RU2493501C1

RU2493501C1 - Air handling unit with heat recovery

Info

Publication number: RU2493501C1
Application number: RU2012107898/12A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева; Мария Михайловна Стареева
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов; Мария Олеговна Стареева; Мария Михайловна Стареева
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-20

Abstract

FIELD: ventilation.

SUBSTANCE: to clean highly dusted circulation air, a device is used with opposite twisted flows, and to moisturise cleaned air, a multi-functional device is used with opposite twisted flows, also serving as a function of a wet dust catcher and a mixer of two air flows.

EFFECT: higher efficiency of air conditioning systems in cold period of the year due to saving of energy resources, simplified design, assembly and maintenance.

3 dwg

Description

Изобретение относится к системам энергосбережения в области кондиционирования.The invention relates to energy saving systems in the field of conditioning.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является приточно-вытяжная установка с регенеративным теплоутилизатором по патенту РФ №2011127, F24F 5/00, 1987 г. (прототип), содержащая корпус, каналы для приточного и вытяжного воздуха, вентилятор, камеру с регенеративным теплоутилизатором.The closest technical solution to the claimed object is a supply and exhaust unit with regenerative heat exchanger according to the patent of the Russian Federation No. 2011127, F24F 5/00, 1987 (prototype), containing a housing, channels for supply and exhaust air, a fan, a chamber with regenerative heat exchanger.

Недостатком известной установки является сравнительно невысокая эффективность за счет перекрестной организации потоков воздуха.A disadvantage of the known installation is the relatively low efficiency due to the cross-organization of air flows.

Технический результат - повышение производительности систем кондиционирования воздуха в холодный период года за счет экономии энергоресурсов, упрощения конструкции, монтажа и обслуживания.The technical result is an increase in the performance of air conditioning systems in the cold season due to energy savings, simplification of design, installation and maintenance.

Это достигается тем, что для очистки сильно запыленного циркуляционного воздуха используется аппарат со встречными закрученными потоками, а для увлажнения очищенного воздуха применяется многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками, выполняющий также функцию мокрого пылеуловителя и смесителя двух потоков воздуха.This is achieved by the fact that a device with counter-swirling flows is used to clean highly dusty circulating air, and a multi-function device with counter-swirling flows is used to humidify the purified air, which also functions as a wet dust collector and a mixer of two air streams.

На фиг.1 изображена схема установки, на фиг.2 изображен процесс обработки воздуха на i-d диаграмме, на фиг.3 - схема форсунки.Figure 1 shows the installation diagram, figure 2 shows the process of air treatment on the i-d diagram, figure 3 is a diagram of the nozzle.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла, корпус которой включает воздухозаборное устройство 1, устройство для раздачи воздуха 2, воздуховод 3, аппарат со встречными закрученными потоками 4, верхний тангенциальный закручиватель 5, нижний тангенциальный закручиватель 6, пылеотводящий патрубок 7, центробежный вентилятор 8, многофункциональный аппарат со встречными закрученными потоками 9, нижний тангенциальный закручиватель 10, верхний тангенциальный закручиватель 11, центробежные форсунки 12, выхлопной патрубок камеры увлажнения 13, входной патрубок камеры смешения 14, вихревая камера смешения 15, раскручиватель 16, шлакоотводящий патрубок 17, отработанная жидкость 18, малогабаритный кондиционер 19. Кондиционер представляет собой компактный агрегат, в металлическом корпусе которого располагаются: низконапорный вентилятор 23, фильтр 25 для очистки воздуха от механических примесей, поверхностный воздухонагреватель 24, раскручиватель 22, шумоглушитель 21, выходная секция 20.A supply and exhaust installation with heat recovery, the housing of which includes an air intake device 1, an air distribution device 2, an air duct 3, an apparatus with counter-flow swirling flows 4, an upper tangential swirl 5, a lower tangential swirl 6, a dust exhaust pipe 7, a centrifugal fan 8, multi-function apparatus with counter-swirling flows 9, lower tangential twist 10, upper tangential twist 11, centrifugal nozzles 12, exhaust pipe of the humidification chamber 13, one pipe of the mixing chamber 14, vortex mixing chamber 15, straightener 16, slag discharge pipe 17, waste liquid 18, small-sized air conditioner 19. The air conditioner is a compact unit in the metal housing of which are located: low-pressure fan 23, filter 25 for cleaning air from mechanical impurities , surface air heater 24, spinner 22, silencer 21, output section 20.

