Циклонно-пенный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха

 

Использование: для тепливлажностной обработки. Сущность изобретения: аппарат содержит корпус 1 со штуцером для подачи и слива воды 2 и патрубками для подвода 3 и отвода 4 воздуха, между которыми одна над другой установлены улитка 5 и конусная вставка 6, имеющая тангенциальный щелевой канал 7 для прохода воздуха, между вставкой и выходным патрубком установлен влагоотделитель, а между вставкой и корпусом - проницаемая в верхней части обечайка 10, опирающаяся на перфорированное кольцо 11 и образующая совместно с корпусом кольцевой коллектор 12, в котором может быть установлен теплообменник 13.1 з. п. ф-лы, 2 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)й F 24 F 3/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О ГКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4869665/29 (22) 26.09.90 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71 ) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С.Л. Деменок, M.3. Арысланов, B.Â. Медведев и С.М; Сивуха (56) Богатых С.А. Комплексная обработка воздуха в пенных аппаратах. Л.: Судостроение, 1964, с. 107. (54) ЦИКЛОННО-ПЕННЫИ АППАРАТ ДЛЯ

ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ

ВОЗДУХА (57) Использование: для тепловлажностной,,5U, 1781512 А1 обработки. Сущность изобретения: аппарат содержит корпус 1 со штуцером для подачи и слива воды 2 и патрубками для подвода 3 и отвода 4 воздуха, между которыми одна над другой установлены улитка 5 и конусная вставка 6, имеющая тангенциальный щелевой канал

7 для прохода воздуха, между вставкой и выходным патрубком установлен влагоотделитель, а между вставкой и корпусом— проницаемая в верхней части обечайка 10, опирающаяся на перфорированное кольцо 11 и образующая совместно с корпусом кольце-, вой коллектор 12, в котором может быть установлен теплообменник 13. l з. и. ф-лы, 2 ил.

1781512

30

40

50

Изобретение относится к области технического кондиционирования газов и может быть использовано для тепловлажностной обработки воздуха.

Известно устройство для обработки 5 воздуха, содержащее корпус с поддоном, . заполненным жидкостью, патрубок, введенный под уровень. жидкости и сепаратор, причем корпус снабжен дополнительным входным" патрубком, расположенным над 10

- уровнем жидкости, а подуровнем жидкости

: размещен теплообменник.

При работе такого устройства воздух по патрубку подается под уровень жидкости и вспенивают воду, в рабочем объеме аппара- 15 та образуются три слоя; слой сплошной жидкости, слой пены и слой брызг. Для исключения брызгоуноса на выходе из аппарата установлен сепаратор. Часть воздуха по патрубку над уровнем жидкости подается в пенный слой. При пенном режиме взаимодействия воздуха и воды вихри каждой фазы непрерывно проникают через границу их раздела, в результате чего происходит тепло-массообмен между фазами. Требуемая 25 температура воды поддерживается с помощью теплообменника, установленного в нижней части поддона.

Относительная влажность воздуха на выходе из пенного аппарата лежит в пределах 88-95 и не зависит от влажности на входе в аппарат; поскольку разность температур воздуха и воды на выходе из аппарата не зависит от начальной влажности воздуха.

Таким образом, одним иэ основных показателей эффективности работы аппарата является глубина охлаждения (или нагрева) воздуха (разность температур воздуха и воды на выходе из аппарата). Глубина охлаждения (или нагрева) воздуха зависит от высоты пены, так как она определяет время . взаимодействия воздуха. и воды в двухфаз.ном слое. С увеличением высоты пены разность температур воздуха и воды на выходе из аппарата уменьшается, т. е, воздух будет больше охлаждаться (или нагреваться). Количество же переданной теплоты с ростом высоты пены увеличивается значительно медленнее, чем энергетические затраты на преодоление сопротивления пены, Кроме того, тепловая эффективность такого аппарата ограничена тем, что интенсивность теплообмена растет с увеличением скорости воздуха, а разность температур воздуха и воды на выходе аппарата при этом падает.

