Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine verbesserte Wärmeaustauschvorrichtung, wie beispielsweise einen Kühlturm mit einem geschlossenen Kreislauf, einen Verdampfungskondensator oder einen Nassluftkühler. Im Vergleich mit weiteren ähnlich dimensionierten und gegenwärtig kommerziell realisierbaren indirekten Verdampfungswärmeaustauschprodukten ist die vorliegende Erfindung in der Lage, eine größere Wärmeübertragungsfähigkeit pro Größeneinheit und Kosteneinheit zu erreichen. Ein Wärmetauscher gemäß dem Stand der Technik ist z. B. aus der DE 1 812 111 A bekannt.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Austauschen von Wärme zwischen einem Fluidstrom und einem Luftstrom vorgesehen, umfassend:

Vorsehen eines Bereichs für indirekten Wärmeaustausch, der direkt über einem Bereich für direkten Wärmeaustausch angeordnet ist;

Leiten des Fluidstroms in den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch zum Austausch von Wärme zwischen dem Fluidstrom und einer verdampfbaren Flüssigkeit, wobei der Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch einen ersten Lufteinlass, einen ersten Luftauslass, einen Fluidstromeinlass und einen Fluidstromauslass aufweist;

Austauschen von Wärme zwischen der verdampfbaren Flüssigkeit und einem ersten Luftstrom in dem Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch, wobei der Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch einen zweiten Lufteinlass aufweist, der von dem ersten Lufteinlass getrennt ist, sowie einen zweiten Luftauslass aufweist; wobei das Verfahren ferner umfasst:

Verteilen einer verdampfbaren Flüssigkeit mit im Allgemeinen gleichförmiger Temperatur im Allgemeinen nach unten über den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch, der den Fluidstrom enthält, um indirekt freie Wärme zwischen dem Fluidstrom und der verdampfbaren Flüssigkeit auszutauschen;

danach Verteilen der verdampfbaren Flüssigkeit über den Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch, während der Fluidstrom den indirekten Bereich über den Fluidstromauslass verlässt; und

danach Sammeln der verdampfbaren Flüssigkeit in einem Sumpf und erneutes Verteilen der verdampfbaren Flüssigkeit an den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch

Leiten eines von dem ersten Luftstrom getrennten zweiten Luftstroms über den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch hinweg derart, dass die Strömung des zweiten Luftstroms in dem Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch im Wesentlichen quer zu dem Strom der verdampfbaren Flüssigkeit strömt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Austauschen von Wärme zwischen einem Fluidstrom und einem Luftstrom vorgesehen, umfassend:

einen Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch, der den Fluidstrom zum Austausch von Wärme zwischen dem Fluidstrom und einer verdampfbaren Flüssigkeit leitet, wobei der Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch einen ersten Lufteinlass, einen Luftauslass, einen Fluidstromeinlass und einen Fluidstromauslass aufweist; und

einen Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch zum Austausch von Wärme zwischen der verdampfbaren Flüssigkeit und einem Luftstrom, wobei der Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch einen zweiten Lufteinlass aufweist, der von dem ersten Lufteinlass getrennt ist, und einen Luftauslass aufweist; und wobei

der Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch direkt über dem Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch angeordnet ist;

und wobei die Vorrichtung ferner umfasst:

Mittel zum Verteilen einer verdampfbaren Flüssigkeit mit im Allgemeinen gleichförmiger Temperatur im Allgemeinen nach unten über den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch, der den Fluidstrom enthält, um freie Wärme indirekt zwischen dem Fluidstrom und der verdampfbaren Flüssigkeit auszutauschen, wobei der Bereich für direkten Verdampfungswärmeaustausch ein Füllmedium zur Aufnahme der verdampfbaren Flüssigkeit enthält, die den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch verlässt, während der Fluidstrom den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch über den Fluidstromauslass verlässt;

einen Sumpf zum Sammeln der verdampfbaren Flüssigkeit, nachdem die verdampfbare Flüssigkeit nach unten verteilt worden ist;

Mittel zum erneuten Verteilen der verdampfbaren Flüssigkeit an den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch;

wobei die Vorrichtung ferner Mittel aufweist, um einen getrennten Luftstrom über den Bereich für indirekten Verdampfungswärmeaustausch in einer Strömungsrichtung zu leiten, die im Wesentlichen quer zu dem Strom der verdampfbaren Flüssigkeit strömt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gruppe von einmaligen Kombinationen separater indirekter und direkter Verdampfungsfluid- Wärmeaustauschbereiche, welche in einer derartigen Art und Weise angeordnet sind, dass eine leistungssteigernde anfangs eine gleichförmige Temperatur aufweisende Verdampfungsflüssigkeit über den indirekten Wärmeaustauschbereich verteilt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Flüssigkeit mit anfangs gleichförmiger Temperatur über die Außenfläche eines Bereichs für einen indirekten Wärmeaustausch verteilt, wobei der Bereich eine Reihe individueller eingeschlossener Kreisläufe zum Leiten eines aufzuwärmenden oder zu kühlenden Fluidstroms umfasst. Bei der Verwendung als Kühlturm mit geschlossenem Kreislauf oder Verdampfungskondensator wird Wärme indirekt von dem Fluidstrom an den umgebenden Film aus Verdampfungsflüssigkeit übertragen. Ein Teil der Wärme, welche von der Verdampfungsflüssigkeit gehalten wird, wird direkt auf einen Luftstrom übertragen, welcher durch den Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch hindurchströmt, wohingegen der restliche Teil der Wärme als freie Energie gespeichert wird, was zu einem Temperaturanstieg bei der Verdampfungsflüssigkeit führt. Die gespeicherte freie Energie wird dann zu dem Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch auf einen zweiten separaten Luftstrom übertragen, welcher durch diesen Bereich hindurchströmt. Die aus dem Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch herabtropfende Verdampfungsflüssigkeit wird dann in einem Sumpf gesammelt und für die erneute Verteilung über den Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch nach oben gepumpt. Bei der Verwendung als Nassluftkühler leisten die Bereiche für den direkten und indirekten Verdampfungswärmeaustausch exakt das vorstehend beschriebene mit der Ausnahme, dass nun der in die Kreisläufe eintretende Fluidstrom anfangs kalt ist. Statt der Freigabe von Wärme, wie vorstehend beschrieben, nimmt der Fluidstrom indirekt Wärme von den Luftströmen auf, welche durch die Bereiche für den direkten und indirekten Verdampfungswärmeaustausch hindurchströmen. Die Wärmeübertragungsprozesse werden funktional exakt wie vorstehend beschrieben durchgeführt mit der Ausnahme, dass der gekühlte Luftstrom in einem weiteren Prozess anstelle eines gekühlten Fluidstroms verwendet wird.

In Abhängigkeit von der speziellen Anwendung kann der Fluidstrom dazu verwendet werden, entweder Wärme freizugeben oder Wärme von dem Luftstrom aufzunehmen, was den Wert der mit dem Luftstrom ausgetauschten Wärme entweder positiv oder negativ macht.

Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Kombination einer Vorrichtung für direkten und indirekten Verdampfungswärmeaustausch und ein Verfahren für direkten und indirekten Verdampfungswärmeaustausch, welche eine Maximierung des Raums erreicht.

In einem direkten Verdampfungswärmeaustauscher werden lediglich ein Luftstrom und ein Verdampfungsflüssigkeitsstrom verwendet und die beiden Ströme tauschen durch Verdampfung Wärme aus, wenn sie in direkten Kontakt miteinander kommen; die Verdampfungsflüssigkeit ist typischerweise Wasser. In einem indirekten Verdampfungswärmeaustauscher werden drei Fluidströme verwendet; ein Luftstrom, ein Verdampfungsflüssigkeitsstrom und ein eingeschlossener Fluidstrom. Der eingeschlossene Fluidstrom tauscht erst freie Wärme mit der Verdampfungsflüssigkeit durch den indirekten Wärmeübergang aus, da er nicht direkt mit der Verdampfungsflüssigkeit in Kontakt tritt, und dann tauschen die Verdampfungsflüssigkeit und der Luftstrom durch Verdampfung Wärme aus, wenn diese direkt in gegenseitigen Kontakt treten.

Verdampfungswärmetauscher mit geschlossenem Kreislauf können grob in drei allgemeine Kategorien gruppiert werden: 1) Freie-Wärme- Austauscher-Direkte-Verdampfungswärme-Austauscher-Systeme, bei welchen einer der Fluidströme des Freie-Wärme-Austauschers zu einem direkten Verdampfungswärmeaustauscher geleitet wird; 2) separate indirekte Verdampfungswärmeaustauscher; und 3) kombinierte direkte und indirekte Verdampfungswärmeaustauscher.

Röhrenkühlkondensatoren oder Freie-Wärme-Austauscher, welche mit separaten Kühltürmen verbunden sind, sind Beispiele der ersten Gruppe und sie repräsentieren die überwiegend eingesetzten Wärmeaustauschverfahren, in welchen normalerweise Verdampfungskühlung ausgenützt wird. Produkte, welche als "Spulenfächer" (engl.: coil sheds) bezeichnet werden, sind auch Teil der ersten Gruppe und die Spulenfächer bestehen aus einem Kühlturm (direkter Verdampfungswärmeaustauscher), welcher direkt oberhalb eines nicht ventilierten Spulenabschnitts (Freie-Wärme- Austauscher) angeordnet sind.

Separate indirekte Verdampfungswärmeaustauscher repräsentieren die nächste Gruppe, und diese Vorrichtungen sind typischerweise nicht so verbreitet wie die der ersten Gruppe. Der Großteil der Verdampfungswärmekondensatoren und Verdampfungsfluidkühler gehören diesem Typus an. Es sind Produkte mit Luft- und Verdampfungsflüssigkeitsströmen im Gegenstrom, Cluerstrom oder gleichlaufenden Strom erhältlich, obwohl die Gegenstromauslegung überwiegt.

