WO2016015562A1 - 相变强化复合空冷系统 - Google Patents

Abstract

一种相变强化复合空冷系统，包括置于介质管路（2）上的空冷散热器（4），向空冷散热器（4）引风的风机（5），以及向空冷散热器（4）送风的雾化腔（3），雾化腔（3）设有进气口（31）和朝向空冷散热器（4）进口的出气口，雾化腔（3）内还设有与水管（7）相连的雾化器（6），雾化器（6）位于进气口（31）的后方。利用蒸发冷却和喷雾相变冷却相结合的冷却方式，降低空冷散热器（4）的进口空气温度，使空气降至其湿球温度附近，可以在夏季高温时达到需求的降温效果。

Description

相变强化复合空冷系统 技术领域

本发明涉及一种空冷系统，特别是涉及一种相变强化复合空冷系统。

背景技术

水是人类社会生存和发展不可替代的资源，是经济社会可持续发展的基础。当代人类生活水准同能量和淡水的消耗是息息相关的。全球人口的剧增使能源和淡水消耗量难以估算。我国将进入严重缺水期，水资源的严重短缺，将严重制约着经济发展。为保证国民经济的可持续发展，合理使用淡水资源和有效节约淡水、保护现存珍贵的淡水资源，就是保护我们人类生存的必要条件。

根据循环水与空气的接触方式，冷却系统可以分为湿式冷却系统和干式冷却系统(简称空冷)。

源于水资源的紧迫性，缺水地区空冷技术已得到应用。空冷以其显著的节水效果被人们所关注，空冷机组冷却系统本身可节水97％以上，全厂性节水约65％。一般1m³/s的水可建设100万千瓦湿冷机组，而建设100万千瓦空冷机组只需0.35m³/s的水。因此相同数量的水可建设的空冷机组规模比湿冷机组可建设的规模大三倍，这充分显示了空冷技术节水的优越性。

但是在夏季高温时，对于低温工艺介质的冷却，特别是要求工艺介质出口温度冷却到接近环境湿球温度时，普通干空冷系统却难以做到。

中国实用新型专利CN 202274764 U，名称为立式全蒸发空冷器，包括支架喷水管、介质管路、挡水板和风机，喷水管上设有喷水口，介质管路由介质入口、介质出口和翅片管管束组成。介质管路设于喷淋口的下方挡水板贴在介质管路的侧面，风机固定在支架的上方，且风机的出风口对着介质管路的上方。其相对单纯的空冷，可以提高冷却速度，相对单纯的湿冷，可以节水，同时对环境污染小；但是喷水直接喷在换热器外表面上，在换热器表面形成一层水膜，空气势必要穿越这层水膜，这极大地增加了风机的功耗；另一方面水雾直接喷在换热器表面上，容易在换热器表面附着水垢、水锈等，因此有时发生换热器的热交换效率降低或散热片腐蚀等不利情况；另外势必会有一定量的水分蒸发损失。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种相变强化复合空冷系统，用于解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变强化复合空冷系统，其包括置于介质管路上的空冷散热器，向空冷散热器引风或送风的风机，以及向所述空冷散热器送风的雾化腔，所述雾化腔设有进气口和朝向所述空冷散热器进口的出气口，雾化腔内还设有与水管相连的雾化器，所述雾化器位于所述进气口的后方。

优选的，还包括控制系统，所述控制系统包括控制器、置于所述介质管路且置于空冷散热器后方的温度传感器，以及与所述水管相连的给水泵，设于水管上的调节阀，所述温度传感器、给水泵和调节阀均与所述控制器相连。

