CN102494398B - 逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，机组采用四方体结构，四个直接蒸发冷却器围成机组的外壁面，四个直接蒸发冷却器的内壁分别设置间接蒸发冷却器，四个间接蒸发冷却器围成的空腔为室外空气通道，该空腔的下部设置轴流风机，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的上部设置布水器，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的下部设置集水槽，集水槽通过管道分别与水泵和布水器相连通。本发明的蒸发冷却器采用逆流式结构使换热效率显著提高且减少冷却器的耗风量，间接-直接的两级蒸发冷却可提供温度接近露点温度的空气。
Description
技术领域
本发明属于空调制冷技术领域，涉及一种空调用的蒸发冷却器，具体涉及可使空气温度逼近露点温度的逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器。
背景技术
蒸发冷却空调技术是利用干空气能的可再生能源，依靠环境空气中的干球温度与湿球温度差，通过水与空气之间的热湿交换来获得冷量的一种环保高效且经济的冷却方式，具有节能、环保、经济、健康等特点。
单独采用直接蒸发冷却或间接蒸发冷却，由于降温幅度有限，其应用往往受地域和使用场所的限制，而采用露点间接蒸发冷却可将空气温度降低到湿球温度以下。目前的露点间接蒸发冷却器多为叉流式，即冷却器的干通道和湿通道相互垂直成交叉流。由于一次空气通过穿孔进入湿通道作为二次空气，最后从一侧排出，造成冷却器的送风量仅为进风量的一半，而且大量的气流经过穿孔，增加了流动阻力，一次空气并没有被完全冷却。因此，在提高露点间接蒸发冷却器换热效率的基础上，增大冷却器的送风量并减少流动阻力，是目前迫切需要开发的制冷技术。
发明内容
本发明的目的是提供了逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，从优化冷却器的结构入手，有效解决了露点间接蒸发冷却器耗风量大，一次空气与二次空气热交换不完全的问题。
本发明所采用的一种技术方案是，逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，机组采用四方体结构，四个直接蒸发冷却器围成机组的外壁面，四个直接蒸发冷却器的内壁分别设置有间接蒸发冷却器，四个间接蒸发冷却器围成的空腔为室外空气通道，该空腔的下部设置有轴流风机，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的上部设置有布水器，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的下部设置有集水槽，集水槽通过管道分别与水泵和布水器相连通。
本发明的特点还在于，
其中，直接蒸发冷却器的填料采用波纹状纸质填料，填料厚度为80 mm ~120mm。
间接蒸发冷却器的厚度为350 mm~450mm，由交替间隔设置的干通道和湿通道组成。
干通道的结构为：包括壁板，壁板的上沿和下沿与壁板相垂直分别设置有挡水板，壁板上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条，壁板上、相邻隔热条之间设置有涂覆亲水涂层的翼片，翼片采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片上开有两组槽，每组槽形成一个百叶板型结构，且两组槽的开口朝向相反。
湿通道的结构为：包括壁板，壁板的一侧边与壁板相垂直连接有导流板，壁板上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条，壁板上、相邻隔热条之间设置有涂覆亲水涂层的翼片，翼片采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片上开有两组槽，每组槽形成一个百叶板型结构，且两组槽的开口朝向相反。
