УСТРОЙСТВО КОСВЕННО-ИСПАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА (ГАЗА) Российский патент 1999 года по МПК F24F3/14 

Изобретение относится к области вентиляции, кондиционирования воздуха и охлаждения газов методом косвенно- испарительного охлаждения.

Метод косвенно-испарительного охлаждения заключается в том, что воздух охлаждают при постоянном влагосодержании, пропуская его по каналу с влагонепроницаемыми стенками, находящимися в теплообменном состоянии со смежным влажным каналом, по которому противотоком подается другой поток воздуха.

Известно устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (а.с. СССР 407520 МКИ F 24 F 3/14 1972 г.). Оно содержит корпус с емкостью для воды, теплообменные секции с сухими и смежными влажными каналами, в которых сухие каналы образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные - стенками из капиллярно-пористого материала, заглушенными со стороны входа основного потока, воздухораспределительную камеру, патрубки входа и выхода потоков.

Недостатком известного устройства является большое аэродинамическое сопротивление проточного тракта, которое равно сумме сопротивлений проточных трактов общего и вспомогательного потоков. Большая величина этого сопротивления ведет к снижению расхода охлажденного воздуха, а следовательно, и к снижению холодопроизводительности системы, которая зависит от расхода охлажденного воздуха и температуры его охлаждения.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (патент РФ N 2031317 МКИ F 24 F 1/02 1992 г.).

Оно содержит вентилятор подачи основного и вспомогательного потока, корпус с патрубками входа потоков, размещенные в корпусе емкость для воды, теплообменные секции с сухими и смежными влажными каналами, газораспределительную камеру, при этом сухие каналы образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные - стенками из капиллярно-пористого материала с возможностью контакта последнего с водой в емкости, причем влажные каналы всех секций заглушены со стороны патрубков входа потоков и сообщены с патрубками выхода влажного вспомогательного потока, а входы в сухие каналы секций сообщены патрубками с выходом вентилятора.

Это устройство имеет большую холодопроизводительность в сравнении с аналогичным техническим решением по а.с. 407520 за счет снижения аэродинамического сопротивления каналов основного и вспомогательного потоков и повышения температурной эффективности охлаждения. В пределе техническое решение позволяет охладить основной поток до точки росы.

К недостаткам известного устройства по патенту N 2031317 относится следующее:
а) Во входные патрубки поступает полный поток воздуха, равный сумме основного и вспомогательного потоков, что не позволяет использовать воздушные (или газовые) потоки с различными характеристиками по температуре, влажности и газовому составу, и требует больших затрат энергии на создание напора полного потока.

б) Уменьшение доли вспомогательного потока в полном потоке очень важно, так как увеличивается доля основного охлажденного потока, поступающего потребителю.

Однако уменьшение этой доли в существующем устройстве ниже 40% ведет к снижению температурной эффективности и снижению холодопроизводительности. Это происходит из-за того, что в существующей конструкции отношение площадей испарительных поверхностей, охлаждающих основной и вспомогательные потоки, составляет 1: 1, так как для охлаждения потоков используются одни и те же влажные каналы, и при изменении соотношения расходов вспомогательного и основного потоков соотношение площадей испарительных поверхностей остается неизменным.

Снижение доли вспомогательного потока в полном потоке очень важно при использовании устройства косвенно-испарительного охлаждения совместно с системой осушения, так как вспомогательный поток, на осушение которого затрачена энергия, после насыщения влагой выбрасывается в атмосферу, потому чем меньше величина его доли в полном потоке, тем выше КПД всей установки.

в) Для получения необходимого соотношения расходов основного и вспомогательного потоков в существующем устройстве на выходных патрубках установлены регуляторы, которые создают дополнительное аэродинамическое сопротивление.

г) В существующих устройствах увлажненный вспомогательный поток удаляется с температурой ниже температуры полного потока, что снижает эффективность охлаждения основного потока.

