專利名稱：節(jié)約能源的氣冷式冰水機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節(jié)約能源的氣冷式冰水機。
習用氣冷式冰水機(請參閱


圖1和圖2)，其散熱機構部分主要為銅管外附散熱片的盤管1及排風扇2所組成的氣冷冷凝器，進口處的空氣3，溫度約為37℃，因此冷媒的冷凝溫度高約為50℃～60℃，相對應系統(tǒng)高壓，若為冷媒R－22，約為1.94～2.42MPA。與水冷式冷凝器相比，其系統(tǒng)高壓約比水冷式系統(tǒng)高出約0.5MPA，因此壓縮機的壓縮比也較高，耗用功率也大，但其結構精巧，仍為大家習用。利用冷水塔的水冷式系統(tǒng)，雖然冷凝溫度較低(約為40℃)壓縮功率較大，但對一般個別用戶，由于裝設冷水塔所需體積與空間限制，在實際一般家庭應用上，有占用空間大的缺點。習用蒸發(fā)式冰水機的冷凝器系統(tǒng)(參閱圖3和圖4)可滿足降低冷凝溫度的要求，其主要結構為裸銅管盤管4上方置一噴嘴5，循環(huán)水經(jīng)由循環(huán)水泵8送至噴嘴噴灑于裸銅管上，另有補給水經(jīng)浮球控制閥6進入水盤7，由于裸銅管的表面積有限，由此體積與結構，亦嫌龐大，也具有占用空間大的缺點。而且當水系統(tǒng)故障中止運轉(zhuǎn)時，冷媒高壓的過度升高，將導致空調(diào)機停止運轉(zhuǎn)，原因在于裸銅管的傳熱面積較小，當無水分蒸發(fā)時，其散熱效率不足之故。
針對上述習用氣冷冰水機的缺點，本實用新型的目的在于提供一種節(jié)約能源的氣冷式冰水機，通過在冷凝盤管和散熱片頂部加設給水加濕器，使散熱片表面形成水薄膜，利用水薄膜與通過盤管空氣間的蒸發(fā)熱傳，增加散熱效果，降低冷凝溫度及壓力，以減小壓縮機壓縮比達到節(jié)省能源的目的。
本實用新型的目的是以如下方式達到的一種節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其冷凝盤管為散熱片與銅管組合，其特征在于冷凝盤管頂端裝設一給水加濕器，并有一循環(huán)水泵與該加濕器相通，循環(huán)水由泵送至該加濕器，并經(jīng)由該加濕器底部分散至盤管的散熱片上方，再沿垂直散熱片表面下流形成水薄膜。
本實用新型的目的還可以如下方式達到所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于在所述加濕器底部設有多孔平板及吸水層，吸水層與盤管的散熱片頂部接觸。
所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于，其中循環(huán)水泵受系統(tǒng)高壓控制，使其在低溫狀態(tài)下可維持適當高壓。
所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于該冰水機為配合設有小型室內(nèi)送風機的箱型冰水機。
本實用新型的優(yōu)點在于利用一盤管加濕裝置，將習用氣冷式盤管表面變?yōu)樗疂癖砻妫运ひ豢諝忾g的潛熱熱傳增加冷凝器的效果，降低冷凝溫度進而提高冰水機的能效比(EER)值。
本實用新型的第二個優(yōu)點為，冷凝器采習用氣冷冷凝器的結構設計無論風量盤管部分與習用冷凝器設計完全相同，故可維持體積的精巧性，而因此在使用上氣冷冷凝與蒸發(fā)冷凝具完全的互換性，免除傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器當水源斷絕時即不能使用的缺點，更可在冬天或高峰用電時刻作干式運轉(zhuǎn)，在尖峰用電時刻藉濕式運轉(zhuǎn)以達省能的彈性節(jié)能目的。
附圖的圖面說明如下
圖1為習用氣冷式冰水機的干式冷凝器結構示意圖。
圖2為