Поэтому подобные аппараты имеют сравнительно низкий коэффициент тепловой эффективности.

Известен циклонно-пенный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, содержащий корпус с патрубками для под.вода и отвода воздуха и штуцервми для подачи и слива воды, завихритель входного потока воздуха и каплеуловитель, причем трубопровод подачи воздуха расположен по оси аппарата и соосно с ним с возможностью осевого перемещения установлена обечайка, образующая с трубопроводом камеру пенообразовайия, а с корпусом — полость, открытую сверху и соединенную снизу посредством отверстий с камерой пенообразования.

При работе воздух по трубопроводу подается к завихрителю, в котором закручивается и на выходе из которого за счет собственной кинетической энергии вспенивает воду и закручивает пену в камере пенообразования, где происходит тепло-массообмен между водой и воздухом. Пена постоянно возобновляется за счет воды. поступающей через отверстия из наружной, кольцевой полости в камеру пенообразования. Каплеуловитель препятствует уносу воды из аппарата, С увеличением скорости воздуха разность температур воздуха и воды на выходе такого циклонно-пенного аппарата не увеличивается, как s пенных аппаратах. уменьшается, что позволяет увеличить тепловую эффективйость работы аппарата.

Наиболее интенсивное движение двухфазной среды имеет место в нижней части камеры пенообразования. По мере подьема воздуха вверх вращение двухфазной среды уменьшается, уменьшается относительная скорость движения фаз, движение воздушной среды упорядочивается, уменьшается количество вихрей и, следовательно, суммарная поверхность соприкосновения фаз, что обусловливает снижение интенсивности тепло-массообмена по высоте рабочего объема аппарата. В тоже время по высоты пены происходит выравнивание температур воды и воздуха, температурный напор падает и уменьшается тепловой поток между фазами. Все это приводит к снижению обьемной тепло- и холодопроизводительности по высоте вспененного слоя. В то же время перепад давлений растет по высоте пены, причем коэффициент гидравлического сопротивления по высоте пены не изменяется.

Поэтому количество переданной теплоты по высоте пены увеличивается значительно медленнее, чем энергетические затраты на привод вентилятора, Кроме того, в известном аппарате аэродинамическое сопротивление дополнительно возрастает вследствие потерь на поворот воздуха на

180 нэ входе в камеру пенообраэования.

1781512

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является циклонно-пенный аппарат, содержащий корпус со штуцерами для подачи и слива воды и патрубками для подвода и 5 отвода воздуха, между которыми установлены одна над другой улитка и конусная вставка, а над ними ороситель и влагоотделитель, причем конусная вставка установлена вершиной вниз. 10

При работе аппарата по патрубку подвода воздух подается к улитке, в которой воздушный поток закручивается и поступает в полую часть аппарата, где вспенивает воду и закручивает пену. По мере подъема 15 двухфазной среды вверх по траектории раскручивающейся спирали происходит тепломассообмен между воздухом и водой, разрушение пены начинает преобладать над ее восстановлением, жидкость отбрасы- 20 вается к стенке аппарата и под действием сил тяжести опускается вниз. Кроме того, ввиду спиралеобразного движения двухфазной среды в аппарате имеет место циклонный эффект, когда поток прижимается к 25 стенкам. Для исключения обратного тока среды или проскока больших пузырей газа и для сохранения постоянной скорости воздуха в аппарате при его охлаждении в средней части рабочего объема аппарата 30 установлена конусная вставка. Для уменьшения каплеуноса на выходе из рабочей .части установлен влагоотделитель. Вода поступает в ороситель, орошает рабочий объем аппарата и отводится через штуцер 35 слива воды в нижней части устройства. В результате этого в нижней части аппарата воздух взаимодействует с водой, уходящей из рабочего объема, а в верхней части — со свежей водой. Кроме того, благодаря уста- 40 новке оросителя в верхней части рабочего объема уменьшается унос воды воздухом, Коэффициент аэродинамического со-, противления улитка примерно в десять раз меньше, чем завихрителя с поворотом на 45

