毕业论文范文——移动式空调器喷淋装置的研究进展

移动式空调器喷淋装置的研究进展 摘要: 凝结水的喷淋循环技术不仅延长了移动式空调器连续使用时间而且强化了冷凝器的传热效果。研究表明,喷淋装置的结构对喷淋水流的分布特性具有显著的影响。本文介绍移动式空调器喷淋装置的研究进展,并对两种喷淋盒(改善泵水分布的喷淋盒和均匀布水的新型喷淋盒)进行了试验比较。试验结果表明,新型喷淋盒使喷淋水分布的均匀性得到了改善。关键词: 移动式空调器 喷淋盒 分布特性1引言 移动式空调器是近年来出现的一种新型空调器,具有体积小,可移动,安装和搬卸方便等特点,特别适用于局部制冷。移动式空调器在制冷运行时,当蒸发器表面温度低于室内露点温度,空气中水蒸气在温度较低的蒸发器翅片上会冷凝成水。移动式空调器的凝结水排除性能和连续使用时间是影响移动式空调器使用的重要技术指标。 一种泵水循环装置通过水泵将凝结水循环喷淋到冷凝器上蒸发,不仅提高了凝结水排除性能,延长了空调器的连续使用时间,而且增强了冷凝器的传热效率,提高了空调器的能效比。凝结水喷淋循环将水箱中的水抽到置于冷凝器上方的喷淋盒,凝结水通过喷淋盒上的小孔流到冷凝器的翅片上,由于压缩机排气温度和冷凝器的冷凝温度较高,部分凝结水被蒸发后通过排风管随冷凝器出风排到室外,未蒸发的凝结水向下流入水箱1。 研究表明,喷淋装置的结构对喷淋水流的分布特性具有显著的影响,并进而影响到移动式空调器的凝结水排除性能。笔者分析移动式空调器喷淋装置的研究进展,并介绍一种新的喷淋盒结构,从而改善喷淋水分布的均匀性,延长空调器的连续使用时间 2-3。2 移动式空调器的喷淋盒的结构2.1 泵水循环式喷淋盒 早期的喷淋盒结构简单,安装在冷凝器的上方,如图1所示。喷淋盒1的底部布有若干喷淋孔102,一端设有泵水进水嘴103,盒顶设有盖板104。进水嘴103与水泵的出口管相连,水泵将水箱中的水泵送入喷淋盒。105是安全孔,其孔径较大且与喷淋盒底有一个台阶位。当泵水量大并不能及时由喷淋孔流出时,可以迅速从安全孔排出,以免水位升高导致喷淋盒边缘漏水。 这种结构的喷淋盒结构简单,实现了凝结水泵水循环的功能。蒸发器上产生的凝结水由接水盘收集后流入水箱,当水箱中的水位达到一定高度后启动水泵进行泵水循环。但从水泵泵出的喷淋水有一定压头,以较高流速射入喷淋盒后水的流向和范围没有限制,通常只从某一区域的喷淋孔下流,大部分喷淋孔并没有水流出。喷淋水的分布很不均匀,喷淋循环的效率很低 2。 图1 泵水循环喷淋盒的典型结构 101.喷淋孔; 102.进水嘴; 103.喷淋盒体;104.喷淋盒盖; 105.安全孔2.2 接水盘与喷淋器一体式喷淋盒 新型结构的移动式空调器将蒸发器设置在冷凝器的上方,冷凝器与蒸发器间设置有喷淋盒。蒸发器所产生的凝结水经接水盘收集后流入喷淋盒,通过喷淋盒使水流分布均匀,喷淋到冷凝器后向下流入水箱。 一种将接水盘与喷淋器一体式设计的喷淋盒结构如图2所示。接水盘201位于蒸发器的下方,收集由蒸发器产生的凝结水。导水槽202具有一定倾斜度,与接水盘201相连的一端高于与喷淋器203相连的一端,便于将蒸发器产生的凝结水导向喷淋器203上的喷淋孔204。水箱中的水位达到一定高度后启动泵水循环的工作原理与前述相同。 图2 接水盘与喷淋器一体式喷淋盒的典型结构201.接水盘; 202.导水槽; 203.喷淋器;204.喷淋孔; 205.进水嘴 与泵水循环式喷淋系统相比,增加了蒸发器凝结水的一次喷淋,提高了喷淋效率,但同样存在喷淋水分布不均匀的问题。另外,置于喷淋盒上方的蒸发器与置于喷淋盒下方的冷凝器相互垂直,给移动式空调器的结构设计带来较多限制,泵水可能射出喷淋盒而出现漏水,也使这种一体式喷淋盒结构需要进一步改进。2.3 改善泵水分布的喷淋盒 BOSCH公司研究了喷淋盒结构形式对喷淋水流的分布特性的影响,设计了一种改善泵水分布的喷淋盒,其结构如图3所示4。喷淋盒的盖板301与盒体302是一体加工的,安装时将盖板折过来即可扣在盒体上。