АВТОНОМНЫЙ СУДОВОЙ КОНДИЦИОНЕР ВОЗДУХА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к холодильной технике, преимущественно к судовым автономным кондиционерам воздуха подводных аппаратов, с электропитанием постоянным током напряжением 175-320 В.
Известен кондиционер АМК-10ПС-I по ТУ АМК10ПС-I-77, содержащий компрессор, соединенный с электродвигателем постоянного тока, центробежный вентилятор с электродвигателем постоянного тока и щит приборов, производства ПАО «Рефма», г.Мелитополь, Украина и предназначенный для кораблей и судов (см. кондиционер АМК-10ПС-I, http://www.рефма.рф/).
Недостатком кондиционера является необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щеточных узлов электродвигателей, ограниченный срок службы до ремонта из-за износа коллекторов, необходимость центровки муфты после регламентной замены узлов электродвигателя.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является кондиционер АКЛ-12 для подводного аппарата, содержащий сальниковый компрессор с электродвигателем постоянного тока, центробежный вентилятор с электродвигателем постоянного тока и блок управления (см. Деньгин В.Г. и др. Автономные транспортные кондиционеры воздуха // Криогенное и холодильное оборудование и технологии. Сб. науч. тр. Часть 2. - Омск, 1999. С.155-159), принятый за прототип.
Недостатками прототипа являются: необходимость проведения регламентных работ двигателей постоянного тока во время эксплуатации; малый ресурс (10000 ч) до заводского ремонта, при полном ресурсе 30000 часов; невысокая (±2°С) точность поддержания температуры воздуха в охлаждаемом помещении из-за того, что регулирование холодопризводительности осуществляется включением-выключением компрессора; применение для пуска электродвигателя компрессора блока силовой коммутации на базе электромеханических контакторов, имеющих ограниченный ресурс.
Целью полезной модели является создание конструкции автономного судового кондиционера воздуха постоянного тока со сниженной материало- и трудоемкостью эксплуатационных расходов, увеличение надежности и ресурса до заводского ремонта и повышение точности регулирования и поддержания температуры в охлаждаемом помещении.
Указанная цель достигается тем, что в известный автономный судовой кондиционер воздуха постоянного тока, содержащий компрессор с электродвигателем, центробежный вентилятор с электродвигателем и блок управления, вводят два инвертора напряжения, один из них с регулируемым преобразователем частоты (РПЧ), инверторы подключаются к электродвигателям компрессора и центробежного вентилятора, причем инвертор с РПЧ подключается к электродвигателю компрессора, двигатель компрессора выполняют асинхронным с короткозамкнутым ротором, встроенным, компрессор выполняют герметичным, двигатель центробежного вентилятора выполняют асинхронным с короткозамкнутым ротором; в блок управления (БУ) вводят регулятор температуры. Кроме того, компрессор выполняют спиральным. Регулятор температуры выполняют как пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор.
Техническими результатами полезной модели являются:
1. Снижение эксплуатационных затрат на обслуживание кондиционера.
2. Увеличение надежности и ресурса до заводского ремонта.
3. Повышение точности регулирования и поддержания температуры воздуха.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся по признакам тождественным (идентичными) всем существенным признакам полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует признаку «новизна».
На рисунке представлена схема кондиционера с элементами электропривода и управления.
Кондиционер состоит из компрессора А1, охлаждаемого водой конденсатора хладона AT1, регулируемого дроссельного устройства Др, воздухоохладителя АТ2, центробежного вентилятора ВЦ, датчика температуры ВК, инверторов U1 и U2 и блока управления А2.
Арматура, приборы автоматики и связи, стандартные для кондиционеров, как несущественные для пояснения полезной модели, на схеме не показаны.
В компрессоре А1 сжимаются пары хладагента, затем они конденсируются в конденсаторе AT1, превращаясь в жидкую фазу, которая расширяясь в дросселе Др охлаждается.
Хладагент с низкой температурой поступает в воздухоохладитель АТ2, где охлаждает воздух, прокачиваемый через воздухоохладитель центробежным вентилятором ВЦ.
Инверторы U1 и U2 преобразуют исходное питание кондиционера постоянным током в переменный и обеспечивают электропитание двигателей компрессора и центробежного вентилятора, которые выполнены асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором.
Инвертор U1 имеет в своем составе РПЧ и подключается к двигателю компрессора, что позволяет регулировать при необходимости частоту вращения вала компрессора.
Асинхронные двигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором не требуют регламентных работ, и имеют повышенный ресурс до заводского ремонта, т.к. они максимально простые и у них нет малоресурсных щеточно-коллекторных узлов. Исполнение компрессора герметичным позволяет исключить узел сальникового уплотнения по валу и повысить ресурс и надежность компрессора и, как следствие, кондиционера.
Исполнение двигателя компрессора встроенным (т.е. исполнение «ротор на валу компрессора - статор в корпусе компрессора») позволяет изготовить двигатель без ряда деталей и узлов, например, подшипников, и повысить ресурс и надежность компрессора.
Блок управления А2 формирует сигнал на РПЧ для управления частотой вращения вала компрессора, т.е. регулирует холодопроизводительность компрессора, в зависимости от температуры воздуха после центробежного вентилятора ВЦ, измеренной датчиком ВК.
Блок управления оснащен регулятором температуры, что повышает точность, скорость и качество регулирования.
Кроме того, компрессор кондиционера выполняется спиральным. Спиральный компрессор является более надежным, т.к. имеет меньшее количество подвижных деталей, относительно поршневых компрессоров, применяемых в аналоге и прототипе.
Выполнение регулятора температуры ПИД-регулятором дает возможность повысить точность регулирования, используя свойства регулятора реагировать на отклонение, на суммарную величину и длительность отклонения, а также реагировать на скорость отклонения регулируемой температуры от заданной.
Кондиционер по предложенной полезной модели работает следующим образом.
Стабильный режим работы кондиционера продолжается при компенсации тепловой нагрузки со стороны воздуха равной по величине холодопроизводительностью компрессора А1, при этом температура воздуха, выходящая из воздухоохладителя АТ2, остается равной заданной.
При снижении температуры воздуха, по сигналу датчика ВК, блок управления А2 выдает на РПЧ команду на снижение частоты вращения вала компрессора, т.е. на снижение холодопроизводительности. Регулятор температуры формирует параметры регулирования. В результате температура воздуха повышается до заданной.
При повышении температуры воздуха относительно заданной блок управления А2 выдает команду на повышение частоты вращения, т.е. на повышение холодопроизводительности, и температура воздуха понижается до заданной.
Расход воздуха через воздухоохладитель АТ2 остается постоянным для обеспечения необходимого воздухообмена в отсеке подводного аппарата, поэтому инвертор U2 выдает постоянную частоту переменного тока на центробежный вентилятор ВЦ.
Инвертор U1 выдает на компрессор регулируемую частоту переменного тока, что обеспечивает плавное необходимое изменение холодопроизводительности компрессора и дает повышение точности регулирования и поддержания температуры воздуха в помещении.
По техническим решениям полезной модели проведено проектирование кондиционера, изготовлены образцы, проведены испытания, утверждена техническая документация, подтверждены заявленные технические результаты.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено для промышленного использования, а именно, в автономных судовых кондиционерах воздуха постоянного тока;
- для заявленной полезной модели в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Внедрение предлагаемого устройства позволяет снизить эксплуатационные расходы, увеличить ресурс кондиционера до заводского ремонта и повысить точность регулирования и поддержания температуры воздуха.