CN101922772B - 多级逆流换热蒸发制冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多级逆流换热蒸发制冷装置，包括在换热室中安装着上部具有喷淋装置的直接蒸发冷却器，在喷淋装置的上部设置着出风口，在直接蒸发冷却器的下部设置着进风口，在换热室的底部设置着水箱，在机箱中均布设置着相互分隔开的换热室，在相邻的换热室之间设置着引风道，引风道的上口与上一级换热室的出风口连通，引风道的下口与下一级换热室的进风口连通，最末级换热室的出风口通向室外，后一级换热室水箱的水泵出水管连接着上一级换热室的喷淋装置，末级换热室水箱中的冷水通过水泵输出。本发明不仅可以降低冷水于进风发生热湿交换过程中的热湿交换不可逆损失，提高换热效能，而且还可以根据不同的条件和要求，实现单独供冷水或单独供冷风或同时供冷水和冷风的功能。

Description

多级逆流换热蒸发制冷装置

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，属于以室外干燥空气蕴含的干空气能为制冷的驱动力的蒸发制冷装置，特别是多级逆流换热蒸发制冷装置。 

背景技术

我国地域辽阔，气候差异明显，西北地区属于典型的干热气象条件，降水普遍较少，日照充分，属于干旱和半干旱地区。相对于内陆高温高湿地区，由于空气中水蒸气绝对数量少，相对湿度低，气候干燥，液态水越容易蒸发，水蒸发吸收热量，产生了相变制冷效应。空气越干燥，则干燥空气中其可利用的能量就越大，产生的制冷量越大，这种用来制冷的能量就称之为干空气能，而利用干空气能用于供冷的技术则称之为蒸发冷却空调技术。 

空调***按照负担室内热湿负荷所用的介质不同进行分类时，可归结为全空气***、空气一水***和全水***三大类。其中全水***由于不能起到通风换气的作用，应用较少。常见的为全空气***和空气一水***。 

全空气***是指通过空气处理机产生冷风，以空气为载冷介质，输送到空调房间，由冷风承担房间全部热湿负荷的空调***。由于空气的比热容较小，需要较多的送风量才能达到消除余热、余湿的目的，因此要求有较大断面的风道或较高的风速。这种***的特点是初投资小，引入新风可靠，有利于改善室内的空气品质；但风管***的空气输配***所需的建筑空间较大，一般要求住宅有较高的层高，同时还应考虑风管穿越墙体的问题，和建筑的配合要求较高。 

空气一水***是指空调房间的热湿负荷由空气和水共同负担该空调***通过冷水机组产生出空调用冷水，由管路***输送到室内的各末端装置，诸如风机盘管、冷辐射盘管等，通过换热消除房间余热余湿量。与此同时，通过空气处理机产生冷风，输送到空调房间，供人体所需的新风量。因此该***单个房间调节性能较好，由于冷水比热容较大，冷水输配***所占的空间很小，冷水机组占用建筑空间较小，和建筑的配合相对较好。 

纵观已有的专利和现有技术，早期的技术以蒸发制冷空气处理机居多，构成蒸发冷却全空气空调***。空气处理机通过蒸发制冷，获得的冷风，送入空调房间，承担房间的热湿负荷的蒸发制冷空调***。冷源来自于蒸发制冷空气处理机，输出的载冷介质为单一的冷风。 

部分专利涉及利用干空气能制冷，可以利用室外干燥的新风制冷，产生冷水，冷水温度理论上可以趋近于新风的露点温度，输出的载冷介质为单一的冷水。 

部分专利涉及一种同时产生冷水和冷风的间接蒸发制冷方法及装置，空气与 水的热质交换过程为交叉流(横流)，并且只能同时产生冷水和冷风，不能实现单独供冷风或冷水的功能。 

