СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ И ОБОГРЕВА ВОЗДУХА В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
METHOD AND DEVICE FOR AIR COOLING AND HEATING IN VEHICLE

Связанная заявка
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет по заявке на патент Канады сер. №2,913,473, поданной 27 ноября 2015 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку по ссылке.
Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
[0002] Аспекты предлагаемого изобретения относятся к установкам кондиционирования воздуха для транспортных средств, таких как локомотивы. В частности, аспекты предлагаемого изобретения относятся к раздельным установкам кондиционирования воздуха.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
[0003] Установки кондиционирования воздуха находят все большее распространение в локомотивах. Одной из причин этого является требование профсоюзов улучшать условия труда. Еще одна причина- это безопасность. В настоящее время признано, что долговременное нахождение при высоких температурах отрицательно влияет на концентрацию внимания машиниста. В кабине локомотива температура воздуха без кондиционирования может составлять, например, около 100 градусов Фаренгейта (около 38 градусов Цельсия). Всего в Америке (как части света) насчитывается приблизительно 50 тысяч локомотивов, но новые локомотивы поступают в строй только примерно по одной тысяче в год, и по большей части установки кондиционирования воздуха устанавливаются в порядке доработки на старых локомотивах, которые изначально не предназначались для установки на них установок кондиционирования воздуха. Эта доработка является дорогостоящей и требует времени, и обычно становится причиной проникновения атмосферных осадков как в саму установку для кондиционирования воздуха, так и в транспортное средство.
[0004] Установка кондиционирования воздуха обычного типа, используемая для локомотивов, является крышным агрегатом кондиционирования воздуха. Установка таких крышных агрегатов часто требует усиления конструкции существующей крыши. Крышный агрегат кондиционирования воздуха включает в себя, например, стальной ящик с длиной и шириной 3 фута × 3 фута (≈90 см × ≈90 см) и высотой 2,5 фута (≈60 см). Этот ящик может иметь внутри несколько отсеков (уровней). Его типичная конструкция должна иметь, например, на самом верхнем уровне водонепроницаемое дно, несмотря на проходящие через него трубопроводы хладагента и другие трубопроводы. Крышный агрегат кондиционирования воздуха может иметь большую круглую решетку для нагревания воздуха, выпускаемого через установку кондиционирования. Эта решетка подвергается действию погодных факторов, поэтому в отсек может проникнуть дождевая вода. Если и (или) когда эта вода проникает в нижний отсек, то тогда существует риск повреждения электродвигателей, преобразователей и других установленных в нем электрических и электронных компонентов. К водочувствительным компонентам относится преобразователь, который обычно представляет собой крупное, тяжелое и дорогое устройство, преобразующее генерируемое локомотивом напряжение от 65 В до 74 В постоянного тока в 220 В переменного тока для приведения в действие компрессора. Стоимость используемого в крышном агрегате кондиционирования воздуха упрочненного преобразователя с воздушным охлаждением мощностью 5 кВт или более может составлять треть от общей стоимости установки кондиционирования воздуха, при этом преобразователь является обычно источником беспокойства. Альтернативой преобразователю является непосредственный привод от двигателя, работающего от напряжения от 65 В до 74 В постоянного тока, который может быть громоздким и требует контроля за щетками и коллектором. Система электропитания локомотива напряжением от 65 В до 74 В постоянного тока может обеспечивать напряжение 65 В постоянного тока от аккумуляторных батарей, заряжаемых от двигателя локомотива. Когда двигатель локомотива работает, система электропитания может обеспечивать напряжение 72 В постоянного тока в процессе заряда аккумуляторных батарей и напряжение 74 В постоянного тока, когда аккумуляторные батареи не заряжаются. Далее такие системы электропитания локомотива будут для простоты называться «системами 74 В», хотя должно быть понятно, что такие системы не всегда обеспечивают напряжение 74 В, как об этом говорилось выше.
[0005] Самый нижний отсек известного крышного агрегата кондиционирования воздуха обычно содержит блоки подготовки воздуха, испарители и вентилятор для охлаждения воздуха внутри кабины локомотива.
[0006] Для установки типичного крышного агрегата кондиционирования воздуха в локомотиве нужно проделать в крыше над сиденьем машиниста проем (например, в форме квадрата со стороной 3 фута (≈1 м). Крыша кабины локомотива обычно не является достаточно прочной, чтобы выдерживать вес агрегата для кондиционирования воздуха. Кроме того, эта крыша может иметь искривленную форму, и тогда она не может обеспечить для агрегата кондиционирования воздуха герметичность. Когда вырезают проем, часто отрезают также искривленные перекладины, расположенные под крышей поверх верхней накладки. Должна быть собрана тяжелая рама, которую устанавливают в проем и приваривают к концам упомянутых перекладин. Сварной шов длиной 9 футов (≈2,75 м) между рамой и крышей должен быть водонепроницаемым.
[0007] Типичный крышный агрегат кондиционирования воздуха очень тяжел, при этом основной вес приходится на корпус агрегата. Для установки на раме требуется кран, при этом часть агрегата погружена внутрь кабины, что может ограничить пространство для головы машиниста. Остальная часть агрегата будет выступать над крышей. Это изменение профиля локомотива (он становится выше) может ограничить его прохождение на мостах и в туннелях вплоть до полной невозможности такого прохождения. Такое ограничение может представлять особо сложную проблему в регионах со старой железнодорожной инфраструктурой, например, в Соединенном Королевстве. Когда такие ограничения не принимают во внимание, возникают столкновения, приводящие к повреждению оборудования и окружающих предметов.
[0008] Кроме того, доступ к установленному в порядке доработки крышному агрегату кондиционирования воздуха с целью его обслуживания и ремонта может быть затруднен. Если обслуживающие работники должны находиться на крыше или вблизи крыши локомотива, чтобы получить доступ к крышной установке, то они подвергаются риску падения и получения увечий. Кроме того, существует риск поражения электрическим током, особенно в случаях, когда локомотив во время работы людей на его крыше находится под воздушными линиями электропередач. Кроме того, из соображений безопасности при проведении работ по обслуживанию крышного агрегата кондиционирования воздуха может потребоваться обесточить воздушные линии электропередачи на всем участке. Внутренняя высота кабины, в которой находится машинист локомотива, также может стать ограниченной, особенно когда с целью улучшения профиля локомотива крышный агрегат кондиционирования воздуха утоплен книзу.
[0009] Чтобы сделать некоторые проблемы, связанные с изменившимся как говорилось выше профилем локомотива, менее острыми, стали использовать раздельные установки кондиционирования воздуха. В известных раздельных установках кондиционирования воздуха блок подготовки воздуха / испаритель установлен в кабине машиниста, а узел компрессора установлен внутри локомотива где-нибудь в другом месте. Конденсатор (вместе с его вентилятором) в таких системах обычно располагают снаружи транспортного средства. В результате того, что конденсатор выставляют наружу, он подвергается действию влаги и пыли. Кроме того, нахождение теплоотводов конденсатора снаружи поезда повышает риск повреждения этих теплоотводов, которые обычно являются очень тонкими и легко сгибаемыми.
Краткое описание предлагаемого изобретения
[0010] Согласно одному аспекту осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание системы кондиционирования воздуха для транспортного средства, содержащей комбинированный модуль, подлежащий установке в транспортном средстве или на транспортном средстве, при этом упомянутый комбинированный модуль содержит конденсационный змеевик и компрессорный узел, при этом упомянутый компрессорный узел содержит электрический двигатель, и по меньшей мере один блок подготовки воздуха, подлежащий установке в кабине транспортного средства на удалении от комбинированного модуля, при этом каждый блок подготовки воздуха содержит соответствующий испарительный змеевик, при этом каждый блок подготовки воздуха соединен с комбинированным модулем таким образом, что обеспечена возможность протекания хладагента между блоком подготовки воздуха и комбинированным модулем.
[0011] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, комбинированный модуль предназначен для установки внутри транспортного средства поверх проема, выполненного в полу или внешней стенке транспортного средства, при этом конденсационный змеевик при установке размещают в проеме таким образом, чтобы была обеспечена возможность обдува конденсационного змеевика воздухом, поступающим через проем.
