专利名称：空气冷却器内间隔的蒸发芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸发式空气冷却器，该冷却器依靠从表面上蒸发水份，通过转化为潜热而减少显热，并涉及可在其中使用的热交换器。
当前，除较冷空气外比环境更多的湿气通过鼓送空气经过木屑而输送到被占据的空间中，这些木屑保持在间隔的带孔面板如金属丝网之间，木屑利用通过它的水而保持潮湿，而空气从湿木屑的表面上蒸发去大部分水份。在另一种方案中提供一种可以润湿的木质纤维素材料的蜂窝状结构，其中当空气通过该材料向外流到空气调节的空间时，气流变成紊流。在这两种方式中，空气调节的空间其湿度增大，但这对热带气候是行不通的，因为那里的湿度经常在80％至90％之间。因此，过去已经试验和正在试验利用热交换器进行间接冷却，以便能够干燥和冷却进入空气调节的空间的空气，排放掉更多的湿气。本发明指向两种类型的空气调节器，但更重要的是指向间接蒸发式的冷却器。
热交换器往往体积很大，占据大量空间，本发明的一个目的是提供改善，使热交换器可以效率更高，蒸发比至今已知的更有效，从而减小热交换器的体积。另一个目的是除了那些例如已在美国专利5,301,513和5,351,843(Morozov等人)中公开的以外结合更多的改进。在上述说明书中那些芯被考虑为吸收剂材料制成的板，而本发明的一个目的是提高使用芯效率而得到高蒸发率，并得到高于上面说明书中得到的传热率。
专利记录包含许多间接冷却(如Hood美国专利4,380,910)、对角线交叉流动热交换器(Pteiffer美国专利4,781,248)的参考资料，而在上述Morozov的专利中，可以参考在将水从芯中蒸发入空气之前预冷却空气和利用叠层流动。
本申请人已经确定，当空气在湿芯上面通过时发生的蒸发大部分出现在芯的入口边缘处，同时在较小的程度上出现于芯的出气边缘处，但在芯的入口边缘和出气边缘之间，蒸发率很小。
其次，已经发现传热存在相似的状况。
对于改进传热和蒸发的目的，在本发明的一个实施例中，提供了多个间隔的窄芯，空气在其上面沿横向流动，这些芯被夹在不渗透的间隔的板之间，间隔的板的表面构型为非平面型，从而增大空气在芯的上面流动的面积，同时增加空气紊流，并因此增强空气的混合，这种增强的混合不仅有助于从芯上蒸发水，而且有助于通过形成含有芯的空气通道的间隔板的传热。
在另一个实施例中，芯相对于在由间隔的波纹截面形板形成的热交换器的端部之间的空气流大体上沿横向延伸，其中波纹沿对角线方向延伸并在交替的板中互相相交。因此在每个芯的两侧面上的空气流和蒸发大于如果只在芯的一侧面上的空气流和蒸发，这在仅仅由于蒸发过程的周期性重新开始而产生的蒸发改进之外又得到了增强。
在空气流通过导管的研究中已经确定，在相当低的雷诺数时(如蒸发式空气冷却器中遇到的)气流有一种分层的倾向，形成高速空气的中心层，导管内表面处受低速空气层的包围。因此在本申请人已知的所有先有技术中，要求传热通过低速空气包围层在导管的大部分长度上发生，后者是热的不良导体。使用上述波纹板当然对形成空气通道的板之间空间内的混合起很大作用，但如果存在层流，蒸发率并不因此而过分消减是重要的，而在本发明的一个实施例中，芯不仅相对于空气流通道的长度相当窄，而且它们在间隔的阵列中沿横向安置并在相邻的板之间延伸，因此每个芯分别与空气流的中心相交，空气流相对于芯的长度沿横向越过芯。由于狭窄，很少可能发展成低速空气的包围层。
芯当然需要连续地供应水，在本发明的一个实施例中，芯伸出热交换器的侧边，由从水槽的泵至芯的凸出部分上方位置的水进行润湿。
即使芯是扁平的，并从通常的垂直配置调换到水平或倾斜配置，有时也难以使芯的表面保持在潮湿状态。例如，如果作用是水从带孔材料空心内核内向外流动，不管空气是否在其上面通过，水将继续流动，虽然比起蒸发率低时水流的速率来，当蒸发率高时水流多半处于较高的速率。重要的是芯应当具有真正的芯的虹吸作用，其中芯表面湿度在不同的蒸发载荷状态下不会过分变化。因此芯必须能够从其被润湿的外端将水份输送到易于首先干燥的最内部位置，而在本发明的一个实施例中，每个芯是空心的，或包括其间形成界面的邻接的层，这能加速水的流动，并形成一定程度的清洗。在某些情况下，可以在通过芯的叠层建立界面，在某些情况下，这些叠层可以通过“平管”构型实现。在另一种变化方案中，可以使用圆管构型，例如一种使其外表面延伸到两个侧翼中的管子。
