CN1167933C - 转盘蒸发式冷却器 - Google Patents

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Abstract

一贮箱(20)内容纳有一液体冷却剂(30)蓄池，其中间隔开的多个转盘(24)部分地浸没在所述液体冷却剂中。一气流最好平行地位于各盘件(24)的暴露部分上方，从而当盘件旋转离开冷却剂蓄池时可以使粘附于各盘件的冷却剂部分地蒸发掉，并且当从上方空气空间重新进入蓄池时，各盘件和残留的附着冷却剂有较低的温度，以对冷却剂蓄池。待冷却的流体穿过安装在贮箱内且位于液体冷却剂表面(S)下方并平行于各盘件表面的各管子(22)。相邻排的管子彼此之间形成空间，每一空间可容纳至少一盘件的浸没部分。蒸发式冷却剂可以用在具有一压缩机和一蒸发器的制冷装置中。

Description

转盘蒸发式冷却器
                         本发明的背景
本发明的领域
本发明涉及一种用于空气调节和制冷的新型蒸发式冷却器。
已有技术
目前在空气调节和制冷领域中，有三种基本类型的冷凝器：气冷式冷凝器、水冷式冷凝器和蒸发冷却式冷凝器。
最常用的冷凝器是气冷式冷凝器，住宅和小型商用设备几乎都无一例外地使用了这种气冷式冷凝器。这些冷凝器通常包括一其内具有制冷剂的铜管盘管，并且在各管子的外部上具有铝制翅片。风扇将空气吹过盘管，将热量排向大气中。这种冷凝器是较简单的，并且几乎不需要维修，但是效率却相当低。
水冷式冷凝器是第二种常用的冷凝器。水冷式冷凝器通常都是与一些可以在大型工商业场所中找到的离心螺旋式冷却器一起使用的。常用装置是一壳管式热交换器，冷却水在各管子内部循环，而冷凝用制冷剂则在管子外。用于这种冷凝器的水通常是由一单独的冷却塔来冷却的。一冷却塔包括一可将水喷洒在一填充材料上的喷水系统。一风机可以使空气流过所述较湿的填充物以对水进行冷却。这种系统通常能量效率较高，但冷凝温度比一种可相比的气冷式冷凝器低了20-30°F。另一方面，水冷式冷凝器和相连的冷却塔通常都需要大量的维修作业，较为复杂，并且必须就地组装，而不是以一单个包装的形式被搬运。
第三种冷凝器是蒸发冷却式冷凝器。蒸发式冷凝器是将一水冷式冷凝器和一冷却塔组合成一单个设备。现有的蒸发式冷凝器通常可以在大型工商业制冷系统中找到，在空气调节应用中很少使用。
图1示出了第三种类型的，即，蒸发式冷凝器的一种常用设置情况。泵10将水从贮槽12中抽吸出来并将它传送至一喷头15，该喷头可将水喷洒在装有冷凝用制冷剂的管子14上方。风机16可使在C处进入的空气流过水的喷淋和潮湿的管子14，以藉助蒸发将热量从其中除去。在D处离开冷凝器的空气穿过一可除去大部分水滴的脱湿器18。虽然图1示出的是一种吹送通过型蒸发式冷凝器，但是，在本技术领域中，人们还已知一种抽吸通过型蒸发式冷凝器，其中所述风机是设置在各管子的下游，并可抽吸空气使空气通过各管子并喷洒。
诸如图1所示系统的水泵和喷管会造成两大维修问题。第一个问题是它们容易因冻结而受损。部分解决该问题的方法是将所述贮槽和泵设置在一加热建筑物内，但是，这样就使得安装更为困难。第二个问题是泵和管道非常容易被污物阻塞。可以采用滤水器来缓解该问题，但是它们太容易堵塞，因此经常需要维修。
目前的蒸发冷凝器和冷却塔还由于是军团(Legionnaire’s)病，即，一种可能致命的肺炎的病源地而存在一些值得注意的问题。如果不定期进行水处理，冷凝器内温暖潮湿的状况就会有助于军团病、导致军团病的细菌的滋长。虽然军团病在淡水池溏和其它表面水中是普遍的，但是，除非它们被吸入肺中，否则它们是不会导致肺炎的。传统的蒸发式冷凝器和冷却塔的真正问题是水的喷洒会产生人们容易吸入的小水滴雾气。蒸发式冷凝器已与好几次军团病的爆发有牵连。
