РОТОРНЫЙ ДИСКОВЫЙ УВЛАЖНИТЕЛЬ ВОЗДУХА

Полезная модель относится к технике кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в бытовых, административных и производственных помещениях.
В бытовых и промышленных установках для увлажнения воздуха широко применяются роторные дисковые увлажнители [SU №№1216576, 1364833, RU №2285867]. Последний из упомянутых источников принят в качестве прототипа для заявленного объекта.
В каждом из этих источников описано устройство содержит корпус, в котором расположен с возможностью вращения ротор, собранный из закрепленных на горизонтальном валу плоских параллельных дисков, установленных с определенным зазором между ними. Нижняя часть дисков опущена в поддон с водой, а на входе и выходе воздуха расположены горизонтальные пластины, примыкающие с минимальным зазором к краю дисков и отстающие от поверхности воды. С целью предупреждения проскока необработанного воздуха перед ротором и после него в верхней части корпуса установлены защитные козырьки, а между крайними дисками и боковыми стенками корпуса закреплены изогнутые по диаметру дисков защитные козырьки, нижняя часть которых доходит до поверхности воды в поддоне. Вал ротора через муфту, ременную или жесткую передачу соединен с мотор-редуктором, который обеспечивает необходимую частоту вращения ротора. Для обеспечения необходимого зазора между дисками предусмотрены шайбы, установленные на валу ротора и при необходимости на шпильках.
В известных устройствах обрабатываемый воздух поступает через входной патрубок в корпус в радиальном направлении к вращающимся дискам и проходит в щелевые каналы между ними на выход через патрубок. При вращении дисков приводом их нижняя часть постоянно находится в поддоне с водой, за счет чего их поверхность смачивается, и воздух взаимодействует с тонкой пленкой воды. Диски должны быть выполнены из хорошо смачиваемого материала, например дюралюминия или пластмассы с шершавой обезжиренной поверхностью толщиной 0,5-1 мм. На
а
отечественной и зарубежной практике применяют коэффициент эффективности Е:
a
E=(tн-tк)/(tк-tнм)
где tн - начальная температура воздуха по сухому термометру на входе в аппарат, °С;
tк - конечная температура воздуха по сухому термометру на выходе из аппарата, °С;
tнм, - начальная температура воздуха по мокрому термометру на входе - в аппарат, °С.
а
В идеальном аппарате tк-tнм, и Е=1.
а
а
а
Лабораторные испытания показали, что в аппарате по первому источнику информации значение Е лежит в пределах 0,7...0,9, а в аппарате по второму источнику информации - Е=0,06, а в аппарате по третьему источнику информации - Е=0,29...0,35.
а
Низкие значения Е в аппаратах связаны с указанными выше недостатками.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по использованию дисков меньшего диаметра и уменьшению зазора между дисками.
а
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности увлажнения воздуха, т.е. значения Еа, уменьшении габаритов и снижении материалоемкости и массы аппарата, т.е. уменьшении площади дисков при одном и том же значении Е.
Указанный технический результат достигается тем, что в роторном дисковом увлажнителе воздуха, содержащем корпус с входным и выходным воздушными патрубками и поддоном, заполненным водой, и размещенный в корпусе ротор с приводом его вращения, имеющий на его горизонтально расположенном валу плоские параллельно установленные диски, при этом вал ротора расположен выше уровня воды в поддоне, а диски своей нижней частью опущены в воду для их смачивания при вращении и взаимодействии водяной пленки на дисках с воздухом на пути его перемещения от входного к выходному воздушным патрубкам, диски выполнены диаметром 150-160 мм с и расположены на валу ротора с зазором между дисками не более 1,3-1,5 мм, при этом полость поддона, заполненного водой, непосредственно
сообщена с полостями входного и выходного воздушных патрубков, а плоские диски связаны непосредственно с валом ротора.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - поперечный разрез увлажнителя.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция роторного дискового увлажнителя бытовых и промышленных установках для увлажнения воздуха, имеющего небольшие габариты и меньший вес за счет введения следующих конструктивных изменений.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что для достижения указанных целей необходимо:
уменьшить рекомендуемый диаметр дисков вместо 450 мм до 150...160 мм;
уменьшить зазор между дисками до 1,3...1,5 мм;
убрать фиксирующие шпильки с шайбами;
- убрать горизонтальные пластины, установленные над поверхностью воды.
