本发明涉及一种通过潜能传递进行冷却的系统和方法，以及具体地，利用流体蒸发过程将不需要的低温热能排放到周围大气环境中来冷却流体，流体蒸发过程涉及穿过热传递流体的表面区域的被允许或被强制的空气通风。本发明还涉及利用冷却的热传递流体冷却空气并且为蒸发过程供应通风空气的空气处理系统。液体主体被冷却至接近当前的湿球温度，以将不需要的热能排放到环境中，使得液体适合作为冷却介质用于从位置或在过程中除去不需要的热能。
一定体积的热传递流体，其被容纳在第一槽中；其中所述第一槽中的所述一定体积的热传递流体具有表面区域；
当所述一定体积的热传递流体在所述第一槽中时用于允许或强制一定体积的空气穿过所述一定体积的热传递流体的所述表面区域的装置，该空气的湿球温度处于或小于所述一定体积的热传递流体的足以从过程或位置除去热能的所需温度，由此所述一定体积的空气通过蒸发手段使所述第一槽中的所述一定体积的热传递流体的温度降低到或维持在所述所需温度并且使所述第一槽中的热传递流体变成冷却流体；
其中在所述过程或所述位置所需的冷却流体从所述第一槽被转移到所述过程或所述位置；并且所述冷却流体被用于通过从所述过程或所述位置吸收热并且变成温的返回流体来冷却所述过程或所述位置；
其中，所述流体冷却系统包括第二槽，温的返回流体从所述过程或所述位置被转移至所述第二槽。
2.根据权利要求1所述的流体冷却系统，其中所述一定体积的热传递流体呈液滴的形式，并且每个液滴具有液滴表面区域，所述液滴表面区域形成所述一定体积的热传递流体的所述表面区域的一部分，所述一定体积的空气被允许或被强制穿过所述一定体积的热传递流体的所述表面区域，其中，在所述过程或所述位置所需的冷却流体从接收冷却液滴的所述第一槽转移而来。
3.根据权利要求1所述的流体冷却系统，其中，所述温的返回流体被保持在所述第二槽中，并且在一段时间内被阻止转移到所述第一槽中并且被阻止与所述第一槽中的热传递流体混合，以将所述第一槽中的热传递流体维持在所述所需温度。
4.根据权利要求3所述的流体冷却系统，其中，当所述第二槽中的所述温的返回流体处于所述所需温度时，所述第二槽中的所述温的返回流体被转移到所述第一槽。
5.根据权利要求4所述的流体冷却系统，其中，从所述过程或所述位置返回的加温的流体被接收在所述第二槽的上部部分中，并且冷却的流体从所述第二槽的下部部分被转移到所述第一槽的上部部分。
6.根据权利要求4所述的流体冷却系统，其中，所述第二槽包括用于允许或强制一定体积的空气穿过所述第二槽中的所述温的返回流体的表面区域的装置，该空气的湿球温度处于或小于所述第二槽中的所述温的返回流体的温度，以导致所述第二槽中的温的返回流体的温度通过蒸发手段降低。
7.根据权利要求6所述的流体冷却系统，还包括第三溢流槽，所述第三溢流槽用于保持来自所述第二槽的温的返回流体的溢流，直至条件允许所述第二槽中的温的返回流体蒸发冷却。
8.根据权利要求7所述的流体冷却系统，其中当来自所述第二槽的温的返回流体被转移到所述第一槽时，来自所述第三溢流槽的流体被转移到所述第二槽。
9.根据权利要求8所述的流体冷却系统，其中当所述第三溢流槽中的流体的温度与所述所需温度相当时，所述第三溢流槽中的流体用作所述第一槽的补充流体源。
10.根据权利要求9所述的流体冷却系统，其中通过允许或强制一定体积的空气穿过所述第三溢流槽中的流体的表面区域，所述第三溢流槽中的流体的温度降低，该空气的湿球温度处于或小于所述第三溢流槽中的流体的温度。
减少环境空气的湿球温度的装置，以产生具有处于或小于所述所需温度的湿球温度的空气。
12.根据权利要求11所述的流体冷却系统，其中减少环境空气的湿球温度的所述装置是减少环境空气的绝对湿度的除湿过程。
13.根据权利要求12所述的流体冷却系统，其中所述除湿过程形成空气处理系统的一部分，所述空气处理系统用于在空气进入空间之前处理空气，其中所述空气处理系统还包括在所述除湿过程的上游或下游的冷却过程。
14.根据权利要求13所述的流体冷却系统，其中降低到或保持在所述所需温度的热传递流体被转移到用于去除热能的所述冷却过程。
