CN102650503B - 蒸发式冷凝及冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸发式冷凝及冷却装置，包括分为上下两段的箱体、进风口、出风口，上段内截面面积大于下段内截面面积而使整个箱体上段构成一静压箱，下段内部设有由集水箱、第一换热器、喷淋装置及水泵组成的蒸发式冷凝机组；上段静压箱内设有除雾组件，包括与第一换热器的出口相串联的第二换热器，以及风向导流板；还包括一风机，被设置在适于给所述蒸发式冷凝装置提供负压的位置，使空气以低的第一速度从进风口进入箱体，通过蒸发式冷凝机组的第一换热器上升而使夹带水滴的饱和水蒸汽进入静压箱进行水汽分离之后再由除雾组件中的第二换热器蒸发饱和水蒸汽中的水分成为湿度不高于出风口附近的环境湿度的气体之后自出风口排出，从而避免在装置周围产生水雾问题。

Description

蒸发式冷凝及冷却装置

技术领域

本发明涉及蒸发式冷凝、冷却技术，特别是涉及具有除雾装置的蒸发式冷凝及冷却装置，能够避免蒸发式冷凝及冷却装置在进行冷凝或冷却的过程中排出饱和水蒸汽，消除在装置周围环境造成水雾污染的问题。

背景技术

在冷凝与冷却技术当中，经常将冷却装置（如：冷却塔）和冷凝装置（如：冷凝器）组合使用，其原理是利用冷却介质与被冷却介质之间的温差，通过换热器进行热质交换而使被冷却介质冷却或冷凝的目的。例如在制冷、空调系统中，冷凝器中的高压过热制冷剂气体把热量传递给温度相对较低的冷却水，而制冷剂本身冷凝成高压制冷剂液体；冷却水在这个过程中吸收制冷剂的热量后，温度升高，而后通过冷却塔将热量传递给大气，冷却水本身的温度降低后再进入冷凝器冷却制冷剂，从而实现连续的冷却、冷凝的目的。冷却塔的作用是对循环冷却水进行冷却降温，常用的冷却塔有干式冷却塔和湿式冷却塔。作为另一种常见的热交换器，冷凝器的作用是将气体物质凝结为液态，常用的冷凝器有卧式壳管式冷凝器、立式壳管式冷凝器等水冷式冷凝器和各种风冷式冷凝器。

蒸发式冷凝及冷却装置可以认为是湿式冷却塔和冷凝器的组合装置，其原理是将冷却水均匀地喷洒在换热器表面，并在换热器表面形成水膜，通过换热器表面水分的蒸发带走换热器内部介质的热量，从而将换热器内部温度较高的气体介质冷凝成液体（或者高温液体冷却降温），蒸发后的饱和水蒸汽被抽风机排到装置外部的环境大气。为了确保蒸发后的水蒸气能够及时被抽风机带走，确保其换热效率，通过换热器的风速应该尽可能接近4m/s，在这种情况下，就会有大量水分以水滴的形式随饱和水蒸汽排向环境大气。因此，从内部循环上分析，蒸发式冷凝及冷却装置水雾的形成来自于两个方面，一是排向大气的饱和水蒸汽中夹带的水滴形成的水雾，二是饱和水蒸汽在较冷的环境空气中凝固出小液滴而形成水雾。但是，由于雨雪天气环境中的雨雪也会从风机的排风口进入蒸发式冷凝及冷却装置，从而被排向大气形成水雾。尽管从节能的角度上看，蒸发式冷凝及冷却装置有非常显著的效果，但是水雾问题的存在对环境造成非常严重的污染，因此，蒸发式冷凝及冷却装置在使用过程中受到很大的限制，致使其在很多领域没能取代其它耗能严重的冷凝及冷却装置。

为了消除这种水雾现象，业内人士一直在为之努力，也有了很多降低或者减少蒸发式冷凝及冷却装置运行过程中水雾生成的解决方案，但是这些方案都没有从根本上解决蒸发式冷凝及冷却装置的水雾污染问题。

在美国专利US2882996中，采取在换热器上部、风机下部设有多片多层斜向布置的导风板，将高速风速下饱和水蒸汽中夹带的水滴进行分离，并通过斜向布置导风板的引导将阻挡下来的水流回下部的蒸发式换热器。由于该专利的蒸发式换热器采用高风速，而多片多层斜向布置的导风板风速的流通截面积远小于下部换热器的截面积，导风板处的风速将远高于下部换热器的风速，因而只有一部分随高速水蒸气夹带上来的水滴可以被排除，并不能使随高速水蒸气中夹带的水滴完全分离，经过多片多层斜向布置的导风板脱水后，饱和湿蒸汽的性质和状态并没有发生改变。因此，该专利所揭示的方案只是起到了减少或者降低了运行过程中的水雾排放，而不能彻底解决水雾的产生。