本发明所采用的另一种技术方案是，逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，机组采用四方体结构，四个间接蒸发冷却器围成机组的外壁面，四个间接蒸发冷却器的内壁分别设置有直接蒸发冷却器，四个直接蒸发冷却器围成的空腔为产出空气通道，该空腔的上部设置有轴流风机，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的上部设置有布水器，直接蒸发冷却器和间接蒸发冷却器的下部设置有集水槽，集水槽通过管道分别与水泵和布水器相连通。
其中，直接蒸发冷却器的填料采用波纹状纸质填料，填料厚度为80mm ~120mm。
间接蒸发冷却器的厚度为350mm~450mm，由交替间隔设置的干通道和湿通道组成。
干通道的结构为：包括壁板，壁板的上沿和下沿与壁板相垂直分别设置有挡水板，壁板上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条，壁板上、相邻隔热条之间设置有涂覆亲水涂层的翼片，翼片采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片上开有两组槽，每组槽形成一个百叶板型结构，且两组槽的开口朝向相反。
湿通道的结构为：包括壁板，壁板的一侧边与壁板相垂直连接有导流板，壁板上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条，壁板上、相邻隔热条之间设置有涂覆亲水涂层的翼片，翼片采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片上开有两组槽，每组槽形成一个百叶板型结构，且两组槽的开口朝向相反。
与现有的蒸发冷却空调技术相比，本发明冷却器的优势在于：
（1）冷却器的形状为立方体，在四面布置间接蒸发冷却器和直接蒸发冷却器，结构特点和加工工艺可参考目前技术较为成熟的蒸发式冷气机，这样可缩短新产品的研发和加工周期。
（2）冷却器的间接蒸发冷却器采用逆流式露点间接蒸发冷却技术，产出空气与工作空气的流向相反，进行逆流换热，传热温差大，可获得较多的冷量。
（3）冷却器采用露点间接-直接的两级蒸发冷却空气处理过程，产出空气的温度接近室外空气的露点温度。
（4）充分利用露点间接冷却器湿通道内的湿冷空气，作为冷却器的产出空气送入被调节空间，冷却器的进风量即为送风量，相比传统露点间接冷却器大大减少了耗风量。
（5）湿通道的翼片采用纹状结构，造成通道内空气略微紊流的同时，增大了热传导壁部与各个流道内介质之间的换热面积，强化空气与水膜的热传递。
（6）冷却器采用间歇布水，供水略微过度可使壁部和翼片被充分均匀地供水并滞留有几乎相同的水量，避免余留任何干点，确保突出装置中的涂层能被良好润湿。
（7）对湿通道内的翼片以及支撑翼片热交换的壁部表面进行亲水性涂层处理或覆盖湿性材料，则翼片和壁面形成一层亲水膜，有效地促进了空气与水分的热湿交换。
（8）在通道的壁部贴附导热性较小的隔热条，壁部在气体流动方向上形成温度逐渐降低的温度梯度，有利于扩大干通道内产出空气与湿通道内工作空气的换热温差。
附图说明
图1是本发明冷却器下进风式的实施例结构示意图；
图2是本发明冷却器下进风式实施例的机芯布置示意图；
图3是本发明冷却器上送风式的实施例结构示意图；
图4是本发明冷却器上送风式实施例的机芯布置示意图；
图5是本发明冷却器的气流组织示意图；
图6是本发明冷却器中间接蒸发冷却器的干通道结构示意图；
图7是本发明冷却器中间接蒸发冷却器的湿通道结构示意图；
图8是本发明冷却器中间接蒸发冷却器的干、湿通道布置示意图。
图中，Ⅰ为直接蒸发冷却器，Ⅱ为间接蒸发冷却器
A1为室外空气，A2为预冷空气，A3为工作空气，A4为湿冷空气，A5为产出空气。
1.湿通道，2.干通道，3.壁板，4.轴流风机，5.水泵，6.布水器，7. 集水槽，8.导流板，9.挡水板，10.槽，11.隔热条，12.翼片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，机组采用四方体结构，包括直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ。室外空气在风机的作用下依次通过间接蒸发冷却器等湿冷却、直接蒸发冷却器等焓冷却，最终产出的空气温度接近露点温度。
