ВНУТРЕННИЙ БЛОК СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F24F3/16 

Изобретение относится к области жизнедеятельности людей и может быть использовано в различных системах кондиционирования.

Из литературных источников известны различные устройства внутреннего блока системы кондиционирования помещений. Это, прежде всего, батареи отопления, выполненные в виде замкнутой внутренней полости для циркуляции теплоносителя с развитой внешней поверхностью для теплообмена с воздухом помещения. Батареи отопления решают задачу нагрева воздуха помещений, используя тепло циркулирующего теплоносителя. Решая задачу отопления, батареи практически не оказывают существенного влияния на процесс очистки воздуха от аэрозольных частиц.

Широко распространенны устройства внутреннего блока систем кондиционирования для охлаждения воздуха в помещениях, например внутренний блок системы кондиционирования фирмы DAIKIN, см. прайс-лист на кондиционеры фирмы DAIKIN (www.daichi.ru). Блок включает в себя теплообменник, содержащий герметичный контур для циркуляции хладоагента, внешняя поверхность которого установлена в воздушном канале с входным и выходным отверстиями. Хладоагент, поступающий из внешнего блока, проходит по внутреннему контуру циркуляции внутреннего блока и охлаждает его, охлаждая при этом проходящий у внешней поверхности теплообменника воздушный поток. При охлаждении воздуха часть содержащейся в нем влаги конденсируется на стенках наружной поверхности теплообменника. Для вывода из системы сконденсированной влаги блок снабжен соответствующим устройством. Устройство установлено в нижней части теплообменника и соединено с дренажной трубкой. Сконденсированная влага через дренажную трубку удаляется из системы. Таким образом, известное устройство обеспечивает охлаждение воздуха в системе кондиционирования. Кроме того, конденсация влаги осуществляется, как известно, на содержащихся в воздухе аэрозольных частицах, чем обеспечивается помимо охлаждения и очистка воздуха. Однако конденсация осуществляется лишь на частицах, которые по своим размерам и лиофильности способны стать в имеющихся условиях пересыщения влаги центрами конденсации. Значительная же часть аэрозольных частиц воздуха в процессе конденсации не участвует и от воздушного потока не отделяется. Вследствие чего в систему кондиционирования вынуждены вводить дополнительные устройства очистки воздуха от мелкодисперсных аэрозолей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению является внутренний блок системы кондиционирования, включающий парогенератор, установленный в воздушном канале вентиляторный модуль с теплообменником, герметичный контур циркуляции хладоагента которого соединен с наружным блоком, устройство для сбора сконденсированной влаги, систему генерации коронного разряда с коронирующим электродом, выполненную с возможностью контроля концентрации электрически зарядов в воздушном канале и повышения напряжения источника питания коронного разряда при падении концентрации до уровня 10⁵ 1/см³. См. заявку на выдачу патента на изобретение №2002107304/06 (007776) от 25.03.2002 г.

В известном устройстве воздушный поток прогоняется вентиляторным модулем через воздушный канал. Путем генерации коронного разряда аэрозольные частицы, проходящие через воздушный канал, получают электрический заряд. Вокруг электрически заряженных частиц вследствие малого радиуса кривизны их поверхности создается сильно неоднородное электрическое поле, которое притягивает к аэрозольным частицам дипольные молекулы воды. Аэрозольные частицы даже самых малых размеров, значение которых составляет сотые доли микрона, при незначительном пересыщении паров при охлаждении воздуха на теплообменнике обводняются и превращаются в капли жидкости - конденсат. Образуемые в теплообменнике капли жидкости - конденсат, содержащие аэрозольные частицы, стекают вниз в устройство для сбора сконденсированной влаги и удаляется из системы. Таким образом, решается проблема очистки воздуха в процессе его охлаждения. Вместе с тем, для прохождения очищаемого воздуха через воздушный канал необходима работа вентиляторного модуля, что требует дополнительных энергетических затрат и повышает уровень шума работающего блока.

Целью настоящего изобретения является снижение энергетических затрат и уровня шума.

