ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ, РАЗМЕЩЕННЫХ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
AIR THERMOSTATTING SYSTEM FOR OBJECTS ARRANGED IN ENVIRONMENT

Предлагаемое изобретение относится к технике обеспечения и автоматического поддержания температурно-влажностного режима воздушной среды негерметичных и герметичных объектов, размещенных в окружающей среде при различных метеорологических условиях в диапазоне температур от минус 50 до плюс 50°C. При этом возникает необходимость в нагреве, охлаждении и осушке термостатирующего воздуха в требуемых диапазонах изменения температуры, влажности (температуры точки росы), давления и расхода.
Изобретение может использоваться для термостатирования отсеков и головных частей ракетоносителей при нахождении их на стартовом комплексе во время подготовки к пуску, помещений радиолокационных станций и антенных постов, объектов наземной инфраструктуры комплексов слежения за полетом самолетов и спутников, аэродромов, зенитных ракетных комплексов, а также различных объектов в других отраслях промышленности.
Известно устройство для воздушного термостатирования негерметичных космических объектов, головных частей ракетоносителей по патенту на изобретение RU 2135910, которое является аналогом предлагаемого изобретения.
Недостатком этого устройства является наличие ресиверов для хранения запасов сжатого воздуха при давлении от 20 до 40 МПа, которое ограничивает время его функционирования, а для охлаждения воздуха - жидкого промежуточного холодоносителя (фреона, антифриза или рассола), средств для его хранения и транспортирования (емкость, магистральные трубопроводы, насос, запорно-распределительная арматура), дополнительного теплообменника для охлаждения холодоносителя при теплообмене с парами фреона, подаваемыми из испарителя холодильной машины, что значительно увеличивает стоимость создания и эксплуатации устройства.
Другим аналогом является устройство для воздушного термостатирования космических объектов по патенту RU 2201384, преимуществом которого является длительное время функционирования (до нескольких суток), так как термостатирующий воздух подается в объект вентилятором из окружающей среды, а ресиверы для хранения запаса сжатого воздуха отсутствуют.
Недостатком устройства (как и у первого аналога) является наличие жидкого промежуточного холодоносителя, средств для его хранения и транспортирования, а также необходимость использования для получения точки росы термостатирующего воздуха ниже 0°C двух дополнительных регенерационных воздухоохладителей, работающих попеременно: один - в режиме вымораживания влаги на теплопередающих поверхностях воздухоохладителя, в жидкостную полость которого подается жидкий промежуточный холодоноситель; второй - в режиме регенерации, которая производится путем подачи в газовую полость воздухоохладителя дополнительным вентилятором воздуха, нагретого до температуры 40…60°C в специальном электронагревателе, при этом происходит таяние ранее замороженной влаги и увлажнение подаваемого теплого воздуха, который затем выбрасывается в окружающую среду.
Известны и другие аналогичные устройства, например, по патентам RU №2339554 и RU №2190165, имеющие одинаковые недостатки с устройством по патенту RU №2201384.
Проведенные патентные исследования показали, что по технической сущности наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются способ и устройство для воздушного термостатирования космических объектов и отсеков ракетоносителей по патенту RU №2335706, который выбран в качестве прототипа.
Преимуществом прототипа по сравнению с рассмотренными аналогами является отсутствие ресиверов для хранения запасов сжатого воздуха и регенерационных воздухоохладителей для вымораживания влаги, при этом термостатирующий воздух осушается до температуры точки росы от 0 до минус 30°C за счет сжатия воздуха в нагнетателе до давления, обеспечивающего необходимую температуру точки росы при температуре воздуха плюс 2,5°C. Охлаждение воздуха до температуры плюс 2,5°C производится в двух последовательно расположенных воздухоохладителях при теплообмене с промежуточными холодоносителями с разной отрицательной температурой, при этом происходит постоянный отвод из воздухоохладителей сконденсированной из воздуха капельной влаги.
Однако наличие жидких промежуточных холодоносителей с разной температурой, средств их хранения и транспортирования (емкости, магистрали, насосы, запорно-регулирующая арматура) и теплообменников, в которых охлаждаются жидкие холодоносители при теплообмене с парами фреона, подаваемыми из испарителей холодильных машин, значительно усложняет конструкцию устройства и повышает стоимость его изготовления и эксплуатации.
Кроме того, системы, выполненные в соответствии с прототипом и рассмотренными выше аналогами, позволяют термостатировать только негерметичные объекты, размещенные в окружающей среде, но не приспособлены для термостатирования герметичных объектов, внутренние полости которых не сообщаются с окружающей средой.
Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, повышение термодинамической эффективности процесса термостатирования, снижение затрат при изготовлении и эксплуатации систем для воздушного термостатирования объектов путем отказа от использования жидких промежуточных холодоносителей, средств их хранения, транспортирования и охлаждения, а также обеспечение термостатирования как негерметичных, так и герметичных объектов, расположенных в окружающей среде.
Достижение поставленных целей в предлагаемом изобретении воздушной системе термостатирования объектов, размещенных в окружающей среде, содержащей линию подачи воздуха, на которой последовательно установлены: заборное устройство, запорно-регулирующий клапан, фильтр, нагнетатель воздуха, два двухполостных воздухоохладителя, первые полости которых соединены с линией подачи воздуха, а вторые с источником холода, электронагреватель и запорные клапаны, стало возможным благодаря использованию для охлаждения и осушки термостатирующего воздуха жидкого холодильного агента, испаряющегося непосредственно во вторых полостях воздухоохладителей при теплообмене с термостатирующим воздухом, проходящим через первые полости воздухоохладителей. Нагретые пары поступают в дополнительный компрессор для сжатия до требуемого давления и подачи в конденсатор, в котором происходит конденсация паров при охлаждении их воздухом окружающей среды, подаваемым дополнительным вентилятором, и далее жидкий холодильный агент через регулирующие клапаны подается для испарения во вторые полости воздухоохладителей.
