СПОСОБ И СИСТЕМА НОРМАЛИЗАЦИИ МИКРОКЛИМАТА Российский патент 2009 года по МПК B60H3/06 F24F3/16 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам и устройствам очистки воздуха, и может быть использовано для очистки воздуха от вредных веществ, содержащихся в воздухе обитаемых отсеков, салонов и кабин транспортных средств, стационарных помещений - производственных, бытовых и т.п.

Известны способ и устройство нормализации микроклимата в обитаемых отсеках транспортного средства, заключающиеся в подаче в отсек наружного приточного воздуха и очистке его в установке для очистки воздуха, состоящей из входного патрубка, выходного патрубка, между которыми последовательно расположены нагнетатель воздуха, электродвигатель и последовательно соединенные секции с кассетами, заполненными хемосорбентами и катализатором для очистки приточного воздуха от органических, азот и серусодержащих соединений, а также оксида углерода (RU 94017415 А, В60Н 3/06, 1996).

Основными недостатками известных способа и устройства являются: отсутствие решения по нормализации температуры и влажности в обитаемых отсеках транспортного средства, повышенный расход фильтрующих материалов в установке для очистки воздуха, относительная сложность конструкции системы очистки воздуха из-за наличия электродвигателя и нагнетателя, что приводит к большим весу и габаритам системы очистки воздуха и трудности ее размещения в салоне (кабине) транспортного средства.

Известны также способ и устройство нормализации микроклимата в салоне транспортного средства на базе системы кондиционирования, с помощью которых производят регулировку температуры и влажности воздуха в салоне, причем воздух в салон после обработки подают с помощью вентилятора по двум контурам - по первому, разомкнутому, подают приточный наружный воздух, а по второму, замкнутому, подают рециркулируемую часть салонного воздуха, т.е. воздух забирают из салона, обрабатывают и по рециркуляционному контуру опять возвращают в салон, а регулировку подачи воздуха в салон по контурам производят с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом (Кондиционеры и климатические системы. М.: Атласы автомобилей. 2002 - 144с.: ил. - стр.48, рис.3.3).

Недостатками этих способа и устройства являются следующие.

- Полностью отсутствует очистка воздуха в салоне от вредных веществ.

- Увеличены затраты энергии на поддержание температуры и влажности при подаче в салон приточного воздуха из-за нерационального повышенного расхода приточного воздуха.

Известны также способ и устройство нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования с салонным фильтром, из которых суть способа заключается в том, что путем обработки регулируют температуру и влажность воздуха, а также очищают воздух от частиц и подают в салон с помощью вентилятора по двум контурам, по первому из которых - разомкнутому, подают в салон после обработки приточный наружный воздух, по второму - замкнутому, воздух забирают из салона, обрабатывают и подают обратно в салон, а регулировку подачи воздуха в салон по контурам производят с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом. Суть же устройства заключается в том, что система нормализации микроклимата, содержащая элементы системы - вентилятор, отопитель, салонный фильтр, образует с салоном два воздушных контура, первый из которых - разомкнутый, через элементы системы соединяет наружный воздух с салоном, а второй контур - замкнутый, рециркуляционый, соединяет через элементы системы вход и выход контура с воздушным объемом салона, причем подача воздуха по каждому из контуров регулируется с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом, например в виде первой заслонки, размещенной на стыке контуров, регулирующим подачу воздуха по контурам (Автомобильный справочник Бош. Пер. с англ. - 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: КЖИ «За рулем», 2004. - 992 с.: ил. - 803 с., стр.737, рис.). Данные способ и устройство приняты за прототип настоящего изобретения. Известные способ и устройство нормализации микроклимата обеспечивают создание комфортных условий в салоне транспортного средства по температурному режиму (задаваемому водителем и пассажирами) и влажности воздуха. С помощью салонного фильтра снижается также попадание в салон пыли с приточным воздухом и уменьшается запах.

Однако рассматриваемые способ и устройство имеют и серьезные недостатки, основные из которых связаны со следующими обстоятельствами. Комфортные условия по воздуху в салоне - это не только задаваемые уровни температуры и влажности, но и отсутствие содержания вредных веществ в воздухе салона. Вредными веществами, попадающими в салон как с приточным воздухом, так и вследстии негерметичности салона и внутренних испарений, помимо пыли, частичек и запаха, являются также оксиды азота, оксид углерода, углеводороды, в том числе ПАУ - полициклические ароматические (часть из них - канцерогены), озон и др. вредные вещества. Удельная доля отрицательного воздействия на здоровье человека перечисленных вредных веществ значительно выше доли пыли и запаха - частично улавливаемыми салонными фильтрами.

Как показали измерения загрязнения воздуха в салонах автотранспортных средств, проведенных в разных странах, в т.ч. в России, за последние десять лет, загрязнение воздуха в салонах оксидами азота, оксидом углерода, озоном, ПАУ, а также тонкой пылью (пыль тоньше 2 микрон является самой опасной для человека), может превышать их гигиенические нормативы в несколько раз при движении автомобилей за городом, и до 10-20 и более раз в городских условиях, особенно при езде в пробках, плотных транспортных потоках (типа МКАДа, 3-его транспортного кольца в Москве), в тоннелях, в гаражах, в помещениях автосервиса и при чрезвычайных ситуациях.

Исходя из изложенного, комфортными условиями при работе в салоне известных способа и устройства назвать нельзя.

