Установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха

 

Использование: кондиционирование воздуха. Сущность изобретения: в корпусе с патрубками входа и выхода воздушных потоков размещены чередующиеся каналы общего и вспомогательного потоков воздуха соответственно с влагонепроницаемым и капиллярно-пористыми покрытиями, а также устройства увлажнения. Выполнение каналов особой формы обеспечивает минимальные аэродинамические потери, повышение эффективности охлаждения воздуха и экономичность установки в эксплуатации. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, а более точно к установкам для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, и может быть использовано в холодильной технике для создания микроклимата в разных объектах и помещениях, а также необходимого режима в холодильниках. Кроме того, изобретение может найти применение для охлаждения различных веществ до температур, близких к температуре точки росы атмосферного воздуха.

Известна установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха по заявке РСТ WO 87/01180 от 26.02.87 г. МКИ F 24 F 5/00 (регистрационный номер заявки РСТ /SE86/00368 от 14.08.86 г.), содержащая корпус с поддоном, патрубки входа общего потока и выхода основного и вспомогательного потоков воздуха, чередующиеся между собой каналы общего и вспомогательного потоков воздуха, выполненные соответственно с влагонепроницаемым м капиллярно-пористым покрытиями, средство увлажнения с изолированными каналами для подачи жидкости к капиллярно-пористым покрытиям и раздельную полость для сообщения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха.

Особенностью работы данной установки является то, что подаваемый в каналы общего потока воздух на выходе из них разделяется на два потока: основной и вспомогательный. Основной поток воздуха направляется потребителю, а вспомогательный поток разворачивается на 180^o и подается в орошаемые влагой каналы вспомогательного потока. При этом во время движения вспомогательного потока воздуха противотоком общему потоку происходит его увлажнение и одновременный отбор тепла от перемещаемого в смежных каналах общего потока воздуха. Затем вспомогательный поток воздуха через соответствующий патрубок выбрасывается в атмосферу.

Следует отметить, что описанная установка имеет существенные технические недостатки. Это прежде всего значительные энергетические затраты, связанные с необходимостью поворота всего вспомогательного потока воздуха на значительную величину, а именно, 180^o. Другим недостатком этой установки является то, что в ней во время работы сохраняется постоянство расхода или скорости общего потока воздуха по всей длине общих каналов, вследствие чего происходит снижение коэффициента теплоотдачи, особенно с учетом того, что режим движения воздуха в данной установке в основном ламинарный. В конечном итоге это ухудшает условия теплообмена между общим и вспомогательным потоками воздуха, что приводит к увеличению габаритов установки.

Наиболее близкой по технической сущности (прототипом) к предложенному изобретению является установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха по а.с. СССР N 1686269 от 09.01.89 г. МКИ 5 F 3/14. Эта установка содержит корпус с поддоном, патрубки входа общего потока и выхода основного и вспомогательного потоков воздуха, чередующиеся между собой и расположенные перпендикулярно друг другу каналы общего и вспомогательного потоков воздуха, выполненные соответственно с влагонепроницаемым и капиллярно-пористыми покрытиями, средство увлажнения с изолированными каналами для подачи жидкости к капиллярно-пористым покрытиям и разделительную полость для сообщения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха.

Отличительной конструктивной особенностью этой установки является то, что распределительная полость выполнена: а) с возможностью сообщения с выходом каналов общего потока воздуха, что приводит к возможности разделения общего потока воздуха на основной и вспомогательный только после его полного прохождения через указанные общие каналы; б) с уменьшающимся проходным сечением по ходу вспомогательного потока воздуха, обеспечивающего равномерную подачу этого потока в разделенные разновысокими пластинами вертикальные каналы вспомогательного потока воздуха и неизбежно создающего при этом перемещение вспомогательного потока в указанных каналах по двум взаимно перпендикулярным направлениям (при движении в распределительной полости поток воздуха перемещается поперек каналов вертикальных, а при движении между пластинами вдоль их направления).

Однако несмотря на то, что в известной установке достигается равномерная подача вспомогательного потока воздуха во всех вертикальных каналах, данная конструкция не отличается низкими энергозатратами и высокой эффективностью охлаждения воздуха.

Это обусловлено тем, что необходимость перемещения всего общего потока воздуха по всей длине общих каналов и последующего его разделения в распределительной полости на основной и вспомогательный потоки воздуха с дальнейшим перемещением вспомогательного потока по всей длине вертикальных каналов значительно увеличивает суммарную длину пути перемещения указанных потоков воздуха и тем самым приводит к увеличению энергетических затрат и снижению экономичности эксплуатации описанной установки.

