КОНДИЦИОНЕР Российский патент 2003 года по МПК F24F5/00 F24F3/14 

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 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 поддува. Камера охлаждения имеет в корпусе оппозитно расположенные отверстия и эжектор для выхода в атмосферу охлажденного воздуха [1].

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

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 большие энергетические затраты, отсутствие увлажнения воздуха.

Известен также аппарат для термовлажной 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 [2].

Общими признаками заявляемого кондиционера и описанного аналога является наличие вихревой трубы с тангенциальным вводом сжатого воздуха, смесителя и системы трубопроводов. Холодный вывод вихревой трубы сообщен со смесителем.

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

Недостатком аналога 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 аналога является достаточно высокая температура (35-40^oС) смеси, поступающей к потребителю. Кроме того, забор воды осуществляется на входе в вихревую трубу, что снижает эффективность ее работы.

В качестве прототипа выбран 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, 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 [3].

Общими признаками заявляемого кондиционера и прототипа является наличие смесительно-распределительного устройства, камеры охлаждения с налитой в нее водой, соединенной с устройством поддержания уровня воды, системы трубопроводов и установленных в камере охлаждения диспергатора и вихревой трубы с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством.

Положительным в прототипе является то, что в смешении на выходе участвуют оба разделенных в вихревой трубе потока, т. е. достигается 100% использование сжатого воздуха.

Однако прототип имеет недостаточную эффективность, так как воздух, поступающий в смесительно-распределительное устройство из торцевой части диспергатора, не успевает остыть и его температура выше, чем температура входного воздуха.

Технической задачей, решаемой заявляемым устройством, является повышение эффективности путем дополнительного, более глубокого охлаждения кондиционированного воздуха.

Задача решена тем, что кондиционер, содержащий смесительно-распределительное устройство, камеру охлаждения с налитой в нее водой, соединенную с устройством поддержания уровня воды, систему трубопроводов и установленные в камере охлаждения диспергатор и вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством, согласно изобретению снабжен теплообменником, фильтром и второй камерой охлаждения с закрепленными в ней дополнительным диспергатором, развитой поверхностью и вентилятором, при этом теплообменник установлен между горячим выводом вихревой трубы и диспергатором, а фильтр - между камерами охлаждения, дополнительный диспергатор соединен с источником сжатого воздуха, а вторая камера охлаждения сообщена со смесительно-распределительным устройством.

Новые отличительные признаки: теплообменник, фильтр, вторая камера охлаждения, дополнительный диспергатор, развитая поверхность и вентилятор.

Теплообменник, установленный между горячим выводом вихревой трубы и диспергатором необходим для охлаждения горячего потока воздуха. На теплообменник и горячую часть вихревой трубы из форсунки диспергатоpa попадает мелкодисперсная влага, вызывая процесс испарения и конденсации, что способствует охлаждению всех узлов, расположенных в камере.

Фильтр установлен между двумя камерами охлаждения и отсекает излишнюю влагу из воздуха, поступающего во вторую камеру охлаждения и далее через воздухораспределительные заслонки в смесительно-распределительное устройство.

Дополнительный диспергатор и вентилятор, обдувая развитую поверхность способствуют более глубокому охлаждению потока воздуха, поступающего во вторую камеру охлаждения. Пластины развитой поверхности имеют шероховатости, которые препятствуют скатыванию с поверхности воды, увеличивают контакт воздуха с мелкодисперсной влагой, которую вырабатывает дополнительный диспергатор.

Во второй камере охлаждения обеспечивается повышение эффективности охлаждения поступающего в нее воздуха.

Вентилятор способствует ликвидации застойных зон, увеличению объема выходного холодного воздуха и рециркуляции.

Перечисленные новые конструктивные элементы, их расположение и соединения между собой позволяют решить поставленную техническую задачу - повысить эффективность работы созданного устройства.

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

На чертеже приведена схема заявляемого кондиционера, где:
1 - вихревая труба
2 - вывод холодного потока
3 - вывод горячего потока
4 - трубопровод
5 - источник сжатого воздуха
6 - трубопровод
7 - смесительно-распределительное устройство
8 - камера охлаждения
9 - трубопровод
10 - устройство для поддержания уровня воды
11 - трубопровод
12 - теплообменник
13 - диспергатор
14 - вторая камера охлаждения
15 - фильтр
16 - дополнительный диспергатор
17 - развитая поверхность
18 - вентилятор
19 - трубопровод
20 - воздухораспределительные заслонки
21 - глушитель шума
22 - выходные отверстия
Кондиционер содержит вихревую трубу 1 с тангенциальным вводом сжатого воздуха, который поступает по трубопроводу 4 от источника 5 сжатого воздуха, например компрессора или нагнетателя. Вывод 2 холодного потока вихревой трубы 1 соединен трубопроводом 6 со смесительно-распределительным устройством 7.

Вихревая труба 1 установлена в камере охлаждения 8, в которую налита вода.

Камера охлаждения 8 соединена трубопроводом 9 с устройством для поддержания уровня воды 10. Вывод 3 горячего потока вихревой трубы 1 соединен трубопроводом 11 с теплообменником 12 и далее с диспергатором 13, которые также установлены в камере охлаждения 8. Между камерами охлаждения установлен фильтр 15. Во второй камере охлаждения 14 жестко закреплены дополнительный диспергатор 16, развитая поверхность 17 и вентилятор 18.

