УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА В КАБИНЕ МАШИНИСТА ВАГОНА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для кондиционирования (очистки, охлаждения или нагрева) воздуха, преимущественно, в кабинах вагонов железнодорожного транспорта.
Из уровня техники (Патент РФ №135992 публ. 27.12.13) известно устройство, обеспечивающее поддержание климата внутри кабины машиниста, за счет того, что поток воздуха, создаваемый приточным вентилятором установки кондиционирования, и состоящий из смеси наружного воздуха, забираемого с улицы или из тоннеля и рециркуляционного воздуха, забираемого из кабины, очищается, проходя через воздушный фильтр, и нагревается нагревателем, или охлаждается испарителем холодильной установки в зависимости от режима работы, нагнетается в воздуховод, откуда попадает в кабину машиниста. При этом охлаждение воздуха происходит за счет того, что пары хладагента, сжатые компрессором, через обратный клапан попадают в конденсатор, где происходит их конденсация за счет отвода тепла наружным воздухом, подаваемым соответствующим вентилятором, после конденсатора поток хладагента через фильтр-осушитель, смотровое стекло, соленоидный вентиль и терморегулирующий вентиль поступает в испаритель, при этом за счет дросселирования потоков хладагента через отверстия седла терморегулирующего вентиля и соответствующего падения давления, в испарителе происходит испарение жидкой фазы хладагента, в результате которого создаются условия для отвода тепла от проходящего через испаритель приточного воздуха, при этом параметры приточного воздуха, подаваемого в вагон, контролируются внешней системой управления.
К недостаткам известного устройства, принятого в качестве прототипа, можно отнести отсутствие возможности регулирования количества наружного воздуха, подаваемого в кабину машиниста и измерения его температуры. При этом общеизвестно, что в зависимости от температуры наружного воздуха человеку необходимо разное количество воздуха для комфортного пребывания в кондиционируемом помещении - при повышенных и пониженных температурах наружного воздуха требуется меньше наружного воздуха («Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте» СП 2.5.1198-03, утвержденные постановлением Минздрава РФ №12 от 04.02.2003 и введенные в действие на территории РФ 03.06.2003 года). Таким образом, отсутствие в прототипе устройств для регулирования количества наружного воздуха, в таких режимах работы приводит к увеличению времени работы оборудования в режимах повышенной нагрузки и негативно сказывается на ресурсе оборудования, а также требует дополнительного расхода электроэнергии для поддержания полноценного качества кондиционирования воздуха, требующегося для охлаждения или нагрева дополнительного (относительно оптимального) количества наружного воздуха.
Также отсутствие в известном решении средств регулирования количества наружного воздуха не позволяет полностью отсечь кондиционер от линии поступления наружного воздуха и, соответственно, предотвращать поступление наружного воздуха, содержащего различные примеси и механические загрязнения в кабину машиниста при отключенном кондиционере. При этом, поскольку при отключении кондиционера, не работает приточный вентилятор, воздух, содержащий примеси и механические загрязнения, не проходит через воздушный фильтр и попадает в кабину напрямую через тракт для забора рециркуляционного воздуха в кондиционер.
Отсутствие в известном устройстве средств для измерения температуры наружного воздуха не позволяет обеспечивать комфортные условия пребывания людей внутри кабины, так как общеизвестно, что комфортная температура пребывания человека внутри кондиционируемого объема изменяется в соответствии с изменениями температуры наружного воздуха. Невыполнение этого требования может привести к негативным последствиям для здоровья человека.
Отсутствие в прототипе устройств контроля температуры воздуха, забираемого в кабине, снижает точность поддержания температуры воздуха в кабине, так как рециркуляционный воздух по своим параметрам соответствует температуре в рабочей зоне - зоне расположения людей. Таким образом, отсутствует возможность проверки соответствия режима работы холодильной машины установки кондиционирования внешним и внутренним условиям, обуславливающим фактическую температуру в кабине и ее соответствие требуемой температуре воздуха в кабине, обеспечивающей комфортные условия пребывания людей.
