RU2254242C1

RU2254242C1 - "heat-cold" system for automobile with heat-insulated van

Info

Publication number: RU2254242C1
Application number: RU2003132570/11A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Оболенский (RU); Б.А. Оболенский
Original assignee: ООО "Автодело"
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-20

Abstract

FIELD: transport engineering.

SUBSTANCE: invention relates to cooling of working volumes of insulated bodies installed on vehicles. "Heat-cold" system for automobile with heat-insulated van contains cooling system, heater and control system. Novelty is that system is furnished with thermal energy sources on form of thermoelectric heating elements installed inside evaporating unit of cooling system and supplied with energy from additional generator installed in hood space of automobile. Said additional generator and compressor of cooling system are driven from one pulley by V-belt drive. Used as additional generator is 12-Volt dc generator of automobile transformed into three-phase 40-Volt ac generator by removing of voltage regulator and diode bridge from dc generator. Windings of generator can be delta or star-connected and insulated from ground.

EFFECT: improved efficiency and economy of cooling and heating system of heat-insulated bodies, reduced overall dimensions and enlarged operating capabilities.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам для охлаждения воздуха и пищевых продуктов, а также создания комфортных условий для пассажиров и экипажа на транспортном средстве, оборудованном теплоизолированным фургоном. В частности, система предназначена для охлаждения рабочего объема фургона до температуры от -15°С до -18°С при внешней температуре до +35°С или подогрева рабочего объема до +5°С при внешней температуре -30°С.The invention relates to systems for cooling air and food products, as well as creating comfortable conditions for passengers and crew on a vehicle equipped with a heat-insulated van. In particular, the system is designed to cool the working volume of the van to a temperature of from -15 ° C to -18 ° C at an external temperature of + 35 ° C or to heat the working volume to + 5 ° C at an external temperature of -30 ° C.

Известны различные устройства и системы, обеспечивающие вышеуказанные функции, в частности, «Рефрижератор» по а.с. СССР №1689123, В 60 Н 3/00, В 60 Р 3/20, содержащий теплоизолированную камеру для охлажденных объектов, теплоизолированную емкость с криоагентом, соединенным трубопроводом с испарителем подъема давления, и трубопровод подачи криоагента из упомянутой емкости в камеру, он снабжен эжектором, подсоединенным к трубопроводу подачи криоагента из емкости в камеру патрубком, подсоединенным к всасывающей полости эжектора, емкость криоагента расположена в камере, а испаритель подъема давления установлен внутри упомянутого патрубка.There are various devices and systems that provide the above functions, in particular, "Refrigerator" according to AS USSR No. 1689123, В 60 Н 3/00, В 60 Р 3/20, containing a thermally insulated chamber for chilled objects, a thermally insulated tank with a cryoagent connected by a pipeline to a pressure booster evaporator, and a pipeline for supplying a cryoagent from the tank to the chamber, it is equipped with an ejector connected to the pipeline supplying the cryoagent from the tank to the chamber with a pipe connected to the suction cavity of the ejector, the cryoagent tank is located in the chamber, and a pressure boost evaporator is installed inside the pipe.

