КАПИЛЛЯРНАЯ ОХЛАЖДАЮЩАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК F24F3/14 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к холодильной технике, и может быть использовано для кондиционирования с использованием энергии обрабатываемого воздуха.

Известна установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, содержащая корпус с поддоном, входной патрубок общего потока воздуха, выходные патрубки основного и вспомогательного потока воздуха, теплообменные вертикальные перегородки, состоящие из капиллярно-пористых и влагонепроницаемых пластин /1/.

Недостатком известного устройства является невозможность использования для его работы возобновляемых источников энергии.

Более близким к изобретению является устройство для тепловлажностной обработки воздуха, содержащее корпус с воздушным отсеком и поддоном, входной и выходной патрубки, размещенные в корпусе пластины из гигроскопического материала, нижние концы которых опущены в поддон, причем устройство снабжено горизонтальной перегородкой, отделяющей воздушный отсек от поддона воздушной линией, соединяющей верхнюю часть поддона с выходным воздушным патрубком, регулирующим ресивером с атмосферным вентилем /2/.

Недостатком известного устройства является ограничение температуры охлаждения воздуха температурой воды, подаваемой на обработку, в связи с чем в жаркий период года необходимо использовать специально охлажденную воду, что снижает эффективность работы известного устройства.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности работы охлаждающего устройства путем снижения температуры охлаждения воздуха без специального охлаждения воды.

Поставленная задача реализуется в устройстве, включающем корпус с верхней и нижней крышками, снабженными патрубками входа и выхода охлаждаемого воздуха, внутри которого помещены верхняя и нижняя трубные решетки, соединенные между собой воздушными трубками, проходящими через подъемные гильзы и отверстия в горизонтальных перегородках, разделяющих полость корпуса на ступени подъема и охлаждения и прикрепленных к внутренней поверхности корпуса, причем каждая подъемная гильза на следующей перегородке покрыта опускным колпаком, зазоры между гильзой и воздушной трубкой, гильзой и опускным колпаком заполнены пористой насадкой, гильза и опускные колпаки изготовлены из гидрофильного материала или покрыты им, верхняя и нижняя ступени подъема и охлаждения соединены циркуляционной трубой с гидрозатвором.

Техническим результатом изобретения является снижение температуры охлаждаемого воздуха путем использования эффекта поднятия воды в капиллярах и охлаждения ее при этом.

На чертеже представлена предлагаемая установка.

Капиллярная охлаждающая установка (КОУ) содержит корпус 1 с верхней и нижней крышками 2, снабженными патрубками входа и выхода охлаждаемого воздуха 3 и 4 соответственно, верхнюю и нижнюю трубные решетки 5, внутри которого размещены горизонтальные перегородки 6, делящие корпус 1 на ступени подъема и охлаждения 7, прикрепленные к внутренней поверхности корпуса 1 и снабженные отверстиями для пропуска подъемных гильз 8, каждая из которых накрыта сверху опускным колпаком 9 и соединяет попарно близлежащие секции 7, которые установлены таким образом, чтобы между верхней кромкой гильзы 8 и крышкой колпака 9, нижней кромкой гильзы 8 и горизонтальной перегородкой 6, между нижней кромкой колпака 9 и уровнем воды на перегородке 6 существовали зазоры воздушных труб 10, проходящих коаксиально внутри подъемных гильз 8 и через опускные колпаки 9, соединяющих верхнюю и нижнюю решетки 5, зазоры между воздушными трубками 10, подъемными гильзами 8 и опускным колпаком 9 заполнены пористой насадкой 11. Верхняя и нижняя ступени 7 соединены циркуляционной трубой с гидрозатвором 12 и подпиткой 13, причем подъемные гильзы 8 и опускные колпаки 9 изготовлены из гидрофильного материала или покрыты им.

В основу работы предлагаемого устройства положен способ капиллярного поднятия уровня жидкости, осуществляемый при помощи открытого с обоих концов стеклянного капиллятора, погружаемого открытым концом в жидкость, в результате чего уровень жидкости внутри капиллятора повышается относительно уровня свободной поверхности жидкости одновременно со снижением поверхностного теплосодержания жидкости /3/, причем функцию капилляра в предлагаемом устройстве выполняет пористая насадка 11, помещенная в гильзу 8 и под колпак 9.

