СИСТЕМА СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ПАССАЖИРСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА Российский патент 1998 года по МПК B61D27/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано, в частности, для обеспечения высокого уровня комфорта и максимального удовлетворения жизненных потребностей при сервисном обслуживании пассажиров.

Известны пассажирские вагоны, оборудованные установками для кондиционирования воздуха, что осуществляется комплексом систем вентиляции, отопления и охлаждения при автоматическом поддерживании заданного режима. Наиболее распространенной системой охлаждения воздуха в пассажирских вагонах является автоматически регулируемая компрессионная холодильная установка, состоящая из испарителя, поршневого компрессора, конденсатора, ресивера, терморегулирующего вентиля, которые последовательно соединены трубопроводом, заполненного хладагентом типа жидкого хладона-12 или каким-либо другим фреоном (Системы вентиляции и установки кондиционирования воздуха, Вагоны. /Под ред. Л.Д.Кузьмича.-М.: Машиностроение, 1978, 44, с. 277-284).

Недостатками таких систем с кондиционерами являются их большие массогабаритные параметры, сложность и низкая эксплуатационная надежность компрессионной установки; частый выход из строя ее узлов из-за постоянных вибрационных нагрузок, действующих при движении вагонов, что приводит их к выводу из строя и не позволяет получать потребные кондиции воздуха по желанию пассажиров.

Кроме того, в связи с принятием Венской Конвенции о производстве и применении озоноразрушающих фреонов в холодильной технике, объективно встал вопрос о переходе на другие системы работы кондиционера, в частности, на основе термоэлектрических батарей, имеющих следующие основные преимущества:
большой ресурс работы (не менее 100000 ч) из-за отсутствия движущихся частей в термоэлектрических батареях;
простота в управлении - путем регулирования напряжения питания обеспечивается необходимая производительность по холоду и теплу;
возможность работы как в режиме охлаждения воздуха, так и в режиме его подогрева, т.е. в качестве теплового насоса;
агрегатное исполнение, что повышает надежность, так как при выходе из строя одного из агрегатов система продолжает работать, но с пониженной производительностью;
простота в обслуживании - требуются регламентные работы только с вентилятором и периодическая визуальная проверка герметичности системы жидкостного теплоотвода;
экологическая чистота и безопасность.

Известна установка для кондиционирования воздуха в железнодорожных пассажирских вагонах (авт. св. N 108469, кл. B 61 D 27/00, 1956) с использованием агрегата для кондиционирования воздуха на основе термоэлектрических батарей. Для повышения эффективности охлаждения воздуха и снижения расхода электроэнергии "холодные" радиаторы в таком агрегате снабжены горизонтальным оребрением с каналами для прохода наружного и рециркуляционного воздуха, а "горячие" радиаторы снабжены вертикальным оребрением, образуя теплообменник испарительного охлаждения. Установка снабжена водораспылителем и вентилятором для обдувания испарительных поверхностей теплообменника.

Главным недостатком такого кондиционера на основе термоэлектрических батарей является его эксплуатационная ненадежность, заключающаяся в том, что вентиляторы с воздухом гонят пыль, которая осаждается на влажных поверхностях теплообменников и приводит к их быстрому засорению, что резко снижает эффективность охлаждения горячих радиаторов и холодопроизводительность агрегата. Об этом говорит тот факт, что за 40 лет такая конструкция кондиционера не была реализована как в СССР, РФ, а также за рубежом. Не удовлетворяет такой кондиционер и некоторым другим вышеперечисленным требованиям, предъявляемым к его основному элементу - термоэлектрическому агрегату.

К числу требований, предъявляемых к пассажирскому железнодорожному транспорту, относится обеспечение его пассажиров и обслуживающего персонала индивидуальным горячим/холодным питанием, охлажденной питьевой водой при дальних и сверхдальних (многосуточных) поездках, характерных в основном для территории РФ.

В настоящее время в поездах дальнего следования единственным местом для приема горячей пищи является вагон-ресторан, и пассажиры с детьми, пожилые пассажиры, проводники вагонов испытывают определенные неудобства из-за общепринятой коллективной системы организации питания. Время на централизованное приготовление пищи и ее доставку в полухолодном виде велико, что представляет неудобство для пассажиров. Установка в каждом служебном помещении и купе вагона индивидуального термоэлектрического холодильника, позволяющего как охлаждать, так и нагревать продукты питания по желанию каждого пассажира и обслуживающего персонала, существенно расширяет удовлетворение их жизненных потребностей.