Die letzte und gegenwärtig am wenigsten verbreitete Gruppe umfasst Produkte, welche sowohl indirekte als auch direkte Verdampfungswärmeaustauschbereiche kombinieren. Die vorliegende Erfindung ist ein Teil dieser Gruppe und repräsentiert eine einzigartige Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik in dieser Gruppe durch Anbieten eines sehr effizienten Wegs der Konstruktion von Verdampfungswärmeaustauschern mit einem geschlossenen Kreislauf.

Wenn die Erfindung als Kühlvorrichtung mit geschlossenem Kreislauf verwendet wird, wie beispielsweise als Kühlturm mit geschlossenem Kreislauf, wird ein anfangs heißes Fluid, gewöhnlicherweise Wasser, im Allgemeinen durch eine Reihe von Kreisläufen in Richtung nach oben geleitet, wobei die Kreisläufe einen Bereich für einen indirekten Verdampfungswärmeaustausch umfassen, in welchem das heiße Wasser einem Austausch indirekter freier Wärme mit einer entgegengesetzt strömenden kühleren Verdampfungsflüssigkeit unterliegt, die sich unter Gravitation über die Außenoberflächen der Kreisläufe bewegt. In der bevorzugten Ausführungsform der Stammanmeldung (EP 0629831), aus der diese Anmeldung abgetrennt wurde, wird das jeden der Kreisläufe verlassende kälteste Wasser gleichermaßen den verfügbaren Strömen aus Verdampfungsflüssigkeit kältester gleichförmiger Temperatur und Umgebungsluft kältester gleichförmiger Temperatur ausgesetzt. Dies führt zu einem gleichförmigeren und notwendigerweise effizienteren Verfahren der Wärmeübertragung als dies durch den Stand der Technik erreicht wird. Da die freie Wärme von dem heißen Fluid übertragen wird, nimmt die Temperatur der Verdampfungsflüssigkeit zu, wenn diese sich durch Gravitation in Richtung nach unten durch den Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch bewegt. Gleichermaßen wird die kühlere Umgebungsluft über die Kreisläufe in Richtung nach unten in einem Weg gezogen, welcher gleichläufig zu der sich unter Gravitation bewegenden Verdampfungsflüssigkeit ist. Ein Teil der von der Verdampfungsflüssigkeit aufgenommenen Wärme wird auf den sich gleichläufig bewegenden Luftstrom übertragen, wohingegen der Rest der aufgenommenen Wärme in einem Anstieg der Temperatur der Verdampfungsflüssigkeit resultiert, wenn diese über die Kreisläufe in Richtung nach unten strömt. Die Verdampfungsflüssigkeit bewegt sich dann unter Gravitation über einen Bereich des direkten Verdampfungswärmeaustauschs. Der Bereich des direkten Verdampfungswärmeaustausches nützt eine separate Quelle von kühler Umgebungsluft, um direkt die nun erhitzte Verdampfungsflüssigkeit durch den Verdampfungswärmeaustausch zu kühlen. Der Luftstrom durch den direkten Bereich ist entweder eine Querströmung oder eine Gegenströmung zu der sich nach unten bewegenden Verdampfungsflüssigkeit. Die dann gekühlte Verdampfungsflüssigkeit wird in einem Sumpf gesammelt, was zu einer gekühlten Verdampfungsflüssigkeit mit gleichförmiger Temperatur führt, welche dann zu der Oberseite des indirekten Verdampfungsbereichs zurückgeführt wird.

Bei Verwendung als Verdampfungskondensator ist der Prozess derselbe, wie für die Fluidkühlvorrichtung mit geschlossenem Kreislauf erläutert, mit Ausnahme davon, dass aufgrund der Tatsache, dass das Kühlmittel bei einem isothermen Zustand kondensiert, der Strom des Fluids, nun ein Kühlmittelgas, typischerweise zurückgeführt wird, um das Herabtropfen des Kondensats zu erleichtern.

Bei der Verwendung als Nassluftkühler, entweder mit einem anfangs kalten Einphasenfluid oder einem Verdampfungskühlmittel, ist der Prozess jeweils derselbe wie vorstehend für die Fluidkühl- oder Kondensationsanwendungsfälle erläutert, mit Ausnahme davon, dass die Wärme in entgegengesetzter Richtung strömt.

Kombinationen von Bereichen direkten und indirekten Verdampfungswärmeaustausches aus dem Stand der Technik (U.S. Patent Nr. 4,1 12,027, 4,683,101 und 3,141,308) lehren, einen Querströmungs- Direktverdampfungsbereich über dem indirekten Bereich anzuordnen. Allerdings führt die von jeder der Offenbarungen vorgeschlagene Direkt- über-indirekt-Anordnung leider zu einem in dem Kühlwasser ausgebildeten Temperaturgradienten, wenn dieses durch den direkten Verdampfungsbereich hindurch fällt. Der Gradient bildet sich aus, wenn die im Querstrom strömende Kühlluft Wärme von dem herabfallenden Wasser aufnimmt, was einen ungleichmäßigen Wärmeaustausch erzeugt und zu Wasser mit ungleichförmiger Temperatur entlang der Längsstreckung des direkten Bereichs führt. Wie von dem U.S. Patent Nr. 4,683,101 aufgedeckt, kann dieser Gradient der Wassertemperatur in der Größenordnung von 3,3ºC-5,6ºC (6ºF bis 10ºF) über die Tiefe des direkten Bereichs liegen, und wenn der direkte Bereich direkt oberhalb des indirekten Bereichs liegt, tropft das Wasser ungleichförmiger Temperatur direkt auf eine Reihe von darunter liegenden Kreisläufen des indirekten Bereichs, wodurch ein ungleichmäßiger Wärmeübergang von Kreislauf zu Kreislauf hervorgerufen wird. Der Fachmann weiß, dass ein ungleichmäßiger Wärmeübergang in diesem Fall eine Quelle einer thermischen Gesamtineffizienz für den Turm darstellt. Ferner repräsentiert der ungleichmäßige Wärmeübergang zusätzliche Betriebsineffizienz bei einer Kondensationsanwendung, da flüssiges Kondensat innerhalb der ungleichmäßig geladenen Kreisläufe zurückbleibt und die zur Kondensation verfügbare Oberfläche beschränkt. Der Stand der Technik gemäß U.S. Patent Nr. 4,683, 101 versuchte, dieses Problem durch physikalische Änderung der Orientierung der indirekten Wärmeaustauschkreisläufe sowie der inneren Fluidströmungsrichtung innerhalb der Kreisläufe anzugehen, so dass das heißeste zu kühlende Fluid innerhalb der Kreisläufe sich im thermischen Austausch mit der heißesten Temperatur des Kühlwassers innerhalb des Gradienten befand. Allerdings konnte diese Anordnung nicht das Problem des Wassertemperaturgradienten selbst angehen und deshalb verfehlte es die Wirkungen auf den Wärmeaustausch innerhalb des indirekten Wärmeaustauschbereichs.

Bei dem Fluidkühlturm mit geschlossenem Kreislauf gemäß der Erfindung der Stammanmeldung (EP 0629831) hat sich herausgestellt, dass die Verteilung einer Verdampfungsflüssigkeit mit anfänglich gleichförmiger Temperatur über den Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch einen bedeutenden Effekt auf die Gleichmäßigkeit des Wärmeaustauschs innerhalb dieses Bereichs hat. Diese Erfindung hat auch aufgedeckt, dass dann, wenn der Bereich für den indirekten Wärmeaustausch nicht länger den Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch unmittelbar oberhalb von sich liegend aufweist, zusätzliche Vorteile bei der Kühleffizienz aus verschiedenen Luft- und Wasserströmungsschemata erreicht werden können.

Die vorliegende Erfindung stellt somit eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zwei-Bereichs-Verdampfungsfluidkühlung, Verdampfungskondensation oder Nassluftkühlung bereit, wobei ein Bereich für den indirekten Wärmeaustausch und ein Bereich für den direkten Wärmeaustausch betriebsmäßig kombiniert werden, um eine ausgezeichnete Gesamtwärmeübertragungsleisiung zu erreichen.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine einzelne Wärmeaustauschvorrichtung bereit, welche betriebsmäßig die Vorteile der Phänomene des Austauschs von freier Wärme und von Verdampfungswärme innerhalb jedes der Wärmeaustauschbereiche einschließt, wodurch die Enthalpie maximiert wird und korrespondierende Temperaturdifferentiale innerhalb von jedem der Wärmeaustauschbereiche maximiert werden.

Bevorzugt ist in der Wärmeaustauschvorrichtung gemäß der Stammerfindung der thermische Wärmeaustausch durch den Bereich für den indirekten Wärmeaustausch im Wesentlichen gleichmäßig von Kreislauf zu Kreislauf als Folge davon, dass jeder Kreislauf an irgendeinem vertikalen Ort in dem Bereich für den indirekten Wärmeaustausch gleichzeitig dieselbe Temperatur des Kühlwassers aufweist.

Bevorzugt wird bei der Wärmeaustauschvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das den Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch verlassende Kühlwasser gesammelt und es wird ermöglicht, dass sich dieses vermischt, so dass sich die Temperatur des Wassers zu einer einzigen gleichförmigen Temperatur ausgleicht, bevor dieses erneut zu dem Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch verteilt wird, wodurch eine wesentliche Ursache für ungleichmäßigen Wärmeübergang innerhalb des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch beseitigt wird.

