Термоэлектрическая установка с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к оборудованию для технологических процессов, создания микроклимата и горячего водоснабжения в помещениях сельскохозяйственного назначения.

В сельскохозяйственном производстве имеются помещения с большим количеством тепло-влаго выделений от животных и технологического оборудования, и где требуется поддерживать технологически заданные параметры микроклимата, в том числе и влажность воздуха, а также требуется горячая вода на санитарно-гигиенические нужды.

Известны промышленные кондиционеры, которые позволяют решать вопрос отопления, охлаждения и поддержания влажности воздуха за счет изменения количества вентиляционного воздуха (Д.Н. Мурусидзе, А.М Зайцев, Н.А. Степанова «Установки для создания микроклимата на животноводческих фермах»- Изд.2-е переработанное и доп. М.: Колос, 1979).

Недостатком кондиционеров является то, что они сложны, требуют высоких капитальных и эксплуатационных затрат и как показывают технико-экономические расчеты, их использование в сельскохозяйственных помещениях экономически не целесообразно. Кроме того, в этих системах отсутствуют устройства для осушения воздуха, позволяющие существенно уменьшить объём вентиляционного воздуха, а следовательно и эксплуатационные затраты на создание микроклимата в помещениях.

Поддерживать влажность воздуха в заданных пределах помогают осушители воздуха. Приборы, основанные на различных физических принципах, помогут снизить влажность воздуха в помещении. Приборы бывают четырёх основных типов: адсорбционные, компрессорные, роторные и осушители на элементе Пельтье (термоэлектрические осушители). Сущность процесса осушения компрессионными и термоэлектрическими осушителями состоит в том, что влажный воздух помещения направляется на холодную поверхность, на которой влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется, и, впоследствии, стекает в специальную ёмкость.

Термоэлектрический осушитель может быть построен по двум основным схемам: «воздух-воздух»- когда тепловые потоки с горячих и холодных сторон термоэлектрических модулей отводятся непосредственно на воздушные радиаторы, «воздух-вода-вода-воздух» - когда для отвода тепла с модулей Пельтье используется жидкий теплоноситель (вода, незамерзающая жидкость) (П.А. Шостаковский. Тепловой контроль объектов на базе термоэлектрических модулей. Компоненты и технологии № 9, 2011 г.).

Известен осушитель воздуха герметичных отсеков космических аппаратов, выполненный по схеме «воздух-вода», предназначенный для поддержания влажности воздуха обитаемых герметичных отсеков космических аппаратов, подводных лодок и в закрытых помещениях с повышенной температурой и влажностью (патент РФ №2180421 МПК А61В 5/08, опубл. 2002). Осушитель воздуха герметичных отсеков содержит кожух с входными и выходными патрубками, устройство для отвода влаги, конденсатор, жидкостной теплообменник и расположенный в полости между основанием конденсатора и корпусом жидкостного теплообменника термоэлектрический охладитель на основе коммутированных между собой термоэлектрических модулей.

Недостатком известного устройства является то, что в процессе осушения воздуха для эффективной работы термоэлектрических модулей к устройству необходимо подводить хладоагент в полости жидкостных теплообменников, на что потребуется дополнительное оборудование, создающее холод, а также устройство отвода влаги, выполненное из пористого материала, в условиях агрессивной среды помещений сельскохозяйственного назначения будет быстро выходить из строя.

Наиболее близким устройством по технической сущности к предлагаемому изобретению является термоэлектрическая установка осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения (патент РФ № 2673002, МПК F24F 3/14, опубл. 2018, Бюл.№33). Термоэлектрическая установка осушения воздуха помещений, содержит термоэлектрический блок с расположенными в нем жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями Пельтье, теплообменники холодного и горячего контуров обработки воздуха и электровентилятор. Жидкостные теплообменники холодного и горячего спаев с находящимися между ними термоэлектрическими модулями Пельтье расположены в теплоизолированном корпусе и соединены с теплообменниками холодного и горячего контуров, объединенных вместе с электровентилятором в общий корпус, расположенный в помещении, при этом теплообменник холодного спая соединен трубопроводом через циркуляционный насос холодного контура с теплообменником холодного контура, образуя замкнутый контур, а теплообменник горячего спая соединен трубопроводом через циркуляционный насос горячего контура с теплообменником горячего контура, образуя также замкнутый контур.

Недостатком известной установки является то, что в соответствии с эффектом Пельтье теплопроизводительность горячего контура термоэлектрической установки в три, четыре раза больше холодопроизводительности холодного контура, в результате чего для согласованной работы горячего и холодного контура и эффективной работы установки в помещении часть тепловой энергии горячего контура необходимо сбрасывать в окружающую среду, что приводит к снижению к.п.д. установки в целом.

