Установка для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу

Реферат: Установка для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, яка містить привід транспортного засобу, сполучені з ним (механічним зв'язком) компресори для подачі зовнішнього повітря, двоконтурний теплообмінник типу "повітря-повітря", вихрову трубу з регулятором співвідношення витрат холодного і гарячого потоків повітря, сполучену з одним з контурів теплообмінника, ємність з водою, що наддувається повітрям з магістралі його подачі на вхід у вихрову трубу і сполучену гнітами з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою та із засопловою ділянкою вихрової труби, причому привід транспортного засобу виконано у вигляді дизеля з турбокомпресором наддування, при цьому вихід з контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, сполучено послідовно з регульованим дроселем і пристроєм, що підсумовує потік повітря, що проходить через дросель, з додатковим потоком зовнішнього повітря, вихід якого сполучено з входом турбокомпресора наддування дизеля. UA 94863 U (54) УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМУ ПОВІТРЯ, ЩО ПОДАЄТЬСЯ ДО КАБІНИ ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ UA 94863 U UA 94863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до устаткування для забезпечення заданих температурних параметрів повітря і може використовуватися для створення і підтримки комфортних умов у кабінах різних транспортних засобів, переважно в кабінах тракторів і комбайнів. Відомі установки для кондиціювання повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, в яких здійснюється попереднє стиснення зовнішнього повітря в лопатних компресорах, його проміжне охолоджування в двоконтурних теплообмінниках повітрям, що прокачується через контур охолоджування вентилятором, і подальше охолодження шляхом розширення в турбодетандерах. Привід указаних вузлів обертання здійснюється за допомогою або механічної передачі від двигуна через мультиплікатор, що забезпечує підвищення оборотів вузлів обертання і зменшення їх габаритів, або високооборотної турбіни, що використовує, як робоче тіло, вихлопні гази двигуна транспортного засобу. Недоліком указаних установок є зниження їх енергетичної ефективності, обумовлене тим, що охолоджуюче повітря з теплообмінника викидається назовні; крім того, наявність теплового моста по валу, що сполучає утилізаційну турбіну-привід з компресором, обумовлює додатковий підігрів повітря, що стискається в ньому і, як наслідок, зниження холодопродуктивності установок. Крім того, указані установки конструктивно складні, зважаючи на наявність великої кількості високооборотних вузлів обертання, складні в експлуатації і ремонті. (Див. с. 154-155 у кн. Вопросы микроэнергетики: Труды Куйбышевского авиационного института. - 1965. - Вып. XXII. - 196 с.). Відома установка для охолоджування повітря, що містить джерело стислого повітря, до якого приєднаний теплообмінник типу "повітря-повітря", розташоване у повітропроводі, вихрову трубу, приєднану до контуру теплообмінника, і турбіну, вихід якої через короб сполучений з охолоджуваним об'ємом. У повітропроводі нагріте під час стиснення повітря охолоджується зовнішнім повітрям, що подається до теплообмінника вентилятором. Далі це повітря подається у вихрову трубу, де відбувається його розділення на холодний і гарячий потоки. Холодний потік надходить на вхід у турбодетандер і потім через короб в охолоджуваний об'єм. Повітря, забране з охолоджуваного об'єму, використовується для охолоджування гарячої частини вихрової труби. (Див. М.М. Френкин. Воздушные холодильные машины и транспортные установки кондиционирования воздуха. Обзор зарубежных патентов. - М.: Государственный комитет по делам изобретений и открытий СССР, ЦНИИПИ, 1964. - С. 8-9, фиг. 3). В цій установці вихрова труба використовується у комплексі з турбодетандером, що ускладнює установку, яка забезпечує тільки охолодження повітря, що подається в охолоджуваний об'єм. Крім того, енергетична ефективність установки низька, бо повітря, що забирається з охолоджуваного об'єму, після його використовування для охолоджування гарячої ділянки вихрової труби викидається назовні. Найближчим технічним рішенням, вибраним як прототип, є установка для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, яка містить теплообмінник типу "повітря-повітря", кожен контур якого виконаний з окремим джерелом повітря у вигляді компресора, і вихрову трубу, яка приєднана до виходу одного з контурів теплообмінника, а контур теплообмінника, не пов'язаний з вихровою трубою, виконаний замкнутим через двопозиційний пневмоперемикач, установлений на виході з компресора, вхід якого сполучений з виходом указаного контуру (Див. патент № 26541, UA, МПК В 60 Н 1/00 Установка для регулювання температурного режиму повітря, яке подається до кабіни транспортного засобу / Олексіїв Ю.