Eine Vielzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Kühlturms mit geschlossenem Kreislauf gemäß der Erfindung der Stammanmeldung EP 0629831 ist, wobei dieser einen Bereich für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch mit einer Spule aufweist, welcher oberhalb des Bereichs für den direkten Verdampfungswärmeaustausch angeordnet ist, wobei die Luft- und Wasserströmungsrichtungen innerhalb von jedem der Bereiche jeweils gleichläufig und querläufig strömen;

Fig. 2 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt, wobei die Einheiten für den indirekten und direkten Wärmeaustausch nebeneinander angeordnet sind;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Stammerfindung zeigt, wenn dieses innerhalb einer runden Einkapselungsstruktur angeordnet ist;

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei beide Wärmeaustauschbereiche eine querläufige Strömung des Luftstroms verwenden;

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, welches ein Zentrifugalgebläse verwendet;

Fig. 6 eine lediglich zur Verdeutlichung des Hintergrunds gezeigte weitere Anordnung ohne einen Sammelraum zwischen dem direkten und indirekten Bereich ist und der Luftstrom den indirekten Bereich durch die Seite verlässt;

Fig. 7 eine Frontansicht eines einzigen serpentinenförmigen Kreislaufs des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch darstellt;

Fig. 8 eine Frontansicht des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch ist, welche eine gestaffelte Beziehung zwischen benachbarten Kreisläufen zeigt und die Anordnung der Einlass- und Auslassverteiler zeigt;

Fig. 9 eine Seitenansicht des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch zeigt, wobei hervorgehoben ist, wie die Reihe der Kreisläufe der Einlassluft und dem Wasser eine Gesamtfläche der Wärmeaustauschoberfläche darbietet;

Fig. 10 eine graphische Darstellung ist, welche die Kühleigenschaften eines Kühlturms mit geschlossenem Kreislauf nach Maßgabe der Stammerfindung darstellt im Vergleich zu einem Fluidkühler dieser Art unter Verwendung von Kühlwasser nicht gleichförmiger Temperatur wie bei der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Seitenansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist, wenn diese als Kühlturm mit geschlossenem Kreislauf aus zwei Spulen eingesetzt wird, wobei die Spulenanordnungen in Reihe geschaltet sind;

Fig. 12 eine Seitenansicht der in Fig. 11 gezeigten Erfindung ist, wobei der Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch eine Gegenströmungsluftgestaltung und ein Zwischenverteilungssystem umfasst zum Zuführen von Verdampfungsflüssigkeit zu dem Bereich für den direkten Verdampfungswärmeaustausch; und

Fig. 13 eine Seitenansicht des in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiels ist ohne Sammelraum zwischen dem direkten und dem indirekten Bereich.

Fig. 14 eine Seitenansicht des in Fig. 13 gezeigten Ausführungsbeispiels, das den Querströmungsluftstromanordnung im Bereich für den indirekten Wärmeaustausch verwendet.

Nimmt man nun als Hintergrund Bezug auf Fig. 1 der Zeichnungen, so ist die Wärmeaustauschvorrichtung 10 gemäß der Erfindung der Stammanmeldung EP 0629831 gezeigt und in der Technik als ein Kühlturm mit geschlossenem Kreislauf wohl bekannt. Im allgemeinen umfasst die Vorrichtung 10 eine Kapselungsstruktur, welche einen indirekten Verdampfungsfluidkühlbereich 50 mit mehreren Kreisläufen, einen Bereich 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch, einen unten liegenden Verdampfungsfluid-Sammelsumpf 30 und ein oben liegendes Verteilungsmittel 36 zum Versprühen einer Verdampfungsflüssigkeit in Richtung nach unten durch die Vorrichtung 10, und ein Gebläsemittel 24 zum Bewegen eines Luftstroms durch jeden der Wärmeaustauschbereiche 50 und 90, obwohl der natürliche Luftzug ebenfalls ein geeignetes Mittel zur Bewegung der Luft ist. Der Ventilator 24 kann entweder ein Saug- oder Druck-Zentrifugalgebläse-Ventilator sein oder ein Ventilator des herkömmlichen Propellertyps, wobei jede dieser Ventilatorwahlen einen Ventilatormotor 25 zu deren Antrieb erfordert. Fig. 5 zeigt, dass die Vorrichtung 10 in Kombination mit einem Saugzentrifugalventilator 245 eingesetzt wird, wobei die Anwendung eines Zentrifugalventilators am besten für Situationen geeignet ist, welche entweder eine geringe Lärmerzeugung oder die Fähigkeit erfordern, dass ein großer äußerer statischer Druck überwunden wird. Nimmt man wieder Bezug auf Fig. 1, so kann der Motor 25 innerhalb eines umschlossenen Durchgangs 15 angebracht sein, wenn ein geeignetes Nassbedingungsmotorgehäuse oder eine Schutzabdeckung verwendet wird, oder er kann außerhalb der Struktur angebracht sein, falls erwünscht. Hier ist er in dem Luftstrom in der flüssigkeitssicheren Box 200 gezeigt.

Es ist wichtig zu verstehen, dass die Vorrichtung 10 auf dem Gebiet des Wärmeaustauschs viele Anwendungen findet und dass jede Anwendung alle der oben beschriebenen Elemente verwendet, obwohl der Betrieb dieser Elemente von einer Anwendung zu der nächsten geringfügig variieren kann. Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 dazu verwendet werden, ein einphasiges sensibles Fluid, wie beispielsweise Wasser, zu kühlen, welches innerhalb eines von außen zugeführten geschlossenen Kreislaufsystems strömt, oder es kann verwendet werden, um ein mehrphasiges sensibles und latentes Fluid zu enthitzen und zu kondensieren, wie beispielsweise ein Kühlmittelgas, welches ebenfalls von einem externen geschlossenen Kreislaufsystem zugeführt wurde. Schließlich umfasst das Betriebsfeld des Gebrauchs der Vorrichtung 10 auch den Einsatz als Nassluftkühler, wobei die in den Durchgang 15 abgegebene Luft nach außen geführt wird, um als frische gekühlte Luft extern verwendet zu werden, beispielsweise beim Bergbau.

Wie ersichtlich wird, können die Turmstrukturen, welche die vorstehend beschriebenen Komponenten umfassen, auch in einer Vielzahl verschiedener Arten angeordnet und ausgebildet werden; die Vorrichtung 10 ist nicht streng auf eine Form oder Anordnung beschränkt. Dies ist am besten aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, in welchen die rechtwinklig gestapelte, die rechtwinklig nebeneinander angeordnete und die runde gestapelte Version, die nachfolgend als Einzelspulentürme bezeichnet sind, allesamt gezeigt sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung funktioniert jedes dieser Ausführungsbeispiele betriebsmäßig im Wesentlichen auf dieselbe Art und Weise, obwohl deren letztendliche Wärmeaustauschkapazitäten geringfügig zueinander variieren, wie besser aus der detaillierten Beschreibung von jeder von diesen ersichtlich sein wird.

Die die Vorrichtung 10 umfassende Gehäusestruktur ist in einer im Wesentlichen rechteckigen Form gezeigt, welche eine obere Dachfläche 12, eine Basis 18, eine Frontwand 14, eine Rückwand 16, eine erste Seitenwand 20 und eine zweite Seitenwand 22 umfasst. Die Seitenwände 20, 22 und die Rückwand 16 sind durchgehend feste Plattenelemente, welche aus Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise ein Blechmaterial, Fieberglas, Kunststoff oder dgl., und diese Wände haben korrosionsbeständige Eigenschaften, wie auch die Frontwand 14 und die Dachfläche 12.

Die rechteckige Gehäusestruktur gemäß Fig. 1 umfasst einen Bereich 50 für den indirekten Wärmeaustausch, welcher eine einzige Spulenanordnung 52 umfasst, die oberhalb des Bereichs 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch angeordnet ist. Der Bereich 50 für den indirekten Wärmeaustausch hat typischerweise eine rechteckige Form mit einer Innenseite 51, einer Außenseite 57, einer Oberseite 53 und einer Unterseite 55. Die Spulenanordnung 52 für den Bereich für den indirekten Wärmeaustausch nimmt ein strömendes heißes, zu kühlendes Fluid von einem äußeren Prozess auf und es wird in diesem Bereich durch eine Kombination aus indirektem freiem Wärmeaustausch und direktem Verdampfungswärmeaustausch gekühlt. Die Verdampfungsflüssigkeit, welche gewöhnlicherweise Kühlwasser ist, wird durch Verteilungsmittel 36 auf den indirekten Bereich nach unten aufgesprüht, wodurch indirekt freie Wärme mit dem zu kühlenden Fluid ausgetauscht wird, während der Strom aus Umgebungsluft, welcher in den Primärlufteinlass 100 eintritt, durch Verdampfung das Wasser kühlt, wenn das Wasser sich durch die Spulenanordnung 52 nach unten bewegt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass der eintretende Luftstrom eintritt und in einer Richtung strömt, die parallel oder gleichläufig mit der Richtung des Kühlwassers ist, obwohl die Strömung des Luftstroms nicht auf ein spezielles Strömungsmuster eingeschränkt ist, wie später deutlich werden wird, wenn ein querströmendes Luftströmungsmuster erläutert wird. Sobald die Kühlmedien Luft und Wasser die Unterseite 55 des indirekten Bereichs 50 erreichen, spalten sie sich auf, wobei der Luftstrom in den Sammelraum 105 gesaugt wird und dann durch den Ventilator 24 in den Durchgang 15, wohingegen das Wasser durch Gravitation in den Bereich 90 für den direkten Wärmeaustausch fällt. Die Luft wird dann von der Vorrichtung 10 durch den Ventilatorzylinder 26 abgegeben, während das Wasser in dem Bereich für den direkten Wärmeaustausch gekühlt wird, wie kurz erläutert wird. Es ist auch wichtig festzuhalten, dass der in den Einlass 100 eintretende Luftstrom Luft zuführt, welche lediglich für Kühlzwecke in dem Bereich für den indirekten Wärmeaustausch verwendet wird, ungeachtet des tatsächlichen Luftströmungsmusters durch den Bereich.

