МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА
PASSENGER CAR MODULAR AIR CONDITIONING SYSTEM

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне, которая предусматривает возможность индивидуального управления температурой воздуха в каждом купе пассажирского вагона.
Известна система кондиционирования пассажирского вагона на базе одного общего блока кондиционирования, рассчитанного на весь вагон в целом (см. Фаерштейн Ю.О., Китаев Б.Н. Кондиционирование воздуха в пассажирских вагонах - М., Транспорт. 1984). Кондиционер обеспечивает весь вагон кондиционированным воздухом через длинные воздуховоды с неизбежными потерями расхода и температуры воздуха, что приводит к неравномерному температурному полю в различных по длине вагона помещениях.
Существенным недостатком указанной системы кондиционирования является то, что в случае отказа кондиционера вагон приходится снимать с линии на продолжительный ремонт. Съем вагона с маршрута связан с необходимостью предоставления пассажирам другого вагона для следования или их пересадки на другой поезд. Это, в свою очередь, вызывает задержки пассажиров в пути и их материальные претензии к железной дороге.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является комбинированная система кондиционирования воздуха пассажирских вагонов с индивидуальным регулированием по купе (СКВ ПВ), которая устанавливается на пассажирских купейных вагонах 1-го класса и класса «ЛЮКС» и предназначена для создания индивидуально-комфортных условий для пассажиров в каждом отдельно взятом купе вагона. СКВ ПВ работает в режимах как охлаждения, так и нагрева воздуха в купе с возможностью регулирования температуры самими пассажирами (см. Жариков В.А. Системы индивидуального регулирования температуры воздуха в купе пассажирских вагонов. ВЕСТНИК ВНИИЖТ, 2006. №4).
Комбинированная система кондиционирования воздуха построена по двухступенчатой функциональной схеме: первая ступень - охлаждение с использованием косвенно-испарительного эффекта (испаряемая в качестве рабочего тела - вода); вторая ступень - охлаждение (нагрев) с использованием термоэлектрического эффекта). Данная функциональная схема позволяет реализовать возможность индивидуального регулирования температуры воздуха в купе по желанию пассажиров.
Основные элементы указанной системы кондиционирования пассажирского вагона: вентилятор приточного воздуха, теплообменник косвенно-испарительного охлаждения (ТКИО), термоэлектрические доводчики, вентилятор продувочного воздуха и насос водяного охлаждения. Применение в качестве рабочего тела воды обуславливает экологическую чистоту системы.
Существенным недостатком прототипа является то, что его применение основано на использовании воды в качестве рабочего тела. Это требует протяженной магистрали, расположенной под днищем вагона для охлаждения самой воды. Наличие протяженной магистрали и узлов ее сочленения сопряжено с возникновением негерметичностей, особенно под действием вибрации при движении вагона по маршруту, а также усложняет эксплуатацию системы в целом.
Предлагаемая система кондиционирования воздуха в купе пассажирского вагона обеспечивает возможность плавного регулирования холодопроизводительности, повышение надежности работы системы, а также снижение массы пассажирского вагона на 3,5-4 тонны.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемая полезная модель, обеспечивается тем, что купейная установка кондиционирования дополнительно оснащается вентилятором на выходе горячего воздуха, ее теплообменник выполнен в виде холодильной машины, у которой объединены радиаторы холодной и горячей линий, подача воздуха к купейным установкам кондиционирования производится централизованно через фильтр и вентилятор наддува по воздуховоду, проходящему через весь вагон, а сброс горячего воздуха производится в общую магистраль посредством вентилятора, при этом потоки воздуха холодной и горячей линии направлены встречно.
