СИСТЕМА ПРИТОЧНО-ВЫТЯЖНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области климатического оборудования, в частности к системам приточно-вытяжной вентиляции с функцией нагрева, охлаждения и осушения наружного воздуха.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известная техническая проблема, присущая системам кондиционирования, связана с тем, что для переключения режима работы кондиционера с нагрева на охлаждение необходимо изменить направление рабочего тела в холодильной машине, включающей в типичном случае два универсальных испарителя/конденсатора, компрессор, терморегулирующий вентиль и узел переключения направления рабочего тела. При переключении направления рабочего тела в холодильной машине система кондиционирования переключается из режима нагрева в режим охлаждения или наоборот, а каждый из универсальных испарителей/конденсаторов переключается из одного режима в другой. Указанная проблема имеет три аспекта. В первом аспекте, компенсация неравноценности теплоотдачи в универсальных испарителях/конденсаторах требует сложной системы регулирования воздушных потоков и рабочего тела с учетом температуры вне помещения и внутри него. Во втором аспекте эффективность универсальных испарителей/конденсаторов, уступает эффективности однорежимных испарителей и конденсаторов. В третьем аспекте, универсальные испарители/конденсаторы имеют высокую тепловую инерцию, вследствие чего непосредственно после переключения режима часть энергии расходуется на изменение их температуры. В четвертом аспекте, узел переключения направления рабочего тела имеет сложную конструкцию, и могут включать систему из трубопроводов и нескольких кранов, либо один четырехходовой кран.
Известный подход для преодоления вышеуказанной технической проблемы состоит в том, чтобы вместо переключения направления потока рабочего тела в холодильной машине, переключать потоки теплоносителя (то есть воздуха вне помещения и внутри него). Недостаток такого подхода, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в сложном конструктивном выполнении таких систем, наличии нескольких управляемых заслонок, и сложной системы трубопроводов.
Известна система для осушения воздуха, содержащая компрессор, испаритель, конденсатор, приточный и вытяжной вентилятор, которые размещены во внутреннем цилиндрическом корпусе с впускным и выпускным отверстием. Внутренний корпус размещен внутри неподвижного внешнего корпуса с впускными и выпускными отверстиями и имеет возможность поворота относительно продольной оси (японская заявка JP 61212313). Осушение осуществляют посредством быстрого переключения потоков теплоносителя, возвратными поворотными движениями внутреннего цилиндрического корпуса относительно неподвижного внешнего корпуса. В результате влага теплоносителя конденсируется на испарителе холодильной машины, а затем испаряется и отводится при переключении потока теплоносителя. Переключение режимов нагревания и охлаждения осуществляют переключением направления потока рабочего тела с помощью четырехходового крана.
Недостаток известной системы, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что для переключения режимов нагрева и охлаждения необходим четырехходовой кран для переключения направления потока рабочего тела, а для осуществления осушения необходимо непрерывно поддерживать колебательное движение внутреннего корпуса в течение всего цикла.
Известна система, содержащая компрессор, испаритель, конденсатор, приточный и вытяжной вентилятор, которые размещены во внутреннем цилиндрическом корпусе с впускным и выпускным отверстием, упомянутый внутренний цилиндрический корпус коаксиально размещен внутри неподвижного внешнего цилиндрического корпуса с впускными и выпускными отверстиями и имеет возможность поворота относительно продольной оси (японская заявка JP 60122839). Переключение режимов охлаждения и нагрева осуществляют посредством поворота внутреннего цилиндрического корпуса на 180 градусов относительно продольной оси без переключения направления потока рабочего тела в холодильной машине.
Недостаток известной системы, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что она не обеспечивает возможности осушения теплоносителя.
Таким образом, до настоящего времени не были известны системы приточно-вытяжной вентиляции, свободные от вышеупомянутых недостатков холодильных машин с переключением направления потока рабочего тела и вышеупомянутых недостатков систем кондиционирования с переключением потока теплоносителя, и в то же время имеющие функцию осушения теплоносителя.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей настоящей полезной модели является создание системы приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования, лишенной вышеупомянутых недостатков.
