СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОГО ВОЗДУХА Российский патент 2008 года по МПК F24F12/00 

Изобретение относится к способу и устройству для охлаждения циркуляционного воздуха посредством теплообмена адиабатически охлажденным технологическим воздухом.

Изобретение относится в области так называемого косвенного адиабатического охлаждения, поскольку вода, необходимая для адиабатического охлаждения, не вводится в технологический воздух, которым предпочтительно является атмосферный воздух. Адиабатически охлажденный технологический воздух образует сток энтальпии, который входит в теплообмен с циркуляционным воздухом и понижает его температуру.

Производительность по теплосъему таких систем зависит от начальной температуры и влажности технологического воздуха. Если эта температура, например, относительно высока, то производительность по теплосъему недостаточна для эффективного охлаждения циркуляционного воздуха. Поэтому ранее приходилось применять дополнительные компрессионные или абсорбционные холодильные установки.

Такие холодильные установки увеличивают техническую трудоемкость устройства в целом. Они потребляют дорогостоящую энергию в форме электрического тока или горючих ископаемых, а также работают с вредными для окружающей среды холодильными агентами. Во все большей мере возникает необходимость в правовом регулировании потребления дорогостоящей энергии и применения вредных для окружающей среды веществ.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности косвенного адиабатического охлаждения циркуляционного воздуха простыми средствами. Для достижения этой цели указанный выше способ характеризуется согласно настоящему изобретению тем, что после теплообмена с циркуляционным воздухом охлажденный технологический воздух абсорбирует тепло из неохлажденного технологического воздуха.

После теплообмена с циркуляционным воздухом охлажденный технологический воздух имеет температуру ниже температуры неохлажденного технологического воздуха. Тем самым он может абсорбировать тепло из неохлажденного технологического воздуха так, что его температура понижается. Это адиабатическое охлаждение, таким образом, воздействует на технологический воздух, температура которого уже понижена. Это идет на пользу охлаждению циркуляционного воздуха с тем результатом, что в случаях применения, когда незначительное охлаждение циркуляционного воздуха достаточно, можно отказаться от дополнительных охладительных установок компрессионного и абсорбирующего типа. Расходы на техническое оснащение устройства невысоки. Помимо снижения капитальных затрат снижаются также эксплуатационные расходы, поскольку потребляется меньше энергии и меньше воды.

Следует также подчеркнуть, что не требуется получение разрешения для работы охлаждающей установки. Упрощается техобслуживание, так как не требуется консультации специалиста по охлаждению. Также устраняется любой вред для окружающей среды, возникающий в результате применения холодильных агентов.

Адиабатическое охлаждение технологического воздуха может иметь место до того, как технологический воздух вступит в теплообмен с циркуляционным воздухом. В этом случае можно говорить о двухстадийном процессе испарения. Одностадийный процесс испарения имеет больше преимуществ, при этом адиабатическое охлаждение технологического воздуха осуществляется в теплообмене с циркулирующим воздухом. В противоположность двухстадийному процессу испарения теплообменные поверхности увлажняются впрыскиваемой водой.

В зависимости от рабочего состояния температура воды может меняться в течение одностадийного адиабатического охлаждения.

Неожиданно было обнаружено, что при осуществлении способа возникает ряд важных эффектов. Если температура воды понижается, то целесообразно вводить циркуляционный воздух и технологический воздух в теплообмен по схеме параллельного тока. В других случаях более предпочтительным является схема противотока. Таким образом, в воплощениях данного изобретения предлагается, чтобы циркуляционный воздух и технологический воздух вводились в течение процесса теплообмена либо по схеме параллельного (сонаправленного) тока, противотока, либо по схеме перекрестного тока либо перекрестного параллельного тока.

Производительность по теплосъему регулируется предпочтительно изменением отношения протекающей массы циркуляционного воздуха к протекающей массе технологического воздуха и/или изменением количества воды, вводимой в технологический воздух.

Охлажденный технологический воздух предпочтительно отсасывается после того, как он абсорбировал тепло из неохлажденного технологического воздуха.

Устройство для достижения поставленной цели имеет первую теплообменную установку, которая может запитываться циркуляционным воздухом и технологическим воздухом, и увлажнительную установку для введения воды в технологический воздух, и отличается в соответствии с данным изобретением второй теплообменной установкой для теплообмена между неохлажденным технологическим воздухом, до его поступления в первую теплообменную установку, и охлажденным технологическим воздухом после его выпуска из теплообменного устройства. Технологический воздух, таким образом, протекает вначале через первую теплообменную установку, после чего он перенаправляется через вторую теплообменную установку. Охлажденный технологический воздух абсорбирует тепло из неохлажденного технологического воздуха во второй теплообменной установке и тем самым понижает его температуру.

