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

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, конкретно к способам его осушки и охлаждения с помощью аппаратов косвенно-испарительного типа и растворов нелетучих солей.

Известны способы осушки и охлаждения воздуха, включающие цикл снижения температуры раствора нелетучей соли в аппарате косвенно-испарительного охлаждения и последующую тепловлажностную обработку кондиционируемого воздуха охлажденным раствором нелетучей соли в контактном теплообменнике. К их недостаткам следует отнести быстрый рост температуры и падение абсорбирующей способности раствора нелетучей соли, вызванные аккумуляцией в нем явного тепла, отводимого от кондиционируемого воздуха. Отмеченное приводит к необходимости обеспечения высокой кратности циркуляции раствора в процессе кондиционирования воздуха, следствием чего является повышенный уровень затрат на его перекачивание.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому объекту является способ осушки охлаждения воздуха, включающий пропускание и вовлечение в контакт раствора нелетучей соли и полного потока воздуха в сухих каналах совмещенного аппарата косвенно-испарительного охлаждения воздуха, последующее разделение полного потока воздуха на основной и вспомогательный, первый из которых подают к потребителю, а второй - отводят через увлажняемые каналы этого аппарата в атмосферу.

В данном способе контакт раствора нелетучей соли с полным потоком воздуха осу- ществляют с одновременным отводом явного тепла от этих сред в увлажняемые каналы совмещенного аппарата косвенно- испарительного охлаждения воздуха. В результате достигается стабилизация температурного режима и абсорбирующей способности раствора в период тепловлаж- ностной обработки воздуха. К недостаткам способа относится совместно-прямоточная

(Л

С

х| х| ю

00 00

со

схема движения раствора и полного потока воздуха в сухих каналах, при которой неизбежен перенос явного тепл с массой раствора нелетучей соли к выходному сечению сухих каналов. Следствием этого будут являться повышенный уровень температуры раствора нелетучей соли в области выходного -окна сухих каналов; снижение степени осушки и охлаждения воздуха; потребность в использовании высоких концентраций раствора нелетучей соли в сухих каналах.

Цель изобретения - повышение степени осушки и охлаждения воздуха, снижение предела рабочих концентраций раствора нелетучей соли и повышение коэффициента использования его абсорбирующей способности.

Указанная цель достигается тем, что в способе осушки и охлаждения воздуха, включающим пропускание и вовлечение в контакт раствора нелетучей соли и полного потока воздуха в сухих каналах совмещен- ногоаппарата косвенно-испарительного охлаждения воздуха. последующее разделение полного потока воздуха на основной и вспомогательный, первый из которых подают к потребителю, а второй - отводят через увлажняемые каналы этого аппарата в атмосферу, раствор нелетучей соли пропускают по сухим каналам в виде нескольких, разнесенных по ходу воздуха, промежуточных звеньев, каждое последующее из них подключают к предыдущему через рекуперативный теплообменник, где в качестве охлаждающей жидкости используют раствор нелетучей соли, прошедший последнее промежуточное звено.

В заявляемом способе раствор нелетучей соли вводят в сухие каналы неоднократно и образуют в них ряд последовательно расположенных по ходу полного потока воздуха гидравлически связанных промежуточных звеньев циркуляции этого раствора, каждое последующее из которых подключают вне сухих каналов к его предыдущему через рекуперативный теплообменник, где в качестве охлаждающей жидкости используют раствор нелетучей соли, прошедшей последнее (по ходу полного потока воздуха) промежуточное звено.

Известны технические решения, в которых кондиционируемый воздух последовательно вовлекается в контакт с несколькими контурами циркуляции раствора нелетучей соли. Однако, в них отсутствует гидравлическая связь между указанными контурами циркуляции, я контакт раствора с кондиционируемым воздухом ведут в адиабатных условиях.

На фиг.1 представлена принципиальная схема совмещенного аппарата косвенно-испарительного охлаждения для реализации предлагаемого способа осушки

и охлаждения воздуха, вид сверху; на фиг.2 - принципиальная схема контура циркуляции раствора нелетучей соли.

Устройство для реализации заявляемого способа осушки и охлаждения воздуха

0 содержит сухие и увлажняемые каналы 1 и 2, первые из которых выполнены из влагонепроницаемого материала и включены в контур циркуляции 3 раствора нелетучей соли, а вторые - имеют пористое покрытие 4,

5 подключенное через регуляторы 5 расхода влаги и коллектор 6 к источнику 7 жидкости. Контур циркуляции 3 в сухих каналах 1 выполнен из двух последовательно размещенных промежуточных звеньев циркуля0 ции 8, 9, а вне сухих каналов 1 в него включены противоточный рекуперативный теплообменник 10 и сборный поддон 11 раствора нелетучей соли.

Сухие каналы 1 сообщены входом 12с

5 атмосферой, а выходом 13 - с увлажняемыми каналами 2 и с потребителем (не показан).

