專利名稱：板式間接蒸發冷卻系統中的噴淋布水系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及暖通空調領域利用板式空氣-空氣熱交換器間接水蒸發冷卻進行空 氣調節的系統，具體涉及這種系統的水系統部分，尤其強調該水系統中高效、耐久的噴淋布 水子系統。
背景技術：
目前，公知的空氣調節系統包括空氣品質處理和空氣溫濕度調節兩部分。主要的 空氣溫度調節系統技術上有壓縮蒸發系統、蒸汽吸收系統和常溫常壓水蒸發系統幾種。水 蒸發冷卻系統又分直接水蒸發冷卻系統和間接水蒸發冷卻系統。間接蒸發系統主要包括管 式熱交換器系統、板式熱交換器系統和熱管式熱交換器系統。壓縮機機械制冷，體積小、制冷性能強，但存在高能耗、不健康、不環保等一些弊 端。蒸汽吸收制冷效率較高，除了機械制冷的弊端外，還有機組體積龐大的問題。水蒸發冷卻系統采用的是自然界和我們人體上無處不在的水蒸發原理，有許多天 然的合理性、環保性和可持續發展性，其特點包括較高的能效比、人體健康和感受度好、對 環境壓力小等。但是這種系統使用的是開放水系統，容易出現結垢、腐蝕、堵塞和微生物危 害等問題，做好噴淋過程的高效仿生，以及采用復合機械制冷獲得深度制冷和高精度控制 是重要的研發課題。直接蒸發冷卻系統結構簡單，但由于其出風濕度太大，蒸發制冷效率有限，大大限 制了應用范圍，這種直接蒸發技術主要用于冷卻塔換熱和一些工廠的粗放型通風降溫等。 間接蒸發冷卻系統中的板式熱交換器方案具有較高的體積換熱效率、高能效比，容易實現 各種小型化一體化的制冷系統制造。間接蒸發冷卻系統原理簡單，在不同的地區有不同的應用方式。在我國的西部、北 部干燥地區，只需用簡單的間接蒸發冷卻加上直接蒸發冷卻就可滿足大多數情況下的夏季 空調應用；在濕焓值較高的東部、中部和南部地區，間接蒸發冷卻系統需要復合機械制冷系 統才能達到夏季室內環境的舒適性要求。理論上，以間接蒸發冷卻為主、機械制冷為輔的新型空氣調節系統，可以全年、在 任何地區，提供一體化的制冷/制熱和空氣品質的綜合解決方案，兼顧做到空氣健康、高能 效比和低環境壓力等整體要求，是一種節能、減排、環保、健康的綠色科技和產品。國內外，公開的專利和其他技術資料，有大量間接蒸發制冷原理和裝置的介紹，下 面列舉一些U. S. Pat. No. 6，705，096，Valeriy Maisotsenko,03/16/2004U. S. Pat. No. 7，510，174，Larry L. Kammerzell,03/31/2009U. S. Pat. No. 6，911，121，James R. Beckman, 06/28/2005U. S. Pat. No. 6，776，001，Valeriy Maisotsenko, 08/17/2004U. S. Pat. No. 6，523，604，Barry R. Brooks, 02/25/2003U. S. Pat. No. 6，070，655，Pertti Heikkila,06/06/2000
U. S. Pat. No. 7，197，887，Valeriy Maisotsenko, 04/03/2007U. S. Pat. No. 7, 273, 516, Urs A. ffeidmann, 09/25/2007U. S. Pat. No. 6，018，953，William A. Belding,02/01/2000U. S. Pat. No. 7，654，307，Mohinder Singh Bhatti，02/02/2010Evaporation Air Conditioning Hand Book, Third Edition, John R. Watt,Will K.Brown,1997 The Fairmont Press, Inc.CN200710030870. 