В комбинированном многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками в рабочем пространстве первой ступени образуются, как и в классическом аппарате со встречными закрученными потоками, два закрученных в одну сторону, но встречно направленных потока: восходящий G₁ - в центральной части камеры и нисходящий G₂ - в периферийной части. Для тепловлажностной обработки воздуха в камеру подается вода, распыляемая центробежными тангенциальными форсунками. Под действием центробежных сил капли воды отбрасываются на вертикальные стенки аппарата и по ним стекают в нижнюю часть камеры. Затем увлажненный воздух выводится из камеры через выхлопной патрубок, расположенный в верхней части первой ступени аппарата, и поступает в камеру смешения (вторая ступень аппарата). Часть наружного воздуха G₃, заранее подготовленная в системе кондиционирования воздуха, через тангенциальный закручиватель подается в камеру смешения, где поток увлажненного воздуха смешивается с наружным. Увеличение диаметра камеры смешения относительно первой ступени аппарата, где происходит увлажнение и мокрое обеспыливание, обеспечивает падение скорости воздуха в поперечном сечении аппарата и, как следствие, не создавая существенного дополнительного аэродинамического сопротивления, способствует предотвращению каплеуноса. На выходе из аппарата установлен раскручиватель. Процесс водоподготовки осуществляется с помощью системы запорно-регулирующей арматуры, отстойника и фильтра, а также циркуляционного и подпиточного насосов.In a combined multifunctional apparatus with counter-swirling flows in the working space of the first stage, two swirling in one direction but opposite directions are formed, as in the classic apparatus with counter-swirling flows: ascending G ₁ in the central part of the chamber and descending G ₂ in peripheral part. For heat-moisture treatment of air, water is sprayed into the chamber, sprayed by centrifugal tangential nozzles. Under the action of centrifugal forces, water droplets are thrown onto the vertical walls of the apparatus and flow down into the lower part of the chamber. Then the humidified air is discharged from the chamber through the exhaust pipe located in the upper part of the first stage of the apparatus, and enters the mixing chamber (second stage of the apparatus). Part of the outdoor air G ₃ , previously prepared in the air conditioning system, is fed through a tangential curler into the mixing chamber, where the stream of humidified air is mixed with the outside. An increase in the diameter of the mixing chamber relative to the first stage of the apparatus, where humidification and wet dedusting takes place, ensures a decrease in the air velocity in the cross section of the apparatus and, as a result, without creating significant additional aerodynamic drag, helps to prevent droplets. At the exit of the apparatus, a straightener is installed. The water treatment process is carried out using a system of shut-off and control valves, a sump and a filter, as well as circulation and make-up pumps.

Форсунка (фиг.3) содержит полый корпус, состоящий из цилиндрической части 1 с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода для подвода жидкости и внутренней резьбой для соединения с коническим соплом 5.The nozzle (figure 3) contains a hollow body consisting of a cylindrical part 1 with an external thread for connecting to the nozzle of the distribution pipe for supplying fluid and an internal thread for connecting with a conical nozzle 5.

Корпус 1 и сопло 5 образуют две соосные между собой внутренние камеры 4 и 13. Цилиндрическая камера 4 служит для подвода жидкости, а коническая камера 13, образованная поверхностью усеченного конуса сопла, является нагнетательной камерой для создания повышенного давления.The housing 1 and the nozzle 5 form two inner chambers 4 and 13 coaxial with each other. The cylindrical chamber 4 serves to supply fluid, and the conical chamber 13 formed by the surface of the truncated cone of the nozzle is an injection chamber to create increased pressure.