Der Bereich 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch funktioniert derart, dass er Wasser, welches erwärmt ist und von dem Bereich 50 für den indirekten Wärmeaustausch herabfällt, kühlt. Der Bereich 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch umfasst ein Feld eng beabstandeter paralleler Kunststoffplatten 93, welche ein Füllungsbündel 92 bilden, obgleich die Füllung 92 auch von einer herkömmlichen Spritzbefüllung gebildet sein kann. Das von dem Füllungsbündel 92 aus dem indirekten Bereich 50 aufgenommene heiße Wasser wird über jede Füllplatte 93 verteilt, so dass eine Quelle von Außenumgebungsluft, welche in den Sekundärlufteinlass 102 eintritt, durch Verdampfung das über die Platten nach unten fallende heiße Wasser kühlt. Hier ist gezeigt, dass der Umgebungsluftstrom in den direkten Bereich 90 querläufig zu dem durch die Füllungsbündel 92 hindurchströmenden herabfallenden heißen Wasser eintritt, obwohl andere Luftstrommethoden verwendet werden können, wie später noch ersichtlich wird. Die Plastikfüllplatten 93 sind gewöhnlicherweise an Trägern 96 aufgehängt, welche mit und quer zu Seitenwänden 20 und 22 verbunden sind. Jede Platte 93 weist ein im Allgemeinen durchgehendes gewelltes Muster aus Vertiefungen auf, welche über die gesamte Länge der Platte verlaufen, um das Aufspreizen des nach unten strömenden heißen Wassers in einen dünnen Film zu erleichtern, wodurch eine größere dargebotene Oberfläche für den Luftstrom zur Wechselwirkung und zur Kühlung durch Verdampfung bereitgestellt wird. Die Füllungsplatten 93 sind bevorzugt aus einem Polyvinylchloridmaterial hergestellt, obwohl auch weitere Kunststofftypen verwendet werden können. Wie durch Fig. 1 bestimmt, stellt der Sekundärumgebungslufteinlass 102 Umgebungsluft bereit, welche lediglich für Verdampfungskühlungszwecke in dem Bereich für den direkten Wärmeaustausch vorgesehen ist.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich, ist typischerweise vorgesehen, den Sekundärlufteintritt 102 mit einer Reihe von Luftschlitzen 28 zu bedecken, um den Luftstrom in dem Füllungsbündel 92 zu proportionieren. Typischerweise sind die Luftschlitze 28 mit motorischern Antrieb versehen, so dass bei kaltem Wetter die Luftschlitze vollständig geschlossen werden und das Kühlwassersystem abgeschottet wird, um den Kühlturm 10 als Trockenturm zu betreiben. Die durch die Luftschlitze 28 eintretende Umgebungsluft strömt anfangs über den zweiten Luftsammelraum 103, bevor sie in das Füllungsbündel 92 in kreuzender oder querströmender Weise zu dem durch Gravitation durch die Plastikfüllungsplatten 93 nach unten fallenden Wasser eintritt. Wie erwähnt, nimmt der Strom aus kalter Luft, welcher über den Film aus heißem Wasser hinweg gleitet, durch Verdampfung Wärme von dem Wasser auf, wodurch das heiße Wasser durch wohlbekannte Verdampfungseffekte gekühlt wird. Die erwärmte Luft, welche den Verdampfungskühlbereich 90 verlässt, gelangt dann durch einen sekundären Drifteliminator 49, bevor sie in den Durchgang 15 eintritt, wo sie durch den Ventilator 24 dazu gezwungen wird, ihre Bewegungsrichtung für eine Abgabe an die Umgebung durch den Ventilatorzylinder 26 nach oben zu ändern. Da die Luft, welche den Bereich 90 für die direkte Wasserverdampfungskühlung verlässt, mit vom Kühlwasser absorbierter Feuchtigkeit gesättigt wird, ist der sekundäre Drifteliminator 49 zwischen dem Füllungsbündel 92 und dem Durchgang 15 angeordnet, um das Entfernen von in dem Luftstrom enthaltenen Wassertröpfchen zu erleichtern. Der Drifteliminator 49 umfasst typischerweise eng beabstandete Metall-, Kunststoff- oder Holzstreifen oder Schlitze, welche ermöglichen, dass Luft durch diese hindurchströmt, welche jedoch die feinen Wassertröpfchen in der Luft sammeln. Das gesammelte Wasser fällt dann aufgrund von Gravitation an dem Eliminator 49 nach unten direkt in den darunter liegenden Sammelsumpf 30 zur Rückführung.

Wie in Fig. 1 bis 6 ersichtlich, umfasst die gesamte Basis 18 der Vorrichtung 10 im Wesentlichen einen Wassersammelsumpf 30, welcher typischerweise nur unmittelbar unterhalb des Bereichs 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch angeordnet ist, obwohl dies tatsächlich davon abhängt, wie die Komponenten innerhalb des Aufbaus der Vorrichtung 10 angeordnet sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, wo der direkte und der indirekte Bereich Seite an Seite angeordnet sind. Die Anordnung Seite an Seite oder indirekt oberhalb direkt hebt lediglich hervor, dass das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung darin liegt, dass das von dem Bereich 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch herabfallende erwärmte Kühlwasser sich in dem Sumpf 30 vermischen kann, so dass es eine gleichförmige Temperatur annehmen kann, bevor es zur Verwendung wieder in den Bereich 50 für den indirekten Wärmeaustausch gepumpt wird. Wie ersichtlich, verbindet das sich vertikal erstreckende Rückflussrohr 34 betriebsmäßig das Kühlwasserverteilungsmittel 36 mit der Pumpe 32 und dem Sumpf 30. Die Pumpe 32 ist außerhalb des Sumpfes 30 angeordnet nahe der Ecke der Vorderwand 14, so dass diese einfach gewartet werden kann.

Das Verteilungsmittel 36 ist im Algemeinen oberhalb der Einzelspiralenanordnung 52 des Bereichs 50 für die indirekten Verdampfungskühlung angeordnet, welcher auch in positioneller Beziehung zu dem Primärumgebungslufteinlass 100 steht. Das Verteilungsmittel 36 umfasst identische Kühlwasserverteilungsbeine 38, 40, welche sich quer über die Breite des Turms 10 in voneinander beabstandeter paralleler Beziehung zueinander und zu der Vorderwand 14 erstrecken. Jedes Verteilungsbein 38 und 40 ist aus einem Rohr aufgebaut und weist eine Reihe von äquidistant voneinander beabstandeten Sprühdüsen 46 auf, welche entlang der Unterseite des Rohrs angebracht sind, um das Kühlwasser über die Oberseite 53 des Bereichs 50 für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch und im Wesentlichen über den Primärlufteinlass 100 gleichmäßig auszugeben. In Abhängigkeit von der Wärmeaustauschkapazität, welche von der Vorrichtung 10 gefordert wird, kann die Anzahl der Wasserverteilungsbeine von 1 bis 5 Beinen pro indirektem Verdampfungsspulenbereich 52 liegen, wobei die Länge von jedem Bein zwischen 3-24 Fuß variieren kann. Typischerweise beträgt die Anzahl der Düsen 46 pro Spulenanordnung 52 des indirekten Bereichs 50 zwischen 9-180 Düsen, was auch von der Turmkapazität abhängt. Gleichermaßen ist die Pumpe 32 nach Maßgabe der Turmkapazität derart dimensioniert, dass die kontinuierliche Zufuhr von zu den Sprühdüsen 46 gepumptem Kühlwasser einen feinen Wassernebel über die gesamte Erstreckung des Primärlufteinlasses 100 und deshalb über die Einzelspulenanordnung 52 erzeugt. Auf ähnliche Weise ist ein oberer Driftieliminator 48 zwischen der Seitenauslassöffnung 106, dem Sammelraum 105 und dem Durchgang 15 angeordnet, um von dem Primärluftstrom während der Verdampfungskühlung des durch den indirekten Wärmeaustauschbereich 50 herabfallenden Wassers eingezogene Wassertröpfchen zu entfernen. Der Napf 47 ist unterhalb des Drifteliminators 48 angeordnet, um das Wasser von dem Drifteliminalor 48 zu sammeln und dieses durch Gravitation über das Füllplattenbündel 92 auszugeben. Es ist anzumerken, dass die Öffnung, welche den Primärumgebungslufteinlass 100 definiert, eine dimensionsmäßige Länge und Breite aufweist, welche gleich der des Bereichs 50 für die indirekte Verdampfungskühlung ist, unabhängig davon, wo der Eingang angeordnet ist. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass sich der eintretende Luftstrom anfangs dem Eingang 100 im Allgemeinen orthogonal zur Oberseite 53 des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch 50 im Wesentlichen gleichläufig zu dem von dem Verteilungsmittel 36 in Richtung nach unten versprühten Wasser nähert. Und in Fig. 4 ist ersichtlich, dass bei der vorliegenden Erfindung der Luftstrom sich dem Eingang 100 im Allgemeinen orthogonal zu der Außenseite 57 im Wesentlichen gegenströmend mit dem nach unten versprühten Wasser nähert.