3CN201010033817. 0CN200720104158. 9CN200610012263. XCN200710017989. 7“板式IEC中傳遞過程不可逆熱力學分析”，張旭陳沛霖，同濟大學學報， vol23(6)1995“國內外蒸發冷卻空調技術研究進展(1、2、3)”，黃翔，暖通空調HV&AC 2007年第 37卷第2、3、4期板式間接蒸發冷卻系統主要包括板式空氣-空氣熱交換器，風機、風路系統，水 泵、布水和水路系統，控制系統，如果需要復合機械制冷，還應包括壓縮機、冷凝器、蒸發器、 節流閥等的氟路系統，這些系統簡單分類為風系統、水系統、氟系統子系統，其中的氟系統 是機械壓縮蒸發制冷或者蒸汽吸收制冷的等效代名詞，不專指氟立昂壓縮機系統。板式間接蒸發冷卻系統核心如圖5所示的板式空氣-空氣熱交換器和噴淋布水的 水循環系統。為了提高換熱效率和制冷量，在其他工況和效率相同的情況下，提高有效蒸發 面積的布水率有著至關重要的作用。同時，在開放環境的水系統中，密封、防腐、防垢、防堵 塞、防止生物危害對系統耐久運行和降低維護成本有重要作用。已知的相關產品和技術方案中，水系統中的噴淋子系統只是簡單地采用在輸水管 上裝置一些噴嘴，每個噴嘴以傘面的方式、有的是霧化的方式進行噴水，這種稀疏離散的噴 嘴與板式熱交換器特有的板片數量巨大、板片間距狹小及板片朝向不同形成不相匹配，不 能做到全部板面均勻布滿水，不能在整個板面上形成纖薄、均勻的水膜，布水面積只能達到 板式熱交換器可布水面積的10 50%。為了提高布水面積，簡單地加大噴水量無濟于事， 霧化噴水還會造成霧化水滴被氣流直接帶出系統外，大大增加了耗水量。一般的噴頭噴水 為公知常識，這里未給出附圖。
發明內容
圖1是一種典型的叉流板式空氣-空氣熱交換器，通道長度在100 1000毫米范 圍內時，對應的通道間隙是2 10毫米，即每個通道的開口面是長100 1000毫米、寬2 10毫米的細長條，長寬比在50 100 1，板片數量是幾十到上百片。在板式間接蒸發冷 卻系統中，一般定義氣流1和2的風道為蒸發通道，其間的氣流一般是室內回風，定義氣流 5和6的風道為新風通道，其間的氣流一般是室外新風，噴淋水一般從氣流1處位置噴下。為了給蒸發通道的每個壁面都布滿水，本發明的布水器采用與每個蒸發通道開口截面相一致的細長管作為噴水管18，噴水管面向蒸發通道入口的一側沿噴水管軸線方向有 兩排沖孔19，使其噴出的兩排張開一定角度的水線落在板式空氣-空氣熱交換器蒸發通道 中相鄰的兩個通道的兩個相對的表面上，圖2顯示的是噴水管18、噴水管噴出的水線和板 式空氣-空氣熱交換器8的位置關系示意圖。板式熱交換器的噴水通道面上有幾十到上百個平行的入口，分水器15和16相應 地分出同樣多的裝有卡套式快接頭17的接口，每個接口對應一個蒸發通道，每個接口連接 一根噴水管18，最終形成一個二維噴水面，保證整個板式空氣-空氣熱交換器上的每個通 道的換熱壁都均勻地布滿水且形成均勻的水膜，辦事空氣-空氣熱交換器的內芯材料壁面 做親水處理或者選擇親水材料。本發明的另一種噴水管連接方式是把分水管15和16替換為一副導軌，噴管直接 連接水泵，噴水管由電機驅動在導軌上做往復運動，掃描整個噴水通道入口面，使整個熱交 換器均勻布水。這種導軌運動代替固定的二維噴水面的技術方案，本專業技術人員可以采 用現有知識和技術實現，這里未給出附圖。圖5顯示整個水系統加上板式空氣-空氣熱交換器后連接的立體圖。布水系統的 水流流程為噴水管18噴出的水落入相應蒸發通道的板壁面上，并在重力作用下向下流動， 在整個壁面上形成水膜，噴淋水一部分蒸發，一部分未蒸發完的水最后流入水箱9，再通過 水泵吸水口的過濾器22、吸水管12、水泵11、送水管13和14、分水器15和16、卡套式快接 頭17、最后回到噴水管18，完成一次水的循環。