Способ контроля образования инея и льда на рабочей поверхности испарителя теплового насоса Российский патент 2023 года по МПК B64D15/20 F25D21/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящие изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к испарителям тепловых насосов и контролю их обморожения.

Уровень техники

При работе воздушных тепловых насосов испаритель осуществляет забор низкопотенциального тепла из наружного воздуха. Для эффективной теплопередачи ламели (ребра) теплообменника имеют прямоугольную форму с проходящими сквозь них медными трубками, по которым движется хладагент. Ламели расположены с шагом приблизительно 1,2-1,5 мм. Следовательно, образование слоя инея и льда размером 0,6 – 0,8 мм. с каждой стороны приводит к снижению теплопередачи почти на 90%. Своевременное обнаружение образования инея и льдя повышает эффективность работы воздушно-теплового насоса и предохраняет оборудование от гидроудара при нулевом перегреве хладагента.

Из существующих методов контроля обморожения тепловых аппаратов известен «Сигнализатор обледенения объекта SU 85369А1», патентообладатель п/я В-2877, дата публикации 1981-08-07, заявка от 1979-12-14. Изобретение относится к области сигнализации об обледенении различных объектов, например печатных аппаратов.

При образовании льда штырь, вынесенный в воздушный поток объекта (например, летательного аппарата), облучает слой льда быстрыми электронами, излучаемыми обмоткой источника ионизирующего излучения.

Слой льда вызывает отражение электронов. Отраженные электроны облучают приемник, ионизирующий излучения. Чем толще слой льда, тем интенсивнее облучение отраженными электронами.

Недостаток указанного метода заключается в невозможности применить его для определения появления наледи на испарителе, так как испаритель покрывается слоем льда, а штырь с изотопом не будет успевать обмерзать с такой же интенсивностью как испаритель.

Способ контроля обледенения и устройства для его осуществления

(RU2012115602А) заявка 18.04.2012, опубликован 27.10.2013, патентообладатель «Министерство промышленности и торговли Российской Федерации»

Изобретение предназначено для контроля обледенения, состоящее из датчика температуры, преобразователя гармонически колебаний, работа которых организована следующим образом:

За счет изменения среды распространение гармонических колебаний отличается от эталонных показателей, соответственно будут отличаться и комплексные сопротивления. На основании полученных данных процессор дает команду на работу электропрогрева, работа которого контролируется датчиком температуры.

Недостатком данного способа является повышенный расход электроэнергии и технически сложное решение с многочисленными компонентами.

Так же из существующего уровня техники известен «Сигнализатор обледенения лопастей винта вертолета», RU2335434C1, RU2007107768/11А, правообладатель ЗАО «Научно-производственное предприятие «Мифотекс», опубликован 10.10.2008, заявка от 01.03.2007. Изобретение относится к устройствам противообледенительных систем, предназначенных для защиты вертолетов от обледенения. Сигнализатор включает в себя оптический излучатель, который формирует импульсы. Импульсное излучение синхронизируется с движением лопастей винта. Фотоприемник установлен под определенным углом так, что при возникновении льда на крышке поверхности винта луч отражается от ледяной поверхности и попадает на фотоприемник, сигнал анализируется и поступает сигнал о наличии обледенения. Недостатком данного изобретение является вероятность несвоевременной подачи сигнала при обледенении из-за сложности алгоритма работы.

Таким образом, все существующие в настоящее время методы контроля не удовлетворяют требованиям при использовании в системах обледенения испарителей воздушно-тепловых насосов.

Следовательно, технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании заявленного изобретения, является отсутствие в арсенале технических средств, способных определять на ранних стадиях возникновение обледенения испарителей тепловых насосов.

Раскрытие сущности изобретения

Заявленное изобретение повысит надежность работы системы контроля обледенения испарителей воздушных тепловых насосов.

Техническим результатом заявленного изобретения является эффективный метод выявления на ранних стадиях обледенения испарителя теплового насоса, что ведет к сокращению энергопотребления на разморозку испарителя, а так же защищает компрессор от гидроудара, который может возникнуть вследствие недостаточного перегрева хладагента, проходящего парожидкостную фазу.

Технический результат достигается тем, что испаритель имеет метку черного цвета на поверхности его ламелей (ребер), на метку сфокусирован оптический датчик контрастной метки. Наличие трехцветного светодиода позволяет определять очень тонкий налет инея на поверхности испарителя на ранних стадиях, когда пары влаги, содержащиеся в воздухе, проходят процесс десублимации превращаясь в мелкие ледяные кристаллы тупоугольной формы белого цвета. Фотодатчик калибруется таким образом, при котором толщина допустимого слоя инея и льда напрямую связана с осветлением черной метки на поверхности испарителя.

Экспериментальным путем было выявлено, что система контроля способна определять слой с минимальной толщиной от 0,05мм до 3 мм, что является наиболее точным и простым методом контроля обморожения.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к испарителям для тепловых насосов. Метод контроля образования инея и льда на рабочей поверхности испарителя заключается в нанесении на одно из ребер испарителя контрольной метки в виде черного круга. Во время работы теплового насоса испаритель охлаждается за счет кипения в нем хладагента, что приводит к образованию слоя инея и льда на ламелях (ребрах). В результате образования инея черная метка меняет цвет. Светочувствительный датчик реагирует на изменение контраста и посылает команду к включению в работу антиобледенительной системы. Достигается повышение точности своевременного включения в работу антиобледенительной системы, а также продолжительность ее работы при минимальных затратах электроэнергии.

Метод контроля образования инея и льда на рабочей поверхности испарителя отличается тем, что контрольная метка в виде черного круга, нанесенная на одно из ребер испарителя, меняет свой цвет в результате образования на ней инея, датчик контрастности определяет изменение цвета и дает команду к работе антиобледенительной системе теплового насоса.