Отопительная установка автономного рефрижераторного вагона Советский патент 1983 года по МПК B60H1/02 B61D27/00 

4; к1

со 1 Изобретение относится как к. железнодорожному транспорту, в частности отопительным уста-новкам рефрижераторных вагонов, так и к холодильной, технике, в частности.: к тепловым насосам. Известна отопительная установка автономного рефрижераторного вагона, в которой для подогрева циркул рующего в груэов.ом помещении вагона воздуха в холодное время года имеются электрические нагреватели, питаемые электрической энергией от дизель-ге 1ераторного агрегата рефр жераторного вагона .Недостатком известного устройст является трансформация электрическо энергии.в тепловую, не выгодная с технико-э:кономической точки зрения ( Наиболее близкой к изобретению явл ется отопительная установка автоно го рефрижератора вагона, содержащая преобразованную в тепловой насос холодильно-компрессорную установку снабженную испарителем и приводимую в действие дизель-генераторным агре гатом 2 . Известна установка может решать две задачи; охлаждение и нагрев, воз духа в вагоне. Тепловой насос осуще ствляется изменением функций конденсатора и испарителя. . Недостатком такой установки является низкая величина эффективно.го коэффициента преобразования, так как источник низкого потенциала, которым является окружающий вагон воздух, имеет низкую TeiAiepaTyРУ. . . . . Цель изобретения - устранение ук занного выше недостатка, т,е. повышение эффективного коэффициента преобразования теплового дасоса и экономии .топлива путем увеличения темпёратуры источника низкого потен циала, т.е. во.здуха, проходящего через испаритель. Поставленная цель достигается .тем, что отопительная установка, со держащая преобразованную в тепловой насос, холодильно-компрессорную уста новку, снабженную испарителем и приврдиму.ю..в действие дизель-генераторным агрегатором, снабжена эжекто ром для пропуска охлаждающего дизельгенераторный агрегат воздуха и подсос отработавших в дизеле газов, а такж последовательно соединенными с зжек тором теплообменником и смесителем ду1я подачи нагретого воздуха к испарителю.. . Отработавшие газы дизеля,-проходя через эжектор, засасывают воздух охлаждаюгдай поверность дизеля. Полученная в эжекторе газовоздушная смесь подается в специальный смеситель, где она смешивается с наружtttiM воздухом, поступающим к испарителю теплового насоса. Смеситель служит для интенсификации смешения газовоздушной смеси, имеющей высокую температуру, с холодным воздухом. Таким образом, за счет утилизации теплоты дизеля температура источника .. низкого потенциала теплового насоса значительно повышается, и, следовательно, повышается количество теплоты переносимой в установке источнику высокого потенциала, т. е. -воз-духу, циркулирующему в трузовом помещении вагона.. . Когда работа теплового насоса прекращается, а необходимый температурн.ый режим в вагоне обеепечивается подогревом воздуха за счет теплоты, выделяемой при работе вентиляг торов-циркуляторов, имеющихся в вагоне,, а также утилизированной теплоты дизеля, то эта теплота передается непосредственно воздуху, цирку- . лирующемув грузовом-Помещении вагона, теплопередающей поверхностью теплообменника. На фиг. 1 схематически изображе-. на отопительная установка автбномного рефрижераторного вагона; на фиг. 2 - график приращения абсолютной величины эффективного коэффициейта преобразования теплового насоса и приращение экономии топлива на работу дизель-генераторного агрегата лЭ в зависимости от степени эжекции fri.. Установка (фиг. 1)имеет ступень 1 низкого давления и ступень 2 высо1КОГО давления компрессора теплОвоо насоса, испаритель 3, конденсатор 4, терморегулирующие вентили 5 и б, дизель-генер.