система регулирования температуры воздуха в салоне транспортного средства

Формула изобретения

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В САЛОНЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая связанные между собой посредством регулирующего органа и соединенные с салоном посредством выходных патрубков магистраль нагрева с источником тепла, образованным двигателем внутреннего сгорания, и магистраль охлаждения с охладителем воздуха, включающим в себя дроссель, и устройство подачи энергоносителя, отличающаяся тем, что устройство подачи энергоносителя выполнено в виде силовых цилиндров, штоки которых прикреплены к кузову транспортного средства, смонтированному с возможностью перемещения на раме, к которой прикреплены корпуса упомянутых цилиндров, при этом всасывающие штуцеры цилиндров соединены с салоном посредством трубопроводов и обратных клапанов, а нагнетающие штуцеры посредством обратных клапанов связаны с магистралями нагрева и охлаждения воздуха, причем магистраль нагрева снабжена змеевиком, установленным на теплоизолирующей поверхности глушителя и соединенным с выходным патрубком, магистраль охлаждения снабжена аккумуляторами сжатого воздуха высокого давления и теплоизолирующим звукопоглощающим шкафом, установленным в салоне и снабженным регулируемой заслонкой, а дроссель размещен в шкафу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам нагрева и охлаждения и может быть использовано как средство обеспечения комфортных условий, преимущественно в салоне транспортного средства, например автомобиля, трактора и т.п.

Создание комфортных условий в отечественных транспортных средствах, например автомобилях, тракторах, обеспечивают только подогревом воздуха в зимнее время. Тепло получается за счет сжигания топлива из бака в специальных подогревателях воздуха и нагнетается в салон водителя.

Создание комфортных условий в летнее время на отечественных транспортных средствах, эксплуатируемых в народном хозяйстве, не предусмотрено. Отсутствуют системы охлаждения салона (кабины) водителя, а также нет холодильного шкафа для хранения пищевых продуктов. Охлаждение салона водителя обеспечивается потоком воздуха при движении транспортного средства при открытых ветровых стеклах (форточках). При таком движении в салоне создается сквозняк, а также попадает дорожная пыль.

На зарубежных транспортных средствах есть система кондиционирования, однако такая система сложная и дорогостоящая.

Известна система регулирования температуры воздуха в салоне транспортного средства. Это техническое решение наиболее близко по технической сущности к заявленному, поэтому принимается в качестве прототипа.

Известное техническое решение включает в себя первый контур циркуляции теплоносителя, соединенный с рубашкой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя гидромагистрали с запорным элементом, циркуляционным насосом и воздушным теплообменником, второй контур циркуляции теплоносителя, включающий в себя гидромагистрали с запорным элементом и воздушным теплообменником, третий контур циркуляции теплоносителя, включающий в себя установленный в гидромагистралях запорный элемент и охладитель, подключенный одним концом к первому контуру трубопровод со встроенным запорным элементом и второй циркуляционный насос. Первый и второй контуры циркуляции теплоносителя подключены параллельно к рубашке охлаждения, третий контур двумя концами подсоединен к первому контуру. Третий контур циркуляции теплоносителя одним концом присоединен между запорным элементом и циркуляционным насосом, а другим между воздушным теплообменником и рубашкой охлаждения перепускной трубопровод присоединен к первому контуру между воздушным теплообменником и циркуляционным насосом. Его другой конец подключен к второму контуру между запорным элементом и воздушным теплообменником.

По сравнению с аналогами данное техническое решение имеет преимущества. Система терморегулирования имеет, кроме подогрева кабины в холодное время, дополнительный контур охлаждения кабины в жаркое время. Охлаждение теплоносителя первого и второго контуров осуществляется воздухом от вентиляторов, направляемым в воздушные теплообменники. Воздух забирается из окружающей среды.

Прототип имеет недостатки: большие энергетические затраты, связанные с работой насосов, вентиляторов, и запорнорегулирующей арматуры; низкая эффективность терморегулирования температуры, особенно охлаждения кабины, связанная с тем, что в жаркое время источником охлаждения является воздух окружающей среды, который может иметь температуру до +50^оС, особенно для жарких регионов, поэтому его охлаждающий эффект будет ничтожным, т.к. им нельзя охладить хладагент первого и второго контуров до приемлемых температур.

Цель изобретения обеспечение комфортных условий в салоне транспортного средства.