Кроме этого, для разделения общего потока воздуха на основной и вспомогательный потоки в известной установке требуется развернуть общий поток воздуха на 180^o и вспомогательный поток воздуха на 270^o, при этом вследствие разворота на 90^o вспомогательного потока воздуха на сообщенных с распределительной полостью участках вертикальных каналов происходит его одновременное воздействие на капиллярно-пористое покрытие этих каналов как в поперечном, так и в продольном направвлениях. Это приводит к дополнительному расходу энергопотребления и в конечном итоге усугубляет указанный недостаток.

Следует также отметить, что из-за указанного выше разнонаправленного воздействия вспомогательного потока воздуха на капиллярно-пористое покрытие каналов на участке их сообщения с распределительной полостью происходит сдувание влаги в поперечном направлении, а на участке размещения пластин в продольном направлении. В результате такого воздействия поперечно перемещаемый в указанных каналах поток вспомогательного воздуха препятствует активному смачиванию в продольном направлении вертикальных каналов до требуемого значения. Особенно интенсивно этот процесс происходит в начале распределительной полости, т. е. в местах ее максимального проходного сечения, что снижает эффективность охлаждения воздуха, особенно на примыкающих к этой зоне нижних участках каналов вспомогательного потока воздуха.

В основу изобретения положена задача создать установку для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, в которой взаимосвязь между каналами общего и вспомогательного потоков воздуха и распределительной полостью была бы осуществлена таким образом, чтобы исключалась необходимость значительного разворота основного и вспомогательного потоков воздуха и обеспечивалось однонаправленное движение вспомогательного потока воздуха в соответствующих каналах и за счет этого достигалось снижение энергопотребления и повышение эффективности охлаждения воздуха и экономичности эксплуатации установки.

Эта задача решена тем, что в установке для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, содержащая корпус с поддоном, патрубки входа общего потока и выхода основного и вспомогательного потоков воздуха, чередующиеся между собой и расположенные перпендикулярно друг другу каналы общего и вспомогательного потоков воздуха, выполненные соответственно с влагонепроницаемым и капиллярно-пористым покрытиями, средство увлажнения с изолированными каналами для подачи жидкости к капиллярно-пористым покрытиям и разделительную полость для сообщения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха, согласно изобретению, распределительная полость выполнена с возможностью поочередного пересечения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха и образования сухих зон для формирования вспомогательного потока воздуха, пересекающегося с каналами для подачи жидкости, расположенных на сообщающихся с распределительной полостью участках каналов вспомогательного потока воздуха.

Каналы общего и вспомогательного потоков воздуха могут быть сориентированы в горизонтальных плоскостях, а распределительная полость выполнена в виде щели или набора сквозных отверстий, расположенных вдоль направления движения основного потока воздуха. Каналы для подачи жидкости могут быть выполнены в виде дополнительных сквозных отверстий, отстоящих от щели или набора сквозных отверстий. Дополнительные отверстия могут быть расположены по обе стороны от щели или набора сквозных отверстий. Каналы общего и вспомогательного потоков воздуха могут быть расположены наклонно в направлении движения вспомогательных потоков воздуха. Отверстия набора могут быть выполнены одинаковыми по величине и расположены с переменным шагом, уменьшающимся в направлении движения основного потока воздуха.

Выполнение в предложенной установке распределительной полости с возможностью поочередного пересечения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха и образования сухих зон для формирования вспомогательного потока воздуха обеспечивает постепенное разделение перемещаемого общего потока воздуха на основной и вспомогательный поток воздуха непосредственно в каналах общего потока и в результате этого сокращает до минимальных значений длину пути перемещения указанных потоков воздуха, что в конечном итоге снижает энергозатраты и повышает экономичность эксплуатации предложенной установки.

Кроме этого, благодаря такому разделению общего потока воздуха, обеспечивается возможность прямого сообщения основного потока воздуха с патрубком его выхода и создаются условия для формирования вспомогательного потока воздуха путем разворота в сухих зонах на 90^o отделенной в распределительной полости части общего потока. Это также обеспечивает снижение энергозатрат, потребных для эксплуатации установки.