К недостаткам прототипа также можно отнести необходимость выполнения системой управления салона вагона и системой питания и управления вагона дополнительной функции контроля параметров приточного воздуха. Таким образом, невозможна работа устройства без приведенных выше дополнительных устройств, а также (при совместной работе) приводит к их усложнению и увеличению размеров, что является недостатком в условиях необходимой для железнодорожного транспорта компактности оборудования. Известной проблемой железнодорожной техники, и, в частности, кондиционирования, является ограниченное место для размещения оборудования внутри кабины и салона.
Проблемой, на решение которой направлена данная полезная модель, является обеспечение качественного кондиционирования воздуха в кабине машиниста при одновременном повышении надежности функционирования оборудования за счет с размещения всего оборудования в моноблочной крышевой установке.
Для решения проблемы и достижения при этом технического результата устройство для кондиционирования воздуха в кабине машиниста вагона выполнено в виде моноблока с возможностью размещения на крыше вагона и содержит корпус с размещенным в нем холодильным контуром, имеющим компрессор, соединенный со стороны выхода из него сжатого хладагента к конденсатору, который посредством жидкостной магистрали подключен через дроссельное устройство к испарителю, который в свою очередь связан со входом компрессора, а также вентилятор конденсатора, приточный вентилятор, фильтр воздушный, нагреватель, при этом фильтр воздушный, испаритель и нагреватель расположены друг за другом по ходу потока смеси наружного и рециркуляционного воздуха, создаваемого приточным вентилятором, отличающееся тем что, оно оборудовано управляемой заслонкой наружного воздуха и двумя измерителями температуры - первым и вторым, при этом управляемая заслонка наружного воздуха по ходу его движения установлена в корпусе на линии забора наружного воздуха для подачи в кабину до области соединения с линией забора рециркуляционного воздуха и до фильтра, а до управляемой заслонки наружного воздуха установлен первый измеритель температуры, а на входе в кондиционер на линии забора рециркуляционного воздуха до области соединения с линией забора наружного воздуха установлен второй измеритель температуры, при этом система управления связана с управляемой заслонкой, первым и вторым измерителями температуры и расположена внутри корпуса.
Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:
- второй измеритель температуры был бы установлен вне корпуса устройства;
- управляемая заслонка была бы выполнена с электроприводом.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, заключающегося в обеспечении полноценного качественного кондиционирования воздуха в кабине машиниста при одновременном повышении надежности функционирования оборудования за счет размещения всего оборудования в моноблочной крышевой установке.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Сущность полезной модели поясняется изображением на фиг. 1, где изображена общая схема устройства для кондиционирования воздуха в кабине машиниста вагона. При этом на фиг. 1 изображены следующие конструктивные элементы:
1 - корпус устройства для кондиционирования воздуха в кабине машиниста вагона;
2 - компрессор холодильного контура;
3 - конденсатор, сообщенный трубопроводом с компрессором 2;
4 - испаритель холодильного контура;
5 - вентилятор конденсатора 3;
6 - приточный вентилятор;
7 - воздушный фильтр, выполненный с возможностью очистки воздуха от механических загрязнений;
8 - электрокалорифер - это электротермическое устройство, в котором воздух нагревается при движении через рабочее пространство, внутри которого расположен электронагреватель;
9 - первый измеритель температуры;
10 - управляемая заслонка наружного воздуха, выполненная с возможностью изменения своего положения по сигналам системы управления;
11 - электропривод управляемой заслонки 10 наружного воздуха;
12 - второй измеритель температуры;
13 - дроссельное устройство;
14 - система управления, расположенная внутри корпуса 1
15 - третий измеритель температуры.
На представленном чертеже пунктирными линиями показаны связи элементов устройства между собой, а стрелками изображены направления потоков воздуха.
Известно, что полноценное качество кондиционирования включает в себя точное поддержание комфортной температуры воздуха в кабине, поддержание комфортной температуры подаваемого в кабины воздуха, обеспечение подачи необходимого количества наружного воздуха, а также обеспечение очистки воздуха, поступающего из кондиционера в кабину.
Согласно полезной модели (фиг. 1) техническая задача решается следующим образом.
В корпусе 1 установки кондиционирования воздуха, размещаемом на крыше, размещается все оборудование, необходимое для обеспечения полноценного качества кондиционирования воздуха в кабине.
