УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА ЧЕРЕЗ ОБЪЕМ ЖИДКОСТИ
DEVICE FOR PRODUCING STREAM OF AIR THROUGH VOLUME OF LIQUID

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к образованию воздушного потока через объем жидкости. Оно находит свое применение в таких различных областях как, например, но без ограничения этим, образование воздушного потока, который нагревается или охлаждается при пропускании через указанный объем жидкости, образование воздушного потока, температура которого контролируется и/или абсолютная влажность которого контролируется, увлажнение или осушение воздушного потока, очистка или фильтрация воздушного потока, обогрев или кондиционирование воздуха теплиц, обогрев или кондиционирование воздуха производственных, служебных или жилых объектов или зданий, мониторинг гигрометрии производственных, служебных или жилых объектов или зданий. Образуемый воздушный поток может быть использован также для охлаждения, обогрева, увлажнения или осушения поверхности любого типа.
Уровень техники
Применение теплопроводности и скрытой теплоты жидкости, например такой, как вода, для нагревания или охлаждения воздушного потока путем теплообмена между жидкостью и воздушным потоком при прямом контакте воздушного потока и жидкости, является старой технологией, преимуществом которой является экологичность, так как она, в частности, позволяет избежать использования теплоносителей типа хладагентов. Нагревание или охлаждение воздушного потока может, например, иметь целью образование воздушного потока с контролируемой температурой и/или образование воздушного потока с контролируемой абсолютной влажностью.
Первое известное решение по использованию этой технологии заключается в пропускании воздушного потока через завесу из мелких капелек жидкости или через поверхность обмена, проницаемую для воздуха и содержащую эту жидкость, например, через текстильный материал, пропитанный водой. Основной недостаток решения такого типа заключается в очень низкой эффективности использования энергии теплообмена между жидкостью и воздушным потоком и с низкими значениями скоростями потока воздуха, которые можно получить.
Второе известное решение по использованию этой технологии заключается в пропускании воздушного потока непосредственно через объем жидкости, содержащейся в корпусе, путем нагнетания воздушного потока в объем жидкости под поверхность указанного объема жидкости. Решение этого типа описано, например, в международной заявке на патент WO 2006/138287 и в американских патентах US 4697735 (фиг. 3) и US 7549418. Это второе техническое решение обладает тем преимуществом, что позволяет получить более высокие значения производительности по теплообмену между жидкостью и воздушным потоком.
Задача изобретения
Задачей изобретения является предложение нового технического решения, позволяющего улучшить образование воздушного потока через объем жидкости, содержащейся в корпусе.
Раскрытие изобретения
В соответствии с первым аспектом изобретение, таким образом, относится к устройству для образования воздушного потока, которое содержит корпус, предназначенный для вмещения объема жидкости и содержащий по меньшей мере одно отверстие выпуска воздуха, средства нагнетания воздуха, обеспечивающие возможность создания и пропускания входящего воздушного потока, поступающего снаружи корпуса, в объем жидкости, содержащейся в корпусе, путем нагнетания указанного воздушного потока в указанный объем жидкости под поверхность указанного объема жидкости так, что выходящий воздушный поток, обработанный посредством прямого контакта с объемом жидкости, выпускается наружу указанного корпуса путем пропускания через отверстие выпуска воздуха корпуса. Корпус содержит одну или более перегородок, размещенных между объемом жидкости и указанным отверстием выпуска и обеспечивающих возможность циркуляции воздушного потока, выходящего из объема жидкости, к отверстию выпуска с обеспечением одного или нескольких изменений его направления для предотвращения распыления жидкости через отверстие выпуска воздуха.
Когда воздушный поток проходит через объем жидкости, то в зависимости, в частности, от того, каким образом воздух нагнетается в объем жидкости, и в зависимости от расхода воздуха и объема жидкости, в объеме жидкости возникают более или менее значительные завихрения, способные вызывать распыление капель, увлекаемых воздушным потоком. Перегородки устройства согласно изобретению образуют преграду на пути этих капель и позволяют снизить риск того, что данные капли будут увлечены воздушным потоком к отверстию выпуска. Отсюда предпочтительно следует, что расход воздуха может быть очень высоким и/или что объем корпуса может быть небольшим, что сокращает габаритные размеры устройства и при этом позволяет избежать распыления капель жидкости за пределы корпуса устройства.
Более конкретно, устройство согласно изобретению может включать в себя нижеследующие дополнительные и опциональные признаки, рассматриваемые по отдельности или в сочетаниях друг с другом.
- Каждая перегородка представляет собой пластину, закрепленную внутри корпуса, находящуюся в герметичном контакте с корпусом по всей своей окружности и содержащую по меньшей мере одно сквозное отверстие для пропускания воздушного потока, выходящего через пластину.
- Устройство содержит несколько перегородок, сквозные отверстия которых не выровнены с отверстием выпуска воздуха корпуса.
