Способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха в помещении и устройство для его осуществления

 

Способ и устройство предназначено для вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях и салонах транспортных средств. Теплообменные пластины охлаждающего агрегата смачивают в поддоне с водой, а затем последовательно перемещают сначала в зону вспомогательного потока, состоящего из атмосферного воздуха, где рабочие пластины охлаждают за счет интенсивного испарения влаги с их поверхностью, а потом - в основной поток, состоящий из воздуха помещения и части атмосферного воздуха, где холодильные рабочие пластины контактируют с воздухом основного потока и охлаждают его, при этом перемещение рабочих пластин производят в плоскости, перпендикулярной оси вспомогательного и основного потока, после чего воздух вспомогательного потока выбрасывают в атмосферу, а воздух основного потока направляют в кондиционируемое помещение. Основной воздушный поток до его охлаждения подвергают очистки от пыли, а при выходе в помещение насыщают отрицательно заряженными ионами. Устройство состоит из корпуса, поддона с водой, вентиляторов вспомогательного канала и основного канала, находящихся на валу электродвигателя, охлаждающего агрегата, включающего в себя вал, ступицу с размещенными на ней теплообменными рабочими пластинами, входных патрубков, выходных патрубков, шагового привода. На крышке корпуса выполнены дополнительные патрубки, а на выходном патрубке основного потока установлены отрицательные электроды высоковольтного источника напряжения, а также датчик влажности. Устройство снабжено дисковым фильтром, взаимодействующим через блок сателлитов со ступицей, а также датчиком минимального уровня воды. Техническим результатом является повышение хладнопроизводительности системы кондиционирования и упрощения конструкции кондиционера. 2 с. и 8 з.п.фы-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях и салонах транспортных средств.

Известны способы косвенно-испарительного охлаждения воздуха в помещении RU патент 2037745, F 24 F 3/14, 1995, SU 1460546, F 24 F 3/14, 1989, основанные на пропускании основного потока воздуха из помещения по сухому каналу, находящемуся в теплообменном отношении с одним или двумя влажными каналами, по которым противотоком пропускают вспомогательный поток, состоящий из смеси атмосферного воздуха и воздуха помещения, с последующим выбрасыванием вспомогательного потока в атмосферу. Устройства, реализующие такой способ охлаждения воздуха, имеют сложную чередующуюся конструкцию сухих и влажных каналов из влагонепроницаемых материалов, объединенных соответствующими коллекторами в батарею. Стенки влажных каналов, кроме того, покрыты пластинами из капиллярно-пористого материала, концы которых погружены в воду.

Благодаря силам поверхностного натяжения, вода поднимается по всему объему капиллярно-пористого материала, образуя испарительную поверхность влажного канала.

Существенным недостатком таких устройств, реализующих описанный способ косвенно-испарительного охлаждения, является необходимость применения дистиллированной воды, что значительно увеличивает эксплуатационные расходы, поскольку применение обычной воды, содержащей растворенные соли химических элементов, приводит к их отложению на стенках капилляров, а вскоре к полному "зарастанию" капилляров и прекращению смачивания испарительной поверхности влажного канала.

Известно также устройство для тепло-влажностной обработки воздуха RU заявка 92002725, F 24 F 3/14, 1995 в котором воздух проходит последовательно два теплообменника, первый из которых состоит из поддона с жидкостью, в которую частично погружены ряд дисков, находящихся на общем валу, приводимом во вращение соответствующим приводом, а второй теплообменник выполнен в виде щелевых каналов, соединяющих первый теплообменник с выходным воздушным патрубком.

К недостаткам такого способа охлаждения, реализованного в указанном известном устройстве, является постоянное насыщение воздуха помещения продуктами испарения от вращающихся дисков, поскольку нет разделения потока на сухой и влажный, а также низкая эффективность охлаждения, так как охлаждение предусматривается за счет постепенного понижения температуры всей системы теплообмена, включая поддон с жидкостью.

Наиболее близким к заявляемому способу косвенно-испарительного охлаждения воздуха и устройству для его осуществления является способ и устройство для его осуществления, описанные в патенте РФ N 2037745, являющиеся прототипом.

Техническим результатом, который обеспечивают заявляемые способ косвенно-испарительного охлаждения и устройство для его осуществления, является повышение хладопроизводительности системы кондиционирования и существенное упрощение конструкции кондиционера.

