Климатическая установка для кондиционирования воздухом вагона

 

Изобретение относится к оборудованию рельсовых транспортных средств. Климатическая установка содержит входную магистраль с установленными в ней нагнетателем с регулируемой скоростью вращения ротора и первичным теплообменником и являющуюся продолжением этой магистрали линию обработки воздуха с включенными в нее основным теплообменником, продувочная полость которого по входу и выходу сообщена с атмосферой, и турбокомпрессором. Установка снабжена конвективным и конденсационным теплообменниками, последовательно с которыми установлен влагоотделитель, соединенный жидкостной линией через распылитель с входом продувочной полости основного теплообменника. Упомянутые теплообменники и влагоотделитель последовательно включены в линию обработки воздуха между основным теплообменником и турбиной турбокомпрессора, перед которой на выходе конвективного теплообменника установлено регулируемое дроссельное устройство. Между входом компрессора турбокомпрессора и выходом турбины турбокомпрессора введена байпасная линия с включенным в нее другим регулируемым дроссельным устройством. Выход турбины сообщен с вагоном через рабочую полость конденсационного теплообменника. Достигаемый технический результат заключается в повышении комфортности, экономичности и расширении диапазона регулирования параметров воздуха. 1 ил.

Изобретение относится к оборудованию рельсовых транспортных средств, обеспечивающему комфортные условия в пассажирских вагонах, в частности к климатической установке для кондиционирования воздухом вагона.

Известны установки для кондиционирования воздухом вагона, содержащие нагнетатель с регулируемой скоростью вращения ротора, первичный теплообменник, турбокомпрессор и теплообменник в линии между компрессором и турбиной [1].

Основным недостатком таких установок является отсутствие возможности удаления влаги из воздуха, поступающего в вагон, что ведет к снижению комфортности из-за повышенной влажности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту изобретения, принятым в качестве прототипа, является климатическая установка для кондиционирования воздухом вагона, содержащая входную магистраль с установленным в ней нагнетателем с регулируемой скоростью вращения ротора и первичным теплообменником и линию обработки воздуха с включенным в нее основным теплообменником и турбокомпрессором [2].

Основными недостатками данной установки являются недостаточные экономичность и холодопроизводительность, приводящие к снижению комфортности.

Целью настоящего изобретения (ожидаемым техническим результатом) является создание такой конструкции климатической установки для кондиционирования воздухом вагона, которая обеспечивала бы более высокую комфортность или ту же комфортность при более высокой экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемая климатическая установка для кондиционирования воздухом вагона, содержащая входную магистраль с установленными в ней нагнетателем с регулируемой скоростью вращения ротора и первичным теплообменником и линию обработки воздуха с включенными в нее основным теплообменником и турбокомпрессором, согласно изобретению снабжена конвективным и конденсационным теплообменниками, последовательно с которыми установлен влагоотделитель, имеющий водосборную камеру, сообщенную через распылитель с продувочной полостью основного теплообменника, при этом упомянутые теплообменники и влагоотделитель включены последовательно в линию между основным теплообменником и турбиной, перед которой установлено регулируемое дроссельное устройство, причем между входом компрессора и выходом турбины введена байпасная линия с включенным в нее другим регулируемым дроссельным устройством, а выход турбины сообщен с вагоном через рабочую полость конденсационного теплообменника.

В результате анализа технической и патентной информации в данной области техники не было обнаружено технических решений, которые обладали бы признаками, отличающими заявляемое техническое решение от прототипа [2]. Следовательно, заявляемый объект отвечает критерию патентоспособности "новизна".

Заявляемый объект изобретения для специалиста явным образом не следует из известного уровня техники, следовательно он отвечает критерию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявляемое изобретение является "промышленно применимым", что подтверждается нижеследующем описанием изобретения со ссылками на чертеж. Изобретение может быть использовано в промышленности, в частности в рельсовых транспортных средствах для обеспечения комфортных условий в пассажирских вагонах.

Сущность изобретения поясняется описанием со ссылками на чертеж, где изображена принципиальная схема климатической установки для кондиционирования воздухом вагона.

Установка содержит входную (основную) магистраль 1, в которой последовательно установлены нагнетатель 2 с приводом 3 для вращения ротора с регулируемой скоростью и первичный теплообменник 4. Далее магистраль 1 переходит в линию 5 обработки воздуха, в которую включены турбокомпрессор 6, состоящий из жестко соединенных общим валом компрессора 7 и турбины 8, и основной теплообменник 9. Между входом компрессора 7 и выходом турбины 8 введена байпасная линия 10 с включенным в нее регулируемым дроссельным устройством 11. В линию 5 после теплообменника 9 последовательно включены конвективный теплообменник 12, конденсационный теплообменник 13 и влагоотделитель 14. На выходе теплообменника 12 перед турбиной 8 в линию 5 установлено второе регулируемое дроссельное устройство 15. Влагоотделитель 14 имеет водосборную камеру (на чертеже условно не показана), сообщенную посредством жидкостной линии 16 через распылитель 17 с продувочной полостью основного теплообменника 9. Продувка теплообменников 4 и 9 осуществляется либо за счет скоростного напора воздуха при движении вагона, либо другими вентиляторами, нагнетателями (условно не показаны), для чего продувочные полости этих теплообменников по входу и выходу сообщены с атмосферой. Таким образом, линия 5 обработки воздуха (поддува), являющаяся продолжением входной магистрали 1, проходит от выхода компрессора 7 через рабочую полость основного теплообменника 9, продувочные полости конвективного 12 и конденсационного 13 теплообменников, влагоотделитель 14, рабочую полость теплообменника 12 и дроссельное устройство 15 на вход турбины 8 турбокомпрессора 6. После турбины 8 линия 5 (продолжение магистрали 1) сообщена с вагоном 18 через рабочую полость теплообменника 13.

