专利名称：利用固体介质渗透除湿的空气多级蒸发冷却方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于通风空调蒸发冷却技术领域，尤其涉及空气多级蒸发冷却过程中使用
一种低耗能的除湿方法给空气除湿，从而提高蒸发冷却效率，使蒸发冷却后空气降温幅度 加大，使蒸发冷却技术推广不受地域范围的限制。
背景技术：
当今，能源短缺和环境恶化已成为一个世界性问题，如何合理有效地利用能源及 保护环境，是世界各国所共同关心的焦点之一，也是实现可持续发展的关键。自从上世纪70 年代两次全球能源危机以来，节能已成为发达国家关注的热点；而90年代提出可持续发展 理论和环境资源保护以后，节能和环保为世界各国所重视。随着科技的进步和人们生活水 平的提高，空调技术的应用日趋广泛，空调的能耗也在逐年持续增加。蒸发冷却技术是一种 节能环保的空调技术，如果得以全面推广，将可以改善能源短缺及环境恶化的难题。
目前，蒸发冷却采用以下几种方式
直接蒸发冷却 直接蒸发冷却(简称DEC)是指空气与大面积的水接触，由于水的蒸发，空气和水 的温度都降低，而空气的含湿量有所增加，空气的显热转化为潜热，这是一个绝热加湿过 程。它要以在冷却塔、喷水室或其他绝热加湿设备内实现，室外需要处理的空气在接触式换 热器内与水进行热湿交换后，空气干球温度下降，含湿量增加。实现绝热、加湿、降温的空气 处理过程。理想(蒸发效率100%)的空气直接蒸发冷却器，空气经过蒸发冷却后其干球温 度也只能降到原来湿球温度，如北京夏季室外空调计算温度干球温度33. 6t:，湿球温度 26. 9°C，即使是蒸发效率100%直接蒸发冷却器，空气干球温度最低降到26. 9°C (相对湿度 100% )，显然此状态的空气显然不能作为空调送风使用，此种蒸发冷却方式在很多地区不 能做空调使用。 目前广泛使用的冷却水塔属于直接蒸发冷却技术，其工作原理是将被冷却的水 在室外环境当中与空气充分接触使部分水吸热蒸发；另一大部分水放出热量，温度降低从
而得到冷却水。无论哪种方式的冷却水塔其水被冷却后的出水温度必然高于室外空气的湿 球温度，在夏季尤其是在我国东南沿海地域空气湿球温度低于1『C的情况极少出现，即使 出现也是一天内的某个时刻，因此只使用冷却塔蒸发降温技术在炎热的夏季连续提供低于
22t:冷却水是不具可能的。 间接蒸发冷却 间接蒸发冷却(简称IEC)是指把直接蒸发冷却过程中降低了干球温度的空气和 水通过非接触式换热器冷却待处理的空气，这样就可以得到降低了温度，但含湿量不增加 的送风空气，此过程为等湿冷却过程。若把直接蒸发冷却中用的空气称二次空气，待处理的 空气称一次空气。理想(蒸发效率100%)的空气间接蒸发冷却器，二次空气经过直接蒸发 冷却后其干球温度也只能降到二次空气初始湿球温度，按照最佳可实现的换热器考虑，一 次空气可以降温到比二次空气初始湿球温度高2t:。如北京夏季室外空调计算温度干球温度33. 6t:，湿球温度26. 9°C，即使是蒸发效率100%空气间接蒸发冷却器，二次空气干球 温度最低降到28. 9°C (相对湿度78% )，显然此状态的空气显然不能作为空调送风使用。 此种蒸发冷却方式在很多地区不能做空调使用。
多极组合式蒸发冷却 为扩大天然冷源使用范围，提高室内舒适标准和减小风道断面面积，将间接蒸发 冷却的一段或两段与直接蒸发冷却段串联组合的机组称为二级或三级蒸发冷却。 一般应先 选用二级蒸发冷却，即直接蒸发和间接蒸发串联使用，从而获得温度与焓值较低的送风状 态。通常推荐采用的三级蒸发冷却是表冷器冷却+板式间接蒸发冷却+直接蒸发冷却方式， 其中表冷器里面的冷水是通过冷却塔直接蒸发冷却制取的。由于此种蒸发冷却依旧是以前 两种技术为基础，因此空气蒸发冷却的最低温度也不会低于被处理空气初始的湿球温度。