[0012] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, комбинированный модуль установлен в проеме, выполненном в полу транспортного средства.
[0013] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, каждый блок подготовки воздуха дополнительно содержит вентилятор, выполненный с возможностью обдувать воздухом испарительный змеевик и подавать воздух в кабину.
[0014] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, конденсационный змеевик простирается вокруг проема и образует над проемом незаполненную область для поступления воздуха в эту незаполненную область.
[0015] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, конденсационный змеевик выполнен в виде полого цилиндра с открытыми концами, при этом основание этого цилиндра расположено над проемом.
[0016] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, конденсационный змеевик выполнен в виде коробки по меньшей мере с одной открытой стороной, при этом по меньшей мере одна из открытых сторон коробки расположена над проемом.
[0017] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит воздухозаборник, предназначенный для установки снаружи транспортного средства и закрывающий проем для проведения воздуха через проем в комбинированный модуль.
[0018] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, воздухозаборник выполнен как ковшовый воздухозаборник.
[0019] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, транспортное средство- это локомотив, большая грузовая машина или рабочий аппарат.
[0020] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, компрессорный узел дополнительно содержит систему регулирования потока для плавного регулирования потока хладагента.
[0021] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, входящая в состав компрессорного узла система регулирования потока является системой плавного регулирования скорости, соединенной с электрическим двигателем.
[0022] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит датчик температуры воздуха в одном из блоков подготовки воздуха, при этом система регулирования скорости выполнена с возможностью регулировать поток хладагента в зависимости от значения этой температуры.
[0023] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит вентилятор, установленный вблизи проема и служащий для подачи воздуха в комбинированный модуль.
[0024] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит датчик температуры и (или) давления хладагента вблизи конденсационного змеевика.
[0025] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит регулятор вентилятора для приведения в действие вентилятора, когда определено, что воздушный поток в комбинированном модуле недостаточен, в зависимости по меньшей мере от одного из следующих параметров: (1) показания упоминавшегося выше датчика температуры и (или) давления, (2) скорость локомотива.
[0026] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый датчик температуры и (или) давления реализован как датчик температуры и выполнен с возможностью приводить в действие вентилятор, если температура хладагента превышает некоторое пороговое значение.
[0027] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый датчик температуры и (или) давления реализован как датчик давления и выполнен с возможностью приводить в действие вентилятор, если давление хладагента превышает некоторое пороговое значение.
[0028] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, в качестве электрического двигателя использован электрический двигатель постоянного тока.
[0029] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, в качестве электрического двигателя постоянного тока использован бесколлекторный электрический двигатель постоянного тока.
[0030] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, используемый электрический двигатель выполнен с возможностью получать питание от энергетической установки постоянного тока на транспортном средстве.
[0031] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, в качестве упомянутой энергетической установки постоянного тока использована либо система постоянного тока напряжением от 65 В до 74 В, либо система постоянного тока напряжением от 12 В до 24 В.
[0032] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит реверсивный клапан, выполненный с возможностью реверсировать поток хладагента, чтобы заставить конденсационный змеевик работать как испаритель, а испарительный змеевик работать как конденсатор с целью подачи в кабину подогретого воздуха.
[0033] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, компрессорный узел и электрический двигатель имеют общий приводной вал.
[0034] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, компрессорный узел герметизирован.
[0035] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, компрессорный узел дополнительно содержит теплообменник, расположенный между регулятором скорости и электрическим двигателем.
[0036] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, упомянутый теплообменник, расположенный между регулятором скорости и электрическим двигателем, принимает хладагент, возвращающийся от упомянутого по меньшей мере одного блока подготовки воздуха, для охлаждения упомянутых регулятора скорости и электрического двигателя.
[0037] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, комбинированный модуль выполнен с возможностью установки на крыше транспортного средства.
[0038] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемая система кондиционирования воздуха дополнительно содержит вентилятор, установленный над комбинированным модулем и в комбинированном модуле.
[0039] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, блок подготовки воздуха установлен на потолке кабины транспортного средства.
[0040] Согласно другому аспекту осуществления предлагаемого изобретения, предусмотрен комбинированный модуль для установки в транспортном средстве или на транспортном средстве для соединения с испарительным змеевиком, так что для хладагента обеспечена возможность протекания комбинированным модулем и испарительным змеевиком, при этом комбинированный модуль содержит конденсаторный змеевик и компрессорный узел, при этом компрессорный узел содержит в своем составе электрический двигатель.
[0041] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, комбинированный модуль предназначен для установки внутри транспортного средства, закрывая проем в полу или внешней стенке транспортного средства, а конденсационный змеевик расположен поверх упомянутого проема таким образом, что обеспечен обдув конденсационного змеевика воздухом, поступающим через проем.
[0042] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, комбинированный модуль предназначен для установки над проемом, выполненным в полу транспортного средства.
[0043] Согласно одному из аспектов осуществления предлагаемого изобретения, предусмотрено создание способа, содержащего стадию установки комбинированного модуля, содержащего конденсационный змеевик и компрессорный узел, при этом компрессорный узел содержит в своем составе электрический двигатель.
[0044] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, установка комбинированного модуля в транспортном средстве или на транспортном средстве предполагает установку комбинированного модуля внутри транспортного средства для закрывания проема в полу или в стенке транспортного средства, а конденсационный змеевик расположен над упомянутым проемом таким образом, что обеспечен обдув конденсационного змеевика воздухом, поступающим через проем.
[0045] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, проем выполнен в полу транспортного средства.
[0046] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемый способ содержит стадию установки по меньшей мере одного блока подготовки воздуха на удалении от комбинированного модуля, при этом каждый блок подготовки воздуха содержит соответствующий испарительный змеевик, и стадию соединения каждого блока подготовки воздуха с комбинированным модулем с целью обеспечить для хладагента возможность протекать между каждым блоком подготовки воздуха и комбинированным модулем.
[0047] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, стадия установки комбинированного модуля в транспортном средстве или на транспортном средстве состоит в установке комбинированного модуля на крыше транспортного средства.
[0048] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемый способ дополнительно содержит стадию установки вентилятора над комбинированным модулем таким образом, чтобы воздух от вентилятора поступал в комбинированный модуль.
[0049] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, предлагаемый способ дополнительно содержит стадию установки по меньшей мере одного блока подготовки воздуха на потолке кабины транспортного средства на удалении от комбинированного модуля, при этом каждый блок подготовки воздуха содержит соответствующий испарительный змеевик, и стадию соединения каждого блока подготовки воздуха с комбинированным модулем с целью обеспечить для хладагента возможность протекать между каждым блоком подготовки воздуха и комбинированным модулем.
[0050] Другие аспекты и признаки предлагаемого изобретения станут понятны специалистам в данной отрасли из последующего описания конкретных вариантов его осуществления со ссылками на прилагаемые графические материалы.
Краткое описание прилагаемых графических материалов
[0051] Аспекты и варианты осуществления предлагаемого изобретения далее будут описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
[0052] На фиг. 1 на виде сбоку схематично в разрезе изображен локомотив, на котором установлена предлагаемая система кондиционирования воздуха согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
[0053] На фиг. 2 на виде сбоку схематично в разрезе изображен блок подготовки воздуха согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
[0054] На фиг. 3 на виде сверху схематично изображен комбинированный модуль согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
[0055] На фиг. 4 комбинированный модуль, изображенный на фиг. 5, схематично изображен на виде сбоку в сечении по А - А (обозначено на фиг. 3).
[0056] На фиг. 5 иллюстрируется путь потока хладагента и теплового потока в системе кондиционирования воздуха, изображенной на фиг. 1.
[0057] На фиг. 6 изображена блок-схема способа согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения.
На фиг. 7 изображен локомотив, вид сбоку, с комбинированным модулем, установленным на крыше.
Подробное описание предлагаемого изобретения
[0058] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения предусмотрено создание системы кондиционирования воздуха для транспортного средства, такого как локомотив. Должно быть понятно, что предлагаемая система кондиционирования воздуха не ограничена использованием в локомотивах, а может быть использована также в транспортных средствах других типов. Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения, главные компоненты системы кондиционирования воздуха (например, конденсатор, испаритель и компрессор) могут быть установлены внутри транспортного средства, и предлагаемая система может быть такой же гибкой, как известные распределенные системы кондиционирования воздуха, или же более гибкой, чем эти системы.
