CN110345588B - 一种多级滚筒联动式的蒸发冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蒸发冷却系统，包括风机、蒸发装置、排水装置和驱动装置；所述蒸发装置包括多级联动滚筒组和储水盒，所述储水盒设置在所述多级联动滚筒组底部；所述风机设置在所述蒸发装置顶部；所述排水装置设置在所述储水盒底部；所述驱动装置与所述蒸发装置连接，用于驱动蒸发装置运行。一种通风降温系统，包括建筑墙体和上述的蒸发冷却系统，所述蒸发冷却系统设置在所述建筑墙体中。本发明的多级滚筒与传统滚筒式蒸发冷却器相比，其湿表面积增加了三倍多，空气与水的传热传质面积更大，热湿传递效果更好。

Description

一种多级滚筒联动式的蒸发冷却系统

技术领域

本发明涉及蒸发冷却设备的技术领域，特别是一种多级滚筒联动式的蒸发冷却系统。

背景技术

蒸发冷却技术是利用水的蒸发吸热，使空气达到冷却的目的。蒸发冷却分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种。其中，直接蒸发冷却是指空气和水直接接触的冷却过程，空气处理过程为等焓降温加湿过程，送风的极温度受进风湿球温度的限制。直接蒸发冷却技术作为一种经济环保的冷却方式，可与蒸汽压缩式空调、间接蒸发冷却器、除湿系统等其他空调系统复合应用，广泛应用于工业、公共和民用建筑中，可大幅度降低建筑的空调能耗，削减用电高峰，同时减少建筑的温室气体和CFCS的排放。除此以外，直接蒸发冷却技术还可与墙体或窗体等建筑围护结构结合，用于建筑的被动冷却。

在直接蒸发冷却器中，空气与冷却器填料的湿表面直接接触，空气与水之间的传热和传质同时进行，其热质传递率主要由湿表面上水的蒸发潜热所决定。因此，为了使冷却器获得更高的传热效率，必须保证空气和水具有较大的接触面积。选取吸水和保水性高的湿表面材料，和良好的布水方式是非常重要的。按布水方式的不同，目前存在的直接蒸发冷却器主要包括喷淋式直接蒸发冷却器(湿帘)、飞溅式、喷雾式、旋转式、滚筒式和自吸式蒸发冷却器几种。其中，喷淋式直接蒸发冷却湿帘主要依靠重力和毛细力作用，使水在湿帘的蜂窝结构表面扩散。但在实际运行中，湿帘存在润湿均匀性和完整性差的问题，导致冷却效率不高。主要是因为湿帘存在很多沟槽凹面，长时间使用后，其凹面容易结垢生长青苔，阻断水流，并且喷嘴也容易被水垢堵塞，这些直接影响了蒸发冷却的布水效果。有研究对现有的直接蒸发冷却湿帘进行了性能测试，结果表明湿帘的湿球冷却效率在60％～70％左右(田海林，李曦，孙梦瑶，等.常用湿帘产品的技术性能测试[J].农机化研究,2013(04)：148-151.)，其冷却效果仍存在较大的提升空间。飞溅式蒸发冷却器主要是通过水雾飞溅器的离心力作用加湿填料，这种布水方式的润湿效果并不理想，需要综合考虑填料面积、填料结构以及风量等因素的影响。在几种蒸发冷却器中，旋转和滚筒式蒸发冷却器的布水效果最好。这两种冷却器的填料一部分浸入水盘，利用转轮驱动装置带动填料转动，可达到不错的润湿效果。相比之下，滚筒式蒸发冷却器比旋转式的密封性更好，空气不易泄漏。自吸式蒸发冷却器通过填料的毛细作用，从下水盘向上吸水润湿填料，这种布水方式不需要消耗电能，但其布水效果受润湿材料的吸水性和材料的高度限制，对于送风量要求较大的大型蒸发冷却器并不适用。

