空调箱冷凝水排水管密封排水机构

技术领域

本发明涉及一种空调箱，特别涉及一种空调箱冷凝水排水管密封排水机构。

背景技术

空调箱(Air Handling Unit)顾名思义就是空气处理机组，简称：AHU，为整个空调系统设备中占最重要的部分之一，也是空气调节的主要灵魂设备。其主要功用为温湿度调节、空气净化、冷却、除湿、通风、换气、加热、加湿以及除尘、除臭，尤其当系统处于冷却除湿过程中，气流经过冷却管排(Cooling coil)，若空气为高温高湿时，也就是被处理之空气露点温度高于冷却管排的露点温度时，经过冷却管排将产生大量的冷凝水，此冷凝水将会从冷却管排慢慢滑落至底部之排水盘，再经过冷凝水的自然重力作用缓缓的排至空调箱外面。在排水过程中，若排水管道设计施工不良，会使排水不通畅，并使冷凝排水盘积水甚至溢水出盘面，而使周边产生积水或溢水的现象。现今市面上常用的排水之设计施工大部分均采用U型管或称U型存水弯(UTrap)，在此状况下若放置空调箱的基础高度不足时，也将会使U型管之制作高度不足，会使排水不通畅，而产生溢水积水。

一般空调箱之冷凝排水管道安装的排水阀一般是处于常开的状态或不接排水阀居多，若于秋冬两季，外界空气露点温度较低时，很有可能通过气流之露点温度低于冷却管排之露点温度时，则不会产生冷凝水，此状况时排水管道是处于中空状态，又若是在负压空调箱(依气流方向冷却管排设置在风机的前侧)时，由于受到风机压力对气流的牵引之下，排水管道内部的污浊空气，就会随着被吸引至空调箱内部进而送至室内，使室内发生异常的味道。此外；从排水管道被吸入的空气并未经过冷却管排的调节处理，势必会使空调箱的调节能力降低，为了满足空调箱的调节能力，则需增加冷却管排的能力，因而增加了能量的消耗，相对地就会浪费能源。

正压空调箱与负压空调箱，主要是指空调箱内部冷却管排及冷凝排水盘出水口所承受的气流压力，实际应用上各有其优缺点，主要是依设计者或使用者观点为主要诉求，没有所谓的对与错，各有其优缺点。

当空调箱内部的风机设置在冷却管排前侧，风机所吹出的气流直接迎向冷却管排段及冷凝排水盘，称之为正压空调箱。

正压空调箱于整个箱体的内部区段大部分所呈现的压力均大于箱体外部的压力，所以对冷却管排冷凝水盘出水口而言，当然也就是产生正的压力，此时水盘受到气流的推压作用，将会使冷凝水排放更加顺畅，外界空气也不会通过排水管道而进入空调箱内，这也是正压空调箱最大的优点之一。另一优点为机体内部处于正压状态，空调箱周边外界未处理的空气不易进入机体内，较不会影响空调箱的调节功能。

而其缺点则是，若机体外壳气密施工不良时，将会使机体外壳接缝处产生泄漏，而使壳体发生冷凝水现象。

负压空调箱则是于整个箱体的内部大部分所呈现的压力均小于箱体外部的压力，所以对冷却管排冷凝水盘出水口而言：当然也就是产生负压力，此时冷凝水盘及排水管道受到负压气流的牵引影响，不仅会使冷凝水不易排出，甚至外界的外界污浊之空气也同样受到负压气流的牵引作用，若在排水管处未安装适当高度的存水弯(U-trap)时，将会使冷凝排水不通畅，外界污浊的空气也会直接被吸入空调箱内部，并且送入空调空间，产生异味。

空调箱一般设计在冷却管排的盘面风速2.5m/s为基准，并依系统的调节功能，组件排列参考图3和图4。

存水弯(U-trap)的应用原理是依据阿基米得定律，如前面所述P＝ρgh，利用U型管内部水位高度产生压力，使系统的排水更加顺畅，并可防止排水系统的气体受到空调箱风机的牵引，气流呈现负压状态，引起排水不良，是一种很重要的排水设施器具，大部分皆是用水管道与弯头制做成U型状，因此也称为U型存水弯也称(U-trap)，以下均称存水弯。

因此，目前空调箱的冷凝水盘的出水口管道必需设置存水弯水封，依据阿基米得原理，首先计算冷凝排水盘位置气流的负压量，依据负压量值，再换算水封高度的水柱值，为了确保顺利排水，设计者往往会依实际计算值再加乘1.5倍以上安全系数，以确保达到冷凝排水顺畅及水封效果。而水封的原理是以U型管内部的水位高度，控制冷凝水的排放并达到水封的作用。

一般存水弯管内部的水封用水则是来自于冷凝水盘之凝结水。当空调箱于秋冬两季时，通过冷却管排的气流露点温度较低，低于冷却管排之露点温度时，就不会产生冷凝水，长时间下来存水弯内部的存水也就会慢慢蒸发而干枯了，也就无法达到水封的作用了。

