Кондиционер транспортного применения
Предполагаемая полезная модель относится к кондиционерам, используемым для транспортных средств, преимущественно, автомобилей и салонов машинистов электропоездов.
Известное устройство двухступенчатого испарительного охлаждения воздуха (патент России 
2001355 от 1993 г., МКИ F24F, содержащее блок очистки воздуха основного потока, косвенно-испарительный блок, блок-емкость с водой, гидросистему со встроенными насосами, увлажнительно-испарительный блок, блок подачи основного и вспомогательного потоков воздуха со специальным осушающим фильтром и систему электронного управления, обладает следующими недостатками: наличие поддона-емкости воды, приемлемой только к определенной модели кондиционера, невозможность получить значительный эффект по охлаждению воздуха в условиях транспортного варианта бесфреонового кондиционера из-за больших размеров косвенно-испарительного блока, большого уноса водяных паров вспомогательным потоком воздуха и невозможность работы кондиционера такого типа при отрицательных температурах.
Предполагаемая полезная модель лишена этих недостатков. Это достигается тем, что косвенно-испарительный блок оснащен ионизатором воздуха и специальным радиатором доохлаждения воздуха с применением термоматриц Пельтье, фильтрами-кассетами для подачи в салон очищенного воздуха, испарительный блок вынесен из единой компоновки кондиционера на расстояние, определяемое конструктивными особенностями автомобиля, на теплообменные унифицированные трубы внутри и снаружи надеты бандажи из объемного сетчатого материала, теплоообменные поверхности образованы комплектом вертикально расположенных с зазором относительно друг друга труб, выходы которых сообщены с трубопроводом подачи воздуха, а введенный блок очистки воздуха выполнен в виде кассетных фильтров.
В настоящее время проводятся испытания макетного образца бесфреонового автомобильного кондиционера, предназначенного для оснащения автомобилей типа «Жигули», «Ока».
Примененные конструктивно-технологические решения позволили получить устройство кондиционирования воздуха, не уступающее по своим техническим характеристикам фреоновым кондиционерам, а по энергопотреблению значительно эффективнее.
Низкое потребление электроэнергии, наличие 12 В базы, экологическая чистота и сравнительно небольшие габаритные размеры и вес изделия дали все основания создать целый ряд эффективных кондиционеров практически для любого вида транспорта.
Для создания комфортного климата в салоне, в котором находится водитель-машинист, должны быть установлены дополнительные устройства для внесения в увлажнительный (испарительный) блок специальных тонизирующих или лекарственных добавок для улучшения самочувствия водителя или машиниста.
Для легкового транспорта импортного производства целесообразно освоить комфортные модели индивидуального назначения.
Кондиционеры могут использоваться в грузовом транспорте, автобусном парке, железнодорожном транспорте. Бесфреоновые кондиционеры специального применения (танки, БТР, подводный флот, автономные и стационарные центры управления, вычислительные и управляющие комплексы) должны иметь разделение на функциональное назначение с возможностью создания на их базе систем охлаждения и увлажнения воздуха.
Идея бесфреоновых кондиционеров такова: воздух последовательно охлаждается в косвенно-испарительной и испарительной ступенях, что обеспечивает значительно более глубокое охлаждение воздуха, чем при применении только испарительной ступени. Традиционные фреоновые кондиционеры потребляют 0,35-0,45 кВт на отведение 1 кВт тепла. Бесфреоновые кондиционеры имеют эти показатели от 5 до 7 раз ниже.
Предполагаемая полезная модель относится к кондиционерам, используемым для транспортных средств, преимущественно, автомобилей и салонов машинистов электропоездов.
Известные в мировой практике кондиционеры для салонов легкового и других видов автотранспорта применяют в качестве хладоагента различные марки фреона. Основными узлами и блоками кондиционеров такого типа являются компрессор с блоком-емкостью с фреоном и мощный теплообменник. Фреоновые кондиционеры имеют существенные недостатки, а именно: большая потребляемая электрическая мощность, применение клиноременной передачи с коленвала на вал компрессора, что снижает полезную мощность двигателя, увеличивает расход топлива и обеспечивает работу кондиционера только при работающем двигателе.
К тому же фреоновые кондиционеры подают в салон так называемый «мертвый воздух», что сильно влияет на слизистые оболочки дыхательных путей. Кроме указанных причин, можно добавить решения Венской конвенции и Монреальских протоколов, запрещающих применение фреона, как одного из основных источников разрушения озонового слоя в атмосфере.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство двухступенчатого испарительного охлаждения воздуха (патент России 2001355 от 1993 г., МКИ F24F).