Кроме того, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить регулирование влажности воздуха в кондиционируемом объеме, а также очистку воздуха от пыли и насыщения воздуха кондиционируемого помещения отрицательного заряженными ионами.

Технический результат достигается тем, что, согласно заявляемому способу, теплообменные пластины охлаждающего агрегата смачивают в поддоне с водой, а затем последовательно перемещают сначала в зону вспомогательного потока, состоящего из атмосферного воздуха, где рабочие пластины охлаждают за счет интенсивного испарения влаги с их поверхности, а потом - в основной поток, состоящий из воздуха помещения и части атмосферного воздуха, где холодные рабочие пластины контактируют с воздухом основного потока и охлаждают его, при этом перемещение рабочих пластин производят в плоскости, перпендикулярной осям вспомогательного и основного потоков, после чего воздух вспомогательного потока выбрасывают в атмосферу, а воздух основного потока направляют в кондиционируемое помещение.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с известными решениями показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что рабочие пластины охлаждающего агрегата являются подвижными и последовательно перемещаются в плоскости, перпендикулярной обоим потокам: вспомогательному и основному по кругу: поддон с водой - вспомогательный поток - основной поток - поддон с водой. Дополнительные отличия заявляемого способа заключаются в том, что основной воздушный поток, направляемый в кондиционируемое помещение, до его охлаждения подвергают очистке от пыли, а при выходе в помещение насыщают отрицательно заряженными ионами.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна", а сравнение заявляемого способа с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить ряд признаков, отличающих заявляемый способ от известных, что подтверждает вывод о том, что предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень.

Предложенное техническое решение позволяет повысить хладопроизводительность системы кондиционирования, поскольку теплообменные рабочие пластины охлаждающего агрегата периодически хорошо смачиваются водой, а затем, попадая в зону вспомогательного потока, охлаждаются за счет интенсивного испарения влаги с поверхностей. Далее пластины перемещаются в зону основного потока, где теплообмен происходит за счет конвекции, и они охлаждают продуваемый поток. Необходимым условием максимальной хладопроизводительности процесса является полное высушивание рабочих пластин к моменту перехода из зоны вспомогательного потока в зону основного потока. Это достигается путем подачи воздушного потока соответствующей интенсивности от вентилятора и изменения скорости вращения охлаждающего агрегата. Регулируя количество воздуха вспомогательного потока путем изменения оборотов привода (ускорение) можно добиться того, что не вся площадь рабочих пластин будет высушена к моменту перехода из зоны в зону, и тогда испарение влаги с поверхностей будет продолжаться в основном потоке и, следовательно, будет повышаться влажность воздуха в кондиционируемом помещении. Если необходимо понизить влажность в помещении, то рабочие пластины должны быть при входе в зону основного потока сухими (замедление), и тогда водяной пар, находящийся в воздухе кондиционируемого помещения, начнет конденсироваться на охлажденных поверхностях при температуре точки росы.

Подвижный дисковый фильтр, размещенный перед охлаждающим агрегатом, приводимый во вращение в противоположном направлении, чем вращение охлаждающего агрегата, очищает от пыли воздух основного потока из кондиционируемого помещения за счет того, что увлажненный фильтр проходит сначала зону основного потока, где частицы пыли задерживаются на влажном материале фильтра, а затем перемещаются в зону вспомогательного потока и далее погружаются в поддон с водой, где они смываются с материала фильтра и выпадают в осадок.

Основной поток, охлажденный и очищенный от пыли, продувают через систему электродов высоковольтного источника напряжения, где он получает отрицательный заряд и становится отрицательными ионами, обладающими бактерицидными свойствами.

Таким образом, предложенный способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха обеспечивает достижение всех поставленных задач.

Известно устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха [2], содержащее корпус, поддон с водой, теплообменник, выполненный в виде чередующихся сухих и влажных каналов из влагонепроницаемых материалов, причем стенки влажных каналов покрыты капиллярно-пористым материалом, нагнетающий и вытяжной вентиляторы, соответственно для сухого и влажного каналов, входные и выходные патрубки. В указанном устройстве для каждого сухого канала образовано по два влажных канала, по которым пропускается смесь воздуха атмосферы и кондиционируемого помещения, а для дозировки смеси на входном патрубке установлен соответствующий регулятор.