КОУ работает следующим образом. Через подпитку 13 и циркуляционную трубу 12 подается вода в нижнюю ступень подъема и охлаждения 7 до тех пор, пока нижняя часть подъемных гильз 8 этой секции не окажется затопленной, после чего начинается подъем этой воды за счет капиллярных сил по пористой насадке 11 до опускного колпака 9, расположенного над водосборной перегородкой 6 вышерасположенной ступени подъема и охлаждения 7 на расстоянии, достаточном для образования свободной поверхности жидкости на перегородке 6, и некоторого зазора между нижней кромкой колпака 9 и свободной поверхности воды на перегородке 6. В то же время через патрубок 3 в трубное пространство КОУ начинается подача воздуха на охлаждение. После насыщения насадки 11 гильз 8 первого ряда, считая снизу, жидкостью последняя притягивается к внутренней гидрофильной поверхности подъемных гильз 8, на которых в результате свойства неразрывности потока жидкости /4/ происходит ее накопление и затем стекание вниз под действием сил тяжести на вторую водосборную перегородку 6, считая от низа. В то же время воздух, проходящий по трубам 10 через данную ступень подъема и охлаждения 7 через стенку трубы 10, отдает часть своего тепла воде, движущейся по насадке 11, частично охлаждаясь при этом и компенсируя тем самым энергию жидкости, затраченной ее на подъем. После затопления нижней части подъемных гильз 8 следующего ряда на вышележащей ступени 7 процесс подъема жидкости и охлаждения воздуха повторяется и проходит аналогично на всех последующих по ходу жидкости ступенях до самой верхней водосборной перегородки 6, из которой вода постоянно сливается по циркуляционной трубе 12 на нижнюю водосборную перегородку, функцию которой на первой ступени 7 выполняет нижняя трубная решетка 5, замыкая таким образом цикл по жидкости, а воздух, пройдя последовательно от верха до низа через все ступени охлаждения 7, охлаждается и из патрубка 4 подается потребителю. Теоретическую высоту подъема ступени 7 (расстояние между двумя близлежащими водосборными перегородками 6) находят из выражения для определения поверхностного натяжения /3/

где L длина капилляра (принимается равной высоте h секции подъема), м;
σ коэффициент поверхностного натяжения жидкости, н/м;
g ускорение свободного падения, м/с²;
r_ж плотность жидкости, кг/м³;
ρ_п плотность газа над поверхностью жидкости, кг/м³;
α краевой угол смачивания, град.

R радиус капилляра (принимается равным среднему радиусу пористой насадки), м.

Действительная высота h подъемной ступени 7 с учетом потерь принимается значительно меньше теоретической.

Предлагаемая установка обеспечивает охлаждение воздуха до температуры, более низкой температуры подаваемой воды, с использованием энергии самого воздуха, что обеспечивает значительную экономию энергозатрат при проведении процессов охлаждения газов и жидкостей.

Использование: в холодильной технике для кондиционирования воздуха с использованием заключенной в нем энергии. Сущность изобретения: установка содержит корпус с верхней и нижней крышками, внутри которого помещены ступени подъема и охлаждения с воздушными трубками и капиллярной насадкой. 1 ил.

Капиллярная охлаждающая установка, включающая корпус, снабженный патрубками входа и выхода охлаждаемого газа, расположенную внутри него систему охлаждения газа, отличающаяся тем, что система охлаждения газа состоит из верхней и нижней трубных решеток, соединенных между собой газовыми трубками, а пространство между трубными решетками разделено горизонтальными перегородками, образующими ступени подъема жидкости с высотой, равной или меньшей

где h высота одной ступени подъема жидкости, м;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
α - краевой угол смачивания, град.

R радиус капилляра, м;
g ускорение свободного падения, м/с²;
ρ_ж- плотность жидкости, кг/м³;
ρ_п- плотность воздуха над поверхностью воды, кг/м³,
через которые коаксиально проходят газовые трубки и в шахматном порядке подъемные гильзы с опускными колпаками, выполненные из гидрофильного материала или покрытые им, а их внутренняя плотность заполнена пористой насадкой, и установленные таким образом, чтобы между нижней кромкой подъемной гильзы и горизонтальной перегородкой, между нижней кромкой опускного колпака и уровнем воды на горизонтальной перегородке существовали зазоры, причем нижние части подъемных гильз расположены на низлежащей горизонтальной перегородке на всех ступенях подъема и охлаждения соответственно, кроме того, верхняя и нижняя трубные решетки соединены между собой циркуляционной трубой с гидрозатвором.