边缘302a对应于用于风扇（和用于整体空气冷却系统）的空气出口，而风扇的底边缘302b对应于用于风扇的空气进口。优选地，在顶边缘302a与底边缘302b之间的距离为至少3英尺。较大的风扇导致
定心在管的长度上的较高护罩。这种几何形状具有增大从护罩的顶部的边缘到进入气冷式冷凝器系统的最近点的竖直间隔和水平间隔的双重益处。此外，相信速度恢复圆筒（例如风扇壳体302）减小所需的风扇马力。
[0050] 在一个优选实施例中，每个风扇以小于250RPM进行操作并且具有大于25马力的功率输出和大于15英尺的直径，这种操作参数是基于对于
覆盖多于一个冷凝器束的风扇的空气运动的优选体积而确定。在另一优选实施例中，每个风扇以大约110RPM进行操作并且具有大约90马力的功率消耗和大约30英尺的直径D。
[0051] 现在参照图4a、图4b和图4c，冷凝器束（也被称为冷凝器面板或冷凝器
管束或面板）400被示出。冷凝器束400包括从接头402延伸的一个或多个线圈或管401。冷凝器管束400具有顶表面402a、底表面402b、近端部402c、远端部402d、和一对侧面402e和402f；表面402a、b、端部402c、d和侧面402e、f从而限定用于线圈401的范围或界线。在实施例中，冷凝器束400的特征在于为在侧表面402e与402f之间的最短距离的宽度W和为在端部
402c、d之间的最短距离的长度L。在一个优选实施例中，宽度W为至少大约10英尺。在一个优选实施例中，长度L为至少大约40英尺。在一个优选实施例中，长度L为至少大约60英尺。在另一优选实施例中，束长度L大于40英尺而束宽度W大于8英尺。本领域的技术人员将理解，前述尺寸的冷凝器束对于由本发明构想的工业废热移除是必要的。就此而言，这种尺寸的冷凝器束必须被轻易地和容易地支承，这是本文所述的桁架为本发明的一个方面的原因。
[0052] 接头402可以包括与管或线圈401流体连通的多个进口和出口404。在实施例中，在冷凝器束领域中已知的多个其他结构可以被包括或者形成冷凝器束400的一部分但是为了讨论的清楚起见而被省略。在一个实施例中，例如，束400包括多个线圈或管401，优选地基本沿着冷凝器束400的长度纵向延伸。在另一实施例中，线圈401可以设有外部安装于其上的翅片。在又一实施例中，具有流体流动端口的第二接头可以设置在束400的远端部402d处并且附接到线圈上以容许在它们之间的流体连通。冷凝器束400的底表面402b对应于用于束（并且用于总的气冷式系统）的空气进口，而冷凝器束400的顶表面402a对应于用于束的空气出口。
[0053] 本领域的技术人员将理解，除了束的方向以外，本发明并不限于特定构型的线圈或管，并且以上所述仅仅用于进一步描述本发明的说明目的。
[0054] 如上所述，在优选实施例中，风扇300设置为将空气抽吸穿过至少两个并排的、基本水平的冷凝器束400，并且由此，风扇300的直径D大于束400的宽度W，使得风扇300延伸穿过至少两个束400的一部分。优选地，风扇300的直径D至少等于束400的宽度W的两倍。换言之，风扇300的直径D等于或大于束400的宽度W的两倍。在另一优选实施例中，直径D等于或大于宽度W的三倍，使得风扇300延伸跨过并且操作以将空气抽吸穿过至少三个并排的冷凝器束400。在另一实施例中，风扇的直径D大于束400的宽度W的150%。对于整个系统，其可以包括数十个或数百个风扇以及甚至更大数量的冷凝器束，在一个优选实施例中，期望的是具有每个风扇为至少两个冷凝器束的比率，并且优选地在系统中每个风扇为三个冷凝器束。
[0055] 关于在风扇300与其相应的束400之间的间距，为了确保一个风扇能够将空气抽吸穿过至少两个冷凝器束400，风扇300与冷凝器束400的顶表面402a间隔开至少5英尺。
