АВТОНОМНЫЙ КОНДИЦИОНЕР ВОЗДУХА С ВОЗДУШНЫМ КОНДЕНСАТОРОМ ХЛАДОНА

Полезная модель относится к холодильной технике, преимущественно к кондиционерам воздуха с воздушным конденсатором хладона (далее - кондиционер), для работы при повышенных температурах окружающей среды.
Известен кондиционер УКВ-28, содержащий компрессор, воздушный конденсатор хладона, осевой вентилятор с электродвигателем, воздухоохладитель, центробежный вентилятор с электродвигателем, в котором электродвигатели вентиляторов находятся внутри кондиционера и охлаждаются за счет стихийного (невынужденного) движения воздуха. Кондиционер работоспособен до 40°С (см. Грезин А.К. и др. Создание современных систем кондиционирования воздуха пассажирских железнодорожных вагонов // Новые технологии - железнодорожному транспорту: подготовка специалистов, организация перевозочного процесса, эксплуатация технических средств. Сб. науч. ст. Ч.1. - Омск, 2000).
Также известен кондиционер УКВ-31, содержащий компрессор, воздушный конденсатор хладона, осевой и центробежный вентиляторы с электродвигателями и воздухоохладитель, в котором электродвигатели вентиляторов находятся внутри кондиционера. Кондиционер работоспособен до температуры 45°С окружающей среды (см. Систему кондиционирования воздуха СКВ-31, производства ООО «Остров СКВ», г.Мытищи Московской обл., http://www.ostrov-hvac.ru/).
Недостатками кондиционеров является ненадежность электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов при температурах 60°С и выше, т.к. рабочими температурами окружающей среды для общепромышленных двигателей переменного и постоянного тока являются температуры 45-50°С.
Наиболее близкими к заявленной полезной модели по конструктивным признакам является кондиционер СКК-4ПРА, содержащий компрессор, осевой вентилятор, электродвигатель и конденсатор хладона, расположенные в агрегатной (нижней) части, входное окно, воздушный фильтр, воздухоохладитель и связанный с ним воздуховодом центробежный вентилятор с электродвигателем, расположенные в воздухоохладительной (верхней) части; между агрегатной и воздухоохладительной частью кондиционера имеется перегородка, а компрессор и осевой вентилятор имеют привод от электродвигателя (см. Кондиционеры, калориферы и вентиляторы. Каталог-справочник. - М., 1969. С.107), принятый за прототип. Кондиционер работоспособен до температуры 60°С окружающей среды.
Недостатком прототипа является ненадежность работы кондиционера при температуре окружающей среды выше 60°С, т.к. электродвигатели вентиляторов имеют рабочие температуры до 50°С, например, двигатели переменного тока типа АИР - по ТУ 16-87 ИАКФ.525000.016ТУ, АД - по ТУ16-99 БИДМ.525413.001, 4АМ - по ТУ16.510.776-81 имеют рабочую температуру окружающей среды до 50°С. Двигатели постоянного тока типа П - по ТУ16-514.181-74, ПБС - по ТУ 16-514.207-77, 4П - по ТУ 16-88 ИНЦЯ.527.214-003ТУ, имеют рабочую температуру окружающей среды до 50°С.
Тепловыделения электродвигателей отводятся в окружающую среду и при температурах окружающей среды 60-100°С перегрев двигателей достигает недопустимых величин, снижается надежность, повышается вероятность отказа двигателей.
Целью полезной модели является создание конструкции кондиционера воздуха с воздушным конденсатором хладона, работоспособным при температурах до 100°С окружающей среды с применением для электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов двигателей общепромышленного производства.
Указанная цель достигается тем, что в известном кондиционере, содержащем компрессор, осевой вентилятор и конденсатор хладона, расположенные в агрегатной части, входное окно, воздушный фильтр, воздухоохладитель и связанный с ним воздуховодом центробежный вентилятор с электродвигателем, расположенные последовательно в воздухоохладительной части, отделенной от агрегатной части перегородкой, привод компрессора и осевого вентилятора от электродвигателя, агрегатную часть делят на два отсека теплоизоляционной перегородкой, в первом отсеке располагают осевой вентилятор и конденсатор хладона, во втором располагают компрессор и электродвигатель; привод осевого вентилятора располагают снаружи агрегатной части, во втором отсеке выполняют дополнительное входное окно, в перегородке между агрегатной и воздухоохладительной частью выполняют проем, который со стороны воздухоохладительной части находится перед воздушным фильтром. В корпусе центробежного вентилятора на выходной части, на стороне, обращенной к электродвигателю и в воздуховоде выполняют, как минимум, по одному отверстию. Привод осевого вентилятора выполняют клиноременной передачей. Площадь проема в перегородке между агрегатной и воздухоохладительной части выполняют в размерах 10-40% площади поперечного сечения воздухоохладительной части по ходу движения воздуха.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы кондиционера при температуре окружающей среды до 100°С с применением для электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов двигателей общепромышленного производства.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающей поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующейся по признакам тождественным (идентичными) всем существенным признакам полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует признаку «новизна».