Известны «Кондиционируемый контейнер транспортного средства» по патенту РФ №1483807, 6 В 60 H 1/32, 10.11.96, Бюл. №31, содержащий теплоизолированный кузов с люками, разделенными перегородкой на кондиционированный и машинный отсеки, кондиционер, размещенный в машинном отсеке и соединенный с кондиционированным отсеком всасывающим и нагнетающим воздуховодом, люки и воздуховоды конденсатора кондиционера, у которого перегородка и нагнетательный вохдуховод выполнены герметичными и теплозвуконепроницаемыми, входной люк воздуховода конденсатора кондиционера выполнен в днище машинного отсека, во всасывающем воздуховоде установлена заслонка, по обе стороны которой выполнены воздушные каналы, связывающие воздуховод с люками, воздуховоды кондиционера снабжены гибкими вставками и глушителями, а один из воздуховодов кондиционера расположен над днищем теплоизолированного кузова.The well-known "Air-conditioned container of the vehicle" according to the patent of the Russian Federation No. 1483807, 6 V 60 H 1/32, 10.11.96, Bull. No. 31, comprising a heat-insulated body with hatches divided by a partition into air-conditioned and engine compartments, an air conditioner located in the engine compartment and connected to the air-conditioned compartment by a suction and discharge duct, the hatches and air ducts of the air conditioner condenser, in which the partition and discharge air duct are sealed and heat and soundproof, the inlet duct of the air conditioner condenser is made in the bottom of the engine compartment, a damper is installed in the intake duct, on both Oron which formed air channels which connect the duct with hatches, air conditioner provided with flexible inserts and mufflers, and one of the air conditioning duct is located above the bottom of insulated body.

Известно «Транспортное средство для перевозки скоропортящихся пищевых продуктов» по а.с. СССР №1576358, В 60 H 1/32, 07.07.90, Бюл. №25, содержащее размещенный в теплоизолированном кузове криогенный сосуд с арматурной головкой, связанной с распределительным коллектором, предохранительный клапан установлен в газовой магистрали, управляющий канал подключен к регулятору температуры.The well-known "Vehicle for the transport of perishable foodstuffs" by as USSR No. 1576358, 60 H 1/32, 07.07.90, Bull. No. 25, containing a cryogenic vessel located in a thermally insulated body with a reinforcing head connected to the distribution manifold, a safety valve is installed in the gas line, the control channel is connected to the temperature controller.

Однако вышеуказанные технические решения обладают ограниченными функциональными возможностями и недостаточно эффективны.However, the above technical solutions have limited functionality and are not effective enough.

Известен «Автомобиль» по патенту РФ №2167770, 7 В 60 Н 1/32, 27.05.01, оснащенный газобаллонным оборудованием, включающим в себя емкость для сжиженного газа, редуктор-испаритель, систему клапанов и переключателей видов топлива, снабженный также радиатором-испарителем, установленным между емкостью для сжиженного газа и редуктором-испарителем и включенным в состав климатической установки охлаждения подаваемого в салон воздуха или охлаждения теплоносителя, между редуктором-испарителем и радиатором-испарителем установлен обратный клапан, система питания выполнена с дополнительной магистралью, соединяющей редуктор-испаритель с емкостью для сжиженного газа, дополнительная магистраль соединена с редуктором-испарителем через участок трубопровода, соединяющего редуктор-испаритель с обратным каналом, автомобиль снабжен датчиком давления, сообщенным с редуктором-испарителем.The well-known "Automobile" according to the patent of the Russian Federation No. 2167770, 7 V 60 N 1/32, 05/27/01, equipped with gas equipment, including a container for liquefied gas, a gearbox-evaporator, a system of valves and switches of types of fuel, also equipped with a radiator-evaporator installed between the liquefied gas tank and the evaporator gearbox and included in the air conditioning unit for cooling the air supplied to the passenger compartment or the coolant coolant, a check valve is installed between the evaporator gearbox and the radiator-evaporator, system The test is performed with an additional line connecting the reducer-evaporator with a tank for liquefied gas, an additional line is connected to the reducer-evaporator through a section of the pipeline connecting the reducer-evaporator to the return channel, the car is equipped with a pressure sensor in communication with the reducer-evaporator.

Известна «Автономная система теплоснабжения» по свидетельству РФ на полезную модель №30179, 7 F 24 D 15/00, 3/00, содержащая дизельный двигатель, к входу которого подсоединен теплообменник-утилизатор отходящих газов, вихревой теплогенератор, насос, отопительные радиаторы, выход теплообменника-утилизатора, через насос, подсоединенный к двигателю, подключены входы отопительных радиаторов, а вход теплообменника-утилизатора соединен с выходом отопительных радиаторов.The well-known "Autonomous heating system" according to the certificate of the Russian Federation for utility model No. 30179, 7 F 24 D 15/00, 3/00, containing a diesel engine, to the input of which a waste heat exchanger-exhaust gas heater is connected, a vortex heat generator, a pump, heating radiators, an output the heat exchanger-heat exchanger, through the pump connected to the engine, the inputs of the heating radiators are connected, and the input of the heat exchanger-heat exchanger is connected to the output of the heating radiators.

