СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В ПАССАЖИРСКОМ ВАГОНЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к системам кондиционирования воздуха и может быть использована для оборудования пассажирских вагонов, особенно высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Из уровня техники известны установки кондиционирования воздуха в вагонах, содержащие каналы подачи наружного воздуха и рециркуляции и электрокалорифер (см. Г.И.Осадчук, Е.С.Фарафонов "Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха", М., Транспорт, 1969 г., стр.107-110).
Наиболее близким техническим решением можно считать систему кондиционирования воздуха пассажирского вагона, содержащую воздушный фильтр, холодильный агрегат, камеру смешения воздуха, каналы подачи наружного воздуха и воздуха рециркуляции, электрокалорифер и вентиляторы, установленные в каналах подачи воздуха (см. журнал "Железные дороги мира" №11 за 1998 г. "ICE 3 - высокоскоростной поезд для Европы").
Недостатком как аналогов, так и прототипа, является их низкая эффективность при применении на высокоскоростных железнодорожных транспортных средствах. Общеизвестно, что чем выше скорость, тем более высокие динамические нагрузки испытывают узлы и детали транспортного средства. При высоких скоростях движения не редки случаи разгерметизации систем кондиционирования из-за высокочастотных вибраций, из-за сильного аэродинамического сопротивления, возникающего в узлах и деталях систем кондиционирования, установленных на крышах вагонов, а также из-за других разнообразных динамических нагрузок.
Соответственно, для возможности движения с высокими скоростями применяемые системы кондиционирования должны быть лишены вышеперечисленных недостатков, и, самое главное, они должны быть полностью безопасны в случае разгерметизации и в аварийных ситуациях.
Задачей настоящей полезной модели является создание системы кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне высокоскоростного железнодорожного транспортного средства, технические характеристики которой соответствуют новым требованиям, предъявляемым к современному высокоскоростному пассажирскому железнодорожному транспорту, а также к узлам и деталям подвижного состава.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящей полезной модели, заключается в возможности повышения скоростного режима железнодорожного транспортного средства за счет одновременного повышения безопасности, уменьшения аэродинамического сопротивления и уменьшения энергопотребления.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне высокоскоростного железнодорожного транспортного средства содержит рабочий теплообменник с вентиляторами, через который происходит подача воздуха в салон, теплообменник с окружающей средой, оснащенный вентиляторами, двухступенчатый мотор-компрессор, вторая ступень которого связана с турбиной, подающей рабочее тело от теплообменника с окружающей средой к рабочему теплообменнику, и устройство впрыскивания воды в теплообменник с окружающей средой, при этом в качестве рабочего тела используется воздух. Новым, согласно предлагаемой полезной модели, является то, что в нее включено устройство поддержания давления рабочего тела в замкнутом контуре, выполненное с использованием датчиков давления, клапанов и ресивера, а теплообменник с окружающей средой установлен на крыше вагона в аэродинамическом корпусе.
Предлагаемая схема компоновки заявляемой системы, оснащенной двухступенчатым мотор-компрессором, вторая ступень которого связана с турбиной, подающей рабочее тело от теплообменника с окружающей средой к рабочему теплообменнику, в совокупности с устройством поддержания давления рабочего тела в замкнутом контуре, обеспечивает уменьшение энергопотребления за счет повышения К.П.Д. при утечках (падении давления) рабочего тела в замкнутом контуре ввиду наличия датчиков давления, клапанов и ресивера и повышает безопасность использования системы в целом.
Для установки теплообменников с окружающей средой на крыше вагона предусмотрен аэродинамический корпус, значительно снижающий аэродинамическое сопротивление и позволяющий, с одной стороны повысить К.П.Д. тяговых установок состава, а с другой - защитить узлы и детали системы кондиционирования.
Далее предлагаемая полезная модель будет раскрыта более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых изображена принципиальная схема кондиционирования воздуха в вагоне.
Данная полезная модель разрабатывалась специально для использования в высокоскоростных железнодорожных транспортных средствах, способных развивать скорость 300 км/ч и более.
В предлагаемой системе кондиционирования воздуха все процессы происходят в замкнутом контуре.
Двухступенчатый мотор-компрессор 1 установлен по ходу движения рабочего тела между рабочим теплообменником 2 и теплообменником 3 с окружающей средой.
Вторая ступень 4 мотор-компрессора 1 связана с турбиной 5, подающей рабочее тело от теплообменника 3 с окружающей средой к рабочему теплообменнику 2, через который происходит подача воздуха в салон.
Рабочий теплообменник 2 снабжен, по меньшей мере, одним вентилятором 6.
Теплообменник 3 с окружающей средой снабжен, по меньшей мере, одним вентилятором 7.
Процесс работы предлагаемой системы схож с процессом работы аналогичных систем, известных из уровня техники. Для управления работой предлагаемая система может быть оснащена разнообразными устройствами управления, температурными, скоростными и иными датчиками, электронагревателями и т.п. элементами, что хорошо известно из уровня техники и не является предметом данной заявки. Например, установки кондиционирования воздуха каждого вагона могут иметь отдельную систему управления и контроля, но может быть предусмотрено наличие общей шины для обмена информацией между управляющими ими микропроцессорами. Температура в пассажирских салонах может регулироваться централизованно согласно параметрам, задаваемым из кабины управления, а в салонах первого класса, специальных отделениях для матерей с грудными детьми и служебных помещениях температура может регулироваться автономно и т.д. и т.п.
Для обеспечения бесперебойного функционирования системы и увеличения срока ее службы без технического осмотра предусмотрен узел поддержания рабочего давления в замкнутом контуре, выполненный с использованием датчиков давления, клапанов и ресивера.
Узел поддержания рабочего давления может подсоединяться к замкнутому контуру через редукционный клапан. Датчик давления и ресивер настраиваются на необходимые параметры. Падение давления в замкнутом контуре фиксируется датчиком. Редукционный клапан открывается и рабочее тело (воздух), находящееся в ресивере под давлением, поступает в замкнутый контур. После выравнивания давления редукционный клапан закрывается, а давление в ресивере поднимают до первоначально заданной величины.
Узел поддержания рабочего давления в замкнутом контуре обеспечивает уменьшение энергопотребления за счет повышения К.П.Д. при утечках (падении давления) рабочего тела в замкнутом контуре, поддерживает бесперебойную работу системы кондиционирования и повышает безопасность ее использования, исключая выход из строя, перегрев и возгорание работающих в замкнутом контуре агрегатов.
В целях снижения энергопотребления и увеличения комфорта в системе может быть использован как наружный, так и рециркулированный воздух.
Может быть предусмотрено впрыскивание воды для увлажнения или ароматических веществ или озонирование, а также фильтрация, обеззараживание и т.п. обработка подаваемого в салон воздуха. Для обработки воздуха и подачи его в салон в крыше и стенах вагона предусмотрены воздуховоды, а также выходные отверстия в потолке, полу и на уровне окон.
Теплообменник 3 с окружающей средой, оснащенный вентиляторами 7, устанавливается на крыше вагона в защитном аэродинамическом корпусе, что позволяет значительно снизить аэродинамические нагрузки на узлы и детали системы, снизить вибронагрузку на оборудование.
Таким образом, предлагаемая система кондиционирования имеет технические характеристики, соответствующие новым требованиям, предъявляемым современным высокоскоростным пассажирским железнодорожным транспортом к узлам и деталям подвижного состава и позволяет повысить скоростной режим железнодорожного транспортного средства за счет одновременного повышения безопасности, уменьшения аэродинамического сопротивления и уменьшения энергопотребления.