喷淋盒盖板上设有2个接水口303,用于将蒸发器接水盘收集的凝结水导入喷淋盒。喷淋盒右端设有进水嘴304,与循环水泵的出口相连,将水箱中的水泵入喷淋盒。喷淋盒底部在对应冷凝器上方的位置设有若干喷淋孔305,凝结水通过喷淋孔流到冷凝器上。 图3 改善泵水分布的喷淋盒结构图(BOSCH公司) 301.盖板; 302.盒体; 303.接水口; 304.进水嘴; 305.喷淋孔; 306.挡水板; 307.挡水环; 308.安全孔; 309.安全孔护板 需要指出的是,喷淋孔不是均匀分布的,左侧的喷淋孔相对稀疏,而右侧的喷淋孔较为紧密。这是考虑到循环水泵从进水嘴泵入的凝结水压头较高,以较快的速度射入喷淋盒。如果喷淋孔均匀分布,则大部分凝结水将集中从喷淋盒左侧的喷淋孔流出。此外,喷淋盒盖板上设有挡水板306,盒体上设有挡水环307。其目的也是改变泵水的分布特性,使泵水相对均匀地流到喷淋盒的各部分。该喷淋盒底部还设有安全孔308和安全孔护板309。安全孔的尺寸较大,在正常条件下由于护板遮挡喷淋水不会流入安全孔,但当喷淋水积累时则可以由安全孔迅速泄出,不会溢出【9】。3 新型均匀布水喷淋盒 BOSCH公司设计的喷淋盒改善了喷淋水的分布特性,但仍然存在一些不足: 1)泵水分布特性得到改善,但仍不均匀。特别是由于塑料件加工在注塑脱模时容易在喷淋孔边缘形成毛刺和飞边,使喷淋水往往集中流到某几个喷淋孔而不能均匀分布。2)喷淋孔的直径约为3 4 mm,由于表面张力作用容易在孔口形成一层水膜,阻碍水的下流。3)喷淋盒的底部是光整平面,喷淋孔间距不大。由于表面张力的作用,喷淋水从喷淋孔滴下时容易在喷淋盒的底部连成一片。 为了解决这些问题,笔者介绍一种新型均匀布水喷淋盒,其结构如图4所示 5。新型喷淋盒基本结构与图3类似,盖板与盒体为整体式,盖板上设置的接水口将蒸发器接水盘收集的凝结水导入喷淋盒。该喷淋盒的特点在于,在喷淋盒的盒体402上设有若干分隔板406,将喷淋盒分隔为几个相互隔开的区域;喷淋盒中还设有与进水嘴404连接的分水管407,分水管在对应于由分隔板406所隔开的区域的位置分别设有分水孔408。这样,在泵水循环时,水箱中的水由进水嘴404泵入喷淋盒的分水管407后,只能从各分水孔408流入喷淋盒中对应区域,再从喷淋孔405流出。此外,在喷淋盒底部设有一些隔离筋410,将喷淋孔相互隔开,避免从喷淋孔滴下的水珠在喷淋盒的底部连成一片。这种二次分流结构通过分水管上的分水孔和喷淋盒上的分隔板有效地引导水流的范围和流向,从而保证水箱中的水泵入喷淋盒后均匀地分布到喷流盒的不同区域。 图4 均匀布水的新型喷淋盒结构图( Kelon公司) 401.盖板; 402.盒体; 403.接水口; 404.进水嘴; 405.喷淋孔; 406.分隔板; 407.分水管; 408.分水孔; 409.安全孔; 410.隔离筋 需要进一步研究的是测量从各分水孔流向喷淋盒的水流量的均匀性。试验表明,水泵的压头、进水嘴的直径、分水管的长度和直径、分水孔的直径与位置都会影响分水孔出水量的分布。然而,对于设计定型的移动式空调器,通常只要调节分水孔的直径就很容易使水流量基本均衡,从而实现布水的均匀性11。4 喷淋循环的试验研究为了比较图3所示BOSCH公司的改善泵式分布的喷淋盒与Kelon公司的新型均匀布水的喷淋盒的喷淋效果,笔者进行了空调器喷淋循环试验。图5和图6给出了喷淋试验的照片。喷淋盒安装在一台移动式空调器上。为了便于试验,该移动式空调器的外壳、蒸发器和冷凝器都被拆除,但包括与底座一体的水箱、水泵和喷淋盒在内的喷淋系统是完整的。将这2种喷淋盒分别安装在移动式空调器上,启动泵水循环即可进行试验12。 图5 BOSCH喷淋盒的泵水喷淋试验结果 图6 Kelon喷淋盒的泵水喷淋试验结果 显然,图5所示的改善泵式分布的喷淋盒的出水集中在喷淋盒中间位置的几个区域,且流量较大;而靠近水泵进水嘴一侧的水流量相对较小,喷淋盒左侧则基本没有水流。而图6所示的Kelon的均匀布水喷淋盒的出水则较为均匀20。 