CN101038133A - 具有制冷功能的空气－空气热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种以水和空气为混合工质的用于制冷的空气—空气热交换器，它包括有制冷空气管道和冷却空气管道，所述的制冷空气管道由热交换单元热边和管道相互串接连通构成，并且所述的热交换单元冷边连接在冷却空气管道中，其不同之处在于在冷却空气管道中设置有水汽雾化腔，水汽雾化腔中安设雾化喷嘴，雾化喷嘴与高压水源相接。所述的热交换单元为板翅式热交换单元，按叉—逆流换热方式安设；所述的冷却空气管道呈负压状。本发明提出了实现以水和空气为混合工质进行制冷的设计理念，吸湿相变环节被设计在热交换器中高效率进行，并达到传质、传热同步，进行良性循环。使本发明成为一种具有较高制冷功效的空气—空气热交换器。

Description

具有制冷功能的空气—空气热交换器
技术领域
本发明涉及一种以水和空气为混合工质的用于制冷的空气—空气热交换器，属制冷与空调技术领域。
背景技术
目前用于空调制冷的工质大都为氟利昂，该类空调虽制冷效率较高，但存在环境污染的问题。能否用一种新的无害物质取代氟利昂进行制冷并且有较高的制冷效率是当前制冷业界存在的难题。
一般的空气—空气热交换器，低温的冷流体流经冷边并和冷边的热交换器翅片进行热交换，冷量经此传递到热边翅片上，流经热边的流体同翅片进行热交换，使其温度降低，带走冷量，完成整个换热过程。一般来说，流经热交换器冷边的流体所含的冷量变化和热边所获得的冷量是相等的。普通的空气—空气热交换器只能完成热交换过程，无制冷功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有制冷功能且制冷效率较高的空气—空气热交换器。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有制冷空气管道(热边)和冷却空气管道(冷边)，所述的制冷空气管道由热交换单元5热边和管道相互串接连通构成，并且所述的热交换单元5冷边连接在冷却空气管道中，其不同之处在于在冷却空气管道中设置有水汽雾化腔8，水汽雾化腔中安设雾化喷嘴1，雾化喷嘴与高压水源相接。
按上述方案，所述的热交换单元5为板翅式热交换单元，按叉—逆流换热方式安设；所述的冷却空气管道呈负压状。所述的热交换单元5与水汽雾化腔8可垂直交错叠加连接而成。
按上述方案，所述的水汽雾化腔8安设在每个热交换单元5上方的冷却空气管道中。
按上述方案，所述的高压水源由高压泵3与储水箱7相连构成，储水箱与冷却空气管道相连，由此构成循环喷注高压水源。
本发明的工作过程及机理为：冷却空气管道为本空气—空气热交换器的冷边，包括冷边出和冷边进，热交换器的冷边处于负压状态，这大大有利于水的汽化速度，在冷边的水汽雾化腔内，喷以颗粒极小的雾化水(水粒直径为45μ左右)，流经冷边的低温空气和雾化水微粒混合成制冷工质。由于水是微粒状态，增大了空气与水的接触面积，因而，在低温、负压的环境中，微水粒在与热交换器翅片的紧密碰触中，吸收热量，迅速汽化，制出冷量，并及时传出，循环不断，直至空气含湿量饱和。这时流经冷边的空气每个断面的含湿量均可达到或接近饱和。大量微水粒汽化所制出的冷量被同时高效地传递到了热边，使制冷空气管道中空气的热量经由热交换器被大量带走，从而降低了热边流体的温度，达到降温制冷的目的。根据理论计算及初步实验验证，与普通的空气—空气热交换器相比，同等条件下，本发明的空气—空气热交换器传递出的冷量最高为进入冷边流体所含冷量的4倍多。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的热交换器热边工作于常压状态，这便于更容易将降温的空气输送到使用区间。冷边工作于负压状态，这将大大提高微水粒的汽化速度，提高制冷效率。在负压状况下，水和空气的混合工质具有更大的焓值变化空间，汽化潜热更大，使系统具有更大的制冷量。
