Термоэлектрическая установка обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения
THERMOELECTRIC PLANT FOR AIR PURIFYING IN AGRICULTURAL PREMISES

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к оборудованию для создания микроклимата в помещениях сельскохозяйственного назначения.
В сельскохозяйственном производстве имеются помещения с большим количеством тепло-влаго выделений от животных и технологического оборудования, где требуется поддерживать технологически заданные параметры микроклимата.
Известны кондиционеры, которые позволяют решать вопрос отопления, охлаждения и поддержания влажности воздуха за счет изменения количества и качества вентиляционного воздуха (С.А. Растимешин, С.С. Трунов Энергосберегающие системы и технические средства отопления и вентиляции животноводческих помещений.- М.: ФГБНУ ВИЭСХ, OOO» САМ Полиграфист», 2016. - 180 с., ил.)
Недостатком подобных кондиционеров является то, что они сложны, требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат и как показывают технико-экономические расчеты, их использование в сельскохозяйственных помещениях экономически не всегда целесообразно. Кроме того, в этих системах, как правило отсутствует система осушения воздуха, позволяющая существенно уменьшить объем вентиляционного воздуха, а следовательно и эксплуатационные затраты на создание микроклимата в помещениях.
Поддерживать влажность воздуха в заданных пределах помогают осушители воздуха, основанные на различных физических принципах, помогут снизить влажность воздуха в помещении. Приборы бывают четырех основных типов: адсорбционные, компрессорные, роторные и осушители на элементе Пельтье (термоэлектрические осушители).
Сущность процесса осушения компрессионными и термоэлектрическими осушителями состоит в том, что влажный воздух помещения направляется на холодную поверхность, на которой влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется, и, впоследствии, стекает в специальную емкость.
Термоэлектрический метод осушения является перспективным направлением в исследованиях по разработке систем осушения помещений сельскохозяйственного производства.
Термоэлектрический осушитель может быть построен по двум основным схемам: «воздух-воздух» - когда тепловые потоки с горячих и холодных сторон термоэлектрических модулей отводятся непосредственно на воздушные радиаторы, «воздух-вода-вода-воздух» - когда для отвода тепла с модулей Пельтье используется жидкий теплоноситель (вода, незамерзающая жидкость). Возможны комбинации упомянутых схем.
Известен осушитель воздуха герметичных отсеков космических аппаратов, выполненный по схеме «воздух-вода», предназначенный для поддержания влажности воздуха обитаемых герметичных отсеков космических аппаратов, подводных лодок и в закрытых помещениях с повышенной температурой и влажностью (патент РФ №2180421 МПК А61В 5/08, опубл. 10.03.2002). Осушитель воздуха герметичных отсеков содержит кожух с входными и выходными патрубками, устройство для отвода влаги, конденсатор, жидкостной теплообменник и расположенный в полости между основанием конденсатора и корпусом жидкостного теплообменника термоэлектрический охладитель на основе коммутированных между собой термоэлектрических модулей.
Недостатком известного устройства является то, что в процессе осушения воздуха для эффективной работы термоэлектрических модулей к устройству необходимо подводить хладоагент в полости жидкостных теплообменников, на что потребуется дополнительное оборудование, создающее холод и энергия, а также устройство отвода влаги, выполненное из пористого материала, в условиях агрессивной среды помещений сельскохозяйственного назначения будет быстро выходить из строя.
Известно устройство, выполненное по схеме «воздух-воздух» и предназначенное для осушения воздуха в помещении (Мусоров СИ., Торгаев С.Н., Чертихин Д.С. Осушитель воздуха на элементе Пельтье. XX Международная научно - практическая конференция «СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ», г. Томск с 5 по 9 октября 2015 г.). Известное устройство содержит термоэлектрические модули Пельтье, систему теплообмена модулей с потоком осушаемого воздуха (набора радиаторов, охлаждаемых принудительным потоком воздуха, создаваемого дополнительно установленными вентиляторами), регулируемый источник тока, микропроцессорный контроллер, датчики температуры и влажности воздуха в помещении.
Недостатком известного устройства является ограниченная теплоотдающая поверхность радиаторов, контактирующая с потоком осушаемого воздуха, существенно снижающая производительность установки и делающая неэффективным применение установки в помещениях сельскохозяйственного производства, где требуется относительно большой объем осушаемого воздуха.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрический кондиционер, содержащий блок термоэлектрических модулей с теплообменниками (термоэлектрическая сборка на базе модулей Пельтье), вентагрегат, воздухораспределитель, воздуховоды, пульт управления и блок питания (патент РФ №2168421, МПК В60Н 3/00, опубл. 10.06.2001). Кондиционер имеет три режима работы: режим вентиляции, режим охлаждения, режим обогрева.
Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является то, что в нем не предусмотрено осушение воздуха в обслуживаемом помещении.
Задачей предлагаемого изобретения является создание термоэлектрической многофункциональной установки, позволяющей подогревать, охлаждать и осушать воздух помещения, тем самым поддерживать заданную температуру и относительную влажность воздуха в помещениях сельскохозяйственного производства.
В результате использования предлагаемого изобретения повышается надежность и эффективность термоэлектрических установок при работе в условиях сельскохозяйственных объектов, проявляющихся в наличии повышенной влажности, агрессивной газовой среды (наличие углекислого газа, сероводорода и т.д.) за счет того, что термоэлектрическая сборка вынесена из помещения, где происходит обработка воздуха, а передача тепловой энергии теплообменникам осуществляется с помощью промежуточного теплоносителя (воды), циркулирующего по трубопроводам за счет циркуляционного насоса. Повышение эффективности установки обеспечивается наличием трех режимов работы установки: обогрев помещения, охлаждение и осушение воздуха, при этом увеличение охладительного коэффициента термоэлектрических модулей, вызвано наличием тепловой изоляции в термоэлектрической сборке.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой термоэлектрической установке обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения, содержащей термоэлектрическую сборку, с расположенными в ней жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье, корпус-трубу с расположенными в нем теплообменниками холодного и горячего контуров обработки воздуха, электровентилятор, блок питания и микроконтроллер, согласно изобретению, жидкостные теплообменники холодного и горячего спаев с находящимися между ними термоэлектрическими модулями Пельтье расположены в теплоизолированном блоке и соединены с теплообменниками холодного и горячего контуров, объединенных вместе с электровентилятором в общий корпус - трубу, расположенный в сельскохозяйственном помещении, при этом теплообменник холодного спая соединен с теплообменниками холодного контура двумя прямым и обратным трубопроводами, а также теплообменник горячего спая соединен двумя прямым и обратным трубопроводами с теплообменником горячего контура, по которым циркулирует теплоноситель, при этом к корпусу-трубе между теплообменником холодного контура и электровентилятором присоединен байпасный канал, с расположенной в канале воздушной заслонкой с электроприводом, а другой конец байпасного канала присоединен к корпусу-трубе между теплообменниками холодного и горячего контура, с возможностью шунтирования теплообменника холодного контура, также к корпусу - трубе присоединена отводная труба, с воздушной заслонкой с электроприводом, которая располагается между теплообменником холодного контура и концевой частью байпасного канала, с возможностью шунтирования теплообменника горячего контура, причем в режиме охлаждения помещения в микроконтроллере меняется полярность подключения термоэлектрических модулей Пельтье, а термоэлектрический блок теплоизолирован и установлен снаружи сельскохозяйственного помещения.
Сущность изобретения заключается в том, что термоэлектрическая установка обработки воздуха сельскохозяйственных помещений содержащая термоэлектрическую сборку, с жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье, расположены в теплоизолированной сборке и соединены с теплообменниками холодного и горячего контуров, объединенных вместе с электровентилятором в общий корпус - трубу, расположенный в помещении, трубопроводами по которым теплоноситель с помощью циркуляционных насосов циркулирует по трубопроводам. При этом термоэлектрическая сборка теплоизолирована и установлена вне обслуживаемого помещения.
Перед теплообменником холодного контура, но после электровентилятора к корпусу-трубе примыкает байпасный канал, с расположенной в канале воздушной заслонкой с электроприводом. Другой конец байпасного канала присоединен к корпусу-трубе перед теплообменником горячего контура.
К корпусу - трубе присоединена отводная труба, с воздушной заслонкой с электроприводом. На корпусе-трубе отводная труба расположена между теплообменником холодного контура и концевой частью байпасного канала.
Таким образом, байпасный канал шунтирует теплообменник холодного контура, а отводная труба - теплообменник горячего контура, перераспределяя воздушные потоки в элементах установки.
