新型逆流式露點蒸發冷卻器的分析研究

摘 要：露點式蒸發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溫度，這種結構只能實現55～85%的露點效率，新型逆流熱質交換器是今后露點式蒸發冷卻器發展的一個方向。

關鍵詞：露點；蒸發冷卻；熱交換器

蒸發冷卻系統利用水分蒸發的潛熱——一種存在于大氣中的自然能量，因此它是環境友好的并且較少的依賴于化石燃料的能量。目前可用的系統包括直接和間接和復合型三種類型。（1）直接蒸發冷卻系統可以利用蒸發的潛熱降低空氣的溫度。結果，熱的干空氣轉變為冷的濕空氣，但空氣的焓保持不變。（2）間接蒸發冷卻系統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冷卻系統適用范圍更廣。熱力學上，一次（空氣穿過間接蒸發空氣冷卻器的熱質交換隔層的干側，而二次空氣穿過它相鄰的濕側。濕側通過水分蒸發吸收干側的熱量，因此干側被冷卻，而水分蒸發的潛熱進入到濕側空氣中。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好的平衡，并且有一個無限大的接觸面積，那么薄層干側的一次空氣溫度將達到引入二次空氣的濕球溫度，而薄層濕側的二次空氣的溫度將從它引入時的干球溫度升高到引入一次空氣的干球溫度并且達到飽和。然而，實際的系統遠離這種理想狀態。研究證明：對于一個典型的間接蒸發冷卻系統，引入的二次空氣僅僅有50～60%能夠達到濕球溫度。

1 露點蒸發冷卻器

為了制造加工簡單，實際用于露點冷卻的熱質交換器與理想設計的稍有不同。圖1給出了一個實例的原理示意圖。在這種結構中，干側部分表面被設計成允許二次空氣通過，而剩余部分一次空氣在上面流動。一次空氣和二次空氣沿著平行流道流過干側。在二次空氣通道上有許多規律分布的孔，每個孔允許一定百分數的空氣穿過并進入薄層的濕側。當這些空氣沿著干側流動時，它們會逐漸進入到濕側，在濕表面上產生均勻的氣流分布。這種布置使得二次空氣在進入隔層濕側之前通過放熱到對面得到預冷，進入濕側被預冷的空氣沿著與干側流道垂直的流道在濕表面上流動，吸收來自干側二次空氣和一次空氣的熱量。結果，一次空氣在進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，通過固定在隔層一側的流道導板來隔開。每片薄層的一側都涂有聚乙烯以防止水的滲透。這種導板是由乙酸基乙烯制造的（EVC），它沿著一片隔層在長度方向上延伸，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。測試表明這種交換器可以達到的濕球效率為110～122%，露點效率為55～85%。

2 新型逆流熱質交換器的描述

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。雖然這種結構在濕表面上創造了均勻的氣流分布，但由于大量的空氣沿著捷徑穿過小孔，制冷效率也會降低。這明顯導致了二次空氣的不完全冷卻，所以一次空氣的制冷效率會更低。再者，二次空氣與一次空氣之間的交叉流排列對熱交換來說不是最好的流動模型。逆流排列是更好的，因為它能夠在兩種臨近氣流之間產生更高的溫差（對數平均溫差）。

3 結語

露點式交換器結構提供了提高多種間接蒸發冷卻系統性能的機會，因而獲益行業，尤其是空調行業，在制冷（或飽和）效率的增加方面超過以前的任何水平，能減少初投資和運行成本。圖2所示的這種結構只能實現55～85%的露點效率，該效率太低而不能提供建筑空調足夠的冷卻供風。因而需要一種新型的交換器結構來獲得更高的露點效率。新型逆流熱質交換器是今后露點式蒸發冷卻器發展的一個方向。

[參考文獻]

[1]宣永梅，黃翔，武俊梅.兩種直接蒸發冷卻空調機的性能研究[J].冷藏技術，2001，1：12～13.