система кондиционирования с теплообменными аппаратами

Формула изобретения

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами, содержащая последовательно установленные на притоке теплообменники, камеру смешения наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения, вентилятор, датчик контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили сезонного переключения, насос нагретой воды, насос охлажденной испарением воды, градирню, соединительные трубопроводы, водяной теплообменник для использования сбросной теплоты технологической воды и автоматический вентиль регулирования расхода охлажденной воды, а камера орошения выполнена в виде роторного тепломассообменника и содержит закрепленные на валу вращающиеся диски, нижняя часть которых находится в поддоне с водой, причем диски скреплены между собой шпильками через шайбы и выполнены из хорошо смачиваемого материала толщиной 0,5-1 мм, а вал с дисками вращается по ходу воздуха с частотой 4-24 мин^-1 от двигателя; причем диски по форме могут быть выполнены гофрированными или плоскими, а в корпусе расположены защитные козырьки для уменьшения каплеуноса, а поддон с жидкостью связан с трубопроводом с шаровым клапаном и переливным трубопроводом, отличающаяся тем, что корпус каждой из форсунок выполнен полым, осесимметричным, ось которого перпендикулярна оси отверстия трубы коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения, а со стороны проточного отверстия трубы коллектора в форсунке установлен спрямляющий элемент, выполненный в виде кольца, имеющего центральную втулку, с которой жестко соединены радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти, соединенные с корпусом форсунки, причем корпус выполнен с двумя противоположно расположенными перпендикулярно оси форсунки уступами, посредством которых через хомуты с замками форсунка закрепляется на коллекторе, при этом в нижней части корпуса форсунки выполнено коническое дроссельное отверстие, соединенное с камерой смешения, которая расположена между дроссельным отверстием и спрямляющим элементом, а на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки, которые образованы токарной обработкой по копиру, или получены литьевым способом, при этом диапазон давлений находится в оптимальном интервале величин: от 1,2 до 7,0 метров водяного столба, при этом расход воды через форсунку (м³/ч) определяется по следующей формуле:



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

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в бытовых, административных и производственных помещениях.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является система кондиционирования по патенту РФ № 2291356, кл. F24F 5/00 (прототип), содержащая кондиционер с последовательно расположенными теплообменниками, вентилятор, аппарат испарительного охлаждения и вентиляторную градирню.

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность процесса тепловлажностной обработки воздуха в зимний период времени.

Технический результат - повышение эффективности и надежности тепловлажностной обработки воздуха в зимний период времени.

Это достигается тем, что в системе кондиционирования с теплообменными аппаратами, содержащей последовательно установленные на притоке теплообменники, камеру смешения наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения, вентилятор, датчик контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили сезонного переключения, насос нагретой воды, насос охлажденной испарением воды, градирню, соединительные трубопроводы, водяной теплообменник для использования сбросной теплоты технологической воды и автоматический вентиль регулирования расхода охлажденной воды, камера орошения выполнена в виде роторного тепломассообменника и содержит входной и выходной патрубки, расположенные в корпусе, закрепленные на валу вращающиеся диски, нижняя часть которых находится в поддоне с водой, причем диски скреплены между собой шпильками через шайбы и выполнены из хорошо смачиваемого материала толщиной 0,5 1 мм, а вал с дисками вращается по ходу воздуха с частотой 4 24 мин^-1 от двигателя; причем диски по форме могут быть выполнены гофрированными или плоскими, а в корпусе расположены защитные козырьки для уменьшения каплеуноса, а корпус каждой из форсунок выполнен полым, осесимметричным, ось которого перпендикулярна оси отверстия трубы коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например, сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения, а со стороны проточного отверстия трубы коллектора в форсунке установлен спрямляющий элемент, выполненный в виде кольца, имеющего центральную втулку, с которой жестко соединены, радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти, соединенные с корпусом форсунки, причем корпус выполнен с двумя, противоположно расположенными, перпендикулярно оси форсунки, уступами, посредством которых через хомуты с замками форсунка закрепляется на коллекторе, при этом в нижней части корпуса форсунки выполнено коническое дроссельное отверстие, соединенное с камерой смешения, которая расположена между дроссельным отверстием и спрямляющим элементом, а на внутренней поверхности камеры смешения имеются винтообразные канавки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы кондиционирования с теплообменными аппаратами, на фиг.2 - общий вид форсунки блока орошения градирни.

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами (фиг.1) содержит последовательно установленные на притоке теплообменники 1, камеру смешения 2 наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения 3 в виде роторного тепломассообменника, вентилятор 4, датчик 5 контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан 6 регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили 7 сезонного переключения, насос нагретой воды 8, насос 9 охлажденной испарением воды, градирню 10 с блоком орошения, состоящим из коллектора 20 и форсунок 21, а также соединительные трубопроводы 11, водяной теплообменник 12 для использования сбросной теплоты технологической воды, автоматический вентиль 13 регулирования расхода охлажденной воды, регулируемый приточный клапан 14.

Роторный тепломассообменник, представляющий собой камеру орошения, содержит закрепленные на валу вращающиеся диски 15, при этом нижняя часть дисков 15 находится в поддоне 16 с водой. Диски 15 выполняются из хорошо смачиваемого материала (дюралюминия, пластмассы с шершавой обезжиренной поверхностью или др.) толщиной 0,5 1 мм. Вал с дисками 15 вращается от двигателя 19 через ременную или цепную передачу 17; при меньшей частоте наблюдается неполное смачивание дисков 15, а при большей - срыв капель с поверхности дисков. По форме диски 15 могут быть выполнены гофрированными для увеличения поверхности контакта тепломассообмена, причем гофры по форме могут быть выполнены в форме многоугольника, синусоиды, полуокружности (на чертеже не показано). Между собой диски 15 скрепляются шпильками с разделительными шайбами (на чертеже не показано). В камере орошения 3 расположены защитные козырьки 18 для уменьшения каплеуноса.