存水弯在冷凝排水管道系统应用中的主要功能有两种功能；

(1)、利用U型管内部积存的水位高度，对U型管底部水产生压力，使排水更加顺畅。

(2)、利用U型管内部积存的水位高度，起到水封的作用，阻隔通过管道内的有害污浊气体被引入空调箱内，进而进入室内。

尤其于负压空调箱存水弯在排水时，是应用阿基米得原理，把存水弯高度使内部积存水位高度制作成大于风机牵引的水柱压力高度时，此时U型管的存水高度，必需大于风机水柱压力的水位高度，方能使冷凝水排水顺畅。负压空调箱的冷凝水之排水由于受到风机牵引的作用力，对此存水弯的高度要求需更加严谨。

基本上空调箱的冷凝水排水管道应安装水封，防止空调箱内空气外漏或室外污浊的空气被引入空调箱内。若冷凝排水管端的排水孔为正压时，则外接排水管的高度只要低于排水孔高度即可，其存水湾的配置高度限制较少，反之；若冷凝排水管端的排水孔，为负压时则排水管所设置的存水湾的高度就必须特别的注意了。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种空调箱冷凝水排水管密封排水机构，该空调箱冷凝水排水管密封排水机构能够使空调箱冷凝水排水更顺畅且外界污浊的空气不易被空调箱的风机产生的气流牵引而进入室内。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空调箱冷凝水排水管密封排水机构，包括球阀水封，所述球阀水封包括进水管道、出水管道和浮盖，所述进水管道一端能够与空调箱的冷凝水排水管密封连通，进水管道另一端插设于出水管道一端内，进水管道另一端形成有开口朝上的出水口，所述进水管道另一端的出水口与出水管道内部连通的，浮盖覆盖于出水口上端表面上，所述浮盖受外力能够上下浮动，覆盖上下浮动能够打开或封闭进水管道另一端的出水口。

作为本发明的进一步改进,所述进水管道另一端形成有开口向上的内阀座，内阀座内部与进水管道连通，出水管道一端形成有开口向上的外阀桶，外阀桶内部形成与出水管道连通的阀腔，所述内阀座固定设于外阀桶内，且内阀座高度低于外阀桶高度，进水管道密封插设于外阀桶内，内阀座上端开口形成出水管道的出水口。

作为本发明的进一步改进,所述内阀座与外阀桶同底套接，内阀座和外阀桶侧壁上分别形成有开口，进水管道另一端与内阀座侧壁上的开口密封固连，出水管道一端与外阀桶侧壁上的开口密封固连。

作为本发明的进一步改进,所述进水管道、出水管道、内阀座和外阀桶为一体成型结构。

作为本发明的进一步改进,所述浮盖为直径大于出水口内径的乒乓球。

作为本发明的进一步改进,外阀桶上端开口固定设有透明盖子。

作为本发明的进一步改进,所述出水管道的出水口上端形成与浮盖接触表面外形匹配的光滑弧形托持面。

作为本发明的进一步改进,所述进水管道一端和出水管道另一端分别形成有用于与空调箱冷凝水排水管密封连接的螺纹结构。

作为本发明的进一步改进,所述空调箱冷凝水排水管上还形成有U形的存水弯结构。

作为本发明的进一步改进,所述存水弯结构最低端上形成有排水口，所述排水口上能够拆卸的设有塞盖。

本发明的有益技术效果是：本发明在空调箱冷凝水排水管上设置球阀水封，通过球阀水封的覆盖在进水管道的出水口上根据水流或气流上下浮动，进而实现顺利排水和气密封效果，其不需依靠任何电力，仅靠流体力学基本应用原理，即可使阀水封内部的乒乓球受实际流体运动力变化，运动自如的控制阀门的开度，当系统没有冷凝水时，本发明的球阀水封可以发挥气锁功能取代水封功用，以防止外界污浊空气被空调箱风机的牵引，而进入室内；当系统为正压空调箱时，利用风机推压气流的作用力，并加上流体浮力，形成两股合成力，大于乒乓球的重力与运动力，使球往上升起，进而起开阀门，顺利将冷凝排水往外推送排出；当系统为负压空调箱时，由于受到空调箱风机牵引作用及抽入阀体的气流压力，再加上乒乓球本身重力，两股合成力大于乒乓球承受的浮力，而使阀门关小，但仍可利用排水管的水位高度的压力，使冷凝水缓缓地排出，本f发明在外阀桶上设置透明盖子，当乒乓球受到流体产生力的作用，因摩擦力会使乒乓球产生旋传，可以通过透明盖子观察阀腔内乒乓球的旋转状况、乒乓球的运动状况及水流状态，本发明的球阀水封可以辅助或取代目前较常用的U型存水弯，弥补其不足之处，也可以将球阀水封与U型存水弯同时使用，可得到双重保障功能，进而确保使空调箱冷凝水顺利排水，并使外界污浊的空气不易被空调箱的风机产生的气流牵引而进入室内，提高室内空气质量。