除了布水方式以外，以上几种蒸发冷却器也存在一些缺陷。例如：传统滚筒式蒸发冷却器的润湿表面属平板型,与空气的传热传质面积较小。并且这种滚筒填料较难拆卸，不利于维修和更换；喷淋式和飞溅式蒸发冷却器比滚筒式更加费水等。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种多级滚筒联动式的蒸发冷却系统，利用具有吸水特性的多级旋转滚筒之间的联合传动，使相切滚筒间吸水部连续接触，实现逐级连续传水，达到蒸发表面完全均匀润湿的一种新型直接蒸发冷却器。具体方案如下：

一种蒸发冷却系统，包括风机、蒸发装置、排水装置和驱动装置；

所述蒸发装置包括多级联动滚筒组和储水盒，所述储水盒设置在所述多级联动滚筒组底部；

所述风机设置在所述蒸发装置顶部；

所述排水装置设置在所述储水盒底部；

所述驱动装置设置在所述蒸发装置下方且与所述蒸发装置连接，用于驱动所述蒸发装置运行。

进一步的，所述多级联动滚筒组包括多个依次相切的滚筒，所述滚筒轴线处于同一水平面上，每个所述滚筒的一侧设有齿轮，所述齿轮依次啮合。

进一步的，所述滚筒包括吸水部，所述吸水部包覆在所述滚筒外侧。

进一步的，所述蒸发装置还包括外壳组件和滑动组件，所述滑动组件设置在所述多级联动滚筒组外侧，所述外壳组件设置在滑动组件外侧。

进一步的，所述外壳组件包括，一级外壳、自弹滑轨、滑道和一级排风道，所述自弹滑轨和所述滑道分别设置在所述一级外壳的内部相对两侧，所述排风道设置在所述一级外壳安装所述滑道的一侧。

进一步的，所述滑动组件用于承载和滑出所述多级联动滚筒组，包括二级外壳和滑块，所述二级外壳安装在所述一级外壳内部与所述自弹滑轨和所述滑道连接，所述滑块安装在所述滑道上；所述二级外壳上设置二级排风道。

进一步的，所述多级联动滚筒组还包括三级外壳；所述三级外壳安装在所述二级外壳中，多个依次相切的所述滚筒设置在所述三级外壳中；

所述三级外壳位于所述储水盒的上方位置设置补水口；

所述蒸发装置设置在所述二级外壳中；

所述三级外壳上设置三级排风道，所述一级排风道、所述二级排风道和所述三级排风道位置对应。

进一步的，所述驱动装置包括电机座、电机和主动齿轮，所述电机安装在所述电机座上，所述主动齿轮安装在所述电机输出轴上。

一种通风降温系统，包括建筑墙体和上述蒸发冷却系统，所述蒸发冷却系统设置在所述建筑墙体中。

进一步的，所述建筑墙体包括冷通道和热通道，所述冷通道和所述热通道分别设置在所述建筑墙体两侧，将建筑墙体和外界连通，所述蒸发冷却系统设置在所述冷通道中。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的布水方式与传统蒸发冷却器的喷淋布水相比，其湿表面水膜更加均匀充分。

2、本发明系统的空气与水为逆流传热传质方式，其传热传质系数比顺流方式更大，冷却效率更高。与传统蒸发冷却湿帘相比，本发明系统与建筑墙体结合应用于太阳能烟囱强化自然通风时，空气与水为逆流热质传递，与传统湿帘的顺流热质传递方式相比，其送风温度更低，诱导的通风量更大。

3、本发明的布水方式与传统喷淋式布水相比更节省水量。

4、避免了传统喷淋式布水的喷嘴堵塞问题。

5、本发明的多级滚筒与传统滚筒式蒸发冷却器相比，其湿表面积增加了三倍多，空气与水的传热传质面积更大，热湿传递效果更好。

6、与传统直接蒸发冷却湿帘结构的送风压降相比，本发明的多级滚筒结构的送风压降较小，可减小送风风机的能耗。

7、本发明的蒸发冷却湿表面结构适合与窗体或墙体结合，实现被动蒸发冷却。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一个实施例的蒸发冷却系统结构示意图；