圖1的側示圖。
圖3為習用蒸發(fā)式冰水機的裸管冷凝器結構示意圖。
圖4為圖3的側示圖。
圖5為本實用新型的節(jié)約能源的氣冷式冰水機結構示意圖。
圖6為圖5的側示圖。
圖7為本實用新型濕盤管的熱傳及質(zhì)傳原理示意圖。
參照圖5和圖6，本實用新型的節(jié)約能源的氣冷式冰水機是一種濕盤管高效氣冷冷凝器冰水機。其特征在于以習用氣冷冷凝器之盤管1作為散熱本體，排風扇2結構不變，盤管頂部裝設一給水加濕器9，加濕器頂端或側面有一進水口與循環(huán)水泵8的出口相通，加濕器底部10設置有多孔平板及吸水層，吸水層用吸水材料如海綿體構成并與盤管散熱片11頂部接觸，多孔材料的作用在于吸收循環(huán)水泵排出的循環(huán)水，并使水分能平均分布于盤管頂端，并經(jīng)由重力及表面張力，使水份沿散熱片垂直表面下流并形成水薄膜12，再利用水膜與通過盤管之空氣3間熱傳及蒸發(fā)質(zhì)傳，產(chǎn)生熱交換，以達散熱的目的。沿散熱片下流的水循環(huán)匯集于水盤7中，水盤有一排水口13與循環(huán)水泵的進口相通，水盤另裝設一外加水源浮球控制閥6以控制水盤內(nèi)的水面高度14。
本實用新型散熱的功效，將以下述原理公式加以證明(結合參閱圖7)。
1、習用氣冷冷凝器干盤管的熱傳及性能Qs＝Wa Cp(Ta2－Ta1)(1)＝Wa CP E(Tr－Ta1) (2)其中Wa＝空氣流量＝1.284 Aa VaAa＝正面積，m2Va＝流速，m／sCp＝比熱＝1.0 KJ／KG℃Ta1，Ta2＝空氣進出口溫度，℃Tr＝冷媒溫度或冷凝溫度，℃Qs＝散熱量，WE＝盤管熱交換效率(Effectiveness)＝1－e－NTU其中NTU＝熱交換單元數(shù)(Number of heat transfer units)＝UoAo／Wa Cp
其中Ao＝外表面積，m2＝Fs Aa Nr其中Fs＝單位正面積單位排數(shù)的表面積Nr＝排數(shù)Uo＝總熱傳系數(shù)=11ηfa+Bfr]]>其中 η＝散熱片效率fa＝空氣側熱傳系數(shù)，W／m2.℃fr＝冷媒側熱傳系數(shù)，W／m2.℃B＝表面積比(surface ratio)＝Ao／Ai選擇3 row10 FP1規(guī)格作為計算實例依據(jù)，其規(guī)范如下管徑 3／8英寸(9.53mm)管內(nèi)徑 Di＝0.008m正面積 Aa＝4m2風速 Va＝3m／s面積比 B＝14.1Fs＝16.1冷媒側的冷凝熱傳系數(shù)fr及空氣側的熱傳系數(shù)fa，依斯托克及喬思(stoecker及Jon)(1982)所提出的威爾森－普洛茨(wilsosn plots)方法，可根據(jù)冷凝干盤管的性能曲線而得，其結果為1／UO＝C1＋C2V－0.5a(3)其中C1＝B／fr＝0.00396C2＝0.0309熱傳系數(shù)的決定，則在取得公式(3)中C1，C2之值后依總熱傳系數(shù)UO的定義而得知ηfa＝1／C2V0.5a＝32.34V0.5aW／m2℃ (4)fr＝B／C1＝3554w／m2℃(冷凝器)(5)2、本實用新型的濕盤管的熱傳及性能濕盤管表面有水膜12存在，表面的水蒸氣是呈飽和的狀態(tài)，若與非飽和的濕空氣3接觸時，由于它們之間濕度不同會產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象(或冷凝現(xiàn)象)而形成質(zhì)傳，該質(zhì)傳的發(fā)生導致潛熱傳，因此濕盤管表面的熱傳除了因溫度差異而產(chǎn)生的顯熱熱傳外還要加上上述的潛熱熱傳。若空氣進口狀態(tài)為(Ta1，ha1，ωa1)，冷媒溫度為Tr，有效平均濕盤管表面溫度(effective surface temperature)為Ts，表面濕度比為ωs，則盤管空氣側熱傳率為Qa＝Qs＋QL＝Wa CpP Eo(Ts－Ta1)＋WahfgEO(ωs－ωa1) (7)其中Qa＝空氣與濕盤管表面間之總熱傳率，WQs＝顯熱熱傳率，WQL＝潛熱熱傳率，WEo＝空氣側的熱交換效率(air－side effectiveness)＝1－e-NT
