КОНДИЦИОНЕР Российский патент 2007 года по МПК F24F5/00 

Изобретение относится к автономным устройствам для кондиционирования воздуха и может быть использовано для регулирования параметров микроклимата в помещениях, кабинах и салонах транспортных средств и т.п.

Изобретение направлено на разработку высокоэффективного кондиционера на основе использования эффекта охлаждения воздуха в вихревой трубе. Вихревые трубы используются для кондиционирования воздуха как самостоятельно, так и в составе с другими блоками, ответственными за создание искусственного климата и комфортных условий в помещениях и транспортных средствах (например, RU №2213016 С2, 24.09.2001 г.).

Одной из задач, решаемой при разработке кондиционеров на основе вихревой трубы, является эффективное охлаждения ее горячей части, поскольку эффективность кондиционера тем выше, чем эффективнее охлаждается вихревая труба. Задачу эффективного охлаждения вихревой трубы решают путем выполнения ее горячей поверхности оребренной (например, SU №1803680, 23.03.1993 г.) или путем помещения вихревой трубы в камеру охлаждения (RU №2177587 С1, 08.11.2000 г., RU №2018772 С1, 30.08.1993 г.). Камера охлаждения кондиционера, известного по RU №2018772 С1, 30.08.1993 г., отличается сложной конструкцией, содержащей введенные в камеру шайбы и перфорированные диафрагмы, причем площадь перфораций увеличивается от периферии к центру. Горячий воздух через специальное отверстие выводится из трубы либо в атмосферу (например, RU №2171955 С1, 10.08.2001 г.) либо утилизируется, например используется для формирования направленного потока охлажденного воздуха (SU №1803680, 23.03.1993 г.).

Прототипом настоящего изобретения является кондиционер, в котором снижение температуры горячей части вихревой трубы обеспечивается помещением ее в камеру охлаждения, выполненную в виде водяной рубашки с отверстием для подачи в нее охлаждающей жидкости (RU №2177587 С1, 08.11.2000 г.). Вихревая труба имеет также отверстия для ввода сжатого воздуха, для вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую среду и для вывода горячего воздуха.

Недостатком этого кондиционера является неэффективность охлаждения вихревой трубы и неэффективность использования энергетического ресурса кондиционера из-за того, что поступающая в рубашку охлаждения жидкость испаряется не полностью, она скапливается, смешивается в рубашке с воздухом, вследствие чего снижается эффективность охлаждения трубы и эффективность кондиционера.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение эффективности кондиционера простыми техническими средствами.

В соответствии с изобретением кондиционер, содержащий размещенную внутри рубашки охлаждения вихревую трубу с отверстиями для ввода сжатого воздуха, вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую среду и вывода горячего воздуха, при этом рубашка охлаждения выполнена с отверстием для ввода охлаждающей жидкости, характеризуется тем, что в него введен сепаратор с сепарирующими и накопительными емкостями, в рубашке охлаждения выполнено отверстие для вывода из нее жидкости и охлажденного воздуха, а рубашка охлаждения через вышеупомянутое отверстие соединена с накопительной емкостью сепаратора, сепарирующая емкость которого соединена с кондиционируемой зоной.

Целесообразно отверстие рубашки охлаждения отверстие для вывода жидкости и охлажденного воздуха в сепаратор и отверстие для ввода охлаждающей жидкости разнести вдоль поверхности рубашки охлаждения.

При этом целесообразно в рубашке охлаждения отверстие для вывода жидкости и охлажденного воздуха в сепаратор выполнить внизу рубашки охлаждения.

Целесообразно в сепараторе отверстие для вывода охлажденного воздуха по каналу в кондиционируемую зону выполнить с сечением не менее сечения отверстия в рубашке охлаждения для вывода жидкости и охлажденного воздуха в накопительную емкость сепаратора.

Один из вариантов кондиционера характеризуется тем, что в него введен диспергатор-распылитель с отверстием для ввода жидкости, посредством которого диспергатор-распылитель соединен с накопительной емкостью сепаратора, с отверстием для вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую зону и с отверстием вывода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения.

При этом вихревая труба соединена с диспергатором-распылителем через отверстие для вывода горячего воздуха.

Целесообразно расположить диспергатор-распылитель непосредственно на поверхности рубашки охлаждения вихревой трубы.

Целесообразно также снабдить диспергатор-распылитель выходным соплом, установленным в отверстии для вывода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения под углом, отличным от прямого, относительно поверхности рубашки охлаждения.