图2示出了本发明一个实施例的蒸发冷却系统的多级滚筒装置俯视图；

图3示出了本发明一个实施例的蒸发冷却系统主体装置左视图；

图4示出了本发明一个实施例的滚筒结构示意图；

图5示出了本发明一个实施例的一种通风降温系统示意图。

附图标记说明：

100-风机、200-渐缩通道、300-冷通道入口、400-多级联动滚筒组、500-排风道、600-储水盒、700-排水装置、800-驱动装置、900-主动齿轮、1-一级外壳、2-自弹滑轨、3-二级外壳、4-三级外壳、5-卡榫、6-插口、7-轴承、8-插销、9-滑块、10-滑道、11-冷通道、40-电机座、50-电机、60-排水口、70-补水口、80-齿轮、401-吸水部、402-滚筒、403-滚筒侧盖、404-中轴、1000-进风口、1001-排风口、2000-送风口、3000-室内、4000-冷风道、8000-保温墙体、9000-玻璃幕墙。

具体实施方式

下面将参照附图更加详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

一种蒸发冷却系统，包括风机100、蒸发装置、排水装置700和驱动装置800；

所述蒸发装置包括多级联动滚筒组400和储水盒600，所述储水盒设置在所述多级联动滚筒组底部；

所述风机100设置在所述蒸发装置顶部；

所述排水装置700设置在所述储水盒600底部；

所述驱动装置800设置在所述蒸发装置下方且与所述蒸发装置连接，用于驱动所述蒸发装置运行。

根据本发明的一个实施例，如图1所示，所述风机为贯流式风机安装在渐缩通道200上，减缩通道200下方为冷通道入口300与蒸发装置连接。蒸发装置包括多级联动滚筒组400和储水盒600。储水盒底部安装排水装置700。多级联动滚筒组400为蒸发冷却系统的核心组件。

进一步的，所述多级联动滚筒组包括多个依次相切的滚筒402，所述滚筒轴线处于同一水平面上，每个所述滚筒的一侧设有齿轮80，所述齿轮80依次啮合。如图4所示，所述滚筒包括吸水部401，所述吸水部401包覆在所述滚筒外侧，根据本发明的一个实施例，吸水部401为吸水材料。所述滚筒402为中空圆筒，套在中轴404上，吸水材料以层叠包覆的方式固定在滚筒402表面上，直至厚度与滚筒两侧的滚筒侧盖403外径相一致。吸水材料可选用吸水性较好的纤维材料。

进一步的，所述蒸发装置还包括外壳组件和滑动组件，所述滑动组件设置在所述多级联动滚筒组外侧，所述外壳组件设置在滑动组件外侧。

蒸发冷却系统采用了模块化设计，包括三级结构：外壳组件(一级结构)、滑动组件(二级结构)和滚筒核心(即：多级联动滚筒组400，三级结构)。

如图2所示，所述外壳组件包括一级外壳1、自弹滑轨2、滑道10和一级排风道，所述自弹滑轨2和所述滑道10分别设置在所述一级外壳1的内部相对两侧，所述一级排风道设置在所述一级外壳1安装所述滑道10的一侧。

所述一级外壳1包括背板、面板、侧板与相关安装孔洞，是设备的支撑结构，在一级外壳上1上留有滑轨安装口孔，用来固定自弹滑轨2的外侧轨道；根据自弹滑轨2的使用要求，在自弹滑轨2与一级外壳1的配合末端留出的安装余量。一级排风道设置目的为排出冷通道11内被处理后的湿冷空气。

进一步的，如图2所示，二级结构为装置的滑动组件。所述滑动组件用于承载和滑出所述多级联动滚筒组400，包括二级外壳3和滑块9，所述二级外壳3安装在所述一级外壳1内部与所述自弹滑轨2和所述滑道10连接，所述滑块9安装在所述滑道10上；所述二级外壳上3设置二级排风道。

