УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЛАЖНЕНИЯ ВОЗДУХА
AIR HUMIDIFICATION DEVICE

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха и может быть использовано для увлажнения воздуха в помещениях различного назначения.
Известны различные способы увлажнения воздуха в установках, системах вентиляции и кондиционирования, применяемых в промышленности, описание которых представлено в книге «Увлажнение воздуха. Системы и применение» /П. Изельт, У. Арндт, М. Вильке. - Изд-во «Техносфера, Евроклимат», 2007. - С. 216. Организация увлажнения воздуха и подача его потребителю в промышленных масштабах требует существенных материальных и финансовых затрат.
Известны бытовые устройства для увлажнения воздуха, описание которых приведено на сайте/https://sovetexpert.ru/kak-rabotaet-uvlazhnitel-vozduxa.html. Из них наиболее простыми по конструкции и надежными при эксплуатации являются традиционные или классические модели. Они обычно оборудуются встроенным вентилятором, который втягивает воздух из комнаты и прогоняет его через испаритель, на дне которого находится емкость с водой. Для защиты от пыли и других загрязнений в испарителе устанавливают фильтры. Работают эти устройства без гигростата, а нужная влажность поддерживается автоматически. При этом требуется небольшой расход энергии и хорошо очищенная вода (эффективно работает на дистиллированной воде). Применение бытовых увлажнителей в промышленности недостаточно эффективно из-за малой их производительности, высоких требований к очистке воды и частой смены фильтров. Поэтому создание простых по конструкции и дешевых увлажнителей воздуха, способных использовать кинетическую энергию воздуха в системах вентиляции и кондиционирования в жилых и производственных помещениях, является актуальной проблемой.
Известно, что в теплоэнергетических установках для интенсификации конвективного теплообмена в системах охлаждения рабочих элементов используют отрывные выемки традиционной сферической формы (далее по тексту выемки). Основным отличительным признаком этих выемок является их относительная глубина h/d, где h - максимальная глубина выемки, d=4F/П - гидравлический диаметр выемки в плане. Здесь F - площадь выемки в плане, а П - ее периметр. При обтекании потоком теплоносителя такой выемки (h/d>0,2) в ней образуется самоорганизующаяся крупномасштабная вихревая структура (СКВС), которая возникает последовательно то в одном, то в другом эпицентре выемки и выходит из нее на теплообменную поверхность, увеличивая теплоотдачу и гидравлические потери: (см. монографию «Интенсификация теплообмена сферическими выемками при воздействии возмущающих факторов» / А.В. Щукин, А.П. Козлов, Р.С. Агачев, Я.П. Чудновский; под ред. акад. В.Е. Алемасова. Казань: Изд-во Казан, гос. Техн. Ун-та, 2003. - 143 с. Традиционные отрывные сферические выемки не нашли своего применения в устройствах для увлажнения воздуха в помещениях различного назначения, где по климатическим или технологическим причинам, обусловленным спецификой рабочего процесса, находится или циркулирует сухой воздух.
Известен увлажнитель воздуха, наиболее близкий по технической сущности к заявляемому изобретению и принятый за прототип (см. Патент РФ №174521, МПК F24F 6/00, F24F 6/16, опубл. 18.10.2017, Бюл. №29), содержащий корпус, поддон, наполненный водой, увлажнительный элемент, входной патрубок, вентилятор с электродвигателем, отличающийся тем, что увлажнительный элемент выполнен в виде замкнутой ленты, натянутой на направляющих и приводимой в движение электродвигателем, часть ленты погружена в поддон, вентилятор с возможностью вращения в горизонтальной плоскости располагается над лентой, а входной патрубок - над поддоном. В данной полезной модели основная новизна состоит в том, что постоянное увлажнение воздуха происходит посредством его естественного насыщения влагой, что исключает его переувлажнение. Вертикально направленный поток увлажненного воздуха обеспечивает равномерное увлажнение помещения. А вращение ленты увлажнительного элемента, выполненного из нескольких слоев неметаллической сетки, между которыми размещен гигроскопический тканный материал, через поддон с водой, позволяет уменьшить габариты увлажнителя без потери эффективности. Таким образом, решения, используемые в полезной модели, повышают эффективность работы увлажнителя воздуха.
