CN107413546A - 一种喷嘴、喷嘴阵列及喷雾冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种喷嘴、喷嘴阵列及喷雾冷却装置，所述喷嘴包括：混合腔体，混合腔体的一端开设有喷口，另一端设置有气液混合输入口；从气液混合输入口流出的气液两相混合物在混合腔体内进行混合，并以喷雾形式从所述喷口喷出；渐缩通道，渐缩通道的出气口与气液混合输入口连通；分水通道，与气液混合输入口连通；贯流通道，与分水通道连通，且贯流通道上开设有进水口；水流依次通过进水口、贯流通道及分水通道流入至气液混合输入口处，与空气混合，形成气液两相混合物。所述喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，可降低冷却气流温度、提高冷却气流的相对湿度，并可显著提高风冷机组的制冷性能系数EER。

Description

一种喷嘴、喷嘴阵列及喷雾冷却装置

技术领域

本发明涉及风冷机组制冷技术领域，特别是涉及一种用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴、喷嘴阵列及喷雾冷却装置。

背景技术

空调是现代建筑必不可少的设备之一，根据冷凝器的冷却方式，一般分为水冷式和风冷式两种。尽管在相同制冷量下风冷机组的性能系数EER(Energy Efficiency Ratio，空调的制冷性能系数)(EER＝2.4-3.5)低于水冷式机组的性能系数(EER＝3.8-4.4)，但因其具有系统简单紧凑、投资小、安装方便等优点，在目前的空调销售市场中，风冷机组所占份额高达25％以上，并呈现逐年增长的趋势。

夏季制冷过程中，风冷机组EER主要受冷凝器散热效果的影响，而冷凝器散热效果受冷却气流温湿度(即环境温度)的影响异常显著。相关研究结果表明，随着环境温度的提高，风冷式机组的EER呈现逐渐降低的趋势，环境温度每提高1℃，EER将会降低0.035-0.075；且环境温度越高，EER的降低幅度越大；在极端高温情况下，风冷式机组甚至会发生“热保护”停机和启动困难等现象。同时，风冷式机组EER随着环境湿度提高而提高，相对湿度每提高1％，EER将提高0.024左右。因此，亟需一种可降低冷凝器冷却气流温度、提高冷却气流相对湿度的冷却装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴、喷嘴阵列及喷雾冷却装置，通过喷嘴对应冷凝器设置，来降低冷凝器冷却气流温度、提高冷却气流的相对湿度，从而达到提高风冷机组制冷性能系数的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种喷嘴，所述喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，所述喷嘴包括：

混合腔体，所述混合腔体的一端开设有喷口，且所述混合腔体的另一端设置有气液混合输入口；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述混合腔体内进行混合，并以喷雾形式从所述喷口喷出；

渐缩通道，所述渐缩通道的出气口与所述气液混合输入口连通；压缩空气通过所述渐缩通道的进气口流入至所述气液混合输入口处；

分水通道，与所述气液混合输入口连通；

贯流通道，与所述分水通道连通，且所述贯流通道上开设有进水口；水流依次通过所述进水口、贯流通道及分水通道流入至所述气液混合输入口处，与压缩空气混合，形成气液两相混合物。

可选的，所述混合腔体包括：

预混层，所述预混层与所述气液混合输入口连通；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述预混层中进行初步混合；

多孔骨架层，设置在所述预混层的下游，并与所述预混层连通；初步混合的气液两相混合物在所述多孔骨架层中进行均匀混合；

混合层，设置在所述多孔骨架层的下游，并与所述多孔骨架层连通，且所述混合层上开设有所述喷口；混合均匀的气液两相混合物通过所述喷口以喷雾的形式喷出。

可选的，所述渐缩通道的进气口的中心线与所述喷口的中心线重合。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种喷嘴阵列，所述喷嘴阵列包括：

支架；

至少一个所述喷嘴；

喷嘴夹具，设置于所述支架上，且所述喷嘴夹具的数量与所述喷嘴的数量相同，用于夹持所述喷嘴，使所述喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，且使各喷嘴成阵列排布。