15.根据权利要求13所述的流体冷却系统，其中被允许或被强制穿过所述一定体积的热传递流体的所述表面区域的所述一定体积的空气是源自于所述空间的空气，所述源自于所述空间的空气具有足够低的湿球温度，导致所述一定体积的热传递流体的温度通过蒸发手段降低或维持在所述所需温度。
16.根据权利要求13所述的流体冷却系统，其中所述空间是部分封闭的区域。
17.根据权利要求16所述的流体冷却系统，其中所述部分封闭的区域是住宅或建筑物室内、或者体育场或动物棚的室内。
18.根据权利要求1所述的流体冷却系统，其中，用于强制所述一定体积的空气穿过所述一定体积的热传递流体的所述表面区域的所述装置呈一个或更多个通风风扇的形式，所述通风风扇导致空气以可控的速度移动。
19.根据权利要求1所述的流体冷却系统，其中，所述一定体积的热传递流体是水；并且其中，所述第一槽具有足以在等于最长预期时间段的持续时间内根据需求向所述过程或所述位置供应冷却水的体积，在所述最长预期时间段时蒸发冷却将由于升高的湿球温度而失效。
20.一种用于在进入空间之前处理一定体积的空气的空气处理系统，所述空气处理系统包括：除湿器，其用于减少环境空气的绝对湿度以产生干燥空气；
在所述除湿器下游的热交换器，其包括用于通过蒸发除去热能来冷却所述干燥空气的冷却过程流体的输入；
允许或强制环境空气进入所述除湿器的装置，干燥空气从所述除湿器穿过所述热交换器，以及干燥和冷却的空气从所述热交换器进入所述空间；以及其中所述冷却过程流体通过允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域而产生，该空气的湿球温度处于或小于所述一定体积的热传递流体从所述干燥空气中除去热能所需的温度，由此所述一定体积的空气导致所述一定体积的热传递流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在所需温度；并且其中，被允许或被强制穿过所述一定体积的热传递流体的表面区域的所述一定体积的空气是源自于所述空间的空气，所述源自于所述空间的空气具有足够低的湿球温度，以导致所述一定体积的热传递流体的温度通过蒸发手段降低或维持在所需温度。
21.一种用于在进入空间之前处理空气的方法或过程，所述方法或过程包括：
允许或强制所述干燥空气穿过热交换器以产生冷却空气，所述热交换器具有冷却流体的输入，所述冷却流体的输入用于通过蒸发除去热能以冷却所述干燥空气；
其中所述冷却流体通过允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域而产生，该空气的湿球温度处于或小于所述一定体积的热传递流体从所述干燥空气除去热能所需的温度，由此所述一定体积的空气导致所述一定体积的热传递流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在所需温度；并且其中被允许或被强制穿过所述一定体积的热传递流体的表面区域的所述一定体积的空气是源自于所述空间的空气，源自于所述空间的所述空气具有足够低的湿球温度，以导致所述一定体积的热传递流体的温度通过蒸发手段降低或维持在所需温度。
通过潜能传递进行冷却的系统和方法
发明领域
[0001] 本发明涉及通过潜能传递进行冷却的系统和方法，以及具体地，利用流体蒸发过程将不需要的低温热能排放到周围的大气环境中来冷却流体，流体蒸发过程涉及穿过热传递流体的表面区域的被允许或被强制的空气通风。本发明还涉及利用冷却的热传递流体冷却空气并且为蒸发过程供应通风空气的空气处理系统。液体主体被冷却至接近当前的湿球温度(prevailing wet bulb temperature)，以将不需要的热能排放到环境中，使得液体适合作为冷却介质用于从位置或在过程中除去不需要的热能。
[0002] 发明背景
[0003] 经常需要一种将不需要的热能摒弃至环境的可靠方法，例如作为许多工业过程和制造过程的一部分，以及在居住的建筑物内加热、通风和冷却(HVAC)技术。这一需求存在于温带气候和热带气候中。通过将热传递流体通过传导式和/或辐射式热交换器表面可以实现将热能排放到周围环境中，其中流体的温度大于环境干球温度。
