Спосіб охолодження повітря

1 Спосіб охолодження повітря шляхом розділення його на два потоки, один з яких стискують за допомогою хвиль стиснення в каналах барабана, що обертається, до наперед заданого тиску, а другий потік стискують в компресорі до тиску, рівного тиску в першому потоці, з наступним об'єднанням повітря в один потік і розширенням його за допо могою хвиль розрідження, який відрізняється тим, що після розширення об'єднаного потоку повітря його подають в теплообмінник і охолоджують потік атмосферного повітря, при цьому з виходу теплообмінника об'єднаний потік повітря спрямовують на розділення, а потік атмосферного повітря подають в той же теплообмінник в напрямі протитечії 2 Спосіб охолодження повітря за п 1, який відрізняється тим, що потік атмосферного повітря подають за допомогою вентилятора в напрямі, перпендикулярному течи хладоагента Винахід відноситься до холодильної техніки, а точніше до способів охолодження повітря ВІДОМІ способи охолодження повітря (див , наприклад, А с СРСР № 1695070 з кл F25B 11/00 за 1988 р , патент США № 5642629 з кл F25D 9/00 за 1997 р), що включають послідовне стиснення в компресорі потоку повітря, що забирається з атмосфери, охолодження його в теплообміннику, розширення в турбодетандері і змішування з атмосферним повітрям Недоліком технічних рішень, описаних в цих винаходах, є висока частота обертання вала турбіни, яка визначається параметрами і витратою повітря, що утруднює створення надійних в експлуатації установок Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого технічного рішення і вибраним за прототип є спосіб охолодження повітря (заявка України № 97063120 з кл F25B 9/00, зареєстрована 25 06 1997 р ), що полягає в тому, що одну частину потоку повітря стискують за допомогою хвиль стиснення в каналах барабана, що обертається, до необхідного тиску, а другу частину потоку стискують в компресорі до тиску рівного тиску в першому потоці, а потім обидві частини об'єднують в один потік, який розширюють за допомогою хвиль розрідження, після чого цей потік змішують з потоком атмосферного повітря для отримання необхідної температури повітря ділюють на дві частини, одну з яких стискують в компресорі, що приводиться у обертання електродвигуном, а другу - в каналах барабана, що обертається, за допомогою хвиль стиснення, потім, після стиснення, обидва потоки об'єднують в один потік, який охолоджують в теплообміннику Подальше охолодження його здійснюють шляхом розширення в каналах барабана за допомогою хвиль розрідження Після ЧОГО цей охолоджений потік повітря змішують з атмосферним повітрям для утворення загального потоку повітря з необхідною температурою Недоліком цього способу є необхідність осушки атмосферного повітря перед стисненням і змішування його після розширення Це знижує експлуатаційну надійність і збільшує габарити установки У основу винаходу поставлено задачу розробити такий спосіб охолодження повітря за допомогою нової ПОСЛІДОВНОСТІ технологічних операцій, який забезпечить підвищення експлуатаційній надійності установки, зменшить витрати, які пов'язані з охолодженням повітря Це досягається тим, що повітря охолоджують, шляхом розділення його на два потоки, один з яких стискують за допомогою хвиль стиснення в каналах барабана, що обертається, до наперед заданого тиску, а другий потік стискують в компресорі до тиску, рівного тиску в першому потоці, з наступним об'єднанням повітря в один потік і роз Суттю даного способу охолодження повітря є те, що повітря, яке забирається з атмосфери, роз ю (О ю ю 51565 подають в канали 6 циліндричного барабана 5, що ширенням його за допомогою хвиль розрідження, обертається Канали 6 утворені, наприклад, радіпісля розширення об'єднаного потоку повітря, його альними лопатками, розташованими вздовж твірподають в теплообмінник і охолоджують потік атної і циліндричним бандажем, що закриває канали мосферного повітря, при цьому з виходу теплообпо зовнішньому діаметру Повітря по трубопровомінника об'єднаний потік повітря спрямовують на ду 2 подають в канали через вікна подачі повітря розділення, а потік атмосферного повітря подають низького тиску 8, які виконані в нерухомому торцев той же теплообмінник в напрямі протитоку При вому диску 7 Повітря, що поступило в канали 6 цьому потік атмосферного повітря подають за добарабана 5 стискують за допомогою хвиль стиспомогою вентилятора в напрямі перпендикулярнення до необхідного тиску і виводять через вікна ному течи холодоагенту відведення стисненого повітря 9 і приєднаний до У способі, що пропонується, одну частину поних трубопровід Другий потік повітря по труботоку повітря, що забирається з атмосфери, стиспроводу 3 подають в компресор 13, де стискують кують за допомогою компресора, що приводиться до того ж тиску і потім обидва потоки повітря об'у обертання електродвигуном Другу частину потоєднують Після ЦЬОГО об'єднаний потік повітря поку повітря стискують в каналах барабана за доподають в теплообмінник 15, де охолоджують до могою хвиль стиснення, які збуджуються при розтемператури близької до температури навколишширенні стисненого повітря в цих же каналах нього середовища Компресор приводять у оберПісля розширення потік повітря повертається до тання електродвигуном 14, який також може слурозділового пристрою через теплообмінник, утвожити приводом у обертання барабана 5 Після рюючи замкнений контур Необхідну температуру теплообмінника повітря через вікна подачі повітря продукційного повітря забезпечують без застосувисокого тиску 11, розташовані в торцевому диску вання спеціальних змішувальних пристроїв - за10, спрямовують в канали 6 барабана 5, де він вдяки передачі