Для оценки достигнутого эффекта рассмотрим данные, полученные при испытании увлажнителей с разными диаметрами дисков и зазорами между ними.
3
а
Расчетные данные представлены для расхода воздуха Lв=1000 м/ч при коэффициенте эффективности Е=0,88 и скорости воздуха во фронтальном сечении увлажнителя Vфр=5 м/с.
вх
Толщина дисков принята одинаковой 0,5 мм, ширина фронтального сечения В определяется как внутреннее расстояние между боковыми изогнутыми козырьками, а высота Н представляет собой внутреннее расстояние между горизонтальными пластинами на входе воздуха и низом вертикальных защитных козырьков.
Данные расчета по результатам экспериментальных исследований
приведены в таблице №1.
Диаметр дисков, мм
Высота фронтального сечения,
Зазор между дисками, мм
Расчетная ширина фронтального сечения,
Количество дисков толщиной 0,5 мм
Площадь одного диска, м<sup>2</sup>
Общая площадь дисков,
600
415
2,5
134
45
0,283
12,7
400
280
2
198
79
0,126
9,95
330
230
1,8
242
105
0,085
8,9
160
105
1,35
529
286
0,02
5,7
Из таблицы №1 видно, что для достижения одного и того же результата,
а
т.е. испарения одного и того же количества воды (Е - const; Vфр=const; Lв=const) требуемая поверхность дисков уменьшается при увеличении их диаметра и зазора между ними и сокращается более, чем в два раза, т.е. уменьшается расход материалов для изготовления ротора, его масса и габариты, и ротор можно использовать как в промышленных, так и в бытовых увлажнителях воздуха.
В таблице №2 приведены результаты испытания роторного увлажнителя с диаметром дисков -160 мм из алюминия, толщина дисков - 0,5 мм; глубина погружения - 30 мм, скорость вращения дисков - 6 об/мин, зазор между дисками -1,35 мм; количество дисков -1 ротор, 80 дисков.
Время
Температура на входе
Температура на выходе
E, %
Расход воздуха, м<sup>3</sup>/ч
tс
tм
tc
tм
14.21
30,1
18,4
20,2
18,4
84
14.23
30,3
18,5
20,4
18,5
84
14.25
30,5
18,6
20,5
18,6
84
14.28
30,9
18,8
20,8
18,8
83
14.30
28,6
18,8
20,2
19,0
87
14.33
29,2
19,0
20,3
19,1
88
14.35
29,5
19,1
20,5
19,2
87
14.38
29,8
19,2
20,6
19,3
87
14.40
27,6
18,0
18,6
18,1
95
200
14.43
28,5
18,1
18,7
18,2
95
200
14.45
29,7
18,3
19,0
18,4
94
200
14.48
29,9
18,3
19,0
18,4
95
200
В таблице №3 приведены результаты испытания роторного увлажнителя с диаметром дисков -150 мм из алюминия, толщина дисков - 0,5 мм; глубина погружения - 30 мм, скорость вращения дисков - 6 об/мин, зазор между дисками - 1,5 мм; количество дисков - 1 ротор, 80 дисков (время установлено совпадающим с временем по примеру для дисков диаметром 160 мм).