Mit Bezug auf Fig. 7, 8 und 9 wird nun im Algemeinen die Einzelspulenanordnung 52 des Bereichs 50 für die indirekte Verdampfungskühlung detaillierter beschrieben. Wie genauer in der Seitenansicht aus Fig. 9 ersichtlich, ist die Einzelspulenanordnung 52 bevorzugt mit im wesentlichen rechteckiger Gestalt ausgebildet, umfassend einen Reihe von horizontal und eng voneinander beabstandeten parallelen Kreisläufen 54 und 56 mit Serpentinenform. Alle Kreisläufe 54 und 56 weisen ein kreislaufoberes Ende 58 und ein kreislaufunteres Ende 60 auf, welche jeweils mit einem oberen Fluidverteiler 80 und einem unteren Fluidverteiler 70 jeweils verbunden sind. In diesem besonderen Anwendungsfall, in welchem die Vorrichtung 10 als Fluidkühlvorrichtung eingesetzt wird, dient der untere Verteiler 70 tatsächlich als Heißfluideinlasszuführverteiler und der obere Verteiler 80 dient als Gekühltes-Fluidauslassverteiler. Es ist anzumerken, d β die Zufuhr/Abgabefunktionen von jedem der Verteiler verändert werden können in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Einsatzfall der Vorrichtung 10, d. h. dann, wenn diese als Verdampfungskondensator verwendet wird. In diesem Fall würde das heiße Gas an der Oberseite in die indirekte Spulenanordnung 52 eintreten, wobei der obere Verteiler 80 nun als Zuführverteiler dienen würde. Fig. 7 zeigt, dass jeder der Verteiler 70 und 80 eine rechteckige Form aufweist, wobei beide Verteiler auf derselben Seite oder demselben Ende der Einzelspulenanordnung 52 angeordnet sind. Mit Bezug auf Fig. 7 und 9 ist auch ersichtlich, dass der untere Einlassverteiler 70 einen einzigen Zuführzweig 75 umfasst, welcher im Allgemeinen an der Mitte des Einlassverteilers 70 und gegenüber der Verteilerseitenwand angeschlossen ist, mit welcher die einzelnen Einlasskreislaufenden 60 verbunden sind. Der Einzeleinlasszuführzweig 75 führt das zu kühlende Fluid in im Wesentlichen paralleler oder gleichläufiger Richtung zu der Richtung des Fluids, welches innerhalb der Reihe von Kreisläufen strömt. Es ist eine gleichmäßige Strömungsrate durch die Kreisläufe 54, 56 für einen hinreichend guten Betrieb des Bereichs für den indirekten Wärmeaustausch und für die Gesamtleistung der Vorrichtung 10 wichtig, wie nachfolgend im Verlauf einer detaillierten Betriebserläuterung verständlich wird. Der obere Auslassverteiler 80 weist ebenfalls einen Einzelzweig 85 auf, welcher im Allgemeinen in der Mitte des Verteilers 80 angebracht ist, und es ist ersichtlich, dass dieser Zweig horizontal beabstandet direkt oberhalb des Einlasszuführzweigs 75 angeordnet ist, so dass das die Spulenanordnung 52 verlassende gekühlte Fluid in einer Richtung austritt, welche im Wesentlichen parallel und gerade entgegengesetzt zu dem Fluid gerichtet ist, welches innerhalb des Einasszuführzweigs 75 strömt.

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 8, so ist ersichtlich, dass jeder einzelne Kreislauf 54, 56 innerhalb der Einzelspulenanordnung 52 ein einzelnes gleichmäßig langes Spulenrohr umfasst, welches einer Biegebehandlung ausgesetzt wurde, bei welcher das Rohr in jeweilige U-förmige Reihen A- E geformt wurde, welche in einer vertikalen und äquidistanten Beziehung zueinander liegen, wodurch jeder Kreislauf 54, 56 mit einer sich ergebenden Serpentinenform ausgebildet ist. Jede Reihe weist im Wesentlichen dieselbe dimensionsmäßige Länge auf, wobei jede einzelne Reihe im Wesentlichen zwei gerade verlaufende Rohrabschnitte 62 umfasst, die durch einen im Wesentlichen U-förmigen Rückführabschnitt 68 verbunden sind.

Durch Ausbilden von jeder Reihe und von jedem der Kreisläufe 54, 56 in exakt derselben Weise bleibt die Wärmebelastung zwischen den alternierenden Kreisläufen 54, 56 effektiv konstant, solange alle übrigen Faktoren zwischen den Kreisläufen, wie beispielsweise die Temperatur und die Flussraten gleich sind. Wie Fig. 7 und 8 zeigen, ist die indirekte Wärmeaustauschanordnung 52 mit fünf Reihen A-E aufgebaut, wobei jedoch die exakte Anzahl an Reihen von der Größe der Wärmeübertragungsoberfläche abhängt, welche für die jeweilige Anwendung erforderlich ist. Die Bestimmung wird nach Maßgabe bekannter ingenieurmäßiger Wärmeübertragungsprinzipien durchgeführt. Die Rohrverläufe 62 und daher jede der einzelnen Reihen A-E spannen sich im Wesentlichen zwischen den Seitenwänden 20 und 22 auf und hängen von der Gesamtgröße des Bereichs 50 für die indirekte Verdampfungskühlung ab, wobei diese wenigstens zwei konstruktive Träger 94 an jedem Ende der Reihen erfordern können, um die Rohre an einem Durchhängen zu hindern. Die Stützen gewährleisten auch einen geeigneten Rohrabstand zwischen den benachbarten einzelnen Kreisläufen 54, 56. Ohne geeigneten Abstand ist kein gleichmäßiger Wärmeübergang über den Bereich 50 für den indirekten Verdampfungswärmeaustausch möglich.

Nimmt man weiter Bezug auf Fig. 8 so ist auch klar, wie jeder einzelne Kreislauf 54, 56 jeweils an dem Einlass- und Auslassverteiler 70 und 80 durch Einsetzen und Befestigen des Kreislaufeinlassendes 60 und des Auslassendes 58 in die jeweilige Seitenwand des jeweiligen Einlass- und Auslassverteilers 70 und 80 angebracht ist und wie dann die Rohr/Verteiler-Schnittstelle bevorzugt verschweißt ist, obwohl auch andere Anbringverfahren, wie beispielsweise das Rollen der Rohre in den Verteiler, eingesetzt werden können. Es ist auf die fettgedruckten Pfeile in Fig. 8 hinzuweisen; diese repräsentieren die Richtung der eintretenden Luft und des eintretenden Verdampfungskühlwassers, was in Fig. 1 zu sehen ist. Alle benachbarten Kreisläufe 56 innerhalb der Reihe von Kreisläufen, welche die Anordnung 52 umfassen, sind geringfügig zu den Startkreisläufen 54 nach unten versetzt und Fig. 8 repräsentiert lediglich zwei Seite an Seite in enger Toleranz liegende Kreisläufe, wobei Fig. 9 am besten den Abstand innerhalb der Reihenanordnung zeigt. In Abhängigkeit von der Wärmeaustauschkapazität der Vorrichtung 10 kann die Anzahl individueller Kreisläufe 54, 56 im Bereich von 23 bis 56 Kreisläufen pro Einzelspulenanordnung 52 liegen und die Kühlvorrichtung 10 kann tatsächlich mehrere Einzelspulenanordnungen 52 umfassen, welche übereinander stapelförmig angeordnet sein können, wenn eine größere Kapazität erforderlich ist. Unabhängig davon, wie viele Kreisläufe verwendet werden, ist aus Fig. 9 ersichtlich, dass der Abstand zwischen Kreisläufen innerhalb sehr enger Toleranzen liegt, so dass die gesamte Reihe von einzelnen Kreisläufen 54, 56 effektiv als kontinuierliche oder ununterbrochene thermische Oberfläche eines Wärmeaustauschbereichs pro individueller Reihe funktioniert, wenn diese mit dem eintretenden Primärluftstrom und dem Kühlwasser zusammenwirkt. In der Praxis dieser speziellen Erfindung ist die physikalische Anordnung der einzelnen Kreisläufe, welche den indirekten Kühlabschnitt 50 bilden, ein Faktor, welcher die Maximierung der Kühleffizienz von jedem Austauschbereich 50 und 90 und damit der Vorrichtung 10 als Ganzes erreicht, wie noch erklärt wird.

Der Dauerbetrieb der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung als Einphasenfluidkühler erfolgt gemäß folgender Beschreibung. Heißes, zu kühlendes Fluid wird dem Verteiler 70 an der Oberseite 55 einer Einzelspulenwärmeaustauschanordnung 52 durch einen Zuführkanal 75 zugeführt. Das heiße Fluid verteilt sich gleichmäßig innerhalb des Verteilers 70 und in jedem der an diesem angebrachten, zueinander versetzten Paaren einzelner Kreisläufe 54, 5f3, so dass das Fluid mit im Wesentlichen gleichmäßiger Strömungsrate innerhalb der gesamten Reihe von Kreisläufen strömt, welche die Einzellspulenanordnung 52 umfasst. Wenn das Fluid sich nach oben bewegt, bewegtes sich effektiv als durchgehende Fluidebene oder - wand, bis alle der Rohrverläufe 62 an jeder der oberen Reihen A der oberen Seite 53 des indirekten Wärmeaustauschbereichs 50 im Wesentlichen gleichmäßig dem gleichzeitigen Kontakt mit dem durch den Lufteinlass 100 eintretende Primärumgebungsluftstrom und der gleichförmigen Temperatur des von den Sprühmitteln 46 der Verteilungsmittel 36 nach unten ausgegebenen Kühlwassers ausgesetzt sind. Der Ventilator 24 führt den kalten Umgebungsluftstrom in den Primärlufteinlass 100 in einem Winkel ein, welcher im Wesentlichen orthogonal zu der gesamten Reihe an Kreisläufen ist, umfassend die Oberseite 53 des indirekten Bereichs 50. Gleichermaßen wird das kälteste verfügbare Kühlwasser von dem direkten Verdampfungsbereich 90 in Richtung nach unten von den Sprühmitteln 46 im Wesentlichen in den Lufteinlass 100 und im Wesentlichen über die Oberseite 53 des indirekten Wärmeaustauschbereichs 50 ausgegeben. Wenn das Kühlwasser von dem unteren Füllelement 98 herabfällt, variiert, wie vorangehend erwähnt, dessen Temperatur entlang der Längserstreckung oder Tiefe des direkten Abschnitts 90 und allein aufgrund der Tatsache, dass sich das Kühlwasser innerhalb des Sumpfs 30 sammelt und dort vermischen kann, weist dies eine gleichförmige Temperatur auf, wenn es später zu den Mitteln 36 gepumpt wird.