蒸发式冷凝器和冷却塔与气冷装置相比具有其固有的功效优点。对于气冷装置来说，极限空气温度是室外干球温度。另方面，对于蒸发系统来说，所述极限温度可以是20至40°F的湿球温度。此外，空气和湿表面之间的传热是空气和干表面之间传热的好几倍。由于水蒸汽会大大增大空气的焓(含能量)，因此，空气流动要求也少于蒸发式热交换器的空气流动要求。这些因素意味着：与气冷式系统相比，蒸发式冷凝器或冷却塔所能给予的冷凝温度将低得多，同时还可以减小尺寸，并降低风机能量的要求。
尽管蒸发式热交换器的功效较佳，但是，目前已经有逐渐远离水冷式冷凝器和蒸发式冷凝器的趋势。二十世纪三十年代中的早期住宅用空调系统通常都是水冷式的，而在二十世纪五十年代，它们几乎都无一例外地换成了气冷式。在二十世纪六十年代，150吨的冷却负荷通常是由水冷式冷却器来控制的，而现在通常可由气冷式装置来控制。这些变化是由于考虑到水冷式装置的维修成本而作出的。
Webb和Villacres已在1984年第80卷的AIChE传热论文集“蒸发式热交换器(冷却塔、流体冷却器和冷凝器)的性能模拟--″中对蒸发式冷凝器、冷却塔和流体冷却器作了理论分析和模拟。很好地确定了理论基础，而且，对于各种空气入口条件来说，它们的模拟都预言热负荷在±3％内。而且，目前有好几篇论文，它们都试图确定蒸发冷却式冷凝器可能节能。在Guinn和Novell发表于《ASHRAE学报》1981年第87卷第2部分的文章“在空气型冷凝装置上的水喷淋特性”中，报告了对一个三吨的分体式空调机的空气冷却冷凝装置上的一种市售的喷水装置进行试验的结果。他们发现：按照吸入空气的热动力状态，压缩机的输入功率降低5％至9％，制冷容量提高4.4％至8.8％，系统的能效比(EER)依据入口空气的热动力状态提高12％至19％。喷水器使用每小时81.5升的水。所遇到的问题是，水从管子流出和堵塞以及管子的腐蚀。在Markoski，M.J.在1995年的第19届国际制冷会议录IIIa上发表的“对空气冷却式冷凝器的水喷淋扩大的能量分析”中，对这种扩大传热的方法进行了简要的能量分析。在Leidenfrost，S.，和B.Korenic发表于《传热工程》1982年第3卷的文章“与冷凝器温度下降有关的蒸发式制冷和热传递的扩大”中，对用于降低冷凝器温度的蒸发式制冷进行了试验。试验表明，他们的分析模式与试验数据相符合。一个有趣的试验表明，当冷凝器的传热率持续保持为300W(1024Btu/h)时，冷凝温度可以从干表面的44.6℃(112.3°F)降低至湿表面的24.4℃(75.9°F)。该数据表明，对恒定的冷凝温度而言，当施加水喷淋时，冷凝器的热量可以从300W(1024Btu/h)升高至2280W(7780Btu/h)。虽然这种散热速率的提高会由于空气压降的加大而被部分地抵消，但总的效果还是很好的，可能使空调器的能耗降低50％。
                       本发明的概述
因此，本发明的一个目的在于减少或消除已有技术的蒸发式冷却器所存在的问题，提供一种可与气冷式装置竞争的蒸发式冷却器。
本发明的另一目的在于利用本发明的蒸发式冷却器来作为一冷凝器，通过降低制冷循环作业所需要的压缩机功率而节约能量。
为了实现本发明的上述目的，本发明设置了一液体冷却剂蓄池，所述蓄池的上表面与空气接触。一转轴安装在所述蓄池上表面的上方，并且其纵轴线大体上平行于所述蓄池上表面，并且可以藉助任一种适当的旋转驱动装置而驱动旋转。至少一个轮件安装在所述转轴上并自其上径向延伸出来，并且部分地浸没在所述蓄池内。因此，当所述轴旋转时，所述轮件旋转其上的某处连续进入蓄池，离开蓄池，进入空气，然后再重新进入蓄池，连续不断地以一循环周期重复作业。以此方式，当轮件离开蓄池并进入空气时，可以将离开蓄池附着于轮件上的液体冷却剂蒸发进入空气，从而可以对所述轮件和其上残留的粘附着的液体冷却剂进行冷却。然后当所述轮件重新进入蓄池内时，所述经冷却的轮件和残留的附着液体冷却剂可以对所述蓄池进行冷却。
可以采用本发明，利用或不利用风机，对诸如游泳池之类的任一种液体进行冷却，所述风机可以在暴露于蓄池(诸如游泳池)上表面上方空气中的所述轮件部分的上方建立一气流。但是，正如将在下文中予以说明的那样，本发明目前认为是较佳的应用是作为一制冷系统中的蒸发式冷凝器。
