Способ обработки воздуха и устройство для его кондиционирования

 

Изобретение относится к кондиционированию воздуха, а именно к способу его обработки и устройствам для кондиционирования. Способ обработки воздуха заключается в цикличном орошении теплообменных поверхностей, через которые проходит поток обрабатываемого воздуха. Для этого вода подается отдельными порциями, а ее количество изменяют одновременно с изменением количества воздуха, проходящего через теплообменные поверхности. Устройство для кондиционирования воздуха включает орошаемый теплообменник, вентилятор и емкость для воды, а также ротор, свободно насаженный на ось и имеющий возможность вращения в потоке воздуха от вентилятора. К ротору присоединены захваты в виде емкостей или упругих стержней, которые вращаются совместно с ним и подают воду на орошение теплообменника. Техническим результатом является уменьшение количества воды, подаваемой на орошение теплообменных поверхностей, а также влажности воздуха, снижение капитальных и эксплуатационных затрат. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, в частности к способам его обработки и устройствам для его кондиционирования, используемым в зданиях и сооружениях различного назначения.

Известен способ обработки воздуха, заключающийся в том, что в потоке воздуха осуществляют распыление испаряющейся жидкости (см., например, Ладыженский Р.М. Кондиционирование воздуха. - М., 1962 г., с. 158-160).

Наиболее близким к изобретению в части способа решением (т.е. прототипом) является способ обработки воздуха в устройствах для кондиционирования, имеющих теплообменные поверхности, через которые проходит поток обрабатываемого воздуха, заключающийся в орошении теплообменных поверхностей с образованием на них пленки воды (см., например, авт. св. 645014, кл. F 28 D 5/00).

В известных способах осуществляется постоянный контакт воздуха с каплями непрерывно распыляемой воды или с пленкой воды на поверхности теплообменных элементов, вследствие чего его температура понижается, а абсолютная и относительная влажность увеличиваются, при этом теплосодержание воздуха не изменяется.

Существенным недостатком известных способов является избыточное увлажнение воздуха, а также независимость количества подаваемой для обработки воздуха воды от количества обрабатываемого воздуха.

Кроме того, непрерывная подача воды требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат, в частности на электроэнергию.

Технической целью изобретения, в частности, является снижение увлажнения воздуха и установление оптимальной зависимости между количеством подаваемых воздуха и воды, а также уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки воздуха в устройствах для кондиционирования, имеющих теплообменные поверхности, через которые проходит поток обрабатываемого воздуха, заключающемся в орошении теплообменных поверхностей с образованием на них пленки воды, орошение указанных поверхностей осуществляют циклично путем подачи воды отдельными порциями, количество которой непрерывно изменяют одновременно с изменением количества воздуха.

При этом количество подаваемых воздуха и воды может быть определено из соотношения где L - количество подаваемого воздуха; G - количество подаваемой воды.

По сравнению с прототипом (авт. св. 645014) изобретение содержит отличительные признаки, заключающиеся в том, что орошение теплообменных поверхностей осуществляют циклично путем подачи воды отдельными порциями, количество которой непрерывно изменяют одновременно с изменением количества воздуха.

Количество подаваемых воды и воздуха можно определять из соотношения где L - количество подаваемого воздуха; G - количество подаваемой воды.

Известно устройство для обработки воздуха, включающее теплообменник, вентилятор и ороситель (см., например, авт. св. 775602, кл. F 28 B 1/02).

Наиболее близким к изобретению в части устройства решением (т.е. прототипом) является устройство для кондиционирования воздуха, включающее орошающий теплообменник, вентилятор и емкость с водой (см., например, авт. св. 1134876, кл. F 28 D 5/00).

Существенными недостатками известного устройства являются невозможность обеспечения равномерного смачивания теплообменных поверхностей, а также значительный расход воды вследствие ее непрерывной подачи на орошение, что увеличивает капитальные и эксплуатационные затраты.

Кроме того, при работе известного устройства возникает значительный шум, а технология его изготовления является достаточно сложной.

Целью изобретения в части устройства является обеспечение более равномерного смачивания теплообменных поверхностей при одновременном снижении расхода воды и оптимизации ее количества в зависимости от расхода воздуха, уменьшение шума при работе устройства, снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для кондиционирования воздуха, включающее орошаемый теплообменник, вентилятор и емкость для воды, снабжено свободно насаженным на ось с возможность вращения потоком воздуха от вентилятора ротором, имеющим захваты для забора воды из емкости и подачи ее на орошение теплообменника.