Кроме указанного серьезными недостатками прототипа являются следующие.

Известные способ и устройство нормализации микроклимата работают в режимах кондиционирования, вентиляции и отопления. При работе в режиме кондиционирования на подаче приточного воздуха (его расход в среднем составляет 300 м³/час и более) подача такого большого количества воздуха является неоправданной, т.к. вся его масса в системе кондиционирования сначала охлаждается, а затем нагревается до заданной температуры. Потребление 1-м человеком воздуха не превышает 5 м³/час. Т.е. для пассажиров легкового автомобиля достаточно подавать 20-50 м³/час свежего воздуха - не более. При подаче в салон большего количества приточного воздуха происходит перерасход энергии на обработку воздуха, производство которой связано с повышенным расходом топлива, а следовательно, с увеличением выброса с отработавшими газами вредных веществ в атмосферу и дополнительным поступлением их в салон автомобиля.

При работе кондиционера в режиме рециркуляции нет наддува воздуха в салоне. По этой причине из-за негерметичности салона в него поступают вредные вещества из наружного воздуха.

Таким образом, требуется оптимизация режимов и параметров работы кондиционера для минимизации и исключения попадания вредных веществ в салон.

При работе известных способа и устройства в режимах вентиляции и отопления происходит быстрое запотевание стекол салона. По этой причине на указанных режимах в салон полают в основном приточный воздух, что, как уже отмечалось, приводит к загрязнению воздуха в салоне и неоправданному перерасходу энергии на привод агрегатов кондиционера.

Большие расходы приточного воздуха приводят также к ускоренному засорению салонных фильтров, преждевременной выработке материалов блоков очистки воздуха, т.е. снижению их ресурса.

Задачей изобретения является повышение эффективности снижения загрязнения воздуха от вредных веществ в салонах, обитаемых отсеках, кабинах транспортных средств и помещений при всех условиях эксплуатации путем организации эффективной очистки воздуха, оптимизации параметров работы систем кондиционирования при работе их на разных режимах, наддува салона, а также оптимизация расходов приточного воздуха и воздуха, подаваемого в салон в режиме рециркуляции. Так же задачей изобретения является снижение расхода энергии на привод агрегатов системы, снижение расхода эксплуатационных материалов, в первую очередь материалов, используемых в салонных фильтрах и блоках очистки воздуха.

Поставленные задачи реализуются тем, что в способе нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования с салонным фильтром, которым путем обработки регулируют температуру и влажность воздуха, а также очищают воздух от частиц и подают с помощью вентилятора в салон по двум контурам, по первому из которых - разомкнутому, подают в салон после обработки приточный наружный воздух, по второму - замкнутому, воздух забирают из салона, обрабатывают и подают обратно в салон, а регулировку подачи воздуха в салон по контурам производят с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом, подаваемый в салон воздух по второму контуру дополнительно очищают по меньшей мере частично в фильтрующе-сорбирующем блоке очистки от частиц размером до 0,2 микрон путем применения фильтрующих материалов, и по меньшей мере от двух из следующих вредных веществ, на которые установлены гигиенические нормативы по их предельному безвредному содержанию в воздухе - оксидов азота, очищаемых с помощью поглотителей, - оксида углерода, очищаемого с помощью низкотемпературного катализатора и цеолитов, - углеводородов, в том полициклических ароматических, озона, очищаемых с помощью специальных модифицированных углей, размещаемых в дополнительных слоях блока очистки, а прокачку воздуха через слои в блоке очистки производят путем применения напорного вентилятора, напор которого превышает газодинамическое суммарное сопротивление салонного фильтра и блока очистки, всех местных сопротивлений воздушных трактов и агрегатов систем вентиляции, отопления и кондиционирования и создает повышенное давление воздуха в салоне по величине не менее 5-10 Па в сравнении с давлением наружного воздуха.

Кроме того в способе нормализации микроклимата в первом контуре производят дополнительную очистку воздуха в дополнительном первом байпасном трубопроводе, оснащенным дополнительным многослойным фильтрующе-сорбирующим блоком очистки.

Так же в заявленном способе нормализации микроклимата во втором контуре дополнительную очистку воздуха производят по меньшей мере частично путем байпасной подачи части рециркуляционного воздуха через дополнительный второй байпасный трубопровод второго контура по отношению к дополнительному фильтрующе-сорбирующему блоку очистки.

В способе нормализации микроклимата повышенное сопротивление по меньшей мере одного дополнительного блока очистки преодолевают путем применения в нем дополнительного напорного вентилятора, например, радиального типа.

Наконец, в заявляемом способе нормализации микроклимата, подачу и очистку воздуха в первом контуре производят на двух режимах, на первом из которых приточный воздух подают в салон с возможностью дополнительной очистки при отключенном втором контуре, а на втором режиме подачу воздуха производят при включенном втором контуре, расход воздуха по первому контуру на втором режиме не превышает расхода воздуха по второму контуру, причем дополнительную очистку воздуха по второму контуру производят по меньшей мере в трех диапазонах - очищают до 30%, до 70% и до 100% от расхода рециркулируемого воздуха в зависимости от уровня загрязненности воздуха в салоне и наружного воздуха, а настройку диапазонов производят в ручном или автоматическом режимах с помощью блока управления по данным показаний установленных в салоне и/или снаружи салона газоанализаторов по меньшей мере по одному из вредных веществ при достижении его содержания в воздухе, близкого к гигиеническому нормативу.

