提高效率的間接蒸發(fā)冷卻器的制造方法
【專利摘要】一種間接蒸發(fā)冷卻器，其中來自濕通道的排出空氣被第一風(fēng)扇(66)從所述濕通道直接吸取，而第二風(fēng)扇(64或42)為要被冷卻的空氣通過所述冷卻器的干通道的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。
【專利說明】 提高效率的間接蒸發(fā)冷卻器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸發(fā)冷卻的熱交換器，該蒸發(fā)冷卻的熱交換器用于冷卻空氣以便建筑物的舒適冷卻。這些熱交換器通常由相鄰的濕和干通道構(gòu)造，該相鄰的濕和干通道布置成使得空氣以相對(duì)逆流流過相鄰的通道。
[0002]特別地，本發(fā)明涉及一種用來顯著提高間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的操作效率的方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]貫穿本描述和后面的權(quán)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征或步驟或特征或步驟的組。
[0004]在本說明書中參考任何現(xiàn)有技術(shù)不并且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為承認(rèn)或以任何形式暗示那個(gè)現(xiàn)有技術(shù)形成澳大利亞的公共常識(shí)的一部分。
[0005]已經(jīng)熟知間接蒸發(fā)冷卻的構(gòu)思有一段時(shí)間了，其中熱交換器布置有交替的濕和干通道，空氣以逆流在相鄰的通道內(nèi)流動(dòng)。最早參考文獻(xiàn)中的一個(gè)是Maisotsenko的SU979796, SU979796示出逆流間接冷卻的原理。
[0006]更近一些，已經(jīng)根據(jù)這個(gè)原理構(gòu)造實(shí)用的間接冷卻器以產(chǎn)生被冷卻到接近進(jìn)入空氣供應(yīng)的露點(diǎn)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?fù)ǖ乐g的空氣的完全逆流并且通過在潤(rùn)濕的表面上利用芯吸限制潤(rùn)濕的表面上的水的流動(dòng)以分布水，該裝置遵循SU979796的原理。使用高壓風(fēng)扇被加壓的進(jìn)入空氣首先被引過干通道。在從干通道出來時(shí)，該空氣的一部分(通常大約一半)通過濕通道返回，它穿過濕通道直到作為排氣出現(xiàn)到大氣壓力。不通過濕通道返回的其余空氣作為有用(或供應(yīng))空氣出現(xiàn)，該有用空氣已經(jīng)被冷卻到接近進(jìn)入空氣的露點(diǎn)的溫度。
[0007]通過應(yīng)用限制裝置或折流板到離開干通道的供應(yīng)空氣，產(chǎn)生將那部分空氣驅(qū)動(dòng)通過濕通道所需的壓力。由于供應(yīng)空氣中的能量已經(jīng)經(jīng)由折流板被限制而耗散，因此這代表由風(fēng)扇供應(yīng)到空氣流的能量的浪費(fèi)，因此沒有熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)。
[0008]Reinders的US2006 / 0124287中提供類似設(shè)計(jì)。空氣流動(dòng)和后續(xù)的能量損失是類似的，雖然這種設(shè)計(jì)提供熱交換器元件的設(shè)計(jì)的變型。James的W02006074508也使用類似的空氣流構(gòu)造，但在熱交換器的構(gòu)造中具有變化。
[0009]試圖使間接蒸發(fā)冷卻器更加節(jié)能的Maisotsenko設(shè)計(jì)的變體在Morozov等人的US5, 301，518中被描述。在這種設(shè)計(jì)中，間接蒸發(fā)熱交換器被分成兩個(gè)部分，每一個(gè)部分具有類似于Maisotsenko設(shè)計(jì)的空氣流圖案。總空氣流從高壓風(fēng)扇穿過熱交換器的第一半部的干通道。在離開時(shí)，該空氣的一部分返回到第一半部熱交換器的濕通道中并且沿著濕通道排出。剩余的空氣然后流過第二熱交換器的干通道。在從第二熱交換器的干通道出來時(shí)，該空氣的一部分返回到濕通道中并且沿著第二熱交換器的濕通道排出。同樣，將從第二熱交換器出來的空氣通過濕通道送回所需的壓力通過阻礙離開干通道的供應(yīng)空氣被實(shí)現(xiàn)。