Ротор может быть выполнен в виде полого цилиндрического элемента, с противоположных сторон диаметра поперечного сечения которого прикреплены захваты в виде емкостей.

Ротор может быть выполнен также в виде крыльчатки, в этом случае захваты в виде емкостей расположены на противоположных концах стержня, насаженного на ось крыльчатки с возможностью совместного с ней вращения.

Кроме того, захваты могут быть выполнены в виде упругих стержней, прикрепленных к ротору.

По сравнению с прототипом (авт. св. 1134876) изобретение содержит новые отличительные признаки, заключающиеся в том, что устройство снабжено свободно насаженным на ось с возможность вращения потоком воздуха от вентилятора ротором, имеющим захваты для забора воды на емкости и подачи ее на орошение теплообменника.

Ротор может быть выполнен в виде полого цилиндрического элемента, с противоположных сторон диаметра поперечного сечения которого прикреплены захваты в виде емкостей.

Ротор может быть выполнен также в виде крыльчатки; в этом случае захваты выполнены в виде емкостей, расположенных на противоположных концах стержня, насаженного на ось крыльчатки с возможностью совместного с ней вращения.

Кроме того, захваты могут быть выполнены в виде упругих стержней, прикрепленных к ротору.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены: на фиг.1 - устройство для кондиционирования воздуха, продольный paзpeзa по его оси (вариант с ротором в виде полого цилиндрического элемента и с захватами в виде емкостей); на фиг.2 - то же (вариант с ротором в виде крыльчатки); на фиг.3 - то же (вариант с ротором в виде полого цилиндрического элемента и с захватами в виде упругих стержней.

Способ осуществляется следующим образом.

При прохождении потока воздуха от вентилятора через теплообменные поверхности (теплообменник) одновременно осуществляется орошение последних, при этом вода на орошение подается циклично, т.е. отдельными порциями, при этом количество воды, подаваемой на орошение, непрерывно изменяют одновременно с изменением количества воздуха, проходящего через теплообменные поверхности.

Процесс изменения количества воды и воздуха обеспечивается непрерывно в автоматическом режиме, так как при избытке воды (т.е. увеличении толщины пленки жидкости) на теплообменных поверхностях повышается аэродинамическое сопротивление и одновременно уменьшается расход (количество) воздуха, проходящего через теплообменные поверхности.

После испарения избыточного количества воды аэродинамическое сопротивление уменьшается, количество воздуха, проходящего через теплообменные поверхности, возрастает и соответственно увеличивается и количество воды, подаваемой на орошение.

Экспериментально и на основе расчетов установлено, что наиболее оптимальным является соотношение между количеством воздуха и воды, определяемое зависимостью

где L - количество подаваемого воздуха;
G - количество подаваемой воды.

Указанное соотношение позволяет определить цикличность подачи воды и величину отдельных порций при минимальном расходе воды на орошение в целом.

Это соотношение обеспечивает также более эффективное охлаждение воздуха и снижает отложение солей на теплообменных поверхностях, так как поддерживается минимальная толщина пленки воды на последних.

Уменьшение расхода воды приводит также к снижению капитальных и эксплуатационных расходов при реализации изобретения.

Устройство для кондиционирования воздуха (позволяющее реализовать предлагаемый способ) включает установленные в корпусе 1 теплообменник 2 и вентилятор 3, обеспечивающий подачу воздуха, проходящего через теплообменник 2 в помещение. В корпусе установлен также ротор (под ротором подразумевается любая известная вращающаяся деталь, вращение которой может быть обеспечено потоком воздуха), который может быть выполнен различным известным образом, например в виде полого цилиндрического элемента 4 с лопатками 5 вдоль образующих (фиг.1 и 3) или крыльчатки (фиг.2) по типу вентиляторной.

Цилиндрический элемент 5 или крыльчатка 6 установлены на отдельной оси таким образом, чтобы иметь возможность свободного вращения в потоке воздуха от вентилятора 3.

В любом варианте ротор имеет захваты воды на орошение теплообменника. На фиг. 1 показан вариант с захватами в виде емкостей 7, расположенных с противоположных сторон диаметра поперечного сечения цилиндрического элемента 4. В варианте на фиг. 2 захваты также выполнены в виде емкостей 7, расположенных с противоположных концов стержня 8, насаженного на ось крыльчатки 6 и имеющего возможность совместного с ней вращения.

