Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ПОМЕЩЕНИЯ

Устройство предназначено для вентиляции помещения в административных, общественных и промышленных зданиях.

Известно устройство для вентиляции помещения (см. патент РФ №2384794, МПК F24F 7/06, F24F 1/01. Опубликовано 23.03.2010, Бюл. №8), содержащее приточную магистраль с эжектирующим элементом, подключенную к воздухораспределителю, присоединенный к нему воздуховод и образованные тремя оконными стеклами вертикальные воздушные внешний и внутренний каналы, которые сообщены в верхней части соответственно с воздуховодом и помещением, эжекторный кондиционер-доводчик, расположенный в помещение под окном и соединенный с нижней частью внутреннего канала, а внешний канал в нижней части соединен с помещением, при этом оконное стекло со стороны помещения выполнено из теплопоглощающего материала, причем на внутренней поверхности внешнего канала в нижней части соединения с помещением выполнены винтообразные канавки с направлением касательной по ходу часовой стрелки, а на внутренней части его соединения с внешним каналом выполнены канавки с направлением касательной против часовой стрелки.

Недостатком является энергоемкость подачи вентилируемого воздуха через приточную магистраль и канал из-за наличия в нем загрязнений в виде твердых частиц и каплеобразной влаги, особенно влаги, в замерзшем состоянии, т.е. инея или льда, когда приводом вентилятора затрачивается дополнительная энергия на сжатие и перемещение с резким возрастанием аэродинамического сопротивления данной смеси как из приточной магистрали, так и в воздуховоде.

Известно устройство для вентиляции помещения (см. патент РФ №92939 на полезную модель МПК F24F 7/06. Опубликовано 10.04.2010, Бюл. №10), содержащее приточную магистраль, воздуховод и канал, образованный оконным стеклом из теплоизолирующего материала с внутренней стороны, приточная магистраль снабжена вентилятором с приводом от двигателя, между которыми расположен регулятор скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающий регулятор температуры и влажности, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения, задания и нелинейно обратной связи, электронный и магнитный усилители, а также электронный датчик температуры и оптический датчик влажности, выход воздуховода выполнен в виде суживающегося сопла, на внутренней поверхности которого расположены криволинейные канавки, продольно размещенные от входного к выходному сечениям, при этом вентилятор со стороны входного патрубка снабжен воздушным фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и конденсатоотводчиком в нижней части и верхней крышкой, внутри которого размещены перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищающего воздуха, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха в виде суживающего сопла и снабжен со стороны входа очищаемого воздуха съемной металлической сеткой.

Недостатком является энергоемкость, обусловленная дополнительной затратой электрической энергии на питание системы автоматизированного управления процессом регулирования скорости вращения привода вентилятора, что в итоге повышает стоимостные затраты на вентиляцию помещения как в административном и общественном, так и промышленном зданиях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на вентиляцию путем устранения потребления дополнительной электроэнергии на обеспечение работы системы электронно-оптического контроля производства воздуха нормированных параметров.

Технический результат по снижению энергозатрат достигается тем, что устройство для вентиляции помещения содержит приточную магистраль, воздуховод и канал, образованный оконным стеклом из теплоизолирующего материала с внутренней стороны, при этом приточная магистраль снабжена вентилятором с приводом от двигателя, между которыми расположен регулятор скорости вращения в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающий регулятор температуры и влажности, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения, задания и нелинейной обратной связи, электронный и магнитный усилители, а также электронный датчик температуры и оптический датчик влажности, выход воздуховода выполнен в виде суживающегося сопла, на внутренней поверхности которого расположены криволинейные канавки, продольно размещенные от входного к выходному сечениям, причем вентилятор со стороны входного патрубка снабжен воздушным фильтром, содержащим корпус с коническим днищем и конденсатоотводчиком в нижней части и верхней крышкой, внутри которого размещены перфорированный металлический цилиндр, обтянутый проволочной сеткой с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером вывода очищающего воздуха, отражательную перегородку, штуцер ввода очищаемого воздуха в виде суживающего сопла и снабжен со стороны входа очищаемого воздуха съемной металлической сеткой, при этом приточная магистраль снабжена термоэлектрическим генератором, выполненным в виде корпуса с проходным каналом для вентилируемого воздуха и комплекта дифференциальных термопар, «горячие» концы которых укреплены внутри проходного канала для вентилируемого воздуха, а «холодные» концы расположены на внешней поверхности корпуса термоэлектрического генератора вдали от проходного канала для вентилируемого воздуха, кроме того, вход проходного канала для вентилируемого воздуха соединен с воздухопроводом приточной магистрали у входа вентилятора, а выход его соединен с входом в канал, образованный оконным стеклом из теплоизолирующего материала.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для вентиляции помещения; на фиг.2 - внутренняя поверхность суживающегося сопла с криволинейными канавками.