附图说明

图1为接施加圆形物体质心点受力分析图；

图2为直接施加圆形物体质心点运动轨迹图；

图3为施加圆形物体偏离质心点受力分析图；

图4为施加圆形物体偏离质心点运动轨迹图；

图5为正压空调箱配置结构图；

图6为负压空调箱配置结构图；

图7为现有技术中正压空调箱采用存水弯水封结构图；

图8为正压空调箱采用本发明的球阀水封结构原理图；

图9为正压空调箱采用本发明的球阀水封和存水弯结构原理图；

图10为现有技术中负压空调箱采用存水弯水封结构图；

图11为负压空调箱采用本发明的球阀水封结构原理图；

图12为负压空调箱采用本发明的球阀水封和存水弯结构原理图；

图13为本发明的球阀水封结构原理立体图；

图14为本发明的球阀水封结构原理主视图；

图15为本发明的球阀水封结构原理俯视图；

图16为本发明的球阀水封结构原理右视图；

图17为本发明的乒乓球在阀腔内部运动轨迹图；

图18为正压空调箱中本发明的球阀水封中气体和液体运动轨迹图；

图19为负压空调箱中本发明的球阀水封中气体和液体运动轨迹图；

图20为正压空调箱气流速度场物理模型边界图；

图21为正压空调箱水流温度场物理模型边界图；

图22为负压空调箱气流速度场物理模型边界图；

图23为负压空调箱之水流温度场物理模型边界图；

图24为负压空调箱无冷凝水的气流速度场物理模型边界图；

图25为正压空调箱气流速度场分布图；

图26正压空调箱水流温度场分布图；

图27为负压空调箱气流速度场分布图；

图28为负压空调箱之水流温度场分布图；

图29为负压空调箱无冷凝水之气流速度场分布图。

球阀水封---1 进水管道---2 出水管道---3

内阀座---4 外阀桶---5 阀腔---6

乒乓球---7 透明盖子---8 光滑弧形托持面---9

螺纹结构---10 存水弯结构---11 塞盖---12

空调箱---13 冷凝水排水管---14 冷却管排---15

空调箱风机---16 冷凝水盘---17

具体实施方式

实施例：一种空调箱冷凝水排水管密封排水机构，包括球阀水封1，所述球阀水封1包括进水管道2、出水管道3和浮盖，所述进水管道2一端能够与空调箱13的冷凝水排水管14密封连通，进水管道2另一端插设于出水管道3一端内，进水管道2另一端形成有开口朝上的出水口，所述进水管道2另一端的出水口与出水管道3内部连通的，浮盖覆盖于出水口上端表面上，所述浮盖受外力能够上下浮动，覆盖上下浮动能够打开或封闭进水管道2另一端的出水口。

在空调箱13的冷凝水排水管14上直接加装球阀水封1，由于球阀水封1内部特殊构造，应用流体力学原理，以流体的作用力控制浮盖浮动，使冷凝水能顺利排放出，且外界的污浊空气从反向进入出水管道3内后，会迫使浮盖下降压住出水口，形成密封结构，进而，外界的污浊空气不易进入空调箱13内部，此球阀水封1实现了空调箱13冷凝水排水管14的顺利排水以及气密封。

所述进水管道2另一端形成有开口向上的内阀座4，内阀座4内部与进水管道2连通，出水管道3一端形成有开口向上的外阀桶5，外阀桶5内部形成与出水管道3连通的阀腔6，所述内阀座4固定设于外阀桶5内，且内阀座4高度低于外阀桶5高度，进水管道2密封插设于外阀桶5内，内阀座4上端开口形成出水管道3的出水口。通过在进水管道2另一端设置内阀座4，在出水管道3一端设置外阀桶5，并通过内阀座4与外阀桶5套接设置，实现了进水管道2与出水管道3的密封对接，且该结构方便覆盖的定位，此外也可以是在进水管道2另一端和出水管道3一端形成向上的折弯结构，二者套接在一起，此为本领域技术人员根据本专利很容易想到的等同替换结构，也属于本专利保护范围。

所述内阀座4与外阀桶5同底套接，内阀座4和外阀桶5侧壁上分别形成有开口，进水管道2另一端与内阀座4侧壁上的开口密封固连，出水管道3一端与外阀桶5侧壁上的开口密封固连。内阀座4与外阀桶5同底套接结构简单，便于制造，节省材料，最佳内阀座4与外阀桶5同轴设置。

所述进水管道2、出水管道3、内阀座4和外阀桶5为一体成型结构。最佳采用不锈钢制一体压铸成型，避免生锈腐烂，产品强度高，不易损坏，此外也可以为树脂材料注塑一体成型结构。

