[发明专利]改进蒸发式热交换器的方法和材料

说明书

技术领域

本发明涉及蒸发式热交换器的热交换能力的改进。特别地是，本发明的一个方面涉及一种适合用来形成蒸发式热交换器的热交换表面的材料。所公开的其他发明涉及蒸发式冷却器的运行。为了理解方便，本发明的这些方面将结合逆流蒸发式冷却器的热交换核心，以及封闭空间的通风和冷却方法、设备和系统进行描述。本发明的各个方面都可应用于适合向封闭空间供应冷却空气的整体型空调单元，以及适合供应热交换单元使用的冷却水的整体型调节单元，该热交换单元构成封闭空间冷却系统的一部分。

背景技术

整个说明书以及随后的权利要求中，除非文中有其他要求，否则措词“包括”或者其变形都应理解成暗示包含规定的整体或者步骤或者整体或者步骤的集合。

该说明书中任何现有技术的参照不会，也不应当看作是承认或者任何形式的建议该现有技术构成澳大利亚的普通公共知识的一部分。

使用蒸发式空气冷却器来冷却封闭空间是现有技术中公知的。这些冷却器都典型地构造成具有能容纳可润湿的、可渗透介质的外壁，该介质使用从内部储水器泵送的水来保湿。借助于蒸发式冷却器内设置的风扇，建筑物外部的空气通过浸湿介质吸入，并且或者直接排入封闭空间，或者通过管道系统排入封闭空间。

当空气穿过浸湿介质时，发生被称为绝热饱和的现象。根据空气的湿度，或者其吸收额外的水蒸气的能力，湿气从浸湿垫片的表面蒸发到通过的空气中。这种蒸发导致能量交换，其中液态水蒸发成蒸气所需的能量来自于浸湿垫片内的水，因此水得到冷却。通过与冷水表面的热交换，进入垫片的热空气接着被冷却。由这种现象可冷却的空气极限被称为湿球温度，就象关于焓湿的任何参考著作中定义的那样。

通过蒸发式冷却器输送的空气被冷却到一个总大于湿球温度的温度，这多少由蒸发式冷却器的设计效率决定。输送的空气也总是比进入冷却器的空气更潮湿。空气在可得到温度以及额外湿气上的极限极大地限制了通过这种方法所能获得的冷却程度，并且也限制了这种冷却装置用于相对热、干燥的气候。在典型热并且干燥的地方，诸如澳大利亚的Adelaide，蒸发式冷却的设计参数是38℃的干球温度、21℃的湿球温度。在这些设计参数下，典型的蒸发式空气冷却器将输送大约23.5℃的空气，但是该空气基本上已经加湿。比方说，在封闭空间内，这种空气所提供的环境没有制冷冷却的空调系统提供的舒适，制冷冷却的空调系统可输送15℃的空气，并且其不会增加任何额外的湿气。

在现有技术的方法中，同样已知地是，当还是只将水的蒸发用作冷却机理时，空气可以冷却到比进入空气的湿球温度低的温度。这些方法典型地借助于干式热交换，在空气与湿气表面接触而蒸发之前，以没有增加湿气的方式预冷进入空气。以没有增加湿气的方式预冷空气会降低空气的干球温度和湿球温度，这可以在任何焓湿图上观察出。当空气接着与浸湿表面接触时，该空气将冷却到一个温度，该温度接近目前下降的湿球温度而不是最初的湿球温度。如果该过程达到极限，那有可能以没有增加湿气的方式产生接近于进入空气的露点温度的冷却空气。

空气的间接蒸发式冷却过程是众所周知的。Maisotsenko的SU979796公开了一种布置，其中，空气的主流沿着干管输送，同时相反地沿着湿管输送一个辅助的空气流，湿管与干管之间处于热交换关系。通过将总流细分成主流和辅助流来获得辅助流。

该布置还在Maisotsenko的US4,977,753中得到改进，其中，湿管和干管被分成两个独立的段，在干空气流进入湿管之前，所述段可预冷干空气流，因此提高了冷却效率。

US4,977,753的布置结构的实际实施和方法在Morozov等的US5,301,518中公开。US5,301,518公开了一种结构，其包括交替的由多种材料构成的干管以及由毛细管作用的多孔材料构成的湿管。和在前公开一样，气流布置被设置成干管和湿管内的空气流逆流流动。另外，当减少适当传热所需的狭窄空气通道内存在的高压降时，为了获得必不可少的温度降，这种布置将热交换器分成两个单独的阶段。通过从热交换器下的储水器的竖直毛细作用通过毛细作用吸水可使湿管的多孔材料浸湿。