目前认为较佳的实施例具有多个轮件，例如多个盘件，它们沿着转轴彼此相互隔开，所述转轴安装在液体冷却剂(例如水)贮箱上方，各盘件相对于冷却剂蓄池表面近似垂直地延伸并部分地浸没在冷却剂蓄池内。一气流可由一风机提供，并被导引至在冷却剂蓄池上方延伸的各盘件的各部分上方，以对冷却剂进行蒸发，由此当各盘件再次进行冷却剂蓄池时，对附着于各盘件上的残留的冷却剂部分进行冷却。所述气流最好是被引导得平行于各转盘的表面。诸排管子安装在所述贮箱内，位于冷却剂蓄池表面下方，并且其方向是平行于各转盘的表面，而且其中一转盘延伸伸入相邻排管子之间的每一空间内。虽然对于这样一种实施例来说主要用途是作为是冷凝器，但是，它也可以用来对冷凝用制冷剂之外的其它流体进行冷却。例如，可以使水或防冻溶液循环通过各管子。
正如上文中所提到的，本发明蒸发式冷却器的目前认为是较佳的用途是制冷系统。在这样一种制冷系统中，至少部分处于蒸汽状态的制冷剂藉助一压缩机而馈送经过所述蒸发式冷却器，以便在其内进行冷凝。然后，使液化的制冷剂穿过一蒸发器，对一容纳所述蒸发器的部分进行冷却，随后以至少部分处于蒸汽状态回到所述压缩机。
与传统的蒸发式冷凝器相比，本发明的蒸发式冷却器具有下述优点：
1)不会发生水泵或喷淋系统堵塞或冻结的现象，
2)大大降低了飞溅现象-从事实上消除了传播军团病的危险，
3)可减少维修，
4)成本较低，以及
5)贮箱内的水的热质提高了部分负荷效率。
与气冷式冷凝器相比，本发明冷却器的优点包括：
1)能量效率更佳，
2)降低了最大功率消耗，以及
3)成本的尺寸具有竞争力。
所述轮件可以是平圆盘、实心盘或波纹盘，并且直径/厚度比通常为30∶1-50∶1。
根据本发明人所获得的实验数据，可以相信，冷却剂膜是主要的传热介质，当转轮离开液体冷却剂，冷却剂会附着于转轮上，并且在重新进入液体冷却剂可残留在各转轮上。
本发明还提供了一种利用本发明新型装置来蒸发冷却的方法。
                         附图简要说明
在附图中：
图1是一种已有技术的吹送通过型蒸发式冷凝器的示意图；
图2是本发明蒸发式冷却器的一较佳实施例的侧视图；
图3是沿图2中线G-G截取的剖视前视图；
图4是本发明另一实施例中使用的一波纹盘的示意图；
图5是本发明小型设备的示意图；
图6是采用图5所示装置进行一系列测试获得的散热率(W)-圆盘角速度(RPM)的曲线图；
图7是总散热率(UA)(10-3Kg/s)的曲线图；
图8是一系列测试中的水侧UA(单位是W/K和BTU/h°F)-圆盘角速度的曲线图；
图9是一系列测试中的散热率(W)-空气流率(单位是l/s和cfm)的曲线图；
图10是三种不同圆盘的散热率的柱状图；以及
图11是采用本发明蒸发式冷凝器的制冷系统的示意图。
                  较佳实施例的具体描述
图2-图3示出了本发明的一较佳实施例，其中，一贮箱20内安装有多排装有制冷剂的热交换管22。每一排热交换管均包括一根由T形连接件连接起来位于一液体集管21和一例如来自于压缩机的蒸汽集管23之间的管子22。每一管子22均被弯曲而形成多个垂直设置的水平延伸管22a。多个由塑料制成的热交换盘24均匀隔开地安装在一由电动机28驱动的转轴26上。每一热交换盘24均在相邻排的热交换管22之间延伸，并部分地浸没在水30中，并且它们的中心位于转轴26上，刚好位于水30的水面S上方。利用一风机32使空气在E处吸入贮箱20内，并在F处排出。
因此，在贮箱20的顶部和水30的水面S之间就形成了一空气流道。在空气经过贮箱20时，空气可藉助将作为膜粘附在热交换盘24的表面上的液态水蒸发而增大其湿度。由于蒸发吸热，从各热交换盘24至所述粘附膜内的水的传热能对各热交换盘24进行冷却，并且可能更重要的是，对残留在所述粘附膜中的水。热交换盘24上那些位于水30的水面上方的部分和残留的水膜可被直接冷却，并能通过藉助旋转再次进入水30内和传热给那些浸没的部分而对水30进行冷却。由此可以将水30保持在一足够低的温度，以使进入浸没在贮箱20所盛装的水30中的管22的制冷剂蒸汽冷凝。
