CN1366168A - 再生式蒸发冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种再生式蒸发冷却器,冷却单元由布置在冷却单元内以彼此紧密接触的干通道和湿通道构成,干通道用于使初始空气通过,而湿通道用于从干通道的出口端分离一部分初始空气,以便形成在湿通道内以与初始空气的流动方向相反方向流动的被分离的空气。多个冷却散热器布置在干和湿通道中,以改善在湿通道内的水蒸发效率和水蒸发面积。第一鼓风机将初始空气吸入干通道内,而第二鼓风机将干通道的一部分初始空气吸入湿通道内,以形成被分离的空气。水供给单元将水供给到湿通道。在本发明的冷却器中,湿通道内流动的被分离的空气通过湿通道散热片吸收干通道的热量,冷却在干通道内流动的初始空气。

Description

再生式蒸发冷却器

技术领域

本发明涉及一种蒸发冷却器，其设计用于将比外界空气温度低的冷空气流分配到目标房间内，而不用致冷剂，这与传统的空调不同，更具体地说，涉及一种再生式蒸发冷却器，其设计用于利用水蒸发的潜热在空气分配到目标房间内之前降低进入空气的温度。

背景技术

如本领域技术人员公知的，蒸发冷却器将水喷淋到在通道内流动的空气中，从而，使水蒸发以从空气中吸收潜热，并因此在空气从冷却器分配到目标房间之前使其变凉。在现有技术中已经提出并使用了多种型式的蒸发冷却器。例如韩国专利公开号961649，以及美国专利3,792,841和4,337,216各自都公开了直接型蒸发冷却器，其直接将水喷淋到进入的空气中并在将冷空气分配到目标房间内之前形成理想的冷空气。另一方面，韩国专利公开号2000-20820公开了一种间接型蒸发冷却器，其首先将水喷淋到处理空气中，并降低处理空气的温度，然后通过低温的处理空气进行降低进入空气的温度的热交换过程，从而在将空气分配到目标房间之前间接冷却进入的空气。韩国专利公开号1996-38336和美国专利4,556,290各自公开了另一种型式的间接型蒸发冷却器，其首先降低处理水的温度，然后通过低温的处理水进行降低进入空气的温度的热交换过程，从而在将空气分配到目标房间之前间接冷却进入空气。另一方面，美国专利5664433公开了一种组合型蒸发冷却器，其通过由直接和间接型蒸发冷却系统组合而形成的组合的蒸发冷却系统降低进入空气的温度。

当传统的直接型蒸发冷却器在通风条件差的封闭房间内使用时，潮气由冷却器的蒸发过程持续产生，并极大地增加房间的湿度，从而使房间内的用户感到不舒适，尤其是当冷却器用在高温和高湿的区域内时。另一方面，与直接型蒸发冷却器不同，间接型蒸发冷却器不改变目标房间内的湿度，从而能够分配使用户感到舒适的理想的冷空气流。

无论其型式，上述传统蒸发冷却器的优点在于它们有效地节省能量，这是由于在工作期间，能量只用在鼓风机的工作上。然而，由传统蒸发冷却器形成的冷空气的温度不期望地受进入空气的湿球温度计的温度限制，并因此蒸发冷却器在高温和低湿的区域内使用的情况下，有限地实现其理想的工作效果；而在高湿区域内不能实现其理想的工作效果。

另外，再生式蒸发冷却系统已经被提出并用于现有技术的蒸发冷却器的设计中。在使用这种再生式蒸发冷却系统的冷却器中，概念上有可能将进入空气温度降低到露点，而不是进入空气的湿泡点(wet-bulb point)。韩国夏季中，大气空气的露点一般低于大气空气的湿泡点约2-5℃，并因此再生式蒸发冷却器有利地将冷空气降低到比其他型式的传统蒸发冷却器更低的温度。

