СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
PROCEDURE AND DEVICE FOR STEAM CURING OF AIR

Область техники
Изобретение относится к технике кондиционирования, в частности тепловлажностной обработки воздуха для обеспечения требуемых параметров воздуха с целью улучшения комфортности жизнедеятельности человека в жилых и производственных помещениях.
Предшествующий уровень техники
Техника кондиционирования воздуха начала свое развитие с простейших устройств, в которых воздух охлаждался или нагревался, очищался или увлажнялся. Тепловлажностная обработка воздуха, как правило, осуществлялась в устройствах, в которых подаваемый воздух пропускался через струйно-капельный слой холодной или горячей воды. Подобные устройства имели низкий КПД, большие габариты и значительную энергоемкость.
В дальнейшем развитие техники кондиционирования пошло по линии использования закрученного потока воздуха, мелкодисперсного распыления орошающей воды, интенсификации тепломассообменных процессов при взаимодействии воздуха и орошающей жидкости.
Из документа SU 343120 известен способ увлажнения воздуха, согласно которому увлажнение осуществляют за счет закручивания потока воздуха и подачи в него мелкораспыленного факела воды, подаваемого соосно потоку воздуха. Устройство для осуществления этого способа снабжено лопаточным закручивателем потока воздуха и форсункой тонкого распыла орошаемой жидкости, установленной по оси потока воздуха. Недостатком известного способа является недостаточно высокая степень увлажнения воздуха из-за плохого перемешивания и недостаточной площади поверхности контакта воздуха и орошающей жидкости, при этом реализующее данный способ устройство имеет сложную конструкцию и большую металлоемкость из-за наличия многослойного пакета воронкообразных направляющих.
Из документа SU 514994 известен способ кондиционирования воздуха и установка для его осуществления, в которой диспергирование жидкости осуществляется механическим путем. С этой целью применены вращающиеся многослойные тарелки, разбрызгивающие орошающую жидкость в закрученный поток воздуха. Недостатком устройства является низкая степень усвоения воды, так как разбрызгиваемая вращающимися тарелками вода концентрируется в основном на стенках корпуса и не обеспечивается ее контакт с потоком воздуха по всей его толщине. Это приводит к низкой эффективности данного способа и реализующего его устройства.
Из документа SU 325464 известен способ обработки воздуха в установке для кондиционирования, который заключается в том, что в воздушный поток подают воду, на которую воздействуют ультразвуковыми колебаниями с частотой 6÷16 кГц, а воду подают с углом факела распыления 90÷270°. Создаваемый с помощью ультразвука водяной туман активно усваивается воздухом. Однако частицы тумана не являются активными и их взаимодействие со всем объемом воздуха затруднено, что снижает эффективность процесса кондиционирования.
Известен способ и устройство для тепловлажностной обработки воздуха по патенту RU 2294490, в котором диспергирование воды осуществляют путем взаимодействия воздуха с водой, подаваемой лопастями крестообразной турбины. Для увеличения времени контакта воздуха с водой осуществляют обратный возврат части увлажненного воздуха в воздушный тракт. Устройство представляет собой трубу Вентури, соединенную с оросительной камерой, в которой смонтирована лопастная турбина и байпасный воздуховод. Подачу воздуха осуществляют по оси конфузора трубы. Обратную подачу воздуха осуществляют в горловину трубы за счет инжекции.
Недостатками этого способа являются отсутствие условий для тонкого диспергирования жидкости и низкая степень ее усвоения, что снижает эффективность кондиционирования.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является способ и устройство по патенту RU 2261139. В этом способе диспергирование жидкости, смешивание диспергированной воды и газа осуществляют в винтовом вихревом потоке, организованном в корпусе трубы Вентури, состоящей из конфузора, горловины и диффузора. Жидкость подают в корпус тангенциально или по оси трубы. Устройство снабжено системой автоматики, регулирующей подачу жидкости при изменении расхода газа.
Недостатками этого способа являются:
- малая площадь контакта жидкости и воздуха. Это объясняется тем, что при тангенциальной подаче жидкости в конфузор она вращается по винтовой линии вдоль стенок корпуса в виде «шнура» или сплошного слоя, трудно поддающегося раздроблению потоком газа. В связи с этим диспергирование жидкости в устройстве затруднено;
- недостаточное время контакта жидкости и воздуха в связи с прямоточным характером движения фаз;
- низкая степень усвоения воды из-за плохих условий контактного взаимодействия воздуха и жидкости.
Изобретение направлено на интенсификацию процесса тепловлажностной обработки воздуха, повышение эффективности тепломассообменных процессов между воздухом и орошающей жидкостью, увеличение степени усвоения воды, достижение простоты конструкции устройства для тепловлажностной обработки воздуха.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решена в способе тепловлажностной обработки воздуха, включающем в себя этапы, на которых:
- осуществляют диспергирование жидкости закрученным первым потоком воздуха;
- подают распыленную жидкость на вход смесительной камеры;
- тангенциально подают в смесительную камеру второй поток воздуха, закручивая его с образованием винтового движения совместно с распыленной жидкостью в корпусе упомянутой камеры;
- подают поток воздушно-жидкостной смеси в конфузор трубы Вентури;
- тангенциально подают в трубу Вентури третий поток воздуха, закручивая его с образованием винтового движения, причем третий поток воздуха подают так, что направление его закручивания противоположно направлению закручивания потока воздушно-жидкостной смеси, а шаги винтового движения упомянутых потоков различны.
За счет организации встречно-винтового движения потоков по винтовым линиям с неодинаковыми шагами значительно повышается время пребывания жидкости и воздуха в корпусе устройства, при этом повышается степень турбулизации потоков за счет многократного их пересечения и встречного винтового движения, в результате чего существенно возрастает скорость увлажнения воздуха, массообмена и испарения частиц воды, а также степень усвоения жидкости за счет тонкого ее диспергирования.
