Парокомпрессионное холодильное устройство для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как для охлаждения устройств, являющихся составной частью транспортного средства, так и для охлаждения подключаемых перевозимых устройств. Холодильное устройство содержит компрессор, конденсатор, дроссельное устройство и один или несколько испарителей. Рабочим телом устройства является жидкость, имеющая при атмосферном давлении температуру кипения выше температуры окружающего воздуха, например, вода, смесь воды и этилового спирта либо легкокипящие органические жидкости. В качестве компрессора применен турбокомпрессор. Рабочее давление внутри системы поддерживается ниже атмосферного. Разрежение поддерживается периодической откачкой части паров рабочего тела из конденсатора при помощи дополнительного компрессора или вакуумного насоса. Пары рабочего тела, откачиваемые из конденсатора, подаются во всасывающий воздушный патрубок двигателя. Между испарителями и компрессором расположен сепаратор-каплеотделитель. Между компрессором и конденсатором расположен обратный клапан. В качестве части трубопроводов применены вакуумные шланги. Техническим результатом является исключение попадания экологически вредных хладагентов в окружающую среду и возможность подключения многочисленных испарителей. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано как для охлаждения устройств, являющихся составной частью транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, так и для охлаждения подключаемых перевозимых устройств.

Известно парокомпрессионное холодильное устройство для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, содержащее компрессор, конденсатор, дроссельное устройство и один или несколько испарителей, которые соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую герметичную систему, заполненную хладагентом - веществом, имеющим температуру кипения при атмосферном давлении ниже температуры окружающей среды (RU 2185967, В 60 Н 1/00, 2002).

Парокомпрессионное холодильное устройство предназначено для отбора теплоты от охлаждаемого устройства или окружающей среды, контактирующих с испарителем, с последующей отдачей теплоты более высокого уровня нагреваемому устройству или окружающей среде, контактирующим с конденсатором. Рабочее тело в виде жидкости кипит в испарителе устройства, отбирая поступающую через стенки испарителя теплоту от охлаждаемого устройства. Образующиеся пары рабочего тела откачиваются компрессором из испарителя в конденсатор, в котором при повышенных давлении и температуре происходит конденсация поступивших паров с отдачей теплоты окружающему пространству через стенки конденсатора. Сконденсированное рабочее тело в виде жидкости через дроссельное устройство возвращается в испаритель.

Недостатком данного парокомпрессионного холодильного устройства для транспортных средств является то обстоятельство, что в качестве рабочего тела в нем применяют дорогостоящие и экологически вредные хладагенты, имеющие при температуре окружающей среды высокое давление паров.

Указанный недостаток приводит к тому, что трубопроводы холодильного устройства имеют жесткую конфигурацию, затрудняющую обслуживание и ремонт транспортного средства; требуемая высокая герметичность системы не позволяет подключать к ней дополнительные испарители, смонтированные на перевозимых устройствах, требующих охлаждения; при утилизации транспортного средства, при некоторых видах ремонта и при дорожно-транспортных происшествиях происходит выброс экологически вредных хладагентов в окружающую среду.

Целью изобретения является создание парокомпрессионного холодильного устройства для транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания, исключающего попадание экологически вредных хладагентов в окружающую среду и позволяющего подключать к нему при помощи гибких шлангов многочисленные испарители, в том числе смонтированные на перевозимых охлаждаемых устройствах.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве рабочего тела парокомпрессионного холодильного устройства применена жидкость, имеющая при атмосферном давлении температуру кипения выше температуры окружающего воздуха, а рабочее давление внутри системы холодильного устройства поддерживается ниже атмосферного путем откачки части паров рабочего тела из системы при помощи дополнительного компрессора или вакуумного насоса.

Для предотвращения загрязнения рабочего тела маслом, а также для обеспечения требуемой производительности в условиях разрежения в качестве компрессора применен турбокомпрессор, использующий энергию газов, выходящих из камеры внутреннего сгорания двигателя.

В предпочтительном варианте выполнения устройства в качестве рабочего тела применена вода, смесь воды и этилового спирта либо легкокипящие органические жидкости - петролейный эфир, ацетон, диэтиловый эфир, этилацетат, гексан и т.п.

Предпочтительно в качестве трубопроводов используются гибкие вакуумные шланги.

Предпочтительно отдача тепла окружающему пространству осуществлена путем обдува конденсатора окружающим воздухом при помощи вентилятора.

Для предотвращения перетока паров рабочего тела из конденсатора в испарители через турбокомпрессор при снижении его нагрузки на трубопроводе между компрессором и конденсатором предпочтительно расположен обратный клапан.

Для очистки паров рабочего тела от капель жидкости на трубопроводе перед всасывающим патрубком турбокомпрессора предпочтительно расположен сепаратор-каплеотделитель.

Предпочтительно пары рабочего тела, откачиваемые из системы дополнительным компрессором или вакуумным насосом, направляются на сжигание в камеру внутреннего сгорания двигателя.

Использование заявленного изобретения позволит получить следующий технический результат.

Конструкция устройства позволяет подключать к одному холодильному устройству несколько охлаждаемых устройств, в том числе и съемные (перевозимые) устройства без необходимости применения промежуточного теплоносителя. В качестве рабочего тела применены недорогие нетоксичные или малотоксичные и экологически безвредные жидкости.

Разрежение, поддерживаемое в системе устройства, исключает попадание рабочего тела наружу через неплотности герметизирующих соединений устройства.

Использование турбокомпрессора позволяет избежать загрязнения циркулирующего рабочего тела маслом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан вариант субатмосферного холодильного парокомпрессионного устройства с кондиционером охлаждения кабины транспортного средства и одним внешним перевозимым охлаждаемым устройством.

