КЛИМАТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2003 года по МПК B60H1/22 B60H3/00 

Изобретение относится к транспортным средствам, а именно к оборудованию для обеспечения комфортных условий в кабинах транспортных средств и может быть использовано для обогрева сидения водителя, кондиционирования салона и снабжения кабины холодильной камерой.

Известна система кондиционирования воздуха кабины транспортного средства (ав. св. SU 1772002 A1, B 60 H 3/00, 30.10.92), которая содержит источник сжатого воздуха, например компрессор, теплообменник, вихревую трубу в качестве источника охлажденного и подогретого воздуха и смеситель. Источник сжатого воздуха сообщен с теплообменником, выход теплообменника соединен со входом вихревой трубы, горячий и холодный конец которой через трубопроводы сообщен со смесителем, которым регулируется подача в кабину воздуха нужной температуры.

Общими признаками заявляемого устройства и аналога является наличие источника сжатого воздуха, теплообменника, вихревой трубы, вход которой соединен с выходом теплообменника.

Устройство-аналог позволяет снизить себестоимость и упростить конструкцию системы кондиционирования за счет использования процессов конвективного и кондуктивного теплообмена вместо дорогостоящей турбохолодильной установки.

Недостатком аналога являются большие энергетические затраты и ограниченные функциональные возможности.

Известен кондиционер для транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) (патент RU 2065126 C1, 6 F 24 F 3/04, 5/00, В 60 Н 1/00). В основной поток воздуха, создаваемый вентилятором и проходящий через теплообменник, подключена вихревая труба, работающая на низких давлениях, создаваемых воздухозаборником, соединенным с горячим концом вихревой трубы, установленной на входе во вспомогательный поток и подключенной холодным концом к входному патрубку теплообменника перед увлажнительным устройством с последующим подключением к сепаратору влаги, соединенному с насосом, воздухозаборником, ДВС.

Охлаждение основного потока воздуха, подаваемого вентилятором в салон транспортного средства, осуществляется через разделительные стенки теплообменника без непосредственного контакта с водой. Регулировка распределения температуры во вспомогательном потоке осуществляется с помощью регулировочного дросселя, установленного на горячем конце вихревой трубы и автоматически связанного с блоком управления, имеющим импульсные связи с запорно-регулирующей арматурой, ДВС, насосом, баком для воды.

Общими признаками заявляемого устройства и описанного выше аналога является наличие теплообменника, запорно-регулирующей арматуры, системы трубопроводов и вихревой трубы в качестве источника охлажденного и подогретого воздуха. В аналоге реализуется косвенно-испарительный метод охлаждения воздуха, который является экологически чистым и энергетически экономичным.

Недостатком описанного выше аналога является ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является установка для регулирования температурного режима воздуха, подаваемого в кабину транспортного средства (патент RU 2117588 C1, 6 B 60 H 1/00, 20.08.98), которая содержит двухконтурный теплообменник типа воздух-воздух, каждый контур которого выполнен с отдельным источником воздуха в виде компрессора, и вихревую трубу, которая подсоединена к выходу одного из контуров теплообменника. Контур теплообменника, не связанный с вихревой трубой, выполнен замкнутым через двухпозиционный пневмопереключатель, установленный на выходе из компрессора, вход которого соединен с выходом указанного контура. Установка содержит емкость с водой, соединенную фитилями с входом в теплообменник контура, не связанного с вихревой трубой, и с засопловым участком вихревой трубы, при этом емкость вязана магистралью наддува со входом в вихревую трубу.

Общими признаками заявляемого устройства и прототипа является наличие компрессора (источника сжатого воздуха), теплообменника типа воздух-воздух, вихревой трубы как источника холодного и горячего потока воздуха, системы трубопроводов и трех вентилей. Вход вихревой трубы подключен к выходу теплообменника.

Устройство-прототип обеспечивает возможность работы в двух регулируемых режимах: охлаждения и подогрева воздуха, подаваемого в кабину.

Недостатком прототипа является ограниченные функциональные возможности.