2、交换器主体为板翅式热交换单元并配置水的雾化单元，可多层相间垂直叠加而成，形成垂向热交换器的冷边，这有利于减小冷边冷气流的阻力，也有利于混合工质中微水粒与翅片亲密接触。水平方向逐层连接形成热交换器的热边。板翅式热交换单元换热方式为叉流式，整个热交换器按照叉—逆流换热，具有换热面积可变、换热效率高、有利于微水粒与翅片均匀接触、汽化迅速的效果。
3、高压水泵、储水箱、高压水管及多层水的雾化单元组成水的雾化系统，其作用是使冷边分层喷射出颗粒直径45μ左右的雾化水，这将扩大水的汽化面积，并能及时、均匀地与翅片紧密接触，完成传质、传热过程，使雾化水迅速汽化，所获得冷量同时传递到热边。汽化后的余水可重复循环使用。
本发明提出了实现以水和空气为混合工质进行制冷的设计理念，吸湿相变环节被设计在热交换器中高效率进行，并达到传质、传热同步，进行良性循环。使本发明成为一种具有较高制冷功效的空气—空气热交换器。
附图说明
图1是本发明一个实施例的正视结构图。
图2是本发明一个实施例中热交换器的正视结构图。
图3是图2的侧视图。
图4是图2中的C-C剖视图。
图5是图2的俯视图。
图6是图4中的A处局部放大图。
图7是图5中的B处局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
包括有冷却空气管道和制冷空气管道，两路通道互不连通，各走各的路径。所述的冷却空气管道由3～6个热交换单元5的冷边和管道相互串接连通构成，本实施例为5个热交换单元，各热交换单元垂直上下间隔安设，其中的热边进、出气端由导流弯管2相连通，相互串接，最下方的热交换单元一端与热边进气管11相接，为热边进气端，最上方的热交换单元一端为热边出气端，与热边出气管10相接，构成制冷空气管道；所述的热交换单元5为板翅式热交换单元，包括外壳12和安设在外壳内的冷、热边翅片20、18，外壳上设有四个方向的连接法兰，冷、热边翅片20、18分别沿垂直和横向(水平)两个方向交叉叠加布设，由封条17及边隔板19进行隔离，使得冷边气流从上向下垂直运行，热边气流为横向流通，冷、热边相隔绝，互不连通，由翅片和隔板导热，构成叉-逆流式换热结构。冷边翅片20及热边翅片18可根据风阻要求、传热面积大小、冷、热边传热比等技术参数进行设计和选择，可有不同的形式和不同的规格，热边空气的流量是冷边空气流量的10倍左右。外壳12上的四个连接法兰，右端和左端为热交换单元制冷空气管道进、出气端14、16，上端和下端为热交换单元冷却空气管道进、出气端13、15。各热交换单元左右两端的进、出气端通过导流弯管2及上下方的热边出、进气管10、11相串通，构成制冷空气管道。各热交换单元上下两端的进、出气端通过管状水汽雾化腔8相连通，形成上下垂直交错叠加连接结构，其中最上方的热交换单元经水汽雾化腔与冷边进气管4连接，且水汽雾化腔与冷边进气管连接成一体，最下面的热交换器出气端接储水箱7并与冷边出气管9相连，水汽雾化腔中安设雾化喷嘴1，雾化喷嘴与高压水源相接，所述的高压水源由高压泵3、水管6与储水箱7相连构成，构成循环喷注高压水源。各热交换单元冷边通道和相接的管状水汽雾化腔及上下冷边进、出气管相串接，构成冷却空气管道。冷却空气管道工作于负压状态，便于混合工质中的水雾汽化制冷。热交换单元冷边翅片20垂直安装，以减小垂向的风阻。
本实施例的工作过程为：较低温度的冷空气从热交换器的冷边进口端进入水汽雾化腔，同时水汽雾化腔的雾化喷嘴中喷出的雾化水微粒(直径45μ左右)也进入雾化腔，于是在雾化腔中，微水粒和冷空气混合成混合工质。混合工质在系统的抽吸作用下向下运行，进入板翅式热交换单元，并与冷边的翅片触碰，微水粒迅速汽化吸热制冷，同时将冷量传递到热边，直到在板翅式热交换单元中气体相对湿度达到100％为止。接下来此气流向下运行到下一个水汽雾化腔中，同样由雾化喷嘴喷出雾化水微粒，形成另一个温度下的混合工质。由于从板翅式热交换单元从上至下的冷边翅片温度是逐步升高的，所以每经过一层板翅式热交换单元都可以汽化一部分微水粒，气流从上到下经过五次不同温度的汽化制冷，并同时把制出的冷量交换到热边。气流的温度也因从热边不断交换进热量而上升，最后到达储水箱中的空气温度可达30℃左右，相对湿度为100％，此空气由储水箱的出口被抽吸排出。
