提高效率的間接蒸發冷卻器的製造方法

2023-12-04 10:43:56 4

提高效率的間接蒸發冷卻器的製造方法
【專利摘要】一種間接蒸發冷卻器，其中來自溼通道的排出空氣被第一風扇(66)從所述溼通道直接吸取，而第二風扇(64或42)為要被冷卻的空氣通過所述冷卻器的幹通道的運動提供動力。
【專利說明】 提高效率的間接蒸發冷卻器

【技術領域】
[0001]本發明涉及蒸發冷卻的熱交換器，該蒸發冷卻的熱交換器用於冷卻空氣以便建築物的舒適冷卻。這些熱交換器通常由相鄰的溼和幹通道構造，該相鄰的溼和幹通道布置成使得空氣以相對逆流流過相鄰的通道。
[0002]特別地，本發明涉及一種用來顯著提高間接蒸發冷卻系統的操作效率的方法和裝置。

【背景技術】
[0003]貫穿本描述和後面的權利要求，除非上下文另外要求，詞「包括」或諸如「包含」或「含有」的變體將被理解為暗示包括所述的特徵或步驟或特徵或步驟的組。
[0004]在本說明書中參考任何現有技術不並且不應當被認為承認或以任何形式暗示那個現有技術形成澳大利亞的公共常識的一部分。
[0005]已經熟知間接蒸發冷卻的構思有一段時間了，其中熱交換器布置有交替的溼和幹通道，空氣以逆流在相鄰的通道內流動。最早參考文獻中的一個是Maisotsenko的SU979796, SU979796示出逆流間接冷卻的原理。
[0006]更近一些，已經根據這個原理構造實用的間接冷卻器以產生被冷卻到接近進入空氣供應的露點的溫度的有用的量的空氣。這種類型的早期裝置在Maisotsenko的US4, 977，753中被描述，通過使用相鄰通道之間的空氣的完全逆流並且通過在潤溼的表面上利用芯吸限制潤溼的表面上的水的流動以分布水，該裝置遵循SU979796的原理。使用高壓風扇被加壓的進入空氣首先被引過幹通道。在從幹通道出來時，該空氣的一部分(通常大約一半)通過溼通道返回，它穿過溼通道直到作為排氣出現到大氣壓力。不通過溼通道返回的其餘空氣作為有用(或供應)空氣出現，該有用空氣已經被冷卻到接近進入空氣的露點的溫度。
[0007]通過應用限制裝置或折流板到離開幹通道的供應空氣，產生將那部分空氣驅動通過溼通道所需的壓力。由於供應空氣中的能量已經經由折流板被限制而耗散，因此這代表由風扇供應到空氣流的能量的浪費，因此沒有熱力學優勢。
[0008]Reinders的US2006 / 0124287中提供類似設計。空氣流動和後續的能量損失是類似的，雖然這種設計提供熱交換器元件的設計的變型。James的W02006074508也使用類似的空氣流構造，但在熱交換器的構造中具有變化。
[0009]試圖使間接蒸發冷卻器更加節能的Maisotsenko設計的變體在Morozov等人的US5, 301，518中被描述。在這種設計中，間接蒸發熱交換器被分成兩個部分，每一個部分具有類似於Maisotsenko設計的空氣流圖案。總空氣流從高壓風扇穿過熱交換器的第一半部的幹通道。在離開時，該空氣的一部分返回到第一半部熱交換器的溼通道中並且沿著溼通道排出。剩餘的空氣然後流過第二熱交換器的幹通道。在從第二熱交換器的幹通道出來時，該空氣的一部分返回到溼通道中並且沿著第二熱交換器的溼通道排出。同樣，將從第二熱交換器出來的空氣通過溼通道送回所需的壓力通過阻礙離開幹通道的供應空氣被實現。
[0010]Morozov設計使全部空氣流僅穿過第一熱交換器幹通道,該第一熱交換器幹通道長度較短以實現相對於原始Maisotsenko設計相同的冷卻，並且因此導致通過那些幹通道的較小壓力降。通過第二熱交換器的幹通道的空氣流遠遠少於(通常大約一半)通過第一熱交換器的幹通道的空氣流，因此需要與空氣流關聯的較小壓力降。因此，這種設計中的壓力損失減小，但通過供應空氣上的折流板的能量損失仍然相當大。
[0011]在US2004 / 0061245中，Maisotsenko描述一種替代設計，該替代設計在熱交換器中使用逆流和交叉流路徑的組合。在這種設計中，幹通道中的空氣通過相鄰的幹和溼通道之間的熱交換器壁中的孔漸進地到達溼通道。每一個孔設計成僅允許幹和溼通道之間的預定流率。一旦在溼通道中，空氣就隨後沿交叉流方向行進以便在溼通道的端部被排出。交換器內的空氣流由空氣通道的幾何形狀和溼和幹通道之間的孔控制，並且不需要折流板來引起空氣流到溼通道中。當穿過溼和幹通道之間的孔時，空氣流中的能量仍然被耗散，但該設計不與前述設計中那樣使所有空氣流遭受壓力損失。能量損失減小，但代價是冷卻器的熱力學效率的一些損失。
[0012]在W02006074508中，James描述一種熱交換器的替代構造，該替代構造使用現有技術的逆空氣流原理，但其中已經改進熱交換器的構造以克服尺寸限制的先前問題和從溼通路或通道的溼表面的鹽的衝洗。這種設計仍然具有以下問題:需要空氣以高的壓力被供應到熱交換器幹通道，和藉助通過限制裝置或折流板的節流通過調節供應空氣對排出空氣的比率的隨後的效率低的能量損失。