[0059] На фиг. 1 на виде сбоку схематично в разрезе изображен локомотив 102, на котором установлена система 100 кондиционирования воздуха согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения. Локомотив 102 может представлять собой, например, дизель-электрический локомотив. Как говорилось выше, такая система 100 кондиционирования воздуха может быть установлена на транспортном средстве другого типа. В рассматриваемом примере локомотив 102 имеет кузов 104 с набором вентиляционных отверстий 106 вблизи крыши 107 корпуса 104. Локомотив имеет также пол 105, кабину 108 машиниста и главный двигательный отсек 110, которые отделены друг от друга перегородкой 112. В главном двигательном отсеке 110 в рассматриваемом примере находится двигатель 113.
[0060] Система 100 кондиционирования воздуха в рассматриваемом примере осуществления предлагаемого изобретения содержит конденсационно-компрессорный комбинированный модуль 114 для установки его в транспортном средстве или на транспортном средстве (в рассматриваемом примере это локомотив 102) и два блока 124 и 126 подготовки воздуха. Комбинированный модуль 114 может быть установлен внутри транспортного средства, закрывая проем, выполненный в полу или боковой стенке транспортного средства. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, комбинированный модуль 114 предназначен для установки над проемом 116 в полу 105 локомотива. Однако в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль 114 может быть установлен на стенке (внутри локомотива либо за его пределами). В других вариантах комбинированный модуль может быть установлен снаружи локомотива.
[0061] В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, проем 116 и комбинированный модуль 114 находятся в главном двигательном отсеке 110. Комбинированный модуль 114 содержит конденсационный змеевик 118 и компрессорный узел 120 (см. фиг. 3 и фиг. 4). Конденсационный змеевик 118 расположен над проемом 116, так что обеспечены условия для того, чтобы воздух, поступающий через этот проем, обдувал конденсационный змеевик 118. Компрессорный узел 120 содержит в своем составе электрический двигатель 121 (можно видеть на. фиг. 3 и фиг. 4). Система 100 кондиционирования воздуха содержит также первый блок 124 подготовки воздуха и второй блок 126 подготовки воздуха, которые установлены в кабине 108 локомотива 102 (то есть, на удалении от комбинированного модуля 114). В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть использовано большее или меньшее число блоков подготовки воздуха. Каждый блок подготовки воздуха содержит испарительный змеевик 128 (см. фиг. 2). В рассматриваемом варианте блоки 124 и 126 подготовки воздуха содержат (факультативно) вентилятор 130 (см. фиг. 2) для продувания воздуха над испарительным змеевиком 128 в кабину 108. Блоки 124 и 126 подготовки воздуха соединены с комбинированным модулем 114 с обеспечением для хладагента возможности протекания между испарительным змеевиком 128 и комбинированным модулем 114 (например, по гибким трубкам, выполняющим функции трубопровода хладагента).
[0062] Как говорилось выше, комбинированный модуль 114 по существу представляет собой комбинированный конденсационно-компрессорный агрегат. Для простоты он будет далее именоваться комбинированным модулем.
[0063] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения конденсационный змеевик 118 является оребренным змеевиком, снабженным совокупностью ребер 119 для отвода тепла, которые в целом образуют стенку, через которую для воздуха обеспечена возможность обдувания этих ребер. В других вариантах могут быть использованы конденсационные змеевики других типов. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, конденсационный змеевик 118 простирается вокруг проема 116 и образует над проемом полую область 311 (см. фиг. 3), чтобы обеспечить в эту полую область 311 поступление воздуха.
[0064] Описываемый здесь конденсационный змеевик (такой как конденсационный змеевик 118, который можно видеть на фиг. 1) может иметь разную форму, чтобы соответствовать проему. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, конденсационный змеевик 118 имеет форму цилиндра с открытыми концами или форму бочки. Следует заметить, что основание этого полого цилиндра или «бочки» не обязательно должно быть круговым. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть использован конденсационный змеевик, например, в форме эллиптического цилиндра. В других вариантах конденсационный змеевик может быть выполнен также в виде коробки с одной или большим количеством открытых сторон, при этом одна из этих открытых сторон расположена над проемом. Использование конденсационного змеевика цилиндрической или коробчатой формы (или другой формы) может поспособствовать уменьшению высоты и (или) ширины комбинированного модуля, требуемых в случае плоского конденсационного змеевика для достижения того же охлаждающего эффекта. В частности, по сравнению с плоским конденсационным змеевиком той же высоты требуемое пространство может быть уменьшено в количество раз от 3,14 до 4.
[0065] Проем 116 может быть круглым и иметь размер, соответствующий основанию конденсационного змеевика 118. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения этот проем может быть квадратным или прямоугольным, чтобы соответствовать по форме коробчатому конденсационному змеевику и т.д. Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены какой-либо конкретной формой конденсационного узла 114 или проема 116.
[0066] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в качестве электрического двигателя 121 (см. фиг. 3 и фиг. 4) может быть использован электрический двигатель постоянного тока, в частности, бесколлекторный электрический двигатель постоянного тока. Следует заметить, однако, что выбор электрического двигателя не ограничен бесколлекторными электрическими двигателями постоянного тока и вообще электрическими двигателями постоянного тока. Мог бы быть использован, например, коллекторный электрический двигатель постоянного тока или электрический двигатель переменного тока. В рассматриваемом варианте электрический двигатель 121 получает питание от стандартной силовой установки локомотива, обеспечивающей напряжение 74 В постоянного тока (не показана). Электрический двигатель может представлять собой трехфазный бесколлекторный электрический двигатель с частотной модуляцией, управляемый мощностью прерывателя постоянного тока, в котором скорость зависит от постоянного тока и (или) частоты. Однако в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут быть использованы другие источники питания. Например, предлагаемая система кондиционирования воздуха может быть установлена на большой грузовой машине или другом транспортном средстве и получать питание от силовой установки этой большой грузовой машины или другого транспортного средства, обеспечивающей напряжение от 12 В до 24 В постоянного тока.
[0067] В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, предусмотрен воздухозаборник 122, который установлен снизу и закрывает проем 105 [?] для придания воздуху направления через проем 116 (и в комбинированный модуль 114) для обдува конденсационного змеевика 118, когда локомотив 102 находится в движении. Следует заметить, однако, что воздухозаборник не является обязательным компонентом предлагаемой системы кондиционирования воздуха. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, использован воздухозаборник 122 ковшового типа. Но могут быть использованы и воздухозаборники других типов.
[0068] В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, конденсационный узел 114 содержит верхнюю крышку 123, которая принуждает воздух, поступающий от ковшового воздухозаборника 122, выходить из комбинированного модуля 114 с прохождением через теплоотводные ребра 119. Некоторые варианты осуществления предлагаемого изобретения могут не предусматривать использования такой верхней крышки. В таких других вариантах отказ от использования верхней крышки для ограничения или перенаправления воздушного потока может быть обусловлен формой конденсационного змеевика или другими факторами.
[0069] Каждый из двух блоков 124 и 126 подготовки воздуха имеет соответствующий испарительный змеевик 128 (см. фиг. 2) и вентилятор 130 (см. фиг. 2) для прогона воздуха над испарительным змеевиком 128 в кабину 108. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения для прогона воздуха могут быть использованы другие средства (не вентиляторы). Блоки 124 и 126 подготовки воздуха соединены с комбинированным модулем 114 с целью обеспечить возможность протекания хладагента между этими блоками 124 и 126 подготовки воздуха и комбинированным модулем 114.
[0070] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения по трубопроводам 132 и 133 хладагент протекает между комбинированным модулем 114 и блоками 124 и 126 подготовки воздуха. Электрическая связь между комбинированным модулем 114 и блоками 124 и 126 обеспечена с помощью электрических соединителей 134, в качестве которых использованы провода или кабели. В варианте, проиллюстрированном на фиг. 1, эти электрические соединители 134 находятся в одном пучке с трубопроводами 132 хладагента. Трубопроводы 132 и 133 хладагента и электрические соединители 134 проходят через перегородку 112 между кабиной и главным двигательным отсеком 110.
