提高效率的间接蒸发冷却器的制造方法
【专利摘要】一种间接蒸发冷却器，其中来自湿通道的排出空气被第一风扇(66)从所述湿通道直接吸取，而第二风扇(64或42)为要被冷却的空气通过所述冷却器的干通道的运动提供动力。
【专利说明】 提高效率的间接蒸发冷却器
【技术领域】
[0001]本发明涉及蒸发冷却的热交换器，该蒸发冷却的热交换器用于冷却空气以便建筑物的舒适冷却。这些热交换器通常由相邻的湿和干通道构造，该相邻的湿和干通道布置成使得空气以相对逆流流过相邻的通道。
[0002]特别地，本发明涉及一种用来显著提高间接蒸发冷却系统的操作效率的方法和装置。
【背景技术】
[0003]贯穿本描述和后面的权利要求，除非上下文另外要求，词“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体将被理解为暗示包括所述的特征或步骤或特征或步骤的组。
[0004]在本说明书中参考任何现有技术不并且不应当被认为承认或以任何形式暗示那个现有技术形成澳大利亚的公共常识的一部分。
[0005]已经熟知间接蒸发冷却的构思有一段时间了，其中热交换器布置有交替的湿和干通道，空气以逆流在相邻的通道内流动。最早参考文献中的一个是Maisotsenko的SU979796, SU979796示出逆流间接冷却的原理。
[0006]更近一些，已经根据这个原理构造实用的间接冷却器以产生被冷却到接近进入空气供应的露点的温度的有用的量的空气。这种类型的早期装置在Maisotsenko的US4, 977，753中被描述，通过使用相邻通道之间的空气的完全逆流并且通过在润湿的表面上利用芯吸限制润湿的表面上的水的流动以分布水，该装置遵循SU979796的原理。使用高压风扇被加压的进入空气首先被引过干通道。在从干通道出来时，该空气的一部分(通常大约一半)通过湿通道返回，它穿过湿通道直到作为排气出现到大气压力。不通过湿通道返回的其余空气作为有用(或供应)空气出现，该有用空气已经被冷却到接近进入空气的露点的温度。
[0007]通过应用限制装置或折流板到离开干通道的供应空气，产生将那部分空气驱动通过湿通道所需的压力。由于供应空气中的能量已经经由折流板被限制而耗散，因此这代表由风扇供应到空气流的能量的浪费，因此没有热力学优势。
[0008]Reinders的US2006 / 0124287中提供类似设计。空气流动和后续的能量损失是类似的，虽然这种设计提供热交换器元件的设计的变型。James的W02006074508也使用类似的空气流构造，但在热交换器的构造中具有变化。
[0009]试图使间接蒸发冷却器更加节能的Maisotsenko设计的变体在Morozov等人的US5, 301，518中被描述。在这种设计中，间接蒸发热交换器被分成两个部分，每一个部分具有类似于Maisotsenko设计的空气流图案。总空气流从高压风扇穿过热交换器的第一半部的干通道。在离开时，该空气的一部分返回到第一半部热交换器的湿通道中并且沿着湿通道排出。剩余的空气然后流过第二热交换器的干通道。在从第二热交换器的干通道出来时，该空气的一部分返回到湿通道中并且沿着第二热交换器的湿通道排出。同样，将从第二热交换器出来的空气通过湿通道送回所需的压力通过阻碍离开干通道的供应空气被实现。
[0010]Morozov设计使全部空气流仅穿过第一热交换器干通道,该第一热交换器干通道长度较短以实现相对于原始Maisotsenko设计相同的冷却，并且因此导致通过那些干通道的较小压力降。通过第二热交换器的干通道的空气流远远少于(通常大约一半)通过第一热交换器的干通道的空气流，因此需要与空气流关联的较小压力降。因此，这种设计中的压力损失减小，但通过供应空气上的折流板的能量损失仍然相当大。
[0011]在US2004 / 0061245中，Maisotsenko描述一种替代设计，该替代设计在热交换器中使用逆流和交叉流路径的组合。在这种设计中，干通道中的空气通过相邻的干和湿通道之间的热交换器壁中的孔渐进地到达湿通道。每一个孔设计成仅允许干和湿通道之间的预定流率。一旦在湿通道中，空气就随后沿交叉流方向行进以便在湿通道的端部被排出。交换器内的空气流由空气通道的几何形状和湿和干通道之间的孔控制，并且不需要折流板来引起空气流到湿通道中。当穿过湿和干通道之间的孔时，空气流中的能量仍然被耗散，但该设计不与前述设计中那样使所有空气流遭受压力损失。能量损失减小，但代价是冷却器的热力学效率的一些损失。
[0012]在W02006074508中，James描述一种热交换器的替代构造，该替代构造使用现有技术的逆空气流原理，但其中已经改进热交换器的构造以克服尺寸限制的先前问题和从湿通路或通道的湿表面的盐的冲洗。这种设计仍然具有以下问题:需要空气以高的压力被供应到热交换器干通道，和借助通过限制装置或折流板的节流通过调节供应空气对排出空气的比率的随后的效率低的能量损失。