另外，冷水与进风发生热湿交换的过程中存在较大的热温交换不可逆损失，降低了换热效能。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级逆流换热蒸发制冷装置，不仅可以降低冷水与进风发生热湿交换过程中的热湿交换不可逆损失，提高换热效能，而且还可以根据不同的条件和要求，实现单独供冷水或单独供冷风或同时供冷水和冷风的功能。 

本发明的目的在于提供一种多级逆流换热蒸发制冷装置，包括在换热室中安装着上部具有喷淋装置的直接蒸发冷却器，在喷淋装置的上部设置着出风口，在直接蒸发冷却器的下部设置着进风口，在换热室的底部设置着水箱水泵，在机箱中均布设置着相互分隔开的换热室，在相邻的换热室之间设置着引风道，引风道的上口与上一级换热室的出风口连通，引风道的下口与下一级换热室的进风口连通，最末级换热室的排风机出风口通至换热室外。 

由于本发明在机箱中均布设置着换热室，在相邻换热室之间设置着引风道，引风道的上口与上一级换热室的出风口连通，引风道的下口与下一级换热室的进风口连通，这样每个水箱中的冷却水与相对应的换热室进行热湿交换后的温度各不同，次级换热水箱的水温高于上级。因此在沿空气水平流动方向上，相互独立的水箱的水温由高到低依次排列。由于实现了喷淋水的水温按梯度分布，与进风进行热质交换时，充分发挥热湿交换的潜力，将不可逆损失将到最低，使得在换热室中始终保持尽可能大的换热驱动势，提高了换热效能，提高了制冷效果。另外，还可以根据不同的条件和要求在本发明的基础上，可以拓宽使用功能，实现单独供冷水或单独供冷风或同时供冷水和冷风的功能。 

附图说明

下面将结合附图对本发明作进一步说明。 

图1为本发明的主体结构示意图； 

图2为本发明直接蒸发冷却器外形呈平行四边形的结构示意图； 

图3为用户供冷水的结构示意图； 

图4为进风表冷器预冷给用户提供冷水的结构示意图； 

图5为用户端并联表冷器的结构示意图； 

图6为用户并联、串联表冷器型结构示意图； 

图7为给用户提供干冷风串联表冷器型的结构示意图； 

图8为给用户提供冷水和干冷风的结构示意图； 

图9为给用户提供冷水和湿冷风的结构示意图； 

图10为给用户提供干冷风串联表冷器的结构示意图； 

图11为给用户提供湿冷风和冷水并联表冷器的结构示意图； 

图12为给用户提供冷水和干冷风，并联表冷器的结构示意图； 

图13为给用户提供冷水和湿冷风；并、串联表冷器的结构示意图； 

图14为给用户提供冷水和干冷风，并、串联表冷器的结构示意图。 

具体实施方式

一种多级逆流换热蒸发制冷装置，如图1所示，包括在换热室中安装着上部具有喷淋装置2的直接蒸发冷却器1，在喷淋装置2的上部设置着出风口，在直接蒸发冷却器1的下部设置着进风口，在换热室的底部设置着水箱4和水泵，在机箱中均布设置着相互分隔开的换热室，在相邻的换热室之间设置着引风道3，引风道3的上口与上一级换热室的出风口连通，引风道3的下口与下一级换热室的进风口连通，最末级换热室的出风口通至换热室外。 

如图2所示，直立的直接蒸发冷却器1的外形呈平行四边形，其中直接蒸发冷却器底部的迎风面与水平线的夹角呈锐角。由于直接蒸发冷却器底部的迎风面与水平线的夹角呈锐角，扩大了迎风面的面积，使空气流动的风压损失较小，提高了传热介质驱动势，进而提高了换热效率。 

如图3所示，下一级换热室水箱4水泵出水管连接着上一级换热室的喷淋装置2，首级换热室水箱4水泵的出水管连接着用户5，用户5的出水管连接着末级换热室的喷淋装置2。从首级换热室水箱4水泵输出最低温的冷水，送入用户5实现制冷。用户5为空调房间末端或风机盘管或地板辐射供冷盘管或新风机组表冷器。 