Устройство состоит из: блока очистки воздуха основного потока, косвенно-испарительного блока, блока емкости с водой, гидросистемы со встроенными насосами, увлажнительно-испарительного блока, блока подачи основного и вспомогательного потоков воздуха со специальным осушающим фильтром. Оно включает теплообменник, содержащий теплообменные трубы, выполненные в виде плоских труб и снабженные вверху продольными каналами щелевого водораспределителя, 2 насоса и увлажняющую насадку с водораспределительной капельницей для подачи в салон лекарственно-профилактических и ароматизирующих препаратов; гребенкой, формирующей отсеки вспомогательного потока воздуха, они размещены, соответственно сверху и снизу теплообменного блока, каналы щелевого водораспределителя образованы горизонтальными перегородками внутри плоских труб или между наружными поверхностями их стенок, соединенных отбортовкой встык с отгибом свободных кромок в противоположные стороны - вниз, корпус снабжен дополнительным патрубком забора основного потока воздуха, поступающего снаружи и при необходимости изнутри помещения салона, для чего в самой камере установлена регулируемая заслонка с возможностью перекрытия смешиваемых основных потоков воздуха.
Кроме того, наружные поверхности стенок плоских теплообменных труб имеют специальный микропористый слой, внутри последних установлены специальные завихрители потока, патрубки водораспределителя с форсунками для подачи воды на наружные поверхности теплообменных труб, а увлажняющая насадка снабжена сетчатой набивкой из углеродной нержавеющей сетки с ячейкой различных размеров и слоями из углеродных и хемосорбционных тканых материалов.
Водораспределительные патрубки увлажняющей насадки подают воду на внутреннюю поверхность сетки, водораспределительные устройства косвенно-испарительного и испарительного блока являются оборотными системами подачи воды.
Недостатками прототипа являются: наличие поддона-емкости для воды, приемлемой только к определенной модели кондиционера, невозможность получить значительный эффект по охлаждению воздуха в условиях транспортного варианта бесфреонового кондиционера из-за больших размеров косвенно-испарительного блока; большой унос водяных паров вспомогательным потоком воздуха и невозможность работы кондиционера такого типа при отрицательных температурах.
Предполагаемая полезная модель лишена этих недостатков, позволяя создать малогабаритный, эффективный по своим рабочим характеристикам, с незначительным энергопотреблением бесфреоновый кондиционер, позволяющий обеспечить комфортные климатические условия в салонах транспорта.
Это достигается тем, что косвенно-испарительный блок оснащен ионизатором воздуха и специальным радиатором доохлаждения воздуха с применением термоматриц Пельтье, фильтрами-кассетами для подачи в салон очищенного воздуха, испарительный блок вынесен из единой компоновки кондиционера на расстояние, определяемое конструктивными особенностями автомобиля, а на теплообменные унифицированные трубы внутри и снаружи надеты бандажи из объемного сетчатого материала, теплоообменные поверхности образованы комплектом вертикально расположенных с зазором относительно друг друга труб, выходы которых сообщены с трубопроводом подачи воздуха, а введенный блок очистки воздуха выполнен в виде кассетных фильтров.
Схема устройства иллюстрируется чертежами фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 показана принципиальная схема кондиционера.
На фиг.2 - вид по стрелке А на косвенно-испарительный блок.
На фиг.3 - вид по стрелке Б - общий вид на панель приборов.
Устройство для охлаждения и увлажнения воздуха в легковом автомобиле содержит воздуховод 1 основного потока воздуха. Косвенно-испарительный блок 2 с каналами 3, 4 для основного потока воздужа, образованными теплообменными поверхностями. Блок 5 очистки воздуха, установленный в воздуховоде 1 основного потока воздуха на входе в косвенно-испарительный блок 2.