Технический результат настоящей полезной модели, позволяющий решить вышеупомянутую задачу, состоит в возможности однофазного переключения режимов охлаждения, нагрева и осушения посредством переключения направления потоков теплоносителя относительно испарителя и конденсатора холодильной машины.
Дополнительные положительные эффекты, следующие из вышеупомянутого технического результата, выражаются в том, что:
(1) упрощаются системы автоматического регулирования параметров рабочего тела и теплоносителя и расчет испарителей и конденсаторов по теплообмену;
(2) не требуются автоматические заслонки в трубопроводах теплоносителя;
(3) становится возможным применение эффективных ассиметричных терморегулирующих вентилей, адаптированных к однонаправленному потоку рабочего тела;
(4) не требуется узел переключения направления потока рабочего тела.
Для определенности терминам и выражениям, которые используют в настоящем тексте, а также их семантическим, словообразовательным и грамматическим эквивалентам, придают следующие значения. Термин «теплоноситель» означает текучую среду, параметры которой регулируют посредством заявленной системы. Термин «помещение» означает область пространства, в которой осуществляют регуляцию параметров теплоносителя посредством заявленной системы. Термин «впускной» характеризует элемент заявленной системы, относящийся к забору теплоносителя снаружи помещения. Термин «выпускной» характеризует элемент заявленной системы, относящийся к выпуску теплоносителя снаружи помещения. Термин «приточный» характеризует элемент заявленной системы, относящийся к выпуску теплоносителя внутрь помещения. Термин «вытяжной» характеризует элемент заявленной системы, относящийся к забору теплоносителя из помещения. Термин «коллектор» означает систему трубопроводов теплоносителя. Термин «закрыт» означает, что гидравлическая система, имеющая сток текучей среды, не имеет ни одного источника текучей среды, либо гидравлическая система, имеющая источник текучей среды, не имеет ни одного стока текучей среды. Остальные термины и выражения имеют значения принятые в данной области техники.
Вышеуказанный технический результат достигается благодаря тому, что в системе приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования, содержащей холодильную машину, включающую в себя испаритель, терморегулирующий вентиль, конденсатор и компрессор, соединенные трубопроводами между собой, и коллектор, включающий в себя два приточных патрубка, два впускных патрубка, выпускной патрубок, вытяжной патрубок и байпас, содержащий два патрубка, сообщенных друг с другом, упомянутый корпус содержит следующие герметичные секции, каждая из которых имеет два отверстия: секцию испарителя с упомянутым испарителем, размещенным внутри нее, секцию конденсатора с упомянутым конденсатором, размещенным внутри нее и транзитную секцию, при этом упомянутые отверстия и упомянутые патрубки коллектора расположены таким образом, что, что при повороте упомянутого корпуса на один из углов, отверстия секции испарителя сообщаются с впускным и приточным патрубком, отверстия секции конденсатора сообщаются с выпускным и вытяжным патрубком, отверстия транзитной секции сообщаются с патрубком байпаса и впускным патрубком, другой патрубок байпаса и другой приточный патрубок закрыты, при повороте на другой угол отверстия секции испарителя сообщаются с впускным патрубком и патрубком байпаса, отверстия секции конденсатора сообщаются с другим патрубком байпаса и приточным патрубком, отверстия транзитной секции сообщаются с вытяжным и выпускным патрубком, другой впускной и другой приточный патрубок закрыт, а при повороте на еще один угол отверстия секции испарителя сообщаются с выпускным и вытяжным патрубком, отверстия секции конденсатора сообщаются с впускным и приточным патрубком, отверстия транзитной секции сообщаются с другим приточным патрубком и патрубком байпаса, другой впускной и другой патрубок байпаса закрыты.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что такое совмещение отверстий корпуса с патрубками коллектора достигается в частности тогда, когда упомянутые отверстия и упомянутые патрубки коллектора расположены таким образом, что при повороте упомянутого корпуса на 360 градусов с шагом 90 градусов относительно оси из некоторого заданного положения шесть отверстий коллектора четырежды сообщаются с шестью отверстиями в корпусе.
