УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАПЕЛЬ ВОДЫ ДЛЯ УВЛАЖНЕНИЯ ВОЗДУХА И СИСТЕМА УВЛАЖНЕНИЯ С ТАКИМИ УСТРОЙСТВАМИ
DEVICE FOR OBTAINING WATER DROPLETS FOR AIR HUMIDIFICATION AND A HUMIDIFICATION SYSTEM WITH SUCH DEVICES

Область техники
Изобретение относится к устройству получения капель воды, к способу работы такого устройства, а также к системе увлажнения помещений, в которой применяются указанные устройства.
Предшествующий уровень техники
Устройства для увлажнения воздуха посредством испарения воды хорошо известны. Также известно, что уже предлагалось использовать мелкодисперсные капли воды для децентрализованного увлажнения воздуха (16. Статус-семинар «Forschen und Bauen im Kontext von Energie und Umwelt», 2./3. Сентябрь 2010, Швейцария. Vogel, д-р A. Grüniger, д-р B. Wellig, «Ein behagliches Raumklima durch direkte adiabate Raumluftbefeuchtung mit Tropfen (DART)»). Однако эта концепция до сих пор не нашла практического применения в повседневной практике. В документе WO 2008/100077 A1 представлен увлажнитель воздуха, стационарно подключенный к водопроводной трубе здания. В указанном увлажнителе воздуха применяется пьезокерамический вибратор, установленный на дне резервуара и распыляющий воду над резервуаром. Чтобы после прекращения работы увлажнителя в резервуаре не оставалась вода, в которой могут зародиться микроорганизмы, обеспечена сушилка, обеспечивающая удаление остатков воды из увлажнителя. В документе WO 2010/015124 А1 описан другой увлажнитель воздуха, который содержит резервуар, ультразвуковой преобразователь, установленный на дне резервуара, и патрубок, выступающий из резервуара для направления вверх водяного тумана. В документах US 2002/0163090 A1 и JP 2006292249 А описаны другие увлажнители.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание усовершенствованного увлажнителя, который, будучи экономичным, энергосберегающим и гигиенически безопасным, способен посредством очень маленьких капель воды обеспечить увлажнение комнат или других помещений, при этом может быть стационарно смонтирован, в частности, в комнатах, либо в других помещениях, и при ежедневном использовании имеет длительный срок эксплуатации.
Задача решается посредством устройства и системы согласно изобретению.
Устройство содержит проходной канал, имеющий входной патрубок и выходной патрубок для соединения с водопроводом, клапанный механизм с водопроводными линиями, соединяющими с указанным каналом и резервуаром устройства, причем указанный клапанный механизм предназначен для заполнения резервуара до заданного уровня, резервуар с одной стороны закрыт перфорированной мембраной или сеткой, соответственно, капельного генератора устройства, при этом сетка выполнена с возможностью покрывания ее одной стороны водой, находящейся в указанном резервуаре, и образует выпуск для капель воды устройства, через который во время вибрации указанной сетки генератора капель капли выпускаются с другой стороны сетки, а устройство дополнительно содержит блок управления для управления клапанным механизмом и указанным генератором капель.
Было обнаружено, что такое устройство с сеткой генератора капель в комбинации с проходным каналом, впускным отверстием и выпускным отверстием к резервуару и с управляемым клапанным механизмом, приводит к созданию устройства, способного надежно предотвратить утечку воды из указанного устройства, независимо от монтажного положения, то есть на стене или потолке помещения, в частности, комнаты, и гарантированно исключающего наличие в резервуаре остаточной воды в количестве, создающем гигиенические проблемы. Указанные устройства, встроенные в систему для увлажнения воздуха или адиабатического охлаждения нескольких помещений, таких как комнаты или шкафы или террариумы, и связанные с замкнутым кольцевым водопроводом, проходящим через несколько помещений, способны обеспечить регулируемое, безопасное увлажнение помещений. Устройства подсоединены последовательно к водопроводной линии и приспособлены выпускать капли воды в соответствующее помещение. Для регулировки одного или нескольких устройств обеспечен, по меньшей мере, один датчик влажности, в частности, один датчик влажности воздуха на помещение.
Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения, резервуар имеет отверстие для выравнивания давления, расположенное в отдалении от сетки и над уровнем воды, находящейся в резервуаре. Указанное отверстие пассивно предотвращает чрезмерное давление воды на сетку и является весьма надежным средством, независящим от действия клапана. Под действием избыточного давления сквозь сетку наружу резервуара могут пройти очень крупные капли воды, различимые визуально и способные причинить ущерб мебели и повредить товары, имеющиеся в помещении. Также от избыточного давления может пострадать сама сетка, и ее срок службы может сократиться. Согласно рассматриваемому предпочтительному варианту осуществления изобретения устройство и система усовершенствованы в отношении указанных недостатков.