除了从水30中除散热量之外，转盘24还可以对水进行搅拌。对水进行搅拌可以促进水和冷凝管22之间更好地进行传热。
热交换盘24最好由塑料片材或涂塑金属片材制成。
通过实验对热交换盘的几种不同材料进行测定后人们发现，热传递几乎没有什么变化。从理论上说，一种高质量的、高传导性的材料应该具有较好的热传递性，但是，随热交换盘材料变化而能观察到的影响却是很小的。选择热交换盘材料的主要因素是成本。从经济角度出发，波纹塑料材料(图4)是较佳的选择。
代替具有平滑连续表面的实心圆盘，热交换盘可以具有径向延伸的狭缝，以提高对水的搅拌能力。但是，一些实验表明，性能上的微小改进将使得旋转圆盘所需的动力有显著增大。
而且，代替波纹盘(图4)或平圆盘(图2-图3)，可以使用具有一矩形格栅材料的圆形本体(诸如可以在荧光灯漫射件中看到)，并且空气平行于圆盘的转轴线流动。但是，对这种旋转格栅进行的实验表明：会有大量的飞溅并且需要增大使热交换盘旋转所需的动力。这些对于将一水膜保持在所述圆盘材料上也是成问题的。
代替热交换盘逆时针旋转，可以使热交换盘相对于气流反方向旋转。但是，虽然热交换盘旋转方向不会使传热有太大的差异，但是，当热交换盘对着气流旋转时，空气侧压降将非常大。因此，使热交换盘朝着与空气流动方向相同的方向旋转是较佳的。
实验表明：旋转热交换盘所需的动力会随着旋转速度的增大而迅速增大。传热性能改进仅仅稍许在大约每分钟20转(rpm)之上。对于各测试中所使用的直径为两英尺的波纹盘来说，最佳转速大约是20至30rpm。
以下的表1示出了用于本发明的蒸发式冷凝器和传统的气冷式冷凝器的主要工作参数。
表1：转盘蒸发式冷凝器和传统的气冷式冷凝器之间的性能比较
                           气冷式冷凝器    新型冷凝器
环境干球温度               95              95deg.F
环境湿球温度               75              75deg.F
冷凝温度                   120             90deg.F
冷凝器排热                 31520           29027Btu/hr
冷凝器空气速率             2500            1500CFM
环境空气焓                                 38.6Btu/1bm
出口气焓                                   42.9Btu/1bm
冷凝温度时的空气焓                         56.0Btu/1bm
总UA/圆盘                                  35lbm/hour/圆盘
每个圆盘的排热                             534
所需的圆盘个数                             54
圆盘转速                                   30rpm
风机功率                   200             50w
每个圆盘的电动机功率                       1.5w/圆盘
圆盘的电动机功率           0               75w
总冷凝器功率               200             125w
压缩机功率                 1960            1230w
压缩机容量                 24700           24700Btu/hr
室内风机功率                330       330w
净系统容量                  23700     23700Btu/hr
总系统功率                  2490      1685w
