КОНДИЦИОНЕР Российский патент 2001 года по МПК F24F5/00 F25B9/04 

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха, а именно к кондиционерам, работающим с применением вихревых труб, и может быть использовано для охлаждения помещений с низкой влажностью, в горячих, литейных цехах, а также в районах с сухим и жарким климатом.

Известна система кондиционирования воздуха кабины транспортного средства, которая содержит источник сжатого воздуха, например компрессор, навешенный на двигатель. Компрессор соединен с теплообменником, выполненным в виде оребренной емкости, плотно прижатой к раме и осуществляющей теплообмен за счет комбинации конвективного и контактного способов. Выход теплообменника соединен с входом вихревой трубы, горячий и холодный конец которой через трубопроводы сообщен со смесителем, которым регулируется подача в кабину воздуха нужной температуры (1).

Общими признаками заявляемого устройства и аналога является наличие вихревой трубы и смесителя, а также системы трубопроводов. Холодный конец вихревой трубы соединен со смесителем.

Устройство - аналог позволяет снизить стоимость и упростить конструкцию системы кондиционирования за счет использования процессов конвективного и кондуктивного теплообмена вместо дорогостоящей турбохолодильной установки. Положительным является 100% использование воздуха, подаваемого из компрессора. Для теплообмена использован вентилятор системы охлаждения двигателя. Недостатком аналога являются достаточно большие энергетические затраты, отсутствие увлажнения воздуха.

Известна также установка для кондиционирования воздуха, которая содержит вихревую трубу, горячий конец которой выполнен оребренным с установленным на нем регулирующим вентилем и расположен в камере охлаждения. Регулирующий вентиль сообщен с атмосферой и теплообменником, а холодный конец вихревой трубы с потребителем через камеру наддува. Теплообменник выполнен в виде оребренного воздуховода и сообщен через электроэжектор с камерой наддува. Камера охлаждения имеет в корпусе оппозитно расположенные отверстия и эжектор для выхода в атмосферу охлажденного воздуха (2).

Общими признаками заявляемого устройства и описанного аналога является наличие вихревой трубы и камеры охлаждения, в которой расположена горячая часть вихревой трубы.

Устройство - аналог позволяет регулировать аэродинамические и температурные характеристики охлажденного воздушного потока, поступающего к потребителю.

Недостатком аналога является то, что его конструкция не позволяет использовать в кондиционировании весь подаваемый турбокомпрессором воздух, а только около 60%, остальная часть используется для эжектирования наружного воздуха, который поступает через отверстия в камеру охлаждения и обдувает оребренный горячий конец вихревой трубы, охлаждая его. При высокой наружной температуре эжектирование снижает эффект кондиционирования. Кроме того, недостатком аналога являются достаточно большие энергетические затраты, отсутствие увлажнения воздуха.

В качестве прототипа выбран аппарат для термовлажностной обработки воздуха, содержащий вихревую трубу с тангенциальным соплом, соединенным с воздухожидкостным смесителем, который через дозатор сообщен с баком для воды. Вход воздухожидкостного смесителя и надводяное пространство бака соединено с воздухопроводом высокого давления. Канал энергетического разделения в вихревой трубе заключен между каналом для выпуска горячего воздуха и диафрагмой перед патрубком для выпуска холодного воздуха. В канале установлен регулирующий клапан. Патрубок для выпуска холодного воздуха сообщен со смесителем эжекторного типа. Выход смесителя обращен к потребителю. Коаксиально каналу энергетического разделения расположен канал возврата увлажненного горячего воздуха, по которому горячий воздух поступает в смеситель эжекторного типа. Вихревая труба снабжена камерой-газосборником, соединенной с каналом энергетического разделения и каналом возврата горячего воздуха (3).

Общими признаками заявляемого устройства и прототипа является наличие вихревой трубы с тангенциальным вводом сжатого воздуха, смесителя, камеры-газосборника и системы трубопроводов. Холодный вывод вихревой трубы сообщен со смесителем, а горячий - с камерой-газосборником.

Положительным в прототипе является то, что в смешении на выходе участвуют оба разделенных в вихревой трубе потока (горячий и холодный), т.е. достигается 100% использование сжатого воздуха. Аппарат отличается компактностью и малым весом. К потребителю поступает смесь, являющаяся влажным воздухом с высокой относительной влажностью при температуре 35 - 40^oC.

Недостатком прототипа является то, что для работы вихревой трубы необходимо достаточно высокое давление сжатого воздуха, чтобы обеспечить смешение воздуха с водой перед подачей в тангенциальное сопло вихревой трубы. Это увеличивает энергетические затраты. Другим недостатком прототипа является достаточно высокая температура (35 - 40^oC) смеси, поступающей к потребителю. Кроме того, забор воды осуществляется на входе в вихревую трубу, что снижает эффективность ее работы.

