Способ и установка для кондиционирования воздуха

 

Изобретение относится к способам и средствам кондиционирования воздуха как при кондиционировании воздуха в жилых помещениях, так и на промышленных предприятиях. Способ включает создание закругленного основного потока воздуха, распыление орошающей жидкости, отделение избыточной жидкости от воздуха, подогрев воздуха и вывод воздуха к потребителю. Орошающую жидкость распыляют по окружности соосно оси закручивания основного потока с одновременной подачей двух потоков воздуха в тангенциальном и вертикальном направлениях так, что распыленная жидкость первоначально находится между ними. Причем дополнительный вертикальный поток воздуха вводят в зону, ограниченную окружностью распыления. Вывод кондиционированного воздуха производят по каналу, расположенному по оси закручивания потока. Установка, реализующая предложенный способ кондиционирования, содержит корпус, выходной воздуховод, соосно установленный корпусу, на воздухозаборном конце которого прикреплен отражателем с цилиндрическим козырьком и сепаратором. В верхней части корпуса установлена кольцеобразная труба с форсунками, которые распыляют воду под действием насоса. Корпус имеет подводный тангенциальный патрубок для закручивания потока воздуха и верхний дополнительный патрубок для ввода вертикального воздуха в зону, ограниченную кольцеобразной трубой. Избыточную влагу отделяют при помощи конусного отражателя с цилиндрическим козырьком и сепаратора, а воздух подогревают в выходном воздуховоде за счет калорифера до получения необходимых параметров и отправляют к потребителю через вентилятор. Такая конструкция установки, реализующая предложенный способ кондиционирования воздуха, обеспечивает повышение эффективности кондиционирования за счет увеличения поверхности взаимодействия двух сред и скорости обдува частиц жидкости воздухом при меньших затратах энергии. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способам и средствам кондиционирования воздуха и может быть использовано для создания необходимых параметров воздуха как в производственном технологическом процессе, так и в жилых зданиях и сооружениях.

В настоящее время при кондиционировании воздуха широкое распространение начинают получать установки, работающие на основе закрученных потоков воздуха. Преимущество этих установок заключается в том, что при закручивании воздушного потока получают турбулентное течение воздуха с более высокой скоростью обтекания частиц жидкости и большей поверхностью взаимодействия двух сред. Эти условия позволяют улучшить тепломассообмен в процессе получения необходимых параметров воздуха. Однако создать указанные условия существующими способами и установками в полной мере не удается.

Так, например, в известном способе, реализованном в устройстве для увлажнения газа (см. А.С. СССР № 1488684 по кл. F 24 F 6/00), закрученный поток, создаваемый за счет тангенциального ввода воздуха в корпус устройства дальнейшим его движением вокруг центрального вертикального воздуховода вниз и последующим его выходом по этому воздуховоду, предназначен для раскручивания и распыления жидкости внутри усеченного конуса, установленного коаксиально выходному воздуховоду.

Недостатками этого способа и устройства для его осуществления является то, что раскручивание жидкости, распыление и увлажнение воздуха происходят за счет одного закрученного потока, который не обеспечивает достаточного дробления частиц жидкости и не обеспечивает достаточной поверхности взаимодействия двух сред. Кроме того, ввиду ограниченности зоны выхода воздуха внутренней поверхностью конуса возможен вынос крупных капель жидкости в выходной воздуховод.

Более совершенным с позиции распыления жидкости, взаимодействия жидкости и закрученного воздуха, а также последующего разделения этих двух сред является известный способ, реализованный в установке для кондиционирования воздуха (см. А.С. СССР № 514994, по кл. F 24 F 1/02 - прототип).

Известный способ, взятый нами за прототип, включает следующие операции: тангенциальный ввод воздуха с закручиванием в полом вертикальном цилиндре, распыление жидкости от оси закручивания, отделение жидкости от воздуха, встречную подачу части основного потока воздуха по оси закручивания в зону разряжения, подогрев воздуха и тангенциальный вывод к потребителю.

Известная установка, реализующая указанный способ и взятая нами за прототип, содержит вентилятор, насос с системой трубопроводов, цилиндрический корпус, снабженный расположенными по касательной к его окружности входным и выходным патрубками, трубчатый элемент, образующий с корпусом кольцевую камеру, в которой установлены калориферы, распылитель жидкости, установленный по оси трубчатого элемента в верхней его части, а в нижней части трубчатого элемента укреплен расположенный с зазором относительно его торца диск, имеющий отверстие.

Таким образом, установка состоит из двух цилиндрических камер разного диаметра. Причем камера меньшего диаметра, в которую тангенциально подается исходный воздух, входит в камеру большего диаметра, из которой подготовленный воздух тангенциально выводится. В камере меньшего диаметра тангенциально подаваемый воздух орошается жидкостью с помощью распылителя и, насыщаясь, опускается вниз на отражательный диск с отверстием для подачи встречного воздуха, являющегося частью основного тангенциального потока. Поднимаясь по кольцевой камере и подогреваясь, воздух вытесняется наверх и тангенциально выводится.

