Способ тепловлажностной обработки воздуха Советский патент 1993 года по МПК F24F3/153 

Изобретение относится к технике кондиционирования, о частности к кондиционированию воздуха в гипобарических хранилищах сельскохозяйственной продукции.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ тепловлажностной обработки воздуха, включающий разделение его на два обменивающихся теплом воздушных потока, тепловую обработку в первом воздушном потоке, тепловлажностную обработку во втором воздушном потоке и смешение потоков.

Для анализа недостатков прототипа воспользуемся схематическим представлением процессов тепловлажностной обработки воздуха на Id-диаграмме (см.фиг.1) применительно к условиям гипобарическо- го хранения сельскохозяйственной продукции, где

dx - влагосодержание воздуха в гипо- барическом хранилище;

tx - заданная температура хранения;

Рх - заданное давление хранения в ги- побарическом хранилище;

(р - относительная влажность воздуха;

da - влагосодержание атмосферного воздуха.

Т.О. характеризует состояние среды в гипобарическом хранилище, т.1 и т.2 - состояние атмосферного воздуха в зимний и летний период времени.

Первый вариант. Зимний период времени. Тепловлажностная подготовка воздуха происходит при атмосферном давлении.

Нагрев воздуха в первом воздушном потоке описывается линией 1-3, тепловлажно- стная обработка воздуха во втором потоке - линией 1-4, процесс смешения потоков линия 3-4 и состояние воздуха после смешения - т.5. В результате влагосодержание воздуха соответствует впагосодержанию в условиях хранения, Чтобы получить задан-. ную температуру хранения необходимо воздух охладить. Можно охладить при Р 1 атм (процесс 5-6), далее понизить давление в т.6

ел

00

о

Ю. СП

ел

и снова охладить до температуры tx (процесс 6-0).

Недостатки: повышенный расход энергии (сначала воздух нагрели, а затем охладили), сложность процесса охлаждения - требуется наличие дополнительных узлов в воздушном тракте, так как частично процесс охлаждения протекает при пониженном давлении при d const, то требуются дополнительные развития поверхностей теплообмена по отношению к атмосферным условиям, где интенсивность однофазного теплообмена значительно выше.

Второй вариант. Зимний период времени. Тепловлажностная подготовка воздуха происходит при пониженном давлении среды.

Нагрев воздуха в первом воздушном потоке можно провести в процессе, описанном линией 1-7, а тепловлажностную обработку второго воздушного потока - по линии 1-8. Процесс смешения потоков линия 7-8. Состояние воздуха после смешения - точка О,

Недостатки: при проведении процесса 1-7 потребуются дополнительные развития поверхностей теплообмена по отношению к атмосферным условиям, что может привести к увеличению габаритов оборудования. Кроме того усложнится само проведение процесса тепловой обработки воздуха, так как при низких температурах атмосферного воздуха (т.1) может произойти обмерзание поверхностей нагрева. В условиях пониженных давлений эксплуатация и контроль таких поверхностей затруднены..

Третий вариант. Летний период. Тепловлажностная подготовка воздуха происходит при атмосферном давлении.

Аналогичен уже рассмотренному первому варианту. Недостатки те же.

Четвертый вариант. Летний период. Тепловлажностная подготовка воздуха происходит при пониженном давлении.

В основном аналогичен уже рассмотренному второму варианту. Недостатки те же.

Таким образом, известный способ тепловлажностной обработки воздуха характеризуется повышенными энергетическими затратами, требуются значительные поверхности теплообмена, усложнена эксплуатация оборудования, с помощью которого реализуется известный способ.

Целью изобретения является снижение энергетических затрат и упрощение условий его реализации применительно к гипо- барическомухранению сельскохозяйственной продукции.

Указанная цель достигается тем, что в заявляемом способе тепловлажностной обработки воздуха, включающем разделение его на два обменивающихся теплом воздушных потока, тепловую обработку в первом воздушном потоке, тепловлажностную обработку во втором воздушном потоке и смешения потоков, тепловую обработку первого воздушного потока проводят при

атмосферном давлении, тепловлажностную обработку второго воздушного потока - при давлении, соответствующем заданным условиям хранения сельскохозяйственной продукции, а перед смешиванием потоков

понижают давление первого воздушного потока до значения давления хранения.