所述浮盖为直径大于出水口内径的乒乓球7。也可以为其它球体或非球体，只要能够起到覆盖作用即可，最佳为球体结构。

在乒乓球7运动中，旋转球跟球与球拍的接触点位置有关，直球为施加于通过质心点O的作用力，会沿着受力方向平行移动。旋转球在于施加于偏离质心点的作用力，其旋转角度与转强度以及球体的运动轨迹均与接触点位置及摩擦力相互关联。

根据牛顿第二运动定律(Newton's second law of motion)，此定律指出了力的作用效果，力可以使物体获得加速度，其运动方程式为；

F＝ma；

F：表示物体受到的作用合力；

m：表示物体的质量；

a：表示物体的加速度；

而牛顿第一定律说明了作用力的含义：作用力是改变物体运动状态的主要原因；

牛顿第三定律说明出作用力的本质：作用力是物体间的相互作用力。

如图1、2所示：给圆形球体施加一个过质心点O点的作用力F1，该物体一开始就会沿着受力的方向平行移动，形成水平方向直线运动，直至该物体的作用力F2加上重力F(↓)4的综合力大于浮力F(↑)3时，则开始随着作用力、重力与浮力变化关系慢慢开始下降，其运动原理说明如下：

当乒乓球7的质心点O受到拍击起始，其所受的作用力F1，此时作用力F1远大于球体的浮力F(↑)3，球体的水平作用力会延伸至球体的运动力F2，随着运动距离的增加，而使运动力F2慢慢发生递减。并加上球体本身的重力F(↓)4开始大于球的浮力F(↑)3时，慢慢地使球体往下坠落的运动方向，最终而掉入桌面上。

如图3所示：给圆形球体施加一个偏离质心点O的作用力F1，物体就可在F1的作用力下，开始乒乓球7产生稍微往上移动又产生旋转运动，并产生一定量的角速度ω，其旋转运动效果是由于F1点对O点所产生的摩擦旋转力矩的大小来决定。若如图4所示，直接施加于该球体的右上侧时，由于该球体受到旋转力矩与摩擦作用力，使球体一开始呈现向上拋物线的运动型态，经一段距离后运动力F2慢慢衰减，直至球体本身的重力F(↓)4再加上运动力F2大于浮力F(↑)3时，球体开始产生运动转折点后开始急速下降。

由以上分析可知，若要使乒乓球7旋转起来，则要求对球体施加一个不通过其球的质心的力的作用，球体即会产生旋转运动，且其运动轨迹也将随著作用力与浮力的变化而改变。

本发明就是利用上述的定理，流体(液体与气体)在阀腔6内的流动状态，以流体取代球拍功能产生合成作用力，使乒乓球7在阀体内部产生运动，以作为系统的冷凝排水的顺畅与气密的功用。

从前面的分析可知，使球旋转运动的关键在于作用于球起上的力不通过球质心点O，而这个力是从何而来呢？这个力的来源于球拍对球面的摩擦力，在拍击球的同时，使球拍对球体偏离球质心点的相对位置，而产生相对的旋转运动，就会产生摩擦力，其摩擦力将会影响旋转角速度与旋转角度说明如下。

角速度ω与转速n是成正比率关系，在单位时间内，物体的旋转速度越快，它的角速度就越大。其球体随着受力方向而旋转，同时也产生一个旋转角速度ω。

其方程式为：

ω＝2πn；

式中，ω为角速度，单位为rad/s；

π为圆周率，值为3.1416；

n为转速，是指单位时间内，物体圆周的运动旋转次数。

阿基米得原理的内容：液体在容器中的对底部产生一定的压力，其压力的大小等于流体本身的密度、高度及重力。其液体产生压强计算方程式：

P＝ρ·g·h

式中，P为压强，单位为pa；

ρ为液体密度，单位元为kg/m

g为重力加速度，g＝9.8N/kg一般工程应用上可直接取10N/kg做计算)；

h为液体深度，单位为m；

阿基米得原理不仅适用于液体也适用于气体，即：若当物体直接浸入液体中，根据阿基米得原理也可以下式表述：

F＝G＝ρ·g·V；

式中，F为物体的浮力，单位为牛顿(以N表示)；

G为被液体排开的液体的重力，单位为牛顿(以N表示)；

Ρ为液是物体所浸入的液体的密度，单位为kg/m

G为重力加速度，9.8N/kg(一般工程应用上可直接取10N/kg做计算)；

V为被物体所排开液体的体积m

由阿基米得原理阐述，浮力F的大小只跟液体的密度ρ、液体的深度h、物体排开液体的体积V排有关，而跟物体本身的形状无关，此外和物体在液体中是静止还是运动等状态，也都无关。

本发明利用上述原理，利用乒乓球7在阀腔6内部受到各种合成力的作用，而产生的运动原理。

乒乓球7在阀腔6内部运动轨迹，主要受到重力F(↓)1、浮力F(↑)2、球上方作用力F1及球下方作用力F2的影响，次要的作用力还有弹性力与摩擦力，其中弹性力决定球的运动速度，摩擦力决定球的旋转方向及角速度(在此忽略弹性力与摩擦力)。