Установка оснащена источником питания, микроконтроллером, датчиками температуры и влажности воздуха и датчиками температуры теплоносителя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема многофункциональной термоэлектрической установки обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения,
Термоэлектрическая установка обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения содержит термоэлектрическую сборку 15 (корпус с теплоизоляцией) с расположенными в нем термоэлектрическими модулями Пельтье 1, помещенными между теплообменником холодного спая 2 и теплообменником горячего спая 6, теплообменник холодного контура 3, установленный в корпусе - трубе 17, циркуляционный насос холодного контура 4, электровентилятор 5 и теплообменник горячего контура 7, расположенные в корпусе - трубе 17, расширительный бак 8, установленный в горячем контуре, циркуляционный насос горячего контура 9, источник питания термоэлектрических модулей 10, микроконтроллер 11, датчики температуры и влажности воздуха в помещении 12, датчик температуры теплообменника холодного контура 13, датчик температуры теплообменника горячего контура 14, поддон для сбора конденсата 16, корпус - трубу установки 17, байпасный канал 18 с расположенной в нем воздушной заслонкой 19 с электроприводом 20, отводную трубу 21, с расположенной в ней воздушной заслонкой 22 с электроприводом 23, трубопровод холодного контура 24 и трубопровод горячего контура 25.
Термоэлектрическая установка обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения имеет три режима работы: режим осушения, режим охлаждения, режим обогрева.
В режиме осушения воздуха установка работает следующим образом.
При повышении влажности в помещении выше допустимого уровня производится включение электровентилятора 5, термоэлектрических модулей 1, циркуляционных насосов 4 и 9. Электровентилятор 5 начинает прокачивать влажный воздух из помещения через воздушный тракт установки. Воздушная заслонка 19 закрывает байпасный канал, а заслонка 22 закрывает отводную трубу 21. При движении воздуха через теплообменник 3 воздух за счет теплообмена с холодной поверхностью теплообменника охлаждается и при этом излишняя влага конденсируется на теплообменной поверхности теплообменника холодного контура 3 и стекает в поддон 16 - устройства для отвода влаги. Далее осушенный и охлажденный воздух проходит через теплообменник горячего контура 7, где нагревается до первоначальной температуры. Это нужно для того, чтобы осушитель воздуха не охлаждал помещение. Осушенный и подогретый воздух подается в помещение, где смешивается с воздухом помещения, где установлена установка. В результате смешения осушенного воздуха с воздухом помещения влажность воздуха в помещении постепенно понижается и при достижении заданного уровня влажности электровентилятор 5, термоэлектрические модули 1 и циркуляционные насосы 4 и 9 подачи хладагента в теплообменники 3 и 7 выключаются.
В режиме обогрева помещения в установке происходит перераспределение воздушных потоков с помощью воздушных заслонок 19 и 22. Воздушная заслонка 19 открывает байпасный канал 18, воздушная заслонка 22 перекрывает воздушный канал в корпусе-трубе 17 и открывает отводную трубу 21, давая возможность охлажденному воздуху в теплообменнике 3 выйти на улицу. Воздух, нагретый в теплообменнике 7 попадает в помещение.
В режиме охлаждения воздуха в помещении необходимо поменять направление электрического тока в термоэлектрических модулях Пельтье с помощью микроконтроллера 11, тогда в теплообменнике 3 воздух будет нагреваться, в теплообменнике 7 охлаждаться. Воздушная заслонка 19 должна находиться в положении «открыть байпаскый канал», а воздушная заслонка 22 «открыть отводной канал», что обеспечит проход воздуха к охлажденному теплообменнику 7 и соответствующее охлаждение воздуха.
Регулируемый источник питания 10 необходим для работы микроконтроллера 11, термоэлектрических модулей Пельтье 1 и циркуляционных насосов 4 и 9. Величина выходного тока источника питания 10 задает градиент температур на термоэлектрических модулях. Для эффекта осушения воздуха необходимо добиться на холодной стороне 2 термоэлектрической сборки 15 температуры, которой соответствует точка росы, т.е. температуры, при которой влага будет конденсироваться на теплообменнике 3 и стекать в поддон 16, зависит от температуры окружающей среды и влажности воздуха в обслуживаемом помещении. Для отслеживания этих параметров используются датчики температуры и датчик влажности 12, установленные в помещении.
Датчики температуры 13 и 14 установлены на теплообменниках холодного 3 и горячего 7 контуров. Это позволяет предотвратить перегрев теплообменника горячего спая 6 и переохлаждение теплообменника холодного спая 2 ниже точки росы в режиме обогрева и охлаждения.
Для уменьшения потерь тепловой энергии термоэлектрические модули 1 и теплообменники холодного 2 и горячего 6 спаев помещены в теплоизолированную сборку 15, установленную снаружи обслуживаемого помещения.
Предлагаемая многофункциональная термоэлектрическая установка обработки воздуха помещений сельскохозяйственного назначения позволяет повысить надежность работы обработки воздуха сельскохозяйственных помещений, а также повысить холодильный коэффициент установки.