系统EER                     9.5       14.1Btu/hr
节能百分比                            32％
因此，本发明可以提供一种能解决现有蒸发式冷凝器所存在的问题的非喷淋式装置。由于这种装置不需喷淋并且只有很少或没有任何飞溅现象，因此，它可以显著减少或消除军团病的危害。泵和喷淋系统的摒弃还能避免已有技术系统的堵塞和冻结问题。
本发明的冷凝器只需要几个简单的控制件。设置一诸如图1中以标记13标示的液位开关，以激励一位于补充水管上的电磁阀，以保持所述贮箱内具有适当的水位。这种阀可以位于室内，以消除可能发生的冻结问题。可以定时地采用一第二阀34使所述贮箱排水，以使它干燥，从而可以减少生物污染问题。
用来制造本发明的蒸发式冷凝器的成本应该与气冷式设备不相上下。这种系统在温暖的气候下、估计在大约2.5年内的能量节省额可以偿还掉这种系统最初的额外成本。
本发明的蒸发式冷却器可以显著地节省能量。对于一种36,000Btu/hr系统来说，在美国东部的常见气候(95F干球，75F湿球)下，可以节省1kw以上的功率。发电和输电的价值大约是$500至$1000/kw。节省下来的费用在抵销掉所述系统的附加成本之后还有多。在美国西部使用本发明的蒸发式冷却器所节省下来的费用将更大，这是由于，较干燥的气候将使得蒸发式冷却呈现出更大的优点。
为了说明干燥气候是如何提高性能的，现将与亚利桑那州的Phoenix市作比较。设计温度是109°F，湿球温度是71°F。在Phoenix市的沙漠性气候下，湿球温度将低于干球温度近40°F，而在美国东部却是大约20°F。与采用传统的气冷式系统相比，在Phoenix市可以节省将近50％的能量。
本发明的蒸发式冷凝器的一潜在优点是与贮箱内的水有关的热质。在压缩机停机过程中，可以起动风机和圆盘来冷却所述贮箱。对于三吨系统来说，贮箱内的水的质量约为500磅。将所述贮箱冷却5°F可以存储2500Btu的能量。这种冷却作用可以与压缩机工作大约4分钟的总散热相对应。压缩机的循环时间通常是只持续10分钟，因此，这种能量的存储可以显著降低平均冷凝温度，并由此可以提高系统效率。变速或双速风机和圆盘可以大大降低在中止循环过程中用来冷却贮箱的辅助动力要求，以及可以节省附加能量。
为了防止生物在所述贮箱内生长，应该经常将所述贮箱排空，并使它彻底干燥。另一种可能的作法是利用补充水内的生物杀伤剂来扼杀生物的生长。冷却塔制造商Baltimore Aircoil销售一种采用碘作为小型冷却塔的生物杀伤剂的系统。碘的优点在于：冷凝器的整个使用寿命来说，只需要一磅或两磅的材料，它意味着所述装置可以装有一使用寿命的供给量。
实验
利用图5所示的本发明小型蒸发式冷凝器来进行一系列实验。所述的小型蒸发式冷凝器的顶部设计具有两个圆盘44，两圆盘的大约一半暴露在环境气流作用之下，大约一半浸没在设有冷凝器管道42的水池内。当圆盘44旋转时，它们将水池内的水以薄膜型式带入气流中。经过湿润圆盘44的气流可将圆盘上的一些水膜蒸发，并使经冷却的水落回到水池内。因此，圆盘11的旋转可以起到两个作用。第一，它导致了水池内围绕冷凝器管道42的强制对流，从而可以增强从冷凝器管道至水池的传热。第二，它可以将相对较温暖的池水带入气流内，由此最终可以将冷凝器热量排放到空气中。
平行排列的小型蒸发式冷凝器如图5所示包括：水池45、管束42、空气通道46和搅拌圆盘44。所述装置是藉助蒸发带来的冷却作用来实现制冷剂冷凝的。蓄水池40由厚度为6.4毫米(1/4英寸)且外部尺寸为671毫米×259毫米×71毫米(26.4英寸×10.2英寸×2.8英寸)的聚丙烯片材制成。设置三排内径为7.9毫米(5/16英寸)外径为9.5毫米(3/8英寸)的铜管42，以水平地穿过贮箱的长度，并且使每一排具有三根(纵列方向)铜管。各排铜管之间的垂直间距是47毫米(1.85英寸)，而水平方向间隔为16毫米(0.63英寸)。贮箱40装有其液位在所述管束顶部上方85毫米(3.35英寸)的水。在贮箱顶部设置有宽度为37毫米(1.46英寸)、厚度为13毫米(1/2英寸)的增强聚丙烯凸缘，用作空气通道的匹配表面，并用作贮箱40的增强部分。在贮箱40的一侧面上设置有一铜管，所述铜管的底部与一阀47相连，以便在需要时使贮箱排水。