热交换器叠层的形状可以随不同要求而变化，例如可以是矩形的而芯从侧面向外伸出，并配置成使调节空气从入口孔通过干通道流到出口孔中，而待增湿的空气被配置成在热交换器的相邻板之间在芯上面通过而流过湿通道并向外排放。这样一种配置的优点是它可以设计成只使用单独一个风扇的构型。但是，如果热交换器使用更有效的六面形状，最好使用分开的风扇，一个用于从室外驱动待调节的空气并通动热交换器，另一个风扇用于帮助推动待增湿的空气流过分开干湿通道的相邻板之间的湿通道，这些湿通道含有芯。
在一些配置中，每个芯可以单个地保持在一个不渗透塑料板上，但在本发明中，芯的大部分表面向空气流暴露，而传热作用与芯的虹吸作用分开。因此在本发明中，比起芯附着在不渗透材料上的情况来，更需要沿着芯畅通地输送水。
在某些常规的先有技术中，使用干燥剂使空气脱湿，而构型是常规的，其中干燥剂溶液与所有待冷却的空气接触，包括空气通过湿通道被重新增湿，在湿通道中空气暴露于它蒸发的水中。如下所述，使用六面热交换器简化了空气冷却器的构型，其中空气流动的方向的逆向分量超过横向流动分量。
图1是一种使用波纹板之间间隔的湿芯的热交换器平面图；图2是通过一个芯的截面图，该芯保持在板之间，其中相邻板的脊互相接触；图3是表示在脊的接触点之间的锯齿形空间中的芯形状的截面图；图4例示如何使用水通道来建立一个润湿每个芯两端的水的级联；图5是沿图4的5-5线截取的端部立面剖视图，例示当芯安置在图3和4所示的板之间时芯的截面的波形；图6是具有两个风扇的六面热交换器的顶视图；图7是通过叠层芯的截面图；图8是图6的局部端视图，表示利用波纹板的空气通道的图形；图9是图8的端视图；图10是一个示意图，表示图6的六面形配置如何简化一个蒸发空气冷却器的构型，冷却器中只有被再润湿的空气是脱湿的。
必须强调，在所有附图中，并不试图表示精确的尺寸，附图必须看作是示意的，以便适用于说明。
首先参照图1至4，热交换器10包括多个成对配置的不渗透的波纹塑料板，上板11具有沿一面波纹的通道流动的空气而下板12沿对角线不同的方向。
图1、2和3只例示湿通道，每个湿通道包括多个湿芯13，湿芯13延伸为伸出板11和12边缘的边缘折片14，并截交在边缘折片上方流动的水15，从那里沿芯进入板11和12之间的空间。水从水箱泵出到喷洒机构，如先有技术空气冷却器中那样。这些没有在此处示出。
考虑图1的平面图将显示，湿芯13可以或者是无规则地安置，它们可以安置在锯齿形的通道17中(图3和4)，或者可以安置在板11和12的脊的相交点之间，但是在所有情况中被“悬浮”在板之间，但由板11支承(图2)。如在图4和5中最清楚地表示的，湿通道17的上下由干通道18包围，这些通道位于作为大的堆叠件一部分的板11和12之间。
图1、4和5例示一种得到从干通道18的冷端沿逆向流向湿通道17的空气逆流的方法。在空气流的下游侧设置了一个穿孔网栅20，后者产生一个反压，足以使一些空气通过湿通道17反向流动，最后在21处抽去。在图5中，表示能够怎样利用干通道18下游端部处的空气偏转器23来偏转一小部分(很可能约25％)从热交换器向后发射通过湿通道17的空气。可以使用其它简单的偏转机构。
图6至10例示一个六面热交换器25(这是最佳形状)，其中一个相当大的风扇26驱动空气通过热交换器25的干通道18，与第一实施例中空气通过干通道的方式相同。该空气在27处排放，通到一个空气调节的空间。或者是以从空气调节的空间来的空气，或者是在27处排放的空气中的一部分，被偏转到一个较小的第二风扇28处，被驱动通过湿通道17，在该处空气在芯13上面通过，如上面所述。
芯13的截面形状可以是简单的矩形，可以包括导管或如图7所示的一组间隔很小的窄隙30，窄隙间隔配置成使得水沿芯产生最佳的毛细管作用。在图7中，窄隙30之间的空间(它们非常小)由小肋条31形成。可以理解，图7为了表示这一点绘制极大的尺寸，而在某些情况下甚至不需要肋条31。如果使用导管(例如在凸出的空心区段中)，它们需要被足够的芯料充分包围，使得芯料的外表面保持湿润而不必被“淹没”到可能滴水的程度。
在所有上述实施例中，大部分芯料表面区域没有障碍，使得空气在大部分表面区域上面流动，优化处于“周期性重新开始”中的蒸发。
图8和9互为补充，图8是沿图6中箭头8方向的视图，而图9是图8的端视图。