В устройстве для реализации заявляемого способа - системе нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции. отопления и кондиционирования с салонным воздушным фильтром, содержащей элементы системы - вентилятор, отопитель, салонный фильтр, которая с помощью воздушных каналов образует с салоном два контура, первый из которых - разомкнутый, через элементы системы соединяет наружный воздух с салоном, а второй контур - замкнутый, рециркуляционный, соединяет через элементы системы вход и выход контура с воздушным объемом салона, причем подача воздуха по каждому из контуров регулируется с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом, например, в виде первой заслонки, размещенной на стыке контуров, регулирующим подачу воздуха по контурам, второй контур рециркуляции оснащен дополнительным фильтрующе-сорбирующим блоком очистки. состоящим по меньшей мере из трех слоев, слои которого заполнены по меньшей мере тремя из следующих очищающих воздух компонентов - фильтрующим материалом для очистки от частиц размером до 0,2 микрон, - сорбентом из специальных модифицированных углей для очистки от углеводородов, в том числе полициклических ароматических, озона, - поглотителем для связывания оксидов азота,

- низкотемпературным катализатором и/или цеолитами для очистки от оксида углерода, с возможностью полной или частичной прокачки воздуха через этот блок по второму контуру, причем по меньшей мере один вентилятор выполнен напорным, например, радиальной конструкции, для обеспечения прокачки воздуха через блок очистки, преодоления всех местных сопротивлений, сопротивлений элементов системы и создания в салоне повышенного давления воздуха в сравнении с давлением воздуха снаружи салона не менее, чем на 5-10 Па.

В системе нормализации микроклимата первый контур может дополнительно содержать первый байпасный трубопровод, установленный в нем дополнительный фильтрующе-сорбирующий блок очистки, в который поступает наружный воздух, а в месте соединения двух трубопроводов первого контура основного и дополнительного, может быть установлен дополнительный исполнительный механизм, выполненный, например, в виде второй заслонки, сблокированный с блоком управления.

Кроме того, в системе нормализации микроклимата второй контур может дополнительно содержать второй байпасный трубопровод на входе и выходе соединения обоих трубопроводов второго контура может быть дополнительно установлен исполнительный механизм, выполненный, например, в виде третьей заслонки, сблокированный с блоком управления.

Так же система нормализации микроклимата по меньшей мере в одном из дополнительных блоков очистки может быть снабжена дополнительным напорным вентилятором, например, радиального типа.

Наконец, система нормализации микроклимата может работать на двух режимах, первый из которых связан с подачей в салон приточного воздуха, для чего первая заслонка всегда находится в закрытом положении в отношении рециркуляционного трубопровода второго контура, а вторая заслонка может менять свое положение от полностью открытого в отношении дополнительного байпасного трубопровода с дополнительным блоком очистки, при котором трубопровод салонного фильтра полностью закрыт, до полностью закрытого, а второй режим обеспечивает очистку и подачу воздуха одновременно по двум контурам, либо только по второму контуру, причем расход воздуха в первом контуре при работе на втором режиме никогда не может превышать расхода воздуха во втором контуре путем подбора соответствующего положения первой заслонки, а доля очищенного воздуха во втором контуре задается в трех диапазонах - до 30%, до 70%, до 100% путем настройки положения третьей заслонки, причем установка этих положений в ручном или автоматическом режимах производится с помощью блока управления по данным показаний установленных в салоне и/или снаружи салона газоанализаторов по меньшей мере по одному из вредных веществ при достижении его содержания в воздухе, близкого к гигиеническому нормативу.

Существо предложения по заявленным способу и устройству на примере устройства для реализации способа поясняется чертежами - см. фиг.1-3, где на фиг.1 дана базовая схема системы нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, на фиг.2 - вариант ее исполнения с напорными вентиляторами в блоках очистки воздуха, а на фиг.3 - вариант исполнения системы с использованием одного блока очистки воздуха.

Система нормализации микроклимата в салоне 1 транспортного средства содержит: корпус системы кондиционирования 2, блок охлаждения воздуха - испаритель 3, отонитель - радиатор обогревателя 4, вентилятор 5, салонный фильтр 6, трубопровод системы вентиляции 7, байпасный трубопровод второго контура 8, байнасный трубопровод первого контура 9, трубопровод второго контура 10, трубопровод 11, блок очистки 12, блок очистки 13, заслонки 14-17, блок управления 18, датчик температуры и влажности 19, датчик газоанализатора 20 в салоне 1, датчик газоанализатора 21 снаружи салона 1, пульт управления 22, датчик температуры испарителя 23, заслонку 24, напорный вентилятор 25, напорный вентилятор 26, заслонку 27.

Для упрощения такие агрегаты и элементы системы кондиционирования 2 (климат-контроля), как конденсатор, компрессор, терморегулирующий вентиль испарителя, ресивер-осушитель, трубопроводы и др. на фиг.1-3 не показаны.

Система нормализации микроклимата в салоне 1 транспортного средства (см. фиг.1, 2), оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования 2 с салонным фильтром 6, содержит элементы системы - вентилятор 5, отопитель (радиатор обогревателя 4), испаритель 3, салонный фильтр 6. С помощью воздушных каналов в трубопроводах 7, 10, 11 система образует с салоном 1 два контура. Первый из контуров - разомкнутый, через элементы системы - салонный фильтр 6, трубопровод 7, вентилятор 5, испаритель 3, радиатор обогревателя 4, заслонку 17 соединяет наружный воздух с салоном 1. По этому контуру производится подача в салон 1 приточного наружного воздуха.

