CN212620271U - 一种散热冷却设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及散热冷却技术领域，具体涉及一种散热冷却设备，包括风机和用于盛放液体的容器，容器内横向设有透气隔水板，透气隔水板将容器分隔为位于上侧的冷却区和位于下侧的空气通道，风机的出气端与空气通道相连通，空气通过风机加压后输送进空气通道，并从透气隔水板以气泡的形式进入到冷却区中的液体内。解决目前的散热冷却设备中，空气与水之间显热交换少，出口空气温度低焓值低，使空气带走中热量有限，导致散热冷却效率低的问题。

Description

一种散热冷却设备

技术领域

本实用新型涉及散热冷却技术领域，具体涉及一种散热冷却设备。

背景技术

散热冷却是生活和生产中非常重要而普遍的技术需求。

蒸发吸热，具有冷却功能，这种物理现象早为人类所利用，例如在房间内泼点水，可以使室温有所下降，目前国内常见的蒸发冷却应用是：

1. 冷却塔是用水作为循环冷却剂，从系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷却方式是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置。

2. 蒸发式冷凝器（又叫蒸发冷、冷却（凝）器），是由制冷利用盘管外的喷淋水部分蒸发时吸收盘管内高温气态制冷剂的热量而使管内的制冷剂逐渐由气态被冷却为液态的一种设备。

在常温常压下，液态水的导热系数（约为0.59W/（m•K））远大于空气的导热系数（约为0.026W/（m•K）），即空气的热阻是水热阻的20倍。现有蒸发冷却设备，用于吸收蒸发热量的空气与水之间的关系是空气掠过水膜或水滴，通过空气与水膜（或水滴）表面接触带走热量。现有冷却设备中，阻碍冷却设备换热效率的是空气层厚度。

综上，现有冷却设备中空气与水之间显热交换少，空气在冷却设备中温升较少，设备排出的空气焓值低（温度越高的饱和空气焓值越高），带走的热量有限，导致现有蒸发冷却设备效率与进入设备空气的相对湿度关联度很高：相对湿度低，换热量高；相对湿度高，换热量低。各地区各时刻大气工况是不同的，蒸发冷却设备冷却效率也不同；因此，冷却设备效率非常不稳定，设备的冷却效率严重依赖于环境空气的相对湿度，导致蒸发冷却设备选型不准确造成浪费或不足系统所需。

由此，需要一种散热冷却设备，可以使空气与水热湿交换充分，确保出口空气是高温（达到或接近冷却设备中热源的温度）饱和空气，提高蒸发冷却设备散热效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种散热冷却设备，解决目前的散热冷却设备中，空气与水之间显热交换少，出口空气温度低焓值低，使空气带走中热量有限，导致散热冷却效率低的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种散热冷却设备，包括风机和用于盛放液体的容器，所述容器内设有透气隔水板，所述透气隔水板将容器分隔为位于上侧的冷却区和位于下侧的空气通道，所述风机与空气通道相连通，空气通过风机加压后输送进空气通道，并从透气隔水板以气泡的形式进入到冷却区中的液体内。

进一步的技术方案是，所述空气通道上设有空气静压箱，所述空气静压箱的出气口朝向透气隔水板。

更进一步的技术方案是，所述冷却区内设有换热盘管，所述冷却区连通有补水管、溢水管和回水管，所述溢水管的出水端与空气通道相连通，所述回水管上连通有水泵，所述水泵的进水端位于空气通道的底部。

更进一步的技术方案是，所述冷却区内在透气隔水板的一侧设有布水槽，另一侧设有汇水槽，所述布水槽连通有进水管，汇水槽连通有出水管。

更进一步的技术方案是，所述出水管的出水端位于空气通道内，所述空气通道的底部连通有汇水管。

更进一步的技术方案是，所述透气隔水板倾斜设置，所述布水槽位于透气隔水板的较高侧，所述汇水槽位于透气隔水板的较低侧。

更进一步的技术方案是，所述透气隔水板沿容器的深度方向设置为多个，相邻两个透气隔水板的倾斜方向相反，且相邻两个透气隔水板上的汇水槽和布水槽之间通过第一连通管相连通，所述出水管的进水端与位于最下侧的透气隔水板上的汇水槽的底部相连。