Система водоснабжения вагона, в частности установка для охлаждения питьевой воды, состоит из бака для кипяченой воды, охладителя питьевой воды и ниши с водоразборным краном (см. раздел 43. Системы отопления и водоснабжения. Вагоны. - М.: Машиностроение, 1978, с. 273-274). Наличие холодильной компрессионной установки, работающей в автоматическом режиме с общеизвестными недостатками, не позволяет, как правило, иметь охлажденную воду в вагоне.

Предложенное изобретение направлено на устранение перечисленных выше недостатков, а именно на создание высокого уровня комфорта в помещениях и купе вагона, максимального удовлетворения жизненных потребностей, связанных с улучшением системы организации питания как для пассажиров, так и для обслуживающего персонала вагона.

Сущность решения поставленной задачи согласно изобретению заключается в том, что служебные и пассажирские купе железнодорожного вагона, содержащие системы сервисного обслуживания:
водяную систему отопления вагона, используемую в течение отопительного сезона;
систему кондиционирования воздуха для служебного помещения и пассажирских купе вагона, включающую холодильную машину, испаритель, конденсатор, последовательно соединенные трубопроводами, наполненные жидким хладагентом, вентилятор с вентиляционным каналом, воздухорассеивающие панели во всех купе;
установку охлаждения кипяченой воды, состоящую из бака с испарителем, компрессионной холодильной установки с системой подачи кипяченой воды в бак, конденсатора, подключенных управляющими магистралями к выходу компрессора с системой управления и питания;
крупнолитражный компрессионный холодильник в служебном купе,
снабжены системой кондиционирования с установленными под воздухорассеивающими панелями каждого купе термоэлектрическими агрегатами, имеющими "холодные" теплообменники, сообщающиеся с вентиляционным каналом и образующими тракт кондиционирования воздуха купе, "горячие" теплообменники соединены трубопроводами с системой жидкостного теплоотвода термоэлектрических агрегатов, с расположенным под рамой кузова внешним теплообменником, дополнительно охлаждаемым распыленной по крайней мере из одной форсунки водой; жидкостным насосом, включенным последовательно с трубопроводами, оснащенными вентилями сезона и образующими единую последовательно-параллельную гидравлическую систему, пультом управления включением системы кондиционирования и пультом управления режимами работы термоэлектрических агрегатов в каждом купе.

Кроме того, служебное помещение и пассажирские купе вагона оснащены термоэлектрическими холодильниками, причем в служебном помещении стационарно в нише установлен крупнолитражный термоэлектрический холодильник, в пассажирских купе - на полу под нижней полкой у боковой стенки кузова вагона с возможностью выдвижения из-под сиденья, например, на подшипниках по меньшей мере один термоэлектрический минихолодильник, "горячие" спаи термоэлектрических батарей которых оснащены комбинированным воздушно-жидкостным радиатором и подсоединены гибким шлангом к системе жидкостного теплоотвода, при этом для экономии электроэнергии на длительных стоянках крупнолитражный холодильник, минихолодильники служебного помещения и пассажирских купе оборудованы автономными системами питания с пультом управления, причем крупнолитражный и минихолодильники вагона подключены к аккумулятору, а минихолодильники в пассажирских купе электрически объединены в секции и имеют комбинированные системы электропитания с возможностью подключения как к аккумулятору, так и к электрогенератору через сглаживающие фильтры.

В баке для охлаждения воды установлены термоэлектрические агрегаты, холодные радиаторы которых размещены и образуют часть внутреннего объема бака, а горячие охлаждаются посредством замкнутого гидравлического контура, состоящего из радиатора, насоса, трубопроводов подачи и отвода воды, подключенных к системе жидкостного теплоотвода.

Каждое пассажирское купе вагона оснащено по меньшей мере одним малогабаритным телевизионным приемником и видеомагнитофоном, размещенными в нише над входной дверью.