Второй контур - замкнутый, рециркуляционный, соединяет через элементы системы - трубопровод 10, трубопровод 11, заслонку 24, трубопровод 7, вентилятор 5, испаритель 3, радиатор обогревателя 4, заслонку 17, т.е. вход и выход системы с воздушным объемом салона 1. Раздача воздуха по первому и второму контурам регулируется с помощью блока управления 18, сблокированного с исполнительным механизмом, выполненным в виде первой заслонки 24, размещенной в месте соединения контуров (трубопроводов 7 и 11). Второй контур рециркуляции (см. фиг.1, 2) оснащен дополнительным фильтрующе-сорбирующим блоком очистки 13, состоящим по меньшей мере из трех слоев. Слои блока 13 заполнены по меньшей мере тремя из следующих очищающих воздух компонентов - фильтрующим материалом для очистки от частиц размером до 0,2 микрон, - сорбентом из специальных модифицированных углей для очистки от углеводородов, в том числе полициклических ароматических, озона, - поглотителем для связывания оксидов азота, - низкотемпературным катализатором и/или цеолитами для очистки от оксида углерода. По второму рециркуляционному контуру, таким образом, производится забор воздуха из салона 1, очистка его в блоке 13, обработка и установка заданных уровней температуры и влажности воздуха в кондиционере 2 и подача обработанного и очищенного воздуха обратно в салон 1.

По меньшей мере один вентилятор системы (например, 5 - см. фиг.1, 2) выполнен напорным (например, радиальной конструкции) для обеспечения прокачки воздуха из салона 1 через блок 13, трубопроводы 10, 11, заслонку 24, трубопровод 7, корпус 2 кондиционера с испарителем 3, радиатор обогревателя 4, заслонку 17, другие местные сопротивления и подачи воздуха обратно в салон и создания в последнем повышенного давления воздуха по сравнению с давлением наружного воздуха не менее, чем на 5-10 Па. Вариант исполнения системы нормализации микроклимата заключается в том, что первый контур дополнительно содержит первый байпасный трубопровод 9, установленный в нем дополнительный фильтрующе-сорбирующий блок очистки 12, в который поступает наружный воздух, а в месте соединения двух трубопроводов 7 и 9 первого контура-основного и дополнительного, установлен дополнительный исполнительный механизм, выполненный, например, в виде второй заслонки 14, сблокированный с блоком управления 18. С помощью блока очистки 12 в первом байпасном трубопроводе 9 производится полная и частичная очистка воздуха, поступающего по первому контуру в салон 1, а также обеспечивается возможность дополнительного регулирования производительности подачи воздуха в салон по первому контуру и возможность повышения ресурса работы блока очистки 12 путем исключения режимов работы системы, когда не требуется полная или частичная очистка воздуха в блоке 12.

Следующий вариант исполнения системы нормализации микроклимата заключается в том, что второй рециркуляционный контур дополнительно содержит второй байпасный трубопровод 8, на входе или выходе соединения обоих трубопроводов 8 и 10 второго контура установлен дополнительный исполнительный механизм, выполненный, например, в виде третьей заслонки 16 или 15, сблокированный с блоком управления 18. В таком исполнении второго контура создается возможность полной и частичной очистки воздуха во втором контуре, более гибкой регулировки производительности потока воздуха во втором контуре и создается возможность повышения ресурса работы блока очистки 13 путем его использования только на режимах работы системы, требующей полной или частичной очистки воздуха, исключая те режимы, на которых очистка воздуха не требуется.

Вариант исполнения системы нормализации микроклимата связан также с тем, что по меньшей мере один из дополнительных блоков очистки 12 и 13 снабжен дополнительным напорным вентилятором 25 или 26, например, радиального типа (см. фиг.1, 2). Этим достигается обеспечение прокачки воздуха через блоки очистки 12 и 13, заполняемые многослойными фильтрующе-очищающими материалами для очистки воздуха по повышенной номенклатуре вредных веществ с увеличенным ресурсом их работы по каждому из вредных веществ. При этом достигается также возможность повышения производительности работы блоков очистки 12 и 13 по очищаемому воздуху и дополнительная регулировка диапазонов производительности подачи воздуха в салон 1 по первому и второму контурам.

Еще один вариант исполнения системы нормализации микроклимата предусматривает возможность дополнительной очистки воздуха в первом и втором контурах в едином дополнительном блоке очистки 12 (см. фиг.3) с сохранением регулировок и параметров работы по каждому контуру, изложенных во всех предыдущих вариантах исполнения системы. Это достигается дополнительным подключением трубопровода 10 к входу блока очистки 12 и размещением в месте соединения трубопровода 10 и корпуса блока очистки 12 еще одного исполнительного механизма, выполненного, например, в виде заслонки 27, сблокированного с блоком управления 18. Преимущество этого варианта заключается в большей компактности исполнения системы и дополнительных компановочных возможностях размещения системы на транспортном средстве.

