Установка для регулирования температурного режима воздуха, подаваемого в кабину транспортного средства

 

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к оборудованию для обеспечения и поддержания комфортных условий в кабинах транспортных средств, и может быть использовано для регулирования температурного режима воздуха, подаваемого в кабину. Установка содержит вихревую трубу, которая подсоединена к выходу одного из контуров теплообменника "воздух-воздух". Каждый контур теплообменника подключен к отдельному компрессору, при этом контур теплообменника, не связанный с вихревой трубой, замкнут через двухпозиционный пневмопереключатель. Последний установлен со стороны выхода компрессора, вход которого соединен с выходом указанного контура. Установка также содержит емкость с водой, которая соединена фитилями с входом в теплообменник по контуру, не связанному с вихревой трубой, и с засопловым участком вихревой трубы. При этом емкость связана магистралью наддува с входом в вихревую трубу. Установка обеспечивает возможность работы в двух регулируемых режимах: охлаждения и подогрева воздуха, подаваемого в кабину. Кроме этого, в режиме охлаждения воздуха повышается эффективность работы теплообменника за счет увеличения коэффициента теплоотдачи и обеспечивается повышение температурной эффективности вихревой трубы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию для обеспечения и поддержания заданных температурных параметров воздуха и может использоваться для поддержания комфортных условий в кабинах различных транспортных средств, преимущественно в кабинах тракторов.

Известны устройства для обеспечения требуемого температурного режима воздуха, использующее в качестве хладагента воздух воздушной расширительной установки и содержащие нагнетатель и турбовентилятор с теплообменником (А.С. Наталевич, В.Р. Стуканов. Сравнение различных схем кондиционирования воздуха в мощных автомашинах и тракторах // Вопросы микроэнергетики. Труды, выпуск XXII. Куйбышевский авиационный институт, г, Куйбышев, 1965, с. 153-167). Недостатком указанных устройств является то, что они работают только в режиме охлаждения воздуха и не могут работать в режиме подогрева.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для охлаждения воздуха, содержащая источник сжатого воздуха, к которому присоединен теплообменник типа воздух-воздух, расположенный в воздуховоде, вихревую трубу, подсоединенную к контуру теплообменника и турбину, выход которой через короб соединен с охлаждаемым объемом (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.9, фиг.3). В воздуховоде горячий воздух охлаждается наружным воздухом, подаваемым в теплообменник вентилятором. Далее охлажденный воздух подается в сопловой вход вихревой трубы. Холодный воздух из рабочей (горячей) камеры трубы подается в турбину, где адиабатически расширяется, охлаждаясь, и затем поступает в охлаждаемый объем. Общими существенными признаками известной установки и заявляемого технического решения является теплообменник типа воздух-воздух, каждый контур которого снабжен отдельным источником воздуха, и воздушная расширительная машина в виде вихревой трубы, которая подсоединена к выходу одного из контуров теплообменника. В теплообменнике установки-прототипа охлаждающий контур выполнен в виде открытого воздуховода, по которому продувается атмосферный воздух, температура которого всегда ниже температуры сжатого и нагретого воздуха, который подается по другому контуру теплообменника. В связи с этим, теплообменник в установке-прототипе работает только в режиме охлаждения сжатого (нагретого) воздуха, подаваемого на вихревую трубу, и, следовательно, известная установка может обеспечивать только охлаждение подаваемого в кабину транспортного средства воздуха. Однако, транспортные средства эксплуатируются как при повышенных температурах окружающей среды (например, летом), когда требуется охлаждение воздуха, подаваемого в кабину, так и в условиях пониженных температур окружающей среды (например, зимой), когда требуется подогрев воздуха, подаваемого в кабину. Последнее известная установка обеспечить не может.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования установки для регулирования температурного режима воздуха подаваемого в кабину транспортного средства, в которой путем введения новых конструктивных элементов и связей между узлами установки обеспечить возможность как охлаждения, так и подогрева воздуха, подаваемого в кабину, что расширит функциональные возможности установки и позволит использовать ее на транспортных средствах, эксплуатируемых как в условиях повышенных температур, так и в условиях пониженных температур окружающей среды.

Поставленная задача решается тем, что в установке для регулирования температурного режима воздуха, подаваемого в кабину транспортного средства, содержащей теплообменник типа воздух-воздух, каждый контур которого снабжен отдельным источником воздуха, и вихревую трубу, которая подсоединена к выходу одного из контуров теплообменника, согласно изобретению, контур теплообменника, не связанный с вихревой трубой, выполнен замкнутым через двухпозиционный пневмопереключатель, установленный на выходе из компрессора, вход которого соединен с выходом указанного контура.

Кроме того, установка содержит емкость с водой, соединенную фитилями со входом в теплообменник по контуру, не связанным с вихревой трубой, и с засопловым участком вихревой трубы, при этом емкость связана магистралью наддува со входом в вихревую трубу.

Сопоставительный анализ с прототипом, показывает, что заявляемая установка отличается тем, что: 1) контур теплообменника, не связанный с вихревой трубой, снабжен двухпозиционным пневмопереключателем; 2) пневмопереключатель установлен в контуре теплообменника со стороны выхода компрессора, подающего воздух в контур; 3) выход контура теплообменника соединен со входом компрессора; 4) имеется фитильный подвод воды ко входу контура теплообменника; 5) имеется фитильный подвод воды в засопловую часть вихревой трубы.

Первые три из указанных признаков являются достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правой охраны, а остальные - характеризуют изобретение в отдельных случаях его выполнения.

