Климатическая система транспортного средства
VEHICLE CLIMATE SYSTEM

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к климатическим системам кабины грузовых автомобилей.
Известна система поддержания оптимального теплового режима двигателя внутреннего сгорания и отопления салона (патент RU 2573435, МПК F02N 19/00, опубл. 20.01.2016), которая содержит двигатель внутреннего сгорания, тепловой аккумулятор фазового перехода, радиатор отопления салона, автономный электронасос, запорную арматуру, расширительный бак, теплообменник-утилизатор тепловой энергии отработавших газов, абсорбционно повышающий трансформатор, автономный охлаждающий контур. Эффективность системы состоит в том, что достигается более полное использование тепловой энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, при этом сокращается продолжительность прогрева охлаждающей жидкости двигателя при низких температурах.
Данная система сложна в исполнении и в эксплуатации. Множество разных взаимозависимых контуров снижают надежность непрерывной работы. Эксплуатация абсорбционного повышающего теплового трансформатора осложняется наличием вакуума и бромлитиевого холодильного устройства. Для автономного электронасоса сопротивление прокачке через тепловой аккумулятор фазового перехода может оказаться не постоянной, а возрастающей.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Климатическая установка транспортного средства» (патент RU №2213016, МПК В60Н 1/22, В60Н 3/00, опубликовано 27.09.2003). Установка (система) содержит источник сжатого воздуха (компрессор), теплообменник воздух-воздух, вихревой энергоразделитель с выходами горячего и холодного воздуха, с вводом, подсоединенным к выходу одного из полостей (пространств) теплообменника, нагревательное устройство, кондиционер, глушитель шума, холодильную камеру, блок очистки воздуха, два эжектора, вентили, аккумуляционную плиту внутри холодильной камеры. Один из эжекторов, подающий холодный воздух в камеру смешения, забирает воздух из верха кабины и направляет через камеру смешения и глушитель шума в кабину - в зону кондиционирования. Из нижней части кабины воздух забирает другой эжектор. В режиме холодильника, поток холодного воздуха, поступающий из энергоразделителя, регулирующийся открыванием и закрыванием вентилей, поступает в аккумуляционную плиту, расположенную в холодильной камере. Отработанный холодный воздух из холодильной камеры поступает в другую полость (пространство), где поддерживается разрежение в результате работы первого, по направлению основного потока воздуха эжектора, обеспечивая непрерывную циркуляцию. Компрессор обеспечивает поток сжатого воздуха, забирая воздух через первый эжектор из окружающей среды, а также из холодильной камеры и нижней части кабины. В режиме нагревания горячий поток воздуха выходящий из вихревого энергоразделителя, поступает в нагревательное устройство, где он обеспечивает обогрев сиденья водителя в холодное время года, сушку обуви и разогрев пищи, затем выбрасывается в атмосферу.
Для поддержания необходимых параметров потоков для работы эжекторов, вихревого энергоразделителя нужен компрессор с достаточно большой мощностью. При больших перепадах температур атмосферного воздуха возникает необходимость уменьшать или увеличивать производительность компрессора. При увеличении растет энергопотребление. Недостаточное охлаждение сжатого воздуха отрицательно сказывается на работе энергоразделителя.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эффективной климатической системы транспортного средства с наименьшими энергозатратами.
Технический результат, на решение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении производительности выработки воздуха на кондиционирование и повышении экономичности работы системы.
Технический результат достигается тем, что в климатической системе транспортного средства, содержащей компрессор, теплообменник типа воздух-воздух, вихревой энергоразделитель с выходом горячего и двумя выходами холодного потока воздуха, вводом, подключенным к выходу теплообменника, систему трубопроводов и вентилей, нагревательное устройство, кондиционер, холодильную камеру, блок очистки воздуха, эжектор, при этом выход горячего потока вихревого энергоразделителя подключен к нагревательному устройству, имеющему сброс отработанного воздуха в атмосферу, один выход холодного потока соединен с кондиционером и с кабиной, а второй выход холодного потока соединен с холодильной камерой, выход из которой соединен с теплообменником, блок очистки воздуха включен между компрессором и теплообменником, а эжектор соединен с компрессором и выходом теплообменника, обеспечивая непрерывную циркуляцию, новым является то, что теплообменник воздух-воздух выполнен кожухотрубным конусообразной формы корпуса и наклонных трубок, со стороны больших диаметров подсоединен к каналу подвода воздуха в трубное пространство, а малыми диаметрами подсоединен к входу вихревого энергоразделителя.
Линия сброса отработанного воздуха после нагревательного устройства имеет отвод в кондиционер.
На фигуре представлена схема климатической системы транспортного средства.