Система нормализации микроклимата в части очистки воздуха работает на двух режимах, первый из которых связан с подачей в салон 1 приточного воздуха, для чего первая заслонка 24 всегда находится в закрытом положении в отношении рециркуляционного трубопровода 1 второго контура, а вторая заслонка 14 может менять свое положение от полностью открытого в отношении дополнительного байпасного трубопровода 9 с дополнительным блоком очистки 12, при котором трубопровод 7 салонного фильтра 6 полностью закрыт, до полностью закрытого, а второй режим обеспечивает очистку и подачу воздуха в салон 1 одновременно по двум контурам, либо только по второму контуру, причем расход воздуха в первом контуре при работе на втором режиме никогда не может превышать расхода воздуха во втором контуре, что достигается за счет установки соответствующего положения первой заслонки 24, а доля очищенного воздуха во втором контуре задается в трех диапазонах - до 30%, до 70% и до 100% путем настройки положения третьей заслонки 16, причем установка этих положений в ручном или автоматическом режимах пультом управления 22 производится с помощью блока управления 18 по данным показаний установленных в салоне 1 и/или снаружи салона газоанализаторов 20 и 21 по меньшей мере по одному из вредных веществ при достижении содержания его в воздухе, близкого к гигиеническому нормативу.

Регулировка требуемых значений температуры и влажности воздуха в салоне 1 с помощью системы нормализации микроклимата производится в корпусе 2 системы кондиционирования с помощью блока управления 18 пультом управления 22 по данным датчика температуры и влажности 19 и датчика температуры испарителя 23. Подаваемый в салон 1 воздух охлаждается в испарителе 3 до температуры вплоть до +4°С. При этом на ребрах испарителя 3 происходит конденсация влаги из охлажденного воздуха, конденсируемая влага стекает в поддон (на фиг.1-3 не показано) и вместе с пылью по сливной трубке удаляется из транспортного средства. Далее холодный воздух подогревается в радиаторе обогревателя 4 до задаваемой температуры и, одновременно, подогрев воздуха позволяет снизить его влажность до желаемого уровня.

Управление системой нормализации микроклимата в соответствии с заявляемыми признаками производится с помощью пульта управления 22 вручную по данным датчиков температуры и влажности воздуха 19, температуры испарителя 23 и датчиков газоанализаторов 20 и 21, а также в автоматическом режиме при работе системы кондиционирования, либо климат-контроля, т.е. с помощью электронной системы управления по задаваемым программам. В последнем случае и состав системы управления входит микрокомпьютер с дисплеями различных типов, позволяющий дополнительно к функциям поддержания заданных температуры и влажности управлять параметрами и работой элементами очистки воздуха, переключением режимов работы системы (отопление, вентиляция, охлаждение, очистка), подачей воздуха в ступенчатом и бесступенчатом режимах и переключением направлений потоков воздуха через разные контуры внутри салона по зонам в зависимости от внешних и внутренних условий.

Предложенные способ и устройство нормализации микроклимата работают на примере устройства следующим образом.

Первый пример. Воздух внутри и снаружи салона (кабины, помещения) загрязнен выше гигиенического норматива по одному или нескольким вредным веществам (при езде в пробках, плотных транспортных потоках, в тоннелях, при парковке в гаражах, помещениях автосервиса, при высоком фоновом загрязнении атмосферного воздуха вредными выбросами предприятий, при чрезвычайных ситуациях и т.д.).

При работе в составе системы нормализации микроклимата системы кондиционирования 2 (системы климат-контроля) система нормализации микроклимата работает на втором режиме с возможностью реализации двух вариантов. В первом варианте (см. фиг.1, 2), связанным с обеспечением максимально комфортных условий в салоне 1, воздух подается в салон 1 по первому и второму контурам. При этом полностью очищаемый в блоке очистки 12 воздух в нервом контуре может подаваться в салон в количестве не более 25-40 м³/час для 5 человек, находящихся в салоне 1. Такой расход воздуха в первом контуре задается положением заслонки 17, а также частотой вращения вентиляторов 5 и/или 26, и полным закрытием заслонкой 14 трубопровода 7 со стороны салонного фильтра 6. По второму контуру в салон подается воздух, очищаемый только в блоке очистки 13, т.е. только через трубопровод 10, что обеспечивается закрытием трубопровода 8 заслонками 15 и 16. Производительность воздуха по второму контуру задается по желанию пассажиров установкой соответствующего положения заслонки 24 с помощью пульта 22.

В этом случае происходит быстрая и эффективная очистка всех потоков подаваемого в салон 1 воздуха в блоках очистки 12 и 13, напор воздуха в салоне 1 осуществляется напорным вентилятором 5 или 26, что исключает подсасывание наружного загрязненного воздуха в салон 1 из-за его негерметичности. Такая организация работы системы нормализации микроклимата позволяет минимизировать снижение ресурса очищающих материалов в блоках очистки 12 и 13. Одновременно при работе кондиционера 2 исключается запотевание стекол в салоне 1 и обеспечиваются задаваемые уровни температуры и влажности воздуха, т.е. обеспечиваются комфортные условия в салоне 1 по всем параметрам.

