Устройство для тепловлажностной обработки воздуха

 

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха, в частности к устройствам для тепловлажностной обработки воздуха. Устройство содержит форсуночную камеру орошения с поддоном, входной и выходной патрубки с пластинчатыми сепараторами и трубные стояки с распылителями. Форсуночная камера орошения содержит плоскопараллельную насадку, установленную в нижней части ее рабочего пространства, при этом высота насадки составляет 0,3-0,33 высоты рабочего пространства камеры орошения. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности тепловлажностной обработки воздуха. Достигается поддержание оптимальных гидродинамических условий взаимодействия контактирующих сред в нижней части камеры орошения. 3 ил.

Заявляемое изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха, в частности к устройствам для тепловлажностной обработки воздуха.

Известны устройства для тепловлажностной обработки воздуха путем распыления воды в потоке воздуха при помощи распылителей (В.Н.Богословский, Л.В.Петров, О.Я.Кокорин. “Кондиционирование воздуха и холодоснабжение”. - М.: Стройиздат, 1985, с.194-198).

Недостатком известных устройств является низкая эффективность тепловлажностной обработки воздуха. Это обусловлено низкой интенсивностью протекания процессов тепло- и влагообмена ввиду нарушения гидродинамических условий взаимодействия воздуха и воды по высоте сечения камеры орошения, особенно в нижней части ее рабочего пространства.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для тепловлажностной обработки воздуха, содержащее форсуночную камеру орошения с поддоном, входной и выходной воздушные патрубки с пластинчатыми сепараторами и трубные стояки с распылителями (А.с. СССР №1020715, F 24 F 3/14, 1983 г. - прототип).

Недостатком известного устройства является низкая эффективность тепловлажностной обработки воздуха. Это обусловлено низкой интенсивностью протекания процессов тепло- и влагообмена ввиду нарушения гидродинамических условий взаимодействия воздуха и воды по высоте сечения камеры орошения, особенно в нижней ее части. В частности, капли воды, составляющие факел распыла форсунок, только на начальном этапе взаимодействия имеют вынужденное движение под действием сил инерции. В дальнейшем капли воды под действием аэродинамических сил потока воздуха движутся вдоль камеры орошения и одновременно под действием сил тяжести вниз (Андреев Е.И. Расчет тепло- и массообмена в контактных аппаратах. - Л.: Энергоатомиздат, 1985, с.10-11), что обусловливает в любом случае увеличение количества воды, находящейся в нижней части объема камеры орошения.

Необходимо отметить, что обычно в камере орошения в качестве расчетного рассматривается среднеобъемное значение коэффициента орошения В_ср. Если условно разделить рабочее пространство камеры орошения на три зоны по высоте живого сечения, то можно говорить о локальных значениях коэффициента орошения В_лок в каждой из зон (фиг.2). Так, в верхней части камеры орошения (зона 1, фиг.2) В_лок < В_ср, а в нижней части (зона 3, фиг.2) В_лок > В_ср, то есть в нижней части будет иметь место значительное превышение локального значения коэффициента орошения по отношению к его среднеобъемному значению.

Одновременно с этим в нижней части камеры орошения произойдет увеличение сопротивления потоку воздуха, в результате большая часть обрабатываемого воздуха устремится вверх и будет проходить через зону 1 (фиг.2), что значительно усилит эффект неравномерности распределения коэффициента орошения по высоте живого сечения камеры орошения, нарушение гидродинамических условий взаимодействия воздуха и воды, что выразится в неполном контакте сред и, в конечном счете, снижении эффективности тепловлажностной обработки воздуха.

С этой точки зрения устройство, предлагаемое в прототипе, позволяет сохранить оптимальные гидродинамические условия взаимодействия воздуха и воды в 1-й и 2-й зонах (фиг.2) по высоте живого сечения камеры орошения. Однако в нижней части камеры все равно будет иметь место превышение В_лок по отношению к его среднеобъемному значению В_ср, что является причиной нарушения гидродинамических условий взаимодействия и снижения эффективности тепловлажностной обработки воздуха.

Таким образом, недостатком известного устройства в прототипе является невозможность обеспечения оптимальных гидродинамических условий взаимодействия, обеспечивающих полный контакт воздуха и воды в пределах рабочего пространства камеры орошения, в частности, в нижней ее части (фиг.2, зона 3), что приводит к снижению эффективности тепловлажностной обработки воздуха.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности тепловлажностной обработки воздуха.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для тепловлажностной обработки воздуха, содержащем форсуночную камеру орошения с поддоном, входной и выходной воздушные патрубки с пластинчатыми сепараторами и трубные стояки с распылителями, форсуночная камера орошения содержит плоскопараллельную насадку, установленную в нижней части ее рабочего пространства, при этом высота насадки составляет 0,3-0,33 высоты рабочего пространства камеры орошения.