Дополнительный диспергатор 16 трубопроводом 19 соединен с источником 5 сжатого воздуха. Вторая камера охлаждения 14 сообщена со смесительно-распределительным устройством 7 через воздухораспределительные заслонки 20.

Смесительно-распределительное устройство 7 содержит цилиндрические емкости разного диаметра с перфорациями по длине цилиндров. Вывод к потребителю кондиционированного воздуха в нужном направлении осуществляется через выходные отверстия 22 на торцевой стороне корпуса смесительно-распределительного устройства 7.

Кондиционер работает следующим образом.

Сжатый воздух из источника 5 сжатого воздуха (компрессора или нагнетателя), пройдя очистку, поступает через тангенциальный ввод 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 через вывод 2 холодного потока по трубопроводу 6 поступают в смесительно-распределительное устройство 7, проходя глушитель шума 21.

Через вывод 3 горячий поток из вихревой трубы 1 по трубопроводу 11 поступает в теплообменник 12 и далее на вход диспергатора 13. В процессе своей работы диспергатор 13 засасывает воду, находящуюся на дне камеры охлаждения 8. Через форсунки часть воды вбрызгивается в камеру, где происходит процесс испарения и конденсации, в результате теплообменник 12 и корпус вихревой трубы 1 охлаждаются. Из торцевого вывода диспергатора 13 часть воды вбрызгивается во вторую камеру охлаждения 14. Во второй камере охлаждения 14 установлен дополнительный диспергатор 16 меньшей мощности, развитая поверхность 17 и вентилятор 18.

Развитая поверхность 17 представляет собой ряд пластин с шероховатой поверхностью для увеличения контакта воздуха с влагой.

Между камерами охлаждения 8 и 14 установлен фильтр 15, который отсекает избыточную влагу из воздуха, поступающего из первой камеры охлаждения во вторую.

Дополнительный диспергатор 16 засасывает воду, находящуюся на дне камеры охлаждения 8, и вбрызгивает мелкодисперсную влагу, которая заполняет вторую камеру охлаждения 14.

Вентилятор 18 обдувает пластины развитой поверхности 17, способствует ликвидации застойных зон, увеличению объема выходящего холодного воздуха и рециркуляции.

Во второй камере происходит более глубокое охлаждение воздуха и насыщение его влагой.

В кондиционере реализуется вихревой и испарительный принцип работы.

В результате увлажнения воздуха его температура падает. Воздух из диспергаторов имеет температуру ниже, чем на входе. В смесительно-распределительном устройстве 7 происходит перемешивание увлажненных воздушных потоков, поступающих из второй камеры охлаждения 14 через воздухораспределительные заслонки 20, и холодного потока, поступающего из вихревой трубы, который предварительно поступает в глушитель шума 21, а затем воздух поступает в нужном направлении к потребителю.

Температура воздуха из смесительно-распределительного устройства ниже температуры воздуха, подаваемого на вход вихревой трубы. Перепад температуры соответствует санитарно-гигиеническим нормам.

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, имеет 100% использование сжатого воздуха.

Кондиционер вырабатывает увлажненный воздух, обеспечивая комфортные условия для потребителей. В кондиционере достигается повышение эффективности его работы, что позволяет расширить сферу его применения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство SU 1803680 A1, 23.03.1993.

2. Авторское свидетельство SU 1820157 A1, 07.06.1993.

3. RU 2177587 С1, 27.12.2001.

Изобретение используется для охлаждения помещений с низкой влажностью, в горячих, литейных цехах, а также в районах с сухим и жарким климатом. Кондиционер содержит смесительно-распределительное устройство, камеру охлаждения с налитой в нее водой, соединенную с устройством поддержания уровня воды, систему трубопроводов и установленные в камере охлаждения диспергатор и вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством. Кондиционер снабжен теплообменником, фильтром и второй камерой охлаждения с закрепленными в ней дополнительным диспергатором, развитой поверхностью и вентилятором, при этом теплообменник установлен между горячим выводом вихревой трубы и диспергатором, а фильтр - между камерами охлаждения, дополнительный диспергатор соединен с источником сжатого воздуха, а вторая камера охлаждения сообщена со смесительно-распределительным устройством. Техническим результатом является повышение эффективности путем дополнительного охлаждения кондиционированного воздуха. 1 ил.

Кондиционер, содержащий смесительно-распределительное устройство, камеру охлаждения с налитой в нее водой, соединенную с устройством поддержания уровня воды, систему трубопроводов и установленные в камере охлаждения диспергатор и вихревую трубу с тангенциальным вводом сжатого воздуха, с холодным выводом, соединенным со смесительно-распределительным устройством, отличающийся тем, что он снабжен теплообменником, фильтром и второй камерой охлаждения с закрепленными в ней дополнительным диспергатором, развитой поверхностью и вентилятором, при этом теплообменник установлен между горячим выводом вихревой трубы и диспергатором, а фильтр - между камерами охлаждения, дополнительный диспергатор соединен с источником сжатого воздуха, а вторая камера охлаждения сообщена со смесительно-распределительным устройством.