Необходимо также отметить, что выполнение распределительной полости с возможностью образования сухих зон, предназначенных для формирования вспомогательного потока воздуха, пересекающегося с каналами для подачи жидкости, и расположенных на сообщающихся с распределительной полостью участках каналов вспомогательного потока воздуха, обеспечивает формирование вспомогательного потока воздуха в начале соответствующих каналов и его последующее продольное перемещение вдоль их капиллярно-пористых покрытий. В результате такого перемещения вспомогательный поток создает однонаправленное воздействие на капиллярно-пористое покрытие соответствующих каналов и обеспечивает сдувание подаваемой в них влаги только в продольном направлении. Это способствует гарантированному смачиванию капиллярно-пористого покрытия по всей поверхности каналов вспомогательного потока и повышает эффективность охлаждения воздуха в предложенной установке.

Таким образом, технический результат от использования приведенной совокупности существенных признаков выражается в уменьшении до минимальных значений длины пути перемещения основного и вспомогательного потоков воздуха и углов их разворота, а также в достижении гарантированного смачивания капиллярно-пористого покрытия всей поверхности каналов вспомогательного потока воздуха, и обеспечивает снижение потребляемых энергетических затрат, повышение эффективности охлаждения воздуха и экономичности эксплуатации установки.

Ориентация каналов общего и вспомогательного потоков воздуха в горизонтальных плоскостях и выполненные распределительной полости в виде щели или набора сквозных отверстий, расположенных вдоль направления движения основного потока воздуха, характеризует частный случай (один из вариантов) выполнения установки.

Выполнение каналов для подачи жидкости в виде дополнительных сквозных отверстий, отстоящих от щели или набора сквозных отверстий, а также возможное расположение дополнительных отверстий по обе стороны от щели или набора сквозных отверстий конкретизируют частный случай (вариант) выполнения установки, допускающей возможность использования в ней различных методов подвода жидкости (поливом, через перфорированные трубки, по фитилю и т.д.), при которых смачивание капиллярно-пористых покрытий обеспечивается путем распределения влаги в виде капель за счет аэродинамического напора струи вспомогательного потока воздуха.

Расположение каналов общего и вспомогательного потоков воздуха наклонно в направлении движения вспомогательных потоков воздуха обеспечивают самотек подаваемой жидкости в каналы вспомогательного потока воздуха в направлении перемещения этого потока, что дополнительно повышает эффективность смачивания капиллярно-пористых покрытий и процесс охлаждения воздуха.

Выполнение отверстий набора одинаковыми по величине и их расположение с переменным шагом, уменьшающимся в направлении движения основного потока воздуха, характеризует частный случай (один из вариантов) выполнения отверстий, благодаря которому достигается повышение технологичности установки.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, вид сверху; на фиг.2 то же, поперечный разрез по А А; на фиг.3 то же, поперечный разрез по Б Б; на фиг.4 аксонометрическое изображение каналов общего и вспомогательного потоков воздуха на фиг.2; на фиг.5 то же, поперечный разрез, другой пример выполнения.

Установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха содержит корпус 1 с поддоном для жидкости, например воды, патрубок 3 входа общего потока (L_общ) воздуха, патрубок 4 выхода основного потока (L_осн) воздуха и патрубок 5 выхода вспомогательного (L_всп) потока воздуха.

В корпусе 1 размещен набор (насадка) теплообменных элементов 6 и 7, образующих чередующиеся между собой и расположенные перпендикулярно друг другу каналы 8 общего потока воздуха и каналы 9 вспомогательного потока воздуха. Каналы 8 общего потока воздуха образованы одними из поверхностей 10 каждого иэ элементов 6 и 7 и заглушены со стороны патрубка 5 выхода вспомогательного потока воздуха, а каналы 9 вспомогательного потока воздуха образованы другими поверхностями 11 каждого из элементов 6 и 7 и заглушены со стороны патрубка 3 входа общего потока воздуха и патрубка 4 выхода основного потока воздуха. При этом поверхности 10 элементов 6 и 7 выполнены с влагонепроницаемым покрытием, а поверхности 11 с капиллярно-пористым покрытием.

Кроме того, установка имеет средство 12 увлажнения с изолированными каналами 13 для подачи жидкости к капиллярно-пористым поверхностям 11, введенными в каналы 9 вспомогательного потока воздуха, а в насадке теплообменных элементов 6 и 7 предусмотрена распределительная полость 14 для сообщения каналов 8 и 9 общего и вспомогательного потоков воздуха.

Распределительная полость 14 выполнена с возможностью поочередного пересечения смежных каналов 8 и 9 общего и вспомогательного потока воздуха и образования сухих зон 15, предназначенных для формирования вспомогательного потока воздуха, пересекающегося с каналами 13 для подачи жидкости и расположенных на сообщающихся с распределительной полостью 14 участках каналов 9 вспомогательного потока воздуха.

