СИСТЕМА ОБОГРЕВА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к средствам климат-контроля, применяемым на различных транспортных единицах: тракторах, автомобилях, дорожно-строительных машинах и других, устанавливается на этих мобильных энергетических средствах (МЭС).
В процессе выполнения технологических операций МЭС отсутствует чистый стационарный режим теплообмена. Многочисленными исследованиями установлено варирование тепловыделений от двигателя, трансмиссии, вспомогательных механизмов, инсоляции и др. а, следовательно, не существует предельно стабильной подачи теплоты от основного конвективного теплообменника. Кроме того, ветровая, выдувающая теплоту, нагрузка для МЭС всегда переменна. Это создает обычные конвективные теплопотери и переменное холодное с разных сторон облучение тела оператора поверхностями наружных ограждений кабины. Отмеченное холодное облучение, как правило, неравномерное с разных сторон, создает существенный дискомфорт, отвлекающий внимание оператора от процесса труда и вызывающий провоцирование профессиональных простудных заболеваний.
Цель полезной модели - обеспеченье максимальной равномерности параметров воздуха внутри кабины МЭС, организация направленного лучистого потока теплоты, имеющего регулирование, ориентированное по трем осям координат, исключение мощного холодного облучения тела оператора поверхностью кабины за счет достаточно интенсивного отраженного потока.
В связи с этим в предлагаемой полезной модели ставятся и в определенной мере решаются следующие задачи:
1. организация источника теплоты в виде инфракрасного излучателя, располагающего возможностями концентрировать и направлять лучистый поток в наиболее актуальные точки негативного дискомфортного воздействия холода на оператора;
2. обеспеченье покрытия внутренней поверхности стенки кабины теплоизоляционным материалом с высокоотражающим лучистый поток свойством внутреннего слоя;
3. организация процесса управления лучистым потоком в автоматическом режиме в зависимости от температуры холоднооблучающих поверхностей.
Известна система, взятая за прототип, патент Япония №2448001, кл. В60Н 1/22, А47С 7/74, опубл. в 2011 г., содержащая обогревательное устройство, установленное во внутреннем элементе в пассажирском салоне; обогреватель сиденья и устройство управления для регулирования подачи энергии к обогревательному устройству и обогревателю сиденья; при этом устройство управления задает зависимость между мощностью включения обогревательного устройства и мощностью включения обогревателя сиденья. Недостатком данного пропотипа, а так же аналогов (система регулирования теплопроизво-дительности автономной отопительной установки, патент RU №1659241 А1, кл. В60Н 1/22, опубл. в 1991 г., устройство обогрева сиденья транспортного средства, патент RU №24818, кл. В60Н 1/22, B60N 2/56, опубл. в 2002 г.) является наличие специально предложенных встроенных систем в самих поверхностях ограждений, что существенно осложняет конструкцию и затрудняет регулирование, поскольку система обратной связи между состоянием самого оператора и облучающей его панели устанавливается достаточно сложно вследствие относительной подвижности тела оператора и ограждения. Кроме того, излучатель прототипа энергетически менее экологичен, т.к. использует только электрическую энергию вырабатываемую генератором. Отметим, что на выработку этой электроэнергии генератором требуется дополнительное топливо, в то время как двигатель располагает большим количества неутилизированной теплоты, содержащейся в выхлопных газах.
Технический результат достигается применением инфракрасного излучателя в виде активного электрического сопротивления, в котором энергию может вырабатывать электрогенератор, в комбинации с оребренным излучателем-конвектором, работа которого обеспечивается потоком выхлопных газов.
В случае питания излучателя-конвектора необходимо обязательно предусмотреть техническое выполнение поверхностей излучателя из антикоррозийных материалов. В первую очередь самым рациональным является применение средне- или высоколегированных сталей с целью использования их высокой коррозионной устойчивости, а так же их способности к полированию для повышения излучательных оптических свойств. Лучистый поток естественно, согласно законам излучения направляется в точки поверхностей наружного ограждения, имеющих самую низкую температуру. Поворотный инфракрасный излучатель снабжен электромеханическим приводом, связанным с системой управления и регулирования.
На фиг. 1 схематически изображена логическая схема многопараметровой системы обогрева, на фиг. 2 - схема присоединения питающего узла к двигателю, на фиг. 3 - схема формирования отраженного лучистого потока теплоты, на фиг. 4 - устройство инфракрасного излучателя.