 英国专利G845844所公开的冷却塔中，有上下两组串联的翅片式换热器，上组设在紧挨着喷淋器的上方，而下组设在紧挨着喷淋器的下方，虽然其中提到了上组的换热器除了对制冷剂进行了预冷之外还具有除雾的功能，但是，由于确保下组蒸发式换热器的换热效率需要很高的风速（美国专利US2882996也证实这一点），必然有一部分水被高速水蒸气带走，而且由于风机的风量是一定，带有水滴的饱和水蒸汽经过的通路下组换热器的截面积、上组换热器的截面积和上下组换热器之间的截面积相等，即经过这三处带有水滴的饱和水蒸汽的速度相等，处于高速状态，在这种情况下，饱和水蒸汽中夹带的水滴就会随高速饱和水蒸汽一起进入上组换热器，饱和水蒸汽经过上组换热器吸收热量后相对湿度会有所减小。但事实上，由于风速过高，热交换时间很短，随高速水蒸气夹带的水滴，不可能完全蒸发，仍然有水滴排向大气，直接形成水雾；而且，饱和水蒸汽经过上组换热器后，虽然相对湿度将会很小，但是随饱和水蒸汽夹带的水滴并没有完全被消除，就是说，离开上部翅片盘管仍然是水的气液两相体，饱和水蒸汽的状态和性质并没有发生根本改变，仍然会出现水蒸气遇冷生成水雾的问题。在雨雪天气，当雨雪进入冷却塔之后，由于水的自身张力，这部分水就会存留在在上组换热器的翅片之间，因此，这部分水也将作为水雾被排向大气。因此，该专利虽然设计了利用上组翅片盘管进行除雾的功能，其排向大气的水雾确实比没有上组换热器的冷却塔有所减轻或者缓解，但并没有消除水雾的排放与污染问题。

 在第200920121308.6号中国实用新型专利所描述的冷却塔中，在风机下方也设有一种与塔箱内部截面形状一致除雾装置，由中空的蒸汽盘管组成，盘管上可设有散热翅片，但是该除雾装置中所使用的高温蒸汽由单独的高温蒸汽源提供，并且其固定位置的风速仍然与下段的冷却换热器所在位置的风速相同，因此该冷却塔的除雾装置存在如下问题：

1、需要相应的配套设施，增加额外能量消耗，从环保角度上讲，这种除雾方式并不能够实现节能、减排；

2、由于经过下部换热器与蒸汽盘管之间的空间的风速和经过用于除雾的蒸汽盘管的风速等于带走下部换热器表面水分蒸发所需要的高速风速，因此，随风进入除雾蒸汽盘管的冷却介质仍然是夹带大量水滴的饱和水蒸汽，尽管蒸汽盘管的温度较高，但是，由于速度很快，导致夹带大量水滴的饱和水蒸汽在蒸汽盘管的换热时间很短，不可能将饱和水蒸汽中夹带的水滴完全蒸发变成不饱和蒸汽，也就无法消除该冷却塔的水雾问题；

因此，该专利的除雾效果虽然可能比前述英国专利G845844中公开的装置好一些，但是，仍然没有完全解决冷却塔的水雾问题，而且，耗能远大于英国专利G845844中所公开的装置。

 在2007年授予清华大学的第200620119378.4号中国实用新型专利所描述的防冻降雾节水型冷却塔中，在冷却塔体的上下部侧壁分别设有上下进风口，进风口上设有百叶窗，在上下进风口百叶窗的内侧分别布置有第一、第二空气冷却器，在两侧的第一空气冷却器之间设有一收水器，而喷淋装置则设在第一空气冷却器下方，第二空气冷却器的上方，喷淋装置的下方设有PVC填料层。该冷却塔利用第一空气冷却器对循环水进行预冷，减小了填料层的冷却负荷，也因减少了蒸发水量而节约用水；又利用第二空气冷却器增大了循环冷却水在空气冷却器中的降温负荷，提高了节水效率，并且对进塔空气起到预热作用，可以有效防止冬季结冰，而出塔的气流为第一空气冷却器与收水器出口气的混和物，其露点温度较小，从而消除或降低塔口水雾。但是，该专利采用经过第一空气冷却器冷却后的空气与随高速风带走的第二空气冷却器冷却过程中所产生的夹带水滴的饱和水蒸汽混合的方式达到降雾的目的，但实际上由于夹带水滴的饱和水蒸汽为高风速，与第一空气冷却器出来的空气混合后，风速会更高，二者混合热交换不可能充分，因此排出的气体仍然有水雾问题；而经过第一空气冷却器的空气其状态随环境变化很大，在阴天、雾天等温度较低或者相对湿度较大的环境中，经过第一空气冷却器的空气的温度、湿度也很大，在这种情况下，水雾的产生仍然不可避免。

 现有技术的蒸发式冷凝器是利用水泵将集水槽中的水输送到顶部的喷淋装置，经喷嘴喷淋到冷凝盘管外表面形成很薄的水膜，水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气，水在蒸发时吸收冷凝盘管内高温气态制冷剂的热量而使冷凝盘管内的制冷剂由气态冷凝为液态，其余未蒸发和未随高速饱和水蒸汽带走的水落入集水槽供循环使用。传统的蒸发式冷凝器主要由箱体、冷凝盘管组、PVC填料、喷淋装置、风机、集水槽、水泵、水循环回路、去雾装置等部件组成。轴流风机强迫空气从顶部和侧壁下部被吸入流经盘管，填料、饱和热湿空气则被排到周围大气中，热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留，能够控制一部分水滴飘散损失，由于水蒸气和部分水滴散失致大气中而损失的部分水量在系统中由浮球阀控制补充冷却水。

 在描述了一种现有蒸发式冷凝器技术的第200320107044.1号实用新型专利中，箱体的一侧从上至下布置了喷淋水装置、冷凝盘管组、PVC填料板构成的热交换层、集水箱以及循环水泵，在箱体内另一侧设有对应于PVC填料板的下脱水器（挡水板）、对应于冷凝盘管组的上脱水器（挡水板）以及设置在风机下方的翅片式冷却管组。该翅片冷却管组的进气口与压缩机制冷剂出口相连，其出气口与冷凝盘管组进气口相连。该实用新型利用上升的热湿空气遇到翅片冷却管组对管中的制冷剂进行预冷，使进入冷凝盘管组的制冷剂(氨气)温度降低20-25℃，由于制冷剂温度的降低而有效地延缓了冷凝盘管的结垢时间，提高了设备的工作效率及寿命，同时也有效地将喷淋水经过冷凝盘管组和PVC填料板之后散发的热湿空气加以利用，使整机效率得以提高15％。然而，这种类型的蒸发式冷凝器具有如下问题：