热边工作于常压下，热边翅片18横向安装，减小运行阻力。气流由风机助其运行。其运行路径为：高温空气由板翅式热交换器的热边进口进入，在进行热交换后经热边导流管进入下一个板翅式热交换单元进行热交换，然后再进入下一个，直到板翅式热交换器的热边出口处排出，进入房间调节空气温度。如果我们将热边进口温度定为35℃左右的话，热边出口的温度可降到15℃左右。其中热交换器的冷边进口端冷空气进入温度越低，效果越好。高压水泵、水管、雾化喷嘴及水汽雾化腔组成水的雾化系统，其作用是将水进行尽可能高质量的雾化，喷射出的微水粒尽可能的小，并能均匀地与空气进行混合，形成混合工质。

Claims (9)

1、一种具有制冷功能的空气-空气热交换器，包括有制冷空气管道和冷却空气管道，所述的制冷空气管道由热交换单元(5)热边和管道相互串接连通构成，并且所述的热交换单元(5)冷边连接在冷却空气管道中，其特征在于在冷却空气管道中设置有水汽雾化腔(8)，水汽雾化腔中安设雾化喷嘴(1)，雾化喷嘴与高压水源相接。
2、按权利要求1所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的热交换单元(5)为板翅式热交换单元，按叉-逆流换热方式安设。
3、按权利要求1或2所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的冷却空气管道呈负压状。
4、按权利要求1或2所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的热交换单元与水汽雾化腔垂直交错叠加连接而成。
5、按权利要求1或2所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的高压水源由高压泵(3)与储水箱(7)相连构成，储水箱与冷却空气管道相连，由此构成循环喷注高压水源。
6、按权利要求4所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的水汽雾化腔(8)安设在每个热交换单元(5)上方的冷却空气管道中。
7、按权利要求1或4所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的冷却空气管道由3～6个热交换单元的冷边和管道相互串接连通构成，各热交换单元垂直上下间隔安设，其中的热边进、出气端由导流弯管(2)相连通，相互串接，最下方的热交换单元一端与热边进气管(11)相接，为热边进气端，最上方的热交换单元一端为热边出气端，与热边出气管(10)相接，构成制冷空气管道
8、按权利要求2所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于所述的板翅式热交换单元包括外壳(12)和安设在外壳内的冷、热边翅片(20、18)，外壳上设有四个方向的连接法兰，冷、热边翅片分别沿垂直和横向两个方向交叉叠加布设，由封条(17)及边隔板(19)进行隔离，使得冷边气流从上向下垂直运行，热边气流为横向流通，冷、热边相隔绝，互不连通，由翅片和隔板导热，构成叉-逆流式换热结构。
9、按权利要求4所述的具有制冷功能的空气-空气热交换器，其特征在于各热交换单元上下两端的进、出气端通过管状水汽雾化腔(8)相连通，形成上下垂直交错叠加连接结构，其中最上方的热交换单元经水汽雾化腔与冷边进气管(4)连接，且水汽雾化腔与冷边进气管连接成一体，最下面的热交换器出气端接储水箱(7)并与冷边出气管(9)相连；所述的高压水源由高压泵(3)、水管(6)与储水箱(7)相连构成，构成循环喷注高压水源；各热交换单元冷边通道和相接的管状水汽雾化腔及上下冷边进、出气管相串接，构成冷却空气管道。
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