установка для кондиционирования воздуха, имеющая обогащающее кислородом устройство

Формула изобретения

1. Установка для кондиционирования воздуха, содержащая наружный блок, имеющий наружный теплообменник для теплообмена между теплоносителем и внешним воздухом, внутренний блок, имеющий внутренний теплообменник для теплообмена между воздухом в комнате и теплоносителем, и устройство подачи обогащенного кислородом воздуха, включающее воздушный компрессор для обеспечения сжатого воздуха, сепаратор обогащенного кислородом воздуха для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, и подводящую трубку для подачи обогащенного кислородом воздуха, получаемого от сепаратора обогащенного кислородом воздуха, во внутренний блок, в которой сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус, выпускной канал обогащенного кислородом воздуха, выпускающий обогащенный кислородом воздух через подводящую трубку, выпускной канал обогащенного азотом воздуха для выпуска обогащенного азотом воздуха в атмосферу, разделяющие мембраны для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, причем внутренняя часть основного корпуса разделена на первое пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного азотом воздуха, и второе пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного кислородом воздуха, и блок поддержания давления для поддержания перепада давления между первым и вторым пространством выше заданного уровня.

2. Установка по п.1, в которой блок поддержания давления представляет собой узкую трубку с открытыми концевыми участками, проходящую от выпускного канала обогащенного азотом воздуха.

3. Установка по п.2, в которой узкая трубка скручена в виде спирали.

4. Установка по п.1, в которой блок поддержания давления представляет собой клапан, установленный в выпускном канале обогащенного азотом воздуха.

5. Установка по п.1, в которой устройство для подачи обогащенного кислородом воздуха дополнительно включает первый узел фильтра, установленный в соединительной трубке между воздушным компрессором и сепаратором обогащенного кислородом воздуха, для удаления загрязнений в сжатом воздухе и снижения пульсирующего давления сжатого воздуха, второй узел фильтра, установленный в соединительной трубке между воздушным компрессором и сепаратором обогащенного кислородом воздуха, для удаления загрязнений и водяного конденсата из сжатого воздуха.

6. Установка по п.5, в которой второй узел фильтра имеет выпускной клапан для выпуска отделенного водяного конденсата.

7. Установка по п.1, в которой устройство для подачи обогащенного кислородом воздуха дополнительно включает датчик для определения окружающей среды комнаты и узел управления для управления функционированием внутреннего блока, наружного блока и воздушного компрессора в зависимости от определяемой окружающей среды комнаты.

8. Установка по п.7, в которой датчик представляет собой кислородный датчик для определения концентрации кислорода в воздухе комнаты.

9. Установка по п.7, в которой датчик представляет собой датчик двуокиси углерода для определения концентрации двуокиси углерода в воздухе комнаты.

10. Установка по п.1, в которой устройство для подачи обогащенного кислородом воздуха дополнительно включает звукопоглощающее устройство, установленное около блока всасывания воздушного компрессора.

11. Установка для кондиционирования воздуха, содержащая наружный блок, имеющий наружный теплообменник для теплообмена между теплоносителем и внешним воздухом, внутренний блок, имеющий внутренний теплообменник для теплообмена между воздухом в комнате и теплоносителем, и устройство подачи обогащенного кислородом воздуха, включающее воздушный компрессор для обеспечения сжатого воздуха, сепаратор обогащенного кислородом воздуха для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, и подводящую трубку для подачи обогащенного кислородом воздуха, получаемого от сепаратора обогащенного кислородом воздуха, во внутренний блок, причем сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус, выпускной канал обогащенного кислородом воздуха, соединенный с внутренним блоком через подводящую трубку, выпускной канал обогащенного азотом воздуха для выпуска обогащенного азотом воздуха наружу, и разделяющие мембраны для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, при этом внутренняя часть основного корпуса разделена на первое пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного азотом воздуха, и второе пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного кислородом воздуха, и нагревательное средство для нагревания разделяющих мембран до заданной температуры для улучшения селективной проницаемости для кислорода разделяющих мембран.