1、冷凝盘管进风口与风机排风口在同一侧，这样就会导致风机排出的高温饱和水蒸汽与冷凝盘管进风出现短路现象，从而提高了冷凝盘管的冷凝温度；

2、在冷凝盘管出风方向与冷却水的流向一直，不利于冷却水均匀分布和水膜的建立，耗水量相对较大；

3、由于冷凝盘管带走冷凝过程中产生带有水份的饱和水蒸汽需要高风速，这样就导致夹带水分的饱和水蒸汽在离开挡水板后风速较高，静压也比较大，在这种情况下，从下部进风用于冷却冷凝盘管后没有蒸发成饱和水蒸汽和被饱和被水蒸汽带走的水的风量更大、其静压需高于上部静压，才能使下部冷却水形成的夹带水滴的饱和水蒸汽，与上部冷凝盘管所形成的夹带水的饱和水蒸汽一起经过翅片盘管后被风机排向环境大气，因此，从风系统的配置来说，该蒸发式冷凝器并不节能；

4、所有的挡水板的脱水效率不可能是100%，尤其是在高风速的状态下脱水效率更低，因此，尽管该蒸发式冷凝器安装了上下两个挡水板，但是，经过挡水板之后的饱和水蒸汽仍然含有相当比例的水，而两股含有水分的饱和水蒸汽在上部挡水板出口端，即翅片盘管的下部的速度至少为经过冷凝盘管的风速的两倍，在这种情况下，饱和水蒸汽的水滴不可能出现分离出来，必然与饱和水蒸汽一起进入翅片盘管，由于风速太高，换热时间太短，因此，该翅片盘管只是吸收了一部分饱和水蒸汽和饱和水蒸汽中夹带的水分，最终经过风机排向大气的仍然是夹带水滴的饱和水蒸汽，运行过程中所产生的水雾问题仍然存在。

如上面所述，现有技术中存在的技术问题和缺陷，目前的冷却塔和蒸发式冷凝器只能是降低或减少运行过程中所产生的水雾问题，尚不能充分解决和消除运行过程中风机出口产生的水雾问题和因水雾问题的产生对环境造成的污染，以及导致设备的使用寿命的缩短，而由这种水雾引发军团菌随同雾气的传播将造成对环境的污染，对人体健康产生严重的威胁。另外，由于蒸发式冷凝及冷却装置所产生的这种水雾也会对其它设备造成腐蚀，因而不得不与其它设备分开安装，导致整个系统的复杂性提高和初始投资费用增加。而在较寒冷的地区，特别是在冬季温度低于零下的情况下，这些水雾会在出冷却塔的出风口形成霜冻，造成对设备的损坏。

因此，确实亟待一种能够彻底解决上述技术问题的新技术，彻底消除水雾问题带来的各种危害，以打破蒸发式冷凝及冷却装置在应用上的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的蒸发式冷凝及冷却装置，在蒸发式冷凝或冷却装置上方设有除雾用的换热器，并将除雾装置设在静压箱内，通过降低风速，改变风向，而使汽水分离并且使饱和水蒸汽的充分蒸发，解决蒸发式冷凝及冷却装置运行过程中产生水雾而给环境带来污染的问题。 

为了解决上述发明目的，本发明第一方面技术方案提供了一种蒸发式冷凝装置，包括：

一分为上下两段的箱体，其下段中部侧壁设有进风口，其上段的内截面面积大于下段的内截面面积而使箱体上段整体构成一静压箱，该静压箱的顶部设有出风口；

一设置于箱体下段内部的蒸发式冷凝机组，包括设置于箱体底部用于容纳冷却水的集水箱、设置于进风口上方的第一换热器、设置于第一换热器上方的喷淋装置，以及用于将冷却水从集水箱吸入并泵至喷淋装置的水泵；

一设置于静压箱内部的除雾组件，包括一第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相串联，使被冷却介质自所述第二换热器的入口进入所述第二换热器进行预冷，再流过所述第一换热器经进一步冷却后由气态凝结为液态；然后自所述第一换热器的出口排出；以及

一风机，被设置在适于给所述蒸发式冷凝装置提供负压的位置，使空气以低的第一速度从进风口进入箱体内部，并与降落的水滴充分混合并进行热质交换后上升，经过第一换热器的表面进行热交换同时快速增速上升，使覆盖于第一换热器表面的水膜部分蒸发形成夹带水滴的饱和水蒸汽；并且使所述夹带水滴的饱和水蒸汽进入静压箱之后快速降为较第一速度更低的低速度而使水滴与饱和水蒸汽分离，经水汽分离后的饱和水蒸汽在静压箱内均匀地分布于所述第二换热器的换热表面，从而使饱和水蒸汽中的水分蒸发而成为湿度不高于出风口附近的环境湿度的气体之后自出风口排出。

本发明另一方面技术方案提供了一种蒸发式冷却装置，包括：

一分为上下两段的箱体，其下段中部侧壁设有进风口，其上段的内截面面积大于下段的内截面面积而使箱体上段整体构成一静压箱，该静压箱的顶部设有出风口；

一设置于箱体下段内部的蒸发式冷却机组，包括设置于箱体底部用于容纳冷却水的集水箱、设置于进风口上方的第一换热器、设置于第一换热器上方的喷淋装置，以及用于将冷却水从集水箱吸入并泵至喷淋装置的水泵；

