蒸發冷卻技術

蒸發冷卻技術

蒸發冷卻從熱學原理上是利用流體沸騰時的汽化潛熱帶走熱量。這種利用流體沸騰時的汽化潛熱的冷卻技術就叫做蒸發冷卻技術。由於流體的汽化潛熱要比流體的比熱大很多,所以蒸發冷卻的冷卻效果更為顯著。當電機採用蒸發冷卻方式後,由於蒸發冷卻的冷卻效果顯著,使得整個電機的溫升降低,電機的溫度分布均勻,提高運行穩定性。

原理

直接蒸發冷卻

直接蒸發冷卻(簡稱DEC)是指空氣與水大面積的直接接觸,由於水的蒸發使空氣和水的溫度都降低,此過程中而空氣的含濕量有所增加,空氣的顯熱轉化為潛熱,這是一個絕熱加濕過程。整個蒸發冷卻過程要在冷卻塔、噴水室或其他絕熱加濕設備內實現。

間接蒸發冷卻

間接蒸發冷卻(簡稱IEC)是指把直接蒸發冷卻過程中降溫後的空氣和水通過非接觸式換熱器冷卻待處理的空氣,那么就可以得到溫度降低而含濕量不變的送風空氣,此過程為等濕冷卻過程。

管道內冷式蒸發冷卻

管道內冷式蒸發冷卻的基本原理是:當電機繞組空心導體內部通以冷卻液體,液體進入導體後,吸收損耗產生的熱量,溫度逐漸升高。當液體的溫度達到壓力所對應的飽和溫度時,就改變其物理狀態而沸騰汽化,帶走熱量,冷卻電機。

定子自循環蒸發冷卻系統

定子自循環蒸發冷卻系統利用立式水輪機本身的結構特點在存在密度差的情況下可以實現無泵自循環。其原理是:當空心導體內的冷卻介質吸收空心導線損耗所發散的熱量逐漸汽化形成汽液混合物,其密度低於回液管中的單相液體密度,在重力加速度的作用下產生流動壓頭,克服整個冷卻迴路的阻力損失,維持系統循環。

常見誤區

誤區之一:蒸發冷卻技術僅限於乾旱氣候環境使用

蒸發冷卻技術早期套用於一些乾旱氣候環境地區,並在美國的西南部、澳大利亞、印度、巴基斯坦、南非、以色列和我國的西北地區等炎熱乾燥地帶得到推廣。但是,這並不意味著蒸發冷卻技術僅限於乾旱氣候環境使用。蒸發冷卻系統有直接蒸發冷卻(DEC)與間接蒸發冷卻(IEC)及兩者所複合而成的多種蒸發冷卻系統幾乎可以在所有氣候條件下套用;另外,由除濕技術與蒸發冷卻技術相結合的除濕冷卻系統,是在蒸發冷卻研究的基礎上提出的一種不受環境影響的製冷方式,除濕冷卻空調通常由除濕劑吸濕、除濕劑再生、蒸發冷卻及換熱等過程組成。被處理空氣的潛熱處理由除濕劑吸濕來完成,而顯熱處理由蒸發冷卻來完成。

誤區之二:-蒸發冷卻技術將取代機械製冷

與機械製冷相比,蒸發冷卻存在著很多不足之處。如缺乏除濕功能,冷卻空氣的能力受外界氣候環境的影響嚴重,多級蒸發冷卻系統控制較複雜等。當僅靠蒸發冷卻不能達到製冷要求時,可啟動機械製冷進行補償;想要提高室內空氣品質,只能加大新風量,但機械製冷能耗會大大增加,而蒸發冷卻空調卻可以實現全新風節能運行。因此,將機械製冷與蒸發冷卻相結合,既能滿足多種不同需求,又減少了能耗。所以,蒸發冷卻技術與機械製冷各有所長,結合使用可以發揮出意想不到的效果。目前,在舒適性空調系統中,由除濕技術、蒸發冷卻技術、機械製冷技術三者結合組成的除濕法空調系統已受到國內外普遍關注。