【發明內容】

[0013]在本發明的第一方面中，提供一種間接蒸發冷卻器，該間接蒸發冷卻器包括:
[0014]熱交換器，所述熱交換器具有交替的溼和幹空氣流通道，使得在使用中，第一空氣流沿第一方向穿過所述幹空氣流通道，並且為從所述幹通道出來的所述第一空氣流的一部分的第二空氣流相對於所述第一方向以逆流行進並且通過所述溼通道到達排出口 ；
[0015]氣室，所述氣室適合於接收從所述幹通道出來的空氣，並且從所述氣室，所述出來的空氣的一部分在使用中是所述第二空氣並且其餘是供應空氣；
[0016]潤溼所述溼通道的裝置；
[0017]第一風扇，所述第一風扇適合於將空氣移動到所述幹通道中並且通過所述幹通道;
[0018]其特徵在於，第二風扇位於所述溼通道的排出口的下遊以將所述第二空氣吸過所述溼通道。
[0019]在第一方面的優選實施例中，第一風扇位於幹通道的上遊。
[0020]在另外優選形式中，第一風扇位於幹通道下遊。
[0021]在第二方面中，本發明提供一種間接蒸發冷卻的方法，其中低於環境壓力的壓力被施加到具有交替的溼和幹空氣流通道的熱交換器的溼通道的排出出口，並且包括在通過所述低於環境壓力的壓力將所述第一空氣流的一部分作為第二空氣吸過所述溼通道之前使第一空氣流穿過所述幹通道。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]現在將參考附圖通過例子描述本發明，其中:
[0023]圖1示出穿過現有技術間接蒸發冷卻器的示意性空氣和水路徑；
[0024]圖2示出實際現有技術間接蒸發冷卻器的基本構造；
[0025]圖3示出穿過圖2的冷卻器的縱向剖視圖；
[0026]圖4是穿過根據本發明的第一實施例的逆流間接蒸發冷卻器的示意性縱向剖視圖；並且
[0027]圖5是穿過根據本發明的第二實施例的逆流間接蒸發冷卻器的示意性縱向剖視圖。

