КОНДИЦИОНЕР С ВИХРЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
AIR 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 №2363893, F24F 5/00 (прототип), содержащий камеру смешения, подогреватель и блок орошения.
Недостатком прототипа является сравнительно невысокая эффективность процесса теп-ловлажностной 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, содержащим камеру смешения, подогреватель и блок орошения, он содержит 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 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, при этом форсунка для трубчатых коллекторов выполнена с распылительным диском и содержит цилиндрический корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, при этом в нижней части цилиндрического отверстия закреплен полый конический завихритель, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке, выполненной на внутренней поверхности цилиндрического отверстия, при этом на внешней поверхности полого конического завихрителя выполнена сквозная винтовая нарезка, а к корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска, при этом диск распылителя образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, а вторая - плоскость, а диск распылителя форсунки образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, а спицы, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, по форме выполнены прямыми или изогнутыми.
На фиг. 1 представлена схема кондиционера, на фиг. 2 - форсунка для трубчатых коллекторов 28 и 29.
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 по линии связи 39 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 по линии связи 40 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 38. 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, предназначенную 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.
Форсунка (фиг. 2) для трубчатых коллекторов 28 и 29 выполнена с распылительным диском содержит цилиндрический корпус 41 со штуцером 42, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие 43 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 44, осесимметричным корпусу и штуцеру. В нижней части цилиндрического отверстия 43 для подвода жидкости закреплен полый конический завихритель 47, коническая обечайка которого фиксируется посредством, по крайней мере, трех спиц 48, закрепленных одним концом на конической обечайке завихрителя, в ее верхней части, а другим концом - в кольцевой канавке цилиндрического отверстия 43 (на чертеже не показана), выполненной на его внутренней поверхности. На внешней поверхности полого конического завихрителя 47 выполнена сквозная винтовая нарезка 49.
К корпусу 41, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 46 подсоединен распылитель 45, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска. Диск распылителя 45 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 44, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость.
Спицы 46, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми и изогнутыми (на чертеже не показано), причем к корпусу они крепятся посредством винтов, а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой.
Диск распылителя может быть образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.
Форсунка с распылительным диском работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость цилиндрического отверстия 43 для подвода жидкости корпуса 41 форсунки, а затем в нижнюю часть отверстия 43, и через конический завихритель 47, выходит наружу, в распылитель 45, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора).
Использование форсунки описанной конструкции позволяет получить равномерный по объему поток капель мелкодисперсного распыла в диапазоне диаметров капель от 30 до 150 мкм при давлении подачи воды не более 1 МПа.
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.
Возможен вариант выполнения форсунки для трубчатых коллекторов когда в распылителе, выполненным в виде сплошного диска 45, расположено центральное отверстие с винтовой нарезкой (на чертеже не показано), направление винтовой линии которой противоположно направлению винтовой линии винтовой нарезки 39 конического завихрителя 47. На спицах 46, посредством которых диск 45 распылителя крепится к корпусу 41 форсунки, установлены винтовые пропеллеры (на чертеже не показано) для получения мелкодисперсного распыла жидкости.