以上三种空气蒸发冷却方式归根结底是受到需要处理的空气湿球温度限制。《实 用供热空调设计手册》(陆耀庆编)中阐述了一个蒸发冷却的规律当室外空气湿球温度 超过20°C，目前上述三种蒸发冷却方式都不能成为有效的空调方式，同时也不能提供低于 22"C冷水。
发明内容
本发明目的之一是将一种低能耗(固体介质蒸发渗透)空气除湿方法与空气蒸发 冷却方法结合，组成多级蒸发冷却设备，该设备夏季不需要另加冷源实现空调降温除湿的 功能。此方法既可以处理新风，也可以处理空调回风，同时也可以处理新风与回风的混合空气。 本发明目的之二是在提出一种低能耗(固体介质蒸发渗透)空气除湿方法与空气 蒸发冷却方法结合的基础上，再加入一级空气热回收装置，组成带热回收多级蒸发冷却设 备，处理室外新鲜空气，满足房间通风空调需要，从而提供一种更加高效节能的绿色新风换 气空调机组。不需要另加冷源处理空调房间引入的室外新鲜空气，达到空调夏季送风要求。
本发明目的之三是将一种低能耗空气除湿装置与空气蒸发冷却器结合，组成多级 蒸发冷却设备，在夏季处理室外环境的空气，使空气的湿球温度较低。此处理好的空气送入 到冷却塔内，从而使经冷却塔冷却的水其出水温度低于室外空气的湿球温度。
为了实现本发明的目的，提出一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷 却方法，所述方法包括步骤 1)夏季风机引导空气先经过空气过滤网料1过滤空气； 2)空气过滤后再经过含水充足的湿帘填料2，所述湿帘填料2表面水蒸发，空气加 湿降温； 3)温度下降后的空气再经过除湿段3，空气等温减湿，空气湿度下降； 4)等温减湿后的空气再经过含水充足的湿帘填料2，此时空气吸收水蒸气，空气
进一步加湿降温； 其中，在除湿段3空气的等温减湿，是利用固体介质吸收水分的同时使水分子向 负压段渗透蒸发的特性实现的。 当空气相对湿度高于60%时，在所述步骤2)之前，增加将过滤后的空气先经过除 湿段，使空气等温减湿的步骤。
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本发明还包括，在步骤4)之后，增加使进一步加湿降温的空气进入一个冷却水塔ll，用来制取冷水的步骤。 本发明还提出一种利用固体介质渗透除湿特性的多级蒸发冷却装置，所述的装置由以下单元构成 空气过滤网l，该过滤网1由塑料网、尼龙网或金属网构成； 湿帘填料2，该湿帘填料2通过循环泵供水或直接用自来水供水；湿帘填料2为无机填料、有机填料、金属填料、木丝填料或无纺布填料；
除湿段3，该除湿段3由固体介质制作成；
湿帘填料2。 当进入本装置的空气相对湿度高于60% ，在所述空气过滤网1和湿帘填料2之间增加一个除湿段3，先经过除湿段3进行等温除湿，再经过湿帘填料2等焓加湿降温。
本发明还提出一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却的空调新风处理装置，所述的装置由以下单元排列构成
空气过滤网1 ; —组雾化喷头4，该喷头与循环用水接通；
湿帘填料5 ;
除湿段3 ;
湿帘填料2 ;
除湿段3 ; 其中，所述的湿帘填料5的水份由雾化喷头4产生的水雾提供。 本发明还可以在所述空气过滤网1和湿帘填料2之间增加一个空气热回收热交换
器6，所述空气热回收热交换器的一个通道是室外新鲜空气，另一个通道是空调房间排出的
空气，两个通道的气流不直接接触，通过换热器进行能量交换。 所述空气热回收热交换器6可以是板式、转轮式、热管式或盘管式的热交换器。
本发明还提出一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却的冷却塔制取冷水装置，所述的装置包括
空气过滤网1 ;
湿帘填料2;
除湿段3 ;
湿帘填料2 ;