180О, что повышает энергетическую эффективность аппарата. Однако в суммарном сопротивлениии циклонно-пенного аппарата большую долю занимает сопротивление пены. Поскольку количество переданной теп- 50 лоты увеличивается по высоте пены значительно медленнее, чем энергетиче-ские затраты на преодоление сопротивления пены, то энергетическая эффективность такого аппарата сравнительно мала, Кроме 55 того, нагрев или охлаждение воды до требуемой температуры происходит вне аппарата и, следовательно, для обслуживания аппрарата требуется насос, на привод которого затрачивается энергия. Это также снижает энергетический коэффициент эффективности аппарата

0/{ в + Ин) где Q — тепло- или холодопроизводительность аппарата, . N и N< — мощность вентилятора и насоса.

Целью изобретения является повышеwe энергетической эффективности аппарата путем выравнивания интенсивности теплообмена по высоте пенного слоя и снижения аэродинамического сопротивления.

Указанная цель достигается тем, что циклонно-пенном аппарате для тепловлажностной обработки воздуха, содержащем корпус со штуцером для подачи и слива воды и патрубками для подвода и отвода воздуха, между которыми одна над другой установлены улитка и конусная вставка, а между конусной вставкой и выходным патрубком- влагоотделитель, согласно предполагаемому изобретению, конусная вставка установлена вершиной вверх и имеет, по крайней мере, один канал для прохода воздуха, выполненный в виде щели вдоль образующей вставки, между вставкой и корпугэм установлена проницаемая в верхней части обечайка, опирающаяся на перфорированное кольцо и образующая совместно с корпусом кольцевой коллектор, в котором может быть размещен теплообменник.

Воздух, закрученный в улитке, попадает во внутреннюю полость конической вставки, через щель которой, дополнительно закручиваясь, распределяется по высоте рабочего объема аппарата. Благодаря этому поддерживается интенсивность вращательного движения по мере подъеме двухфазной среды. Выполнение конусной вставки вершиной вверх обеспечивает постоянство осевой скорости воздуха по высоте рабочего объема аппарата, так как увеличение расхода компенсируется увеличением площади проходного сечения по высоте рабочего объема аппарата. Все это обеспечивает одинаково интенсивный тепло- и массообмен по высоте пенного слоя.

Благодаря тому, что подача воздуха распределена"пб 1 ысотб йедйбго слоя,"въ1рав- нйаается температ фййй найор в рабочем объеме аппарата и, следовательно, выравнивается объемная тепло- или холодопроизводительность по высоте вспененного слоя и повышается тепло-"или холодопроизводительность аппарата в целом.

Briагодаря тому, что часть воздуха проходит лишь верхние слои пены снижается

1781512 8 перепад давлений на пенном слое, что позволяет уменьшить мощность вентилятора.

Наличие вставки исключает проскок больших пузырей воздуха в средней части аппарата, Часть жидкости, которая поддействйем сил тяжести с екает вниз в средней части аппарата по стенке вставки, участвует в теплообмейе с воздухом; движущимся внутри вставки.

Благодаря циклонному эффекту двухфазный поток прижимается к внутренней стенке обечайки, силы инерции у стенки уменьшаются вследствие трения-и часть жидкости под действием силы тяжести опускается вниз. Наиболее нагретая или охлажденная. жидкость в верхней части рабочего объема через проницаемые стенки обечэйки попадает в кольцевой коллектор. Проницаемая часть стенки обечайки выполняет также функции сепаратора влаги и способствует снижению каплеуноса.

Для исключения каплеуноса из рабочего объема на выходе из аппарата устанавливается влагоотделитель, который может включать сепаратор, состоящий из отбойных жалюзей для отделения крупных капель влаги, и горизонтальный зигзагообразный элиминатор, устройства с отбойными пластинами и поворотами потока воздуха на 180 для.удаления мелких капель влаги;-В кольцевом коллекторе под действием силы тяжести вода может фильтроваться через теплообменник без дополнительных затрат энергии. Через перфорированное кольцо нагретая или охлажденная вода поступает в рабочий объем аппарата.