Второй вариант связан с экономией затрат на фильтрующие материалы в блоках очистки 12 и 13. В этом случае система работает только в режиме рециркуляции, т.е. в салон 1 воздух подается только по второму контуру (трубопровод 7 перекрывается заслонкой 24) и только через блок очистки 13 (трубопровод 8 закрыт заслонками 15 и 16). При этом также обеспечивается эффективная очистка воздуха в салоне 1, но в салоне 1 может оставаться фоновое загрязнение воздуха из-за отсутствия наддува воздуха в салоне 1 и поступления вследствие этого части загрязненного воздуха в салон 1 снаружи из-за его негерметичности. В этом варианте при работе кондиционера 2 также исключается запотевание стекол салона 1 и поддерживаются заданные значения температуры и влажности воздуха. Наряду с положительным моментом - минимизацией расхода фильтрующий материалов в блоке очистки 13 недостатком данного варианта работы системы нормализации микроклимата является возможное фоновое загрязнение воздуха в салоне 1, но не превышающее гигиенических нормативов.

При работе в составе системы нормализации микроклимата только системы вентиляции и отопления (система кондиционирования не включена или отсутствует) требуется увеличение подачи воздуха в салон 1 по первому контуру (но не более расхода воздуха по второму контуру и с теми же регулировками положения всех заслонок) из-за необходимости исключения запотевания стекол салона 1.

В перечисленных вариантах работы системы нормализации микроклимата после эффективной очистки воздуха в салоне 1 (когда содержание вредных веществ в воздухе салона 1 станет ниже гигиенических нормативов) поддержание чистого воздуха обеспечивается путем подачи и очистки сначала до 70%, а затем до 30% части рециркулируемого потока воздуха во втором контуре путем соответствующего изменения положения заслонок 15 и 16.

Таким образом, в заявленном техническом решении даже в условиях большого загрязнения воздуха в салоне 1 и наружного воздуха наряду с комфортными условиями по температуре и влажности воздуха осуществляется эффективная очистка воздуха в блоках очистки 12 и 13 от всего перечня вредных веществ, а именно - от частиц размером до 0,2 микрон путем применения фильтрующих материалов, от оксидов азота - путем применения химических поглотителей, от углеводородов, в т.ч. ПАУ, озона - путем применения специальных модифицированных углей, от оксида углерода - путем применения низкотемпературных катализаторов, например палладия, платины, родия, рутения, их оксидов, а также цеолитов, от других вредных веществ, в т.ч. отравляющих - путем применения соответствующих очищающих материалов и средств. Эффективная работа системы нормализации микроклимата осуществляется при включении любых ее подсистем - а именно: кондиционирования, вентиляции, отопления. Дополнительная регулировка расхода воздуха по первому и второму контурам на первом и втором режимах работы системы в зависимости от степени загрязнения воздуха в салоне 1 и наружного воздуха, а также регулировка доли очищаемого воздуха в контурах с помощью блоков очистки 12 и 13 позволяет значительно сократить расход фильтрующих материалов, снизить расход энергии на привод агрегатов системы кондиционирования путем снижения обрабатываемой в кондиционере 2 доли приточного воздушного потока, подаваемого по первому контуру, а требуемая производительность воздуха, подаваемая в салон 1, обеспечивается применением в блоках очистки 12, 13 и кондиционере 2 дополнительных напорных вентиляторов 5, 25 и 26. Дополнительное загрязнение воздуха в салоне 1 вследствие его негерметичности исключено благодаря наддуву воздуха в салоне 1 напорными вентиляторами 5 и 26 в блоке 12 и кондиционере 2 первого контура.

Аналогично с теми же параметрами и регулировками осуществляется работа системы нормализации микроклимата с одним блоком очистки 12, представленной на фиг.3.

Второй пример. Воздух внутри салона 1 загрязнен выше гигиенического норматива по одному или нескольким вредным веществам, а снаружи салона 1 - чистый (при курении в салоне 1, при внутренних вредных выбросах - из-за неисправности систем питания, например газобаллонных, порчи перевозимых грузов и т.д.).

В этом случае по желанию водителя и пассажиров система нормализации микроклимата может работать в двух вариантах. Первый - продувка салона 1 по первому контуру с отключенными байпасным трубопроводом 9, блоком очистки 12 (заслонка 14 закрывает трубопровод 9). При этом второй контур также отключен (заслонка 7 закрывает трубопровод 11). Весь поток чистого наружного воздуха подается в салон 1 и при большом расходе воздуха обеспечивается быстрая продувка салона 1. Второй - полностью отключается первый контур (заслонка 24 закрывает трубопровод 7 со стороны салонного фильтра 6), а по второму контуру поток воздуха подается только через блок очистки 13 (заслонки 15 и 16 закрывают трубопровод 8), в котором он очищается и подается в салон. При большом расходе рециркулируемого воздуха во втором контуре производится быстрая и эффективная очистка воздуха в салоне 1 независимо от того, какая из подсистем системы нормализации микроклимата включена - вентиляции, подогрева или кондиционирования - фиг.1-3. При этом при работе системы нормализации в первом варианте не происходит расхода фильтрующих материалов в блоках очистки 12 и 13.