图1a是传统再生式蒸发冷却器的视图。

如图中所示，在再生式蒸发冷却器工作期间，热的进入空气21穿过热交换器的干通道31，同时通过热交换过程降低其温度而形成低温初始空气22。来自干通道31的该低温初始空气22被部分分离而进入平行于干通道31的湿通道33，并在湿通道33内在与干通道31内的初始空气相反的方向流动，如图中箭头23所示。在湿通道33内被分离的空气23被水25的蒸发冷却，从而温度被进一步降低。在两个通道31和33之间形成温度差。由于这个温度差，湿通道33吸收来自干通道31的热量，从而降低在干通道31内流动的空气21的温度。在上述的再生式蒸发冷却器中，在两个通道31和33内流动的空气21的阶段变化(phase variation)示于图1b的湿度温度-热含量图中。

在图1b的湿度温度-热含量图中，在干通道31内流动的初始空气的阶段变化由附图标记61标识，而在湿通道33内流动的被分离空气的阶段变化由附图标记62标识。如图1b中的图形所示，被分离空气的每单位质量流率的热含量变化64大于初始空气的每单位质量流率的热含量变化63约3-5倍，因此实现两个通道间理想热平衡所需的被分离空气的量优选地设定在初始空气量的1/3-1/5。因此，将被分配的冷空气流的量设定为初始空气的2/3-4/5，再生式蒸发冷却器可以将冷空气流分配到目标房间内。如图1b的图形所示，再生式蒸发冷却器有效地将初始空气的温度降低到初始空气的露点。为了增大干通道的进口和出口端间的初始空气的温度差，优选地对于初始空气和被分离的空气布置干和湿通道，以便初始空气的流动方向与被分离空气的流动方向完全相反，以形成对流。

美国专利5,301,518公开了一种传统的再生式蒸发冷却器。5,301,518的冷却器具有多个将干通道与湿通道分隔开的平板，并通过平板进行干通道到湿通道的热传导。因此，在再生式蒸发冷却器中平板作用为热传导板。为了减少由在通道内空气流动所造成的压力损失，平板间的间隙被设定为约1-2mm。从而形成能够在通道内产生空气层流的窄间隙。

为了改善这种再生式蒸发冷却器的工作性能，除了在干通道31和湿通道33之间实现有效的热传导之外，还必须使水在图1a的湿通道33内主动蒸发。然而，如上所述，传统的再生式蒸发冷却器被设计为通过布置有约1-2mm间隙的热传导板在其通道之内形成空气层流，而因此遗憾的是冷却器具有较低的热传导率。这从而要求显著增大热传导板的尺寸，以便实现理想的热传导效果。然而，当如上所述将热传导板尺寸增大时，很难或几乎不可能保持增大的热传导板之间的理想的1-2mm的间隙。因此，热传导板可能会局部彼此接触，或其间间隙变大，从而导致气流不均匀分布，降低有效热传导区域和有效的热传导速率，并降低再生式蒸发冷却器的工作性能。

发明内容

于是，本发明鉴于上述在现有技术中发生的问题而提出，且本发明的目的为提供一种再生式蒸发冷却器，其除了改善在湿通道之内的水的蒸发速率之外，改善了干和湿通道之间的热传导速率，从而实现了冷却效果增强，并使在干和湿通道内的空气流动产生的压力损失最小，且其将干和湿通道的宽度增大到约5-20mm，从而几乎完全克服了在制造再生式蒸发冷却器的传统工艺中所存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种再生式蒸发冷却器，其包括：由布置在冷却单元内以彼此紧密接触的干通道和湿通道构成的再生式蒸发冷却单元，干通道用于使初始空气通过，而湿通道用于从干通道的出口端分离一部分初始空气，以便形成在湿通道内以与初始空气的流动方向相反方向流动的被分离的空气，冷却单元还包括多个布置在干通道和湿通道内的冷却散热片，以增强干通道内热传导，和改善在湿通道内的水蒸发效率和水蒸发面积；用于将初始空气吸入冷却单元的干通道内的第一鼓风机；用于将一部分干通道的初始空气吸入到湿通道内的第二鼓风机，以便形成被分离的空气；以及用于将水供给到湿通道的水供给单元，从而在湿通道内流动的被分离的空气通过湿通道的散热片吸收来自干通道的热量，从而将干通道内流动的空气冷却。