可选的，所述设定角度的取值范围为-30°～30°。

可选的，所述支架包括：

两根可伸缩式立柱，各所述可伸缩式立柱的底部连接有固定盘；

至少一根可伸缩式横梁，分别设置在两根所述可伸缩式立柱之间，且各所述可伸缩式横梁上均设置有所述喷嘴夹具，使得喷嘴成m×n阵列排布；其中，m≥1，表示可伸缩式横梁的根数；n≥1，表示每根可伸缩式横梁上喷嘴夹具或喷嘴的数量。

可选的，在呈阵列排布的喷嘴中，最上层喷嘴的中心高度低于所述冷凝器上端面100～150mm；最下层喷嘴的中心高度高于所述冷凝器下端面100～150mm；左右两侧的喷嘴在水平方向的位置在所述冷凝器左右端面内100～150mm。

可选的，呈阵列排布的喷嘴与所述冷凝器的冷却气流进口之间的距离为1200～2000mm。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种喷雾冷却装置，所述喷雾冷却装置包括：

所述喷嘴阵列，

水泵，所述水泵分别与所述喷嘴阵列中的各个喷嘴连通；

水支路电磁阀，设置在所述水泵与各个喷嘴连通的水支路中；

空气压缩机，所述空气压缩机分别与所述喷嘴阵列中的各个喷嘴连通；

气支路电磁阀，设置在所述空气压缩机与各个喷嘴连通的气支路中；

温度传感器，设置在所述喷嘴阵列的支架顶端，用于采集冷凝器所处环境温度信息；

PLC控制器，分别连接所述水支路电磁阀、气支路电磁阀及温度传感器；用于根据所述环境温度信息控制所述水支路电磁阀和/或气支路电磁阀的开闭，以调整喷嘴的启动数量以及喷雾量的大小。

可选的，所述喷雾冷却装置还包括：

水支路止回阀，设置在所述水支路电磁阀与对应喷嘴之间的水支路上；和/或

气支路止回阀，设置在所述气支路电磁阀与对应喷嘴之间的气支路上。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明设置混合腔体、渐缩通道、分水通道、贯流通道等形成喷嘴，通过渐缩通道的进气口流入的压缩空气、通过贯流通道的进水口流入的水流在气液混合输入口交汇混合并通过混合腔体混合处理后，可以喷雾形式从所述喷口喷出，所述喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，从而可通过喷嘴喷出的喷雾降低冷凝器冷却气流温度、提高冷却气流的相对湿度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴的剖面图；

图2为图1中A-A处的剖面图；

图3为本发明实施例用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷雾冷却装置的管路连接示意图；

图4为本发明实施例用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷雾冷却装置与冷凝器相对位置示意图。

符号说明：

101-进气口；102-进水口；103-贯流通道；104-分水通道；105-预混层；106-多孔骨架层；107-混合层；108-喷口；109-渐缩通道；1-水泵，2-水母管；3-水支路电磁阀；4-水支路止回阀；5-堵头；6-PLC控制器；7-水支管；8-温度传感器；9-喷嘴夹具；10-喷嘴；11-可伸缩式横梁；12-风冷机组；13-可伸缩式立柱；14-气支路止回阀；15-气支路电磁阀；16-气支管；17-气母管；18-空气压缩机；19-喷嘴阵列。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴，设置混合腔体、渐缩通道、分水通道、贯流通道等形成喷嘴，通过渐缩通道的进气口流入的压缩空气、通过贯流通道的进水口流入的水流在气液混合输入口交汇混合并通过混合腔体混合处理后，可以喷雾形式从所述喷口喷出，所述喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，从而可通过喷嘴喷出的喷雾降低冷凝器冷却气流温度、提高冷却气流的相对湿度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度。如图1所示，本发明适用于风冷机组的喷嘴包括混合腔体、渐缩通道109、分水通道104、贯流通道103。