Снижение температуры воздуха после косвенно-испарительного блока в трубопроводе подачи воздуха в салон способствует установке термоэлектрического радиатора - матриц Пельтье с суммарной потребляемой электрической мощностью не более 80 Вт, что позволяет получить гарантировнное снижение температуры воздуха до 18 градусов С.Блок увлажнения вспомогательного потока воздуха, включающий бак 6 и систему подачи воды. Термоэлектрический радиатор 7 доохлаждения воздуха, трубопровод 8 подачи воздуха в салон 9. Вентилятор 10. Система электропитания (на чертеже не показана). Блок активного контроля и управления 11. При этом теплоообменные поверхности образованы комплектом плоских вертикально-расположенных с зазором относительно друг друга труб 12, выходы которых сообщены с трубопроводом 8 подачи воздуха, в котором установлен термоэлектрический радиатор 7, а системы подачи воды выполнены в виде насоса 13. сообщенного с баком 6 и оросителем 14, расположенным над плоскими трубами 12.
Выполнение теплообменных поверхностей в виде комплекта плоских труб позволяет осуществлять компоновку косвенно-испарительного блока в зависимости от геометрических размеров ниши, в которой устанавливается устройство.
При этом блоки 2.5 и другие, не обозначенные позициями, могут быть расположены во внутренней части панели 15 приборов и в корпусе 16 отопителя автомобиля, а воздуховод 1 основного потока и трубопровод 8 подачи воздуха в салон 9 выполнен в виде каналов отопителя и внутренней части панели приборов, при этом вентилятор 10 для подачи охлажденного воздуха в салон 9 выполнен в виде вентилятора отопителя.
Устройство снабжено ионизатором 17 воздуха, установленным в трубопроводе 8 подачи воздуха в салон 9.
Устройство содержит пластины 18 из объемного сетчатого материала, расположенные внутри плоских труб 12 и в зазорах между ними.
Установка бандажей из объемного сетчатого материала, одеты на теплоообменные унифицированные трубы внутри и снаружи, резко увеличивают поверхность контакта фильтрующего материала с водной средой.
Устройство снабжено воздуховодом 19, направляющим теплый воздух вспомогательного потока на лобовое стекло 20.
Блок 21 конденсации излишней влаги воздуха вспомогательного потока.
Система электропитания устройства для охлаждения и увлажнения воздуха подключена к системе электропитания автомобиля.
Блок 5 очистки воздуха выполнен в виде кассетных фильтров, очищающих воздух от пыли, СО, NO, CH4, ароматических углеводородов.
Косвенно-испарительный блок 2, блок очистки воздуха 5, термоэлектрический радиатор 7, ионизатор 17 и другие элементы устройства могут быть установлены в подкапотном пространстве автомашины с возможностью встраивания в имеющиеся воздуховодные тракты отопителя.
Распожение указазанных блоков в системе, их количество, последовательность разрешения определяются типом автомашины и особенностями теплопоступлений в помещение салона, внешними и внутренними климатическими условиями.
Устройство работает следующим образом.
Основной поток воздуха с помощью вентилятора /10/ через блок /5/ очистки воздуха, установленный в воздуховоде /1/ основного потока воздуха, подается на вход в косвенно-испарительный блок /2/, где от него отделяется вспомогательный поток воздуха. При этом основной поток воздуха проходит по каналам /3/ основного потока, в которых могут быть установлены пластины /18/ из объемного сетчатого материала, а вспомогательный поток - по каналам /4/, в которых также могут быть установлены пластины /18/, и вызывает испарение воды с наружной поверхности плоских труб /12/ и пластин /18/, установленных в зазорах между трубами /12/ и, таким образом, их охлаждает, что приводит в свою очередь к охлаждению основного потока воздуха, проходящего внутри труб /12/, без изменения его влагосодержания.
Вода на трубы /12/ подается через ороситель /14/, сообщенный гибким шлангом, с насосом /13/, размещенным в баке /6/, при этом последний может быть расположен в любом месте и на любом расстоянии, определяемом конструктивными особенностями автомобиля.
Охлажденный основной поток воздуха подается по трубопроводу /8/ в салон /9/, при этом он может быть дополнительно обработан ионизатором /17/.
В случае, если основной поток воздуха недостаточно охлажден, то перед подачей его в салон /9/ он может быть также дополнительно доохлажден термоэлектрическим радиатором /7/, установленным в трубопроводе /8/.
Опытный образец показал хорошие результаты, подтвердив правильность произведенных расчетов. Примененные конструктивно-технологические решения позволили получить устройство кондиционирования воздуха, не уступающее по своим техническим характеристикам фреоновым кондиционерам, а по энергопотреблению значительно эффективнее. Низкое потребление электроэнергии, наличие 12 В базы, экологическая чистота и сравнительно небольшие габаритные размеры и вес изделия дали все основания создать целый ряд эффективных кондиционеров практически для любого вида транспорта.
