устройство для тепловлажностной обработки воздуха

Формула изобретения

1. Устройство для тепловлажностной обработки воздуха, содержащее размещенную в воздушном канале с вентилятором оросительную камеру с поддоном для воды, отличающееся тем, что в оросительной камере расположена перпендикулярно потоку на горизонтальном валу без приводного механизма крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала, имеющими контакт с зеркалом жидкости в поддоне, при этом на лопастях крестообразной турбины расположены сегменты из гигроскопичного материала параллельно потоку воздуха на расстоянии 10...20 см друг от друга, а горизонтальный вал турбины имеет тормозное устройство для регулирования числа оборотов по времени.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопасти турбины развернуты по винтовой линии и их контакт с зеркалом жидкости соответствует этой линии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха и может быть использовано для увлажнения и охлаждения воздуха в адиабатических условиях.

Известен контактный аппарат для тепловлажностной обработки воздуха, в частности оросительная форсуночная камера (ОКФ). Конструктивно она выполняется в виде прямоугольного параллелепипеда (короба), внутри располагаются горизонтальные и вертикальные трубопроводы (стояки), на последние крепятся механические форсунки. Нижняя часть камеры выполнена в виде поддона и служит в качестве сборника для воды. Камера снабжена центробежным вентилятором для подачи воздуха и насосом для подачи воды.

При адиабатном увлажнении воздуха используется рециркуляционная вода. Вода из поддона забирается насосом, под давлением ˜150...300 кПа подается по трубопроводам к форсункам и в распыленном виде вводится в воздушный поток. Около ˜3% распыленной влаги испаряется в воздухе и увлажняет его, а основная масса ˜97% подается вниз, поступает обратно в поддон, откуда снова направляется с помощью насоса к механическим форсункам для распыления и т.д.

Недостатком данной конструкции является повышенный расход электроэнергии. Она затрачивается как на привод вентилятора, так и на привод водяного насоса.

Водяная линия характеризуется высоким гидравлическим сопротивлением, обусловленным наличием большого количества механических форсунок. Их число может приближаться к ˜700 штук.

Также известна конструкция контактного аппарата - горизонтального механического абсорбера с разбрызгивающими валками [2, с.115]. Аппарат может быть выполнен в виде горизонтального прямоугольного или цилиндрического корпуса с крышками на торцах, в которые смонтированы подшипники для вала, а также патрубки для входа и выхода газа (воздуха). На горизонтальном валу установлены валки лопастного типа или диски. При применении валков их вал расположен поперек оси аппарата, при использовании дисков вал установлен вдоль оси аппарата. Валки (диски) нижней частью частично погружены в жидкость, которой заполнена часть корпуса, при вращении вала они захватывают жидкость и распыляют ее по объему аппарата. Вал приводится во вращение от электродвигателя через клиноременную передачу. Газ (воздух), подлежащий увлажнению и очистке, через патрубки проходит вдоль корпуса, где контактирует с распыленной жидкостью. При этом может происходить увлажнение воздуха (газа) и очистка его от газопарообразных примесей.

Недостатками механических абсорберов являются:

1. Сложность конструкции, повышенная металлоемкость.

2. Большой расход электроэнергии, которая расходуется как на циркуляцию воздушного потока, так и на вращение вала с лопастями.

Также известны конструкции контактных тепломассообменных аппаратов с орошаемой насадкой из тонких гигроскопичных материалов [1, с.199-200]. Насадка (кассета с осиновой стружкой или гофрированные листы картона, полотно ткани и т.д.) расположена в потоке воздуха и смачивается водой, которая подается на ее верх при помощи насоса. Поверхность насадки быстро становится влажной даже при неполном смачивании ее орошающей водой. Однако в данной конструкции также используется насос для подачи воды на увлажнение воздуха, т.е. затрачивается электроэнергия на рециркуляцию воды. Другим недостатком является большое аэродинамическое сопротивление воздушного канала, что приводит к повышению энергозатрат при работе вентилятора.

Предлагаемым изобретением решается задача сохранения работоспособности устройства для тепловлажностной обработки воздуха при упрощении конструкции, в частности возможность увлажнения воздуха в адиабатических условиях при отсутствии водяной линии, насоса для подачи воды и приводного механизма в нем.

Для достижения указанного технического результата в оросительной камере расположена перпендикулярно потоку на горизонтальном валу без приводного механизма крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала, имеющими контакт с зеркалом жидкости в поддоне, при этом на лопастях крестообразной турбины расположены сегменты из гигроскопичного материала параллельно потоку воздуха на расстоянии 10-20 см друг от друга, а горизонтальный вал турбины имеет тормозное устройство для регулирования числа оборотов во времени.