技術特點

蒸髮型空調的主要功能就是對空氣進行熱濕處理,使空氣達到送風的要求,滿足空氣調節空間的溫濕度、風速和潔淨度等要求;其核心問題就是空氣和水的熱質交換。從熱力學角度分析,無論是在直接蒸發冷卻還是間接蒸發冷卻,它都是一個流動、傳熱、傳質同時發生,並且多個傳熱過程相互耦合、相互交叉影響的複雜不可逆過程。蒸發冷卻過程中的熱量、質量傳遞推動勢相對較小,因此蒸髮型空調技術屬於低品位能源利用技術。直接蒸髮型空調可以直接利用空氣的乾濕球溫度差獲取冷量,這也是蒸髮型空調得冷量的主要手段,只消耗極少的一次能源且對環境無破壞作用。

技術難點

蒸髮型空調系統中的熱和質的交換問題,是傳熱界的一個主要研究方向。近年來國內外仍有許多學者正對此問題進行更深入的理論和實驗研究,但從系統整體綜合考慮各個部件的熱質交換特性的還沒有;由於水和空氣間熱質交換過程表現出高度的時變和非線性特性,使得無論是在物理模型的建立,還是在數學模型的求解上都非常困難,這也阻礙了這個課題的深入研究。

套用前景

隨著國民經濟的迅速發展和人民生活水平的不斷提高,我國的各電力系統的容量不斷增長,電力負荷的日變動量(峰谷差)也在不斷加大。一些水電裝機比例小的電網,只能採用既不經濟,速動性又不好的整開整停火電機組的方法彌補調峰容量的不足。許多大容量水電機組經常安排在空載附近旋轉備用。眾所周知,長期在低負荷運行對大型混流式水輪發電機組是很不利的。抽水蓄能機組可以利用電網低谷時的電量揚水蓄能,到電網高峰時放水發電,起到最佳的調峰填谷和事故備用作用,從而提高電網的可靠性、供電質量和運行經濟性。抽水蓄能電站的建成對緩解系統調峰填谷能力的嚴重不足起到了極大的作用。但由於抽水蓄能機 組的轉速比較高,所以定子外徑小,軸向高度高,導致定子溫升很不均勻。在負荷頻繁變化狀態下,絕緣迅速老化,脫殼,絕緣壽命降低,就會影響電機運行的可靠性。採用空冷,電機參數的選用範圍比較小,臨界轉速不好定位,設計時若調節不好,容易造成運行不穩定的情況。採用蒸發冷卻技術後電機定子溫升分布相當均勻,而且軸向高度更有利於自循環蒸冷系統的循環,對冷卻效果起到了更有利的作用。同時能夠解決絕緣和臨界轉速的問題。所以抽水蓄能電站的建設和發展為蒸發冷卻技術的套用開闢了廣闊的套用前景。聯合循環用大型火電機組由於其套用環境的特殊性,要求電機結構簡單,運行安全可靠,檢修維護量小。目前,大型汽發中使用的水氫和雙水內冷等冷卻技術由於氫氣的易爆性及水的堵、漏問題而不能滿足上述要求。空氣冷卻用於聯合循環用大型火電機組又會受到容量的限制。蒸發冷卻技術的特點恰能解決上述矛盾,所以蒸發冷卻技術用於聯合循環用大型火電機組也有很好的前景。

蒸髮型空調

蒸髮型空調與傳統的壓縮機型空調相比,具有以下優點,這也是促使我們不斷深入研究蒸髮型空調技術的主要原因所在。

初投資的成本低;約為傳統機械製冷的1/2,機械製冷系統的造價為400元/m2左右,而蒸髮型製冷系統為250元/m2左右,一般三年即可收回初投資。

耗電量為傳統空調的1/8,蒸髮型空調(蒸髮式冷氣機)設備中所需的主要動力為風機和水泵動,無製冷壓縮機,能效比COP值很高,通常機械製冷系統的耗電為50W/m2左右,而蒸髮型空調系統為10W/m2左右,節電80%左右。

蒸髮型空調(蒸髮式冷氣機)運行方式為全新風運行,且具有空氣過濾和加濕功能,不斷輸入100%新鮮冷空氣,有效的正壓送風可使有害的空氣排出室外,保持室內潔淨;大大改善其室內空氣品質。

保護環境,零污染;由於蒸髮型空調(蒸髮式冷氣機)設備以水為製冷劑(不氟里昂),對大氣無污染。

維護簡單、保養費用低;傳統壓縮式空調機組一般需要冷水機組、冷卻塔、冷卻水泵、末端裝置等複雜的成套設備,運行、維護都麻煩,且需專業人員操作,耗資很大,而蒸髮型空調系統運行管理方便,一般無須專業人員。

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