Воздухоохладитель

 

Назначение: холодильная техника Сущность изобретения: рабочий орган выполнен в виде центробежно-центростремительного рабочего колеса 2 с наружными полыми ребрами , внутренние полости которых выполнены в виде логарифмических спиральных каналов, вытянутых вдоль оси и разделенных перегородками с дроссельными отверстиями в них, причем во внутренней полости рабочего колеса дополнительно установлен кинематически связанный с колесом электродвигатель или электрогенератор. 2 ил.

У 1Ф

СОК Э СО1.ЕТСКИХ

СОЦИАЯИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 25 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4301362/06 (22) 27.08,87 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (75) B.Л.Белышев (56) Техника молодежи, М 6, 1977, с.17-19, 62.

Авторское свидетельство СССР

М 985488, кл, F 15 0 1/02, 1981.

Техника молодежи. М 10, 1980, с.25.

Авторское свидетельство СССР

М 1028937, кл. F 16 К 47/08, 1981. (54)ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности к воздухоохладителям.

Известны аппараты для охлаждения воздуха, содержащие вращающийся корпус с полыми лопатками, внутри которых циркулирует холодильный агент, взаимодействующий через стенки лопаток с набегающим потоком воздуха.

Из-за вынесенного электропривода и наличия большого числа деталей и узлов эти известные, аппараты довольно сложны по конструкцйи и не надежны в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является воздухоохладитель. содержащий вращающийся корпус в видедвух полых дисков, связанных друг с другой flpH помощи полых лопаток и уплотненных относительно трубопроводов сальниками.

8 этом аппарате электропривод вынесен за пределы охлаждаемого корпуса и

„, Я2,„1758361 Л1 (57) Назначение: холодильная техника. Сущность изобретения: рабочий орган выполнен в виде центробежно-центростремительного рабочего колеса 2 с наружными полыми ребрами, внутренние полости которых выполнены в виде логарифмических спиральных каналов, вытянутых вдоль оси и разделенных перегородками с дроссельными отверстиями в них, причем во внутренней полости рабочего колеса дополнительно установлен кинематически связанный с колесом электродвигатель или электрогенератор. 2 ил. монтируется в виде отдельного агрегата, что значительно усложняет конструкцию данного аппарата.

Кроме того, из-за выполнения рабочего органа в виде "беличьего колеса" и отсутствия дросселирования хладагента (фреона) в полых лопатках, контактирующих с набе-. гающим на них потоком воздуха очень маленький промежуток времени, эффективность этого известного воздухоохладителя будет низкой.

Целью изобретения является упрощеwe конструкции и повышение эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в воздухоохладителе. содержащем корпус, внутри которого размещен полый рабочий орган, снабженный полыми лопатками, взаимодействующими с набегающим на них потоком воздуха. и сальниками по торцам. его рабочий орган выполнен в виде центробежно-центростремительного рабочего колеса, 1758361 снабженного кольцевой полостью в виде тора со сферическими телами вращения и внутри — электрогенератором (электродвигателем), а снаружи — полыми ребрами, центробежные и центростремительные каналы которых выполнены по логарифмической спирали (по спирали Архимеда), вытянутой вдоль оси, и отделены друг от друга дросселями в виде капиллярных трубочек, причем в корпусе по ходу потока воздуха установлены самоочйщаЮщиеся электростатические и мехайические фильтры.

На фиг.1 показан воздухоохладитель предлагаемой конструкции, разрез; на фиг,2- центробежные и центростремительные каналы рабочего органа воздухоохладителя, Воздухоохладитель содержит корпус 1 и размещенный в нем рабочий орган 2, представляющий собой центробежно-центростремительное рабочее колесо, Рабочий орган 2 снабжен внутри электродвигателем (электрогенератором) 3 и над ним кольцевой полостью 4 в виде тора со сферическими телами вращения 5 различного размера из различных материалов.

