Климатическая установка

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и предназначено для кондиционирования воздуха в салонах транспортных средств, преимущественно пассажирских автомобилей. Климатическая установка содержит вентилятор, испаритель для охлаждения воздуха и теплообменник для нагрева воздуха, размещенные в коробчатом корпусе, в котором на торцевой стенке на разной высоте расположены выпускные отверстия, перед которыми установлены поворотные заслонки. Новым является то, что у заслонок внутри корпуса размещены экраны с вогнутой поверхностью, ось симметрии каждой заслонки расположена соосно с осью поворота ее опорных деталей, опорные детали заслонок соединены с поводками, связанными тягами с органом управления. Техническим результатом является обеспечение простого и удобного единого управления воздушными потоками в воздухораспределительной камере, уменьшение аэродинамического сопротивления указанных потоков. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Техническое решение относится к транспортным средствам и касается климатической установки, предназначенной для кондиционирования воздуха, подаваемого в пассажирское помещение транспортных средств, в частности пассажирских автомобилей.

Известны климатические установки, размещаемые в пассажирских автомобилях под подоконным брусом и состоящие из вентилятора, испарителя и теплообменника, помещенных в коробчатый корпус, в котором на верхней, нижней и торцевой стенках выполнены выпускные отверстия, около которых консольно расположены поворотные заслонки, служащие для распределения воздушных потоков (патент в США №5162020, НКИ 454/156, МПК В 60 Н 1/00, международная заявка №WO 00/61395, МПК В 60 Н 1/00). Однако при таком размещении заслонок увеличивается длина климатической установки. Такое же замечание относится к климатической установке, представленной в свидетельстве РФ №13887.

Более компактной является климатическая установка, содержащая вентилятор, испаритель и теплообменник, размещенные последовательно в коробчатом корпусе, на плоской торцевой стенке которого на разной высоте выполнены выпускные отверстия, попеременно закрываемые консольно расположенными поворотными заслонками (опубликованная во Франции заявка №2753657, МПК В 60 Н 1/00). В этой климатической установке заслонки вследствие консольного их расположения после открытия создают собой помеху течению обработанного воздуха, то есть увеличивают аэродинамическое сопротивление выходящему потоку воздуха. Это требует увеличения мощности вентилятора, что нежелательно, так как приводит к увеличению затрат энергии.

Известна климатическая установка, содержащая бесформенный металлический корпус с множеством перегородок, разделяющих воздуховоды, в которых соосно со своими опорами расположены разнообразные поворотные заслонки, имеющие рычажный привод от плавающего диска, подвешенного на кривошипах (выложенная заявка в Германии №3813116, МПК В 60 Н 1/00, патент, выданный в США, №5052282, НКИ 454/145). Но эта климатическая установка имеет сложную и громоздкую конструкцию.

В качестве прототипа принята климатическая установка транспортного средства, содержащая вентилятор, испаритель для охлаждения воздуха и теплообменник для нагрева воздуха, размещенные в коробчатом корпусе, в котором на торцевой стенке на разной высоте расположены выпускные отверстия, перед которыми консольно установлены поворотные заслонки, имеющие единый привод от одного органа управления (патент в Германии №19526946, МПК В 60 Н 1/00, опубликованный 27.11.1997 г.). Такая климатическая установка имеет компактную конструкцию, которую можно удобно разместить в автомобиле у подоконного бруса. Однако из-за консольного расположения заслонок она имеет повышенное аэродинамическое сопротивление потоку воздуха, требующее применения более мощного вентилятора.

Решаемой задачей является создание компактной климатической установки с простым и удобным управлением создаваемых в ней воздушных потоков, обеспечивающим пониженное аэродинамическое сопротивление течениям этих потоков для уменьшения энергозатрат на привод вентилятора.