在阀腔6内部之间的相互作用力为：

(1)、重力：以F(↓)1表示，为求体本身的重量产生的自然重力。

球上方作用力：以F1表示，为球体受到流体作用往下的运动力。

综合向下作用力：Fa＝F(↓)1+F1；

(2)、浮力：以F(↑)2表示，为球体受到流体运动而产生的浮力。

球下方作用力：以F2表示，为球体受到流体作用往上的运动力。

综合向上作用力：Fb＝F(↑)2+F2；

乒乓球7运动轨迹：

当Fa>Fb时，球向下运动；

当Fb>Fa时，球向上运动。

乒乓球7在阀腔6内部预测运动轨迹

整体而言：正压空调箱13的冷凝排水较不会产生太大的问题，只要冷凝排水盘的出水口位置比排水管道的高度高即可顺畅排水，但负压空调箱13则需考虑的因素较多，本发明的球阀水封1，可以有效地解决冷凝排水与气密等问题。

在正压空调箱13时，对乒乓球7的球阀水封1而言：由于受到风机气流的推压，使流体(液体、气体)对乒乓球7所产生的浮力与向上作用力增加，此时综合向上作用力(Fb＝F(↑)2+F2)恒大于综合向下作用力(Fa＝F(↓)1+F1)，乒乓球7向上运动并大量的开启阀门，排水畅通顺利，外界污浊空气也受到水流液体阻挡，而不易进入空调箱13内部。

在负压空调箱13时，对乒乓球7的球阀水封1而言：由于受到风机气流的牵引，使流体对乒乓球7所产生的向下作用力增加，另又加上乒乓球7本身自然重力，此时综合向下作用力(Fa＝F(↓)1+F1)会大于综合向上作用力(Fb＝F(↑)2+F2)，而使阀门关小。

空调箱13冷凝排水盘的高度，基本要求必需高于排水管道的高度，依据阿基米得原理，若水位高度产生的压力大于气流牵引作用力时，仍会使冷凝水缓缓地排出。但负压空调箱13，则因受限于风机所产生气流牵引作用力的影响，也会有少许外界的空气伴随冷凝排水的排出方向，而逆向被引入室内，这是无法避免的。

当排水管内部仅有少许冷凝水时，或甚至无冷凝水时，乒乓球7的球阀水封1的球体会受到风机气流的牵引，而向下运动，并使阀门通道闭合，而产生气密作用，外界的空气则较为不易被牵引入空调箱13内，完全可以取代存水弯的水封功能。

外阀桶5上端开口固定设有透明盖子8，透明盖子8可以为透明压克力窗口或透明玻璃盖。

所述出水管道3的出水口上端形成与浮盖接触表面外形匹配的光滑弧形托持面9。该结构有利于提高乒乓球7与出水口密封性能。

所述进水管道2一端和出水管道3另一端分别形成有用于与空调箱13冷凝水排水管14密封连接的螺纹结构10。便于安装和拆卸，使用方便，便于维修和更换。

所述空调箱13冷凝水排水管14上还形成有U形的存水弯结构11。若当浮盖于出水口无法完全闭合实现充分密封时，则是受制于浮盖光滑度不足的因素，与内阀座4没有完全紧密闭合，为最大的主因。所以若遇到此状况，也可于排水管道除了安装球阀水封1之外，另外再加装U型存水弯，是可以改善的，可达到双重的保障效果。

所述存水弯结构11最低端上形成有排水口，所述排水口上能够拆卸的设有塞盖12。用于排出存水弯内的污泥等，避免堵塞排水管道。

除了上述基本功用，冷凝排水安装建议注意以下事项：

(a).冷凝水立管的顶部，应设计通向大气的透气管；

(b).设计和布置冷凝水管路时，必须考虑定期清洗的可能性，并应考预期必要之措施；

(c).大型电子厂房的MAU机组、AHU机组因冷凝水量较大，可考虑回收。回收的冷凝水可以做为冷却塔的补给水使用，或其他生活用水使用。

(一)、U型存水弯应用于正压空调箱当冷却管排及排水孔位置是处于正压值区段时，可利用此正压之气流压力，迫使冷凝水顺利排出，此时针对存水弯U型管的高度要求较少，此时仅考虑存水弯的水封功能即可。因此；存水弯的高度无具体的设计要求，而一般于工程设计使用上高度，可直接取气流的静压力值换算为水柱压力(mmAq)或(mmH

(1)、常规型有效水封存水弯水封：

正压空调箱冷凝排水盘之排水管存水弯有效水封高度计算；

若风机的静压为a mmH

则有效水封的高度h＝(a)mm；

例：若风机之静压为1000Pa，换算成水柱mmAq或(mmH

对于正压空调箱的冷凝排水，基本上冷凝排水盘的水为高度只要高于排水管口的高度即可顺利排水，对于存水弯的高度一般没有特定的要求，但要确保其水封效果，还是建议加设存水弯，其存水弯的高度可以直接以空调箱风机的静压值，换算成水柱单位时，依此水位高度做为存水弯的最低高度。