Технической задачей, решаемой заявляемым устройством, является уменьшение энергетических затрат при 100% использовании подаваемого сжатого воздуха, увлажнение и получение температуры кондиционированного воздуха в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами, использование вихревой трубы, работающей на низких давлениях.

Задача решена тем, что кондиционер, содержащий систему трубопроводов и вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством, и горячим, соединенным с камерой газосборником, согласно изобретению снабжен камерой охлаждения с налитой в нее водой, устройством поддержания уровня воды и диспергатором, вход которого соединен трубопроводом с камерой-газосборником, а выход со смесительно-распределительным устройством, причем горячая часть вихревой трубы с камерой-газосборником и диспергатор установлены в камере охлаждения, соединенной трубопроводом с устройством поддержания уровня воды.

Новые отличительные признаки: камера охлаждения с налитой в нее водой, устройство поддержания уровня воды, соединенное трубопроводом с камерой охлаждения и диспергатор необходимы для обеспечения охлаждения водой горячей части корпуса вихревой трубы, установленной внутри камеры охлаждения.

Диспергатор позволяет получить воду в мелкодисперсном состоянии, обеспечивает увлажнение горячего потока воздуха, поступающего в него из камеры-газосборника.

Из форсунки диспергатора мелкодисперсная влага поступает в камеру охлаждения, где происходит процесс испарения и конденсации, что в свою очередь способствует охлаждению всех узлов, расположенных в камере.

Тангенциальный ввод сжатого воздуха позволяет использовать в кондиционере вихревую трубу, работающую на низких давлениях от 0,08 до 0,2 МПа, что позволяет снизить энергетические затраты.

Входной патрубок задает направление потоку сжатого воздуха, поступающего в вихревую трубу. Из-за меньшей длины пути закрученного потока происходит меньший нагрев воздуха за счет трения о внутреннюю поверхность вихревой трубы.

100% использование подаваемого сжатого воздуха обеспечивается поступлением в смесительно-распределительное устройство холодной и горячей составляющей вихревого потока воздуха. Смесительно-распределительное устройство содержит цилиндрические емкости с перфорациями разного диаметра, что позволяет гасить шум вихревых потоков и перераспределять воздух по всему объему, добиваясь более тщательного перемешивания. Из диспергатора насыщенный мелкодисперсной влагой воздух поступает по трубопроводу в смесительно-распределительное устройство, где перемешивается с холодным потоком, поступающим из вихревой трубы. Потоки перемешиваются, наполняя весь объем устройства, и затем поступают к потребителю в нужном направлении.

Перечисленные конструктивные узлы, их расположение и соединение между собой позволяют решить поставленную техническую задачу: получить увлажненный воздух с температурой, соответствующей санитарно- гигиеническим нормам.

Совокупность отличительных признаков заявляемого устройства не обнаружена по патентной и научно- технической литературе.

На чертеже приведена схема заявляемого кондиционера.

На чертеже обозначено следующее:
1 - вихревая труба
2 - входной патрубок
3 - патрубок вывода холодного потока
4 - трубопровод
5 - смесительно-распределительное устройство
6 - крестовидный тормоз
7 - коническая диафрагма
8 - камера охлаждения
9 - трубопровод
10 - устройство поддержания уровня воды
11 - камера - газосборник
12 - трубопровод
13 - диспергатор
14 - трубопровод
Кондиционер содержит вихревую трубу 1 с тангенциальным вводом сжатого воздуха через входной патрубок 2, установленный по касательной к внутренней поверхности вихревой трубы 1. Патрубок 3 вывода холодного потока соединен трубопроводом 4 со смесительно-распределительным устройством 5.

На другом конце вихревой трубы 1 установлен крестовидный тормоз 6 и коническая диафрагма 7, через которую выходит горячий поток воздуха.

Горячая часть вихревой трубы 1 установлена в камере охлаждения 8, в которую налита вода. Камера охлаждения 8 соединена трубопроводом 9 с устройством для поддержания уровня воды 10. Горячий вывод вихревой трубы 1 помещен в камеру-газосборник 11, который трубопроводом 12 соединен с входом диспергатора 13, закрепленным внутри камеры охлаждения 8. Выход диспергатора 13 трубопроводом 14 сообщен со смесительно-распределительным устройством 5.

Смесительно-распределительное устройство 5 содержит цилиндрические емкости разного диаметра с перфорациями по длине цилиндров. Вывод к потребителю кондиционированного воздуха в нужном направлении осуществляется через перфорацию на торцовой стороне смесительно-распределительного устройства 5.