[0010]Morozov設(shè)計(jì)使全部空氣流僅穿過第一熱交換器干通道,該第一熱交換器干通道長(zhǎng)度較短以實(shí)現(xiàn)相對(duì)于原始Maisotsenko設(shè)計(jì)相同的冷卻，并且因此導(dǎo)致通過那些干通道的較小壓力降。通過第二熱交換器的干通道的空氣流遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于(通常大約一半)通過第一熱交換器的干通道的空氣流，因此需要與空氣流關(guān)聯(lián)的較小壓力降。因此，這種設(shè)計(jì)中的壓力損失減小，但通過供應(yīng)空氣上的折流板的能量損失仍然相當(dāng)大。
[0011]在US2004 / 0061245中，Maisotsenko描述一種替代設(shè)計(jì)，該替代設(shè)計(jì)在熱交換器中使用逆流和交叉流路徑的組合。在這種設(shè)計(jì)中，干通道中的空氣通過相鄰的干和濕通道之間的熱交換器壁中的孔漸進(jìn)地到達(dá)濕通道。每一個(gè)孔設(shè)計(jì)成僅允許干和濕通道之間的預(yù)定流率。一旦在濕通道中，空氣就隨后沿交叉流方向行進(jìn)以便在濕通道的端部被排出。交換器內(nèi)的空氣流由空氣通道的幾何形狀和濕和干通道之間的孔控制，并且不需要折流板來引起空氣流到濕通道中。當(dāng)穿過濕和干通道之間的孔時(shí)，空氣流中的能量仍然被耗散，但該設(shè)計(jì)不與前述設(shè)計(jì)中那樣使所有空氣流遭受壓力損失。能量損失減小，但代價(jià)是冷卻器的熱力學(xué)效率的一些損失。
[0012]在W02006074508中，James描述一種熱交換器的替代構(gòu)造，該替代構(gòu)造使用現(xiàn)有技術(shù)的逆空氣流原理，但其中已經(jīng)改進(jìn)熱交換器的構(gòu)造以克服尺寸限制的先前問題和從濕通路或通道的濕表面的鹽的沖洗。這種設(shè)計(jì)仍然具有以下問題:需要空氣以高的壓力被供應(yīng)到熱交換器干通道，和借助通過限制裝置或折流板的節(jié)流通過調(diào)節(jié)供應(yīng)空氣對(duì)排出空氣的比率的隨后的效率低的能量損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在本發(fā)明的第一方面中，提供一種間接蒸發(fā)冷卻器，該間接蒸發(fā)冷卻器包括:
[0014]熱交換器，所述熱交換器具有交替的濕和干空氣流通道，使得在使用中，第一空氣流沿第一方向穿過所述干空氣流通道，并且為從所述干通道出來的所述第一空氣流的一部分的第二空氣流相對(duì)于所述第一方向以逆流行進(jìn)并且通過所述濕通道到達(dá)排出口 ；
[0015]氣室，所述氣室適合于接收從所述干通道出來的空氣，并且從所述氣室，所述出來的空氣的一部分在使用中是所述第二空氣并且其余是供應(yīng)空氣；
[0016]潤(rùn)濕所述濕通道的裝置；
[0017]第一風(fēng)扇，所述第一風(fēng)扇適合于將空氣移動(dòng)到所述干通道中并且通過所述干通道;
[0018]其特征在于，第二風(fēng)扇位于所述濕通道的排出口的下游以將所述第二空氣吸過所述濕通道。
[0019]在第一方面的優(yōu)選實(shí)施例中，第一風(fēng)扇位于干通道的上游。
[0020]在另外優(yōu)選形式中，第一風(fēng)扇位于干通道下游。
[0021]在第二方面中，本發(fā)明提供一種間接蒸發(fā)冷卻的方法，其中低于環(huán)境壓力的壓力被施加到具有交替的濕和干空氣流通道的熱交換器的濕通道的排出出口，并且包括在通過所述低于環(huán)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濕通道之前使第一空氣流穿過所述干通道。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將參考附圖通過例子描述本發(fā)明，其中:
[0023]圖1示出穿過現(xiàn)有技術(shù)間接蒸發(fā)冷卻器的示意性空氣和水路徑；
[0024]圖2示出實(shí)際現(xiàn)有技術(shù)間接蒸發(fā)冷卻器的基本構(gòu)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(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的逆流間接蒸發(fā)冷卻器的示意性縱向剖視圖；并且
[0027]圖5是穿過根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的逆流間接蒸發(fā)冷卻器的示意性縱向剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1示出用于間接蒸發(fā)冷卻器工作的已知空氣流構(gòu)造。進(jìn)入空氣10被引過熱交換器20的干通道12。在離開干通道時(shí)，空氣流被分為供應(yīng)空氣18和返回空氣22，該返回空氣被引到濕通道14中。濕通道具有親水內(nèi)表面16，該親水內(nèi)表面能夠持續(xù)地保持濕潤(rùn)。來自濕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(fā)冷卻的這種布置能夠在不添加濕氣到空氣的情況下產(chǎn)生接近進(jìn)入空氣10的露點(diǎn)的溫度的供應(yīng)空氣18。
