Установка для охлаждения воздуха

Полезная модель относится к технике охлаждения воздуха и вентиляции и может быть применена для создания комфортных условий микроклимата в бытовых помещениях.
Заявленное устройство представляет собой установку, предназначенную для охлаждения воздуха.
Ближайшим аналогом заявленного устройства является рециркуляционный агрегат для охлаждения замкнутых пространств, информация о котором опубликована в электронном виде (https://planetaklimata.com.ua/instr/Hoval/Hoval_AdiaVent_Project_Manual_Rus.pdf). Агрегат забирает воздух из помещения и производит охлаждение воздуха с использованием пластинчатого теплообменника.
Наружный воздух используется для охлаждения воздуха в помещении. Наружный воздух поступает в агрегат через фильтр и предварительно охлаждается в первом пластинчатом теплообменнике. Затем наружный воздух подается на второй пластинчатый теплообменник. Поверх первого теплообменника из распылительных насадок разбрызгивается вода и охлаждает наружный воздух. После охлаждения воздуха из помещения наружный воздух выбрасывается обратно в атмосферу.
К недостаткам такой конструкции можно отнести значительную громоздкость установки, в связи с наличием двух теплообменников, фильтров приточного и обрабатываемого воздуха с устройствами перепада давления, а также дополнительных узлов, обеспечивающих циркуляцию воды для подачи ее в распылительные насадки, такими узлами являются водяной насос с водяным фильтром и инспекционная панель водяного фильтра. С учетом наличия большого количества дополнительных узлов недостатком такого устройства для охлаждения воздуха является его энергозатратность. Также существенным недостатком такого устройства является значительным расход воды в таком агрегате.
Задачей, решаемой заявленного устройства, является создание установки для охлаждения воздуха, компактного размера с наличием только необходимых деталей для создания комфортной температуры в помещении в летний период, с уменьшенным энергопотреблением.
Техническим результатом заявленной полезной модели является создание установки с пониженным энергопотреблением и пониженным расходом воды для снижения температуры и создания комфортных условий в помещении в летний период.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что заявленная установка включает только один теплообменник, а вода для охлаждения наружного воздуха подается в виде тумана или пара, который получают при помощи ультразвука.
Сущность заявленного устройства.
В общем виде заявленное устройство представляет собой установку для охлаждения воздуха, включающую корпус с каналами для подачи и выпуска потоков воздуха и штуцером для подачи воды, в котором в правой части сверху встроен блок питания, под которым расположен отсек для увлажнения и охлаждения потока воздуха, поступающего из помещения, с емкостью для воды с расположенным в ней ультразвуковым пьезоэлементом с возможностью преобразования в мелкодисперсный пар 0, 5 кг воды в час, а в левой части корпуса расположен пластинчатый теплообменник, выполненный из пятидесяти пластин, соединенных друг с другом с образованием секций, расположенных по отношению друг к другу поочередно таким образом, что одна часть секций теплообменника пропускает увлажненный холодный поток воздуха, поступающий в теплообменник из отсека для увлажнения, охлаждающий пластины теплообменника, а другая часть секций теплообменника пропускает теплый внешний воздух, который поступает в теплообменник через канал для подачи внешнего воздуха и после охлаждения подается в помещение, при этом приток воздуха из помещения в отсек для увлажнения и охлаждения и приток внешнего воздуха осуществляют при помощи канальных вентиляторов, расположенных в каналах для подачи потоков воздуха, а регулирование уровня воды в емкости для воды осуществляют с использованием блока регулировки уровня воды, содержащего поплавок, штангу, с помощью которой выполняется включение/отключение подачи воды и рычага, соединяющего поплавок и штангу, и при понижении уровня воды в емкости для воды происходит опускание поплавка, тянущего рычаг вниз, который передает усилие на штангу, регулирующую подачу воды, и емкость для воды, соединенная с источником воды, начинает заполняться водой, а при заполнении водой емкости до максимального уровня, штанга перекрывает подачу водопроводной воды.
Заявленная установка для охлаждения воздуха проиллюстрирована на фигуре 1 и включает следующие узлы, расположенные внутри корпуса:
1. Пластинчатый теплообменник.
2. Отсек для увлажнения воздуха, поступающего из помещения, с емкостью с водой.
3. Ультразвуковой пьезоэлемент для создания тумана или пара воды.
4. Канальный вентилятор.
5. Блок питания.
6. Штуцер для подачи воды в отсек для увлажнения воздуха, с подсоединенным к нему шлангом для подачи воды.
7. Блок регулировки уровня воды в емкости с водой.
8. Канал для выброса отработанного влажного воздуха из помещения.
9. Канал для впуска охлажденного внешнего воздуха в помещение.
10. Канал для подачи воздуха, имеющегося в помещении, в отсек для увлажнения.
11. Канал для подачи внешнего воздуха в устройство для охлаждения воздуха с расположенным в нем фильтром для очистки внешнего воздуха от пыли и загрязнений.
12. Корпус с отверстиями для входа и выхода воздуха.
Установка работает следующим образом:
При пуске блока питания начинают работать вентиляторы в каналах для подачи воздуха и ультразвуковой пьезоэлемент. При помощи канального вентилятора (4) через канал (10) воздух из помещения подается отсек для увлажнения (2) с емкостью с водой, в которой установлен ультразвуковой пьезоэлемент для образования тумана (3). В отсеке для увлажнения охлажденный воздух из помещения смешивается с водяным туманом и движется в пластинчатый теплообменник (1). В теплообменнике происходит теплообмен между потоком внешнего воздуха и потоком увлажненного и охлажденного воздуха из помещения. Воздух из помещения, увлажненный и охлажденный, проходя через пластины теплообменника постепенно нагревается. При нагреве воздуха из помещения его относительная влажность падает, что позволяет постепенно испаряться значительному количеству воды из увлажненного облака воздуха, которая затем через канал для выброса вместе отработанным потоком воздуха из помещения выбрасывается наружу.
