КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННОЙ ЯЧЕЙКИ УСТАНОВКИ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА
DESIGN OF HEAT-MASS-EXCHANGE CELL OF AIR COOLING UNIT

Изобретение относится к области охлаждения воздуха и может быть использовано для эффективной работы в условиях жаркого и сухого климата.
Как правило, такие установки охлаждения воздуха содержат набор ячеек с сухими и смежными влажными каналами, при этом сухие каналы образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные - влагопроницаемыми с возможностью контакта последнего с водой в емкости.
Особенностью такой тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха является то, что ее нормальное функционирование и эффективность действия во многом зависит от выбора конструктивно-компоновочной схемы ячейки, позволяющей обеспечить увеличение поверхности испарения и продолжительное сохранение влажности пластины, а также от выбора материала в качестве водопроницаемого слоя.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха по патенту РФ №2140044, F24F 3/14, опубл. 20.10.1999 г., принятое авторами за прототип, содержащее сухие и смежные влажные каналы, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми.
Такое устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха позволяет обеспечить охлаждение воздуха.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого авторами за прототип, относится низкая производительность тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха, так как из-за ограниченной скорости капиллярного подъема воды не обеспечивается увлажнение всей поверхности стенок влажного канала, часть площади канала (30…70%) остается во время работы сухой, что приводит к снижению эффективности охлаждения воздуха в испарительной ячейке, особенно в условиях жаркого и сухого климата.
Таким образом, задачей данного технического решения (прототипа) являлось охлаждение воздуха без обеспечения высокой производительности устройства в условиях жаркого и сухого климата.
Общими признаками с предлагаемой авторами конструкцией тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха является наличие в тепломассообменной ячейке сухих и смежных влажных каналов, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми.
В отличие от прототипа в предлагаемой авторами конструкции тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха высота стенок влажных каналов равна 80…110 ширины влажного канала.
В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- стенки влажных каналов выполнены из бумагоподобного материала;
- в качестве основы бумагоподобного материала использованы штапельные стеклянные волокна.
Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.
Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой защиты во всех случаях достаточны.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение требуемой эффективности охлаждения воздуха в испарительной ячейке предлагаемой конструкции и соответственно производительности установки в целом, особенно в условиях жаркого и сухого климата.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной конструкции тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха, содержащей сухие и смежные влажные каналы, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми, особенность заключается в том, что высота стенок влажных каналов равна 80…110 ширины влажного канала.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:
- выполнения высоты стенок влажных каналов, равной 80…110 ширины влажного канала, обеспечить влажное состояние всей поверхности стенок влажного канала при требуемой эффективности охлаждения воздуха в испарительной ячейке предлагаемой конструкции и соответственно производительности установки в целом, особенно в условиях жаркого и сухого климата; при высоте стенок влажного канала менее 80 недостаточна площадь теплопередачи, а при более 110 происходит снижение эффективности теплопередачи из-за уменьшения эффективной площади испарения при требуемой производительности.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:
- выполнения стенки влажных каналов из бумагоподобного материала обеспечить высокую скорость и высоту капиллярного подъема воды, а также высокое водопоглощение стенок влажного канала тепломассообменной ячейки;
- использования в качестве основы бумагоподобного материала штапельных стеклянных волокон улучшить смачиваемость пластины.
Сущность изобретения заключается в том, что в известной конструкции тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха, содержащей сухие и смежные влажные каналы, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми, в отличие от прототипа, согласно изобретению высота стенок влажных каналов равна 80…110 ширины влажного канала.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха, на фиг.2 - вид тепломассообменной ячейки сверху, на фиг.3 - график зависимости высоты капиллярного подъема воды в испарительной ячейке, изготовленной из бумажного материала (из штапельных стеклянных волокон), от времени.
Предлагаемая конструкция тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха (см. фиг.1) содержит влажные каналы 1, образованные влагопроницаемыми стенками 2, которые нижним концом погружены в емкость 5 с водой, сухие каналы 3, образованные влагонепроницаемыми стенками 4, которые соприкасаются всей своей поверхностью со стенками 2 влажных каналов 1.
Тепломассообменная ячейка установки охлаждения воздуха функционирует следующим образом.
Охлаждаемый воздух Б подают в сухие каналы 3. Влагопроницаемые стенки 2 влажного канала 1, обладающие капиллярно-пористыми свойствами, впитывают и поднимают воду на всю высоту h стенок влажных каналов, равную 80…110 ширины b влажного канала тепломассообменной ячейки. Испарение воды с поверхности влагопроницаемых стенок 2 влажного канала 1 приводит к охлаждению влагонепроницаемых стенок 4 сухих каналов 3 и соответственно, проходящего через них потока воздуха. Испарившаяся влага А удаляется из влажного канала 1 в атмосферу, за пределы тепломассообменной ячейки, а полученный охлажденный в сухих каналах 3 воздух Б направляют потребителю.
Выполнение тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха в соответствии с изобретением обеспечивает высокую скорость капиллярного подъема воды и высокое водопоглощение (до 700…900%) стенок влажных каналов, что приводит к повышению эффективности охлаждения воздуха в испарительной ячейке предлагаемой конструкции и соответственно производительности установки в целом, особенно в условиях жаркого и сухого климата.
Изобретение может быть использовано для производства высокоэффективных установок охлаждения воздуха, особенно установок, работающих в условиях жаркого и сухого климата.
Указанный положительный эффект подтвержден испытаниями опытных образцов установки, выполненных в соответствии с изобретением.
В настоящее время разработана конструкторская документация, намечено серийное производство.