АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
DEVICE FOR HEAT AND MOISTURE TREATMENT OF AIR

Изобретение относится к системам вентиляции и кондиционирования воздуха с режимами регенеративной теплоутилизации и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в бытовых, административных и производственных помещениях.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту в части устройства является устройство для обработки воздуха по патенту РФ №2363896, F24F 5/00 (прототип), содержащее камеру смешения, подогреватель и блок орошения.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса тепловлажностной обработки воздуха за счет недостаточной эффективности очистки рециркуляционного воздуха от тонкой пыли и невозможности подмеса воздуха других параметров уже после обработки рециркуляционного ввиду отсутствия вихревой камеры смешения.
Технический результат - повышение эффективности тепловлажностной обработки воздуха, экономия энергоресурсов, упрощение конструкции систем кондиционирования воздуха, их монтажа и обслуживания.
Это достигается тем, что в аппарате для тепловлажностной обработки воздуха, содержащем камеру смешения, подогреватель и блок орошения, первая ступень представляет собой многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками и предназначена для очистки от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха и включает в себя корпус с емкостью для сбора жидкости, в которой расположен насос с фильтром для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу и подачи ее в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками, при этом трубопровод для рециркуляции жидкости содержит регулирующий клапан-смеситель для подключения к системе водоснабжения посредством трубопровода к источнику подачи охлажденной воды от холодильной машины, а в нижней части корпуса расположен нижний входной патрубок, а в верхней части - верхний входной патрубок, а в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель и верхний тангенциальный закручиватель, при этом выхлопной патрубок соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенную для смешения потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, причем вторая ступень устройства выполнена в виде тепломассообменного аппарата смешения и включает в себя входной патрубок камеры смешения, центробежную камеру смешения, диффузор, конфузор, раскручиватель, выходной патрубок, а корпус каждой из форсунок выполнен полым, осесимметричным, ось которого перпендикулярна оси отверстия трубы коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения, а со стороны проточного отверстия трубы коллектора в форсунке установлен спрямляющий элемент, выполненный в виде кольца, имеющего центральную втулку, с которой жестко соединены радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти, соединенные с корпусом форсунки.
На фиг.1 представлена схема аппарата для тепловлажностной обработки воздуха, на фиг.2 - общий вид форсунки для распыливания жидкостей, на фиг.3 - характеристика форсунки.
Аппарат для тепловлажностной обработки воздуха (фиг.1) состоит из двух ступеней: первая ступень представляет собой многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками и предназначена для очистки от пыли рециркуляционного воздуха, поступающего из помещения и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха и включает в себя корпус 1 с емкостью 2 для сбора жидкости, в которой расположен насос 20 с фильтром 19 для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу 21 и подачи ее в блок орошения 5, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками (фиг.2). Трубопровод 21 для рециркуляции жидкости содержит регулирующий клапан-смеситель 22 для подключения к системе водоснабжения посредством трубопровода 23 к источнику 24 подачи охлажденной воды от холодильной машины, или артезианской скважины, или емкости с запасом ледниковой воды.
В нижней части корпуса 1 расположен нижний входной патрубок 18, а в верхней части - верхний входной патрубок 17. Для интенсификации процесса тепловлажностной обработки воздуха в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель 3 и верхний тангенциальный закручиватель 4.
1
Выхлопной патрубок 6 соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенную для смешения потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, имеющего в летний период положительную температуру, а в зимний - отрицательную. Вторая ступень устройства выполнена в виде тепломассообменного аппарата смешения и включает в себя: входной патрубок камеры смешения 7, центробежную камеру смешения 8, диффузор 9, конфузор 10, раскручиватель 11, выходной патрубок 12. Потоки воздуха 13 и 14 - это рециркуляционные потоки воздуха, 15 - поток наружного воздуха, 16 - поток обработанного воздуха. Центробежная камера смешения 8 выполнена по габаритному внешнему размеру - диаметру D больше, чем габаритный внешний размер корпуса 1 многофункционального аппарата - диаметр D. Для оптимальной работы аппарата необходимо выполнить следующие соотношения параметров:
1
1
- отношение диаметра D центробежной камеры смешения 8 к диаметру D корпуса многофункционального аппарата лежит в оптимальном интервале величин: D/D=1,25÷2,0;
- угол наклона форсунок блока орошения 5 к горизонту лежит в оптимальном интервале величин: 30÷40°.
- аэродинамическое сопротивление аппарата лежит в оптимальном интервале величин: 600÷900 Па.