В нижней части корпуса 1 предусмотрен грязесборник 6, соединенный перепускным каналом с герметичным грязеотстойником 7 в основании корпуса 1. K корпусу 1 жестко закреплена полукрышка 8, имеющая входной патрубок 9, в котором размещены направляющий аппарат в виде неподвижных осевых лопаток 10, механический и электростатический фильтры 11. Сетки электростатического фильтра 11 соединены с .изолированным проходным контактом 12, Входная полость рабочего колеса 2 yriлотнена относительно входного патрубка 13 уплотнением 14. На трущейся поверхности входного патрубка 13 проточены кольцевые канавки 15, в которые под давлением подается смазка, уплотняющая и охлаждающая трущиеся поверхности патрубка 13 и уплотнения 14.

Подшипники 16 рабочего колеса 2 загерметизированы уплотнением 17; -

Рабочее колесо 2 снаружи снабжено полйми ребрами 18, в которых имеются центробежные и центростремительные каналы

19. Центробежные и центростремительные каналы 19 отделены друг от друга капиллярными трубочками (капиллярами} 20.

Электродвигатель 3 снабжен диэлектрическим кожухом. Обмоткй статора электродвйгателя 3 размещенй внутри его полого ротора и жестко закреплены на валу 21, который устайовлен в рабочем колесе 2 при помощи подшипников 22.

35 тических фильтров 11 и 25 заизолированы от корпуса 1, полукрышки 8 и патрубков 13 и

26.

Положительный заряд может быть по45 дан также еще на корпус 1 и рабочее колесо

2, только в этом случае корпус 1 из электропроводящего материала покрывается снаружи слоем диэлектрика, а полукрышка 8 и патрубки 13 и 26 изготавливаются из диэлектрических материалов. Или корпус 1 может быть выполнен также из диэлектрика, но на его поверхности, контактирующие с потоком воздуха. наносится слой электропроводящего материала; на который и подается положительный заряд.

В оздухоохладитель устанавливается вне охлаждаемого объекта в специальном небольшом помещении рядом с ним, а его выходные патрубки 23 и 26 соединяются при помощи диэлектрических трубопрово5

B выходном патрубке 23 корпуса 1 расположены спрямляющий аппарат в виде неподвижных, осевых лопаток 24, механический и электростатический фильтры 25.

Выходной патрубок 26 снабжен неподвижными, осевыми лопатками 27 и уплотнен относительно выходной полости рабочего колеса 2 уплотнением 28. В осевых лопатках

27 жестко закреплен вал 29, снабженный осевым отверстием для подвода электропровода к статору электродвигателя 3 и на конце гранями (шлицами), находящимися в зацеплении с гранями (шлицами) вала 21.

На трущейся поверхности патрубка 26 в зазоре с уплотнением 28 выполнены коль; цевые канавки 30, в которые под давлением подается смазка, уплотняющая и охлаждающая трущиеся поверхности патрубка 26 и уплотнения 28.

Подшипники 31 рабочего колеса 2 загерметизированы уплотнением 32. Сетки электростатического фильтра 25 соединены с изолированным проходным контактом 33.

Выходная полость 34 рабочего колеса 2 жестко закреплена к нему при помощи штифтов с резьбой 35. Электродвигатель 3 помещен в диэлектрический, защитный кожух 36 и снабжен токосьемными щетками, которые размещены в полости 34 и на фиг.1 не показаны.

Воздухоохладитель работает следующим обраЗом, Рабочая среда (аммиак, фреон, и т.д.) подводится к входному патрубку 13 под давлением порядка (9-12) кГ/см, а воздух поступает во входной патрубок 9.

На проходной контакт 12 подается отрицательный заряд, а на проходной контакт 33 — положительный заряд. Сетки электроста1758361

55 дов; первый- с охлаждаемым объектом, второй — с компрессором или конденсатором холодильной установки. Входной же патрубок 13 соединяется трубопроводом с регулирующей станцией или конденсатором холодильной установки.