(2)排水管以乒乓球的球阀水封取代U型存水弯水封

于正压空调箱的冷凝排水，同样其排水盘的水位高度只要高于排水管口的高度即可顺利排水，若再加上乒乓球阀，依据牛顿第二运动定律及伯努力定律，在阀腔内的乒乓球受到力的作用，使冷凝水顺畅排出，兼具水封效果。

乒乓球的球阀水封安装高度一般没有特定的要求，只需低于冷凝排水盘的高度即可。

(3)排水管以存水弯+乒乓球的球阀水封

于冷凝排水盘的排水管安装存水弯，再加乒乓球的球阀水封时，其排水效果更通畅与水封效果更佳，此方式配置时，其排水管存水弯的高度，也是没有特定的要求。其存水弯的高度同样可以直接以空调箱风机的之静压值，换算成水柱单位，依此水位高度做为存水弯的最低高度。此方式配置模式(排水管以存水弯+特殊功能乒乓球阀水封)，具有双重的保障，既可使排水更顺畅，又可确保水封效果更佳。

(二)、存水弯应用于负压空调箱

当冷却管排及冷凝排水盘出口位于机组负压区段时，系统的冷凝排水就需特别的注意，冷凝水盘的排水出水口处必需设置存水弯，而且水封的存水高度应比冷凝水盘处的负压(相当于风机静压的水柱高度)再加大50％左右。其水封的出口处，应与大气相通，另外排水盘之容水高度必需足够，并为了防止冷凝水在管排表面产生结露的冷凝水于风机停止时，大量之凝结水滑落至排水盘，致使冷凝水溢出排水盘。

(1)、常规型有效水封存水弯水封

负压空调箱冷凝水盘之排水管之存水弯有效水封高度计算；水封的位置和尺寸(mm)可按下列公式计算：

若风机的静压为a mmH

则有效水封之高度h＝(a)x1.5mm；

例：若风机之静压为1000Pa，换算成水柱mmAq或(mmH

则水封的存水高度则为100mm x1.5＝150mm(最低值)；

于负压空调箱的冷凝排水的要求需更加严谨，除了冷凝水盘的排水管口需高于排水管之外，另需安装存水弯水封，其存水弯的存水高度必需大于空调箱风机之静压值，换算成水柱单位时，依此水位高度再加乘1.5倍的安全系数，以作为存水弯的最低要求水位。

(2)、排水管以乒乓球的球阀取代存水弯；

于负压空调箱的冷凝排水，其排水盘的水位高度高于排水管高度之外，另可于排水管装设乒乓球阀，依据牛顿第二运动定律与伯努力定律，在阀腔内的乒乓球受到力的作用，使冷凝水顺畅排出，并兼具水封效果。乒乓球阀安装的高度一般没有特定的要求，但需低于排水盘的出水口高度即可。

(3)、排水管以存水弯+乒乓球的球阀水封

负压空调箱于冷凝排水时，若排水管道安装存水弯，并在加设乒乓球的球阀水封时，其排水效果更通畅且水封效果更佳，采取此方式配置时，其存水弯的高度，可依空调箱风机的静压值，换算成水柱单位，再加乘1.5倍的安全系数，依此水位高度做为存水弯的最低高度值。此方式配置模式(排水管以存水弯+特殊功能乒乓球阀水封)，兼具双重的保障功能，既可使排水更顺畅，又可确保水封效果更佳，即使没有冷凝水时，也可达到气锁(Airlock)之功能。

基于上述情况，即使存水弯高度已经计算了，高度也选择了，但实际应用上空调箱风机的静压值是随着整个系统所需求的压力变化而发生变化，尤其式风机采用变频风机的可变风量系统(Variable Air Volume简称VAV系统)，当风机系统的静压值需增大时，就有可能会使存水弯高度产生不足的现象。还有空调箱若受限于现场高度安装限制时，其空调箱的底座基础势必要降低，也会造成存水弯水封高度不足现象，以上两种情况均有可能发生排水不良。

另外重要的一点则是若整个空调系统运行时，尤其于秋冬两季外气的干球温度与相对湿度较低，其所对应之露点温度也会随之较低，若气流通过冷却管排的露点温度比冷却管排露点温度较低时，则于冷却管排处将不会产生冷凝水，系统在长时间运行下，就有可能会使存水弯U型管内存积水，因慢慢的蒸发而干枯了。此时，其水封效果也就相对地消失了，外界的污浊空气则会随着排水管道，经空调箱风机之牵引而送至室内，将使室内产生异常之味道。