Предложенное техническое решение направлено на существенное увеличение эффективности охлаждения основного потока, поступающего потребителю, независимо от влажности этого потока при снижении доли вспомогательного потока до 25 - 30% от полного потока, а также использование в процессе охлаждения потоков с различными характеристиками по температуре, влажности и газовому составу.

Этот результат достигается тем, что вход сухих каналов части теплообменных секций соединен с патрубками входа вспомогательного потока, а выход с газораспределительной камерой, вход сухих каналов другой части теплообменных секций соединен с патрубками входа основного потока, а выход с патрубками выхода охлажденного основного потока, при этом газораспределительная камера расположена на выходе из сухих каналов теплообменных секций вспомогательного потока и газодинамически сообщена со входами влажных каналов всех секций, а соотношение площадей испарительных поверхностей, охлаждающих основной и вспомогательные потоки, выполнено равным или большим соотношению расходов этих потоков, при этом патрубок выхода влажного вспомогательного потока выполнен в виде камеры, внутри которой смонтированы, с возможностью обдува влажным вспомогательным потоком, патрубки входа основного и вспомогательного потоков. Устройство также снабжено дополнительной емкостью с водой, установленной на выходе из теплообменной секции основного потока и соединенной трубкой с основной емкостью, при этом в патрубке выхода охлажденного потока установлена воздухопроницаемая решетка, опущенная в дополнительную емкость с водой, при этом решетка может быть выполнена из капиллярно-пористого материала.

В предложенном устройстве существенно повышается эффективность охлаждения. Это достигается следующим конструктивным решением:
а) Разделение теплообменных секций на секции вспомогательного потока и секции основного потока, монтаж газораспределительной камеры на выходе из сухих каналов теплообменных секций вспомогательного потока и газодинамическое сообщение ее со входами влажных каналов всех секций позволяет с наименьшими аэродинамическими и тепловыми потерями оптимально распределить охлажденный вспомогательный поток по всем влажным каналам, выполнить соотношение площадей охлаждающих поверхностей вспомогательного и основного потоков равным или большим соотношения расходов этих потоков без увеличения аэродинамического сопротивления, повысить эффективность тепломассообмена во влажных каналах и интенсивность охлаждения основного потока, при существенном уменьшении его аэродинамического сопротивления.

б) Выполнение патрубка выхода влажного вспомогательного потока в виде камеры, внутри которой смонтированы, с возможностью обдува влажным вспомогательным потоком, патрубки входа основного и вспомогательного потоков, обеспечивает удаление отработанного влажного вспомогательного потока с максимально возможной температурой, близкой к температуре входящего потока, что повышает температурную эффективность охлаждения.

в) Разделение потоков перед входом в теплообменные секции позволяет изменять соотношение расходов потоков с помощью нагнетающих вентиляторов, что снижает аэродинамическое сопротивление системы, так как отсутствуют регуляторы на выходных патрубках.

г) Разделение вспомогательного и основного потоков перед входом в теплообменные секции позволяет подавать воздух (газ) в теплообменные секции вспомогательного и основного потоков с разными характеристиками по температуре, влажности, что очень важно в случае работы в системе с осушителем, когда очень сухой воздух может подаваться в теплообменные секции вспомогательного потока, при этом в теплообменные секции основного потока может подаваться воздух с другими температурными и влажностными характеристиками, а температурная эффективность охлаждения основного потока не будет зависеть от его влажности.

д) Снабжение устройства дополнительной емкостью с водой, соединенной трубкой с основной емкостью, и установка в выходном патрубке охлажденного основного потока воздухопроницаемой решетки, опущенной в дополнительную емкость с водой, позволяет собирать влагу, конденсирующуюся в сухих каналах основного потока, при использовании вспомогательного потока с низкой влажностью (например, ниже 5 г/кг сухого воздуха) а основного потока с высокой влажностью (например, больше 10 г/кг сухого воздуха), при этом влага, конденсирующаяся из воздушного потока, поступает в основную ванну для увлажнения капиллярно-пористых пластин влажных каналов.