теплоти атмосферного повітря в передає енергію в хвильовій формі для стиснення теплообміннику охолодженому потоку повітря в прямого потоку повітря в безпосередньому контакзамкненому контурі ті з ним При цьому відбувається розширення заВідрізняючими ознаками запропонованого вдяки утворенню хвиль розрідження і зниження способу від відомих є те, що після розширення температури Через вікна 12 відведення повітря, об'єднаного потоку повітря, його подають в теплощо розширилося, подають в теплообмінник 16, а обмінник і охолоджують потік атмосферного повітдалі по трубопроводу 1 знову на розділення Таря, при цьому з виходу теплообмінника об'єднаний ким чином утворюється замкнений цикл циркуляції потік повітря спрямовують на розділення, а потік холодоагенту - повітря Атмосферне повітря, що атмосферного повітря подають в той же теплообохолоджується, подається в теплообмінник 16 в мінник в напрямі протитоку При цьому потік атмонапрямі протилежному течи холодоагента, в якій сферного повітря подають за допомогою вентилявідбувається відбір тепла від атмосферного повіттора в напрямі перпендикулярному течи ря, для забезпечення необхідної температури холодоагенту охолодження Аналіз відомих технічних рішень в області, що досліджується, і суміжних областях (системи конФіг 3 пояснює процеси, що відбуваються в кадицюнування повітря) дозволяє зробити висновок налах барабана На ньому зображена розгортка про відсутність в них ознак, подібних до суттєвих каналів барабана 5, напрям 17 переміщення канавідрізняючих ознак в способі охолодження повітря, лів відносно торцевих дисків, вікно подачі повітря що заявляється високого тиску 11, вікно відведення повітря, що розширилося, 12, вікно подачі повітря низького Вказані ознаки володіють винахідницьким рівтиску 8, вікно відведення стисненого повітря 9 нем, застосування їх дозволяє забезпечити збільшення ресурсу, підвищення експлуатаційної наПроцеси розширення і стиснення в каналах дійності і економічності установок охолодження відбуваються таким чином При сполученні довіповітря льного каналу, заповненого повітрям з низьким тиском з вікном подачі повітря високого тиску 11, Спосіб пояснюється кресленнями, де порція повітря входить в канал і по ньому розпона фіг 1 приведена схема установки що реалівсюджується хвиля стиснення, яка приходить до зує даний спосіб, протилежного кінця каналу у момент відкриття на фіг 2 приведене аксонометричне зобравікна відведення стисненого повітря 9 Суцільною ження вузла А, ЛІНІЄЮ показана ЛІНІЯ розповсюдження хвилі стисна фіг 3 - хвильова діаграма, що пояснює пронення Стиснене повітря виходить у вікно 9 Відбицеси в каналах, та від правого кінця каналу хвиля приходить до на фіг 4 приведена схема установки для охолівого кінця каналу у момент закриття вікна 11 лодження повітря з обдувом теплообмінника в Надходження повітря високого тиску в канал приперпендикулярному напрямі пиняється, а вихід стисненого повітря у вікно 9 Установка на фіг 1 містить трубопроводи 1, 2, продовжується до моменту його закриття, яке відЗ, 4, барабан 5 з каналами 6, торцевий диск 7 з бувається при ПІДХОДІ до правого кінця каналу вікнами подачі повітря низького тиску 8 і відведенхвилі розрідження (показана штриховою ЛІНІЄЮ) ня стисненого повітря 9, торцевий диск 10 з вікнаПри цьому процес стиснення завершується Потім ми подачі повітря високого тиску 11 і відведення відкривається вікно відведення повітря, що розрозширеного повітря 12, компресор 13, електроширилося 12, і в каналі виникає хвиля розріджендвигун 14, теплообмінник 15, теплообмінник 16 ня, яка розповсюджується по каналу і сприяє розПовітря, що йде по трубопроводу 1, розділюширенню повітря в ньому Повітря, що ють на два потоки Один з них по трубопроводу 2, розширилося, виходить у вікно 12 При ПІДХОДІ хвилі розрідження до правого кінця каналу відкривається вікно подачі повітря низького тиску 8 і повітря з атмосфери засмоктується в канали Після повного виходу повітря, що розширилося, і наповнення свіжим вікна 12 і 8 закриваються Далі, описаний вище цикл, повторюється За один оберт може здійснюватися один, два і більше циклів Тому кожний торцевий диск може містити одну або більше пар вікон Приклад Для охолодження атмосферного повітря з температурою 303 К до температури 291К створюють замкнений контур з циркулюючим холодоагентом -повітрям У цьому контурі потік повітря з температурою 297К, тиском 0,1МПа і витра3 тою 60м /год розділ юють на два потоки з 3 витратою 18,5м /год, який подають через вікно 8 подачі повітря низького тиску в канали 6 циліндричного барабана 5, де його стискують до тиску 0,24МПа, і з витратою 41,5м3/год, який подають на 51565 вхід ротаційного, поршневого або іншого компресора, де стискують також до 0,24МПа Після стиснення обидва потоки об'єднують в загальний потік 3 60м /год, який охолоджують в теплообміннику ЗОВНІШНІМ холодоагентом (повітрям або водою) до температури 305К, і подають через вікна подачі повітря високого тиску 11 в канали 6 циліндричного барабана 5, де розширюють від 0,24МПа до 0,1 МПа, при цьому температура кінця розширення дорівнює 257К Після розширення холодоагент подається в теплообмінник, де підігрівається до температури 297К потоком атмосферного повітря, що тече в протилежному напрямі в каналах того ж теплообмінника Потік атмосферного повітря, який подають на об'єкт охолодження, має витрату 3 200м /год і температуру 291К На фіг 4 показана установка для охолодження повітря, в якій встановлений вентилятор 18, що здійснює обдув теплообмінника атмосферним повітрям в перпендикулярному напрямі Вид А 1 0 Фіг 1 Фіг. 2 51565 Фіг 4 Фіг З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71