На сопле 5 со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен жиклер, который состоит из цилиндрического дроссельного отверстия 8 и конического отверстия 9 с расширением в сторону объекта. При этом на поверхности конического отверстия 9 выполнена винтовая (на чертеже не показано) нарезка (например, коническая резьба с крупным шагом) для создания веерообразного выхода жидкости из жиклера.On the nozzle 5 from the side opposite to the fluid supply, a nozzle is made, which consists of a cylindrical throttle hole 8 and a conical hole 9 with an extension towards the object. At the same time, on the surface of the conical hole 9, screw (not shown in the drawing) cutting (for example, a tapered thread with a large pitch) is made to create a fan-shaped liquid exit from the nozzle.

На конической боковой поверхности 5 сопла выполнено, по крайней мере, два ряда цилиндрических дроссельных отверстий 6 и 7, оси которых перпендикулярны конической боковой поверхности сопла 5, и в каждом ряду выполнено, по крайней мере, три цилиндрических дроссельных отверстия, причем в горизонтальной плоскости проекции осей отверстий 6 и 7 в этих рядах отстоят друг от друга на угол 7,5…60° для создания мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости.At least two rows of cylindrical throttle holes 6 and 7 are made on the conical side surface 5 of the nozzle, the axes of which are perpendicular to the conical side surface of the nozzle 5, and at least three cylindrical throttle holes are made in each row, moreover, in the horizontal plane of the projection the axes of holes 6 and 7 in these rows are separated from each other by an angle of 7.5 ... 60 ° to create a finely divided continuous phase of the sprayed liquid.

Для создания наибольшего эффекта образования мелкодисперсной сплошной фазы распыливаемой жидкости в цилиндрической камере 4, соосно ей, установлен с зазором 12 относительно внутренней боковой поверхности камеры 4 завихритель 3, выполненный в виде втулки с винтовой внешней нарезкой с крупным шагом трапецеидального профиля и закрепленный посредством внутренней резьбы 11 на штоке 2 с коническим обтекателем в верхней части.To create the greatest effect of the formation of a finely divided continuous phase of the sprayed liquid in the cylindrical chamber 4, coaxially mounted with a gap 12 relative to the inner side surface of the chamber 4, a swirler 3, made in the form of a sleeve with a screw external thread with a large pitch of a trapezoidal profile and fixed by an internal thread 11 on rod 2 with a conical cowl at the top.

Завихритель 3 закреплен в своей нижней части посредством жестко присоединенной к нему круглой пластины 14 к корпусу 1. В круглой пластине 14 выполнен паз по спирали Архимеда, имеющий направление крутки, совпадающее с направлением крутки потока жидкости завихрителя 3.The swirler 3 is fixed in its lower part by means of a round plate 14 rigidly attached to it to the housing 1. In the round plate 14, a groove is made in a spiral of Archimedes, having a twist direction coinciding with the direction of twist of the fluid flow of the swirler 3.

Приточно-вытяжная установка с утилизацией тепла работает следующим образом.The supply and exhaust unit with heat recovery works as follows.

Отработанный в цехе воздух с температурой уходящего воздуха подается на очистку в аппарат со встречными закрученными потоками 4, и очищенный от волокнистой пыли воздух почти в полном объеме используется повторно, увлажняясь и очищаясь от тонкой пыли в многофункциональном аппарате со встречными закрученными потоками 9, а затем смешиваясь с наружным воздухом, предварительно обработанным в малогабаритном кондиционере 19. Далее происходит процесс смешения двух потоков воздуха различных параметров, осуществляемый в вихревой камере смешения 15 многофункционального аппарата.Exhausted air in the workshop with the temperature of the exhaust air is sent for cleaning to the apparatus with counter-swirling flows 4, and the air cleaned from fibrous dust is almost completely reused, moistened and cleaned of fine dust in a multi-function apparatus with counter-swirling flows 9, and then mixed with external air pre-treated in a small-sized air conditioner 19. Next, there is a process of mixing two air flows of different parameters, carried out in a vortex mixing chamber 15 MFP.