В частном варианте воплощения, меньшей мере, два приточных патрубка соединены между собой и снабжены общим вентилятором.
В одном частном варианте осуществления, по меньшей мере, два впускных патрубка связаны между собой и снабжены общим вентилятором.
В еще одном частном варианте осуществления, по меньшей мере, один из патрубков, выбранных из вытяжного патрубка и выпускного патрубка, снабжен вентилятором.
В другом частном варианте воплощения транзитная секция выполнена в форме трубопровода, соединяющего упомянутые отверстия транзитной секции.
В частном варианте воплощения упомянутый поворачивающийся корпус имеет форму тела вращения.
В одном частном варианте воплощения упомянутые секции испарителя и конденсатора теплоизолированы.
В еще одном частном варианте воплощения дополнительно содержит управляемую заслонку, установленную между упомянутыми секциями испарителя и конденсатора, для регулирования потока теплоносителя между этими секциями.
В предпочтительном варианте упомянутый корпус снабжен поворотным механизмом, содержащим шаговый двигатель для поворота на угол, кратный 90 градусов.
Для лучшего понимания идей настоящей полезной модели ниже приводятся иллюстрирующие чертежи, показывающие частные варианты выполнения заявленной системы, наличие, расположение и пропорции основных конструктивных элементов. Однако, несмотря на то, что в настоящем документе полезную модель описывают со ссылкой на позиции элементов, показанных на чертежах, не следует приписывать их особенности соответствующим элементам, на которые ссылаются в настоящем тексте.
Изменения и модификации заявленной системы, а также дополнительные применения принципов, заложенных в основу заявленной системы, очевидные для специалистов в данной области техники, входят в объем настоящей полезной модели.
На чертежах показано взаимное расположение взаимное расположение патрубков коллектора и отверстий корпуса в различных режимах работы кондиционера. Однако следует понимать, что, несмотря на то, что на элементы показаны на чертежах имеют конкретные пропорции, форму, местоположение и взаимное расположение, целью этих чертежей является иллюстрация только взаимного расположения патрубков и отверстий. В некоторых вариантах выполнения заявленной системы отверстия могут быть расположены, например, в боковине и/или в одном или нескольких торцах подвижного корпуса цилиндрической или иной формы, например в виде тела вращения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фигуре 1 схематично показано взаимное расположение патрубков коллектора и отверстий корпуса в режиме охлаждения приточного воздуха.
На Фигуре 2 схематично показано взаимное расположение патрубков коллектора и отверстий корпуса в режиме осушения.
На Фигуре 3 схематично показано взаимное расположение патрубков коллектора и отверстий корпуса в режиме обогрева приточного воздуха с использованием тепла вытяжного воздуха.
На фигурах 1, 2 и 3 слева показана среда вне помещения, справа - внутри помещения.
На Фигуре 4 схематично показана топология гидравлических связей между отверстиями.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации технической сущности полезной модели. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний. Должно быть понятно, что средний специалист, знакомый с идеями настоящей полезной модели, может использовать его главные отличительные особенности и внести эквивалентные замены с достижением поставленной задачи и без отклонения от духа и области настоящей полезной модели.
Заявленная система работает следующим образом. В режиме охлаждения отверстия в поворачивающемся корпусе сообщены с патрубками коллектора, как показано в Таблице 1. Из впускного патрубка (2) через отверстие (10) теплоноситель поступает в секцию (15) испарителя (16) и после теплоотдачи выходит охлажденным из приточного патрубка (1) в помещение через отверстие (9). Из вытяжного патрубка (6) через отверстие (14) теплоноситель поступает в секцию (17) конденсатора (18) и, охлаждая его, выходит нагретым из выпускного патрубка (5) через отверстие (13). Из впускного патрубка (4) через отверстие (12) теплоноситель нагнетается в транзитную секцию (19), а затем через отверстие (11) - в патрубок (3) байпаса, после чего поступает в патрубок (7) байпаса; одновременно из приточного патрубка (8) теплоноситель нагнетается в помещение. Однако патрубок (7) байпаса и приточный патрубок (8) закрыты, поэтому поток воздуха между впускным патрубком (4) и приточным патрубком (8) равен нулю.
