Способ работы кондиционера транспортного средства
VEHICLE AIR CONDITIONER OPERATION METHOD

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к способам искусственного климата, а именно к кондиционерам салона(кабины) транспортного средства, обладающих двигателем внутреннего сгорания с жидкостной системой охлаждения и обеспечивающих оптимальный микроклимат в салонах(кабинах) транспортных средств.
Известен «Кондиционер транспортного средства» авторов Ласточкина С.А., Альтгаузена А.Л. и др., Патент на полезную модель РФ №50126, кл. В60Н 1/32, опубл. 27.12.2005 г., содержащий испаритель с терморегулирующим вентилем, размещенный в корпусе, сообщающемся окном с воздухозаборником и выходом) с отопителем, и снабженным патрубком для удаления конденсата, размещенным в нижней части корпуса. Корпус соединен трубопроводами высокого давления через ресивер-осушитель с конденсатором, с одной стороны, и трубопроводом, шлангами низкого и шлангом высокого давлений через компрессор, с другой, образуя замкнутый контур.
В кондиционере реализован способ работы парокомпрессорной холодильной машины с обратным циклом Карно с приводом компрессора кондиционера от выходного вала ДВС. Газообразный хладагент сжимается с нагревом в компрессоре и подается в конденсатор, где охлаждается при интенсивном обдуве вентилятором наружным воздухом. При высоком давлении в конденсаторе и интенсивном отводе тепла в окружающую среду, хладагент из газообразного состояния переходит в жидкое состояние, заполняет ресивер-осушитель, где очищается от механических примесей и влаги, затем хладагент поступает в испаритель с понижением давления через дросселирующее устройство (не показано) терморегулирующего вентиля, расширяется и испаряется с поглощением тепла, поступающего из воздуха нагнетаемого вентилятором воздухозаборника в окно, превращается в газообразное состояние. Находящийся в салоне автомобиля испаритель постоянно снижает температуру воздуха. Охлажденный воздух поступает через выход в отопитель и затем в салон транспортного средства.
Недостатком данного способа работы автомобильного кондиционера является сложный процесс и низкая эффективность его из-за большого потребления мощности двигателя (до 8 кВт), что для автомобилей может составлять более 10% мощности двигателя, влияет на динамику автомобиля и соответственно существенно увеличивает расход топлива. Кроме того, в таких кондиционерах до сих пор используются фреоны, разрушающие озоновый слой земли.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и взятому в качестве прототипа является «СИСТЕМА КЛИМАТ-КОНТРОЛЯ АВТОМОБИЛЯ И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ» (Патент РФ №2562003, авторы ЧЖУН Юнфан (US), ЛЕВИН Майкл (US), ШАЙХ Фуркан Зафар (US), ДЕМИТРОФФ Данрич Хенри (US), МЭШ Дон (US), опубл. 10.09.2015 г. с конвенционным приоритетом от 16.08.2012 US 61/684,080, 24.01.2013 US 13/566,593, МПК В60Н 1/32 (2006.01), в котором система климат-контроля, включающая кондиционер и отопитель автомобиля, содержит адсорбционный тепловой насос, приводимый в действие от тепловой энергии выхлопных газов двигателя и содержащий два адсорбера, асинхронно переключающиеся между режимами адсорбции и десорбции. Каждый насос соединен с соответствующим баком антифриза через несколько содержащих хладагент камер с фитилем. Холодная теплообменная среда протекает через адсорбер в режиме адсорбции, что приводит к испарению хладагента из камер с фитилем, тем самым охлаждая антифриз, в то время как горячая теплообменная среда протекает через адсорбер в режиме десорбции, что приводит к конденсации хладагента в камерах с фитилем, тем самым нагревая антифриз.
Недостатком такого способа работы является низкая эффективность кондиционирования, во-первых, из-за большой массы кондиционера и сложности процесса охлаждения в нем, связанная с использованием хладагента двигателя, ведущего к нагрузке на двигатель, т.к. в каждый момент времени на охлаждение работает только половина устройства, в то время как вторая половина работает на нагрев.
Решаемой задачей предлагаемого способа работы кондиционера является повышение эффективности работы кондиционера, позволяющего поддерживать оптимальный климат путем охлаждения воздуха в салоне (кабине) транспортного средства за счет использования бросовой энергии от выхлопной системы двигателя или за счет тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Техническим результатом от использования предлагаемого способа является повышение эффективности кондиционера транспортного средства, позволяющего поддерживать оптимальный климат в салоне(кабине) транспортного средства путем охлаждения салона за счет использования бросовой энергии от выхлопной системы двигателя транспортного средства или за счет тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и, как следствие, снижение потребления топлива и увеличение мощностных характеристик всего транспортного средства
Технический результат достигается тем, что в способе работы кондиционера транспортного средства, заключающемся в подаче смеси органических жидкостей в генератор для выпаривания, в камеры для конденсации легкокипящей и высококипящей жидкостей, в теплообменник, связанный с камерами двумя потоками гидравлически, охлаждении за счет эндотермического охлаждения органических жидкостей при смешивании (сорбции), согласно изобретению для охлаждения салона(кабины) транспортного средства и подачи в него вырабатываемого холода вводят радиатор салона, трехпоточный теплообменник, насосы для подачи жидкости, при этом смесь органических жидкостей разделяют на компоненты легкокипящей и высококипящей жидкости в генераторе, где производят выпаривание при кипении, с помощью нагрева, с использованием бросовой энергии от выхлопной системы двигателя внутреннего сгорания или тепла, от охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания, с последующей конденсацией и охлаждением наружным воздухом легкокипящей жидкости в камере легкокипящей жидкости, и охлаждении высококипящей жидкости в камере высококипящей жидкости также наружным воздухом, а затем производят выравнивание температур обеих жидкостей перед смешиванием при предварительном охлаждении во внутреннем контуре трехпоточного теплообменника, в котором жидкости охлаждают, нагревая идущую противотоком из радиатора салона смесь легкокипящей и высококипящей жидкости, причем после предварительного охлаждения в трехпоточном теплообменнике компоненты подают в смеситель, где легкокипящую и высококипящую жидкости смешивают, производя эндотермическое охлаждение смеси, которую и подают в радиатор салона для охлаждения воздуха в салоне(кабине) транспортного средства, а далее смесь подают вспомогательным насосом во внешний контур трехпоточного теплообменника для охлаждения компонентов и подачи их в генератор, причем каждую из компонент легкокипящей и высококипящей жидкости подают по своему контуру своим насосом.