Недостатками этого способа и устройства для его осуществления является то, что закручивание исходного воздуха в полом цилиндре (трубчатый элемент) ведет к образованию зоны разряжения по оси трубчатого элемента, наличие которой исключает использование всего объема камеры для тепломассообменных процессов и требует значительного ее диаметра для уменьшения энергоемкости на закручивание воздуха. Встречный поток воздуха действует только в зоне выхода смеси с отражателя, а не с момента распыления жидкости. Подача встречного потока по оси закручивания не увеличивает турбулентность всего потока. Эти недостатки ведут к снижению эффективности тепломассообмена и громоздкости конструкции. Кроме того, расположение калорифера подогрева воздуха в камере большого диаметра по ее периферии ведет к увеличению металлоемкости и усложнению конструкции.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности тепломассообменных процессов и снижение энергоемкости при кондиционировании воздуха за счет исключения зоны разряжения при закручивании потока воздуха, создание условий турбулентного течения потока, а также снижение металлоемкости конструкции путем расположения калорифера подогрева воздуха в отводящем воздуховоде меньшего диаметра.

Для выполнения указанной задачи в способе кондиционирования, включающем создание закрученного основного потока воздуха, распыление орошающей жидкости, отделение избыточной жидкости от воздуха, подогрев воздуха и вывод кондиционированного воздуха к потребителю, орошающую жидкость распыляют по окружности, соосной оси закручивания основного потока, дополнительный вертикальный поток вводят в зону, ограниченную окружностью распыления, вывод кондиционированного воздуха производят по каналу, расположенному внутри закрученного потока.

Для выполнения указанной задачи в установке, реализующей предлагаемый способ, которая включает вентилятор, насос с системой трубопроводов, цилиндрический корпус, входной патрубок, расположенный по касательной к корпусу, выходной воздуховод, распылитель жидкости, отражатель, калорифер, корпус снабжен дополнительным верхним подводящим патрубком, распылитель выполнен в виде расположенной в верхней части корпуса соосно с ним кольцеобразной трубы с форсункам, охватывающей место ввода в корпус дополнительного верхнего патрубка, выходной воздуховод установлен по оси корпуса, а конусный отражатель снабжен цилиндрическим козырьком и закреплен в нижней части выходного воздуховода.

Подогревающий калорифер может быть установлен в выходном воздуховоде установки.

Под конусным отражателем может быть расположен пластинчатый сепаратор.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе кондиционирования воздуха орошающую жидкость распыляют кольцеобразно с одновременной подачей двух потоков воздуха в тангенциальном и вертикальном направлениях так, что распыленная жидкость первоначально находится между ними. Тангенциально вводимый воздух захватывает вертикальный поток воздуха изнутри кольцеобразного распыления вместе с частицами жидкости. Причем наложение двух потоков ведет к турбулентному течению воздуха вместе с частицами жидкости и к их дроблению с одновременным увеличением поверхности взаимодействия двух сред по всему объему корпуса. Дальнейшее закручивание и движение жидкости с воздухом осуществляют вокруг вертикального выходного воздуховода, то есть в кольцевой камере, а не в полом цилиндре. Винтообразное движение смеси с отделением жидкости от воздуха производят за счет центробежных сил на поверхности конусного отражателя, что обеспечивает увеличение скорости обдува частиц жидкости воздухом. Конусный отражатель обеспечивает переход винтообразно опускающегося воздуха с распыленной жидкостью во вращательное движение. При этом на поверхности отражателя воздух сообщает частицам жидкости максимальную центробежную силу при минимальных затратах энергии за счет превращения энергии движения.

Установка для осуществления предложенного способа кондиционирования воздуха показана на фиг.1 - общая схема, на фиг.2 - вид сверху.

Установка кондиционирования воздуха включает в себя цилиндрический корпус 1 и установленный по его оси выходной патрубок 2 с конусным отражателем 3, снабженным направляющим цилиндрическим козырьком 4 и сепаратором 5. В воздуховоде 2 расположены подогревающий калорифер 6, дроссельная заслонка 7 и подсоединенный к нему вентилятор 8. К корпусу 1 подходят: подводящий тангенциальный патрубок 9 с дроссельной заслонкой 10, дополнительный верхний подводящий патрубок 11 с дроссельной заслонкой 12. В верхней части корпуса 1 установлена связанная с насосом 13 кольцевая оросительная труба 14 с форсунками, которая соединяется посредством системы труб с трубной арматурой 15.

Выходной воздуховод 2 и кольцевая труба 14 установлены соосно цилиндрическому корпусу 1. Верхний подводящий патрубок 9 установлен ассиметрично оси корпуса 1 в пределах зоны, ограниченной окружностью кольцевой трубы 14. Поддон установки, где находится жидкость, может быть снабжен ТЭНами 16 для подогрева жидкости.

