Способ кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства и устройство для его осуществления

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к системам кондиционирования воздуха. Способ заключается в подаче воздуха, охлаждении его до температуры ниже точки росы с конденсацией, выделением, накоплением, очищением и обогащением конденсата. Кондиционирование осуществляется до нормируемых параметров с одновременной высадкой конденсата. Отделение конденсата из поступающего потока атмосферного воздуха осуществляют путем увеличения сечения входного канала теплообменника-испарителя Ω₂ относительно поперечного сечения входного канала испарительного блока кондиционера Ω₁ с учетом значения величины 1/cosα, где α - угол наклона входной поверхности теплообменника-испарителя к плоскости поперечного сечения входного канала испарительного блока кондиционера, причем 0°<α<90°, и торможения потока при прохождении через теплообменник-испаритель. Конденсат очищают и минерализуют под давлением до 1 бара. Устройство содержит испарительный блок кондиционера, состоящий из вентилятора, теплообменника-испарителя и поддона, влагосборник, блок фильтрации и насыщения конденсата. Теплообменник-испаритель, расположенный перед вентилятором, установлен под углом 0°<α<90° к направлению входного канала испарительного блока кондиционера, а на выходе теплообменника-испарителя вплотную закреплена мелкоячеистая сетка. В качестве блока фильтрации и насыщения конденсата использован минерализатор. Техническим результатом является создание требуемого микроклимата в салоне транспортного средства с одновременным получением воды из атмосферного воздуха в количествах, достаточных для практического применения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию транспортных средств, а именно к кондиционерам, обеспечивающим требуемый микроклимат в салоне транспортного средства и получение воды из атмосферного воздуха в регионах с жарким климатом и дефицитом воды.

Известна установка для кондиционирования воздуха в транспортном средстве и способ ее работы [1]. Установка для кондиционирования воздуха в транспортном средстве содержит узел подачи наружного воздуха, испаритель-теплообменник, сепаратор влаги, где отделяются укрупненные капли воды и по трубопроводу сливаются во влагосборник. Установка снабжена системой управления.

Способ работы установки заключается в подаче в теплообменник воздуха, охлаждении его до точки росы с образованием паро-воздушной смеси, разделении ее на охлажденный воздух, направляемый в кабину транспортного средства, и дистиллят, сливаемый в специальную емкость. Система управления регулирует подачу воздуха в зависимости от температуры в кабине транспортного средства.

Недостатком данного изобретения является малое количество получаемого дистиллята, недостаточное для его практического применения.

Наиболее близким техническим решением к заявленному по совокупности существенных признаков является способ кондиционирования воздуха для транспортного средства и устройство для его осуществления [2]. Способ кондиционирования воздуха заключается в охлаждении воздуха в двух режимах: собственно кондиционирования и кондиционирования с повышенной высадкой дистиллята в условиях повышенной влажности наружного воздуха, охлаждении его до температуры ниже точки росы. Переход с первого режима на второй производится увеличением расхода подаваемого воздуха не менее чем в два раза, отделение дистиллята осуществляют изменением направления потока охлажденного воздуха, сопровождающимся уменьшением его скорости, кроме того, накопленный дистиллят очищают и обогащают до получения воды требуемого качества.

Устройство кондиционирования воздуха снабжено датчиками температуры и влажности наружного воздуха, системой управления, испарителем-теплообменником и сепаратором, размещенным в корпусе. Сепаратор дистиллята выполнен в виде пластины, один конец которой закреплен на верхней части корпуса вблизи испарителя-теплообменника и установлен под углом к направлению воздушного выброса испарителя-теплообменника с возможностью изменения этого угла. Поддон для сбора дистиллята расположен в нижней части корпуса и соединен с влагосборником дистиллята, выполненным в виде накопительной емкости с датчиком уровня дистиллята, подключенным к системе управления. Кроме того, устройство может содержать средства фильтрации и насыщения дистиллята, состоящие не менее чем из трех секций, которые представляют собой картриджи с различными засыпками,

Недостатком данного изобретения является то, что устройство не гарантирует полноту конденсации насыщенного пара в межреберном пространстве испарителя-теплообменника.