[0056] 此外，为了最大限度地减少热废气再循环到系统内，位于风扇300的顶边缘302a处或上方的用于系统的空气出口与位于冷凝器束400的底表面402b处或下方的用于系统的空气进口间隔开至少10英尺。在另一实施例中，间隔为至少15英尺，而在另一实施例中，间隔为至少20英尺。优选地，空气进口和空气出口各自基本为水平的以进一步最大限度地减小再循环的可能性。
[0057] 现在整体上描述了本发明的气冷式冷凝器系统以及其相应的部件，某些部件和它们的功能关系将被更具体地描述。支承结构200被设置并且与支承表面相接合。在一个实施例中，如上参照图2a、图2b、图2c和图2d描述的支承结构200具有与支承表面504a（例如地面或地基或基脚）相接合的腿部桁架204，正如在图2a中图示的。支承结构200可以使用在本领域中已知的固定方法固定到支承表面504a上。桁架构件202优选地预制并且基本上彼此相似。类似地，梁210优选地预制并且基本上彼此相似。预制可以设置用于在桁架构件202和梁210上的联接件，所述联接件容许它们彼此快速且容易地联接。预制也容许桁架构件202和梁210在它们彼此相联之前进行运输，这是由于它们可以被堆叠并且最大限度地减小它们的运输体积而降低运输成本。桁架构件202和梁210可以在它们被联接到一起之前运输到工业场地。在一个实施例中，工业场地为包括发电系统例如发电设备的
位置。在一个实施例中，发电系统或发电设备可以采用与以上关于图1所述的基本郎肯循环100相似的郎肯循环或有机郎肯循环（例如，发电设备可以为有机郎肯循环地热发电设备）。
在该情况下，桁架构件202和梁210优选地在发电设备“现场”联接到一起以形成上述支承结构200的结构。
[0058] 桁架构件201的支承结构200形式的另外的益处在于其最大限度地减小进入系统内的空气流的界面。考虑到桁架构件的“敞开”本性，空气能够容易地流过构件而到达进气口。
[0059] 多个冷凝器束（也称为管束或线圈面板）利用支承结构200支承。更具体地，以上参照图4a、图4b和图4c描述的冷凝器束400设置在冷凝器支承结构212上，冷凝器支承结构212由支承结构200限定并且定向为使得冷凝器束400的底表面402b向下面对并且基本上平行于支承表面504a且与支承表面504a间隔开地取向（如图5b和图5c中图示），从而形成用于本发明的气冷式冷凝器系统的进气口。多个冷凝器束400可以通过将那些冷凝器束400设置在位于任意两个桁架构件202之间的相应的冷凝器支承结构212上而由支承结构200以相同的方式并排地支承在该取向中，正如图5d中图示。冷凝器束400可以随后流体联接（例如，通过进口和出口404）到彼此和/或联接到蒸发器、膨胀器和泵（例如，蒸发器102、膨胀器104、和泵112，如上参照图1描述的），以便容许待冷却的工作流体穿
过冷凝器400，正如下文进一步详细描述的。为了讨论的清楚起见，在冷凝器束400与发电系统的其他部件之间的流体联接件没有被图示。在实施例中，冷凝器束400可以使用在本领域中已知的固定方法固定到支承结构200上。
[0060] 在一个优选实施例中，可以形成在风扇300与冷凝器束400之间的空气增压室502。优选地，增压室502设置在每个风扇300与其对应的至少两个冷凝器束400之间并且形成阻挡层以防止空气除了通过冷凝器束的空气进口以外进入系统内。如图5e中所示，空气增压室502可以通过将外皮固定到桁架构件202的在风扇300与冷凝器束400之间延伸的部分上而构成，其中风扇300和冷凝器束400均位于在相邻腿部桁架构件204c之间的侧面上并且位于支承结构的端部上。更具体地，外皮508a联接到支承结构200上，使得外皮
508a在支承结构200的相对端部之间延伸，其中第一部段508b设置为紧邻上部支承框架
