Способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: обрабатывают воздух в двух теплообменных секциях. Общий поток воздуха пропускают через сухие каналы первой секции, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами этой секции, и на выходе разделяют на основной и вспомогательный потоки, последний направляют противотоком общему потоку вдоль смачиваемых поверхностей влажных каналов и удаляют в атмосферу. Основной поток пропускают через сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами, затем подают потребителю. Из общего потока после первой секции образуют дополнительный поток и направляют его в дополнительные сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами. На выходе из секции дополнительный поток разделяют и направляют во влажные каналы противотоком основному и дополнительным потокам. Разделенный дополнительный поток удаляют в атмосферу. Потоки влажных каналов на выходе в атмосферу регулируют по расходу. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к вентиляции и кондиционированию воздуха.

Известны различные приемы и способы косвенно-испарительного охлаждения наружного воздуха. Существо косвенно-испарительного охлаждения наружного воздуха заключается в том, что воздух охлаждают при постоянном влагосодержании, пропуская его по каналу, находящемуся в теплообменном состоянии со смежным влажным каналом, по которому противотоком подается другой поток воздуха.

Известен способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха [1], в котором общий поток воздуха пропускают через сухие каналы, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами. При этом во влажные каналы подают вспомогательный поток, который образуют из общего потока после выхода последнего из сухих каналов и деления его на основной и вспомогательный потоки. Основной поток направляют потребителю, а вспомогательный поток подают противотоком общему потоку вдоль смачиваемой поверхности влажных каналов, после чего его выбрасывают в атмосферу. Этот способ дает возможность в пределе охладить основной поток до температуры точки росы.

Недостатком известного способа охлаждения является большое аэродинамическое сопротивление проточного тракта воздуха, которое создается в результате того, что общий поток пропускают через всю длину сухих каналов. Трудно осуществимым является и охлаждение основного потока воздуха до температуры точки росы.

Известно также техническое решение [2], в котором реализован способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха, заключающийся в том, что общий поток воздуха разделяют на основной и вспомогательный до входа в сухие каналы, затем оба потока направляют в разные сухие каналы и только после этого вспомогательный поток подается во влажные каналы. Этот способ обеспечивает надежное разделение основного и вспомогательного потоков без применения специальных устройств. Однако недостаток этого способа заключается в том, что высокое аэродинамическое сопротивление проточного тракта вспомогательного потока ведет или к уменьшению расхода, или к увеличению ширины каналов вспомогательного потока. И то и другое в конечном итоге уменьшает холодопроизводительность системы.

Наиболее близким к заявленному изобретению является техническое решение [3] , в котором реализован способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха, заключающийся в том, что общий поток воздуха пропускают через сухие каналы, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами, после прохождения части длины сухих каналов общий поток разделяют на основной и вспомогательный потоки и последний пропускают противотоком основному и общему потокам вдоль смачиваемой поверхности влажных каналов. Обработанный вспомогательный поток выбрасывают в атмосферу.

Этот способ имеет большую эффективность в сравнении с аналогичными техническими решениями за счет снижения сопротивления сухих каналов основного потока после выделения вспомогательного потока из общего потока.

Недостатком способа [3] является, во-первых, большое аэродинамическое сопротивление проточного тракта, складывающееся из суммы сопротивлений проточного тракта общего потока и всей длины проточного тракта вспомогательного потока, что приводит к снижению хладопроизводительности системы и увеличению мощности побудителей движения воздуха; во-вторых, в этом способе относительно понижена эффективность охлаждения основного потока, поступающего потребителю, так как вспомогательный поток поступает на выход основного потока охлажденным в меньшей степени, чем это возможно.

В устройствах косвенно-испарительного охлаждения воздуха величина хладопроизводительности, определяемая расходом воздуха и его температурой, зависит от аэродинамического сопротивления проточных трактов устройства. При этом ширина проточных каналов определяет их тепловое сопротивление и не может быть увеличена, так как это приведет к увеличению теплового сопротивления каналов и увеличению температуры воздуха, направляемого потребителю.

Увеличение расхода воздуха за счет увеличения напора побудителей движения воздуха ведет к увеличению их размеров, шума и мощности, что значительно снижает потребительские качества устройства и делает его неконкурентоспособным в сравнении с другими устройствами охлаждения воздуха.