Известное устройство имеет сложную систему чередующихся сухих и влажных каналов, объединенных в батарею, а для его функционирования ему необходимы два вентилятора: один нагнетающий, а второй для влажных каналов - вытяжной. Необходимость применения во влажных каналах капиллярно-пористых материалов существенно повышает эксплуатационные расходы из-за необходимости использования дистиллированной воды, так как в случае применения обычной воды, растворенные в ней соли, будут откладываться на стенках капилляров, а после их "зарастания" устройство перестанет выполнять функцию охлаждения. Кроме того, разделение вспомогательного потока на два потока, и пропускание их противотоком, значительно увеличивает пневмосопротивление системы, что требует увеличения энергомощности привода вытяжного вентилятора.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является упрощение устройства при обеспечении высокой хладопроизводительности, возможности регулирования влажности воздуха в кондиционируемом помещении, очистке его от пыли, максимальном снижении эксплуатационных расходов.

Технический результат достигается тем, что в устройство дополнительно введены вал со ступицей, на которой закреплены теплообменные рабочие пластины из материала с хорошей теплопроводимостью, шаговый привод с электронным блоком регулирования, причем вал со ступицей и теплообменные рабочие пластины расположены параллельно осям вспомогательного и основного потока воздуха, при этом плоскости рабочих пластин перпендикулярны образующей цилиндра ступицы, а вал соединен с шаговым приводом, управляемым электронным блоком регулирования скорости вращения.

Кроме того, в частных случаях исполнения теплообменные рабочие пластины выполнены волнообразными с увеличивающейся амплитудой волны от ступицы к периферии, при этом они укреплены равномерно по образующей цилиндра ступицы и теплоизолированы друг от друга.

Другим частным отличием предложенного устройства является образование на корпусе дополнительных одного или более патрубков для вспомогательно потока, расположенных под углом от 20 до 60^o к оси вспомогательного потока, при этом указанные патрубки соединены с общим подводящим каналом вспомогательного потока.

Следующее частное отличие предложенного устройства заключается в том, что между входными патрубками вспомогательного и основного потоков и охлаждающим агрегатом установлен дисковый фильтр из крупнопористого материала, который взаимодействует через блок сателлитов со ступицей охлаждающего агрегата, обеспечивая ему вращение в противоположном направлении относительно вращения охлаждающего агрегата.

Кроме того, предложенное устройство может быть выполнено с дополнительным высоковольтным источником напряжения, отрицательные электроды которого размещены в выходном патрубке основного канала, а также снабжено датчиками минимального уровня воды в поддоне и влажности основного потока воздуха.

Предложенное устройство позволяет простыми техническими средствами обеспечить высокую хладопроизводительность без устройства специально оборудованных сухих и влажных каналов, функции которых выполняют цилиндрические секторы, образованные стенками теплообменных рабочих пластин. Они служат естественными каналами для обоих потоков, при этом тонкие пластины своими ребрами не оказывают им заметного пневмосопротивления. Высокая хладопроизводительность обеспечивается постоянством доставки в зону основного потока теплообменных рабочих пластин, охлажденных за счет испарения влаги с их поверхностей в зоне вспомогательного потока, а взаимопроникновение потоков в соседние секторы исключается минимальными зазорами между периферией пластин и внутренней поверхностью деталей корпуса, причем эффективность охлаждения воздуха пропорциональна суммарной площади рабочих плластин и объема воздуха, направляемого для испарения влаги во вспомогательный поток. Путем придания рабочим пластинам волнообразного профиля переменной амплитуды достигается увеличение на 20 - 25% площади рабочих пластин при равных габаритных размерах охлаждающего агрегата, благодаря чему хладопроизводительность также пропорционально возрастает. Теплоизоляция пластин друг от друга позволяет получить и сохранить разные температуры групп рабочих пластин в зонах обоих потоков, а также в поддоне с водой. Выполнение на корпусе устройства, по пути движения вспомогательного потока, одного или нескольких дополнительных патрубков, расположенных под углом 20 - 60^o к оси вспомогательного потока, позволяет повысить эффективность испарения влаги на пластинах без увеличения объема продуваемого воздуха.

Размещение дискового фильтра из крупнопористого материала между входными патрубками обоих каналов и ступицей охлаждающего агрегата, приводимого во вращение в противоположном направлении, чем вращение охлаждающего агрегата, позволяет улавливать пыль из воздуха основного потока и осаждать ее в виде осадка в поддоне с водой.

