Способ защиты от обледенения холодильных и вентиляционных установок - RU2724661C1

Описание

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, а именно из холодильных, вентиляционных установок, кондиционеров, тепловых насосов, рекуператоров.

При работе холодильных, вентиляционных установок, кондиционеров, тепловых насосов, рекуператоров воздух, проходя через теплообменники, охлаждается, пары влаги конденсируются на охлажденных поверхностях и теплопередающих деталях, превращаясь в кристаллы льда. В настоящее время известны такие методы борьбы с образованием наледи, как дополнительный прогрев воздуха, переход установок с режима охлаждения на режим оттаивания, подготовка воздуха методом его осушения. Все существующие технологии направлены на недопущение возникновения льда и в связи с этим требуют значительных затрат электроэнергии на подержание безаварийной работы теплообменника. Их КПД понижается пропорционально понижению температуры наружного воздуха и его влажности.

Известно техническое решение «Способ удаления конденсата из влагосборника теплообменника-конденсатора с гидрофильным материалом и устройство для его реализации» (патент № 2183799, МПК F24F 3/14, опубл. 20.06.2012).

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам удаления конденсата из теплообменников-конденсаторов систем кондиционирования воздуха обитаемых отсеков космических аппаратов различного назначения. Кроме того, изобретение может использоваться в наземных системах кондиционирования воздуха, обслуживающих помещения, особо чувствительных к капельной влаге.

Недостатком данного технического решения является сложность его исполнения и направленность на применение в условиях невесомости.

Известно техническое решение «Конденсатоотводчик» (патент РФ № 75018, МПК F28B 1/00, F28B 1/02, F28B 11/00, опубл. 20.07.2008).

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, к конденсатоотводчикам, которые являются частью теплообменных устройств, в которых в качестве теплоносителя используется водяной пар.

Недостатком данного технического решения является его направленность на удаление конденсата при положительной температуре воздуха, следовательно, невыполнение функции удаления конденсата при понижении температуры.

Для исключения образования конденсата используются также изолированные вспененным материалом нагревательные элементы, установленные на по меньшей мере одной боковой стенке и/или на раме двери устройства. Недостатком нагревательных элементов, например, таких как электронагреватели, является сравнительно высокое потребление энергии. Известно использование нагревательных элементов в виде изолированных вспененным материалом трубопроводов, по которым протекает сжатый хладагент. Сжатый хладагент выделяет избыточное тепло, образующееся в контуре хладагента устройства, в результате чего нагревается соответствующая поверхность и предотвращается нежелательное образование конденсата.

Недостаток таких нагревательных элементов состоит в том, что трубопроводы хладагента дороги и весьма сложны в производстве. На внешней поверхности могут возникать, например, участки повышенной чувствительности к давлению. Дополнительными недостатками являются сравнительно высокое потребление энергии, а, значит, и высокие энергозатраты, возможность локального перегрева, а также, при определенных обстоятельствах, влияние на температуру внутри устройства.

Таким образом, все существующие в настоящее время технические решения в указанной области направлены на обогрев теплообменников, входящих в состав холодильных и вентиляционных установок.

Следовательно, технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании заявляемого изобретения, является отсутствие в арсенале технических средств и способов для защиты тепловых насосов, холодильных и вентиляционных установок способов, позволяющих исключить обледенение теплообменников без существенных затрат электроэнергии.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, позволяющих защитить от обледенения холодильные и вентиляционные установок без существенных затрат электроэнергии.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности предотвращения обледенения теплообменников при достижении условия снижения затрат электроэнергии на обеспечение указанного процесса.

Технический результат достигается тем, что при реализации заявляемого способа обледенение предотвращается путём создания механических колебаний, а именно за счёт того, что на теплообменник подаются высокочастотные колебания и в результате их воздействия наледь теряет способность удерживаться на поверхности теплоотводящих элементов. Cпособ защиты от обледенения холодильных и вентиляционных установок включает в себя снятие показаний состояния воздуха датчиками температуры и влажности, передачу этих показаний микроконтроллеру, подачу микроконтроллером команды генератору частот на выработку рабочей частоты и силы воздействия для излучателя частот, преобразование излучателем частот электрического сигнала в механическую вибрацию.