在本发明的再生式蒸发冷却器内，直接型蒸发冷却衬垫(pad)设置在干通道的出口端，以用于通过直接型蒸发冷却过程进一步降低来自干通道的初始空气的温度。

另外，多个出水口形成在湿通道的冷却散热片上，以形成Z字形结构，从而均匀地湿润湿通道的冷却散热片表面。

在本发明的实施例中，湿通道布置成允许再生式蒸发冷却单元的被分离的空气在垂直方向流动，且水供给单元将水供给到湿通道的上端，从而由于重力使水向下流动，而均匀湿润湿通道的冷却散热片表面。

在另一实施例中，湿通道布置成允许再生式蒸发冷却单元的被分离的空气在相对垂直方向倾斜成预定倾斜角度的方向流动，且多个出水口形成在湿通道的冷却散热片上，以使水均匀地湿润湿通道的冷却散热片的表面。

在本发明的再生式蒸发冷却器中，干和湿通道制造成用在冷却器中的单元模块，且冷却器的冷却能力可以通过控制包含在冷却器内的单元模块的数量予以调整。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特征和其他优点将从以下参照附图的详细描述中变得更清晰，其中：

图1a是示出传统的再生式蒸发冷却器的工作的视图；

图1b是图1a的传统再生式蒸发冷却器的湿度温度-热含量图；

图2是示出根据本发明主要实施例的再生式蒸发冷却器的外观的透视图；

图3是示出包含在本发明的冷却器中的再生式蒸发冷却单元的结构和工作的透视图；

图4a和4b是图3的再生式蒸发冷却单元的前视图和后视图；

图5是示出包含在本发明的再生式蒸发冷却单元中的单元模块的结构和工作的透视图；

图6是包含在本发明的再生式蒸发冷却器内的湿通道散热片的透视图；

图7是根据本发明另一实施例的整体型再生式蒸发冷却单元的后视图；

图8是示出包含在根据本发明再一实施例的垂直型再生式蒸发冷却单元内的单元模块的结构和工作的透视图；以及

图9是示出包含在图8的垂直型再生式蒸发冷却单元内的冷却器的工作的视图。

具体实施方式

现在参照附图，其中在不同附图中的相同的附图标记用于标识相同或相似的元件。

图2是示出根据本发明主要实施例的再生式蒸发冷却器的外观的透视图。

如图2所示，本发明的再生式蒸发冷却器1包括再生式蒸发冷却单元2、用于将初始空气吸入冷却单元2的干通道31内的第一鼓风机3，以及用于将干通道的一部分初始空气吸入湿通道33的第二鼓风机4，以便形成在湿通道33内流动的分离出的空气。冷却器1还包括水供给单元。该水供给单元由用于向冷却单元2供水的供水箱5构成。水供给单元还具有排水槽6、水泵7、和供水管8。在水供给单元中，排水槽6包含从冷却单元2排出的废水，而水泵7用于从排水槽6向冷却单元2泵水。供水管8将水从水泵7供给到供水箱5。另外，在本发明的冷却器1中包括一直接型蒸发冷却衬垫9，该冷却衬垫9设置在干通道31的出口端，并用于通过直接型蒸发冷却方法在空气从冷却器1被分配到各目标房间内之前进一步降低从干通道31排出的空气的温度。

图3是示出与水供给单元组装在一起的再生式蒸发冷却单元2的结构和工作的透视图，该水供给单元包括供水箱5、排水槽6、水泵7和供水管8。图4a和4b是图3的再生式蒸发冷却单元2的前视图和后视图。