[0029]圖2和3分別示出利用間接蒸發(fā)冷卻的裝置的實(shí)際布置的透視圖和剖視圖。空氣從外部環(huán)境通過風(fēng)扇42進(jìn)入，該風(fēng)扇供應(yīng)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干通道，并且流過干通道的空氣必須一直流過干通道，出來到室48中。
[0030]從干通道出來到室48中的空氣的一部分需要轉(zhuǎn)向以通過在熱交換器40的干通道之間間隔的濕通道流回。這要求室48中的壓力足以克服濕通道的流動(dòng)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(yīng)用于通過供應(yīng)空氣管47離開室48的空氣流而實(shí)現(xiàn)這個(gè)壓力，在所需流率下跨越折流板50的壓力差在室44中導(dǎo)致增加的靜壓力。
[0031]需要風(fēng)扇42來加壓空氣以克服與使所有供應(yīng)的空氣穿過干通道相關(guān)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濕通道流到排出口 46的空氣的那部分的流動(dòng)阻力。室48中的靜壓力通過調(diào)節(jié)折流板50被調(diào)節(jié)，因此產(chǎn)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于空氣流量和壓力差的乘積。這種損失是風(fēng)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(fēng)扇42被示意性地示出為軸流風(fēng)扇，但實(shí)際上由于需要的高壓，通常使用離心流或組合流風(fēng)扇。
[0032]在具有1:1的供應(yīng)排出比率的典型的間接蒸發(fā)冷卻器中，需要風(fēng)扇以大約600Pa輸送空氣。如果所需的供應(yīng)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(chǎn)生大約150Pa的靜壓力，并且因此產(chǎn)生跨越濕通道的150Pa的壓力差以便排出?？缭綗峤粨Q器的干通道的壓力差是600Pa-150Pa=450Pa。
[0033]圖4示出穿過根據(jù)本發(fā)明的間接蒸發(fā)冷卻器的第一實(shí)施例的截面。在這種構(gòu)造中，輸送空氣到熱交換器的入口的高壓風(fēng)扇已經(jīng)被分別在空氣供應(yīng)側(cè)和排出口上的分離的風(fēng)扇64、66代替。
[0034]外部環(huán)境空氣通過熱交換器60的面62進(jìn)入。由于空氣以環(huán)境空氣壓力進(jìn)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(yīng)空氣管70上的風(fēng)扇64在室68中產(chǎn)生負(fù)的(小于環(huán)境的)壓力，因此提供跨越熱交換器60的干通道的、用于所需空氣流的壓力差。熱交換器的排出管72中的風(fēng)扇66提供相對(duì)于室68中的壓力的負(fù)壓力，該負(fù)壓力足以產(chǎn)生通過熱交換器的濕通道的所需空氣流。因此，恰好在風(fēng)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的濕通道的空氣流所需的壓力差的總和。風(fēng)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(chǎn)生供應(yīng)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(gè)風(fēng)扇64、66的速度可以容易地調(diào)節(jié)這些空氣流的大小和/或比率，因此實(shí)現(xiàn)間接蒸發(fā)冷卻器的性能的優(yōu)化。這允許間接冷卻器在寬范圍的條件下操作(通過風(fēng)扇的直接控制而不需要如現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中那樣干預(yù)和調(diào)節(jié)機(jī)械折流板)，并且也允許間接冷卻器的操作的自動(dòng)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，在比方說最初處于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(yīng)空氣操作間接冷卻器，即使這種條件導(dǎo)致高于最佳值的供應(yīng)空氣溫度。供應(yīng)空氣的相對(duì)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，然后就可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè)風(fēng)扇64、66的速度而針對(duì)溫度和空氣輸送重置間接冷卻器。
