УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА
DEVICE FOR STEAM TREATMENT OF AIR

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 устройство для обработки воздуха по патенту РФ №2450213, кл. F 24 F 5/00 от 13.10.06 (прототип), содержащее 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 воздуха 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 устройстве для тепловлажностной обработки воздуха, содержащим камеру смешения, подогреватель и блок орошения, предусмотрены две ступени, причем 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 в блок орошения, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками, причем в нижней части корпуса расположен нижний входной патрубок, а в верхней части - верхний входной патрубок, а в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель и верхний тангенциальный закручиватель, при этом выхлопной патрубок соединяет первую ступень устройства со второй ступенью устройства, предназначенную для смешения потоков воздуха, поступающих из первой ступени с потоком наружного воздуха, причем вторая ступень устройства выполнена в виде тепломассообменного аппарата смешения и включает в себя входной патрубок камеры смешения, центробежную камеру смешения, диффузор, конфузор, раскручиватель, выходной патрубок, при этом корпус каждой из форсунок выполнен с каналом для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с ним втулку, с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки, верхняя цилиндрическая ступень которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части, и соосным с ней полым конусом, установленным с кольцевым зазором относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки, а кольцевой зазор соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами, выполненными в двухступенчатой втулке, соединяющими его с кольцевой полостью, образованной внутренней поверхностью втулки и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени, причем кольцевая полость связана с каналом корпуса для подвода жидкости, а к конусу, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта распылитель, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора между соплом и полым конусом, при этом на боковой поверхности конуса выполнены, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнены, по крайней мере, три отверстия, причем оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°, а на внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий, выполненных на боковой поверхности конуса с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для тепловлажностной обработки воздуха; на фиг.2 - схема форсунки.
Устройство для тепловлажностной обработки воздуха 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 1 с емкостью 2 для сбора жидкости, в которой расположен насос 20 с фильтром 19 для осуществления рециркуляции жидкости по трубопроводу 21 и подачи ее в блок орошения 5, который выполнен в виде, по крайней мере, двух круговых трубчатых коллекторов с равномерно распределенными по внутренней поверхности центробежными форсунками. В нижней части корпуса 1 расположен нижний входной патрубок 18, а в верхней части - верхний входной патрубок 17. Для интенсификации процесса тепловлажностной обработки воздуха в патрубках установлены соответственно нижний тангенциальный закручиватель 3 и верхний тангенциальный закручиватель 4.
1
Выхлопной патрубок 6 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 7, центробежную камеру смешения 8, диффузор 9, конфузор 10, раскручиватель 11, выходной патрубок 12. Потоки воздуха 13 и 14 - это рециркуляционные потоки воздуха, поток наружного воздуха 15, поток обработанного воздуха 16. Центробежная камера смешения 8 выполнена по габаритному внешнему размеру диаметром D больше, чем габаритный внешний размер корпуса 1 многофункционального аппарата диаметром D.
Каждая из форсунок (фиг.2) состоит из цилиндрического полого корпуса 22 с каналом 24 для подвода жидкости и содержит соосную, жестко связанную с корпусом втулку 23 с закрепленным в ее нижней части соплом, выполненным в виде цилиндрической двухступенчатой втулки 25, верхняя цилиндрическая ступень 27 которой соединена посредством резьбового соединения с центральным сердечником, состоящим из цилиндрической части 28 и соосным с ней полым конусом 29, установленным с кольцевым зазором 30 относительно внутренней поверхности цилиндрической втулки 25. Кольцевой зазор 30 соединен, по крайней мере, с тремя радиальными каналами 26, выполненными в двухступенчатой втулке 25, соединяющими его с кольцевой полостью 35, образованной внутренней поверхностью втулки 23 и внешней поверхностью верхней цилиндрической ступени 27, причем кольцевая полость 35 связана с каналом 24 корпуса 22 для подвода жидкости.