如图3、4a和4b所示，再生式蒸发冷却单元2包括干通道31和湿通道33。在冷却单元2的工作中，初始空气穿过干通道31，同时被分离的空气穿过湿通道33。干通道31和湿通道33通过分隔壁36彼此分离，并具有布置在干和湿通道31和33内以改善通道31和33内的热传导效果的多个冷却散热片，或干和湿通道散热片32和34。

当再生式蒸发冷却单元2从单元2的前面示出时，湿通道33封闭，因此，被第一鼓风机3的吸力吸入的初始空气21只能流过干通道31。在再生式蒸发冷却单元2的后端，来自干通道31的初始空气21的一部分23被第二鼓风机4的吸力吸入湿通道33，从而在与干通道31内的初始空气相对的方向流入湿通道33。除了被吸入湿通道33内的所述部分23以外的初始空气21的剩余部分在被排到目标房间内之前穿过直接型蒸发冷却衬垫9。

在这种情况下，水从水供给单元供给到湿通道33。即，如图5和6所示，水25通过多个形成在湿通道散热片34上的出水口35向下流到湿通道33的下部，从而，均匀地湿润散热片34的表面。在湿通道散热片34的湿表面上，水被蒸发到被分离的空气23中，并由于水蒸发的潜热降低湿通道散热片34的温度，从而，在干和湿通道31和33之间形成理想的温度差，并允许从干通道31向湿通道33传导热量。

从干通道31向湿通道散热片34传导的热量保持湿通道散热片34的温度高于被分离的空气23的温度，从而允许从湿通道散热片34的表面主动蒸发。从湿通道33分离的空气23在被分离空气导引通道39的导引下被导引到冷却单元2的前上部，并通过第二鼓风机4的吹力排出到大气中。

如图4a和4b所示，干通道31的上端被上面板37封闭，因此来自水供给单元的水在工作期间不会流入干通道31内，而仅仅流入湿通道33中。另外，干通道31的下端被下面板38封闭，因此来自干通道31的空气不会通过冷却单元2的下部流入到湿通道33中。湿通道33的下部与排水槽6相连通，因此水25蒸发所剩余的水26从湿通道33排到排水槽6中。

图5是示出包含在本发明的再生式蒸发冷却单元2中的单元模块30的结构和工作的透视图。如图中所示，单元模块30包括湿通道33、设置在所述湿通道33内的湿通道散热片34、将湿通道33与干通道31分隔开的分隔壁36、设置在分隔壁36的外表面上的干通道散热片32，以及分离空气导引通道39。图5示出再生式蒸发冷却单元2的单元模块30的空气冷却过程。

图6是包含在本发明的再生式蒸发冷却器1内的湿通道散热片34的透视图。如图中所示，多个出水口35形成在湿通道散热片34上，以便所述各口35在散热片34上形成Z字形。因此，水25向下流，并同时湿润湿通道散热片34的表面。

理想数量的图5的单元模块30平行布置以形成具有理想冷却能力的再生式蒸发冷却单元2。在冷却单元2的工作期间，水25蒸发所剩余的水26主要从湿通道33的下部排到排水槽6中。此后，被排到排水槽6的水被水泵泵出，并在被供给到冷却单元2的湿通道33之前通过供水管8流到供水箱5。

图7是根据本发明另一实施例的整体型再生式冷却单元的后视图。在这个实施例中，再生式冷却单元取代单元模块30的装配，而被制造成整体型结构形式。在本实施例的再生式蒸发冷却单元中，干通道由单独的散热片41形成，而取代了彼此面对布置的两个散热片。

图8是示出包含在根据本发明再一实施例中的垂直型再生式蒸发冷却单元内的单元模块50的结构和工作的透视图。在这个实施例中，初始空气21以垂直于地面的方向向下流动。在这种情况下，被分离的空气23在垂直于地面的方向向上流动。供给到湿通道33的水25由于重力从湿通道33的上端流到下端。即，在湿通道33内的水流动方向与被分离的空气23的流动方向相反。在这个实施例中，不需在湿通道散热片34上形成附加的出水口。在工作期间，由于重力，水自然并平滑地向下流动，并同时湿润湿通道散热片34。