- Корпус содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и боковую стенку, соединяющую верхнюю стенку с нижней стенкой, при этом отверстия впуска и выпуска выполнены в верхней стенке корпуса.
liquid
- Устройство содержит средства контроля температуры, обеспечивающие возможность автоматического поддержания температуры указанного объема жидкости в корпусе равной заданной температуре (T).
liquid
- Средства контроля температуры обеспечивают обновление жидкости в корпусе с целью автоматического поддержания в корпусе заданного объема жидкости с заданной температурой (T).
- Средства нагнетания воздуха содержат трубу, установленную внутри корпуса, соединенную с отверстием впуска воздуха и содержащую выходное отверстие для воздуха, погруженное в объем жидкости.
- Каждая перегородка содержит сквозное отверстие для прохождения трубы, при этом труба пропущена через указанное сквозное отверстие каждой перегородки и находится в герметичном контакте по всей ее наружной окружности с перегородкой на каждом сквозном отверстии.
- Средства нагнетания воздуха обеспечивают нагнетание воздушного потока, входящего в объем жидкости, на глубине от 20 мм до 80 мм.
- Средства нагнетания воздуха содержат воздушный компрессор, расположенный снаружи корпуса, выходное отверстие которого может быть соединено или соединено с отверстием впуска воздуха корпуса.
- Средства нагнетания воздуха содержат воздушный компрессор, расположенный снаружи корпуса, впуск которого может быть соединен или соединен с отверстием выпуска воздуха корпуса.
- Средства нагнетания воздуха содержат один воздушный компрессор, расположенный снаружи корпуса, при этом устройство имеет два режима работы: первый режим работы, в котором выходное отверстие компрессора может быть соединено или соединено с отверстием впуска воздуха корпуса, и второй режим работы, в котором впуск компрессора может быть соединен или соединен с отверстием выпуска воздуха корпуса.
- Воздушный компрессор относится к центробежному типу.
- Воздушный компрессор обеспечивает нагревание воздуха, проходящего через воздушный компрессор, с температурным градиентом ΔТ по меньшей мере 2°С.
3
- Средства нагнетания воздуха обеспечивают создание и нагнетание указанного воздушного потока с расходом воздуха по меньшей мере 100 м/ч.
cons
- Устройство содержит средства контроля температуры объема жидкости в корпусе, выполненные с возможностью регулирования температуры объема жидкости, содержащейся в корпусе (10), в зависимости от по меньшей мере одного предварительно заданного значения (HR) гигрометрии с целью автоматического регулирования абсолютной влажности указанного воздушного потока (F'), выходящего из корпуса.
cons
- Устройство содержит по меньшей мере один датчик влажности, средства контроля температуры объема жидкости, выполненные с возможностью регулирования температуры объема жидкости, содержащейся в корпусе, в зависимости от измеренной датчиком влажности и от по меньшей мере одного предварительно заданного значения (HR) гигрометрии.
Изобретение также относится к способу образования воздушного потока с помощью указанного выше устройства, причем корпус устройства содержит объем жидкости, в частности объем воды.
Более конкретно, способ согласно изобретению может включать нижеследующие дополнительные и опциональные признаки, рассматриваемые по отдельности или в сочетаниях друг с другом.
- Высота (Н + Н1) объема воды составляет менее 200 мм и предпочтительно приблизительно 100 мм.
liquid
initial
- Температура объема жидкости поддерживается равной заданной температуре (T), отличной от температуры (T) воздушного потока (F), входящего в корпус.
liquid
initial
- Способ обеспечивает образование нагретого воздушного потока, при этом температура (T) жидкости в корпусе выше температуры (T) воздушного потока, входящего в корпус.
liquid
- Температура нагретого воздушного потока по существу равна или несколько выше температуры (T) жидкости.
liquid
initial
- Способ обеспечивает образование охлажденного воздушного потока, при этом температура жидкости (T) в корпусе ниже температуры (T) воздушного потока, входящего в корпус.
liquid
- Температура охлажденного воздушного потока по существу равна температуре (T) жидкости.
3
- Расход воздушного потока, входящего в корпус, составляет по меньшей мере 100 м/ч.
4
-1
- Отношение между расходом воздушного потока, входящего в корпус, и объемом жидкости, содержащейся в корпусе, превышает 10 ч.
- Воздушный поток, поступающий снаружи корпуса и входящий в корпус, содержит частицы и/или загрязнения, причем и по меньшей мере часть этих частиц и/или загрязнений захватывают в жидкости, содержащейся в корпусе.
Изобретение также относится к применению одного или нескольких вышеуказанных устройств для обогрева объекта или для охлаждения объекта и/или для увлажнения и/или осушения объекта, и, в частности, теплицы. Установка содержит по меньшей мере одно вышеуказанное устройство, которое устанавливают таким образом, что воздух, нагнетаемый в корпус устройства, является воздухом, поступающим снаружи объекта.
Более конкретно, устройство согласно изобретению может включать нижеследующие дополнительные и опциональные признаки, рассматриваемые по отдельности или в сочетаниях друг с другом.