另一聚丙烯箱体46是用来容纳搅拌圆盘44，并可以将来自于鼓风机48的气流导引经过圆盘44。其外部尺寸是1021毫米×419毫米×71毫米(40.2英寸×16.5英寸×2.8英寸)，并且其厚度也是6.4毫米(1、4英寸)。设置有一些与蓄水池上的那些凸缘相同的凸缘，以便将空气通道固定于所述贮箱上。入口部分是完全敞口的，而出口则被限制成一127毫米×57毫米(5.0英寸×2.25英寸)的中心孔。
所述冷凝器的关键构件是各搅拌圆盘44。经测试，铝和诸如聚丙烯和stryene之类的各种塑料可作为圆盘的材料。将圆盘44部分地浸没在水池中，并使圆盘的表面积的30-50％，较佳的是40％被浸没，并使圆盘44在各排管子42之间旋转。聚丙烯轴和硬铜管可以将圆盘44和轴衬与电动机相连(未示)。铝制圆盘44的直径为610毫米(24.0英寸)，厚度为1.6毫米(0.063英寸)，并具有一孔径为7.6毫米(0.3英寸)、用来将圆盘44与驱动电动机相连的孔。位于每一对相邻圆盘44之间的是一具有相同孔且直径为102毫米(4.0英寸)的塑料轴套，以及一半径为156毫米(6.1英寸)的聚丙烯垫圈，所述轴套和所述垫圈组合在一起可以保持各圆盘44之间具有16毫米(0.63英寸)的间距。采用一恒定水位装置，以便在测试过程中保持蓄水池内的水位恒定，以保证蓄池具有一恒定的热容量和真正的稳态状况。
为了控制入口湿球温度，在入口和出口横截面之间采用一空气再循环导管49。位于空气导管出口后的风机出口与一直径为152毫米(6.0英寸)的软管相连，所述软管与空气导管入口相连。为了对入口湿球加以控制，在空气导管出口和鼓风机48入口之间设置一风门41，以对新鲜空气量加以控制。由于是在该处将空气加入所述系统，因此，可以将一第二风门41’加设在所述导管的中间部分内，以便于通风。
可以采用热水来模拟冷凝的制冷剂。一恒温浴槽60可用来保持住一恒定的入口水温，并被装设在一具有1000瓦(3.412Btu/hr)功率的电加热器和一温度控制传感器的绝缘箱内。一功率为250w(1/3hp)离心泵61可使水循环穿过制冷剂回路。所述泵的转速可借助一2.8kVA自耦变压器而改变。气流由一12v直流离心式鼓风机48而提供，所述鼓风机由一与1.4kVA的自耦变压器串联的直流电源供电，从而可以改变气流速率。
在这种平行流动结构中的各圆盘44藉助一功率为125w(1/6hp)的电动机而旋转。所述电动机轴藉助一万向接头与圆盘轴相连，所述万向接头可以对所述两轴的不同轴现象加以校正。所述电动机与一相容的电动机控制器相连，所述控制器可以对转速作0rpm至1800rpm的调节。
用来确定冷凝器性能的关键流率是水和空气体积流率。可以采用一涡轮流量计来测量水流率。空气流率可以藉助压差传感器来测量，所述差压传感器可以借助两个测压点对喷嘴两端的压降进行测量。根据空气流率，可以采用一临界截面直径为38毫米(1.5英寸)或76毫米(3.0英寸)的喷嘴。然后，可以利用该压降来计算空气体积流率。
对于所有的温度测量来说，都采用了T型(铜-康铜)热电偶。入口和出口处的空气湿度可以利用两个湿度/温度传感器来测量。惠普公司的HP3497A型数据采集/控制器可用来对各种测量装置的电压输出加以测量。
每一次测试收集的数据包括：冷凝器水入口和出口处的温度、进气口和出气口处的温度、进气口和出气口处的相对湿度、冷凝器水的体积流率、空气体积流率、水池温度、冷凝器管道的中点温度、圆盘温度、圆盘角速度，以及耗水量。
圆盘角速度的影响
图6示出了在各种空气流率下、圆盘角速度对于散热的影响。图6示出了散热率从0至15rpm迅速地增大，但在超过30rpm之后就变得几乎是渐近的。图7和图8分别示出了圆盘角速度对于总UA值和水侧UA值的影响。焓-驱动UA示出了与散热率相同的渐近趋向。由于对于这些实验来说，入口空气和入口水之间的焓值差保持相当恒定，因此，所述UA可以反映散热率。水侧UA示出了当角速度增大时有显著增大，而增长率却随rpm增大而减小。由于当圆盘角速度较大时水池将变得更加紊流，因此，这种影响是为人们所期望的。而且，如图中所示出的那样，空气流率对于该UA值是没有任何影响的。
