СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ КОНДИЦИОНЕРА С ВОЗДУШНЫМ КОНДЕНСАТОРОМ ХЛАДОНА
COOLING METHOD OF MOTORS OF AIR CONDITIONER WITH FREON AIR CONDENSER

Изобретение относится к климатической технике, а именно к кондиционерам воздуха с воздушным конденсатором хладона (далее - кондиционер), преимущественно к способам охлаждения электродвигателей кондиционера при температурах окружающей среды до 100°C.
Известен кондиционер КЖ-25, в котором электродвигатель вентилятора воздушного конденсатора хладона охлаждается воздухом после конденсатора (см. Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1989, с.438, рис.10-19).
Также известен кондиционер КТ 1,0-4,1, в котором электродвигатель вентилятора воздушного конденсатора хладона находится в нижней части кондиционера и охлаждается воздухом после конденсатора, а электродвигатель центробежного вентилятора воздухоохладителя находится в верхней воздухоохладительной части и охлаждается воздухом после воздухоохладителя (см. Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г. Малые холодильные машины и установки: Справочник. - М.: Агропромиздат, 1989, с.459, рис.10-35).
Недостатками такого способа охлаждения являются недостаточное охлаждение и ненадежность работы электродвигателей при температурах окружающей среды выше 50°C, так как условия эксплуатации двигателей общепромышленного производства не выше 50°C (см., например, Двигатели асинхронные многоскоростные АИР71-АИР100 по ТУ 16-87 ИАКФ.525000.016ТУ, htpp://http://www.laborant.ru/eltech/0l/4/0/06-97.htm; Электродвигатели постоянного тока типов 4П80, 4П100, 4П112 по ТУ 16-88 ИНЦЯ.527214-003ТУ, htpp.//http://www.laborant.ru/eltech/01/8/4/44-98.htm).
Тепловыделения электродвигателей отводятся в окружающий воздух и при температурах окружающей среды выше 50°C перегрев двигателей достигает недопустимых величин, снижается надежность, возникают отказы двигателей.
Наиболее близким техническим решением к заявленному способу является способ охлаждения электродвигателей кондиционера СКК-4ПРА, содержащего, в том числе, осевой вентилятор, компрессор и электродвигатель в нижней агрегатной части, центробежный вентилятор с электродвигателем и воздухоохладитель в верхней воздухоохладительной части, заключающийся в охлаждении электродвигателя осевого вентилятора воздухом агрегатной части, в охлаждении электродвигателя центробежного вентилятора воздухом воздухоохладительной части (см. Кондиционеры, калориферы и вентиляторы. Каталог-справочник. - М., 1969. С.107), принятый за прототип.
Недостатком этого способа является невозможность санкционированной работы кондиционера с применением электродвигателей общепромышленного производства при температуре окружающего воздуха выше 50°C и до 100°C. Потребность в таких кондиционерах существует в теплонапряженных производствах - на металлургических комбинатах, теплосиловых цехах электрических станций и др. Другим недостатком является теплоприток в зону нахождения центробежного вентилятора с электродвигателем, особенно при температурах окружающей среды выше 50°C, т.к. в этой зоне пониженная температура воздуха после воздухоохладителя. Кроме того, существует подсос окружающего воздуха с температурой 50-100°C в рециркуляционный поток воздуха в воздухоохладительную часть. Причиной этого является пониженное относительно окружающей среды давление, т.к. это зона всасывания центробежного вентилятора. Теплопритоки и подсос воздуха снижают полезную холодопроизводительность кондиционера.
Задачей настоящего изобретения является создание способа охлаждения электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов кондиционера с воздушным конденсатором хладона, который позволяет кондиционеру работать при температуре окружающего воздуха до 100°C, с применением электродвигателей общепромышленного производства.
Техническим результатом изобретения является возможность работы кондиционера при температуре окружающего воздуха до 100°C с применением электродвигателей общепромышленного производства.
Вторичным техническим результатом является снижение теплопритоков и подсоса окружающего воздуха в рециркуляционный поток воздуха.