Задачей настоящего изобретения является повышение КПД термоэлектрической установки с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения за счет использования сбросной тепловой энергии.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность использовать сбросную энергию в тепловых технологических процессах, например нагреве воды и тем самым повысить эффективность работы установки осушения воздуха в помещениях сельскохозяйственного производства установки за счет того, что в трубопровод горячего контура вмонтирован проточный теплообменник.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой термоэлектрической установке с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения, содержащей термоэлектрический блок, с расположенными в нём жидкостными теплообменниками холодного и горячего спаев и помещенными между ними термоэлектрическими модулями, корпус-трубу с расположенными в нем теплообменниками холодного и горячего контуров охлаждения и нагрева воздуха, и электровентилятором, согласно изобретению, в трубопровод горячего контура вмонтирован проточный теплообменник, вторичный контур которого одним трубопроводом соединен с баком-аккумулятором для сбора нагретой в теплообменнике воды, а другим трубопроводом соединен через запорный вентиль с электроприводом с водопроводной сетью, при этом бак-аккумулятор соединен трубопроводом с проточным электроводонагревателем для доведения температуры воды до требуемого значения.

В предлагаемой термоэлектрической установке для согласованной работы теплообменников горячего и холодного контуров ¾ тепловой энергии, вырабатываемой термоэлектрическими модулями используется для нагрева воды поступающей из водопровода через проточный теплообменник в бак-аккумулятор и проточный электроводонагреватель, а ¼ энергии используется в теплообменнике горячего контура для подогрева охлажденного и осушенного воздуха в теплообменнике холодного контура.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения.

Термоэлектрическая установка с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения содержит термоэлектрический блок 1 с расположенными в нем жидкостными теплообменниками холодного спая 3 и горячего спая 4 и помещенными между ними термоэлектрическими модулями 2; теплообменник холодного контура 5, установленный в корпусе - трубе 6, циркуляционный насос холодного контура 7, используемый для циркуляции жидкости в холодном контуре установки, электровентилятор 8, расположенный в корпусе - трубе 6, который используется для подачи осушаемого воздуха в установку, теплообменник горячего контура 9, установленный в корпусе - трубе 6, трубопровод горячего контура 10 и трубопровод холодного контура 11, циркуляционный насос горячего контура 12, который используется для циркуляции жидкости в горячем контуре установки, в трубопровод горячего контура 10 вмонтирован проточный теплообменник 13, вторичный с помощью которого ¾ энергии, вырабатываемой теплообменником горячего спая 4 отводится в бак-аккумулятор 14, в котором аккумулируется горячая вода, соединительный трубопровод 15, который соединяет проточный теплообменник 13 с баком-аккумулятором 14, питающую трубу 16 для подачи воды из водопроводной сети в проточный теплообменник 13, трубопровод 17, соединяющий бак-аккумулятор 14 с проточным электроводонагревателем 18, запорный вентиль с электроприводом 19, расположенный в питающей трубе 16, расходный вентиль 20, установленный на выходе из электроводонагревателя 18, блок управления 21.

Термоэлектрическая установка с аккумуляцией тепла для осушения воздуха помещений сельскохозяйственного назначения работает следующим образом.

При повышении влажности в помещении выше допустимого уровня из блока управления 21 производится включение вентилятора 8, термоэлектрических модулей 2, циркуляционного насоса холодного контура 7, циркуляционного насоса горячего контура 12 и вентиля с электроприводом 19. Вентилятор 8 начинает прокачивать влажный воздух помещения, который проходит через теплообменник холодного контура 5 и теплообменник горячего контура 9. При движении воздуха через теплообменник 5 воздух за счёт теплообмена с холодной поверхностью теплообменника 5 охлаждается и при этом излишняя влага конденсируется на теплообменной поверхности теплообменника холодного контура 5. Далее осушенный и охлажденный воздух проходит через теплообменник горячего контура 9, в котором нагревается до исходной температуры и поступает в помещение, не вызывая его охлаждения. На подогрев воды в теплообменнике горячего контура 3 затрачивается ¼ тепловой энергии, вырабатываемой термоэлектрическими модулями 2. Остальная часть энергии идет на нагрев воды с помощью проточного теплообменника 13, в который вода поступает по питающему трубопроводу 16 из водопроводной сети при открытом запорном вентиле с электроприводом 19. Нагретая вода в проточном теплообменнике 13 аккумулируется в баке-аккумуляторе 14, откуда по трубопроводу 17 вода при открытом расходном вентиле 20, поступает в проточный электроводонагреватель 18, в котором осуществляется доведение температуры воды до требуемого значения. Осушенный и подогретый воздух подается в помещение, где смешивается с воздухом помещения. В результате смешения осушенного воздуха с воздухом помещения влажность воздуха в помещении постепенно понижается и при достижении заданного уровня влажности вентилятор 8, термоэлектрические модули 2 и циркуляционные насосы 7 и 12 выключаются.