RU2291356C2

RU2291356C2 - Air-conditioning system with heat-exchange apparatus

Info

Publication number: RU2291356C2
Application number: RU2005109696/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов (RU); Олег Савельевич Кочетов; Мари Олеговна Кочетова (RU); Мария Олеговна Кочетова; Тать на Дмитриевна Ходакова (RU); Татьяна Дмитриевна Ходакова; Александр Владимирович Шестернинов (RU); Александр Владимирович Шестернинов; Михаил Евгеньевич Стареев (RU); Михаил Евгеньевич Стареев
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2005-04-05
Filing date: 2005-04-05
Publication date: 2007-01-10
Also published as: RU2005109696A

Abstract

FIELD: air-conditioning and ventilation systems for dwelling, administrative and industrial spaces.

SUBSTANCE: proposed system is provided with heat exchangers, mixing chamber for recirculating outside air, sprinkling chamber, fan, supply air enthalpy monitoring sensor, air valve for control of supply of recirculating air, season change-over valves, heated water pump, pump for water cooled by evaporation, cooling tower, connecting pipe lines, water heat exchanger for use of waste heat of process water and automatic valve for control of flow rate of cooled water; sprinkling chamber is made in form of rotor-type heat-and mass-exchanger and is provided with inlet and outlet branch pipes mounted in housing and revolving disks secured on shaft; lower parts of these disks are located in tray filled with water; disks are fastened together by means of studs fitted through washers; they are made from well wettable material; shaft with disks rotates in way of air flow from motor; disks may be corrugated.

EFFECT: enhanced efficiency and reliability of heat and moisture treatment of air in winter season.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технике кондиционирования воздуха и вентиляции и может быть использовано для создания комфортных условий микроклимата в бытовых, административных и производственных помещениях.The invention relates to techniques for air conditioning and ventilation and can be used to create comfortable microclimate conditions in domestic, administrative and industrial premises.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является система кондиционирования по патенту РФ №2031319, кл. F 24 F 5/00, от 27.04.92 (прототип), содержащая кондиционер с последовательно расположенными теплообменниками, вентилятор, аппарат испарительного охлаждения и вентиляторную градирню.The closest technical solution to the claimed object is the air conditioning system according to the patent of the Russian Federation No. 2031319, class. F 24 F 5/00, dated 04/27/92 (prototype), comprising an air conditioner with sequentially located heat exchangers, a fan, an evaporative cooling apparatus and a fan cooling tower.

Недостатком его является сравнительно невысокая эффективность процесса тепловлажностной обработки воздуха в зимний период времени.Its disadvantage is the relatively low efficiency of the process of heat-moisture treatment of air in the winter period of time.

Технический результат - повышение эффективности и надежности тепловлажностной обработки воздуха в зимний период времени.The technical result is an increase in the efficiency and reliability of heat-moisture treatment of air in the winter period of time.

Это достигается тем, что в системе кондиционирования с теплообменными аппаратами, содержащей последовательно установленные на притоке теплообменники, камеру смешения наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения, вентилятор, датчик контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили сезонного переключения, насос нагретой воды, насос охлажденной испарением воды, градирню, соединительные трубопроводы, водяной теплообменник для использования сбросной теплоты технологической воды и автоматический вентиль регулирования расхода охлажденной воды, камера орошения выполнена в виде роторного тепломассообменника и содержит входной и выходной патрубки, расположенные в корпусе, закрепленные на валу вращающиеся диски, нижняя часть которых находится в поддоне с водой, причем диски скреплены между собой шпильками через шайбы и выполнены из хорошо смачиваемого материала толщиной 0,5...1 мм, а вал с дисками вращается по ходу воздуха с частотой 4...24 мин^-1 от двигателя, причем диски по форме могут быть выполнены гофрированными или плоскими, в корпусе расположены защитные козырьки для уменьшения каплеуноса, а поддон с жидкостью связан с трубопроводом с шаровым клапаном и переливным трубопроводом.This is achieved by the fact that in an air conditioning system with heat exchangers containing successively installed heat exchangers on the inlet, an external recirculation air mixing chamber, an irrigation chamber, a fan, a supply air enthalpy sensor, a recirculation air control air valve, seasonal switching valves, a heated water pump , evaporated cooling pump, cooling tower, connecting piping, water heat exchanger for using waste heat t of technological water and an automatic valve for regulating the flow of chilled water, the irrigation chamber is made in the form of a rotary heat and mass exchanger and contains inlet and outlet nozzles located in the housing, rotating disks mounted on the shaft, the lower part of which is in a pan with water, and the disks are fastened together by pins through the washers are made of well-wettable material with a thickness of 0.5 ... 1 mm, and the shaft with disks rotates along the air with a frequency of 4 ... 24 min ^-1 from the engine, and the disks can be made in shape corrugated or flat, in the case there are protective visors to reduce droplet drop, and the liquid sump is connected to the pipeline with a ball valve and an overflow pipe.