При повороте на 90 градусов по часовой стрелке система переходит в режим осушения. В этом режиме, отверстия в поворачивающемся корпусе сообщены с патрубками коллектора, как показано в Таблице 1. Из впускного патрубка (4) через отверстие (10) влажный теплоноситель поступает в секцию (15) испарителя (16) и после теплоотдачи и конденсации влаги выходит охлажденным из патрубка (3) байпаса через отверстие (9) в патрубок (7) байпаса, из которого через отверстие (13) поступает в секцию (17) конденсатора (18) и, охлаждая его, выходит сухим и нагретым из приточного патрубка (8) через отверстие (14) в помещение. Из вытяжного патрубка (6) через отверстие (12) теплоноситель поступает в транзитную секцию (19) и выходит из выпускного патрубка (5) через отверстие (11). Из впускного патрубка (2) теплоноситель нагнетается из помещения; одновременно с этим из приточного патрубка (1) воздух нагнетается в помещение. Однако впускной патрубок (2) и приточный патрубок (1) закрыты, поэтому поток теплоносителя между впускным патрубком (2) и приточным патрубком (1) равен нулю.
При повороте еще на 90 градусов по часовой стрелке из режима осушения (или при повороте на 180 градусов по часовой стрелке или против часовой стрелки из режима охлаждения), система переходит в режим обогрева приточного теплоносителя теплом вытяжного теплоносителя. В этом режиме, отверстия поворачивающегося корпуса сообщены с патрубками коллектора, как показано в Таблице 1. Из вытяжного патрубка (6) через отверстие (10) теплоноситель поступает в секцию (15) испарителя (16) и после теплоотдачи через отверстие (9) выходит из выпускного патрубка (13). Из впускного патрубка (2) через отверстие (14) теплоноситель поступает в секцию (17) конденсатора (18) и, охлаждая его, выходит нагретым из приточного патрубка (1) через отверстие (13). Из впускного патрубка (4) теплоноситель нагнетается из помещения; одновременно из патрубков (3) и (7) байпаса, через отверстие (11) теплоноситель из транзитной секции через отверстие (12) нагнетается из приточного патрубка (8) в помещение. Однако впускной патрубок (4) и патрубок (3) байпаса закрыты, поэтому поток теплоносителя между впускным патрубком (4) и приточным патрубком (8) через транзитную секцию и байпас равен нулю.
Таким образом, в режиме нагрева, для нагрева потока теплоносителя, проходящего через конденсатор, используют теплоотдачу потока теплоносителя, проходящего через испаритель холодильной машины.
Режим нагрева аналогичен вышеописанному режиму охлаждения, за исключением того, что испаритель меняется местами с конденсатором и приточный теплоноситель нагревается, а не охлаждается.
При смене режимов не происходит изменения рабочего цикла холодильной машины. Контроль температур происходит за счет изменения производительности приточного и вытяжного вентиляторов.
ТАБЛИЦА 1
Потоки теплоносителя (воздуха) в зависимости от режима работы заявленной системы вентиляции
Патрубок
Поз. №
Отв. секции (15) испарителя (16)
Отв. транзитной секции (19)
Отв. секции (17) конденсатора (18)
9
10
11
12
13
14
Приточный
1
Х
-
-
-
Г
-
Впускной
2
-
Х
-
-
-
Г
Байпас
3
С
-
Х
-
-
-
Впускной
4
-
С
-
Х
-
-
Выпускной
5
Г
-
С
-
Х
-
Вытяжной
6
-
Г
-
С
-
Х
Байпас
7
-
-
Г
-
С
-
Приточный
8
-
-
-
Г
-
С
Х - режим охлаждения, Г - режим нагрева, С - режим осушения.