图9是示出包括垂直型再生式蒸发冷却单元51的冷却器的工作的视图，所述冷却单元51具有图8的单元模块50。为了制造图9的冷却器，在制造理想的冷却器之前，多个单元模块50被组装到一起以形成垂直型再生式蒸发冷却单元51。在图9的冷却器中，冷却器的大致形状保持与图2的相同，而在湿通道内的水流方向与被分离的空气的完全相反。

如上所述，本发明提供了一种再生式蒸发冷却器，其被设计为显著改善其的再生式蒸发冷却单元的冷却效率。为了实现上述目的，多个散热片装在冷却单元的干和湿通道内，从而，增大了冷却单元的热传导面积及水蒸发面积二者，并显著改善了冷却单元的传导效率和水蒸发效率。从而对于本发明的再生式及蒸发冷却器有可能有利地比传统的再生式蒸发冷却器降低室内空气温度的2-5℃，即使其用于高湿度的区域内。

因此，本发明的再生式蒸发冷却器优选地在高湿度区域可用，这与被限制于低湿度区域可用的传统的再生式蒸发冷却器不同。本发明从而显著地拓宽了这种再生式蒸发冷却器的使用范围。本发明的再生式蒸发冷却器的另一优点在于，其有利并显著地节约能量，这是由于其在工作期间只需要用于鼓风机工作的能量。

尽管本发明的优选实施例已经被描述以用于示例的目的，本领域技术人员可以理解在不背离所附的权利要求书所公开的本发明的范围和精髓的前提下，本发明的各种修改、附加及替换都是有可能的。

Claims (6)

1.一种再生式蒸发冷却器，包括：

由布置在冷却单元内以彼此紧密接触的干通道和湿通道构成的再生式蒸发冷却单元，所述干通道用于使初始空气通过，而所述湿通道用于从干通道的出口端分离一部分初始空气，以便形成在湿通道内以与初始空气的流动方向相反方向流动的被分离的空气，所述冷却单元还包括多个布置在所述干通道和所述湿通道内的冷却散热片，以允许被分离的空气与水直接接触，以便改善在湿通道内的水蒸发效率和水蒸发面积；

用于将初始空气吸入冷却单元的干通道内的第一鼓风机；

用于将一部分干通道的初始空气吸入到湿通道内的第二鼓风机，以便形成被分离的空气；以及

用于将水供给到所述湿通道的水供给单元，

从而在湿通道内流动的被分离的空气通过所述湿通道的散热片吸收来自干通道的热量，从而将干通道内流动的空气冷却。

2.如权利要求1所述的再生式蒸发冷却器，其特征在于，直接型蒸发冷却衬垫设置在干通道的出口端，以用于通过直接型蒸发冷却过程进一步降低来自干通道的初始空气的温度。

3.如权利要求1所述的再生式蒸发冷却器，其特征在于，多个出水口形成在所述湿通道的冷却散热片上，以形成Z字形结构，从而均匀地湿润湿通道的冷却散热片表面。

4.如权利要求1所述的再生式蒸发冷却器，其特征在于，湿通道布置成允许再生式蒸发冷却单元的被分离的空气在垂直方向流动，且水供给单元将水供给到湿通道的上端，从而由于重力使水向下流动，而均匀湿润湿通道的所述冷却散热片表面。

5.如权利要求1所述的再生式蒸发冷却器，其特征在于，湿通道布置成允许再生式蒸发冷却单元的被分离的空气在相对垂直方向倾斜成预定倾斜角度的方向流动，且多个出水口形成在所述湿通道的冷却散热片上，以使水均匀地湿润湿通道的所述冷却散热片的表面。

6.如权利要求1所述的再生式蒸发冷却器，其特征在于，干和湿通道制造成用在冷却器中的单元模块，且冷却器的冷却能力可以通过控制包含在冷却器内的单元模块的数量予以调整。

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