Каналы 8 и 9 общего и вспомогательного потоков воздуха могут быть сориентированы в горизонтальных плоскостях, а распределительная полость 14 выполнена в виде щели (фиг.1) или набора сквозных отверстий, расположенных вдоль направления движения основного потока воздуха.

Каналы 13 для подачи жидкости могут быть выполнены в виде дополнительных сквозных отверстий 16, отстоящих от щели или набора сквозных отверстий распределительной полости 14. Дополнительные отверстия 16 каналов 13 могут быть расположены по одну сторону от щели или набора отверстий полости 14 (фиг.4 и 5) или по обе ее стороны (фиг.1).

Каналы 8 и 9 общего и вспомогательного потоков воздуха могут быть расположены наклонно в направлении движения вспомогательных потоков воздуха.

Образующие распределительную полость 14 отверстия набора могут быть выполнены одинаковыми по величине и расположены в переменным шагом, уменьшающимся в направлении движения основного потока воздуха (фиг.1).

В том случае, когда каналы 13 для подачи жидкости расположены по одну сторону от выполненной в виде щели или набора отверстий распределительной полости 14, указанную полость сопрягают с противоположной патрубку 5 глухой стенкой 17 установки. При этом каналы 8 и 9 общего и вспомогательного потоков воздуха могут иметь как горизонтальную (фиг.5), так и вертикальную ориентацию ( не показана).

Если каналы 13 для подачи жидкости расположены по обе стороны от полости 14 (фиг.1), то каналы 8 и 9 должны быть сориентированы в горизонтальных плоскостях, а распределительную полость 14 выполняют посередине теплообменных элементов 6 и 7, оснащая при этом стенку 17 дополнительным патрубком 18 выхода вспомогательного потока воздуха, выполненным аналогично патрубку 5. В таком варианте выполнения установки каналы 8 общего потока воздуха должны быть заглушены как со стороны патрубка 5, так и со стороны патрубка 18, а теплообменные элементы 6 и 7 могут быть изогнуты посередине таким образом, чтобы линия изгиба была параллельна основному потоку воздуха.

В приведенных выше примерах выполнения установки могут быть использованы различные модификации системы смачивания капиллярно-пористых теплообменных элементов.

Так, например, капиллярно-пористые покрытия поверхностей 11 теплообменных элементов 6 и 7 могут смачиваться путем распределения влаги в виде капель за счет аэродинамического напора вспомогательного потока воздуха. При этом каждый из каналов 13 для подачи жидкости представляет собой вертикальный ряд расположенных одно под другим дополнительных сквозных отверстий 16 (фиг.2).

Кроме того, в качестве каналов 13 для подачи жидкости могут быть использованы фитили 19, выполненные из капиллярно-пористого материала, или перфорированные трубки 20, сопряженные по наружной поверхности с капиллярно-пористым покрытием поверхностей 11, образующих каналы 9 вспомогательного потока воздуха (фиг. 3). Верхняя часть фитилей 19 или трубок 20 сообщена со средством 12 увлажнения, а нижняя часть расположена в поддоне 2. При этом нижняя часть каждой из трубок 20 должна быть заглушена, а перфорационные отверстия 21 выполнены на расположенных в каналах 9 вспомогательного потока воздуха участках трубок.

По периметру насадки со стороны входного патрубка 3 и патрубка 4 основного потока воздуха расположены уплотнения 22 и 23.

Установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха работает следующим образом. Общий поток воздуха (L_общ) c параметрами внешней среды через патрубок 3 входа нагнетается в каналы 8 общего потока воздуха. Здесь общий поток воздуха во время своего движения соприкасается с влагонепроницаемым покрытием поверхностей 10 теплообменных элементов 6 и 7 и понижает свою температуру. Это происходит за счет отвода явного тепла от потока воздуха, проходящего каналы 8 общего потока воздуха.

По мере движения потока воздуха от патрубка 3 входа общего потока воздуха (L_общ) вдоль теплообменных элементов 6 и 7 в каналах 8 общего потока от него постепенно, путем последовательного отбора сквозь выполненную в виде щели или набора отверстий распределительную полость 14, отделяется часть этого потока, которая во время прохождения сухих зон 15 формируется во вспомогательный поток воздуха (L_всп).