空气流率的影响
图9示出了空气流率对于冷凝器容量的影响。当流率增大时，散热率也相应增大。随流率增大而增大的散热能力降低了冷凝器水的出口温度。各圆盘上的水的温度可由进入空气的湿球来限制，并且当冷凝器出口温度降低时，有效温度和焓值差变小。这样就使得进一步改进变得愈加困难，并且可能会造成递减斜率。
圆盘材料的影响
图10示出了不同的圆盘材料对于散热率的影响。CoroplastTM材料是一种双壁、槽纹式聚丙烯材料。可以将厚度为2毫米(0.08英寸)和5毫米(0.2英寸)的所述Coroplast片材用作所述圆盘材料。如图13所示，铝制圆盘确实具有一较高的散热率，但是，从统计上说，差异不是很大的。
图10中的数据表明：圆盘材料对于所述系统的散热率只有很小的影响。这就暗示着水膜是主要的热载体。两种计算可以证明这一点。第一种计算是，从圆盘离开水池到重新进入水池的圆盘温度变化不超过0.05℃(0.1°F)，这可以藉助所述圆盘上的一热电偶来测量。所述装置内的铝制圆盘的总热容量是2203J/K(1.16Btu/°F)。当圆盘角速度为30rpm时，圆盘每秒转动0.5转(与每转两个热电偶读数相对应)，这意味着它们可以在两秒钟内获得和失去它们的所有的热容量。采用0.05℃(0.1°F)的最大温度变化，其结果是55W(188Btu/h)。它大约是圆盘角速度为30rpm时的散热率的11％，这与通过实验来改变圆盘材料所得到的边缘效应是一致的。
第二种计算是以下述假定为基础的：如果圆盘不携带热量，则水必定携带热量。可以采用如Probstein[1989]中由Landau和Levich所描述的流体动力分析法来估算水膜厚度。所述分析可计算出在一正被拉出液体蓄池的垂直片材上所形成的液体薄膜的表面张力、粘力和重力。在所述装置中，圆盘上从半径为50.8毫米(2.0英寸)至外半径为305毫米(12.0英寸)的部分是湿的。计算结果表明：在这些地方，薄膜厚度值分别是0.0368毫米(1.45×10-3英寸)和0.121毫米(4.76×10-3英寸)。采用0.083毫米(3.27×10-3英寸)的平均薄膜厚度，暴露在空气中的圆盘部分上的水的总体积是51.8毫米×103立方毫米(3.16立方英寸)，总热容量约为216J/K(0.114Btu/°F)。如果我们假定水以蓄池温度离开蓄池，并且以排出空气的湿球温度进入蓄池，则温度变化约为5℃(9°F)。这意味着：水膜传递540W(1843Btu/h)的热量。该值非常接近实际测量值。关键是注意，与圆盘相比，水膜的温度变化相当大。这两个分析以及所述数据表明：水膜是主要的传热介质，而不是圆盘。
图11示出了在一种传统制冷系统中采用本发明蒸发式冷却器的较佳使用情况。在图11中，压缩机58通过管路51将一制冷剂供送至本发明的蒸发式冷却器52，所述蒸发式冷却器在此处是用作一冷凝器，它可以对制冷剂蒸汽进行冷凝。正离开蒸发式冷却器(冷凝器)52的液化制冷剂通过管路53而供送至一蒸发器54，在所述蒸发器内中，可以使至少部分制冷剂汽化，从而可以对容纳蒸发器54的箱体55进行冷却。制冷剂蒸汽随后可以通过管路56而回到压缩机58。
本发明还可以有其它不背离其精神或基本特性的具体实施例。因此，应该认为本文中的几个实施例仅仅是为了说明的目的，而不是限制性的，本发明的保护范围应由所附的权利要求书来限定，而不是由以上的描述来限定，因此，落在权利要求书涵义和等效范围内的所有变化均应在本发明的权利要求书保护范围内。

Claims (15)

1.一种蒸发式冷却器，它包括：
一贮箱，所述贮箱容纳—液体冷却剂蓄池，所述蓄池的上表面与空气接触；
一转轴，它具有一大体平行于所述蓄池上表面的纵轴线；
用来使所述轴旋转的装置；以及
