RU2801765C1 - Способ и устройство увлажнения воздуха - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам и устройствам для увлажнения воздуха. Технический результат – повышение производительности устройства увлажнения воздуха достигается за счет того, что водяной пар в объеме герметичной емкости создают за счет одновременного нагрева циркулирующего по трубопроводу, проходящему через емкость, теплоносителя, в качестве которого используют среду, обладающую способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, и созданием в емкости с помощью вакуумного насоса, подключенного к выпуску из емкости, разряженного давления, при котором снижают температуру кипения воды до температуры стенки трубопровода теплоносителя, при этом подпитку емкости водой осуществляют в автоматическом режиме от источника водоснабжения по сигналам от датчиков уровня жидкости в емкости, а образованный в трубопроводе конденсат подвергают повторному испарению в дополнительной емкости, подключенной через тройник на выходе из вакуумного насоса, ультразвуковым влажным элементом, смонтированным на дне дополнительной емкости. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для увлажнения воздуха [F24F 6/00, F24F 6/02].

Из уровня техники известен УНИВЕРСАЛЬНЫЙ КОНДИЦИОНЕР С ФУНКЦИЕЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА [CN212673460 (U), опубликовано: 09.03.2021], состоящий из основного корпуса, двигателя, нагревательного элемента и воздушного насоса, отличающийся тем, что основной корпус соединен с вентиляционной трубой, а поверхность вентиляционной трубы неподвижно соединена с двигателем, а вал двигателя соединен с помощью шатуна со второй конической шестерней, внутренняя часть основного корпуса оснащено резервуаром для воды, соединенный своим объемом с дренажной трубой.

Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ УВЛАЖНИТЕЛЬНОГО МОДУЛЯ, УВЛАЖНИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ И КЛИМАТИЧЕСКИЙ ШКАФ, ИМЕЮЩИЙ УВЛАЖНИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ [RU2711938 C2, опубликовано: 23.01.2020], в котором увлажнительный модуль содержит резервуар, который имеет впуск воды и выпуск пара, нагревательное устройство, которое расположено во внутреннем пространстве резервуара, и сенсор температуры и управляющую схему для управления или регулирования подачи воды через впуск воды и/или для управления или регулирования мощности нагрева нагревательного устройства, отличающийся тем, что резервуар наполняют водой максимум настолько, что остается объем пара, в котором находится водяной пар, созданный при нагреве с помощью нагревательного устройства, часть нагревательного устройства выступает из воды и находится в этом объеме пара, так что водяной пар может перегреваться, и сенсор температуры расположен так, что он непосредственно или опосредствованно измеряет температуру водяного пара, при этом измеряемую температуру сенсора температуры используют в качестве параметра регулирования управляющей схемы для управления или регулирования подачи воды через впуск воды и/или для управления или регулирования мощности нагрева нагревательного устройства.

Увлажнительный модуль содержит резервуар, который имеет впуск воды и выпуск пара, нагревательное устройство, которое расположено во внутреннем пространстве резервуара так, что оно даже при максимальном наполнении резервуара водой частично выступает из воды, сенсор температуры и управляющую схему, которая предназначена для управления или регулирования подачи воды через впуск воды и/или для управления или регулирования мощности нагрева нагревательного устройства на основе результатов измерений температуры водяного пара сенсора температуры.

Основной технической проблемой аналога и прототипа является низкие производительность, коэффициент полезного действия и надежность, обусловленные высоким энергопотреблением и малым сроком службы нагревательного элемента.

Задача изобретения состоит в устранении недостатков аналога и прототипа.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительности устройства увлажнения воздуха.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ увлажнения воздуха, характеризующийся заполнением герметичной емкости через впуск водой с оставлением объема для водяного пара, который после образования путем нагрева воды нагревателем направляют из емкости через выпуск наружу, отличающийся тем, что водяной пар в объеме емкости создают за счет одновременного нагрева циркулирующего по трубопроводу, проходящему через емкость, теплоносителя, в качестве которого используют среду, обладающую способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства и созданием в емкости с помощью вакуумного насоса, подключенного к выпуску из емкости, разряженного давления, при котором снижают температуру кипения воды до температуры стенки трубопровода теплоносителя, при этом подпитку емкости водой осуществляют в автоматическом режиме от источника водоснабжения по сигналам от датчиков уровня жидкости в емкости, а образованный в трубопроводе на выходе из вакуумного насоса конденсат подвергают повторному испарению в отдельной емкости ультразвуковым мокрым элементом.