При таком проведении способа тепловлажностной обработки воздуха достижение положительного эффекта

обеспечивается исходя из следующего.

Проведение тепловой обработки первого воздушного потока при атмосферном давлении позволяет оптимально спроектировать теплообменник, работающий в ат- мосферных условиях, о.бычным путем обслуживать теплообменник без вхождения в область пониженных давлений воздуха.

Проведение тепловлажностной обработки второго воздушного потока при пониженном давлении среды, как и смешение двух воздушных потоков при пониженном давлении среды позволяет снизить энергетические затраты на кондиционирование воздуха, в частности, в гипобарических хранилищах сельскохозяйственной продукции. Имеет место возможность в процессе смешения получить параметры воздуха, непосредственного равные условиям в гипобарическом хранилище. В этом случае

энергетические затраты являются наиболее оптимальными.

В результате использования предлагаемого способа тепловлажностной обработки воздуха снижаются энергетические затраты

на проведение процесса кондиционирования воздуха, упрощается эксплуатация оборудования, в котором реализуется предлагаемый способ.

Сравнительный анализ предлагаемого

способа с прототипом показывает, что заявляемый способ характеризуется наличием новых элементов - тепловая обработка первого воздушного потока при атмосферном давлении, а Тепловлажностная обработка

второго воздушного потока при давлении хранения;

понижение давления первого воздушного потока перед смешением до значения давления хранения.

Существенные отличительные признаки предлагаемого способа тепловая обработка первого воздушного потока при атмосферном давлении, тепловлажностная обработка второго воздушного потока при атмосферном давлении и перед смешением потоков понижения давления первого воздушного потока до значения давления хранения - обеспечивают достижение положительного эффекта, являющегося целью изобретения.

На фиг.2 представлена схема Id-диаграммы влажного воздуха для пониженных давлений с нанесением процессов тепло- влажностной обработки воздуха в гипобэри- ческом хранилище сельскохозяйственной продукции.

Предлагаемый способ тепловлажност- ной обработки воздуха осуществляется следующим образом. При тепловлажностной обработке воздуха его разделяют на два воздушных потока, обменивающихся теплом. При этом в первом воздушном потоке проводят только тепловую обработку воздуха, а во втором воздушном потоке тепловлажно- стную обработку. Тепловую обработку первого воздушного потока проводят при атмосферном давлении. В холодный период года это процесс 1-3; в теплый период года это процесс 2-5. Тепловлажностную обработку второго воздушного потока проводят при давлении соотвествующем заданным условиям хранения сельскохозяйственной продукции. С этой целью после разделения потоков понижают давление второго воздушного потока до величины давления хранения Рх.

В зимний период года понижение давления реализуется в т. 1; в летний.период года - в точке 2. В зимний период года процесс теплозлажностной обработки второго воздушного потока протекает по линии 1-4; в летний период года - по линии 2-6. После тепловой обработки первого воздуш- .ного потока понижают его давление до значения давления хранения Рх. В зимний период года это осуществляется в точке 3, в летний в точке 5, Затем оба потока смешиваются. Это осуществляется таким образом, что общий воздушный поток приобретает параметры, характерные для т.О, то есть соответствующие условиям хранения в гипо- барическом хранилище. С этими параметрами воздушный поток поступает в гипобарическое хранилище.

8 гипобарическом хранилище сельскохозяйственной продукции предлагаемый способ тепловлажностной обработки воздуха может быть реализован с помощью, например, устройства1представленного на фиг.З.

Устройство содержит два отсека 1 и 2, отделенные перегородкой 3, предназначен- 5 ные соответственно для первого и второго воздушных потоков. Отсек 2 частично заполнен жидким теплоносителем 4 с возможностью его нагрева или охлаждения с помощью проточного теплообменника 5. В

0 жидкий теплоноситель 4 частично погружены тепловые трубы 6, которые размещены в двух отсеках 1 и 2. Отсеки 1 и 2 снабжены с противоположных торцов входными 7. 8 и выходными 9, 10 патрубками. На патрубке 8

5 установлен вентиль понижения давления 11, а на патрубке 9 вентиль перепада давлений 12. Смешение двух воздушных потоков происходит в камере смешения 13.

Устройство в составе гипобарического

0 хранилища сельскохозяйственной продукции работает следующим образом.