Целью предлагаемого изобретения является получение кондиционированного воздуха, обеспечивающего требуемый международными стандартами микроклимат в салоне транспортного средства с одновременным эффективным извлечением воды из атмосферного воздуха и преобразованием ее в воду питьевого качества в количествах, достаточных для практического применения в регионах с жарким климатом при оптимальных габаритах кондиционера.

Указанная цель достигается тем, что в способе кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства, заключающемся в подаче воздуха, охлаждении его до температуры ниже точки росы с конденсацией, выделением, накоплением, очищением и обогащением конденсата, кондиционирование воздуха салона транспортного средства до нормируемых параметров производят с одновременной высадкой конденсата, при этом отделение конденсата из поступающего потока атмосферного воздуха осуществляют путем увеличения сечения входного канала теплообменника-испарителя Ω₂ относительно поперечного сечения входного канала испарительного блока Ω₁ с учетом значения величины 1/cosα, где α - угол наклона входной поверхности теплообменника-испарителя к плоскости поперечного сечения входного канала испарительного блока, причем 0°<α<90°, и торможения потока при прохождении через теплообменник-испаритель.

Кроме того, конденсат может быть очищен и минерализован под давлением до 1 бара.

Известно [3], что условием эффективной конденсации насыщенного и даже перенасыщенного пара является присутствие центров конденсации (газовых ионов, пылинок). Если центры конденсации отсутствуют, то конденсация пара начинается в местах уплотнений вещества, имеющих характер флуктуаций, т.е. скопление значительного числа молекул. Малая вероятность подобных флуктуаций обуславливает задержку конденсации и, как следствие, снижает полноту (эффективность) перехода пара в жидкую фазу. Количественной мерой вероятности малых флуктуации Δρ величины плотности ρ в макроскопической системе является работа ΔА, которую необходимо совершить над системой для изменения плотности ρ на величину Δρ. Величину ΔА можно представить как изменение потенциальной энергии системы при ее перемещении в некотором силовом поле. Мерой флуктуации плотности является средний квадрат разности , где ρ - истинное значение величины плотности, - среднее ее значение, - называемой квадратичной флуктуацией плотности.

Плотность ρ=1/Vo=m/V, где

m - масса заключенная в объеме V, в котором происходит флуктуация,

Vo - удельный объем.

Квадратичная флуктуация плотности:

где β=1/Vo·(dVo/dP) - изотермическая сжимаемость вещества,

Т - температура системы, k - постоянная Больцмана, Р - давление.

В соответствии с уравнением, определяющим скорость ω течения газа (влажного воздуха) в сечении Ω, отстающем от входа на расстоянии х [4]:

1/ω(ω²-с²)·dω/dx=с²/ Ω·d Ω/dx,

где с - местная скорость звука в расширяющемся канале.

Когда d Ω/dx>0 (при ω<с) величина dω/dx<0, т.е. течение газа (влажного воздуха) является замедленным и, следовательно, в расширяющейся части канала газ (влажный воздух) сжимается, давление его возрастает, а скорость убывает, т.е. кинетическая энергия газа влажного воздуха преобразуется в потенциальную энергию давления. Последнее обстоятельство создает условия для образования флуктуации плотности газа (влажного воздуха) [4, 5].

Предложенный способ кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства реализуется устройством, содержащим испарительный блок, состоящий из вентилятора, теплообменника-испарителя и поддона, влагосборник, блок фильтрации и насыщения конденсата, при этом теплообменник-испаритель расположенный перед вентилятором, установлен под углом 0°<α<90° к направлению входного канала испарительного блока кондиционера, а на выходе теплообменника-испарителя вплотную закреплена мелкоячеистая сетка. Кроме того, в качестве блока фильтрации и насыщения может быть использован минерализатор.

Расположение теплообменника-испарителя под углом α к входному сечению канала испарительного блока позволяет использовать теплообменник-испаритель с большим входным сечением и установка мелкоячеистой сетки на его выходе ведет к более эффективному выделению конденсата при сохранении заданных габаритов кондиционера. Если формы сечений входного канала испарительного блока Ω₁ и входного канала теплообменника-испарителя Ω₂ одинаковы, то Ω₂= Ω₁/cosα.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображено устройство, реализующее способ кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства.