Использование плоскопараллельной насадки, размещаемой в нижней части рабочего пространства камеры орошения, позволяет сохранить оптимальные условия взаимодействия воздуха и воды, обеспечивая полный контакт сред за счет равномерного распределения воды по поверхности пластин. В то же время это способствует снижению аэродинамического сопротивления потоку обрабатываемого воздуха, проходящему в нижней части камеры орошения. В конечном итоге достигается поддержание оптимальных гидродинамических условий взаимодействия контактирующих сред в нижней части камеры орошения, что является новым техническим свойством заявляемого устройства.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для тепловлажностной обработки воздуха с плоскопараллельной насадкой; на фиг.2 схематично изображено рабочее пространство камеры орошения; на фиг.3 представлены результаты обработки экспериментальных данных зависимости коэффициента эффективности от коэффициента орошения при расположении плоскопараллельной насадки на разных высотах.

Устройство содержит корпус 1 с поддоном 2, заполненным рабочей жидкостью, входной 3 и выходной 4 воздушные патрубки с расположенными в них входным 5 и выходным 6 пластинчатыми сепараторами. Внутри корпуса 1 размещены трубные стояки 7 с распылителями 8. В нижней части корпуса расположена плоскопараллельная насадка 9, высота которой h=0,33 от высоты Н рабочего пространства камеры. Плоскопараллельная насадка 9 представляет собой плоские пластины, уложенные параллельно между собой в пакет. В качестве материала пластин использовались плоские листы алюминия толщиной 1,0 мм.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемый воздух через входной патрубок 3 поступает в корпус 1, в котором при помощи распылителей 8 разбрызгивается вода. В корпусе 1 при контакте воздуха с водой осуществляется тепловлажностная обработка воздуха, где он приобретает требуемые параметры и, пройдя через выходной сепаратор 6, выходит из устройства.

Внутри камеры орошения по высоте рабочего пространства взаимодействие воздуха и воды происходит следующим образом. В верхней (зона 1, фиг.2) и средней (зона 2, фиг.2) частях рабочего пространства обрабатываемый воздух взаимодействует с каплями разбрызгиваемой воды, которые под действием сил тяжести устремляются вниз и попадают на поверхность плоскопараллельной насадки, размещенной в нижней части рабочего пространства камеры орошения (зона 3, фиг.2). В нижней части рабочего пространства камеры орошения происходит взаимодействие обрабатываемого воздуха с пленкой жидкости, образующейся на поверхности насадки, которая обеспечивает равномерное распределение жидкости в нижней части, что снижает аэродинамическое сопротивление на проходе воздуха и повышает эффективность его обработки.

На фиг.3 представлены результаты обработки экспериментальных данных в виде зависимости коэффициента эффективности Е_а от коэффициента орошения В при различных значениях h/H, характеризующих высоту размещения плоскопараллельной насадки от низа живого сечения камеры орошения. Из приведенной зависимости видно, что при малых значениях коэффициента орошения (В=0,5-0,55 кг/кг) размещение плоскопараллельной насадки в рабочем пространстве камеры орошения практически не оказывает влияния на эффективность процессов тепло- и влагообмена.

При увеличении коэффициента орошения до 0,7 кг/кг происходит возрастание Е_а от 0,83 до 0,88 при изменении h/H от 0 до 0,167, а при увеличении коэффициента орошения до 1,2 кг/кг Е_а возрастает до 0,89. При дальнейшем увеличении коэффициента орошения имеет место снижение коэффициента эффективности, что говорит о нарушении условий взаимодействия в рабочем пространстве камеры орошения.

При увеличении величины h/H до 0,33 происходит возрастание коэффициента эффективности, в частности при В=0,7 кг/кг Е_а=0,89, а при В=1,2 кг/кг Е_а=0,94.

Дальнейшее увеличение h/H до 0,5 не обеспечивает возрастания коэффициента эффективности и значения Е_а практически не отличаются друг от друга во всем диапазоне изменения В.

Из фиг.3 видно, что использование плоскопараллельной насадки позволяет значительно расширить диапазон оптимальных условий взаимодействия сред, в котором достигаются максимальные значения Е_а. Так, при h/H=0 (отсутствие насадки) В=0,65-0,8 кг/кг, при h/H=0,167 В=0,65-1,1 кг/кг, а при h/H=0,33 В=0,65-1,4 кг/кг.

Для оценки эффективности процессов тепловлажностной обработки воздуха в адиабатическом режиме его обработки был принят коэффициент эффективности (Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. - М.: Стройиздат, 1982. с.88) в виде

где t_c1, t_c2, t_м1 - значения температур воздуха по сухому и мокрому термометрам, соответственно, в начале и конце обработки воздуха.

Экспериментальные исследования показали, что предлагаемое устройство в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность тепловлажностной обработки воздуха в среднем на 6-10% (фиг.2).

Формула изобретения

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха, содержащее форсуночную камеру орошения с поддоном, входной и выходной воздушные патрубки с пластинчатыми сепараторами и трубные стояки с распылителями, отличающееся тем, что форсуночная камера орошения содержит плоскопараллельную насадку, установленную в нижней части ее рабочего пространства, высотой 0,3-0,33 высоты рабочего пространства камеры орошения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3