Способ осушки воздуха Советский патент 1992 года по МПК F24F3/14 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для конденсации пара из паровоздушной смеси в системах осушки и кондиционирования воздуха при регулировании его влагосодержания.

Известны способ и устройство охлаждения и частичной осушки влажного воздуха при контакте его с холодными поверхностями.

В устройстве имеются два канала (основной и вспомогательный), разделенные перегородкой в виде многозаходного винта, при этом внутренняя поверхность винтовой перегородки снабжена пористой насадкой, смачиваемой водой из поддона. Общий поток всасывается в основной канал за счет вращения винта и охлаждается, контактируя с холодной внешней поверхностью винтовой перегородки. Часть общего потока (вспомогательный поток) поступает во внутреннюю полость винтовой перегородки, обдувая влажную пористую насадку. Охлаждение винтовой перегородки происходит за счет испарения воды с поверхности капиллярно-пористой насадки.

Однако известный способ не может обеспечить достаточно эффективное охлаждение и тем более сушку воздуха, так как осуществить полное равномерное увлажнение пористой насадки на большой протяженности канала за счет капиллярного впитывания воды из поддона даже при наличии канавок с разделительными отверстиями невозможно. Само устройство отличается сложностью, так как электродвигатель помещен в герметичный кожух, изолирующий двигатель от воды в поддоне, а передача вращения производится через сальниковое уплотнение, при этом необходимо осуществлять охлаждение самого двигателя. Все это приводит к значительным затратам энергии. К тому же обдув увлажненной пористой насадки вспомогательным потоком почти 100%-ной влажности не может обеспечить достаточную скорость испарительного охлаждения канала.

Известен также способ осушки влажного воздуха путем конденсации пара воды из потока парогазовой смеси в многосекционном конденсаторе, охлаждаемом водой, и интенсификации теплообмена за счет присл С

1 ю

ON СА)

данич потоку дополнительной скорости в направлении, нормальном к движению смеси в секциях, и последующего отвода конденсата и неконденсирующихся газов.

Однако в данном случае реализация предложенного способа осушки воздуха в конкретном устройстве требует подвода и отвода хладагента - охлаждающей жидкости. Для интенсификации теплообмена в таком устройстве требуется также придание дополнительной скорости парогазовой смеси в направлении, нормальном к движению смеси в секциях. При этом нормальную составляющую скорости движения смеси увеличивают по ходу движения смеси в диапазоне 1-12 м/с, что приводит к увеличению количества вентиляторов в устройстве, а следовательно, к дополнительному увеличению энергозатрат.

Целью изобретения является снижение энергозатрат

Поставленная цель достигается тем, что паровоздушную смесь с температурой выше М° С и точкой росы выше температуры окружающей среды прокачивают через обь- ем, ограниченный пористыми стенками с пористостью в пределах 26-35% и со средним диаметром пор30-50 мкм, причем стен- ки предварительно охлаждают до температуры ниже точки росы осушаемого воздуха и затем обдувают окружающим воздухом с нормальными характеристиками (t 25°C, р 70%).

На чертеже показана схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Прокачку паровоздушной смеси производят через объем 1 (канал), ограниченный пористыми стенками 2, которые предварительно перед началом процесса осушки охлаждают. Охлаждение можно осуществить, например, за счет смачивания оодой внешней поверхности 3 пористых стенок и обдува ее окружающим воздухом (свободная или вынужденная конвекция, например ветер), т.е. используется так называемое испарительное охлаждение. При этом на поверхности устанавливается температура мокрого термометра, характерная для температуры и влажности внешней окружающей среды (t 25° С, р 70%). а на внутренних поверхностях 4 пористых стенок 2 за счет теплопроводности устанавливается температура значительно ниже точки росы прокачиваемой паровоздушной смеси.

При прокачке осушаемой паровоздушной смеси пар конденсируется на внутренней поверхности А пористых стенок. Образовавшаяся влага отсасывается в поры 1 пористых стенок капиллярными силами и

испаряется с внешней стороны 3 пористой стенки, тем самым охлаждая последнюю. Оба процесса (конденсация и испарение) происходят одновременно и непрерывно, а

необходимый для испарения тепловой поток подводится к стенкам от прокачиваемой горячей (выше 40° С) паровоздушной смеси и складывается из теплоты фазового перехода, выделяемой при конденсации пара на

0 внутренних стенках, и теплового потока за счет конвекции от горячей смеси.

Выходящая из канала 1 паровоздушная смесь будет иметь значительно меньшее

5 влагосодержание по сравнению с входящей смесью. Конечное значение алагосодержа- ния зависит от температуры пористой стенки и площади ее поверхности.

Количество сконденсировавшейся воды

0 может превышать количество испарившейся, поэтому часть конденсата в виде капель может стекать со стенок, скапливаться в сборнике 5 и выводиться наружу.