Каждый из коллекторов 20 блока орошения имеет проточное отверстие 22 и снабжен форсунками 21 (фиг.2). Каждая из форсунок 21 выполнена в виде полого, осесимметричного корпуса 23, ось которого перпендикулярна оси отверстия коллектора, а по форме корпус выполнен в виде тела вращения, образованного кривой второго порядка, например, сферическим, в виде усеченного эллипсоида или параболоида вращения и др. Со стороны проточного отверстия 22 трубы коллектора 5 в форсунке установлен спрямляющий элемент 27, который демпфирует турбулентность потока жидкости, идущей от коллектора 5 к форсунке. Спрямляющий элемент выполнен в виде кольца, имеющего центральную втулку 27, с которой жестко соединены, радиально расположенные, по крайней мере, три лопасти 28, соединенные с корпусом 23 форсунки. Корпус 23 выполнен с двумя, противоположно расположенными, перпендикулярно оси форсунки, уступами 26, посредством которых через хомуты 24 с замками 25 форсунка закрепляется на коллекторе 5. В нижней части корпуса 23 форсунки выполнено коническое калиброванное дроссельное отверстие 30, соединенное с камерой смешения 29, которая расположена между отверстием 30 и спрямляющим элементом 27. 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), которые могут быть образованы токарной обработкой по копиру, или получены литьевым способом. В результате этого на выходе из форсунки образуется мелкодисперсный и равномерный факел распыла жидкости. Расходная характеристика форсунки представлена на фиг.3. Рекомендуемый диапазон давлений для цельнофакельной форсунки от 1,2 до 7,0 метров водяного столба. При данном диапазоне давлений обеспечивается полное раскрытие и заполнение факела форсунки капельной влагой.

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами работает следующим образом.

В приточном тракте устанавливаются теплообменники 1, в трубки которых подается вода после ее испарительного охлаждения в вентиляторной градирне 10. Теплообменники 1 связаны трубопроводами с вентиляторной градирней 10, смонтированной на кровле здания. В градирню осевым вентилятором засасывается наружный воздух с температурой по мокрому термометру, которая является пределом испарительного охлаждения воды. Температура охлажденной испарением воды всегда меньше температуры по мокрому термометру.

Охлажденная испарением вода забирается насосом 9 и по соединительным трубопроводам 11 подается в трубки теплообменника 1 в приточном аппарате кондиционера. При работе вентилятора 4 через теплообменники перемещается приточный наружный воздух.

Форсунка 21 блока орошения градирни 10 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:

,

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

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

Роторный тепломассообменник камеры орошения 3 работает так. Обрабатываемый воздух поступает в тепломассообменник к вращающимся дискам 15, проходит в щелевых каналах между ними и направляется к выходному патрубку. Нижняя часть дисков ротора находится в поддоне 16 с водой, поэтому при вращении ротора на поверхности дисков образуется тонкая пленка воды, с которой взаимодействует поток воздуха. Ротор вращается по ходу воздуха с частотой 4 24 мин^-1, так как при меньшей частоте наблюдается неполное смачивание дисков, а при большей - срыв капель с поверхности дисков 15. При вращении ротора по ходу воздуха пленка воды растекается по поверхности дисков под действием потока воздуха и удерживается без срыва капель при скорости в живом сечении 11-17 м/с (в зависимости от размера зазора между дисками), причем с уменьшением зазора предельная скорость возрастает. При хорошем качестве изготовления и сборки ротор вращается с частотой 6 9 мин^-1 под действием набегающего потока воздуха. Постоянный уровень воды в поддоне поддерживается за счет подпитки водопроводной водой из трубопровода (на чертеже не показано). Насос для этого режима обработки вообще не требуется. При политропических процессах нагрева или охлаждения необходимо обеспечить подачу и удаление теплой или холодной воды из поддона с помощью насоса, однако требуемый напор насоса будет очень небольшим. Эффективность тепло- и массообмена в режиме изоэнтальпийного процесса достаточно велика, причем с увеличением зазора между дисками коэффициент эффективности уменьшается, а с увеличением диаметра возрастает. Это объясняется следующим: так, при увеличении зазора коэффициент эффективности действительно уменьшается, однако удельное количество явной теплоты, передаваемой от воздуха к воде с единицы площади поверхности дисков, возрастает, т.е. возрастает и коэффициент теплоотдачи, что объясняется увеличением турбулентности потока воздуха. При изменении диаметра дисков изменяются удельная площадь поверхности переноса, пропускная способность аппарата и его аэродинамическое сопротивление. Поэтому при выборе диаметра ротора и величины зазора между дисками необходимо выполнять технико-экономические расчеты. Для изменения режима тепловой обработки приточного воздуха в схеме предусмотрены переключающие вентили 7 на трубопроводах 11 и водяном теплообменнике 12 для нагрева сбросной теплотой рециркулирующей воды. Предложенная система кондиционирования с теплообменными аппаратами является по существу приточной системой, в которой теплообменники используются летом для косвенного испарительного охлаждения, а зимой для нагрева приточного воздуха, что позволяет эффективно использовать для нагрева приточного воздуха сбросные и дешевые низкотемпературные источники теплоты в виде технологической воды или обратной теплофикационной воды.