Для решения этой задачи в климатической установке, содержащей вентилятор, испаритель для охлаждения воздуха и теплообменник для нагрева воздуха, размещенные в коробчатом корпусе, в котором на торцевой стенке на разной высоте расположены выпускные отверстия, перед которыми установлены поворотные заслонки, у заслонок внутри корпуса размещены экраны с вогнутой поверхностью, ось симметрии каждой заслонки расположена соосно с осью поворота ее опорных деталей, опорные детали заслонок соединены с поводками, связанными тягами с органом управления, установленном на валу его привода.

При таком выполнении климатическая установка имеет простое и надежное устройство управления ее воздушными потоками с помощью компактно размещенных в коробчатом корпусе соосно с опорными деталями одинаковых заслонок, которые при открытии располагаются по потоку в положении, при котором получается минимальное аэродинамическое сопротивление прохождению воздуха.

При наиболее предпочтительном выполнении климатической установки выпускные отверстия выполнены круглыми и размещены в шахматном порядке в три ряда, причем в верхнем и нижнем рядах расположены три выпускные отверстия, а в среднем ряду расположены два отверстия, при этом около каждого ряда выпускных отверстий расположена единая заслонка прямоугольной формы. Это способствует обеспечению компактности климатической установки.

Над испарителем в климатической установке выполнен воздуховод подачи нагретого воздуха от теплообменника, расположенный на уровне верхнего ряда выпускных отверстий, служащих для направления теплого воздуха по шлангам к ногам пассажиров.

Корпус климатической установки состоит из кожуха, выполненного из полимерного материала, и вставленной в него металлической коробки, с которой соединены экраны и на которой параллельно воздуховоду подачи нагретого воздуха расположены патрубки отвода обработанного воздуха, с которыми соединены шланги.

Экраны, расположенные между поворотными заслонками, состоят из соединенных между собой пластин волнистого профиля, в промежутках между которыми расположены стержневые опорные элементы, закрепленные в боковых стенках металлической коробки.

Упомянутые заслонки выполнены плоскими, их опорные детали имеют форму пробки с ободком, расположенным между боковой стенкой металлической коробки и заслонкой, на торце каждой опорной детали сделан паз и в него вставлена заслонка, а внутри опорной детали в осевом сквозном резьбовом отверстии в ней установлен винт, концевой участок которого расположен в выемке, сделанной в заслонке. Поводок заслонки сделан из пластины и установлен на винте между его головкой и опорной деталью заслонки.

На пластине, образующей поводок заслонки, расположен шип, имеющий резьбовое шарнирное соединение с тягой, которая имеет резьбовое шарнирное соединение с винтом, закрепленном гайкой на органе управления.

Тяга при таком ее шарнирном соединении может состоять из гаек и стержня, соединенного с гайками сваркой.

На фиг.1 представлена климатическая установка.

На фиг.2 показана эта климатическая установка с обратной стороны, продольный разрез.

На фиг.3 изображена металлическая коробка с экранами.

На фиг.4 показано устройство крепления и привода поворотной заслонки.

На фиг.5 дан разрез по А-А фиг.4.

Климатическая установка содержит коробчатый корпус 1, состоящий из кожуха 2, выполненного из полимерного материала, и вставленной в него металлической коробки 3. Кожух состоит из нижней части, образующей основание корпуса, и верхней части, образующей крышку основания. Верхняя и нижняя части кожуха сопряжены между собой по существу в горизонтальной плоскости, образуя собой продолговатый короб, способный разместиться в пассажирском автомобиле поперек него под так называемым подоконным брусом.

В корпусе 1 (фиг.1) расположены вентилятор 4 (фиг.2), имеющий привод от электродвигателя 5, воздушно-жидкостный теплообменник 6, подключенный к жидкостной системе охлаждения двигателя автомобиля для нагрева воздуха, и испаритель 7, предназначенный для охлаждения воздуха, находящийся в циркуляционном контуре совместно с компрессором и конденсором. Испаритель 7 установлен на нижней стенке 8 корпуса поперек нее на расстоянии от верхней стенки 9. Теплообменник 6 размещен между нижней 8 и верхней 9 стенками корпуса напротив участка воздуховода 10, сообщающего испаритель 7 с вентилятором 4. Причем теплообменник 6 расположен поперек испарителя 7 напротив его верхнего участка и установлен в прямоугольных отверстиях, выполненных в боковых стенках верхней части корпуса. Над испарителем 7 расположен воздуховод 11, сообщающийся с полостью 12 над теплообменником 6. Между верхним участком испарителя 7 и теплообменником 6 имеется полость 13 для прохода воздуха, отделенная от теплообменника 6 перегородкой 14, формирующей с верхней стенкой 9 корпуса и с его боковыми стенками воздуховод 11 подачи нагретого воздуха.