- Установка обеспечивает обогрев или увлажнение объекта и содержит, кроме того, теплообменник, присоединенный к корпусу устройства таким образом, чтобы обеспечивать пропускание нагреваемого воздуха, поступающего снаружи корпуса, через указанный теплообменник перед нагнетанием внутрь объекта, и средства рециркуляции воздуха, обеспечивающие подачу в теплообменник рециркулируемого воздуха, поступающего изнутри объекта таким образом, что воздух, поступающий из устройства и проходящий через теплообменник, нагревается посредством указанного рециркулируемого воздуха, поступающего изнутри объекта.
- Установка содержит, кроме того, устройство нагревания воздуха, расположенное между теплообменником и внутренней частью объекта с целью предварительного нагревания воздуха, поступающего из устройства и проходящего через теплообменник, перед его подачей в объект.
- Установка обеспечивает охлаждение или осушение объекта и содержит, кроме того, теплообменник, присоединенный к корпусу устройства, и средства рециркуляции воздуха, обеспечивающие подачу в теплообменник рециркулируемого воздуха, поступающего изнутри объекта таким образом, что воздух, нагнетаемый в корпус устройства, предварительно охлаждается при пропускании через теплообменник посредством указанного рециркулируемого воздуха, поступающего изнутри объекта.
Изобретение также относится к применению одного или нескольких вышеуказанных устройств для обогрева объекта или для охлаждения объекта и/или для увлажнения и/или осушения объекта.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества изобретения будут очевидны при прочтении нижеследующего подробного описания конкретных альтернативных вариантов осуществления изобретения, причем которые описаны в виде неограничивающих и неисчерпывающих примеров осуществления изобретения со ссылками на нижеследующие чертежи.
Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение альтернативного варианта устройства согласно изобретению, выполненного с возможностью образования воздушного потока через объем жидкости.
Фиг. 2 представляет собой изометрический вид устройства согласно фиг. 1 без средств обновления жидкости в корпусе.
Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение другого альтернативного варианта устройства согласно фиг. 1.
Фиг. 4 представляет собой изометрический вид устройства согласно фиг. 3 без средств обновления жидкости в корпусе.
Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение установки для обогрева объекта.
Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение установки для охлаждения объекта.
Фиг. 7 представляет собой изображение установки, выполненной с возможностью регулирования влажности в объекте.
Осуществление изобретения
В соответствии с конкретным альтернативным вариантом осуществления согласно фиг. 1-4 устройство 1 для образования воздушного потока содержит закрытый корпус 10, содержащий верхнюю стенку 10а, нижнюю стенку 10b и боковую стенку 10с, соединяющую верхнюю стенку 10а с нижней стенкой 10b.
В данном конкретном примере боковая стенка 10с корпуса 10 имеет трубообразную форму, но могла бы иметь и любую другую форму в контексте изобретения.
Корпус 10 содержит в донной части объем жидкости V высотой Н, температура которой контролируется. Данная жидкость предпочтительно представляет собой воду, но можно использовать любые типы жидкости в контексте изобретения.
Корпус 10 также содержит отверстие 100 впуска воздуха и отверстие 101 выпуска воздуха, расположенные снаружи объема V жидкости. В данном варианте, показанном на фиг. 1-4, но не имеющем ограничительного характера в отношении изобретения, отверстие 100 впуска воздуха и отверстие 101 выпуска воздуха выполнены в верхней стенке 10а корпуса 10.
Устройство 1 содержит средства 11 обновления жидкости в корпусе. Данные средства 11 обновления предназначены для автоматической подачи жидкости в корпус 10 с целью поддержания в корпусе 10 заданного объема V жидкости с заданной температурой.
Устройство 1 также содержит средства 12 нагнетания воздуха, обеспечивающие создание и нагнетание в объем V жидкости, содержащейся в корпусе 10, входящего воздушного потока F, поступающего снаружи корпуса 10. В конкретном варианте, проиллюстрированном на фиг. 1-4, данные средства 12 нагнетания воздуха более конкретно содержат воздушный компрессор 120, например типа вентилятора, и нагнетательную трубу 121.
Нагнетательная труба 121 открыта с обоих концов - с верхнего конца 121а и с нижнего конца 121b. Верхний открытый конец 121а трубы 121 присоединен к отверстию 100 впуска воздуха корпуса 10. Нижний открытый конец 121b трубы 121 образует выходное отверстие для воздуха и погружен в объем V жидкости на глубину Н1, соответствующую расстоянию между поверхностью объема V жидкости и выходным отверстием 121b для воздуха трубы 121.
В данном альтернативном варианте осуществления в зависимости от режима работы устройства (при нагнетании воздуха согласно фиг. 1 и 2, при всасывании воздуха согласно фиг. 3 и 4) воздушный компрессор 120 соединен с отверстием 100 впуска воздуха корпуса 10 или с отверстием 101 выпуска воздуха корпуса 10.