图1、图2所示为本发明提供的蒸发冷却器下进风的实施例。四个直接蒸发冷却器Ⅰ围成机组的外壁面，四个直接蒸发冷却器Ⅰ的内壁分别设置间接蒸发冷却器Ⅱ，四个间接蒸发冷却器Ⅱ围成的空腔为室外空气A1通道，该空腔的下部设置轴流风机4，直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ的上部设置布水器6，直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ的下部设置集水槽7，集水槽7通过管道分别与水泵5和布水器6相连通。
室外空气A1在轴流风机4的正压作用下从冷却器底部进入，先通过点间接蒸发冷却器Ⅱ预冷再经过直接蒸发冷却器Ⅰ加湿冷却，最后形成温度逼近露点温度的产出空气A5，从冷却器的四面送入房间。
图3、图4所示为本发明提供的蒸发冷却器上送风式的实施例。四个间接蒸发冷却器Ⅱ围成机组的外壁面，四个间接蒸发冷却器Ⅱ的内壁分别设置直接蒸发冷却器Ⅰ，四个直接蒸发冷却器Ⅰ围成的空腔为产出空气A5通道，该空腔的上部设置轴流风机4，直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ的上部设置布水器6，直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ的下部设置集水槽7，集水槽7通过管道分别与水泵5和布水器6相连通。
本实施例与下进风式的实施例相比，工作原理相同，只是直接蒸发冷却器Ⅰ和间接蒸发冷却器Ⅱ的布置方式不同。室外空气A1在轴流风机4的负压作用下，从冷却器的四面进入，先经过间接蒸发冷却器Ⅱ预冷，再经过直接蒸发冷却器Ⅰ加湿冷却，产生温度逼近露点温度的产出空气A5，送入被调节环境的空间。
本发明中，
直接蒸发冷却器Ⅰ的填料采用波纹状纸质填料，填料厚度为80mm ~120mm，直接蒸发冷却器Ⅰ充分利用目前较为成熟的填料生产加工工艺和结构特点。
间接蒸发冷却器Ⅱ的厚度为350mm~450mm，由交替间隔设置的干通道2和湿通道1组成。间接蒸发冷却器Ⅱ的材料本着换热效率较高、成本低廉、加工方便的原则进行最优选取，当前暂且采用塑料。间接蒸发冷却器Ⅱ的干通道2内室外空气A1与湿通道1内工作空气A3在彼此相反的方向上流动，通过壁板3进行热传递，因此在流动方向具有一定的长度，即间接蒸发器具有一定厚度，才能增强室外空气A1与工作空气A3的热传递。
布水器6采用喷嘴间歇供水，喷淋水润湿填料和湿通道，回落到集水槽7，集水槽7的水泵5间歇向布水器6供水，除了一小部分水分吸热相变为水蒸汽外，集水槽7内的水循环运行。集水槽7内还可以设置控制液面高度的浮球阀和进行定期自动清洗的排水阀。
图5表示了本发明冷却器的气流组织示意图。室外空气A1首先进入间接蒸发冷却器Ⅱ的干通道2，与两侧的壁板3进行热交换，沿着气体的流动方向，被预冷的程度越深。壁板3设置有热传导率较低的隔热条11，使得壁板3在气体流动方向上形成温度梯度，逐级预冷室外空气A1，干通道2内气体的含湿量不变。
预冷后的室外空气A1在干通道1的末端分成两部分：一部分作为预冷空气A2直接离开干通道1进入直接蒸发冷却器Ⅰ，经过加湿冷却产生温度接近室外空气露点温度的产出空气A5送入被调节环境的空间；另一部分作为工作空气A3通过壁板3上的旁通风道进入湿通道，经过加湿冷却形成湿冷空气A4，湿冷空气A4即可直接排出室外，也可作为产出空气送入被调节的空间。在本发明中，充分利用湿冷空气A4作为冷却器的送风。
图6表示了间接蒸发冷却器Ⅱ的干通道2的结构示意图。包括壁板3，壁板3的上沿和下沿与壁板3相垂直分别设置挡水板9，隔绝了与水分的直接接触，避免了布水器6的喷淋水和集水槽7溅起的水流入干通道。壁板3上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条11，壁板3上、相邻隔热条11之间设置有翼片12，翼片12采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片12上开有两组槽10，每组槽10形成一个百叶板型结构，且两组槽10的开口朝向相反。