Внутри корпуса 1 в его нижней части под теплообменником 6 установлен металлический каркас 15, имеющий окна 16 и 17 для прохода воздуха от вентилятора 4 соответственно к испарителю 7 и к теплообменнику 6. В металлическом каркасе 15 размещен вентилятор 4 в вертикальном положении, т.е. его ось вращения расположена перпендикулярно дну каркаса 15.

В металлическом каркасе 15 размещена поворотная заслонка 18, закрывающая в крайних положениях проход воздуха от вентилятора 4 к теплообменнику 6 или к испарителю 7. Заслонка 18 установлена в металлическом каркасе 15 с возможностью упора своей периферийной кромкой в нижнем крайнем положении в дно каркаса 15 и возможностью укладки в другом, т.е. в верхнем крайнем положении, на седло 19, расположенное в металлическом каркасе 15 вокруг окна 17 под теплообменником. Седло 19 выполнено из эластичного материала для обеспечения плотного прилегания к нему заслонки 18 по всему его периметру при укладке этой заслонки на седло. Сбоку от седла 19 в углу между верхней и торцевой стенками металлического каркаса 15 установлена ось 20 поворотной заслонки 18, выступающая из корпуса 1.

Поворотная заслонка 18 имеет сервопривод, содержащий тягу 21 (фиг.1) с упругими элементами 22 и 23, выполненными в виде пружин сжатия, расположенных между упорами 24 и 25 на тяге и ползуном 26, шарнирно соединенным с рычагом 27, расположенным на оси 20 заслонки 18 снаружи корпуса 1. Тяга 21 шарнирно соединена с рычагом 28, имеющим привод от электродвигателя с редуктором, расположенного в автономном корпусе 29, закрепленном на корпусе 1 климатической установки.

Над вентилятором 4 сбоку от участка корпуса 1, закрывающего теплообменник 6, установлена трубчатая металлическая надстройка, образующая шахту 30 для забора наружного воздуха, имеющая открытый верх и окно 31 в боковой стенке. У окна 31 расположена поворотная заслонка 32 для обеспечения рециркуляции воздуха. Заслонка 32 имеет привод от пневмоцилиндра 33 (фиг.2), сообщаемого через управляемый клапан с источником разрежения воздуха, а именно с впускным трубопроводом двигателя автомобиля.

На плоской торцевой стенке 34 корпуса, образованной металлической коробкой 3, на разной высоте параллельно между собой расположены цилиндрические патрубки 35 с круглыми выпускными отверстиями 36, 37, 38. Ось 39 этих отверстий параллельна воздуховоду 11 подачи нагретого воздуха. Отверстия 36-38 размещены на стенке 34 в шахматном порядке в три ряда. В верхнем и нижнем рядах расположены три выпускные отверстия, а в среднем ряду расположены два отверстия. Верхний ряд выпускных отверстий 36 расположен на уровне воздуховода 11 подачи нагретого воздуха от теплообменника. Эти отверстия предназначены для направления теплого воздуха по шлангам к ногам водителя и пассажира. Отверстия 37 служат для направления воздуха на лобовое стекло для предотвращения его обледенения, отверстия 38 служат для направления прохладного воздуха к лицу.