【发明内容】
[0013]在本发明的第一方面中，提供一种间接蒸发冷却器，该间接蒸发冷却器包括:
[0014]热交换器，所述热交换器具有交替的湿和干空气流通道，使得在使用中，第一空气流沿第一方向穿过所述干空气流通道，并且为从所述干通道出来的所述第一空气流的一部分的第二空气流相对于所述第一方向以逆流行进并且通过所述湿通道到达排出口 ；
[0015]气室，所述气室适合于接收从所述干通道出来的空气，并且从所述气室，所述出来的空气的一部分在使用中是所述第二空气并且其余是供应空气；
[0016]润湿所述湿通道的装置；
[0017]第一风扇，所述第一风扇适合于将空气移动到所述干通道中并且通过所述干通道;
[0018]其特征在于，第二风扇位于所述湿通道的排出口的下游以将所述第二空气吸过所述湿通道。
[0019]在第一方面的优选实施例中，第一风扇位于干通道的上游。
[0020]在另外优选形式中，第一风扇位于干通道下游。
[0021]在第二方面中，本发明提供一种间接蒸发冷却的方法，其中低于环境压力的压力被施加到具有交替的湿和干空气流通道的热交换器的湿通道的排出出口，并且包括在通过所述低于环境压力的压力将所述第一空气流的一部分作为第二空气吸过所述湿通道之前使第一空气流穿过所述干通道。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]现在将参考附图通过例子描述本发明，其中:
[0023]图1示出穿过现有技术间接蒸发冷却器的示意性空气和水路径；
[0024]图2示出实际现有技术间接蒸发冷却器的基本构造；
[0025]图3示出穿过图2的冷却器的纵向剖视图；
[0026]图4是穿过根据本发明的第一实施例的逆流间接蒸发冷却器的示意性纵向剖视图；并且
[0027]图5是穿过根据本发明的第二实施例的逆流间接蒸发冷却器的示意性纵向剖视图。
【具体实施方式】
[0028]图1示出用于间接蒸发冷却器工作的已知空气流构造。进入空气10被引过热交换器20的干通道12。在离开干通道时，空气流被分为供应空气18和返回空气22，该返回空气被引到湿通道14中。湿通道具有亲水内表面16，该亲水内表面能够持续地保持湿润。来自湿通道的空气通过排出开口 22出来，在该排出开口，它被排出到大气。间接蒸发冷却的这种布置能够在不添加湿气到空气的情况下产生接近进入空气10的露点的温度的供应空气18。
[0029]图2和3分别示出利用间接蒸发冷却的装置的实际布置的透视图和剖视图。空气从外部环境通过风扇42进入，该风扇供应高压空气到室44。热交换器40是多支管的，使得来自室44的高压空气仅可流过热交换器的干通道，并且流过干通道的空气必须一直流过干通道，出来到室48中。
[0030]从干通道出来到室48中的空气的一部分需要转向以通过在热交换器40的干通道之间间隔的湿通道流回。这要求室48中的压力足以克服湿通道的流动阻力，从而以所需流率离开排出口 46。通过将折流板或限制装置50应用于通过供应空气管47离开室48的空气流而实现这个压力，在所需流率下跨越折流板50的压力差在室44中导致增加的静压力。
[0031]需要风扇42来加压空气以克服与使所有供应的空气穿过干通道相关的压力损失，加上室48中的静压力。室48中的静压力足以克服通过湿通道流到排出口 46的空气的那部分的流动阻力。室48中的静压力通过调节折流板50被调节，因此产生跨越该折流板的静压力差。以这种差压通过折流板50的空气流的功率损失等于空气流量和压力差的乘积。这种损失是风扇42上的另外功率载荷，该另外功率载荷不向空气流提供另外的冷却或另外有用能量。虽然风扇42被示意性地示出为轴流风扇，但实际上由于需要的高压，通常使用离心流或组合流风扇。
[0032]在具有1:1的供应排出比率的典型的间接蒸发冷却器中，需要风扇以大约600Pa输送空气。如果所需的供应空气是比方说η单位，所需的功率将是600Χ2η=1200η功率单位。这典型地在室48中产生大约150Pa的静压力，并且因此产生跨越湿通道的150Pa的压力差以便排出。跨越热交换器的干通道的压力差是600Pa-150Pa=450Pa。
[0033]图4示出穿过根据本发明的间接蒸发冷却器的第一实施例的截面。在这种构造中，输送空气到热交换器的入口的高压风扇已经被分别在空气供应侧和排出口上的分离的风扇64、66代替。