Электронный блок управления (ЭБУ) 26, предназначенный для регулирования обогрева и обеспечения его оптимума, включает несколько микропроцессоров, анализирующих температуры внешней среды 9, 10, осредненную температуру воздуха внутри кабины на уровни груди 1, 2, 3; уровне пояса 4, 5, 6; в зоне ног 7, 8, выходящего из конвективного теплообменника 13 с помощью датчиков 11, 12, датчиками положений заслонок 14, 15, 16, регулирующих потоки в системе распределения воздуха. Отслеживаемый таким образом конвективный тепло-поток с помощью ЭБУ сравнивается с инфракрасным потоком теплоты организуемый электронагревательными спиралями 48 (фиг. 4).
Энергозатраты на привод оцениваются датчиками усилий перемещений и временных импульсов педали привода сцепления, тормоза и крутящего момента рулевого колеса 17, 18, 19. Сигналы необходимы для микропроцессорной оценки уровня мышечного метаболизма оператора. В точках распределения информации ЭБУ имеет информационно-логическую цепь, включающую задатчик-регистратор 31, который записывает уровни задания от ручной системы управления, сопоставляет величины текущих сигналов в элементах сравнения микропроцессоров, вырабатывает командные посылы и балансирует параметры до момента приведения сигналов рассогласования в ноль. Кроме этого ЭБУ включает в действие для обеспечения автономного режима, задаваемого оператором программу временного и энергетического включения местного и общего обогрева. В общую электрическую цепь включаются штатные устройства: аккумуляторная батарея 27, электрогенератор 28, блок реле 29, датчики температур сиденья, обогреваемые спиральным источником 21, 22, а так же подогревателя «теплого» фартука. Для ручного задания регулируемых параметров предусмотрен пульт ручного управления 30 и регулятор задатчика для визуального обозрения. В схему включены датчики осредненных температур фартука, основания, спинки, поверхности ограждения (их два), датчик осредненной температуры пола 23, 24, 25, 33, 34.
Основной обогреватель содержит кроме конвективной части источник потока инфракрасной энергии, организованный в варианте 1 активным электрическим сопротивлением (спираль нагрева), либо в варианте 2 оребренной поверхностью нагрева типа конвектора, через трубки которого продавливается поток выхлопных газов от двигателя, либо комбинацией вариантов 1 и 2. Трубчатый излучатель 32 с фокусатором потока лучистой энергии 35 присоединяется к двигателю узлом связи (фиг. 2), содержащим: блок цилиндров ДВС 36, выхлопной коллектор 37, противонагарный фильтр 38, сильфон 39, привода клапана 40, турбу-лизатор потока газов 41, интенсифицирующий омывание через гибкий металлический гофрированный шланг 42 покрытый теплоизоляцией 43. Гибкий перфорированный шланг 42 выполнен из высоколегированной стали. Противонагарный фильтр 38 выполняется также из высоколегированной стали с целью повышения долговечности внутренних поверхностей излучателя, воспринимающих теплоту газов и достижения наибольшего коэффициента теплопередачи за счет минимизации нагарных отложений. Фильтр должен быть съемным, иметь минимальное аэродинамичемкое сопротивление и приемлемую долговечность, соответствующую периодичности технических осмотров за двигателем. Фильтр может быть изготовлен из материалов, реагирующих с выхлопными газами, либо химически, либо абсорбционно, либо комбинационно. Теплообмен происходит в излучатели (фиг. 1, поз. 32). Теплоизоляция выполняет функцию снижения теплопотерь и исключения ожогов поверхностей тела оператора.
Для обеспечения равномерного лучистого обогрева тела оператора и внутренней поверхностей кабины предназначено покрытие, фиг. 3, в виде гофрированных впадин 46 параболоидного профиля. Эти впадины 46 обеспечивают параллельный поток отраженных лучей от излучателя 32 к отражающей поверхности 44 наружной стенки кабины 45, нейтрализуют холодное облучение тела оператора, а так же снижают облучающие теплопотери кабины.
Излучающее устройство, фиг. 4, включает сфероидальную термокапсулу 47 с размещенными в ней теплообменником 49 и электроспиралями 48. Излучающее устройство находится в фокусе параболоидной поверхности фокусатора 35, теплоизолированной с целью повышения эффективности. Указанный блок имеет шаровое шарнирное соединение 50 с приводом в виде поводка 51. Собственно электропривод на схеме не показан для упрощения. Угловое направление падающего от излучателя потока и вектором отраженного потока, проходящего через сиденье оператора, показано на фиг. 3 в виде угла а.
Внутренняя поверхность стенок кабины покрыта изоляционным материалом, поверхность которого, имеет минимальный коэффициент теплового излучения. В качестве комбинированного теплоизоляционного материала может быть использован любой пористый композит с коэффициентом теплопроводности не выше 0,15 Вт/м К, имеющий наружную поверхность в виде лучеотражающего покрытия, например, алюминиевая фольга и т.п.