Снабжение устройства высоковольтным источником напряжения, отрицательные электроды которого установлены в выходном патрубке, позволяют насыщать воздух кондиционируемого помещения отрицательными ионами, а снабжение его датчиками минимального уровня воды в поддоне и влажности воздуха основного потока, позволяет пользователю получать информацию о необходимости дозаправки поддона водой и влажности воздуха, при этом сигнал датчика влажности воздуха можно использовать для ручного или автоматического управления скоростью вращения охладительного агрегата или вентиляторами вспомогательного и основного потоков.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена аксонометрическая проекция предложенного устройства; на фиг. 2, 3, 4 показаны проекции внешнего вида (на фиг. 4 вентиляторы не показаны); на фиг. 5 показан разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 6 показан разрез Б-Б на фиг. 3 (вентиляторы не показаны); на фиг. 7 показан вариант профиля теплообменной пластины.

Устройство состоит из корпуса 1, поддона с водой 2, вентиляторов вспомогательного канала 3 и основного канала 4, находящихся на валу электродвигателя 5, охлаждающего агрегата 6, включающего в себя вал 7, ступицу 8 с размещенными на ней теплообменными рабочими пластинами 9, входных патрубков 10, выходных патрубков 11, шагового привода 12. На крышке корпуса 1, по пути вспомогательного потока, выполнены дополнительные патрубки 13, а на выходном патрубке 11 основного потока установлены отрицательные электроды высоковольтного источника напряжения 14, а также датчик влажности 15. Между входными патрубками 10 и охлаждающим агрегатом 6 установлен дисковой фильтр 16, взаимодействующий через блок сателлитов 17 со ступицей охлаждающего агрегата 6. В поддоне с водой установлен датчик минимального уровня воды 18.

Предложенный способ и работу устройства косвенно-испарительного охлаждения осуществляют следующим образом.

При включении шагового привода 12 и электродвигателя 5 вентиляторов начинается вращение охлаждающего агрегата 6, при этом его теплообменные рабочие пластины 9 погружаются в воду, находящуюся в поддоне 2 и смачиваются в ней. Затем мокрые теплообменные рабочие пластины 6 (фиг. 5), поднимаясь из воды, пересекают зону вспомогательного потока, нагнетаемого вентилятором (на фиг. 5 не показан), где они охлаждаются за счет интенсивного испарения влаги с их поверхностей. Испарение влаги происходит при движении пластин 9 от точки "а" до точки "б", где они полностью высушиваются и достигают максимально низкой температуры, после чего, продолжая движение, они перемещаются в зону основного потока от точки "б" до точки "в". Здесь охлажденные пластины вступают в теплообменный контакт с воздухом основного потока и охлаждают его, при этом их собственная температура повышается. После точки "в" пластины 9 вновь погружаются в воду и цикл повторяется. Вспомогательный и основной каналы продуваются параллельно и поэтому роторы вентиляторов могут находиться на общей оси одного электродвигателя.

Для улавливания пыли из кондиционируемого помещения предложенное устройство снабжено дисковым фильтром 16 из крупнопористого материала, приводимым во вращение в противоположном направлении, чем охладительный агрегат 6. Такое направление вращения фильтру 16 обеспечивает блок сателлитов 17, находящийся между ступицей 8 и фильтром 16. При вращении мокрая часть фильтра 16 пересекает сначала зону основного потока и поэтому частицы пыли из воздуха помещения прилипают к мокрому материалу фильтра 16 и переносятся далее в зону вспомогательного потока, где некоторые частицы могут быть выброшены обратно в атмосферу за пределы помещения, а оставшиеся на фильтре 16, при дальнейшем его погружении в воду, будут смыты и осядут в осадок.

Для улучшения воздуха кондиционируемого помещения на пути основного потока, например, в выходном патрубке, размещены отрицательные электроды высоковольтного источника напряжения. При движении воздуха основного потока, молекулы воздуха заряжаются отрицательными зарядами и превращаются в ионы, обладающие бактерицидными свойствами. При уменьшении уровня воды в поддоне 2 до предельно допустимого, сигнал о необходимости дозаправки поддона водой подаст датчик минимального уровня воды 18.

Для кондиционеров большой производительности требуется значительная площадь теплообменных рабочих пластин, и поэтому они должны иметь достаточную длину. Для быстрого испарения влаги при удлиненных рабочих пластинах 9 на пути движения вспомогательного потока выполняются дополнительные входные патрубки 13, расположенные под углом 20 - 60^o к оси движения вспомогательного потока. Это позволяет практически одновременно начинать процесс испарения влаги с поверхности рабочих пластин 9, а насыщенный пар с первых от входных патрубков участков не влияет на процесс испарения на конце пластин.

