СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ КОНВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ И ВРЕДНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ ОТ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ И БЕЗВИХРЕВОЙ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ Российский патент 2013 года по МПК B08B15/00 

Изобретение относится к вентиляционной технике, а также к производственным помещениям, где требуется локализация конвективных потоков от тепловыделяющего оборудования, и может быть использовано в производствах микроэлектроники, фармацевтике, точной механике и оптике и других отраслях промышленности.

Известен способ локальной вытяжной вентиляции по патенту РФ №2046258, предназначенный для удаления вредных газов и мелкодисперсного аэрозоля, образующихся при сварке, пайке и в гальванопроизводстве. Сущность изобретения: отсасывают из зоны выделения вредностей загрязненный ими воздух. Формируют отсасываемый воздух в центральный всасывающий факел. Подают приточный воздух, формируя его в закрученный периферийный поток, экранирующий центральный факел. Поток формируют в виде разомкнутой радиальной веерной струи. Задают расход отсасываемого воздуха. Расход приточного воздуха определяют из заданного соотношения. Однако за счет турбулентности получаемого потока частицы загрязнений будут отбрасываться в помещение за зону факела.

Известен также способ подачи и отвода ламинарного потока воздуха в чистой комнате, принятый за прототип заявляемого способа и описанный в [Куприянов И.П. Технологический микроклимат.- М.: Сов. радио, 1976, 79]. Согласно этому способу воздух сначала проходит фильтр грубой очистки и промежуточный фильтр, а затем фильтр тонкой очистки. После этого чистый воздух подается в помещение через очень большую поверхность, например через потолок, а удаляется вентилятором через всю поверхность пола. Однако при этом способе невозможно обеспечить необходимую величину скорости приточного воздуха (из-за ограничения ее по санитарно-гигиеническим нормам) для подавления конвективных потоков от нагретых поверхностей тепловыделяющего оборудования, которые турбулизируют воздух в помещении и способствуют созданию неорганизованных течений и хаотическому перемещению аэрозольных частиц.

Известна панель воздухораспределительного устройства по а.с. №726452, принятая за прототип безвихревого воздухораспределителя, содержащая сетку и установленную перед ней жесткую спрямляющую решетку, ячейки которой выполнены в виде призм определенных размеров. Однако эта панель без соосно расположенной вытяжной панели не может обеспечить локализацию конвективных потоков и вредных выделений.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного способа локализации не только конвективных потоков, выделяющихся от тепловыделяющего оборудования, но и сопутствующих тепловыделению потоков вредных выделений (аэрозолей, газа и т.п.), а также техническое решение воздухораспределителя для реализации заявленного способа.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявленным изобретением, за счет которого решается указанная задача, является повышение эффективности удаления конвективных потоков и вредных выделений от технологического тепловыделяющего оборудования.

Для решения поставленной задачи предлагается способ локализации конвективных потоков и вредных выделений от тепловыделяющего оборудования, при котором воздух подают сверху ниспадающим потоком на оборудование, установленное на вытяжной панели. При этом воздух подают через панель безвихревого воздухораспределителя малотурбулентным потоком воздуха равномерно по площади панели, скорость набегающего на оборудование потока воздуха определяют из соотношения

V≥0,45/√9,8×l×β×Δt м/с, где

V - скорость набегающего потока, м;

l - длина обтекания тела (оборудования), м;

β - коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°C;

Δt - разность температур поверхности тела и набегающего потока, °C.

Удаляют из помещения воздух по периметру тепловыделяющего оборудования через вытяжную панель, причем отношение объема удаляемого воздуха к приточному должно быть в пределах 1,2÷1,4, при этом размеры приточной и вытяжной панели и расстояние между ними определяют из следующих соотношений:

h_T/(b_o-b_T)≤1; h_T/(l_o-l_T)≤1; h/b_o≤2,0, где

h_T, b_T, l_T - высота, ширина и длина тела (оборудования);

b_o, l_o - ширина и длина панелей;

h - расстояние между панелями.

Данные соотношения получены из графиков полей температуры, рассчитанных с помощью математического моделирования обтекания нагретого тела малотурбулентным потоком для принятых максимального угла расширения теплового следа (см. фиг.1) α=45° (при Re/√Gr=0,45) и длины участка его расширения, составляющего h_сл/h_T=0,5. При длине теплового ядра малотурбулентного потока, равной (4÷5)b_o, следует принимать h/b_o≤2,0.

Для осуществления заявленного способа предлагается техническое решение безвихревого воздухораспределителя, выполненного в виде панели, содержащего сетку и установленную за ней жесткую спрямляющую ячеистую (сотовую) решетку, примыкающую вплотную к сетке, а ячейки решетки выполнены в виде призм. Сверху над упомянутой сеткой установлены фильтры предварительной и финишной очистки, а между фильтрами - вентилятор со свободным рабочим колесом, оборудованный преобразователем частоты, за счет чего напор от вентилятора обеспечивает заданную скорость малотурбулентного потока воздуха.

Сущность изобретения поясняется на рисунке (фиг.1), на котором изображено тепловыделяющее оборудование 1, установленное соосно вытяжной панели 2, выполненной в виде перфорированной столешницы.