Воздух под воздействием разряжения в гипобарическом хранилище, создаваемом вакуумным насосом (на фиг.З не показан),

5 поступает через входной патрубок 7 в отсек 1 и через вентиль понижения давления 11 и патрубок 8 в отсек 2. Проходя через вентиль понижения давления 11 воздух понижает давление от атмосферного до значения дав0 ления хранения Рх. В отсеке 2 воздух, соприкасаясь с жидким теплоносителем 4 (нагретым или охлажденным с помощью проточного теплообменника 5), изменяет свою температуру и насыщается влагой. В

5 отсеке воздух омывает поверхности тепловых труб 6 и изменяет свою температуру без изменения влагосодержания. Далее воздух из отсека 1 через выходной патрубок 9 и. вентиль перепада давления 12 поступает в

0 камеру смешения 13. На вентиле перепада давления 12 воздух понижает свое давление до значения РХ. Из отсека 2 воздух через выходной патрубок 10 также поступает в камеру смешения 13. В камере 13 два воз5 душных потока перемешиваются. В зависимости от соотношения количества воздуха, прошедшего через отсеки 1 и 2, можно получить воздух любой температуры и относительной влажности. При данном способе

0 тепловлажностной обработки воздуха с помощью вентилей 11 и 12 можно установить такое соотношение воздушных потоков, чтобы в камере смешения 13 получить воздух с заданными параметрами хранения

5 (т.О, фиг.2).

Рассмотрим с энергетической точки зрения проведения процессов тепловлажностной обработки воздуха в прототипе (первый вариант) и предлагаемом изобретении. Согласно Id-диаграмме (фиг. 1)избыточная теплота, сообщаемая воздуху, может быть равной Д I Is-lo. В предлагаемом изобретении (фиг.2) состояние воздуха после смешения характеризуется т.О и, следо- вательно. воздуху не сообщена после процесса смешения избыточная теплота. Раскроем значение Д I

Д I Is-lo cats + dx(p + ctsHCBtx + dx (r+cts).Ј1)

После преобразований имеем Д I - (ts-txXcB + dxC).(2)

Таким образом, чем больше разность температур (ts-tx), тем выше величина Д I. То же самое имеет место при росте значения dx. Чем больше величина dx при прочих равных условиях (имеет место при уменьшении абсолютного давления хранения Рх), тем выше значение Д I.

Таким образом при использовании прототипа в гипобарическом хранилище с понижением давления хранения Рх растет величина избыточной теплоты Д I; в результате чего производительно повышаются энергетические затраты.

Предлагаемый способ тепловлажност- ной обработки воздуха рекомендуется использовать в гипобарических хранилищах сельскохозяйственной продукции при поддержании а условиях хранения относительной влажности воздуха меньше 100% и вла- госодержании среды в условиях хранения большем, чем в атмосферном воздухе.

Таким образом, предлагаемый способ тепловлажностной обработки воздуха, направляемого, в частности, в гипобариче- ские хранилища сельскохозяйственной продукции, характеризуется оптимальными

затратами энергии на его подготовку, упрощением эксплуатации установки кондиционирования и простотой управления.

Формула изобретения, Способ тепловлажностной обработки

воздуха, включающий разделение его на два обменивающихся теплом воздушных потока, тепловую обработку в первом воздушном потоке, тепловлажностную обработку во втором воздушном потоке и смещение

потоков, отличающийся тем, что, с цел1,ю снижения энергетических затрат и упрощения применительно к гипобариче- скому хранению сельскохозяйственной про-, дукции, тепловую обработку первого

воздушного потока проводят при атмосферном давлении, тепловлажностную обработку второго воздушного потока - при давлении, соответствующем заданным условием хранения сельскохозяйственной

продукции, и перед смешиванием потоков понижают давление первого воздушного потока до значения давления хранения.

Сущность изобретения: разделяют воздух на два обменивающихся воздушных потока. Проводят тепловую обработку в первом воздушном потоке, тепловлажност- ную обработку - во втором воздушном пото- ке и смешивают потоки. Тепловую обработку проводят при атмосферном давлении, тепловлажностную - при давлении, соответствующем заданным условиям хранения сельскохозяйственной продукции. Перед смешиванием потоков понижают давление потока до значения давления хранения, 3 ил.