[0004] 当传递流体温度接近环境干球温度时，需要相对较大的热交换器表面来排放所需量的热能。当环境温度超过传递流体的温度时，不会发生有利的热能传递。在这些情况下，通常使用热泵(逆向兰金循环)将传递流体的温度提高至远高于环境温度，从而在通过膨胀将流体冷却到适于提供必要冷却效果的温度之前，使不需要的热能传递到环境中可以通过辐射、对流和/或传导很容易地发生。
[0005] 作为通过热交换器辐射传递或对流传递的替代方案，传递流体(通常为水)的直接蒸发可用于将能量传递到周围环境。直接蒸发包括将水或其它流体蒸汽的蒸发潜热从液体主体传递到环境空气中，液体主体的余下部分中的显热能相应下降，导致温度减少。该方法用在，例如冷却塔中，通常与热交换器组合以将热能从热交换器中的传递流体传递到蒸发的水滴，导致传递流体的温度下降。
[0006] 蒸发冷却的一个优势是，即使低于环境干球温度，甚至低至湿球温度(在某些情况下，其可以比干球温度低10℃或更多)，热能传递可以继续发生，从而增加冷却塔内穿过热交换器的温差。在比从环境干球温度获得的温差高的温差下，可实现温度传递，对于给定的热负荷，可以使用较小的热交换器。或者，可以通过逆向兰金循环热泵消耗较少的能量以实现所需的将不需要的热能传递到环境中，逆向兰金循环热泵使用来自冷却塔(作为散热器)的传递流体。然而，使用间接接触式冷却塔技术，通过热交换器的热传递总是导致传递流体的温度高于当前湿球温度至少几度。
[0007] 因为湿球温度在夏季足够长的时间段内不会下降足够低，所以在许多气候中单独使用冷却塔对产生有效冷却的传递流体是无效的。在温度差小的情况下，需要非常大的表面区域和非常大的流动速率，从而需要更大的能量来操作呈高火用电能/机械能形式的冷却塔，高火用电能/机械能通常由化石燃料供电的发电机或其他发电机提供。
[0008] 另一种常用的技术，逆向兰金循环需要甚至更大的高质量电能/机械能(高火用)输入，以除去低质量的热能(低火用)，导致高度不可逆的能量转换(火用损失)，这种能量转换通常需要燃烧化石燃料或核动力循环来可靠地为热泵提供电力。在能量循环中普遍希望减少这些燃料的使用。
[0009] 本发明的一个目的是克服至少一些上述问题，或为公众提供一种有用的替代方案。
[0010] 已经包括在本说明书中的任何关于文献、动作、材料、器具、物品等的讨论仅仅是为了提供本发明的上下文的目的。不应该认为承认任何或全部先前的讨论构成现有技术基础的一部分，或者是在本发明的任何权利要求的优先权日之前存在的本发明领域中的普通知识。
[0011] 发明概述
[0012] 根据一个方面，本发明提供一种流体冷却系统，其包括：
[0013] 包括表面区域的一定体积的热传递流体；以及
[0014] 用于允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域的装置，空气的湿球温度大约处于或小于热传递流体的足以从过程或位置中除去热能的所需温度，由此一定体积的空气通过蒸发手段使所述流体的温度降低或维持在大约所述所需温度。
[0015] 在一个实施方式中，所需温度是流体的大约最大的温度，超过该温度，流体会太热而在流体转移到目标过程或目标位置时无法实现热能从目标过程或目标位置的所期望的移除。而当湿球温度低于所需流体温度时，可发生最有效的冷却，当湿球温度大约等于所需温度时，可发生一些轻微的冷却效果。术语“大约处于或小于热传递流体的温度”旨在涵盖将发生流体有效冷却的这些可能的情况中的每一种。
[0016] 在一个实施方式中，一定体积的热传递流体被保持在槽中，并且一定体积的空气被允许或被强制穿过槽中流体主体的顶部表面区域，其中在所述过程或所述位置所需的冷却流体是从所述槽中转移来的。
[0017] 在可替代的实施方式中，一定体积的热传递流体呈液滴的形式，由此每个液滴具有液滴表面区域，液滴表面区域形成一定体积的热传递流体的表面区域的一部分，一定体积的空气被允许或被强制穿过该表面区域，其中在所述过程或所述位置所需的冷却流体从接收冷却液滴的槽转移而来。
[0018] 关于上述接收冷却的液滴可以将冷却的液滴直接接收到槽中，或者在例如槽是冷却的液滴被转移到其中的储水槽的情况下，间接地接收液滴。