Для достижения заявленной цели в известном внутреннем блоке системы кондиционирования, включающем систему генерации коронного разряда с коронирующим электродом, устройство для сбора сконденсированной влаги и установленный в воздушном канале теплообменник, герметичный контур циркуляции хладоагента которого соединен с наружным блоком, система генерации коронного разряда выполнена в виде электропроводной сетки, установленной между коронирующим электродом и теплообменником в плоскости поперечного сечения воздуховода, с зазором относительно коронирующего электрода;

площадь проходного сечения ячеек сетки составляет значение не менее 1 мм²;

коронирующие электроды установлены относительно друг друга на расстоянии, не менее чем на 50% превышающем величину зазора между коронирующими электродами и электропроводной сеткой;

коронирующий электрод подсоединен к источнику высокого напряжения переменного тока.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Как известно, см., например, Кулешов П.С. «Экспериментальное изучение взаимодействия коронного разряда и паров воды» Электронный журнал «Исследовано в России». http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/227.pdf, при генерации коронного разряда возникает ионный ветер. Установив заземленную сетку в воздуховоде между коронирующим электродом и теплообменником, в предлагаемом устройстве используется энергия ионного ветра для продвижения очищаемого воздуха в сторону теплообменника. Скорость ионного ветра может достигать значения более 2 м/сек, что вполне достаточно для решения функциональных задач внутреннего блока и не требует привлечения каких-либо дополнительных источников энергии для продвижения воздушного потока. Отсутствие в предлагаемом устройстве каких-либо подвижных механизмов и незначительные скорости продвижения воздушного потока позволят обеспечить практически бесшумную работу блока.

Схема внутреннего блока системы кондиционирования представлена на чертеже.

Внутренний блок содержит воздушный канал 1 и высоковольтный источник питания 2. Внутри воздушного канала установлен теплообменник с развитой поверхностью теплообмена 3, герметичный контур с системой испарения и циркуляции хладагента, который входом 4 и выходом 5 соединен с наружным блоком (не показан).

На входе воздушного канала 1 (направление движения воздушного потока на чертеже условно показано стрелками, B₁ - вход, В₂ - выход) на изоляторах 6 перед заземленной электропроводной сеткой 7, с зазором относительно ее поверхности «Δ» установлены коронирующие электроды 8, соединенные электрическим кабелем с высоковольтным источником питания 2. Подбор параметров системы генерации коронного разряда (напряжение высоковольтного источника, мощность его, размеры коронирующих электродов, зазор между коронирующими электродами и заземленной поверхностью) производится по известным методикам расчета (см., например, Капцов Н.А. Электроника. - М., ГИТТЛ, 1956, 459 с.). Вместе с тем, для более оптимального использования энергии расстояние между коронирующими электродами «а» выбирается путем решения задачи оптимизации геометрических параметров системы генерации коронирующих электродов над плоской заземленной поверхностью с учетом взаимного влияния полей электрических зарядов каждого из электродов. На основе результатов сценарных расчетов расчета электрических полей и зарядов, возникающих от двух проводников, установленных с зазором относительно заземленной поверхности, авторами предлагаемого технического решения рекомендуется значение расстояния между коронирующими электродами принимать не менее чем на 50% превышающем величину зазора между коронирующими электродами и электропроводной сеткой. При таком расстоянии взаимное влияние электрических полей зарядов коронирующих электродов друг на друга не столь существенно и не снижает качественно параметры вольт-амперной характеристики коронирующих электродов. Кроме того, как показали результаты экспериментов, проведенных авторами предлагаемого технического решения, при подключении коронирующих электродов к высоковольтному источнику переменного тока значение ионного ветра существенно возрастает. Поэтому для более эффективного использования потребляемой энергии рекомендуется в системе генерации коронного разряда использовать высоковольтный источник питания переменного тока.

Выбор параметров заземленной электропроводной сетки 7 также имеет существенное значение на эффективность использования потребляемой энергии и работы устройства. Электрическое поле от коронирующих электродов замыкается на электропроводящих элементах электропроводной сетки. В ячейках сетки силовые линии электрического поля имеют разрыв. Следовательно, для обеспечения более равномерного электрического поля и повышения эффективности генерации электрических частиц в проходящий воздушный поток требуется площадь ячеек делать как можно меньше. Но с другой стороны уменьшение площади ячеек сокращает площадь проходного сечения воздушного потока и снижает расход обрабатываемого воздуха и увеличивает вероятность забивания проходного сечения ячеек аэрозольными частицами. Поэтому размер ячеек электропроводной сетки 7 выбирается исходя из конкретной конструкции проектируемого блока, заданных параметров загрязнения воздуха помещения, возможности регламентного обслуживания и пр. Авторами предлагаемого решения, исходя из анализа результатов сценарных расчетов электрических полей коронирующих электродов над плоской поверхностью, результатов лабораторных экспериментов рекомендуется площадь проходного сечения ячейки принимать размером не менее 1 мм².

В нижней части воздушного канала в области установки теплообменника выполнен приемник конденсата 9 с дренажным отверстием 10.

