Термоэлектрическая установка осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения
THERMOELECTRIC PLANT FOR AIR DRYING 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, и где требуется поддерживать технологически заданные параметры микроклимата, в том числе и влажность воздуха.
Известны промышленные кондиционеры, которые позволяют решать вопрос отопления, охлаждения и поддержания влажности воздуха за счет изменения количества вентиляционного воздуха (Д.Н. Мурусидзе, А.М Зайцев, Н.А. Степанова и др. Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах, - Изд. 2-е переработанное и доп. М.: Колос, 1979).
Недостатком 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 целесообразно. Кроме того, в этих системах отсутствуют устройства для осушения воздуха, позволяющие существенно уменьшить объем вентиляционного воздуха, а следовательно и эксплуатационные затраты на создание микроклимата в помещениях.
Поддерживать влажность воздуха в заданных пределах помогают осушители воздуха. Приборы, 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 проб выдыхаемого воздуха для осушения проб выдыхаемого воздуха, выполненный по схеме «воздух-воздух», который может быть использовано для осушения воздуха при его подготовке к газоанализу (патент РФ №2266045 МПК А61В 5/08 опубл. 20.12.2005, Бюл. №35.). Осушитель содержит канал отбора воздуха и канал отбора влаги. В качестве нагревательного и охладительного элементов осушителя применяется элемент Пельтье, рабочие поверхности которого являются охладительными и нагревательными элементами осушителя
Недостатком известного устройства является то, что осушитель проб выдыхаемого воздуха используется в основном для медицинских анализов проб выдыхаемого воздуха и невозможность его применения для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения.
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, опубликовано: 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.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство, выполненное по схеме «воздух-воздух» и предназначенное для осушения воздуха в помещении (Мусоров С.И., Торгаев С.Н., Чертихин Д.С. Осушитель воздуха на элементе Пельтье. XX Международная научно - практическая конференция «СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 2012 г.). Устройство, выбранное в качестве прототипа, 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.
Задачей настоящего изобретения является создание термоэлектрической установки осушения воздуха и повышение эффективности работы осушителя воздуха в помещениях сельскохозяйственного производства, а также поддержание уровня влажности воздуха в помещениях сельскохозяйственного производства.
В результате использования предлагаемого изобретения установка для осушки воздуха в помещениях сельскохозяйственного назначения позволяет повысить надежность и эффективность устройства за счет увеличения холодильного коэффициента установки. Повышение надежности установки при работе в условиях сельскохозяйственных объектов, проявляющихся в наличии повышенной влажности, агрессивной газовой среды (наличие углекислого газа, сероводорода и т.д.) достигается тем, что термоэлектрический блок вынесен из помещения, где происходит осушение воздуха, а передача тепловой энергии теплообменникам осуществляется с помощью промежуточного теплоносителя (воды), циркулирующего по трубопроводам за счет циркуляционного насоса, а повышение теплового коэффициента вызвано наличием тепловой изоляции в термоэлектрическом блоке.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой термоэлектрической установке осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения, содержащей термоэлектрический блок, с расположенными в нем жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье, пластинчатые теплообменники холодного и горячего контуров обработки воздуха и электровентилятор, согласно изобретению, жидкостные теплообменники холодного и горячего спаев с находящимися между ними термоэлектричесими модулями Пельтье расположены в теплоизолированном блоке и соединены с пластинчатыми теплообменниками холодного и горячего контуров, объединенных вместе с электровентилятором в общий корпус - трубу, расположенный в сельскохозяйственном помещении, при этом теплообменник холодного спая соединен трубопроводом через циркуляционный насос холодного контура с теплообменником холодного контура, образуя замкнутый контур, а теплообменник горячего спая соединен трубопроводом через циркуляционный насос горячего контура с пластинчатым теплообменником горячего контура также образуя замкнутый контур, причем термоэлектрический блок теплоизолирован и установлен снаружи сельскохозяйственного помещения.