Однако и эти технические решения недостаточно эффективны и ограничены по функциональным возможностям.However, these technical solutions are not effective enough and are limited in functionality.

Известно «Устройство для охлаждения воздуха и пищевых продуктов на транспортном средстве» по а.с. СССР №1337286, В 60 Н 1/32, 15.09.87, Бюл. №34, содержащее кондиционер парокомпрессионного типа и холодильник для пищевых продуктов, испаритель которого подключен к циркуляционному контуру кондиционера, выход испарителя холодильника подключен между терморегулирующим вентилем и испарителем кондиционера, испаритель холодильника выполнен из листотрубной конструкции, образующей холодильную камеру, а в холодильной камере выполнено отверстие, к которому присоединена гибкая трубка для слива конденсата.It is known "Device for cooling air and food products on a vehicle" by and.with. USSR No. 1337286, 60 N 1/32, 09.15.87, Bull. No. 34, containing a vapor compression type air conditioner and a food cooler, the evaporator of which is connected to the air conditioner circuit, the outlet of the refrigerator evaporator is connected between the thermostatic valve and the air conditioner evaporator, the refrigerator evaporator is made of a sheet-tube structure forming the refrigeration chamber, and an opening is made in the refrigeration chamber, to which a flexible condensate drain pipe is attached.

Известен «Транспортный холодильный агрегат» по а.с. СССР №1525035, В 60 Н 1/32, F 25 D 19/00, 30.11.89, Бюл. №44, содержащий размещенную на раме автоматизированную холодильную установку, включающую в себя установленные внутри кузова вентилятор с охладителем и вне кузова компрессорный агрегат, вентилятор конденсатора, приводимый во вращение посредством ременной передачи, и приводной двигатель компрессора и вентилятора, вентилятор охладителя расположен на общем валу приводного двигателя, охладитель установлен соосно вентилятору, компрессорный агрегат выполнен в виде двух компрессоров, оси которых параллельны, симметрично расположены относительно вала приведенного двигателя и связаны с ним посредством упомянутой ременной передачи, а конденсаторы расположены соосно компрессорам, на осях которых установлены вентиляторы конденсаторов.Known "Transport refrigeration unit" by as USSR No. 1525035, 60 N 1/32, F 25 D 19/00, 11/30/89, Bull. No. 44, comprising an automated refrigeration unit located on the frame, including a compressor unit installed inside the body with a cooler and outside the body, a condenser fan driven by a belt drive, and a compressor and fan drive motor, and a cooler fan located on the common drive shaft the engine, the cooler is installed coaxially with the fan, the compressor unit is made in the form of two compressors, the axes of which are parallel, symmetrically located Tel'nykh reduced engine shaft and connected thereto by means of said belt transmission, and the capacitors are arranged coaxially compressors, which are mounted on axles condenser fan.