Устройство 1 также содержит несколько пластин 14, 14', 14'', служащих в качестве перегородок, помещенных между объемом V жидкости и отверстием 101 выпуска воздуха корпуса 10. Данные пластины 14, 14', 14'' закреплены внутри корпуса 10 одна над другой с таким промежутком между пластинами 14, чтобы образовать несколько расположенных друг на друге камер Е1, Е2, Е3 и Е4. Каждая пластина 14, 14', 14'' находится в герметичном контакте по всей своей окружности с боковой стенкой 10 с корпуса 10. Первая камера Е1 образована поверхностью объема V жидкости и нижней пластиной 14. Вторая камера Е2 образована нижней пластиной 14 и промежуточной пластиной 14'. Третья камера Е3 образована промежуточной пластиной 14' и верхней пластиной 14''. Третья камера Е4 образована верхней пластиной 14'' и верхней стенкой 10а корпуса 10.
Количество пластин 14, 14', 14'' и камер Е1, Е2, Е3 и Е4 не является ограничительным для изобретения, причем устройство 1 может включать одну пластину 14, образующую две камеры, или больше трех пластин, образующих больше четырех камер.
Каждая пластина 14, 14', 14'' содержит сквозное отверстие 140, имеющее по существу такое же сечение, что и нагнетательная труба 121. Данные сквозные отверстия 140 выровнены по вертикали и нагнетательная труба 121 проходит через данные отверстия, при этом труба 121 находится в герметичном контакте по всей своей наружной окружности с каждой пластиной 14, 14', 14'' на уровне каждого отверстия 140 для прохождения трубы.
Каждая пластина 14, 14', 14'' также содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие 141, обеспечивающее сообщение двух соседних камер друг с другом и, таким образом, обеспечивающее пропускание воздушного потока F', выходящего из объема V жидкости, и, например, охлажденного или подогретого жидкостью, из одной камеры в другую, начиная с нижней камеры Е1 к отверстию 101 выпуска.
Данные отверстия 141 смещены по вертикали одно относительно другого и не выровнены с отверстием 101 выпуска воздуха корпуса 10 с целью обеспечения одного или нескольких изменений направления указанного воздушного потока F'.
В конкретном альтернативном варианте согласно фиг. 1, 3 средства 11 обновления жидкости в корпусе 10 содержат:
- отверстие 110 впуска жидкости, выполненное в боковой стенке 10с корпуса 10 вблизи нижней стенки 10b корпуса 10;
- отверстие 111 выпуска жидкости, выполненное в нижней стенке 10b корпуса;
- трубопровод 112 выпуска жидкости, присоединенный на одном конце к отверстию 111 выпуска корпуса 10 и в данном конкретном примере присоединенный на его другом конце к источнику S жидкости;
- насосные средства 113 типа гидравлического насоса, присоединенные к источнику S жидкости и к отверстию 110 впуска корпуса, выполненные с возможностью закачивания жидкости в источник S жидкости и ее нагнетания в корпус 10 через отверстие 110 впуска с целью обновления жидкости в корпусе.
В контексте изобретения трубопровод 112 выпуска жидкости не обязательно соединен с источником S жидкости.
Средства 11 обновления жидкости в корпусе 10 содержат, например:
- по меньшей мере один датчик 114 температуры, обеспечивающий измерение температуры объема V жидкости в корпусе 10;
- по меньшей мере один датчик 115а низкого уровня и один датчик 115b высокого уровня для измерения уровня Н жидкости в корпусе;
- электронные средства 116 обработки, например, типа программируемого логического контроллера или электронной платы контроля/управления, подсоединенные к датчику 114 температуры и к датчикам 115а и 115b уровня и выдающие на выходе сигнал управления 113а с целью управления насосными средствами 113.
min
max
min
max
min
max
liquid
min
max
Электронные средства 116 обработки предназначены и, более конкретно, например, программированы для управления насосными средствами 113 с помощью сигнала 113а управления исходя из измерительных сигналов, выдаваемых датчиком 114 температуры и датчиками 115а и 115b уровня, и в зависимости от минимального заданного значения T температуры и максимального заданного значения T температуры, а также от минимального заданного значения V объема (или уровня) жидкости и максимального заданного значения V объема (или уровня) жидкости с целью постоянного поддержания в корпусе 10 объема V жидкости в диапазоне от указанного минимального заданного значения (V) до указанного максимального заданного значения (V), которая поддерживается при температуре T в пределах от указанного минимального заданного значения (T) температуры до указанного максимального заданного значения (T) температуры.