В настоящее время проводятся испытания макетного образца бесфреонового автомобильного кондиционера, предназначенного для оснащения автомобилей «ВАЗ 2112» и последующих его моделей и автомобилей «ОКА». Эта модель должна послужить основой последующих изделий для создания комфортных условий в салонах легкового автомобильного транспорта. В общей постановке задачи создания транспортных кондиционеров, обеспечивающих комфортный климат в салонах, в которых находится водитель, машинист, т.е. должны иметь дополнительные устройства для внесения в увлажнительный (испарительный) блок специальных тонизирующих или лекарственных добавок для улучшения самочувствия водителя или машиниста.
Целесообразно представить параметрический ряд транспортных кондиционеров в зависимости от их функционального использования:
1. Легковой транспорт отечественного производства - модель кондиционера производительностью 80-100 м3/ч;
- модель для автомобилей «ВАЗ» и «ОКА»: массовое производство, приемлемая стоимость, изделие общего пользования, комфортная;
- модель с встроенными аэроионизаторами воздуха и дистанционным управлением режимами работы, комфортная;
- модель с встроенными капельницами для подачи в испарительный блок кондиционера различных добавок лечебно-оздоровительного или тонизирующего эффекта.
Для легкового транспорта импортного производства целесообразно освоить комфортные модели индивидуального назначения.
2. Грузовой транспорт (рефрижератор) - модель кондиционера производительностью 200-250 м3/ч с обязательным включением в состав изделия капельниц для внесения тонизирующих или лечебно-профилактических препаратов.
3. Автобусный парк - модель кондиционера общего пользования, производительность не менее 1500 м3 /ч (междугороднее сообщение).
4. Железнодорожный транспорт. Комфортная модель кондиционера для салонов машинистов электровозов и тепловозов, а также для купе вагонов, хвостовых и головных салонов машинистов электричек и метро.
В испарительный блок целесообразно встроить капельницы для тонизирующих или лечебно-профилактических препаратов. Модель кондиционера общего пользования производительностью 1500 м3/ч для купейных и плацкартных вагонов.
Комфортная модель для оснащения купе СВ вагонов.
Предлагаемые модели бесфреоновых кондиционеров для использования в вышеперечисленных транспортных средствах должны быть унифицированными изделиями, т.к. они являются изделиями массового применения. В отдельный вид транспортных кондиционеров необходимо выделить бесфреоновые кондиционеры для зерно- и овощеуборочной техники, т.к. это функциональное направление кондиционирования воздуха потребует предварительной очистки наружного воздуха от пыли и отходов соломы. Бесфреоновые кондиционеры специального применения (танки, БТР, подводный флот, автономные и стационарные центры управления, вычислительные и управляющие комплексы) должны иметь аналогичное разделение на функциональное назначение с возможностью создания на их базе систем охлаждения и увлажнения воздуха. Идея бесфреоновых кондиционеров такова: воздух последовательно охлаждается в косвенно-испарительной и испарительной ступенях, что обеспечивает значительно более глубокое охлаждение воздуха, чем при применении только испарительной ступени. Традиционные фреоновые кондиционеры потребляют 0,35-0,45 кВт на отведение 1 кВт тепла. Бесфреоновые кондиционеры имеют эти показатели от 5 до 7 раз ниже.
Кондиционер транспортного применения, содержащий теплообменные поверхности, блок очистки воздуха основного потока, косвенно-испарительный блок, блоки емкости с водой, гидросистему со встроенными насосами, увлажнительно-испарительный блок, блок подачи основного и блок вспомогательного потоков воздуха со специальным осушающим фильтром, отличающийся тем, что косвенно-испарительный блок оснащен ионизатором воздуха и специальным радиатором доохлаждения воздуха с применением термоматриц Пельтье, фильтрами-кассетами для подачи в салон очищенного воздуха, испарительный блок вынесен из единой компоновки кондиционера на расстояние, определяемое конструктивными особенностями автомобиля, на теплообменные унифицированные трубы внутри и снаружи надеты бандажи из объемного сетчатого материала, теплообменные поверхности образованы комплектом вертикально расположенных с зазором относительно друг друга труб, выходы которых сообщены с трубопроводом подачи воздуха, а введенный блок очистки воздуха выполнен в виде кассетных фильтров.