Известна также «Система охлаждения и нагревания текучей среды» по патенту РФ №2078697, 6 В 60 Н 3/00, 10.05.97, Бюл. №13, содержащая электрический источник напряжения, подключаемый к нему по меньшей мере один термоэлектрический элемент, имеющий находящуюся в тепловом контакте с указанной текучей средой первую поверхность, охлаждаемую при первом режиме работы и нагреваемую при втором режиме работы, и вторую поверхность, соответственно нагреваемую при первом режиме работы и охлаждаемую при втором режиме работы, средство подвода текучей среды и первой указанной поверхности термоэлектрического элемента при первом режиме работы и подвода тепла к ней при втором режиме работы и последнее указанное средство выполнено в виде теплового аккумулятора, находящегося в тепловом контакте со второй указанной поверхностью термоэлектрического элемента.Also known is the "System for cooling and heating the fluid" according to the patent of the Russian Federation No. 2078697, 6 60 N 3/00, 05/10/97, Bull. No. 13, comprising an electrical voltage source, at least one thermoelectric element connected to it, having a first surface in thermal contact with said fluid, cooled in the first operation mode and heated in the second operation mode, and a second surface, respectively heated in the first operating mode and cooled during the second operating mode, means for supplying fluid and the first specified surface of the thermoelectric element during the first operating mode and supplying heat to it at the second mode of operation and the last specified tool is made in the form of a heat accumulator in thermal contact with the second specified surface of the thermoelectric element.

Однако эти вышеуказанные технические решения имеют существенные недостатки, а именно недостаточно экономичны и эффективны, ограничены по функциональному применению.However, these above technical solutions have significant drawbacks, namely, they are not economical enough and efficient, limited in functional use.

Известна система "Terno-King", используемая в теплоизолированных фургонах, включающая в себя дизельный привод и реверсивную холодильную систему, которая за счет смены направления потока фреона с помощью четырехходового клапана обеспечивает как охлаждение, так и нагревание рабочего теплоизолированного объема,The well-known system "Terno-King" used in insulated vans, including a diesel drive and a reversible refrigeration system, which by changing the direction of the freon flow using a four-way valve provides both cooling and heating of the working insulated volume,

Однако эта система сложна по конструкции и дорога в изготовлении, приводит к неоправданному расходу ресурса фреонового компрессора при работе в режиме нагрева в условиях пониженной температуры.However, this system is complex in design and expensive to manufacture, resulting in unreasonable consumption of the resource of a freon compressor when operating in heating mode at low temperatures.

Наиболее близкой по технической сути к заявляемому изобретению и принятой в качестве прототипа является система "тепло-холод" разработки фирмы "Элинж", Россия, г.Нижний Новгород (http://www.elinje.nnov.ru), включающая в себя фреоновую холодильную систему и тосоловый отопитель, работа которых контролируется единой системой поддержания температуры.The closest in technical essence to the claimed invention and adopted as a prototype is a "heat-cold" system developed by the company "Elinzh", Russia, Nizhny Novgorod (http://www.elinje.nnov.ru), which includes freon refrigeration system and antifreeze heater, the operation of which is controlled by a unified temperature control system.

К недостаткам этой системы следует отнести необходимость введения внутрь рабочего объема теплоизолированного фургона еще одной конструкции, расположенной на полу, так как в качестве такой системы обычно используется штатный тосоловый отопитель салона автомобиля "Газель" (ГАЗ-3302). Дополнительная конструкция на полу уменьшает и без того ограниченный объем фургона, а будучи поднятой вверх от пола, не работает эффективно как нагреватель. К тому же при низкой наружной температуре начинает переохлаждаться двигатель автомобиля.The disadvantages of this system include the need to introduce another design located on the floor into the working volume of the insulated wagon, since the standard antifreeze heater for the Gazelle car interior (GAZ-3302) is usually used as such a system. The additional construction on the floor reduces the already limited volume of the van, and when raised up from the floor, it does not work effectively as a heater. In addition, at low outside temperatures, the car engine begins to cool.

Целью предлагаемого изобретения является создание экономичной, эффективной, малогабаритной, с широкими функциональными возможностями системы нагревания и охлаждения воздуха внутри теплоизолированного объема транспортного средства, в частности - автомобиля.The aim of the invention is the creation of an economical, efficient, small-sized, with wide functionality system for heating and cooling the air inside the insulated volume of a vehicle, in particular a car.