Для реализации предложенного спосо5 ба осушки используют пористые стенки пористостью 26-35% со средним диаметром пор 30-50 мкм. Заполненные конденсатом они становятся непроницаемыми для прокачиваемого воздуха даже при больших пе0 репадах давления внутри канала (от 1 атм и выше) по отношению к давлению внешней окружающей среды. Гидравлическое сопротивление пор, заполненных водой, указанного размера при толщине пористой стенки,

5 обеспечивающей ее механическую прочность (от 3 мм и выше в зависимости от величины поверхности), достаточно, чтобы выдерживать такие перепады давления. С другой стороны, пористые стенки с упомя0 нутыми параметрами позволяют также получать достаточную для полного увлажнения стенки скорость пропитки и соответствующую скорость испарения впитавшейся влаги с поверхности стенок, при которых не

5 происходит пересыхания пористого материала,

Расчет показывает, что широко распространенная модель пористого тела, состоящая из сферических частиц при наиболее их

0 плотной укладке (гексагональной) имеет пористость 25,95%. Это значение пористости берется за минимальное значение при выборе материала пористой стенки. Для уменьшения сопротивления пор выходу па5 ра при испарении выбираются материалы с пористостью от минимальной и выше, но не более 35%, ввиду того, что при более высоком значении пористости может наблюдаться неравномерность распределения пор по диаметру и распределения коэффициентов проницаемости по толщине пористого материала, что приводит к прорыву газа в отдельных точках пористой стенки.

Средний диаметр пор пористого материала связан с пористостью П, коэффициентом проницаемости К и удельной поверхностью пористого тела S соотношением d 8К5/П2. Из данной формулы был получен диапазон изменения среднего диаметра пор пористого материала, наиболее подходящего для реализации предлагаемого способа осушки паровоздушной смеси, например металлокерамики.

При контакте влажного воздуха с холодной пористой стенкой изменяются его теплосодержание и влажность до точки росы поверхности пористой стенки, а далее изменяется его влагосодержание. Ограничение снизу температуры осушаемого воздуха 40° С при условии, что точка росы его выше температуры среды, окружающей пористые стенки, обеспечивает достаточный температурный и влажностный напор для эффективного процесса осушки влажного воздуха при расположении объема 1, ограниченного пористыми стенками 2 вне помещения на открытом воздухе (окружающая среда). Такое расположение позволяет полностью исключить затраты энергии на охлаждение пористых стенок.

Предельные параметры t 25° С и (р 70% наружного воздуха определены как средне максимальные температура и влажность в летнее время в средней полосе страны. Эти же температура и влажность характерны для максимальной комфортной зоны в закрытых помещениях, где может быть установлено устройство для реализации предложенного способа.

С уменьшением температуры и влажности окружающей среды эффективность ис- парительйого охлаждения пористых стенок повышается, следовательно, повышается эффективность осушения прокачиваемого воздуха.

При температуре прокачиваемого воздуха менее 40° С предложенный способ осушки работает также, но с меньшей эффективностью.

Таким образом, отличие предлагаемого способа от известных заключается в том, что на охлаждение стенок канала не нужно никаких дополнительных затрат энергии, кроме энергии самого прокачиваемого воздуха.

Использование предлагаемого способа осушки воздуха обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества:

возможность получения осушенного воздуха без применения дополнительного хладагента;

отсутствие механических и других уст- ройств, необходимых для перекачки хладагента;

экологическую чистоту способа ввиду отсутствия выбросов вредных веществ от компрессоров, механических насосов и вен- тиляторов;

простоту конструкции устройства, реализующего данный способ.

Указанные преимущества приводят к экономии энергии и полностью исключают энергозатраты, расходуемые на данный процесс в других известных способах осушки.

Формула изобретения

Способ осушки воздуха путем конден- сации паров воды на охлаждаемой поверхности, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат, паровоздушную смесь с температурой выше 40° Сие точкой росы выше температуры окружающей сре- ды прокачивают через объем, ограниченный пористыми стенками с пористостью в пределах 26-35% со средним диаметром пор 30-50 мкм, причем предварительно эти стенки охлаждают до температуры ниже точки росы осушаемого воздуха, а затем наружные стенки этого объема обдувают окру- жающим воздухом с нормальными характеристиками при t 25° Си р S 70%.

Ъ Л

Сущность изобретения: паровоздушную смесь с т-рой выше 40° Сие точкой росы ёыше т-ры окружающей среды прокачивают через обьем, ограниченный пористыми стенками с пористостью в пределах 26-35% со средним диаметром пор 30-50 мкм. Стенки предварительно охлаждают до т-ры ниже точки росы осушаемого воздуха. Затем этот объем обдувают окружающим воздухом с нормальными характеристиками при т-ре не более 25° С и влажности не более 70%. 1 ил.

п п и и ними7

-I .11II II ill ц у и k J V.J CJ ly J k j-X J /LJ k.