图7表示了间接蒸发冷却器Ⅱ的湿通道1的结构示意图。包括壁板3，壁板3的一侧边与壁板3相垂直连接导流板8，壁板3上、与空气流动相垂直分别间隔设置若干隔热条11，壁板3上、相邻隔热条11之间设置有涂覆亲水涂层的翼片12，翼片12采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片12上开有两组槽10，每组槽10形成一个百叶板型结构，且两组槽10的开口朝向相反。
基准温度较低的工作空气A3与翼片12及壁板3表面的水膜直接接触，水膜吸收壁板3另一侧的热量，由液态水蒸发相变为气态水蒸汽，降低壁板3的温度同时增加工作空气A3的含湿量。因此，湿通道1的末端形成温度较低、相对湿度较高的湿冷空气A4。
湿通道1设置的导流板8，使得湿冷空气A4通过导流板8将水平方向运动的气流转变成竖直向下的气流，再通冷却器底部集水箱7上方的空间进入填料，进一步降温加湿后送入被调节的空间。
间接蒸发冷却器Ⅱ的干通道2和湿通道1使用了矩形波纹状结构的翼片12，该翼片为若干条片，每一条片大致为矩形波纹形，每个条片的波形顶部可以被连接在壁板3的一侧上，起到支撑通道厚度的作用。该矩形波纹状结构，一方面增大了热传导壁部与各个流道内介质之间的换热面积，强化了热传递；另一方面，翼片造成通道内空气的紊流，破坏气体的热边界层，强化热传递。
翼片12具有若干槽10，这些孔体现为狭长形槽。这些狭槽不是由冲压而来，而是通过在冲压机器中形成切口并从周围表面的主平面处挤压翼片材料所形成，使得产生一个百叶板型结构。在同一块翼片上槽10的开口相反，百叶板被设置成气流被百叶板拦截，并转向翼片的另一侧，而转向的气流被反向的百叶板拦截，并至少恢复其原始路径。此结构引起气体的紊流，使气体与翼片之间发生较好的热传递，再结合最佳的气流速度可获得间接冷却器的高效率。
图8表示了间接蒸发冷却器Ⅱ的湿通道1与干通道2的布置情况。干通道2与湿通道1交替间隔布置，即湿通道1的两侧为干通道2，干通道2的两侧为湿通道1。
本发明冷却器的直接蒸发冷却器Ⅰ采用波纹状纸质填料，间接蒸发冷却器Ⅱ采用逆流式结构，即产出空气与工作空气的流向相反，进行的逆流换热，换热温差较高，因此逆流式比叉流式可获得较多的冷量，间接-直接的两级蒸发冷却可提供温度接近露点温度的空气。
布水器6采用间歇布水方式，为壁板3和翼片12覆盖一层水膜，而不是流动的水柱。一方面，如果喷淋水量过多，在湿通道1部分壁面会形成大水柱，堵塞工作空气A3在湿通道1中的流动；另一方面，如果喷淋水量过少，造成有些壁面无法润湿形成干点，局部的温度差会导致不良的热流动而影响冷却器的效率。供水略微过度可使壁板3和翼片12被充分均匀地供水并滞留有几乎相同的水量，避免余留任何干点，确保突出装置中的涂层能被良好润湿。
对翼片12以及支撑翼片12热交换的壁板3表面进行亲水性涂层处理或覆盖湿性材料，在表面形成的水膜足够在在间歇布水的周期内蒸发，有利于空气与水的热湿交换。涂层或覆盖层很薄，使得热阻几乎可忽略，干通道内介质与湿通道内介质的热传递几乎不受其影响。
干通道2的产出空气与湿通道1的工作空气流向相反，必须保证流道具有一定长度确保两者的热传递。在通道的壁贴附导热性较小的隔热条11，壁板3在气体流动方向上形成温度逐渐降低的温度梯度，有利于扩大干通道内产出空气与湿通道内工作空气的换热温差。
尽管采用露点间接蒸发冷却温降较大，但是还未降低到室外空气的露点温度，产出的空气进入直接蒸发冷却器进一步降温加湿，本发明的间接—直接两级蒸发冷却的处理过程使得产出空气的温度逼近室外空气的露点温度。
间接蒸发冷却器湿通道内的工作空气与水热湿交换后的温度较低、湿度较高。现有技术的露点间接蒸发冷却器没有充分利用好这股湿冷空气，直接将其排入大气。本发明将这股湿冷空气也作为送风，用来降低被调节房间的温度，因此，冷却器的进风量即等于送风量，大大减少了耗风量。
Claims (6)