NTUO＝空氣側的熱交單元數(shù)(number of air－side transfer units)＝ηfaAo／Wa Cphfg＝水的蒸發(fā)潛熱＝2430000J／kgωs＝對應于介面溫度TS時的飽和濕度比(humi dity ratio)3.冷媒側的熱傳率冷媒側的熱傳包括冷媒與管壁N與散熱片M間及散熱片與水膜介面J間三部分熱傳，其總熱阻為Ri＝ (B)/(A1fr) + (σ)/(KAO) (8)其中 δ＝水薄膜之厚度，mK＝水之熱導系數(shù)，W／m℃一般而言水薄膜的厚度很小，因此水膜介面間的熱阻可忽略不計，冷媒側的熱傳率為Qr＝(Tr－TS)／R1(9)4、盤管有效表面溫度TS的計算若無熱傳損失，則空氣側的熱傳率Qa與冷媒側的熱傳率Qr兩者相等，即Qa＝Qr或WaCpEO(TS－Ta1)＋WahfgEO(ωa－ωa1)－(Tr－TS)／(1／Aifr＋δ／KAO)＝0 (10)因為Wa為Ts的函數(shù)ωa(TS)，故經(jīng)由公式(10)可解出平均有效表面溫度TS值，進而計算出濕盤管的性能。若以焓值變化表示空氣側的熱傳，公式(7)可以直接轉(zhuǎn)換成(見ASHRAE Hand book of Equipment，1979)，Qa＝Wa(ha2－h(huán)a1)＝Wa(1－e－NTUO)(ha－h(huán)a1)＝WaEo(hS－h(huán)a1) (11)其中 hs＝飽和空氣在有效表面溫度Ts時的焓值，J／Kgha1＝進口空氣的焓值，J／Kgha2＝出口空氣的焓值，J／Kg有關空氣焓值的計算，依斯托克及喬恩(Stoecker及Jones)(1982)的著作(Refrigeration and Air Conditioning，2nd Edition，McGraw－Hill International Bood Company)中建議，可由下式計算，即ha＝0.3625＋1.7861TS＋0.01135T2S＋0.00098855TS，Kj／Kg(12)ha1＝9.3625＋1.7861TWb＋0.01135T2Wb＋0.00098855T3Wb，KJ／Kg (13)其中TWb＝空氣的濕球溫度，℃由Qa＝Qr得(Tr－Ts)／R1－WaEo(hS－h(huán)a1)＝0或(Tr－Ts)／WaR1Eo＋ha1－9362.5－1786TS－11.35TS2－0.98855T3S＝0 (14)在已知盤管的冷媒側熱阻R1，熱交換效率Eo，空氣流量Wa，空氣進口濕度及冷媒溫度后，即可以數(shù)值方法計算TS的值，進而計算濕盤管的性能。
5、冰水器的性能一般而言，若冰水器的熱傳系數(shù)U為一定值，則在一定流量時，冰水器的冷卻能力QE與進口水溫蒸發(fā)溫度的溫差(Tw1－TE)，成正比，即QE＝G(Tw－TE) (15)＝mCP(1－e－NTUW)(Tw1－TE) (16)UA＝mCP(1－e mcp)(Tw1－TE) (17)其中UA＝冰水器熱傳系數(shù)與傳熱面積之乘值，W／℃
m＝冰水器的水流量，Kg／sCP＝水的比熱＝4190J／Kg℃Tw1＝進口水溫＝12.7℃TE＝冷媒蒸發(fā)溫度，℃若以25冷凍噸冰水器標準設計，Tw1＝12.7℃，TE＝4.4℃m＝3.81Kg／s，UA＝17386W／℃本實用新型的節(jié)省能源的氣冷式冰水機的特征在于利用一盤管加濕裝置，將習用氣冷式盤管表面變?yōu)樗疂癖砻?，以水膜一空氣間的潛熱熱傳增加冷凝器的效果，降低冷凝溫度進而提高冰水機的能效比(EER)值。僅任舉一例將習用氣冷干性盤管及本實用新型加濕后的濕性盤管性能比較列于表1。