Каждый из коллекторов блока 5 разбрызгивающего устройства имеет проточное отверстие 25 и снабжен форсунками (фиг.2). Каждая из форсунок выполнена в виде полого, осесимметричного корпуса 26, ось которого перпендикулярна оси отверстия коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения и др. Со стороны проточного отверстия 25 трубы коллектора блока 5 в форсунке установлен спрямляющий элемент 30, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от коллектора блока 5 к форсунке. Спрямляющий элемент выполнен в виде кольца, имеющего центральную втулку 30, с которой жестко соединены радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти 31, соединенные с корпусом 26 форсунки. Корпус 26 выполнен с двумя противоположно расположенными, перпендикулярно оси форсунки, уступами 29, посредством которых через хомуты 27 с замками 28 форсунка закрепляется на коллекторе 5. В нижней части корпуса 26 форсунки выполнено коническое калиброванное дроссельное отверстие 33, соединенное с камерой смешения 32, которая расположена между отверстием 33 и спрямляющим элементом 30. Камера смешения 32 предназначена для образования вихревого турбулентного потока, формировавшегося на выходе из отверстия 33 форсунки. Для этой цели на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки (на чертеже не показано), которые могут быть образованы токарной обработкой по копиру или получены литьевым способом. В результате этого на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости. Расходная характеристика форсунки представлена на фиг.3. Рекомендуемый диапазон давлений для цельнофакельной форсунки от 1,2 до 7,0 метров водяного столба. При данном диапазоне давлений обеспечивается полное раскрытие и заполнение факела форсунки капельной влагой.
Аппарат для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.
1
В многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками в рабочем пространстве первой ступени образуются, как и в классическом аппарате со встречными закрученными потоками, два закрученных в одну сторону, но встречно направленных потока: восходящий - в центральной части камеры и нисходящий - в периферийной части. Для тепловлажностной обработки воздуха в блок орошения 5 по трубопроводу 21 подается вода, распыляемая центробежными тангенциальными форсунками. Под действием центробежных сил капли воды отбрасываются на вертикальные стенки аппарата и по ним стекают в нижнюю часть камеры. Затем увлажненный воздух выводится из камеры через выхлопной патрубок 6, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения - вторую ступень устройства. Часть наружного воздуха, заранее подготовленная в системе кондиционирования воздуха, через тангенциальный закручиватель входного патрубка камеры смешения 7 подается в центробежную камеру смешения 8, где поток увлажненного и очищенного от пыли воздуха смешивается с наружным потоком воздуха. Увеличение диаметра D камеры смешения 8 относительно диаметра D корпуса 1 многофункционального аппарата первой ступени устройства, где происходит увлажнение и мокрое обеспыливание, обеспечивает падение скорости воздуха в поперечном сечении аппарата, и, как следствие, не создается существенного дополнительного аэродинамического сопротивления, что способствует предотвращению каплеуноса. На выходе из аппарата второй ступени установлен раскручиватель 11 обработанного потока воздуха. Посредством регулирующего клапана-смесителя 22 осуществляется подключение аппарата к системе водоснабжения от источника 24 подачи охлажденной воды от холодильной машины, или артезианской скважины, или емкости с запасом ледниковой воды, что позволяет эффективно использовать аппарат в летнее время для процессов одновременного увлажнения и охлаждения обрабатываемого воздуха, подаваемого в помещения.
Форсунка разбрызгивающего устройства работает следующим образом.
3
Жидкость под давлением поступает со стороны проточного отверстия 25 коллектора блока 5 в форсунку и встречает на своем пути спрямляющий элемент 30, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от коллектора 5 к форсунке. Камера смешения 32 предназначена для образования вихревого турбулентного потока, формировавшегося на выходе из отверстия 33 форсунки. Для этой цели на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки (на чертеже не показано), в результате чего на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости. Расходная характеристика форсунки представлена на фиг.3. Расход воды через форсунку (м/ч) определяется по следующей формуле:
W
G=2,245·√H,
где Н - напор воды перед форсункой (м вод. ст.).
Превышение давления перед форсунками обычно свидетельствует о их засорении и необходимости их очистки.
Основным преимуществом разработанного аппарата является возможность проведения процессов увлажнения, смешения, санитарной очистки от мелкой пыли, а также возможность повторного использования тепла и влаги больших объемов рециркуляционного воздуха (до 90%). Таким образом, использование многофункционального аппарата со встречными закрученными потоками для обработки рециркуляционного воздуха, при взаимодействии с малогабаритным кондиционером (на чертеже не показан) для обработки свежего воздуха (от 10%), позволяет существенным образом сократить стоимость климатического оборудования, эксплуатационные затраты, а также обеспечить более стабильную работу всей системы.
Смешение наружного воздуха с циркуляционным уже после его подогрева позволяет избежать выпадения конденсата и его обледенения на стенках лопаток воздушных клапанов, регулирующих поступление холодного воздуха в камеру смешения, в результате чего нарушается режим регулирования и возрастают износ оборудования и энергетические потери в традиционных центральных кондиционерах.