Однако интенсивное по высоте пенного слоя вращательное движение двухфазной среды повышает степень очистки воздуха от пыли за счет более полного использования цйклонного эффекта. ,Таким образом, предлагаемое техническое решение в отличие от прототипа позволяет обеспечить одинаково интенсивный тепло- и массообмен и выравнять температурный напор по высоте пенного слоя при снижении перепада давлений на нем и уменьшении каплеуноса без использования оросителя, что позволяет получить новое свойство: увеличить тепло- или холодопроизводительность аппарата при снижении аэродинамического сопротивления и тем самым повысить энергетическую эффективность циклонно-пенного аппарата для тепловлажностной обработки воздуха, поэтому заявляемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан продольный разрез циклонно-пенного аппарата для тепловлажностной обработки воздуха; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1, Циклонно-пенный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха содержит

5 корпус 1 со штуцером для подачи и слива воды 2 и патрубками для подвода 3 и отвода

4 воздуха, между которыми одна над другой установлены улитка 5 и конусная вставка 6, установленная вершиной вверх и имеющая

10 тангенциальную щель 7 для прохода воздуха, между конусной вставкой 7 и выходным патрубком 4 установлен влагоотделитель,, например; состоящий из сепаратора 8 и элиминатора 9, между вставкой и корпу15 сом установлена проницаемая в верхней части обечайка 10, опирающаяся на пер форированное кольцо 11 и образующая совместно с корпусом кольцевой коллектор

12, в котором может быть размещен тепло20 обменник 13.

Аппарат работает следующим образом..

Воздух по патрубку подвода 3 подается к улитке 5, в которой воздушный поток закручивается и поступает во внутреннюю по25 лость конической вставки 6, из которой через тангенциальную щель 7, дополнительно закручиваясь, попадает в рабочий: объем аппарата, где за счет собственной кинетической энергии вспенивает и закру30 чивает воду. Во вращающийся двухфазной вохдухо-водяной среде происходит интенсивный тепло-массообмен между фазами.

rl0 мере спиралеобразного подъема двухфазной среды вверх разрушение пены начи35 нает преобладать над ее восстановлением.

Часть жидкости стекает вниз по конусной вставке 6, часть — по непроницаемой стенке обечайки 10, а наиболее нагретая или охлажденная жидкость через проницаемую

40 часть стенки обечайки 10 попадае в кольцевой коллектор 12, в котором под действием сил тяжести фильтруется через теплообменник 13 и через перфорированное кольцо 11 возвращается в рабочий объем аппарата.

45 Обновление воды осуществляется через патрубок подачи и слива воды 2. Нагретый или охлажденный воздух проходит через влагоотделитель, состоящий из сепаратора

8 и элиминатора 9, и по патрубку 4 отводит50 ся на потребление.

Технико-экономический эффект предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключается в том, что повышается объемная тепло- или холодоп55 роизводительность аппарата; снижается аэродинамическое сопротивление аппарата и, следовательно, мощность вентилятора; исключаются затраты энергии на прокачку воды через теплообменник; повышается степень очистки воздуха от пыли.

1 781512

10 иг.

Составитель С.Деменок

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор

Заказ 4266 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издэтельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1. Циклонно-пенный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, содержащий корпус со штуцером для подачи и слива воды и патрубками для подвода и отвода воздуха, между которыми размещены улитка и конусная вставка, а между последней и выходным патрубком — влагоотделитель, о т л и ч а ю щ и Я с я тем, что, с целью повышения энергетической эффективности, конусная вставка установлена над улиткой вершиной вверх и имеет по меньшей мере один канал для прохода воздуха, выполненный в виде щели вдоль образующей вставки, при этом между вставкой и корпусом раэме5 щена проницаемая в верхней части обечайка, опирающаяся на перфорированное кольцо и образующая с корпусом кольцевой коллектор.

2,Аппарат no n.1, отл ича ю щий10 с я тем, что кольцевой коллектор снабжен теплообменником.