Воздухоохладитель Советский патент 1992 года по МПК F25B1/00 

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности к воздухоохладителям.

Известны аппараты для охлаждения воздуха, содержащие вращающийся корпус с полыми лопатками, внутри которых циркулирует холодильный агент, взаимодействующий через стенки лопаток с набегающим потоком воздуха.

Из-за вынесенного электропривода и наличия большого числа деталей и узлов эти известные, аппараты довольно сложны по конструкции и не надежны в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является воздухоох- ладитель. содержащий вращающийся корпус в виде двух полых дисков, связанных друг с другом при помощи полых лопаток и уплотненных относительно трубопроводов сальниками.

В этом аппарате электропривод вынесен за пределы охлаждаемого корпуса и

монтируется в виде отдельного агрегата, что значительно усложняет конструкцию данного аппарата.

Кроме того, из-за выполнения рабочего органа в виде беличьего колеса и отсутствия дросселирования хладагента (фреона) в полых лопатках, контактирующих с набегающим на них потоком воздуха очень маленький промежуток времени, эффективность этого известного воздухоохладителя будет низкой.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности.

Поставленная цель достигается тем, что в воздухоохладителе, содержащем корпус, внутри которого размещен полый рабочий орган, снабженный полыми лопатками, взаимодействующими с набегающим на них потоком воздуха, и сальниками по торцам, его рабочий орган выполнен в виде центробеж- но-центростремительного рабочего колеса,

00

снабженного кольцевой полостью в виде тора со сферическими телами вращения и внутри - электрогенератором (электродвигателем), а снаружи - полыми ребрами, центробежные и центростремительные каналы которых выполнены по логарифмической спирали (по спирали Архимеда), вытянутой вдоль оси, и отделены друг от друга дросселями в виде капиллярных трубочек, причем в корпусе по хоДуТГотока воздуха установле- ны самоочищающиеся электростатические И механические фильтры.

На фиг,1 показан воздухоохладитель предлагаемой конструкции, разрез; на фиг,2 - центробежные и центростремитель- ные каналы рабочего органа воздухоохладителя.

Воздухоохладитель содержит корпус 1 и размещенный в нем рабочий орган 2, представляющий собой центробежно-цент- ростремительное рабочее колесо. Рабочий орган 2 снабжен внутри электродвигателем (электрогенератором) 3 и над ним кольцевой полостью 4 в виде тора со сферическими телами вращения 5 различного размера из различных материалов.

В нижней части корпуса 1 предусмотрен грязесборник б, соединенный перепускным каналом с герметичным грязеотстойником 7 в основании корпуса 1. К корпусу 1 жестко закреплена полукрышка 8, имеющая входной патрубок 9, в котором размещены направляющий аппарат в виде неподвижных осевых лопаток 10, механический и электростатический фильтры 11. Сетки электроста- тического фильтра 11 соединены с изолировачным проходным контактом 12.

Входная полость рабочего колеса 2 уплотнена относительно входного патрубка 13 уплотнением 14. На трущейся поверхности входного патрубка 13 проточены кольцевые канавки 15, в которые под давлением подается смазка, уплотняющая и охлаждающая трущиеся поверхности патрубка 13 и уплотнения 14.

Подшипники 16 рабочего колеса 2 загерметизированы уплотнением 17.

Рабочее колесо 2 снаружи снабжено полыми ребрами 18, в которых имеются центробежные и центростремительные каналы 19. Центробежные и центростремительные каналы 19 отделены друг от друга капиллярными трубочками (капиллярами) 20.

Электродвигатель 3 снабжен диэлектрическим кожухом. Обмотки статора элект- родвигателя 3 размещены внутри его полого ротора и жестко закреплены на валу 21, который устано&лен в рабочем колесе 2 при помощи подшипников 22.

В выходном патрубке 23 корпуса 1 расположены спрямляющий аппарат в виде неподвижных, осевых лопаток 24, механический и электростатический фильтры 25.

Выходной патрубок 26 снабжен неподвижными, осевыми лопатками 27 и уплотнен относительно выходной полости рабочего колеса 2 уплотнением 28. В осевых лопатках 27 жестко закреплен вал 29, снабженный осевым отверстием для подвода электропровода к статору электродвигателя 3 и на конце гранями (шлицами), находящимися в зацеплении с гранями (шлицами) вала 21.

На трущейся поверхности патрубка 26 в зазоре с уплотнением 28 выполнены кольцевые канавки 30, в которые под давлением подается смазка, уплотняющая и охлаждающая трущиеся поверхности патрубка 26 и уплотнения 28.

Подшипники 31 рабочего колеса 2 загерметизированы уплотнением 32. Сетки электростатического фильтра 25 соединены с изолированным проходным контактом 33. Выходная полость 34 рабочего колеса 2 жестко закреплена к нему при помощи штифтов с резьбой 35. Электродвигатель 3 помещен в диэлектрический, защитный кожух 36 и снабжен токосъемными щетками, которые размещены в полости 34 и на фиг.1 не показаны.

