本发明涉及一种采用间接蒸发型热交换装置实现空气冷却的方法,最适用于在受工艺要求或劳动环境等条件的限制须与外界隔离的室内,进行空气冷却。 空气间接蒸发冷却法适于在与外界隔绝的,亦即没有外来空气流入的室内进行空气冷却。这些房屋既可以是根据工艺要求或劳动环境条件须与外界隔离的生产用房,也可以是任何其它处在特征条件下的房间。例如:处在由于放射性物质或化学药品泄漏事故而被污染的外界环境中的房间。
在这种类型的换热装置中,被称为主气流的气流的热量经隔墙导入到另一股称为辅助气流的冷却蒸发液体中。蒸发冷却的液体存留在隔墙中,或以薄膜形式,或渗入到隔墙表面覆盖的多微孔材料中。隔墙的表面上设置了气道,作为主气流地被冷却气流沿气道向一个方向流动,作为辅助气流的冷却气流则向另一个方向流动。主气流通过的气道是平气道,该气道由防水隔墙构成。辅助气流通过的气道是湿气道,湿气道由湿隔墙构成,亦即由一层液体薄膜或被浸湿的多微孔材料复盖的隔墙构成。
间接蒸发冷却的基本方法是,被冷却气流流经干气道与隔墙的热交换面接触,冷却气流同时送向流经湿气道,液体在冷却气流中从隔墙的湿表面蒸发,从而实现各气道间的热交换。
已知的空气间接蒸发冷却法(SU,A,979796),是使空气的主气流通过干气道,辅助气流同时逆向通过与干气道进行热交换的湿气道,从而实现空气冷却。
具体说,辅助气流是通过将总气流分成主气流和辅助气流,再将辅助气流排入与主气流逆向流通的湿气道获取的。
已知方法有一系列缺陷。其中最主要的缺陷在于,这种方法不能以再循环的方式进行空气冷却,因此,能源消耗过高。而且,在劳动环境条件不允许有室外空气侵入的情况下,还会导致室外空气污染主气流。
已知方法的另一个缺陷是湿气道内水分强化蒸发不足,影响冷却效率。
本发明的任务,是建立一种空气间接蒸发冷却法,通过提高辅助气流在湿气道中的质量输出来提高冷却效率。
实现这一任务的方法是:在使空气的主气流通过干气道,其辅助气流同时逆向通过与干气道进行热交换的湿气道,从而实现空气冷却的空气间接蒸发冷却法,根据本发明,予先冷却辅助气流,使其通过与第二湿气道进行热交换的第二干气道。此时,从主气流中抽出的部份被冷却气流逆向通过第二湿气道。辅助气流的运动须通过从湿气道抽气来完成。
由于辅助气流被予先冷却,且其还必须通过从湿气道抽气,因此,主气流可以被冷却到室外空气的露点温度。
下面,将参考表示本方法实现方案的附图来描述本发明的最佳实施例。
根据本发明所作的下面详细说明以一间与外界隔离的房间,亦即没有外来进气的房间的空气冷却为例。
如图所示,被冷却气流1从房间2排出,进入干气道3。被冷却气流4从流经干气道3的气流1中抽出,返回到房间2。剩余的被冷却气流5则作为辅助气流进入湿气道6。
辅助气流7在与湿气道6进行热交换的干气道8中沿着与流经气道6的气流5相反的方向流动。辅助气流7取自大气,从干气道8进入与干气道3进行热交换的湿气道9。辅助气流7的运动须通过从湿气道9中抽气来实现,所以,气道9的出口装有一部抽风机10。主气流1及其分流4则借助于风机11在房间2内循环。
被冷却空气的主气流1从房间2中排出,用风机11压入干气道3,空气与气道3的热交换面接触,在自身温度不发生变化的情况下得到冷却,然后分为气流4和气流5。气流4返回到房间2,气流5流经气道6,在其中作为辅助气流去冷却气道8中的气流7。由于用于冷却辅助气流7的辅助气流不是直接取自大气的室外空气,而是被予先冷却的气流5,因此,能够在不改变气流7湿度的条件下将其冷却到室外空气的露点温度。带有上述参数的外来被冷却气流7由排风机逆向抽入湿气道9。被加热的湿气流5则从湿气道6被排入大气层。
由此可见,气流1流经干气道3,被予先冷却的室外气流7作为辅助气流逆向流经湿气道9。两气流间的热交换和质量交换即形成房间2内气流1的间接蒸发冷却,最终使气流1的温度在其湿度不变的条件下降至室外空气的露点温度。在气流1排热和湿气道9热交换面的水分蒸发的作用下被加温加湿的气流7由风机10排入大气层。
在所述的室内空气冷却法中,室外气流7先是被抽入干气道8,然后进入湿气道9。该气流在气道8和气道9流动时,受各种阻力的影响始终有气动压头损耗。所以,气流7在流经干气道8和湿气道9的过程中,其压头值将会下降。这样就促使水蒸汽更多地从气道9的湿壁蒸发到气流7中,从而提高蒸发冷却的制冷效果。此外,气流7的压头下降致使水蒸汽的饱和温度降低,在实施空气间接蒸发冷却法时起辅助气流作用的这一气流的温度亦随之下降。总而言之,所有这些因素均可提高室内空气冷却的效率。因为,在这种情况下,既提高了制冷效率,同时又降低了室内被冷却空气的极限温度。由于整个气流7的压力在这种条件下(特别是在湿气道9中)低于大气压力,其极限温度在大气压力下甚至可能低于室外空气的露点温度。
在本方法中,为了提高蒸发冷却的效率,应给气流7增加补充的气动流动阻力。此时,抽风机10的补充能耗通常大大低于在负压气流7的水分蒸发量加大时得到的效率增益。例如采用各种多孔或膨松的热交换面,即可获得补充的气动阻力。由于气流7的负压增高,各气流间的热交换面和质量交换加大,因此也就能够获得补充的冷却效率。同时,后者还能够使得用于实现本方法的装置的体积减小,从而提高室内空气冷却的效率。
另外,从气流7抽气造成的负压有助于湿气道9表面的增湿。气道9的湿表面通常采用多微孔材料制成,其水份增湿来源于毛细上升。在这种条件下产生的负压可增加液体上升的高度和速度,因此也可以提高室内空气冷却的效率。
由此可见,由于湿气道9的质量输出增大,本室内空气冷却法能大大提高冷却效率,同时,本方法还可以利用自然温度湿差来促进潮湿和热交换面增湿。