Существенными отличиями предложенного пассажирского железнодорожного вагона являются наличие следующих принципиально новых конструктивных элементов, блоков и систем и их размещение в вагоне:
надежной в эксплуатации, в части обеспечения герметичности, системы жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов с одновременным дополнительным охлаждением внешнего теплообменника по меньшей мере одной распыляющей воду форсункой;
в каждом купе термоэлектрического агрегата системы кондиционирования воздуха, работающего по желанию пассажиров как в режиме охлаждения, так и в режиме отопления;
термоэлектрического крупнолитражного холодильника в служебном помещении;
в каждом купе по меньшей мере одного термоэлектрического минихолодильника и телевизионного приемника-видеомагнитофона, что еще больше расширит комфортные условия путешествия пассажиров, приблизив их к комфорту современных зарубежных авиалайнеров;
бака с охлаждаемой водой, который одновременно является холодным радиатором термоэлектрического агрегата, что снижает тепловые потери, увеличивает эффективность (т. е. КПД), а регулирование мощности термоэлектрического агрегата путем регулирования силы тока позволяет термостатировать процесс охлаждения воды.

Все основные признаки предложенной системы сервисного обслуживания пассажирского железнодорожного вагона отсутствуют в известных системах аналогов и прототипах при их взаимодействии друг с другом с признаками констатирующей части. Их связь носит устойчивый характер.

На фиг. 1 показан железнодорожный вагон, оснащенный системами комфорта и удовлетворения жизненных потребностей пассажиров, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3-5 система кондиционирования воздуха на термоэлектрических агрегатах, система термоэлектрических холодильников (крупнолитражного, минихолодильников) и охладителя кипяченой питьевой воды; на фиг. 6 - комбинированный радиатор термоэлектрических агрегатов холодильников; на фиг. 7 - поперечное сечение радиатора охладителя воды.

Система сервисного обслуживания пассажирского железнодорожного вагона ( фиг. 1, 2) включает в себя систему отопления (не показана), систему кондиционирования 1 (на фиг. 1 показаны только термоэлектрические агрегаты этой системы), термоэлектрические холодильники 2 и 3, установку 4 охлаждения кипяченой питьевой воды. Система 1 кондиционирования воздуха (фиг. 1) состоит из вентилятора 5 (фиг. 3) с устройством очистки, рециркуляции воздуха и вентиляционного канала 6, термоэлектрических агрегатов 7 каждого купе, системы жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов, насоса 8, вентилей сезона 9, 10, 11, внешнего теплообменника 12 с вентилятором 13 и жидкостной форсункой 14, напорного 15 (с "холодной" водой) и сливного 16 (с "нагретой" водой) трубопроводов, теплообменника с системой отопления (на фиг. 3 условно не показан).

Термоэлектрические холодильники 2, 3 (фиг. 2) оснащены термоэлектрическими агрегатами 17, 18 (фиг. 3), подключены к напорному 15 и сливному 16 трубопроводам (показаны черными треугольниками) и соединены с системой жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов через запорные вентили 19.

Термоэлектрический охладитель 20 воды оснащен термоэлектрическим агрегатом, соединенным трубопроводом с жидкостным насосом 21 и подключенным к системе жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов.

Крупнолитражный холодильник включат в себя дверь 22 (фиг. 4), морозильную камеру 23, холодильную камеру 24, термоэлектрические батареи 25, комбинированный воздушно-жидкостной радиатор 26 теплоотвода от термоэлектрического агрегата, вентилятор 27, теплоизолированную камеру 28. В качестве альтернативного варианта возможно выполнение крупнолитражного холодильника с жидкостным радиатором, включенным гидравлически в систему жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов системы кондиционирования.

Минихолодильник купе включает в себя крышку 29 (фиг. 5), теплоизолированную камеру 30, металлический "холодный" радиатор 31, термоэлектрическую батарею 32, комбинированный (воздушно-жидкостной) радиатор 33 охлаждения "горячих" спаев термоэлектрической батареи, вентилятор 34, опорные ролики 35.

Радиаторы 26, 33 теплоотвода крупнолитражного и минихолодильников показаны на фиг. 4 - 6. Комбинированный радиатор 36 (его сечение Б-Б, фиг. 6) содержит ребра воздушного охлаждения, каналы 37 жидкостного охлаждения и патрубки 38 для подключения к системе жидкостного теплоотвода.

На фиг. 7 показано сечение А-А установки 4 (фиг. 2) для охлаждения кипяченой питьевой воды, включающей бак 39 и термоэлектрический агрегат 20 (фиг. 3), состоящей из термоэлектрических батарей 40 (фиг. 7), холодного радиатора 41, радиатора 42 горячих спаев, подключенных к напорному 15 (фиг. 3) и сливному 16 трубопроводам вагона.

Система кондиционирования воздуха может использовать тепло системы отопления вагона через теплообменник.

Система работает следующим образом.