Также лопасти турбины могут быть развернуты по винтовой линии и их контакт с зеркалом жидкости соответствует этой линии. Это позволяет уменьшить длину одновременного контакта лопасти с зеркалом жидкости.

Вращение турбины обеспечивает движущийся вдоль аппарата воздух за счет динамического давления, развиваемого радиальным вентилятором.

Наличие контакта лопастей турбины с зеркалом жидкости в поддоне при вращении турбины обеспечивает разбрызгивание жидкости в потоке воздуха и постоянную влажность гигроскопичных ее лопастей.

Благодаря наличию брызг и капель, влажной поверхности лопастей турбины в воздушном потоке воздух подвергается тепловлажностной обработке. Поскольку в камере используется рециркуляционная вода, воздух будет адиабатически увлажняться и охлаждаться.

Степень увлажнения воздуха, например, его влагосодержание и относительную влажность можно регулировать путем изменения числа оборотов турбины (с помощью тормозного устройства), изменения площади поверхности турбины (путем изменения числа сегментов из гигроскопичного материала, расположенных параллельно потоку воздуха на расстоянии 10-20 см друг от друга).

Наиболее близким к заявленному изобретению является оросительная камера, описание которой приведено выше.

Позиции на чертеже обозначают:

1 - воздушный канал; 2 - корпус; 3 - лопасти турбины; 4 - вал турбины; 5 - поддон; 6 - поплавок; 7 - направляющие пластины; 8 - каплеуловитель; 9 - патрубки; 10 - гибкая вставка; 11 - радиальный вентилятор.

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха содержит размещенный в воздушном канале 1 корпус 2 с поддоном 5, где с помощью поплавка 6 поддерживается постоянный уровень воды. Внутри корпуса расположена перпендикулярно боковым стенкам камеры крестообразная турбина на горизонтальном валу 4, состоящая с лопастями 3 из гигроскопичного материала (например, марли, брезента и т.п.). На лопастях турбины перпендикулярно их поверхности расположены сегменты из того же гигроскопичного материала на расстоянии 10...20 см друг от друга.

Нижней частью лопасти погружены в воду на несколько мм. На входе в корпус (камеру) расположены направляющие пластины 7, позволяющие изменять направление воздушного потока по отношению к лопастям турбины, на выходе расположен каплеуловитель 8 для устранения уноса капель жидкости с воздушным потоком. На торцевой поверхности камеры расположены патрубки 9 для присоединения к воздуховодам.

К входному патрубку через гибкую вставку 10 присоединен радиальный вентилятор 11.

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.

Воздух при помощи радиального вентилятора 11 поступает в воздушный канал 1 камеры 2. При этом крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала 3 приводится во вращение за счет динамического давления воздушного потока и сил трения. При вращении нижняя часть лопасти турбины погружается на несколько мм вниз от зеркала жидкости (воды) в поддоне 5, а на выходе из нее выбрасывает часть жидкости в поток воздуха и на соседние лопасти, т.е. происходит разбрызгивание воды в воздух и одновременно увлажнение гигроскопичного материала (марли) лопастей. При этом воздух увлажняется за счет испарения части капель разбрызгиваемой воды и путем пленочного контакта воздушного потока с влажным гигроскопичным материалом лопастей крестообразной турбины.

Неиспарившиеся капельки воды подают обратно вниз в поддон, т.е. в камере осуществляется рециркуляция водной фазы. Ее температура стабилизируется на уровне температуры мокрого термометра воздуха. Тепловлажностная обработка воздуха в данных условиях соответствует режиму адиабатного увлажнения и охлаждения воздуха. Она происходит при горизонтальном движении воздушного потока вдоль камеры за счет работы радиального вентилятора. Число оборотов турбины регулируется (снижается) с помощью тормозного устройства на ее валу (на чертеже не указано).

Другой модификацией крестообразной турбины может являться конструкция, в которой лопасти имеют спиральную форму, т.е. они развернуты по винтовой линии и их контакт с зеркалом жидкости соответствуют этой линии. Такая конструкция турбины позволяет увеличить ее число оборотов при неизменном расходе и скорости воздушного потока в камере из-за неодновременного входа (контакта) линии нижнего ребра лопасти в воду.

Таким образом, к достоинствам заявляемого изобретения - устройства для тепловлажностной обработки воздуха следует отнести:

1. Снижение энергетических затрат на распыление жидкости в воздушный поток за счет исключения приводного механизма для вращения вала турбины.

2. Уменьшение массы и материалоемкости устройства.

3. Снижение стоимости устройства.

Источники информации

1. В.Н.Богословский, О.Я.Кокорин, Л.В.Петров Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. - М.: Стройиздат, 1985. - 368 с.

2. Оборудование для санитарной очистки газов: Справочник /Под ред. И.Е.Кузнецова. - Киев: Техника, 1989. - 304 с.