Технической задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей, а именно:
а) обогрев сидения водителя в холодное время года, а также разогрев пищи, сушка обуви;
б) обеспечение в салоне режима кондиционирования воздуха;
в) снабжение кабины транспортного средства холодильной камерой для хранения продуктов питания.

Поставленная задача решена тем, что в климатической установке транспортного средства, содержащей источник сжатого воздуха, теплообменник типа воздух-воздух, вихревой энергоразделитель с выходами холодного и горячего потока воздуха, вводом, подключенным к выходу теплообменника, систему трубопроводов и три вентиля, согласно изобретению предусмотрено следующее: установка снабжена нагревательным устройством, камерой смешения кондиционера, глушителем шума, холодильной камерой, аккумуляционной плитой, блоком очистки воздуха и двумя эжекторами, при этом выход горячего потока вихревого энергоразделителя через первый вентиль подключен к нагревательному устройству, имеющему сброс отработанного воздуха в атмосферу; выход холодного потока вихревого энергоразделителя через второй вентиль соединен с эжектором кондиционера, установленным в камере смешения и через глушитель шума с салоном; выход холодного потока вихревого энергоразделителя через третий вентиль соединен с аккумуляционной плитой холодильной камеры, выход из аккумуляционной плиты подключен к входу теплообменника, блок очистки воздуха включен между источником сжатого воздуха и теплообменником, а основной эжектор соединен с источником сжатого воздуха и выходом теплообменника и сообщен с кабиной транспортного средства.

Новыми отличительными признаками является введение в устройство новых функциональных узлов и новые связи между узлами. Новые функциональные узлы: нагревательное устройство, камера смешения кондиционера, глушитель шума кондиционера, холодильная камера, аккумуляционная плита, блок очистки воздуха и два эжектора: основной эжектор и эжектор кондиционера.

Новые связи между узлами: выход горячего потока вихревого энергоразделителя через первый вентиль подключен к нагревательному устройству; выход холодного потока вихревого энергоразделителя через второй вентиль соединен с эжектором кондиционера, установленным в камере смешения, которая соединена с глушителем шума; выход холодного потока вихревого энергоразделителя через третий вентиль соединен с аккумуляционной плитой холодильной камеры, выход из аккумуляционной плиты подключен к входу теплообменника; блок очистки воздуха включен между источником сжатого воздуха и теплообменником, а основной эжектор соединен с источником сжатого воздуха и выходом теплообменника и сообщен с кабиной транспортного средства.

Нагревательное устройство, через которое проходит горячий поток воздуха, обеспечивает обогрев сидения водителя в холодное время, а также может иметь отсеки для сушки обуви и разогрева пищи.

Комфортные условия в кабине транспортного средства обеспечивают функциональные узлы кондиционера: камера смешения, эжектор кондиционера и глушитель шума.

Холодильная камера с аккумуляционной плитой, через которую проходит холодный поток воздуха, обеспечивает получение пониженной температуры для хранения продуктов питания.

Блок очистки воздуха, очищая воздух от примесей, осуществляет свои функции по созданию комфортных условий в соответствии с требованиями санитарно-гигиенических норм.

Основной эжектор осуществляет забор атмосферного воздуха в компрессор, создает разряжение в теплообменнике, с которым он соединен, и за счет этого происходит отсос отработанного воздуха от холодильной камеры.

Кроме того, он осуществляет отбор воздуха из салона и поступление его в циркуляционный контур.

Новые функциональные узлы, их связи между собой и другими узлами позволяют решить поставленную техническую задачу: расширить функциональные возможности установки по сравнению с прототипом.

Совокупность отличительных признаков заявляемого устройства не обнаружена по патентной и научно-технической литературе.

Устройство поясняется описанием конкретного примера его выполнения и чертежом, на котором приведена схема заявляемой климатической установки.