В устройстве согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения обеспечена промывка водопроводных линий, указанное устройство содержит дроссель внутри проходного канала и клапанный механизм, имеющий первую линию, соединяющую с каналом в верхней по потоку точке указанного канала, перед дросселем, и вторую линию, соединяющую с указанным каналом в нижней по потоку точке канала, после дросселя, а также третью линию, продолжающуюся к резервуару, при этом клапанный механизм является управляемым посредством блока управления для соединения в одном положении клапанного механизма первой линии со второй линией внутри клапанного механизма, в то время как третья линия отсоединена от первой и второй линий, и для соединения во втором положении клапанного механизма третьей линии с каналом. Промывка водопроводных линий клапанного механизма обеспечивает гигиеническую безопасность в течение всего срока эксплуатации устройства и системы.
Кроме того, устройство согласно изобретению, в частности, клапанный механизм, предпочтительно, содержит датчик уровня, предназначенный для обнаружения заданного уровня заполнения резервуара водой. Таким образом, обеспечивается контроль объема воды в резервуаре, чтобы создаваемое давление воды внутри резервуара было безопасным для сетки и, следовательно, оптимизировался срок службы сетки. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения датчик уровня имеет первый электрод и второй электрод уровня заполнения для измерения электропроводности воды в указанном резервуаре. Может быть обеспечен дополнительный третий электрод уровня заполнения для определения дополнительного уровня заполнения резервуара между нулевым уровнем при пустом резервуаре и верхним уровнем при заполненном резервуаре. В предпочтительном варианте осуществления металлическая или металлизированная сетка используется в качестве второго электрода уровня заполнения. Для полного контроля устройства и системы, предпочтительно, обеспечен датчик нижнего уровня заполнения резервуара, сигнализирующий об обнаружении нулевого уровня воды в указанном резервуаре, указанный датчик содержит, в частности, сетку.
Чтобы исключить вероятность загрязнения воды в резервуаре, согласно одному из вариантов осуществления изобретения, отверстие для сброса избыточного давления оснащено крышкой, которая является воздухопроницаемой, но непроницаемой для пылинок, в частности, является гидрофобной мембраной. Согласно еще одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения водопроводная линия, по которой вода из клапанного механизма поступает в резервуар, подсоединена к резервуару в заданном положении, чтобы вода, подаваемая по водопроводной линии, промывала сетку. Таким образом, при заполнении резервуара указанным потоком воды можно удалить присутствующие на сетке пузырьки воздуха.
Одним из объектов изобретения является способ управления устройством согласно пункту 12 формулы изобретения. Контроллер по запросу на увлажнение или на адиабатическое охлаждение каплями воды, то есть по сигналу датчика о снижении влажности воздуха в помещении ниже порогового значения, направляет команду клапанному механизму на заполнение резервуара водой до уровня полного заполнения. При достижении уровня полного заполнения резервуара клапанный механизм прекращает подачу воды в резервуар, после чего клапанный механизм непрерывно или регулярно очищается водой, поступающей от проходного канала через водопроводные линии, идущие от канала к клапанному механизму и обратно к каналу, в то же самое время из воды, содержащейся в резервуаре, генерируются капли посредством сетки, приведенной в вибрационное движение.
После того, как вся находящаяся в резервуаре вода израсходована, выполняется этап заполнения резервуара и генерирования капель воды, если в текущий момент имеется запрос на увлажнение воздуха, либо при пустом резервуаре выполняется промывка клапанного механизма с использованием воды из водопроводных линий, если в текущий момент отсутствует запрос на увлажнение воздуха.
Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения и подробно описаны посредством приведенных далее примеров.
Краткое описание чертежей
Последующее подробное описание способствует лучшему пониманию изобретения и его дополнительных задач. Приведенное описание изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично показаны несколько помещений, которые увлажняют и охлаждают устройством, системой и способом согласно изобретению, и
на фиг. 2 – устройство согласно варианту осуществления изобретения, схематичный вид.
Варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показаны четыре помещения. Такими помещениями могут быть комнаты здания, к примеру, офисные помещения или жилые комнаты. Помещения, к тому же, могут представлять собой отделения для пищевых продуктов, террариумы, холодильники, а также любые другие помещения, которые должны быть увлажнены и/или охлаждены посредством адиабатического охлаждения, что может быть осуществлено с помощью водяного мелкодисперсного тумана, иначе говоря, посредством небулизированной или мелкораспыленной воды.