Указанная цель достигается тем, что система "тепло-холод" для автомобиля с теплоизолированным фургоном, включающая холодильную систему, отопитель и систему их управления, дополнительно оснащена источниками тепловой энергии в виде ТЭНов, установленных внутри испарительного блока холодильной системы и получающих электроэнергию от дополнительного автомобильного генератора, установленного в подкапотном пространстве автомобиля, привод которого, а также компрессора холодильной системы, осуществляется посредством ременной передачи с одного шкива, в качестве дополнительного генератора использован автомобильный генератор постоянного тока, например, марки 2502.3771, который преобразован в трехфазный 40-вольтовый генератор переменного тока посредством исключения из его конструкции регулятора напряжения и диодного моста, а обмотки генератора могут быть соединены треугольником или звездой и изолированы от земли.This goal is achieved by the fact that the heat-cold system for a car with a heat-insulated van, including a refrigeration system, a heater and their control system, is additionally equipped with heat sources in the form of heating elements installed inside the evaporative block of the refrigeration system and receiving electricity from an additional automobile generator installed in the engine compartment of the vehicle, the drive of which, as well as the compressor of the refrigeration system, is carried out by means of a belt drive from one of the pulley, as an additional generator used an automobile DC generator, for example, brand 2502.3771, which is converted into a three-phase 40-volt alternator by eliminating the voltage regulator and diode bridge from its design, and the generator windings can be connected by a triangle or star and isolated from the earth.

На фиг.1 схематично показана система "тепло-холод" для автомобиля с теплоизолированным фургоном, на фиг.2 - график изменения температуры внутри теплоизолированного фургона от времени работы системы в режиме отопления при температуре наружного воздуха -16°С.Figure 1 schematically shows the system "heat-cold" for a car with a heat-insulated van, figure 2 is a graph of the temperature inside the heat-insulated van from the time the system was in heating mode when the outdoor temperature is -16 ° C.

Система состоит из компрессора 1, например, марки SD5H11, производительностью 110 см³/об при 2000 об/мин, мощностью 4 КВт (Япония), конденсатора 2 (для сжижения фреона), ресивера 3, расширительного клапана 4, испарителя 5, внутри которого расположены 6 ТЭНы сопротивлением 3 Ом, генератора переменного тока 7 с отключенной системой регулирования напряжения и удаленным диодным мостом.The system consists of a compressor 1, for example, brand SD5H11, with a capacity of 110 cm ³ / rev at 2000 rpm, 4 kW (Japan), a condenser 2 (for liquefying freon), a receiver 3, an expansion valve 4, an evaporator 5, inside of which 6 heating elements with a resistance of 3 ohms are located, an alternator 7 with a disconnected voltage regulation system and a remote diode bridge.

Привод генератора и компрессора осуществляется посредством ременной передачи 8 с одного шкива 9 оригинальной конструкции. Испаритель установлен в теплоизолированном фургоне 10. Система оснащена соединительными трубопроводами 11 и системой управления и контроля (на фиг.1 не показана).The generator and compressor are driven by a belt drive 8 from one pulley 9 of the original design. The evaporator is installed in a thermally insulated van 10. The system is equipped with connecting pipes 11 and a control and monitoring system (not shown in FIG. 1).

Система работает следующим образом (в режиме отопления).The system operates as follows (in heating mode).

В теплоизолированном объеме (фургоне автомобиля) 10 установлен фреоновый испаритель 5, в котором в качестве источника тепловой энергии применены ТЭНы, получающие электропитание от дополнительного 12-вольтового автомобильного генератора, который в результате вышеуказанных переделок превратился в 40-вольтовый трехфазный генератор переменного тока. При работе системы под нагрузкой напряжение на генераторе на ТЭНах падает до ~30 В, что позволяет в заявляемой системе, не перегружая чрезмерным током обмотки генератора, снимать с него (ТЭНами) до 900 Вт тепловой мощности. Так как ТЭНы компактны (диаметром 13 и длиной 400 мм), то для обеспечения достаточного эффекта для эксплуатации в режиме подогрева воздуха в теплоизолированном фургоне при наружной температуре до -30°С, они легко монтируются внутри конструкции фреонового испарителя вблизи его мощных вентиляторов, которые снимают тепло с ТЭНов и распределяют его по всему объему теплоизолированного фургона.A freon evaporator 5 is installed in a heat-insulated volume (car van) 10, in which heaters are used as a source of thermal energy, receiving power from an additional 12-volt automobile generator, which as a result of the above alterations turned into a 40-volt three-phase alternating current generator. When the system is operating under load, the voltage on the generator on the heating elements drops to ~ 30 V, which allows the inventive system, without overloading the generator windings, to remove up to 900 watts of thermal power from it (heating elements). Since the heating elements are compact (with a diameter of 13 and a length of 400 mm), in order to provide a sufficient effect for operation in the mode of heating the air in a thermally insulated van at an external temperature of -30 ° C, they are easily mounted inside the design of the freon evaporator near its powerful fans, which remove heat from the heating elements and distribute it throughout the volume of the insulated van.