214，而两个第二部段508c设置为紧邻位于腿部桁架204上的弧形部段204c，正如图5e中图示的。在实施例中，外皮508a可以使用在本领域中已知的固定方法固定到支承结构200上。在实施例中，外皮508a的第一部段508b限定以间隔开的取向设置在外皮608a的第一部段608b上的多个风扇开口608d。在一个实施例中，外皮508a为织物材料。在另一实施例中，外皮508a为柔性
聚合物薄膜。在另一实施例中，外皮508a为增强的聚合物
覆盖层。
在另一实施例中，外皮508a为轻质金属板或其他轻质柔性材料。尽管图5e仅仅图示了由支承结构200支承的一个冷凝器400，但是多个冷凝器400可以由支承结构200支承，正如参照图5d图示和描述的。在实施例中，外皮608a可以包括联接到支承结构200的相对端部上且在第一部段508b和第二部段508c的端部之间延伸的两个第三部段508e，正如图5e中图示。在实施例中，外皮508a还可以内部地设置到支承结构200上以形成在相邻风扇之间的阻挡层。换言之，与部段508e相似的部段可以设置在结构200的内部，使得在相邻风扇之间的空气流动不会纠缠，从而减小在通过系统的空气流动路径中的
湍流。在任意情况下，如同支承结构200一样，外皮508a为轻质的并且容易在构造本发明的气冷式冷凝器系统期间现场安装。就此而言，增压室502的外皮508a可以在将风扇300安装到支承结构200上之前或之后进行安装。
[0061] 为了最大限度地减小热空气再循环到系统内，在一个优选实施例中，增压室502具有与冷凝器束400相邻的第一端部和与风扇300相邻的第二端部。增压室502的第一端部特征在于第一周缘长度，增压室502的第二端部特征在于第二周缘长度。第二周缘长度小于第一周缘长度，使得增压室502向下收窄或颈
锁，正如在图5i中可见的。在实施例中，第一周缘长度为围绕由风扇所服务的并排束的周缘，第二周缘为风扇壳体的周缘，本领域的技术人员将理解，这对应于用于风扇300的空气进口，其小于束400的空气出口。在一个实施例中，增压室的空气出口比用于增压室的空气进口小10%。
[0062] 以上参照图3a、图3b和图3c描述的多个风扇300设置在支承结构200上，并且更具体地，由风扇支承空间214支承，使得风扇300的底边缘302b设置为与风扇开口508d相邻，正如在图5g、图5h和图5i中图示。在实施例中，风扇300可以使用在本领域中已知的固定方法固定到支承结构200上。在实施例中，如在图5i中图示的，每个风扇设置在冷凝器束400的底表面402a的上方距离X处。在实施例中，距离X为至少5英尺。在另一实施例中，距离X为至少10英尺并且优选地为15-20英尺或更多。在另一实施例中，距离X为至少8英尺并且不大于20英尺。距离X选取为容许风扇300将空气抽吸穿过其关联的至少两个冷凝器束400。此外，距离X对应于增压室502的高度。利用如图5g中图示的联接到一起的支承结构200、冷凝器300和风扇300，气冷式冷凝器系统510a被设置。图5h和图5j图示了气冷式冷凝器系统510a，其中外皮508a的一部分被移除以示出风扇直径D为使得每个风扇300设置在两个或更多个冷凝器束400的至少一部分的上方。换言之，风扇的直径D选取为在多个冷凝器束的上方延伸。在图示实施例中，每个风扇300设置为高于三个冷凝器束400中的每一个的宽度W的至少一半。在图5k中图示的实施例中，风扇支承框架510b联接到和/或固定到风扇300和/或支承结构200上以提供用于风扇300的另外的支承。为了讨论的清楚起见，风扇支承框架510b图示用于仅仅一个风扇300，但是可以与两个风扇300一起使用。