Кроме того, система снабжена дополнительным воздухопроводом, соединяющим герметичный объект с линией подачи воздуха между запорно-регулирующим клапаном и фильтром.
Сравнительный анализ технических решений, содержащихся в рассмотренных аналогах, прототипе и в предлагаемом изобретении показывает, что заявляемая совокупность признаков обладает отличительными техническими преимуществами, позволяющими улучшить конструктивные и эксплуатационные характеристики системы для термостатирования негерметичных и герметичных объектов, размещенных в окружающей среде.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, приведенным на Фиг. 1.
Воздушная система для термостатирования негерметичного объекта 1 и герметичного объекта 2, размещенных в окружающей среде, содержит линию подачи воздуха 3, на которой последовательно установлены: заборное устройство 4, запорно-регулирующий клапан 5, фильтр 6, нагнетатель воздуха 7, воздушные полости воздухоохладителей 8 и 9, электронагреватель 10, клапан 11 подачи воздуха в негерметичный объект 1 и клапан 12 подачи воздуха в герметичный объект 2. Входные патрубки вторых полостей воздухоохладителей 8 и 9 соединены трубопроводами 13 и 14 через регулирующие клапаны 15 и 16 с конденсатором 17 паров холодильного агента, а выходные патрубки - трубопроводами 18 и 19 с компрессором 20, соединенным трубопроводом 21 с конденсатором 17, который через трубопровод 22 вентилятором 23 обдувается воздухом окружающей среды через заборное устройство 24. Кроме того, герметичный объект 2 воздухопроводом 25 через клапан 26 соединен с линией подачи воздуха 3 между запорно-регулирующим клапаном 5 и фильтром 6.
т.р.
Перед началом термостатирования нагнетатель 7 настраивают на давление сжатия воздуха, обеспечивающее требуемую температуру точки росы в соответствии с графиком зависимости температуры точки росы t °C от давления воздуха P МПа при температуре плюс 2,5°C, приведенным на Фиг. 2. Если требуется иметь термостатирующий воздух с температурой точки росы минус 25°С, то необходимое давление сжатия воздуха составит 1,2 МПа.
После получения команды о начале термостатирования негерметичного объекта 1 запускают нагнетатель воздуха 7, открывают клапан 11 (клапан 12 закрыт) и при помощи запорно-регулирующего клапана 5 выводят нагнетатель на требуемый режим работы для получения требуемой температуры точки росы путем изменения давления сжатия воздуха в соответствии с графиком, приведенным на Фиг. 2.
Очистка воздуха до требуемой степени чистоты производится в фильтре 6, охлаждение до температуры плюс 12°C производится в воздухоохладителе 8, а до температуры плюс 2,5°C в воздухоохладителе 9 при теплообмене с газообразным холодильным агентом, испаряющимся во вторых полостях воздухоохладителей 8 и 9 при температуре испарения минус 15°C. Жидкий холодильный агент подается из конденсатора 17 через регулирующие клапаны 15 и 16. Отвод газообразного холодильного агента по трубопроводам 18 и 19 производится компрессором 20, в котором он сжимается до давления 1,5…2 МПа и по трубопроводу 21 подается в конденсатор 17, где конденсируется при охлаждении воздухом, подаваемым вентилятором 23 из окружающей среды через заборное устройство 24. Осушенный воздух поступает в электронагреватель 10, где нагревается до требуемой температуры и через клапан 11 поступает в объект 1.
При термостатировании герметичного объекта 2 открывается клапан 12 (при этом клапан 11 закрыт). Воздух истекает из объекта по воздухопроводу 25 и через клапан 26 поступает в линию подачи воздуха 3, очищается в фильтре 6 и нагнетателем 7 через воздухоохладители 8 и 9, электронагреватель 10 и клапан 12 подается в объект 2.
Если в герметичном объекте 2 допускается избыточное давление воздуха относительно давления окружающей среды, то клапан 5 закрывается и процесс термостатирования производится по замкнутому контуру без связи с окружающей средой, при этом нагнетатель 7 настраивается на величину допустимого избыточного давления.
Если в герметичном объекте 2 не допускается давление выше, чем в окружающей среде, то клапан 5 открывается и избыточное количество воздуха из герметичного объекта 2 через воздухопровод 25, линию подачи 3 и заборное устройство 4 сбрасывается в окружающую среду.
При необходимости возможно одновременное термостатирование негерметичного и герметичного объектов 1 и 2 с одинаковыми температурой и температурой точки росы термостатирующего воздуха. При этом одновременно открываются клапаны 5, 11, 12, 26 и термостатирующий воздух нагнетателем 7 через воздухоохладители 8 и 9, электронагреватель 10 и клапаны 11 и 12 подается в объекты 1 и 2. Из объекта 1 воздух сбрасывается в окружающую среду, а из объекта 2 по воздухопроводу 25 через клапан 26 поступает в линию подачи воздуха 3.
Таким образом, предлагаемая система позволяет термостатировать негерметичные и герметичные объекты в непрерывном режиме длительное время без использования промежуточного жидкого холодоносителя, при этом упрощаются условия эксплуатации системы, увеличивается время функционирования и уменьшается стоимость изготовления и эксплуатации.
Предлагаемое изобретение намечается использовать при разработке и изготовлении систем для термостатирования внутреннего пространства антенных постов, размещенных в окружающей среде на значительном расстоянии от других сооружений, имеющих централизованное теплоснабжение или кондиционирование рабочих помещений.