进一步的，所述多级联动滚筒组400还包括三级外壳4；所述三级外壳4安装在所述二级外壳3中，多个依次相切的所述滚筒402设置在所述三级外壳4中。

所述三级外壳4位于所述储水盒600的上方位置设置补水口70；

所述蒸发装置设置在所述二级外壳3中；

所述三级外壳4上设置三级排风道，所述一级排风道、所述二级排风道和所述三级排风道位置对应。由于装置分为三层结构，彼此间结构相互独立，为满足排风功能，分别在每层结构的相同位置设风口，使三个风口重合，形成一个连通装置冷通道与外界环境的排风道500，其位置如图1所示。排风道在功能上设置目的为排出冷通道11内的湿冷空气至外部空间。

卡榫5固定在滑动组件内部的四个顶角内，与三级外壳4上预留凹槽相配合，从而固定多级联动滚筒组400。在二级外壳3背面上安装自弹滑轨2的内轨道，使滑动组件实现滑动功能，在一级外壳1和二级外壳3的面板间分别安装了滑道10和滑块9，用以平衡两侧板受力。

如图2，多级联动滚筒组400即装置的滚筒核心，在三级外壳4上留有凹槽，可与二级结构中卡榫5相适配从而实现多级联动滚筒组400的固定。当吸水部需要清洗、维修或更换时，可将多级联动滚筒组400取出。

一级外壳目的是支撑装置内部结构，承担装置重量，保持装置稳定；二级外壳目的是实现滑出和承装三级结构。

如图3所示，储水盒600侧板上设有贯通的补水口7，口径大小可允许补水胶管直接伸入；在储水盒600内水位低于最低水位时，补水开关开启，利用市政管网水压将水压入储水盒600当水位达到最高水位时，自动切断供水，维持储水盒600内水水位在设定范围以内。

进一步的，所述驱动装置包括电机座40、电机50和主动齿轮900，所述电机安装在所述电机座上，所述主动齿轮安装在所述电机输出轴上。如图3所示，多级联动滚筒组400的联动是由多级齿轮80之间的相互传动实现的。其中齿轮轴转动所需要的动力由直流电机50提供。为保持齿轮组80与主动齿轮900间传动的稳定，特别设计加宽主动齿轮900的齿面厚度，使两者间接触更为稳定。为提高传动效率，将主动齿轮900的公称直径加大，传动比增大，扩大滚筒转速的调节范围。

如图1，贯流式风机100为蒸发冷却系统空气流动提供风压，随风机叶片转动，空气由风机入口进入风机内，由风机出口流出，进入渐缩通道200入口处，由渐缩通道200变径后从通道出口流出。在贯流式风机100的控制电路上设有风量调节装置，可调节渐缩风道200的进风量。

本发明的蒸发冷却系统的工作原理如下：如图3所示，胶管通过补水口70自动向储水盒600内注水，当液面达到设定时，切断进水；如图1所示，多级联动滚筒组400的最下部的滚筒402部分浸没入储水盒6的水面下，滚筒402表面的吸水材料被完全湿润；如图3，固定于电机座40上的直流电机50经由市电或太阳能板供电开始工作，驱动主动齿轮900带动齿轮组80连续转动，从而带动多级联动滚筒组400连续滚动，通过吸水材料间的接触，使水分由储水盒600内，向上传递至滚筒组的最高处。同时，贯流风机100通过市电或太阳能电池板供电开始工作，使空气经由渐缩通道200流入如图2所示的冷通道11内。空气与完全润湿的吸水材料进行热质交换，利用等焓加湿原理，使空气的含湿量上升温度下降，达到蒸发冷却的目的。最终在风压的作用下，空气通过图1所示的排风道500流出装置。系统使用一段时间后，废水可通过图1所示的排水装置700排出；储水应定期更换，以提高吸水材料的使用寿命。

本发明利用多级滚筒之间的接触旋转，以及滚筒湿表面材料的毛细扩散作用，使部分浸入储水盒的下级滚筒逐级向上传水，最终使所有滚筒表面达到完全润湿，水膜均匀性和完整性更好。并且，这种模块化结构具有可延展性，可以通过多级滚筒组装，达到增减蒸发冷却面积的目的。同时，模块化设计更易于滚筒填料的拆卸、维修、清洗和更换。