為了形成連續的全面的布水，本發明的噴水管沖孔19的孔徑為0. 2 0. 3毫米， 噴水管軸向孔間距為3 5毫米。徑向圓周上的兩個孔的夾角根據噴水管與熱交換器通道 入口的距離和通道間隙而定，以保證這兩個孔中射出的水流落在蒸發通道中相鄰的兩個通 道的兩個相對表面上為準。延水管軸向布置的沖孔數量足夠多，以保證整個通道都有噴水。 噴水管一頭封堵，一頭插入分水器上的卡套式快接頭17中。噴水管上的沖孔19管眼細小、數量巨大，采用0. 15毫米壁厚的鋁管可以做到兼顧 整體機械強度和沖孔加工工藝的經濟性，也可以采用其他金屬或者非金屬材質進行制造。 鋁質噴水管性質活潑、容易氧化，整個水系統中存在其他的金屬，例如水泵11中的鑄鐵、分 水器15和16中的黃銅或者不銹鋼，連接在一起后在水中形成原電池效應，鋁管最先被腐 蝕，這是一種電化學腐蝕。因此，需要將鋁管跟其他金屬進行隔離。本發明首先將與鋁管相 接的卡套快接頭17內的黃銅抱箍改成相應的一到兩個0型圈20，這樣隔絕了鋁管與快接頭 的金屬接觸，同時還有安裝方便、可重復使用、密封性好、柔性連接抗振動等的優異效果。其次，對噴水鋁管外壁在與卡套接觸的部分21涂覆聚四氟乙烯薄膜或防水油漆， 形成0. 05毫米以下的絕緣層，阻絕鋁管與其它金屬直接接觸，消除原電池效應。由于鋁管性質活潑，本發明對沖孔加工完的噴水管18整體進行三價鉻鹽化學鍍 處理，形成的保護膜，可以使很大程度上提高鋁管的抗化學腐蝕能力。噴水管有結詬的時候在循環水中放入適量的多聚磷酸鈉為主的軟化劑，或直接采 用潔廁靈類產品，使結垢消融，并通過水箱中的排水泵M對循環水進行更新，使高濃度離 子水排出系統外，定期循環水的更新可以保證水系統的持久運行。由于噴水鋁管的噴水眼19的直徑只有0. 2 0. 3毫米，因此在相應的風路系統中 需要做空氣除塵過濾，以避免雜質落入水中堵塞水過濾器22。
本發明在循環水泵的吸水口上裝置80目左右的不銹鋼過濾網的過濾盒22，在盒 體底部開孔并配上內絲連接螺紋31，在盒體上部開口處蒙上不銹鋼過濾網29，形成水過濾 盒22。盒體30和過濾器蓋觀是塑料的，過濾網四是可以更換的。這個過濾盒可以保證循 環水中的漂浮物不被水泵吸入，防止堵塞噴水管的噴水眼。為了抑制水中生物的危害，循環水中采用公知的非氧化殺菌劑、殺生劑，也可通過 循環水更新來抑制生物危害，由于本系統中循環水總量很小，采用一天更新一次循環水是 比較經濟可行的方式。作為公知常識，本發明的水系統中還有水箱9、上水浮球閥23、溢水口 25、排水用 潛水泵對、水位觀察計7、起水汽和液態水分離作用的擋水板10、水泵11和水管13、14，這 里不作詳述。需要強調的是，循環水大量蒸發發，水的離子濃度會增高，為了提高水系統管路和 設備的使用壽命，水箱中的潛水泵定時向外排除水箱中循環水，補水系統自動補充新水，維 持系統的持久運行。本發明的布水器噴水管上噴水眼密布，噴出的水線落入蒸發通道蒸發表面上，整 個布水器形成一個二維噴水面，使得板式熱交換器的全部換熱面都均勻的布水，由于管眼 孔徑細小，布水點多面廣，最終獲得布水面積增大、水泵能耗減小、循環水用量減小的有益 效果。在快換管接頭17上使用0型橡膠圈20和鋁管上涂覆聚四氟乙烯薄膜21，避免了 水路系統中的原電池效應對鋁管腐蝕作用；鋁管的化學鍍層和水質處理提高了對化學結垢 的防護；水泵吸水口的過濾盒保證了沒有堵塞物質堵塞噴水眼；本發明的系統結構和工藝 實現了噴水管和過濾盒的整體快換。綜合這些，本發明對水系統的低成本運營和維護有良 好有益的效果。