1. В режиме охлаждения (при температуре окружающего воздуха от 20 до 50^oC).

Жидкостная система теплоотвода заполнена рабочей жидкостью. Вентили 10, 11 (фиг. 3) открыты, вентиль 9 закрыт. Включают вентилятор 5, при этом воздух по вентиляционному каналу 6 через теплообменники термоэлектрических агрегатов 7 и воздухорассеивающие панели (не показаны) подается в купе. Включают жидкостной насос 8, одновременно включается вентилятор 13 внешнего теплообменника 12. Охлаждающая жидкость начинает циркулировать по системе теплоотвода. Тепло, выделяемое на жидкостных теплообменниках термоэлектрических агрегатов, уносится циркулирующей жидкостью системы теплоотвода на внешний теплообменник и сдувается вентилятором в окружающую среду. Форсунка 14 функционирует только под давлением теплоотводящей жидкости и распыляет жидкость на трубы внешнего теплообменника 12, усиливая эффективность теплоотвода. Работает форсунка только в летнее время. Подается питание на термоэлектрические агрегаты 7, и воздух, проходящий через них и направленный в купе, охлаждается, создавая благоприятные условия для пассажиров и проводников в жаркое время.

2. В режиме отопления (при температуре окружающего воздуха от 20 до 5^oC).

В режиме отопления в прохладный период времени система кондиционирования работает следующим образом. Подается электропитание на термоэлектрические агрегаты 7 с изменением (по отношению с режимом охлаждения) полярности питания. Это может быть осуществлено при помощи блока управления в купе по желанию его пассажиров независимо от режима работы в других купе. При этом тепло, поглощаемое на жидкостных теплообменниках термоэлектрических агрегатов, приводит к снижению температуры циркулирующей жидкости системы теплоотвода, и при достижении ее температуры ниже окружающей среды она поглощает тепло воздуха, направляемого вентилятором 13 на теплообменник 12, и из распыляемой форсунки 14 жидкости совместно с энергией входной мощности термоэлектрических агрегатов передается ими на воздушные теплообменники, а воздух, подаваемый вентилятором 5 в купе, проходя через теплообменники термоэлектрических агрегатов 7, нагревается.

3. В режиме отопления (при температуре окружающего воздуха от +5 до -40^oC).

В режиме отопления - весенне-осенне-зимний период времени система кондиционирования совместно с системой отопления работает следующим образом.

Закрывают вентили 10, 11, вентиль 9 открыт, т.е. отключают внешний теплообменник 12 и вентилятор 13. Вместо них должен быть подключен теплообменник между системой водяного отопления и системой жидкостного теплоотвода от термоэлектрических агрегатов, который позволяет интенсифицировать отопление вагона системой кондиционирования за счет тепла системы водяного отопления. Система отопления вагона включена. Вентилятор 5 установлен на полную рециркуляцию воздуха. Такой режим позволяет быстро нагреть воздух в вагоне, например, стоящем в резерве, а также для поддержания нормальной температуры в вагоне в сильные морозы. При этом тепло забирается из системы отопления с добавкой энергии входной мощности термоэлектрических агрегатов 7.

Работа термоэлектрических холодильников (фиг. 2, 4, 5) осуществляется в автоматическом режиме аналогично работе обычных бытовых холодильников. Для охлаждения камеры (морозильной 23 и холодильной 24) 30 используется термоэлектрический агрегат на базе термоэлектрических батарей 25, 32, охлаждение которых осуществляется воздушными вентиляторами 27, 34 (преимущественно в весенне-осенне-зимний период), либо рабочей жидкостью системы жидкостного теплоотвода из термоэлектрических агрегатов вагона, а охлаждение камер 23, 24, 30 осуществляется посредством теплового контакта "холодной" стороны термоэлектрических батарей 25, 32 с металлической высокотеплопроводной емкостью камер 23, 30, причем режим работы камер 23, 24, 30 (для продуктов) осуществляется переключением направления тока, текущего через термоэлектрические батареи 25, 32.

Охладитель кипяченой воды работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на термоэлектрические батареи 40 (фиг. 7) происходит охлаждение радиатора 41 и, соответственно, воды в баке 39 путем естественного конвективного теплообмена. Тепло, отбираемое от воды из бака 39, выводится на теплоотводящий радиатор 42 горячих спаев, охлаждаемый жидкостью. Насос 21 (фиг. 3) служит для обеспечения циркуляции жидкости по системе теплоотвода, где тепло, выделяющееся в процессе работы термоэлектрических батарей 40 (фиг. 7), рассеивается за счет естественного теплообмена.