Устройство содержит компрессор 1 для сжатия газообразного хладагента, конденсатор 2, ресивер 3, испарительный блок 4, включающий теплообменник-испаритель 5 с термостатом 6, терморегулируемым вентилем 7 и мелкоячеистой сеткой 8, вентилятор 9. Нижняя часть испарительного блока снабжена поддоном 10 для сбора конденсата. Поддон соединен с накопительной емкостью 11 и далее через помпу 12 с блоком фильтрации и насыщения 13. Устройство снабжено вентилем 14 для слива воды питьевого качества.

Устройство работает следующим образом. При включении кондиционера наружный атмосферный воздух, нагнетаемый вентилятором 9, поступает в теплообменник-испаритель 5, где охлаждается до температуры ниже точки росы и тормозится с эффективной высадкой конденсата. Отбор конденсата унесенного потоком охлажденного воздуха производится мелкоячеистой сеткой 8. Охлажденный воздух идет на выход испарительного блока 4 и поступает в салон транспортного средства. Конденсат попадает в поддон 10 и далее через накопительную емкость 11, помпу 12 под давлением направляется в блок фильтрации и насыщения 13, в качестве которого может быть использован стандартный минерализатор. Слив воды питьевого качества осуществляют вентилем 14.

Опытный образец устройства предлагаемого кондиционера изготовлен и прошел испытания, показав высокую эффективность получения воды питьевого качества и обеспечив требуемый международными стандартами микроклимат в салоне транспортного средства.

Источники информации

1. Ю.Н.Колин, В.И.Прохоров и др. Установка для кондиционирования воздуха. А.с. СССР №914330, опубл. 23.03.82, Бюлл. №11.

2. П.Б.Баум, А.В.Крюковский и др. Способ кондиционирования воздуха для транспортного средства и устройство для его осуществления. Патент РФ №2205109, опубл. 27.05.2003 г., Бюлл. - №15.

3. Б.М.Яворский, А.А.Детлаф. Справочник по физике. М., Наука, 1971 г., стр.237-239, 251.

4. М.П.Вукалович, И.И.Новиков. Термодинамика. М., Машиностроение, 1972 г., стр.232-233; 297, 302-312.

5. Л.Г.Лойцянский. Механика жидкости и газа. М., Наука, 1972 г., стр.118-124; 140-150; 280-294.

1. Способ кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства, заключающийся в подаче воздуха, охлаждении его до температуры ниже температуры точки росы с конденсацией, выделением, накоплением, очищением и обогащением конденсата, отличающийся тем, что осуществляется кондиционирование воздуха салона транспортного средства до нормируемых параметров с одновременной высадкой конденсата, при этом отделение конденсата из поступающего потока атмосферного воздуха осуществляют путем увеличения сечения входного канала теплообменника-испарителя Ω₂ относительно поперечного сечения входного канала испарительного блока кондиционера Ω₁ с учетом значения величины 1/cosα, где α - угол наклона входной поверхности теплообменника-испарителя к плоскости поперечного сечения входного канала испарительного блока кондиционера, причем 0°<α<90α, и торможения потока при прохождении через теплообменник-испаритель.

2. Способ кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что конденсат очищают и минерализуют под давлением до 1 бара.

3. Устройство кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства, содержащее испарительный блок кондиционера, состоящий из вентилятора, теплообменника-испарителя и поддона, влагосборник, блок фильтрации и насыщения конденсата, отличающееся тем, что теплообменник-испаритель, расположенный перед вентилятором, установлен под углом 0°<α<90° к направлению входного канала испарительного блока кондиционера, а на выходе теплообменника-испарителя вплотную закреплена мелкоячеистая сетка.

4. Устройство кондиционирования воздуха с извлечением воды из атмосферы для транспортного средства по п.3, отличающееся тем, что в качестве блока фильтрации и насыщения конденсата может быть использован минерализатор.