【具體實施方式】
[0028]圖1示出用於間接蒸發冷卻器工作的已知空氣流構造。進入空氣10被引過熱交換器20的幹通道12。在離開幹通道時，空氣流被分為供應空氣18和返回空氣22，該返回空氣被引到溼通道14中。溼通道具有親水內表面16，該親水內表面能夠持續地保持溼潤。來自溼通道的空氣通過排出開口 22出來，在該排出開口，它被排出到大氣。間接蒸發冷卻的這種布置能夠在不添加溼氣到空氣的情況下產生接近進入空氣10的露點的溫度的供應空氣18。
[0029]圖2和3分別示出利用間接蒸發冷卻的裝置的實際布置的透視圖和剖視圖。空氣從外部環境通過風扇42進入，該風扇供應高壓空氣到室44。熱交換器40是多支管的，使得來自室44的高壓空氣僅可流過熱交換器的幹通道，並且流過幹通道的空氣必須一直流過幹通道，出來到室48中。
[0030]從幹通道出來到室48中的空氣的一部分需要轉向以通過在熱交換器40的幹通道之間間隔的溼通道流回。這要求室48中的壓力足以克服溼通道的流動阻力，從而以所需流率離開排出口 46。通過將折流板或限制裝置50應用於通過供應空氣管47離開室48的空氣流而實現這個壓力，在所需流率下跨越折流板50的壓力差在室44中導致增加的靜壓力。
[0031]需要風扇42來加壓空氣以克服與使所有供應的空氣穿過幹通道相關的壓力損失，加上室48中的靜壓力。室48中的靜壓力足以克服通過溼通道流到排出口 46的空氣的那部分的流動阻力。室48中的靜壓力通過調節折流板50被調節，因此產生跨越該折流板的靜壓力差。以這種差壓通過折流板50的空氣流的功率損失等於空氣流量和壓力差的乘積。這種損失是風扇42上的另外功率載荷，該另外功率載荷不向空氣流提供另外的冷卻或另外有用能量。雖然風扇42被示意性地示出為軸流風扇，但實際上由於需要的高壓，通常使用離心流或組合流風扇。
[0032]在具有1:1的供應排出比率的典型的間接蒸發冷卻器中，需要風扇以大約600Pa輸送空氣。如果所需的供應空氣是比方說η單位，所需的功率將是600Χ2η=1200η功率單位。這典型地在室48中產生大約150Pa的靜壓力，並且因此產生跨越溼通道的150Pa的壓力差以便排出。跨越熱交換器的幹通道的壓力差是600Pa-150Pa=450Pa。
[0033]圖4示出穿過根據本發明的間接蒸發冷卻器的第一實施例的截面。在這種構造中，輸送空氣到熱交換器的入口的高壓風扇已經被分別在空氣供應側和排出口上的分離的風扇64、66代替。
[0034]外部環境空氣通過熱交換器60的面62進入。由於空氣以環境空氣壓力進入熱交換器60，因此不再需要輸送空氣到熱交換器的入口的室或氣室(圖1-3中的44)不再必要。供應空氣管70上的風扇64在室68中產生負的(小於環境的)壓力，因此提供跨越熱交換器60的幹通道的、用於所需空氣流的壓力差。熱交換器的排出管72中的風扇66提供相對於室68中的壓力的負壓力，該負壓力足以產生通過熱交換器的溼通道的所需空氣流。因此，恰好在風扇66前面的靜壓力將是室68中的靜壓力和通過熱交換器60的溼通道的空氣流所需的壓力差的總和。風扇64和66的操作可以通過電子速度控制器或其它裝置被控制以產生供應空氣和排出空氣之間的空氣流的希望比率。此外，通過改變兩個風扇64、66的速度可以容易地調節這些空氣流的大小和/或比率，因此實現間接蒸發冷卻器的性能的優化。這允許間接冷卻器在寬範圍的條件下操作(通過風扇的直接控制而不需要如現有技術設計中那樣幹預和調節機械折流板)，並且也允許間接冷卻器的操作的自動控制，例如在可編程電子控制器的控制下。