Для интенсификации процесса кипения смеси путем регулирования температуры кипения создают пониженное давление в генераторе, для чего на его выходе устанавливают вентилятор.
Для пояснения технической сущности способа рассмотрим фиг. 1, где обозначено:
1 - Генератор кондиционера
2 - Дефлегматор
3 - Вентилятор
4 - Радиатор легкокипящей жидкости (ЛЖ)
5 - Радиатор высококипящей жидкости (ВЖ)
6 - Насос легкокипящей жидкости (ЛЖ)
7 - Насос высококипящей жидкости (ЛЖ)
8 - Трехпоточный теплообменник
9 - Смеситель
10 - Радиатор салона
11. Вспомогательный насос смеси
Заявляемый способ осуществляют, следующим путем (Фиг. 1)
В кондиционере транспортного средства охлаждающую жидкость двигателя (тосол) или горячие выхлопные газы подают в генератор кондиционера 1, где смесь компонентов нагревается выше температуры кипения. За счет большой разности температуры кипения составных частей смеси происходит выпаривание легкокипящей жидкости (ЛЖ), которая вентилятором 3 через дефлегматор 2 отсасывается в радиатор ЛЖ 4, где она конденсируется и охлаждается до температуры окружающей среды с отводом тепла. В дефлегматоре 2 испарившиеся части высококипящей жидкости (ВЖ) 5 конденсируются и стекают назад в генератор. Оставшаяся после выпаривания часть смеси, состоящая в основном из ВЖ 5, подается в радиатор ВЖ 5, где также с отводом тепла охлаждается до температуры окружающей среды. А затем производят выравнивание температур обеих жидкостей перед смешиванием при предварительном охлаждении, с помощью насосов 6, 7, находящихся после радиаторов жидкостей, подают компоненты во внутренний контур трехпоточного теплообменника 8, в котором жидкости охлаждают, нагревая идущую противотоком из радиатора салона 10 смесь легкокипящей и высококипящей жидкостей, причем после предварительного охлаждения во внутреннем контуре трехпоточного теплообменника компоненты подают в смеситель, где легкокипящую и высококипящую жидкости смешивают. Смешивание жидкостей происходит с большим эндотермическим эффектом, в результате чего смесь охлаждают. В смесителе 9 жидкости, охлажденные до одинаковой (выравненной) температуры, смешиваются и подаются в радиатор салона 10, где и охлаждают салон автомобиля. Из радиатора салона 10 холодная смесь поступает в трехпоточный теплообменник 8, откуда вспомогательным насосом 11 смеси подают опять в генератор 1.
В качестве компоненты легкокипящей жидкости рабочей смеси использованы, например, ацетон, а в качестве компоненты высококипящей жидкости использован, например, изопропиловый или бутиловый спирт.
Новизной данного изобретения является использование теплового эффекта эндотермического смешения жидкостей, не применявшегося ранее в кондиционерах транспортных средств.
Основными достоинствами предлагаемого способа являются:
1. Высокая эффективность способа работы кондиционера благодаря энергоэффективности и экономичности. Использование тепла охлаждающей жидкости или горячих выхлопных газов двигателя позволяет применять вместо компрессора, потребляющего 4-8 кВт мощности, с вала двигателя электронасосы мощностью 3-7 Вт.
2. Дополнительное охлаждение жидкости позволяет снизить площадь, а следовательно, вес и стоимость радиаторов транспортного средства и повысить эффективность работы кондиционера.
3. Экологичность. Уменьшается потребление топлива и, следовательно, уменьшается и количество выхлопных газов. В качестве рабочих жидкостей используются вещества, не разрушающие озоновый слой земли.
По своим технико-экономическим преимуществам заявляемый способ работы кондиционера транспортного средства, по сравнению с известными аналогами машин, работающих на фреонах, является высокоэкономичным и энергоэффективным за счет использования «бросовой» энергии от выхлопной системы двигателя или тепла от охлаждающей жидкости, циркулирующей в системе охлаждения двигателя, и эндотермического охлаждения смеси, а также экологичным, благодаря выбору рабочих жидкостей, использующих вещества, не разрушающие озоновый слой земли, а в целом - высокоэффективным.