一设置于静压箱内部的除雾组件，包括一第二换热器，所述第二换热器与所述第一换热器相串联，使被冷却介质自所述第二换热器的入口进入所述第二换热器进行预冷，再流过所述第一换热器经进一步冷却降温；然后自所述第一换热器的出口排出；以及

一风机，被设置在适于给所述蒸发式冷却装置提供负压的位置，使空气以低的第一速度从进风口进入箱体内部，并与降落的水滴充分混合并进行热质交换后上升，经过第一换热器的表面进行热交换同时迅速增速上升，使覆盖于第一换热器表面的水膜部分蒸发形成夹带水滴的饱和水蒸汽；并且使所述夹带水滴的饱和水蒸汽进入静压箱之后快速降为较第一速度更低的低速度而使水滴与饱和水蒸汽分离，经水汽分离后的饱和水蒸汽在静压箱内均匀地分布于所述第二换热器的换热表面，从而使饱和水蒸汽中的水分蒸发而成为湿度不高于出风口附近的环境湿度的气体之后自出风口排出。

上述发明技术方案中通过静压箱的结构设计降低了自蒸发冷凝及冷却机组生成的夹带水滴的饱和水蒸汽的上升速度，有效实行了水汽分离，通过除雾装置的第二换热器从分离水汽后的饱和水蒸汽中蒸发部分的水，从而排出与环境温度和相对湿度一致的气体，并且由于静压箱的存在，即使在雨雪天气，也避免了由于水滴的张力而使进入装置内的水滴不能自行降落反被风机产生的高速气流排向大气而形成水雾的问题；从而彻底消除了造成军团菌生长和传播的水雾生成与排放问题。

优选的是，在容纳蒸发式冷凝及冷却机组的箱体下段与容纳于除雾组件的箱体上段之间还设有一脱水器（即挡水板），从蒸发式冷凝机组上升的饱和水蒸汽通过脱水器的阻挡首先分离掉一部分的水分。

进一步地，根据本发明的蒸发式冷凝及冷却装置，其除雾组件中还包括至少一个设置于第二换热器下方的风向导流板，用于改变汽流上升的方向，同时改变气流的上升速度，充分发挥静压箱减低气流速度的作用，使饱和水蒸汽与除雾装置的第二换热器的散热片充分接触。

进一步地，本发明的除雾装置的第二换热器还包括一个或多个斜向布置的翅片式换热器，增大了除雾用的第二换热器的散热面积，充分蒸发饱和水蒸汽中的水分。

进一步地，本发明的蒸发式冷凝及冷却装置还包括一第三换热器H，设置于集水箱中，串联于第一换热器风机的出口位置；而所述风机包括一台或多台，并且设置在进风口或出风口位置。通过该第三换热器H放出的热量，可以用于冬季对冷却水实行防冻处理，以及通过该第三换热器H吸收热量，可以用于在夏季使被冷却介质过冷，起到更好的冷却效率。

 本发明的其它方面和特征及其优点，将在下面结合附图中的具体实施例通过举例的方式在说明书中进行更为详细的介绍。

附图说明

图1为根据本发明的第一种具体实施例的蒸发式冷凝及冷却装置的工作原理示意图。

图2为根据本发明的第二种具体实施例的蒸发式冷凝及冷却装置的工作原理示意图。

图3为根据本发明的第三种具体实施例的蒸发式冷凝及冷却装置的工作原理示意图。

图4为根据本发明的第四种具体实施例的蒸发式冷凝及冷却装置的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图，以举例说明而非对于发明思想所要求的保护范围进行限制的方式，详细地描述本发明的较佳实施方式及其有所改变的实例。

图1是作为本发明的第一种具体实施例的蒸发式冷凝及冷却装置的主要结构以及工作原理示意图。本发明的蒸发式冷凝及冷却装置主要包括分为上下两段的箱体10，一蒸发式冷凝及冷却机组20设置于箱体10的下段内部，箱体10的上段内截面面积较大于其下段的内截面面积而整体构成一静压箱12，一除雾组件30被设置于该静压箱12的内部，一轴流风机40被设置于该箱体10上段的顶部。另外，在容纳于箱体10下段的蒸发式冷凝冷却机组20与容纳于箱体10上段的静压箱12内的除雾组件30之间还可选择地设有一脱水器50，亦即挡水板。

图1中所示的蒸发冷凝冷却机组20主要包括：设置于箱体10底部的用于容纳冷却水的集水箱21、水泵22、用于控制集水箱21水位的浮球阀23和溢流管24、设置于箱体10下段进风口周围侧壁上的进风格栅25、设置于箱体10下段内部高于进风格栅25上缘的第一换热器26、设置于该第一换热器26上方的冷却水喷淋装置27。其中，该集水箱21外部可设有保温层用于阻挡环境热量传递给集水箱21中的水导致水温升高。水泵22安装在箱体10外侧靠近集水箱21的位置，水泵22的出水口通过管路连接该冷却水喷淋装置27的进水口，用于将集水箱21中的冷却水通过管路输送至喷淋装置27，再由喷淋装置27均匀地将冷却水喷洒在第一换热器26的蛇形盘管上并在其盘管表面形成水膜。第一换热器26可以采用各种适合的类型，例如圆管、椭圆管、翅片管、绕片管、螺纹管、板式换热器等，并且可以采用各种适合散热的材质，如钢质、铜质、不锈钢、铝质、以及各种合金等，而无论采用何种类型换热器和金属及合金材质均落在本发明所附的权利保护要求保护范围内。浮球阀23和溢流管24是作为控制集水箱21水位的水位控制装置，其中浮球阀23用于监测水位并自动开启进水阀门给集水箱21补水，溢流管24用于防止集水箱21水位超过集水箱21的极限高度。设在集水箱21底部的排水管28和排污阀29，在集水箱21内的积垢达到一定程度而进行清洗或更换冷却水时，用于排放集水箱21中的水。