Достижение указанной цели осуществляется следующим образом. В системе регулирования температуры воздуха в салоне транспортного средства устройство подачи энергоносителя выполнено в виде силовых цилиндров, штоки которых прикреплены к кузову транспортного средства, смонтированному с возможностью перемещения на раме, к которой прикреплены корпуса цилиндров, всасывающие штуцеры цилиндров соединены с салоном посредством трубопроводов и обратных клапанов, а нагнетающие штуцеры посредством обратных клапанов и трубопроводов связаны с устройствами нагрева и охлаждения. Устройство нагрева выполнено в виде змеевика, установленного на теплоизолирующей поверхности глушителя, выход которого связан с салоном. Устройство охлаждения снабжено аккумуляторами сжатого воздуха высокого давления и теплоизолирующим, звукопоглощающим шкафом, установленным в салоне и снабженным регулируемой заслонкой. Дроссель размещен внутри шкафа.

Достижение поставленной цели обеспечивается новой совокупностью признаков. В прототипе нагрев и охлаждение воздуха салона обеспечиваются теплообменником. Подача в теплообменник теплоносителя или хладоносителя производится отбором охлаждающей жидкости, циркулирующей в рубашке двигателя внутреннего сгорания. Отбором от входа в рубашку двигателя создается циркуляция хладоносителя в теплообменнике. Отбором жидкости, выходящей из рубашки двигателя, обеспечивается циркуляция теплоносителя в теплообменнике. По сравнению с традиционными системами нагрева салона эта система улучшает комфорт в салоне транспортного средства. Однако анализ этой термосистемы позволяет сделать вывод о ее неэффективности. При подогреве воздуха в салоне в холодное время обеспечиваются требуемые комфортные условия, но при этом затрачивается дополнительная энергия для обеспечения работы вентиляторов и циркуляционных насосов, что снижает эффективность системы подогрева. Неудовлетворительной является система охлаждения. Она не может обеспечить температуру ниже температуры окружающей среды, т.к. для охлаждения используется воздух окружающей среды, забираемый вентиляторами для обдува радиаторов

воздушных теплообменников. Таким образом, проблема комфортных условий в салоне транспортного средства в жаркое время остается до конца не решенной. В отличие от этого в предложенном техническом решении использована автономная система термостатирования салона, не связанная с охлаждающей жидкостью двигателя. Положительным является то, что в предложенной конструкции нет отбора мощности от двигателя для обеспечения работы узлов системы регулирования температуры. Для работы системы используется мощность, которая заключена в движении подвижных частей автомобиля или любого вида транспорта, т.е. колебании кузова относительно рамы. Эта мощность для транспорта является рассеянной. В предложенном решении она аккумулируется в виде давления сжатого воздуха в аккумуляторах. Сжатый воздух позволяет создавать отрицательные температуры воздуха, выходящего из дроссельно-холодильного агрегата (закон Джоуля-Томпсона). Смешивание воздуха, забираемого из кабины, позволяет достигать требуемой температуры в кабине значительно ниже температуры окружающей среды, что очень важно для жарких регионов. Кроме того, при пропускании холодного воздуха через теплоизолированный ящик можно охлаждать пищевые продукты. Система подогрева кабины также имеет преимущества. Эта система основана также на рассеиваемой энергии. Тепло снимается с корпуса глушителя выхлопных газов, а прокачка теплоносителя (воздуха кабины) обеспечивается энергией подвижных частей автомобиля, аналогично системе охлаждения.

Таким образом, предлагаемая система регулирования температуры обладает следующими отличительными признаками.

Устройство подачи энергоносителя выполнено в виде сопрягаемых пар плунжер-цилиндр. Из них плунжеры связаны с подвижной массой транспортного средства, а цилиндры с ее жесткой частью (рамой).

Всасывающие магистрали устройства подачи энергоносителя соединяются с салоном транспортного средства через обратные клапаны. Нагнетающие магистрали устройства подачи энергоносителя связаны с устройствами охлаждения и нагрева с помощью переключателя и на них установлены обратные клапаны.

Устройство охлаждения выполнено в виде дросселя, связанного с аккумулятором сжатого воздуха высокого давления и холодильного шкафа, размещенного в салоне, имеющего регулируемую заслонку для сброса холодного воздуха в салоне транспортного средства.

Устройство нагрева выполнено в виде змеевика, установленного на термоизлучающую поверхность корпуса глушителя. Его вход связан с источником подачи энергоносителя, а выход с салоном транспортного средства.

На фиг. 1 представлена схема размещения устройства подачи энергоносителя; на фиг. 2 принципиальная схема системы регулирования температуры.

В наиболее общем варианте термосистема (фиг. 1) состоит из устройств подачи энергоносителя, в которые входят плунжеры 1, скрепленные с подвижной массой 2 (кузовом) транспортного средства, и цилиндры 3, скрепленные с жесткой частью (рамой) 4 транспортного средства.