[0063] 已经发现的是，本发明的气冷式冷凝器系统特别适于ORC发电设备的较大的热管理需求以容许空气流冷却发电设备的有机工作流体。如上参照图1所述，在电力系统中的联接到气冷式系统510a上的工作流体可以在被引入到气冷式冷凝器系统510a内之前进行泵吸、加热和膨胀。当被引入到气冷式冷凝器系统510a内时，加热的工作流体进入冷凝器束400。如图5l中所示，位于风扇300中的马达306致动风扇构件308，风扇构件308如空气流A所示地从支承结构200的外侧将空气抽吸到系统内。如上述，支承该系统的腿部桁架的敞开单元属性促进空气流入系统内。一旦在系统内，空气流穿过系统的路径基本为线性的，从而真正通过最大限度地减少湍流而促进更快和更有效的冷却。具体地，空气流B被抽吸穿过冷凝器400以冷却在冷凝器400中的工作流体，从而变为被线性地引导朝向风扇300的空气流C，其随后行进穿过风扇300并且变为从系统中排放的空气流D。外皮508a形成有助于引导上述空气流的增压室。风扇壳体302的形状可以选取为确保最大量的空气流被引导通过每个冷凝器束400。此外，在风扇300与输入气流B之间的间距有助于防止系统中的低效率，该低效率可能在热输出空气再循环回到系统内时被导致。在本质上，增压室的相对较大的高度X容许将来自风扇的排放气流与穿过冷凝器束的冷却气流断开，以便最大限度地减小现有技术的再循环问题。在实施例中，马达306为直接驱动式马达，其消除对于常规的带驱动的需求，从而减小对于带的维护和更换的需求。
[0064] 图7a图示了与ORC发电设备集成的本发明的气冷式冷凝器系统。如所示，ORC发电设备700包括泵702，泵702可操作以增大在有机工作流体713中的压力。第一热交换器系统704联接到泵上并且可操作以向有机工作流体供给热量。优选地，有机工作流体从由
烃类（例如戊烷和其各异构体、
丁烷和其各异构体）、卤化烃（例如R-134a、R-245fa和R1234yf）、
硅氧烷、包括或并入前述中的一种或多种的混合物、
氨水混合物、氨或二氧化
碳所构成的组中选取。在任意情况下，发电设备700采用热源706，热源706可以源自于任意废热、任意可再生资源、或通过燃料的直接燃烧以向第一热交换系统704提供热量。膨胀器708联接到第一热交换器系统704上并且可操作以膨胀有机工作流体。本领域的技术人员将理解，膨胀器708又联接到发电机710上以产生电力。气冷式第二热交换器系统510a联接到膨胀器708上并且可操作以将热量从有机工作流体中释放并且将该热量传递给流过热交换器510a的空气。在一个实施例中，ORC发电设备700可以形成与具有蒸汽涡轮机712的蒸汽拔顶系统相接合的触底系统。
[0065] 图7b图示了与ORC发电设备集成的本发明的气冷式冷凝器系统。如所示，ORC发电设备700包括泵702，泵702可操作以增大在有机工作流体703中的压力。第一热交换器系统704联接到泵702上并且可操作以向高压力有机工作流体703供给热量，从而产生高压力有机工作流体蒸汽705。发电设备700抽吸热源706，热源706在该情况下为加热的地热流体701例如从地热库泵吸的蒸汽和/或卤水，其向第一热交换器系统704提供热量。膨胀器708联接到第一热交换器系统704上并且可操作以使高压有机工作流体蒸汽705膨胀，从而导致离开膨胀器708的低压力有机工作流体蒸汽707。本领域的技术人员将理解，膨胀器708又联接到发电机710上以产生电力。气冷式第二热交换器系统510a联接到膨胀器708上并且可操作以将热量从低压力有机工作流体蒸汽707中释放并且将该热量传递给流过热交换器510a的空气709。热耗尽的地热流体711随后经由
注入井被泵送回地热库。
[0066] 现在参照图5a，用于提供气冷式冷凝器系统的方法500被图示。方法500开始于方框502和504，其中轻质支承结构被设置并且与支承表面相接合。在实施例中，支承结构与如上参照图2a、图2b、图2c和图2d所述的支承结构200相似。方法500随后前进到方框506，其中多个冷凝器束利用支承结构进行支承。冷凝器束与如上关于冷凝器束400所述地布置和设置。冷凝器束400可以随后流体联接到（例如，通过进口和出口404）彼此以及蒸发器、膨胀器和泵上以容许工作流体如上述地通过冷凝器400进行冷却。