Вторую теплообменную установку можно успешно миновать, по меньшей мере, на стороне впуска неохлажденного технологического воздуха, с помощью обвода тогда, когда температура неохлажденного технологического воздуха делает излишним предварительное охлаждение его во второй теплообменной установке. Принимая это во внимание, увлажнительную установку можно также успешно отключать. Наконец преимущество заключается также в возможности работы с так называемым свободным охлаждением, при котором атмосферный воздух применяется непосредственно для охлаждения пространства.

Увлажнительная установка может быть выполнена в виде газоочистителя, контактного увлажнителя, увлажнителя высокого давления и т.п. Она может размещаться между первой и второй теплообменной установкой. Этот тип устройства можно, как указывалось ранее, обозначать как двухстадийное испарение. Одностадийное испарение, в котором увлажнительная установка интегрирована в первую теплообменную установку, имеет при определенных условиях преимущества. Вода, таким образом, впрыскивается непосредственно в первую теплообменную установку и увлажняет ее теплообменные плоскости.

Первая теплообменная установка предпочтительно может работать по схемам противотока, параллельного тока или перекрестного тока в зависимости от повышения или снижения температуры воды при адиабатическом охлаждении.

В одном из важных воплощений изобретения предлагается, чтобы первая теплообменная установка имела, по меньшей мере, два теплообменника перекрестного тока, при этом они должны работать в режиме перекрестного тока или перекрестного параллельного тока.

Технологический воздух успешно выводится с помощью воздуходувки, которая устанавливается на пути потока технологического воздуха второй теплообменной установки. Воздуходувка, таким образом, протягивает технологический воздух через устройство. Устройство таково, что нагревание технологического воздуха, по необходимости производимое воздуходувкой, не ухудшает охлаждающего действия.

Данное изобретение будет объяснено более детально далее с отсылками к предпочтительным примерам воплощения изобретения в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых:

фиг.1 - это схематический вид устройства в соответствии с изобретением;

фиг.2 показывает изменения в состоянии циркуляционного воздуха и технологического воздуха на h, x диаграмме.

Как показано на фиг.1, предоставлено теплообменное устройство, включающее две теплообменные установки в режиме перекрестного тока 2 и 3. В первую теплообменную установку 1 поступает циркуляционный воздух (4), который вначале протекает через теплообменную установку в режиме перекрестного тока 2 и затем через теплообменную установку в режиме перекрестного тока 3. Воздуходувка 5 отвечает за перемещение циркуляционного воздуха.

В первое теплообменное устройство 1 также поступает технологический воздух 6, который в данном случае является атмосферным воздухом. Технологический воздух также протекает вначале через теплообменную установку в режиме перекрестного тока 2 и затем через теплообменную установку в режиме перекрестного тока 3. Первое теплообменное устройство 1, таким образом, работает в режиме перекрестного тока, что дает преимущества, так как рабочее состояние устройства приводит к охлаждению воды, впрыскиваемой в первое теплообменное устройство 1.

С этой целью первое теплообменное устройство 1 снабжено увлажнительным устройством 7, которое впрыскивает воду в технологический воздух 6 и тем самым осуществляет его адиабатическое охлаждение. Вода накапливается в отстойнике 8 и поступает на увлажнительное устройство 7 с помощью насоса 9. Отстойник 8 имеет приток воды 10 и водяной дренаж 11.

До поступления в первое теплообменное устройство 1 и после выпуска оттуда технологический воздух 6 протекает через второе теплообменное устройство 12 под действием воздуходувки 13, которая размещена вниз по течению от второго теплообменного устройства 12 по отношению к охлажденному технологическому воздуху. Тепло, вырабатываемое воздуходувкой 13, не может ухудшить охлаждающее действие. Поскольку температура охлажденного технологического воздуха 6 после выпуска из первого теплообменного устройства 1 ниже, чем температура технологического воздуха 6 до поступления во второе теплообменное устройство 12, теплообмен может иметь место в последнем между двумя потоками технологического воздуха с тем результатом, что технологический воздух 6 подвергается адиабатическому охлаждению с пониженной температурой. Результатом этого является соответствующее увеличение производительности по теплосъему.

Фиг.2 - это h, x диаграмма, показывающая пример одностадийного адиабатического охлаждения, которое может быть осуществлено устройством по фиг.1, при этом линия "а" показывает снижение температуры циркуляционного воздуха 4 в первом теплообменном устройстве 1. Линия "b" показывает снижение температуры, происходящее в технологическом воздухе 6 во втором теплообменном устройстве 12. Линия "с" показывает снижение температуры технологического воздуха 6 в результате адиабатического охлаждения в первом теплообменном устройстве 1, и линия "d" показывает повышение температуры в технологическом воздухе 6 во втором теплообменном устройстве 12.