В основе изобретения лежит предложение повысить эффективность охлаждения вихревой трубы и, следовательно, эффективность кондиционера за счет вывода из рубашки охлаждения смеси воздуха и неиспарившейся жидкости, препятствующей эффективному охлаждению трубы. Удаленную из рубашки охлаждения смесь воздуха с жидкостью сепарируют, отделяя воздушную составляющую от жидкой, и отделенный от жидкости воздух используют для кондиционирования. Отделенную после сепарации жидкость в одном из вариантов кондиционера используют повторно для введения ее в диспергатор-распылитель, целесообразность наличия которого в кондиционере определяется повышением его эффективности за счет использования потока горячего воздуха, выходящего из вихревой трубы для создания дополнительного канала поступления в кондиционируемую зону охлажденного воздуха и для формирования потока распыленной жидкости, подаваемой в рубашку охлаждения вихревой трубы. Создание дополнительного канала поступления в кондиционируемую зону охлажденного воздуха и формирование подаваемого в рубашку охлаждения потока распыленной жидкости осуществляют с помощью диспергатора-распылителя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема кондиционера.

Кондиционер содержит вихревую трубу 1, установленную в рубашке 2 охлаждения и через отверстие 3 подключенную к источнику сжатого воздуха (на схеме не приведен). Вихревая труба 1 имеет отверстие 4 для вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую зону 5. В рубашке 2 охлаждения выполнено отверстие 6 для вывода из нее охлажденного воздуха и неиспарившейся жидкости в сепаратор 7. Последний содержит сепарирующую и накопительную емкости 8 и 9 соответственно, в сепарирующей емкости 8 выполнено отверстие 10 для вывода из нее охлажденного воздуха в кондиционируемую зону 5. Вихревая труба 1 соединена с диспергатором-распылителем 11, для чего в трубе 1 выполнено отверстие 12, а в диспергаторе-распылителе 11 выполнено отверстие 13. Отверстие 12 предназначено для вывода из вихревой трубы 1 горячего воздуха, а отверстие 13 для ввода горячего воздуха в диспергатор-распылитель 11. Рубашка 2 охлаждения соединена с диспергатором-распылителем 11 через выполненное в рубашке 2 отверстие 14 для подачи в нее охлаждающей жидкости. Жидкость в диспергатор-распылитель 11 поступает из сепаратора 7 через выполненное в нем отверстие 15. Отверстие 16 в диспергаторе-распылителе 12 предназначено для вывода в кондиционируемую зону 5 потока охлажденного воздуха, формируемого в диспергаторе-распылителе 12.

Для того чтобы подаваемая в рубашку 2 охлаждающая жидкость распределялась по большей поверхности вихревой трубы 1, диспергатор-распылитель 11 целесообразно расположить на поверхности рубашки 2 охлаждения и снабдить его выходным соплом (на чертеже не приведено), установленным в отверстии 14 под углом, отличным от прямого относительно поверхности рубашки 2 охлаждения.

Отверстие 6 для вывода жидкости и охлажденного воздуха в сепаратор 7 и отверстие 14 для ввода охлаждающей жидкости разнесены вдоль оси трубы 1, желательно на максимально возможное расстояние, допускаемое конструкцией. Это нужно для того, чтобы в отверстие 6 попадала лишь «отработанная» жидкость, т.е. жидкость, которая отобрала часть тепла, выделяемого горячим участком вихревой трубы 1. Для лучшего отбора нагретой жидкости из рубашки 2 охлаждения отверстие 6 выполнено внизу рубашки 2 охлаждения. В зависимости от пространственного положения вихревой трубы 1 с рубашкой 2 охлаждения отверстие 6 может быть выполнено в торце рубашки 2 или в ее оболочке. Следует отметить, что в рубашке 2 охлаждения может быть несколько отверстий для выполнения тех же функций, что и отверстие 6. Необходимость увеличения числа таких отверстий определяется конструкцией кондиционера и условиями его эксплуатации. При использовании рубашки 2 охлаждения с несколькими отверстиями 6 можно использовать как один, так и несколько сепараторов 7.

Для улучшения газогидродинамических условий работы кондиционера сечения отверстий в вихревой трубе 1, рубашке 2 охлаждения, сепараторе 7 и диспергаторе-распылителе 11 и, следовательно, сечения соединяющих их каналов согласованы. Так, например, сечение отверстия 10, через которое отводится из сепаратора 7 охлажденный воздух в кондиционируемую зону 5, выполнено с сечением не менее сечения отверстия 6, соединяющего рубашку 2 охлаждения с накопительной емкостью 9 сепаратора 7, а отверстие 14 для подачи охлаждающей жидкости в рубашку 2 охлаждения выполнено с сечением не менее сечения отверстия диспергатора-распылителя 11 для вывода охлаждающей жидкости. Для улучшения газогидродинамических условий введения в рубашку 2 охлаждения распыляемой диспергатором-распылителем 11 жидкости диспергатор-распылитель 11 расположен непосредственно на поверхности рубашки 2 охлаждения и снабжен соплом (на чертеже не приведен), установленным в отверстии для вывода распыленной жидкости в рубашку 2 охлаждения, при этом диспергатор-распылитель 11 и рубашка 2 охлаждения установлены так, что сопло ориентировано относительно поверхности рубашки под углом, отличным от прямого.

