Способ кондиционирования влажного воздуха

(51) Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Бюл. Йю 47-48 оизводственное объединение "НауТарасов В,С.изводственное предп иятие "Нау НДИЦИОНИРОВАНИ(54) СПОСОБ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА(57) Сущность изобретения: воздух предварительно охлаждают, сепарируют капельную влагу. Затем воздух охлаждают в турбодетандере с получением на выходе трехфазного потока с т-рой не выше тры плавления льда Из трехфазного потока перед нагревом выводят твердую фазу, используя инерционные силы Затем твердую фазу превращают в жидкость и утилизируют. 1 ип.Изобретение относится к области холодильной техники, а именно к способам кондиционирования влажного воздуха,включающим сепарацию влаги в,различныхфазовых состояниях.В настоящее время наиболее перспективными являются системы кондиционирования воздуха "петлевой" схемы, которыеприменяются на большинстве современныхатечественных и зарубежных пассажирскихсамолетах. Данная схема кондиционирования воздуха позволяет обеспечивать наиболее комфортные условия в салоне эа счетнаибольшего, по сравнению с ранее используемыми схемами, осушения воздуха и позволяет эа счет понижения температурывоздуха, поступающего в салон, уменьшитьего расход в системе, что ведет к экономииэнергозатрат, Основными проблемами систем кондиционирования "петлевой" схемыявляются обеспечение их работоспособности в условиях наличия трехфазного потока влажного воздуха при температурах невыше температуры плавления льда и обеспеч-.ние максимально возможного коэфМ ционта виагоотделекия,Известен способ кондиционированиявлажного аоэдуха, по которому производится сбор влаги в твердой фазе на экране,установленном за турбодетандером, с последующим ее плавлением 1).Недостатками этоо способа являютсяследующие факторы;система кондиционирования работаетв нестационарном режиме вследствие необходимости периодического перепуска врабочий тракт холодного потока за турбодетандером потока из горячего тракта дляплавления льда, собирающегося на экране;влага не выводится из потока и не утилизируется, что снижает производительность и увеличивает энергозэтраты системыкондиционирования в целом.Известен способ кондиционированиявлажного воздуха, включающий сепарациюкапельной влаги, последующее охлаждениевоздуха в турбодетандере с получением навыходе трехфазного потока с температуройне выше температуры плавления льда и последующий нагрев потока, причем с цельюпредотвращения забивания рабочих каналов часть потока после турбодетандера байпасируется, минуя рабочий тракт 2.Данный способ кондиционирования выбран в качестве прототипа.Недостатками этого способа являютсяследующие факторы:для предотвращения забивания рабочих каналов снегом и льдом, содержащимся в потоке за турбодетандером, необходимо формировать перепускные каналы, что приводит к снижению производительности системы и увеличению энергозатрат;5 значительная часть влаги не выводитсяиз потока и не может использоваться в других циклах, что тоже ведет к снижению производительности системы и увеличению энергозатрат.10 вследствие того, что влага в твердой фазе не выводится из потока и, следовательно, при высоком влагосодержании существует опасность забивания рабочих каналов снегом и льдом, возникает необходимость в 15 наличии системы байпасирования потока иэгорячего тракта на вход холодного тракта для размораживания рабочих каналов, что приводит к увеличению энергозатрат и веса системы в целом.20 Цель изобретения - предотвращениезабивания рабочих каналов и снижение энергозатрат.Данная цель достигается тем, что поспособу кондиционирования влажного 25 воздуха, включающему сепарацию капельной влаги, последующее охлаждение в турбодетандере с получением на выходе трехфазного потока с температурой не выше температуры плавления льда и последуЗ 0 ющий нагрев потока, из трехфазного потокадо его нагрева выделяют твердую фазу посредством использования инерционных сил, затем эту фазу выводят иэ потока, превращают в жидкость и утилизируют.З 5 На чертеже представлена схема узласистемы кондиционирования воздуха для осуществления предлагаемого способа . кондиционирования влажного воздуха.Узел системы кондиционирования 40 включает в себя первичный теплообменник 1 для предварительного охлаждения потока горячего влажного воздуха, теплообменник-перегреватель 2 для испарения остатков капельной влаги,теплообменник конденсатор 3 для охлаждения горячего потока и выделения из него конденсата, влагоотделитель 4 для отбора капельной влаги из потока, турбодетандер 5 для охлаждения потока влажного воздуха и снегоотде литель 6 для отбора твердой фазы влаги навыходе из турбодетандера и ее плавления.