[0071] Блоки 124 и 126 подготовки воздуха помещены в корпусы 136 и 138, соответственно. На корпусе 138 второго блока 126 подготовки воздуха расположены органы управления 131. К этим органам управления 131 обеспечен доступ из кабины 108. К этим органам управления 131 могут относиться, например, органы регулирования температуры и (или) подачи воздуха. Органы управления 131 могут быть оснащены процессором (не показан) и (или) запоминающим устройством (не показано). Блоки 124 и 126 подготовки воздуха могут быть выполнены компактными, так чтобы не ограничивать пространство для головы машиниста в кабине 108, обеспечивая также комфорт благодаря охлажденному воздуху. Комбинированный модуль 114 находится за перегородкой 112, а не в кабине 108, поэтому тепло, отдаваемое комбинированным модулем 114 не попадает в кабину 108, а остается в главным двигательном отсеке 110. При таком решении в кабине 108 может циркулировать только холодный воздух от блоков 124 и 126 подготовки воздуха и нет необходимости проделывать в кабине дополнительные отверстия для вентиляции.
[0072] В процессе работы хладагент (не показан) циркулирует в системе 100 кондиционирования воздуха под действием компрессорного узла 120 (показан на фиг.3 и фиг. 4). Специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что, когда хладагент проходит через испарительные змеевики 128, компрессорный узел 120 и конденсационный змеевик 118, в процессе теплообмена в испарительных змеевиках происходит охлаждение, а в конденсаторном змеевике 118 выделяется тепло. Таким образом, блоки 124 и 126 подготовки воздуха снабжают кабину 108 локомотива 2 охлажденным воздухом, в то время как избыточное тепло переносится хладагентом к комбинированному модулю 114, затем через комбинированный модуль уносится воздушным потоком и в конечном счете выходит из главного двигательного отсека 110 через вентиляционные отверстия 106 при циркуляции воздуха в главном двигательном отсеке 110. Комбинированный модуль 114 и блоки 124 и 126 подготовки воздуха далее будут рассмотрены более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 2 по фиг. 4. Как будет рассказано более подробно далее, в системе 100 кондиционирования воздуха, проиллюстрированной на фиг. 1, для управления потоком хладагента использована система плавного регулирования скорости, выполненная с возможностью управлять блоками 124 и 126 подготовки воздуха, а не циклически включать и выключать компрессорный узел 120. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть использована не система плавного регулирования скорости, а система плавного регулирования расхода. Использование систем кондиционирования воздуха с плавным регулированием скорости или с плавным регулированием расхода обеспечивает возможность уменьшить энергию на разгон электрического двигателя (энергия переходного режима), в то время как в режиме циклических включений и выключений для разгона электрического двигателя из остановленного состояния до достижения им полной скорости требуется больше энергии.
[0073] В системе кондиционирования воздуха с плавным регулированием скорости для плавного регулирования потока может быть использовано изменение скорости электрического двигателя (например, путем плавного изменения силы тока и (или) частоты модуляции напряжения питания электрического двигателя). Для плавного регулирования расхода может быть использовано плавное регулирование объемного расхода компрессора (при постоянной скорости электрического двигателя). Например, в компрессоре с качающейся шайбой угол шайбы может быть изменяем таким образом, чтобы за то же время проходило больше хладагента без изменения скорости электрического двигателя. Для плавного регулирования потока регулированию подвергалась бы скорость электрического двигателя при постоянном угле шайбы. Могут быть использованы также некоторые комбинации плавного регулирования скорости и плавного регулирования расхода. Системы с плавным изменением скорости / расхода обеспечивают более низкий уровень шума, имеют более низкое энергопотребление, пониженные вибрации, низкие нагрузки и износ. В частности, система кондиционирования воздуха с системой плавного регулирования скорости или с системой плавного регулирования расхода обеспечивает плавный разгон при первоначальном включении с последующей работой с непрерывным приведением расхода хладагента и тепловой нагрузки в равновесие для достижения желаемой температуры. Следует заметить, что варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены системами кондиционирования воздуха с плавным регулированием скорости и плавным регулированием расхода, и плавное регулирование не является обязательным признаком предлагаемого изобретения.
[0074] Как говорилось выше, рассматриваемая система 100 кондиционирования воздуха соединена с силовой установкой локомотива 102, обеспечивающей напряжение 74 В постоянного тока. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут быть использованы другие источники питания (в частности, аккумуляторные батареи). Система кондиционирования воздуха может получать питание, например, от источника постоянного тока напряжением 12 В или 24 В (например, в большой грузовой машине). Достаточную мощность может обеспечить также установленный на двигателе транспортного средства электрический генератор, от которого подзаряжается аккумуляторная батарея. При таком решении обеспечиваются более длительные периоды эксплуатации и удается избежать простоев при неработающем двигателе транспортного средства. В случае длительных стоянок и для уменьшения вредных выбросов система кондиционирования воздуха может получать питание от обеспечивающей достаточную мощность известной вспомогательной силовой установки постоянного тока напряжением 74 В, например, от такой как «BANANA™ Diesel APU».
[0075] Система 100 кондиционирования воздуха не имеет преобразователя переменного тока, благодаря чему обеспечена экономия объема и уменьшен общий вес предлагаемой системы по сравнению с известными системами кондиционирования воздуха, устанавливаемыми в порядке доработки. Эффективность (отношение потребляемой мощности к тепловой энергии охлаждения) предлагаемой системы тоже может быть улучшена, а также резко увеличен по сравнению с известными решениями может быть срок ее службы. Описанная выше система 100 кондиционирования воздуха может не потребовать создания нового проема в крыше локомотива или упрочнения и постановки прокладок, как это требуется в случае известных крышных агрегатов кондиционирования воздуха.
[0076] Система 100 кондиционирования воздуха является разделенной, ее компоненты (блоки 124 и 126 подготовки воздуха и комбинированный модуль 114) могут быть размещены в разных местах внутри транспортного средства. Размещение этих компонентов не ограничено вариантом, проиллюстрированным на фиг. 1. Эти компоненты системы кондиционирования воздуха легко транспортировать для установки в транспортном средстве.
[0077] В варианте осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированном на фиг. 1, блоки 124 и 126 подготовки воздуха являются единственными компонентами системы 100 кондиционирования воздуха в кабине 108, поэтому система 100 кондиционирования воздуха менее шумна (в кабине 108), чем известные крышные агрегаты кондиционирования воздуха, при этом занимая меньше места в области головы. Эти два блока 124 и 126 подготовки воздуха могут быть расположены по бокам от машиниста, или же они могут быть установлены высоко над ним вблизи того места, где перегородка 112 встречается с крышей кабины 108. При таком решении могут быть обеспечены лучшее управление и комфорт без существенного ограничения пространства для головы машиниста. Возможны и другие варианты расположения системы 100 кондиционирования воздуха. В частности, блоки подготовки воздуха могут быть использованы в меньшем или большем количестве. Блоки подготовки воздуха могут быть размещены внутри кабины транспортного средства в других, чем указанные выше, местах.
[0078] Как можно видеть на фиг. 1, все компоненты системы 100 кондиционирования воздуха (за исключением воздухозаборника 122 ковшового типа) находятся внутри локомотива и могут быть, таким образом, защищены от действия внешних погодных факторов.
[0079] На фиг. 2 второй блок 126 подготовки воздуха, обозначенный на фиг. 1, схематично изображен на виде сбоку в разрезе. Этот второй блок 126 подготовки воздуха имеет корпус 138 и испарительный змеевик 128, установленный внутри корпуса 138. Этот испарительный змеевик 128 может представлять собой, например, оребренный испарительный змеевик, снабженный теплообменными ребрами (не показаны). Испарительный змеевик 128 имеет выходной порт 202 хладагента и входной порт 204 хладагента. Для обеспечения циркуляции хладагента через испарительный змеевик 128 трубопровод 132 хладагента соединен со входным портом 204 хладагента (через расширительный клапан 402), а трубопровод 133 хладагента соединен с выходным портом 202 хладагента. Трубопровод 133 хладагента, соединенный с входным портом 204 хладагента, проводит жидкий хладагент от конденсационного змеевика 118 к испарительному змеевику 128. Специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения блок подготовки воздуха может не иметь расширительного клапана 402. Расширительный клапан может быть размещен, например, за пределами блока подготовки воздуха.