圖1是板式空氣-空氣熱交換器的立體圖。圖2是布水器噴水管和熱交換器位置關系示意圖。圖3是布水系統和熱交換器的立體圖。圖4是圖3中的分水、布水系統的仰視圖。圖5是板式間接蒸發冷卻系統中的噴淋布水系統加上板式熱交換器的立體圖。圖6是圖4中的一個快接頭單元和噴水管單元的立體圖。圖7是圖6中的快接頭單元和噴水管接頭部分的爆炸圖。圖8是圖5中的下半部即水箱和水泵部分的前視圖，水箱部分去掉了水箱前側板。圖9是圖8中的水過濾器的爆炸圖。圖中1.回風氣流在熱交換器噴水通道的入口處，2.回風氣流在熱交換器內部和 出口處，3.回風氣流在水箱中經導流板發生方向轉向處，4.回風氣流穿過擋水板離開系統 處，5.新風氣流在熱交換器新風通道的入口處，6.新風氣流在熱交換器新風通道的出口 處，7.水箱水位指示計，8.板式空氣-空氣熱交換器，9.水箱，10.擋水板，11.水泵，12.水 泵吸水管，13.左布水系統輸水管，14.右布水系統輸水管，15.右布水系統分水器，16.左布 水系統分水器，17.卡套式快接頭，18.噴水鋁管，19.噴水鋁管上的沖孔，用于噴水，20.卡套式快接頭內的0型圈，21.鋁管上的聚四氟乙烯薄膜，22.水箱中水泵吸水口上的水過濾 器，23.水箱中進水口上的浮球閥，24.水箱中的排水潛水泵，25.水箱上的溢水孔，26.水箱 上的排水孔，27.水箱里的導流板，28.水過濾器蓋子，29.水過濾器過濾網，30.水過濾器盒 體，31.水過濾器底部的水納子。
具體實施例方式實施方式一實施方式一是利用本發明的噴水子系統、板式空氣-空氣熱交換器、風機、框架結 構、面板、空氣過濾器和控制系統等，構成一體化的空氣調節系統。圖5是實施方式一的水 系統和部分風系統的三維立體圖，其余部分屬于本領域內技術人員公知的結構和技術，未 畫出。圖5顯示了板式空氣-空氣熱交換器8和整個水系統的主要部件。新風風機將室 外新風從5引入熱交換器。新風在交換器內部進行等濕降溫過程，其獲得的冷量來自于回 風通道內水蒸發產生的蒸發濕焓和室內回風與新風的溫差在交換器中傳遞的顯熱回收，新 風經過板式空氣-空氣熱交換器8后溫度降至回風氣流的濕球溫度。處理完的新風6直接 送往室內，為室內空間提供新鮮的和低能耗的廉價新風。回風風機驅動室內回風從1進入板式空氣-空氣熱交換器，回風促進熱交換器內 回風通道換熱器表面的水膜進行蒸發，使水膜溫度接近回風濕球溫度，并通過熱交換器壁 面使間壁的新風通道內的新風溫度接近水膜的溫度。回風經過熱交換器后在水箱中經過導 流板27改變方向，通過擋水板10與循環水分離，最終經回風點4排出室外。水系統的循環過程如圖5所示，循環水被水泵11通過吸水管12從水箱中吸入，期 間首先通過吸水口的水過濾器22，然后循環水分成兩路，通過輸水管13和14，分別送給分 水器15和16，在每個分水器上有許多快接頭17，每個快接頭上連接一個噴水管18，分水管 的數量與熱交換器進風口的數量一樣，每個噴水管上有兩排的噴水眼19，這些噴水眼形成 如圖2和圖4所顯示的一個布水點陣。該噴水點陣在水泵的壓力下噴出直徑0. 3毫米左右 的不同角度水絲，直接澆在板式熱交換器壁面上，使整個熱交換器的蒸發表面布滿水膜。水 膜在重力作用下流入水箱9，并在擋水板10處與回風分離，完成一次水循環。噴水管和其上的沖孔的特征為，鋁管直徑6毫米，壁厚0. 15毫米，孔徑0. 2 0. 3 毫米，沖孔的軸向間距為3 5毫米。噴水管與快接頭的連接采用0型圈密封，同時在噴水鋁管以其他金屬相接觸的地 方涂覆聚四氟乙烯薄膜，以達到不在鋁管上形成原電池腐蝕的目的。水箱中的潛水泵按時間定時更新循環水，以達到減低循環水離子濃度的目的。水箱中的水過濾器采用與噴水管沖孔相應的絲網密度，以保證水中的漂浮物被過 濾，不會堵塞噴水口。鋁管噴水管成型后整體進行三價鉻鹽化學鍍處理，形成的保護膜，提高鋁管抗化 學腐蝕的能力。如果噴水管有結詬，在循環水中放入適量多聚磷酸鈉為主的軟化劑，或直接采用 潔廁靈類產品，使結垢消融，并通過水箱中的排水泵M對循環水進行更新，使高濃度離子 水排出系統外，定期循環水的更新可以保證水系統的持久運行。