Конструкция парокомпрессионного устройства охлаждения содержит турбокомпрессор 1, сепаратор-каплеотделитель циклонного типа 2, конденсатор 3, обратный клапан 4, вентилятор конденсатора 5, поршневой компрессор или вакуумный насос 6, дроссельный клапан или конденсационный горшок 7, испаритель кондиционера 8, вентилятор кондиционера 9, испаритель 10 и сепаратор-каплеотделитель 11 перевозимого устройства 12, вакуумные шланги 13 и 14, дренажный трехходовой кран 15.

Работа субатмосферного холодильного парокомпрессионного устройства осуществлена следующим образом.

Испаритель 10 перевозимого устройства 12 подсоединяется к холодильному устройству посредством гибких вакуумных шлангов 13 и 14. В качестве перевозимого устройства 12 может использоваться емкость с охлаждаемой жидкостью (молоком), жилой прицеп, в котором испаритель применен в качестве кондиционера, либо морозильная камера. В последнем случае испаритель 10 используется для охлаждения конденсатора штатной рефрижераторной установки морозильной камеры, что позволяет существенно снизить энергозатраты на работу рефрижераторной установки.

После подсоединения испарителя 10 через трехходовой дренажный кран 15 в систему доливается рабочее тело до уровня, обеспечивающего нормальную работу всех подключенных испарителей, после чего кран устанавливается в рабочее положение и устройство запускается в работу.

При пуске устройства дополнительный поршневой компрессор или вакуумный насос 6 откачивает из системы воздух вместе с частью паров рабочего тела, которые направляются во всасывающий воздушный патрубок двигателя для сжигания паров рабочего тела в камере внутреннего сгорания двигателя. Создать разрежение в системе помогает турбокомпрессор 1, автоматически запускаемый при пуске двигателя. После того как из системы будет удален практически весь воздух и внутри останутся только пары рабочего тела, компрессор 6 выключается.

При достижении определенного разрежения рабочее тело, находящееся в испарителях 8 и 10, вскипает, отбирая теплоту от охлаждаемых устройств. Парожидкостная смесь поступает в сепараторы-каплеотделители циклонного типа 2 и 11, в которых разделяется на жидкость и на пар. Жидкость из сепараторов возвращается в нижнюю зону испарителей 8 и 10, а пар поступает во всасывающий патрубок турбокомпрессора 1. Сжатый пар после компрессора 1 по трубопроводу через обратный клапан 4 поступает в конденсатор 3, в котором конденсируется, отдавая теплоту конденсации окружающей среде. Для усиления теплоотдачи конденсатор обдувается наружным воздухом, подаваемым вентилятором 5. Сконденсированное рабочее тело в виде жидкости собирается в нижней части конденсатора 3 и через дроссельный клапан или конденсационный горшок 7 поступает под действием разности давлений в сепаратор 2, откуда стекает в нижнюю зону испарителей 8 и 10.

Так как двигатель транспортного средства работает с переменной нагрузкой, соответственно турбокомпрессор также работает в различных режимах. Для предотвращения вскипания рабочего тела, находящегося в виде жидкой пленки в конденсаторе, и возврата его в виде пара в испарители через остановившийся турбокомпрессор на нагнетательном патрубке турбокомпрессора установлен обратный клапан 4.

Так как система работает под разрежением, в нее возможен подсос воздуха через неплотности соединений и через уплотнители компрессора. По мере накопления воздуха работа устройства ухудшается, поэтому производится периодическое удаление подсасываемого воздуха вместе с частью паров рабочего тела при помощи компрессора или вакуумного насоса 6 из системы во всасывающий воздушный патрубок двигателя.

После окончания работы система разгерметизируется, из испарителя 10 через трехходовой дренажный кран 15 сливается рабочее тело, перевозимое устройство 12 вместе с испарителем 10 и сепаратором 11 отсоединяется от холодильного устройства, а вакуумные шланги 13 и 14 присоединяются к другому перевозимому устройству, либо на них ставятся заглушки.

1. Парокомпрессионное холодильное устройство для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания, содержащее компрессор, конденсатор, дроссельное устройство и один или несколько испарителей, которые соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую систему, отличающееся тем, что рабочим телом устройства является жидкость, имеющая при атмосферном давлении температуру кипения выше температуры окружающего воздуха; в качестве компрессора применен турбокомпрессор, а рабочее давление внутри системы холодильного устройства поддерживается ниже атмосферного, при этом разрежение внутри системы поддерживается периодической откачкой части паров рабочего тела из конденсатора при помощи дополнительного компрессора или вакуумного насоса, а пары рабочего тела, откачиваемые из конденсатора, подаются во всасывающий воздушный патрубок двигателя.

2. Парокомпрессионное устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочим телом устройства является вода, смесь воды и этилового спирта либо легкокипящие органические жидкости.

3. Парокомпрессионное устройство по п.1, отличающееся тем, что между испарителями и компрессором расположен сепаратор-каплеотделитель.

4. Парокомпрессионное устройство по п.1, отличающееся тем, что между компрессором и конденсатором расположен обратный клапан, препятствующий перетоку паров рабочего тела из конденсатора в испарители через компрессор при изменении его нагрузки.

5. Парокомпрессионное устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве части трубопроводов применены вакуумные шланги.

6. Парокомпрессионное устройство по п.1, отличающееся тем, что пары рабочего тела, откачиваемые из конденсатора, подаются во всасывающий воздушный патрубок двигателя для сжигания в камере внутреннего сгорания.