Для обеспечения удаления наледи необходимы следующие элементы: генератор частот, излучатель частот, микроконтроллер, датчики температуры и влажности.

Указанные элементы соединяются между собой таким образом, что к микроконтроллеру подключены датчики и генератор частот, к генератору частот подключены излучатели частот. Излучали частот, в свою очередь, устанавливаются на теплообменниках. Перечисленные элементы соединяются друг с другом с помощью электрических проводов, в свою очередь, излучатели частот могут крепиться к радиатору с помощью клеящих составов, сварки или могут быть выполнены в виде конструктивной части радиатора.

Для достижения технического результата датчики температуры и влажности снимают показания состояния воздуха и отправляют их на микроконтроллер, который, в свою очередь, дает команду генератору частот на выработку рабочей частоты и силы воздействия для излучателя частот. Излучатель частот преобразует электрический сигнал в механическую вибрацию, в результате которой разрушается образовавшийся слой льда.

Преобразование электрического сигнала в механическую вибрацию, а именно получение вибрации (обратного пьезоэлектрического эффекта) связано с воздействием на излучатель частот-пьезокристалл электрического напряжения. Вследствие подобного воздействия происходит смещение граней пьезокристалла. Когда на пьезокристалл подается переменное напряжение высокой частоты, пьезокристалл начинает с высокой частотой сжиматься и расширяться, вокруг него возникает высокочастотное изменение давления, что и приводит к возникновению направленных колебаний, то есть необходимой для достижения заявленного технического результата вибрации.

Во время работы частотного излучателя из-за разницы плотности материала теплообменника и кристаллов льда происходит отслоение (отторжение) кристаллов льда от теплопередающих поверхностей теплообменника.

В зависимости от материалов, применяемых для изготовления теплообменников, а также его конструкции и формы, подбирается излучатель частотных вибраций и взаимное расположение элементов. Оборудование управления подбирается в каждом конкретном случае, в зависимости от выбранного излучателя частотных вибраций.

При осуществлении заявляемого способа могут быть использованы следующие виды излучателей частотных вибраций: электромагнитные, электродинамические (катушечные, ленточные, изодинамические, ортодинамические, Хейла), электростатические (конденсаторные, электретные), пьезоэлектрические (пьезокерамические, биморфные).

Выбор излучателя зависит от его мощности и эффективности, а также передающих вибрацию элементов.

В зависимости от того, как расположен излучатель вибраций, контактно или бесконтактно, подбираются материалы теплообменника, которые должны иметь два главных свойства: обладать высокой теплопроводностью и хорошей проводимостью вибраций, таковыми являются многие металлы и сплавы. После выбора материала форма радиатора подбирается таким образом, чтобы вибрация распространялась равномерно по всей теплопередающей поверхности. В случае конструкционной и конструктивной невозможности установки излучателей вибрации на поверхности теплообменника, выбираются бесконтактные излучатели.

Реферат

Изобретение относится к средствам для удаления конденсата из теплообменных аппаратов, а именно из холодильных, вентиляционных установок, кондиционеров, тепловых насосов, рекуператоров. Технической задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств, позволяющих защитить от обледенения холодильные и вентиляционные установок без существенных затрат электроэнергии. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение возможности предотвращения обледенения теплообменников при достижении условия снижения затрат электроэнергии на обеспечение указанного процесса. Технический результат достигается тем, что обледенение предотвращается путём создания механических колебаний, а именно за счёт того, что на теплообменник подаются высокочастотные колебания и в результате их воздействия наледь теряет способность удерживаться на поверхности теплоотводящих элементов.

Формула