Смесь наружного воздуха, забираемого с улицы или из тоннеля и рециркуляционного воздуха, забираемого из кабины через соответствующее окно для забора рециркуляционного воздуха, посредством работы приточного вентилятора 6, проходит через воздушный фильтр 7, в котором происходит очищение смеси воздуха от механических загрязнений, затем через испаритель 4 холодильной машины установки кондиционирования, электрокалорифер 8, и в зависимости от требуемого для поддержания заданной температуры воздуха в кабине режима работы, охлаждается, за счет отбора тепла кипящим в испарителе 4 хладагентом, или нагревается электрокалорифером 8, за счет подвода тепловой энергии, трансформируемой нагревателями электрокалорифера 8 из электрической энергии, в зависимости от необходимого режима работы, выбираемого системой управления 14, также размещенной в корпусе 1 установки кондиционирования воздуха. Обработанная таким образом смесь воздуха подается приточным вентилятором 6 через соответствующее окно подачи приточного воздуха внутрь кабины или в соответствующий воздуховод. При этом на пути забора наружного воздуха внутрь кондиционера устанавливается измеритель температуры 12, затем заслонка наружного воздуха 10 с электроприводом 11, что позволяет системе управления 14 получить требуемую информацию о температуре наружного воздуха и изменять количество подаваемого в кабину наружного воздуха, в зависимости от его температуры, таким образом, снижая нагрузку на оборудование холодильного контура, без снижения параметров комфорта машиниста. Также наличие измерителя температуры 12 наружного воздуха позволяет системе управления 14 рассчитать комфортную требуемую температуру воздуха в кабине, которая изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, что как отмечено выше, является общеизвестным.
На пути забора рециркуляционного воздуха в кондиционер до воздушного фильтра 7 устанавливается второй измеритель температуры 9, таким образом, система управления 14 оценивает температуру воздуха внутри кабины, сравнивает ее значение с рассчитанным значением комфортной температуры и включает оборудование кондиционера в режиме «отопление» или «охлаждение», в зависимости от разности требуемой и фактической температуры в кабине.
На пути подачи обработанного воздуха в кабину, после вентилятора приточного 6 и до выхода из кондиционера устанавливается третий измеритель температуры воздуха 15, таким образом система управления 14 оценивает температуру подаваемого в кабину воздуха, сравнивает его с требуемым значением и отдает необходимые команды для достижения требуемого значения, в зависимости от разности требуемой и фактической температуры подаваемого воздуха.
Охлаждение воздуха в испарителе 4 происходит за счет того, что в холодильном контуре сжатые компрессором 2 пары хладагента попадают по трубопроводам в конденсатор 3, где происходит их охлаждение и конденсация за счет отвода тепла потоком воздуха, создаваемым вентилятором 5 конденсатора 3, забирающим из окружающей среды наружный воздух через соответствующие впускные отверстия, подающим на конденсатор и затем в окружающую среду через выходное отверстие. Из конденсатора 3 хладагент по трубопроводам, через дроссельное устройство 13 попадает в испаритель 4. За счет дросселирования потока хладагента через отверстие изменяемого сечения дроссельного устройства 13, и соответствующего падения давления, в испарителе 4 происходит испарение жидкой фазы хладагента, с понижением его температуры и отбором тепла у проходящего через испаритель потока смешанного наружного и рециркуляционного воздуха, из испарителя перегретые пары хладагента через трубопроводы поступают в компрессор 2 и процесс повторяется циклично.
При выключении кондиционера в режиме прекращения эксплуатации поезда, происходит закрытие управляемой заслонки 10 наружного воздуха с возможностью исключения возможности попадания посторонних частиц в кабину с потоком воздуха. При этом благодаря управляемой заслонке внутренние полости кондиционера, воздуховодов и кабины дополнительно защищены от загрязнений, которые, при отсутствии упомянутой заслонки 10 наружного воздуха имеют возможность попадания в кабину, оседая на стенках воздуховода и кондиционера.
Предлагаемая установка кондиционирования воздуха может быть использована для обеспечения качественного кондиционирования кабины машиниста железнодорожного транспорта, при этом нет необходимости в выделении отдельного пространства для элементов управления установкой и функциональные особенности работы позволяют увеличить ресурс оборудования холодильного контура.