12. Установка по п.11, в которой нагревательное средство включает нагревательную проволоку, расположенную вокруг основного корпуса, датчик температуры для определения температуры внутри основного корпуса или снаружи основного корпуса, переключатель для управления электропитанием, подаваемым в нагревательную проволоку, причем переключатель выполнен с возможностью включения, когда температура, определяемая датчиком температуры, ниже первого заданного значения, и с возможностью выключения, когда температура, определяемая датчиком температуры, выше второго заданного значения, превышающего первое заданное значение.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к установке для кондиционирования воздуха; и более конкретно к установке для кондиционирования воздуха, имеющей обогащающее кислородом устройство, способное обеспечивать обогащенный кислородом воздух для комнаты.

Предшествующий уровень техники

При широком использовании установок для кондиционирования воздуха большая часть их деятельности выполняется в закрытой комнате. Однако, когда комната поддерживается в закрытом состоянии в течение долгого времени, могут быть вызваны разнообразные побочные эффекты, например, затрудненность дыхания, головная боль, ослабление памяти и т.д.

В качестве попытки решить эти задачи были разработаны системы отделения обогащенного кислородом воздуха, способные подавать в комнату кислород. В общем, в системах отделения обогащенного кислородом воздуха используются разделяющие мембраны, имеющие селективную проницаемость для кислорода. На фиг.1 показан известный сепаратор обогащенного кислородом воздуха.

Как показано на фиг.1, сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает полый основной корпус 10 и множество цилиндрических разделяющих мембран 20, установленных внутри основного корпуса 10. Внутренняя часть основного корпуса 10 разделена на два пространства 11a и 11b разделяющими мембранами 20. Воздух, вводимый в первое пространство 11a, проникает сквозь разделяющие мембраны 20 и переносится во второе пространство 11b вследствие перепада давления между первым и вторым пространствами 11a и 11b. Воздух, перенесенный во второе пространство 11b, имеет высокую концентрацию кислорода, находящуюся в пределах от приблизительно 30% до 45% (в дальнейшем упоминаемый как обогащенный кислородом воздух), так как разделяющие мембраны имеют высокую селективную проницаемость для кислорода. Между тем, воздух, остающийся в первом пространстве 11a (упоминаемый как обогащенный азотом воздух, поскольку концентрация азота в этом воздухе является сравнительно высокой), выпускается через выпускной канал 17 обогащенного азотом воздуха, имеющийся с одной стороны основного корпуса 10.

Однако этот обычный сепаратор обогащенного кислородом воздуха имеет недостаток, заключающийся в том, что производится много шума, когда выпускается обогащенный азотом воздух, то есть воздух, остающийся после отделения кислорода. Это, по-видимому, происходит потому, что выпускной канал обогащенного азотом воздуха представляет собой просто открытый конец.

Кроме того, поскольку селективная проницаемость для кислорода разделяющих мембран чувствительна к колебаниям температуры и быстро ухудшается во время зимнего сезона, когда температура низкая, во время зимы эффективность сепаратора обогащенного кислородом воздуха сильно снижается.

Сущность изобретения

Поэтому целью настоящего изобретения является создать сепаратор обогащенного кислородом воздуха, способный поддерживать большой перепад давления между первым и вторым пространством.