При этом мощные вентиляторы обеспечивают достаточно эффективную циркуляцию воздуха в фургоне, что исключает значительные градиенты температуры в теплоизолированном фургоне, особенно при загроможденности перевозимым грузом. Кроме того, внутри фургона отсутствуют, в сравнении с прототипом, дополнительные конструкции холодильной системы, что увеличивает полезный объем фургона.At the same time, powerful fans provide sufficiently efficient air circulation in the van, which eliminates significant temperature gradients in a thermally insulated van, especially when the cargo is cluttered. In addition, inside the van there are no, in comparison with the prototype, additional design of the refrigeration system, which increases the useful volume of the van.

Предлагаемая система легко состыковывается с автоматикой холодильной системы и обеспечивает поддержание заданной температуры путем включения и выключения в соответствии с показателями датчика температуры тока подмагничивания на роторе дополнительного генератора (поз.7 на фиг.1) и вентиляторов испарителя.The proposed system is easily interfaced with the automation of the refrigeration system and ensures that the set temperature is maintained by turning the magnetization current temperature sensor on the rotor of the additional generator (pos. 7 in FIG. 1) and evaporator fans in accordance with the indicators.

Переоборудование штатного 12-вольтового генератора постоянного тока вышеуказанным способом позволило применить в системе его коммутации провода меньшего сечения, "превратить" его в трехфазный 40-вольтовый генератор переменного тока и, как следствие, создать высокоэффективную, компактную систему "тепло-холод" и обеспечить нагрев теплоизолированного объема фургона до +5°С при -35°С снаружи, а также охлаждение до -18°С при внешней температуре до +35°С более надежно, эффективно, экономично и за более короткое время по сравнению с подобными системами.Re-equipment of a full-time 12-volt DC generator with the above method made it possible to use wires of a smaller cross section in its switching system, “turn” it into a three-phase 40-volt alternator and, as a result, create a highly efficient, compact “heat-cold” system and provide heating the insulated volume of the van up to + 5 ° С at -35 ° С outside, as well as cooling to -18 ° С at an external temperature up to + 35 ° С more reliably, efficiently, economically and in a shorter time in comparison with similar systems ami.

Заявляемая система успешно освоена в производстве, освоена в автомобилях, в частности, марки "Газель" и эффективно эксплуатируется в России.The inventive system has been successfully mastered in production, mastered in cars, in particular, the brand "Gazelle" and is effectively operated in Russia.

Claims

The heat-cold system for a car with a heat-insulated van, containing a refrigeration system, a heater and their control system, characterized in that it is equipped with heat sources in the form of heating elements installed inside the evaporator block of the refrigeration system and receiving electricity from an additional automobile generator installed , for example, in the engine compartment of a car, the drive of which, as well as the compressor of the refrigeration system, is carried out by means of a belt drive from one pulley to An additional generator uses a 12-volt automobile DC generator, for example, brand 2502.3771, which is converted into a three-phase 40-volt alternator by eliminating the voltage regulator and diode bridge from its design, and the generator windings can be connected by a triangle or star and isolated from land.