图10示意表示一种蒸发式空气冷却器35，其中吸气管36从空气调节的空间37返回约三一“份”体积的空气，由通过支管38引入的“份”环境空气予以补充。
一个大的流动风扇29用电动机40驱动，迫使近三“份”空气通过集流管43进入热交换器42的干通道18。该干通道冷却没有润湿的空气并在出口44处传送到空气调节的空间37。
第四“份”空气通过导管46传送到干燥器47，热干空气从干燥器47通过类似于热交换器25的热交换器的干通道18得到冷却而进入第二分配导管50并进入热交换器42的干空气通道51。在通道51的下游端部，冷却的空气返入湿通道52，在那里通过芯13的上面增湿而冷却，然后通过热交换器25的第二通道54而排入导管53。因为进入通道54的空气已经冷却并充满了湿气，所以在某些情况下在空气冷却器35的热交换器25中可以不需要使用芯料，但使用芯料可以减小热交换器25的尺寸，因为，当空气通过通道17时，它获得明显的热量并因此蒸发更多的湿气。小流动风扇55比风扇39小得多，但在空气流过两个热交换器的“推—拉”冲撞中与其配合。风扇55当然可以安置在排气流路中的其它地方。
上述说明限于水平的板11和芯13。但如果它们是倾斜的或垂直的，本发明能够同样有效。如果芯垂直的，它们可以被它们的浸入水槽的上端有效地润湿，水由于虹吸作用而通过芯被输送。
考虑上述实施例将表明，比起本申请人已知的其它先有技术，本发明提供下列优点a.由于“悬浮的”芯产生的增强蒸发，热交换器的尺寸得以缩小；
b.由于芯的狭窄宽度在整个热交换器范围内提供大量的蒸发区，因此进一步增强了蒸发；c.由于交叉通道之间空气流的相互作用，形成通道的沿对角线设置的相邻组件在通道内引入大量的空气混合；d.洗涤芯边缘折片或者叠层或管状芯的水的作用保证在芯表面上始终存在足够的湿度以满足蒸发要求，而并不需要淹没芯的表面(后者被认为是最不希望产生的)；e.热交换器25与干燥器47一起只要求被再润湿的空气脱湿，由此在热交换器42的湿通道中可以产生非常高度的蒸发，所有这些可以不需额外的能量而获得；f.当干燥器再生时，从干燥器脱出的水非常纯净，可以重新使用，从而避免在芯上积存盐类；g.使用两个风扇可以对湿空气流和干空气流都能够进行足够的控制；h.在热交换器42中润湿的空气已经被干燥，从而可以在环境空气的露点之下进行冷却；i.废弃的冷湿空气提高了图10中热交换器42的效率；j.图10表示两个风扇如何可以用一个电动机驱动，这有时是希望做到的；可以注意到，对于通过热交换器42的连续湿空气通道52和热交换器25的通道17的空气流，两个风扇处于“推—拉”的构型；k.热交换器25和42两者具有大的空气移动逆流分量和小的横流分量，交叉通道的相交角度不超过90度。
权利要求
1.一种热交换器，包括一叠间隔的非平面型板，板之间形成多个交替的干通道和湿通道，每个通道的端部为空气入口和空气出口；多个间隔的芯相对于空气流沿横向通过上述湿通道延伸，并部分地悬浮在上述间隔的板之间，而且润湿机构与上述芯联结，上述间隔的板和上述芯的构型是这样的，使得当使用时，上述润湿机构使上述芯的表面保持潮湿，而空气在上述芯的大部分表面区域上流动。
2.一种如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述芯超越上述通道延伸并在其端部凸出为边缘折片，上述润湿机构包括将水外加到上述边缘折片上的机构。
3.一种如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述间隔的板的构型包括波纹形状，而相邻板的波形彼此以小于90度的角度相对倾斜。
4.一种如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，上述芯受上述波纹板的脊的支承并在波纹板的脊之间悬浮。
5.一种如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，上述芯包括被足够厚度的芯料包围的导管，使得在使用中上述芯的外表面保持潮湿而并不淹没。
6.一种蒸发式冷却器，包括一个如权利要求1所述的热交换器、风扇机构、一个从上述风扇的下游侧伸出的集流管，该集流管使上述风扇机构来的空气流通过上述通道中的至少一些通道，引导到空气调节的空间。