其中，所述混合腔体的一端开设有喷口108，且所述混合腔体的另一端设置有气液混合输入口；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述混合腔体内进行混合，并以喷雾形式从所述喷口108喷出。

所述渐缩通道109的出气口与所述气液混合输入口连通；空气通过所述渐缩通道109的进气口101流入至所述气液混合输入口处。

所述分水通道104与所述气液混合输入口连通；所述贯流通道103与所述分水通道104连通，且所述贯流通道103上开设有进水口102(如图2所示)；水流依次通过所述进水口102、贯流通道103及分水通道104流入至所述气液混合输入口处，与压缩空气混合，形成气液两相混合物。在本实施例中，所述渐缩通道109的进气口101的中心线与所述喷口108的中心线重合。

进一步地，所述渐缩通道109为在空气流动过程中直径逐渐变小的通道，从而形成渐缩状。

如图1所示，所述混合腔体包括预混层105、多孔骨架层106及混合层107。所述预混层105与所述气液混合输入口连通；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述预混层105中进行初步混合；所述多孔骨架层106设置在所述预混层105的下游，并与所述预混层105连通；初步混合的气液两相混合物在所述多孔骨架层106中进行均匀混合；所述混合层107设置在所述多孔骨架层106的下游，并与所述多孔骨架层106连通，且所述混合层107上开设有所述喷口108；混合均匀的气液两相混合物通过所述喷口108以喷雾的形式喷出。

其中，所述气液混合输入口的直径小于所述预混层105与所述多孔骨架层106接触面的面积，从而使得所述预混层105呈渐扩状。通过设置渐扩状的预混层105，可利于气液两相混合物的初步混合。所述多孔骨架层106内填充有多孔骨架，从而可使初步混合的气液两相混合物在所述多孔骨架层106混合均匀。

其中，本发明喷嘴采用3D打印工艺制作。所述喷嘴的工作参数为：气、液工作压力0.3-0.4MPa，气液质量流量比控制在0.08-0.12之间，液体流量控制在8-14kg/h之间。

所述喷嘴的喷雾特性包括：雾化颗粒平均直径可控制在30微米以下，喷雾锥角20-30°之间，喷雾颗粒平均速度25-30m/s，喷雾能耗可控制在15W/kg以内。

此外，本发明还提供一种用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴阵列。如图3所示，本发明用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷嘴阵列包括支架，至少一个所述喷嘴10以及喷嘴夹具9；所述喷嘴夹具9设置于所述支架上，且所述喷嘴夹具9的数量与所述喷嘴10的数量相同，用于夹持所述喷嘴10，使所述喷嘴10的喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，且使各喷嘴10成阵列排布。

进一步地，所述喷嘴的喷雾流动方向与所述冷凝器的冷却气流流动方向之间的设定角度α的取值范围为-30°～30°(如图4所示)。

其中，如图3所示，所述支架包括两根可伸缩式立柱13以及至少一根可伸缩式横梁11；各所述可伸缩式立柱13的底部连接有固定盘；各所述可伸缩式横梁11分别设置在两根所述可伸缩式立柱13之间，且各所述可伸缩式横梁11上均设置有所述喷嘴夹具9，使得喷嘴10成m×n阵列排布；其中，m≥1，表示可伸缩式横梁的根数；n≥1，表示每根可伸缩式横梁上喷嘴夹具或喷嘴的数量。其中，m可在1-4之间取值，n可在2-6之间取值，但并不以此为限。所述喷嘴数量、喷雾总流量和喷雾覆盖面积等参数，还可根据风冷机组负荷及其冷凝器结构尺寸进行调整。

优选的，在呈阵列排布的喷嘴中，最上层喷嘴的中心高度低于所述冷凝器上端面100～150mm；最下层喷嘴的中心高度高于所述冷凝器下端面100～150mm；左右两侧的喷嘴在水平方向的位置在所述冷凝器左右端面内100～150mm。