Устройство увлажнения воздуха, содержащее герметичную емкость, снабженную впуском для воды и выпуском для пара, нагреватель, расположенный на дне во внутреннем пространстве емкости и контроллер управления, предназначенный для регулирования подачи воды и выпуска пара, отличающееся тем,

к впускному отверстию емкости подключен трубопровод подпитки водой, подключенный к источнику снабжения чистой водой, при этом трубопровод снабжен электромагнитным клапаном, открывающий и закрывающий трубопровод подпитки по сигналам от датчиков уровня жидкости, смонтированных внутри емкости,

к выпускному отверстию емкости подключен вакуумный насос, выполненный с возможностью создания внутри емкости давления разряжения с одновременной откачкой образовавшегося водяного пара через трубопровод в помещение для увлажнения воздуха,

нагреватель выполнен в виде трубопровода, проходящего через емкость с циркулирующим по нему теплоносителем.

В частности, электромагнитный клапан, датчики уровня жидкости, вакуумный насос, влажный элемент, вентилятор подпора воздуха подключены к контроллеру управления.

В частности, к контроллеру управления подключены датчики давления и температуры, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров внутри основной емкости и датчики температуры и влажности, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров снаружи основной емкости.

В частности, датчики уровня жидкости подключены к электромагнитному клапану.

В частности, датчики уровня жидкости подключены к контроллеру управления.

В частности, к выходу вакуумного насоса через тройник подключена дополнительная емкость для сбора из трубопровода, проложенного в помещение для увлажнения воздуха, конденсата с последующим испарение конденсата ультразвуковым влажным элементом, смонтированным на дне дополнительной емкости.

В частности, к отверстию, выполненному в верхней части дополнительной емкости, преимущественно в крышке, смонтирован воздуховод вентилятора подпора воздуха.

В частности, внутри дополнительной емкости смонтирован датчик уровня жидкости, обеспечивающий работу влажного элемента при наличии воды в дополнительной емкости.

В частности, влажный элемент и вентилятор подпора воздуха работают синхронно.

На фигуре схематично изображено устройство увлажнения воздуха, на которой обозначено: 1 – основная емкость, 2 – дополнительная емкость, 3 – трубопровод подпитки, 4 – электромагнитный клапан, 5 – датчики уровня жидкости, 6 – вакуумный насос, 7 – тройник, 8 – вентиляционный канал, 9 – труба теплоносителя, 10 – влажный элемент, 11 – вентилятор подпора воздуха.

Осуществление изобретения.

Устройство увлажнения воздуха содержит основную 1 и дополнительную 2 герметичные емкости, при этом дополнительная емкость 2 выполнена, как правило, меньшим объемом в сравнении с основной емкостью 1.

Основная емкость 1 предназначена для содержания в ней парообразующей жидкости – воды и конструктивно выполнена с возможностью сопротивления избыточному давлению с внешней стороны основной емкости 1.

Через впускное отверстие в крышке основной емкости 1 подключен трубопровод подпитки 3 упомянутой емкости 1 водой. Упомянутый трубопровод 1 подключен к источнику снабжения чистой водой и снабжен электромагнитным клапаном 4.

Внутри основной емкости 1 смонтированы датчики уровня жидкости 5, выполненные с возможностью срабатывания при достижении воды в упомянутой емкости ниже минимального уровня и выше максимального уровня. Упомянутые датчики 5 могут быть выполнены ёмкостными, ультразвуковыми, поплавковыми, гидростатическими, лазерными и т.д. Датчики уровня жидкости 5 подключены к электромагнитному клапану 4 или контроллеру управления (на фигурах не показан).

Внутри основной емкости 1 может быть также смонтирован датчик температуры (на фигурах не показан) с возможностью контроля за температурой воды и исключения замерзания воды в упомянутой емкости 1 путем повышения давления в емкости 1.

К основной емкости 1 через выпускное отверстие в верхней крышке смонтирован своим входной патрубок вакуумного насоса 6, смонтированного снаружи основной емкости 1. Входной патрубок вакуумного насоса 6 к основной емкости 1 может быть смонтирован через трубопровод.

Выходной патрубок вакуумного насоса 6 через тройник 7 выведен непосредственно в помещение, для увлажнения воздуха, в котором предназначено устройство увлажнения воздуха или в вентиляционный канал 8. К свободному отверстию тройника 7 подключена дополнительная емкость 2 напрямую, через удлинитель или трубопровод (на фигура не показаны) с возможностью отвода в упомянутую емкость 2 конденсата, образующегося на выходе вакуумного насоса 6 из-за разницы температур, при этом упомянутое свободное отверстие тройника направлено вниз с возможностью самопроизвольного стекания конденсата по стенкам тройника 7 вниз в дополнительную емкость 2. Тройник 7 подключен к дополнительной емкости 2 в отверстие, выполненное в упомянутой емкости 2 сверху, преимущественно, в ее крышке

Через стенки основной емкости 1 вдоль его дна ниже нижнего минимально допустимого уровня воды в упомянутой емкости 1 смонтирована труба теплоносителя 9. Упомянутая труба теплоносителя 9 может быть подключена к системе централизованного, или индивидуального, или автономного отопления, при этом в качестве теплоносителя может быть любая среда, обладающая способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства, подвижная, дешевая, не ухудшающая санитарные условия в помещениях, позволяющая регулировать отпуск теплоты, в том числе и автоматически. Наиболее простым вариантом использования в качестве теплоносителя является вода.