7.一种如权利要求6所述的蒸发式冷却器，其特征在于，上述通向空气调节的空间的空气流是通过上述热交换器中的两组干通道之一的，上述冷却器同时包括一个干燥器，上述风扇机构推动另一股空气流通过上述干燥器，另一组上述干通道由此冷却该另一股空气流，并使这样冷却的空气返回通过上热交换器的湿通道，从而使上述另一股空气流润湿和进一步冷却。
8.一种蒸发式冷却器，包括一个如权利要求1所述的具有两组干通道和一组湿通道的第一热交换器；一个第二热交换器，上述两个热交换器包括一叠间隔的聚合物板，每个板具有波纹，相对于一个相邻板的波纹倾斜小于90度，上述第一热交换器的芯受上述波纹板的脊支承并悬挂在波纹板的脊之间，多个风扇，一个从一个上述风扇的下游侧伸出的集流管，将空气流通过上述第一热交换器的一组上述干通道引导到上述空气调节的空间中，一个干燥器，另一上述风扇推动空气流通过该干燥器，通过上述第二热交换器的一组干通道，通过上述第一热交换器的另一组上述干通道，通过上述湿通道，并通过上述第二热交换器的第二组通道而排出。
9.一种如权利要求8所述的蒸发式冷却器，其特征在于，上述风扇包括一个相对大流量的风扇和一个相对小流量的风扇，一个吸入导管从上述空气调节的空间延伸到上述大风扇，一个进入上述吸入导管的环境空气支管被配置成在上述大风扇操作时将一些环境空气引入返回的空气流，一个输出导管从上述大风扇的下游侧伸出，与上述干燥器连通，以便推动空气流通过其间，上述小风扇与上述第二热交换器的第二组通道连通。
10.一种如权利要求8所述的蒸发式冷却器，其特征在于，上述风扇、干线管路和热交换通道的尺寸和构型是这样的，使得在使用中比起通过上述第二热交换器而排出的空气来，有更多的空气被推动而流动通过上述集流管、通过上述一组干通道而进入上述空气调节的空间。
11.一种在蒸发式空气冷却器中冷却空气的方法，包括润湿由一叠间隔的波纹板的波纹承载的并悬挂在波纹之间的多个间隔的芯，并沿波纹板和沿横向越过并围绕上述芯推动空气流，由此在周期性的重新开始蒸发中使空气湿润和冷却。
12.一种如权种要求11所述的方法，其特征在于，上述芯设置在交替的上述叠层的湿通道和干通道中，上述湿通道和干通道是一个热交换器的通道，由间隔的具有波纹形状的板形成，上述通过湿通道推动空气流是沿一个方向，而另外推动一股供应空气流是沿逆流方向通过上述干通道，由此通过对上述湿通道的传热冷却上述供应的空气。
13.一种如权利要求12所述的方法，包括干燥空气和在热交换器中冷却干燥的空气，其特征在于，上述干燥的空气是上述随后受推动而通过上述湿通道的空气。
14.一种如权利要求12所述的方法，其特征在于，一些从上述空气调节的空间返回的空气被包括在上述供应的空气流中。
15.一种如权利要求12所述的方法，包括通过一个相当大的气流风扇推动上述供应空气流，在上述供应空气流中包括返回空气和环境新鲜空气，使上述大气流风扇下游的一部分供应空气沿旁路通过而进入一个干燥器，以形成一股热干空气流，推动上述热干空气流通过第二热交换器的一组干通道，从而冷却上述热干空气流，而后随蒸发的周期性以重新开始的方式增湿而冷却的上述空气流沿上述波纹板推动。使上述空气流作为冷却的湿空气返回通过上述第二热交换器的第二组通道，使空气通过一个相对较小的风扇，以便从上述第二热交换器的第二组通道排出。
16.一种大体上如上文所述参照图1、2、3、4说明和如图1-4中所例示的热交换器。
17.一种大体上如上文所述参照图6、8、9说明和如图6、8、9中所例示的热交换器。
18.一种大体上如上文所述参照图10说明和如图10中所例示的空气冷却器。
19.一种大体上如上文所述参照图10说明和如图10中所例示的空气冷却方法。
全文摘要
为了改善空气冷却器中热交换器(10，25，42)的传热和蒸发，设置了许多在其上面沿横向流动空气的间隔的窄湿芯(13)，这些芯(13)夹在不渗透的间隔的板(11，12)中，间隔的板(11，12)的表面构型为非平面，以增加芯(13)上流动空气的面积，同时增加紊流并因而增强混合，增强的混合不仅帮助水从芯(13)上蒸发，而且帮助通过间隔的板(11，12)的传热，这些间隔的板形成了包含芯(13)的空气通道。
文档编号F24F1/00GK1134745SQ95190837
公开日1996年10月30日 申请日期1995年8月30日 优先权日1994年8月30日
发明者彼得·西德尼·赖特 申请人:威廉·爱伦信托有限公司