Bei dieser besonderen Ausführungsform strömen der Primärluftstrom und der Kühlwasserstrom gleichläufig zusammen und treffen gleichmäßig auf alle oberen Reihen (A) aller Kreislaufpaare 54, 56, die die Reihe von Kreisläufen in der indirekten Spulenanordnung 52 umfassen. Da die gesamte Reihe von Kreisläufen anfangs Wasser mit gleichförmiger Temperatur und in derselben Richtung nach unten strömende Luftströme aufweisen und da die Temperatur des Fluids innerhalb der Kreisläufe über die Reihe von Kreisläufen an einen vorgegebenen horizontalen oder vertikalen Punkt innerhalb der Spulenanordnung im Wesentlichen gleich ist, nimmt genauer gesagt der Luftstrom und der Wasserstrom gleichmäßig Wärme auf, wenn diese durch die Spulenanordnung 52 hindurch nach unten strömen; dies bedeutet notwendigerweise, dass die Kreisläufe im Wesentlichen eine gleiche Rate und Quantität eines Wärmeaustauschs von Kreislauf zu Kreislauf aufweisen. Dies bedeutet nicht, dass die Luft- und Wasserströme gleiche Wärmemengen aufnehmen, wobei bekannt ist, dass das Wasser wesentlich größere Wärmemengen aufnimmt als die Luft, wodurch dieses eine wesentlich größere Rolle bei dem Erreichen der gleichmäßigen Leistung besitzt. Es bedeutet vielmehr, dass jedes der Kühlmedien unabhängig Wärme mit einer konstanten Rate von Kreislauf zu Kreislauf an einem horizontalen oder vertikalen Punkt innerhalb des indirekten Wärmeaustauschbereichs 50 aufnimmt. Die Ausgeglichenheit der Leistung über die vertikale und horizontale Richtung des indirekten Wärmeaustauschbereichs 50 ist wichtig, wenn man den Wärmeaustausch in diesem Bereich maximieren will. Allerdings ist es wichtig, zu verstehen, dass das Wasser gleichförmiger Temperatur die Hauptrolle beim Erreichen dieser Maximierung spielt, da eine deutlich größere Mehrheit des in dem indirekten Bereich 50 auftretenden Wärmeaustauschs über einen indirekten Austausch freier Wärme zwischen dem Kühlwasser und dem zu kühlenden Fluid erfolgt. Dies bedeutet, dass der Luftstrom durch den indirekten Bereich 50 auf die Ausgeglichenheit eine deutlich kleinere Wirkung besitzt unabhängig davon, welches Luftstrommuster gewählt wird. Allerdings ist ein zusätzliches Merkmal der Erfindung der Stammanmeldung, bei welcher ein gleichläufiges Luftstrommuster verwendet wird, dass das Luftstrommuster die Maximierung und Ausgeglichenheit von Kreislauf zu Kreislauf in gewissem Maße verstärkt. Bei der vorliegenden Erfindung erreicht die Luft jedoch den indirekten Bereich 50 durch die Außenseite 57 der Spulenanordnung 52, wie in Fig. 4 gezeigt, und würde während ihrer Bewegung zur Innenseite 51 hin heißer unter der selbstverständlichen Annahme, dass die Kreisläufe immer noch quer über die Breite des Turms angeordnet sind. Wenn darüber hinaus die Luft nach innen eintritt und erwärmt wird, bleibt der Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem herabfallenden Kühlwasser nicht länger über die Längserstreckung des indirekten Bereichs 50 gleichmäßig und dieser Lufttemperaturgradient würde gleichermaßen die Wärmemenge beeinflussen, welche das Wasser aufnimmt. Anders als beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ausgetauschte Wärme auch nicht gleichmäßig in vertikaler Richtung, da die zwischen der Luft und dem Wasser ausgetauschte Wärmemenge an der Oberseite 53 kleiner als die an der Unterseite 55 sein würde.

Kehrt man zurück zu Fig. 1, so enthält bei der Stammanmeldung die gesamte obere Reihe von Kreisläufen betriebsmäßig das kälteste zu kühlende Fluid, wenn das Fluid die Oberseite 53 zum Inkontakttreten mit der eintretenden Luft und dem eintretenden Wasser erreicht. Das kälteste verfügbare Kühlwasser tritt mit der Reihe von Kreisläufen in Kontakt, was bewirkt, dass die Temperatur des Fluids innerhalb der Kreisläufe sich nahezu der des Kühlwassers annähert. Wie erwähnt, befindet sich das kalte Wasser gleichförmiger Temperatur, welches auf die Rohrkreisläufe auftrifft, in indirektem Austausch von freier Wärme mit dem zu kühlenden innen strömenden Fluid, wohingegen der gleichläufig strömende Luftstrom durch Verdampfung das nun erwärmte Kühlwasser kühlt, wenn beide Medien ihre Bewegung in Richtung nach unten durch den indirekten Wärmeaustauschbereich 50 fortsetzen. Um den Verdampfungswärmeaustausch zwischen dem Luftstrom und der Verdampfungsflüssigkeit weiter voranzutreiben, bewegt sich der Luftstrom vollständig durch den indirekten Bereich 50, tritt dann in den Sammelraum 105 ein, bevor er ausgegeben wird.

Indirekte Wärmesustauschanordnungen gemäß dem Stand der Technik waren nicht dazu in der Lage, den Oberflächenbereich zu maximieren, welche gleichzeitig dem kältesten Wasser und/oder der kältesten Luft ausgesetzt ist, wie bei der Anordnung gemäß dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fall. Der Turm gemäß dem U.S. Patent Nr. 4,112,027 tat nichts hinsichtlich des Temperaturgradienten in dem Kühlwasser, somit war keiner der Kreisläufe einem gleichmäßigen Wärmeaustausch von Kreislauf zu Kreislauf ausgesetzt. Im U.S. Patent Nr. 4,683,101 wurde das Gradientenproblem erkannt und dadurch angegangen, dass alle der Kreisläufe, welche das kälteste zu kühlende Fluid enthielten, der kältesten verfügbaren Luft ausgesetzt wurden, jedoch wurde lediglich eine Reihe dem kältesten Kühlwasser ausgesetzt, da der Wassertemperaturgradient nicht beseitigt wurde. Es ist ferner von Wichtigkeit, dass diese Gestaltung eine ungleichförmige Leistungsfähigkeit sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung innerhalb des direkten Bereichs zeigte, da der Gradient nicht beseitigt wurde und da das Wasser die Hauptrolle bei der Steuerung der Wärmeaustauschgleichmäßigkeit von Kreislauf zu Kreislauf spielte.

Bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Anordnung des Bereichs 90 für den direkten Verdampfungswärmeaustausch unterhalb des indirekten Bereichs 50 die Verwendung des Sumpfes 30 als bequemes Mittel, die Temperaturen aller Wassertropfen verschiedener Temperatur, welche von der oberen Reihe 98 zusammen herunterfallen, auszugleichen, bevor die Sprühmittel 36 das Wasser mit gleichförmiger Temperatur auf den indirekten Bereich 50 ausgeben. Wie erwähnt ist die Gleichmäßigkeit der Wassertemperatur das wichtigste Merkmal der Stammerfindung.

Um die Bedeutung der Verdampfungsflüssigkeit mit anfänglich gleichförmiger Temperatur für die Kühlkapazitäten des indirekten Wärmeaustauschbereichs darzustellen, wird Fig. 10 bereitgehalten. Fig. 10 ist ein Ausdruck der abschließenden Fluidtemperatur beim Verlassen des indirekten Bereichs über der relativen Wärmeaustauschkapazität des direkten Bereichs, wenn die Vorrichtung als Geschlossenkreislauf-Kühlturm verwendet wird. Wie vorangehend beschrieben, ist die Fluidströmungsrate durch jeden Kreislauf in dem indirekten Bereich im Allgemeinen gleich und die Einlassfluidtemperatur ebenso. Wie durch den Ausdruck gezeigt, nimmt die Fluidtemperatur des austretenden Fluids ab, wenn die Kapazität des direkten Bereichs zunimmt. Aus der Perspektive dieser Erfindung und unter Verwendung dieses Ausdrucks wird der Vorteil einer Verdampfungsflüssigkeit gleichförmiger Temperatur gegenüber einer Verdampfungsflüssigkeit ungleichförmiger Temperatur graphisch demonstriert. Bei Systemen gemäß dem Stand der Technik ist der Gradient der anfänglichen Temperatur der von dem direkten Bereich mit Querströmung auf den indirekten Bereich fallenden Verdampfungsflüssigkeit im Wesentlichen den einzelnen Kreisläufen des darunter liegenden indirekten Bereichs zu einzelnen direkten Bereichen verschiedener Kapazität ausgesetzt. Wie vorangehend diskutiert, wird der Temperaturgradient des Verdampfungsfluids durch das Anwachsen der Lufttemperatur verursacht, wenn die Luft über das durch Gravitation herunterfallende Verdampfungsfluid strömt. Die Kreisläufe an der Außenseite des darunter liegenden indirekten Bereichs waren kälterem Wasser ausgesetzt, welches von der Außenseite des direkten Bereichs mit höherer Kapazität herunterfiel, wohingegen die Kreisläufe auf der Innenseite einem wärmeren Wasser ausgesetzt waren, welches von der Innenseite des indirekten Bereichs mit geringerer Kapazität herunterfiel. Die relativen Kapazitäten der Außenseite und der Innenseite des direkten Bereichs sind als Punkte "A" und "B" jeweils in Fig. 10 gezeigt. In diesem Beispiel würden die äußeren und inneren Kreisläufe dann verschiedene Austrittsfluidtemperaturen erzeugen, wobei die außenseitigen Temperaturen wesentlich kälter wären. Folglich entsteht auch eine gemischte Durchschnittsfluidtemperatur, welche den indirekten Bereich verlässt, anstelle einer einzelnen gleichförmigen Temperatur, wie bei der vorliegenden Erfindung.

