КОНДИЦИОНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Кондиционер для транспортных средств.
Полезная модель относится к холодильной технике, в частности, к устройствам для термоэлектрического охлаждения воздуха и может быть использована для кондиционирования воздуха пассажирских железнодорожных вагонов с охлаждением в летнее время и нагревательным устройством в зимний период.
Известно устройство для термоэлектрического охлаждения, содержащее термобатарею и регенеративную систему циркуляции хладоносителя через холодные спаи, охлаждаемый объект, горячие спаи и теплообменник ( см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 164312, кл. F25B21/02, 1963).
Недостатком устройства является его сравнительно низкая энергетическая эффективность.
Известна холодильная установка, содержащая ряд энерготрансформирующих блоков, которые соединены между собой через термовыключатели. Блоки и термовыключатели подключены к соответствующим управляющим устройствам (см., например, описание изобретения к патенту США J 3650117, кл.62 - 3, опубл. 1972).
Недостатки этой установки - сложность системы управления включением энерготрансформирующих блоков и термических контактов, а также значительное увеличением массы блоков, работающих при относительно высоких
F 25 В 21/02
температурах, что вызвано увеличением количества трансформируемого тепла по мере перехода к вышележащим блокам.
Наиболее близким из известных по своей технической сущности является выбранный в качестве прототипа кондиционер для транспортных средств, содержащий теплообменник отвода теплоты в окружающую среду, последовательно соединенные термобатареи с каналами в горячих и холодных спаях, нагнетатель и циркуляционный канал для теплоносителя, выполненный в виде замкнутого контура с линиями прямого и обратного потоков (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР № 918725, кл. F25 В 21/ 02, 1980).
Недостатком данного устройства является недостаточная термодинамическая эффективность и надежность.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемой полезной моделью технического результата, который заключается в повышении эффективности и надежности работы.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому техническому результату.
Новизна предложенного устройства усматривается в том, что теплообменник отвода теплоты в окружающую среду выполнен с патрубком отбора теплоносителя, горячие спаи термобатарей выполнены с дополнительным каналом, соединенным с патрубком отбора теплоносителя и входом нагнетателя, а термобатареи в низкотемпературной части со стороны холодных и горячих спаев снабжены воздухоохладителями, при этом термобатареи в высокотемпературной части соединены параллельно.
..ш.т
Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию новизна, т.к. оно не известно из зфовня техники.
Предложенное устройство является промышленно применимым, т. к. может быть изготовлено существующими техническими средствами.
Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным критериям патентоспособности полезной модели.
Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено.
На чертеже представлена принципиальная блок-схема предложенного устройства.
Кондиционер для транспортных средств, преимущественно для железнодорожных пассажирских вагонов, содержит теплообменник I отвода теплоты в окружающую среду, последовательно соединенные в ряд термобатареи 2 с каналами по боковым сторонам в горячих и холодных спаях ( условно не показаны ), нагнетатель 3, выполненный в виде циркуляционного насоса, и циркуляционный канал для теплоносителя, выполненный в виде замкнутого контура с линиями прямого 4 и обратного 5 потоков.
Теплообменник 1 отвода теплоты в окружающую среду выполнен с патрубком 6 отбора теплоносителя, горячие спаи термобатарей 2 выполнены с дополнительным каналом 7, соединенным с патрубком 6 отбора теплоносителя и входом нагнетателя 3, а термобатареи 2 в низкотемпературной части со стороны холодных и горячих спаев снабжены воздухоохладителями 8 и 9.
Кроме этого, термобатареи 2 в своей высокотемпературной части дополнительно соединены параллельно.
Из условий работы в трудных климатических условиях задаемся температурой воздуха окружающей среды на уровне 40 С. Тогда температура теплоносителя на выходе из теплообменника 1 достигнет 50 ° С.
Задаемся холодопроизводительностью кондиционера для стандартного железнодорожного вагона РХОЛ  29 кВт 24940 ккал/ ч. Рассмотрим работу термобатарей 2 с воздухоохладителями 8 и 9.
Из условия начального перепада температур на спаях в 10 ° С на входе в ряд термобатарей и выходе из них теплоносителя и теплового баланса, состоящего из суммы теплоты охлаждения воздуха в воздухоохладителе 8 и затрат электроэнергии на ее перенос, теплоты охлаждения теплоносителя в канале холодных спаев и затрат электроэнергии на ее перенос и теплоты охлаждения воздуха в воздухоохладителе 9 за вычетом теплоты нагрева теплоносителя в канале горячих спаев, находим расход теплоносителя. Принимает температуру воздуха в купе железнодорожного вагона равной 25  С, а температуру воздуха после воздухоохладителей 8 и 9 равной 10 ° С.
