Установка для охолодження повітря

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха, может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, в частности в гипобарических хранилищах сельскохозяйственной продукции. Известна установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха [1], включающая корпус с поддоном, входной патрубок полного потока воздуха и выходные патрубки основного и вспомогательного потоков воздуха, теплообменные вертикальные перегородки, состоящие из капиллярно-пористых и влагонепроницаемых пластин, образующие чередующиеся между собой каналы полного и вспомогательного потоков воздуха, при этом каналы вспомогательного потока воздуха выполнены со стороны входного патрубка полного потока воздуха заглушёнными, а с другой стороны сообщены входами с каналами полного потока через вентиль понижения давления, капиллярно-пористые пластины по длине каналов выполнены составными в виде набора плоских элементов, влагоизолированных между собой, часть плоских пластин влагоизолирована в их нижней части от поддона, в прилегающих влагонепроницаемых пластинах напротив влагоизоляции плоских элементов в нижней части выполнены сквозные отверстия. Известная установка используется для кондиционирования воздуха, В ней возможно охлаждать воздух с высокой относительной влажностью. В установке предотвращается скопление конденсата в каналах полного потока воздуха, вынос конденсата в основной поток воздуха, снижается расход воды. Однако неэффективно используется перепад давлений между каналами полного и вспомогательного потоков воздуха, что приводит к дополнительным затратам энергии на передвижение потоков воздуха. Прототипом предлагаемого изобретения может служить установка для косвенно-испарительного охлаждения воздуха [2], включающая корпус с проточными чередующимися между собой каналами полного и вспомогательного потоков воздуха, выходной патрубок полного потока воздуха и выходные патрубки основного и вспомогательного потоков воздуха, при этом каналы полного потока воздуха выполнены из влагонепроницаемого материала, а каналы вспомогательного потока -из капиллярно-пористого, каналы полного потока воздуха сообщены с выходным патрубком основного потока воздуха и через дроссельные шайбы, установленные в каналах вспомогательного потока воздуха со стороны выходного патрубка основного потока воздуха, сообщены с каналами вспомогательного потока воздуха, каналы вспомогательного потока воздуха со стороны входного патрубка полного потока воздуха закрыты заглушками, к выходному патрубку вспомогательного потока воздуха подключены последовательно устройство выравнивания расхода вспомогательного потока воздуха и вакуумный насос, а в нижней части корпуса установлен поддон для воды, сообщенный с капиллярно-пористым материалом каналов вспомогательного потока воздуха. Известная установка используется для кондиционирования воздуха. В установке обеспечивается снижение колебаний температуры основного потока воздуха при пульсации в работе вакуумного насоса, в ней можно охлаждать воздух любой относительной влажности. Однако в известной установке не используется перепад давлений воздуха между каналами полного и вспомогательного потоков воздуха для возможного получения механической работы, что приводит к дополнительным затратам энергии для передвижения воздушных потоков. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования установки для охлаждения воздуха, в которой за счет снабжения установки дополнительным турбодетандером, сепаратором, теплообменником и вентилятором достигается экономия энергии, затрачиваемой на передвижение воздушных потоков. В результате усовершенствованная установка для охлаждения воздуха может найти более широкое распространение благодаря низкой энергоемкости. Поставленная задача решается тем, что в установке для охлаждения воздуха, содержащей корпус с проточными чередующимися между собой каналами полного и вспомогательного потоков воздуха, входной патрубок полного потока воздуха, выходные патрубки основного и вспомогательного потоков воздуха, при этом каналы полного потока воздуха выполнены из влагонепроницаемого материала, а каналы вспомогательного потока - из капиллярно-пористого материала, выходы каналов полного потока воздуха сообщены с выходным патрубком основного потока воздуха и со входами каналов вспомогательного потока воздуха, каналы вспомогательного потока воздуха со стороны входного патрубка полного потока воздуха закрыты заглушками, к выходному патрубку вспомогательного потока воздуха подключен вакуумный насос, а в нижней части корпуса установлен поддон для воды, сообщенный с капиллярно-пористым материалом каналов вспомогательного потока воздуха, согласно изобретению, она дополнительно снабжена турбодетандером, сепаратором, теплообменником и вентилятором, при этом турбодетандер, сепаратор и теплообменник последовательно сообщены между собой, турбодетандер подключен к выходам каналов полного потока воздуха, теплообменник подключен ко входам каналов вспомогательного потока воздуха, а вентилятор подключен к выходному патрубку основного потока воздуха и имеет привод от турбодетандера. При таком выполнении установки для охлаждения воздуха достижение положительного эффекта обеспечивается из следующего. Энергия, освобождающаяся при расширении воздуха в турбодетандере (расширение воздуха происходит за счет разности давлений воздуха на входе и выходе из турбодетандера) отводится на привод вентилятора, нагнетающего основной поток воздуха потребителю. Следовательно, работа вентилятора осуществляется за счет внутренней энергии потока воздуха, без использования внешней энергии. При понижении температуры воздуха, расширяемого в турбодетандере, ниже температуры точки росы из воздуха выпадает влага, оседающая в сепараторе, т.