Жидкий хладоагент при давлении (9 — 12) кг/см поступает через входной патрубок

13 в центробежные каналы 19 рабочего колеса 2 к его капиллярным отверстиям 20, которые неодинакового диаметра. Каждые два верхних капилляра 20 всех полых ребер

18 имеют диаметр больше, чем остальные (нижние). Это необходимо для создания крутящего момента значительной величины на рабочем колесе 2. Жидкий хладоагент дросс лируется капиллярам.s 20 в центростремительные каналы 19, сбъем которых в несколько раз больше объема центробежных каналов 19, Сдросселированный хладагент в центростремительных каналах 19 превращается в парожидкостную смесь с низкой температурой при давлении (1 — 2) кГ/см и охлаждает полые ребра 18, При дросселировании хладагента в капиллярах 20 на раббчем колесе 2 создается крутящий момент значительной величины, т.е. рабочее колесо 2 начинает вращаться с достаточно высокой окружной скоростью.

При вращении рабочего колеса 2 его центробежные каналы 19 захватывают жидкий хладоагент и под действием центробежных сил увеличивают его давление перед капиллярами 20 в 1,5 — 2 раза, а центростремительные каналы 19 в это же время захватывают парожидкостную смесь хладагента после капилляров 20 и под действием центростремительных сил, повышая давление в ней в несколько раз, выбрасывают ее через выходной патрубок 26 во всасывающую полость компрессора или в конденсатор холодильной установки.

В этот же момент электродвигатель 3 работает в режиме электрогенератора и выраба йьает электроэнергию, которая поступает в аккумуляторы, а полые ребра 18 под действием центробежных и центростремительных сил засасывают воздух через фильтры 11 входного патрубка 9 и, охладив его до низкой температуры, направляют через фильтры 25 выходного патрубка 23 в охлаждаемый объект для снижения температуры в нем.

Воздух, проходя через сетки механического и электростатического фильтра 11, очищается 0Т крупных частичек пыли и заряжается отрицательлным зарядом, т.е. в нем образуются ионы с отрицательным зарядом и мелкие частички пыли также приобретают отрицательный заряд. Пыль и влага, получив отрицательный заряд, притягиваются и оседают (т.е. намораживаются) на внутренней поверхности корпуса 1, рабочем колесе

2 и на сетках электростатического фильтра

25, которые имеют положительный заряд, А очищенный от пыли и от повышенного содержания влаги, насыщенный отрицательными и частично положительными зарядами воздух через выходной патрубок 23 по трубопроводу подается под значительным давлением в охлаждаемый обьект и охлаждает его.

Как только температура охлаждаемого объекта понизится до нужного предела. приборы автоматики выводят воздухоохладитель из работы путем прекращения подачи жидкого хладагента в его входной патрубок 13, т.е. останавливают его.

Под действием температуры воздуха в помещении, где установлен воздухоохладитель, внутрениие поверхности его корпуса

1, рабочего колеса 2, фильтров 11 и 25 оттаивают, т.е. очищаются от грязи и влаги в виде снега (инея). Влага и грязь стекают в грязесборник 6 и затем в гряэеотстойник 7, откуда в канализацию.

После повышения температуры воздуха в охлаждаемом объекте приборы автоматики включают воздухоохладитель в работу путем подачи жидкого хладагента в его входной патрубок 13.

В случае необходимости электродвигатель 3 переключается на режим работы электродвигателя и, подав на него электропитание, вводят в работу воздухоохладитель. таким образом, воздухоохладитель может работать не только под действием жидкого хладагента, подаваемого в его входной патрубок 13, но и за счет электропривода (в этом случае он не вырабатывает электроэнергию).

Спрямляющие аппараты в виде неподвижнсАх осевых лопаток 10, 24 и 27 улучшают течение потоков хладагента и воздуха во входном 9, выходных 23 и 26 патрубках, причем спрямляющий аппарат такой же конструкции может быть установлен и во входном патрубке 13 для заворачивания потока жидкого хладагента навстречу вращению рабочего колеса 2.