Фиг. 1 и 2 иллюстрируют первый вариант осуществления и режим работы устройства 1, при котором воздушный поток F, входящий в корпус 10, создается путем нагнетания воздуха в трубу 121.
initial
initial
В этом варианте осуществления отверстие 101 выпуска воздуха корпуса 10 открыто наружу. Выходное отверстие воздушного компрессора 120 соединено с отверстием 100 впуска воздуха корпуса 10, а впуск воздушного компрессора 120 открыт наружу. Когда воздушный компрессор 120 работает, он всасывает воздух снаружи корпуса 1 и выталкивает этот воздух в нагнетательную трубу 121 через отверстие 100 впуска воздуха в виде входящего воздушного потока F, имеющего начальную температуру T, по существу соответствующую температуре окружающей среды снаружи корпуса 10, или, возможно, начальной температуре T. которая может быть несколько выше температуры окружающей среды снаружи корпуса 10 вследствие пропускания воздуха в компрессоре 120.
initial
liquid
min
max
initial
final
liquid
Этот воздушный поток F, входящий с начальной температурой T, нагнетается через выходное отверстие трубы 121 непосредственно в объем V жидкости под поверхность объема V жидкости и проходит через этот объем V жидкости, находящейся при температуре T (в пределах от T до T), отличной от начальной температуры T. Во время пропускания данного воздушного потока в объеме V жидкости происходит теплообмен путем прямого контакта между воздухом и жидкостью таким образом, что из объема жидкости выходит (охлажденный или нагретый в зависимости от случая) воздух, при этом охлажденный или нагретый воздушный поток F' поднимается в корпусе 10, чтобы быть выпущенным через отверстие 101 выпуска. Данный воздушный поток F' на выходном отверстии корпуса имеет конечную температуру T, близкую и предпочтительно по существу равную температуре T объема V жидкости, содержащейся в корпусе.
liquid
initial
liquid
initial
Когда температура жидкости T ниже начальной температуры T, то воздушный поток F' после пропускания воздуха в объем V жидкости был охлажден. Этим, соответственно, обеспечивается то, что воздушный поток F', выходящий из устройства 1, был осушен по сравнению с входящим воздушным потоком F, при этом абсолютная влажность (вес воды на объем воздуха) в выходящем воздушном потоке F' ниже абсолютной влажности входящего воздушного потока F. Напротив, когда температура жидкости T выше начальной температуры T, то воздушный поток F' после пропускания воздуха в объем V жидкости был нагрет. Этим, соответственно, обеспечивается то, что воздушный поток F', выходящий из устройства 1, был увлажнен по сравнению с входящим воздушным потоком F, при этом абсолютная влажность (вес воды на объем воздуха) в выходящем воздушном потоке F' выше абсолютной влажности входящего воздушного потока F.
final
liquid
Воздушный поток F', охлажденный или нагретый до конечной температуры T, близкой или предпочтительно по существу равной температуре T объема V жидкости, поднимается внутри корпуса 10 с пропусканием через перегородки 14, 14', 14'' и претерпевает несколько последовательных изменений направления, а потом выпускается наружу из корпуса 10 через отверстие 101 выпуска.
Фиг. 3 и 4 иллюстрируют второй вариант осуществления и режим работы устройства 1, при котором воздушный поток F, входящий в корпус 10, создается путем всасывания.
initial
final
liquid
В этом варианте осуществления отверстие 100 впуска воздуха корпуса 10 открыто наружу. Впуск воздушного компрессора 120 соединен с отверстием 101 выпуска воздуха корпуса 10, а выходное отверстие воздушного компрессора 120 открыто наружу. Когда воздушный компрессор 120 работает, воздушный поток F, поступающего снаружи корпуса 1, создается путем всасывания в нагнетательную трубу 121 через отверстие 110 впуска воздуха. Начальная температура T данного воздушного потока F соответствует температуре окружающей среды снаружи корпуса 10. Воздушный поток F', охлажденный или нагретый после пропускания воздуха в объеме V жидкости, поднимается в корпусе 10 с пропусканием через перегородки 14, 14', 14'', а затем проходит через компрессор 120 и выдувается наружу из корпуса 10 в форме охлажденного или нагретого воздушного потока с конечной температурой T, близкой и предпочтительно по существу идентичной или несколько более высокой, чем температура T объема V жидкости.
В обоих вышеуказанных режимах работы расход воздуха, входящего в корпус 10, равен расходу воздуха, выходящего из корпуса 10. В объеме V жидкости возникают завихрения, которые могут быть значительными и могут вызывать распыление капель жидкостей, увлекаемых нагретым или охлажденным воздушным потоком F'. Перегородки 14, 14', 14'' устройства согласно изобретению образуют препятствие на пути этих капель и позволяют благодаря последовательным изменениям направления воздуха, обусловленным пластинами, избежать распыления жидкости через отверстие 101 выпуска за пределы корпуса одновременно с охлажденным или нагретым воздушным потоком F'. Благодаря перегородкам 14, 14', 14'' ни одна капля не распыляется за пределы корпуса. Этим предпочтительно обеспечивается, что значения расхода воздушных потоков F и F' могут быть весьма значительными и/или что объем корпуса может быть небольшим, что обеспечивает сокращение габаритных размеров устройства и при этом позволяет избежать распыления капель жидкости за пределы корпуса устройства.
Во время работы устройства 1 предпочтительно происходит всасывание в устройство 1 инертных и/или подвижных частиц, в частности пылинок, из воздуха среды, окружающей устройство 1, и их фильтрация после их захвата объемом V жидкости, содержащейся в корпусе 10, что позволяет на выходном отверстии устройства 1 получить более чистый воздух. Обычно все частицы крупнее 2 мкм могут быть отфильтрованы устройством 1.