[0034]外部环境空气通过热交换器60的面62进入。由于空气以环境空气压力进入热交换器60，因此不再需要输送空气到热交换器的入口的室或气室(图1-3中的44)不再必要。供应空气管70上的风扇64在室68中产生负的(小于环境的)压力，因此提供跨越热交换器60的干通道的、用于所需空气流的压力差。热交换器的排出管72中的风扇66提供相对于室68中的压力的负压力，该负压力足以产生通过热交换器的湿通道的所需空气流。因此，恰好在风扇66前面的静压力将是室68中的静压力和通过热交换器60的湿通道的空气流所需的压力差的总和。风扇64和66的操作可以通过电子速度控制器或其它装置被控制以产生供应空气和排出空气之间的空气流的希望比率。此外，通过改变两个风扇64、66的速度可以容易地调节这些空气流的大小和/或比率，因此实现间接蒸发冷却器的性能的优化。这允许间接冷却器在宽范围的条件下操作(通过风扇的直接控制而不需要如现有技术设计中那样干预和调节机械折流板)，并且也允许间接冷却器的操作的自动控制，例如在可编程电子控制器的控制下。
[0035]这种控制是希望的，例如，在比方说最初处于高温的居住空间的最初冷却中。在这种条件下，希望以低流率的排气和高流率的供应空气操作间接冷却器，即使这种条件导致高于最佳值的供应空气温度。供应空气的相对高的输送快速清除居住空间或房屋的热空气。一旦热空气被清除，然后就可以通过调节两个风扇64、66的速度而针对温度和空气输送重置间接冷却器。
[0036]通过消除对将加压空气从现有技术冷却器的风扇引到热交换器的入口的气室或室44的需要，间接冷却器的构造及其总体尺寸在图4实施例中被改进。室44的消除通常也将改善进入热交换器的干通道的空气流的一致性，因此略微改善热交换器的总体性能。
[0037]在如现有技术例子中那样供应空气对排出空气比率是1:1并且需要跨越干和湿通道的相同的压力差和空气流的情况下，室68中所需的空气压力将是-450Pa，从而提供跨越干通道的必要的450Pa差值。然后，为了提供跨越湿通道的150Pa压力差，恰好在风扇66前面的静压力将需要是-450Pa-150Pa=-600Pa (所有压力相对于周围大气)。
[0038]在η单位的供应空气流下需要被风扇64施加到空气流的功率将是450 Xη。对于风扇66，需要被施加到湿通道空气流的功率将是600Χη。要被两个风扇施加的总功率因此是1050Χη功率单位。这小于现有技术设计所需的1200Χη功率单位，并且因此本发明的设计主题用于针对等效的空气流和冷却的间接蒸发冷却器的效率的增加。
[0039]在图5实施例中，与图4和图1-3中相同地编号相似的整数。对于这种方案，单元的尺寸类似于现有技术单元(图1-3)，而其操作效率将略微高于图4的实施例。
【权利要求】
1.一种间接蒸发冷却器，所述间接蒸发冷却器包括: 热交换器，所述热交换器具有交替的湿空气流通道和干空气流通道，使得在使用中，第一空气流沿第一方向穿过所述干空气流通道，并且为从所述干空气流通道出来的所述第一空气流的一部分的第二空气流相对于所述第一方向以逆流行进并且通过所述湿空气流通道到达排出口； 气室，所述气室适合于接收从所述干空气流通道出来的空气，并且从所述气室，所述从所述干空气流通道出来的空气的一部分在使用中是所述第二空气并且其余是供应空气； 润湿所述湿空气流通道的装置； 第一风扇，所述第一风扇适合于将空气移动到所述干空气流通道中并且通过所述干空气流通道； 其特征在于，第二风扇位于所述湿空气流通道的排出口的下游以将所述第二空气吸过所述湿空气流通道。
2.如权利要求1所述的冷却器，其中所述第一风扇位于所述干空气流通道上游。
3.如权利要求1所述的冷却器，其中所述第一风扇位于所述干空气流通道下游。
4.如前述权利要求的任何一项所述的冷却器，其中所述第一风扇和第二风扇的至少一个是速度受控的。
5.如权利要求4所述的冷却器，其中所述第一风扇和第二风扇都是速度受控的。
6.一种间接蒸发冷却的方法，其中低于环境压力的压力被施加到具有交替的湿空气流通道和干空气流通道的热交换器的湿空气流通道的排出出口，并且所述方法包括在通过所述低于环境压力的压力将所述第一空气流的一部分作为第二空气吸过所述湿空气流通道之前使第一空气流穿过所述干空气流通道。
7.如权利要求6中所述的方法，其中所述低于环境压力的压力是可变的。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述第一空气流的流率是可变的。
【文档编号】F24F13/30GK104344483SQ201310485838
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月2日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】R·W·吉尔伯特 申请人:Ff西里·诺明西斯有限公司