Транспортный холодильник - RU2030696C1
Код документа: RU2030696C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к холодильным машинам, в частности к холодильникам, используемым в транспортных средствах.
Известен транспортный холодильник, содержащий вихревую трубу, патрубок выхода горячего воздуха которой соединен с соплом эжектора, а патрубок выхода холодного воздуха соединен с входом холодильной камеры. Выход холодильной камеры соединен с вторым входом эжектора, выход которого соединен с вакуум-насосом.
При работе холодильника холодный поток воздуха подается из вихревой трубы в холодильную камеру, а горячий поток воздуха из вихревой трубы подается в сопло эжектора и эжектрирует отработанный холодный поток воздуха, поступающий из холодильной камеры. Смесь потоков холодного и горячего воздуха подается в вакуумный насос. Указанный холодильник при степени расширения воздуха π = 2,18 в вихревой трубе обеспечивает понижение его температуры на 21оС.
Существенным недостатком данного холодильника является необходимость использования вакуум-насоса, а также невысокий коэффициент энергетической эффективности холодильника.
Известен транспортный холодильник, содержащий вихревую трубу с системой ее охлаждения, холодильную камеру, регенеративный теплообменник, смеситель и эжектор, соединенный с выхлопной трубой двигателя транспортного средства. Вход холодильной камеры соединен с выходом холодного воздуха вихревой трубы, а выход - с одним из входов регенеративного теплообменника, другой вход которого соединен с линией забора атмосферного воздуха. Один из выходов регенеративного теплообменника соединен с вихревой трубой, а другой - с системой ее охлаждения.
Входы смесителя соединены с выходом горячего воздуха вихревой трубы и с системой ее охлаждения, а выходы - с эжектором.
Атмосферный воздух, попадая в вихревую трубу, разделяется на два потока. Холодный поток подается в холодильную камеру (в кабину транспортного средства), а горячий направляется в эжектор. Холодный поток воздуха, попадая через регенеративный теплообменник в систему охлаждения вихревой трубы, охлаждает поступающий в последнюю атмосферный воздух. Горячий и холодный воздух, поступающий из вихревой трубы и системы ее охлаждения, поступает в смеситель, а оттуда через эжектор выбрасывается в атмосферу.
Описанный холодильник при степени расширения воздуха в вихревой трубе π = 3 обеспечивает снижение температуры атмосферного воздуха в кабине транспортного средства на 46оС, что позволяет кондиционировать воздух в объеме 3-6 м3 при холодопроизводительности ≈ 600 Вт. Такая холодопроизводительность не обеспечивает необходимую степень охлаждения кабины водителя.
Известен транспортный холодильник (авт.св. N 299712, кл. F 25 B 9/02), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий вихревую трубу с системой ее охлаждения, холодильную камеру, регенеративный теплообменник.
Вход холодильной камеры соединен с выходом холодного воздуха вихревой трубы, а выход - с одним из входов регенеративного теплообменника, один из выходов которого соединен с входом системы охлаждения вихревой трубы, а другой выход - с входом вихревой трубы, другой вход регенеративного теплообменника соединен с линией забора атмосферного воздуха. Выход горячего воздуха вихревой трубы и выход системы ее охлаждения являются выходом холодильного устройства и подключаются, например, к тракту всоса воздуха в двигатель.
Атмосферный воздух подается через регенеративный теплообменник в вихревую трубу, где разделяется на два потока. Холодный поток подается в холодильную камеру, а горячий - на выход холодильного устройства. Холодный поток воздуха из холодильной камеры, попадая через регенеративный теплообменник в систему охлаждения вихревой трубы, охлаждает ее и поступающий в последнюю атмосферный воздух. Выходящий из системы охлаждения вихревой трубы воздух смешивается с горячим потоком после вихревой трубы и подается в двигатель.
Приведенные известные холодильники имеют схожие характеристики, и обладают низкой холодопроизводительностью.
Целью изобретения является повышение холодопроизводительности транспортного холодильника.
Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции транспортного холодильника, содержащего вихревую трубу с системой ее охлаждения, холодильную камеру, регенеративный теплообменник, вход холодильной камеры соединен с выходом холодного воздуха вихревой трубы, а выход - с одним из входов регенеративного теплообменника, один из выходов которого соединен с входом системы охлаждения вихревой трубы, а другой выход - с входом вихревой трубы, другой вход регенеративного теплообменника соединен с линией забора атмосферного воздуха, выход горячего воздуха вихревой трубы и выход системы ее охлаждения являются выходом холодильного устройства и подключаются к тракту всоса воздуха в двигатель, снабжены испарительным теплообменником и эжектором, установленными между выходом транспортного холодильника и выходами системы охлаждения вихревой трубы и ее горячего воздуха, одни из входов испарительного теплообменника соединен с атмосферным воздухом, а другой - с регенеративным теплообменником.