更进一步的技术方案是，所述容器设置为多个并且重叠设置，相邻两个容器之间的空气通道和冷却区通过第二连通管相连通。

更进一步的技术方案是，所述风机的出风端设有送风管，所述送风管上设有若干出风支管，所述出风支管分别与多个容器的空气通道相连通。

更进一步的技术方案是，所述透气隔水板均倾斜设置，其较高侧为进水侧，较低侧为出水侧，所述进水侧均连通有给水管，所述给水管均连通至给水总管，所述出水侧均连通有出水分管，所述出水分管均连通至出水总管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过风机对空气进行加压，空气在空气通道输送后将从透气隔水板穿过，并以小直径气泡的形式进入到冷却区中的待冷却液体内，气泡在待冷却液体内将逐渐上升并与液体接触进行换热，换热充分的气泡冒出液面后破裂便可将空气排入大气中，进而带走热量，由于液体中的气泡直径小，单位质量的空气与液体的接触面大，与液体之间的显热和潜热交换充分，气泡直径小，气泡又处于运动中，气泡内空气自身换热也充分，气泡上浮产生的扰动加强空气与液体之间变换接触及换热，由此便可使排出空气与液面温度一致且达到湿饱和，空气能带走的热量达到最大值，通过本方案，在被冷却介质工况恒定的情况下，冷却效率仅与设备入口空气焓值相关，与空气相对湿度无直接关联，冷却设备的冷却效率稳定，同时可以使较小风量的空气能带走较多的热量，从而节约装置材料，降低能耗，实现节能节材。

附图说明

图1为本实用新型散热冷却设备第一种实施方式的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图2中A-A截面的剖视图。

图4为本实用新型散热冷却设备第二种实施方式的结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为图5中B-B截面第一种实施方式的剖视图。

图7为图5中B-B截面第二种实施方式的剖视图。

图8为本实用新型散热冷却设备第三种实施方式的结构示意图。

图9为图8的一侧去除侧板后的侧视图。

图10为图8的另一侧的侧视图。

图11为图10中C-C截面的剖视图。

图标：1-容器，2-风机，3-透气隔水板，4-冷却区，5-空气通道，6-换热盘管，7-补水管，8-溢水管，9-回水管，10-水泵，11-布水槽，12-汇水槽，13-进水管，14-出水管，15-汇水管，16-第一连通管，17-第二连通管，18-送风管，19-出风支管，20-给水管，21-给水总管，22-出水分管，23-出水总管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

图1-11示出了本实用新型散热冷却设备的一个较佳实施方式，本实施例中的散热冷却设备具体包括风机2和用于盛放液体的容器1，容器1内横向设有透气隔水板3，透气隔水板3将容器1分隔为位于上侧的冷却区4和位于下侧的空气通道5，风机2的出气端与空气通道5相连通，空气通过风机2加压后输送进空气通道5，并从透气隔水板3以气泡的形式进入到冷却区4中的液体内。

通过风机2对空气进行加压，空气在空气通道5输送后将从透气隔水板3穿过，并以小直径气泡的形式进入到冷却区4中的待冷却液体内，气泡在待冷却液体内将逐渐上升并与液体接触进行换热，换热充分的气泡冒出液面后破裂便可将空气排入大气中，进而带走热量，由于液体中的气泡直径小，单位质量的空气与液体的接触面大，与液体之间的显热和潜热交换充分，气泡直径小，气泡又处于运动中，气泡内空气自身换热也充分，气泡上浮产生的扰动加强空气与液体之间变换接触及换热，由此便可使排出空气与液面温度一致且达到湿饱和，空气能带走的热量达到最大值，通过本方案，在被冷却介质工况恒定的情况下，冷却效率仅与设备入口空气焓值相关，与空气相对湿度无直接关联，冷却设备的冷却效率稳定，同时可以使较小风量的空气能带走较多的热量，从而节约装置材料，降低能耗，实现节能节材。

本方案的原理类似于沸腾传热的原理，沸腾传热是指热量从壁面传给液体，使液体沸腾汽化的对流传热过程。液体处于受热面一侧的较大空间中，依靠气泡的扰动和自然对流而流动在汽泡形成与脱离表面时造成液体对壁面的强烈冲击和扰动，所以对同一种液体来说，沸腾传热的传热分系数要比无相变时大得多。常压下水沸腾时的传热分系数一般为1700～51000W/(m•K)；沸腾传热的特点是：汽化吸热（蒸发）、汽化后的气泡扰动使流动加速。此特点强化了换热效率。

