Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОЗДУХА

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 №2319906, кл. F24F 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 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, содержащем камеру смешения, подогреватель и блок орошения, предусмотрено 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 корпус каждой из форсунок содержит полый цилиндрический корпус, соединенный с соплом, в котором выполнены отверстия, корпус состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 5, при этом корпус и сопло образуют две, соосных между собой внутренних камеры, причем цилиндрическая камера служит для подвода жидкости, а коническая камера, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления, а на сопле, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия и конического отверстия с расширением в сторону объекта, при этом на поверхности конического отверстия выполнена винтовая нарезка для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера, а на конической боковой поверхности сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости, при этом в цилиндрической камере, соосно ей, установлен с зазором относительно внутренней боковой поверхности камеры завихритель, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапециидального профиля, и закрепленный посредством внутренней резьбы на штоке, который закреплен в своей верхней части посредством сетчатого фильтра к корпусу.

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.

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, 15 - поток наружного воздуха, 16 -поток обработанного воздуха. Центробежная камера смешения 8 выполнена по габаритному внешнему размеру - диаметру D, больше, чем габаритный внешний размер корпуса 1 многофункционального аппарата - диаметр D₁.

Каждый из коллекторов 5 разбрызгивающего устройства имеет проточное отверстие 22 и снабжен форсунками (фиг.2).

Каждая из форсунок содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 1 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости, и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 5.

Корпус 1 и сопло 5 образуют две соосных между собой внутренних камеры 4 и 13. Цилиндрическая камера 4 служит для подвода жидкости, а коническая камера 13, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления.

На сопле 5, со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия 8 и конического отверстия 9 с расширением в сторону объекта. При этом на поверхности конического отверстия 9 выполнена винтовая (на чертеже не показано) нарезка (например, коническая резьба с крупным шагом) для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера.

На конической боковой поверхности 5 сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 6 и 7, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла 5, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 6 и 7 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости.

Для создания наибольшего эффекта образования мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости в цилиндрической камере 4, соосно ей, установлен с зазором 12 относительно внутренней боковой поверхности камеры 4 завихритель 3, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапециидального профиля, и закрепленный посредством внутренней резьбы 11 на штоке 2. Шток 2 закреплен в своей верхней части посредством сетчатого фильтра 10 к корпусу 1.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.

При подаче жидкости в корпус 1 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в камерах 4 и 13 благодаря завихрителю 3 создаются вихревые потоки жидкости, которые устремляются в жиклер 5, а в цилиндрических дроссельных отверстиях 6 и 7 создаются потоки жидкости, устремляющиеся к выходным срезам отверстий и жиклера.

При столкновении расширяющихся потоков жидкости, истекающих через выходное коническое отверстие жиклера с винтовой нарезкой и цилиндрических дроссельных отверстиях 6 и 7 происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером.

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.

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 Di корпуса 1 многофункционального аппарата первой ступени устройства, где происходит 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.

Были проведены расчеты, которые показали, что многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками диаметром 2000 мм обеспечивает производительность по воздуху до 100000 м³/ч, при этом диаметр камеры смешения составляет 2500 мм, а высота ее достигает 1300 мм.

Оптимальные значения факторов в числовом выражении, характеризующих эффективность адиабатного процесса Е_а, стали следующие: vρ=6,5 кг/(м²с), ε=0,6, В=0,9, α_ф=50°, H/D_ап=2,2, h/D_ап=0,9, отношение расходов воды ε_в=G_2в/G_3в=0,5 (G_2в и G_3в - 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.

Форсунка разбрызгивающего устройства работает следующим образом.

Жидкость под давлением поступает со стороны проточного отверстия 22 коллектора 5 в форсунку и встречает на своем пути спрямляющий элемент 27, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от коллектора 5 к форсунке. Камера смешения 29 предназначена для образования вихревого турбулентного потока, формировавшегося на выходе из отверстия 30 форсунки. Для этой цели на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки (на чертеже не показано), в результате чего на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости. Расходная характеристика форсунки представлена на фиг.3. Расход воды через форсунку (м³/ч) определяется по следующей формуле:

G_W=2,245·√H,

где Н - напор воды перед форсункой (м вод. ст.).

Превышение давления перед форсунками обычно свидетельствует о их засорении и необходимости их очистки.