КОНДИЦИОНЕР С ВИХРЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
CONDITIONER WITH VORTEX ELEMENTS

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 является кондиционер по патенту РФ №2319906, F24F 5/00 от 13.10.06 (прототип), содержащий 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 кондиционере с вихревыми элементами, содержащем камеру смешения, подогреватель и блок орошения, дополнительно содержится приточный вентилятор, который подает воздух в помещение через воздухораспределительное устройство, а в кондиционируемом помещении установлены, по крайней мере, два датчика: датчик, регистрирующий влажность в помещении, и датчик температуры для регистрации температуры, теплообменник, установленный в камере смешения с конфузором и тангенциальным патрубком, а воздух обрабатывается в аппарате для тепловлажностной обработки воздуха, который 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 с емкостью для сбора жидкости, в которой расположен насос с фильтром для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу и подачи ее через клапаны в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками, а трубопровод для рециркуляции жидкости содержит регулирующий клапан-смеситель для подключения к системе водоснабжения посредством трубопровода к источнику подачи охлажденной воды от холодильной машины.
На чертеже представлена схема кондиционера.
Кондиционер с вихревыми элементами для тепловлажностной обработки воздуха в помещении 1 включает в себя вытяжные 2 и приточные 3 устройства, шахту 4 для выброса отработанного воздуха, связанную с рециркуляционным трубопроводом 6 и клапанами 5. Приточный вентилятор 22 подает воздух в помещение 1 через воздухораспределительное устройство 3. В кондиционируемом помещении 1 установлены, по крайней мере, два датчика: датчик 8, регистрирующий влажность в помещении, и датчик температуры 7 для регистрации температуры. Для регулирования температуры в помещении 1 датчик 7 воздействует на исполнительный механизм клапана 9, установленного на трубопроводе 10 подачи теплоносителя в теплообменник 11, установленный в камере смешения 15 с конфузором 16 и тангенциальным патрубком 17. Наружный воздух через воздухозаборное устройство 12 по трубопроводу 13 и через клапан 14 поступает в теплообменник 11.
Влажность регулируется по импульсу датчика 8, воздействующего на исполнительный механизм клапана 34, который позволяет изменять соотношение расходов жидкости, поступающей к форсункам 28. Воздух из помещения 1 удаляется через вытяжные 2 устройства, при этом часть воздуха при соответствующем положении клапанов 5 и 27 возвращается как рециркуляционный воздух в аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, который 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 1 и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха, и включает в себя корпус 24 с емкостью 30 для сбора жидкости, в которой расположен насос 33 с фильтром 32 для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу и подачи ее через клапаны 34, 35 в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов 28 и 29 с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками (на чертеже не показано). Трубопровод для рециркуляции жидкости содержит регулирующий клапан-смеситель 35 для подключения к системе водоснабжения посредством трубопровода 36 к источнику 37 подачи охлажденной воды от холодильной машины, или артезианской скважины, или емкости с запасом ледниковой воды.
В нижней части корпуса 24 расположен нижний входной патрубок 26, а в верхней части - верхний входной патрубок 25. Для интенсификации процесса тепловлажностной обработки воздуха в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель 31 и верхний тангенциальный закручиватель.
1
Выхлопной патрубок 23 соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенной 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 17, центробежную камеру смешения 20, диффузор 21, конфузор 19, раскручиватель 18, выходной патрубок. Центробежная камера смешения 20 выполнена по габаритному внешнему размеру - диаметру D больше, чем габаритный внешний размер корпуса 24 многофункционального аппарата - диаметр D. Для оптимальной работы аппарата необходимо выполнить следующие соотношения параметров:
1
1
- отношение диаметра D центробежной камеры смешения 20 к диаметру D корпуса 24 многофункционального аппарата лежит в оптимальном интервале величин: D/D=1,25÷2,0; угол наклона форсунок блока орошения 29 к горизонту лежит в оптимальном интервале величин: 30÷40°; аэродинамическое сопротивление аппарата лежит в оптимальном интервале величин: 600÷900 Па.
Кондиционер с вихревыми элементами работает следующим образом.
В камере смешения 15 смешиваются следующие потоки воздуха: наружный поток воздуха путем подачи его через воздухозаборное устройство 12 и клапан 14 и рециркуляционный воздуха из помещения 1, где отсутствуют примеси вредных веществ. Затем этот воздух пропускают через теплообменник 11 в аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, который 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 1 и имеющего положительную температуру, а также для увлажнения воздуха, и включает в себя корпус 24 с емкостью 30 для сбора жидкости, в которой расположен насос 33 с фильтром 32 для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу и подачи ее через клапаны 34, 35 в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов 28 и 29 с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками (на чертеже не показано). Регулирование температуры в помещении 1 осуществляют посредством датчика 7, который воздействует на исполнительный механизм клапана 9, установленного на трубопроводе подачи теплоносителя в теплообменник 11.
Особенностью этой системы является то, что поверхностный теплообменник 11, выполняющий в теплый период функцию воздухоохладителя I ступени, имеет весьма развитую поверхность. Это связано с тем, что разность температур между обрабатываемым воздухом и холодоносителем сравнительно небольшая. В холодный период разность температур достигает больших значений, что позволяет обеспечить его высокую теплопроизводительность. При этом оказывается целесообразным возложить на этот теплообменник не только функции I и II ступеней подогрева, но и функцию воздушного отопления.
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 29 по трубопроводу 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 23, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения 20 - вторую ступень устройства.
Основным преимуществом разработанного кондиционера 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.