СПОСОБ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
AIR THERMOMOIST TREATMENT METHOD

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и может быть использовано для увлажнения, осушения воздуха и изменения его температуры.
Известен способ тепловлажностной обработки воздуха путем подачи горизонтального потока воздуха в орошаемые водой каналы, образованные пакетом пластин, в которых воду перераспределяют соответственно в нечетные и четные каналы по импульсам влажности и температуры [1].
Недостатком данного способа является сложность аппаратуры, реализующий способ, а также ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в том, что воздух нельзя при необходимости осушать или оставлять его влажность без изменения. Кроме того, на прохождение воздуха через каналы с пластинами требуется дополнительная энергия, что увеличивает энергоемкость этого способа.
Известен способ тепловлажностной обработки воздуха путем направления воздуха на лопасти, покрытые с обеих сторон капиллярными сетками для увеличения степени контакта газа с жидкостью [2].
Недостатки этого способа по существу такие же, как и у предыдущего.
Прототипом является способ осушки воздуха путем конденсации паров воды в объеме с пористыми стенками, которые предварительно охлаждают до температуры ниже точки росы осушаемого воздуха, затем снаружи обдувают окружающим воздухом с нормальными характеристиками [3].
Недостатками данного способа являются:
- эффективность работы по осушению воздуха зависит от параметров обрабатываемого воздуха;
- при высокой влажности обрабатываемого воздуха неиспарившаяся влага, стекающая по внутренней стенке объема, будет поглощаться обрабатываемым воздухом, что снижает эффективность его осушения;
- необходимость фильтрации воздуха, посредством которого производят обдув наружной поверхности стенки объема, так как в противном случае капилляры покроются грязью, что приведет к нарушению работоспособности системы;
- неудобство в эксплуатации, связанное с необходимостью периодического предварительного охлаждения стенок объема, связанного с нагревом их, например, после кратковременного перерыва обдува стенок снаружи или в результате паузы в работе системы;
- возможность нарушения работоспособности при конденсации влаги из холодного воздуха (или при обдуве очень холодным воздухом), которая может замерзнуть на стенке;
- невозможность переключения на режим увлажнения воздуха.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение удобства в эксплуатации, расширение функциональных возможностей и повышение эффективности работы по обработке воздуха.
Эта задача решается тем, что в способе тепловлажностной обработки воздуха путем подачи его струи через объем, ограниченный пористой стенкой, стенку помещают в электрическое поле и производят закручивание струи в плоскости, проходящей через геометрическую ось струи, при этом подачу чередуют с прерыванием.
Чередование осуществляют импульсами. Объем формируют в виде конуса, расширяющегося в направлении подачи струи.
Закручивание осуществляют в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, совпадает с направлением движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, направлен против ее направления движения. Кроме того, закручивание осуществляют в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с ее направлением движения.
Электрическое поле формируют в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается наружу. Электрическое поле формируют в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается внутрь.
По крайней мере, внутреннюю поверхность стенки выполняют из гигроскопического материала. Внутреннюю поверхность стенки выполняют из электропроводного материала. Внутреннюю и наружную поверхности стенки выполняют из электропроводного материала. Стенку выполняют из гигроскопического материала. Стенку выполняют из электропроводного материала. Стенку выполняют с электропроводными включениями. Посредством импульса формируют струю, приближенно имеющую форму тора. Электрическое поле формируют током высокой частоты. Формируют дополнительное электрическое поле током высокой частоты. Поверхность стенки выполняют в виде полос, отделенных друг от друга. Электрическое поле формируют путем подачи напряжения на внутреннюю и наружную поверхности стенки. Подачу напряжения осуществляют на часть полос.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в повышении удобства в эксплуатации, расширении функциональных возможностей и повышении эффективности работы по обработке воздуха.
Сущность изобретения отражают операции:
- стенку помещают в электрическое поле;
- производят закручивание струи в плоскости, проходящей через центральную ось струи, при этом подачу чередуют с прерыванием;
- осуществляют чередование импульсами;
- формируют объем в виде конуса, расширяющегося в направлении подачи струи;
- осуществляют закручивание в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, совпадает с направлением движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, направлен против ее направления движения;
- осуществляют закручивание в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с ее направлением движения;
- формируют электрическое поле в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается наружу;
- формируют электрическое поле в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается внутрь;
- выполняют внутреннюю поверхность стенки из гигроскопического материала;
- выполняют внутреннюю поверхность стенки из электропроводного материала;
- внутреннюю и наружную поверхности стенки выполняют из электропроводного материала;
- выполняют стенку из гигроскопического материала;
- выполняют стенку из электропроводного материала;
- выполняют стенку с электропроводными включениями;
- формируют посредством импульса струю, приближенно имеющую форму тора;
- формируют электрическое поле током высокой частоты;
- формируют дополнительное электрическое поле током высокой частоты;
- выполняют поверхность стенки в виде полос, отделенных друг от друга;
- формируют электрическое поле путем подачи напряжения на внутреннюю и наружную поверхности стенки;
- осуществляют подачу напряжения на часть полос.
Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Помещение стенки в электрическое поле способствует движению жидкости через поры стенки под действием этого поля.
Закручивание в плоскости, проходящей через геометрическую ось струи, приточного воздуха, подачу которого чередуют с прерыванием, позволяет повысить устойчивость струи за счет того, что каждый элемент струи, вращаясь, обладает кинетической энергией и моментом инерции. При этом из воздуха образуется вращающееся кольцо (тор), которое наружной поверхностью касается пористой стенки и за счет силы трения, вызываемой соприкосновением поверхности кольца о стенку, как бы раскатывается по ней, увеличивая тепломассообмен.
Осуществление чередования импульсами дает возможность уменьшить приток воздуха при сохранении дальнобойности струи, т.е. обеспечить доставку его малого количества в прежнюю зону.
Формирование объема в виде конуса, расширяющегося в направлении подачи струи, способствует сохранению постоянства контакта кольца со стенкой и одновременного вращения на протяжении всего пути в объеме. Это происходит потому, что закручивание в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, совпадает с направлением движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, направлен против ее направления движения, ведет к увеличению размера кольца по мере продвижения его по объему. Увеличению способствует тот факт, что при движении кольца скорость набегающего на него (находящегося в объеме 4) воздуха складывается с вектором скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, и вычитается с вектором скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения. При этом на наружной поверхности кольца создается меньшее давление, чем на внутренней, и вследствие этого кольцо расширяется в процессе движения.
Указанное направление закручивания способствует контакту воздушного кольца с пористой стенкой, что позволяет производить его тепловую и влажностную обработку.
Закручивание в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось струи, вектор скорости элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с ее направлением движения, наоборот, исключает контакт кольца со стенкой. При таком направлении закручивания кольцо практически не изменяет своих размеров при движении по объему, и отсутствие контакта позволяет при необходимости сохранить его влажность и температуру практически без изменения. Заметим, что сохранению размеров способствует увеличенное давление на наружной поверхности кольца по сравнению с давлением на его внутренней поверхности.
Формирование электрического поля в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается наружу, дает возможность осушать обрабатываемый воздух, поскольку впитываемая из него влага движется к наружной поверхности стенки, освобождая в капиллярах место для вновь поступающей из воздуха влаги.
Формирование электрического поля в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается внутрь, дает возможность увлажнять обрабатываемый воздух, который при своем движении вдоль стенки все время будет контактировать с ее влажной поверхностью.
Выполнение внутренней поверхности стенки (всей стенки) из гигроскопического материала способствует лучшему отбору влаги из воздуха и лучшему удержанию ее на стенках объема при увлажнении воздуха.
Выполнение внутренней поверхности стенки (всей стенки) из электропроводного материала позволяет нагревать ее, например, в поле токов высокой частоты, увеличивая при этом интенсивность испарения в объем. При поступлении в объем очень холодного воздуха нагревание поверхности (или всей стенки) предотвращает замерзание сконденсировавшейся влаги на пористой стенке, которое повлекло бы прекращение работы системы кондиционирования. Кроме того, путем указанного нагрева можно при необходимости увеличивать температуру обрабатываемого воздуха.
Выполнение внутренней и наружной поверхностей стенки из электропроводного материала позволяет легко формировать электрическое поле в материале стенки путем подачи напряжения на указанные поверхности, которые при этом становятся заряженными параллельными пластинами.
Выполнение стенки с электропроводными включениями позволяет нагревать ее в поле токов высокой частоты даже в том случае, если ее материал неэлектропроводный.
Следует заметить, что во всех случаях нагрев можно также использовать, например, во время профилактического обслуживания системы, для уничтожения в стенке и объеме вредных бактерий путем повышения температуры до необходимого значения.
Формирование посредством импульса струи, приближенно имеющей форму тора, позволяет при малом радиусе сечения тора доставлять порцию воздуха значительного объема, который пропорционален квадрату этого радиуса. При этом форма его становится более компактной и устойчивой.
Формирование электрического поля током высокой частоты позволяет нагревать (причем равномерно по всей площади) стенку или ее поверхность без непосредственного контакта с ней, в результате чего все поры оказываются доступными для влаги, а на пути движения кольца (обрабатываемого воздуха) обеспечивается отсутствие каких-либо элементов, увеличивающих сопротивление его движению. Это, в свою очередь, снижает энергозатраты на подачу обрабатываемого воздуха. При этом, если обрабатываемый воздух следует только нагреть (не изменяя его влажность), то достаточно сформировать только одно поле током высокой частоты. Если одновременно требуется изменение влажности и температуры воздуха, то необходимо создать электрическое поле, в котором (в зависимости от осушения или увлажнения) вода перемещается в капиллярах стенки, и дополнительное электрическое поле током высокой частоты, которое будет производить нагрев стенки.