Работа климатической установки для кондиционирования воздухом вагона осуществляется следующим образом.

Воздух из атмосферы подается в основную магистраль 1 нагнетателем 2, приводимым во вращение приводом 3. Расход нагнетаемого воздуха определяется гидравлическим сопротивлением основной магистрали 1, включая линию 5 обработки воздуха (поддува), и скоростью вращения ротора нагнетателя 2. Гидравлическое сопротивление магистрали 1 зависит от положения дросселей устройств 11 и 15. При этом регулируемое дроссельное устройство 15 влияет на величину расхода воздуха через турбокомпрессор 6, а регулируемое дроссельное устройство 11 влияет на температуру воздуха, поступающего в вагон.

Использование для регулирования параметров воздуха, поступающего в вагон 18, только изменения скорости вращения ротора нагнетателя 2 неудобно, так как нагнетатель имеет сугубо нелинейную (компрессорную) характеристику ΔP_н(n) (где: ΔP_н - перепад давлений, n - скорость вращения ротора), а также приводит к невозможности целенаправленно влиять на выходную температуру воздуха, которая зависит не только от степени сжатия воздуха в нагнетателе 2, но и от характеристики работы турбокомпрессора 6, скорости движения вагона 18 и температуры атмосферного воздуха.

Далее воздух проходит через первичный теплообменник 4, продуваемый напором атмосферного воздуха, и поступает в компрессор 7, где сжимается и нагревается за счет сжатия. После этого воздух охлаждается в теплообменнике 9 за счет продувки его атмосферным воздухом от скоростного напора при движении вагона 18 и в теплообменниках 12 и 13. Из переохлажденного воздуха высаживается влага, которая отбирается из воздуха во влагоотделителе 14. Отобранная влага из влагоотделителя 14 по жидкостной линии 16 через распылитель 17 подается на вход в продувочную полость основного теплообменника 9, где, испаряясь, повышает эффективность работы этого теплообменника. После влагоотделения 14 воздух проходит через теплообменник 12, где частично компенсирует увеличение температуры на входе в вагон 18 за счет работы конденсационного теплообменника 13. Далее воздух, пройдя регулируемое дроссельное устройство 15, поступает на вход турбины 8, где, расширяясь, охлаждается. Охлажденный воздух, пройдя рабочую область теплообменника 13, поступает в вагон 18.

Если температура воздуха, поступающего в вагон 18, ниже нормы, то она регулируется за счет открытия дроссельного устройства 11. Регулирование расхода воздуха осуществляется за счет изменения скорости вращения ротора нагнетателя 2, а расширение диапазона регулирования осуществляется за счет изменения гидравлического сопротивления установки, которое достигается изменением гидравлики регулируемого дроссельного устройства 15.

Введение в установку конвективного и конденсационного теплообменников и влагоотделителя способствует повышению комфортности в вагоне. Наличие в установке двух регулируемых дроссельных устройств обеспечивает расширение диапазона регулирования параметров воздуха, а также способствует увеличению комфортности в вагоне.

Соединение влагоотделителя при помощи жидкостной линии через распылитель с входом продувочной полости основного теплообменника повышает эффективность работы последнего и тем самым способствует увеличению экономичности установки в целом.

Изобретение найдет применение в железнодорожном транспорте для обеспечения комфортных условий в вагонах пассажирских поездов.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

1. Каталог фирмы "Алекс Фридман", Австрия.

2. Журнал Англии "Passenger rail", 1996, июль - август, стр. 27 - 29, статья "ICE 2.2 to pioneer "green" air-conditioning" - прототип.

Формула изобретения

Климатическая установка для кондиционирования воздухом вагона, содержащая входную магистраль с установленными в ней нагнетателем с регулируемой скоростью вращения ротора и первичным теплообменником и являющуюся продолжением этой магистрали линию обработки воздуха с включенными в нее основным теплообменником, продувочная полость которого по входу и выходу сообщена с атмосферой, и турбокомпрессором, отличающаяся тем, что она снабжена конвективным и конденсационным теплообменниками, последовательно с которыми установлен влагоотделитель, соединенный жидкостной линией через распылитель с входом продувочной полости основного теплообменника, причем упомянутые теплообменники и влагоотделитель последовательно включены в линию обработки воздуха между основным теплообменником и турбиной турбокомпрессора, перед которой на выходе конвективного теплообменника установлено регулируемое дроссельное устройство, при этом между входом компрессора турбокомпрессора и выходом турбины введена байпасная линия с включенным в нее другим регулируемым дроссельным устройством, а выход турбины сообщен с вагоном через рабочую полость конденсационного теплообменника.

РИСУНКИ

Рисунок 1