На рисунке представлена конструктивная схема кондиционера по предложенной полезной модели.
Кондиционер состоит из компрессора 1, осевого вентилятора 2, электродвигателя 3, воздушного конденсатора хладона 4, входного окна 5, воздушного фильтра 6, воздухоохладителя 7, воздуховода 8, центробежного вентилятора 9, электродвигателя центробежного вентилятора 10, перегородки 11 между агрегатной (нижней) и воздухоохладительной (верхней) частью конденсатора. Агрегатная часть конденсатора состоит из отсека 12 и отсека 13, между которыми находится теплоизоляционная перегородка 14, в отсеке 13 выполнено дополнительное входное окно 15. В перегородке 11 выполнен проем 16. В корпусе центробежного вентилятора 9, на выходной стороне, обращенной к электродвигателю 10 и в воздуховоде 8 выполнено, как минимум, по одному отверстию 17 и 18, соответственно. Привод от электродвигателя 3 к осевому вентилятору 2 осуществляется стандартной клиноременной передачей 19.
Арматура, приборы автоматики и связи, стандартные для кондиционеров, как несущественные для пояснения полезной модели, на схеме не показаны.
В компрессоре 1 пары хладагента сжимаются и поступают в конденсатор 4, где они охлаждаются и конденсируются за счет наружного воздуха, прокачиваемого осевым вентилятором 2. Обрабатываемый воздух поступает во входное окно 5 и далее через воздушный фильтр 6 в воздухоохладитель 7. Воздух, поступающий в дополнительное входное окно 15, попадает в отсек 13 и далее через проем 16 - на воздушный фильтр 6 и воздухоохладитель 7. Затем воздух поступает в центробежный вентилятор 9 и далее к потребителю, при этом часть воздуха через отверстие 17 попадает в зону электродвигателя 10 и через отверстие 18 в воздуховоде 8 попадает на всасывание в центробежный вентилятор 9.
Кондиционер по предложенной полезной модели работает следующим образом.
При работе кондиционера электродвигатели выделяют тепло Qэд, равное:
где η - коэффициент полезного действия электродвигателя (КПД),
Nэд - мощность электродвигателя.
Теплоотвод от двигателей осуществляется вынужденным теплообменом с воздухом. Электродвигатель 3, находящийся в отсеке 13 охлаждается воздухом, который поступает в дополнительное входное окно после использования потребителем. Температура такого воздуха составляет 28-35°С, что позволяет поддерживать температуру в отсеке 13 на уровне 50°С, это исключает перегрев двигателя; далее воздух через проем 16 идет на охлаждение.
Электродвигатель 10 охлаждается воздухом, который поступает из отверстия 17 центробежного вентилятора 9 (где повышенное давление нагнетания центробежного вентилятора) и имеет температуру 15-25°С. Далее воздух через отверстие 18 всасывается в воздуховод 8 (где пониженное входное давление центробежного вентилятора).
В отсеке 12 температура воздуха выше окружающей среды на 10-15°С из-за съема тепла с конденсатора хладона, поэтому перегородка 14, отделяющая отсек 13, где находится электродвигатель 3, теплоизоляционная.
Для каждого конкретного кондиционера количество воздуха, необходимого для охлаждения двигателей рассчитывается в зависимости от температуры окружающей среды, типа, мощности и КПД электродвигателя и устанавливается количеством и диаметром отверстий 17, 18 и размером площади проема 16. Таким образом, обеспечиваются нормальные условия работы электродвигателей, соответствующие нормативным документам и способствующие повышению надежности работы кондиционера при температурах окружающей среды до 100°С.
Холодопроизводительность, необходимая для охлаждения двигателей учитывается при проектировании кондиционера.
2
Расчет парокомпрессорного цикла кондиционера на хладоне 142в для работы при температуре окружающей среды 100°С показал, что при необходимой потребителю холодопроизводительности 5 кВт при температуре охлажденного воздуха 20-25°С, потребляемая мощность электродвигателей составляет 8 кВт с учетом необходимой холодопроизводительности на охлаждение двух электродвигателей (1,44 кВт); холодильный коэффициент цикла равен 1,2÷1,3. Применяются двигатели постоянного тока типа 4ПНМ, для привода осевого вентилятора и компрессора номинальной мощности 8,5 кВт, для привода центробежного вентилятора - 1,6 кВт. КПД электродвигателей равен 0,82. Применяется центробежный вентилятор производительностью 1600 м/час, напором 1000 Па.
По техническим решениям полезной модели по существующим методикам и программам проведены теплотехнические и конструкторские расчеты, готовится проектирование, изготовление и испытания опытного образца.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, предназначено для промышленного использования, а именно, в автономных кондиционерах воздуха с воздушным конденсатором хладона;
- для заявленной полезной модели в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».
Внедрение предлагаемого устройства позволяет повысить надежность кондиционера с воздушным конденсатором хладона при температуре окружающей среды до 100°С с применением для электродвигателей осевого и центробежного вентиляторов двигателей общепромышленного производства.