图1中所示的除雾组件30包括一整体呈斜向设置于静压箱12内的第二换热器31，与上述第一换热器26通过管道相互串联的，作为较佳的实施方式，该第二换热器31的周边轮廓与相接触的静压箱12内侧壁轮廓相吻合，并且最好是选用翅片式换热管，然而其它各种适合的类型，例如圆管、椭圆管、翅片管、绕片管、螺纹管、板式换热器等均可以采用，并且也可以采用各种适合散热的材质，如钢质、铜质、不锈钢、铝质、以及各种合金等，同样地，无论采用何种类型换热器和金属及合金材质均落在本发明所附的权利保护要求保护范围内。在图1所示的具体实施例中, 除雾组件30还设有一风向导流板32，该风向导流板32又将静压箱12分为一次水汽分离区121和二次水汽分离区122，风向导流板32将从箱体10下段沿垂直上升方向进入一次水汽分离区121的气流改为与垂直方向呈40°左右夹角的方向离开一次水汽分离区121进入二次水汽分离区122。静压箱12的通道截面积比箱体10下段的大，因而其容积率较箱体10下段突然扩大，起到令上升气流的速度快速下降的作用。二次水汽分离区122的通道截面积略大于一次水汽分离区121的通道截面积，再加上气流方向发生改变，所以从一次水汽分离区121进入到二次水汽分离区122的气流速度会进一步降低。

下面我们将参照上述第一种蒸发式冷凝冷却装置的实施例，具体说明应用上述蒸发式冷凝及冷却装置所应用的系统，例如制冷、空气调节系统等，进行冷凝及冷却时的工作原理：

如上所述的系统排放出的需要冷凝或冷却的被冷却介质（过热蒸汽或者高温液体）从第二换热器31的高温介质入口311进入，经过第二蒸发换热器31进行预冷之后，过热蒸汽被冷却成饱和气体或者有高温液体被冷却降温并进入箱体10下段的蒸发式冷凝/冷却机组20。被冷却介质通过蒸发式冷凝/冷却机组20进行热质交换的过程当中，由喷淋装置27将水均匀的喷洒在第一换热器26的冷凝或冷却盘管的表面形成水膜并沿该第一换热器26的表面流下，而流经该第一换热器26的被冷却介质与沿着该第一换热器26表面的水膜通过对流和接触方式产生热质交换，其中一部分水在热质交换过程中蒸发变成饱和水蒸汽带走蒸发潜热而对被冷却介质进行蒸发散热，而饱和水蒸汽则由轴流风机40从箱体10下段两侧进风口的进风格栅25吸入的较低速度的气流向上带走，其气流速度为3m/s左右或更低，当气流经过第一换热器26时，由于通道面积骤窄而是气流速度上升，例如达到4m/s左右。而流经第一换热器26内部的饱和的被冷却介质则被冷却而由气体冷凝成饱和液体或者由较高的温度降到较低的温度，最后经低温介质出口返回系统。由上述蒸发冷凝冷却机组20产生的饱和水蒸汽在高速气流引导下，通过蒸发冷凝/冷却机组20上方的脱水器（挡水板）50，进入箱体10上段的静压箱12，被脱水器50阻挡的水分以及部分留在第一换热器26的蛇形盘管上没有被蒸发或被高速水蒸汽带走的水分则向下降落，与从进风格栅24进入箱体10内的空气混合，经接触热质交换之后温度降低，最终洒落到在箱体10底部的集水箱21内继续参与冷却水循环。

接下来，还是利用上述第一种蒸发式冷凝冷却装置的实施例，来举例说明本发明具有除雾装置的蒸发式冷凝及冷却装置的除雾原理。箱体10上段的静压箱12所起到的作用是令上升的高速气流从大约4m/s的速度快速下降到大约2.5m/s或更低。随着上升气流从箱体10的下段带上来的饱和水蒸汽及其水滴，在离开箱体10下段的第一换热器26之后，在设有脱水器（或挡水板）50的情况下，首先通过脱水器（或挡水板）50的阻挡而分离掉一部分的水，这些水会顺着脱水器50的边缘继续向下降落为水滴进入箱体10的下段；而通过脱水器50之后夹带着部分水滴的饱和水蒸汽上升进入静压箱12，由于静压箱12的通道截面积和容积突然扩大，使上升气流的速度迅速下降至大约2.5m/s或更低，这时部分水滴就会从饱和水蒸汽中基本分离出来，落在下面的脱水器50上或直接洒落在箱体10下段的第一换热器26上。经过静压箱12进行了水滴分离的饱和水蒸汽通过箱体10上段的第二换热器31时，能够基本上速度均匀地分布进入第二换热器31的翅片换热管之间，令饱和水蒸汽与该第二换热器31之间实现充分的接触热质交换而蒸发掉其中的部分水分，从而使进入静压箱12后通过该第二换热器31的饱和水蒸汽蒸发成温度和相对湿度均接近于环境大气的气体。

在图1所示的较佳实施例中静压箱12被风向导流板32分隔为一次水滴分离区121与二次水滴分离区122，因此，夹带水滴的饱和水蒸汽离开箱体10的下段之后首先进入一次水滴分离区121，并从4m/s的高速度下降至低于2.5m/s的低速度，使夹带水滴的饱和水蒸汽由于速度的降低而分离出部分的水滴；然后，夹带着细微水滴的饱和水蒸汽再在导流板32的引导下改为以40°左右夹角方向离开一次水滴分离区121进入二次水滴分离区122，由于二次水滴分离区122的容积更大于一次水滴分离区121，而使气流速度进一步下降至低于2m/s，使进入二次水滴分离区122的饱和水蒸汽中的细微水滴再次得到有效的分离，从而确保经过第二换热器31的气体为饱和水蒸汽。在其它可选的实施例中,在静压箱12中还可以设有多于一个风向导流板32，这些导流板32的作用主要是改变上升气流的方向，并分隔静压箱12为若干逐渐扩容而令气流降速的空间。