А это все вместе позволит значительно повысить напорные характеристики потоков хладагента и воздуха, выходящих из корпуса воздухоохладитвля. Этом,, же содействуют и виброколебания, образующиеся на рабочем колесе 2 за счет ращения в кольцевой полости 4 сферических тел 5, поскольку E этом случае значительно снизится сопротивление трения

1758361

40 потоков хладагента и воздуха о стенки в каналых 19 и о полые ребра 18.

Воздухоохладитель предложенной конструкции по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами.

Рабочий орган представляет собой центробежно-центростремительное колесо, снабженное внутри электродвигателем (электрогенератором), а снаружи — полыми ребрами, центробежные и центростремительные каналы которых выполнены по логарифмической спирали (по спирали

Архимеда), вытянутой вдоль оси.

Такое решение рабочего органа позволяет за счет действия центробежных и центростремительных сил значительно увеличить не только скорость движения хладагента в центробежных и центростремительных каналах рабочего органа, но и повысить скорость движения потока воздуха. омывающего полые ребра рабочего органа, а также удлинить время контакта потока воздуха с холодной поверхностью полых ребер.

А это все вместе как раз и обеспечивает не только интенсификацию процесса охлаждения потока воздуха, проходящего через корпус, и таким образом значительное повышение эффективности да нного устройства, Но и за счет размещения электродвигателя (электрогенератора) внутри рабочего органа упростить конструкцию этого воздухоохладителя в целом, вращающийся ротор которого при таком решении еще выполняет функции маховика-накопителя энергии.

Кроме того, при таком решении электропривода расширяется область примене- нйя устройства.

Ведь данный агрегат может быть использован не только для охлаждения какойлибо среды и выработки электроэнергии за счет подачи в его рабочий орган рабочей среды под высоким давлением (газа, нефти, воды из пробуренных скважин), но и за счет применения его электропривода по прямому назначению использовать в холодильных установках в качестве агрегата, совмещающего в себе одновременно компрессор, конденсатор и испаритель холодильной установки.

Далее, вращающиеся сферические тела в кольцевой полости создают виброколебания на наружной поверхности рабочего органа и в его полых ребрах, что уменьшает потери энергии на трение потока хладагента и воздуха о стенки полых ребер и центробежных и центростремительных каналов, а дроссели в виде капиллярных трубочек, дросселируя хладагент, снижают его температуру в центростремительных каналах полых ребер.

А это все вместе способствует еще большему увеличению скорости движения хладаrema в центробежных и центростремительных каналах и потока воздуха между полыми ребрами с резким снижением температуры последнего, что еще больше увеличивает эффективность предлагаемого воздухоохладителя.

Что же касается механических и электростатических фильтров, то они хотя и уменьшают скорость движения воздуха, но очищают его от грязи, влаги и ионизируют его, что значительно удлиняет срок хранения сельхозпродукции с сохранением всех ее питательных веществ и вкусовых качеств.

Формула изобретения

Воздухоохладитель, содержащий корпус, внутри которого размещен полый рабочий орган, снабженный полыми лопатками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и расширения функциональных возможностей, рабочий орган выполнен в виде центробежно-центростремительного рабочего колеса с наружными полыми ребрами, внутренние полости которых выполнены в виде логарифмических спиральных каналов, вытянутых вдоль оси и разделенных перегородками с дроссельными отверстиями в них, причем во внутренней полости рабочего колеса дополнительно установлен кинематически связанный с рабочим колесом электродвигатель или электрогенератор.

1

Ф

Редактор Ю. Середа

Заказ 2987 Тираж . Поддйснйе

В НИИПИ Государственного-комитета по изобретениям и вскрытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/б

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ун.Гагарина, 101

14

1758361

Составитель B. Добротворцев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Ткач