Разумеется, согласно изобретению не ограничивается количество помещений, в частности, комнат. Как описано выше, может быть увлажнено только одно помещение, или очень большое количество помещений. Для упрощения чертежей не показаны двери, окна и другие особенности помещений. На чертеже показан водопровод 20, который проходит от источника водоснабжения через все комнаты, которые должны быть увлажнены. Может использоваться водопроводная вода или, предпочтительно, деминерализованная вода, прошедшая дополнительную обработку озонированием или ультрафиолетовым излучением и/или, обработанная ионами серебра. Направление прохождения воды в водопроводе 20 показано стрелкой W.
Подробно показанное на фиг. 2 увлажняющее устройство является примером увлажняющих устройств 1, последовательно соединенных с водопроводом. Каждое из устройств 1, последовательно соединенных с водопроводом, имеет входной патрубок для прохождения воды из водопровода в устройство и выходной патрубок для возврата воды в водопровод. При этом к каждому устройству подается электропитание. Электропитание может подаваться независимо к каждому устройству, либо, как показано, может быть обеспечен общий кабель 22 электропитания, проходящий через все помещения. Предпочтительно, к устройствам подводится низковольтное электропитание, не представляющее опасности по нормам, установленным в большинстве стран, следовательно, кабель электропитания может быть соединен с водопроводной сетью. Кроме проводов электропитания указанный кабель 22 может содержать электрические линии управления, которые соединены с контроллером каждого устройства.
Предпочтительно, в каждом помещении установлен датчик 35 влажности. Связь датчика 35 с контроллером каждого устройства 1 может осуществляться по беспроводной сети, как показано в одном из помещений стрелкой, направленной от датчика 35 к устройству 1. Соединение может представлять собой Bluetooth-соединение. Как вариант, может быть обеспечено электрическое соединение датчика с кабелем 22, следовательно, датчик может быть связан с контроллером соответствующего устройства 1 посредством провода. Датчик 35 может также быть частью устройства 1, как показано в качестве примера на фиг. 2. Предпочтительно, в каждом помещении имеется датчик 35, который соединен с устройством 1, установленным в том же в помещении. Однако возможно применение одного и того же датчика для двух или большего количества устройств 1, которые функционируют, соответственно, по сигналу указанного датчика или по запросу на увлажнение воздуха.
Каждое устройство 1 имеет выпуск 12 для распыляемой воды. Понятие «небулизированная» можно заменить понятием «распыленная». Понятие «капли» используется в описании изобретения для обозначения мельчайших капель воды, которые создаются в процессе вибрации сетки или мембраны, соответственно, с микроотверстиями. Указанное действие лежит в основе работы, например, медицинских небулайзеров, применяемых для ингаляции. В этом случае используется сетка с большим количеством мельчайших отверстий. С внутренней стороны сетки имеется жидкость, согласно изобретению только вода, и отверстия являются настолько мелкими, что вода не может пройти через неподвижную сетку. Однако, в процессе вибрации сетки с частотой в несколько килогерц образуются очень маленькие капли воды, которые проходят через сетку и выходят с наружной стороны сетки в виде микроскопических капель воды, образующих туман. Соответственно, указанные перфорированные мембраны или сетки, а также пьезоэлектрические вибрационные устройства и электрический генератор для обеспечения вибрации хорошо известны специалистам в данной области техники и продаются на рынке. Сетка, пьезоэлектрические приводные устройства и схема генератора не рассматриваются в описании подробно, поскольку указанные элементы и их соединение известно.