2
[0080] Трубопроводы 132 и 133 хладагента могут представлять собой, например, резиновые трубки или трубки из другого подходящего материала. В качестве хладагента может быть использован фреон (Freon™), и трубопроводы 132 хладагента могут представлять собой фреоновые шланги. В качестве хладагента могут использоваться также (но не только) пропан, аммиак и двуокись углерода (CO). Корпус 138 блока 126 подготовки воздуха содержит также по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие 206. В блоке 126 подготовки воздуха установлен вентилятор 130 с возможностью обдува воздухом испарительного змеевика 128 и подачи воздуха в кабину 108 через упомянутое по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие 206. На фиг. 2 обозначены также органы управления 131, о которых говорилось ранее. Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены конкретной конструкцией или расположением корпуса 138, испарительного змеевика 128 или вентилятора 130.
[0081] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения блок 126 подготовки воздуха факультативно включает также датчик 406, воспринимающий температуру воздуха для плавного управления потоком хладагента. Этот датчик может быть расположен вблизи испарительного змеевика 128. Факультативно может быть установлен датчик (не показан) также в трубопроводах хладагента или внутри испарительного змеевика 128 для измерения температуры и (или) давления хладагента. Системы плавного регулирования скорости / расхода подробно описываются ниже. Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничиваются системами кондиционирования воздуха с плавным регулированием скорости или расхода, и наличие в блоке 126 подготовки воздуха датчика 406 температуры не является обязательным для всех вариантов осуществления предлагаемого изобретения.
[0082] Первый блок 124 подготовки воздуха подобен второму блоку 126 подготовки воздуха и поэтому не будет здесь описываться подробно, однако в рассматриваемом варианте осуществления первый блок 124 подготовки воздуха не снабжен органами управления 131 или датчиком 406 температуры. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может быть несколько наборов органов управления, установленных на нескольких блоках подготовки воздуха.
[0083] Теперь со ссылками на фиг. 3 и фиг. 4 будет более подробно описан комбинированный модуль 114. На фиг. 3 комбинированный модуль 114 схематично изображен на виде сверху, но с него снята крышка 123 (показана на фиг. 4). На фиг. 4 комбинированный модуль 114 схематично изображен на виде сбоку в разрезе по А-А (обозначено на фиг. 3). На фиг. 4 не показаны трубопроводы 133, 4 и 5 хладагента, которые показаны на фиг. 3 (и на фиг. 5).
[0084] Комбинированный модуль 114 содержит конденсационный змеевик 118, снабженный ребрами 119, как это описывалось выше. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения конденсационный змеевик содержит завитую трубку 319 (показана на фиг. 3), которая проводит хладагент через ребра 119 для теплообмена в конденсационном змеевике 118. Упомянутая завитая трубка 319 (видна на фиг. 3) на фиг. 4 убрана, чтобы можно было лучше видеть остальные компоненты конденсационного змеевика 118. Подобным же образом трубопровод 132 хладагента (показан на фиг. 2 и фиг. 5), который проводит хладагент от выходного порта завитой трубки к блокам 124 и 126 подготовки воздуха не показан на фиг. 3 и на фиг. 4. Однако специалистам соответствующего профиля известно о наличии завитых трубок в конденсационном змеевике.
[0085] Как можно видеть на фиг. 4, комбинированный модуль 114 имеет верхний конец 302 и нижний конец 304. Комбинированный модуль 114 присоединен к полу 105 транспортного средства болтами через фланец 306 на нижнем конце 304 комбинированного модуля 114. Для присоединения комбинированного модуля к полу транспортного средства могут быть использованы и другие средства крепления (например, сварка, заклепки, зажимы и т.д.). В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль 114 включает также проволочный каркас 308 круглой формы, окружающий конденсационный змеевик, имеющий форму кругового цилиндра или бочкообразную форму. Этот проволочный каркас выполнен с возможностью обеспечивать защиту для конденсационного змеевика. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут использоваться каркасы или корпусы других типов. Может быть использован, например, вентилируемый корпус в форме цилиндра или коробки. Возможны и такие варианты, в которых вокруг некоторых или всех конденсационных змеевиков не предусмотрено никакого каркаса или корпуса.
[0086] Компрессорный узел 120 установлен в полой области 311 (обозначена на фиг.3) внутри конденсационного змеевика 128. Компрессорный узел 120 может быть установлен с использованием любых подходящих средств, в частности, с помощью рамы, с помощью крепежных элементов, таких как болты, винты и т.п., сваркой и (или) скобами и множеством других способов. Компрессорный узел 120 содержит электрический двигатель 121, компрессор 312, соединенный с этим электрическим двигателем 121, теплообменник 314 и блок управления 316 системы плавного регулирования скорости. В качестве электрического двигателя может быть использован бесколлекторный двигатель постоянного тока или электрический двигатель другого типа. Компрессор 312 может быть реализован, например, как многоцилиндровый компрессор с качающейся шайбой. Подходящим для целей предлагаемого изобретения может быть также использование в качестве компрессора 312 компрессора спирального типа или компрессора лопастного типа.
[0087] Теплообменник 314 расположен между электрическим двигателем 121 и блоком управления 316 системы плавного регулирования скорости. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения теплообменник выполнен в виде продолговатой полой коробки (то есть, имеет форму прямоугольного параллелепипеда или прямоугольной призмы), выполненной из металла, например, из алюминия. Имеющий низкую температуру и находящийся под низким давлением хладагент транспортируется к теплообменнику по трубопроводу 133 и затем протекает через полую область теплообменника 314. Могут быть использованы также теплообменники других типов (например, в виде трубки или канала с ребрами). Варианты предлагаемого изобретения не ограничиваются теплообменником определенного типа, и возможны даже такие варианты, в которых теплообменник 314 не используется.
[0088] Затем имеющий низкую температуру и находящийся под низким давлением хладагент выходит из теплообменника 314 и по трубопроводу 4 транспортируется к компрессору 312. Затем сжатый хладагент выходит из компрессора 314 и по трубопроводу 5 транспортируется к конденсационному змеевику. Трубопроводы 133, 4 и 5 хладагента, которые можно видеть на фиг. 3 и фиг. 4, показаны только для примера, и реальные форма, размеры и размещение этих трубопроводов могут быть разными. Например, трубопровод 133 может выходить из комбинированного модуля на его верхнем конце 302 или на его нижнем конце 304. Возможны и другие модификации.
[0089] Блок управления 316 системы плавного регулирования скорости выполнен с возможностью управления расходом хладагента в системе 100 кондиционирования воздуха. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения система плавного регулирования потока может использоваться вместе с системой плавного регулирования скорости или вместо нее. Блок управления 316 системы плавного регулирования скорости получает сигнал температуры от датчика 406 (показан на фиг. 2), установленного во втором блоке 126 подготовки воздуха. На этот сигнал блок управления 316 системы плавного регулирования скорости реагирует соответствующим изменением потока хладагента. Например, если температура, измеренная датчиком, превышает пороговое значение, то блок управления 316 системы плавного регулирования скорости может увеличить поток хладагента. Упомянутое пороговое значение температуры может быть задано с помощью органов управления 131, которые показаны на фиг. 2. И наоборот, если измеренная температура близка к заданному с помощью органов управления 131 значению или ниже его, то блок управления 316 системы плавного регулирования скорости может соответственно уменьшить поток хладагента. Регулирование потока хладагента блоком управления 316 системы плавного регулирования скорости может быть реализовано путем регулирования силы электрического тока, его частоты и (или) напряжения, подаваемых на электрический двигатель 121. Системы плавного регулирования потока хладагента имеют более низкий эксплуатационный износ и более энергоэффективны, чем системы с циклическим включением и выключением. Блок управления 316 системы плавного регулирования скорости может содержать процессор и (или) запоминающее устройство (не показаны), запрограммированные на выполнение управляющих функций, описанных выше. Как будет описываться далее, в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения блок управления 316 системы плавного регулирования скорости охлаждается хладагентом через посредство теплообменника 314. В этом варианте для охлаждения блока управления 316 системы плавного регулирования скорости не используется никаких дополнительных вентиляторов, однако в других вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут быть применены другие решения (например, для охлаждения блока управления 316 системы плавного регулирования скорости может быть использован вентилятор, и (или) может отсутствовать теплообменник 314.