优选的，所述介质管路上设有两个所述空冷散热器，两个空冷散热器并联设置，且每个空冷散热器对应一个所述雾化腔，两个空冷散热器以及两个雾化腔处于一个相同气道内。

优选的，位于所述气道进气底部的雾化腔上设有集水箱。

优选的，所述雾化器设有多个喷头，喷头喷雾方向可调节。

优选的，所述雾化器的喷头可为HJP型喷头、旋流式喷头、碰撞式喷头或

组合式喷头。

优选的，所述雾化腔底部设有集水箱。

如上所述，本发明的相变强化复合空冷系统，具有以下有益效果：利用蒸发冷却和喷雾相变冷却相结合的冷却方式，降低空冷散热器的进口空气温度，使空气降至其湿球温度附近(相对湿度95％)，可以在夏季高温时使介质降低到客户所需的温度，雾化器喷出的水雾(有一定比例的水蒸气)在雾化腔内和空气直接接触，接触面积大，无需填料，可以减小系统阻力，同时避免阻塞、老化、滋养细菌等缺陷；而且喷雾不直接喷在空冷散热器的表面，防止空冷散热器的表面结垢、腐蚀和由此引起的换热效率低等问题。

附图说明

图1显示为本发明的相变强化复合空冷系统的第一实施例示意图。

图2显示为本发明相变强化复合空冷系统的第二实施例示意图。

图3显示为本发明相变强化复合空冷系统的第三实施例示意图。

元件标号说明

1                  温度传感器

2                  介质管路

3                  雾化腔

31                 进气口

4                  空冷散热器

5                  风机

6                  雾化器

7                  水管

8                  给水泵

9                  阀门

10                 水箱

11                 调节阀

12                 控制器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种相变强化复合空冷系统的第一实施例，其包括 置于介质管路2上的空冷散热器4，向空冷散热器4引风的风机5，以及向空冷散热器4送风的雾化腔3，雾化腔3设有进气口31和朝向空冷散热器进口的出气口，雾化腔3内还设有与水管7相连的雾化器6，雾化器6位于进气口31的后方。本发明采用蒸发冷却和喷雾相变冷却相结合的冷却方式，降低空冷散热器4的进口空气温度，使空气降至其湿球温度附近(相对湿度95％)，可以在夏季高温时，使介质降低到客户所需的温度，雾化器6喷出的水雾(有一定比例的水蒸气)在雾化腔3内和空气直接接触，接触面积大，无需填料，可以减小系统阻力，同时避免阻塞、老化、滋养细菌等缺陷；而且喷雾不直接喷在空冷散热器的表面，防止空冷散热器表面结垢、腐蚀和由此引起的换热效率低等问题。

为便于实施和控制，本发明还包括控制系统，控制系统包括控制器12、置于介质管路2且置于空冷散热器4后方的温度传感器1，以及与水管7相连的给水泵8，设于水管7上的调节阀11，温度传感器1、给水泵8和调节阀11均与控制器12相连。

使用时，在控制系统中预先输入介质管路2输出的介质的用户需求温度T₀，由温度传感器1实时监测介质管路出口处的实际温度T，当T≤T₀时，控制器12控制调节阀11(该调节阀11可以为电磁阀)关闭，此时仅依靠外界环境空气冷却，空气散热器4处于纯空冷运行模式。当T＞T₀时，控制器12控制调节阀11开启，此时同时依靠风机5引风和水管7向雾化器6送水进而喷水冷却，空气散热器4处于蒸发冷却模式，冷却水的流量由控制器12根据介质管路出口处的温度和热交换效率经计算决定，并由控制器12根据流量的计算值通过控制调节阀11的开启角度而获得，随着环境空气温度的升高，控制喷水量，恰使空气降至其湿球温度附近(相对湿度95％)，(其中，湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100％相对湿度线上，对应点的干球温度。)在正常情况下，喷淋而下的冷却水和空气热交换后全部蒸发成水蒸气，无余水排放。如果空气温度降至湿球温度附近(相对湿度95％)后，介质管路出口处温度还未达到用户需求，此时继续调大喷水量不再起作用，而需要通过控制器12调节给水泵8的电机频率，通过调高喷雾压力，使喷雾产生膨胀冷却的效果，喷雾具有一定的汽化比，以进一步降低空气温度，本实施例处于蒸发冷却和喷雾相变冷却相结合的模式。

