新型逆流式露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻器的分析研究

摘 要：露點(diǎn)式蒸發(fā)冷卻器可以將一次空氣冷卻到濕球溫度以下，逼近引入二次空氣的露點(diǎn)溫度，這種結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)55～85%的露點(diǎn)效率，新型逆流熱質(zhì)交換器是今后露點(diǎn)式蒸發(fā)冷卻器發(fā)展的一個(gè)方向。

關(guān)鍵詞：露點(diǎn)；蒸發(fā)冷卻；熱交換器

蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)利用水分蒸發(fā)的潛熱——一種存在于大氣中的自然能量，因此它是環(huán)境友好的并且較少的依賴于化石燃料的能量。目前可用的系統(tǒng)包括直接和間接和復(fù)合型三種類型。（1）直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)可以利用蒸發(fā)的潛熱降低空氣的溫度。結(jié)果，熱的干空氣轉(zhuǎn)變?yōu)槔涞臐窨諝猓諝獾撵时３植蛔儭＃?）間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)能夠降低空氣溫度并且能夠避免空氣濕度的增加，這一特性使得它們比直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)適用范圍更廣。熱力學(xué)上，一次（空氣穿過(guò)間接蒸發(fā)空氣冷卻器的熱質(zhì)交換隔層的干側(cè)，而二次空氣穿過(guò)它相鄰的濕側(cè)。濕側(cè)通過(guò)水分蒸發(fā)吸收干側(cè)的熱量，因此干側(cè)被冷卻，而水分蒸發(fā)的潛熱進(jìn)入到濕側(cè)空氣中。在理想的工作狀況下，即一次空氣與二次空氣逆流，兩種流體的流速有一個(gè)好的平衡，并且有一個(gè)無(wú)限大的接觸面積，那么薄層干側(cè)的一次空氣溫度將達(dá)到引入二次空氣的濕球溫度，而薄層濕側(cè)的二次空氣的溫度將從它引入時(shí)的干球溫度升高到引入一次空氣的干球溫度并且達(dá)到飽和。然而，實(shí)際的系統(tǒng)遠(yuǎn)離這種理想狀態(tài)。研究證明：對(duì)于一個(gè)典型的間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，引入的二次空氣僅僅有50～60%能夠達(dá)到濕球溫度。

1 露點(diǎn)蒸發(fā)冷卻器

為了制造加工簡(jiǎn)單，實(shí)際用于露點(diǎn)冷卻的熱質(zhì)交換器與理想設(shè)計(jì)的稍有不同。圖1給出了一個(gè)實(shí)例的原理示意圖。在這種結(jié)構(gòu)中，干側(cè)部分表面被設(shè)計(jì)成允許二次空氣通過(guò)，而剩余部分一次空氣在上面流動(dòng)。一次空氣和二次空氣沿著平行流道流過(guò)干側(cè)。在二次空氣通道上有許多規(guī)律分布的孔，每個(gè)孔允許一定百分?jǐn)?shù)的空氣穿過(guò)并進(jìn)入薄層的濕側(cè)。當(dāng)這些空氣沿著干側(cè)流動(dòng)時(shí)，它們會(huì)逐漸進(jìn)入到濕側(cè)，在濕表面上產(chǎn)生均勻的氣流分布。這種布置使得二次空氣在進(jìn)入隔層濕側(cè)之前通過(guò)放熱到對(duì)面得到預(yù)冷，進(jìn)入濕側(cè)被預(yù)冷的空氣沿著與干側(cè)流道垂直的流道在濕表面上流動(dòng)，吸收來(lái)自干側(cè)二次空氣和一次空氣的熱量。結(jié)果，一次空氣在進(jìn)入需要制冷的空間之前被冷卻，而二次空氣被加濕加熱后排放到大氣中。

這種交換器由若干具有均勻毛細(xì)作用的纖維素混合纖維矩形薄層組成。這些薄層被堆疊在一起，通過(guò)固定在隔層一側(cè)的流道導(dǎo)板來(lái)隔開(kāi)。每片薄層的一側(cè)都涂有聚乙烯以防止水的滲透。這種導(dǎo)板是由乙酸基乙烯制造的（EVC），它沿著一片隔層在長(zhǎng)度方向上延伸，而在下一隔層它沿著寬度方向上延伸，在交換器中兩者形成交叉流。測(cè)試表明這種交換器可以達(dá)到的濕球效率為110～122%，露點(diǎn)效率為55～85%。

2 新型逆流熱質(zhì)交換器的描述

這種可用的交換器包含了許多堆疊在一起的帶有穿孔的矩形隔層，如圖2所示。雖然這種結(jié)構(gòu)在濕表面上創(chuàng)造了均勻的氣流分布，但由于大量的空氣沿著捷徑穿過(guò)小孔，制冷效率也會(huì)降低。這明顯導(dǎo)致了二次空氣的不完全冷卻，所以一次空氣的制冷效率會(huì)更低。再者，二次空氣與一次空氣之間的交叉流排列對(duì)熱交換來(lái)說(shuō)不是最好的流動(dòng)模型。逆流排列是更好的，因?yàn)樗軌蛟趦煞N臨近氣流之間產(chǎn)生更高的溫差（對(duì)數(shù)平均溫差）。

3 結(jié)語(yǔ)

露點(diǎn)式交換器結(jié)構(gòu)提供了提高多種間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)性能的機(jī)會(huì)，因而獲益行業(yè)，尤其是空調(diào)行業(yè)，在制冷（或飽和）效率的增加方面超過(guò)以前的任何水平，能減少初投資和運(yùn)行成本。圖2所示的這種結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)55～85%的露點(diǎn)效率，該效率太低而不能提供建筑空調(diào)足夠的冷卻供風(fēng)。因而需要一種新型的交換器結(jié)構(gòu)來(lái)獲得更高的露點(diǎn)效率。新型逆流熱質(zhì)交換器是今后露點(diǎn)式蒸發(fā)冷卻器發(fā)展的一個(gè)方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1]宣永梅，黃翔，武俊梅.兩種直接蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)的性能研究[J].冷藏技術(shù)，2001，1：12～13.