На схеме обозначены: 1 - эжектор; 2 - компрессор, 3 - блок очистки воздуха; 4 - теплообменник воздух-воздух с двумя пространствами (полостями); 5 - вихревой энергоразделитель; 6 - выход и вентиль горячего потока; 7 - выход и вентиль холодного потока; 8 - выход и вентиль второго холодного потока; 9 - нагревательного устройство; 10 - кондиционер, 11 - линия и вентиль сброса отработанного горячего воздуха в атмосферу; 12 - линия и вентиль возможного возврата отработанного горячего воздуха в кондиционер 10, 13 - кабина транспортного средства, 14 - область движения воздуха из верхней части кабины 13 во встроенный эжектор кондиционера 10, 15 - холодильная камера, а также стрелками - 16 - вход в эжектор 1, 17 - рабочая область в кабине 13, где постоянно циркулирует кондиционированный воздух.
Теплообменник 4 представляет собой кожухотрубный в форме усеченного конуса аппарат с такой же формой наклонными трубками, со стороны больших диаметров подсоединен к каналу подвода воздуха в трубное пространство, а малыми диаметрами подсоединен к входу вихревого энергоразделителя. В целях расширения возможностей системы предусмотрен отвод от линии сброса горячего отработанного воздуха, сбрасываемого из нагревательного устройство в кондиционер, особенно в холодное время года.
Климатическая система работает следующим образом.
Система может работать в трех режимах: кондиционирования; использования горячего воздуха для нагрева; в режиме холодильника. Атмосферный воздух поступает в компрессор через эжектор 1, сжатый воздух очищается в блоке очистки воздуха 3, затем охлаждается отработанным холодным воздухом в теплообменнике 4. Теплообменник 4, конструкция которого описана в патентах RU №2457415 и №2451889, представляет собой кожухотрубный аппарат, корпус и наклонные трубки которого выполнены в виде усеченного конуса. Входящий поток сжатого воздуха направлен в трубное пространство в сторону больших диаметров, выход - через малые диаметры. При выходе из теплообменника 4 поток воздуха приобретает большую скорость и закрученный вид. Такая конструкция теплообменника обеспечивает на выходе как из трубного, так и из межтрубного пространства закрученный поток воздуха высокой скорости.
В режиме холодильника второй холодный поток воздуха через вентиль 8 поступает в холодильную камеру 15.
После холодильной камеры 15 отработанный холодный поток поступает в межтрубное пространство теплообменника 4, где под влиянием эжектора 1 держится некоторое разрежение. Остаточной энергией потока и всасывающим действием эжектора 1 отработанный холодный воздух вливается в основной поток эжектора 1. При этом вентиль 7 перекрыт.
Нагревательное устройство 9 и кондиционер 10 расположены в кабине 13. В режиме кондиционирования открывается вентиль 7 и холодный поток, поступающий из вихревого энергоразделителя 5, поступает во встроенный эжектор кондиционера 10. Он забирает воздух из верхней области 14 - кабины 13 (на схеме показано тремя стрелочками). Одновременно из нижней области кабины 13 воздух отсасывается эжектором 1. При недостаточно комфортной температуре в кабине во время низких температур окружающей среды предусмотрена возможность подачи отработанного горячего потока из нагревательного устройства 10 через вентиль 12 в кондиционер 10. При этом вентилем 11 сброс в атмосферу прикрывают. После достижения определенного давления и температуры перемешиваемых потоков в кондиционере 10 воздушная смесь поступает в рабочую область 17 кабины 13.
Для большей комфортности в нагревательном устройстве 9 предусмотрены узлы обогрева сиденья водителя, приспособление для сушки обуви и разогрева пищи и воды.
Высокая скорость потока сжатого воздуха на входе в вихревой энергоразделитель 5, обусловленная влиянием теплообменника 4, а также закрученная его структура усиливают эффективность работы энергоразделителя 5. В конусном теплообменнике с конусными трубками сжатый воздух полнее охлаждается, что позволяет использовать теплообменник с более низкими массогабаритными показателями, а компрессор - с более низкой мощностью. Сброс горячего отработанного воздуха из нагревательного устройства в кондиционер позволяет ускорить нагревание кабины в холодное время года, экономить тепловую энергию.
Таким образом, предлагаемая климатическая система за счет использования кожухотрубного теплообменника с конусообразным корпусом и наклонными конусными трубками позволяет повысить производительность выработки воздуха на кондиционирование, повысить экономичность работы системы, что дает возможность использовать предлагаемую систему кондиционирования в транспортных средствах с большими объемами конденсируемых областей, на больших расстояниях и при любых погодных условиях.