微通道与膜技术结合的蒸发冷却装置的制作方法

本发明属于空气调节技术领域，主要涉及一种微通到辅助薄膜露点蒸发冷却装置。

背景技术：

如今，建设绿色建筑成为建筑行业转型发展的重要途径之一，合理利用天然冷源，以及空气的低品味热能，成为了空调领域节能和能源合理利用的两个转型突破口。因此，蒸发冷却这一节能环保、可持续发展的新型制冷技术受到了国内外业界的广泛关注。其以水作为制冷剂，将水分蒸发吸热作为自然冷源代替传统空调系统制冷机组的运行，使得设备具有以下优势：

（1）成本低(初投资约为常规空调设备的1/2，价格低廉方便得到)；

（2）能耗低(不使用压缩机，运行能耗约为常规空调设备的1/5）；

（3）空气品质高，采用100%全新风运行。

蒸发冷却根据流体与空气的接触方式，可以分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。而基于该技术的露点蒸发冷却技术是一种不使用压缩机，将直接和间接蒸发冷却通道相结合，通过空气与水的直接和间接接触，使空气或水冷却到湿球温度以下、直至达到露点温度的新型热力循环。

典型露点蒸发冷却装置由干空气通道和湿空气通道组成,干空气通道中的二次空气湿度不变,且通道的中间有小气孔，流经此处的二次空气穿过气孔流入湿空气通道中,并与湿空气通道中原有的一次空气一起被绝热加湿,自身温度降低,再对干通道中的二次空气进行等湿冷却，使其接近露点温度。

国外对于蒸发冷却技术的研究，引进了一种新的膜技术概念，即利用薄膜吸水，与空气接触以增大换热面积。主要方法有以下两种：

1）利用纳米微孔薄膜使蒸发过程中两相分离。然而国外学者研究发现，在该方法中，液体自发地被吸入覆盖了疏水性多孔膜的微通道中，并水蒸气从薄膜的细孔中排出。由于相变是发生在膜下，因此就会产生额外的热阻，削弱传热效果。

2）另一种利用汽化焓和自然分离两相的方法是薄膜蒸发技术。使用，从而使得通过该薄液膜的整个传热效果显著增强。然而在大区域内，需要很大的泵压才能将液体压入薄膜中。因此，为了是液体能自动流入薄膜中，通常使用纳米芯吸来产生毛细管压力，将液体吸入蒸发的薄膜区域。对此，前人的研究工作主要在于，例如蒸发从钛柱阵列^[]和氧化铝多孔膜。

综合考虑上述两种方式的优劣性，需要一种新型露点蒸发冷却装置，该装置将纳米多孔薄膜与微通道技术相结合以实现薄膜蒸发冷却。其基本原理即利用了薄膜中小孔所产生的毛细管压力，及通过减小薄膜厚度来实现粘性损失的最小化。

技术实现要素：

本发明提出一种微通道与膜技术结合的蒸发冷却装置，利微通道来实现在纳米微孔薄膜中的蒸发冷却，该装置依靠纳米微孔产生的毛细管压力来驱动流体，并利用相变来吸收设备巨大的散热量。与此同时，流经微通道和膜的粘性损失，以及穿过流体的整体热电阻均达到了最小化。

为实现上述目的，本发明的技术主案是：一种微通道与膜技术结合的蒸发冷却装置，具有一封闭箱，封闭箱外部连接循环水泵和输水管；冷凝管和冷凝器，其特征在于：所述封闭箱内由一隔热板分成上下两个空间，上空间为干空间，下空间为湿空间，隔热板上方放置一层纳米多孔吸水薄膜，纳米多孔吸水薄膜上等间距设置竖直微通道，竖直微通道上侧与冷凝管连通，利用微通道毛细管压力以及纳米多孔薄膜的吸水性，在湿空间和干空间内分别对两股空气进行直接和间接蒸发冷却，使其分别达到湿球温度和露点温度以满足不同场合的环境空气要求。

所述封闭箱底部设置蓄水槽。

所述湿空间内具有一次湿空气，一次湿空气与底部蓄水池内的冷却水直接接触，进行直接蒸发冷却，直接蒸发冷却过程中，一次湿空气等焓增湿降温，最低可达到空气湿球温度；同时水放出汽化潜热，温度降低，进入输水管，通过循环水泵，被送往隔热板上方的纳米多孔吸水薄膜对其进行浸润，使纳米多孔吸水薄膜始终保持吸水湿润状态。