进一步地，呈阵列排布的喷嘴与所述冷凝器的进风口之间的距离为1200～2000mm。

对于两侧进冷却气流的冷凝器，可使用两个喷嘴阵列，具体布置如图4所示。对于单侧进冷却气流的冷凝器，使用一个喷嘴阵列即可。

此外，本发明还提供一种用于降低风冷机组冷凝器冷却气流温度的喷雾冷却装置。具体的，如图3所示，本发明喷雾冷却装置包括上述喷嘴阵列19、水泵1、水支路电磁阀3、空气压缩机18、气支路电磁阀15、温度传感器8及PLC控制器6。

其中，所述水泵1分别与所述喷嘴阵列19中的各个喷嘴10连通；所述水支路电磁阀3设置在所述水泵1与各个喷嘴10连通的水支路中。在本实施例中，所述水泵1连通水母管2，水母管2通过多条水支管7分别与各个喷嘴10连通，每一条水支管7上设置有一个水支路电磁阀3。

所述空气压缩机18分别与所述喷嘴阵列19中的各个喷嘴10连通；所述气支路电磁阀15设置在所述空气压缩机18与各个喷嘴10连通的气支路中。在本实施例中，所述空气压缩机18连通气母管17，所述气母管17通过多条气支管16连通各个喷嘴10，每一条气支管16上设置有一个气支路电磁阀15。

所述温度传感器8设置在所述喷嘴阵列19的支架顶端，用于采集冷凝器所处环境温度信息。在本实施例中，所述温度传感器8设置在所述可伸缩式立柱13的顶端。

所述PLC控制器6分别连接所述水支路电磁阀3、气支路电磁阀15及温度传感器8；所述PLC控制器6根据所述环境温度信息信息控制所述水支路电磁阀3和/或气支路电磁阀15的开闭，从而控制喷嘴10的启动或停止，以调整喷嘴的启动数量以及喷雾量的大小。所述PLC控制器6可选用S7-200SMART系列PLC控制器，对应的控制方法均为现有技术，在此不再详细赘述。

优选的，本发明喷雾冷却装置还包括防水控制箱，用于放置所述PLC控制器6。

此外，为了防止压缩空气倒流进入水支路电磁阀3，本发明喷雾冷却装置还包括水支路止回阀4，所述水支路止回阀4设置在所述水支路电磁阀3与对应喷嘴10之间的水支路上，即所述水支路止回阀4位于水支路电磁阀3下游的水支管上。

为了防止水流倒流进入气支路电磁阀15，本发明喷雾冷却装置还包括气支路止回阀14，所述气支路止回阀14设置在所述气支路电磁阀15与对应喷嘴10之间的气支路上，即所述气路止回阀14位于气支路电磁阀15下游的气支管上。

在本实施例中，与水泵1连通的水母管2和与空气压缩机18连通的气母管17根据喷嘴阵列工作特性参数选用PVC柔性软管。其中，所述气母管17一端与空气压缩机18的出气口以快接接头连接，另一端以堵头5封闭；所述水母管2一端与水泵1的出水口以快接接头连接，另一端以堵头5封闭。

所述气支管16一端与气母管17之间利用三通快接接头连接，另一端与喷嘴进气口以快接接头连接；所述水支管7一端与水母管2之间利用三通快接接头连接，另一端与喷嘴进水口以快接接头连接。

下面以一具体实施例说明本发明的效果：

在标准焓差室内，针对某制冷量为60kW的风冷式机组进行了多种工况下的制冷性能特性测试，获得了本发明喷雾冷却装置对风冷机组EER的提升效果，见表1。

表1、喷雾冷却对风冷机组EER的影响

测试结果显示，利用本发明喷雾冷却装置对风冷机组冷凝器冷却气流进行降温，风冷机组的制冷性能系数EER得到显著提高；且环境温度越高，喷雾冷却对风冷机组EER的提升幅度越大。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种喷嘴，其特征在于，所述喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，所述喷嘴包括：

混合腔体，所述混合腔体的一端开设有喷口，且所述混合腔体的另一端设置有气液混合输入口；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述混合腔体内进行混合，并以喷雾形式从所述喷口喷出；