На фиг.1 изображена принципиальная схема системы кондиционирования с теплообменными аппаратами, на фиг.2 - общий вид роторного тепломассообменника, фиг.3 - вид сверху фиг.2.Figure 1 shows a schematic diagram of an air conditioning system with heat exchangers, figure 2 is a General view of a rotary heat and mass exchanger, figure 3 is a top view of figure 2.

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами (фиг.1) содержит последовательно установленные на притоке теплообменники 1, камеру смешения 2 наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения 3 в вида роторного тепломассообменника, вентилятор 4, датчик 5 контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан 6 регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили 7 сезонного переключения, насос нагретой воды 8, насос 9 охлажденной испарением воды, градирню 10, соединительные трубопроводы 11, водяной теплообменник 12 для использования сбросной теплоты технологической воды, автоматический вентиль 13 регулирования расхода охлажденной воды, регулируемый приточный клапан 14.The air conditioning system with heat exchangers (Fig. 1) contains successively installed heat exchangers 1 on the supply, a mixing chamber 2 for external recirculated air, an irrigation chamber 3 in the form of a rotary heat and mass exchanger, a fan 4, a supply air enthalpy control sensor 5, an air valve 6 for regulating the recirculated air intake , seasonal switching valves 7, heated water pump 8, evaporated cooling pump 9, cooling tower 10, connecting pipes 11, water heat exchanger 12 for lzovaniya waste heat process water, automatic valve 13 regulating the chilled water flow rate adjustment valve 14 of the supply.

Роторный тепломассообменник, представляющий собой камеру орошения, содержит входной патрубок 21 в корпусе 20 (фиг.3 и фиг.4), закрепленные на валу 23 вращающиеся диски 15, выходной патрубок 22. Нижняя часть дисков 15 находится в поддоне 16 с водой. Диски 15 выполняются из хорошо смачиваемого материала (дюралюминия, пластмассы с шершавой обезжиренной поверхностью или др.) толщиной 0,5...1 мм. Вал 23 с дисками 15 вращается от двигателя 19; при меньшей частоте наблюдается неполное смачивание дисков 15, а при большей - срыв капель с поверхности дисков. По форме диски 15 могут быть выполнены гофрированными (фиг.4) для увеличения поверхности контакта тепломассообмена, причем гофры могут быть выполнены в форме многоугольника, синусоиды, полуокружности (на чертеже не показано). Между собой диски 15 скрепляются шпильками 25 с разделительными шайбами 26. В корпусе 20 расположены защитные козырьки 18 для уменьшения каплеуноса. В поддоне 16 закреплены горизонтальные пластины 29 и 30, а также с поддоном 16 связаны трубопровод с шаровым клапаном 27 и переливной трубопровод 28.The rotary heat and mass exchanger, which is an irrigation chamber, contains an inlet pipe 21 in the housing 20 (Fig. 3 and Fig. 4), rotating disks 15 mounted on the shaft 23, and an outlet pipe 22. The lower part of the disks 15 is located in a pan 16 with water. The disks 15 are made of a well-wettable material (duralumin, plastic with a rough skim surface, etc.) with a thickness of 0.5 ... 1 mm. The shaft 23 with the disks 15 rotates from the engine 19; at a lower frequency, incomplete wetting of the disks 15 is observed, and at a higher frequency, drops are dropped from the surface of the disks. The shape of the disks 15 can be made corrugated (figure 4) to increase the contact surface of heat and mass transfer, and the corrugations can be made in the form of a polygon, sinusoid, semicircle (not shown). Between themselves, the disks 15 are fastened with pins 25 with dividing washers 26. Protective visors 18 are located in the housing 20 to reduce droplets. In the pallet 16 horizontal plates 29 and 30 are fixed, and a pipeline with a ball valve 27 and an overflow pipe 28 are connected to the pallet 16.