除湿段3 ; 冷却水塔11和风机12，该冷却水塔11是敞开式的或封闭式。 所述风机12可以安装在冷却水塔11水塔本体上，也可以安装在冷却水塔11的其他支撑物上，通过通风管道与冷却水塔11连接。 设置多组由所述空气过滤网l，湿帘填料2，除湿段3，湿帘填料2和除湿段3组成的单元与所述冷却水塔11组合，为冷却水塔11提供低于室外环境湿球温度的空气。
本发明是一种全新的空气除湿技术与成熟的空气蒸发冷却技术的结合，将蒸发冷却空调技术受环境湿球温度限制的短处彻底改变，蒸发冷却空调技术不仅可以使用在西北地区，同样也可以使用在东部沿海地区，中原地区。其可以作为空调器、风机盘管、新风机、新风换气机、组合式空调箱使用，广泛适用于餐饮、医院、学校、商场、宾馆等公共场所。与 目前传统空调相比较节能幅度高达50%。
图1是本发明的直接蒸发冷却方法原理图2利用本发明的直接蒸发冷却方法的空调新风装置示意图
图3增加空气热回收换热器的新风换气空调机组示意图4利用本发明的多极组合式蒸发冷却装置的冷却水塔；
图5是固体介质制作成的除湿段。1空气过滤网7水箱2湿帘填料8水过滤器3除湿段9水泵4喷雾头io真空泵5湿帘填料11冷却水塔6热回收器12冷却水塔风机
具体实施例方式
下面结合附图详细说明本发明的空气多级蒸发冷却方法与装置，图1是本发明的 直接蒸发冷却方法原理图；如图所示，本发明的方法是将风机送入的夏季室外空气，①先经 过空气过滤网料1过滤空气；②空气过滤后再经过含水充足的湿帘填料2，湿帘填料2表面 水蒸发，空气加湿降温；③温度下降后的空气再经过除湿段3，空气等温减湿，空气湿度下 降；④再经过含水充足的湿帘填料2，此时空气吸收水蒸气，空气进一步加湿降温。
本发明的方法所使用的装置由以下几个单元依次串连而成
①空气过滤网1，该过滤网由塑料网、尼龙网或金属网构成。 ②湿帘填料2，该湿帘填料为无机填料、有机填料、金属填料、木丝填料或无纺布填 料，该湿帘即可以通过循环泵供水也可以直接用自来水供水。
③固体介质制作成的除湿段3。
④湿帘填料2。 图2利用本发明的直接蒸发冷却方法的空调新风装置示意图；该装置包括以下单 元 ①空气过滤网1 ; ②一组雾化喷头4，该喷头与循环用水接通； ③湿帘填料5 ; ④固体介质制作成的除湿段3 ; ⑤湿帘填料2; ⑥固体介质制作成的除湿段3。 使用循环泵供水的装置包括水箱7、水过滤器8和水泵9，供水装置通过水管与雾 化喷头4和湿帘填料2形成水的循环回路。 该装置可以作为独立的新风空调机使用。夏季室外空气被风机送入本装置，先经
7过空气过滤网料1时，由于喷雾头4喷水，网状的空隙有水与流过的空气接触，部分水蒸发， 蒸发时吸收了空气携带的热量，而使空气温度降低，同时过滤了空气；空气经过雾化喷头4 所形成的雾化区时，水雾与空气接触使水蒸发，蒸发时吸收空气携带的热量，因此空气温度 再次降低；空气再经过湿帘填料5，湿帘填料5其含水分量是水雾飘落和空气里的携带未完 全蒸发的水雾提供，这部份水蒸发也是吸收空气里面的热量，会使空气温度进一步降低。此 过程为等烚降温过程。此时空气基本接近饱和状态，再经过除湿段3，空气等温减湿，除湿后 的空气干球温度不变，湿度下降。流经含水充足的湿帘填料2，填料2表面水蒸发，空气加湿 降温，空气温度进一步下降。再经过除湿段3，空气等温减湿，空气湿度下降，达到温湿度要 求，可以送达空调房间。 如果需要处理的空气热湿负荷小，仅需要经过1-2-3即可以。如果需要处理的空 气热湿负荷较大，则在图2所示结构的基础上再增加除湿段3或湿帘填料2和除湿段3，组 成串联的空气降温减湿空调装置。 图3是增加空气热回收换热器的新风换气空调机组示意图；提供了高效节能的绿 色空调新风装置，该装置包括