Устройство для вентиляции помещения содержит приточную магистраль 1, соединенную посредством воздуховода 2 с каналом 3, образованным оконным стеклом 4 из теплопоглощающего материала с внутренней стороны и несущей конструкцией 5 помещения. При этом приточная магистраль 1 снабжена вентилятором 6 с приводом от двигателя 7, между которыми расположен регулятор скорости вращения 8 в виде блока электромагнитных муфт, и системой электронно-оптического контроля, включающий регулятор температуры 9 и регулятор влажности 10, каждый из которых содержит взаимосвязанные блоки сравнения 11 и 12, задания 13 и 14, блоки нелинейной обратной связи 15 и 16, электронные усилители 17 и 18, магнитные усилители 19 и 20, а также электронный датчик температуры 21 и оптический датчик влажности 22. На входе воздуховода 2 установлено суживающееся сопло 23, на внутренней поверхности которого расположены криволинейные канавки 24, продольно размещенные от входного 25 к выходному 26 отверстиям. В канале 3 расположены «застойные зоны» 27 и 28, вентилятор 6 со стороны входного патрубка 29 снабжен воздушным фильтром 30, содержащим корпус 31 с коническим днищем 32 и конденсатоотводчиком 33 в нижней части и верхней крышкой 34, внутри которого размещен перфорированный металлический цилиндр 35, обтянутый проволочной сеткой 36 с фильтрующим элементом, соединенный со штуцером ввода очищенного воздуха 37, отражательную перегородку 38, установленную после выходного отверстия штуцера ввода очищаемого воздуха 39 в виде суживающегося сопла, и снабжен со стороны входа очищаемого воздуха съемной металлической сеткой 40.

Приточная магистраль 1 снабжена термоэлектрическим генератором 41, выполненным в виде корпуса 42 с проходным каналом 43 для вентилируемого воздуха и комплекта дифференциальных термопар 44. «Горячие» концы 45 комплекта дифференциальных термопар 44 укреплены внутри проходного канала 44 для вентилируемого воздуха, а «холодные» концы 46 расположены на внешней поверхности 47 корпуса 42 термоэлектрического генератора 41 вдали от проходного канала 43. Вход 48 проходного канала 43 вентилируемого воздуха корпуса 42 термоэлектрического генератора 41 соединен с воздухопроводом 2 приточной магистрали 1, а выход проходного канала 43 соединен с входом 49 канала 3.

Устройство для вентиляции помещения работает следующим образом.

При работе вентилятора транспортируемый по приточной магистрали 1 и нагреваемый в процессе работы вентилятора 6 с приводом 7 воздух поступает в воздухопровод 2 с превышением температуры воздуха относительно окружающей среды на 10-15°C (см., например, стр.80: Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. М.: Стройиздат, 1982. - 312 с., ил.). Из воздуховода 2 нагретый вентиляционный воздух поступает в проходной канал 43 корпуса 42 термоэлектрического генератора 41, где контактирует с «горячими» концами 45 комплекта дифференциальных термопар 44. В связи с тем, что «холодные» концы 46, расположенные на внешней поверхности 47 корпуса 42, контактируют с воздухом окружающей среды, имеющим более низкую температуру, чем вентилируемый воздух в проходном канале 43, на выходных концах дифференциальных термопар 44 возникает термоЭДС, значение которой достигает 6,96 мВ (см. Иванова Г.М. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 232 с., ил.), что обеспечивает получение от 12 до 36 В (см., например: Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент: Справочник. Под общей редакцией В.М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 560 с., ил.). Полученный источник тепла в виде термоэлектрического генератора 45 обеспечивает электрической энергией работу как регулятора температуры 9, так и регулятор влажности 10, что устраняет необходимость использования дополнительной электрической энергии, т.е. в целом снижает энергозатраты при эксплуатации устройства для вентиляции помещения.

При работе вентилятора 6 атмосферный воздух, загрязненный капельной влагой и твердыми частицами как атмосферной, так и технологической пыли промышленной зоны, в которой размещен вентилятор 6, при положительных температурах окружающей среды и влагой в твердом состоянии и твердыми частицами пыли при отрицательных температурах, поступит в штуцер 39 ввода очищаемого воздуха корпуса 31 воздушного фильтра 30. Крупные частицы загрязнений при контакте со съемной металлической сеткой 40 задерживаются, а более мелкие проходят и поступают в полость штуцера 39, выполненного в виде суживающегося сопла, и в результате уменьшения проходного сечения и соответствующего возрастания скорости всасываемого потока оттесняются к стенке, где сталкиваются с другими частицами, укрупняются и становятся «ядрами конденсации» водяного пара.