實施方式二基本結構與實施方式一一樣，只是把分水管15和16改為一副導軌，一個或多個噴 水管直接接在水泵上，在電機驅動下，噴水管沿導軌在噴水口上往復掃描，同樣完成整個回 風入口的布水。只要調整導軌的掃描頻率，使其間隔小于熱交換器內的水蒸發時間，即可實 現同樣的整體全面布水，而且產生更加節省水泵能耗和減小循環水量使用量的效果。這種 導軌掃描機構屬于常見機電結構，未畫出具體示意圖。
權利要求
1.一種板式間接蒸發冷卻系統中的噴淋布水系統，包括板式空氣-空氣熱交換器、分 水器、布水器和過濾器，其特征在于布水器采用與板式空氣-空氣熱交換器的一個蒸發通 道進風口相一致的細長管作為噴水管，噴水管面向蒸發通道入口的一側沿軸線方向有兩排 沖孔，使其噴出的兩排張開一定角度的水線落在板式空氣-空氣熱交換器蒸發通道中相鄰 的兩個通道的兩個相對表面上。
2.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管通過卡套式快接頭與分水器 相連，卡套式快接頭的內部用兩個0型圈對管接頭進行密封和柔性固定。
3.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管在與卡套式快接頭接觸的部 分表面涂覆聚四氟乙烯薄膜或者其他防水絕緣涂層，阻斷噴水管和其他金屬的導電接觸。
4.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管通過水泵和管路與水箱的進 水口進行連接，在進水口上裝置水過濾器，過濾器的網眼大小與噴水管沖孔大小相應，防止 水中雜物進入噴水管，堵塞噴水孔。
5.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于與噴水管相接的分水器上有多個卡 套式快接頭，每個卡套式快接頭對應一條板式空氣-空氣熱交換器的蒸發通道，形成對整 個交換器的所有蒸發通道進行一一對應的固定噴淋。
6.如權利要求5所述的噴淋布水系統，其特征在于與噴水管相接的分水器替換為成一 副導軌，水泵直接與一根或2 3根噴水管相連，噴水管裝置于導軌上，在電機驅動下，噴水 管沿導軌往復掃描，實現間歇地對所有蒸發通道進行噴淋。
7.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管為鋁管，鋁管直徑6毫米，鋁 管壁厚0. 15毫米，鋁管上的沖孔直徑在0. 2 0. 3毫米之間，沖孔的軸向間距在3 5毫 米之間，沖孔的軸向范圍以覆蓋整個蒸發通道為準。
8.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管為鋁管，沖孔加工后的鋁管 用三價鉻鹽進行表面轉化膜處理，提高噴水管的抗化學腐蝕能力。
9.如權利要求1所述的噴淋布水系統，其特征在于噴水管在噴水口有化學結垢的情況 下，在循環水中加入多聚磷酸鈉類的軟化劑對水垢進行消融處理。
全文摘要
本發明涉及暖通空調領域利用板式空氣-空氣熱交換器間接水蒸發冷卻進行空氣調節的系統，具體涉及這種系統的水系統部分，尤其強調該水系統中高效、耐久的噴淋布水子系統。為了提高換熱效率和制冷量，提高布水率有著至關重要的作用。同時，在開放環境的水系統中，密封、防腐、防垢、防堵塞、防止生物危害對系統耐久運行有重要作用。本發明的布水器采用與每個蒸發通道開口截面相一致的細長管作為噴水管，噴水管有兩排噴水孔，多個噴水管或者軌道掃描的一個噴水管對整個熱交換器的所有蒸發通道一一對應的固定噴淋，在熱交換器的每個壁面上形成均勻連續的水膜。該布水系統應用于板式間接水蒸發冷卻的空調系統中。
文檔編號F28F25/06GK102116512SQ20111000739
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月14日 優先權日2011年1月14日
發明者張洪 申請人:張洪