上述水管7通过阀门9与给水泵8相连，给水泵8与水箱10相连，水箱10 中的水为自来水或地下水。雾化器6设有多个喷头，喷头喷雾方向可以自动调节，目的是增加喷出的水雾跟空气的接触时间和换热系数。。雾化器6的喷头可为HJP型喷头、旋流式喷头、碰撞式喷头或组合式喷头。，风机5选用引风式风机，设置在空冷散热器4的上方，也可以根据需要选用送风机，安装在空冷散热器4的下方或雾化腔3内。

如图2所示，为本发明相变强化复合空冷系统的第二实施例，与第一实施例不同之处在于：介质管路2上设有两个空冷散热器4，两个空冷散热器4并联设置，且每个空冷散热器4对应一个雾化腔3，两个空冷散热器4以及两个雾化腔3处于一个相同气道内。上述风机5设在位于上方的空冷散热器4的上方，即位于气道的顶部，低温介质分成两路分别经过两个空冷散热器4降温后汇合流出。同理，风机也可以安装在下方空冷散热器4的下方或下方的雾化腔3内。

如图3所示，为本发明的第三实施例，其与第二实施例不同之处在于，位于气道进气底部的雾化腔3上设有集水箱，用于回收掉落的水滴，集水箱上设有补水管和补水阀，该集水箱可以作为上述水箱10使用。同样的，也可以在第一实施例的雾化腔底部设置集水箱。

第二实施例和第三实施例运行时，空气从位于气道底部的进气口进入第一雾化腔，与雾化器6喷出的水雾进行充分的热质交换，空气温度降至对应的湿球温度T_s附近(相对湿度95％)，经过第一空冷散热器加热后，空气温度提高为T_s+△T₁，而含湿量不变，相对湿度降低(背景技术对比专利水雾直接喷在换热器表面，出口空气温度为T_s+△T₂，相对湿度都接近饱和，温度高，因此带走的水分也多)，变为不饱和状态，可以继续吸收水分，因此可以继续进入第二雾化腔吸湿降温。

综上所述，本发明的相变强化复合空冷系统，采用蒸发冷却和喷雾相变冷却相结合的冷却方式，降低空冷散热器4的进口空气温度，使空气降至其湿球温度附近(相对湿度95％)，可以使原本温度不高的介质降低到客户所需的温度，雾化器6喷出的水雾(有一定比例的水蒸气)在雾化腔3内和空气直接接触，接触面积大，无需填料，可以减小系统阻力，同时避免阻塞、老化、滋养细菌等缺陷；而且喷雾不直接喷在空冷散热器的表面，防止空冷散热器表面结垢、腐蚀和由此引起的换热效率低等问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1. 一种相变强化复合空冷系统，其特征在于，包括置于介质管路(2)上的空冷散热器(4)，向空冷散热器(4)引风或送风的风机(5)，以及向所述空冷散热器(4)送风的雾化腔(3)，所述雾化腔(3)设有进气口(31)和朝向所述空冷散热器进口的出气口，雾化腔(3)内还设有与水管(7)相连的雾化器(6)，所述雾化器(6)位于所述进气口(31)的后方。
2. 根据权利要求1所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：还包括控制系统，所述控制系统包括控制器(12)、置于所述介质管路(2)上且置于空冷散热器(4)后方的温度传感器(1)，以及与所述水管(7)相连的给水泵(8)，设于水管(7)上的调节阀(11)，所述温度传感器(1)、给水泵(7)和调节阀(11)均与所述控制器(12)相连。
3. 根据权利要求1所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：所述介质管路(2)上设有两个所述空冷散热器(4)，两个空冷散热器(4)并联设置，且每个空冷散热器(4)对应一个所述雾化腔(3)，两个空冷散热器(4)以及两个雾化腔(3)处于一个相同气道内。
4. 根据权利要求3所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：位于所述气道进气底部的雾化腔(4)上设有集水箱。
5. 根据权利要求1所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：所述雾化器(6)设有多个喷头，喷头喷雾方向可调节。
6. 根据权利要求1所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：所述雾化器(6)的喷头可为HJP型喷头、旋流式喷头、碰撞式喷头或组合式喷头。
7. 根据权利要求1所述的相变强化复合空冷系统，其特征在于：所述雾化腔底部设有集水箱。

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