Andererseits ist bei der Vorrichtung gemäß der Stammerfindung die durch den direkten Bereich gekühlte Verdampfungsflüssigkeit ein Durchschnitt der Innen- und Außenseitenkapazitäten, bevor diese auf den indirekten Bereich versprüht wird; dieser Durchschnitt ist als Punkt "C" auf dem Ausdruck wiedergegeben. Wenn diese Verdampfungsflüssigkeit mit anfänglich gleichförmiger Temperatur über den indirekten Bereich versprüht wird, erzeugen alle Kreisläufe in dem indirekten Bereich nun einen kältere Fluidaustrittstemperatur als bei dem vermischten Durchschnitt, welcher mit der Konfiguration gemäß dem Stand der Technik erreichbar ist. Der Grund liegt in der Tatsache, dass bei der Konfiguration gemäß dem Stand der Technik ein Teil des Fluids in dem indirekten Bereich unter die gemischte Durchschnittstemperatur der vorliegenden Erfindung gekühlt wird und ein Teil über dieselbe gemischte Durchschnittstemperatur erwärmt wird. Wie beim Messen physikalischer Abstände des Ausdrucks ersichtlich wird, ist die erforderliche relative Kapazität des direkten Bereichs, welche für eine Austrittsfluidtemperatur mit einer bestimmten Gradzahl unterhalb der Durchschnittsfluidtemperatur erforderlich ist, nicht gleichermaßen um die kleinere Reduzierung der relativen Kapazität des direkten Bereichs versetzt, welche erforderlich ist, um einen Austrittsfluidtemperatur mit derselben festen Gradzahl oberhalb der Durchschnittstemperatur zu erreichen. Wenn somit dieselbe durchschnittliche Direktbereichskapazität gleichermaßen auf alle Kreisläufe Anwendung findet, wie bei der vorliegenden Erfindung, kann die vorliegende Erfindung nicht nur eine größere Last bewältigen, sondern sie kann auch diese Last mit einer kälteren Austrittstemperatur bewältigen. Alternativ, wie durch Punkt "D" gezeigt, kann dieselbe Kapazität wie beim Stand der Technik vorgesehen werden, wenn die Stammrfindung mit einem direkten Verdampfungsbereich ausgerüstet wurde, welcher um 13% kleiner war als der gleichwirkende bei der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.

Im Gegensatz zu den exzellenten Wärmeaustauschfähigkeiten der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1, welche nunmehr erläutert und in Fig. 1 dargestellt ist, stellt allerdings der in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Sammelraum 105 effektiv einen "Totraum" vom wirtschaftlichen Standpunkt aus dar, da dieser beträchtliche Kosten verursacht, wenn ein kleinerer Turm gebaut werden soll und dies, obgleich im Betrieb für den Sammelraum bestimmt wurde, dass dieser den Gesamtwärmeaustausch innerhalb des indirekten Bereichs verbessert, wodurch eine größere Gleichmäßigkeit der Leistung von Kreislauf zu Kreislauf erhalten werden konnte. Allerdings sind die wirtschaftlichen Gegebenheiten heutzutage ein bedeutenderer Faktor beim Verkauf derartiger Vorrichtungen und es wurden Alternativen zu der Vorrichtung mit Sammelraum als die alternative Anordnung der vorliegenden Erfindung eingeführt, wie in Fig. 4 gezeigt. Obwohl die Effizienz und Gleichmäßigkeit dieses Ausführungsbeispiels nicht zu dem Ausmaß der Erfindung der Stammerfindung maximiert war, hat sich der Preis für ein Verfehlen des zusätzlichen Maßes an Effizienz durch niedrigere Anfangskonstruktionskosten wirtschaftlich zugunsten des Kunden verschoben.

Genauer gesagt zielt die vorliegende Erfindung, wie aus der Ausführungsform von Fig. 5 ersichtlich, direkt auf den wirtschaftlichen Aspekt ab, indem der Sammelraum weggelassen wird, so dass der indirekte Bereich 50 direkt über dem direkten Wärmeaustauschbereich 90 angeordnet ist. Allerdings begrenzt, wie ersichtlich wird, das Herabsetzen des indirekten Bereichs und das Entfernen des Sammelraums die Betreibbarkeit des indirekten Abschnitts 50 auf entweder ein querströmendes oder gleichströmendes Luftströmungsschema und es erzeugt ferner ein betriebliches Problem hinsichtlich des Herausbringens der eintretenden Luft aus der Vorrichtung 10, wenn ein gleichströmendes Luftströmungsschema verwendet wird.

In Fig. 4 ist ersichtlich, dass der Primäreinlass zur Außenseite 57 des indirekten Bereichs 50 verlegt wurde, so dass die in den Lufteinlass 100 eintretende Luft sich durch die longitudinale Tiefe des indirekten Berichts in einer Querstromrichtung zu dem nach unten versprühten Kühlwasser fortbewegt. Aus Fig. 4 ist klar, dass der anfänglich in den Lufteinlass 100 eintretende Luftstrom während seiner Aufwärtsbewegung durch die Spulenanordnung 52 nicht länger mit der gesamten Reihe von Kreisläufen in Kontakt tritt, die das kälteste zu kühlende Fluid enthalten. Da dieser Ansatz bereits vorangehend und durch den graphischen Vergleich mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 10 erläutert wurde, wird er nicht aller Ausführlichkeit diskutiert, außer dass zu bemerken ist, dass dieses Ausführungsbeispiel nicht genauso effizient ist wie die Erfindung der Stammanmeldung, aber dass es die oben genannten Probleme in einer ziemlich effektiven Art und Weise berücksichtigt.

Während die Erfindung im Zusammenhang mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel für den Einsatzfall als Fluidkühlvorrichtung beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass der Rahmen der Erfindung nicht notwendigerweise auf den in Fig. 4 gezeigten Aufbau als rechteckigen Einzelspulenanordungsturm beschränkt ist. Hinsichtlich der Diskussion ist es für das Verständnis wichtig, dass die Orientierung von jedem Kreislauf 54, 56, der die Spulenanordnung 52 umfasst, sicher zu der Gesamtkühlkapazität beiträgt, dass es jedoch das Kühlwasser gleichförmiger Temperatur ist, welches das wichtigste Merkmal dieser Erfindung ist und somit jeder Aufbautyp und jede Kreislaufanordnung verwendet werden kann, um die Erfindung auszuführen, solange dieses betriebsmäßige Merkmal beibehalten wird.

Der Aufbau der bevorzugten Ausführungsform führt von selbst zu anderen kleinen Veränderungen, die dazu beitragen können, einige der Wärmeaustauschfähidkeiten der Vorrichtung noch weiter zu verbessern, obwohl einige Energieeffizienzkompromisse eingegangen werden müssen. Z. B. ist es bei jeder Wärmeaustauscheinrichtung bekannt, solche Einrichtungen in Serie zu verlegen, um größere Wärmeaustauschfähigkeiten zu gewinnen, und zur Erläuterung diese möglichen Fähigkeiten beachte man nun die Fig. 11-14.

Mit Bezug auf Fig. 11 der Zeichnungen ist eine Reihenströmungs- Doppelspulenanordnung 52 und 52A in der Vorrichtung 10 mit einem unterteilten Kühlwassersystem vorgesehen. Diese Vorrichtung ist allgemein in der Technik als Geschlossenkreislauf-Doppelspulen-Kühlturru bekannt und spiegelt ein bevorzugtes Doppelspulen-Ausführungsbeispiel wieder. Jedes Turmende 6 und 8 enthält exakt dieselben Elemente innerhalb jeder jeweiligen Turmhälfte, wie sie innerhalb der Struktur mit Einzelspule gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 vorhanden sind. Wie ersichtlich, wird das zu kühlende heiße Fluid anfangs dem ersten Turmende 6 durch das Zuführrohr 75W zugeführt. Das heiße Fluid tritt im Allgemeinen ein und strömt, wie vorangehend für die Einzelspulenvorrichtung beschrieben, nach oben. Anstatt den indirekten Wärmeaustauschbereich 50 zu verlassen und zu dem externen Prozess zurückzukehren, verläßt allerdings das Fluid den indirekten Bereich 50 durch das Rohr 85W und wird zu dem Einlassverteiler 75c an der zweiten indirekten Spulenanordnung 52A des zweiten indirekten Wärmeaustauschbereichs 50A der Turmhälfte 8 geleitet. Wiederum bewegt sich das Fluid durch den Wärmeaustauschbereich 52A in Richtung nach oben und die Kühlkapazität ist weiter um zusätzliche 10% verbessert im Vergleich zu derselben Einheit, bei welcher die Wärmeaustauschbereiche parallel durch Rohre verbunden sind. Nach der Kühlung innerhalb des indirekten Wärmeaustauschbereichs 52a wird das Fluid dann zu dem externen Prozess über das Abgaberohr 85C zurückgeführt. Alle Wärmeaustauschverfahren innerhalb jedes der Wärmeaustauschbereiche an jeder Turmhälfte 6 und 8 sind exakt dieselben wie diejenigen, die vorangehend bei dem Einzelspulenbetrieb beschrieben wurden, mit der Ausnahme, dass das Kühlwassersystem für jede Turmhälfte 6, 8 separat arbeitet, wobei jede Turmhälfte 6, 8 ihren eigenen Sumpf 30 und 30A und ihr eigenes Kühlwasserverteilungsystem aufweist.

Ein Gegenstück zu der in Fig. 4 beschriebenen Einzelspulenanordnung ist in ähnlicher Weise in Fig. 14 gezeigt, wobei der Sammelraum 105 entfernt und durch ein Füllmedium ersetzt wurde. Wiederum leistet dieses doppelspulige Ausführungsbeispiel seine Wärmeaustauschfunktionen wie gerade für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 beschrieben mit der Ausnahme, dass sich durch Entfernen des Sammelraums nicht die gesamte Luft vollständig durch den indirekten Wärmeaustauschbereich bewegen kann und ein Teil die Innenseite 51 des indirekten Bereichs 50 verlassen muß. Das Kühlwassersystem des Ausführungsbeispiels nach Fig. 14 ist dasselbe, wie das des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11, und wird deshalb nicht weiter beschrieben.

Die Anordnung gemäß Fig. 14 ist weiterhin als eine Anordnung gezeigt, die ein Kühlwassersystem mit einem gemeinsamen Sumpf aufweist so dass Anpassungsfähigkeit bei Rohrleitungssystem und Anordnungen zur Verfügung steht, obwohl dieses Ausführungsbeispiel nicht eine ebenso kalte Temperatur des Kühlwassers für den zweiten Bereich 52a für indirekten Verdampfungswärmeaustausch ermöglichen würde wie das entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 verrohrte Kühlsystem.