[0019] 在一个实施方式中，冷却系统包括单个槽，冷却的流体从该单个槽转移到过程或位置，并且加温的流体从过程或位置返回到该单个槽中。
[0020] 在一个实施方式中，热传递流体的所述体积足够大，使得通过添加来自过程或位置的返回流体，所述流体的温度不会增加到使得流体在从过程或位置中除去热能的方面不再有用的程度。
[0021] 在一个实施方式中，返回流体被接收在槽的上部部分，并且冷却的流体从槽的下部部分转移到位置或过程。
[0022] 在可替代的实施方式中，冷却系统包括两个槽：第一槽和第二槽，第一槽是已经大约冷却到所需温度或低于所需温度的流体从其中转移到过程或位置的槽，并且温的返回流体从位置或过程被转移至第二槽。
[0023] 在一个实施方式中，较温的流体被保持在第二槽中，并且在一段时间内被阻止转移到第一槽并且被阻止与在第一槽中的流体混合，以将第一槽中的流体维持在或接近所述所需温度。
[0024] 在一个实施方式中，当第二槽中的流体大约处于或接近所述所需温度时，第二槽中的流体被转移到第一槽。
[0025] 在一个实施方式中，从过程或位置返回的加温流体被接收在第二槽的上部部分，并且冷却流体从第二槽的下部部分转移到第一槽的上部部分。
[0026] 在一个实施方式中，第二槽包括用于允许或强制一定体积的空气穿过第二槽中的热传递流体的表面区域的装置，空气的湿球温度大约处于或小于第二槽中的热传递流体的温度，以导致第二槽中的热传递流体的温度通过蒸发手段减少。
[0027] 在一个实施方式中，系统还包括第三溢流槽，该第三溢流槽用于保持来自第二槽的任何温的流体的溢流，直至条件允许所述第二槽中的流体的蒸发冷却。
[0028] 在一个实施方式中，当来自第二槽的流体被转移到第一槽时，来自第三槽的流体被转移到第二槽。
[0029] 在一个实施方式中，当第三槽中的流体的温度与所需温度相当时，第三槽中的流体被用作第一槽的补充流体源。
[0030] 在一个实施方式中，通过允许或强制一定体积的空气穿过第三槽中的流体的表面区域，第三槽中的流体的温度降低，空气的湿球温度大约处于或小于第三槽中的热传递流体的温度。
[0031] 在一个实施方式中，该系统还包括：
[0032] 减少环境空气的湿球温度的装置，以产生具有大约处于或小于所需温度的湿球温度的空气。
[0033] 在一个实施方式中，减少环境空气的湿球温度的装置是减少环境空气的绝对湿度的除湿过程。
[0034] 在一个实施方式中，所述除湿过程形成空气处理系统的一部分，该空气处理系统用于在空气进入空间之前处理空气，其中空气处理系统还包括在除湿过程的上游或下游的冷却过程。
[0035] 在一个实施方式中，降低到或保持在大约所述所需温度的热传递流体被转移到冷却过程，用于除去热能。
[0036] 在一个实施方式中，被允许或被强制穿过一定体积的热传递流体的表面区域的一定体积的空气是源自于所述空间的空气，源自于所述空间的空气具有足够低的湿球温度，以导致热传递流体的温度通过蒸发手段被降低或维持在大约所述所需温度。
[0037] 在一个实施方式中，空间是部分封闭的区域，比如住宅或建筑物室内、或者体育场或动物棚的室内。在一个实施方式中，通过将冷却的流体泵送经过空间中的热交换器来冷却空间。在一个实施方式中，热交换器是大的缓慢流动的热交换器，比如在建筑物各层的地板、墙壁或天花板中的液压冷却管网。
[0038] 在一个实施方式中，用于强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域的装置呈一个或更多个通风风扇的形式，该一个或更多个通风风扇导致空气以可控的速度移动。可以通过调节风扇速度来控制速度，或者在流体被保持在槽中的情况下，通过调节自由表面上方的封闭体积来控制速度。通过确定自由表面高度，可以优化每个槽的冷却速率，同时允许风扇以最佳的效率操作。蒸发速率取决于自由表面上方的空气速度，且这可由本领域技术人员计算出。
[0039] 在一个实施方式中，槽具有足以在等于最长预期时间段的持续时间内根据需要向过程或位置供应冷却水的体积，在该最长预期时间段时蒸发冷却将由于湿球温度升高而失效。
