Автономный кондиционер воздуха глубоководного аппарата

Полезная модель относится к климатической технике, преимущественно, к автономным кондиционерам воздуха глубоководных аппаратов. Глубоководные аппараты предназначены для использования на   различных широтах и по всей глубине мирового океана.
Температура воды за бортом герметичного отсека глубоководного аппарата может составлять, примерно, от  минус 2ºС до 36ºС. Это обстоятельство требует или охлаждения (с частичным осушением) воздуха, или нагрева (с частичным осушением) воздуха отсека, что связано с теплопритоками или теплооттоками от окружающей среды и постоянным влаговыделением членов экипажа.  При  этом глубокого осушения воздуха не требуется, так как комфортной средой считается  относительная влажность воздуха в диапазоне 40% – 60%. Применение известных кондиционеров воздуха, работающих также и в режиме «теплового насоса» требует сброса тепла с конденсатора в режиме охлаждения и сброса холода – в режиме «теплового насоса» за пределы герметичного отсека глубоководного аппарата.
Кроме того, в режиме «теплового насоса» не происходит осушения воздуха отсека. За бортом  глубоководного аппарата давление может достигать 1000 бар и более. В связи с этим для обеспечения безопасности экипажа прокладка газогидравлических магистралей за борт глубоководного аппарата не используется, поэтому применение известных кондиционеров воздуха невозможно.
Известна полезная модель [ПМ № 210133269U, КНР. Устройство управления окружающей средой погружной кабины судна на основе системы управления PLC / Ship submersible cabin environment control device based on PLC control system, МПК В 63 G 8/36, G 05 B 19/05, Hefei Swan Refrigeration Technology Co., Ltd.; Zhang Lianjun, Cao Pengfei. Заявл. 24.04.2019, опубл. 10.03.2020. ], в которой для создания комфортных условий обитания экипажа погружного подводного аппарата используется компрессорная холодильная система. Недостатком аналога является сложность, большое количество элементов и внешнее забортное оборудование, что не позволит использовать ее на больших глубинах из-за требований безопасности и опасности проникновения внешнего высокого давления в обитаемый отсек.
Анализ известных технических решений [Пат. № 109760809, КНР. Система жизнеобеспечения (малой) подводной лодки / Underwater bort device life-support system, МПК B63 G 8/36, Jimei University; Cao Wensheng, He Hongzhou. Заявл. 25.01.2019, № 201910073669, опубл. 17.05.2019. // Заявка № 201910333620, КНР. Устройство управления контуром водолазного судна военного корабля на основе системы управления PLC / A kind of naval vessel diving cabin ring control device based on PLC control system, МПК B 63 G 8/36,G 05 B 19/05. Заявл. 24.04.2019. // ПМ № 208897298U, КНР. Система контроля окружающей среды погружаемой кабины под высоким давлением / High-pressure diving cabin environmental control system, МПК B 63 G 8/36, HEFEI FENGLAN ELECTRIC APPLIANCE CO.; Chen Bin и др. Заявл. 18.07.2018, № 201821154191, опубл. 24.05.2019. // Патент RU128179U1, B63J2/02 Автономный судовой кондиционер воздуха постоянного тока. Опубл. 20.05.2013, Бюл. №14 // Авторское свидетельство СССР SU506736 A1, F25B21/02, H01V 1/28, F24F 3/14. Устройство для осушения воздуха. Опубл. 15.03.1976 ] показал, что наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков, является автономный кондиционер воздуха, описанный в [ Патент RU128179U1, B63J2/02 Автономный судовой кондиционер воздуха постоянного тока. Опубл. 20.05.2013, Бюл. №14 ], состоящий из компрессора с электродвигателем, конденсатора хладона, дроссельного устройства и воздухоохладителя с вентилятором.
Этот кондиционер выбран в качестве прототипа. Недостатком прототипа является необходимость охлаждения конденсатора забортной морской водой, то есть необходимость иметь газогидравлические узлы за герметичной стенкой обитаемого отсека, что не дает возможности использовать его на больших глубинах. Также не может быть реализован режим нагрева воздуха с осушением, когда температура воды за бортом низкая, то есть существует теплоотток и  в то же время существует влаговыделение людей. Кроме того, при разных температурах забортной воды меняется давление конденсации хладона, квазиравновесное с температурой охлаждающей воды, нарушается стабильность работы кондиционера.
Задачей полезной модели является создание конструкции автономного кондиционера воздуха глубоководного аппарата, работоспособного, без непосредственного контакта с забортной средой, на всех глубинах, то есть когда возможен теплоприток или теплоотток от атмосферы герметичного отсека при постоянном влаговыделении в отсек.
Техническим результатом полезной модели является стабильная работоспособность кондиционера глубоководного аппарата в режиме охлаждения с частичным осушением воздуха или в режиме нагрева с частичным осушением воздуха при изменении температуры забортной  воды в широких пределах, на любых глубинах.