[0090] Компрессорный узел 120 подсоединен с возможностью принимать хладагент, возвращающийся из испарительного змеевика 128 (показан на фиг. 2) по трубопроводу 133. Компрессорный узел 120 соединен с конденсационным змеевиком 118 для подачи в последний сжатого хладагента, как подробно описывается ниже со ссылками на фиг. 5.
[0091] Компрессорный узел 120 может содержать непосредственный привод с передаточным отношением 1: 1 без приводных ремней и натяжных шкивов. Компрессорный узел 120 этого типа не требует такого частого обслуживания, как двигатели / редукторы, в которых используются приводные ремни и натяжные шкивы. Компрессорный узел 120 может быть герметизирован таким образом, чтобы ни одна подвижная и (или) изнашиваемая деталь не выходила за пределы компрессорного узла 120. При таком решении обеспечена возможность предотвратить вытекание из компрессорного узла
120 масла или хладагента или уменьшить вероятность такого вытекания. Как отмечалось выше, в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в качестве электрического двигателя 121 может быть использован бесколлекторный электрический двигатель. Этот электрический двигатель может получать достаточное охлаждение от возвращающегося хладагента, имеющего низкую температуру, так что для охлаждения электрического двигателя 121 не требуется дополнительного охладительного вентилятора. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения электрический двигатель 121 и компрессор 312 имеют общий приводной вал (не показан). Электрический двигатель 121 и компрессор 312 могут быть, например, установлены таким образом, чтобы между ними мог простираться единый приводной вал, хотя варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены таким требованием. Электрический двигатель 121 и компрессор 312 могут быть вместе загерметизированы.
[0092] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль 114 дополнительно включает вспомогательный вентилятор 310, который установлен на проволочном каркасе 308 вблизи проема 116 для обеспечения по выбору дополнительного воздушного потока, когда это необходимо. Этот вспомогательный вентилятор 310 может включаться, например, когда локомотив стоит или движется со скоростью ниже некоторой пороговой и поэтому воздух не поступает в конденсационный узел 114 от ковшового воздухозаборника 122 в достаточном количестве. Вспомогательный вентилятор 310 может включаться и выключаться в зависимости от сигнала от датчика 416 температуры (показан на фиг. 4 и на фиг. 5) в трубопроводе жидкого хладагента конденсационного змеевика 118. Комбинированный модуль 114 может содержать, например, орган управления вентилятором (не показан), который включает вспомогательный вентилятор 310, если температура хладагента (например, фреона) превосходит некоторое пороговое значение. Подобным же образом вспомогательный вентилятор 310 может выключаться, если измеренная температура ниже некоторого порогового значения. Таким образом, вспомогательный вентилятор 310 обеспечивает возможность удерживать температуру сконденсированного хладагента в заданном диапазоне. Когда воздушный поток, обеспечиваемый ковшовым воздухозаборником 122, достаточен для охлаждения конденсационного змеевика 118, этот вентилятор может быть остановлен для экономии электрической энергии. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения для управления вспомогательным вентилятором 310 в качестве альтернативы датчику температуры или в дополнение к нему может быть использован датчик давления. Вспомогательный вентилятор 310 может также избирательно приводиться в действие в зависимости от скорости локомотива.
[0093] Вокруг верхней части конденсационного змеевика 118 может быть установлено уплотнение 315 из пористой резины (показано на фиг. 4), так что когда верхняя крышка 123 надета, вытекание воздуха из верхнего конца 302 комбинированного модуля 114 в существенной степени или полностью перекрыто. При таком решении воздух может быть направлен через ребра 119 конденсационного змеевика 118 и (или) между ними. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения упомянутое резиновое уплотнение 314 [sic!] может быть частью верхней крышки 123, или же оно может не использоваться, или же вместо него может быть использовано уплотнение другого типа.
[0094] Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, для предотвращения утечки воздуха вокруг концов завитой трубки 318 (показана на фиг. 3) в конденсационном змеевике 118 может быть предусмотрено уплотнение 317 из пористой резины.
[0095] Факультативно охлаждение электрического двигателя 121 и блока управления 316 системы плавного регулирования скорости может осуществляться имеющим низкую температуру и находящимся под низким давлением хладагентом, возвращающимся из блоков 124 и 126 подготовки воздуха. В варианте, иллюстрируемом на фиг. 3 и фиг. 4, хладагент от блоков 124 и 126 подготовки воздуха направляется в компрессорный узел 120. В этом компрессорном узле имеющий низкую температуру хладагент сначала проходит через теплообменник 314, который находится между блоком управления 316 системы плавного регулирования скорости и электрическим двигателем 121, так что тепло от блока управления 316 системы плавного регулирования скорости и электрического двигателя 121 поглощается хладагентом. От теплообменника 314 хладагент транспортируется к компрессору 312. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения компрессорный узел 120 не содержит охлаждающего вентилятора, хотя в других вариантах может быть предусмотрен один или большее количество таких вентиляторов.
[0096] Комбинация конденсационного змеевика 128 и проволочного каркаса 308 обеспечивает защиту для внутренних компонентов комбинированного модуля 114 (например, компрессорного узла 120 и вспомогательного вентилятора 310).
[0097] Комбинированный модуль 114 может быть прикреплен к полу 105 с помощью болтов (не показаны) через фланец 306. Могут быть использованы, например, только три болта, хотя варианты осуществления предлагаемого изобретения количество болтов не ограничивают. Используемый в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль 114 по сравнению с известными конденсаторами и компрессорами, используемыми на локомотивах, может быть компактным и может быть легко размещен, например, в стандартном дизель-электрическом локомотиве типа GE (General Electric - «Дженерал электрик») или EMD (Electro-Motive Diesel - «Дизель-электровоз»).
[0098] На фиг. 5 иллюстрируется путь потока хладагента и теплового потока в системе 100 кондиционирования воздуха, описанной выше со ссылками на прилагаемые чертежи с фиг. 1 по фиг. 4.
[0099] На фиг. 5 стрелкой 1 обозначен создаваемый вентилятором 130 воздушный поток через второй блок 126 подготовки воздуха, который обдувает также испаритель 128 и поток холодного воздуха из кабины 108 (показана на фиг. 1). Стрелкой 2 обозначен поток имеющего высокую температуру и находящегося под высоким давлением жидкого хладагента в расширительный клапан 402 и завитые трубки (не показаны) в составе испарительного змеевика 128 у входного порта 204.
[00100] Стрелками 3 обозначен поток имеющего низкую температуру и находящегося под высоким давлением газообразного хладагента, который засасывается через трубопровод 133 из испарителя 128 для охлаждения теплообменника 314 в компрессорном узле 120. На трубопроводе 133 показан датчик 406 температуры и (или) давления, сигналы от которого поступают в блок управления 316 системы плавного регулирования скорости для регулирования потока хладагента.
[00101] Хотя первый блок 124 подготовки воздуха на фиг. 5 и не показан, должно быть понятно, что он соединен с комбинированным модулем аналогично, то есть, с возможностью поступления в него имеющего высокую температуру жидкого хладагента и выхода из него имеющего низкую температуру газообразного хладагента. Конкретно, первый и второй блоки 124 и 126 подготовки воздуха могут быть соединены с комбинированным модулем 114 в каскадном режиме, когда каждый из трубопроводов 132 и 133 хладагента разветвляется для соединения с каждым из блоков 124 и 126 подготовки воздуха, как показано на фиг. 1.
[00102] Стрелками 408 и 410 обозначены соответственно тепловые потоки от блока управления 316 системы плавного регулирования скорости и электрического двигателя 121 в теплообменник 314.