В другом альтернативном варианте осуществления устройство 1 согласно изобретению может быть применено для фильтрации или очистки входящего воздушного потока F путем его пропускания через объем жидкости. В данном применении температура объема жидкости может быть выше или ниже температуры входящего воздушного потока F или быть по существу равной температуре входящего потока F. Когда температура объема жидкости по существу равна температуре входящего потока F, на выходном отверстии устройства 1 образуют отфильтрованный или очищенный выходящий воздушный поток F', который не был нагрет или охлажден, но который имеет по существу ту же самую температуру, что и входящий воздушный поток F.
В другом альтернативном варианте осуществления средства 11 обновления жидкости могут быть заменены средствами нагревания или охлаждения объема V жидкости, обеспечивающими возможность поддержания температуры объема жидкости без необходимости обязательно выполнять обновление жидкости в корпусе.
3
Изобретение предпочтительно позволяет работать с расходом воздуха на выходном отверстии компрессора 120, который может быть значительным, в частности выше 100 м/ч. В одном конкретном осуществлении объем корпуса 10 составлял приблизительно 5 литров. Объем V жидкости в корпусе 10 был меньше 3 литров. Изобретение, тем не менее, не ограничено данными конкретными значениями расхода воздуха и объема.
4
-1
Более конкретно в контексте изобретения отношение между расходом воздуха, входящего в корпус, и объемом V жидкости, находящейся в корпусе 10, может быть предпочтительно равным 10 ч. Таким образом, изобретение обеспечивает небольшое потребление жидкости, а также предпочтительно обеспечивает поддержание требуемой температуры в небольшом объеме жидкости в корпусе 10, что требует меньше энергии по сравнению с объемом, который мог бы быть более значительным.
liquid
initial
liquid
initial
liquid
Во время работы вследствие теплообмена между воздухом и жидкостью происходит охлаждение (если T > T) или нагревание (если T < T) жидкости. Средства 11 обновления жидкости обеспечивают обновление жидкости в корпусе новой жидкостью с требуемой температурой с целью обеспечения в корпусе 10 заданного объема V жидкости по существу с заданной температурой T.
Глубина Н1 выходного отверстия воздуха нагнетательной трубки 121 должна быть достаточно большой, чтобы обработка воздушного потока посредством пропускания через объем V жидкости и, кроме того, в частности, чтобы при необходимости теплопередача между жидкостью и воздухом, нагнетаемым в объем V жидкости, были достаточно эффективными и позволяли при необходимости получить воздушный поток F', охлажденный или нагретый жидкостью, с температурой близкой и предпочтительно по существу идентичной температуре жидкости. В то же время, данная глубина Н1 не должна быть слишком большой, чтобы избежать превышения размеров воздушного компрессора 121. Таким образом, глубина Н1 предпочтительно находится в пределах от 20 мм до 80 мм. Точно так же для достижения наилучшей эффективности высота (Н + Н1) объема V жидкости предпочтительно не должна быть слишком большой и предпочтительно составляет менее 200 мм и, более конкретно, приблизительно 100 мм. Изобретение, тем не менее, не ограничено данными конкретными величинами.
Компрессор 120 может быть воздушным компрессором любого известного типа, обеспечивающим создание воздушного потока (центробежным вентилятором, осевым вентилятором, насосом и т.п.).
Тем не менее, воздушный компрессор 120 предпочтительно является центробежным воздушным компрессором, так такой тип компрессора предпочтительно обеспечивает получение значительного расхода воздуха, а также получение значительного температурного градиента ΔТ воздуха между выходным отверстием компрессора 120 и впуском компрессора по сравнению, например, с осевым компрессором. На практике температурный градиент ΔT для центробежного воздушного компрессора составляет по меньшей мере 2°С, но может достигать и 4°С, при этом выходящий из компрессора воздух имеет температуру выше температуры воздуха, входящего в компрессор.
Предпочтительно режим работы согласно фиг. 1 и 2 может быть использован для выполнения кондиционирования воздуха или осушения объекта в летнее время путем образования одного или нескольких воздушных потоков F', охлажденных с помощью одного или более устройств 1, из теплого воздуха, забираемого снаружи объекта. Источником S жидкости предпочтительно могут являться грунтовые воды или цистерна с холодной водой, закопанная на глубине или охлаждаемая любой известной системой охлаждения.
Напротив, режим работы согласно фиг. 3 и 4 предпочтительно используется зимой для обогрева или увлажнения объекта путем образования одного или нескольких воздушных потоков F', нагреваемых с помощью одного или нескольких устройств 1, из холодного воздуха, забираемого снаружи объекта. Источником S жидкости в этом случае может являться источник горячей воды, такой, как например, цистерна с подогреваемой водой, наружный резервуар с водой, подогреваемый, например, энергией солнца, грунтовые воды или цистерна с горячей водой. В этом случае применение воздушного компрессора 120 центробежного типа предпочтительно позволяет использовать температурный градиент ΔТ для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора 120, относительно температуры воздуха на отверстии 101 выпуска корпуса 10, что повышает энергоэффективность.
