[发明专利]具有精确温度控制的直接蒸发冷却系统

说明书

一种空气处理系统包括可移动蒸发介质部分。可移动蒸发介质部分能够在关闭位置和打开位置之间移动。当可移动蒸发介质部分处于打开位置时，可移动蒸发介质部分将开口暴露于空气流，并且定位成允许容积中的至少一部分空气流围绕可移动蒸发介质部分流动并且流动通过开口。

相关申请的交叉引用

本申请以2016年5月9日提交的美国临时专利申请第62/333,425号和2017年5月8日提交的美国专利申请第15/589,279号为基础，它们的全部内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及空气处理系统以及控制空气处理系统的系统和方法。特别地，本发明涉及用于空气处理单元的蒸发冷却系统或加湿系统。例如，特别合适的应用是数据中心冷却系统。

背景技术

蒸发冷却系统(由于蒸发冷却系统既能冷却空气又能加湿空气，有时也被称为蒸发加湿器)越来越多地用于数据中心冷却以及在住宅和工业建筑内的空气处理系统中的其他应用。期望这些蒸发冷却系统提供精确温度控制以及可行的最低压降以便最小化风扇功耗。

一种这样的系统是由Munters公司制造的FA6^TM蒸发加湿器/冷却器。在Munters公司的题为“Evaporative Humidifier/Cooler FA for AHU’s Technical Manual”且编号为HC/MMA/TGB-1711-06/10的出版文献中描述了FA6^TM蒸发加湿器/冷却器，其公开内容通过全文引用而并入本文。例如，如图1所示，在蒸发冷却系统100中，水通过分配集管104供应到蒸发介质102的顶部。水沿着蒸发介质102的表面(通常为波纹状)流下，并且暖干空气(输入空气112)被引导穿过蒸发介质102到达蒸发介质102的上游面106。当暖干空气(输入空气112)经过蒸发介质102时，它蒸发一部分水。用于蒸发的能量从输入空气112本身汲取，这导致冷湿空气(输出空气114)离开蒸发介质102的下游面。

当润湿时，给定的蒸发介质102的几何形状和空气流速将提供设定的蒸发效率。该效率可以作为干湿球温差效率(Wet Bulb Depression Efficiency，WBDE)进行计算，其定义为以百分比效率测量的空气从干球温度(DBT)冷却到其湿球温度(WBT)的冷却程度。当蒸发介质102干燥时，该效率为零，并且不实现冷却。使蒸发介质102部分润湿是不实用的，原因是在每次进行干燥时，重复的湿/干循环会留下水垢。重复的湿/干循环也对介质寿命有害。当水首次流动通过蒸发介质102时，在几分钟内即可见到完全冷却。然而，当水流停止时，冷却效果在蒸发介质102的本体中所吸收的水蒸发的同时得以保持。该时间基于包括空气速度、DBT、WBT和介质类型的多种变量而变化，原因是不同的介质几何形状和组成保持不同的吸水量。通常，蒸发介质102可能需要20分钟或更长时间才能完全干燥并且在水流终止后失去其冷却能力。

在期望的设定点提供冷却或加湿的输出空气114通常是重要的。仅用简单的润湿蒸发介质102不能实现这一点。即使忽略从干到湿或从湿到干的过渡期，输入空气112也会被冷却到由输入空气112的性质(例如温度和湿度)和介质效率限定的温度，或者输入空气112根本不会被冷却。除非设定点是这些值中的一个，否则输出空气114将不会被冷却到所需的设定点。结果，已经提出了各种方法和系统来控制蒸发冷却系统100以调节输出空气114的温度和湿度。

最简单的控制形式是将蒸发介质102布置在具有单独的水分配系统的各个储库(bank)中。水流由泵或阀控制以仅润湿用以提供期望冷却所需数量的储库。通过将离开润湿介质的冷空气与来自未润湿介质的较暖空气混合，可以实现接近期望温度设定点的混合温度。由于蒸发介质102在被润湿之后迅速开始冷却，因此系统相当快速地响应对于增加冷却的要求；但是减少冷却量是缓慢的，原因是在水流终止之后介质在较长的时段内保持湿润(如上所述)。另外，该控制方法仅基于打开或关闭单个储库来提供冷却能力的离散变化。结果，该方法不能提供连续可变的冷却控制。