Купейная установка кондиционирования имеет моноблочную конструкцию, что позволяет произвести быструю замену (демонтаж-монтаж) модуля в случае выхода ее из строя. В случае выхода из строя одного модуля кондиционирования воздуха остальные продолжают работать, что не создаст дискомфортные условия для пассажиров в остальных купе вагона. Конструктивно модуль состоит из каркаса, служащего для размещения на нем всех узлов и механизмов, компрессора, двух теплообменников - горячей и холодной линий с вентиляторами, дефлекторов для направления потоков воздуха и системы управления. В зимнее время термомодуль может работать как нагреватель. Для обеспечения работы системы кондиционирования в вагоне размещаются централизованные магистрали притока воздуха с фильтром ко всем термомодулям.
Подробнее сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами и фотографиями:
- на фиг. 1 показана заявляемая модульная система кондиционирования пассажирского вагона;
- на фиг. 2 и электрической схеме представлена конструкция купейной установки кондиционирования;
- на фиг 3. представлен вид купейной установки кондиционирования;
- на фиг. 4 показана схема воздушных потоков в вагоне при нагреве воздуха;
- на фиг. 5 показана схема воздушных потоков в вагоне при охлаждении воздуха;
- на фиг. 6 представлена схема циркуляции воздуха в вагоне;
- на фиг. 7 показано размещение купейной установки кондиционирования в купе;
- на фиг. 8 представлена схема воздушных потоков через купейную установку кондиционирования;
- на фиг. 9 показан демонтаж купейной установки кондиционирования при ремонте;
- на фиг. 10 показаны узлы вагона, высвобождаемые в технологическом отсеке, при использовании заявляемой системы кондиционирования.
Модульная система кондиционирования воздуха пассажирских вагонов с индивидуальным регулированием по купе предназначена для создания индивидуально-комфортных условий для пассажиров в каждом отдельно взятом купе вагона. Система кондиционирования воздуха работает в режимах как охлаждения, так и нагрева воздуха в купе с возможностью регулирования температуры самими пассажирами.
Основными элементами системы являются вентилятор приточного воздуха, термомодули (по одному в каждом купе), выполняющие одновременно роль воздухораздаточных устройств, система управления и преобразователь напряжения.
Модульная система кондиционирования воздуха состоит из первой и второй ступеней (фиг. 1). Основными элементами первой ступени являются фильтр 1 забора воздуха с вентилятором 2, центральный воздуховод 3, магистраль 4 сброса горячего воздуха с вентилятором 5.
Вторая ступень системы кондиционирования воздуха вагона состоит из индивидуальных термомодулей 6 (по одному в каждом купе), объединенных компьютерной системой управления на базе современной шины C-BUS.
Подача воздуха к купейным установкам 6 (термомодулям) кондиционирования производится централизованно через фильтр 1 и вентилятор 2 наддува по воздуховоду, проходящему через весь вагон. Сброс горячего воздуха производится в общую магистраль 4 посредством вентилятора 5 (фиг. 2).
Конструктивно купейная установка кондиционирования 6 состоит из каркаса 7, служащего для размещения на нем всех узлов и механизмов, компрессора 8, двух теплообменников - горячей 9 и холодной 10 линий с вентиляторами 11 и 12, дефлекторов для направления потоков воздуха и системы управления (на чертеже не показаны) и датчиком температуры воздуха 13. Внешний вид купейной установки кондиционирования представлен на фиг. 3.
Направление воздушных потоков при нагреве воздуха показано на фиг. 4. Нагретый воздух по централизованной магистрали поступает в купейную установку кондиционирования, где осуществляется доводка его температуры по желанию пассажира. На фиг. 5 представлена схема циркуляции воздуха в вагоне при охлаждении. Общую циркуляцию воздуха показывает фиг. 6.
Купейная установка кондиционирования монтируется под потолком купе (фиг. 7). При этом организуется циркуляция воздуха в пределах купе: поступает воздух требуемой температуры для пассажира (две стрелки) (фиг. 8). Купейная система кондиционирования захватывает нагретый воздух в купе (стрелки вверх) и выбрасывает его в магистраль горячего воздуха.