Осуществление заявляемого способа осушки и охлаждения воздуха заключается

0 в следующем.

Атмосферный воздух в виде полного потока воздуха поступает в сухие каналы 1, который затем на выходе 13 разделяется на вспомогательный и основной пртоки, пер5 вый из которых через увлажняемые каналы 2 отводят в атмосферу, а второй - подают к потребителю.

Одновременно от источника 7 жидкость через коллектор 6 и регуляторы 5 расхода

0 влаги поступает к пористому покрытию 4 с поддержанием минимально необходимого для его полного увлажнения расхода этой жидкости.

Увлажнение каналов 2, в которых пере5 мещаётся вспомогательный поток воздуха, обеспечивает косвенно-испарительное охлаждение полного потока воздуха перемещаемого в сухих каналах 1.

Далее по контуру циркуляции 3 из сбор0 ного поддона 11 осуществляют ввод раствора нелетучей соли в сухие каналы 1, который сливают в виде пленки по их стенам в зоне размещения первого (по ходу полного потока воздуха) промежуточного звена циркуля5 ции 8. Стекающий вниз раствор нелетучей соли отводят из сухих каналов 1, пропускают через противоточный рекуперативный теплообменник 10 и вновь подают в сухие каналы 1, где аналогично сливают по их стенам в зоне размещения промежуточного

звена циркуляции 9 (последнего по ходу полного потока воздуха). Вышедший из зоны сухих каналов 1 раствор нелетучей соли пропускают в качестве охлаждающей жидкости через противоточный рекуперативный теплообменник 10, после чего по контуру циркуляции 3 возвращают раствор в сборный поддон 11 и цикл повторяется.

При контакте раствора нелетучей соли в сухих каналах 1 с полным потоком воздуха обеспечивается дополнительно охлаждение и осушение воздуха. Развитию этих про- цессов способствует реализации гидравлической связи раствора нелетучей соли между промежуточными звеньями циркуляции 8, 9 через противоточный рекуперативный теплообменник 10. Последний, выполняя функцию теплового сопротивления, препятствует перегону явного тепла с массой раствора нелетучей соли по ходу полного потока воздуха, что обеспечивает возможность резкого снижения температуры раствора нелетучей соли в промежуточном звене циркуляции 9. Вызванный этим рост температуры раствора нелетучей соли в промежуточном звене циркуляции 8 оказывается менее существенным, что объясняется нелинейной зависимостью испарительного охлаждения жидкости во вспомогательных каналах 2 от температуры (доказательства см. в приложении).

В результате, реализация заявляемого способа осушки и охлаждения воздуха позволяет снизить средний температурный уровень раствора нелетучей соли в сухих каналах 1, следствием чего являются повышение степени осушки и охлаждения воздуха; снижение предела рабочих концентраций раствора нелетучей соли.

Повышение коэффициента использования абсорбирующей способности раствора нелетучей соли (относительного изменения концентрации раствора за период абсорбции влаги) - следствие интенсификации процесса осушки воздуха в сухих каналах 1. При перекрестном ходе раствора нелетучей соли и полного потока воздуха увеличение этого коэффициента может быть также обеспечено путем увеличения времени пребывания раствора нелетучей соли в сухих каналах 1. Для этого достаточно принять общее число промежуточных звеньев циркуляции раствора в сухих каналах 1 большим

3 п о (где S - длина и Н - высота стенок

сухих каналов соответственно, м).

Для восстановления уровня концентрации раствора нелетучей соли в сборном поддоне 11 некоторое его количество отводят из этой емкости в регенератор (не показан) и после обеспечения требуемой концентрации возвращают опять в сборный поддон 11.

Ниже приводятся конкретные примеры

осуществления заявляемого способа в совмещенном аппарате косвенно-испарительного охлаждения воздуха с двумя промежуточными звеньями циркуляции 8, 9 раствора нелетучей соли в сухих каналах 1.

Параметры полного потока воздуха и раствора нелетучей соли в сухих каналах 1 найдены путем численного решения уравнений тепломассообмена, актуальных для данного случая в процессе реализации вычислительных экспериментов на ЭВМ. При этом было использовано допущение о бесконечном тепловом сопротивлении противоточ- ного рекуперативного теплообменника 10 (полное исключение переноса явного тепла

с массой раствора нелетучей соли между промежуточными звеньями циркуляции).

В процессе проведения вычислительных экспериментов приняты к сведению следующие исходные данные.

1. Расчетные параметры атмосферного

воздуха для климатической зоны г. Ташкента (параметры Б, СНиП 11-Г 7-62): температура - 37,7°С; теплосодержание - 14,7 ккал/кг; барометрическое давление - 715

мм рт.ст,

2.Теплофизические параметры воздуха (теплопроводность, вязкость) согласно справочным данным 5.

3.Используемый раствор нелетучей со- ли - хлористый литий (LiCI) с концентрацией Кр 40% (вариант I), Кр 28,3% (вариант II).

