CN111366389A - 一种含湿含尘气流供应装置及控制方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含湿含尘气流供应装置及控制方式，涉及空调换热器性能测试领域，包括测试风道，置于测试风道内的风扇，水汽分散模块、粉尘分散模块，整流罩、粉尘浓度仪、湿度计，以及用于控制水汽、粉尘供应及分散浓度和相应的粉尘、湿度测试仪的PLC控制装置。本发明可根据测试空间内所需的相对湿度，供应特定体积流量的水汽，并利用分散装置将水汽均匀分布于测试空间内；还可根据测试空间内的所需粉尘浓度，将特定质量的粉尘通过运转的履带均匀分散到测试空间。因此该装置可以提供三种工作模式，包括仅供应含尘气流的工作模式，仅供应含湿气流的工作模式及供应含湿含尘气流的工作模式。

Description

一种含湿含尘气流供应装置及控制方式

技术领域

本发明涉及空调换热器性能测试领域，尤其涉及一种含湿含尘气流供应装置及控制方式。

背景技术

人们日常生活环境中的空气，含有一定浓度的水蒸气和粉尘。空调器制冷运行时，含有水蒸气与粉尘的室内空气流过换热器，气流中的水蒸气会在换热器表面析出而形成冷凝水，气流中的粉尘会黏附在冷凝水表面而形成湿积灰层。空调器长期运行过程中，湿积灰层不断加厚，导致空调器性能明显衰减。空调器开发中，需要预先了解并控制湿积灰层对于空调器性能衰减的影响，为此需要进行针对性的实验测试进行加速模拟自然湿气和灰尘对空调性能的影响。这就需要有反映水蒸气与粉尘浓度影响的实验装置，该装置的关键是形成水蒸气与粉尘浓度均可控制的气流。

目前已有相关装置及技术的研究，还无法实现水蒸气与粉尘浓度均可控制的气流的供应。中国专利CN108954923A(公布日2018.12.07)公开了一种空调换热器加速积尘测试用的精确供粉装置，该发明仅涉及粉尘供应。中国专利CN204460156U(公告日2015.07.08)公开了一种上方注水下方燃烧枝叶木材的水汽供应装置，该发明仅涉及水汽供应。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可以同时实现水蒸气与粉尘供应的装置，并且可以根据实验需要控制水蒸气与粉尘的浓度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种湿度和粉尘浓度可控的含湿含尘气流供应装置及控制方式。其供应含湿含尘气流的技术原理是：根据测试空间内所需的湿度，供应特定体积流量的水汽，并利用分散装置将水汽均匀分布于测试空间内；根据测试空间内所需的粉尘浓度，将特定质量的粉尘通过运转的履带均匀分散到测试空间；再利用外界空气将水汽和粉尘充分混合，形成湿度和粉尘浓度均匀可控的含湿含尘气流。

为实现上述目的，本发明提供了一种含湿含尘气流供应装置，包括测试风道、风扇、换热器样件、水汽分散模块、粉尘分散模块、整流罩、恒温水箱、粉尘浓度仪、湿度计、PLC控制装置；

所述风扇，所述换热器样件、所述水汽分散模块和所述粉尘分散模块依次排列在所述测试风道内；

所述整流罩包括两个，分别位于所述测试风道的进风入口处和所述测试风道的中间处，中间的所述整流罩两侧分别是所述水汽分散模块和所述粉尘分散模块；

所述粉尘浓度仪安装在所述粉尘分散模块的背风面；

所述湿度计安装在所述换热器样件的迎风面；

所述换热器样件的进出口分别连接所述恒温水箱的水流进出口，所述恒温水箱位于所述测试风道底部；

所述PLC控制装置与所述水汽分散模块、所述粉尘分散模块、所述恒温水箱、所述粉尘浓度仪和所述湿度计相连。

进一步地，所述水汽分散模块由一个水汽均板和一个水汽发生装置组成，所述水汽均板的水汽进出口连接所述水汽发生装置，所述水汽均板包括至少一个水汽分散单元，所述水汽分散单元并联连接。