如图1中的实例所示，该风向导流板32将从箱体10下段上升的夹带水滴的饱和水蒸汽，由沿垂直上升方向改为与垂直方向呈40°左右夹角的方向。夹带水滴的饱和水蒸汽进入一次水滴分离区121后，由于通道截面积和容积的突然扩大，其速度明显降低，这时一部水滴就会被分离出来，洒落在箱体10下段的第一换热器26上，继续参与蒸发冷凝、冷却循环；而没有被分离的水滴则仍然随着饱和水蒸汽上升通过风向导流板32。由于风向导流板32的进风方向与出风方向呈40°左右的夹角，饱和水蒸汽中夹带的水滴就会在风向导流板32上聚结成较大的水滴，这些水滴在其自身重力的作用下，顺着风向导流板32下滑并洒落在箱体10下段的第一换热器26上，继续参与蒸发冷凝、冷却循环。

然而，由于风向导流板32的聚结水滴的能力不可能充分，因此，离开风向导流板32的饱和水蒸汽中仍然夹带一部分细微的水滴颗粒，进入二次水滴分离区122后，由于二次水滴分离区122的通道面积和容积比一次水滴分离区121的更大，而且进入二次水滴分离区122夹带细微颗粒水滴的饱和水蒸汽的方向（风向导流板出风方向）与离开二次水滴分离区122的方向（即第二换热器的进风方向）几乎呈90°夹角，因而气流速度进一步降低至2m/s，使进入二次水滴分离区122的饱和水蒸汽中的细微水滴再次得到有效的分离，从而确保了经过箱体10上段静压箱12内的第二换热器31的气流为饱和水蒸汽，分离下来的水滴经过风向导流板32洒落在箱体10下段的第一换热器26表面，继续参与冷却、冷凝循环。

由于二次水滴分离区122给设置于静压箱12内的第二换热器31的换热面积留出了充足的空间，饱和水蒸汽在经过静压箱12内的第二换热器31时的速度为大约2m/s，这样饱和水蒸汽就能有足够的时间与第二换热器31充分进行热交换。由于一次、二次水滴分离区121、122的存在，有效地降低了饱和水蒸汽的动压，增加了饱和水蒸汽的静压，使饱和水蒸汽能够速度均匀地分布进入第二换热器31的翅片之间，气流速度均匀且没有死角，从而充分保障了饱和水蒸汽与第二换热器31之间的接触，保证了热质交换的效果，使通过静压箱12分离出来的饱和水蒸汽在经过第二换热器31时，充分蒸发成为接近于环境大气温度和相对湿度的气体，从而解决了水滴被排向大气时形成水雾以及饱和水蒸汽被排向大气时遇冷凝结而产生水雾的问题。

如图2所示为根据本发明第二种实施例的结构形式，与前述的第一种实施例相似，图中的蒸发式冷凝冷却装置主要包括分为上下两段的箱体10，其下段内部所设置一蒸发式冷凝冷却机组20与第一种实施例中的没有区别，其上段的内截面面积也较大于其下段的内截面面积而整体构成一静压箱12，而该静压箱12的顶部也设有一轴流风机40。其区别之处在于与第一种实施例中在静压箱12的内部设有一斜向布置的除雾组件30＇不同，在该第二实施例中静压箱12内部的除雾组件30＇设有一对呈V字形布置的第二换热器31＇，并且，对应于该对V字形布置的第二换热器31＇，并对应地分别设有两块分开的风向导流板32＇。如图2的示例所描述的，该对第二换热器31＇的进口311＇相并联，且该对第二换热器31＇的出口312＇相并联，然后与第一换热器26的进口相串联。其结构虽有所不同，但实际工作原理和技术效果与第一种实施例的实质上相同，为简要起见，省略介绍。

对于排风口设置于本发明的蒸发式冷凝/冷却装置的箱体顶部的设计来说，遇到雨雪天气，雨雪往往会通过顶部的排风口进入装置内落到箱体10上段的第二换热器31、31＇的表面，由于第二换热器被设计成斜向布置或V字形结构的形式，而经过第二换热器31、31＇的气流速度只有2m/s，因此雨雪在第二换热器31、31＇的表面形成的水滴不会被速度只有2m/s的气流排向大气也不会因为张力的原因而不能及时脱落，而是顺着第二换热器31、31＇的斜的表面滑落到箱体10下段的蒸发式冷凝冷却机组20参与冷却、冷凝，最后收集于集水箱21中。这样，因进入蒸发式冷凝/冷却装置内部的雨雪所形成的水滴被风机排向大气而形成水雾的问题就得以被消除了。

在如图3所示的本发明另一种实施例中，与前述的实施例相似，图中的蒸发式冷凝冷却装置的结构主要包括分为上下两段的箱体10，设置于箱体10的下段内部的蒸发式冷凝冷却机组20，设置于箱体10上段的静压箱12内部的除雾组件30，以及设在箱体10顶部的轴流风机40等，唯于箱体10底部的集水箱12中还设有一第三换热器H，由与第一换热器26的出口相串联的换热盘管组成，该第三换热器H的入口与蒸发式冷凝/冷却机组20的第一换热器26的出口相连通，该第三换热器H的出口则通向外部的系统。因而流经第一换热器26内部的饱和的被冷却介质则被冷却而由气体冷凝成饱和液体，或者液体由较高的温度降到较低的温度，然后进入集水箱12中的第三换热器H的换热盘管内部，经过放出热量（例如用于在冬季对冷却水实行防冻处理）或者吸收热量（例如用于在夏季使被冷却介质过冷）的过程之后，最后进入外部的系统。