Указанные технические результаты при осуществлении способа достигаются тем, что в известном способе охлаждения электродвигателей кондиционера с воздушным конденсатором хладона, содержащего осевой вентилятор, компрессор и электродвигатель в агрегатной части, центробежный вентилятор с электродвигателем и воздухоохладитель в воздухоохладительной части, заключающемся в охлаждении электродвигателя осевого вентилятора воздухом агрегатной части, охлаждении электродвигателя центробежного вентилятора воздухом воздухоохладительной части, в агрегатной части создают теплоизолированный отсек, электродвигатель и компрессор помещают в теплоизолированный отсек, воздухоохладительную часть теплоизолируют, выход воздухоохладителя соединяют со входом центробежного вентилятора воздуховодом; от рециркуляционного потока воздуха отводят два вспомогательных потока, первый вспомогательный поток воздуха отводят от рециркуляционного потока до охлаждения в воздухоохладителе и подают последовательно в теплоизолированный отсек и в рециркуляционный поток на охлаждение в воздухоохладителе, второй вспомогательный поток воздуха отводят после центробежного вентилятора и подают последовательно в воздухоохладительную часть в зону нахождения центробежного вентилятора и в рециркуляционный поток перед центробежным вентилятором, причем вспомогательные потоки воздуха подают в теплоизолированный отсек и воздухоохладительную часть с возможностью регулирования расходов.
Создание теплоизолированного отсека в агрегатной части служит для того, чтобы в последующем поместить в него электродвигатель - привод осевого вентилятора и компрессор и изолировать их от окружающего воздуха с температурой 50-100°C.
Теплоизоляция воздухоохладительного отсека производится с целью снизить теплопритоки от окружающего воздуха с температурой 50-100°C в зону перед воздухоохладителем, где температура охлажденного рециркуляционного воздуха 30-35°C, и в зону размещения центробежного вентилятора, после воздухоохладителя, где температура охлажденного рециркуляционного воздуха около 20°C.
Соединение выхода воздухоохладителя со входом центробежного вентилятора производится с целью изолировать объем воздухоохладительной части, зону размещения центробежного вентилятора, от давления всасывания центробежного вентилятора и поддерживать в нем давление воздуха, равное окружающему, и тем самым исключить подсос воздуха с температурой 50-100°C.
Два вспомогательных потока воздуха отводятся от рециркуляционного потока с целью использовать их для охлаждения электродвигателей осевого и центробежного вентилятора.
Первый вспомогательный поток отводят до охлаждения в воздухоохладителе и подают его в теплоизолированный отсек, где находится электродвигатель осевого вентилятора, для поддержания в отсеке температуры воздуха не выше 50°C и обеспечения нормальной работы электродвигателя. Затем последовательно поток подается на воздухоохладитель для охлаждения совместно с основным потоком.
Второй вспомогательный поток отводят для подачи его в воздухоохладительную часть, в зону расположения центробежного вентилятора, где находится, в том числе, двигатель центробежного вентилятора. Поток отводят после сжатия рециркуляционного потока центробежным вентилятором и подачей его поддерживают в зоне расположения электродвигателя центробежного вентилятора температуру воздуха не выше 50°C для его нормальной работы. Затем последовательно поток подают в рециркуляционный поток перед центробежным вентилятором в зону всасывания вентилятора.
Для каждого конкретного случая применения электродвигателей для оптимального охлаждения требуется определенный расход воздуха, поэтому вспомогательные потоки имеют возможность регулирования расходов.
Сущность изобретения поясняется конструктивной схемой кондиционера с реализацией предложенного способа.
Кондиционер состоит из компрессора 1, осевого вентилятора 2, электродвигателя 3, воздушного конденсатора хладона 4, входного окна 5, воздушного фильтра 6, воздухоохладителя 7, воздуховода 8, соединяющего выход воздухоохладителя 7 со входом центробежного вентилятора 9, электродвигателя центробежного вентилятора 10, перегородки 11 между агрегатной (нижней) и воздухоохладительной (верхней) частью конденсатора. Агрегатная часть конденсатора состоит из отсека 12 и вновь созданного теплоизолированного отсека 13, между которыми находится теплоизоляционная перегородка 14, в отсеке 13 выполнено дополнительное входное окно 15. В перегородке 11 выполнен проем 16. В корпусе центробежного вентилятора 9, на выходной стороне, обращенной к электродвигателю 10, и в воздуховоде 8 выполнено как минимум по одному отверстию 17 и 18, соответственно. Привод от электродвигателя 3 к осевому вентилятору 2 осуществляется стандартной клиноременной передачей 19. Воздухоохладительная часть изолирована теплоизоляцией 20.