Внутри дополнительной емкости 2 на дне смонтирован ультразвуковой влажный элемент 10. К отверстию, выполненному в верхней части дополнительной емкости 2, преимущественно в крышке, смонтирован воздуховод вентилятора подпора воздуха 11. Внутри дополнительной емкости 2 смонтирован датчик уровня жидкости 5, обеспечивающий работу влажного элемента 10 при наличии воды в упомянутой емкости 2 и отключения влажного элемента 10 при отсутствии в дополнительной емкости 2 воды. Упомянутый датчик уровня жидкости 5 в дополнительной емкости 2 также вместе с работой влажного элемента 10 обеспечивает работу вентилятора подпора воздуха 11.

Внутри дополнительной емкости 2 может быть смонтирован источник ультрафиолетового светового излучения, выполненный в виде лампы, с возможностью обеззараживания конденсата.

В одном из вариантов реализации устройства увлажнения воздуха электромагнитный клапан 4, датчики уровня жидкости 5, вакуумный насос 6, влажный элемент 10, вентилятор подпора воздуха 11 могут быть подключены к контроллеру управления (на фигурах не показан), которым может быть оснащено устройство. К контроллеру управления могут быть также подключены датчики давления и температуры, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров внутри основной емкости 1, датчики температуры и влажности, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров снаружи основной емкости 1 в помещении, для увлажнения воздуха в котором предназначено устройство увлажнения воздуха. Контроллер управления выполнен с возможностью управления устройства увлажнения воздуха в различных режимах работы, например, когда в основной емкости 1 нет воды, то контроллер отключает все перечисленные выше элементы, подключенные к нему, или в другом случае, когда требуется уменьшить или увеличить влажность в помещении, значение которой получают с помощью датчика влажности, то контроллер регулирует работу вакуумного насоса 6 с возможностью изменения степени разряжения воздуха внутри основной емкости 1 и тем самым, изменяя интенсивность парообразования.

Устройство увлажнения воздуха работает следующим образом.

Подают питание на электромагнитный клапан 4, вакуумный насос 6, датчикам уровня жидкости 5, если они являются электрическими и не питаются от электромагнитного клапана 4, влажный элемент 10, вентилятор подбора воздуха 11 и/или контроллер управления, при его наличии и питании от него перечисленных элементов устройства. Пропуская через трубу теплоносителя 9 теплоноситель за счет нахождения упомянутой трубы 9 в основной емкости 1 ниже уровня воды обеспечивают нагрев воды в основной емкости за счет теплопередачи. Вакуумным насосом 6 откачивают воздух из верхней части основной емкости 1, тем самым обеспечивая разряжение воздуха внутри упомянутой емкости. При снижении давления воздуха внутри основной емкости 1, согласно уравнению Клапейрона – Клаузиуса, температура, при которой происходит кипение воды также снижается.

Наливают через трубопровод подпитки 3 в основную емкость 1 воду, до тех пор, пока не сработает датчик уровня жидкости 5, настроенный на максимальный верхний уровень воды в упомянутой емкости 1. По срабатыванию упомянутого датчика 5 электромагнитный клапан 4 перекрывает трубопровод подпитки 3.

С помощью вакуумного насоса 6 откачивают воздух внутри основной емкости 1 и создают разряжение в результате которого точка перехода воды из жидкого состояния в парообразное (газообразное) будет смещаться в сторону меньших температур, при этом подогревая воду в основной емкости 1 с помощью трубы теплоносителя 9, проходящей через упомянутую емкость 1 давление внутри основной емкости 1, создаваемое с помощью вакуумного насоса 6, смещают в большую сторону. Кроме того, отбором тепла от теплоносителя, циркулирующего по трубе теплоносителя 9 компенсируют потери тепла при испарении воды из основной емкости, не давая воде перейти в твердую фазу. Иными словами, чем больше температура воды в основной емкости 1, тем меньше необходимо работать вакуумному насосу 6 для создания давления внутри упомянутой емкости 1 для того, чтобы вода начала испаряться.

Образованный в основной емкости 1 пар вакуумным насосом 6, который поддерживает постоянное давление в упомянутой емкости 1 подают в помещение, для увлажнения воздуха в котором предназначено устройство увлажнения воздуха напрямую или через вентиляционный канал 8. Часть пара, проходя от вакуумного насоса 6 конденсируется на стенке трубопровода и через тройник 7 стекает в дополнительную емкость 2, где с помощью ультразвукового влажного элемента 10 подвергается повторному испарению и с помощью вентилятора подпора воздуха 11, вновь образованный пар повторно подается через тройник 7 в помещение или вентиляционный канал 8.