Время
Температура на входе
Температура на выходе
E,%
Расход воздуха, м<sup>3</sup>/ч
tc
1 м
tc
t<sub>m</sub>
14.21
30,1
18,4
20,2
18,4
82
14.23
30,3
18,5
20,4
18,5
82
14.25
30,5
18,6
20,5
18,6
82
14.28
30,9
18,8
20,8
18,8
84
14.30
28,6
18,8
20,2
19,0
86
14.33
29,2
19,0
20,3
19,1
86
14.35
29,5
19,1
20,5
19,2
87
14.38
29,8
19,2
20,6
19,3
90
14.40
27,6
18,0
18,6
18,2
93
200
14.43
28,5
18,1
18,7
18,3
95
200
14.45
29,7
18.3
19,0
18,5
94
200
14.48
29,9
18,3
19,0
18,5
95
200
результаты испытания роторного увлажнителя с диаметром дисков - 150 мм из алюминия, толщина дисков - 0,5 мм; глубина погружения - 30 мм, скорость вращения дисков - 6 об/мин, зазор между дисками - 1,35 мм; количество дисков - 1 ротор, 80 дисков совпадают с результатами испытания роторного увлажнителя по примеру для дисков диаметром 160 мм, зазор между дисками - 1,5 мм). Результаты испытания роторного увлажнителя с диаметром дисков -160 мм из алюминия, толщина дисков - 0,5 мм; глубина погружения - 30 мм, скорость вращения дисков - 6 об/мин, зазор между дисками - 1,5 мм; количество дисков - 1 ротор, 80 дисков совпадают с результатами испытания роторного увлажнителя по примеру для дисков диаметром 150 мм, зазор между дисками - 1,5 мм).
Роторный дисковый увлажнитель воздуха (фиг.1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 воздушными патрубками и поддоном 4, заполненным водой 5. В корпусе размещен ротор с приводом его вращения, имеющий на его горизонтально расположенном валу 6 плоские параллельно установленные диски 7. При этом вал ротора расположен выше уровня воды в поддоне, а диски своей нижней частью опущены в воду для их смачивания при вращении и взаимодействии водяной пленки на дисках с воздухом на пути его перемещения от входного к выходному воздушным патрубкам. Диски 7 связаны непосредственно с валом ротора, выполнены диаметром 150-160 мм с и расположены на валу ротора с зазором между дисками не более 1,3-1,5 мм. Диски выполнены из хорошо смачиваемого материала, например дюралюминия или пластмассы с шершавой обезжиренной поверхностью.
Полость поддона, заполненного водой, непосредственно сообщена с полостями входного и выходного воздушных патрубков.
Обрабатываемый в помещении воздух поступает через входной патрубок в корпус в радиальном направлении к вращающимся дискам и проходит в щелевые каналы между ними на выход через патрубок. При вращении дисков приводом их нижняя часть постоянно находится в поддоне с водой, за счет чего их поверхность смачивается, и воздух взаимодействует с тонкой пленкой воды. На эффективность обработки воздуха влияют частота оборотов ротора, скорость воздуха в щелевых каналах и удельная поверхность дисков, приходящаяся на единицу обрабатываемого воздуха, которая зависит от зазора между дисками и от живого сечения для прохода воздуха. Равномерное смачивание поверхности дисков обеспечивается при частоте оборотов 3-20 об/мин. Скорость воздуха в живом сечении ротора ограничивается по условию срыва капель с поверхности дисков и выноса их за пределы ротора.
Так как диски не связаны между собой, а имеют связь только с валом ротора, то отпадает необходимость в наличии связывающих диски шпилек. Необходимость связывания дисков между собой так же исключается в виду небольшого диаметра дисков, при котором их деформация при вращении сведена к порядку величин существенно меньшей величины зазора между дисками. Уменьшение зазора между дисками позволяет обеспечить прохождение воздуха через щели, при котором обеспечивается надежный срыв капель воды с поверхности дисков и увеличивается насыщение воздуха парами воды. Этому способствует исключение из конструкции перегородок, отделяющих полость поддона от полостей входного и выходного воздушных патрубков. В данном случае наличие капельных выбросов от входа или выхода дисков из воды повышает насыщенность водяными парами проходящего через диски воздуха.
Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть изготовлена с использованием машиностроительных технологий, обычно применяемых для производства промышленных увлажнителей.