Третий пример. Небольшое загрязнение воздуха в салоне 1 и наружного воздуха (при езде транспортного средства за городом или в городе при наличии малого количества автомобилей на дороге и небольшом фоновом загрязнении атмосферного воздуха). В этом случае целесообразна подача полностью очищаемого приточного воздуха в первом контуре в количестве от 15 до 50 м³/час при работе системы кондиционирования (заслонка 14 закрывает трубопровод 7 со стороны салонного фильтра 6) и в количестве от 30 до 80 м³/час (по усмотрению водителя и пассажиров и их количества в салоне 1) при работе системы вентиляции и подогрева - больший расход приточного воздуха в этом случае связан с необходимостью исключения запотевания стекол салона 1. Подача воздуха в салон 1 при этом по второму контуру может составлять от 100 до 300 м³/час, а доля очищаемого в блоке очистки 13 воздуха (устанавливаемая положением заслонок 15 и 16) может не превышать 70% или 30% расхода воздуха во втором контуре - в зависимости от уровня загрязнения воздуха в салоне 1. Таким образом обеспечивается эффективное снижение загрязнения воздуха в салоне 1, а затем поддержание чистоты воздуха на комфортном уровне. При этом минимизируется расход фильтрующих материалов в блоках очистки 12 и 13, снижаются энергозатраты на обработку приточного воздуха в кондиционере 2 и устраняется поступление загрязненного наружного воздуха вследствие негерметичности салона 1 путем наддува воздуха в салоне 1 по величине не менее 5-10 Па в сравнении с давлением наружного воздуха.

Четвертый пример. Воздух внутри и снаружи салона 1 чистый. В этом случае работает только система кондиционирования 2, обеспечивающая задаваемые значения температуры и влажности воздуха в салоне 1 (заслонка 14 закрывает трубопровод 9, заслонки 15 и 16 закрывают трубопровод 10). При этом расход воздуха по первому контуру (через салонный фильтр 6) не должен превышать расхода воздуха по второму контуру (задается положением заслонки 24). Ограничение расхода приточного воздуха по первому контуру позволяет увеличить ресурс работы салонного фильтра 6 и снизить расход энергии на обработку приточного воздуха в кондиционере 2 (в системе вентиляции, отопления).

Таким образом, в заявленном техническом решении обеспечивается выполнение всех поставленных задач, а именно достигается повышение эффективности снижения загрязнения воздуха от вредных веществ в салонах, обитаемых отсеках, кабинах транспортных средств и помещений при всех условиях эксплуатации путем организации эффективной очистки воздуха, оптимизации параметров работы систем кондиционирования при работе их на разных режимах, наддува салона, а также оптимизация расходов приточного воздуха и воздуха, подаваемого в салон в режиме рециркуляции. Так же достигается снижение расхода энергии на привод агрегатов системы, снижение расхода эксплуатационных материалов, в первую очередь материалов, используемых в салонных фильтрах и блоках очистки воздуха.