В случае предложенной системы выход из строя одного блока не приводит к нарушению кондиционирования большинства помещений вагона, а срочный ремонт вагона сводится к замене вышедшего из строя блока на рабочий за 10-15 минут силами бригады из 2-3 человек (фиг. 9).
Отличие предложенной системы кондиционирования от используемых в настоящее время на железнодорожном транспорте состоит в том, что в существующих системах на вагоне установлен один блок кондиционирования, а в заявляемой системе количество блоков кондиционирования соответствует количеству замкнутых помещений (купе). В существующих системах кондиционер обеспечивает весь вагон кондиционированным воздухом через длинные воздуховоды с неизбежными потерями расхода и температуры воздуха, что приводит к неравномерному температурному полю в различных по длине вагона помещениях. Также в случае отказа кондиционера вагон приходится снимать с линии на продолжительный ремонт.
Заявляемая система кондиционирования была смонтирована в пассажирских купейных вагонах 1-го класса. Система кондиционирования воздуха, построенная на основе термомодулей, может состоять из скольких отдельных малогабаритных блоков, находящихся в непосредственной близости от человека, и создавать большие возможности в формировании микроклимата обитаемого отсека, в том числе в вагонах метрополитена, кабин машинистов электропоездов и локомотивов.
В настоящее время разработана купейная установка кондиционирования, имеющая следующие технические характеристики:
- энергопотребление 1200 Вт
- рабочее напряжение 220 В
- нагрузка при охлаждении 1100 Вт
- нагрузка при нагреве 1117 Вт
- нагрузка при вентиляции 240 Вт
Основные преимущества предлагаемой системы кондиционирования:
- экологическая чистота;
- отсутствие движущихся, изнашивающихся деталей;
- отсутствие рабочих жидкостей и газов;
- надежность и долговечность (ресурс не менее 15-20 лет);
- бесшумность;
- отсутствие вибрации;
- любая ориентированность в пространстве;
- могут быть смонтированы в любом положении;
- устойчивость к различным перегрузкам;
- компактные размеры;
- возможность плавного регулирования холодопроизводительности и простота перехода из режима охлаждения в режим нагрева.
Применение данной конструкции системы кондиционирования вагона позволяет улучшить технические и эксплуатационные характеристики пассажирского вагона в части:
- снижения массы пассажирского вагона на 6…8 тонн при его модернизации за счет снятия с вагона поршневого компрессора, электродвигателя, рамы агрегата, конденсатора, вентилятора обдува конденсатора, ресивера, шлангов, флексибиров, крышевого теплообменника, вентиляторов нагнетания воздуха, коробов вентиляции, 40…45 кг газа фреон или бинарного газа, элементов управления старой системой кондиционирования;
- освобождения технологических зон в вагоне для новых элементов конструкции (фиг. 10) при снижении массы состава на 70 тонн;
- улучшения энергобаланса системы электроснабжения вагона за счет снижения суммарной потребляемой мощности заявляемой системы кондиционирования (10…12 кВт) по отношению к существующей (14…15 кВт), экономии электроэнергии при локомотивной тяге (до 20%);
- снижения стоимости заявляемой системы кондиционирования по отношению к существующей (до 30%);
- значительного уменьшения объема расходов при проведении технического обслуживания и деповского ремонта систем кондиционирования в подразделениях пассажирских дирекций (до 50%);
- модернизации при капитальном ремонте любого типа пассажирского подвижного состава при минимальных затратах (мотовагоны, локомотивы, пригородные электропоезда и т.д.);
- значительного снижения времени обслуживания системы кондиционирования вагона при ТО-1, ТО-2 и ТО-3, уменьшения времени простоя вагонов в местах вагонооборота;
- улучшения надежности конструкции и увеличения долговечности (гамма-ресурс не менее 15-20 лет);
- улучшения комфорта пассажиров за счет плавной регулировки температуры воздуха в каждом купе отдельно и в жилой зоне пассажира.
Изготовление элементов конструкции заявляемой системы кондиционирования вагона основано на технологиях и оборудовании отечественного производства.