多排管子，所述多排管子安装在所述贮箱内并在其相对两侧之间横越所述贮箱，其位于液体冷却剂蓄池上表面的下方，所述多排管子彼此相互隔开，并且相互之间形成狭窄通道；
安装在所述转轴上并自其上径向延伸出来的多个圆盘，所述多个圆盘沿着所述转轴彼此相互隔开，位于与所述各狭窄通道相对应的位置处，每个所述圆盘可以在所述轴旋转时伸入所述蓄池内，并可以离开所述蓄池进入空气空间内，然后再离开空气重新进入蓄池而连续不断地以此为一循环周期重复作业，从而可以在所述圆盘进入空气时，将来自于所述蓄池、粘附于所述圆盘的液体冷却剂蒸发到空气中，对所述圆盘和残留的粘附着的液体冷却剂进行冷却，并且当所述圆盘重新进入蓄池内时，所述经冷却的圆盘和残留的粘附着的液体冷却剂可以对所述蓄池进行冷却。
2.如权利要求1所述的蒸发式冷却器，其特征在于，它还包括：
一用来使一气流吹过暴露在空气中的所述圆盘的一部分的风机。
3.如权利要求1所述的蒸发式冷却器，其特征在于，所述管子容纳有待冷却的热交换介质。
4.如权利要求1所述的蒸发式冷却器，其特征在于，每一排管子均由一根管子弯曲而构成，从而可以提供垂直设置的多个水平延伸管。
5.如权利要求1所述的蒸发器冷却器，其特征在于，所述圆盘是波纹盘。
6.如权利要求1所述的蒸发式冷却器，其特征在于，所述圆盘的表面积的不到50％浸没在浴槽中。
7.如权利要求1所述的蒸发器冷却器，其特征在于，每个所述圆盘直径的30-50％是浸没在浴槽中。
8.一种制冷装置，其特征在于，它包括：
一蒸发式冷凝器，所述蒸发式冷凝器包括：
一贮箱，所述贮箱容纳一液体冷却剂蓄池，所述蓄池的上表面与空气接触；
一转轴，它具有一大体平行于所述蓄池上表面的纵轴线；
多排管子，所述多排管子安装在所述贮箱内并在其相对两侧之间横越所述贮箱，其位于液体冷却剂蓄池上表面的下方，所述多排管子彼此相互隔开，并且相互之间形成狭窄通道；安装在所述转轴上并自其上径向延伸出来的多个圆盘，所述圆盘部分地浸没在所述液体冷却剂中，并伸入液体冷却剂上方的空气中，用来将粘附的液体冷却剂从所述圆盘上蒸发出去，从而当所述圆盘再次进入液体冷却剂内时，使液体冷却剂冷却；
一压缩机，用来将至少部分处于蒸汽状态的所述制冷剂供送至所述冷凝器；以及
一安装在一箱体内的蒸发器，用来承接流出所述冷凝器的液化制冷剂，由此对所述箱体进行冷却。
9.如权利要求8所述的制冷装置，其特征在于，所述蒸发式冷却器还包括一风机，所述风机可使一气流吹过所述液体冷却剂蓄池的上表面。
10.如权利要求9所述的制冷装置，其特征在于，所述蒸发式冷凝器还包括一贮箱，所述贮箱能容纳所述液体冷却剂蓄池，并在所述液体蓄池的上表面上方形成一封闭的空气空间，所述气流可藉助所述风机而流过所述空气空间。
11.如权利要求8所述的制冷装置，其特征在于，所述管子容纳有待冷却的热交换介质。
12.如权利要求8所述的制冷装置，其特征在于，每一排管子均由一根管子弯曲而构成，从而可以提供垂直设置的多个水平延伸管。
13.如权利要求8所述的制冷装置，其特征在于，所述圆盘是波纹盘
14.如权利要求8所述的制冷装置，其特征在于，所述圆盘直径的30-50％是浸没在浴槽中。
15.一种蒸发冷却一流体的方法，其特征在于，它包括：
提供一贮箱，所述贮箱可容纳一液体冷却剂蓄池，并且具有平行设置的多排管子，所述多排管子浸没在蓄池中，并且通过在其相对两侧之间延伸以横越所述贮箱，可以使待冷却的流体从其中通过，并和所述贮箱内所盛装的液体冷却剂呈热交换关系，并且多个圆盘部分地浸没在所述液体冷却剂内，并延伸所述液体冷却剂上方的空气空间内；
使一气流经过各圆盘伸入到所述空气空间内的部分，用来将液体冷却剂从各圆盘的表面上蒸发出去；以及
使各圆盘连续不断地旋转，从而使各圆盘的大部分表面区域是交替地浸没在所述液体冷却剂中和暴露于所述气流中，由此可以将粘附于各圆盘的那些与所述气流相接触的暴露部分上的液体冷却剂从各圆盘上蒸发出去，并且当暴露表面部分重新进入液体冷却剂蓄池时，可以对所述液体冷却剂进行冷却。
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