Наличие в контуре теплообменника, не связанного с вихревой трубой, двухпозиционного пневмопереключателя, установленного со стороны выхода компрессора, позволяет либо размыкать контур, либо замыкать его. При размыкании контура сжатый воздух, который через теплообменник поступает в вихревую трубу, охлаждается наружным воздухом, поступающим в разомкнутый охлаждающий контур, так как он своим выходом подсоединен к входу в компрессор. В этом случае установка работает в режиме охлаждения подаваемого в кабину воздуха. При замыкании с помощью пневмопереключателя контура теплообменника воздух циркулирует по замкнутому тракту "компрессор - теплообменник - пневмопереключатель" и все гидравлические потери преобразуются в тепло, что приводит к значительному повышению температуры воздуха, циркулирующего по этому тракту (см. Шадек Е. К. Загадка вентилятора //Энергия, N 7, 1988, с. 14-15). При этом КПД процесса близок к 1,0. Это тепло передается воздуху, проходящему по второму контуру теплообменника, связанному с вихревой трубой, т.е. теплообменник работает в режиме подогрева воздуха, подаваемого в кабину транспортного средства. Таким образом, предлагаемая установка позволяет как охлаждать воздух, подаваемый в кабину транспортного средства, так и подогревать его. Фитильный подвод воды (за счет капиллярных сил) на вход в теплообменник, которая имеет высокую теплоту испарения, обеспечивает повышение коэффициента теплоотдачи от охлаждаемой поверхности теплообменника к охлаждающему воздуху на 25-50% (см. В.А.Михайлов Современные водоиспарительные воздухоохладители для кабин сельскохозяйственных тракторов.// Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1994, N 3, с. 8-11). Это повышает эффективность охлаждения при уменьшении габаритов и материалоемкости теплообменника. Подача воды аналогичным путем происходит в засопловую часть вихревой трубы, где обеспечивается ее интенсивный распыл за счет высокой скорости вихря и использование в качестве охладителя. При этом обеспечивается значительное повышение температурной эффективности вихревой трубы и, соответственно, понижение ее напорности и шумности при расходах воды, не превышающих (2 - 3) 10^-3 кг воды/кг возд. , и практическое отсутствие влияния ее на влажность воздуха, подаваемого от вихревой трубы в кабину (см. А.Д.Суслов и др. Исследование процесса тепловлажностной обработки воздуха в вихревой трубе. // Изв. ВУЗов. :Машиностроение, 1990, N 6, с. 37-39).

На чертеже приведена принципиальная схема установки.

Установка содержит компрессорный блок 1 с компрессором 2, к которому подсоединен контур 3 теплообменника 4 типа воздух-воздух и компрессор 5, ко входу которого подсоединен выход второго контура 6 теплообменника 4. Компрессоры 2 и 5 связаны приводом 7 транспортного средства. К выходу контура 3 теплообменника 4 подсоединена вихревая труба 8. Контур 6 замкнут через двухпозиционный пневмопереключатель 9, который установлен на выходе компрессора 5. Установка содержит емкость 10 с водой, которая фитилем 11 соединена с входом в теплообменник 4 по контуру 6 и фитилем 12 - с засопловым участком 13 вихревой трубы 8. Емкость 10 соединена магистралью наддува 14 со входом 15 в вихревую трубу 8. Вихревая труба 8 имеет регулятор 16 соотношения расходов холодного и горячего потоков воздуха. 17, 18 и 19 - вентили.

Установка работает следующим образом.

При режиме охлаждения воздуха пневмопереключатель 9 разомкнут, а вентили 17 и 18 открыты. В этом случае воздух, сжатый в компрессоре 2, поступает в контур 3 теплообменника 4, где охлаждается атмосферным воздухом, прокачиваемым компрессором 5 через контур 6. Так как выход контура 6 подсоединен к входу компрессора 5, то атмосферный воздух в контур 6 подсасывается (но не нагнетается) и поэтому его температура всегда ниже температуры воздуха в контуре 3, в который воздух нагнетается (т.е. поступает сжатым) компрессором 2. После теплообменника 4 предварительно охлажденный воздух поступает в вихревую трубу 8, откуда часть (холодная) воздуха поступает в кабину машины, а часть (горячая) отводится наружу. Часть воздуха от входа 15 в вихревую трубу 8 поступает по магистрали 14 в воздушную полость емкости 10 с водой. Вода из емкости 10 по фитилям 11 и 12 поступает соответственно на вход теплообменника 4 и в засопловую часть 13 вихревой трубы 8. Регулирование температуры воздуха, подаваемого в кабину, осуществляется регулятором 16 соотношения расходов холодного и горячего потока вихревой трубы 8, а также изменением расходов воды, подаваемой на вход в теплообменник 4 и в засопловую часть вихревой трубы 8 соответственно вентилями 17 и 18, изменяющими проходное сечение фитилей.

При работе установки в режиме подогрева воздуха пневмопереключатель 9 замкнут, а вентили 17 и 18 закрыты. В этом случае воздух в контуре 6 движется по замкнутому тракту "компрессор 5 - теплообменник 4 - пневмопереключатель 9". При этом все гидравлические потери преобразуются в тепло с КПД, близким к 1,0, что приводит к повышению температуры воздуха в контуре 6. Это тепло в теплообменнике 4 передается воздуху, проходящему по контуру 3 и его температура повышается. Подогретый воздух поступает далее в вихревую трубу 8, откуда горячая его часть поступает в кабину, а холодная - отводится наружу.

Формула изобретения

1. Установка для регулирования температурного режима воздуха, подаваемого в кабину транспортного средства, содержащая 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, отличающаяся тем, что контур теплообменника, не связанный с вихревой трубой, выполнен замкнутым через двухпозиционный пневмопереключатель, установленный на выходе из компрессора, вход которого соединен с выходом указанного контура.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она 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 связана магистралью наддува со входом в вихревую трубу.

РИСУНКИ

Рисунок 1