Оставшаяся часть воздуха после отбора от общего потока воздуха (L_общ) вспомогательного потока (L_всп), называемая основным потоком воздуха (L_осн), охлажденная в пределе до температуры, равной температуры точки росы общего потока воздуха на входе в установку, выходит через патрубок 4 выхода основного потока и направляется потребителю.

Сформированный в сухих зонах 15 вспомогательный поток воздуха входит в каналы 9 вспомогательного потока, в которых пересекается с каналами 13 для подачи жидкости (фиг.5). В процессе взаимодействия вспомогательного потока воздуха на подаваемую в каналы 13 жидкость за счет аэродинамического напора потока воздуха происходит сдув капель жидкости в направлении патрубка 5, и в результате этого достигается смачивание капиллярно-пористого покрытия поверхностей 11 теплообменных элементов 6 и 7 и исключается возможность попадания капель жидкости в распределительную полость 14, а оттуда в каналы 8 общего потока воздуха. При этом избыток влаги стекает по каналам 9 в направлении движения вспомогательного потока воздуха, а затем в поддон 2.

При наличии в установке двух оппозитно расположенных патрубков выхода вспомогательного потока воздуха (фиг.1) ее работа осуществляется следующим образом.

Общий поток воздуха (L_общ) с параметрами внешней среды через патрубок 3 входа нагнетается в каналы 8 общего потока воздуха. Здесь общий поток воздуха во время своего движения соприкасается с влагонепроницаемым покрытием поверхностей 10 теплообменных элементов 6 и 7 и понижает свою температуру.

По мере движения потока воздуха от патрубка 3 входа общего потока воздуха (L_общ) вдоль теплообменных элементов 6 и 7 в каналах 8 общего потока от него постепенно, путем последовательного отбора сквозь распределительную полость 14 отделяется часть этого потока, которая во время прохождения сухих зон 15 формирует два направленных в противоположные стороны вспомогательных потока воздуха (L_всп). Во время последующего движения каждый из двух вспомогательных потоков воздуха пересекается с соответствующими ему каналами 13 для подачи жидкости и выходит в атмосферу через соответствующие патрубки 5 и 18.

Процесс смачивания капиллярно-пористого покрытия поверхностей 11 теплообменных элементов 6 и 7 этой установки происходит аналогичным образом.

Оставшаяся часть воздуха после отбора от общего потока воздуха (L_общ) направленных в противоположные стороны вспомогательных потоков воздуха (L_всп), называемая основным потоком воздуха (L_осн), выходит через патрубок 4 к потребителю.

В случае использования в качестве каналов 13 для подачи жидкости фитилей 19 или перфорированных трубок 20, то за счет их плотного контакта с капиллярно-пористым покрытием поверхностей 11 теплообменных элементов 6 и 7 подаваемая в них из средства 12 увлажнения жидкость попадает на указанные поверхности 11 и далее равномерно растекается по ним в виде тонкой пленки, дополнительно повышая тем самым эффективность смачивания каналов 9 вспомогательного потока воздуха.

Формула изобретения

1. Установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха, содержащая корпус с поддоном, патрубки входа общего потока и выхода основного и вспомогательного потоков воздуха, чередующиеся между собой и расположенные перпендикулярно друг к другу каналы общего и вспомогательного потоков воздуха, выполненные соответственно с влагонепроницаемым и капиллярно-пористым покрытиями, средство увлажнения с изолированными каналами для подачи жидкости к капиллярно-пористым покрытиям и распределительную полость для сообщения каналов общего и вспомогательного потоков воздуха, отличающаяся тем, что распределительная полость выполнена с возможностью поочередного пересечения сухих зон для формирования вспомогательного потока воздуха, пересекающегося с каналами для подачи жидкости, расположенных на сообщающихся с распределительной полостью участках каналов вспомогательного потока воздуха.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что каналы общего и вспомогательного потоков воздуха сориентированы в горизонтальных плоскостях, а распределительная полость выполнена в виде щели или набора сквозных отверстий, расположенных вдоль направления движения основного потока воздуха.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что каналы для жидкости выполнены в виде дополнительных сквозных отверстий, отстоящих от щели или набора сквозных отверстий.

4. Установка по пп. 1 3, отличающаяся тем, что дополнительные отверстия расположены по обе стороны от щели или набора сквозных отверстий.

5. Установка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что каналы общего и вспомогательного потоков воздуха расположены наклонно в направлении движения вспомогательных потоков воздуха.

6. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что отверстия набора выполнены одинаковыми по величине и расположены с переменным шагом, уменьшающимся в направлении движения основного потока воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5