Холодильник снабжен также влагоотделителем, вход которого соединен с выходом регенеративного теплообменника, а выход - с входом вихревой трубы.
Холодильник содержит дополнительную линию охлаждения атмосферного воздуха, выполненную в виде последовательно соединенных дополнительных регенеративного теплообменника, влагоотделителя, вихревой трубы с системой ее охлаждения, эжектора и вспомогательного эжектора, при этом один из входов дополнительного регенеративного теплообменника соединен с одним из выходов испарительного теплообменника, другой вход - с выходом холодильной камеры, а выходы - с дополнительным влагоотделителем и системой охлаждения дополнительной вихревой трубы, выход холодного воздуха которой соединен с одним из входов холодильной камеры, а выход дополнительного влагоотделителя соединен с входом вихревой трубы, активное сопло дополнительного эжектора соединено с выходом горячего воздуха дополнительной вихревой трубы, а пассивное сопло дополнительного эжектора - с выходом системы охлаждения дополнительной вихревой трубы, причем пассивное сопло вспомогательного эжектора соединено с диффузором дополнительного эжектора, а активное сопло вспомогательного эжектора подключено к выхлопному тракту двигателя.
В соответствии с одним из вариантов конструкции холодильник содержит вспомогательный регенеративный теплообмен, соединенный с одним из входов из входов регенеративного теплообменника и с одним из выходов испарительного теплообменника, между другими выходом и входом которого подключена дополнительная линия охлаждения атмосферного воздуха, выполненная в виде последовательно соединенных дополнительных регенеративного теплообменника, влагоотделителя, вихревой трубы с системой ее охлаждения, эжектора и вспомогательного эжектора, при этом один из входов вспомогательного регенеративного теплообменника соединен с выходом холодного воздуха дополнительной вихревой трубы, а выход - с входом дополнительного регенеративного теплообменника, выходы которого соединены с входом системы охлаждения дополнительной вихревой трубы и с дополнительным влагоотделителем, а его выход - с входом дополнительной вихревой трубы, активное сопло дополнительного эжектора соединено с выходом горячего воздуха дополнительной вихревой трубы, а пассивное сопло дополнительного эжектора - с выходом системы охлаждения дополнительной вихревой трубы, причем пассивное сопло вспомогательного эжектора соединено с диффузором дополнительного эжектора, а активное сопло вспомогательного эжектора подключено, например, к выхлопному тракту двигателя.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в нем признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
На фиг.1 показана схема предлагаемого холодильника; на фиг.2, 3 - варианты принципиальной схемы предлагаемого холодильника.
Транспортный холодильник содержит вихревую трубу 1 (фиг.1) с системой 2 ее охлаждения, холодильную камеру 3, регенеративный теплообменник 4, влагоотделитель 5, эжектор 6, испарительный теплообменник 7 со змеевиком 8. Один из входов теплообменника 7 соединен с атмосферой, а другой - с диффузором эжектора 6, при этом один из выходов теплообменника 7 является выходом холодильника и подключен к тракту всоса воздуха двигателя (на фиг. не показан), а другой соединен с одним из входов теплообменника 4. Один из выходов теплообменника 4 соединен с системой 2 охлаждения трубы 1, а другой - с влагоотделителем 5, соединенным с входом трубы 1. Выход холодного воздуха трубы 1 соединен с входом холодильной камеры 3, выход которой соединен с теплообменником 4. Выход горячего воздуха трубы 1 соединен с активным соплом эжектора 6, а выход системы охлаждения трубы 1 - с пассивным соплом эжектора 6.
Холодильник работает следующим образом.
Всасываемый атмосферный воздух проходит через змеевик 8 теплообменника 7, охлаждается и, пройдя через теплообменник 4 и еще более охлаждаясь, поступает через влагоотделитель 5 на выход вихревой трубы 1. Во влагоотделителе 5 происходит удаление сконденсированной влаги атмосферного воздуха. В вихревой трубе 1 происходит разделение всасываемого воздуха на холодный и горячий потоки. Холодный поток направляется в холодильную камеру 3, а далее через теплообменник 4 и систему 2 охлаждения трубы 1 поступает на пассивное сопло эжектора 6, работающего на горячем воздухе вихревой трубы 1 путем подачи его в активное сопло эжектора 6. Из диффузора эжектора 6 смесь горячего и холодного потоков воздуха через теплообменник 7 отсасывается по тракту всоса воздуха в двигатель. Поскольку эжектор 6 позволяет устанавливать соотношение горячего и холодного потоков вихревой трубы, то его применение позволяет регулировать температуру холодного воздуха вихревой трубы 1, а значит и холодной камеры 3.