е) Выполнение воздухопроницаемой решетки из капиллярно-пористого материала позволяет в случае использования в качестве основного потока сухого воздуха увлажнять его со снижением температуры.

На фиг.1 представлен общий вид устройства косвенно-испарительного охлаждения с сечением по сухим каналам теплообменных секций; на фиг.2 - общий вид устройства с сечением по влажным каналам теплообменных секций; на фиг.3 - разрез по А-А, на фиг.4 - разрез по Б-Б, на фиг.5 - разрез по В-В, на фиг. 6 - разрез по Г-Г, на фиг.7 - вариант выполнения общего вида.

Устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (газов) содержит вентилятор 1 подачи основного потока 2, вентилятор 3 подачи вспомогательного потока 4, корпус 5 с емкостями для воды 6, патрубки 7 входа основного потока 2, патрубки 8 входа вспомогательного потока 4, патрубки 9 выхода охлажденного потока 10, патрубки 11 выхода влажного вспомогательного потока 12, теплообменные секции 13, 14, 15 с сухими каналами 16 и смежными влажными каналами 17, газораспределительную камеру 18. Сухие каналы 16 образованы стенками 19 из влагонепроницаемого материала, а влажные каналы 17 - стенками 20 из капиллярно-пористого материала с возможностью контакта последнего с водой в емкости 6. Влажные каналы 17 всех секций 13, 14 и 15 заглушены деталями 21 со стороны патрубков 7 и 8 входа потоков 2 и 4. Сухие каналы 16 секций 13 и 15 газодинамически последовательно сообщены на входе патрубками 7 основного потока 2 с выходом вентилятора 1 основного потока, а на выходе с патрубком 9 охлажденного потока 10. Сухие каналы 16 секции 14 газодинамически последовательно сообщены на входе патрубками 8 вспомогательного потока 4 с выходом вентилятора 3 вспомогательного потока, а на выходе с газораспределительной камерой 18, которая сообщена со входом всех влажных каналов 17 секций 13, 14 и 15, причем выходы влажных каналов 17 сообщены с патрубком 11 выхода вспомогательного потока 12. Патрубок 11 выхода вспомогательного потока выполнен в виде камеры 22, внутри которой смонтированы патрубки 7 и 8 входа основного и вспомогательного потоков, обдуваемые влажным вспомогательным потоком 12, выходящим из влажных каналов 17.

Устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (газа) может быть снабжено дополнительными емкостями 23 на выходе из теплообменных секций 13 и 15 и соединены трубками 24 с основной емкостью 6, при этом на патрубке 9 выхода охлажденного потока установлены воздухопроницаемые решетки 25, опущенные в дополнительные емкости 23.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Основной поток воздуха (газа) 2 подается вентилятором 1 через входные патрубки 7 в сухие каналы 16 теплообменных секций 13 и 15. Одновременно вспомогательный поток воздуха 4 подается вентилятором 3 через патрубки 8 в сухие каналы 16 теплообменных секций 14. Все сухие каналы 16 находятся в теплообменном состоянии с соседними влажными каналами 17. После прохождения вспомогательным потоком 4 сухих каналов 16 секций 14 этот поток охлаждается и поступает в газораспределительную камеру 18, из которой он поступает на вход во все влажные каналы 17 противотоком основному потоку 2 секций 13 и 15 и собственному вспомогательному потоку 4 секций 14. При этом за счет испарения влаги во влажных каналах 17 вследствие адиабатического процесса вспомогательный поток охлаждает через стенки 19 каналов 16 основной поток 2 и вспомогательный поток 4, проходящие по сухим каналам 16. Далее нагретый вследствие теплообмена с встречным основным потоком 2 и сухим вспомогательным потоком 4 влажный вспомогательный поток 12 поступает в патрубок 11, выполненный в виде камеры 22, внутри которой поток 12, обтекая патрубки 7 и 8 входа основного и вспомогательного потоков, обеспечивает дополнительный отбор тепла у входящих потоков 2 и 4, и через патрубок 26 удаляется в атмосферу.