进一步地，所述水汽分散单元包括零级支路流道、一级支路流道和二级支路流道，所述零级支路流道和所述一级支路流道的水力直径比等于所述一级支路流道和所述二级支路流道的直径比，所述零级支路流道和所述一级支路流道的水力长度比等于所述一级支路流道和所述二级支路流道的长度比。

进一步地，所述水汽分散单元从所述零级支路流道开始，在节点处为一分三形式，角度为30～75°；所述零级支路流道分成三个所述一级支路流道，中间所述一级支路流道再继续一分三，分形三个所述二级支路流道；三个所述二级支路流道再合并为一个所述一级支路流道，三个所述一级支路流道再合并为一个所述零级支路流道。

进一步地，所述水汽发生装置为超声波水汽发生装置。

进一步地，所述粉尘分散模块由两个粉尘盛装容器、两个履带、六个履带轴和至少一条黏尘带组成。

进一步地，所述测试风道的顶部和底部各有一个凸起，这两个凸起在与所述测试风道相接处靠内侧均有一个长条形的开口，所述粉尘盛装容器是上端开口的立方体容器，分别位于所述测试风道的顶部凸起处和底部凸起处。

进一步地，所述履带轴由三个一组排列成两个倒三角形，上组的所述履带轴置于风道顶部的粉尘盛装容器中，下组的所述履带轴置于风道底部的粉尘盛装容器中，所述履带分别套在所述履带轴的两端，首尾相连形成闭环。

进一步地，所述黏尘带由表面粗糙的织物制成，两端分别接在所述履带上。

本发明提供了一种含湿含尘气流供应装置的控制方式，其特征在于所述控制方式包括三个工作模式：

1)仅供应含尘气流的工作模式:打开所述粉尘分散模块，所述黏尘带随所述履带转动至所述粉尘盛装容器中，所述黏尘带在所述粉尘盛装容器中裹满粉尘后，转动至所述测试风道中，外界空气在所述风扇的带动下进入所述测试风道，并吹拂所述黏尘带上的粉尘，粉尘逐渐脱离所述黏尘带，与空气混合，匀速转动的双向所述黏尘带使粉尘与空气充分混合，均匀分布在所述测试风道中；

2)仅供应含湿气流的工作模式：打开所述水汽分散模块，所述水汽发生装置将液态水转变成水汽，打开所述水汽均板，水汽顺着所述水汽均板中并联排布的所述分散单元的各级流道流动，水汽流动至均匀分散排布的若干个出口处，位于出口末端的螺旋叶片在气流带动下旋转，将来自出口的水汽360°分散到各个方向，被均匀分散的水汽在与空气混合，在所述测试风道内形成水汽混合气流；

3)供应含湿含尘气流的工作模式：同时打开所述粉尘分散模块和所述水汽分散模块，粉尘被所述黏尘带携带，与测试空间中的空气混合形成均匀的含尘气流；水汽在各个所述分散单元及所述螺旋叶片的带动下，与含尘气流混合形成含湿含尘气流。

本发明具有如下技术效果：

1)履带式的粉尘分散模块将特定质量的粉尘分散于测试风道中，调节履带的转速可以形成不同浓度的含尘气流，保证粉尘浓度的均匀和稳定；

2)特定结构的水汽均板保证水汽出口均匀分散于测试风道中，螺旋叶片使得水汽向各个方向流动，保证水汽与空气的均匀混合，使得水汽在气流中均匀分布。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为仅供应含尘气流的工作模式示意图；