На выходе из штуцера 39 ввода очищаемого воздуха, выполненного в виде суживающегося сопла, поток всасываемого воздуха внезапно расширяется снижая свою температуру (эффект Джоуля-Томпсона, см., например, стр.199: Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа. 1980. - 469 с., ил.). Это приводит к дополнительной коагуляции мельчайших частиц влаги, которая с твердыми частицами пыли, а при отрицательных температурах и с твердой фазой жидкости, ударяясь об отражательную перегородку 38, падает в коническое днище 32 фильтра 30, где и накапливается конденсат и твердые частицы загрязнений, которые здесь смачиваются. Тем самым предотвращается их унос к проволочной сетке 36 с фильтрующим элементом. Дальнейшая тонкая очистка всасываемого атмосферного воздуха осуществляется на проволочной сетке 36 фильтрующего элемента, где происходит коагуляция мельчайших капелек влаги и слипание мелкодисперсной пыли (атмосферной и технологической), еще находящихся в движущемся потоке воздуха. После чего образовавшиеся капельки стекают в коническое днище 32, а очищенный воздух через перфорированный металлический цилиндр 35 поступает в штуцер вывода очищенного воздуха 37 и далее во входной патрубок 29 вентилятора 6. В результате очистки атмосферного воздуха от загрязнений в виде влаги и твердых частиц вентилятор 6 работает в оптимальном режиме без дополнительных энергозатрат, связанных с преодолением аэродинамического сопротивления во входном патрубке 29 из-за наличия и налипания загрязнений на его внутреннюю поверхность.

Очищенный поток воздуха после вентилятора 6 нагнетается в приточную магистраль 1 и через воздуховод 2 поступает в суживающееся сопло 23, где от входного 25 до выходного 26 отверстий перемещается по продольно расположенным криволинейным канавкам 24 и закручивается, после чего поступает в канал 3, интенсивно перемешиваясь в «застойных зонах» 27 и 28 под действием результирующей силы давления, тем самым осуществляя равномерный процесс теплопередачи на несущие конструкции 5 помещения.

Для обеспечения надежности очистки атмосферного вентилируемого воздуха от загрязнений при длительной эксплуатации (наблюдается поступление мельчайших капель влаги, не удаленной в фильтре) осуществляется контроль температурно-влажностного режима процесса вентиляции помещения, который выполняется следующим образом.

Измерение температуры воздуха канала 3 производится датчиком температуры 21 регулятора температуры 9. При этом если температура воздуха становится меньше нормированной, то сигнал, поступающий с датчика температур 21, становится большим, чем сигнал блока задания 13, то на входе сравнения 11 появляется сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 17 одновременно с сигналом отрицательной нелинейной обратной связи блока 15. Сигнал с выхода электронного усилителя 17 поступает на вход магнитного усилителя 19, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку электромагнитной муфты 8 вентилятора 6. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 17 вызывает уменьшение тока возбудителя на выходе магнитного усилителя 19. В результате момент, передаваемый муфтой 8 от привода 7 вентилятору 6, уменьшается и подача воздуха в вентилируемый канал 3 также уменьшается, что сокращает количественное поступление влаги на поверхность несущей поверхности 5 и, соответственно, поддерживает оптимальные температурно-влажностные характеристики строительного материала при эксплуатации помещения.

Увлажнение поверхности несущей конструкции 5 и, соответственно, вентилируемого воздуха регулируется датчиком влажности 22. При этом если сигнал задания 14 регулятора влажности 10 превышает сигнал оптического датчика влажности 22, то на выходе блока сравнения 12 появляется сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 18. Сюда поступает и сигнал с блока нелинейной обратной связи 16, который вычитается из сигнала блока сравнения 12. Сигнал с выхода электронного усилителя 18 поступает на вход магнитного усилителя 20, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку регулятора скорости вращения 8 в виде блока поршневых электромагнитных муфт привода 7 вентилятора 6.

Положительная полярность сигнала электронного усилителя 18 вызывает движение тока возбуждения на выходе 20, тем самым увеличивается момент, передаваемый от привода 7 регулятора скорости вращения 8, за счет чего достигается увеличение подачи воздуха вентилятора 6 до тех пор, пока не будет удалена конденсатная пленка с поверхности несущей конструкции 5, а процесс конечной конденсации будет осуществляется с более низким увлажнением строительного материала.

Оригинальность предложенного технического решения заключается в том, что снабжение устройства для вентиляции помещения термоэлектрическим генератором, расположенным на приточной магистрали, обеспечивает снижение энергозатрат на производство вентилируемого воздуха путем устранения необходимости потребления дополнительной энергетической энергии на питание системы автоматизированного контроля в виде регуляторов температуры и влажности, электронно-оптическая схема которых и повышает эффективность процесса вентиляции помещения.