Заявленные способ и устройство могут найти применение во всех случаях, когда есть необходимость создания комфортных условий пребывания людей в помещениях, обитаемых отсеках, салонах, кабинах на работе и в бытовых условиях.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам и устройствам очистки воздуха от вредных веществ, содержащихся в воздухе салонов и кабин транспортных средств. Способ нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования с салонным фильтром, заключается в том, что очищают воздух от частиц и подают с помощью вентилятора в салон по двум контурам. По первому из контуров - разомкнутому, после обработки подают в салон приточный наружный воздух, по второму - замкнутому, воздух забирают из салона, обрабатывают и подают обратно в салон. Регулировку подачи воздуха в салон по контурам производят с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом. Подаваемый в салон воздух по второму контуру дополнительно очищают в дополнительном фильтрующе-сорбирующем блоке очистки от вредных веществ. Прокачку воздуха через слои в блоке очистки производят путем применения напорного вентилятора, напор которого превышает газодинамическое суммарное сопротивление салонного фильтра и блока очистки, всех местных сопротивлений воздушных трактов и агрегатов систем вентиляции, отопления и кондиционирования и создает повышенное давление воздуха в салоне по величине не менее 5-10 Па в сравнении с давлением наружного воздуха. Технический результат заключается в повышении эффективности снижения загрязнения воздуха в салонах транспортных средств, снижении расхода энергии на привод агрегатов системы. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования с салонным фильтром, которым очищают воздух от частиц и подают с помощью вентилятора в салон по двум контурам, по первому из которых - разомкнутому, после обработки подают в салон приточный наружный воздух, по второму - замкнутому, воздух забирают из салона, обрабатывают и подают обратно в салон, а регулировку подачи воздуха в салон по контурам производят с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом, отличающийся тем, что подаваемый в салон воздух по второму контуру дополнительно очищают, по меньшей мере, частично в дополнительном фильтрующе-сорбирующем блоке очистки от частиц размером до 0,2 мкм путем применения фильтрующих материалов, и, по меньшей мере, от двух из следующих вредных веществ, на которые установлены гигиенические нормативы по их предельному безвредному содержанию в воздухе оксидов азота, очищаемых с помощью поглотителей, оксида углерода, очищаемого с помощью низкотемпературного катализатора и цеолитов, - углеводородов, в том числе полициклических ароматических, озона, очищаемых с помощью модифицированных углей, размещаемых в дополнительных слоях блока очистки, а прокачку воздуха через слои в блоке очистки производят путем применения напорного вентилятора, напор которого превышает газодинамическое суммарное сопротивление салонного фильтра и блока очистки, всех местных сопротивлений воздушных трактов и агрегатов систем вентиляции, отопления и кондиционирования и создает повышенное давление воздуха в салоне по величине не менее 5-10 Па в сравнении с давлением наружного воздуха.2. Способ нормализации микроклимата по п.1, отличающийся тем, что по первому контуру производят дополнительную очистку воздуха в дополнительном первом байпасном трубопроводе, оснащенном дополнительным многослойным фильтрующе-сорбирующим блоком очистки.3. Способ нормализации микроклимата по п.1, отличающийся тем, что по второму контуру дополнительную очистку воздуха производят, по меньшей мере, частично путем байпасной подачи части рециркуляционного потока воздуха через дополнительный второй байпасный трубопровод второго контура по отношению к дополнительному фильтрующе-сорбирующему блоку очистки.4. Способ нормализации микроклимата по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что повышенное сопротивление, по меньшей мере, одного дополнительного блока очистки преодолевают путем применения в нем дополнительного напорного вентилятора, например, радиального типа.5. Способ нормализации микроклимата по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что подачу и очистку воздуха в первом контуре производят на двух режимах, на первом из которых приточный воздух подают в салон с возможностью дополнительной очистки при отключенном втором контуре, а на втором режиме подачу воздуха производят при включенном втором контуре, расход воздуха по первому контуру на втором режиме не превышает расхода воздуха по второму контуру, причем дополнительную очистку воздуха по второму контуру производят, по меньшей мере, в трех диапазонах - очищают до 30%, до 70% и до 100% от расхода рециркулируемого воздуха в зависимости от уровня загрязненности воздуха в салоне и наружного воздуха, а настройку диапазонов производят в ручном или автоматическом режимах с помощью блока управления по данным показаний установленных в салоне и/или снаружи салона газоанализаторов, по меньшей мере, по одному из вредных веществ при достижении его содержания в воздухе, близкого к гигиеническому нормативу.6. Система нормализации микроклимата в салоне транспортного средства, оснащенного системой вентиляции, отопления и кондиционирования с салонным воздушным фильтром, содержащая элементы системы - вентилятор, отопитель, салонный фильтр, трубопроводы, которая с помощью воздушных каналов в трубопроводах образует с салоном два контура, первый из которых - разомкнутый, через элементы системы соединяет наружный воздух с салоном, а второй контур - замкнутый, рециркуляционный, соединяет через элементы системы вход и выход второго контура с воздушным объемом салона, причем подача воздуха по каждому из контуров регулируется с помощью блока управления, сблокированного с исполнительным механизмом, например, в виде первой заслонки, размещенной на стыке первого и второго контуров, регулирующим подачу воздуха по первому и второму контурам, отличающаяся тем, что второй контур рециркуляции оснащен дополнительным фильтрующе-сорбирующим блоком очистки, состоящим, по меньшей мере, из трех слоев, слои которого заполнены, по меньшей мере, тремя из следующих очищающих воздух компонентов - фильтрующим материалом для очистки от частиц размером до 0,2 мкм, сорбентом из модифицированных углей для очистки от углеводородов, в том числе полициклических ароматических, озона, поглотителем для связывания оксидов азота, низкотемпературным катализатором и/или цеолитами для очистки от оксида углерода, с возможностью полной или частичной прокачки воздуха через этот блок по второму контуру, причем, по меньшей мере, один вентилятор выполнен напорным, например радиальной конструкции, для обеспечения прокачки воздуха через блок очистки, преодоления всех местных сопротивлений, сопротивлений элементов системы и создания в салоне повышенного давления воздуха в сравнении с давлением воздуха снаружи салона не менее чем на 5-10 Па.7. Система нормализации микроклимата по п.6, отличающаяся тем, что первый контур дополнительно содержит первый байпасный трубопровод, установленный в нем дополнительный фильтрующе-сорбирующий блок очистки, в который поступает наружный воздух, а в месте соединения двух трубопроводов первого контура - основного и первого байпасного трубопровода, установлен дополнительный исполнительный механизм, выполненный, например, в виде второй заслонки, сблокированный с блоком управления.8. Система нормализации микроклимата по п.7, отличающаяся тем, что второй контур дополнительно содержит второй байпасный трубопровод, на входе или выходе соединения второго байпасного трубопровода и трубопровода второго контура дополнительно установлен исполнительный механизм, выполненный, например, в виде третьей заслонки, сблокированный с блоком управления.9. Система нормализации микроклимата по любому из пп.6, 7, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из дополнительных блоков очистки снабжен дополнительным напорным вентилятором, например, радиального типа.10. Система нормализации микроклимата по п.8, отличающаяся тем, что система работает на двух режимах, первый из которых связан с подачей в салон приточного воздуха, для чего первая заслонка всегда находится в закрытом положении в отношении рециркуляционного трубопровода второго контура, а вторая заслонка может менять свое положение от полностью открытого в отношении первого байпасного трубопровода с дополнительным блоком очистки, при котором основной трубопровод полностью закрыт, до полностью закрытого, а второй режим обеспечивает очистку и подачу воздуха одновременно по двум контурам, либо только по второму контуру, причем расход воздуха в первом контуре при работе на втором режиме никогда не может превышать расхода воздуха во втором контуре путем подбора соответствующего положения первой заслонки, а доля очищенного воздуха во втором контуре задается в трех диапазонах - до 30%, до 70%, до 100% путем настройки положения третьей заслонки, причем задача этих положений в ручном или автоматическом режимах производится с помощью блока управления по данным показаний установленных в салоне и/или снаружи салона газоанализаторов, по меньшей мере, по одному из вредных веществ при достижении его содержания в воздухе близкому к гигиеническому нормативу.