атсрный агрегат 7, вентилятор 8 воздушного о шаждения дизеля, выхлопной коллектор 9 дизеля, эжнктор 10, теплообменник 11, короб 12 потока наружного воздуха, сл еситель 13, короб 14 нагрев Ваемого воздуха, циркулирующего в грузовом помещении Твагона и несколько перекрывных кранов 15. На фиг. 1 пунктирными линиями показано движение холодильного агента работы установки в режиме холодильной машины, а сплошными - в режиме теплового насхэоа. Отопительная установка работает следукяцям образом. При температуре внутри грузового помещения рефрижераторного вагона ниже установлённого предела включается холодильнокомпрессорная устанойка, работающая в режиме теплового насоса.. OTpia6oтавшие газы дизеля через соответст-j вующий кран 15 пропускаются через / эжектор 10. За счет разрежения, создаваемого отработав11шми газами дизеля.при прохождении через эжектор гфоисходит подсос части воздуха, ох- лаждающего- дизель-генераторный агрегат 7, В эжекторе выхлопные газы и воздух смешиваются. Через соответствующий кран 15 смесь поступает в специальный смеситель 13, который расположен в коробе 12 пото ка холодного BQ.3духа окружающей ssv гон среды.-Здесь происходит смешение этого воздуха с газообразной средой высокой температуры. Нагретая среда источника низкого потенци ла вентиляторам просасывается через теплопередающую поверхность, испарителя 3 теллового насоса. В испарителе легкокипящий холодильный агент отнимает теплоту от источнику низкого потенциала, который в рассматриваенэй установке имеет тем пературу, значительно большую температуры окружающего вагон холодного воздуха.. После испарителя холо дильный агент поступает сначала в ступень, 1 низкого давления, а затем в ступень 2 высокого давления -поршневого компрессора. Сжатый в компрессоре -холодильный агент поступает в конденсатор 4 теплового насоса В процессе переохлаждения и конден сации лара холодильного агента в кр денсаторе теплота отдается источник высокого потенциала, т.е. воздуху, циркулируннцему в грузовом помещении вагона. Жидкий холодильный агент че рез регулирующий вентиль 5 поступае вновь в испаритель 3 теплового насо са. Таким образом, в отопительной установке вагона к источнику высокого потенциалу переносится не толь ко теплота окружающей вагон среды, но и частично утилизованная теплота дизеля дизель-генераторного агрегата автономного рефрижераторного вагона. В случае, когда температура . окружающего воздуха не слишком низка, установка, работающая в режиме теплового насоса, выключается В этом случае для поддержания необхо-ДИМОЙ температуры в грузовом поме-щении рефрижераторного вагона достаточно будет теплоты, выделяемой при работе в нем вентиляторов-циркуляторов, а также утилизированной теплоты дизеля. Необходимо отменить что холодильно-ртопитёльная установ ка существующих автономных рефрижераторных вагонов предусматривает, непрерывную работу дизель-генератор ного агрегата. При выключенном тепловом насосе путем переключения coo ветствующих кранов 15 смесь выхяоп ных газов дизеля и охлаждающего дизель воздуха через эжектор 10 ПОС тупает в теплообменник 11. Здесь утилизированная теплота дизеля чере теплопередающую поверхность теплообменника передается потоку нагреваемого воздуха, циркулирующему в грузовом помещении вагона. вность изобретения.выражаышении эффективного коэфреобразования - основного ономического показателя н асоса, а также.в эконоа дизеля отопительной вагона, что можно пркающим расчетом. й. расход продуктов сголя, кг/ч й,,г(1+об;вСо , (И коэффициент избытка воздуха (для-дизелей oL 1,6.. .2,0 ); теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива. Для дизельного топлива принимаем LQ 14,5 кг/кг; -часовой расхрд топлива при работе дизеля -на номинальном режиме, кг/ч Эф Эф нрминальная эффективная мощность; 0,265 кг/эф. кВт-ч - удельный эффективный расход топлива дизеля.. й расход газовоздушной ч C...., (l+mjCS, коэффициент эженмассовый расход части охлаждающего дизель возду.ха, идущей в эжектор, кг/ч. е теплового баланса смектореx-4)()- (Г нимая теплоемкости проани.