Система обогрева работает следующим образом. Осредненные сигналы групп выдают командные импульсы на вентилятор жидкостного обогревателя (печи) и регулируют подачу теплого воздуха в зоны через систему распределения. В одном из вариантов работы предусмотрено направление потоков на лобовое и боковые стекла преимущественно с целью оттаивания. Эта функция ЭБУ подчинена командному сигналу ручного управления РУ через отдельное дополнение к ЭБУ - задающий регистратор ЗР. Посредством того же ЗР задаются с пульта РУ параметры электрообогрева тела оператора через поверхности сиденья, «теплый» фартук и подоревающие стельки обуви (с целью упрощения на схеме не показаны). Два элемента этого подогрева подключаются через световой диод с помощью обычного разъема на несущем элементе сидения. Для получения функциональной универсальности обогревателей сиденья в плане использования их и в летний сезон могут применяться термоэлектромодули полупроводникового типа, обладающие способностью термодинамического реверса, т.е. либо выделять теплоту пропорционально подводимой электроэнергии, либо теплоту поглощать при перемене полярности тока.
Основное количество теплоты, обеспечивающее баланс теплопотерь в кабине подается через конвективный теплообменник 13 (фиг. 1), работающий от системы охлаждения двигателя. Микропроцессор ЭБУ анализирует внешние условия, главным образом температуру снаружи и регулирует подачу воздуха, например, электромагнитными заслонками (на схеме не показаны). Система управления, кроме того, отслеживает теплопоступления для обогрева сиденья. Локальный, направленный обогрев тела оператора и поверхностей наружных ограждений кабины принимает на себя поворотный инфракрасный излучатель 32 (фиг. 1), имеющий электромагнитный привод, а также ручное управление с помощью шарнира 50 и поводка 51 (фиг. 4).
Процессор ЭБУ отслеживает осредненные температуры поверхности ограждений кабины и, выбирая наименьшую, поворачивает излучатель в ее сторону. Возможно ручное управление потоком теплоты от излучателя, поток энергии которого концентрируется фокусатором 35. Отраженный сформированный излучателем-фокусатором, фиг. 3, лучистый поток отражается от внутренней поверхности кабины и экономит энергию. Инфракрасный излучатель (фиг. 4) содержит секционные активные электрические сопротивления - спирали 48, питающиеся от электрогенератора машины и теплообменник 49 излучателя, в виде развитой поверхности теплообмена, расположенные в сфероидальной термокапсуле 47, внутри которого прокачиваются выхлопные газы двигателя. Электрическая часть, работающая от генератора, при работе двигателя на холостом ходу или на частичных скоростных режимах включается секционно. При выходе скоростного режима на номинал, когда генератор развивает полную мощность, электрическая часть включается полностью. По мере прогрева двигателя машины, когда температура выхлопных газов достигает уровня 250°С и выше сильфонный клапан (поз. 39, 40 фиг. 2) включает поток выхлопных газов в пластинчато-оребренный инфракрасный излучатель. Присоединение проточного инфракрасного излучателя к двигателю обеспечивается узлом, фиг. 2, на целесообразном температурном уровне не ниже 250°С, соответствующего по эффективности закону Стефана-Больцмана, по которому интенсивность лучистого потока пропорциональна температуре в четвертой степени. Турбулизатор, установленный за сильфонным клапаном повышает коэффициент теплоотдачи от выхлопных газов к поверхности излучателя и увеличивает температуру этой поверхности. Гибкий металлический гофрированный шланг, поз. 42, фиг. 2 обеспечивает необходимую степень свободы фокусатора лучистого потока. По мере выхода на максимальный тепловой режим трубчатого проточного излучателя электрическая часть его может отключаться в зависимости от температуры окружающей среды. Поток, образованный излучателем, направляется на поверхности ограждения кабины и, отражаясь в значительной мере благодаря свойствам покрытия, попадает на тело оператора со стороны холодной поверхности. Таким образом, существенная разность температур, которая может возникнуть, при отсутствии такого потока нейтрализуется, уровень комфортности в условиях работы повышается, снижается вероятность профессиональных заболеваний. Внутренняя поверхность наружных ограждений кабины выстилается гофрированным покрытием, представляя собой впадины параболического профиля, способные собирать падающие на них тепловые лучи, фокусировать их в микропотоки, направленные на поверхность тела оператора. Квазитвердый теплоизолятор снижает кондуктивный тепловой поток в направлении изнутри наружу.