Температура теплоносителя на выходе из канала холодных спаев равна 7  С, на входе в термобатарею - 22 ° С, а на выходе из термобатарей температура теплоносителя составит 22  С + 10 ° С  32 ° С. При работе термобатарей перепад температур на их горячих и холодных спаях будет изменяться от О ° С в месте соединения каналов холодных и горячих спаев до 10 С на выходе из термобатарей. За расчетное значение принимаем средний перепад температур, равный 5 ° С и определяем холодильный коэффициент е , величина которого для данной температуры составляет е 9,45. Далее определяем составляющие теплового баланса.
Теплота, подведенная в воздухоохладителе 8, также подлежит расчету. Обозначим ее Q(7), ккал / ч .
Теплота охлаждения теплоносителя составит : Q(22, 7)  Мтн х С тн ккал / (кг X ° С ) X (22 - 7 )  С  Мтн х 1 х 15 ккал / ч , где : М тн - расход теплоносителя, С тн - удельная теплоемкость теплоносителя.
Теплота охлаждения воздуха в воздухоохладителе 9 , отбираемая холодным теплоносителем, составит : Q(9) Q(22 ,7 ) 15 хМ тн ккал / ч .
Теплота нагрева теплоносителя в канале горячих спаев составит : Q(32, 7 )  Мтн кг / ч X 1 ккал / ( кг х° С ) х (32 - 7 )  С  25 х М тн ккал / ч. Теплота, отведенная из термобатарей потоком теплоносителя составит : Q(32,22) М тн кг / ч х 1 ккал /(кг х°С) х (32 -22) ° С  10 х М тн ккал / ч .
Тепловой баланс определяется по соотношению : Q(32 , 22)  Q(7) X (1 + 1/ е) + Q (22,7) х (1 + 1 / е ) +Q(8) - Q (32, 7 ) 10 (7)x(l + 1/е)+15 хМтнх(1 + 1 / е)+15 хМ тн - 25 х М тн 20 X Мтн  ( Q(7) + 15 X Мтн ) х (1 + 1/ е ) 24940 ккал /ч х (1 + 1 / е)
М тн  24940 ккал /ч х (1 + 1 / 9,45 ) / 20 кг / ч  1378,96 кг / ч 22,9 кг/мин.
у прототипа расход теплоносителя составляет :
24940 ккал / ч / 10 °С х 1 ккал / (кг х ° С )  2494 кг / ч  41,56 кг / мин., то есть в 1,9 раза больше.
Определяем холодопроизводительность воздухоохладителя 9 : 15 X Мтн ккал / ч  15 х 1378,96 ккал / ч  20684,4 ккал / ч  24,05 кВт. Q(7)  29 кВт - 24,05  4,95 кВт - холодопроизводительность воздухоохладителя 8.
Оценим характеристики кондиционера в целом.
Определяем расход холода на охлаждение теплоносителя, в качестве которого используют водный раствор хлористого кальция, натрия,этиленгликоля,антифриз и т.п. от 50 ° С до 22 °С :
Q(50,22)  Мтн X 1 ккал / ( кг х С) х (50-22) ° С 1378,96 кг/ч х 28 ккал  38610,88 ккал / ч  44,9 кВт.
Суммарные затраты холода составляют : Q охл  44,9 + 29  73,9 кВт.
Суммарные затраты электроэнергии составляют :
W эл  Q(50, 7) /2,3 + Q(7)/ 9,45  43 х 1378,96 / 860 / 2.3 + 0,5 кВт 30,5 кВт. В данном случае допускается снижение холодильного коэффициента е от 9,45 до 2,3 в высокотемпературной части термобатарей.
Коэффициент полезного действия составляет : 29 кВт / 30,5 кВт  0,95.
Для обеспечения передачи теплоты в окружающую среду при высокой температуре как горячих, так и холодных спаев, при незначительной разности температур на спаях, необходимо увеличить расход теплоносителя по каналам горячих спаев. Для этого предназначен патрубок 6 отбора теплоносителя из теплообменника 1.
Часть теплоты отводится за счет охлаждения горячих спаев недоохлажденным до 50 ° С теплоносителем, отбираемым из теплообменника 1 по патрубку 6 и подаваемым в дополнительный канал 7. Этим теплоносителем целесообразно отводить от 50% до 90% теплоты, регулируя расходы теплоносителей высоко- и низкотемпературного уровней. Это позволяет повысить холодильный коэффициент батарей в высокотемпературной области и исключить малоэффективное охлаждение отбираемого теплоносителя в прототипе. В противном случае создается высокая температура теплоносителя на входе в теплообменник I.
В том случае, когда нет необходимости значительно повышать температуру выше 50  С, целесообразно последовательно-параллельное соединение термобатарей в высокотемпературной области с образованием параллельного противотока теплоносителя в горячих и холодных спаях.
применение предлол енного кондиционера для транспортных средств обеспечивает повышение его энергетической эффективностипри
кондиционировании воздуха пассажирских железнодорожных вагонов с охлаждением в летнее время и подогревом воздуха при эксплуатации в зимни11 период.