渐缩通道，所述渐缩通道的出气口与所述气液混合输入口连通；压缩空气通过所述渐缩通道的进气口流入至所述气液混合输入口处；

分水通道，与所述气液混合输入口连通；

贯流通道，与所述分水通道连通，且所述贯流通道上开设有进水口；水流依次通过所述进水口、贯流通道及分水通道流入至所述气液混合输入口处，与压缩空气混合，形成气液两相混合物。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述混合腔体包括：

预混层，所述预混层与所述气液混合输入口连通；从所述气液混合输入口流出的气液两相混合物在所述预混层中进行初步混合；

多孔骨架层，设置在所述预混层的下游，并与所述预混层连通；初步混合的气液两相混合物在所述多孔骨架层中进行均匀混合；

混合层，设置在所述多孔骨架层的下游，并与所述多孔骨架层连通，且所述混合层上开设有所述喷口；混合均匀的气液两相混合物通过所述喷口以喷雾的形式喷出。

3.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述渐缩通道的进气口的中心线与所述喷口的中心线重合。

4.一种喷嘴阵列，其特征在于，所述喷嘴阵列包括：

支架；

至少一个根据权利要求1-3中任一项所述的喷嘴；

喷嘴夹具，设置于所述支架上，且所述喷嘴夹具的数量与所述喷嘴的数量相同，用于夹持所述喷嘴，使所述喷嘴的喷雾流动方向与风冷机组中冷凝器的冷却气流流动方向成设定角度，且使各喷嘴成阵列排布。

5.根据权利要求4所述的喷嘴阵列，其特征在于，所述设定角度的取值范围为-30°～30°。

6.根据权利要求4所述的喷嘴阵列，其特征在于，所述支架包括：

两根可伸缩式立柱，各所述可伸缩式立柱的底部连接有固定盘；

至少一根可伸缩式横梁，分别设置在两根所述可伸缩式立柱之间，且各所述可伸缩式横梁上均设置有所述喷嘴夹具，使得喷嘴成m×n阵列排布；其中，m≥1，表示可伸缩式横梁的根数；n≥1，表示每根可伸缩式横梁上喷嘴夹具或喷嘴的数量。

7.根据权利要求4所述的喷嘴阵列，其特征在于，在呈阵列排布的喷嘴中，最上层喷嘴的中心高度低于所述冷凝器上端面100～150mm；最下层喷嘴的中心高度高于所述冷凝器下端面100～150mm；左右两侧的喷嘴在水平方向的位置在所述冷凝器左右端面内100～150mm。

8.根据权利要求4所述的喷嘴阵列，其特征在于，呈阵列排布的喷嘴与所述冷凝器的冷却气流进口之间的距离为1200～2000mm。

9.一种喷雾冷却装置，其特征在于，所述喷雾冷却装置包括：

根据权利要求4-8中任一项所述的喷嘴阵列，

水泵，所述水泵分别与所述喷嘴阵列中的各个喷嘴连通；

水支路电磁阀，设置在所述水泵与各个喷嘴连通的水支路中；

空气压缩机，所述空气压缩机分别与所述喷嘴阵列中的各个喷嘴连通；

气支路电磁阀，设置在所述空气压缩机与各个喷嘴连通的气支路中；

温度传感器，设置在所述喷嘴阵列的支架顶端，用于采集冷凝器所处环境温度信息；

PLC控制器，分别连接所述水支路电磁阀、气支路电磁阀及温度传感器；用于根据所述环境温度信息控制所述水支路电磁阀和/或气支路电磁阀的开闭，以调整喷嘴的启动数量以及喷雾量的大小。

10.根据权利要求9所述的喷雾冷却装置，其特征在于，所述喷雾冷却装置还包括：

水支路止回阀，设置在所述水支路电磁阀与对应喷嘴之间的水支路上；和/或

气支路止回阀，设置在所述气支路电磁阀与对应喷嘴之间的气支路上。