①空气过滤网1 ; ②空气热回收热交换器6，其可以是板式、也可以是转轮式； ③湿帘填料2 ; ④固体介质制作成的除湿段3 ; ⑤湿帘填料2。 图3所示的新风换气空调机组可以作为独立的新风换气机使用。夏季室外空气被 风机送入本装置，先经过空气过滤网料1过滤空气，进入空气热回收换热器6，此空气热回 收器一个通道是需要处理室外新鲜空气(温度高湿度高)，一个通道是空调房间排出的污 浊的(温度低湿度低)空气，两个通道的气流不直接接触，通过换热器进行能量交换，新风 的焓降低，排风焓增加。再经过含水充足的湿帘填料2，此时空气基本接近饱和状态。因此 新风还需要经过除湿段3，空气等温减湿，除湿后的空气干球温度不变。流经含水充足的湿 帘填料2，填料2表面水蒸发，空气加湿降温，空气温度继续下降，达到温室要求，可以送达 空调房间。 本装置如果需要处理的空气热湿负荷低时，只需要上述(①-⑤)五个部分组成
空调机、常规情况使用五个部分组成的空调机、空气空气热湿负荷高时，还需要再加上④或 ④和⑤两个部分组成多级，直到满足温湿度要求为止。 图4利用本发明的多极组合式蒸发冷却装置的冷却水塔。其装置包括 ①空气过滤网1 ; ②湿帘填料2 ; ③固体介质制作成的除湿段3 ; 湿帘填料2 ; ⑤固体介质制作成的除湿段3。 ⑥冷却水塔11和真空泵IO，该冷却水塔可以是敞开式的，需要冷却的水可以与空 气直接接触，也可以是封闭式的，需要冷却的水可以与空气不接触。 本装置提供一种使冷却水塔出水温度低于室外环境空气湿球温度的冷却水塔，可
8以作为独立的冷却水塔(制取冷水装置)使用。夏季室外空气被风机送入本装置，先经过空气过滤网料1过滤空气；空气过滤后再经过含水充足的湿帘填料2，填料2表面水蒸发，空气加湿降温；，空气温度下降。再经过除湿段3，空气等温减湿，空气湿度下降；此时空气可以吸收水蒸气了，再经过含水充足的湿帘填料2，此时空气中水蒸气含量较大，接近饱和。再经过除湿段3，空气等温减湿，使空气湿球温度已降到低于室外环境的湿球温度后通过风机12被送入冷却水塔ll，这样冷却水塔11就可以将被冷却水降温到低于室外环境空气湿球温度的水温。
在上述装置中具有以下共同特点 1 、所述的雾化喷头位于网状填料和湿帘填料之间，并在网状填料和湿帘填料之间形成水雾区。 2、所述构成湿帘填料的所述的无机填料是玻璃纤维；所述的有机填料是植物纤
维；所述的金属填料是铝片或不锈钢片；所述的木丝填料是白杨树纤维。 3、所述的除湿段3为一个两端具有通道口的连通管，如图5所示，该连通管的下端
面构成一个封闭腔体的水蒸汽汇集箱，与真空泵IO相连。连通管内设置多个由固体介质围
成中空管，其一端封闭，另一端与水蒸汽汇集箱贯通。所述连通管的两个通道口分别为空气
进口和空气出口。固体介质有两个部分一个部分为骨架层，其为多孔树脂，允许含有水蒸
气的空气透过，主要作用是使此固体介质具有足够的强度；另一部分为附着在骨架上含有
S03的化学隔膜，隔膜无孔，不允许任何物质直接通过。该除湿段除湿能力强并且低能耗。 4、所属的空调装置是由多段组成，可以是三段的也可以是四段、五段后更多段，但
必然包括一个或几个除湿段、和一个或几个蒸发冷却段。 5、所述的空气热回收交换器是指目前板式全热和显热热交换器，可以是转轮式热交换器也可以是板式的或翅片盘管。 6、所述的冷却水塔可以是封闭式的也可以是敞开式的。
权利要求
一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却方法，所述方法包括步骤1)夏季风机引导空气先经过空气过滤网料(1)过滤空气；2)空气过滤后再经过含水充足的湿帘填料(2)，所述湿帘填料(2)表面水蒸发，空气加湿降温；3)温度下降后的空气再经过除湿段(3)，空气等温减湿，空气湿度下降；4)等温减湿后的空气再经过含水充足的湿帘填料(2)，此时空气吸收水蒸气，空气进一步加湿降温；其中，在除湿段(3)空气的等温减湿，是利用固体介质吸收水分的同时使水分子向负压段渗透蒸发的特性实现的。