Схема соединений узлов системы для создания комфортных условий (фиг. 2) включает в себя упомянутые устройства подачи энергоносителя с плунжерами 1 и цилиндрами 3. На цилиндрах размещены по два всасывающих штуцера 5, 6, 7, 8 и нагнетающих штуцера 9, 10, 11, 12 с всасывающими клапанами 13, 14, 15, 16 и нагнетающими клапанами 17, 18, 19, 20. Всасывающие клапаны объединены всасывающим коллектором 21, а нагнетающие коллектором 22. Система имеет циркуляционную магистраль 23, которая связана одним концом с всасывающим коллектором, а вторым с салоном 24 транспортного средства. Нагнетающий коллектор связан трубопроводом 25 с переключателем 26. Переключателем связаны между собой и магистрали охлаждения и нагрева.

В магистраль охлаждения входят вентиль пуска 27, аккумуляторы 28, 29, наполнительные 30, 31 и сбрасывающие 32, 33 электроклапаны. Наполнительные клапаны связаны коллектором 34, а сбрасывающие коллектором 35. Трубопровод сброса от коллектора связан с дросселем 36, размещенным в звукопоглощающем и термоизолирующем ящике-холодильнике 37. Холодильник имеет регулируемую заслонку 38 подачи холодного воздуха в салон. Магистраль нагрева включает в себя трубопровод 39 с пусковым вентилем 40, змеевик 41, установленный на теплозащитную поверхность глушителя 42. Выход змеевика связан с салоном транспортного средства.

Работает термосистема следующим образом.

Режим охлаждения. Пусковой вентиль 27 открыт, а вентиль пуска нагрева 40 закрыт. Переключатель 26 установлен в положение "холод".

При движении транспортного средства его подвижная масса (кузов) движется вверх и вниз. Плунжеры 1 движутся внутри неподвижных цилиндров 3, т.к. они размещены на жестком основании (раме) транспортного средства. При движении подвижной массы вниз плунжеры 1 опускаются, и в это время обеспечиваются всасывание салонного воздуха через всасывающие клапаны 13, 15 и выталкивание воздуха из нижних полостей цилиндров 3 через нагнетающие клапаны 18, 20 в коллектор 22 и далее через трубопровод 25, холодный канал переключателя 26 в одну из емкостей, например аккумулятора 28, при открытом электроклапане 30. Давление в емкости аккумулятора 28 возрастает до необходимого уровня, определяемого из выражения: Р (М а)/п, где М масса подвижной части транспортного средства, а ускорение, п площадь плунжера.

При движении плунжера вверх работают всасывающие клапаны 14, 16 и нагнетающие клапаны 17, 19. При достижении требуемого давления в емкости аккумулятора 28 закрывается электроклапан 30 и открывается электроклапан 32. Сжатый воздух по коллектору 35 поступает к дросселю 36, где дросселируется до атмосферного давления. При этом идет процесс охлаждения холодильного шкафа 37, избыток отработанного воздуха сбрасывается в салон, где охлаждает воздух, ограниченный стенками салона. Избыток воздуха в салоне сбрасывает через всасывающий циркуляционный трубопровод 23 и поступает на повторную закачку, но теперь в емкость аккумулятора 29, при этом электроклапан 31 открыт.

При достижении рабочего давления в емкости аккумулятора 29 электроклапан 31 закрывается. Открывается электроклапан 33, дросселирование сжатого газа происходит из емкости аккумулятора 29, и цикл закачки сжатым воздухом емкости аккумулятора 28 на последующее дросселирование повторяется.

Режим нагрева салонного воздуха. Нагрев воздуха в холодное время года обеспечивается в циркуляционном режиме с помощью одного и того же устройства подачи энергоносителя (см. подачу воздуха в режиме охлаждения). В этом случае переключатель поставлен на режим "тепло", вентиль 40 подачи энергоносителя открыт. Прокачка воздуха обеспечивается через змеевик 41, смонтированный на теплоизлучающей поверхности глушителя 42. Горячий воздух через трубопровод 43 поступает в салон и забирается на повторный нагрев через циркуляционный трубопровод 23.

Выполненная таким образом термосистема обеспечивает режим охлаждения в теплое время года и режим нагрева в холодное время года. Дополнительная энергия на обеспечение режимов нагрева и охлаждения не требуется. В этом случае используется рассеянная энергия в виде колебания подвижной массы транспортного средства и энергия излучения глушителя.