Воздухоохладитель работает следующим образом.

Рабочая среда (аммиак, фреон, и т.д.) подводится к входному патрубку 13 под давлением порядка (9-12) кГ/см2, а воздух поступает во входной патрубок 9.

На проходной контакт 12 подается отрицательный заряд, а на проходной контакт 33 - положительный заряд. Сетки электростатических фильтров 11 и 25 заизолированы от корпуса 1, полукрышки 8 и патрубков 13 и 26.

Положительный заряд может быть подан также еще на корпус 1 и рабочее колесо 2, только в этом случае корпус 1 из электро; проводящего материала покрывается снаружи слоем диэлектрика, а полукрышка 8 и патрубки 13 и 26 изготавливаются из диэлектрических материалов. Или корпус 1 может быть выполнен также из диэлектрика, но на его поверхности, контактирующие с потоком воздуха, наносится слой электропроводящего материала, на который и подается положительный заряд.

Воздухоохладитель устанавливается вне охлаждаемого объекта в специальном небольшом помещении рядом с ним, а его выходные патрубки 23 и 26 соединяются при помощи диэлектрических трубопроводов: первый - с охлаждаемым обьектом, второй - с компрессором или конденсатором холодильной установки. Входной же патрубок 13 соединяется трубопроводом с регулирующей станцией или конденсатором холодильной установки.

Жидкий хладоагент при давлении (9-12) кГ/см2 поступает через входной патрубок 13 в центробежные каналы 19 рабочего колеса 2 к его капиллярным отверстиям 20, которые неодинакового диаметра. Каждые два верхних капилляра 20 всех полых ребер 18 имеют диаметр больше, чем остальные (нижние). Это необходимо для создания крутящего момента значительной величины на рабочем колесе 2. Жидкий хладоагент дросселируется капиллярам 20 в центростремительные каналы 19, сбъем которых в несколько раз больше объема центробежных каналов 19. Сдросселированный хладагент в центростремительных каналах 19 превращается в парожидкостную смесь с низкой температурой при давлении (1-2) кГ/см2 и охлаждает полые ребра 18.

При дросселировании хладагента в капиллярах 20 на раббчем колесе 2 создается крутящий момент значительной величины, т.е. рабочее колесо 2 начинает вращаться с достаточно высокой окружной скоростью.

При вращении рабочего колеса 2 его центробежные каналы 19 захватывают жидкий хладоагент и под действием центробежных сил увеличивают его давление перед капиллярами 20 в 1,5-2 раза, а центростремительные каналы 19 в это же время захватывают парожидкостную смесь хладагента после капилляров 20 и под действием центростремительных сил, повышая давление в ней в несколько раз, выбрасывают ее через выходной патрубок 26 во всасывающую полость компрессора или в конденсатор холодильной установки.

В этот же момент электродвигатель 3 работает в режиме электрогенератора и вы- рабэтыьаетэлектроэнергию, которая поступает в аккумуляторы, а полые ребра 18 под действием центробежных и центростремительных сил засасывают воздух через фильтры 11 входного патрубка 9 и, охладив его до низкой температуры, направляют через фильтры 25 выходного патрубка 23 в охлаждаемый объект для снижения температуры в нем.

Воздух, проходя через сетки механического и электростатического фильтра 11, очищается от крупных частичек пыли и заряжается отрицательлным зарядом, т.е. в нем образуются ионы с отрицательным зарядом и мелкие частички пыли также приобретают отрицательный заряд. Пыль и влага, попучив отрицательный заряд, притягиваются и оседают (т.е. намораживаются) на внутренней поверхности корпуса 1, рабочем колесе 2 и на сетках электростатического фильтра

25, которые имеют положительный заряд.

А очищенный от пыли и от повышенного содержания влаги, насыщенный отрицательными и частично положительными зарядами воздух через выходной патрубок 23 по

0 трубопроводу подается под значительным давлением в охлаждаемый объект и охлаждает его.

Как только температура охлаждаемого объекта понизится до нужного предела.

5 приборы автоматики выводчт воздухоохладитель из работы путем прекращения подачи жидкого хладагента в его входной патрубок 13, т.е. останавливают его.

Под действием температуры воздуха в

0 помещении, где установлен воздухоохладитель, внутренние поверхности его корпуса 1, рабочего колеса 2, фильтров 11 и 25 оттаивают, т.е. очищаются от грязи и влаги в виде снега (инея). Влага и грязь стекают в

5 грязесборник 6 и затем в грязеотстойник 7, откуда в канализацию.

После повышения температуры воздуха в охлаждаемом объекте приборы автоматики включают воздухоохладитель в работу пу0 тем подачи жидкого хладагента в его входной патрубок 13.

