Устройство для кондиционирования воздуха в изолированном помещении
DEVICE FOR AIR CONDITIONING IN INSULATED ROOM

Изобретение относится к области устройств управления температурно-влажностным режимом внутри изолированного пространства (помещения) и может быть использовано для кондиционирования воздуха в таком помещении.
Известно «Термоэлектрическое устройство для поддержания температурного режима» [1], содержащее несколько работающих на термоэлектричестве, поддерживающих температурный режим элементов, с образующейся на одной их стороне при подаче электрического тока холодной поверхностью и теплой поверхностью на их противолежащей стороне, с установленными на обеих сторонах, размещенными в соответствующей камере для протекания воздушного потока воздушными теплообменными телами и с вызывающими воздушный поток вдоль них вентиляторами.
Данное устройство не обеспечивает возможности увлажнения или осушения воздуха, что требует для осуществления кондиционирования, под которым понимается устройство для поддержания оптимальных (заданных) климатических условий в помещениях, использования дополнительных устройств, например, устройства, известного из [2], которое также имеет элемент Пельтье, который термически соединен с холодной стороной и горячей стороной, при этом, холодная сторона выполнена таким образом, что при эксплуатации осушительного устройства на холодной стороне конденсируется влага воздуха, недостатком которого также является необходимость использования дополнительных устройств для поддержания температурного режима.
Известное из [3] «Устройство для теплообмена, осушения и очистки газа», содержащее корпус с входным и выходным патрубками для обрабатываемого газа, ротор с пакетом дисков с центральным полым каналом для теплообмена, проходящим через весь пакет дисков и соединенном с атмосферой посредством входного и выходного патрубков, в котором центральный канал теплообмена образован внутренними осесимметричными контурами фигурных, с регулярно переменной конфигурацией дисков, жестко закрепленных между собой в пакет, позволяющее лишь незначительно варьировать параметры воздуха в помещении, а также не позволяет осуществлять увлажнение воздуха.
Наиболее близким по сути к заявляемому устройству, выбрано известное из [4] «Устройство для кондиционирования воздуха в помещениях, содержащее жидкостно-воздушный теплообменник, снабженный элементами Пельтье» в котором элемент Пельтье служит термически активной перегородкой и передает тепло от жидкости, находящейся в канале, расположенном и термически совмещенном с одной из сторон элемента Пельтье к воздуху, подающемуся в канал, расположенный и термически совмещенный с другой стороной элемента Пельтье, либо наоброт (от воздуха к жидкости) в зависимости от параметров окружающего воздуха (целевых параметров наружного воздуха), и, кроме того, содержащее одну или несколько теплообменных камер, устроенных аналогичным образом, но с термически пассивной перегородкой (без элементов Пельтье), задачей которых является первичная подготовка поступающего в устройство воздуха, путем пассивного выравнивания температуры между жидкостью и воздухом.
В качестве недостатков описанного устройства следует выделить то, что при возникновении необходимости длительной работы устройства в одном режиме (например, охлаждения), а также при достаточно широком спектре вариаций рабочих температур циркулирующего в системе воздуха (например, в случаях, когда в помещении находится большое количество источников тепла, а приток наружного воздуха отсутствует), для поддержания необходимой температуры необходимо будет либо существенно увеличивать величину тока питания термоэлектрических элементов, следствием чего будет уменьшение КПД устройства за счет увеличения энергопотребления, либо прибегать к дополнительному охлаждению (нагреванию) жидкости в проточном канале, что приводит к необходимости введения дополнительных нагревательных или охлаждающих элементов в конструкцию устройства, а также дополнительных источников их питания и, как следствие дополнительных затрат энергии.
Задача изобретения состоит в создании устройства, позволяющего осуществлять поддержание заданного температурно-влажностного режима в изолированных (и не только) помещениях, в том числе, в помещениях с находящимися в них источниками тепла, лишенного приведенных выше недостатков и имеющего больший коэффициент полезного действия.
Технический результат достигается за счет использования в конструкции устройства термоэлектрического элемента (например элемента Пельтье) используемого в качестве активного термобарьера между воздушно-жидкостными теплообменниками, предназначенными для подачи воздуха с заданными целевыми параметрами (температура и влажность) в камеру смешивания в нужной пропорции, при этом, КПД предлагаемого устройства повышается (относительно известных аналогов) за счет оснащения теплообменника горячей стороны конденсационно-охлаждающей камерой с поршнем и электрогенераторами, в которой, при определенных условиях, газ, образующийся в результате испарения из теплообменного резервуара, совершая работу по перемещению поршня в верхнее положение, охлаждается и конденсируется, после чего образовавшаяся жидкость подается обратно в теплообменный резервуар, при этом, охлаждая его, что позволяет поддерживать температуру горячей стороны в определенных границах, не прибегая к дополнительным затратам энергии на питание элементов Пельтье.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема элементов, узлов и связей между ними устройства для кондиционирования воздуха в изолированном помещении:
1 - входной и выходной воздуховоды;
2 - поршень с электроприводом;
3.1 - 3.5 - система запорных клапанов;
4 - расширительный резервуар;
5.1, 5.2 - теплообменные камеры;
6 - элемент (-ы) Пельтье;
7 - смесительная камера;
8 - вентилятор.
Устройство для кондиционирования воздуха в изолированном помещении работает следующим образом: воздух, подающийся через входной воздуховод 1, за счет тяги, создаваемой вентилятором 9, попадает в теплообменные камеры 5.1, 5.2, соединенные по меньшей мере одной стороной с противоположными сторонами термоэлектрического элемента 6. По достижении определенного уровня давления в горячую теплообменную камеру 5.1, создающегося за счет испарения жидкости, срабатывает клапан 3.1, в результате чего, образовавшийся пар, поступая в расширительный резервуар 4, представляющий собой герметичную емкость, снабженную поршнем, находящемся в положении, в котором объем этой емкости минимален, совместно с электроприводом 2, совершает работу по подъему поршня, понижая тем самым давление за счет увеличения объема, следствием чего будет охлаждение и конденсация пара в расширительном резервуаре 4. Далее, после открытия клапана 3.2 и перемещения поршня в обратное положение, образовавшийся охлажденный конденсат поступает обратно в горячую теплообменную камеру 5.1, охлаждая жидкость в нем. При достижении целевых показателей температуры, после открытия клапана 3.3, воздух через смесительную камеру 7, за счет тяги, создаваемой вентилятором 8, выбрасывается обратно в помещение.
Холодный контур работает по классической схеме: при необходимости охлаждения, воздух из теплообменной камеры 5.2, соединенной с холодной стороной термоэлектрического элемента 6, подается либо напрямую в смесительную камеру, либо, в случае необходимости дополнительного осушения, проходит через воздуховод, снабженный клапаном 3.4 и проходящий через горячую смесительную камеру, при этом не сообщаясь с ней.
Источники информации:
1. RU 2465750.
2. RU 2676787.
3. RU 2470236.
4. RU 2589642.