е. воздух осушается и его относительная влажность понижается, что способствует более эффективному охлаждению полного потока воздуха, так как в осушенный вспомогательный поток воздуха из капиллярно-пористого материала стенок каналов вспомогательного потока испаряется большее количество воды, поэтому от полного потока воздуха через стенки каналов полного потока отводится большее количество теплоты, затрачиваемой на испарение воды, следовательно, полный поток воздуха эффективнее охлаждается. Воздух, выходяший из турбодетандера, как правило, охлажден в значительной степени, часто - ниже температуры замерзания воды, поэтому целесообразно перед поступлением этого воздуха в каналы вспомогательного потока направить его в теплообменник, в котором он будет нагреваться до требуемой температуры, выполняя при этом дополнительную охлаждающую функцию, например, охлаждая холодильную камеру гипобарического хранилища сельскохозяйственной продукции. Преимуществом предлагаемой установки является следующее. Во-первых, перепад давления между каналами полного и вспомогательного потоков воздуха используется для получения механической работы, так как энергия, освобождающаяся при расширении воздуха в турбодетандере, отводится на привод вентилятора; во-вторых, вспомогательный поток воздуха при охлаждении в турбодетандере может частично осушаться, что приводит к более эффективному охлаждению полного потока воздуха; в-третьих, вспомогательный поток воздуха, охлажденный в турбодетандере, может выполнять дополнительную охлаждающую функцию в теплообменнике. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически представлена установка для охлаждения воздуха; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 на I d - диаграмме влажного воздуха представлены процессы тепловлажностной обработки воздуха в предлагаемой установке. Установка для охлаждения воздуха содержит корпус 1 с проточными чередующимися между собой каналами 2 и 3 соответственно полного и вспомогательного потоков воздуха, входной патрубок 4 полного потока воздуха и выходные патрубки 5 и 6 соответственно основного и вспомогательного потоков воздуха. Каналы 2 полного потока воздуха выполнены из влагонепроницаемого материала 7, а каналы 3 вспомогательного потока воздуха - из капиллярно-пористого материала 8. Выходы 9 каналов 2 полного потока воздуха сообщены с выходным патрубком 5 основного потока воздуха и через соответствующие окна 10 в верхней части корпуса 1 и последовательно установленные турбодетандер 11, сепаратор 12 и теплообменник 13 сообщены со входами 14 каналов 3 вспомогательного потока воздуха. Каналы 3 вспомогательного потока воздуха со стороны входного патрубка 4 полного потока воздуха закрыты заглушками 15, К выходному патрубку 6 вспомогательного потока воздуха подключен вакуумный насос 16. В нижней части корпуса 1 установлен поддон 17 для воды, сообщенный с капиллярно-пористым материалом 8 каналов 3 вспомогательного потока воздуха. К выходному патрубку 5 основного потока воздуха подключен вентилятор 18, расположенный на одном валу 19 с турбодетандером 11. Установка работает следующим образом. Полный поток воздуха, находящийся при атмосферном давлении, поступает в каналы 2 полного потока воздуха, в которых он охлаждается. На выходах 9 каналов 2 полный поток воздуха делится на два потока: основной и вспомогательный. Основной поток воздуха проходит через выходной патрубок Бис помощью вентилятора 18 подается потребителю. Вспомогательный поток воздуха через соответствующие окна 10 в верхней части корпуса 1 поступает в турбодетандер 11, в котором он адиабатически расширяется (расширение происходит из-за разности давлений на входе и выходе из турбодетандера 11) и охлаждается. На выходе из турбодетандера 11 давление вспомогательного потока воздуха меньше атмосферного. Энергия, освобождающаяся при расширении воздуха в турбодетандере, отводится на привод вентилятора 18. При охлаждении в турбодетандере 11 вспомогательного потока воздуха ниже температуры точки росы происходит выпадение капельой влаги, которая оседает в сепараторе 12. Воздух при этом осушается. Затем вспомогательный поток воздуха поступает в теплообменник 13, в котором он нагревается, допустим, до температуры, которую он имел перед турбодетандером 11, выполняя, при необходимости, полезную охлаждающую функцию. Затем вспомогательный поток воздуха через соответствующие окна 10 в верхней части корпуса 1 поступает во входы 14 каналов 3 вспомогательного потока воздуха, в последних воздух увлажняется испаряющейся из капиллярно-пористого материала 8 водой и нагревается, Теплота, затрачиваемая на испарение воды, отводится от полного потока воздуха, который охлаждается. Далее вспомогательный поток воздуха через выходной патрубок 6 и вакуумный насос 16 выбрасывается в атмосферу. На фиг.3 на I d - диаграмме влажного воздуха представлены процессы тепловлажностной обработки воздуха в установке для охлаждения воздуха при ее стационарной работе: 1-2 - охлаждение полного потока воздуха с частичным выпадением из него влаги в каналах 2 полного потока воздуха; точка 2 характеризует параметры основного потока воздуха на выходе из установки для охлаждения воздуха; 2-Д - охлаждение вспомогательного потока воздуха в турбодетандере 11 с одновременным понижением давления вспомогательного потока воздуха до давления Р, меньшего атмосферного; Д-2 - нагрев вспомогательного потока воздуха в теплообменнике 13; 2-р-З - увлажнение и нагрев вспомогательного потока воздуха в каналах 3; ρ -точка росы для вспомогательного потока воздуха. При охлаждении воздуха в турбодетандере 11 в процессе 2-Д точка Д может оказаться расположенной ниже линии φ=1 для давления воздуха Р, меньше атмосферного, В этом случае из вспомогательного потока воздуха выпадают излишки капельной влаги, воздух осушается и охлаждение полного потока воздуха происходит до более низких температур, чем без частичной осушки вспомогательного потока воздуха.