[00103] По трубопроводу 4 осуществлена транспортировка хладагента из теплообменника 314 для введения его в компрессор 312.
[00104] По трубопроводу 5 осуществлена транспортировка имеющего высокую температуру газообразного хладагента из компрессорного узла 120 для введения его в конденсационный змеевик 118. На фиг. 5 показаны входной порт 412 и выходной порт 414 конденсационного змеевика 118. По трубопроводу 5 хладагент поступает в конденсационный змеевик 118 через его входной порт 412. Упомянутые трубопроводы 4 и 5 хладагенты могут быть выполнены, например, в виде трубок или гибких шлангов.
[00105] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в конденсационном модуле 114 вблизи выходного порта 414 конденсационного змеевика установлен датчик 416 температуры и (или) давления, выполненный с возможностью осуществлять текущий контроль соответствующего параметра (соответствующих параметров) жидкого хладагента и эффективности функционирования конденсационного змеевика 118. Сигналы от датчика 416 могут быть использованы для включения, при необходимости, вспомогательного вентилятора 310, например, если воздушный поток от ковшового воздухозаборника (показан на фиг. 1) слишком слаб, чтобы обеспечить достаточное охлаждение конденсационного змеевика 118. В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения может не использоваться датчик 416 и (или) вспомогательный вентилятор 310.
[00106] Имеющий высокую температуру хладагент выходит из конденсационного змеевика 118 через его выходной порт 414 по трубопроводу 132 и транспортируется обратно в первый блок 124 подготовки воздуха (показан на фиг. 1) и второй блок 126 подготовки воздуха, как говорилось выше, завершая таким образом цикл.
[00107] Стрелками 6 обозначен воздушный поток через ковшовый воздухозаборник 122 с обдувом конденсационного змеевика 128.
[00108] Как отмечалось выше, в некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения в качестве электрического двигателя для компрессорного узла может быть использован бесколлекторный двигатель постоянного тока с трехфазной частотной модуляцией, получающий питание от энергетической установки локомотива, обеспечивающей постоянное напряжение 74 В (как в случае комбинированного модуля 114 на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5). Бесколлекторный двигатель постоянного тока может быть снабжен электронной схемой на основе датчика (например, датчика Холла), выполненной с возможностью осуществлять текущий контроль угла магнитов ротора и скорости вращения. Информация с этого датчика может подаваться в систему плавного регулирования скорости (например, в блок 316 системы плавного регулирования скорости, показанный на фиг. 4 и фиг. 5). Выше говорилось также о том, что датчик 406 температуры воздуха, находящийся в среде холодного воздуха (такой как показанный на фиг. 2 датчик 406 температуры), выходящего из блока подготовки воздуха, может подавать информацию в систему плавного регулирования скорости. На основе этой информации система плавного регулирования скорости может плавно включать электрический двигатель и плавно наращивать скорость его вращения, увеличивая поток хладагента, если для понижения температуры в транспортном средстве (например, в кабине транспортного средства) требуется высокая скорость охлаждения. По мере понижения температуры воздуха система плавного регулирования скорости может понизить скорость вращения электрического двигателя (понижая, тем самым, потребление энергии и поток хладагента), пока холодопроизводительность и потребность кабины в охлаждении не будут приведены в приблизительное равновесие. После этого скорость вращения электрического двигателя понижается и остается на этом уровне до тех пор, пока температура в кабине не превысит заданного значения. Система плавного регулирования скорости может получать питание, например, от аккумуляторных батарей локомотива, обеспечивающих постоянное напряжение 65 В. В альтернативных вариантах, если главный двигатель локомотива получает питание от вспомогательного генератора, то электрический двигатель может получать питание от другого источника, сопряженного с упомянутым главным двигателем локомотива.
[00109] В отношении энергопотребления описанная выше система плавного регулирования скорости может быть до 70 процентов более эффективной, чем известные системы, преобразующие напряжение 74 В постоянного тока в напряжение 220 В переменного тока, и циклически работающий компрессор с таким же охлаждением на выходе. Плавное регулирование расхода через компрессор (по сравнению со старт-стопным режимом известных циклически работающих систем) производит меньше шумов и вибраций, обеспечивает пониженный износ электрического двигателя и компрессора и позволяет обойтись без реле, требуемых для обеспечения циклической работы.
[00110] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения система кондиционирования воздуха (такая как система, проиллюстрированная на прилагаемых чертежах с фиг. 1 по фиг. 5) содержит реверсивный клапан (не показан) в контуре хладагента, выполненный с возможностью реверсировать цикл хладагента и тем самым реверсировать цикл охлаждения / обогрева. При этом кабина транспортного средства будет подвергаться не охлаждению, а обогреву. А именно, тепло от воздушного потока, поступающего в комбинированный модуль, может быть использовано для нагревания хладагента (то есть, комбинированный модуль в этом случае работает как испарительно-охладительная часть цикла). Факультативно датчики температуры и (или) давления, если таковые имеются в системе, в реверсированном цикле могут быть приспособлены для других целей. Например, сигналы от датчика, расположенного около блока подготовки воздуха (в нормальном цикле использовался для текущего контроля охлаждения), и от датчика, расположенного около комбинированного модуля (в нормальном цикле использовался для текущего контроля нагревания), могли бы быть использованы для приспособления системы плавного регулирования и вспомогательного вентилятора в комбинированном модуле к работе в режиме реверсированного цикла. Факультативно пороговые значения температуры, используемые для управления системой плавного регулирования скорости и вспомогательного вентилятора, могут быть изменены (возможно, без реверсирования подачи сигналов датчиками). В альтернативных вариантах в реверсированном режиме могли бы быть использованы не датчики 406 и 416, показанных на фиг. 2, фиг. 4 и фиг. 5, а один или большее количество дополнительных датчиков (не показаны).
[00111] Пример размеров и схемы конденсационного змеевика (например, конденсационного змеевика 118, показанного на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5) приведен ниже. Однако варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены этим примером размеров, и должно быть понятно, что конденсационному змеевику могут быть приданы различные формы и размеры, обеспечивающие возможность установки его над проемом, выполненным в полу транспортного средства. При сравнимой холодопроизводительности масса комбинированного модуля согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения может быть в шесть раз меньше массы известного крышного агрегата кондиционирования воздуха, а его объем - в три раза меньше объема этого крышного агрегата.
[00112] В случае конденсационного змеевика с теплообменными ребрами производительность конденсационного змеевика в общем зависит от площади поверхности ребер и скорости протекания охлаждающего воздуха. Например, известный плоский прямоугольный ребристый конденсационный змеевик с двумя 12-дюймовыми (≈ 30 см) вентиляторами для прогона воздуха через ребра обеспечивает определенное количество передачи тепла и определенную мощность конденсации. Но если этот конденсационный змеевик снабдить ребрами и (или) обеспечить более высокую скорость воздуха, то мощность конденсации (и холодильный коэффициент) может возрасти. Может понизиться, например, общее давление хладагента, что потребует меньшего расхода энергии.
[00113] Плоский прямоугольный ребристый конденсационный змеевик шириной 28 дюймов (≈71 см), высотой 19 дюймов (≈48 см) и толщиной 2 дюйма (≈5 см) имеет объем 1064 кубических дюйма (≈17,5 л). Конденсационный змеевик в форме полого цилиндра с открытыми концами или бочкообразный, имеющий ту же толщину 2 дюйма (≈5,1 см), обеспечит приблизительно такой же объем при диаметре приблизительно 14 дюймов (≈35,6 см) и высоте 12 дюймов (≈30,2 см). Таким образом, конденсационный змеевик цилиндрической формы будет короче и уже, чем прямоугольный конденсационный змеевик того же объема. Сходным образом коробчатый конденсационный змеевик (например, с четырьмя боковыми сторонами и открытыми верхом и низом) тоже может быть короче и уже сравнимого прямоугольного конденсационного змеевика. Это уменьшение размеров может сделать комбинированный модуль, содержащий конденсационный змеевик, более компактным и легким для размещения в транспортном средстве, таком как локомотив.