Указанная задача выполняется тем, что в известном автономном кондиционере воздуха, состоящем из компрессора с электродвигателем, конденсатора хладона, дроссельного устройства и воздухоохладителя с вентилятором, конденсатор хладона выполнен со способностью конвективно-кондуктивной теплоотдачи, в виде батареи из труб, термически соединенной с плитой конденсатора, параллельно конденсатору хладона  с конвективно-кондуктивной теплоотдачей подключен воздушный конденсатор хладона, перед конденсаторами устанавливают запорные устройства, объемы хладоновых полостей выполняют равными, после воздухоохладителя устанавливают регулятор давления «до себя», внешнюю поверхность плиты конденсатора с конвективно-кондуктивной теплоотдачей выполняют с возможностью сопряжения с внутренней поверхностью корпуса глубоководного аппарата.
Кроме того, плита конденсатора с конвективно-кондуктивной теплоотдачей выполнена из металла.
Объявленный технический результат достигается в конструкции кондиционера  конденсатором хладона с отводом тепла теплопроводностью в режиме охлаждения и воздушным конденсатором хладона в режиме нагрева.  Конденсатор  хладона для отвода тепла теплопроводностью содержит  плиту из металла. Используется высокая теплопроводность металлов.
Более подробно конструкция кондиционера в статике и работа описана ниже.
Проведённый заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, не выявил источник,  характеризующийся по признакам  тождественными (идентичными) всем существенным признакам полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогах прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволили установить совокупность существенных по отношению к рассматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует признаку "новизна".
На фиг.1 представлена  схема глубоководного аппарата по техническим решениям полезной модели.
Кондиционер содержит основные узлы: компрессор 1, конденсатор с конвективно-кондуктивной теплоотдачей 2, воздушный конденсатор 3 с вентилятором 4, дроссельное устройство 5, воздухоохладитель 6 с вентилятором 7; на входе в конденсаторы установлены запорные устройства 9 и 10, на выходе воздухоохладителя установлен регулятор давления «до себя» 8. Кроме того условно показана аппаратура управления 11, связанная электрическими цепями с компрессором, вентиляторами и запорными устройствами.
На фиг.2 показан конденсатор хладона с конвективно-кондуктивной теплоотдачей, состоящий из батареи труб 12 и плиты 13. Как вариант показана плита, внешняя поверхность которой выполнена для сопряжения, при необходимости, с сегментом цилиндрической формы внутренней поверхности корпуса глубоководного аппарата.
Кондиционер воздуха по предлагаемой полезной модели работает нижеописанным способом.
Компрессор  1 сжимает пары хладона и подает их в конденсаторы 2 или 3 (в зависимости от режима работы), где хладон конденсируется и поступает в дроссельное устройство 5, в котором его давление и температура снижаются. Далее в воздухоохладителе 6 жидкая фаза хладона выкипает, охлаждая воздух отсека, при этом частично конденсируется и выпадает влага из воздуха, прокачиваемого вентилятором 7, после чего пары хладона попадают в компрессор 1 и цикл повторяется.
В режиме охлаждения запорное устройство 9 закрыто, запорное устройство 10 открыто, хладон после компрессора поступает в конденсатор 2, где тепло от него передается внутренней поверхности труб теплообменом конвекцией и далее отводится за счет теплопроводности плиты 13, способной отдать тепло корпусу аппарата. Далее хладон после дроссельного устройства 5 охлаждает и частично осушает воздух в воздухоохладителе 6.
В режиме нагрева запорное устройство 10 закрыто, запорное устройство 9 открыто, хладон после компрессора 1 поступает в воздушный конденсатор 3, где тепло от него вентилятором 4 отводится в отсек. Хладон конденсируется, дросселируется в дроссельном устройстве 5, и охлаждает и частично осушает воздух. При этом, с учетом холодильного коэффициента холодильного цикла, затрат холодопроизводительности на конденсацию влаги, и, с учетом подведенной электрической мощности к электродвигателю компрессора, тепло, отведенное от воздушного кондиционера больше, чем охлаждение воздуха в воздухоохладителе, то есть воздух в отсеке нагревается и частично осушается.
При работе в режиме охлаждения вентилятор 4 воздушного конденсатора 3 выключен и не нагревает воздух. При работе в режиме нагрева хладон через конденсатор 2 не протекает и тепло не сбрасывается. Для исключения изменения режима работы кондиционера при переходе с одного режима на другой, хладоновые полости конденсаторов выполнены равными, не работающий конденсатор заполняется жидкостью и участвующее  в цикле количество заправки остается неизменным. В обоих режимах регулятор 8 поддерживает давление хладона в воздухоохладителе 6, обеспечивая стабильную его работу.
Все технические средства полезной модели описаны или известны на дату подачи заявления. Новым в конструкции является конвективно-кондуктивный конденсатор хладона. Изготовление батареи из труб не представляет сложности. Изготовление металлической плиты и термическое ее соединение с батареей производится известными технологическими приемами, например штамповкой, выдавливанием, механической обработкой, пайкой, свариванием, адгезионными или гальваническими методами.
Поршневые и спиральные компрессоры, кожухотрубные теплообменники, воздушные конденсаторы, испарители и воздухоохладители, испарительные настенные и потолочные трубчатые батареи, сильфонные регуляторы давления, пульты управления,  электромагнитные клапаны и другая арматура выпускаются собственным производством Заявителя для холодильного и климатического оборудования морского назначения.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих совокупных условий:
– средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено для промышленного использования, а именно, в автономном кондиционере воздуха глубоководного аппарата;
– для заявленной полезной модели в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».