Сущность изобретения заключается в том, что термоэлектрическая установка осушения воздуха сельскохозяйственных помещений содержащая термоэлектрический блок, с жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье, расположены в теплоизолированном блоке и соединены с пластинчатыми теплообменниками холодного и горячего контуров, объединенных вместе с электровентилятором в общий корпус - трубу, расположенный в сельскохозяйственном помещении, трубопроводами по которым теплоноситель с помощью циркуляционных насосов циркулирует по трубопроводам. При этом термоэлектрический блок теплоизолирован и установлен снаружи сельхоз. помещения. Установка оснащена источником питания, микроконтроллером, датчиками температуры и влажности воздуха и датчиками температуры теплоносителя.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема термоэлектрической установки осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения.
Термоэлектрическая установка осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения содержит термоэлектрический блок 18 с теплоизоляцией 15 с расположенными в нем термоэлектрическими модулями Пельтье 1, помещенными между теплообменниками холодного спая 2 и горячего спая 6, пластинчатый теплообменник холодного контура 3, установленный в корпусе - трубе осушителя воздуха 17, циркуляционный насос холодного контура 4, который используется для циркуляции жидкости в холодном контуре установки, электровентилятор 5, который расположен в корпусе - трубе 17 и используется для подачи осушаемого воздуха в установку, теплообменник горячего спая 6, пластинчатый теплообменник горячего контура 7, расширительный бак 8, установленный в горячем контуре и использующийся для компенсации жидкости при ее нагреве, циркуляционный насос горячего контура 9, для циркуляции жидкости в горячем контуре установки, источник питания термоэлектрических модулей 10 обеспечивает стабильное номинальное напряжение для элементов электрической схемы установки, микроконтроллер 11 обеспечивает автоматический режим работы установки, датчики температуры и влажности воздуха в помещении 12, датчик температуры теплообменника холодного контура 13, датчик температуры теплообменника горячего контура 14, тепловую изоляцию 15, поддон для сбора конденсата 16, корпус- трубу осушителя воздуха 17, трубопровод холодного контура 19, соединяющий теплообменник холодного спая 2 с пластинчатый теплообменником 3 и с циркуляционным насосом 4, трубопровод горячего контура 20, соединяющий теплообменник горячего спая 6 с пластинчатым теплообменником 7 с циркуляционным насосом 9.
Термоэлектрическая установка осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения работает следующим образом.
При повышении влажности в помещении выше допустимого уровня производится включение вентилятора 5, термоэлектрических модулей 1, циркуляционных насосов 4 и 9. Вентилятор 5 начинает прокачивать влажный воздух из помещения через воздушный тракт осушителя воздуха. При движении воздуха через пластинчатый 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 пластинчатый теплообменник горячего контура 7, где нагревается до первоначальной температуры. Это требуется для того, чтобы осушитель воздуха не охлаждал помещение. Осушенный и подогретый воздух подается в помещение сельскохозяйственного назначения, где смешивается с воздухом помещения. В результате смешения осушенного воздуха с воздухом помещения влажность воздуха в помещении постепенно понижается и при достижении заданного уровня влажности вентилятор 5, термоэлектрические модули 1 и циркуляционные насосы 4 и 9 подачи хладагента в теплообменники 3 и 7 выключаются.
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 Пельтье 1. Для эффекта осушения воздуха необходимо добиться на холодной стороне термоэлектрического модуля Пельтье 1 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 пластинчатых теплообменника холодного 3 и горячего 7 контуров. Это позволяет предотвратить перегревания горячей стороны и охлаждения холодной стороны термоэлектрических модулей Пельтье 1, ниже точки росы.
Теплообменники холодного 3 и горячего контура 7, а также электровентилятор 5 образуют единую конструкцию и устанавливаются в помещении, в котором необходимо осушать воздух.
Для уменьшения потерь тепловой энергии термоэлектрические модули Пельтье 1 и теплообменники холодного 2 и горячего 6 спаев помещены в теплоизолированный термоэлектрический блок 18, установленный снаружи обслуживаемого помещения.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность повысить надежность работы осушителя воздуха сельскохозяйственных помещений и увеличить величину холодильного коэффициента установки - отношения производимого холода к потребленной электроэнергии.