方法500随后前进到方框508，其中外皮在多个支承结构桁架构件之间延伸。外皮可以与上述外皮508a相似。方法500随后前进到方框510，其中风扇利用支承结构进行支承。风扇支承为使得其在至少两个冷凝器束上延伸，以便流体联接到至少两个冷凝器束上。风扇可以为如上所述的风扇300。方法500随后前进到方框512，其中空气流被提供给冷凝器以冷却电力系统工作流体。如上参照图1，位于联接到气冷式冷凝器系统例如系统510a上的电力系统中的工作流体在被引入到气冷式冷凝器系统内之前进行泵吸、加热和膨胀。当被引入到气冷式冷凝器系统510a内之后，加热的工作流体进入冷凝器束400，其中空气流从抽吸风扇300穿过束以冷却工作流体。一旦进入系统内，空气流动以基本线性的行进路径穿过系统。
[0067] 尽管上述系统有利地与ORC发电设备一起使用，但是等同地适于其中需要较大量的空气冷却热交换的其他类型的发电设备。这对于地热发电设备是尤其正确的。
[0068] 如上述，本发明的热交换器系统通过将至少三个热交换器束运输到其中热交换器系统将被安装的构造场地而容易地在工业设施现场构造。没有一个热交换器束在风扇附接到其上的情况下被输送，从而使得单独部件的运输和输送更简单。相反，风扇输送作为单独地、独立的部件输送。一旦交付，桁架被布置和固定以用于形成支承结构。热交换器束、即冷凝器束随后以基本水平的、并排关系在
桁架结构上布置为高于地面。风扇安装到热交换器束上，使得每个风扇在至少两个且优选地至少三个束的一部分上延伸。最后，为了增强空气流动并且最大限度地减小再循环效果，在风扇与风扇在其上延伸的束之间形成基本封闭的、细长空气增压室。
[0069] 由此，已经描述了气冷式冷凝器系统，其包括用于预制轻质结构支承部件的选项，但是在所有情况下，使用比常规系统布置为更远离于冷凝器束的更少和更大的风扇。作为示例，现有技术的用于ORC发电设备的气冷式冷凝器将具有从冷凝器线圈的进口到风扇增压室的出口的、沿气流的方向（包括大约2-4英尺的下全、1-2英尺的增压室和1-4英尺的风扇环）的大约4英尺至9英尺的高度。本发明的设计通过通常大于加倍现有技术的设计而极大地增大在冷凝器束的进口到风扇增压室的出口之间的这种间隔。例如，在本发明的一个实施例中，冷凝器束进口到风扇出口的间隔为大约26英尺（包括2-4英尺的线圈、10英尺的增压室和14英尺的风扇环）。预制轻质部件例如桁架构件、梁构件和外皮减小气冷式冷凝器的运输和组装的成本。更少更大风扇的使用（流体联接到多于一个的冷凝器束）连同这些风扇的直接驱动的选项提供了用于减小的风扇相关的维护成本。更大的风扇和增压室以及它们相对于冷凝器束的方向提供了穿过冷凝器束的改进的空气流。风扇和冷凝器束的显著间隔防止热排气再循环到系统内。可选的预制桁架构件容许系统被快速和容易地现场制造。
[0070] 当与现有技术的预制单元进行比较时，本发明的另一优点在于其导致少很多的底座和在现场的较少的土建工作。对于常见的项目，本发明的系统可能具有比常见的现有技术的气冷式冷凝器少25％的底座。
[0071] 本发明的模拟已经确认，空气再循环率能够被大大减少，并且由此ORC发电设备的能力能够被更好地维持而无论风的速度和方向。如上述，图1d图示了现有技术的气冷式冷凝器系统。图1e图示了来自图1的现有技术的冷却器阵列的模拟排气增压室，其中通风以20mph吹动。该现有技术的阵列使用30个束的常规布置阵列进行模拟，其中每个束具有3个风扇，总共90个风扇。需要冷却的热流体穿过热交换器的管侧面。同时，大气空气从下方进入管组，在管组的外侧经过，随后通过设置在单元的顶部上的三个风扇离开冷却器。表
1总结了用于常规阵列模拟的结果。
[0072] 表1：常规冷却器阵列的结果的总结
[0073]