Горячий поток влажного воздуха поступает в первичный теплообменник 1, где охлаждается потоком продувочного воздуха, 55 затем горячий поток поступает в теплообменник-перегреватель 2, где охлаждается потоком, выходящим из влагоотделителя 4, далее поступает в теплообменник-конденсатор 3, где охлаждается холодным потоком, выходящим иэ снегоотделителя б, в2005276 результате чего высаживается конденсат, который затем сепарируется во влагоотделителе 4, после чего поток поступает в теплообменник-перегреватель 2, где происходит его подогрев для испарения остатков капельной влаги, затем поток направляется в турбодетандер 5, где происходит его охлаждение, далее воздух проходит снегоотделитель 6; где сепарируется и превращается в жидкость твердая фаза влаги, содержащаяся в нем, после чего поток поступает в теплообменник-конденсатор 3, где нагревается, охлаждая влажный воздух перед влагоотделителем 4, и, наконец, поток осушенного и охлажденного воздуха направляется в салон, Сепарация влаги во влагоотделителе 4 и снегоотделителе 6 осуществляется посредством инерционных сил, причем отобранная влага утилизируется и направляется в тракт продувочного воздуха первично;о теплообменника 1, что позволяет значительно повысить эффективность его работы за счет использования воздушно-испарительного способа охлаждения, Твердая фаза влаги (снег, лед) после сепарации в снегоотделителе 6 может быть переработана в жидкость различными способами: плавлением посредством подвода горячего воздуха из рабочего потока или продувочного воздуха. плавлением посредством электронагрева, растворением снега и льда растворами, не имекицими ограничения по концентрации (например, водяной, водоспиртовой и другие растворы), а также другими известными способами,Технико-экономический эффект от использования предлагаемого способа кондиционирования можно оценить на примере системы кондиционирования воздуха пассажирского самолета на 350 пассажиров, Максимальное влагосодержание воздуха на входе в систему 18 г/кг с.в.; температура продувочного воздуха в первичном теплообменнике 1 составит 35 ОС на входе и 115 ОС на выходе (в случае, если воздух не будет дополнительно увлажнен сепарируемой влагой); при использовании способа кондиционирования; выбранного в качестве прототипа, с влагоотделителем 4 и утилизируемой им влаги (7 г/кгс.в,) влагосодержание на входе в продувочный тракт системы Формула изобретения СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА, включающий его предварительное охлаждение, сепарацию , капельной влаги, последующее охлаждение в турбодетандере с получением на выходе трехфазного потока с температурой становится равным 25 г/кг с.в. и температура продувочного воздуха на входе и выходе первичного теплообменника 1 соответственно 26 и 95 ОС; для предлагаемого способа 5 кондиционирования при включении в систему снегоотделителя 6 и утилизации влаги, отобранной им, влагосодержание на входе в продувочный тракт системы составит 32 г/кг с,в. и температура продувки на входе и 10 выходе первичного теплообменника 1 соответственно 26 и 77 С.В итоге имеем следующие результаты(по сравнению с прототипом): на 157 ь уменьшается объем и на 10% вес теплообменни ка-конденсатора 3 вследствие отсутствиянеобходимости перепуска части потока воздуха из турбодетандера 5 мимо рабочих каналов; отпадает необходимость использования системы байпасирования 20 горячего потока на вход холодного трактатеплообменника-конденсатора 3 для обеспечения его размораживания; вследствие дополнительной утилизации влаги рабочего потока возрастает эффективность теплооб менника 1, что позволяет снизить его массуи габариты на 15%. Принимая во внимание то, что снижение массы и габаритов теплообменника-конденсатора 3 и исключение из системы узла байпасирования горячего по тока (термостатический регулятор, трубопроводы) полностью позволяют покрыть массовые, объемные и энергетические затраты на установку снегоотделителя 6, предлагаемый способ кондиционирования 35 воздуха наряду с обеспечением предотвращения забивания рабочих каналов дает существенное снижение энергозатрат вследствие уменьшения массы и габаритов первичного теплообменника 1 на 15 , По 40 имеющимся данным (для приведенного типа пассажирского самолета), зкономия 450 кг массы позволяет снизить расход топлива на 0,5 о , Применение данного соособа кондиционирования воздуха в пеоесчете на вы шеуказанное позволяет снизить расходтоплива на 0,03.не выше температуры плавления льда, атакже нагрев потока, отличающийся тем,что из трехфазного потока до его нагрева,выводят твердую фазу, используя инерционные силы, а затем твердую фазу превращают в жидкость и утилизируют,2005276 Чтцлцэцуам оставитель М. Рыжиехред М.Моргентал Цалихина Коррек еда Заказ 343 Тираж Подпис НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101