В случае необходимости электродвигатель 3 переключается на режим работы электродвигателя и, подав на него электро5 питание, вводят в работу воздухоохладитель.

таким образом, воздухоохладитель может работать не только под действием жидкого хладагента, подаваемого в его входной

О патрубок 13, но и за счет электропривода (в этом случае он не вырабатывает электроэнергию).

Спрямляющие аппараты в виде неподвижных осевых лопаток 10,24 и 27 улучшают

5 течение потоков хладагента и воздуха во входном 9, выходных 23 и 26 патрубках, причем спрямляющий аппарат такой же конструкции может быть установлен и во входном патрубке 13 для заворачивания по0 тока жидкого хладагента навстречу вращению рабочего колеса 2.

А это все вместе позволит значительно повысить напорные характеристики потоков хладагента и воздуха, выходящих из

5 корпуса воздухоохладителя.

Этому же содействуют и виброколебания, образующиеся на рабочем колесе 2 за счет ращения в кольцевой полости 4 сферических тел 5, поскольку в этом случае значительно снизится сопротивление трения

потоков хладагента и воздуха о стенки в каналых 19 и о полые ребра 18.

Воздухоохладитель предложенной конструкции по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами. 5

Рабочий орган представляет собой цен- тробежно-центростремительное колесо, снабженное внутри электродвигателем (электрогенератором), а снаружи - полыми ребрами, центробежные и центростреми- 10 тельные каналы которых выполнены по логарифмической спирали (по спирали Архимеда), вытянутой вдоль оси.

Такое решение рабочего органа позволяет за счет действия центробежных и цен- 15 трсстремительных сил значительно увеличить не только скорость движения хладагента в центробежных и центростремительных каналах рабочего органа, но и повысить скорость движения потока возду- 20 ха, омывающего полые ребра рабочего органа, а также удлинить время контакта потока воздуха с холодной поверхностью полых ребер.

А это все вместе как раз и обеспечивает 25 не только интенсификацию процесса охлаждения потока воздуха, проходящего через корпус, и таким образом значительное повышение эффективности данного устройства, но и за счет размещения электродвигателя 30 (электрогенератора) внутри рабочего органа упростить конструкцию этого воздухоохладителя в целом, вращающийся ротор кото- рого при таком решении еще выполняет функции маховика-накопителя энергии. 35

Кроме того, при таком решении электропривода расширяется область применения устройства.

Ведь данный агрегат может быть использован не только для охлаждения какой- 40 либо среды и выработки электроэнергии за счет подачи в его рабочий орган рабочей среды под высоким давлением (газа, нефти, воды из пробуренных скважин), но и за счет применения его электропривода по прямо- 45 му назначению использовать в холодильных установках в качестве агрегата, совмещающего в себе одновременно компрессор, конденсатор и испаритель холодильной установки.

Далее, вращающиеся сферические тела в кольцевой полости создают виброколебания на наружной поверхности рабочего органа и в его пэлых ребрах, что уменьшает потери энергии на трение потока хладагента и воздуха о стенки полых ребер и центробежных и центростремительных каналов, а дроссели в виде капиллярных трубочек, дросселируя хладагент, снижают его температуру в центростремительных каналах полых ребер.

А это все вместе способствует еще большему увеличению скорости движения хладагента в центробежных и центростремительных каналах и потока воздуха между полыми ребрами с резким снижением температуры последнего, что еще больше увеличивает эффективность предлагаемого воздухоохладителя.

Что же касается механических и электростатических фильтров, то они хотя и уменьшают скорость движения воздуха, но очищают его от грязи, влаги и ионизируют его, что значительно удлиняет срок хранения сельхозпродукции с сохранением всех ее питательных веществ и вкусовых качеств.

Формула изобретения

Воздухоохладитель, содержащий корпус, внутри которого размещен полый рабочий орган, снабженный полыми лопатками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и расширения функциональных возможностей, рабочий орган выполнен в виде цент- робежно-центростремительного рабочего колеса с наружными полыми ребрами, внутренние полости которых выполнены в виде логарифмических спиральных каналов, вытянутых вдоль оси и разделенных перегородками с дроссельными отверстиями в них, причем во внутренней полости рабочего колеса дополнительно установлен кинематически связанный с рабочим колесом электродвигатель или электрогенератор.

//

/5

w

/ /

765

j;

J2

Назначение: холодильная техника Сущность изобретения: рабочий орган выполнен в виде центробежно-центростремительного рабочего колеса 2 с наружными полыми ребрами, внутренние полости которых выполнены в виде логарифмических спиральных каналов, вытянутых вдоль оси и разделенных перегородками с дроссельными отверстиями в них, причем во внутренней полости рабочего колеса дополнительно установлен кинематически связанный с колесом электродвигатель или электрогенератор. 2 ил.

Фиг.1

J