Другой целью настоящего изобретения является создать сепаратор обогащенного кислородом воздуха, имеющий разделяющие мембраны с превосходной селективной проницаемостью для кислорода независимо от внешней температуры.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предложена установка для кондиционирования воздуха, содержащая наружный блок, имеющий наружный теплообменник для осуществления теплообмена между теплоносителем и внешним воздухом; внутренний блок, имеющий внутренний теплообменник для осуществления теплообмена между воздухом в комнате и теплоносителем; и устройство подачи обогащенного кислородом воздуха, включающее воздушный компрессор для обеспечения сжатого воздуха, сепаратор обогащенного кислородом воздуха для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух; и подводящую трубку для подачи обогащенного кислородом воздуха, полученного от сепаратора обогащенного кислородом воздуха, во внутренний блок, причем сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус; выпускной канал обогащенного кислородом воздуха, выпускающий обогащенный кислородом воздух через подводящую трубку; выпускной канал обогащенного азотом воздуха для выпуска обогащенного азотом воздуха в атмосферу; разделяющие мембраны для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, при этом внутренняя часть основного корпуса разделена на первое пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного азотом воздуха, и второе пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного кислородом воздуха; и блок поддержания давления для поддержания перепада давления между первым и вторым пространством, превышающего заданный уровень.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предложена установка для кондиционирования воздуха, содержащая наружный блок, имеющий наружный теплообменник для осуществления теплообмена между теплоносителем и внешним воздухом; внутренний блок, имеющий внутренний теплообменник для осуществления теплообмена между воздухом в комнате и теплоносителем; и устройство подачи обогащенного кислородом воздуха, включающее воздушный компрессор для обеспечения сжатого воздуха; сепаратор обогащенного кислородом воздуха для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух; и подводящую трубку для подачи обогащенного кислородом воздуха, полученного от сепаратора обогащенного кислородом воздуха, во внутренний блок, причем сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус; выпускной канал обогащенного кислородом воздуха, соединенный с внутренним блоком через подводящую трубку; выпускной канал обогащенного азотом воздуха для выпуска обогащенного азотом воздуха наружу; и разделяющие мембраны для разделения сжатого воздуха на обогащенный кислородом воздух и обогащенный азотом воздух, при этом внутренняя часть основного корпуса разделена на первое пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного азотом воздуха, и второе пространство, сообщающееся с выпускным каналом обогащенного кислородом воздуха; и нагревательное средство для нагревания разделяющих мембран до заданной температуры для улучшения селективной проницаемости для кислорода разделяющих мембран.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые и другие цели и особенности настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 показывает вид в поперечном разрезе известной установки для кондиционирования воздуха;

фиг.2 - вид в изометрии установки для кондиционирования воздуха согласно изобретению;

фиг.3 - схематический вид устройства для подачи обогащенного кислородом воздуха согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.4 - вид сбоку в поперечном разрезе устройства для подачи обогащенного кислородом воздуха согласно первому варианту осуществления изобретения;

фиг.5 - вид сбоку в поперечном разрезе устройства для подачи обогащенного кислородом воздуха согласно второму варианту осуществления изобретения; и

фиг.6 - сепаратор обогащенного кислородом воздуха согласно третьему варианту осуществления изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения

Обратимся к фиг.2, на которой представлена установка для кондиционирования воздуха согласно изобретению. Установка для кондиционирования воздуха включает внутренний блок 100, наружный блок 200 и установку для подачи обогащенного кислородом воздуха.

Фиг.3 представляет схематический вид установки для подачи обогащенного кислородом воздуха по фиг.2.

Что касается фиг.2 и 3, то на них установка для подачи обогащенного кислородом воздуха включает воздушный компрессор 310, сепаратор 320 обогащенного кислородом воздуха, первый и второй узлы 330 и 340 фильтров, звукопоглощающее устройство 350, кислородный датчик 360 и блок управления (не показан).

Воздушный компрессор 310 установлен с одной стороны наружного блока 200 для сжатия вводимого снаружи воздуха.