Кондиционер работает следующим образом. Сжатый воздух, пройдя очистку, поступает через входной патрубок 2 в вихревую трубу 1, где он закручивается и разделяется на два потока: холодный и горячий. Струи холодного потока поворачивают к оси вихревой трубы 1 и выходят через диафрагму (на чертеже не обозначена) и патрубок 3 вывода холодного потока и поступают через трубопровод 4 в смесительно-распределительное устройство 5.

Торможение закрученного потока производится крестовидным тормозом 6 с втулкой для лучшего формирования холодной составляющей. За тормозом 6 установлена коническая диафрагма 7, через которую горячий поток отводится в камеру-газосборник 11, в котором происходит выравнивание давления воздуха.

Горячий воздух из камеры-газосборника 11 поступает по трубопроводу 12 на вход диспергатора 13. В процессе своей работы диспергатор 13 засасывает воду, находящуюся на дне камеры охлаждения. Через форсунки часть воды выбрызгивается в камеру, где происходит процесс испарения и конденсации, в результате корпус вихревой трубы охлаждается. Температура воды из форсунки диспергатора 13 не поднимается выше 25^oC, что позволяет осуществлять рециркуляцию.

Кроме того, воздух, поступающий в диспергатор 13, насыщается мелкодисперсной влагой. В результате увлажнения воздуха его температура падает. Воздух из диспергатора 13 имеет температуру ниже, чем на входе. По трубопроводу 14 увлажненный воздух поступает в смесительно-распределительное устройство 5, где он перераспределяется через перфорации по всему объему и перемешивается с поступающим из вихревой трубы 1 по трубопроводу 4 холодным потоком, и далее поступает к потребителю в нужном направлении через перфорации на торцевой стороне смесительно-распределительного устройства 5.

Температура воздуха из смесительно-распределительного устройства ниже температуры воздуха, подаваемого на вход вихревой трубы. Перепад температуры составляет 8-15^oC.

Опытным путем подобраны параметры вихревой трубы: ее длина и внутренний диаметр, диаметры диафрагм для вывода холодной и горячей составляющей потока, диаметр входного патрубка и наклон относительно оси вихревой трубы, что способствует более плавному входу сжатого воздуха. Направление потока уже задается расположением входного патрубка, что позволяет вихревой трубе работать на малых давлениях.

Контроль за давлением входного сжатого воздуха осуществляется с помощью манометров и регулируется вентилем. Температура сжатого воздуха контролируется термоэлектрическим термометром. Возможна автоматическая и ручная регулировка поддержания уровня воды (долив воды через 4-5 часов непрерывной работы), а также автоматическое регулирование влажности.

Кондиционер работает плавно и без вибраций, при малых энергетических затратах, на низком давлении сжатого воздуха и имеет коэффициент использования воздуха, равный 1 (100% использование сжатого воздуха).

Кондиционер вырабатывает увлажненный воздух, обеспечивая комфортные условия для потребителей.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1772002, кл. В 60 H 3/00, Б.И. N 40, 1992 г., приоритет 25.07.90 г.

2. Авторское свидетельство 1803680, кл. F 24 F 5/00, F 25 B 9/02, Б.И. N 11, 1993 г., приоритет 16.04.90 г.

3. Авторское свидетельство 1820157, кл. F 25 B 9/02, B 64 D 13/06, Б.И. N 21, 1993 г., приоритет 21.03.90 г.

Изобретение используется для охлаждения помещений с низкой влажностью, в горячих, литейных цехах, а также в районах с сухим жарким климатом. Кондиционер содержит вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством, и горячим, соединенным с камерой-газосборником, а также камеру охлаждения с налитой в нее водой, устройство поддержания уровня воды, соединенное с камерой охлаждения, и диспергатор, вход которого соединен трубороводом с камерой-газосборником, а выход - со смесительно-распределительным устройством, причем горячая часть вихревой трубы с камерой-газосборником и диспергатор установлены в камеры охлаждения. Технический результат заключается в уменьшении энергетических затрат, увлажнении и получении температуры кондиционированного воздуха в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами, использовании низкого давления сжатого воздуха. 1 ил.

Кондиционер, содержащий систему трубопроводов и вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством, и горячим, соединенным с камерой-газосборником, отличающийся тем, что он снабжен камерой охлаждения с налитой в нее водой, устройством поддержания уровня воды и диспергатором, вход которого соединен трубопроводом с камерой-газосборником, а выход - со смесительно-распределительным устройством, причем горячая часть вихревой трубы с камерой-газосборником и диспергатор установлены в камере охлаждения, соединенной трубопроводом с устройством поддержания уровня воды.