С., Бондар М.Л. та ін.; заявник та патентоволодар Нода О.О., Свириденко М.Ф. - 96093644; заявл. 23.09.96, опубл. 11.10.99, Бюл. № 6). Крім того, установка містить ємність з водою, сполучену гнітами з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, та із засопловою ділянкою вихрової труби; при цьому ємність зв'язана магістраллю наддування з входом у вихрову трубу. Загальними істотними ознаками відомої установки і технічного рішення, що заявляється, є привід транспортного засобу, здійснюючий приведення в дію компресорів для подачі зовнішнього повітря, двоконтурний теплообмінник "повітря-повітря", вихрова труба з регулятором співвідношення витрат холодного і гарячого потоків повітря, що приєднана до одного з контурів теплообмінника, ємність з водою, що наддувається повітрям від магістралі його подачі на вхід у вихрову трубу, яка сполучена гнітами з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, та із засопловою ділянкою вихрової труби. В установці-прототипі при роботі в режимі охолоджування зовнішнього повітря, що подається до кабіни, контур теплообмінника, здійснюючий проміжне охолоджування цього повітря після стиснення в компресорі, виконаний розімкненим, і охолоджуюче повітря викидається в атмосферу, що призводить до зниження енергетичної ефективності установки в цілому та її приводу. 1 UA 94863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Крім того, наявність двох лопатних компресорів, що приводяться в обертання механічною передачею від приводу, ускладнює конструкцію передачі, призводить до збільшення її маси і зростання непродуктивних механічних втрат в ній. Крім того, при роботі установки у режимі охолоджування не використовується "відпрацьоване" охолоджене повітря, яке знаходиться в кабіні, що призводить до зниження енергетичних показників установки в цілому. Крім того, при роботі в режимі підігріву повітря, що подається до кабіни, вихрова труба використовується в режимі охолоджування гарячого повітря, яке приходить на її вхід з теплообмінника, що обумовлює збільшення непродуктивних витрат енергії на функціонування установки в цілому. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення установки для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, в якій, шляхом застосування нового приводу, введення нових зв'язків між вузлами установки і нових конструктивних елементів, забезпечується підвищення ефективності використання енергетичних ресурсів приводу на регулювання температурного режиму повітря в кабіні, підвищена гнучкість управління ним при збереженні функціональних можливостей і зменшена металоємність і конструктивна складність установки. Поставлена задача розв'язується тим, що в установці для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, яка містить привід транспортного засобу, сполучені з ним компресори для подачі зовнішнього повітря, двоконтурний теплообмінник типу "повітря-повітря", кожен контур якого сполучений з окремим компресором, вихрову трубу з регулятором співвідношення витрат холодного і гарячого потоків повітря, сполучену з одним із контурів теплообмінника, ємність з водою, що наддувається повітрям з магістралі його подачі на вхід у вихрову трубу і сполучену гнітами з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, та із засопловою ділянкою вихрової труби, згідно з корисною моделлю привід транспортного засобу виконаний у вигляді дизеля з турбокомпресором наддування; при цьому вихід з контуру теплообмінника типу "повітряповітря", не пов'язаного з вихровою трубою, сполучений послідовно з регульованим дроселем і пристроєм (суматором), що підсумовує потік повітря, яке виходить з цього контуру теплообмінника через дросель, з додатковим потоком повітря, яке забирається з навколишнього середовища; при цьому вихід з пристрою, що підсумовує, сполучений з входом турбокомпресора наддування дизеля. Крім того, установка містить забірний пристрій, що знаходиться в кабіні, сполучений магістраллю з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою. Крім того, магістралі