Сепаратор 320 обогащенного кислородом воздуха имеет один впускной канал, два выпускных канала и установленные в нем разделяющие мембраны. Впускной канал сепаратора 320 обогащенного кислородом воздуха сообщается с воздушным компрессором 310. Один из двух выпускных каналов сепаратора 320 обогащенного кислородом воздуха представляет собой выпускной канал 326 обогащенного азотом воздуха, а другой - выпускной канал обогащенного кислородом воздуха, причем выпускной канал обогащенного азотом воздуха сообщается с пространством снаружи комнаты, в то время как выпускной канал обогащенного кислородом воздуха сообщается с комнатой через трубку 304 введения обогащенного кислородом воздуха. Далее, разделяющие мембраны имеют высокую селективную проницаемость для кислорода и предпочтительно сделаны, например, из полиимида. Однако следует отметить, что материал элементов разделяющих мембран не ограничен полиимидом, а может быть любым материалом, имеющим селективную проницаемость для кислорода, например, это может быть триацетат, polyculfone, полиолефин и аналогичные материалы.

Первый и второй узлы 330 и 340 фильтров установлены в соединительной трубке 302 между воздушным компрессором 310 и сепаратором 320 обогащенного кислородом воздуха для удаления загрязнений, содержащихся в воздухе, сжимаемом воздушным компрессором 310. Помимо этого, первый узел 330 фильтра устраняет пульсирующее давление сжатого воздуха, производимое воздушным компрессором 310, а второй узел 340 фильтра устраняет водяной конденсат из сжатого воздуха и выпускает водяной конденсат через установленный там выпускной клапан 342.

Звукопоглощающее устройство 350 имеет множество уложенных в нем в стопку материалов подавления шума и установлено около блока всасывания воздушного компрессора 310 для снижения производимых шумов, когда внешний воздух поступает в воздушный компрессор 310. Звукопоглощающее устройство 350 предпочтительно также функционирует с целью удаления загрязнений, содержащихся в воздухе.

Кислородный датчик 360, установленный с одной стороны внутреннего блока, определяет концентрацию кислорода в воздухе комнаты и передает оцененную концентрацию кислорода в узел управления.

Узел управления управляет установкой для подачи обогащенного кислородом воздуха посредством включения/выключения воздушного компрессора 310 в зависимости от концентрации кислорода, поступающей от кислородного датчика 360, таким образом позволяя поддерживать окружающую среду комнаты в оптимальном состоянии. Одновременно узел управления также управляет всей работой внутреннего блока и наружного блока установки для кондиционирования воздуха.

Между тем, вместо кислородного датчика 360 или наряду с ним можно использовать датчик двуокиси углерода. Кроме того, датчик СО, датчик NO_Х или датчик SO_Х можно использовать независимо от кислородного датчика в зависимости от окружающей среды комнаты. Более того, в дополнение к этим датчикам можно использовать таймер, при этом узел управления управляет воздушным компрессором для работы в течение периода времени, установленного пользователем.

Действие установки для подачи обогащенного кислородом воздуха начинается, когда в режиме ручного управления выбрана функция подачи обогащенного кислородом воздуха. С другой стороны, в режиме автоматического управления узел управления инициирует работу установки для подачи обогащенного кислородом воздуха, когда концентрация кислорода в воздухе комнаты, определяемая кислородным датчиком 360, опускается ниже заданного уровня.

Подача обогащенного кислородом воздуха запускается действием воздушного компрессора 310. Воздух снаружи комнаты вводится в воздушный компрессор 310 и сжимается там после прохождения через звукопоглощающее устройство 350. Шумы, производимые при введении воздуха в воздушный компрессор 310, сильно снижаются во время прохождения вводимого воздуха через материалы подавления шума, имеющиеся в звукопоглощающем устройстве 350. Кроме того, загрязнения, содержащиеся во вводимом воздухе, также удаляются во время прохождения воздуха через звукопоглощающее устройство 350. Воздух с удаленными загрязнениями сжимается воздушным компрессором 310 при высокой температуре с высоким давлением. Затем сжатый воздух вводится через соединительную трубку 302 в сепаратор 320 обогащенного кислородом воздуха. В то время как сжатый воздух проходит через соединительную трубку 302, первый и второй узлы 330 и 340 фильтров, установленные между воздушным компрессором 310 и сепаратором 320 обогащенного кислородом воздуха, соответственно, удаляют из сжатого воздуха загрязнения и водяной конденсат.