Разработанная схема предполагает для подготовки наружного воздуха использовать малогабаритную установку, а основную массу используемого повторно воздуха (до 90% от общего объема воздуха) обрабатывать в аппаратах со встречными закрученными потоками. При этом технологическая компоновка самого кондиционера существенно упрощается, поскольку в ней исключаются такие секции, как секция второго подогрева, камера орошения, секция смешения и каплеуловитель.The developed scheme involves the use of a small-sized installation for the preparation of outdoor air, and process the bulk of the reused air (up to 90% of the total air volume) in devices with counter-swirling flows. At the same time, the technological layout of the air conditioner itself is greatly simplified, since sections such as a second heating section, an irrigation chamber, a mixing section and a droplet eliminator are excluded in it.

Данная схема позволяет достичь параметров приточного воздуха в более широком диапазоне влажности, поскольку вентагрегаты установлены до многофункционального аппарата, и процесс нагрева воздуха, после его увлажнения и смешения с наружным воздухом из кондиционера, исключается. Таким образом, незначительное понижение температуры приточного воздуха и повышение его влажности позволяет снизить требуемый объем подаваемого в помещение воздуха до 10%.This scheme allows you to achieve the supply air parameters in a wider humidity range, since the ventilation units are installed up to the multifunctional apparatus, and the process of heating the air, after it is humidified and mixed with the outside air from the air conditioner, is excluded. Thus, a slight decrease in the supply air temperature and an increase in its humidity can reduce the required volume of air supplied to the room to 10%.

Для обеспечения параметров воздуха, отвечающих технологическим требованиям, на i-d диаграмме строится процесс обработки воздуха таким образом, чтобы параметры точки смеси (камера смешения) соответствовали параметрам приточного воздуха. При этом приточный воздух за счет ассимиляции тепло- и влагоизбытков, достигает значения параметров точки В, соответствующих параметрам внутреннего воздуха (фиг.2). На диаграмме приведены следующие обозначения: Н - наружный воздух; С - смешение воздуха в вихревой камере смешения (12% - количество наружного воздуха в смеси); П₁ - первый подогрев (наружный воздух); О - адиабатическое увлажнение в аппарате с закрученными потоками; П - приточный воздух; У - уходящий (вытяжной) воздух.To ensure air parameters that meet technological requirements, an air treatment process is constructed on the id diagram so that the parameters of the mixture point (mixing chamber) correspond to the parameters of the supply air. In this case, the supply air due to the assimilation of heat and moisture surplus reaches the value of the point B parameters corresponding to the parameters of the internal air (Fig. 2). The following symbols are shown on the diagram: Н - outside air; C - air mixing in the vortex mixing chamber (12% - the amount of external air in the mixture); P ₁ - the first heating (outside air); O - adiabatic humidification in a device with swirling flows; P - supply air; U - outgoing (exhaust) air.

Работа форсунки осуществляется следующим образом.The nozzle is as follows.

При подаче жидкости в корпус 1 под действием перепада давления 0,4…0,8 МПа в камерах 4 и 13 благодаря завихрителю 3 создаются вихревые потоки жидкости, которые устремляются в жиклер 5, а в цилиндрических дроссельных отверстиях 6 и 7 создаются потоки жидкости, устремляющиеся к выходным срезам отверстий и жиклера.When the fluid is supplied to the housing 1 under the action of a pressure drop of 0.4 ... 0.8 MPa, chambers 4 and 13 create swirling fluids of fluids in the chambers 3 and 3, which flow into the nozzle 5, and in the cylindrical throttle openings 6 and 7, fluid flows rushing to the output sections of the holes and the nozzle.