На фиг. 2 более подробно показано одно из устройств 1, схематичный вид. Показан канал 2, обеспечивающий прохождение через устройство 1 воды от входного патрубка 3 канала 2 или устройства, соответственно, к выходному патрубку 4 канала 2 или устройства. Патрубки для соединения устройства 1 и, соответственно, канала 2 с водопроводом 20 показаны схематично и указаны ссылочными обозначениями 3 и 4. Могут быть использованы стандартные патрубки водопроводной линии. Таким образом, вода из водопровода 20 через патрубок 3 в направлении W подается в канал 2 под давлением, созданным в водопроводе 20, и через патрубок 4 вода выходит из канала 2 в водопровод 20. Канал 2 имеет отверстие 16, соединяющее указанный канал 2 с водопроводной линией 6, которая подведена к клапанному механизму 5, схематично показанному в виде прямоугольника. Пунктирными линиями показаны разные направления потока воды через клапанный механизм 5, что будет пояснено далее. От клапанного механизма 5, обратно к каналу 2, продолжается водопроводная линия 7, которая соединена с каналом 2 посредством отверстия 17. Третья водопроводная линия 8 продолжается от клапанного механизма 5 к резервуару 9. Клапанный механизм 5 регулируется посредством схемы управления устройства 1, которая в дальнейшем описании именуется контроллером 25. Контроллер может представлять собой схему управления на основе микропроцессора, хорошо известную специалистам в данной области техники. Контроллер 25, а также другие компоненты устройства 1, для которых требуется электропитание, снабжаются электропитанием по уже упомянутым электрическим линиям 22. Помимо всего прочего, контроллер 25, если в этом есть необходимость, выполняет обработку внешних управляющих сигналов, поступающих по линиям 22' управления. Контроллер может принимать сигналы от датчика 35 или подобных датчиков по беспроводной сети, как упомянуто выше. В этом случае контроллер 25 устройства 1 соединен с беспроводным приемником, который не показан в указанном варианте осуществления изобретения. Контроллер, к тому же, управляет включением и выключением капельного генератора 10, который содержит сетку 11, с выпуском 12 для капель воды, генерируемых устройством 1.
Сетка 11 образует часть резервуара 9, так что вода, содержащаяся в резервуаре будет распыляться и покидать устройство 1 с наружной стороны 12 сетки.
Резервуар 9 заполняется посредством клапанного механизма 5 через контроллер 25 так, что клапанный механизм 5 соединяет водопроводную линию 6 с водопроводной линией 8 и в то же самое время блокирует водопроводную линию 7. Таким образом, вода, подаваемая от водопровода 20 по каналу 2, заполняет резервуар 9. Предпочтительно, линия 8 подсоединена к резервуару 9 вблизи сетки 11, благодаря чему, вода, поступающая в резервуар по водопроводной линии 8, омывает поверхность сетки. Заполнение резервуара допускается только до верхнего уровня F заполнения, который показан на чертеже пунктирной линией. Чтобы избежать переполнения резервуара, обеспечен, по меньшей мере, один датчик уровня заполнения, содержащий, предпочтительно, нижний электрод и верхний электрод, чтобы, измеряя сопротивление, можно было обнаружить достижение верхнего уровня заполнения резервуара. Когда вода присутствует между нижним и верхним электродами уровня заполнения измеренное сопротивление имеет меньшее значение, чем при отсутствии воды между указанными электродами. В представленном варианте осуществления изобретения в качестве нижнего электрода используется сетка 11, которая является, по меньшей мере, частично электропроводной, таким образом, может выполнять функцию электрода уровня заполнения. Верхний электрод 15 представляет собой металлическую деталь, установленную внутри резервуара 9. Оба электрода 11, 15 подсоединены к контроллеру 25, который выполняет измерение сопротивления и может, таким образом, определить достижение максимального уровня заполнения резервуара. Также может быть обеспечен промежуточный электрод 18. Контроллер 25 может измерить сопротивление между нижним электродом 11 и указанным промежуточным электродом 18.
После достижения водой максимального уровня F заполнения резервуара 9 контроллер 25 регулирует клапанный механизм 5 для отсоединения водопроводной линии 8 от водопроводной линии 6, чтобы вода больше не поступала в резервуар. Затем контроллер 25 активизирует капельный генератор 10, который приводит сетку 11 в вибрационное движение, в результате чего, через выпуск 12 устройства 1 выпускается водяной туман. Таким образом, воздух в соответствующем помещении будет насыщаться чрезвычайно мелкодисперсными каплями воды, которые будут испаряться в воздухе помещения. Следовательно, помещение будет увлажняться и охлаждаться. После окончательного расхода воды, находящейся в резервуаре 9, может быть повторно проведен этап заполнения резервуара, если контроллер 25 опять получает от датчика 35 сигнал, который распознается контроллером 25 как сигнал о необходимости дальнейшего увлажнения помещения. Вновь заполненный резервуар будет постепенно опорожняться в процессе распыления его содержимого. Когда уровень воды опускается до промежуточного уровня заполнения резервуара, что обнаруживается посредством электрода 18, дальнейшее снижение уровня воды не допускается до тех пор, пока имеется запрос датчика 35 на увлажнение, который обнаруживает контроллер 25. При этом резервуар пополняется, когда уровень воды достигает электрода 18. Следовательно, не осуществляется опорожнение резервуара 9, пока имеется запрос на увлажнение. Только при отсутствии подобного запроса на увлажнение резервуар будет полностью опорожняться.