Сепаратор 320 обогащенного кислородом воздуха разделяет вводимый воздух на обогащенный кислородом воздух, имеющий более высокую концентрацию кислорода, чем обыкновенный воздух, и обогащенный азотом воздух, имеющий сравнительно меньшую концентрацию кислорода, чем обыкновенный воздух, используя установленные в нем разделяющие мембраны с селективной проницаемостью для кислорода. Концентрация кислорода обогащенного кислородом воздуха приблизительно изменяется в диапазоне от, приблизительно, 30% до 45%. Однако концентрация кислорода обогащенного кислородом воздуха может быть дополнительно увеличена до 50% посредством изменения давления или интенсивности подачи сжатого воздуха, вводимого в сепаратор 320 обогащенного кислородом воздуха, или установления последовательно двух или более сепараторов обогащенного кислородом воздуха.

Отделенный обогащенный кислородом воздух вводится во внутренний блок 100 установки для кондиционирования воздуха через трубку 304 введения обогащенного кислородом воздуха, подсоединенную к выпускному каналу обогащенного кислородом воздуха, и выпускается в комнату через выпускной канал 305 обогащенного кислородом воздуха, имеющийся на конце трубки 304 введения обогащенного кислородом воздуха. С другой стороны, отделенный обогащенный азотом воздух выпускается наружу из комнаты через выпускной канал 326 обогащенного азотом воздуха.

Если обогащенный кислородом воздух непрерывно подается в комнату до такой степени, что концентрация кислорода в комнате, определяемая датчиком 360, достигает или превышает заданный уровень, например, приблизительно 22%-23%, (или когда датчиком CO₂ определяется в воздухе концентрация CO ₂, составляющая, например, 18% или меньше), или если в режиме ручного управления введен сигнал остановки операции, узел управления прекращает подачу обогащенного кислородом воздуха, останавливая действие воздушного компрессора 310.

Рассмотрим фиг.4, на которой иллюстрируется сепаратор обогащенного кислородом воздуха в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

Сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус 110, разделяющие мембраны 120 и блок поддержания давления. Основной корпус 110 представляет собой элемент в форме полого цилиндра, и внутри основного корпуса 110 размещены множество разделяющих мембран 120 с помощью пары объемных насадок 112, где разделяющие мембраны представляют собой цилиндрические трубки с двумя открытыми концевыми участками. Разделяющие мембраны 120 выполнены из материалов с высокой селективной проницаемостью для кислорода по сравнению с любыми другими элементами в воздухе, например, из полиимида. Внутренняя часть основного корпуса 110 разделена объемными насадками 112 и разделяющими мембранами 120 на первое пространство 111a, сообщающееся с внутренней частью разделяющих мембран 120, и второе пространство 111b, сообщающееся с внешней частью разделяющих мембран 120.

Впускной канал 114 основного корпуса 110 и выпускной канал 117 обогащенного азотом воздуха сообщаются с первым пространством 111a, тогда как выпускной канал 116 обогащенного кислородом воздуха сообщается со вторым пространством 111b. Используемый здесь блок поддержания давления представляет собой узкую трубку 130, установленную в выпускном канале 117 обогащенного азотом воздуха, и предпочтительно установлен в виде скрученной спирали.

После введения в сепаратор обогащенного кислородом воздуха через впускной канал 114, часть сжатого воздуха проникает через разделяющие мембраны 120 и перемещается из первого пространства 111a во второе пространство 111b, в то время как остальная часть воздуха выпускается через узкую трубку 130, расположенную в выпускном канале 117 обогащенного азотом воздуха. Скорость выпуска и давление на выходе обогащенного азотом воздуха могут всегда поддерживаться на заданном уровне, поскольку узкая трубка 130, через которую выпускается обогащенный азотом воздух, имеет высокое сопротивление протеканию.