本方案类同沸腾换热的方式，使空气在水中形成小直径的气泡，由于水中的气泡直径小，单位质量的空气与水的接触面大，与水之间的显热和潜热交换充分，气泡直径小，气泡又处于运动中，气泡内空气自身换热也充分；气泡上浮产生的扰动加强空气与水之间变换接触及换热。由此，使排出空气与水面温度一致且达到湿饱和，空气能带走热量的达到最大值。

其中透气隔水板3用于阻隔水大量的往下漏，但是允许渗漏或微漏，由于液体表面张力的存在，水不会大量进行渗漏，允许透气隔水板3有渗透或微漏是基于漏下来的水形成的是水膜、水滴或水线，这部分水与空气也是经过了充分换热被冷却的，对本散热冷却设备是无不利影响的。

透气隔水板3包括透气石、透气膜或微穿孔钢板，在采用透气石时，可以是将透气石制成板状拼接，采用微穿孔钢板时，可以采用微穿孔薄钢板，这样设计的目的在于可以使大量的水能阻隔在上侧的冷却区4中，其中根据上述材质选择的情况，设置相应的支撑结构和固定框架。

本实施例中，空气通道5上设有空气静压箱，空气静压箱的顶部敞开形成出气口，从而使出气口朝向透气隔水板，设置空气静压箱的目的在于使空气能均匀的穿越透气隔水板3，以便于在水中各点位形成均匀的气泡。

为节约空间，风机2可以设置在空气静压箱中，在空气静压箱侧壁开口作为风机2的进口，以使风机2能向空气静压箱内加压输送空气。

冷却区4内设有换热盘管6，冷却区4连通有补水管7、溢水管8和回水管9，溢水管8的出水端与空气通道5相连通，回水管9上连通有水泵10，水泵10的进水端位于空气通道5的底部或通过管路延伸至空气通道5的底部。水泵10可以设置于容器1外、冷却区4或空气通道5内。

换热盘管6可以是制冷系统的冷凝散热盘管，也可以是封闭式冷却塔的闭式循环散热盘管，通过将换热盘管6设置在冷却区4，可以通过冷却区4内的液体带走换热盘管6的热量，在换热盘管6内的热量进入水中后，水会升温，然后通过前述的气泡上浮带走水中的热量，以实现水对换热盘管6的持续性冷却。

由于本散热冷却设备为开式容器，水会逐渐蒸发减少，设置补水管7的目的便在于随时对容器1的冷却区4进行补水，保证水量的充足，而在补水过程或是进水过程水阀出现故障，或是忘记关水阀时，高于溢水管8水位的水便可从溢水管8流出，并流入到下侧的空气通道5内，以避免水溢出。而在空气通道5内存储的水（包括溢水管8流入的水和从透气隔水板3渗漏下来的水）到达一定水位后，可以通过水泵10将空气通道5中的水泵10送至回水管9中，并沿回水管9进入到容器1的冷却区4进行回收使用，其目的有两个，一是避免空气通道5内水位过高而影响风机2，二是起到节约用水的作用。

需要注意的是，在设置有空气静压箱时，溢水管8与空气静压箱相连通，水泵10的进水端伸入至空气静压箱内进行抽水。

冷却区4内在透气隔水板3的一侧设有布水槽11，另一侧设有汇水槽12，布水槽11内连通有进水管13，汇水槽12的底部连通有出水管14。其中，出水管14的出水端位于空气通道5内，空气通道5的底部连通有汇水管15。

通过布水槽11连接的进水管13实现冷却区4内液体的注入，冷却后的水将流进汇水槽12内，并从出水管14流入到下侧的空气通道5或空气静压箱内，然后再从空气通道5或空气静压箱底部的汇水管15排出。

为了提高水的流动速度，透气隔水板3倾斜设置，布水槽11位于透气隔水板3的较高侧，汇水槽12位于透气隔水板3的较低侧。

其中在容器1的一侧还可以设置有检修口，检修口处转动安装有挡水板，挡水板和检修口之间为水密封连接，以避免水从检修口溢出。透气隔水板3可以从检修口抽出，便于清洗或更换。

透气隔水板3设置为多个，并且沿容器1的深度方向均匀设置，相邻两个透气隔水板3的倾斜方向相反，且相邻两个透气隔水板3上的汇水槽12和布水槽11之间通过第一连通管16相连通，出水管14的进水端与位于最下侧的透气隔水板3上的汇水槽12的底部相连。