Работу внутреннего блока осуществляется следующим образом. При подключения коронирующих электродов 8 к высокому напряжению, соответствующему зажиганию короны, воздушный поток В1 прокачивается через воздушный канал 1. При прохождении воздушного потока в области коронного разряда (зазоре между коронирующими электродами и электропроводной сеткой - Δ), содержащиеся в нем аэрозольные частицы получают электрический заряд. Процесс заряжания аэрозольных частиц в области коронного разряда достаточно подробно описан в научно-технической литературе. См, например, Балабанов Е.М. Дисперсные системы в электрическом поле коронного разряда. - Дис. на соиск. уч. ст. д.т.н. М., 1953, 460 л., А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» ГНТИ химической литературы. М. - Л., 1950 г., стр.138-148. Воздушный поток, аэрозольные частицы которого снабжены электрическими зарядами, попадает в область теплообменника и охлаждается, отдавая свое тепло через развитую поверхность теплообмена 3. С помощью хладагента, циркулирующего в герметичном контуре, тепло выносится на внешний блок системы кондиционирования. Отдавая тепло поверхности теплообмена 3, воздух охлаждается до температуры, значение которой определенно системой управления кондиционера. Для упрощения рисунка на чертеже не представлены элементы устройств системы автоматического регулирования температуры охлаждения воздуха. Выполнены они могут быть по аналогии с известными схемами управления, например, см. кондиционеры фирмы Daikin. При понижении температуры в воздухе создаются условия пересыщения содержащихся в нем паров воды. Избыточные пары конденсируются на электрически заряженных аэрозольных частицах. Процесс конденсации может быть интенсифицирован добавлением в воздушный поток паров воды на чертеже не показан. Сконденсированная влага, содержащая удаляемые аэрозольные частицы, осаждается на стенках теплообменника и при накоплении ее до размеров крупных капель стекает вниз в приемник конденсата 9 и через дренажное отверстие 10 выводится из системы. Чистый, охлажденный воздух потоком В2 выходит из блока в помещение.

В известном устройстве для продвижения воздушно потока через блок требовалось специальное устройство, обеспечение работы которого требовало энергетических затрат и бесшумная работа которого практически невозможна. В предлагаемом устройстве, благодаря новым дополнительным признакам в совокупности с известными признаками для продвижения воздушного потока через блок, используется энергия ионного ветра коронного разряда, и дополнительной энергии не требуется, что позволяет достичь цели предлагаемого изобретения, снижения энергетических затрат. Кроме того, дополнительные признаки, заявленные в предлагаемом решении, также направлены на усиление полученного положительного эффекта. Отсутствие подвижных механизмов в предлагаемом устройстве гарантирует бесшумность и долговечность его работы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает отличительными признаками и в совокупности с известными позволяет решить задачу снижения энергетических затрат и достичь цели предлагаемого изобретения.

Изобретение относится к области обеспечения жизнедеятельности людей и может быть использовано в различных системах кондиционирования помещений. Внутренний блок системы кондиционирования включает систему генерации коронного разряда, устройство для сбора сконденсированной влаги и установленный в воздушном канале теплообменник, герметичный контур циркуляции хладоагента которого соединен с наружным блоком. Система генерации коронного разряда выполнена в виде электропроводной сетки, установленной между коронирующим электродом и теплообменником в плоскости поперечного сечения воздуховода, с зазором относительно коронирующего электрода. В предлагаемом устройстве для продвижения очищаемого воздуха в сторону теплообменника используется энергия ионного ветра, которая образуется в процессе генерации коронного разряда. Отсутствие подвижных механизмов в предлагаемом устройстве гарантирует бесшумность и долговечность его работы. Технический результат - снижение энергетических затрат и уровня шума. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Внутренний блок системы кондиционирования, включающий систему генерации коронного разряда с коронирующим электродом, устройство для сбора сконденсированной влаги и установленный в воздушном канале теплообменник, герметичный контур циркуляции хладоагента которого соединен с наружным блоком, отличающийся тем, что система генерации коронного разряда выполнена в виде электропроводной сетки, установленной между коронирующим электродом и теплообменником в плоскости поперечного сечения воздуховода, с зазором относительно коронирующего электрода.

2. Внутренний блок системы кондиционирования по п.1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения ячеек сетки составляет значение не менее 1 мм².

3. Внутренний блок системы кондиционирования по п.1, отличающийся тем, что коронирующие электроды установлены относительно друг друга на расстоянии не менее, чем на 50% превышающем величину зазора между коронирующими электродами и электропроводной сеткой,
,
где а - расстояние между электродами;
Δ - зазор между плоскостью электропроводной сетки и коронирующими электродами.

4. Внутренний блок системы кондиционирования по п.1, отличающийся тем, что коронирующий электрод подсоединен к источнику высокого напряжения переменного тока.