[0040] 在一个实施方式中，所述热传递流体是水。与其他冷却液体的成本相比，水的成本非常低，并且可以在地球表面上自由地获得。它是完全无毒的，并且具有非常有利的比热容。
[0041] 根据另一方面，本发明提供一种用于在进入空间之前处理一定体积的空气的空气处理系统，所述空气处理系统包括：
[0042] 除湿器，其用于减少环境空气的绝对湿度以产生干燥空气；
[0043] 在除湿器下游的热交换器，其包括冷却过程流体的输入，该冷却过程流体的输入用于通过蒸发除去热能来冷却干燥空气；
[0044] 允许或强制环境空气进入除湿器的装置，来自除湿器的干燥空气穿过热交换器，并且干燥和冷却的空气从热交换器进入到空间；以及
[0045] 其中冷却过程流体通过允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域而产生，空气的湿球温度大约处于或小于热传递流体以从干燥空气中除去热能所需的温度，由此一定体积的空气导致所述流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在大约所述所需温度。
[0046] 在一个实施方式中，被允许或被强制穿过一定体积的热传递流体的表面区域的一定体积的空气是源自于所述空间的空气，源自于所述空间的空气具有足够低的湿球温度，以导致热传递流体的温度通过蒸发手段被降低或维持在大约所述所需温度。
[0047] 根据另一方面，本发明提供用于冷却流体的方法或过程，其包括：
[0048] 允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域，一定体积的空气的湿球温度大约处于或小于热传递流体足以从过程或位置中除去热能所需的温度，空气导致所述流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在大约所述所需温度。
[0049] 在一个实施方式中，该方法或过程还包括在空气被允许或被强制穿过一定体积的热传递流体的表面区域之前，减少一定体积的空气的湿球温度，从而减少空气的绝对湿度而大体上不改变空气的干球温度。
[0050] 根据又一方面，本发明提供了在进入空间之前处理空气的方法或过程，所述方法或过程包括：
[0051] 减少环境空气的绝对湿度，以产生干燥空气；
[0052] 允许或强制所述干燥空气穿过热交换器以产生冷却空气，热交换器具有冷却流体的输入，以用于通过蒸发除去热能来冷却干燥空气；
[0053] 允许或强制所述干燥和冷却的空气进入空间；以及
[0054] 其中冷却流体通过允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域而产生，空气的湿球温度大约处于或小于热传递流体从干燥空气除去热能所需的温度，由此一定体积的空气导致所述流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在大约所述所需温度。
[0055] 在一个实施方式中，被允许或被强制穿过一定体积的热传递流体的表面区域的一定体积的空气是源自于所述空间的空气，该源自于所述空间的空气具有足够低的湿球温度，导致热传递流体的温度通过蒸发手段被降低或维持在大约所述所需温度。
[0056] 附图简述
[0057] 被并入到并构成该说明书的一部分的附图图示了本发明的几个实施方案，并且与说明书一起用于解释本发明的优点和原理。在附图中：
[0058] 图1是根据一个实施方式的单槽流体冷却系统的示意图；
[0059] 图2是根据一个实施方式的利用水塔的单槽流体冷却系统的流程图；
[0060] 图3是根据一个实施方式的双槽流体冷却系统的示意图；
[0061] 图4是根据一个实施方式的利用水塔的双槽流体冷却系统的流程图；
[0062] 图5是根据一个实施方式的包含储存槽的双槽流体冷却系统的示意图；
[0063] 图6图示了反映对根据本发明的实施方式的单槽冷却系统和多槽冷却系统进行建模所得的结果的三幅曲线图；以及
[0064] 图7是用于空间的空气处理系统的流程图，该空气处理系统包括用于向空间提供干燥和冷却的空气的除湿和冷却装置，以及利用水塔向冷却装置供应冷却流体的单槽流体冷却装置，并且该单槽流体冷却装置可以从空间获得空气。