这样设置可以形成多个串联连通的冷却区4，进而形成多回程的对液体进行降温，同时可以使降温空气得以充分利用，空气通过风机2提供压力输入到空气通道5内后，便可逐渐向上运动，并依次穿过每一个透气隔水板3，依次对每一个透气隔水板3上侧的液体进行降温冷却，而冷却后的水将依次向下流动，第一连通管16起到将冷却水承上启下运输的效果。

容器1设置为多个并且重叠设置，相邻两个容器1之间的空气通道5和冷却区4通过第二连通管17相连通。

这样设置可以形成多个并联的冷却区4，形成一组合式冷却塔，进而可以同时对更多的高温液体进行冷却，上下相邻的容器1之间的空气通道5和冷却区4通过第二连通管17相连通，位于上侧的容器1的冷却区4中的水在渗漏到到位于上侧容器1的空气通道5中后，若不排出将会出现液体累积而影响空气通道5的空气输送，设置第二连通管17便可解决这一问题，将空气通道5中的积水排进位于下侧的容器1的冷却区4中，同时还可以避免水资源浪费。

风机2的出风端设有送风管18，送风管18上设有若干出风支管19，出风支管19分别与多个容器1的空气通道5相连通，从而实现同时进风，也可实现利用一个风机2来对多个容器1内的液体进行冷却散热。其中，重叠相连的多个容器1在相对于出风支管19的另一侧均为敞开设置，从而形成出风口，以便于高温高湿的空气的排出。

透气隔水板3均倾斜设置，其较高侧为进水侧，较低侧为出水侧，进水侧均连通有给水管20，给水管20均连通至给水总管21，出水侧均连通有出水分管22，出水分管22均连通至出水总管23，以便于进水和的水回收。

需要注意的是，本散热冷却设备中还设有液位装置、排污装置及配套阀门等，由于上述设备均为常规设置，此处便不再赘述。

综上所述，通过本方案中的设置方式，可以使散热冷却设备对大气工况依耐性降低，极大提高其适用性，并且冷却效率稳定，便于用于选型使用，并且，在同等换热需求下，减少换热装置材料使用，起到节材的效果，同时，冷却水采用无压布水，减少冷却水泵10的能耗，起到节能的效果。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种散热冷却设备，其特征在于：包括风机和用于盛放液体的容器，所述容器内设有透气隔水板，所述透气隔水板将容器分隔为位于上侧的冷却区和位于下侧的空气通道，所述风机与空气通道相连通，空气通过风机加压后输送进空气通道，并从透气隔水板以气泡的形式进入到冷却区中的液体内。

2.根据权利要求1所述的散热冷却设备，其特征在于：所述空气通道上设有空气静压箱，所述空气静压箱的出气口朝向透气隔水板。

3.根据权利要求1所述的散热冷却设备，其特征在于：所述冷却区内设有换热盘管，所述冷却区连通有补水管、溢水管和回水管，所述溢水管的出水端与空气通道相连通，所述回水管上连通有水泵，所述水泵的进水端位于空气通道的底部。

4.根据权利要求1或2所述的散热冷却设备，其特征在于：所述冷却区内在透气隔水板的一侧设有布水槽，另一侧设有汇水槽，所述布水槽连通有进水管，所述汇水槽连通有出水管。

5.根据权利要求4所述的散热冷却设备，其特征在于：所述出水管的出水端位于空气通道内，所述空气通道的底部连通有汇水管。

6.根据权利要求5所述的散热冷却设备，其特征在于：所述透气隔水板倾斜设置，所述布水槽位于透气隔水板的较高侧，所述汇水槽位于透气隔水板的较低侧。

7.根据权利要求6所述的散热冷却设备，其特征在于：所述透气隔水板沿容器的深度方向设置为多个，相邻两个透气隔水板的倾斜方向相反，且相邻两个透气隔水板上的汇水槽和布水槽之间通过第一连通管相连通，所述出水管的进水端与位于最下侧的透气隔水板上的汇水槽的底部相连。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的散热冷却设备，其特征在于：所述容器设置为多个并且重叠设置，相邻两个容器之间的空气通道和冷却区通过第二连通管相连通。

9.根据权利要求8所述的散热冷却设备，其特征在于：所述风机的出风端设有送风管，所述送风管上设有若干出风支管，所述出风支管分别与多个容器的空气通道相连通。

10.根据权利要求8所述的散热冷却设备，其特征在于：所述透气隔水板均倾斜设置，其较高侧为进水侧，较低侧为出水侧，所述进水侧均连通有给水管，所述给水管均连通至给水总管，所述出水侧均连通有出水分管，所述出水分管均连通至出水总管。

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