在微通道毛细作用下，所述纳米多孔吸水薄膜中的冷却水自动地被吸入微通道的立管中，进入隔热板上方的干空间；当水被吸入所述微通道内进入上部的干空间内，二次空气与微通道内的冷却水进行换热，冷却水吸收空气的热量变为蒸汽，外部二次空气被等湿降温。

所述微通道中的蒸汽通过上侧水平的冷凝管至外部冷凝器，冷凝放热变为液态，再进入蓄水槽中循环使用。

本发明的有益效果是：本发明利用间接蒸发冷却技术原理，通过使用干湿空间代替传统露点冷却中的干湿通道，结合微通道技术增大接触面积以改善二次空气的间接蒸发冷却效果，旨在使用膜技术于微通道中，更好地改善露点蒸发冷却技术的制冷效果。

附图说明

图1为基于膜的蒸发冷却装置原理示意图；

图2为本发明的微通道辅助薄膜露点蒸发冷却装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出的这种基于膜的蒸发冷却装置，利微通道来实现在纳米微孔薄膜中的蒸发冷却，如1图所示。

如图2所示，本发明的微通道辅助薄膜露点蒸发冷却装置，装置主体为一封闭长方体封闭箱，封闭箱外部连接循环水泵4和输水管3；冷凝管5和冷凝器6。装置主体内由一隔热板9分成上下两个空间，上空间为干空间1，下空间为湿空间2，隔热板9上方放置一层纳米多孔吸水薄膜8，膜上等间距竖直设置微通道10，上侧与冷凝管连通。

隔热板9上侧为干空间1，下侧为湿空间2。基于露点蒸发冷却原理，湿空间内为一次湿空气a，与装置底部的蓄水池7内的冷却水直接接触，进行直接蒸发冷却。该过程中，一次湿空气a等焓增湿降温，最低可达到空气湿球温度；同时水失去汽化潜热，温度降低，进入输水管3，通过循环水泵4，被送往隔热板9上方的纳米多孔薄膜8表面对其进行浸润，使薄膜始终保持吸水湿润状态。薄膜上方等间距地竖直设置微通道10，在微通道10毛细管压力作用下，薄膜中的冷却水自发地被吸入微通道立管中，进入隔板上方的干空间。隔热板材质应选用保温隔热效果较好的材料。

由于可以同时对两股不相关的空气分别进行直接和间接冷却，该装置可以根据不同的环境温湿度度要求，同时对不同空间进行冷却。

当水被吸入微通道10内进入侧干空间1内，二次空气b通过微通道10管壁，与通道中的冷水间接蒸发冷却，使其等湿降温至接近露点温度。

从纳米多孔薄膜8里被吸入微通道10中的液体吸收热量，蒸发成纯水蒸汽，达到饱和后凝结在壁上。通过微通道10上侧水平的冷凝管5，将水蒸气导出至外部冷凝器6中冷凝，再进入蓄水池7中循环使用。

在运行过程中，当液体渗入薄膜中的纳米小孔时，会被吸入微通道中，并且在其内部隔着微通道壁吸收外部空气热量，蒸发成纯水蒸汽，最终凝结在冷凝器中。该装置依靠纳米微孔产生的毛细管压力来驱动流体，并利用相变来吸收设备巨大的散热量。可见，将微通道技术运用于基于膜的蒸发冷却中，对于系统的换热性能有很大帮助。

综上所述，为了强化二次空气与水的间接冷却效果，本发明新型的装置用以改进传统的在干通道内的二次空气处理过程。事实上，本发明利用微通道蒸发器技术，一来由于其换热表面积大，可以增加二次空气与微通道内液体的间接传热面积，其次，由于其承压能力高，能够适应较大空间范围内的液柱压力。

由于将液体注入微通道需要极高的泵压，在较大空间内亦需要很大的水泵能耗，因此采用一层纳米微孔薄膜置于微通道下端，当液体渗入薄膜中的纳米小孔时，由于其产生的毛细管压力，使液体自发地注入微通道内，通过通道壁与二次空气间接接触换热。该装置依靠纳米微孔产生的毛细管压力来驱动流体，并利用相变来吸收设备巨大的散热量。与此同时，流经微通道和膜的粘性损失，以及穿过流体的整体热电阻均达到了最小化。