[0035]這種控制是希望的，例如，在比方說最初處於高溫的居住空間的最初冷卻中。在這種條件下，希望以低流率的排氣和高流率的供應空氣操作間接冷卻器，即使這種條件導致高於最佳值的供應空氣溫度。供應空氣的相對高的輸送快速清除居住空間或房屋的熱空氣。一旦熱空氣被清除，然後就可以通過調節兩個風扇64、66的速度而針對溫度和空氣輸送重置間接冷卻器。
[0036]通過消除對將加壓空氣從現有技術冷卻器的風扇引到熱交換器的入口的氣室或室44的需要，間接冷卻器的構造及其總體尺寸在圖4實施例中被改進。室44的消除通常也將改善進入熱交換器的幹通道的空氣流的一致性，因此略微改善熱交換器的總體性能。
[0037]在如現有技術例子中那樣供應空氣對排出空氣比率是1:1並且需要跨越幹和溼通道的相同的壓力差和空氣流的情況下，室68中所需的空氣壓力將是-450Pa，從而提供跨越幹通道的必要的450Pa差值。然後，為了提供跨越溼通道的150Pa壓力差，恰好在風扇66前面的靜壓力將需要是-450Pa-150Pa=-600Pa (所有壓力相對於周圍大氣)。
[0038]在η單位的供應空氣流下需要被風扇64施加到空氣流的功率將是450 Xη。對於風扇66，需要被施加到溼通道空氣流的功率將是600Χη。要被兩個風扇施加的總功率因此是1050Χη功率單位。這小於現有技術設計所需的1200Χη功率單位，並且因此本發明的設計主題用於針對等效的空氣流和冷卻的間接蒸發冷卻器的效率的增加。
[0039]在圖5實施例中，與圖4和圖1-3中相同地編號相似的整數。對於這種方案，單元的尺寸類似於現有技術單元(圖1-3)，而其操作效率將略微高於圖4的實施例。
【權利要求】
1.一種間接蒸發冷卻器，所述間接蒸發冷卻器包括: 熱交換器，所述熱交換器具有交替的溼空氣流通道和幹空氣流通道，使得在使用中，第一空氣流沿第一方向穿過所述幹空氣流通道，並且為從所述幹空氣流通道出來的所述第一空氣流的一部分的第二空氣流相對於所述第一方向以逆流行進並且通過所述溼空氣流通道到達排出口； 氣室，所述氣室適合於接收從所述幹空氣流通道出來的空氣，並且從所述氣室，所述從所述幹空氣流通道出來的空氣的一部分在使用中是所述第二空氣並且其餘是供應空氣； 潤溼所述溼空氣流通道的裝置； 第一風扇，所述第一風扇適合於將空氣移動到所述幹空氣流通道中並且通過所述幹空氣流通道； 其特徵在於，第二風扇位於所述溼空氣流通道的排出口的下遊以將所述第二空氣吸過所述溼空氣流通道。
2.如權利要求1所述的冷卻器，其中所述第一風扇位於所述幹空氣流通道上遊。
3.如權利要求1所述的冷卻器，其中所述第一風扇位於所述幹空氣流通道下遊。
4.如前述權利要求的任何一項所述的冷卻器，其中所述第一風扇和第二風扇的至少一個是速度受控的。
5.如權利要求4所述的冷卻器，其中所述第一風扇和第二風扇都是速度受控的。
6.一種間接蒸發冷卻的方法，其中低於環境壓力的壓力被施加到具有交替的溼空氣流通道和幹空氣流通道的熱交換器的溼空氣流通道的排出出口，並且所述方法包括在通過所述低於環境壓力的壓力將所述第一空氣流的一部分作為第二空氣吸過所述溼空氣流通道之前使第一空氣流穿過所述幹空氣流通道。
7.如權利要求6中所述的方法，其中所述低於環境壓力的壓力是可變的。
8.如權利要求6或7所述的方法，其中所述第一空氣流的流率是可變的。
【文檔編號】F24F13/30GK104344483SQ201310485838
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優先權日:2013年8月2日
【發明者】R·W·吉爾伯特 申請人:Ff西裡·諾明西斯有限公司