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 №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.

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 D₁.

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.

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 D₁ 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.

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, следующие: vρ=6,5 кг/(м²с), ε=0,6, В=0,9, α_ф=50°, H/D_aп=2,2, h/D_aп=0,9, отношение расходов воды ε_В=G_2B/G_3B=0,5 (G_2B и G_3B - 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.