На чертеже обозначено следующее:
1 - основной эжектор;
2 - источник сжатого воздуха (компрессор);
3 - блок очистки воздуха;
4 - теплообменник типа воздух-воздух (двухполосный);
5 - вихревой энергоразделитель;
6 - выход горячего потока;
7 - выход холодного потока;
8 - выход холодного потока;
9 - первый вентиль;
10 - второй вентиль;
11 - третий вентиль;
12 - нагревательное устройство;
13 - сброс отработанного воздуха в атмосферу;
14 - эжектор кондиционера;
15 - камера смешения кондиционера;
16 - подсос воздуха из верхней части кабины в эжектор кондиционера;
17 - кабина транспортного средства;
18 - глушитель шума кондиционера;
19 - аккумуляционная плита;
20 - холодильная камера;
21 - отбор воздуха из аккумуляционной плиты в режиме охлаждения;
22 - зона кондиционирования;
23 - отбор воздуха из нижней части кабины в основной эжектор.

Климатическая установка содержит последовательно соединенные между собой основной эжектор 1, источник 2 сжатого воздуха, например компрессор или нагнетатель, блок 3 очистки воздуха, двухполостный теплообменник 4 типа воздух-воздух, вихревой энергоразделитель 5 с выходом 6 горячего потока, 7 и 8 холодного потока воздуха. Трубопроводы выходов вихревого энергоразделителя 5 перекрыты вентилями 9, 10 и 11 и выведены на панель управления (на чертеже не показано). Выход 6 горячего потока вихревого энергоразделителя 5 через первый вентиль 9 подключен к нагревательному устройству 12, имеющему сброс 13 отработанного воздуха в атмосферу. Выход 7 холодного потока вихревого энергоразделителя 5 через второй вентиль 10 соединен с эжектором 14 кондиционера. Эжектор 14 установлен в камере 15 смешения кондиционера и дополнительно осуществляет подсоc 16 воздуха в камеру 15 смешения из верхней части кабины 17 транспортного средства. Камера 15 смешения соединена с глушителем шума 18. Выход 8 холодного потока вихревого энергоразделителя 5 через третий вентиль 11 соединен с аккумуляционной плитой 19 холодильной камеры 20. Аккумуляционная плита 19 представляет собой теплообменник с змеевиками, проходя через которые холодный поток отдает свою энергию холодильной камере 20. Холодильная камера 20 имеет теплоизоляцию, например из пенополиуретана. Выход из аккумуляционной плиты 19 соединен с выходом теплообменника 4. Выход из теплообменника 4 подключен к основному эжектору 1, который забирает воздух из атмосферы и направляет его в источник 2 сжатого воздуха (компрессор). Основной эжектор 1 сообщен с кабиной 17 транспортного средства и осуществляет отбор 23 воздуха из нижней части салона, обеспечивая циркуляцию отработанного воздуха. Кроме того, часть воздуха из теплообменника 4 отсасывается в основной эжектор 1, что создает разряжение в полости теплообменника, с которым соединена аккумуляционная плита 19.

Климатическая установка работает следующим образом. Источник 2 сжатого воздуха, например компрессор, забирает атмосферный воздух через основной эжектор 1, сжимает его и подает через блок 3 очистки в одну из полостей теплообменника 4, где он охлаждается отработанным в аккумуляционной плите 19 холодным воздухом, поступающим в другую полость теплообменника 4.

Приобретая скорость и температуру, воздух поступает на вход вихревого энергоразделителя 5, где он закручивается. В вихревом энергоразделителе 5 закрученный воздух разделяется на два потока: горячий 6 и холодный (7 и 8).

Нагревательное устройство 12 при включении климатической установки функционирует постоянно. Горячий поток 6 через первый вентиль 9 поступает в нагревательное устройство 12, обеспечивая обогрев сидения водителя. Нагревательное устройство 12 имеет отсеки для сушки обуви, разогрева пищи. Отработанный горячий поток 13 отводится из нагревательного устройства 12 и сбрасывается в атмосферу.