При столкновении расширяющихся потоков жидкости, истекающих через выходное коническое отверстие жиклера с винтовой нарезкой и цилиндрических дроссельных отверстий 6 и 7, происходит образование веерообразного газожидкостного потока в виде пелены, т.е. реализуется механизм дробления капель жидкости, но генерируемый пеленообразный поток отклоняется от горизонтальной плоскости на больший угол, в диапазоне от 45 до 60°, в направлении к центральной области орошаемой поверхности, расположенной непосредственно под жиклером.In the collision of expanding fluid flows flowing out through the conical outlet of the screw with a threaded nozzle and cylindrical throttle holes 6 and 7, a fan-shaped gas-liquid flow in the form of a shroud occurs, i.e. a liquid droplet crushing mechanism is implemented, but the generated swell-like flow deviates from the horizontal plane by a larger angle, in the range from 45 to 60 °, in the direction of the central region of the irrigated surface located directly under the nozzle.

Разработанная принципиально новая схема тепловлажностной обработки воздуха совместно с использованием аппаратов со встречными закрученными потоками позволяет создать новую энергосберегающую технологию, применительно к задачам кондиционирования воздуха производственных помещений, предполагающую повторное использование тепла и влаги сильно запыленного воздуха, не пригодного для утилизации энергоресурсов традиционными методами. Повышение технико-экономических показателей разработанного метода достигается за счет применения для очистки воздуха аппаратов со встречными закрученными потоками, что позволяет снизить стоимость центрального кондиционера, заменив его малогабаритной климатической установкой упрощенной конструкции.A fundamentally new scheme of heat-moisture treatment of air, together with the use of devices with counter-swirling flows, allows creating a new energy-saving technology, as applied to the air conditioning of industrial premises, involving the reuse of heat and moisture in highly dusty air, which is not suitable for energy utilization by traditional methods. Improving the technical and economic indicators of the developed method is achieved through the use of air purifiers with oncoming swirling flows, which reduces the cost of the central air conditioner, replacing it with a compact air-conditioning unit of a simplified design.

Claims

A supply and exhaust system with heat recovery, comprising a housing, channels for supply and exhaust air, a fan, a chamber with regenerative heat exchanger, the installation further comprises an apparatus with counter-swirling flows for pre-treatment of recirculated air, an apparatus with counter-swirling streams for final cleaning of recirculated air and its humidification and mixing with outdoor air, a small-sized air conditioner for processing outdoor air, centrifugal fans and porn control valves with automatic control units, one of the devices with counter-flow swirling flows also acts as a humidifier with nozzles and a mixer, characterized in that the nozzle is made by a vortex containing a hollow cylindrical body connected to the nozzle in which the holes are made, the body consists from a cylindrical part with an external thread for connecting to the nozzle of a distribution pipe for supplying liquid and an internal thread for connecting to a conical nozzle, while the casing and the nozzle form two inner chambers that are coaxial with each other, and the cylindrical chamber serves to supply fluid, and the conical chamber formed by the surface of the truncated cone of the nozzle is an injection chamber to create increased pressure, and a nozzle is made on the nozzle from the side opposite to the fluid supply, which consists of a cylindrical throttle bore and a conical bore with an extension towards the object, while a screw thread is made on the surface of the conical bore to create at least two rows of cylindrical throttle holes are made on the fan-shaped fan outlet of the nozzle, and at least two rows of cylindrical throttle holes are made on the conical side surface of the nozzle, and at least three cylindrical throttle holes are made in each row, and in horizontal the projection planes of the axes of the holes in these rows are separated from each other by an angle of 7.5 ... 60 ° to create a finely divided continuous phase of the sprayed liquid, while in the cylindrical chamber, coaxially installed n with a gap relative to the inner side surface of the chamber, the swirl, made in the form of a sleeve with a screw external thread with a large pitch of a trapezoidal profile and fixed by means of an internal thread on the rod with a conical fairing in the upper part, and the swirl is fixed in its lower part by means of a round rigidly attached to it plate to the body, and in the round plate, a groove is made in a spiral of Archimedes, having a twist direction coinciding with the direction of twist of the swirl fluid flow.