Вспомогательный поток после охлаждения рабочих пластин 9 выбрасывается в атмосферу, а воздух основного потока, пополняемый частью атмосферного воздуха, циркулирует по кругу: помещение - кондиционер - помещение. Регулирование влажности в помещении производится путем изменения скорости вращения охладительного агрегата, диапазон которой составляет от 1 оборота за 5 мин до 2 - 5 оборотов в 1 мин. Сигнал на изменение скорости вращения охладительного агрегата 6 поступает на электронный блок управления шаговым приводом 12 от датчика влажности 15, расположенного в выходном патрубке основного канала 11.

Таким образом, предложенный способ и устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха позволяют простыми техническими средствами решить задачи экологически чистого кондиционирования помещений, кабин и салонов транспортных средств, причем в последних это наиболее предпочтительно, так как имеющееся на транспортных средствах штатное вентиляционное оборудование позволяет существенно упростить кондиционер.

Формула изобретения

1. Способ косвенно-испарительного охлаждения воздуха в помещении, состоящий в том, что образуют два потока воздуха: вспомогательный и основной, первый из которых направляют в теплообменник для его охлаждения путем испарения влаги с поверхностей и выбрасывают в атмосферу, а второй подают в сухой канал для охлаждения и смешения с частью атмосферного воздуха с последующим направлением в кондиционируемое помещение, отличающийся тем, что теплообменные рабочие пластины охлаждающего агрегата смачивают в поддоне с водой, а затем последовательно перемещают сначала в зону вспомогательного потока, состоящего из атмосферного воздуха, где рабочие пластины охлаждают за счет интенсивного испарения влаги с их поверхностей, а потом - в зону основного потока, где холодные рабочие пластины контактируют с воздухом основного потока и охлаждают его, при этом перемещение теплообменных рабочих пластин производят в плоскости, перпендикулярной осям вспомогательного и основного потоков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух, подаваемый в сухой канал, очищают от пыли подвижным влажным фильтром предочистки, для чего вращают подвижный фильтр в противоположном направлении по отношению к направлению вращения теплообменных рабочих пластин охлаждающего агрегата.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток воздуха, выходящий из сухого канала, насыщают отрицательно заряженными ионами.

4. Устройство косвенно-испарительного охлаждения воздуха в помещении, содержащее корпус, поддон с водой, теплообменные рабочие пластины, расположенные в корпусе, вентиляторы для вспомогательного и основного потоков воздуха, входные и выходные патрубки вспомогательного и основного потоков воздуха, причем входной патрубок основного потока соединен с каналом атмосферного воздуха и снабжен регулятором его расхода, отличающееся тем, что в него дополнительно введен вал со ступицей, на которой укреплены теплообменные рабочие пластины из материала с хорошей теплопроводностью, образующие вместе с валом и ступицей охлаждающий агрегат, шаговый привод с электронным блоком регулирования скорости вращения, причем вал со ступицей и теплообменные рабочие пластины расположены параллельно осям вспомогательного и основного потоков воздуха, плоскости теплообменных рабочих пластин перпендикулярны образующей цилиндра ступицы, а вал охлаждающего агрегата соединен с шаговым приводом, управляемым электронным блоком регулирования скорости вращения.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что теплообменные рабочие пластины равномерно распределены по образующей цилиндра ступицы и теплоизолированы друг от друга.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что теплообменные рабочие пластины выполнены волнообразными, причем амплитуда волны увеличивается от ступицы к периферии.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на корпусе по пути движения вспомогательного потока образованы один или более дополнительных входных патрубков, расположенных под углом к оси вспомогательного потока от 20 до 60^o и соединенных с общим подводящим каналом вспомогательного потока.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что между входными патрубками вспомогательного и основного потоков и охлаждающим агрегатом установлен дисковый фильтр из крупнопористого материала, при этом фильтр соединен через блок сателлитов со ступицей охлаждающего агрегата с возможностью вращения в противоположном направлении относительно охлаждающего агрегата.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено высоковольтным источником напряжения для образования отрицательно заряженных ионов, а его электроды для стекания зарядов размещены в выходном патрубке основного потока.

10. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками минимального уровня воды в поддоне и влажности, которые размещены соответственно в поддоне с водой и выходном патрубке основного потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7