Однако в известном техническом решении возможен выход из строя одного или нескольких конструктивных элементов (ленты увлажнительного элемента, вентилятора и электродвигателя), совершающих вращательное движение, что снижает надежность и эффективность работы увлажнителя.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности увлажнения движущегося потока воздуха в установках, системах вентиляции и кондиционирования, применяемых в промышленности, за счет упрощения конструкции устройства для увлажнения воздуха и снижения затрат на его изготовление и эксплуатацию.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в интенсификации испарения воды из увлажнительного элемента (системы выемок) за счет использования возникающего в выемках вихревого эффекта и образования СКВС, что позволит упростить конструкцию устройства для увлажнения воздуха и увеличить ресурс работы систем вентиляции и кондиционирования, применяемых в промышленности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для увлажнения воздуха, содержащем корпус, поддон, наполненный водой и увлажнительный элемент, новым является то, что увлажнительный элемент выполнен в виде системы выемок на нижней стенке корпуса и погружен в поддон на заданный уровень, с возможностью попадания воды внутрь выемок через соединительные отверстия, выполненные в наиболее глубоких их частях, за каждой выемкой в направлении движения потока воздуха, подаваемого на увлажнение, установлены направляющие козырьки.
Выемки выполнены отрывными сферическими или другой формы с относительной их глубиной h/d>(0,35…0,5), где h - максимальная глубина выемки, d - гидравлический диаметр выемки в плане.
Направляющие козырьки выполнены в виде секторов полусферы или другой формы.
В поддоне выполнены каналы для подвода и отвода воды для поддержания в выемках постоянного уровня воды l=(0,1…0,2)h.
Выемки выполнены в различном порядке и с заданной густотой их расположения, обеспечивающей требуемую степень увлажнения воздуха.
Предложенное изобретение представлено на фиг. 1 и 2 где:
Фиг. 1 - продольный разрез устройства для увлажнения воздуха;
Фиг. 2 - Вид А сверху на увлажнительный элемент.
Где:
1 - корпус устройства для увлажнения воздуха;
2 - увлажнительный элемент;
3 - поддон, наполненный водой;
4 - отрывные сферические выемки;
5 - направляющие козырьки;
6 - отверстия в наиболее глубоких частях выемок;
7 - канал для подвода воды в поддон;
8 - канал для отвода и регулирования уровня воды из поддона;
9 - вентиль для регулирования подачи воды в поддон;
10 - часть основного потока, поступающая в выемку при взаимодействии с направляющими козырьками;
11 - СКВС;
12 - эпицентры возникновения СКВС внутри выемок,
h - глубина выемки;
d - гидравлический диаметр выемки в плане;
l - уровень воды в выемках;
Светлыми стрелками обозначено направление движение потока сухого воздуха, который требуется увлажнить.
Устройство для увлажнения воздуха работает следующим образом. В корпус 1 устройства (см. фиг. 1) подается основной поток сухого воздуха (обозначен светлыми стрелками). При обтекании увлажнительного элемента 2, выполненного на нижней стенке корпуса 1 в виде системы отрывных сферических выемок 4, часть основного потока 10 попадает в выемки 4 и создает вихревой эффект, под действием которого в них образуется СКВС 11 (см. фиг. 1 и 2), которая возникает последовательно то в одном, то в другом эпицентре 12 выемки. Следует отметить, что форма выемок и их размеры могут быть различными, но при этом выемки должны быть отрывными с h/d>(0,35…0,5), где h - максимальная глубина выемки, d - гидравлический диаметр выемки в плане. Для интенсификации процесса образования СКВС 11 в выемках 4 за каждой из них в направлении движения основного потока воздуха, подаваемого на увлажнение, установлены направляющие козырьки 5, прикрепленные к поверхности увлажняющего элемента 2. Крепеж может осуществляться с помощью сварки, болтовых соединений или другими способами. Направляющие козырьки выполнены в виде секторов полусферы или другой формы, позволяющей наиболее рационально осуществлять процесс интенсификации СКВС 11 в выемках 4.
В каждой выемке 4 происходит взаимодействие СКВС 11 с водой, которая поступает из поддона 3 в выемки 4 через соединительные отверстия 6 (см. фиг. 1), выполненные в наиболее глубоких их частях. В результате испарения воды и насыщения ее парами СКВС 11, которые выходят из выемок 4, происходит увлажнение основного потока воздуха. Для обеспечения заданного режима увлажнения в поддоне 3 выполнены каналы для подвода 7 и отвода 8 воды для поддержания в выемках постоянного уровня воды l=(0,1…0,2)h. Данный процесс регулируется с помощью вентиля 9.
Эксперименты, выполненные авторами на единичной отрывной сферической выемке с тем же уровнем воды в ней и с направляющим козырьком в виде сектора полусферы, установленным за выемкой в направлении движения основного потока воздуха, показали повышение влажности воздуха до двух раз.
Изменение заданного режима увлажнения может осуществляться также путем выполнения выемок 4 в различном порядке и с заданной густотой их расположения.