На фиг. 3 показан вариант захватов в виде упругих стержней 9, прикрепленных к ротору, смачиваемых при вращении ротора водой и орошающих теплообменник 2.

Возможны и другие варианты выполнения захватов.

В нижней части корпуса 1 устройства расположена емкость 10 для воды, а на входе и выходе установлены решетки 11 и 12.

В качестве теплообменника 2 могут быть использованы различные известные конструкции теплообменников.

Стрелками показано направление движений воздуха.

Теплообменник 2 может быть установлен также с возможностью вращения посредством жесткого его закрепления на общей с ротором в виде крыльчатки 6 оси или каким-либо другим образом.

Лопасти крыльчатки 6 в этом случае могут быть выполнены с отверстиями (не показаны), что обеспечит более свободное перемещение жидкости потоком воздуха на теплообменник, а вращение последнего повысит равномерность смачивания теплообменных поверхностей.

Кроме того, для более эффективной балансировки емкости 7 могут иметь разный вес, при этом более тяжелая емкость выполняется с отверстием в днище (не показано), что в результате постепенного вытекания из нее жидкости изменяет скорость вращения. Оптимальный вес емкостей и размер отверстия (отверстий) могут определяться расчетами и экспериментально.

Устройство для кондиционирования воздуха работает следующим образом.

При включении вентилятора 3 поток воздуха (наружный или из кондиционируемого помещения в зависимости от места установки устройства) проходит через теплообменник 2 и одновременно обеспечивает вращение (без дополнительного привода) цилиндрического элемента 4 или крыльчатки 6 (элемент 4 оказывает меньшее сопротивление потоку воздуха), а следовательно, и прикрепленных к ним захватов 7 или 8. Захваты забирают воду из емкости 10 и выбрасывают ее на орошение теплообменника 2 отдельными порциями, при этом происходит непрерывное автоматическое регулирование количества воздуха, проходящего через теплообменник 2, и количества воды, подаваемой на его орошение.

Автоматизация указанного процесса обеспечивается увеличением аэродинамического сопротивления теплообменника 2 при увеличении толщины пленки жидкости на его теплообменных поверхностях, что приводит к замедлению вращения ротора и, как следствие, снижению количества воды (уменьшение числа ее порций), забираемой захватами из емкости 10 и подаваемой на орошение.

После стекания с теплообменных поверхностей избыточного количества воды в емкость 10 и частичного ее испарения аэродинамическое сопротивление уменьшается, а частота вращения ротора увеличивается с одновременным увеличением количества подаваемой на орошение воды. Затем процесс вновь повторяется, т.е. происходит непрерывно.

Таким образом, изобретение в целом позволяет оптимизировать количество воды, подаваемой на орошение, что повышает теплотехническую эффективность устройства на 7-9%, снижает капитальные и эксплуатационные затраты.

Формула изобретения

1. Способ обработки воздуха в устройствах для кондиционирования, имеющих теплообменные поверхности, через которые проходит поток обрабатываемого воздуха, заключающийся в орошении теплообменных поверхностей с образованием на них пленки воды, отличающийся тем, что орошение теплообменных поверхностей осуществляют циклично путем подачи воды отдельными порциями, количество которой непрерывно изменяют одновременно с изменением количества воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что количество подаваемых воздуха и воды определяют из соотношения

где L - количество подаваемого воздуха;
G - количество подаваемой воды.

3. Устройство для кондиционирования воздуха, включающее орошаемый теплообменник, вентилятор и емкость для воды, отличающееся тем, что оно снабжено свободно насаженным на ось с возможностью вращения потоком воздуха от вентилятора ротором, имеющим захваты для забора воды из емкости и подачи ее на орошение теплообменника.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что ротор выполнен в виде полого цилиндрического элемента, с противоположных сторон диаметра поперечного сечения которого прикреплены захваты в виде емкостей.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что ротор выполнен в виде крыльчатки, а захваты выполнены в виде емкостей, расположенных на противоположных концах стержня, насаженного на ось крыльчатки с возможностью совместного с ней вращения.

6. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что захваты выполнены в виде упругих стержней, прикрепленных к ротору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3