Установка работает следующим образом. При запуске вентилятора 8, разряжение от всасывающего патрубка передается через дроссельную заслонку 7, калорифер 6, вертикальный воздуховод 2 и сепаратор 5 в корпус 1. Под этим действием происходит как тангенциальный подвод воздуха по патрубку 9, так и дополнительный вертикальный приток воздуха через верхний патрубок 11, вызывающий турбулентность потока. В верхней части корпуса 1 в эти потоки подается распыленная жидкость, нагнетаемая из поддона установки посредством насоса 13 через кольцеобразную оросительную трубу 14 с форсунками. При этом температура распыляемой жидкости может поддерживаться либо от работы ТЭНов 16, либо от подачи холодной и горячей воды с помощью трубной арматуры 15. Работа ТЭНов 16, подача холодной и горячей воды, а также включение и выключение калорифера 6, обеспечивающего второй подогрев воздуха, осуществляются автоматически посредством регуляторов температуры.

Жидкость, распыляемая форсунками в потоке воздуха, насыщает его до 100% относительной влажности и нагревает до необходимой температуры. Затем смесь жидкости и воздуха винтообразно вокруг вертикального воздуховода 2 опускается на поверхность отражателя 3, где поступательная энергия смеси превращается во вращательную. 3а счет центробежных сил капли жидкости отбрасываются к периферии корпуса 1 и при дальнейшем движении смеси между поверхностью корпуса 1 и направляющим козырьком 4 происходит разделение смеси на жидкость и воздух. Воздух отклоняется к направляющему козырьку 4 и уходит в сепаратор 5, а капли жидкости опускаются вниз в поддон вдоль стенки корпуса 1. Часть капель, унесенная с воздухом, окончательно отделяется в сепараторе 5, а воздух перемещается по вертикальному воздуховоду 2 в калорифер 6, где подогревается до получения необходимых параметров воздуха по температуре и относительной влажности, затем вентилятором 8 направляется к потребителю. Общий расход подготавливаемого воздуха регулируется дроссельной заслонкой 7, а соотношение тангенциального и вертикального потоков воздуха устанавливается дроссельными заслонками 10 и 12.

Таким образом, наличие верхнего дополнительного 11 и тангенциального 9 патрубков, обеспечивающих подвод воздуха в цилиндрический корпус 1, увеличивает турбулентность воздушного потока и улучшает взаимодействие с распыленной жидкостью. Наличие вертикального входного воздухоотвода 2 с конусным отражателем 3 обеспечивает более эффективное использование внутреннего пространства корпуса 1 без зоны разряжения, а конусный отражатель 3 создает раскручивание частиц жидкости с сообщением им центробежной силы при минимальной затраченной энергии и дальнейшим эффективным отделением воздуха от жидкости с помощью направляющего козырька 4. Все эти условия создают эффективный тепломассобмен при получении необходимых параметров воздуха. Расположение калорифера 6 в отводящем воздуховоде с небольшим диаметром снижает металлоемкость и упрощает конструкцию кондиционера.

Использование установки, реализующей предложенный способ кондиционирования воздуха в линии по выпечке хлебобулочных изделий для подготовки воздуха в расстоечный шкаф показало, что при температуре окружающего воздуха 24-28°С, производительности по воздуху до 7 тыс. м³/ч с выходными параметрами по относительной влажности 60-70%, по температуре 36-40°С, расход электроэнергии составил 10-12 кВтч, что ниже по сравнению с существующими кондиционерами того же класса в 1,5-2,0 раза.

Формула изобретения

1. Способ кондиционирования воздуха, включающий создание закрученного основного потока воздуха, распыление орошающей жидкости, отделение избыточной жидкости от воздуха, подогрев воздуха и вывод кондиционированного воздуха к потребителю, отличающийся тем, что в основной поток вводят дополнительный вертикальный поток, орошающую жидкость распыляют по окружности, соосной оси закручивания основного потока, причем дополнительный вертикальный поток вводят в основной поток в зону с радиусом закручивания меньшим, чем радиус зоны распыления орошающей жидкости, вывод кондиционированного воздуха производят по выходному воздуховоду, расположенному по оси закрученного потока.

2. Установка для кондиционирования воздуха, включающая вентилятор, насос с системой трубопроводов, цилиндрический корпус, входной патрубок, расположенный по касательной к корпусу, выходной воздуховод, распылитель жидкости, отражатель, калорифер, отличающаяся тем, что корпус снабжен дополнительным верхним подводящим патрубком, распылитель выполнен в виде расположенной в верхней части корпуса соосно с ним кольцеобразной трубы с форсунками, охватывающей место ввода в корпус дополнительного верхнего патрубка, выходной воздуховод установлен по оси корпуса, конусный отражатель закреплен в нижней части выходного воздуховода и снабжен цилиндрическим козырьком.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что подогревающий калорифер установлен в выходном воздуховоде.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что под конусным отражателем расположен пластинчатый сепаратор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2