Когда резервуар опорожнен и нет необходимости в дальнейшем увлажнении, резервуар будет оставаться пустым до поступления нового сигнала, который будет распознан контроллером 25 как запрос на увлажнение воздуха. В таком случае резервуар заполняется заново, после чего активизируется распыление. Указанный режим работы устройства 1 является предпочтительным, поскольку до поступления запроса на увлажнение резервуар 9, фактически, остается пустым. Благодаря тому, что в резервуаре 9 отсутствует или почти отсутствует остаточная вода, отпадают опасения по поводу санитарно-гигиенического состояния воды.
Когда резервуар заполнен, как уже упоминалось, контроллер 25 управляет клапанным механизмом так, что водопроводная линия 6, отсоединенная от водопроводной линии 8 и, соответственно, от резервуара, соединяется с водопроводной линией 7, в результате чего вода, поступающая в водопроводную линию 6, клапанный механизм 5, а затем в водопроводную линию 7, выходит из устройства через канал 2 и протекает в водопровод 20, соединенный с выходным патрубком 4. К тому же, указанные линии 6 и 7 и клапанный механизм постоянно промываются, кроме временного промежутка, в течение которого резервуар 9 заполняется свежей водой из водопровода 20, поступающей через входной патрубок 3. Следовательно, исключаются опасения по поводу застоя воды как в водопроводных линиях 6 и 7, так и в клапанном механизме. Не перекрывается подача свежей воды, как в активном состоянии устройства при опорожнении резервуара в процессе распыления, так и в «неактивном» состоянии устройства, в котором резервуар является пустым до поступления нового запроса на распыление, которое запускается по сигналу от датчика 35. Следует отметить, что главный контроллер, который не показан на чертеже, может инициировать заполнение резервуара 9 и распыление, например, через контрольные линии 22', соединенные с каждым устройством. Причиной тому служит необходимость тестирования всей системы и каждого из устройств 1.
Резервуар 9, предпочтительно, имеет отверстие 19 для выравнивания давления расположенное в отдалении от сетки и выше максимального уровня заполнения резервуара водой. Указанное отверстие 19 является эффективным средством предотвращения слишком большого давления воды в резервуаре и, таким образом, обеспечивает защиту сетки 11 от избыточного давления в процессе заполнения резервуара. Во избежание какого-либо загрязнения воды в резервуаре, отверстие 19 может быть закрыто воздухопроницаемой, но непроницаемой для пылинок крышкой, в частности гидрофобной мембраной.
Канал 2, предпочтительно, содержит дроссель 23, обеспечивающий постоянный поток воды, проходящий через водопроводные линии 6, 7 и клапанный механизм, обходя канал 2, в результате соединения водопроводной линии 6 с водопроводной линией 7 посредством клапанного механизма. Функцию дросселя может выполнять любое дросселирующее устройство, известное специалистам в данной области техники, в частности, дросселем может служить часть указанного канала 2, имеющая меньший диаметр.
Резервуар 9 имеет форму, способствующую полному распылению воды, заполняющей резервуар. В зависимости от монтажного положения устройства, то есть на стене или на потолке помещения, резервуар имеет разную форму, позволяющую полностью опорожнять резервуар. Таким образом, существует два типа устройств, одно из которых монтажник выбирает в зависимости от монтажного положения устройства. Предпочтительно, сетка резервуара располагается в самом низу устройства, независимо от конкретного монтажного положения устройства, то есть на стене либо на потолке. Такой резервуар является предпочтительным и схематично показан на фиг. 2. Резервуар 9 может быть выполнен с двумя сетками, находящимися в разных местах, при такой конфигурации имеется возможность задействовать одну из сеток, в зависимости от монтажного положения устройства.
Таким образом, предлагается увлажняющее устройство, в котором вода распыляется посредством вибрирующей сетки, имеющей очень маленькие отверстия. Сетка является частью резервуара, который снабжается водой посредством клапанного механизма, обеспечивающего прохождение воды внутри устройства из водопровода по нескольким водопроводным линиям в резервуар и возврат воды в водопровод. Посредством предлагаемого устройства и при использовании системы с указанными устройствами создается мелкодисперсный водяной туман, который вряд ли визуально обнаруживается в увлажняемых и/или охлаждаемых помещениях, например, в комнатах. Предлагаемая система и устройство характеризуются низкими эксплуатационными расходами и могут являться частью стационарной установки.
Изобретение описано и пояснено посредством предпочтительных вариантов его осуществления, однако следует понимать, что изобретение не ограничивается приведенными вариантами и допускаются другие варианты осуществления и реализации изобретения в пределах объема формулы изобретения.