Предложенные способ и устройство для его реализации направлены на повышение эффективности охлаждения воздуха и увеличение хладопроизводительности технического решения путем уменьшения аэродинамического сопротивления проточного тракта, снижения теплового сопротивления каналов сухого и влажного воздуха и повышения эффективности теплообмена.

Этот технический результат достигается в предложенном способе косвенно-испарительного охлаждения воздуха за счет того, что общий поток воздуха пропускают через сухие каналы первой секции, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами этой секции, и на выходе разделяют на основной и вспомогательный потоки, последний направляют противотоком общему потоку вдоль смачиваемых поверхностей влажных каналов и удаляют в атмосферу, а основной поток пропускают через сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами, и затем подают потребителю. Из общего потока после первой секции образуют дополнительный поток и направляют его в дополнительные сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами. На выходе из второй секции дополнительный поток разделяют и направляют во влажные каналы противотоком основному и дополнительному потокам, после чего разделенный дополнительный поток удаляют в атмосферу, причем потоки на выходе в атмосферу регулируют по расходу.

Таким образом, дополнительный поток охлаждается в большей степени, что приводит к увеличению охлаждения основного потока, направляемого потребителю.

В устройстве, реализующем способ косвенно-испарительного охлаждения, повышение эффективности охлаждения воздуха и увеличение хладопроизводительности достигаются за счет конструктивного решения.

Во-первых, уменьшение аэродинамического сопротивления воздушного тракта достигается за счет размещения воздухораспределительной камеры между двумя секциями и соединения ее с влажными каналами общего и основного потоков, как это выполнено в прототипе.

Во-вторых, это достигается тем, что во второй секции выполнены дополнительные сухие каналы, в которые направляется дополнительный поток из воздухораспределительной камеры. Причем дополнительные сухие каналы выполнены смежными с влажными каналами этой секции и газодинамически на выходе соединены с влажными каналами второй секции.

В-третьих, этот эффект достигается и тем, что в патрубках на выходе потоков воздуха из устройства установлены регуляторы, что дает возможность путем регулирования потоков настраивать работу устройства на оптимальный режим работы в зависимости от складывающихся условий воздушной среды как в атмосфере, так и у потребителя.

На фиг. 1 представлено устройство косвенно-испарительного охлаждения, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Устройство косвенно-испарительного охлаждения, реализующее способ косвенно-испарительного охлаждения, содержит вентилятор 21 подачи общего потока 22, корпус 1 с патрубками 14,15 и 16,18,19 соответственно входа и выхода потоков воздуха, размещенную в корпусе 1 емкость 2 для воды, две теплообменные секции 23 и 25 с сухими 7,8 и смежными влажными каналами 10,11, воздухораспределительную камеру 13. Сухие каналы 7,8 образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные каналы 10, 11 - стенками с капиллярно-пористым материалом с возможностью их контакта с водой в емкости 2, причем влажные каналы 10 и 11 первой 23 и второй 25 секций заглушены деталями 12 соответственно со стороны входа общего потока и воздухораспределительной камеры и сообщены с патрубками 18 и 19 выхода воздуха, а сухие каналы 7 и 8 этих секций газодинамически последовательно сообщены с выходом вентилятора 21, воздухораспределительной камерой 13 и патрубком 16 выхода основного потока 24. Устройство дополнительно содержит сухие каналы 9, размещенные во второй секции 25, при этом дополнительные каналы 9 выполнены смежными с влажными каналами 11 и сообщены газодинамически с одной стороны с воздухораспределительной камерой 13, а с другой - с входами во влажные каналы 11 второй секции 25, причем воздухораспределительная камера 13 расположена между секциями 23 и 25.

Устройство также снабжено регуляторами 20 и 17, размещенными в патрубках 18, 19 и 16 выхода потоков воздуха.

Предложенный способ и работа устройства по его реализации осуществляются следующим образом.

Общий поток воздуха 22 подается вентилятором 21 в сухие каналы 7 первой теплообменной секции 23, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами 10. После прохождения общим потоком 22 первой секции 23 он поступает в воздухораспределительную камеру 13, где распределяется на вспомогательный поток 26, основной поток 24 и дополнительный поток 27. Вспомогательный поток 26 подается во влажные каналы 10 первой теплообменной секции 23 противотоком общему потоку 22 и после их прохождения через патрубок 18 удаляется в атмосферу.