2. 根据权利要求1所述的空气多级蒸发冷却方法，其特征在于当空气相对湿度高于 60%时，在所述步骤2之前，增加将过滤后的空气先经过除湿段，使空气等温减湿的步骤。
3. 根据权利要求1所述的空气多级蒸发冷却方法，其特征在于在步骤4)之后，增加 使进一步加湿降温的空气进入一个冷却水塔(11)，用来制取冷水的步骤。
4. 一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却装置，其特征在于，所述的装 置由以下单元构成空气过滤网(l)，该过滤网(1)由塑料网、尼龙网或金属网构成；湿帘填料(2)，该湿帘填料(2)通过循环泵供水或直接用自来水供水；湿帘填料(2)为 无机填料、有机填料、金属填料、木丝填料或无纺布填料； 除湿段(3)，该除湿段(3)由固体介质制作成； 湿帘填料(2)。
5. 根据权利要求4所述的空气多级蒸发冷却装置，其特征在于当进入本装置的空气 相对湿度高于60%，在所述空气过滤网(1)和湿帘填料(2)之间增加一个除湿段(3)，先经 过除湿段(3)进行等温除湿，再经过湿帘填料(2)等焓加湿降温。
6. —种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却的空调新风处理装置，其特征 在于，所述的装置由以下单元构成空气过滤网(1);一组雾化喷头(4)，该喷头与循环用水接通；湿帘填料(5); 除湿段(3); 湿帘填料(2); 除湿段(3);其中，所述的湿帘填料(5)的水份由雾化喷头(4)产生的水雾提供。
7. 根据权利要求6所述的空调新风处理装置，其特征在于，所述空气过滤网(1)和湿帘 填料(2)之间增加一个空气热回收热交换器(6)，所述空气热回收热交换器的一个通道是 室外新鲜空气，另一个通道是空调房间排出的空气，两个通道的气流不直接接触，通过换热 器进行能量交换。
8. 根据权利要求7所述的空调新风处理装置，其特征在于所述空气热回收热交换器 (6)可以是板式、转轮式、热管式或盘管式的热交换器。
9. 一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却的冷却塔制取冷水装置，其特征在于，所述的装置包括空气过滤网(1);湿帘填料(2);除湿段(3);湿帘填料(2);除湿段(3);冷却水塔(11)和风机(12)，该冷却水塔(11)是敞开式的或封闭式。
10. 根据权利要求9所述的冷却塔制取冷水装置，其特征在于所述风机(12)可以安装在冷却水塔(11)水塔本体上，也可以安装在冷却水塔(11)的其他支撑物上，通过通风管道与冷却水塔(11)连接。
11. 根据权利要求9所述的冷却塔制取冷水装置，其特征在于设置多组由所述空气过滤网(l)，湿帘填料(2)，除湿段(3)，湿帘填料(2)和除湿段(3)组成的单元与所述冷却水塔(11)组合，为冷却水塔(11)提供低于室外环境湿球温度的空气。
全文摘要
本发明是一种利用固体介质渗透除湿特性的空气多级蒸发冷却方法和装置，包括步骤1)将风机送入的夏季室外空气先经过空气过滤网料过滤空气；2)再经过含水充足的湿帘填料，所述湿帘填料表面水蒸发，空气加湿降温；3)再经过除湿段，空气等温减湿，空气湿度下降；4)等温减湿后的空气再经过含水充足的湿帘填料，此时空气吸收水蒸气，空气进一步加湿降温。该装置由空气过滤网，湿帘填料，由固体介质制作成的除湿段构成。本发明可以作为空调器、风机盘管、新风机、新风换气机、组合式空调箱使用，广泛适用于餐饮、医院、学校、商场、宾馆等公共场所，与目前传统空调相比较节能幅度高达50％。
文档编号F24F5/00GK101788176SQ20101910202
公开日2010年7月28日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者贾长军 申请人:贾长军