В рамках данного изобретения, естественно, возможны модификации. Так, направление действия воздуходувки 5 может быть повернуто в противоположную сторону. Первое теплообменное устройство 1 тогда работает в режиме перекрестного тока. Этот рабочий режим выбирается, если температура воды не понижается между впуском и выпуском технологического воздуха. Имеется также возможность отсоединения увлажняющего устройства от первого теплообменного устройства, оставляя его работать между двумя теплообменными устройствами. Интеграция увлажняющего устройства в первое теплообменное устройство, однако, является преимущественным. Первое теплообменное устройство может быть сконструировано как одностадийное, также как и второе теплообменное устройство может быть многостадийным. Имеется также возможность обхода второго теплообменного устройства с помощью обвода, при этом линии "b" и "d" на диаграмме фиг.2 отпадают. Если, что также возможно, увлажнительное устройство 7 отключено, то отпадает также линия "с". Охлаждающее действие тогда является результатом только температурного различия между циркуляционным и технологическим воздухом. Наконец, может отсоединяться также первое теплообменное устройство. Технологический воздух тогда закачивается непосредственно в подлежащее охлаждению пространство.

Изобретение относится к области косвенного адиабатического охлаждения. Циркуляционный воздух охлаждается с помощью теплообмена с адиабатически охлажденным технологическим воздухом. С этой целью первое теплообменное устройство запитывается циркуляционным воздухом и технологическим воздухом. Устройство содержит увлажнительное устройство, применяемое для впрыскивания воды в технологический воздух. Таким образом, технологический воздух адиабатически охлаждается, и соответствующее охлаждение выполняется посредством теплообмена с циркуляционным воздухом. До поступления в первое теплообменное устройство и до выхода из последнего технологический воздух пропускается через второе теплообменное устройство, в котором охлажденный технологический воздух вначале удаляет тепло из неохлажденного технологического воздуха. Это увеличивает производительность устройства по теплосъему. Технический результат - повышение эффективности косвенного адиабатического охлаждения циркуляционного воздуха простыми средствами. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ охлаждения циркуляционного воздуха путем теплообмена с адиабатически охлажденным технологическим воздухом, отличающийся тем, что после его теплообмена с циркуляционным воздухом охлажденный технологический воздух абсорбирует тепло из неохлажденного технологического воздуха.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что адиабатическое охлаждение технологического воздуха осуществляется в одну стадию путем теплообмена с циркуляционным воздухом.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный воздух и технологический воздух направляются по схеме параллельного тока в процессе теплообмена.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный воздух и технологический воздух направляются по схеме противотока в процессе теплообмена.5. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный воздух и технологический воздух направляются по схеме перекрестного тока в процессе теплообмена.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный воздух и технологический воздух направляются по схеме перекрестного параллельного тока в процессе теплообмена.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что циркуляционный воздух и технологический воздух направляются по схеме перекрестного противотока в процессе теплообмена.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что производительность по теплосъему регулируется путем изменения отношения протекающей массы циркуляционного воздуха к массе технологического воздуха.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что производительность по теплосъему регулируется изменением количества воды, вводимой в технологический воздух.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлажденный технологический воздух отсасывается после того, как он вобрал тепло из неохлажденного технологического воздуха.11. Устройство для охлаждения циркуляционного воздуха (4), включающее первое теплообменное устройство (1), которое может запитываться циркуляционным воздухом (4) и технологическим воздухом (6), и увлажняющее устройство (7) для ввода воды в технологический воздух (6), отличающееся тем, что предусмотрено второе теплообменное устройство (12) для теплообмена между неохлажденным технологическим воздухом (6) до его поступления в первое теплообменное устройство (1) и охлажденным технологическим воздухом (6) после его выпуска из первого теплообменного устройства (1).12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что второе теплообменное устройство (12) может быть обойдено, по меньшей мере, на стороне входа неохлажденного технологического воздуха (6) путем обвода.13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что увлажнительное устройство (7) может отключаться.14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что увлажнительное устройство (7) интегрировано в первое теплообменное устройство (1).15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) может работать по схеме параллельного тока.16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) может работать по схеме противотока.17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) может работать по схеме перекрестного тока.18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) включает, по меньшей мере, два теплообменных устройства, работающих по схеме перекрестного тока.19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) может работать по схеме перекрестного параллельного тока.20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что первое теплообменное устройство (1) может работать по схеме перекрестного противотока.21. Устройство по п.11, отличающееся тем, что воздуходувка (13) для отсасывания технологического воздуха (6) устанавливается на пути потока охлажденного технологического воздуха (6) ниже по течению от второго теплообменного устройства (12).