[0065] 本发明的具体实施方式
[0066] 下面参考附图详细描述了本发明。虽然描述包括示例性实施方式，但是其他实施方式也是可能的，并且可以对所描述的实施方式进行改变，而不脱离本发明的精神和范围。在任何可能的情况下，在整个实施方式和以下描述中将使用相同的附图标记来指示相同和相似的部分。
[0067] 应当理解，体现本发明的冷却系统和冷却方法可以用于需要将冷却流体或冷却空气提供到位置或过程的许多不同应用中。举例来说，本文描述了对流体进行冷却以随后在用于冷却建筑物室内空间的过程中使用。然而，本发明具有其它应用，包括冷却其它室内或内部(完全或部分封闭的)区域或其它过程(包括工业过程)。
[0068] 根据一个方面，本发明涉及流体冷却系统10，其包括允许或强制一定体积的空气穿过一定体积的热传递流体的表面区域的装置，空气的湿球温度大约处于或小于热传递流体的从过程或位置除去热能所需的温度(本文有时称为“所需温度”)，由此一定体积的空气导致流体的温度通过蒸发手段降低到或维持在大约所需温度。作为示例，至少一个槽12可以被用于保持热传递流体14(比如水)的主体或储层(reservoir)，该热传递流体14可以被转移到位置或过程16，为的是当流体大约处于或小于所需温度时提供冷却或除去热能。所需温度可以例如是最大流体温度，超过该最大流体温度，流体将过热而在位置或过程中不具有适当的冷却效果。
[0069] 在建筑物室内需要冷却的情况下，例如，建筑物室内可以通过从第一槽12泵送出冷却流体穿过建筑物内的热交换器(未示出)而被冷却，该热交换器与建筑物室内的空气和/或传导结构接触。换句话说，冷却的流体可以被提供给用于冷却建筑物室内的热交换过程。例如，热交换器可以是大的缓慢流动的热交换器，比如建筑物各层的地板、墙壁或天花板中的液压冷却管网(未示出)。
[0070] 技术人员将理解，当受调节的、稍微冷却的水体可用于从建筑物除去不需要的热能时，可以设计任何适当的热交换系统，使得例如如果建筑物中所期望的温度为23℃的话，则不需要的热能可以使用在入口处温度为20℃且在离开建筑物的出口处温度为22.5℃的流体而容易且完全地从建筑物中除去。
[0071] 在图1中示出了利用先前提及的槽12的根据一个实施方式的流体冷却系统10。槽中的顶部空间18可以包括风扇20或其它装置，当环境大气的湿球温度小于从过程或位置除去热能所需的温度时，风扇20或其它装置允许或强制空气(其可以是环境大气)流通穿过流体主体的表面22。在测试期间发现，强制或允许空气穿过水体表面的速度为0.6m/s至lm/s，水的温度保持在18℃和19℃之间，实现水的表面区域的冷却速率高达100W/m2。该测试在环境干球温度为26℃至27℃下进行。系统10还可以包括管路24和管路26或其他装置，该管路24和管路26或其他装置用于根据需要使得冷却流体从槽12相应地转移到过程或位置16，并且使加温的流体从过程或位置16回到槽12。
[0072] 在另一个实施方式中，槽12可以由组合的水塔和槽27代替，其中热传递流体被喷射出(未示出)，并且空气流被强制穿过热传递流体的液滴的表面区域从而冷却液滴，导致冷却流体的主体或储层收集在水塔和槽27中。技术人员将理解，不管一定体积的热传递流体是槽中的水体或是水塔中的液滴喷雾，都应用了相同的蒸发冷却原理。在图2的流程图中示出了包含组合的水塔和槽27的系统10，并且该图还示出了在进入组合的水塔和槽27之前，空气可以被处理(冷却和干燥)，如在下面关于图6的实施方式更详细描述的。
[0073] 提供一定体积的空气可以以多种方式实现，该一定体积的空气具有大约处于或小于热传递流体从位置或过程除去热能所需温度的湿球温度。例如，在空气被强制穿过热传递流体主体的以上实施例中，空气可以是环境空气，并且在昼夜循环的某些时间段期间，空气可以自然地具有足够低的湿球温度以允许有用的冷却。如果需要处理空气以实现足够低的湿球温度，则一定体积的环境空气可以经受除湿过程，除湿过程还减少环境空气的绝对湿度，而大体上不改变环境空气的干球温度。例如，使用干燥剂技术干燥环境空气可以实现该结果，然而，本发明不限于任何一种方式，通过该方式，进入的一定体积的空气达到必需的湿球温度。在本申请人的共同未决的申请中描述了使用干燥剂技术对空气进行除湿的系统和方法。