图2为仅供应含湿气流的工作模式示意图；

图3为供应含湿含尘气流的工作模式示意图；

图4为水汽均板的水汽流路图；

图5为开口处螺旋叶片图；

图6为水汽分散单元的结构图；

图7为灰尘分散装置主体示意图；

图8为黏尘带示意图；

图9为整流罩示意图；

图10为换热器进风侧粉尘浓度第一测试点8a的粉尘浓度随时间变化图；

图11为换热器进风侧粉尘浓度第二测试点8b的粉尘浓度随时间变化图

图12为换热器进风侧对角线两侧的水汽相对湿度差值变化图；

图13为换热器进风侧相对湿度第一测试点9a的水汽浓度随时间变化图；

图14为换热器进风侧相对湿度第二测试点9b的水汽浓度随时间变化图；

图15为换热器进风侧对角线两测点的粉尘浓度差值变化图。

其中：

1-测试风道、2-粉尘分散模块、2a-粉尘盛装容器、2b-履带、2c-履带轴、2d-黏尘带、3-整流罩、4-水汽分散模块、4a-水汽均板、4b-水汽发生装置、5-换热器样件、6-恒温水箱、7-风扇、8-粉尘浓度仪、8a-粉尘浓度第一测试点、8b-粉尘浓度第二测试点、9-湿度计、9a-相对湿度第一测试点、9b-相对湿度第二测试点、10-PLC控制装置。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本实施例中，粉尘浓度设置为0.15g/m³，粉尘浓度波动范围为±0.02g/m³，相对湿度为75％，波动范围±10％，加速积尘时间为8小时。

本实施例中，含湿含尘气流供应装置的设计如图1-3所示。测试风道1主体是以正方形为截面的长方体管道，长4m×宽0.8m×高0.8m，可以由铝合金框架及塑料板或木板搭建。

水汽分散模块4由一个水汽均板4a和一个水汽发生装置4b组成；水汽均板4a包括至少一个水汽分散单元，如图6所示，水汽分散单元并联连接，分散单元包括零级支路流道、一级支路流道和二级支路流道，零级支路流道和一级支路流道的水力直径比等于一级支路流道和二级支路流道的直径比，D₀/D₁＝D₁/D₂＝γ＝1.5。零级支路流道和一级支路流道的水力长度比等于一级支路流道和二级支路流道的长度比，比值为L₀/L₁＝L₁/L₂＝α＝1.2。

水汽分散单元从零级支路流道开始，在节点处为一分三形式，角度为60°；零级支路流道分成三个一级支路流道，中间一级支路流道再继续一分三，分形三个二级支路流道，三个二级支路流道再合并为一个一级支路流道，三个一级支路流道再合并为一个零级支路流道。

水汽均板4a采用金属或塑料作为材料。

水汽发生装置4b采用的是型号为JW1007S-002超声波雾化器，水汽均板4a的水汽进出口均连接水汽发生装置4b，水汽在水汽均板的流路如图4箭头方向所示，水汽出口末端有螺旋叶片，结构如图5所示。

如图7所示，粉尘分散模块2由两个粉尘盛装容器2a、两个履带2b、六个履带轴2c和至少一条黏尘带2d组成；粉尘盛装容器2a为中空的立方体或长方体容器，容积为0.1m³，材质为塑料或木制品；履带2b为条状履带，长度为2.6m，首尾相连形成闭环，由橡胶制成；履带轴2c三个一组排列成两个等腰三角形，两个三角形的三个边0.5m×0.4m×0.4m，将闭环的履带2b撑成箭头形状；黏尘带2d由表面粗糙的麻类织物制成，两端分别连接两条履带2b，黏尘带示意图见图8。

如图9所示，整流罩3由4cm×4cm的塑料网格组成，位于测试风道1入口和中间，中间的整流罩3两侧分别是粉尘分散模块2和水汽分散模块4。

换热器样件5的制冷剂进出口分别连接恒温水箱6的水流出入口。

粉尘浓度仪8安装于测试空间内；PLC控制装置10与粉尘浓度仪8相连，接收测试空间的粉尘浓度信号。

PLC控制装置10与水汽分散模块4、粉尘分散模块2和恒温水箱6相连，分别控制粉尘分散模块2转动，恒温水箱6的流量和水汽分散模块4的流量。

本实施例的运行，具体包括以下三个工作模式：

1)仅供应含尘气流的工作模式

如图1所示，打开粉尘分散模块2，黏尘带2d随履带2b转动至粉尘盛装容器2a中；黏尘带2d在粉尘盛装容器2a中的裹满粉尘后，转动至测试风道1中；根据所需粉尘浓度和气流流速1m/s，供应粉尘的质量流量为0.6g/min；外界空气在风扇7的带动下，进入测试风道1，并吹拂黏尘带2d上的粉尘；粉尘逐渐脱离黏尘带2d，与空气混合；匀速转动的双向黏尘带2d使粉尘与空气充分混合，均匀分布在测试风道1中。