[0074] 常规冷却器阵列对于所有三个风向经历对于再循环的变化的水平。当风与阵列的长轴线对准时，显著的再循环发生。当风速增大时，再循环的量增大。这显示为当风速增大时保持为更靠近地面的羽流的结果。当风与阵列的长轴线成45°和90°时，再循环的量在6mph风速时高于在20mph风速。这表现为将羽流远离于阵列吹动的更高风速的结果，并且更高风速迫使较冷的大气空气进入在冷却器阵列的进口下方的区域内，从而减小排气再循环的量。
[0075] 图6a图示了如上所述的本发明的气冷式冷凝器系统，并且具体地，图示了当与图1d的现有技术的气冷式冷凝器进行比较时的几何形状。在图6b和图6c中，本发明的气冷式冷凝器系统的气流的模拟被示出，其中与现有技术的示例相同的30个束的阵列被示出。
本发明的该示例对于每3个束使用单个风扇，从而给出总共正好10个风扇。表2总结了对于本发明的冷却器阵列的模拟的结果。
[0076] 表2：TAS冷却器阵列的结果的总结
[0077]
[0078] 当风与阵列的长轴线对准时，本发明的冷却器阵列在风速为20mph时经历一些再循环，但是在风速为6mph时没有再循环。当风与阵列的长轴线成45°或90°时，对于任意风速不存在再循环。
[0079] 由此，在本发明的一个实施例中，用于工业冷却的热交换系统包括：至少三个细长的热交换束，每个细长束沿着纵向轴线设置并且特征在于长度L和宽度W；支承结构，热交换器束安装在其上，所述热交换器束安装为使得所述热交换器束的纵向轴线基本上彼此平行并且基本水平；基本水平的抽吸风扇，其特征在于直径D，并且包括风扇叶片和马达，所述风扇安装到所述热交换器束的上方，其中，风扇的直径D大于热交换器宽度W。
[0080] 在本发明的另一实施例中，用于工业冷却的热交换系统包括：至少三个细长的热交换束，每个细长束沿着纵向轴线设置并且特征在于长度L和宽度W；支承结构，热交换器束安装在其上，所述热交换器束安装为使得所述热交换器束的纵向轴线基本上彼此平行并且基本水平；基本水平的抽吸风扇，其特征在于直径D，所述风扇安装到所述热交换器束的上方并且配置为在所述管上抽吸空气，其中，风扇的直径D大于热交换器宽度W。
[0081] 在本发明的另一实施例中，用于工业冷却的热交换系统包括至少三个细长的、平直的热交换管束，每个细长束沿着纵向轴线设置并且特征在于长度L和宽度W；支承结构，所述热交换器束安装在所述支承结构上，所述热交换器束安装为使得所述热交换器束的纵向轴线基本上彼此平行并且基本水平；至少两个基本水平的抽吸风扇，每个特征在于直径D，每个风扇安装到至少两个热交换器束的上方并且配置为在所述管上抽吸空气，其中，每个风扇的直径D大于热交换器的宽度W。
[0082] 在本发明的另一实施例中，用于将热量从一种流体传递给另一种流体的热交换器包括：多个热交换器束，其以彼此并排的关系水平设置；多个抽吸风扇，其以间隔开的关系设置在所述热交换器束的上方，其中，每个热交换器束设有小于一个的风扇。
[0083] 在用于冷却在热交换器系统中的过程流体的方法中，以下步骤被提供：驱动至少一个抽吸风扇；将加热的过程流体输送通过至少三个并排的、基本水平设置的热交换器束；并且利用所述抽吸风扇将空气抽吸穿过至少三个并排的、水平设置的热交换器束，从而冷却设置在所述热交换器束内的过程流体。
[0084] 可以适于本发明的气冷式冷凝器系统的其他工业过程包括：制冷循环，过程流体从
制冷压缩机中排放；炼油厂，其中过程流体为在炼油厂产生的液体或气体；
液化天然气处理厂，作为液化或
气化过程的一部分。此外，构想的是，用于与所述系统一起使用的所述热交换器可以用来冷却从
气体压缩机中的排气；水基液体；来自蒸汽涡轮机的排气中的蒸汽；或者从在有机郎肯循环发电设备中使用的涡轮机的排气、等等。
[0085] 尽管已经示出和描述了说明性实施例，但是较广范围的修改、变化和替换在前述公开中构想，并且在一些实例中，实施例的一些特征可以被采用而没有其他特征的对应使用。由此，合理的是所附
权利要求被宽广地理解并且以与本文公开实施例的范围相一致的方式理解。
