устройство для тепловлажностной обработки воздуха

Формула изобретения

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха, содержащее размещенную в воздушном канале с вентилятором оросительную камеру с поддоном для воды, в которой расположена перпендикулярно потоку на горизонтальном валу без приводного механизма крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала, на них закреплены параллельно потоку воздуха сегменты из гигроскопичного материала, отличающееся тем, что на входе в оросительную камеру размещена труба Вентури и оросительная камера содержит байпасный воздуховод с регулятором расхода, соединяющий горловину трубы Вентури и полость оросительной камеры после крестообразной турбины.

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, 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.

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 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 адиабатически увлажняется и охлаждается.

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

Недостатком данной конструкции является невозможность значительного оперативного повышения увлажнительного и охладительного эффекта у воздушного потока, т.к. он ограничен верхними пределами числа оборотов турбины при фиксированном расходе воздуха и суммарной площадью поверхности лопастей и сегментов турбины.

Увлажнительный и охладительный эффект при адиабатическом процессе обработки воздуха оценивают коэффициентом эффективности Е_а [1]:

где t₁, t₁ , t_м1 - температура воздуха на входе, выходе из аппарата и температура воздуха на входе в аппарат по мокрому термометру соответственно, °С.

Увеличить коэффициент эффективности E_a (соответственно повысить увлажнительный и охладительный эффект воздушного потока) можно за счет дальнейшего снижения температуры воздуха на выходе из аппарата t₂. Этого можно достичь при увеличении количества испаряющейся воды при адиабатическом процессе [1].

В свою очередь количество испаряющейся воды (водяных паров, увлажняющих воздух) пропорционально увеличивается с увеличением продолжительности контакта воды и воздуха в соответствии с основными положениями тепло-массопереноса [1].

Увеличить продолжительность контакта двух фаз в аппарате можно путем организации рециркуляции воздушного потока в оросительной камере.

Для рециркуляции воздушного потока нужен обводной (байпасный) воздуховод и наличие разницы (перепада) давления в сечении камеры на выходе и на входе в нее. Обеспечить необходимую разность давлений в сечениях воздушного потока можно с помощью трубы Вентури [2].

Предлагаемым изобретением решается задача сохранения работоспособности устройства для тепловлажностной обработки воздуха в адиабатических условиях при повышении эффективности процесса, в частности возможность оперативного повышения увлажнения воздушного потока вплоть до относительной влажности воздуха =90...95%, а также понижения его температуры до значений, приближенных к температуре мокрого термометра воздуха.

Для достижения указанного технического результата в воздушном канале с вентилятором размещена оросительная камера с поддоном для воды, в которой расположена перпендикулярно потоку на горизонтальном валу без приводного механизма крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала, на них закреплены параллельно потоку воздуха сегменты из гигроскопичного материала. На входе в оросительную камеру размещена труба Вентури. Оросительная камера содержит байпасный воздуховод с регулятором расхода, соединяющий горловину трубу Вентури и полость оросительной камеры после крестообразной турбины.

Известно [2], что при движении воздуха через трубу Вентури в сечениях ее элементов статическое и динамическое давления воздушного потока отличаются значительно друг от друга. В горловине, где сечение потока наименьшее, а скорость наибольшая, динамическое давление потока возрастает, а статическое давление снижается. И, наоборот, на выходе из диффузора, где сечение потока наибольшее, динамическое давление уменьшается, а статическое давление увеличивается. Таким образом, трубу Вентури можно использовать в качестве эжектирующего элемента.

Схема трубы Вентури приведена на фиг.1.

Схема предлагаемого устройства для тепловлажностной обработки воздуха приведена на фиг.2.

Позиции на чертеже обозначают:

1 - конфузор; 2 - горловина; 3 - диффузор; 4 - оросительная камера; 5 - поддон; 6 - лопасти крестообразной турбины; 7 - вал турбины; 8 - поплавковое устройство; 9 - направляющие пластины; 10 - каплеуловитель; 11, 12 - патрубки; 13 - гибкая вставка; 14 - вентилятор; 15 - байпасный воздуховод; 16 - регулятор расхода (клапан).

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха содержит оросительную камеру 4, состоящую из поддона 5, где с помощью поплавка 8 поддерживается постоянный уровень воды. Внутри камеры расположена перпендикулярно ее боковым стенкам крестообразная турбина на горизонтальном валу 7 с лопастями 6 из гигроскопичного материала (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 миллиметров.

На входе в оросительную камеру размещена труба Вентури, состоящая из конфузора 1, горловины 2, диффузора 3. За диффузором в камере установлены направляющие пластины 9, позволяющие изменять направление воздушного потока по отношению к лопастям турбины, на выходе из камеры расположен каплеуловитель 10 для устранения уноса капель жидкости с воздушным потоком. Горловина 2 трубы Вентури соединена с полостью оросительной камеры после крестообразной турбины байпасным воздуховодом 15. Для его крепления служат патрубки 11, 12. К конфузору трубы Вентури при помощи гибкой вставки 13 присоединен радиальный вентилятор 14.

Устройство для тепловлажностной обработки воздуха работает следующим образом.

Воздух при помощи радиального вентилятора 14 последовательно проходит через гибкую вставку 13, элементы трубы Вентури: конфузор 1, горловину 2, диффузор 3, и через направляющие пластины 9 поступает на лопасти турбины 6, установленной в оросительной камере 4. При этом крестообразная турбина с лопастями из гигроскопичного материала приводится во вращение за счет динамического давления воздушного потока и сил трения. При вращении нижняя часть лопасти турбины погружается на несколько миллиметров 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 (не указано).

После турбины часть увлажненного и охлажденного воздуха выбрасывается наружу, а другая часть этого воздуха за счет эффекта эжекции через патрубок 11 и байпас 15 поступает в горловину 2 трубы Вентури, где интенсивно смешивается с потоком воздуха, подаваемого вентилятором 14.

В этих условиях к лопастям турбины поступает смешанный воздух. Он имеет более высокую относительную влажность и более низкую температуру, чем воздух из вентилятора.

Байпасный воздуховод позволяет увеличить продолжительность контакта воздушного потока с водой в оросительной камере. Процесс тепловлажностной обработки смешанного воздуха в данных условиях будет характеризоваться более высокими значениями коэффициента эффективности (см. уравнение).

Для регулирования расхода воздуха через байпас (соответственно, регулирования коэффициента эффективности) служит клапан 16.

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

- повышение эффективности тепловлажностной обработки воздуха при адиабатических условиях его обработки за счет увеличения продолжительности контакта воздушного потока с увлажненной поверхностью и распыленной водой в контактном аппарате;

- возможность оперативного (гибкого) регулирования тепловлажностных характеристик воздушного потока в широком диапазоне.

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.