数值模拟Numerical simulation验证

本发明利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称；CFD)数值仿真研究的方法，由于计算机指令周期较快，且应用在数值分析方法成熟，越来越多的数值分析软件均应用计算机来做数值分析，并模拟流体运动、热传、质传及化学反应等现象，本发明的数值模拟部份，主要是利用FLUENT公司发展出来的软件包来进行，此软件是利用离散化方法(Discretization method)及有限容积法(Finite volume method)的基本思维来求解流体的各种物理现象。将原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场(如速度场、温度场等)，用一系列有限个离散点的值的集合来替代，通过一定的原则建立起这些离散点上变量值之间关系的代数方程(称为离散法方程)及诺维斯托克方程式(Navier-Stokesequations)，并依据牛顿流体的应力与变形率呈线性关系，将应力代入微分运动方程式，并使用其连续方程式，求解所建立起来的代数方程以获得所求变量的近似值。通过模拟结果以反映乒乓球阀内部的流体(液体、气体)进、出口流体运动状态。

数值仿真物理模型与边界条件

(1)物理模型

本数值模拟选择Φ40mm排水口径的乒乓球的球阀水封，同时设定空调箱的风机全静压值为2000Pa为风压条件作为速度场及温度场仿真基准，以数值模拟预测内部流体的流场并观察流体的运动方向与运动量，与预测是否相符合。通过运动轨迹的可视化等之描述，分别观察正压空调箱与负压空调箱冷凝排水通过乒乓球阀内部的气流速度场与水流温度场以及在无冷凝排水时，于乒乓球运动的变化状态。另外，气流速度场于阀体内若有冷凝水时，则以冷凝水的上方表面作为速度场数值仿真之边界条件。

乒乓球采用赛璐珞(celluloid)制成，直径40mm，重量2.6～2.8克，白色，黄色或橙。赛璐珞是指塑料(Plastic)所制作而成的是一种合成塑料。

(2)空间格点与可视化

本数值模拟的过程中，经过多次的设定发现空间格点的大小及多寡，会影响到数值模拟结果的判断性与正确性，并兼顾模拟之时效性及模拟结果图面的可视化，必需针对模拟空间的格点进行独立性测试，以找出最适当的格点数，以顺利观察气流速度场与水流温度场的变化。

本数值模拟依流体实际运动方向，流体从空调箱的冷凝排水盘之排水口流出，经过排水管道，再经过乒乓球的球阀水封，在乒乓球的球阀水封内部形成一个流体的流动空间。依此乒乓球阀内壁与流体所通过的接触面，作为数值仿真的物理模型边界条件。

数值模拟分为下几种状况；

(A)、正压空调箱之气流速度场；

(B)、正压空调箱之水流温度场；

(C)、负压空调箱之气流速度场；

(D)、负压空调箱之水流温度场；

(E)、负压空调箱无冷凝水之气流速度场；

(A)正压空调箱气流速度场物理模型边界：

数值模拟热力参数边界条件：

(A)、气流速度场─热力参数边界条件：

模拟的工作流体之边界条件(Boundary conditions)，设为标准一大气压、干球温度20℃、海拔高度为0m及标准空气状况下其他各物理参数，空调箱风机之全静压值设为2000Pa，冷凝排水盘出水口位置高于排水口位置高于排水管道之高度为200mm，阀腔内以冷凝水流体作为边界条件，作为通过乒乓球阀工作流体的边界条件。此气流速度场数值仿真除了考虑乒乓球阀体本身为绝热状态外，并忽略通过空气的黏滞性与热浮力对气流速度场所产生之影响。

(B)、水流温度场─热力参数边界条件：

模拟的工作流体之边界条件(Boundary conditions)，设为乒乓球阀周围温度为35℃，相当于308.15K，内部的冷凝排水温度为14℃，相当于278.15K冷却管排进出水温度7～12℃(280.15～285.15K)，冷凝排水盘出水口位置高于排水口位置高于排水管道的高度为200mm，且乒乓球阀在外壳不保温的状况下，内部的水流体会受到浮力与周围温度的影响，水流体在乒乓球阀内部的温度变化，也将随着外界周围温度的变化而产生了变化。

数值模拟气流分布图：

通过以上数值模拟，分别于正压空调箱与负压空调箱之两种机型之气流速度场及水流温度场及负压空调箱无冷凝水析出时之气流速度场，并分别从阀体之正中央截取其中央断面(X断面)，以观察流体之分布状况。

正压空调箱气流速度场分布图，如图25所示：

模拟结果分析

气流明显受到风机的推压，受到作用力与浮力的影响，乒乓球大量的向上提升，气流可稳定的向外排出，没有产生气流倒灌的现象。

其速度场之值、量及运动方向均与边界条件设定值以及预测结果相吻合。

正压空调箱水流温度场分布图如图26所示：

模拟结果分析

同样水流明显受到风机的推压，乒乓球受到作用力与浮力的影响，大量的向上运动，冷凝排水流可稳定的向外排出，排水顺利畅通。

其温度场之值、量及运动方向均与边界条件设定值以及预测结果相吻合。

负压空调箱之气流速度场分布图，如图27所示：

模拟结果分析；

气流明显受到风机的牵引的影响，乒乓球会受到力的作用朝下运动，但气流仍有少量的受到风机的牵引，这主要的因为冷凝水水柱压力大于气流压力的缘故，而使阀门有往上稍微顶开，使气流伴随水流往外流出之缝隙，致使少量气流进入空调箱内部，这是二流体流动过程现象，实在难以避免的。