Основной поток 2, проходя по сухим каналам 16 секций 13 и 15, охлаждается вспомогательным потоком и через патрубок 9 охлажденный поток 10 подается потребителю. При использовании сухого вспомогательного потока и охлаждении основного потока с высокой влажностью в сухих каналах 16 секций 13 и 15 может конденсироваться влага (вследствие охлаждения основного потока ниже его точки росы). Потому на выходе из секций 13 и 15 предложено установить дополнительную емкость с водой 23 и воздухопроницаемую решетку 25, которая собирает конденсирующуюся в сухих каналах 16 влагу и возвращает ее через трубку 24 в основную емкость 6.

В случае использования в качестве основного потока сухого воздуха воздухопроницаемую решетку предлагается изготавливать из капиллярно-пористого материала, опущенного в дополнительную емкость 23. Это позволяет основной охлажденный поток 10 увлажнять и адиабатически снижать его температуру.

Предложенное устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (газа) может быть использовано для глубокого охлаждения воздуха или газа независимо от его влажности и состава при использовании в качестве вспомогательного потока осушенного воздуха, а также для целей охлаждения воздуха в экологически чистых системах кондиционирования жилых и производственных помещений с загрязненной воздушной средой, при этом загрязненный вспомогательный поток может выбрасываться вне кондиционируемого помещения, а для охлаждения использоваться только чистый основной поток.

Устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха (газа) предназначено для глубокого охлаждения воздуха или газа независимо от его влажности и состава. Устройство содержит корпус с патрубками входа потоков, вентиляторы подачи основного и вспомогательного потоков, емкость для воды, теплообменные секции с сухими и влажными каналами, газораспределительную камеру, расположенную на выходе из сухих каналов теплообменных секций вспомогательного потока и газодинамически сообщенную с входами влажных каналов всех секций. Устройство позволяет существенно увеличить эффективность охлаждения основного потока независимо от влажности этого потока при снижении доли вспомогательного потока до 25-30% от полного потока. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство косвенно-испарительного охлаждения газов, содержащее вентилятор (вентиляторы) подачи основного и вспомогательного потоков, корпус с патрубками входа и выхода потоков, размещенные в корпусе емкость (емкости) для воды, теплообменные секции с сухими и смежными влажными каналами, газораспределительную камеру, при этом сухие каналы образованы стенками из влагонепроницаемого материала, а влажные - стенками из капиллярно-пористого материала с возможностью контакта последнего с водой в емкости, причем влажные каналы всех секций заглушены со стороны патрубков входа потоков и сообщены с патрубком выхода вспомогательного потока, а входы в сухие каналы секций сообщены патрубками с выходом вентилятора, отличающееся тем, что вход сухих каналов части теплообменных секций соединен с патрубками входа вспомогательного потока, а выход - с газораспределительной камерой, вход сухих каналов другой части теплообменных секций соединен с патрубками входа основного потока, а выход - с патрубками выхода охлажденного основного потока, при этом газораспределительная камера расположена на выходе из сухих каналов теплообменных секций вспомогательного потока и сообщена газодинамически со входом влажных каналов всех секций, а патрубок выхода вспомогательного потока выполнен в виде камеры, внутри которой смонтированы с возможностью обдува влажным вспомогательным потоком патрубки входа основного и вспомогательного потока. 2. Устройство косвенно-испарительного охлаждения газов по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной емкостью воды, установленной на выходе из теплообменных секций основного потока и соединенной трубкой с основной емкостью, при этом в патрубке выхода охлажденного основного потока установлена воздухопроницаемая решетка, опущенная в дополнительную емкость с водой. 3. Устройство косвенно-испарительного охлаждения газов по п. 2, отличающееся тем, что воздухопроницаемая решетка выполнена из капиллярно-пористого материала.