На фиг. 2 представлен вариант выполнения изобретения, отличающийся наличием дополнительной линии охлаждения холодного воздуха, состоящей из аналогичных элементов. В эту линию входят дополнительные регенеративный теплообменник 10, влагоотделитель 11, вихревая труба 12 с системой 13 ее охлаждения, эжектор 14 и вспомогательный эжектор 9. Один из входов холодильной камеры 3 соединен с выходом холодного воздуха трубы 12, при этом выход горячего воздуха последней подключен к активному соплу эжектора 14, а выход системы охлаждения 13 вихревой трубы 12 подключен к пассивному соплу эжектора 14. Один из входов теплообменника 7 соединен через змеевик 15 с одним из входов теплообменника 10, другой вход которого соединен с выходом холодильной камеры 3. Один из выходов теплообменника 10 соединен с системой 13 охлаждения трубы 12, а другой - с влагоотделителем 11. Диффузор эжектора 14 подключен к пассивному соплу эжектора 9, активное сопло которого подключено к выхлопному тракту двигателя.
Воздух из атмосферы через змеевики 8, 15 теплообменника 7 одновременно подается на вход труб 1, 12, холодный воздух из которых подается на входы камеры 3. Поскольку обе вихревые трубы 1, 12 имеют примерно одинаковую холодопроизводительность, то применение схемы по фиг.2 увеличивает холодопроизводительность холодильника примерно в два раза, при этом получая одинаковые температуры на выходе холодного воздуха вихревых труб 1, 12.
На фиг. 3 представлен еще один вариант конструкции предлагаемого холодильника, который отличается от варианта, изображенного на фиг.2 введением вспомогательного регенеративного теплообменника 16, установленного между теплообменниками 4, 7. Один из входов теплообменника 16 соединен с выходом холодного воздуха вихревой трубы 12, а другой - с выходом теплообменника 10.
Введение вспомогательного теплообменника 16 позволяет при той же самой холодопроизводительности, что и по фиг.2, получить значительно более низкую температуру на выходе холодного воздуха вихревой трубы 1, по сравнению с температурой холодного воздуха вихревой трубы 1, по схеме на фиг.1, фиг.2.
Введение испарительного теплообменника 7 способствует эффективному охлаждению проходящего через него атмосферного воздуха.
При температуре входного атмосферного воздуха tвх = +25оС и относительной влажности ϕ = 50%, температура пенного слоя и воздуха в теплообменнике 7 при давлении Р= = 0,1 МПа понижается до +17,4оС. При понижении давления в испарительном теплообменнике 7 до давления Р = 0,04 МПа температура пенного слоя и воздуха понижается до +7оС, понижение давления до Р = 0,027 МПа уменьшает температуру до + 2оС. Эффект испарительного охлаждения усиливается из-за осушения воздуха путем отвода влаги из охлаждаемого воздуха влагоотделителем 5 и установки теплообменника 7 между эжектором 6 и выходом холодильника.
Реферат
Использование: в воздушных холодильных машинах, в частности в холодильниках, имеющих вихревой эффект, и может применяться в транспортных средствах для охлаждения кабины водителя. Сущность: холодильник содержит вихревую трубу с системой ее охлаждения, линию атмосферного воздуха подключенную к входу в вихревую трубу через регенеративный теплообменник, линию холодного воздуха, соединяющую один выход вихревой трубы с системой охлаждения через холодильную камеру, и вторую полость регенеративного теплообменника и линию горячего воздуха, сообщающую другой выход вихревой трубы с двигателем транспортного средства и подключенную к выходу системы охлаждения. Новым в холодильнике является введение в него эжектора, испарительного теплообменника и вспомогательного эжектора, последовательное размещение в линии горячего воздуха. Причем эжектор установлен в месте соединения выхода системы охлаждения с другим выходом вихревой трубы, а полость испарительного теплообменника - в линию атмосферного воздуха перед регенеративным теплообменником. Холодильник дополнительно содержит влагоотделитель, установленный в линию атмосферного воздуха между регенеративным теплообменником и входом в вихревую трубу. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