Перед выпускными отверстиями установлены управляемые поворотные заслонки 40, 41, 42. Причем около каждого ряда выпускных отверстий расположена единая плоская заслонка прямоугольной формы, выполненная из пластины. Заслонки расположены соосно с их опорными деталями 43, то есть ось симметрии каждой заслонки расположена соосно с осью поворота ее опорных деталей 43. Опорные детали 43 имеют вид пробки с ободком 44 в виде буртика, расположенным между боковой стенкой 45, 46 металлической коробки 3 и заслонкой. На торце каждой опорной детали сделан радиальный паз 47, пересекающийся с ободком 44, и в него вставлена заслонка. Внутри опорной детали в осевом сквозном резьбовом отверстии в ней установлен винт 48, концевой участок которого расположен в выемке 49, сделанной в заслонке. Этот винт 48, ввернутый в опорную деталь 43, фиксирует заслонку в нужном положении соосно с опорными деталями.

У заслонок 40, 41, 42 внутри корпуса 1 размещены направляющие экраны 50, 51, 52, 53 с вогнутой цилиндрической или ступенчатой поверхностью, соединенные с металлической коробкой 3. Экраны 51, 52, расположенные между заслонками, состоят из соединенных между собой пластин волнистого профиля, в промежутках между которыми в пазухах расположены стержневые опорные элементы 54, например, обычные винты или заклепки, закрепленные в боковых стенках коробки 3.

Для поворота заслонок 40, 41, 42 их опорные детали 43 соединены с поводками 55, связанными тягами 56 с органом управления 57, выполненным из пластины в виде диска произвольной формы. Орган управления 57 установлен на валу 58 его привода, осуществляемого от шагового электродвигателя 59 через планетарный редуктор. Поводок 55 сделан из тонколистовой пластины и установлен на винте 47 между его головкой и опорной деталью 43. На пластине, образующей поводок 55 заслонки, расположен шип 60 с резьбовой поверхностью, имеющий резьбовое шарнирное соединение с тягой 56. Тяга 56 имеет резьбовое шарнирное соединение с винтом 61, закрепленным с помощью надетой на него гайки 62 на органе управления 57 параллельно его оси поворота. Тяга 56 состоит из гаек 63 и стержня 64, соединенного с гайками сваркой.

Боковая стенка 45 металлической коробки 3 размещена внутри кожуха 2. Другая боковая стенка 46 выполнена более длинной и расположена снаружи. На ней на кронштейнах установлена опора шагового электродвигателя 59 привода органа управления 57.

Пространство внутри корпуса 1 между испарителем 7 и торцевой стенкой 34 металлической коробки 3 вместе с размещенными в этом пространстве направляющими экранами 50-53 и поворотными заслонками 40-42 образует воздухораспределительную камеру 65, служащую для избирательной подачи обработанного воздуха, то есть нагретого или охлажденного в зависимости от условий погоды, в пассажирское помещение (в салон) автомобиля для обеспечения комфорта пребывания в нем пассажиров.

Климатическая установка работает следующим образом.