В обоих режимах работы изобретение применимо к любому типу объекта. Объект может быть объектом типа производственного, жилого или непроизводственного. Также объект может быть теплицей или ангаром. В обоих режимах работы изобретение обеспечивает возможность предпочтительно непрерывного обновления воздуха внутри объекта.
Устройство 1 согласно изобретению также может производить теплый или охлажденный и/или увлажненный или осушенный воздушный поток, направленный на поверхность любого типа для обогрева или охлаждения и/или увлажнения или осушения данной поверхности.
На фиг. 5 схематически изображена установка для обогрева и/или увлажнения объекта 2. Данная установка содержит одно или более устройств 1 для образования нагретого воздушного потока, например, устройство типа согласно фиг. 1, работающего посредством нагнетания. Тем не менее, в другом варианте также можно использовать устройства 1 согласно фиг. 4, работающие посредством всасывания. Количество устройств 1 для образования нагретого воздушного потока может зависеть, в частности, от значений расхода воздуха устройств 1 и от объема объекта 2. Устройства 1 могут быть разумно распределены в объеме объекта 2.
Каждое устройство 1 расположено в объекте 2 так, что нагнетаемый в корпус 10 устройства 1 воздух является холодным воздухом, поступающим снаружи объекта. Кроме того, корпус 10 каждого устройства 1 присоединен на его выходном отверстии к теплообменнику 3 так, что нагретый воздух, выходящий из устройства 1, проходит через указанный теплообменник 3 и затем нагнетается на выходном отверстии устройства для нагрева воздуха, которое, например, содержит нагревательные электрические резисторы или пластинчатые теплообменники. Затем воздух, предварительно нагретый устройством 4 нагревания воздуха, нагнетается внутрь объекта 2.
Установка также содержит средства 5 рециркуляции, обеспечивающие обновление воздуха в объекте путем его всасывания и выпуска из объекта 2 наружу с целью поддержания температуры воздуха внутри объекта равной заданному значению температуры. Одна часть этого теплого воздуха, поступающая из объекта 2 (фиг. 5/ветвь 50), подвергается рециркуляции путем ее повторного нагнетания внутрь объекта 2 ниже по потоку от теплообменника 3. Другая часть этого теплого воздуха, поступающая из объекта 2 (фиг. 5/ветвь 51), направляется в теплообменник 3 и пересекает указанный теплообменник 3 таким образом, чтобы происходило нагревание воздуха, поступающего из устройства 1, теплым воздухом, поступающим из объекта 2. В этой установке температура жидкости в корпусе 10 каждого устройства 1 ниже температуры теплого воздуха, поступающего из объекта 2.
Теплообменник 3 может быть теплообменником любого известного типа, обеспечивающим теплообмен между двумя теплоносителями, в частности, без прямого контакта между обоими теплоносителями.
Применение данного теплообменника 3 предпочтительно обеспечивает нагревание воздуха, выходящего из устройств 1, теплым воздухом, поступающим из объекта, и благодаря этому позволяет повторно использовать часть калорий этого теплого воздуха и работать с более низкой температурой жидкости в устройствах 1. Таким образом достигается снижение потребления энергии.
В качестве неограничивающего примера в одном конкретном альтернативном варианте осуществления температура воздуха, нагнетаемого в корпус 10, была ниже 15°С и, например, ниже 0°С, при этом относительная влажность этого воздуха составляла, например, приблизительно 90%-100%. Температура жидкости в корпусе 10 поддерживалась примерно равной 15°С. Таким образом, температура воздуха, выходящего из каждого устройства 1, составляла приблизительно 15°С. Температура воздуха, выходящего из устройства 4 нагревания воздуха и входящего в объект 2, составляла примерно 22°С. Температура объекта 2 поддерживалась приблизительно 15°С при относительной влажности воздуха, например, примерно 60%.
На фиг. 6 схематически изображена установка для охлаждения (кондиционирования воздуха) и/или осушения объекта 2. Данная установка содержит одно или более устройств 1 для образования охлажденного воздушного потока, например, устройство типа согласно фиг. 1, работающих посредством нагнетания. Тем не менее, в другом варианте можно также использовать устройства 1 типа согласно фиг. 4, работающие посредством всасывания. Количество устройств 1 для образования охлажденного воздушного потока может зависеть, в частности, от значений расхода воздуха устройств 1 и от объема объекта 2. Устройства 1 можно разумно распределить в объеме объекта 2.
Каждое устройство 1 расположено в объекте 2 так, что воздух, нагнетаемый в корпус 10 устройства 1, представляет собой теплый воздух, поступающий снаружи объекта. Кроме того, установка содержит теплообменник 3', размещенный между компрессором 120 воздуха каждого устройства и корпусом 10 каждого устройства 1 с целью пропускания теплого воздуха, поступающего снаружи объекта 2, через указанный теплообменник 3', а потом его нагнетания в корпус 10 каждого устройства 1.
