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 данной тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха является то, что ее нормальное функционирование и эффективность действия во многом зависят от снижения аэродинамического сопротивления влажного канала и создания в нем оптимальных условий для испарения воды за счет улучшения перемешивания воздуха, особенно вблизи стенки влажного канала.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату является устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха по а.с. СССР №1571364, F24F 3/14, опубл. 15.06.1990 г., принятое авторами за прототип, содержащее сухие и смежные влажные каналы с разграничительной прокладкой, 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, обусловленная высоким аэродинамическим сопротивлением влажных каналов и недостаточным перемешиванием воздуха внутри каналов.
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 с разграничительной прокладкой, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми.
В отличие от прототипа толщину стенки разграничительной прокладки выбирают равной 1,25-2,25 толщины стенки сухого канала.
В частном случае, то есть в конкретных формах выполнения, изобретение характеризуется следующими признаками:
- разграничительная прокладка выполнена с гофрами по круглому профилю;
- разграничительная прокладка выполнена с гофрами, расстояние между гребнями которых составляет 1,5-3,0 ширины влажного канала;
- толщина разграничительной прокладки составляет 0,6-0,7 ширины влажного канала;
- разграничительная прокладка выполнена с перфорацией круглой формы и равного диаметра;
- разграничительная прокладка выполнена с перфорацией диаметром 1,2-1,4 ширины влажного канала;
- разграничительная прокладка выполнена с перфорацией, общая площадь отверстий которых составляет 0,5-0,6 площади разграничительной прокладки;
- разграничительная прокладка выполнена с перфорацией, отверстия которых расположены на расстоянии между краями любых двух соседних отверстий 0,8-1,2 мм.
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 с разграничительной прокладкой, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми, особенность заключается в том, что толщину стенки разграничительной прокладки выбирают равной 1,25-2,25 толщины стенки сухого канала.
Новая совокупность конструктивных элементов, а также наличие связей между ними позволяет, в частности, за счет:
- выполнения толщины стенки разграничительной прокладки, равной 1,25-2,25 толщины стенки сухого канала, достигнуть увеличения производительности установки, обусловленного фиксацией расстояния между стенками влажных каналов, снижением его аэродинамического сопротивления и соответствующим увеличением расхода воздуха.
Признаки, характеризующие изобретение в конкретных формах исполнения, позволяют, в частности, за счет:
- выполнения разграничительной прокладки с гофрами по круглому профилю, расстояние между гребнями которых составляет 1,5-3,0 ширины влажного канала, обеспечить оптимальные условия для испарения воды, так как при шаге между вершинами гофры менее 1,5 ширины влажного канала увеличивается аэродинамическое сопротивление влажного канала, при шаге более 3,0 - недостаточны механическая жесткость прокладки на сжатие и перемешивание приграничного к стенке влажного канала слоя воздуха;
- выполнения толщины разграничительной прокладки 0,6-0,7 ширины влажного канала обеспечить максимальную производительность ячейки, так как при толщине разграничительной прокладки менее 0,6 ширины влажного канала недостаточна скорость движения воздуха, при толщине более 0,7 ширины влажного канала снижается эффективность установки охлаждения в целом;
- выполнения разграничительной прокладки с перфорацией отверстиями круглой формы и равного диаметра обеспечить оптимальные условия для испарения воды и максимальную производительность ячейки интенсифицировать испарение воды;
- выполнения разграничительной прокладки с перфорацией отверстиями диаметром 1,2-1,4 ширины влажного канала, с общей площадью отверстий, составляющей 0,5-0,6 площади разграничительной прокладки, обеспечить оптимальные условия для испарения воды и максимальную производительность ячейки, так как при диаметре отверстий в гофрированной прокладке менее 1,2 ширины влажного канала и/или общей площади отверстий менее 0,5 площади прокладки существенно возрастает аэродинамическое сопротивление канала, а при диаметре отверстий более 1,4 ширины влажного канала и/или общей площади отверстий более 0,6 площади прокладки недостаточны ее механическая прочность и жесткость на сжатие;
- расположения отверстий с кратчайшим расстоянием между краями любых двух соседних отверстий 0,8-1,2 мм обеспечить оптимальные условия для испарения воды и максимальную производительность ячейки, так как при кратчайшем расстоянии между краями любых двух соседних отверстий в гофрированной прокладке менее 0,8 мм недостаточна механическая прочность прокладки и ее жесткость на сжатие, при расстоянии более 1,2 мм - уменьшается эффективная площадь поверхности испарения.
Сущность изобретения заключается в том, что в известной конструкции тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха, содержащей сухие и смежные влажные каналы с разграничительной прокладкой, при этом стенки сухих каналов выполнены влагонепроницаемыми, а влажных - влагопроницаемыми, в отличие от прототипа, согласно изобретению толщину стенки разграничительной прокладки выбирают равной 1,25-2,25 толщины стенки сухого 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 - общий вид разграничительной прокладки, на фиг.4 - вид разграничительной прокладки сбоку.
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 своей поверхностью с влагопроницаемыми стенками 2 влажных каналов 1, и разграничительную прокладку 6, расположенную между влагопроницаемыми стенками 2.
Тепломассообменная ячейка установки охлаждения воздуха функционирует следующим образом.
Охлаждаемый воздух Б подают в сухие каналы 3. Влажный канал 1, взаимодействующий с сухими каналами 3 через влагонепроницаемые стенки 4 и влагопроницаемые стенки 2, имеет ширину b. Вода из емкости 5 поднимается на всю высоту h влагопроницаемых стенок 2, обладающих капиллярно-пористыми свойствами. 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 Б. Испарившаяся влага А удаляется из влажного канала 1 в атмосферу за пределами тепломассообменной ячейки, а воздух Б, охлажденный в сухих каналах 3, направляется потребителю.
1
Разграничительная прокладка 6 (см. фиг.4) имеет толщину b. В частных случаях разграничительная прокладка 6 выполняется с гофрами по круглому профилю с расстоянием с между гребнями и толщиной стенки а, что обеспечивает достаточную жесткость разграничительной прокладки 6 на сжатие; перфорация разграничительной прокладки 6 выполнена отверстиями круглой формы диаметром d, расположенными в сотовом порядке с минимальным расстоянием l между краями любых двух соседних отверстий.
Выполнение тепломассообменной ячейки установки охлаждения воздуха в соответствии с изобретением обеспечивает высокую теплоотдачу за счет влагоотдачи во влажных каналах, снижение аэродинамического сопротивления и улучшение условий для испарения воды со 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, особенно 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.