Da jede Komponente der Vorrichtung 10 bei der Verwendung als Verdampfungskondensator exakt dieselbe ist, wenn sie im Rahmen eines Fluidkühlers eingesetzt wird, werden dieselben Bezugszeichen und dieselbe Nomenklatur bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung als Gaskondensator verwendet und die Diskussion eines derartigen Betriebs wird lediglich auf die Einzelspulenanordnung, wie in Fig. 4 gezeigt, beschränkt.

Wenn das bevorzugte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 als Verdampfungskondensator genutzt wird, arbeitet dies im Wesentlichen auf dieselbe Art und Weise wie in dem Fall, in welchem die Vorrichtung 10 als Fluidkühler verwendet wird mit der Ausnahme, dass anstelle eines gekühlten Fluids, welches den oberen Verteiler 80 durch das Rohr 85 verläßt, das Rohr 85 zum Zuführen eines überhitzten Dampfes, wie beispielsweise eines heißen Kühlmittelgases, zu dem indirekten Wärmeaustauschbereich 50 zum Kühlen verwendet wird, wodurch das heiße Kühlmitteigas in einen flüssigen Zustand zurückkondensiert wird. Das Gas tritt in den Verteiler 80 ein, wobei eine intern angeordnete Ablenkplatte 99 eine gleichmäßige Verteilung auf alle der einzelnen Leitungen 54, 56 sicherstellt, welche mit dem Verteiler 80 verbunden sind. Wenn die Ablenkplatte 99 nicht verwendet werden würde, würde sich der Gasstrom um den Eingang der Rohrleitung 85 herum konzentrieren, wodurch sich die Leistung des indirekten Kondensatorbereichs 50 durch eine ungleichmäßige Leistung von Kreislauf zu Kreislauf verschlechtern würde. Wie vorstehend für die Fluidkühlerbetriebsmoden erklärt, wird dann das sich nach unten bewegende und durch den Dampfkondensatorbereich 50 erwärmte Verdampfungswasser teilweise in dem indirekten Bereich durch Verdampfungswärmeaustausch mit der eintretenden Luft gekühlt und weiter durch den direkten Verdampfungswärmeaustausch mit der Luft gekühlt, welche innerhalb des direkten Verdampfungswärme-Austauschbereichs 90 strömt. Die gekühlte Verdampfungsflüssigkeit wird dann in einem Sumpf 30 zur erneuten Verteilung durch die Pumpe 32 zu dem Verteilungsmittel 36 zur Rezirkulation in den indirekten Wärmeaustauschbereich 50 aufgenommen. Die erwärmten Luftströme, welche sich durch jeden der Wärmeaustauschbereiche bewegen, treten in den Durchgang 15 ein und werden dann durch den Ventilator 24 an die Umgebung abgegeben. Es ist sehr wichtig, beim Betrieb der Vorrichtung 10 als Verdampfungskondensator eine gleichmäßige Leistung von Kreislauf zu Kreislauf bereitzustellen und die Gleichmäßigkeit der Leistung wird durch Beibehaltung einer gleichen Strömungsabgabe und Haltezeit des Gases innerhalb jedes Kreislaufs gewährleistet, sowie durch Aufrechterhalten einer gleichförmigen Temperatur für das Kühlwasser und zu einem geringeren Maß eines Luftstroms gleichförmiger Temperatur. Die Gleichmäßigkeit ist kritischer bei einem Verdampfungskondensator oder die Spulenanordnung 52 unterliegt einer ungleichmäßigen Kondensatorleistung. Wenn beispielsweise die der Außenseite 57 nächsten Kreisläufe des indirekten Wärmeaustauschbereichs einer kälteren Verdampfungsflüssigkeit ausgesetzt werden als die Kreisläufe an der Innenseite 51, dann sind die Außenkreisläufe dazu in der Lage, größere Mengen an Dampf zu kondensieren. Die vergrößerte Kapazität in den Außenkreisläufen bewirkt ein Anwachsen des Druckabfalls durch diese Kreisläufe. Da die Einlässe und Auslässe von jedem Kreislauf an gemeinsame Verteiler angeschlossen sind, muß der Gesamtdruckabfall über alle Kreisläufe identisch sein. Deshalb muß Flüssigkeit in den Außenkreisläufen zurück nach oben strömen, um einen Gleichgewichtsflüssigkeitspegel zu erzeugen, um dadurch den zusätzlichen Friktionsdruckabfall in diesen Kreisläufen zu kompensieren. Wenn Flüssigkeit zurückströmt, bewirkt dies einen Leistungsabfall aufgrund der Reduzierung der zur Kondensation verfügbaren Spulenoberfläche. Deshalb ist diese Betriebsweise, welche ähnlich zu Stand der Technik- Kondensatoren ist, nicht erwünscht, da sie eine geringere Ausnutzung der verfügbaren Kondensationsoberfläche als 100% bewirkt und die Ausgangsleistung der Vorrichtung verschlechtert. Nachdem das enthitzte Gas zu einer Flüssigkeit kondensiert ist, wird es in einem unteren Verteiler 70 gesammelt und dann über eine Rohrleitung 75 zur erneuten Verwendung in dem externen Prozess ausgegeben. Alle der Doppelspulen- Ausführungsbeispiele, wie in den Fig. 11 bis 14 gezeigt, können auch als Gaskondensatoren verwendet werden, was im Wesentlichen auf dieselbe Art und Weise erfolgt, wie eben beschrieben. Allerdings tritt in doppelspuligen Kondensatoren das in den ersten indirekten Wärmeaustauschbereich eintretende heiße Gas als Kombination eines Gases und eines Fluids aus diesem aus und wird dann vollständig zu einem Fluid in dem zweiten indirekten Wärmeaustauschbereich kondensiert.

Der Fachmann erkennt weiter, dass die Erfindung nicht notwendigerweise lediglich auf Fluidkühler oder Verdampfungskondensator-Vorrichtungen beschränkt ist und dass diese Erfindung auch als Nassluftkühler bei einem der bereits gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele Anwendung finden kann.

Da wiederum jede Komponente der Vorrichtung 10 bei deren Verwendung als Nassluftkühler exakt dieselbe ist, wenn diese als Fluidkühler oder Verdampfungskondensator verwendet wird, sind die bei der Beschreibung der vorangehenden Vorrichtungen verwendeten Nomenklatur und Bezugszeichen exakt dieselben für einen Nassluftkühler. Wendet man sich Fig. 4 zu, so wird nun der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels für die Verwendung als Nassluftkühler beschrieben. Im Betrieb sind die Luftströme, welche jeweils in die Primär- und Sekundärlufteinlässe 100 und 102 eintreten, dieselben wie vorangehend beschrieben; querströmend im indirekten Bereich und querströmend im direkten Bereich. Allerdings liegt die Aufgabe der Vorrichtung 10 nun darin, die warmen Luftströme, welche in den direkten und in den indirekten Wärmeaustauschbereich eintreten, zu kühlen. Anstelle eines zu kühlenden heißen Fluids enthält jede der Reihen von Kreisläufen 54, 56 der Spulenanordnung 52 nun zu Beginn stark gekühltes Fluid, welches von einem externen Prozess zugeführt wird. Anstelle eines stark gekühlten Fluids können die Kreisläufe auch ein verdampfendes mehrphasiges Kühlmittel enthalten. Das stark gekühlte Fluid tritt von der Unterseite 55 des indirekten Bereichs 50 wie vorangehend beschrieben ein, tritt in den Zuführverteiler 70 ein und strömt in Richtung nach oben als kontinuierliche Ebene eines Fluids mit im Allgemeinen gleichmäßig ansteigender Temperatur. Wenn die Verdampfungsflüssigkeit über die Spulenanordnung 52 nach unten strömt, wird Wärme gleichzeitig von dem gleichläufig strömenden anfangs warmen Luftstrom zugeführt und von dem gegenläufig strömenden stark gekühlten Fluidstrom innerhalb der Kreisläufe 52, 54 abgeführt. Es wird mehr Wärme abgeführt als denn Verdampfungsfluid zugeführt, weshalb seine Temperatur abnimmt, wenn dieses durch den indirekten Wärmeaustauschbereich nach unten strömt. Der Wärmeluftstrom, welcher in den Primärlufteinlass 100 eintritt, tritt direkt in Kontakt mit der Verdampfungsflüssigkeit und wird durch diese gekühlt. Gleichermaßen nimmt das stark gekühlte Fluid innerhalb der Kreisläufe 54, 56 Wärme von der Verdampfungsflüssigkeit auf, was bewirkt" dass das Fluid erwärmt wird, wenn es die Oberseite 53 des indirekten Bereichs 50 erreicht. Das erwärmte Fluid tritt in den oberen Verteiler 80 ein, bevor es zu dem externen Prozess durch die Rückführrohrleitung 85 zurückkehrt, während der Primärluftstrom den indirekten Bereich 50 durch die Seitenöffnung 106 verläßt. Die nun gekühlte Verdampfungsflüssigkeit wird dann über den direkten Wärmeaustauschbereich 92 ausgegeben, wo sie direkt mit einen anfangs warmen querströmenden Sekundärluftstrom, welcher durch diesen hindurchgeht, in Kontakt tritt und Wärme mit diesem austauscht. Die Temperatur der Verdampfungsflüssigkeit nimmt zu, wenn diese sich nach unten durch den direkten Bereich bewegt und in einem Sumpf gesammelt wird und dann zur erneuten Verteilung über dem indirekten Wärmeaustauschbereich zurückgepumpt wird. Dieser nun gekühlte Sekundärluftstrom vermischt sich mit dem gekühlten Primärluftstrom in dem Sammelraum 15, wo der kombinierte Luftstrom über den Ventilatorzylinder 26 zur Verwendung an einem separaten externen Ort, beispielsweise zur Gemüsekühlung oder für einen Gasturbinenlufteinlass-Vorkühlungsbetrieb, verwendet wird.