Установка также содержит средства 5 рециркуляции воздуха, обеспечивающие обновление воздуха в объекте путем его всасывания и выпуска из объекта 2 наружу с целью поддержания температуры воздуха в объекте равной заданному значению температуры. Этот рециркулируемый холодный воздух, поступающий из объекта 2 (фиг. 6/ветвь 51), направляется в теплообменник 3' и пересекает указанный теплообменник 3 так, что поступающий снаружи теплый воздух перед его нагнетанием в корпус 10 устройства 1, охлаждается этим рециркулируемым холодным воздухом, поступающим из объекта 2. В этой установке температура жидкости в корпусе 10 каждого устройства 1 ниже температуры холодного воздуха, поступающего из объекта 2.
Теплообменник 3' может быть теплообменником любого известного типа, обеспечивающим теплообмен между двумя текучими средами, в частности, без прямого контакта между этими текучими средами.
Применение данного теплообменника 3' предпочтительно обеспечивает предварительное охлаждение воздуха, перед его нагнетанием в корпус 10 каждого устройства 1, посредством воздуха, поступающего из объекта 2, благодаря чему обеспечивается возможность повторно использовать часть калорий этого воздуха. Таким образом достигается снижение потребления энергии.
В качестве неограничивающего примера в одном конкретном альтернативном варианте осуществления температура наружного воздуха, нагнетаемого в теплообменник 3' воздушным компрессором 120, была выше 15°С и, например, приблизительно 32°С, при этом относительная влажность этого воздуха составляла, например, примерно 40%. Температура жидкости в корпусе 10 поддерживалась примерно равной 15°С. Таким образом, температура воздуха, выходящего из каждого устройства 1, была примерно 15°С. Температура объекта 2 поддерживалась вблизи 22°С.
В соответствии с фиг. 7 устройство 1 согласно изобретению также может быть применено в установке, выполненной с возможностью контроля и автоматического поддержания относительной влажности в объекте 2 или т.п. Входящий воздушный поток F забирается устройством 1 снаружи объекта 2, проходит в устройство 1 так, чтобы в зависимости от случая быть увлажненным или осушенным, и увлажненный или осушенный выходящий воздушный поток F' нагнетается в объект 2 опционально после перемешивания с воздухом А окружающей среды, забираемым в объект 2 (фиг. 7/воздушный поток F'').
cons
Относительная влажность HR в объекте измеряется по меньшей мере одним датчиком 6 влажности типа гигростата, установленным в объекте вне входящего потока F' или F''. Устройство 1 снабжено средствами 11 контроля температуры объема V жидкости в устройстве 1, обеспечивающими автоматическое регулирование температуры объема V жидкости, содержащейся в устройстве 1, в зависимости от относительной влажности (HR), измеряемой датчиком 6 влажности в объекте 2, и от заданного значения (HR) влажности. Воздушный поток F', выходящий из устройства 1, нагнетается в объект 2, причем опционально при перемешивании с воздухом А, поступающим изнутри объекта 2.
cons
Средства контроля температуры объема V жидкости выполнены так, что температура объема V жидкости автоматически доводится до значения выше температуры воздушного потока F, входящего в устройство 1, когда относительная влажность HR, измеренная датчиком 6, находится ниже заданного значения (HR) влажности; таким образом образуется более влажный воздушный поток F', абсолютная влажность которого (вес воды на объем воздуха) выше абсолютной влажности воздушного потока F, входящего в устройство 1, и температура которого приблизительно равна температуре объема V жидкости и выше температуры воздушного потока F, входящего в устройство 1. Таким образом, входящий воздушный поток F' обеспечивает увлажнение объекта 2.
cons
Кроме того, средства контроля температуры объема V жидкости выполнены так, что температура объема V жидкости автоматически доводится до значения ниже температуры воздушного потока F, входящего в устройство 1, когда относительная влажность HR, измеренная датчиком 6, находится выше заданного значения (HR) влажности; таким образом образуется менее влажный воздушный поток F', абсолютная влажность которого (вес воды на объем воздуха) ниже абсолютной влажности воздушного потока F, входящего в устройство 1, и температура которого приблизительно равна температуре объема V жидкости и ниже температуры воздушного потока F, входящего в устройство 1.
Альтернативно также возможно, чтобы устройство 1 полностью или частично забирало входящий воздушный поток F внутри объекта 2.
Альтернативно также можно нагревать или охлаждать воздушный поток (F' или F''), входящий в объект 2, с использованием любых средств нагревания или охлаждения для доведения его до заданной температуры без изменения его абсолютной влажности.
Также можно заменить датчик 6, показанный на фиг. 7, датчиком 6, установленным в воздушном потоке (F' или F''), входящем в объект 2, и измеряющим абсолютную влажность указанного воздушного потока. В этом случае в объект 2 нагнетается воздушный поток (F' или F''), абсолютная влажность которого контролируется автоматически относительно заданного значения влажности путем автоматического регулирования температуры объема жидкости, содержащейся в устройстве 1.