В холодную погоду, когда нужно подать в пассажирское помещение теплый воздух, заслонку 18 поворачивают вниз до упора периферийной кромкой в дно металлического каркаса 15, закрывая проход воздуха к испарителю 7 и полностью открывая проход воздуха к теплообменнику 6, который по существу является отопителем. Тогда нагнетаемый вентилятором 4 поток воздуха проходит через воздуховод 10, плавно поворачивает над заслонкой 18 вверх и через окно 17 в металлическом каркасе 15 поступает к теплообменнику 6, где нагревается. Нагретый воздух из полости 12 по воздуховоду 11 проходит в воздухораспределительную камеру 65, откуда он поступает в пассажирское помещение. Причем в начальном положении органа управления 57, когда полностью открыта заслонка 41, весь теплый воздух через отверстия 37 проходит к лобовому стеклу автомобиля для его обогрева с целью удаления с него конденсата. После очистки лобового стекла от влаги поворачивают орган управления 57, прикрывая заслонку 41 и приоткрывая заслонку 40. При открытии заслонки 40 нагретый воздух из воздуховода 11 направляется к отверстиям 36 и далее через патрубки 35 и шланги к ногам пассажиров для их обогрева. При установке заслонки 40 в горизонтальное положение заслонка 41 полностью закрывает проход воздуха к отверстиям 37 и тогда весь поток нагретого воздуха, поступающего из воздуховода 11, проходит прямиком к отверстиям 36. При этом заслонка 40, находясь в горизонтальном положении и имея малую толщину, оказывает лишь незначительное аэродинамическое сопротивление проходу воздуха. Для ускорения прогрева пассажирского помещения заслонкой 32 открывают окно 31 и закрывают впуск наружного воздуха в шахту 30. Тогда подогретый воздух из пассажирского помещения через окно 31 засасывается вентилятором 4 в шахту 30. поступает к вентилятору 4 и нагнетается им через теплообменник 6 и воздухораспределительную камеру 65 опять в пассажирское помещение. После нагрева воздуха в пассажирском помещении до нужной температуры рециркуляцию воздуха прекращают, закрывая заслонкой 32 окно 31, и тогда в пассажирское помещение через шахту 30 снаружи поступает свежий воздух, подогреваемый в теплообменнике 6. Если нужно уменьшить приток тепла в пассажирское помещение, то уменьшают частоту вращения вентилятора 4, кроме того, приток тепла можно уменьшить, поднимая заслонку 18 и тем самым открывая проход воздуха через испаритель 7. Расход воздуха через теплообменник 6 уменьшается и, следовательно, становится меньше количество уносимого от него тепла. К тому же происходит охлаждение воздуха, перепускаемого параллельным потоком через испаритель 7 и смешиваемого с теплым воздухом, поступающим от теплообменника. В результате в пассажирском помещении температура воздуха понижается до величины, зависящей от угла подъема заслонки 18.

В жаркую погоду, когда нужно остудить воздух в пассажирском помещении, открывают заслонку 42, а заслонку 18 поворачивают вверх до упора в седло 19 и плотно прижимают к нему благодаря наличию в приводе заслонки 18 упругих элементов 22 и 23. В этом случае весь поток воздуха, нагнетаемый вентилятором 4, из воздуховода 10 проходит через окно 16 в металлическом каркасе 15 к испарителю 7, который по существу является холодильником. В испарителе 7 воздух охлаждается. Затем охлажденный поток воздуха от испарителя 7 прямиком, не поворачиваясь, проходит через воздухораспределительную камеру 65 мимо открытой заслонки 42 к выпускным отверстиям 38, через которые он поступает в пассажирское помещение в сторону головы. В менее жаркую погоду количество холодного воздуха, подаваемого из климатической установки, уменьшают путем снижения частоты вращения вентилятора 4. Однако это снижает интенсивность циркуляции воздуха через пассажирское помещение. Для обеспечения интенсивной циркуляции воздуха, поступления в пассажирское помещение мощного его потока с нужной невысокой температурой можно приоткрыть заслонку 18, отводя ее от седла 19 вниз, и тогда происходит разбавление холодного воздуха, поступающего от испарителя 7, горячим воздухом, нагреваемым в теплообменнике 6 и поступающим от него по воздуховоду 11 в воздухораспределительную камеру 65, где оба потока воздуха (нагретый и холодный) смешиваются между собой. Так может происходить регулирование температуры воздуха в пассажирском помещении автомобиля.

Управление заслонкой 18 дистанционное, осуществляемое с пульта, находящегося на панели приборов автомобиля. По команде происходит включение шагового электродвигателя, размещенного в автономном корпусе 29. Этот электродвигатель через редуктор поворачивает в нужную сторону рычаг 28, который, воздействуя на тягу 21, через упругие элементы 22 и 23 и ползун 26 действует на рычаг 27, расположенный на оси 20 заслонки 18. При повороте рычага 27 происходит поворот заслонки 18. Причем после занятия заслонкой 18 крайнего положения, когда она упирается в седло 19 или в дно каркаса 15, рычаг 28, поворачиваясь еще на некоторый угол, сжимает тягой 21 один из упругих элементов 22 или 23, создавая постоянное усилие прижатия заслонки, исключающее нежелательное подмешивание нагретого или холодного воздуха.