Система сервисного обслуживания пассажирского железнодорожного вагона, содержащая водяную систему отопления, систему кондиционирования воздуха для служебного помещения и пассажирских купе вагона, имеющую вентилятор подачи кондиционируемого воздуха, вентиляционный канал, воздухорассеивающие панели подачи воздуха во всех купе, установку охлаждения кипяченой воды с баком и крупнолитражный холодильник, а под воздухорассеивающими панелями каждого купе термоэлектрические агрегаты, имеющие "холодные" теплообменники, сообщающиеся с вентиляционным каналом и образующие тракт кондиционирования воздуха купе, и "горячие" теплообменники, соединенные с напорным и сливным трубопроводами системы жидкостного теплоотвода термоэлектрических агрегатов, с расположенным под рамой кузова внешним теплообменником, дополнительно охлаждаемым распыленной по крайней мере из одной форсунки жидкостью, жидкостным насосом, включенным последовательно с трубопроводами, оснащенными вентилями сезона и образующими единую последовательно-параллельную гидравлическую систему, при этом система жидкостного теплоотвода связана с системой водяного отопления через теплообменник, пультом управления включением системы кондиционирования и пультом управления режимами работы термоэлектрических агрегатов в каждом купе. Предложенное изобретение позволяет создать пассажирские железнодорожные вагоны экстракласса с максимальным удовлетворением жизненных потребностей пассажиров при их длительных поездках по дорогам РФ и зарубежных стран. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Система сервисного обслуживания пассажирского железнодорожного вагона, содержащая водяную систему отопления, систему кондиционирования воздуха для служебного помещения и пассажирских купе вагона, имеющую вентилятор подачи кондиционируемого воздуха, вентиляционный канал, воздухорассеивающие панели подачи воздуха во всех купе, установку охлаждения кипяченой воды с баком и крупнолитражный холодильник, отличающаяся тем, что система кондиционирования имеет установленные под воздухорассеивающими панелями каждого купе термоэлектрические агрегаты, имеющие "холодные" теплообменники, сообщающиеся с вентиляционным каналом и образующие тракт кондиционирования воздуха купе, и "горячие" теплообменники, соединенные с напорным и сливным трубопроводами системы жидкостного теплоотвода термоэлектрических агрегатов, с расположенным под рамой кузова внешним теплообменником, дополнительно охлаждаемым распыленной по крайней мере из одной форсунки жидкостью, жидкостным насосом, включенным последовательно с трубопроводами, оснащенными вентилями сезона и образующими единую последовательно-параллельную гидравлическую систему, при этом система жидкостного теплоотвода связана с системой водяного отопления через теплообменник, пультом управления включением системы кондиционирования и пультом управления режимами работы термоэлектрических агрегатов в каждом купе. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что служебные помещения и пассажирские купе вагона оснащены термоэлектрическими холодильниками, при этом в служебном отделении стационарно в нише установлен крупнолитражный термоэлектрический холодильник, в cлужебном полукупе и пассажирских купе - на полу под нижней полкой у боковой стенки кузова вагона с возможностью выдвижения из-под сиденья, по меньшей мере один термоэлектрический минихолодильник, при этом для экономии электроэнергии на длительных стоянках крупнолитражный холодильник, мини-холодильники служебного отделения и пассажирских купе оборудованы автономными системами питания с пультом управления, причем крупнолитражный и мини-холодильники вагона подключены к аккумулятору, а мини-холодильники в пассажирских купе электрически объединены в секции и имеют комбинированные системы электропитания с возможностью подключения как к аккумулятору, так и к электрогенератору через сглаживающие фильтры. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что "горячие" спаи термоэлектрических батарей крупнолитражного и мини-холодильников оснащены комбинированными воздушно-жидкостными радиаторами и подсоединены гибким шлангом к гидромагистрали. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в баке для охлаждения воды установлены термоэлектрические батареи, холодные радиаторы которых размещены и образуют часть внутреннего объема бака, а горячие спаи охлаждаются посредством замкнутого гидравлического контура, состоящего из радиатора горячих спаев, трубопроводов подачи и отвода воды, насоса, подключенных к системе жидкостного теплоотвода вагона. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что каждое пассажирское купе вагона оснащено по меньшей мере одним малогабаритным телевизионным приемником и видеомагнитофоном, размещенными в нише над входной дверью.