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами работают следующим образом.The air conditioning system with heat exchangers operate as follows.

В приточном тракте устанавливаются теплообменники 1, в трубки которых подается вода после ее испарительного охлаждения а вентиляторной градирне 10. Теплообменники 1 связаны трубопроводами с вентиляторной градирней 10, смонтированной на кровле здания. В градирню осевым вентилятором засасывается наружный воздух с температурой по мокрому термометру, которая является пределом испарительного охлаждения воды. Температура охлажденной испарением воды всегда меньше температуры по мокрому термометру.Heat exchangers 1 are installed in the supply duct, the tubes of which are supplied with water after its evaporative cooling and the fan tower 10. The heat exchangers 1 are connected by pipelines to the fan tower 10 mounted on the roof of the building. Outside air with a wet thermometer temperature, which is the limit of evaporative cooling of water, is sucked into the cooling tower by an axial fan. The temperature of the water cooled by evaporation is always lower than the temperature of the wet thermometer.

Охлажденная испарением вода забирается насосом 9 и по соединительным трубопроводам 11 подается в трубки теплообменника 1 в приточном аппарате кондиционера. При работе вентилятора 4 через теплообменники перемещается приточный наружный воздух.Cooled by evaporation of water is taken by the pump 9 and through the connecting pipes 11 is supplied to the tubes of the heat exchanger 1 in the air handling unit. During operation of the fan 4, the supply air is moved through heat exchangers.

Роторный тепломассообменник камеры орошения 3 работает так. Обрабатываемый воздух поступает в тепломассообменник через входной патрубок 21 в корпусе 20 в радиальном направлении к вращающимся дискам 15, проходит в щелевых каналах между ними и направляется к выходному патрубку 22. Нижняя часть дисков ротора находится в поддоне 16 с водой, поэтому при вращении ротора на поверхности дисков образуется тонкая пленка воды, с которой взаимодействует поток воздуха. Ротор вращается по ходу воздуха с частотой 4...24 мин^-1, так как при меньшей частоте наблюдается неполное смачивание дисков, в при большей - срыв капель с поверхности дисков 15. При вращении ротора по ходу воздуха пленка воды растекается по поверхности дисков под действием потока воздуха и удерживается без срыва капель при скорости в живом сечении 11-17 м/с (в зависимости от размера зазора между дисками), причем с уменьшением зазора предельная скорость возрастает. При хорошем качестве изготовления и сборки ротор вращается с частотой 6...9 мин^-1 под действием набегающего потока воздуха. Постоянный уровень воды в поддоне поддерживается за счет подпитки водопроводной водой из трубопровода 27. Насос для этого режима обработки вообще не требуется. При политропических процессах нагрева или охлаждения необходимо обеспечить подачу и удаление теплой или холодной воды из поддона с помощью насоса, однако требуемый напор насоса будет очень небольшим. Эффективность тепло- и масоообмена в режиме изоэнтальпийного достаточно велика, причем с увеличением зазора между дисками коэффициент эффективности уменьшается, а с увеличением диаметра возрастает. Это объясняется следующим: так, при увеличении зазора коэффициент эффективности действительно уменьшается, однако удельное количество явной теплоты, передаваемой от воздуха к воде с единицы площади поверхности дисков, возрастает, т.е. возрастает и коэффициент теплоотдачи, что объясняется увеличением турбулентности потока воздуха. При изменении диаметра дисков изменяются удельная площадь поверхности переноса, пропускная способность аппарата и его аэродинамическое сопротивление. Поэтому при выборе диаметра ротора и величины зазора между дисками необходимо выполнять технико-экономические расчеты. Для изменения режима тепловой обработки приточного воздуха в схеме предусмотрены переключающие вентили 7 на трубопроводах 11 и водяном теплообменнике 12 для нагрева сбросной теплотой рециркулирующей воды. Предложенная система кондиционирования с теплообменными аппаратами является по существу приточной системой, в которой теплообменники используются летом для косвенного испарительного охлаждения, а зимой для нагрева приточного воздуха, что позволяет эффективно использовать для нагрева приточного воздуха сбросные и дешевые низкотемпературные источники теплоты в виде технологической воды или обратной теплофикационной воды.The rotary heat and mass exchanger of the irrigation chamber 3 works as follows. The processed air enters the heat and mass exchanger through the inlet pipe 21 in the housing 20 in the radial direction to the rotating disks 15, passes in the slotted channels between them and is directed to the outlet pipe 22. The lower part of the rotor disks is in the pan 16 with water, therefore, when the rotor rotates on the surface a thin film of water forms with which the air stream interacts. The rotor rotates in the air flow with a frequency of 4 ... 24 min ^-1 , since at a lower frequency incomplete wetting of the disks is observed, and at a higher frequency, droplets drop off the surface of the disks 15. When the rotor rotates along the air, a film of water spreads over the surface of the disks under the action of the air flow and kept without dropping drops at a speed in the live section of 11-17 m / s (depending on the size of the gap between the disks), and with a decrease in the gap, the maximum speed increases. With good quality manufacturing and assembly, the rotor rotates with a frequency of 6 ... 9 min ^-1 under the influence of an incoming air flow. A constant level of water in the pan is maintained by replenishing tap water from pipeline 27. A pump for this treatment mode is not required at all. In polytropic heating or cooling processes, it is necessary to supply and remove warm or cold water from the sump using a pump, but the required pump head will be very small. The efficiency of heat and oil transfer in the iso-enthalpy mode is quite high, and with an increase in the gap between the disks, the efficiency coefficient decreases, and with an increase in diameter. This is explained by the following: thus, with an increase in the gap, the efficiency coefficient does decrease, however, the specific amount of apparent heat transferred from air to water from a unit surface area of the disks increases, i.e. the heat transfer coefficient also increases, which is explained by an increase in the turbulence of the air flow. When changing the diameter of the disks, the specific surface area of the transfer, the throughput of the apparatus and its aerodynamic resistance, change. Therefore, when choosing the diameter of the rotor and the size of the gap between the disks, it is necessary to perform technical and economic calculations. To change the heat treatment mode of the supply air, the circuit provides switching valves 7 on the pipelines 11 and a water heat exchanger 12 for heating the waste heat of the recirculated water. The proposed air conditioning system with heat exchangers is essentially a supply system in which heat exchangers are used in summer for indirect evaporative cooling, and in winter for heating the supply air, which makes it possible to efficiently use waste and cheap low-temperature sources of heat in the form of process water or reverse heating water for heating the supply air water.