При этом за счет испарения влаги во влажных каналах вследствие адиабатического процесса вспомогательный поток 26 охлаждается сам и, отбирая теплоту через стенки каналов 7, охлаждает общий поток 22. Процесс охлаждения в первой теплообменной секции 23 регулируется за счет изменения расхода вспомогательного потока 26 регулятором 20 в патрубке 18.

Дополнительный поток 27 направляется из воздухораспределительной камеры 13 в дополнительные сухие каналы 9 второй теплообменной секции 25, а основной поток 24 подается в сухие каналы 8 этой же секции. После прохождения через дополнительные сухие каналы 9 дополнительный поток 27 направляется противотоком во влажные каналы 11 второй теплообменной секции 25, которые находятся в теплообменном состоянии с сухими каналами 8 и 9.

Как и в первой секции 23, во влажных каналах 11 второй теплообменной секции 25 идет процесс испарительного охлаждения дополнительного потока 27. Однако во второй секции глубина охлаждения больше, так как дополнительный поток во влажные каналы 11 поступает охлажденным как в сухих каналах 7 первой секции 23, так и в дополнительных сухих каналах 27 секции 25. Это приводит к тому, что и основной поток 24 охлаждается до более низкой температуры, чем в прототипе, вследствие того, что сухие каналы 8 основного потока 24 находятся в теплообменном состоянии с влажными каналами 11.

После прохождения влажных каналов 11 дополнительный поток 27 через патрубок 19 удаляется в атмосферу. При этом регулятором 20 производится регулирование расхода этого потока и, как следствие, этим регулируется теплообмен во второй теплообменной секции 25.

Основной поток 24 через патрубок 16 направляется потребителю. Его расход также регулируется регулятором 17, что в свою очередь влияет на теплообмен во всем устройстве косвенно-испарительного охлаждения.

Способ и устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха по изобретению могут быть использованы для целей охлаждения воздуха в экологически чистых системах кондиционирования воздуха жилых и общественных помещений, а также кабин и пассажирских салонов транспортных средств.

Формула изобретения

СПОСОБ КОСВЕННО-ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха, включающий обработку воздуха в двух теплообменных секциях, заключающийся в том, что общий поток воздуха пропускают через сухие каналы первой секции, находящиеся в теплообменном состоянии с влажными каналами этой секции, и на выходе разделяют на основной и вспомогательный потоки, последний направляют противотоком общему потоку вдоль смачиваемых поверхностей влажных каналов и удаляют в атмосферу, а основной поток пропускают через сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами, и затем подают потребителю, отличающийся тем, что из общего потока после первой секции образуют дополнительный поток и направляют его в дополнительные сухие каналы второй секции, находящиеся в теплообменном состоянии с ее влажными каналами, на выходе из секции дополнительный поток разделяют и направляют во влажные каналы противотоком основному и дополнительному потокам, после чего разделенный дополнительный поток удаляют в атмосферу, причем потоки влажных каналов на выходе в атмосферу регулируют по расходу.

2. Устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха, содержащее вентилятор подачи общего потока, корпус с патрубками входа и выхода потоков воздуха, размещенные в корпусе емкость для воды, две теплообменные секции с сухими и смежными влажными каналами, воздухораспределительную камеру, при этом сухие каналы образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные - стенками с капиллярно-пористым материалом с возможностью контакта последнего с водой в емкости, причем влажные каналы первой и второй секций заглушены соответственно со стороны входа общего потока и воздухораспределительной камеры и сообщены с патрубками выхода воздуха, а сухие каналы этих секций газодинамически последовательно сообщены с выходом вентилятора, воздухораспределительной камерой и патрубком выхода основного потока, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит сухие каналы, размещенные во второй секции, при этом дополнительные каналы выполнены смежными с влажными каналами и сообщены газодинамически с одной стороны с воздухораспределительной камерой, а с другой - с входами во влажные каналы второй секции, причем воздухораспределительная камера расположена между секциями.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что патрубки выхода потоков воздуха снабжены регуляторами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3