Поставленная задача решена также в устройстве для осуществления описанного выше способа, содержащем трубу Вентури, патрубок подвода жидкости, патрубок подачи воздуха и патрубок выхода обработанного воздуха. Согласно изобретению устройство снабжено смесительной камерой с установленным на ее входе распылителем жидкости, в который входят патрубок подвода жидкости и патрубок подачи воздуха, причем смесительная камера снабжена вторым патрубком подачи воздуха и первым завихрителем для закручивания потока воздуха из второго патрубка, расположенным на входе смесительной камеры по потоку после распылителя, при этом, по меньшей мере, часть смесительной камеры расположена в конфузоре трубы Вентури, на входе в которую установлен третий патрубок подачи воздуха и второй завихритель для закручивания потока воздуха из третьего патрубка, причем первый и второй завихрители выполнены с возможностью закручивания потоков воздуха из второго и третьего патрубков подачи воздуха, соответственно, в противоположных направлениях и с разными шагами винтового движения упомянутых потоков.
Особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из дальнейшего подробного описания варианта его осуществления со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично изображено устройство для тепловлажностной обработки воздуха, вид в продольном разрезе;
на фиг. 2 - то же, вид по стрелке А на фиг. 1.
Вариант осуществления изобретения
Способ тепловлажностной обработки воздуха в соответствии с настоящим изобретением может быть осуществлен в устройстве, схематично показанном на фиг. 1. Устройство содержит трубу Вентури, состоящую из конфузора 1, горловины 2 и диффузора 3. На входе в трубу Вентури, в частности, на торце ее конфузора 1 смонтирован улиткообразный завихритель 4. На выходном конце диффузора 3 смонтирован каплеуловитель 5 для вывода из устройства излишней воды по патрубку 6. В конфузоре 1 дополнительно смонтирована смесительная камера 7, установленная соосно с корпусом кондиционера и снабженная улиткообразным завихрителем 8 и распылителем 9. Смесительная камера 7 установлена соосно с трубой Вентури, выходной конец которой может иметь коническую или цилиндрическую форму. В дальнейшем в соответствии с общим направлением потока воздуха, проходящего через устройство, завихритель 8 будет называться первым, а завихритель 4 - вторым.
К смесительной камере 7 примыкает распылитель 9 для предварительного диспергирования жидкости. Подвод жидкости в распылитель осуществляется по патрубку 10. Вывод увлажненного и охлажденного воздуха производится по патрубку 11. Запорная арматура, контрольно-измерительный приборы и другие вспомогательные устройства не показаны.
Воздух в устройство подается тремя раздельными потоками. Первый поток по ходу технологической цепочки подается по патрубку 12 в корпус распылителя 9 для предварительного диспергирования жидкости. Второй поток воздуха подается по второму патрубку 13 в первый завихритель 8, расположенный в корпусе смесительной камеры 7 для закручивания жидкости и образования воздушно-жидкостной смеси. Третий поток воздуха поступает по третьему патрубку 14 во второй завихритель 4, расположенный в конфузоре 1 трубы Вентури, для закручивания воздушно-жидкостной смеси и ее перемешивания. Все три потока воздуха подаются тангенциально, обеспечивая закручивание потоков воздуха по винтовым линиям.
Шаг винтовой линии потока является характеристикой его интенсивности и зависит от мощности всасывающего или нагнетающего вентилятора и расхода (скорости) потока. Расположение второго и третьего патрубков 13 и 14 и расходы воздуха через них, а также выполнение первого и второго завихрителей 8 и 4 определяются из условия обеспечения закручивания потоков воздуха из второго и третьего патрубков 13 и 14 в противоположных направлениях и с разными шагами винтового движения упомянутых потоков.
Способ осуществляют следующим образом.
Первый поток воздуха по патрубку 12 подают в распылитель 9 вихревого типа, с помощью которого осуществляют предварительное диспергирование поступающей по патрубку 10 жидкости. Факел распыленной жидкости с небольшим кручением вдоль оси поступает в смесительную камеру 7, где он дополнительно закручивается вихревым винтовым потоком воздуха, поступающего по патрубку 13 через завихритель 8. По ходу смесительной камеры 7 образуется закрученный вихревой поток воздушно-жидкостной смеси, в котором жидкость более тонко диспергируется и увлажняет воздух.
На выходе из смесительной камеры 7 воздушно-жидкостная смесь поступает в конфузор 1 трубы Вентури, где попадает во встречный винтовой вихревой поток воздуха, поступающего из патрубка 14 через завихритель 4. Так как оба потока имеют противоположные направления вращения и неодинаковые шаги винтовых линий, то они, двигаясь во встречно-винтовом направлении, многократно пересекаются друг с другом. При таком сложном пространственном движении потоки турбулизируются по всему объему корпуса устройства, активно перемешиваются с получением однородной смеси, в которой жидкость присутствует в виде мелкодиспергированных частиц с максимально большой площадью контакта с воздухом. Время пребывания смеси в корпусе устройства увеличивается за счет организации противоточного движения потоков и их взаимной турбулизации. Тепломассообмен и процесс увлажнения воздуха при этом значительно интенсифицируются при минимальных энергетических затратах.
Таким образом, изобретение позволяет обеспечить высокую степень интенсификации процессов тепломассообмена и степени усвоения воды за счет турбулизации потоков по всему объему, существенного увеличения площади поверхности взаимодействия реагирующих фаз, повышения скорости обдува частиц жидкости воздухом и повышения скорости реагирования фаз в противотоке их движения. Интенсификация тепломассообменных процессов автоматически приводит к уменьшению габаритов кондиционеров и снижению их материало- и энергоемкости.