К конусу 29, в его нижней части, жестко прикреплен с помощью винта 24 распылитель 33, который выполнен в виде торцевой круглой пластины, края которой отогнуты в сторону кольцевого зазора 30 между соплом и полым конусом 29. На боковой поверхности конуса 29 выполнены, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 31 и 32 с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, а в каждом ряду выполнены, по крайней мере, три отверстия. При этом оси дроссельных отверстий одного ряда смещены относительно осей дроссельных отверстий другого ряда на угол, лежащий в диапазоне 15°÷60°. На внутренних поверхностях цилиндрических дроссельных отверстий 31 и 32, выполненных на боковой поверхности конуса 29 с осями, лежащими в плоскостях, перпендикулярных оси конуса, имеются винтовые канавки, которые способствуют более интенсивному распыливанию жидкости.
Устройство для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.
1
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 5 по трубопроводу 21 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 6, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения - вторую ступень устройства. Часть наружного воздуха, заранее подготовленная в системе кондиционирования воздуха, через тангенциальный закручиватель входного патрубка камеры смешения 7 подается в центробежную камеру смешения 8, где поток увлажненного и очищенного от пыли воздуха смешивается с наружным потоком воздуха. Увеличение диаметра D камеры смешения 8 относительно диаметра D корпуса 1 многофункционального аппарата первой ступени устройства, где происходят увлажнение и мокрое обеспыливание, обеспечивает падение скорости воздуха в поперечном сечении аппарата и, как следствие, не создается существенного дополнительного аэродинамического сопротивления, что способствует предотвращению каплеуноса. На выходе из аппарата второй ступени установлен раскручиватель 11 обработанного потока воздуха.
3
Были проведены расчеты, которые показали, что многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками диаметром 2000 мм обеспечивает производительность по воздуху до 100000 м/ч, при этом диаметр камеры смешения составляет 2500 мм, а высота ее достигает 1300 мм.
а
ф
aп
aп
В
2B
3B
2B
3B
2
Оптимальные значения факторов в числовом выражении, характеризующих эффективность адиабатного процесса Е, следующие: vρ=6,5 кг/(мс), ε=0,6, В=0,9, α=50°, H/D=2,2, h/D=0,9, отношение расходов воды ε=G/G=0,5 (G и G - расходы воды, распыляемой форсунками, соответственно в верхнем вводе воздуха и во всем аппарате). Потери давления Δр в аппарате при этом составили 810 Па.
Было также установлено, что в аппарате достигаются высокие скорости обработки воздуха до 10 м/с без выноса капель. Исследования показали также возможность регулирования процесса обработки воздуха без изменения суммарного расхода воздуха и воды путем изменения соотношения расходов воздуха ε. Аэродинамическое сопротивление аппарата ВЗПМ изменялось в пределах 600÷900 Па.
Работа форсунки осуществляется следующим образом.
Жидкость под давлением подается в полость корпуса форсунки 22 и затем поступает по двум направлениям: первое в кольцевую полость 35 через радиальные каналы 26 в кольцевой зазор 30 между соплом и центральным сердечником. При давлениях на входе более 0,2 МПа жидкость разгоняется на внешней конусной поверхности конуса 29 с образованием пленки жидкости, которая не отрывается от его внешней поверхности. Разгон жидкости на конической поверхности сопровождается понижением в ней статического давления, а в результате этого парообразованием и выделением растворимых газов. Это явление дополнительно подготавливает жидкость к дроблению на мелкие капли. При достижении жидкостного потока встречных потоков, истекающих из цилиндрических дроссельных отверстий 31 и 32, происходит многократное дробление пленки с образованием мелкодисперсной фазы.
Второе направление, по которому поступает жидкость, - через канал 24 для подвода жидкости в полость центрального сердечника, а затем в полый конус 29, из которого часть жидкости истекает через радиальные отверстия 3 1 и 32, при этом происходит многократное дробление капельных потоков жидкости, истекающих из дроссельных отверстий.