[00114] На фиг. 6 приведена блок-схема способа согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения. В блоке 602 блок-схемы комбинированный модуль устанавливают в транспортном средстве или на транспортном средстве. Комбинированный модуль может устанавливаться, например, над проемом, выполненным в полу транспортного средства (или в другом месте), как было описано выше. В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль может устанавливаться также за пределами транспортного средства. Комбинированный модуль может быть устроен как описано выше или будет описано ниже (например, как комбинированный модуль 114, проиллюстрированный на фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5). Факультативно в блоке 604 блок-схемы в транспортном средстве на удалении от комбинированного модуля устанавливают по меньшей мере один блок подготовки воздуха. Этот по меньшей мере один блок подготовки воздуха может быть устроен как описано выше или будет описано ниже (например, как блоки 124 и 126 подготовки воздуха, проиллюстрированные на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 5). Факультативно в блоке 606 блок-схемы каждый блок подготовки воздуха соединяют с комбинированным модулем, чтобы обеспечить для хладагента возможность протекания между соответствующим блоком подготовки воздуха и комбинированным модулем.
[00115] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения для соединения комбинированного модуля с одним или большим количеством блоков подготовки воздуха могут быть использованы быстро-съемные соединители. Использование быстросъемных соединителей для соединения и разъединения различных компонентов системы способствует облегчению установки системы в транспортных средствах разных типов и разных конфигураций.
[00116] В полу транспортного средства выполняют проем прямоугольной или другой (например, круглой) формы примерно по размерам комбинированного модуля, так чтобы затем поверх этого проема мог быть установлен комбинированный модуль.
[00117] Согласно некоторым вариантам осуществления предлагаемого изобретения описываемая здесь система кондиционирования воздуха (например, такая как система 100 кондиционирования воздуха, проиллюстрированная на прилагаемых чертежах с фиг. 1 по фиг. 5) может иметь меньшее количество движущихся частей, чем известные крышные агрегаты или разделенные установки кондиционирования воздуха. Это способствует уменьшению износа и облегчает обслуживание. Как описывалось выше, система кондиционирования воздуха может быть установлена внутри транспортного средства, что способствует защите от проникновения в систему кондиционирования воздуха пыли, влаги и (или) других атмосферных осадков извне, результатом чего становится более чистое состояние системы.
[00118] В тех вариантах осуществления предлагаемого изобретения, в которых в качестве трубопроводов хладагента используются гибкие резиновые шланги, описываемая здесь система кондиционирования воздуха позволяет сократить длину используемых гибких резиновых шлангов приблизительно на 50% по сравнению с известными разделенными установками кондиционирования воздуха. Сокращение длины используемых гибких резиновых шлангов способствует уменьшению утечек из такого шланга.
[00119] Хотя это и не требуется всеми вариантами осуществления предлагаемого изобретения, использование описанного выше конденсационного змеевика цилиндрической или коробчатой формы с открытыми концами позволяет уменьшить общую длину и высоту пространства, требуемого для конденсационного змеевика. Когда конденсаторный узел соединен / скомпонован с конденсационным змеевиком, последний может иметь минимальную высоту, согласованную с высотой компрессорного узла без компрессорного модуля, выступающего над конденсационным змеевиком или под ним. Например, если высота компрессорного узла составляет 12 дюймов (30,48 см), то конденсационный узел может иметь высоту 12 дюймов (30,48 см) или более, так чтобы компрессорный узел мог быть скрыт за конденсационным змеевиком. Однако для достижения той же мощности охлаждения при уменьшении высоты конденсационного змеевика потребуется увеличить его длину или ширину. Плоский прямоугольный конденсационный змеевик должен бы быть настолько длинным (особенно в случае уменьшенной высоты), что трудно было бы выделить для него пространство внутри транспортного средства, не говоря уже о трудностях, связанных с тем, чтобы внести его в транспортное средство для установки.
[00120] При выполнении конденсационного змеевика в форме четырех-стеночной полой коробки без крышки и дна длина (в одном измерении) такого конденсационного змеевика, имеющего те же высоту и толщину, будет в четыре раза меньше, а при выполнении его в форме цилиндра длина будет меньше приблизительно в 3,14 раза. Для того чтобы показать на примере, насколько компактным может быть коробчатый конденсационный змеевик, возьмем плоский прямоугольный конденсационный змеевик длиной 28 дюймов (≈71 см), высотой 19 дюймов (≈48 см) и толщиной 2 дюйма (≈5 см) и имеет объем 1064 кубических дюйма (≈17,5 л). Тот же объем имел бы конденсационный змеевик в форме четырехстеночной полой коробки без крышки и дна при длине каждой стенки приблизительно 11 дюймов (≈28 см), высоте приблизительно 12 дюймов (≈30,5 см) и ширине приблизительно 2 дюйма (≈5,1 см). При использовании конденсационного змеевика в форме полого цилиндра с открытыми концами длина (в одном измерении) этого конденсационного змеевика также будет меньше, чем у плоского прямоугольного конденсационного змеевика.
[00121] В некоторых вариантах осуществления предлагаемого изобретения комбинированный модуль установлен на крыше транспортного средства (например, на крыше локомотива). На фиг. 7 схематично на виде сбоку изображен локомотив 700, в котором комбинированный модуль установлен на его крыше 704. Над комбинированным модулем 702 для его обдува может быть установлен вентилятор 706 (факультативно). В других вариантах осуществления предлагаемого изобретения достаточный обдув комбинированного модуля для его охлаждения обеспечивается при движении локомотива.
[00122] Может быть установлен (факультативно) также навес 708, частично прикрывающий сверху вентилятор 706 и комбинированный модуль 702. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения в навесе 708 выполнен проем 710, обеспечивающий возможность поступления воздуха внутрь комбинированного модуля 702. В боковых стенках навеса могут быть выполнены щелеобразные прорези (не показаны) или отверстия другой формы, обеспечивающие возможность выхода воздуха. Возможны также различные другие конструктивные решения.
[00123] На потолке 714 кабины 716 локомотива 700 установлен блок 712 подготовки воздуха. Этот блок 712 подготовки воздуха соединен с комбинированным модулем 702 с помощью гибких шлангов или трубопроводов 718 хладагента. Комбинированный модуль 702 подобен конденсационноком-прессорному комбинированному модулю 114, показанному на фиг. 1, но установлен на крыше 704 (а не над проемом в полу). Блок 712 подготовки воздуха подобен блокам 124 и 126 подготовки воздуха, показанным на фиг. 1.
[00124] Крышному расположению системы, показанному на фиг. 7 (или другому сходному варианту ее крышного расположения) может быть отдано предпочтение, например, в тех случаях, когда внутри локомотива недостаточно места, хотя возможны и другие причины. В отличие от варианта с расположением над полом, в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения вентилятор 706, показанный на фиг. 7 направляет воздушный поток книзу, а не кверху. При таком решении для охлаждения гибких шлангов или трубопроводов 718 хладагента (а также, возможно, для охлаждения кабелей питания комбинированного модуля 702 (компрессора) и блока 712 подготовки воздуха (вентиляторов) может быть достаточно только малых отверстий в потолке / крыше локомотива. В противоположность этому, известные крышные агрегаты кондиционирования воздуха могут потребовать для установки конденсационного узла, скомбинированного с испарителем, большого проема диаметром от 10 до 15 дюймов (от 25,4 до 38,1 см). Система кондиционирования воздуха, изображенная на фиг. 7, может быть названа разделенной системой кондиционирования воздуха крышного базирования.
[00125] Выше описаны только отдельные примеры осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрирующие его принципы. Должно быть понятно, однако, что возможны варианты осуществления предлагаемого изобретения, в которых скомбинировано два и более признаков из разных примеров. Варианты осуществления предлагаемого изобретения не ограничены одним или большим количеством раскрытых здесь подходов, способов или устройств. Специалистам соответствующего профиля должно быть понятно, что без выхода за пределы объема предлагаемого изобретения возможны вариации и модификации этих вариантов его осуществления. Поэтому должно быть понятно что возможно осуществление предлагаемого изобретения иным, чем здесь описано, образом, если только такое осуществление подпадает под прилагаемую к сему формулу изобретения.