Приведенная схема не исчерпывает всех возможностей построения кондиционера в соответствии с изобретательским замыслом, лежащим в основе изобретения и основанным на выводе из рубашки охлаждения смеси неиспарившейся жидкости с воздухом и возможности использования этих компонент в кондиционере для повышения эффективности кондиционирования и снижения энергозатрат, а также основанным на использовании для той же цели определенным образом расположенных и связанных между собой других блоков кондиционера.

Кондиционер работает следующим образом.

В вихревую трубу 1 через отверстие 3 подается на вход сжатый воздух, в трубе 1 происходит разделение сжатого воздуха на горячий и холодный потоки. Холодный поток воздуха с температурой от 0°С до плюс 10°С через отверстие 4 поступает в кондиционируемую зону 5. Горячий поток воздуха с температурой плюс 30-50°С через отверстие 12 поступает в диспергатор-распылитель 11, в который через отверстие 15 поступает также жидкость из сепаратора 7. В процессе вихревого движения и диспергирования в диспергаторе-распылителе 11 поступающий в него из вихревой трубы 1 воздух охлаждается до температуры плюс 25-28°С и направляется в кондиционируемую зону 5.

Жидкость, поступающая из сепаратора 7 в диспергатор-распылитель 11, диспергируется в воздушной среде, распыляется и поступает через отверстие 14 в рубашку 2 охлаждения, обеспечивая отвод тепла от поверхности вихревой трубы 1 и эффективное разделение воздуха в вихревой трубе 1 на холодный и горячий потоки.

Неиспарившаяся жидкость, смешанная в рубашке 2 с охлажденным воздухом, поступает в сепаратор 7, где охлажденный воздух отделяется от капелек и паров жидкости и через отверстие 10 в сепарирующей емкости 8 поступает в кондиционируемую зону 5. Отделенная от воздуха жидкость собирается в накопительной емкости 9 сепаратора 7 и утилизируется, поступая в диспергатор-распылитель 11.

Несомненным достоинством кондиционера является простота конструкции и возможность использования известных функциональных блоков при сборке кондиционеров в соответствии с изобретением. Изобретение может быть использовано в качестве составного блока при разработке установок для комплексной обработки воздуха, в том числе для очистки и увлажнения воздуха, а также при разработке кондиционеров специального назначения, например установок искусственного климата.

Изобретение относится к автономным устройствам для кондиционирования воздуха и может быть использовано для регулирования параметров микроклимата в помещениях, кабинах и салонах транспортных средств. Кондиционер содержит размещенную внутри рубашки охлаждения вихревую трубу с отверстиями для ввода сжатого воздуха, вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую среду и вывода горячего воздуха, при этом в рубашке охлаждения выполнено отверстие для ввода охлаждающей жидкости. В кондиционер введен сепаратор с сепарирующими и накопительными емкостями, в рубашке охлаждения выполнено отверстие для вывода из нее жидкости и охлажденного воздуха, через которое она соединена с накопительной емкостью сепаратора. Сепарирующее отделение сепаратора соединено с кондиционируемой зоной. Изобретение обеспечивает повышение эффективности кондиционера. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кондиционер, содержащий размещенную внутри рубашки охлаждения вихревую трубу с отверстиями для ввода сжатого воздуха, вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую среду и вывода горячего воздуха, при этом в рубашке охлаждения выполнено отверстие для ввода охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что в него введен сепаратор с сепарирующими и накопительными емкостями, в рубашке охлаждения выполнено отверстие для вывода из нее жидкости и охлажденного воздуха, а рубашка охлаждения через вышеупомянутое отверстие соединена с накопительной емкостью сепаратора, сепарирующее отделение которого соединено с кондиционируемой зоной.2. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в рубашке охлаждения отверстие для вывода жидкости и охлажденного воздуха в сепаратор и отверстие для ввода охлаждающей жидкости разнесены вдоль поверхности рубашки охлаждения.3. Кондиционер по п.2, отличающийся тем, что в рубашке охлаждения отверстие для вывода жидкости и охлажденного воздуха в сепаратор выполнено внизу рубашки охлаждения.4. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в сепараторе отверстие для вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую среду выполнено с сечением не менее сечения отверстия в рубашке охлаждения для вывода жидкости и охлажденного воздуха в накопительную емкость сепаратора.5. Кондиционер по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в него введен диспергатор-распылитель с отверстием для ввода жидкости, посредством которого диспергатор-распылитель соединен с накопительной емкостью сепаратора, с отверстием для вывода охлажденного воздуха в кондиционируемую зону и с отверстием для ввода охлаждающей жидкости в рубашку охлаждения.6. Кондиционер по п.5, отличающийся тем, что вихревая труба соединена с диспергатором-распылителем через отверстие для вывода горячего воздуха.7. Кондиционер по п.5, отличающийся тем, что диспергатор-распылитель расположен непосредственно на поверхности рубашки охлаждения вихревой трубы.8. Кондиционер по п.7, отличающийся тем, что диспергатор-распылитель снабжен выходным соплом, установленным в отверстии для вывода распыленной жидкости в рубашку охлаждения под углом, отличным от прямого относительно поверхности рубашки охлаждения.