如图4所示，在机箱的前部设置着具有进口的进风道7，进风道7的出口连接着首级换热室的进风口，在进风道7的进口上安装着表冷器6，用户5的出水管连接着表冷器6的进水口，表冷器6的出水口通过管道连接着末级换热室的喷淋装置2。表冷器6对进风进行等湿冷却，降低进风的干球温度和湿球温度，随后从首级换热室的下方进入首级换热室，与喷淋装置2均布的喷淋水在填料内部形成的自上而下的水滴、水膜发生第一次逆流热质交换，产生的冷水落入首级换热室水箱4，由水泵输送至用户5，同样在第二级至n级换热室中产生不同温度的冷水，按照不同分配比例，分别连接上级喷淋装置2和输送到用户5。 

如图5所示，水泵的水箱4通过三通管分别连接着用户5和表冷器6，用户5的出水管和表冷器6的出水管通过三通接头汇集的管道连接着末级换热室的喷淋装置2。该机组为冷水机，用户端并联表冷器。 

如图6所示，在进风道7的进口上安装着水路串联的两级表冷器6，首级换 热室的水箱4水泵的出水管通过三通管分别连接着用户5和第二级表冷器6的进水口，用户5的出水管与两级表冷器6的串联水管相连接，第一级表冷器6的出水管连接着末级换热室的喷淋装置2。首级换热室水箱4的冷水通过水泵引出，一部分水通入用户5，另一部分通入第二级表冷器6，用户5和表冷器6为并联，两部分水在第一级表冷器6后的串联水管汇合后，再进入第二级表冷器6，释放冷量后，通过管路接入末级换热室的喷淋装置2。 

如图7所示，在机箱上设置的出口装有引风机的供风道8，进风道7的出口同时连接着首级换热室的进风口和供风道8的进口，首级换热室水泵的出水管连接着表冷器6的进水口，表冷器6的出水口通过管道连接着末级换热室的喷淋装置2。该机组为冷风冷水机，在提供冷水的同时，也提供干冷风，另外一部分冷风作为工作介质进入机组。 

如图8、图9所示，首级换热室水泵的出水管连接着用户5，用户5的出水管连接着表冷器6的进水口，表冷器6的出水管连接着末级换热室的喷淋装置2。图8为给用户提供冷水和冷干风，串联表冷器型。图9为给用户提供冷水和湿冷风，串联表冷器型。 

如图10所示，进风道7的出口同时连接着第一级换热室的进风口和供风道8的进口，在进风道7的进口上安装着水路串联的两级表冷器6，首级换热室水箱4水泵的出水管连接着第二级表冷器6的进水口，第一级表冷器6的出水管连接着末级换热室的喷淋装置2。为用户5提供干冷风，串联表冷器6的机型。 

如图11所示，其中一级换热室的引风道3的下部开口连接着供风道8的进口，首级换热室水箱4水泵通过三通管分别连接着用户5和表冷器6，用户5的出水管和表冷器6的出水管通过三通接头汇集的管道连接着末级换热室的喷淋装置2。为用户5同时提供冷水和湿冷风，串联表冷器6的机型。 

如图12所示，进风道7的出口同时连接着首级换热室的进风口和供风道8的进口，首级换热室水箱4水泵通过三通管分别连接着用户5和表冷器6，用户5的出水管和表冷器6的出水管通过三通接头汇集的管道连接着末级换热室的喷淋装置2。为用户5同时提供冷水和干冷风，串联表冷器6的机型。 

如图13所示，其中一级换热室的引风道3开口连接着供风道8的进口，在进风道7的进口上安装着两级表冷器6，首级换热室水箱4的水泵通过三通管连接着用户5和第二级表冷器6，两级表冷器6通过水管串联，用户5的出水管与两级表冷器6的串联水管相连接，第一级表冷器6的出水管连接着末级换热室的喷淋装置2。为用户5同时提供冷水和湿冷风，串联、并联表冷器6的机型。 