表1、本實施例冷凝器性能計算結果與比較
p><p>續(xù)表1
比較結果顯示，在進氣溫度Ta1＝37℃，空氣濕球溫度Twb＝35℃時習用氣冷式盤管冷凝溫度Tr＝50℃，其散熱量為24冷凍噸，若將其加濕為本實用新型的濕性盤管，在散熱量維持不變的條件下，冷凝溫度可降為約38.5℃，與習用水冷式冰水機的冷凝溫度相同，因此本案的實施，事實上是以習用氣冷式冷凝器的主要結構外加加濕裝置，達到免用水塔并節(jié)省能源的目的。本實施例的第二個特點為，冷凝器采習用氣冷冷凝器的結構設計無論風量盤管部分與習用冷凝器設計完全相同，故可維持體積的精巧性，而因此在使用上氣冷冷凝與蒸發(fā)冷凝具完全的互換性，免除傳統(tǒng)蒸發(fā)式冷凝器當水源斷絕時即不能使用的缺點，更可在冬天或離峰用電時刻作干式運轉(zhuǎn)，在尖峰用電時刻藉濕式運轉(zhuǎn)以達省能的彈性節(jié)能目的。
為充分說明本實用新型實施例節(jié)省能源程度，現(xiàn)以整個冰水機的系統(tǒng)性能作一比較及說明。
本實用新型實施例的設計規(guī)格如表2所示。
表2、本實用新型實施例的設計規(guī)格表
本實施例的系統(tǒng)性能，則在確定各組件設計規(guī)格后，依斯托克及喬恩斯(stoecker及Jones)(1982)所示的系統(tǒng)平衡計算方法，可迅速求得系統(tǒng)平衡計算的結果如表3
表3
計算結果顯示，當Twb＝35℃，對于一氣冷式冷水機，經(jīng)實施本案之后冷凍能力由原來的24.57噸增加到28.84噸，消耗功率由31.97kw減為26.54KW，而壓縮機能效比(EER)值由原來的2.32增加為3.28，若Twb更低時，其性能會更好。
綜上所述，本案對習用氣冷式冷凝器盤管實施盤管加濕技術后利用水的蒸發(fā)潛熱以增熱交換功效確能達到省能的目的。
權利要求1.一種節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其冷凝盤管為散熱片與銅管組合，其特征在于冷凝盤管頂端裝設一給水加濕器，并有一循環(huán)水泵與該加濕器相通，循環(huán)水由泵送至該加濕器，并經(jīng)由該加濕器底部分散至盤管的散熱片上方，再沿垂直散熱片表面下流形成水薄膜。
2.按權利要求1所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于在所述加濕器底部設有多孔平板及吸水層，吸水層與盤管的散熱片頂部接觸。
3.按權利要求1所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于，其中循環(huán)水泵受系統(tǒng)高壓控制，使其在低溫狀態(tài)下可維持適當高壓。
4.按權利要求1所述的節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其特征在于該冰水機為配合設有小型室內(nèi)送風機的箱型冰水機。
專利摘要本實用新型涉及一種節(jié)約能源的氣冷式冰水機，其冷凝盤管為散熱片與銅管組合，其特征在于冷凝盤管頂端裝設一給水加濕器，并有一循環(huán)水泵與該加濕器相通，循環(huán)水由泵送至該加濕器，并經(jīng)由該加濕器底部分散至盤管的散熱片上方，利用一盤管加濕裝置，將習用氣冷式盤管表面變?yōu)樗疂癖砻?，以水膜與空氣間的潛熱熱傳增加冷凝器的效果，降低冷溫度進而提高冰水機的能效比。
文檔編號F28D1/02GK2182975SQ9324110
公開日1994年11月16日 申請日期1993年9月29日 優(yōu)先權日1993年9月29日
發(fā)明者陳理定 申請人:國祥冷凍機械股份有限公司