4.Конструктивные параметры совмещенного апп-арата косвенно-испарительного охлаждения воздуха:

-эквивалентный диаметр сухих 1 и увлажняемых 2 каналов D 0,01 м;

-длина сухих 1 и увлажняемых 2 каналов S 1,0 м;

- высота сухих 1 и увлажняемых 2 каналов Н 0,5 м,

5.Массовая скорость полного потока воздуха Wn 2,5 кг/(м2-с);

6.Массовая скорость вспомогательного потока воздуха Л/ь 1,25 кг/(см2- с);

Результаты вычислительных экспериментов представлены в таблице.

Наименования используемых в таблице обозначений:

Si, 82 - длины участков сухих каналов 1 по ходу полного потока воздуха, омываемые раствором нелетучей соли в промежуточных звеньях циркуляции 8 и 9 соответственно, М;

tip, chp - температура (°С) раствора нелетучей соли и влагосодержание насыщенных паров над его поверхностью в промежуточном звене циркуляции 8 г/кг;

t2p, d2p тоже в промежуточном звене циркуляции 9;

ti°, di°, li°- температура (°С). влагосодержание (г/кг) и энтальпия (кДж/кг) полного потока воздуха после контакта с раствором нелетучей соли в промежуточном звене циркуляции 8;

t2°, da0, l2° тоже в промежуточном звене циркуляции 9;

Kip, K2P - концентрация раствора нелетучей соли на входе в промежуточное звено циркуляции 8 и 9 соответственно, %;

Квр - концентрация раствора нелетучей соли на выходе из совмещенного аппарата косвенно-испарительного охлаждения воздуха, %;

уд - коэффициент использования абсорбирующей способности раствора нелетучей соли в совмещенном аппарате косвенно-испарительного охлаждения воздуха.

Данные, представленные в таблице, подтверждают возможность достижения положительного эффекта при реализации заявляемого способа осушки и охлаждения воздуха, Так, при концентрации раствора нелетучей соли Кр 28,3% (вариант II) в прототипе осушка полного-потока воздуха не обеспечивается, а его энтальпия на выходе из совмещенного аппарата составляет 11° 48,583 кДж/кг. В заявляемом способе при той же концентрации раствора осушка воздуха составляет М 9,210 - 8,207 1,003 г/кг сухого воздуха, а его энтальпия на выходе из совмещенного аппарата (2° 44,087 кДж/кг, что на ДI 4,496 кДж/кг ниже, чем в прототипе.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом.

1. Обеспечивает возможность снижения рабочих концентраций раствора нелетучей corfn при кондиционировании воздуха, что, в свою очередь, позволяет интенсифицировать процесс регенерации раствора, при одинаковых с прототипом температурных условиях в регенераторе; уменьшить затраты на приобретение нелетучей соли для

производства заданного объема абсорбента; использовать для кондиционирования воздуха более дешевые, но обладающие пониженными абсорбционными характеристиками растворы нелетучей соли

(например, вместо раствора хлористого лития LiCI, раствор хлористого кальция CaCte). 2. Обеспечивает возможность сниже ния затрат мощности на единицу полезной холодопроизводительности кондиционера.

3. Имеет существенно более низкий предел охлаждения и осушки воздуха. Тео ретически путем увеличения числа промежуточных звеньев циркуляции и длины сухих каналов достигается возможность

получения точки росы осушенного полного потока воздуха, что для прототипа принципиально не реализуемо.

Формула изобретения Способ осушки и охлаждения воздуха,

включающий пропускание и вовлечение в контакт раствора нелетучей соли и полного потока воздуха в сухих каналах совмещенного аппарата косвенно-испарительного охлаждения воздуха, последующее

разделение полного потока воздуха на основной и вспомогательный, первый из которых подают к потребителю, а второй отводят через увлажняемые каналы этого аппарата в атмосферу, отличающийся

тем, что, с целью повышения степени осушки и охлаждения воздуха, снижения предела рабочих концентраций раствора нелетучей соли и повышения коэффициента использования его абсорбирующей способности,

раствор нелетучей соли пропускают по сухим каналам в виде нескольких разнесенных по ходу воздуха промежуточных звеньев, каждое последующее из них подключают к предыдущему через рекуперативный теплообменник, где в качестве охлаждающей жидкости используют раствор нелетучей соли, прошедший последнее промежуточное звено.

Использование: для вентиляции и кондиционирования воздуха, его осушки и охлаждения в совмещенных аппаратах косвенно-испарительного типа. Сущность изобретения: раствор нелетучей соли пропускают по сухим каналам несколькими последовательно расположенными по ходу полного потока воздуха промежуточными звеньями циркуляции, каждое последующее из которых подключают к предыдущему вне сухих каналов через рекуперативный теплообменник, где в качестве охлаждающей жидкости используют раствор нелетучей соли, прошедшей последнее промежуточное звено. 2 ил.,1 табл.