虽然在前述的实施例中的所有实施例中，于本发明的蒸发式冷凝及冷却装置的箱体顶部设置了轴流风机40，但可以理解的是，风机40的设置以引导气流从箱体10下段两侧进风口的进风格栅25通过蒸发式冷凝及冷却机组20的第一换热器26、挡水板50、静压箱12、除雾装置30、30＇的第二换热器31、31＇，以及箱体10顶部的出风口排出为目的，而无论是使用上抽风式还是下鼓风式，无论是使用一台单独的风机还是使用多台风机。如图4所示的一种实施例中，箱体10上段的静压箱12顶部也设有一台单独的风机40，与前面的实施例不同的地方在于，该风机40的出风方向与斜向布置于静压箱12内的第二换热器31的出风方向相一致。

综上所述，根据本发明的具有除雾装置的蒸发式冷凝及冷却装置具有如下显著优势。

1、通过静压箱的结构设计降低了自蒸发冷凝及冷却机组生成的夹带水滴的饱和水蒸汽的上升速度，有效实行了水汽分离，通过除雾装置的第二换热器从分离水汽后的饱和水蒸汽中蒸发部分的水，从而排出与环境温度和相对湿度一致的，并且由于静压箱的存在，即使在雨雪天气，也避免了由于水滴的张力而使进入装置内的水滴不能自行降落反被风机产生的高速气流排向大气而形成水雾的问题；从而彻底消除了造成军团菌生长和传播的水雾生成与排放问题。

该装置设计冷凝及冷却温度≤35℃，低于军团菌所喜欢的37~41℃的水，因此，装置运行过程中无军团菌生成问题；由于装置排放的冷却介质为接近于环境大气的状态参数，因此，该装置运行过程中无军团菌的传播问题。

2、节能的实施方式：

从前面的总体实施方式可以看出，该节能无雾型蒸发式冷凝及冷却装置上段的蒸发冷却换热器使用的是下段蒸发冷凝及冷却换热器在换热过程所产生的饱和水蒸汽，并通过上段蒸发冷却换热器将过热蒸汽冷却成饱和气体，或者高温液体的温度得到有效降低，这部分热量约占装置总换热量的20~30%，亦即，下段蒸发冷凝及冷却换热器的热负荷减小20~30%，由于蒸发冷凝及冷却装置的循环水量、循环风量都是按照下段蒸发冷凝及冷却换热量为依据进行计算，使该装置循环水量、循环风量较常规蒸发式冷凝器节约能量消耗在20~30%，循环水的蒸发量节约量在25%以上，因此，该装置有非常显著的节能效果。

3、高效的实施方式：

独特的两级水滴分离静压箱的结构形式 + 上部蒸发冷却换热器呈V字形和斜型布置形式，实现了上下两个换热器经过的风速不一致，一方面，确保了下部蒸发冷凝及冷却换热器需要及时带走热质交换过程中产生的饱和水蒸汽所需要的4m/s高速风速，另一方面，经过上部换热器的风速为2m/s属于经济运行的热量与风量配比，而且上段蒸发冷却换热器的冷却介质为下段蒸发冷凝及冷却换热器换热过程中所产生的废气，此外，集水箱中安装换热器在夏季使用可以有效地降低被冷却介质出口液体的温度并使之具有一定的过冷度，对于制冷、空调领域所使用的蒸发式冷凝器来说，可以有效地减少闪发气体的产生，因此，该装置具有非常高的换热效率。

4、延缓结垢时间和污垢松散便于清洁的实施方式：

换热器结垢的时间和污垢的松散程度主要取决于换热器内被冷却介质的温度，温度越低结垢时间约缓慢，结垢程度越轻，污垢越松散。通常情况下，蒸发式冷凝及冷却装置结垢最严重的是水分喷洒在表面形成水膜蒸发换热的热交换器，由于水蒸气较水清洁，通过水蒸气蒸发冷却的换热器往往结构情况比较轻，对于该装置来说，下段蒸发冷凝及冷却换热器的结垢应该是重点预防对象，然而，在该装置的下段蒸发冷凝及冷却换热器冷凝温度为35℃，就是说，冷却水在该换热器的蒸发温度仅为35℃，因此，该装置具有延缓结垢时间和结垢后便于清洁的特点。

5、噪音低的实施方式：

对于强制对流换热的热交换设备，其噪音的主要来源是风速，风速越高噪音越大。该装置由于在下段蒸发冷凝及冷却换热器与上段蒸发冷却换热器之间设有静压箱，装置内部只有下段蒸发冷凝及冷却换热器的风速达到4m/s，而这个部分为双壳体结构（换热器壳体与装置外壳），紧接着就是静压箱，由于静压箱静压比较高，避免了下段蒸发冷凝及冷却换热器风速噪音的向上传递，静压箱本身的风速又很小仅为2.5~2m/s，因此装置内部的噪音很低，此其一，其二，由于水滴分离静压箱的存在，给增加上段蒸发冷却换热器的换热面积提供了充足的空间，上段蒸发冷却换热器面积的加大，且其风速仅为2m/s，由于内部风阻力比较小，且安装风机的空间足够，因此，完全可以采用4~6级低转速风机，设备噪音小于75d。

本发明具有静压箱结构带有作为除雾装置的第二换热器串联于作为蒸发式冷凝及/或冷却器的蒸发式冷凝及冷却装置，不仅可以应用于制冷、空调等领域，也可以应用于其它各种民用及工业领域的各种场合，包括石油、化工、电力等。