[0036]通過消除對(duì)將加壓空氣從現(xiàn)有技術(shù)冷卻器的風(fēng)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(gòu)造及其總體尺寸在圖4實(shí)施例中被改進(jìn)。室44的消除通常也將改善進(jìn)入熱交換器的干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(xiàn)有技術(shù)例子中那樣供應(yīng)空氣對(duì)排出空氣比率是1:1并且需要跨越干和濕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，從而提供跨越干通道的必要的450Pa差值。然后，為了提供跨越濕通道的150Pa壓力差，恰好在風(fēng)扇66前面的靜壓力將需要是-450Pa-150Pa=-600Pa (所有壓力相對(duì)于周圍大氣)。
[0038]在η單位的供應(yīng)空氣流下需要被風(fēng)扇64施加到空氣流的功率將是450 Xη。對(duì)于風(fēng)扇66，需要被施加到濕通道空氣流的功率將是600Χη。要被兩個(gè)風(fēng)扇施加的總功率因此是1050Χη功率單位。這小于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)所需的1200Χη功率單位，并且因此本發(fā)明的設(shè)計(jì)主題用于針對(duì)等效的空氣流和冷卻的間接蒸發(fā)冷卻器的效率的增加。
[0039]在圖5實(shí)施例中，與圖4和圖1-3中相同地編號(hào)相似的整數(shù)。對(duì)于這種方案，單元的尺寸類似于現(xiàn)有技術(shù)單元(圖1-3)，而其操作效率將略微高于圖4的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種間接蒸發(fā)冷卻器，所述間接蒸發(fā)冷卻器包括: 熱交換器，所述熱交換器具有交替的濕空氣流通道和干空氣流通道，使得在使用中，第一空氣流沿第一方向穿過所述干空氣流通道，并且為從所述干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(duì)于所述第一方向以逆流行進(jìn)并且通過所述濕空氣流通道到達(dá)排出口； 氣室，所述氣室適合于接收從所述干空氣流通道出來的空氣，并且從所述氣室，所述從所述干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并且其余是供應(yīng)空氣； 潤(rùn)濕所述濕空氣流通道的裝置； 第一風(fēng)扇，所述第一風(fēng)扇適合于將空氣移動(dòng)到所述干空氣流通道中并且通過所述干空氣流通道； 其特征在于，第二風(fēng)扇位于所述濕空氣流通道的排出口的下游以將所述第二空氣吸過所述濕空氣流通道。
2.如權(quán)利要求1所述的冷卻器，其中所述第一風(fēng)扇位于所述干空氣流通道上游。
3.如權(quán)利要求1所述的冷卻器，其中所述第一風(fēng)扇位于所述干空氣流通道下游。
4.如前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的冷卻器，其中所述第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇的至少一個(gè)是速度受控的。
5.如權(quán)利要求4所述的冷卻器，其中所述第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇都是速度受控的。
6.一種間接蒸發(fā)冷卻的方法，其中低于環(huán)境壓力的壓力被施加到具有交替的濕空氣流通道和干空氣流通道的熱交換器的濕空氣流通道的排出出口，并且所述方法包括在通過所述低于環(huán)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濕空氣流通道之前使第一空氣流穿過所述干空氣流通道。
7.如權(quán)利要求6中所述的方法，其中所述低于環(huán)境壓力的壓力是可變的。
8.如權(quán)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(hào)】F24F13/30GK104344483SQ201310485838
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】R·W·吉爾伯特 申請(qǐng)人:Ff西里·諾明西斯有限公司