[0074] 根据任一上述实施方式的系统10可以包括与第一槽12/27串联的第二槽28，如图3中所示。在该实施方式中，在高于所需流体温度的流体温度下的返回流体30可以从位置或过程16返回到第二槽28。第二槽28可以构造成与槽12相似，并且包括风扇20或其它装置，该风扇20或其它装置用于当环境大气的湿球温度小于所需流体温度时，允许或强制环境大气流通穿过第二槽中的流体主体的表面22。第一槽和第二槽中的流体可以经由附加管路32连通。
[0075] 加温的流体30可以被保持在第二槽28中，并且在一段时间内防止被转移到第一槽12中并与第一槽12中的热传递流体14混合，以便将第一槽中的流体保持处于或者接近第一流体温度。当在第二槽28中通过使用一个或更多个风扇20将第二槽中的流体的温度降低到或接近所需流体温度时，流体可以从第二槽被转移到第一槽12。
[0076] 图4示出了当第一槽是先前关于图2描述的组合的水塔和槽27时的双槽系统的流程图。在高于所需流体温度的流体温度下的返回流体30可以从位置或过程16返回到第二槽，该第二槽尽管可以配置为与第二槽28相同，但是为了使该第二槽与第二槽28区分开，已经为该第二槽指定了新的附图标记33，第二槽33与为组合的水塔和槽的第一槽27相关联，第二槽28与配置成保持水体的第一槽12相关联。第二槽33可以配置为与槽12相似，并且包括风扇20或其他装置，该风扇20或其他装置用于当环境大气的湿球温度小于所需流体温度时，允许或强制环境大气的流通穿过第二槽33中的流体主体的表面22。或者，第二槽33可以是类似于槽27的第二水塔和槽的组合，或者可以是没有任何相关联的流体冷却装置的临时储存槽。
[0077] 上述双槽系统还可以包括第三槽34，如图5中所示。第三槽的目的可以是用于保持任何温热流体30从第二槽28/33溢出，直到环境条件允许第二槽28/33中的流体蒸发冷却至所需的流体温度。流体通过管路36在第二槽和第三槽之间转移，并且第三槽中的流体也可以经由管路38通往大气。当第三槽34中的流体的温度与所需的流体温度相当时，其也可以用作第一槽12/27的补充流体源，以补充通过蒸发过程从系统中除去的水团(watermass)。流体通过管路40在第三槽和第一槽之间转移。
[0078] 管路可以被布置成使得当使用来自任何一个槽的温水时，温水从槽的具有较暖水层的上部部分离开，并且当使用冷却水时，冷却水从槽的具有较冷水层的下部部分排出。在需要时，每个槽可以包括流体温度传感器、环境空气温度传感器和用于控制流体流动到槽和从槽流出(以及因此控制每个槽中的体积)的控制机构。这样的控制机构还可以用于控制风扇和风扇速度。这些传感器和控制机构还可被配置为使得来自传感器的读数触发控制机构的操作。例如，传感器可以感测空气的湿球温度何时低于所需的流体温度，并且控制机构可以相应地操作风扇。技术人员还将理解，制造因素，比如流体表面上的空气速度和槽内的流体体积(以及因此上面的顶部空间体积)是可调的，允许在各种槽配置中的灵活性以适应不同的应用和环境。
[0079] 因此，第二槽28/33中较高温度和返回流体保留量的组合导致在流体返回到第一槽12/27或第三保持槽34之前，足够比例的不需要的热能在足够低的温度下从流体中排出，以使第一槽12/27中的流体的温度不会不希望地增加。由于第二槽28/33中流体的温度较高，在夏季时可以实现更多连续小时的有用冷却，从而更有效地排出不需要的热能，允许使用比本来所需的小的槽的总体积。据估计，添加第二槽28/33可以将所需的总的槽体积减少高达20倍。
[0080] 随着第二槽28/33中的流体温度通过强制蒸发(或其他方式)减少，直至温度接近所需的流体温度，并且在必要时将返回水保持在第三槽34中直到与所需的流体温度相当，第一槽12/27中的流体的温度可以保持足够低以始终提供有用的冷却。因此，第一槽12/27中的流体的温度可以有效地维持比水立即从加热源返回更低，以增加冷却水的效用和可用性，或者大体上减少在夏季延长的时间段期间维持冷却能力所需的槽尺寸。