一种通风降温系统，包括建筑墙体和上述的蒸发冷却系统，但此处应用的蒸发冷却系统不需要风机驱动通风，而是依靠热压差产生自然通风。所述蒸发冷却系统设置在所述建筑墙体中。蒸发冷却系统与Trombe墙体结合形成的被动式建筑通风降温系统。

如图5所示，所述建筑墙体包括冷通道和热通道，所述冷通道和所述热通道分别设置在所述建筑墙体两侧，将建筑墙体和外界连通，所述蒸发冷却系统设置在所述冷通道中。

利用太阳能烟囱效应，实现强化室内自然通风，降低室内空调能耗的目的。受应用地点的夏季主导风向影响，室外热空气进入建筑墙体冷通道的进风口1000，冷风道4000内安装蒸发冷却系统。热空气与冷风道内的多级联动滚筒组400接触。由于多级滚筒联动，可将下级储水盒600中的水经下级滚筒连续传动到最上层滚筒，因此热空气与湿润滚筒的外表面进行传热传质，热空气经过等焓降温过程，由冷风道送风口2000排出，并送入室内3000。建筑墙体的另一侧为Trombe墙体，太阳辐射照射玻璃幕墙9000，并加热Trombe墙体内的空气温度，形成热通道。由于Trombe墙体内的空气温度较高，室内冷通道送风温度较低，可形成较大的热压差，诱导空气从进风口源源不断的流入冷通道，并带走室内热空气，进入热通道，并由热通道排风口1001排出室外。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种蒸发冷却系统，其特征在于，包括风机、蒸发装置、排水装置和驱动装置；

所述蒸发装置包括多级联动滚筒组和储水盒，所述储水盒设置在所述多级联动滚筒组底部；所述多级联动滚筒组包括多个依次相切的滚筒，所述滚筒轴线处于同一垂直平面上，每个所述滚筒的一侧设有齿轮，所述齿轮依次啮合,所述滚筒包括吸水部，所述吸水部包覆在所述滚筒外侧；

所述风机设置在所述蒸发装置顶部；

所述排水装置设置在所述储水盒底部；

所述驱动装置设置在所述蒸发装置下方且与所述蒸发装置连接，用于驱动所述蒸发装置运行。

2.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述蒸发装置还包括外壳组件和滑动组件，所述滑动组件设置在所述多级联动滚筒组外侧，所述外壳组件设置在滑动组件外侧。

3.根据权利要求2所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述外壳组件包括一级外壳、自弹滑轨、滑道和一级排风道，所述自弹滑轨和所述滑道分别设置在所述一级外壳的内部相对两侧，所述排风道设置在所述一级外壳安装所述滑道的一侧。

4.根据权利要求3所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述滑动组件用于承载和滑出所述多级联动滚筒组，包括二级外壳和滑块，所述二级外壳安装在所述一级外壳内部与所述自弹滑轨和所述滑道连接，所述滑块安装在所述滑道上；所述二级外壳上设置二级排风道。

5.根据权利要求4所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述多级联动滚筒组还包括三级外壳；所述三级外壳安装在所述二级外壳中，多个依次相切的所述滚筒设置在所述三级外壳中；

所述三级外壳位于所述储水盒的上方位置设置补水口；

所述蒸发装置设置在所述二级外壳中；

所述三级外壳上设置三级排风道，所述一级排风道、所述二级排风道和所述三级排风道位置对应。

6.根据权利要求1所述的蒸发冷却系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机座、电机和主动齿轮，所述电机安装在所述电机座上，所述主动齿轮安装在所述电机输出轴上。

7.一种通风降温系统，其特征在于，包括建筑墙体和如权利要求1-6任意一项所述的蒸发冷却系统，所述蒸发冷却系统设置在所述建筑墙体中。

8.根据权利要求7所述的通风降温系统，其特征在于，所述建筑墙体包括冷通道和热通道，所述冷通道和所述热通道分别设置在所述建筑墙体两侧，将建筑墙体和外界连通，所述蒸发冷却系统设置在所述冷通道中。