黏尘带2d每次的粉尘携带量为m＝0.5g，转轴的转速为v＝0.2m/s，黏尘带2d之间的间隔为L＝0.2m，所以粉尘供应的质量流量为Q＝m/(L/ν)。风速为v_f＝1.2m/s，测试风道1的宽度和高度为w＝0.8m和h＝0.8m，则供应的气流中粉尘浓度为ρ＝m/(ν_f·w·h)＝m·ν/(L·ν_f·w·h)＝0.16g/m³。

2)仅供应含湿气流的工作模式

如图2所示，打开水汽分散模块4，超声波水汽发生装置将液态水转变成水汽；打开水汽均板4a，水汽顺着水汽均板4a中并联排布的分散单元的各级流道流动，水汽流动方向如图4箭头方向；根据所需水汽浓度和气流流速1m/s，供应水汽的流量为50g/min。水汽流动至均匀分散排布的若干个出口处，位于出口末端的螺旋叶片在气流带动下旋转，将来自出口的水汽360°分散到各个方向；被均匀分散的水汽在与空气混合，在测试风道1内形成水汽混合气流。

水汽的供应流量为Q_w＝50g/min，风速为v_f＝1.2m/s，测试风道1的宽度和高度为w＝0.8m和h＝0.8m，供应的气流中水汽质量浓度为ρ_w＝Q_w/(v_f·w·h)＝1g/m³，进而根据测试工况的湿度将气流调节至75％。

3)供应含湿含尘气流的工作模式

如图3所示，同时打开粉尘分散模块2和水汽分散模块4，粉尘被黏尘带2d携带，与测试空间中的空气混合形成均匀的含尘气流；水汽在各个分散单元及螺旋叶片的带动下，与含尘气流混合形成含湿含尘气流。

将特定温度的冷水输入换热器样件5，粉尘-水汽混合气流在风扇7的带动下穿过换热器样件5；气流中的水汽遇到降温后的换热器翅片，在翅片表面凝结成水珠；气流中的粉尘碰到换热器翅片后，部分沉积于翅片表面；随着积尘过程的持续，翅片表面凝结的水珠逐渐增多，聚成水膜；气流中的粉尘与翅片表面的水膜接触，形成泥浆附着于换热器样件5的翅片表面。

本发明实例中所能得到的测试结果分析如下：

1)利用粉尘浓度仪8监测换热器进风侧对角线两测点的浓度情况(图10,11)，可以看出在履带转速为0.2m/s时，粉尘浓度的波动范围在130～160mg/m³；在履带转速为0.15m/s时，粉尘浓度的波动范围在80～115mg/m³，均满足±20mg/m³的要求，说明粉尘浓度的稳定性较好。根据换热器进风侧对角线两测点浓度差值的变化情况(图12)，波动范围在-10～10mg/m³，体现出不同位置的粉尘浓度差距较小，说明粉尘浓度的均匀性较好。

2)利用湿度计9监测换热器进风侧对角线两测点的相对湿度情况(图13，14)，可以看出在水汽质量流量为1g/min时，相对湿度的波动范围在65～80％；在水汽质量流量为0.75g/min时，相对湿度的波动范围在40～60％，均满足波动20％的要求，说明相对湿度的稳定性较好。根据换热器进风侧对角线两测点浓度差值的变化情况(图15)，波动范围在-10～10％，体现出不同位置的相对湿度差距较小，说明相对湿度的均匀性较好。

综上所述，本发明的含湿含尘气流供应装置不光可以单独控制粉尘的供应或水汽的供应，还可以同时供应粉尘和水汽，并能控制粉尘和水汽浓度，保证其均匀和稳定，根据测试需要设定相关参数模拟自然环境。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含湿含尘气流供应装置，其特征在于，包括：测试风道、风扇，换热器样件、水汽分散模块、粉尘分散模块、整流罩、恒温水箱、粉尘浓度仪、湿度计、PLC控制装置；