[0081] 图6示出了当独自使用第一槽12与使用第一槽12和第二槽28的组合比较时由系统10的数学建模得到的三幅曲线图。上面的曲线图40示出了与具有相同总体积和总面积的单槽系统相比，包括两个串联槽的系统10的第一槽中的流体的按小时计算的温度。尽管各自都以相同的温度(17.8℃)开始，但是单槽系统在两周大部分时间内都在18℃以上，而双槽系统则多次接近15℃。数据是在测试气象年的1月份的第一周在Adelaide(南澳大利亚)的炎热夏季在2周的时间段内测得的。预计如果槽12和槽28被槽27和槽33代替，并且在相似条件下进行测试，则得到的数据将是相当的。
[0082] 第二幅曲线图42示出了示例性双槽系统可在期望温度以下供应冷却水的时间的百分比。第三幅曲线图44说明了上述提及的单槽系统的实施例需要二十倍的多槽系统的体积。在任何实施例中，当槽低于15℃时，不使用冷却。
[0083] 根据另一方面，本发明提供空气处理系统50，其利用冷却的过程流体从一定体积的空气中除去热能，从而在进入空间52或过程之前冷却空气。
[0084] 图7示出了示例性系统50，其可以被认为具有两个不同的但相互作用的流，这两个流是空气和水。一定体积的空气可以首先在除湿过程(未示出)中进行预处理，其中夹带水蒸气或潜热的部分被除去，而对空气流的显热没有显著的变化。系统50还示出了冷却过程54，冷却过程54用于通过与冷却流体进行热交换的方法减少空气流的显热，冷却流体由本说明书先前所述的装置产生。在这方面，在图7中还示出了槽12/27，其中可以理解，在槽12/
27中产生的冷却流体被转移到冷却过程54。因此，在闭合回路中，流体通过冷却过程54加温，并且随后在返回冷却过程54之前在槽12/27中进行冷却。除湿和冷却的空气可以传送到空间(其可以同样是另一位置或过程)，从该空间排出的空气可以被供给到槽12/27。因此，在冷却过程54中获得来自空气流的显热后，流体被传送到作为蒸发冷却装置的槽12/27，在槽12/27中来自冷却和干燥空气流的大大减少的湿球温度通过去除潜热而提高了在流体流中可用的冷却量。
[0085] 因此，体现本发明这一方面的流体冷却系统10允许有效地冷却建筑物，例如以大于20的可获得的有用热冷却能的性能系数输入电能供应(并且输入到包括用于强制通风的风扇的控制系统)。当与通常在3.6和4之间,且最高为小于5的电驱动逆向兰金循环热泵的COP相比时，本发明的益处是明显的。随着电力成本的提高以及对减少使用化石燃料或核动力发电的期望的增加，该系统的优势是显而易见的。
[0086] 除了在最干旱的气候外，从建筑物屋顶收集的雨水通常足以在年度循环中供应用于通过蒸发冷却的补充水，以减少或消除从其他来源供应宝贵的饮用水的需求。因此，该系统是环境友好的、独立的，并且能够以商业上可行的方式通过非电网能源(比如光伏面板或其他可再生能源发电系统)机械地供电(用于风扇和泵)。在建筑物的寿命中，可以实现能量利用的大幅减少，这代表着非常可观的商业效益。
[0087] 上述冷却系统和冷却方法可以与太阳能采暖系统组合，由于建筑物中的热传递表面相对较大，并且因此通常可从太阳能集热器获得的低温热量能够在冬季有效地并且有价值地用于建筑物的采暖。
[0088] 每个储水槽12/27或每个组合的水塔和槽28/33的建设成本可以大体上小于等效的逆向兰金循环热泵系统以及相关联的热交换器的安装成本。通过蒸发用于冷却的液体也可以用作显冷却能的存储，消除了热交换器的成本以及消除了热交换器必然需要的温差，从而提高了实用性且降低了总系统的成本。
[0089] 在不偏离本发明范围的情况下，可以非常好地使本发明具有另外的优势和改进。虽然本发明已经示出并且描述了被认为是最实用和优选的实施方式，但是应当认识到，可以在本发明的范围和精神内进行偏离，偏离不限于本文公开的细节但是符合权利要求的全部范围，以包含任何和全部等同的器具和器械。
[0090] 在本发明的所附的任何权利要求和概述中，除了由于表达语言或必要的含义上下文另有要求之外，否则“包括(comprising)”一词以“包括(including)”的意义使用，即所指定的特征可能与本发明的各种实施方式中的另外的特征相关联。