Наверху помещения установлена панель безвихревого воздухораспределителя 3, содержащего предварительный 4 и финишный 5 фильтры, между которыми установлен вентилятор 6, снабженный преобразователем частоты (не показан) для регулирования его оборотов. Внизу панели имеется сетка 7, примыкающая к пространственной (сотовой) решетке 8, создающей малотурбулентный поток воздуха. На рисунке также показаны граница 9 теплового ядра начального участка малотурбулентного потока приточного воздуха, область теплового следа 10 и угол расширения теплового следа α=arctg [b_сл/I_сл]°.

Способ используют следующим образом. От тепловыделяющего оборудования, установленного, например, в производственном помещении, образуются конвективные потоки, которые турбулизуют воздух в помещении и способствуют созданию неорганизованных течений и хаотическому перемещению аэрозольных частиц в объеме помещения, что приводит к увеличению запыленности и затрудняет поддержание требуемых параметров чистоты и микроклимата. Для удаления конвективных потоков и вредных выделений от технологического тепловыделяющего оборудования 1 над ним устанавливают панель безвихревого воздухораспределителя 3 таким образом, чтобы оборудование находилось в области начального участка в его тепловом ядре, в котором сохраняются начальные тепловлажностные параметры и чистота. Скорость воздушного потока и размеры панели выбираются таким образом, чтобы происходило полное подавление конвективного потока, а область теплового следа 10 находилась в окружении теплового ядра 11 обтекающего потока воздуха. Внизу по периметру тепловыделяющего оборудования имеется вытяжка за счет установки оборудования на вытяжной панели 2. Объем вытяжного воздуха должен обеспечивать локализацию конвективного потока и части (или полностью) ядра потока приточного воздуха.

Для исследования предлагаемого способа локализации конвективных потоков использовалось математическое моделирование, результаты которого были подтверждены результатами физического эксперимента. По результатам математического моделирования скорость набегающего на оборудование потока воздуха определяли из соотношения величин критериев Рейнольда (Re) и Грасгофа (Gr):

Re/√Gr=V/√9,8×l×β×Δt≥0,45

V≥0,45/√9,8×l×β×Δt м/с, где

V - скорость набегающего потока, м;

l - длина обтекания тела (оборудования), м;

β - коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°C;

Δt - разность температур поверхности тела и набегающего потока, °C.

В рамках проведенного математического моделирования графики полей температуры и скорости обтекания нагретого тела приведены на фиг.2-5.

Изобретение относится к вентиляционной технике, а также к производственным помещениям, где требуется локализация конвективных потоков от тепловыделяющего оборудования, и может быть использовано в производствах микроэлектроники, фармацевтике, точной механики и оптики и других отраслях промышленности. Изобретение обеспечивает надежную локализацию не только конвективных потоков, выделяющихся от тепловыделяющего оборудования, но и сопутствующих тепловыделению потоков вредных выделений. При заявленном способе воздух подают на оборудование, установленное на вытяжной панели, сверху ниспадающим потоком через панель безвихревого воздухораспределителя малотурбулентным потоком воздуха равномерно по площади панели, а скорость набегающего на оборудование потока воздуха определяют из соотношения V≥0,45/√9,8×l×β×Δt м/с, где V - скорость набегающего потока; l - длина обтекания тела (оборудования), м;

β - коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°С, Δt - разность температур поверхности тела и набегающего потока, °С, а удаляют воздух по периметру тепловыделяющего оборудования через вытяжную панель, причем отношение объема удаляемого воздуха к приточному должно быть в пределах 1,2-1,4. Размеры приточной и вытяжной панели и расстояние между ними определяют из следующих соотношений: h_т/(b_о-b_т)≤1; h_т/(l_о-l_т)≤1; h/b_o≤2,0, где h_т, b_т, l_т - высота, ширина и длина оборудования; b_o, l_о - ширина и длина панелей; h - расстояние между панелями. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ локализации конвективных потоков и вредных выделений от тепловыделяющего оборудования, при котором воздух подают сверху ниспадающим потоком на оборудование, установленное на вытяжной панели, отличающийся тем, что
воздух подают через панель безвихревого воздухораспределителя малотурбулентным потоком воздуха равномерно по площади панели, скорость набегающего на оборудование потока воздуха определяют из соотношения
V≥0,45/√9,8·l·β·Δt м/с,
где V - скорость набегающего потока, м;
l - длина обтекания тела (оборудования), м;
β - коэффициент объемного расширения воздуха, 1/°С;
Δt - разность температур поверхности тела и набегающего потока, °С,
а удаляют воздух по периметру тепловыделяющего оборудования через вытяжную панель, причем отношение объема удаляемого воздуха к приточному должно быть в пределах 1,2-1,4, при этом размеры приточной и вытяжной панели и расстояние между ними определяют из следующих соотношений
h_Т/(b_о-b_Т)≤1; h_Т/(l_о-l_Т)≤1; h/b_o≤2,0,
где h_Т, b_Т, l_Т - высота, ширина и длина тела (оборудования);
b_o, l_о - ширина и длина панелей;
h - расстояние между панелями.

2. Безвихревой воздухораспределитель для способа по п.1, выполненный в виде панели, содержащей сетку и установленную за ней жесткую спрямляющую ячеистую (сотовую) решетку, примыкающую вплотную к сетке, а ячейки решетки выполнены в виде призм, отличающийся тем, что сверху над сеткой установлены фильтры предварительной и финишной очистки, а между фильтрами - вентилятор со свободным рабочим колесом, снабженный преобразователем частоты, напор от которого обеспечивает заданную скорость малотурбулентного потока воздуха.