Claims

Система кондиционирования с теплообменными аппаратами, содержащая последовательно установленные на притоке теплообменники, камеру смешения наружного рециркуляционного воздуха, камеру орошения, вентилятор, датчик контроля энтальпии приточного воздуха, воздушный клапан регулирования поступления рециркуляционного воздуха, вентили сезонного переключения, насос нагретой воды, насос охлажденной испарением воды, градирню, соединительные трубопроводы, водяной теплообменник для использования сбросной теплоты технологической воды и автоматический вентиль регулирования расхода охлажденной воды, отличающаяся тем, что камера орошения выполнена в виде роторного тепломассообменника и содержит входной и выходной патрубки, расположенные в корпусе, закрепленные на валу вращающиеся диски, нижняя часть которых находится в поддоне с водой, причем диски скреплены между собой шпильками через шайбы и выполнены из хорошо смачиваемого материала, а вал с дисками вращается по ходу воздуха от двигателя; причем диски по форме могут быть выполнены гофрированными, а гофры по форме могут быть выполнены в форме многоугольника, синусоиды, полуокружности.An air conditioning system with heat exchangers, containing successively installed heat exchangers on the supply, an external recirculation air mixing chamber, an irrigation chamber, a fan, a supply air enthalpy control sensor, a recirculation air control air valve, seasonal switching valves, a heated water pump, a water cooled chilled water pump, cooling tower, connecting pipelines, water heat exchanger for the use of waste heat of process water and cars a chilled water flow control valve, characterized in that the irrigation chamber is made in the form of a rotary heat and mass exchanger and contains inlet and outlet nozzles located in the housing, rotating disks mounted on the shaft, the lower part of which is in a pan with water, and the disks are fastened together by pins through washers and made of well-wettable material, and the shaft with discs rotates along the air from the engine; moreover, the disks in shape can be made corrugated, and the corrugations in shape can be made in the form of a polygon, sinusoid, semicircle.