Арматура, приборы автоматики и связи, стандартные для кондиционеров, как несущественные для пояснения изобретения, на схеме не показаны.
Предложенный способ осуществляется следующим образом.
Создание теплоизолированного отсека, теплоизоляцию воздухоохладительной части, соединение выхода воздухоохладителя со входом центробежного вентилятора, размещение электродвигателя и компрессора в теплоизолированном отсеке производят при изготовлении и сборке кондиционера.
При работе кондиционера электродвигатель 3 и компрессор 1 находятся в теплоизолированном отсеке 13, в воздухоохладительной части находятся воздухоохладитель 7 и центробежный вентилятор 9, вход которого соединен с выходом воздухоохладителя 7 воздуховодом 8.
От рециркуляционного потока воздуха 21, идущего на охлаждение в воздухоохладитель 7, отводят первый вспомогательный поток воздуха 23 и подают его последовательно в теплоизолированный отсек 13 через дополнительное входное окно 15 и через проем 16 в основной рециркуляционный поток на охлаждение в воздухоохладитель 7. Второй вспомогательный поток 24 отводят из рециркуляционного потока после центробежного вентилятора 9 через отверстия 17, подают его в воздухоохладительную часть кондиционера, где находится, в том числе, электродвигатель 10 центробежного вентилятора 9, и затем в основной рециркуляционный поток перед центробежным вентилятором 9 через отверстия 18.
Расходы обоих вспомогательных потоков регулируются: первого вспомогательного потока - площадью проема 16, второго - числом и диаметром отверстий 17 и 18.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся по признакам, тождественным (идентичным) всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенном в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками (или их сочетанием) заявленного изобретения преобразования для достижения технического результата в кондиционерах воздуха с воздушным конденсатором хладона.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
В общем случае, при работе электродвигателей выделяется тепло Qэд
<mrow><mi>Q</mi><mtext>эд</mtext><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>η</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mi>N</mi><mtext>эд                                                        </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
где η - коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя,
Nэд - мощность электродвигателя. Для каждого конкретного кондиционера расход воздуха, необходимый для охлаждения двигателей, рассчитывается в зависимости от температуры окружающей среды, типа, мощности и КПД электродвигателя и регулируется количеством и диаметром отверстий 17, 18 и размером площади проема 16. Таким образом, обеспечиваются нормальные условия работы электродвигателей, соответствующие нормативным документам и дающие возможность для работы кондиционера при температурах окружающей среды до 100°C.
Холодопроизводительность, необходимая для охлаждения двигателей, учитывается при проектировании кондиционера.
3
Расчет парокомпрессорного цикла кондиционера на хладоне 142в для работы при температуре окружающей среды 100°C показал, что при необходимой потребителю холодопроизводительности 5 кВт при температуре охлажденного воздуха 20-25°C потребляемая мощность электродвигателей составляет 8 кВт с учетом необходимой холодопроизводительности 1,44 кВт на охлаждение двух электродвигателей; холодильный коэффициент цикла равен 1,2÷1,3. Применяются двигатели постоянного тока типа 4ПНМ, для привода осевого вентилятора и компрессора номинальной мощности 8,5 кВт, для привода центробежного вентилятора - 1,6 кВт. КПД электродвигателей равен 0,82. Применяется центробежный вентилятор производительностью 1600 м/ч, напором 1000 Па.
По техническим решениям изобретения по существующим методикам и программам проведены теплотехнические и конструкторские расчеты, осуществляется подготовка к проектированию, изготовлению и испытаниям опытного образца.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- способ, воплощающий заявленное изобретение при его осуществлении, предназначен для промышленного использования, а именно, в автономных кондиционерах воздуха с воздушным конденсатором хладона;
- для заявленного изобретения в том виде, в котором оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Внедрение предлагаемого изобретения дает возможность работать кондиционеру с воздушным конденсатором хладона при температуре окружающей среды до 100°C с применением для электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов двигателей общепромышленного производства.