查阅在不同水流量下进行了更多的试验。改善泵式分布的喷淋盒的出水位置随水流量的不同也有变化,但始终分布不太均匀。均匀布水喷淋盒的出水量随水流量的大小也有改变,但分布都很均匀。图7是在喷淋循环试验时打开喷淋盒盖的顶视照片,可以看出由于分水管、分水孔的导流作用,泵水比较均匀地流到了喷淋盒的不同区域中。这也是这2种喷淋盒喷淋效果不同的主要原因21。 图7 Kelon喷淋盒的分水孔的导流效果5 结 论 凝结水排除性能是影响移动式空调器使用范围的重要问题,喷淋装置特别是喷淋盒的结构对喷淋水流的分布特性具有显著的影响。新型均匀布水式喷淋盒,凭借分水管和分水孔的导流作用,实现了喷淋水的均匀分布,提高了喷淋循环的效率和冷凝器的换热能力。参考文献【1】黄晓峰，陈绍安，唐蔚，等室内外进风的可移动式空调器【P】，中国专利：ZL2004200144512，2004【2】广东科龙空调器有限公司双风管移动空调技术研究总结报告粤科鉴字【2004】第052号2004【3】刘忠民，唐蔚一种自动排除冷凝水的移动式空调器【P】，中国专利：ZL2004200719007，2004【4】黄晓峰，李志军。谈裕辉。等具有冷凝水排除功能的移动式空调嚣【P1，中国专利：ZL20042004321722004编辑，韩彬J【5】陈颖，李筱萍热泵型空调器结霜除霜的判定暖通空调，2001，31(6)4446【6】黄虎，虞维平，李志浩等风冷热泵冷热水机组自调整模糊控制研究暖通空调，2001，31(3)：6769【7】F R AmeenStudy Of frosting Of heat pump evaporatorsASHRAE Trans1993，V99Partl【8】Akira Nakajima，Kazuhito HashImoto，andTOshiva WatanabeRecent Studies On Super-Hydrophobic filmsMonatshefte furchemie InvitedReview2001132，31-41【9】濮伟.制冷空调器设备【M】。北京：机械工业出版社，2002【10】单大可。电冰箱和小型制冷机【M】北京：轻工业出版社，1987【11】卢士勋。制冷与空调调节技术-理论基础及工程应用【M】.上海：上海科学普及及出版社，1992.【12】张伯福，空调器的选择、使用和维护。【M】天津：宇航出版社【13】Arraiza j,Gonnzales j,Barcos j,et al.Transporttable air-conditioner：EP0981030，2000-02-23【14】姜益强，姚杨，马最良空气源热泵结霜除霜损失系数的计算暖通空调，2000，30(5)：2426【15】吴小敏，许旺发，王维城等冷面上水珠冻结及影响因素的实验研究中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文集，2003，pp325-328【16】李彦池龚红烈，梁丙辰空调换热器用铝箔表面涂层的研究进展河北化工，2002，第1期：9-1012【17】王祝堂空调器铝箔的表面处理轻金属，1999，第5期：5357【18】张洪云，黎寅基空调器用铝箔憎水表面处理轻合金加工技术， 1995【19】Critoph and Zhong, 2005R.E. Critoph, Y. Zhong Review of trends in solid sorption refrigeration and heat pumping technology Proc. IMechE Part E J. Proc. Mechanical Eng., 219 (2005)【20】de Boer and Smeding, 2008. de Boer, S.F. Smeding Thermally operated mobile air conditioning systems; developmen