Управление заслонками 40, 41 и 42 воздухораспределительной камеры тоже дистанционное, осуществляемое с упомянутого пульта на панели приборов. При включении по заданной команде шагового электродвигателя 59 происходит дискретный поворот органа управления 57 указанными заслонками. Поворачиваясь, орган управления 57 перемещает тяги 56, шарнирно связанные с поводками 55, закрепленными винтами 48 на опорных деталях 43 этих заслонок. Тяги 56, перемещаясь, поворачивают на заданный угол поводки 55 и вместе с ними заслонки 40-42, изменяя по желанию пассажиров расход обработанного воздуха через выпускные отверстия 36-38 для обеспечения наиболее благоприятных условий пребывания пассажиров в автомобиле.

Созданная климатическая установка благодаря своей компактности удобно размещается в пассажирском помещении под лобовым стеклом ниже подоконного бруса и обеспечивает надежными средствами надлежащий нагрев воздуха в холодную погоду и необходимое его охлаждение в жаркую погоду, создавая нужный микроклимат внутри пассажирского помещения для комфортного в нем пребывания. При этом обеспечен простой и удобный единый привод поворотных заслонок воздухораспределительной камеры климатической установки, которые при открытии выпускных отверстий располагаются вдоль потока обработанного воздуха, что снижает аэродинамическое сопротивление его проходу и облегчает управление воздушными потоками.

Формула изобретения

1. Климатическая установка, содержащая вентилятор, испаритель для охлаждения воздуха и теплообменник для нагрева воздуха, размещенные в коробчатом корпусе, в котором на торцевой стенке на разной высоте расположены выпускные отверстия, перед которыми установлены поворотные заслонки, отличающаяся тем, что у заслонок внутри корпуса размещены экраны с вогнутой поверхностью, ось симметрии каждой заслонки расположена соосно с осью поворота ее опорных деталей, опорные детали заслонок соединены с поводками, связанными тягами с органом управления.

2. Климатическая установка по п.1, отличающаяся тем, что выпускные отверстия выполнены круглыми и размещены в шахматном порядке в три ряда, причем в верхнем и нижних рядах расположены три выпускных отверстия, а в среднем ряду расположены два отверстия, при этом около каждого ряда выпускных отверстий расположена единая заслонка прямоугольной формы.

3. Климатическая установка по п.2, отличающаяся тем, что над испарителем выполнен воздуховод подачи нагретого воздуха от теплообменника, расположенный на уровне верхнего ряда выпускных отверстий.

4. Климатическая установка по п.3, отличающаяся тем, что ее корпус состоит из кожуха, выполненного из полимерного материала, и вставленной в него металлической коробки, с которой соединены экраны и на которой параллельно воздуховоду подачи нагретого воздуха расположены патрубки отвода обработанного воздуха.

5. Климатическая установка по п.4, отличающаяся тем, что экраны, расположенные между поворотными заслонками, состоят из соединенных между собой пластин волнистого профиля, в промежутках между которыми расположены стержневые опорные элементы, закрепленные в боковых стенках коробки.

6. Климатическая установка по п.4 или 5, отличающаяся тем, что заслонки выполнены плоскими, их опорные детали имеют форму пробки с ободком, расположенным между боковой стенкой коробки и заслонкой, на торце каждой опорной детали сделан паз и в него вставлена заслонка, а внутри опорной детали в осевом сквозном резьбовом отверстии в ней установлен винт, концевой участок которого расположен в выемке, сделанной в заслонке.

7. Климатическая установка по п.6, отличающаяся тем, что поводок заслонки сделан из пластины в виде диска и установлен на винте между его головкой и опорной деталью заслонки.

8. Климатическая установка по п.7, отличающаяся тем, что на пластине, образующей поводок заслонки, расположен шип, имеющий резьбовое шарнирное соединение с тягой, которая имеет резьбовое шарнирное соединение с винтом, закрепленным на органе управления.

9. Климатическая установка по п.8, отличающаяся тем, что тяга состоит из гаек и стержня, соединенного с гайками сваркой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5