Соответственно, воздух, вводимый в первое пространство 111a, не может выпускаться наружу через выпускной канал 117 обогащенного азотом воздуха со столь же высокой скоростью, как в обычных случаях, поэтому перепад давления между первым и вторым пространством 111a и 111b можно поддерживать выше заданного уровня, и эффективность процесса отделения обогащенного кислородом воздуха может быть значительно улучшена. Кроме того, перепад давления между обогащенным азотом воздухом, выпускаемым наружу через узкую трубку 130, и атмосферой вне комнаты можно снижать до минимума посредством регулирования длины узкой трубки 130. В результате шумы, производимые при выпуске обогащенного азотом воздуха, также могут быть минимизированы.

Рассмотрим фиг.5, на которой показан сепаратор обогащенного кислородом воздуха в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Сепаратор обогащенного кислородом воздуха в соответствии со вторым вариантом осуществления имеет такую же конструкцию, как в первом варианте осуществления, показанном на фиг.2, за исключением того, что устройство поддержания давления сепаратора обогащенного кислородом воздуха во втором варианте осуществления представляет собой клапан 130' вместо узкой трубки 130, как в первом варианте осуществления.

Клапан 130' управляет скоростью выпуска воздуха, выпускаемого через выпускной канал 117 обогащенного азотом воздуха, чтобы она была маленькой, поддерживая надлежащим образом площадь поперечного сечения прохождения воздушного потока в выпускном канале 117 обогащенного азотом воздуха. В соответствии с этим, можно получить такие же результаты, как в первом варианте осуществления изобретения. Кроме того, скорость выпуска и давление на выходе обогащенного азотом воздуха также можно регулировать, управляя открытием клапана 130'.

Что касается фиг.6, то там представлен сепаратор обогащенного кислородом воздуха в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Сепаратор обогащенного кислородом воздуха включает основной корпус 110, разделяющие мембраны 120 и нагревательный элемент 130, имеющий нагревательную проволоку 132, выключатель источника питания (не показан), датчик 134 температуры и кожух 136. Нагревательный элемент 130 установлен с внешней стороны основного корпуса 110 таким образом, чтобы окружать основной корпус 110. Нагревательная проволока 132 расположена вокруг основного корпуса 110 и соединена с источником питания через выключатель источника питания. Нагревательная проволока 132 предпочтительно спирально навита вокруг наружной поверхности основного корпуса 110. Датчик 134 температуры установлен либо в первом пространстве 111a, либо во втором пространстве 111b основного корпуса 110. Выключатель источника питания подает электропитание в нагревательную проволоку 134 или отключает его в зависимости от температуры, определяемой датчиком 134 температуры. Кожух 136 вмещает и основной корпус 110, и нагревательную проволоку 132, расположенную вокруг основного корпуса 110, чтобы не подвергать воздействию извне нагревательную проволоку 132.

Если температура внутри основного корпуса 110, определяемая датчиком 134 температуры, превышает заданное значение, например, 10°C, выключатель источника питания поддерживается в состоянии "выключено". Однако, если определяется, что температура основного корпуса ниже заданного значения, выключатель источника питания включается и позволяет подавать электропитание в нагревательную проволоку 132. Тогда нагревательная проволока 132 нагревает основной корпус 110 и разделяющие мембраны 120, установленные внутри основного корпуса 110. Если разделяющие мембраны 120 полностью нагреты в достаточной степени для того, чтобы демонстрировать селективную проницаемость для кислорода, то есть, если температура основного корпуса достигает, например, приблизительно 60°C, выключатель источника питания снова выключается. В соответствии с этим, соответствующий настоящему изобретению сепаратор обогащенного кислородом воздуха может эффективно обеспечивать кислород для комнаты независимо от температуры наружного воздуха.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что можно делать различные видоизменения и модификации, не выходя при этом за рамки сущности и объема притязаний изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.