所述风扇，所述换热器样件、所述水汽分散模块和所述粉尘分散模块依次排列在所述测试风道内；

所述整流罩包括两个，分别位于所述测试风道的进风入口处和所述测试风道的中间处，中间的所述整流罩两侧分别是所述水汽分散模块和所述粉尘分散模块；

所述粉尘浓度仪安装在所述粉尘分散模块的背风面；

所述湿度计安装在所述换热器样件的迎风面；

所述换热器样件的进出口分别连接所述恒温水箱的水流进出口，所述恒温水箱位于所述测试风道底部；

所述PLC控制装置与所述水汽分散模块、所述粉尘分散模块、所述恒温水箱、所述粉尘浓度仪、所述湿度计相连。

2.如权利要求1所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述水汽分散模块由一个水汽均板和一个水汽发生装置组成，所述水汽均板的水汽进出口连接所述水汽发生装置，所述水汽均板包括至少一个水汽分散单元，所述水汽分散单元并联连接。

3.如权利要求2所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述水汽分散单元包括零级支路流道、一级支路流道和二级支路流道，所述零级支路流道和所述一级支路流道的水力直径比等于所述一级支路流道和所述二级支路流道的直径比，所述零级支路流道和所述一级支路流道的水力长度比等于所述一级支路流道和所述二级支路流道的长度比。

4.如权利要求3所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述水汽分散单元从所述零级支路流道开始，在节点处为一分三形式，角度为30～75°；所述零级支路流道分成三个所述一级支路流道，中间所述一级支路流道再继续一分三，分成三个所述二级支路流道；三个所述二级支路流道再合并为一个所述一级支路流道，三个所述一级支路流道再合并为一个所述零级支路流道。

5.如权利要求2所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述水汽发生装置为超声波水汽发生装置。

6.如权利要求1所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述粉尘分散模块由两个粉尘盛装容器，两个履带、六个履带轴和至少一条黏尘带组成。

7.如权利要求6所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述测试风道的顶部和底部各有一个凸起，这两个凸起在与所述测试风道相接处靠内侧均有一个长条形的开口，所述粉尘盛装容器是上端开口的立方体容器，分别位于所述测试风道的顶部凸起处和底部凸起处。

8.如权利要求6所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述履带轴由三个一组排列成两个倒三角形，上组的所述履带轴置于风道顶部的所述粉尘盛装容器中，下组的所述履带轴置于风道底部的所述粉尘盛装容器中，所述履带分别套在所述履带轴的两端，首尾相连形成闭环。

9.如权利要求6所述的含湿含尘气流供应装置，其特征在于，所述黏尘带由表面粗糙的织物制成，两端分别接在所述履带上。

10.一种含湿含尘气流供应的控制方式，其特征在于，所述控制方式包括三个工作模式：

1)仅供应含尘气流的工作模式:打开所述粉尘分散模块，所述黏尘带随所述履带转动至所述粉尘盛装容器中，所述黏尘带在所述粉尘盛装容器中裹满粉尘后，转动至所述测试风道中，外界空气在所述风扇的带动下进入所述测试风道，并吹拂所述黏尘带上的粉尘，粉尘逐渐脱离所述黏尘带，与空气混合，匀速转动的双向所述黏尘带使粉尘与空气充分混合，均匀分布在所述测试风道中；

2)仅供应含湿气流的工作模式：打开所述水汽分散模块，所述水汽发生装置将液态水转变成水汽，打开所述水汽均板，水汽顺着所述水汽均板中并联排布的所述分散单元的各级流道流动，水汽流动至均匀分散排布的若干个出口处，位于出口末端的螺旋叶片在气流带动下旋转，将来自出口的水汽360°分散到各个方向，被均匀分散的水汽在与空气混合，在所述测试风道内形成水汽混合气流；

3)供应含湿含尘气流的工作模式：同时打开所述粉尘分散模块和所述水汽分散模块，粉尘被所述黏尘带携带，与测试空间中的空气混合形成均匀的含尘气流，水汽在各个所述分散单元及所述螺旋叶片的带动下，与含尘气流混合形成含湿含尘气流。

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