Одновременно, через канал (11), снабженный фильтром для очистки внешнего воздуха от пыли и загрязнений, с помощью канального вентилятора (4) в отсек теплообмена между потоками воздуха, с расположенным в нем теплообменником (1), подается внешний теплый воздух. Двигаясь между пластинами теплообменника, внешний теплый воздух охлаждается и через канал (9) поступает в помещение.
Блок регулировки уровня воды в емкости с водой работает следующим образом.
Поступлением воды в емкость, расположенной в отсеке для увлажнения воздуха, управляет специальный поплавковый клапан. Он состоит из следующих элементов:
- поплавка, свободно передвигающегося по поверхности воды;
- штанги, с помощью которой выполняется включение/отключение подачи воды из водопроводной системы;
- рычага, который соединяет эти два элемента.
Работает это так: когда уровень воды в емкости понижается, поплавок опускается вниз, рычаг передает усилие на штангу, открывается подача воды, и емкость начинает заполняться водой. Когда поплавок поднимается вместе с водой до максимального уровня, штанга перекрывает подачу водопроводной воды и поступление воды в емкость прекращается.
Принцип теплообмена в пластинчатом теплообменнике, имеющемся в заявленном устройстве, следующий.
Воздушные потоки разделены пластинами, через которые происходит теплообмен. Принцип теплообмена происходит без физического смешивания встречных потоков воздуха. Холод удаляемого из помещения увлажненного воздуха передается теплому приточному воздуху посредством пластин теплообменника. Движение воздушных потоков в теплообменнике перекрестное. В секциях теплообменника нет подвижных частей, что продлевает его эксплуатации и делает относительно дешевым.
В пластинчатом теплообменнике полностью исключен подмес удаляемого воздуха в поток приточного.
Пластинчатый теплообменник в заявленном устройстве выполнен из алюминия и габаритные размеры его 0,50×0,50 м, при толщине пластин 0,0001 м и расстоянием между ними 0,01 м, с использованием 50 пластин. Выбор толщины пластин и расстояния между пластинами обусловлен тем, что именно такая толщина пластин и расстояние между пластинами исключает появление конденсата на пластинах теплообменника.
Каждая из пластин присоединена парно к соседней пластине, а к этой секции из пластин крепиться другая пара пластин соединенных таким же образом, только одна пара пластин по отношению к другой соседней паре пластин повернута на 90 градусов.
Таким образом, половина секций из пластин пропускает внешний воздух снизу вверх, а поступления потока воздуха слева направо закрыто. Другая половина секций пропускают увлажненный воздух из помещения слева направо, а сверху и снизу они закрыты.
Корпус теплообменника в устройстве расположен таким образом, что обтекание воздухом теплообменника сбоку не возможно.
В теплообменнике происходит теплообмен между герметично разделенными потоками теплого внешнего воздуха и увлажненного и охлажденного воздуха из помещения.
Вытяжной, удаляемый из помещения, воздух протекает через секции теплообменника, пропускающие поток воздуха слева направо, охлаждая их.
Приточный воздух протекает секции теплообменника, пропускающие поток воздуха сверху вниз, и охлажденные пластины теплообменника поглощают теплоту нагретого внешнего воздуха, охлаждая его.
2
Общая площадь поверхности теплообмена в заявленном теплообменнике составляет 12.5 м.
Ультразвуковое увлажнение является адиабатическим и при этом потребляет значительно меньше электроэнергии по сравнению с паровым увлажнителями. При этом ультразвуковое увлажнение является более эффективным по сравнению с простым орошением потока воздуха водой, как это осуществляется в ближайшем аналоге, и расход вода с учетом такой эффективности значительно меньше, чем расход воды в ближайшем аналоге.
Ультразвуковой пьезоэлемент, расположенный в емкости с водой, имеет электрическую мощность 20 Вт и способен преобразовывать воду в туман со скоростью 0.5 кг в час.
Каждый из двух канальных вентиляторов (4) имеет мощность по 14 Вт и имеет производительность по 100 куб. метра воздуха в час. Суммарная электрическая мощность устройства составляет 48 Вт.
Удельная теплота парообразования воды: 2256 кДж/кг.
При испарении 0.5 кг воды в час поглотиться 1128 кДж тепловой энергии или в киловатт-часах: 0.313 кВт*час. Таким образом, максимальная мощность охлаждения составит 313 Вт. Это в 6.5 раз больше, чем затрачиваемая энергия. Максимальную мощность охлаждения нужно уменьшить с учетом КПД теплообменника, который будет зависеть от разности температур.
В проведенном эксперименте при небольшой разнице температур КПД теплообменника составил 67%. В условиях летней жары такой КПД будет доходить до 80-85%. Это дает коэффициент производства холода по сравнению с затрачиваемой энергией в диапазоне от 4.4 до 5.5.
Современные сплит-системы имеют такой коэффициент на уровне 3.
Следовательно, применение описываемого устройства приведет к экономии электроэнергии вплоть до 50%. Такая система является менее энергозатратной по сравнению со всеми известными системами охлаждения.
Кроме того, она значительно дешевле и не сушит воздух, а также производит намного меньше шума, чем известные аналоги такого типа.