Контроллер управления, получая данные от датчиков давления и температуры, смонтированные внутри основной емкости 1 обеспечивает поддержание заданного давления внутри основной емкости 1 независимо от уровня воды в нем.

При достижении воды в основной емкости 1 ниже минимально допустимого уровня по сигналу соответствующего датчика уровня жидкости 5 срабатывает электромагнитный клапан 4, который открывает трубопровод подпитки 3 и позволяет заполнить основную емкость 1 водой.

При достижении в помещении заданной влажности, параметры которой измеряются датчиком влажности, контроллер управления отключает вакуумный насос 6.

В 2022 году автором изобретения был изготовлен рабочий макет устройства увлажнения воздуха, который при температуре теплоносителя 40 ℃ обеспечил достичь производительность устройства 3000 мл/час при потребляемой мощности вакуумного насоса 0,18 кВт/час, что является высоким показателем для аналогичных устройств, потребляемая мощность которых от 0,3 кВт/час до нескольких киловатт. При этом аналогичные устройства увлажнения, построенные на основе ультразвуковых влажных элементов, требуют установки упомянутых элементов для достижения заявленного уровня производительности от десяти и выше, что снижает надежность устройства в целом. Таким образом, можно сказать, что удельная производительность устройства выросла, так как при одинаковой производительности с аналогичными устройствами заявленное автором потребляет энергии меньше.

Claims (9)

1. Способ увлажнения воздуха, характеризующийся заполнением герметичной емкости через впуск водой с оставлением объема для водяного пара, который после образования путем нагрева воды нагревателем направляют из емкости через выпуск наружу, отличающийся тем, что водяной пар в объеме емкости создают нагревом циркулирующего по трубопроводу, проходящему через емкость, теплоносителя, одновременно с нагревом теплоносителя снижением температуры кипения воды до температуры стенки трубопровода теплоносителя путем создания в емкости разряженного давления с помощью вакуумного насоса, подключенного к выпуску из емкости, и одновременно с нагревом теплоносителя и снижением температуры кипения воды повторным испарением конденсата, образованного в проложенном в помещении для увлажнения воздуха трубопроводе и собранного в отдельной емкости на выходе из вакуумного насоса ультразвуковым мокрым элементом, при этом подпитку емкости водой осуществляют в автоматическом режиме от источника водоснабжения по сигналам от датчиков уровня жидкости в емкости, а в качестве теплоносителя используют среду, обладающую способностью аккумулировать тепловую энергию и изменять теплотехнические свойства.

2. Устройство увлажнения воздуха для реализации способа по п.1, содержащее герметичную емкость, снабженную впуском для воды и выпуском для пара, нагреватель, расположенный на дне во внутреннем пространстве емкости, и контроллер управления, предназначенный для регулирования подачи воды и выпуска пара, отличающееся тем, что к впускному отверстию емкости подключен трубопровод подпитки водой, подключенный к источнику снабжения чистой водой, при этом трубопровод снабжен электромагнитным клапаном, открывающим и закрывающим трубопровод подпитки по сигналам от датчиков уровня жидкости, смонтированных внутри емкости, к выпускному отверстию емкости подключен вакуумный насос, выполненный с возможностью создания внутри емкости давления разряжения с одновременной откачкой образовавшегося водяного пара через трубопровод в помещение для увлажнения воздуха, к выходу вакуумного насоса через тройник подключена дополнительная емкость для сбора конденсата из трубопровода, проложенного в помещение для увлажнения воздуха, с последующим испарением этого конденсата ультразвуковым влажным элементом, смонтированным на дне дополнительной емкости, нагреватель выполнен в виде трубопровода, проходящего через емкость с циркулирующим по нему теплоносителем.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электромагнитный клапан, датчики уровня жидкости, вакуумный насос, влажный элемент, вентилятор подпора воздуха подключены к контроллеру управления.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что к контроллеру управления подключены датчики давления и температуры, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров внутри основной емкости, и датчики температуры и влажности, выполненные с возможностью измерения соответствующих параметров снаружи основной емкости.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчики уровня жидкости подключены к электромагнитному клапану.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что датчики уровня жидкости подключены к контроллеру управления.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что к отверстию, выполненному в верхней части дополнительной емкости, преимущественно в крышке, смонтирован воздуховод вентилятора подпора воздуха.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что внутри дополнительной емкости смонтирован датчик уровня жидкости, обеспечивающий работу влажного элемента при наличии воды в дополнительной емкости.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что влажный элемент и вентилятор подпора воздуха работают синхронно.