1.逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，其特征在于，机组采用四方体结构，四个直接蒸发冷却器（Ⅰ）围成机组的外壁面，四个直接蒸发冷却器（Ⅰ）的内壁分别设置有间接蒸发冷却器（Ⅱ），四个间接蒸发冷却器（Ⅱ）围成的空腔为室外空气（A1）通道，该空腔的下部设置有轴流风机（4），直接蒸发冷却器（Ⅰ）和间接蒸发冷却器（Ⅱ）的上部设置有布水器（6），直接蒸发冷却器（Ⅰ）和间接蒸发冷却器（Ⅱ）的下部设置有集水槽（7），集水槽（7）通过管道分别与水泵（5）和布水器（6）相连通；
所述间接蒸发冷却器（Ⅱ）的厚度为350mm～450mm，由交替间隔设置的干通道（2）和湿通道（1）组成；
所述干通道（2）的结构为：包括壁板（3），壁板（3）的上沿和下沿与壁板（3）相垂直分别设置有挡水板（9），壁板（3）上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条（11），壁板（3）上、相邻隔热条（11）之间设置有涂覆亲水涂层的翼片（12），翼片（12）采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片（12）上开有两组槽（10），每组槽（10）形成一个百叶板型结构，且两组槽（10）的开口朝向相反。
2.按照权利要求1所述的蒸发冷却器，其特征在于，所述直接蒸发冷却器（Ⅰ）的填料采用波纹状纸质填料，填料厚度为80mm～120mm。
3.按照权利要求1所述的蒸发冷却器，其特征在于，所述湿通道（1）的结构为：包括壁板（3），壁板（3）的一侧边与壁板（3）相垂直连接有导流板（8），壁板（3）上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条（11），壁板（3）上、相邻隔热条（11）之间设置有涂覆亲水涂层的翼片（12），翼片（12）采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片（12）上开有两组槽（10），每组槽（10）形成一个百叶板型结构，且两组槽（10）的开口朝向相反。
4.逆流式露点间接-直接两级蒸发冷却器，其特征在于，机组采用四方体结构，四个间接蒸发冷却器（Ⅱ）围成机组的外壁面，四个间接蒸发冷却器（Ⅱ）的内壁分别设置有直接蒸发冷却器（Ⅰ），四个直接蒸发冷却器（Ⅰ）围成的空腔为产出空气（A5）通道，该空腔的上部设置有轴流风机（4），直接蒸发冷却器（Ⅰ）和间接蒸发冷却器（Ⅱ）的上部设置有布水器（6），直接蒸发冷却器（Ⅰ）和间接蒸发冷却器（Ⅱ）的下部设置有集水槽（7），集水槽（7）通过管道分别与水泵（5）和布水器（6）相连通；
所述间接蒸发冷却器（Ⅱ）的厚度为350mm～450mm，由交替间隔设置的干通道（2）和湿通道（1）组成；
所述干通道（2）的结构为：包括壁板（3），壁板（3）的上沿和下沿与壁板（3）相垂直分别设置有挡水板（9），壁板（3）上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条（11），壁板（3）上、相邻隔热条（11）之间设置有涂覆亲水涂层的翼片（12），翼片（12）采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片（12）上开有两组槽（10），每组槽（10）形成一个百叶板型结构，且两组槽（10）的开口朝向相反。
5.按照权利要求4所述的蒸发冷却器，其特征在于，所述直接蒸发冷却器（Ⅰ）的填料采用波纹状纸质填料，填料厚度为80mm～120mm。
6.按照权利要求4所述的蒸发冷却器，其特征在于，所述湿通道（1）的结构为：包括壁板（3），壁板（3）的一侧边与壁板（3）相垂直连接有导流板（8），壁板（3）上、与空气流动相垂直分别间隔设置有若干隔热条（11），壁板（3）上、相邻隔热条（11）之间设置有涂覆亲水涂层的翼片（12），翼片（12）采用矩形波纹形，每个波形顶部围成一个空腔，该空腔为空气通道且空腔的长向与空气流动方向一致，翼片（12）上开有两组槽（10），每组槽（10）形成一个百叶板型结构，且两组槽（10）的开口朝向相反。
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