для виходу холодного і гарячого потоків повітря з вихрової труби сполучені з двохпозиційним пнемоперемикачем, вихід з якого сполучений з кабіною транспортного засобу. Порівняльний аналіз з прототипом показує, що установка, яка заявляється, відрізняється тим, що: 1) привід транспортного засобу виконаний у вигляді дизеля з турбокомпресором наддування, вхід якого сполучений з виходом не пов'язаного з вихровою трубою контуру теплообмінника "повітря-повітря" магістраллю, що включає регулюючий дросель і пристрій, що підсумовує потік, який виходить з контуру після проходження їм дроселя, з додатковим потоком зовнішнього повітря; 2) вхід до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, сполучений магістраллю з встановленим у кабіні транспортного засобу забірником повітря; 3) магістралі для виходу потоків холодного і гарячого повітря на виході з вихрової труби сполучені за допомогою двопозиційного пнемоперемикача з магістраллю подачі до кабіни повітря із заданими параметрами. Сукупність указаних відмітних ознак 1)-3) є достатньою в усіх випадках, на які розповсюджується прошений об'єм правової охорони. Виконання приводу транспортного засобу у вигляді дизеля з турбокомпресором наддування дозволяє використовувати його компресор для прокачування зовнішнього повітря через контур теплообмінника, призначений для охолоджування зовнішнього, заздалегідь стислого, повітря, що подається до вихрової труби, у компресорі установки, що приводиться в обертання за допомогою механічної передачі від колінвала дизеля. При цьому підвищується ефективність теплообмінника, зважаючи на значну величину витрати на наддування дизеля (див. с. 191-200 у кн. Симсон А.Э. Турбонаддув высокооборотных дизелей / А.Э. Симсон, В.Н. Калинский, Ю.Б. Моргулис и др. - М.: Машиностроение, 1976. - 288 с.), що дозволяє інтенсифікувати теплопередачу, при одночасному зниженні втрат тиску в охолоджуючому контурі, за рахунок 2 UA 94863 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 використовування протитечійної схеми течії (див. с. 145-146 у кн. Михеев М.А. Краткий курс теплопередачи / М.А. Михеев, И.М. Михеева. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1967. - 208 с.). Установка, на виході з охолоджуючого контуру теплообмінника, регульованого дроселя і послідовно з ним пристрою, що підсумовує потік повітря, який проходить через дросель, з додатковим потоком зовнішнього повітря, дозволяє забезпечити стабільність параметрів повітря, що потрібні за умов наддування, на вході в компресор наддування за різних умов і режимів роботи установки для регулювання температурного режиму повітря транспортного засобу, що подається до кабіни. Відбір повітря з кабіни і його подача на вхід охолоджуючого контуру теплообмінника дозволяє не тільки забезпечити неперевищення допустимої концентрації СО 2 в атмосфері кабіни (див. с. 155 у кн. Меклер В.Я. Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха / В.Я. Меклер, П.А. Овчинников. - М: Стройиздат, 1978. - 312 с.) за рахунок збільшення кратності повітрообміну в ній, але й підвищити ефективність функціонування охолоджуючого контуру теплообмінника шляхом подачі на його вхід повітря з кабіни з температурою меншою, ніж температура навколишнього середовища. Підвищення ефективності охолоджуючого контуру теплообмінника, у свою чергу, дозволяє підвищити напірність компресора, що подає повітря до вихрової труби, і, як наслідок, підвищити температурну ефективність вихрової труби в режимах генерації як холодного, так і гарячого потоків повітря (див. статтю Свириденко Н.Ф. Расчет и выбор основных режимных и конструктивных параметров низконапорной вихревой трубы воздушной холодильной установки / Н.Ф. Свириденко, B.C. Сенькин, Г.И. Ильин // Техническая механика. - 2013. - № 2. - С. 89-98.). Об'єднання магістралей для виходу цих потоків за допомогою двохпозиційного пневмоперемикача, вихід з якого сполучений магістраллю подачі повітря до кабіни, дозволяє здійснювати роботу установки в режимі подачі до кабіни охолодженого, або підігрітого, при перекритому на виході з охолоджуючого контуру теплообмінника дроселі, повітря. Таким чином, пропонована установка дозволяє як охолоджувати повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, так і підігрівати його. Принципова схема установки приведена на фігурі. Установка містить привід транспортного засобу 1 у вигляді дизеля з турбокомпресором 2 наддування циліндропоршневої групи 3 дизеля, що включає