尽管上面通过举例说明，已经描述了本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述说明，而是由所附的权利要求给出的所有技术特征及其等同技术特征来定义。本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本发明所教导的实质和精髓前提下，任何修改和变化可能仍落在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蒸发式冷凝装置，其特征在于所述蒸发式冷凝装置包括：

一分为上下两段的箱体（10），其下段中部侧壁设有进风口，其上段的内截面面积大于下段的内截面面积而使箱体（10）上段整体构成一静压箱（12），该静压箱（12）的顶部设有出风口；

一设置于箱体（10）下段内部的蒸发式冷凝机组（20），包括设置于箱体（10）底部用于容纳冷却水的集水箱（21）、设置于进风口上方的作为冷凝器的第一换热器（26）、设置于第一换热器（26）上方的喷淋装置（27），以及用于将冷却水从集水箱（21）吸入并泵至喷淋装置（27）的水泵（22）；

一设置于静压箱（12）内部的除雾组件（30），包括一第二换热器（31）和至少一个风向导流板（32），所述第二换热器（31）与所述第一换热器（26）相串联，使被冷却介质自所述第二换热器（31）的入口进入所述第二换热器（31）进行预冷，再流过所述第一换热器（26）经进一步冷却后由气态凝结为液态；然后自所述第一换热器（26）的出口排出，所述至少一个风向导流板（32）设置于所述第二换热器（31）下方，用于改变汽流上升的方向；以及

一风机（40），被设置在适于给所述蒸发式冷凝装置提供负压的位置，使空气以低的第一速度从进风口进入箱体（10）内部，并与降落的水滴充分混合并进行热质交换后上升，经过第一换热器（26）的表面进行热交换同时快速增速上升，使覆盖于第一换热器（26）表面的水膜部分蒸发形成夹带水滴的饱和水蒸汽；并且使所述夹带水滴的饱和水蒸汽进入静压箱（12）之后快速降为较第一速度更低的低速度而使水滴与饱和水蒸汽分离，经水汽分离后的饱和水蒸汽在静压箱（12）内均匀地分布于所述第二换热器（31）的换热表面，从而使饱和水蒸汽中的水分蒸发而成为湿度不高于出风口附近的环境湿度的气体之后自出风口排出。

2.根据权利要求1所述的蒸发式冷凝装置，其特征在于在容纳蒸发式冷凝机组（20）的箱体（10）下段与容纳于除雾组件（30）的箱体（10）上段之间设有一脱水器（50）。

3.根据权利要求1所述的蒸发式冷凝装置，其特征在于所述第二换热器（31）包括一个或多个斜向布置的翅片式换热器。

4.根据权利要求1-3所述的任一项的蒸发式冷凝装置，其特征在于所述蒸发式冷却装置还包括一第三换热器（H），设置于集水箱中（21），串联于第一换热器（26）的出口位置；而所述风机（40）包括一台或多台，并且设置在进风口或出风口位置。

5.一种蒸发式冷却装置，其特征在于所述蒸发式冷却装置包括：

一分为上下两段的箱体（10），其下段中部侧壁设有进风口，其上段的内截面面积大于下段的内截面面积而使箱体（10）上段整体构成一静压箱（12），该静压箱（12）的顶部设有出风口；

一设置于箱体（10）下段内部的蒸发式冷却机组（20），包括设置于箱体（10）底部用于容纳冷却水的集水箱（21）、设置于进风口上方作为冷却器的第一换热器（26）、设置于第一换热器（26）上方的喷淋装置（27），以及用于将冷却水从集水箱（21）吸入并泵至喷淋装置（27）的水泵（22）；

一设置于静压箱（12）内部的除雾组件（30），包括一第二换热器（31）和至少一个风向导流板（32），所述第二换热器（31）与所述第一换热器（26）相串联，使被冷却介质自所述第二换热器（31）的入口进入所述第二换热器（31）进行预冷，再流过所述第一换热器（26）经进一步冷却降温；然后自所述第一换热器（26）的出口排出，所述至少一个风向导流板（32）设置于所述第二换热器（31）下方，用于改变汽流上升的方向；以及

一风机（40），被设置在适于给所述蒸发式冷却装置提供负压的位置，使空气以低的第一速度从进风口进入箱体（10）内部，并与降落的水滴充分混合并进行热质交换后上升，经过第一换热器（26）的表面进行热交换同时快速增速上升，使覆盖于第一换热器（26）表面的水膜部分蒸发形成夹带水滴的饱和水蒸汽；并且使所述夹带水滴的饱和水蒸汽进入静压箱（12）之后快速降为较第一速度更低的低速度而使水滴与饱和水蒸汽分离，经水汽分离后的饱和水蒸汽在静压箱（12）内均匀地分布于所述第二换热器（31）的换热表面，从而使饱和水蒸汽中的水分蒸发而成为湿度不高于出风口附近的环境湿度的气体之后自出风口排出。

6.根据权利要求5所述的蒸发式冷却装置，其特征在于在容纳蒸发式冷却机组（20）的箱体（10）下段与容纳于除雾组件（30）的箱体（10）上段之间设有一脱水器（50）。

7.根据权利要求5所述的蒸发式冷却装置，其特征在于所述第二换热器（31）包括一个或多个斜向布置的翅片式换热器。

8.根据权利要求5-7所述的任一项的蒸发式冷却装置，其特征在于所述蒸发式冷却装置还包括一第三换热器（H），设置于集水箱中（21），串联于第一换热器（26）的出口位置；而所述风机（40）包括一台或多台，并且设置在进风口或出风口位置。