Выполнение поверхности стенки в виде полос, отделенных друг от друга, дает возможность регулировать изменение влажности обрабатываемого воздуха путем подачи напряжения на часть полос. При этом вода будет перемещаться только в тех капиллярах, которые будут захватываться полосами, находящимися под напряжением. Чем на большее число полос будет подано напряжение, тем (при прочих равных условиях) сильнее будет изменяться влажность обрабатываемого воздуха. Это обеспечивает сравнительно простое управление процессом влажностной обработки воздуха.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена схема устройства для тепловлажностной обработки воздуха в момент изменения его первоначальных параметров.
На фиг.2 изображен вид А.
На фиг.3 изображена схема устройства для тепловлажностной обработки воздуха в момент сохранения его первоначальных параметров.
Устройство содержит формирователь 1 воздушных колец 2, перемещаемых со скоростью  вдоль геометрической оси 3 через объем 4 со стенкой 5, имеющей электропроводные включения 6, наружную 7 и внутреннюю 8 поверхность, которая может быть выполнена в виде отделенных друг от друга полос 9. Снаружи объема установлена катушка 10 для создания электрического поля токов высокой частоты. Воздушное кольцо (тор) закручен в сечении со скоростью .
Способ реализуют следующим образом.
Формирователем 1 подают приточный воздух в объем 4. Для изменения параметров приточного воздуха его закручивают в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось 3 струи, вектор скорости  элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, совпадает с направлением движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, направлен против ее направления движения. Чередуют подачу воздуха с прерыванием. В результате этого приточный воздух поступает порциями, каждая из которых имеет вид кольца (тора) 2 (фиг.1). Сформированный таким образом тор увеличивается по мере продвижения по объему 4, при этом он поверхностью касается пористой стенки 5. Отметим, что описанная подача приточного воздуха напоминает движение дымовых колец, пускаемых курильщиком.
Помещают стенку 5 в электрическое поле путем подачи, например, на стенки 7 и 8 напряжения, которые выполняют электропроводными.
Для осушения воздуха электрическое поле формируют в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается наружу. При этом для лучшего отбора влаги из воздуха и лучшего удержания ее на стенке 5 внутреннюю поверхность 8 стенки (всю стенку) выполняют из гигроскопического материала. Впитываемая из воздуха гигроскопической поверхностью влага перемещается к наружной поверхности 7 и стекает с нее.
Выполняют поверхность стенки в виде полос 9, отделенных друг от друга (фиг.2), и подают напряжение на часть полос для регулирования степени осушения обрабатываемого воздуха.
Для подогрева воздуха выполняют поверхность 8 (всю стенку) из электропроводного материала, и электрическое поле формируют током высокой частоты. Если материал стенки неэлектропроводный, то стенку выполняют с электропроводными включениями 6.
Осуществляют чередование импульсами для придания тору более компактной и устойчивой формы, изменением частоты следования которых регулируют количество приточного воздуха при сохранении дальнобойности струи.
Формируют объем 4 в виде конуса, расширяющегося в направлении подачи струи, для сохранения постоянства контакта кольца со стенкой 5 и одновременного вращения его на протяжении всего пути в объеме.
Для одновременного осушения и подогрева воздуха создают электрическое поле (например, путем подачи напряжения на поверхности 7 и 8), в котором вода перемещается в капиллярах стенки 5 наружу, и формируют дополнительное электрическое поле током высокой частоты для нагрева стенки 5.
Для увлажнения воздуха подводят воду к поверхности 7 стенки 5 и формируют электрическое поле в направлении, при котором находящаяся в порах стенки влага перемещается внутрь, к поверхности 8. При соприкосновении воздушных колец с влажной внутренней поверхностью 8 происходит увеличение их влажности. Регулирование влажности и температуры воздуха осуществляют аналогично соответствующим процедурам, проводимым при осушении.
Для сохранения параметров приточного воздуха (если, например, они находятся в допустимых пределах) его закручивают в направлении, при котором в сечении плоскостью, проходящей через геометрическую ось 3 струи, вектор скорости  элемента струи, находящегося в ближней к оси точке сечения, направлен против направления движения струи, а вектор скорости элемента струи, находящегося в дальней от оси точке сечения, совпадает с ее направлением движения (фиг.3). В результате этого движущееся в объеме 4 воздушное кольцо 2 очень мало изменяется в размере и не касается стенки 5, а следовательно, параметры воздуха в нем остаются практически исходными.
Внедрение изобретения позволит повысить эффективность работы по обработке воздуха и снизить эксплуатационные затраты.
Литература
1. А.с. №785602, F24F 6/02, 1980 - аналог.
2. А.с. №792030, F24F 6/02, 1981 - аналог.
3. А.с. №1749638, F24F 3/14, 1992 - прототип.