其速度场之值、量及运动方向均与边界条件设定值以及预测结果相吻合。

负压空调箱之水流温度场分布图，如图28所示：

水流明显受到风机的牵引的影响，乒乓球会受到力的作用朝下运动，主要是因是冷凝水水柱压力大于气流压力的缘故，而使阀门往上顶开，冷凝水由内往外的缓缓流出，其排水也是没问题的。

其温度场之值、量及运动方向均与边界条件设定值以及预测结果相吻合。

(E)、负压空调箱无冷凝水之气流速度场分布图，如图29所示：

当乒乓球阀在没有冷凝水时，乒乓球明显受到风机之气流牵引的影响，乒乓球会受到力的作用朝下运动，理论上乒乓球与阀作应该是紧密的，但因乒乓球之圆滑度不足，与外阀桶之表面而无法紧密接触之故，仍有微量的空气，随着缝隙被牵引至空调箱内。

其速度场之值、量及运动方向均与边界条件设定值以及预测结果相吻合。

数值模拟结果综合分析：

乒乓球的球阀水封的阀腔空间气流分布由于受到空调箱风机的气流作用力的影响，其气流方向也随之改变，而冷凝排水则是势必恒定的往外部流动的，这也是气流与水流的冲突点。

正压空调箱由于风机气流对冷凝排水盘出水口产生推压作用，此时的气流方向通过乒乓球阀往外部流动，同样的水流体往外部流动，在此情况排水通畅与水封效果均是较为没问题的。

若为负压空调箱，其气流受到空调箱风机的气流影响就更大，此状况时外界的气流通过排水管道会受到空调箱风机的牵引作用，外界的空气会由外往内流动，因而阻挠了冷凝排水向外流动的阻力。缘此；依据阿基米得原理，冷凝排水口之高度与存水弯的存水高度必需大于风机的全静压值换算成水柱高度(mmH

因空调箱绝大部分均是一年四季皆在运转，尤其是在电子厂房，必须维持常年的恒温恒湿，若于秋冬两季外界的露点温度较低，若气流之露点温度低于冷却管排之露点温度时，就不会产生凝结水。于一般工程冷凝排水管道的存水弯内部之流体，一般都是利用冷却管排之冷凝水作为存水弯的存水，若系统不产生冷凝水，又受到空调箱风机的气流作用，内部的存水经过一段时间就会干枯了，也就完全没有水封效果了。这往往都是设计者或是使用者所忽略的一种现象。

通过以上的数值模拟，证实了此特殊功能乒乓球球阀水封，其功能既能使排水更顺畅，又能兼具水封的效果，确实是一个非常重要的发明。

本数值模拟得到具体的结论；

(A)、正压空调箱

(1)、气流速度场分布借助乒乓球球阀水封的功能，能够充分的畅通无阻的通过乒乓球阀，且气流速度场均匀地通过乒乓球阀速度无递减的现象。

(2)、水流温度场分布同样也借助乒乓球球阀水封的功用，能够充分的畅通无阻的通过乒乓球阀，且水流温度场同样也均匀地通过乒乓球阀。

(3)、外界之空气没有经过此乒乓球球阀水封，进入空调箱内部。

(B)、负压空调箱

(1)、气流速度场分布虽然受到空调箱风机之牵引作用，但由于冷凝排水盘出水高度较高，仍可使冷凝水缓缓排出，仅有少量的气流伴随着水流的往外流动所引起的气流缝隙通道，而被风机引入空调箱内部，但对系统影响不大。若要消除此现象可以加上U型存水弯水封即可防止。

(2)、水流温度场与水流分布，虽然也同受到空调箱风机之牵引作用，但其水流仍然均匀的往外流动。

(3)、在无冷凝水状态时，虽然也同受到空调箱风机的牵引作用，主要可能因速受到乒乓球之圆滑度不足，而产生与乒乓球阀之球座与球面无法100％紧密接合，而产生的微量的空气被风机气流所牵引，而进入空调箱内部。此微量的空气对整个系统而言：几乎可以忽略不计的。

由以上的数值模拟验证，并经过多次的模拟分析；发现在最经济也最有效的条件下，安装此特殊功能乒乓球球阀水封，证实能够使排水畅通，并能充分地达到气锁的功用，完全可以取代U型存水弯高度设计不足所产生排水不良的缺失。

除此之外；若为了达到双重的保障效果，除了安装乒乓球球阀水封之外，还可加装U型存水弯，其双重保障效果更佳。