При работе климатической установки в режиме кондиционирования холодильная камера 20 отключена, перекрыт третий вентиль 11. Холодный поток 7 из вихревого энергоразделителя 5 при включении второго вентиля 10 подается на эжектор 14 кондиционера, установленный в камере 15 смешения кондиционера. Эжектор 14 обеспечивает подсос 16 воздуха из верхней части кабины в камеру 15 смешения, в которой происходит выравнивание давления и температуры перемешиваемых потоков и затем через глушитель 18 шума воздух поступает в кондиционируемую зону 22.

При работе климатической установки в режиме холодильника включен третий вентиль 11, при этом вентиль 10 перекрыт. Холодный поток 8 из вихревого энергоразделителя поступает в аккумуляционную плиту 19, расположенную в холодильной камере 20.

Для отсасывания от холодильной камеры 20 отработанного холодного воздуха предназначен основной эжектор 1, который создает разряжение в теплообменнике 4, одна из полостей которого соединена с выходом из аккумуляционной плиты 19.

Кроме того, основной эжектор 1 производит отбор 23 воздуха из нижней части кабины 17 транспортного средства.

В смесительной камере основного эжектора 1 потоки воздуха из кабины 17 и теплообменника 4 перемешиваются и поступают на вход источника 2 сжатого воздуха. Таким образом, основной эжектор 1 частично обеспечивает режим рециркуляции.

Регулирование температурных режимов в кондиционере или холодильной камере осуществляют за счет изменения соотношения холодного и горячего потоков после вихревого энергоразделителя при помощи вентиля 9.

Для проверки работоспособности заявляемого устройства был создан макет установки и проведены испытания, которые дали положительные результаты. В нагревательном устройстве температура воздуха была достигнута порядка 40^oС, в холодильной камере от +1 до +5^oС. Температурный перепад кондиционируемого воздуха составлял не менее 5^oС.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к системам регулирования микроклимата в салонах транспортных средств. Климатическая установка содержит источник сжатого воздуха, теплообменник, вихревой энергоразделитель с вводом, подключенным к выходу теплообменника, систему трубопроводов и три вентиля. Новым является то, что она снабжена нагревательным устройством, камерой смешения кондиционера, глушителем шума, холодильной камерой, аккумуляционной плитой, блоком очистки воздуха и двумя эжекторами. Выход горячего потока вихревого энергоразделителя через первый вентиль подключен к нагревательному устройству, имеющему сброс отработанного воздуха в атмосферу. Выход холодного потока вихревого энергоразделителя через второй вентиль соединен с эжектором кондиционера, установленным в камере смешения, и через глушитель шума с салоном. Выход холодного потока вихревого энергоразделителя через третий вентиль соединен с аккумуляционной плитой холодильной камеры, выход из аккумуляционной плиты подключен к входу теплообменника. Блок очистки воздуха включен между источником сжатого воздуха и теплообменником, а основной эжектор соединен с источником сжатого воздуха и выходом теплообменника и сообщен с кабиной транспортного средства. Техническим результатом является повышение комфортности и расширение функциональных возможностей. 1 ил.

Климатическая установка транспортного средства, содержащая источник сжатого воздуха, теплообменник типа воздух-воздух, вихревой энергоразделитель с выходами холодного и горячего потока воздуха, вводом, подключенным к выходу теплообменника, систему трубопроводов и три вентиля, отличающаяся тем, что она снабжена нагревательным устройством, камерой смешения кондиционера, глушителем шума, холодильной камерой с аккумуляционной плитой, блоком очистки воздуха, эжектором кондиционера и основным эжектором, при этом выход горячего потока вихревого энергоразделителя через первый вентиль подключен к нагревательному устройству, имеющему сброс отработанного воздуха в атмосферу, выход холодного потока вихревого энергоразделителя через второй вентиль соединен с эжектором кондиционера, установленным в камере смешения, и через глушитель шума с салоном, выход холодного потока вихревого энергоразделителя через третий вентиль соединен с аккумуляционной плитой холодильной камеры, выход из аккумуляционной плиты подключен к входу теплообменника, блок очистки воздуха включен между источником сжатого воздуха и теплообменником, а основной эжектор соединен с источником сжатого воздуха и выходом теплообменника и сообщен с кабиной транспортного средства.