如图14所示，进风道7的出口同时连接着首级换热室的进风口和供风道8的进口，在进风道7的进口上安装着两级表冷器6，首级换热室水箱4的水泵通 过三通管连接着用户5和第二级表冷器6，两级表冷器6通过水管串联，用户5的出水管与两级表冷器6的串联水管相连接。为用户5同时提供冷水和干冷风，串联、并联表冷器6的机型。 

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14所示，在首级换热室后部其中的引风道3上部的机箱壁上设置着进风口9，向机内补入室外新风。 

Claims (14)

1.一种多级逆流换热蒸发制冷装置，包括在换热室中安装着上部具有喷淋装置(2)的直接蒸发冷却器(1)，在喷淋装置(2)的上部设置着出风口，在直接蒸发冷却器(1)的下部设置着进风口，在换热室的底部设置着水箱(4)和水泵，其特征是：在机箱中均布设置着相互分隔开的换热室，在相邻的换热室之间设置着引风道(3)，引风道(3)的上口与上一级换热室位于上部的出风口连通，引风道(3)的下口与下一级换热室的进风口连通，最末级换热室的排风机出风口通至箱体外。

2.根据权利要求1所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：直立的直接蒸发冷却器(1)的外形呈平行四边形，其中直接蒸发冷却器(1)底部的迎风面与水平线的夹角呈锐角。

3.根据权利要求1所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：下一级换热室水箱(4)的水泵出水管连接着上一级换热室的喷淋装置(2)，首级换热室水箱(4)水泵的出水管连接着用户(5)，用户(5)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

4.根据权利要求3所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在机箱的前部设置着具有进口的进风道(7)，进风道(7)的出口连接着首级换热室的进风口，在进风道(7)的进口上安装着表冷器(6)。

5.根据权利要求4所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：用户(5)的出水管连接着表冷器(6)，表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

6.根据权利要求4所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：首级换热室水箱(4)水泵通过三通管分别连接着用户(5)和表冷器(6)，用户(5)的出水管和表冷器(6)的出水管通过三通接头汇集的管道连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

7.根据权利要求4所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在进风道(7)的进口上安装着水路串联的两级表冷器(6)，首级换热室的水箱(4)水泵的出水管通过三通管分别连接着用户(5)和第二级表冷器(6)的进水口，用户(5)的出水管与两级表冷器(6)的串联水管相连接，第一级表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

8.根据权利要求4所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在机箱上设置着出口装有引风机的供风道(8)，进风道(7)的出口同时连接着首级换热室的进风口和供风道(8)的进口或其中一级换热室的引风道(3)开口连接着供风道(8)的进口。

9.根据权利要求8所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：首级换热室水箱(4)水泵的出水管连接着表冷器(6)，表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

10.根据权利要求8所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：首级换热室水箱(4)水泵的出水管连接着用户(5)，用户(5)的出水管连接着表冷器(6)的进水口，表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

11.根据权利要求8所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在进风道(7)的进口上安装着水路串联的两级表冷器(6)，首级换热室水箱(4)水泵的出水管连接着第二级表冷器(6)的进水口，第一级表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

12.根据权利要求8所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：首级换热室水箱(4)水泵通过三通管分别连接着用户(5)和表冷器(6)，用户(5)的出水管和表冷器(6)的出水管通过三通接头汇集的管道连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

13.根据权利要求8所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在进风道(7)的进口上安装着两级表冷器(6)，首级换热室水箱(4)的水泵通过三通管连接着用户(5)和第二级表冷器(6)，两级表冷器(6)通过水管串联，用户(5)的出水管与两级表冷器(6)的串联水管相连接，第一级表冷器(6)的出水管连接着末级换热室的喷淋装置(2)。

14.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8或9或10或11或12或13所述的多级逆流换热蒸发制冷装置，其特征是：在首级换热室后部其中的引风道(3)上部的机箱壁上设置着进风口(9)。

Images