турбіну і компресор 4, і компресор 5, пов'язаний з приводом 1 механічним зв'язком, що включає мультиплікатор 6 і керовану фрикційну муфту 7, для стиснення зовнішнього повітря, що подається до кабіни. Компресор 5 сполучений з входом до контуру 8 теплообмінника 9, вихід з якого приєднаний до входу у вихрову трубу з регулятором співвідношення витрат гарячого і холодного потоків повітря 10. Вхід контуру 11 теплообмінника 9 сполучений через регульований дросель 12 з суматором повітряних потоків 13, вихід з якого сполучений з входом до компресора 4. Вхідна магістраль контуру 11 теплообмінника 9 містить запірний вентиль 14 і сполучена магістраллю із забірним пристроєм 15 з кабіною 16. Виходи холодного 17 і гарячого 18 потоків повітря з вихрової труби 10 сполучені через двопозиційний пневмоперемикач 19 магістраллю 20 з кабіною транспортного засобу 16. Установка містить ємність 21 з водою, яка гнітом 22 сполучена з входом до контуру 11 теплообмінника 9 і гнітом 23 - із засопловою частиною вихрової труби 10 і наддувається повітрям від магістралі 8 подачі повітря від теплообмінника 9 до вихрової труби 10. У гнітах 22 і 23 встановлені вентилі 24 і 25 для регулювання витрат води, що подається в контур 11 теплообмінника і вихрову трубу 10. Установка працює таким чином. При роботі в режимі охолоджування повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, вентиль 14 і дросель 12 відкриті для проходу повітря, а пневмоперемикач 19 замкнутий на магістраль 17 холодного потоку з вихрової труби 10. Атмосферне повітря засмоктується компресором 4 в контур 11, змішується з холоднішим повітрям, яке підсмоктується по магістралі 15 з кабіни, охолоджує в контурі 8 теплообмінника 9 стиснуте компресором 5 (і нагріте) повітря і далі надходить через дросель 12 і суматор 13 (після змішення з додатковим потоком атмосферного повітря) на наддування циліндропоршневої групи 3 дизеля 1. Охолоджене повітря з контуру 8 надходить на вхід у вихрову трубу 10, де розділяється на холодний і гарячий потоки, які виводяться до пневмоперемикача 19, що встановлений на подачу холодного повітря до кабіни 16. Регулювання температури повітря здійснюється регулятором співвідношення потоків вихрової труби 10 і зміною витрат води, що подається з ємності 21 по гнітах 22 і 23 на вхід до контуру 11 теплообмінника 9 і до засоплової частини вихрової труби, за допомогою вентилів 24 і 25. 3 UA 94863 U 5 При роботі установки в режимі підігріву повітря вентиль 14 і дросель 12 перекриті, а пневмоперемикач 19 вихрової труби 10 переведений у положення подачі гарячого повітря з магістралі 18 до кабіни транспортного засобу 16. Таким чином, технічним результатом є підвищення ефективності використовування енергетичних ресурсів приводу на створення і підтримку комфортних умов у кабіні транспортного засобу, зниження матеріаломісткості і габаритів установки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 1. Установка для регулювання температурного режиму повітря, що подається до кабіни транспортного засобу, яка містить привід транспортного засобу, сполучені з ним (механічним зв'язком) компресори для подачі зовнішнього повітря, двоконтурний теплообмінник типу "повітря-повітря", вихрову трубу з регулятором співвідношення витрат холодного і гарячого потоків повітря, сполучену з одним з контурів теплообмінника, ємність з водою, що наддувається повітрям з магістралі його подачі на вхід у вихрову трубу і сполучену гнітами з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою та із засопловою ділянкою вихрової труби, яка відрізняється тим, що привід транспортного засобу виконано у вигляді дизеля з турбокомпресором наддування, при цьому вихід з контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою, сполучено послідовно з регульованим дроселем і пристроєм, що підсумовує потік повітря, що проходить через дросель, з додатковим потоком зовнішнього повітря, вихід якого сполучено з входом турбокомпресора наддування дизеля. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що в кабіні встановлено забірний пристрій, сполучений магістраллю з входом до контуру теплообмінника, не пов'язаного з вихровою трубою. 3. Установка за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що магістралі для виходу холодного і гарячого потоків повітря з вихрової труби сполучені з двопозиційним пневмоперемикачем, вихід з якого сполучений з кабіною транспортного засобу. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4