я и воздуха одинаковы-w Vx) температура газовоздушной смеси после эжектора/ температура уходящих из дизеля продуктов сгорания. В расчетах принята ty 450°С температура охлаждающего воздуха после теплообмена со стенками цилиндров дизеля,. Исходя из значений нормальной температуры головки дизеля н обычно регшиэуемых температ ных напоров в воздушном охладсдении двигателей, будем приближенно счита io, 60«С. .Уравнение теплового баланса оме шения газовоздушного потока с атмосфернь1М воздухом .MSm( GreSm.{t4-4)- ( Отсюда температура атмосферного во духа перед испарителем после подог ва где i-- температура атмосферного где G - массовый расход атмосфер ного воздуха через испаритель,- кг/ч. Будем считать, что повышение, те пературы воздуха -tf. приведет к так му же увеличению температуры кипен холодильногоагента в испарителе Ч- сСоответствующее изМенение эффек тивного коэффициента преобра,зовани и его Ьпорное значение выражаются следующими уравнениями: Т. . г Т-индТгде t - степень термодинамичёс кого совершенства цикла теплового насоса; 1 - индикаторный КПД крмпре сора установки; . Лд, механический КПД компре сора установки; 1 КПД электродвигателя ко прессора; Т абсолютная температура конденсации холодильног агента; абсолютная т. кип. дильнрго агента; повышение т. кип. холодильного агента в испарителя за счет утилизации теплоты дизеля; VcA- КПД служебных расходов i (10), f - коэффициент преобразования без учета служебных расходов; NBK .. м . ВК I . ВК-Н7 где N0,- мощность электродвигателя вентилятора конденсатораJ NOH мощность электродвигателя вентилятора испарителя; N мощность компрессора уста. новки, Результирующее | приращениЪ; эконо- ) .мии топлива на работу дизель-генераторной установки рефрижераторнс го вагона в рассматриваемой отопи Рбльной установке можно оценить по значению -Л Чд с , т.е. . 100 , о/о Для рассматриваемой отопительной установки автономного рефрижераторного вагона выполнены расчеты по определению величин лЧэфИ d Э в зависимости от коэффициента эжекции m. В расчетах коэффициенты i и, . Ъд и ц доопределялись или выбирались по известным аналитическим или графическим зависимостям для фреоновых компресроров и встроенных электродвигателей. . На фиг. 2 приведены результаты расчетов.. Величины ДЧдф и Д Э на этой фигуре представлены в зависимости от коэффициента эжекции m . Параметрами являются исходные температуры окружающей среды bj..: -4. (сплошные линии ), tc (пунктирные линии )и ± (штрихпунктирные линии }. Помимо указанных выше цифр расчета принято: (;.., 6000 кг/ч; N-.. 7,5 кВт; N N«H 0„2. Из данных фиг. 2 прежде всего следует, что отопительная установка автономного рефрижераторного вагона за счет утилизации теплоты Дизеля реально обеспечит приращение абсолютной величины эффективного коэффициента преобразования йЧдф в зависимости от температуры/ окружающей среды на 27 - 55% и кономию ,топлива около 8,5-11,5% по сравнению с простым преобразованием работы холодильной машины автономного рефрижераторного вагона в тепловой насос и на 17-24.% по сравнению с прямой .трансформацией теповой энергии в электрическую. Реализация изобретения не требует значительных затрат, так как конструктивное выполнение схемы установки достаточно простое.

ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА АВТОНОМНОГО РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ВАГОНА, содержащая преобразованную в тепловой насос холодильно-компрессорную установку, снабженную испарителем и приводимую в действие дизель-генераторным агрегатом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективного коэффициента преобразования теплового насоса и экономии топлива за счет увеличения температуры источника низкого потенциала, т.е. воздуха, проходящего через испаритель, она снабжена эжектором для пропуска охлаждающего дизель-генераторный агрегат воздуi ха и подсоса отработавших в дизеле газов, а также |последовательно соеСО диненными с эжектором теплообменником н смесителем для подачи нагретого воздуха к испарителю.