RU2386549C1

RU2386549C1 - Vehicle air conditioner

Info

Publication number: RU2386549C1
Application number: RU2008141332/11A
Authority: RU
Inventors: Иосиф Исаевич Гринвальд (RU); Иосиф Исаевич Гринвальд; Лариса Алексеевна Белозерова (RU); Лариса Алексеевна Белозерова
Original assignee: Иосиф Исаевич Гринвальд
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2010-04-20

Abstract

FIELD: transport. ^ SUBSTANCE: invention relates to automotive industry. Proposed air conditioner comprises heat exchanger with airflow feed and discharge branch pipes, compressor and additional vortex chamber. Heat exchanger comprises additionally inlet branch pipes to accommodate cold outlet of additional vortex chamber. Said cold outlet of additional vortex chamber is connected to heat exchanger inlet additional branch pipe. Heat exchanger inlet branch pipes are arranged so that cold airflows formed by vortex chambers are directed towards each other along parallel channels. Hot outlet of additional vortex chamber is connected with separator. ^ EFFECT: higher reliability. ^ 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к системам кондиционирования воздуха, в частности к устройствам для создания комфортных условий в салоне транспортного средства и может быть использована в салоне легковых и грузовых транспортных средств, а также в кабинах дорожных, сельскохозяйственных машин и во внутреннем пространстве различной военной техники.The invention relates to air conditioning systems, in particular to devices for creating comfortable conditions in the passenger compartment of a vehicle and can be used in the passenger compartment of passenger cars and freight vehicles, as well as in the cabs of road, agricultural vehicles and in the interior of various military equipment.

Технической задачей данного изобретения является экономичное и надежное создание микроклимата в необходимом интервале температур окружающего воздуха с применением вихревой трубы в качестве источника холодного потока воздуха. Кондиционеры на основе вихревой трубы надежны в эксплуатации, могут применяться в условиях сильных вибраций и высоких температур, экологически безопасны.The technical task of this invention is the economical and reliable creation of a microclimate in the required range of ambient temperatures using a vortex tube as a source of cold air flow. Vortex tube-based conditioners are reliable in operation, can be used in conditions of strong vibrations and high temperatures, and are environmentally friendly.

Известны кондиционеры с применением вихревых труб. Основными составляющими кондиционеров являются вихревая труба, вывод холодного воздуха, вывод горячего воздуха, устройство для подачи под давлением воздуха в вихревую трубу, как правило компрессор, система трубопроводов, в том числе трубопровод, подводящий холодный воздух в охлаждаемый объем (потребителю). Вывод горячего воздуха соединен с атмосферой (например, RU 2171955 С1, 2001.08.10), что снижает эффективность (КПД) кондиционера, или со средствами для нагрева, используемыми в транспортном средстве в холодный сезон (RU 2213016 С2, 2003.09.27).Known conditioners using vortex tubes. The main components of air conditioners are a vortex tube, a cold air outlet, a hot air outlet, a device for supplying air to a vortex tube under pressure, usually a compressor, a piping system, including a pipeline supplying cold air to a cooled volume (consumer). The hot air outlet is connected to the atmosphere (for example, RU 2171955 C1, 2001.08.10), which reduces the efficiency (efficiency) of the air conditioner, or with heating means used in a vehicle during the cold season (RU 2213016 C2, 2003.09.27).

Известные модификации кондиционеров отличаются средствами, позволяющими обеспечить эффективное охлаждение вихревой трубы и утилизировать накапливающуюся в рубашке охлаждения вихревой трубы жидкость путем введения в схему кондиционера дополнительных блоков и связей. Известны кондиционеры, в которых предусмотрены средства для увлажнения воздуха, для повышения эффективности кондиционирования воздуха путем рационального использования потоков холодного и горячего воздуха, генерируемых вихревой трубой.Known modifications of air conditioners are distinguished by means that allow for efficient cooling of the vortex tube and utilize the liquid accumulated in the vortex tube cooling jacket by introducing additional blocks and connections into the air conditioning circuit. Air conditioners are known in which means are provided for humidifying the air in order to increase the efficiency of air conditioning by rationally using the flows of cold and hot air generated by the vortex tube.

Настоящее изобретение является кондиционером с эффективным охлаждением воздуха за счет использования новой схемы распределения холодного и горячего потоков.The present invention is an air conditioner with efficient air cooling through the use of a new distribution scheme for cold and hot flows.

Известен кондиционер, схема которого для повышения эффективности кондиционирования воздуха предусматривает наличие рекуперативного теплообменника и холодоприемника (RU 2193739 С2, 2002.11.27). Кондиционер содержит вихревую трубу, вывод горячего воздуха, которой через рекуперативный теплообменник соединен с холодоприемником, выход которого подключен к смесителю, подключенному к холодному концу вихревой трубы. Выход смесителя присоединен ко входу обратного потока рекуперативного теплообменника, выход которого с помощью трубопровода подсоединен к потребителю.Known air conditioning, the circuit of which, to increase the efficiency of air conditioning, provides for a regenerative heat exchanger and a cold receiver (RU 2193739 C2, 2002.11.27). The air conditioner contains a vortex tube, a hot air outlet, which is connected through a recuperative heat exchanger to a cold receiver, the outlet of which is connected to a mixer connected to the cold end of the vortex tube. The output of the mixer is connected to the inlet of the return flow of the regenerative heat exchanger, the output of which is connected to the consumer via a pipeline.

Недостатком кондиционера является сложность конструкции, связанная с наличием рекуперативного теплообменника и холодоприемника.The disadvantage of the air conditioner is the design complexity associated with the presence of a recuperative heat exchanger and a cold receiver.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является кондиционер, известный по RU 2280566 С1, 2006.07.27. Кондиционер содержит теплообменник с входным и выходным патрубками, компрессор, вихревую трубу, подключенную холодным концом к входному патрубку теплообменника. Вход в вихревую трубу соединен с компрессором через охладитель воздуха. Горячий конец вихревой трубы и выход из теплообменника подключены к входному патрубку компрессора.The closest analogue of the claimed invention is air conditioning, known according to RU 2280566 C1, 2006.07.27. The air conditioner comprises a heat exchanger with inlet and outlet pipes, a compressor, a vortex tube connected by a cold end to the inlet pipe of the heat exchanger. The entrance to the vortex tube is connected to the compressor through an air cooler. The hot end of the vortex tube and the outlet of the heat exchanger are connected to the compressor inlet pipe.

Недостатком этого кондиционера является низкий КПД, обусловленный потерями холодоподводящей мощности при смешении потоков воздуха с различной температурой и аэродинамическими характеристиками. Этот недостаток связан с тем, что в трубопровод, соединенный с входом компрессора, поступают два, имеющих различные скорости, направления распространения и температуры турбулентных потоков - поток воздуха, отбираемого из атмосферы с достаточно низкой температурой, и поток горячего воздуха из вихревой трубы. При этом на вход вихревой трубы, в условиях повышенных температур, подается воздух с температурой не ниже 45-50°С. При таких температурах разделяемого в вихревой камере воздуха, термодинамическая эффективность вихревой трубы сильно снижается и требуется использование компрессора повышенной мощности.The disadvantage of this air conditioner is its low efficiency, due to the loss of cooling power when mixing air flows with different temperatures and aerodynamic characteristics. This drawback is due to the fact that two pipes with different velocities, directions of propagation and temperature of turbulent flows enter the pipeline connected to the compressor inlet — a stream of air taken from an atmosphere with a sufficiently low temperature and a stream of hot air from a vortex tube. At the same time, at the entrance of the vortex tube, at elevated temperatures, air is supplied with a temperature of at least 45-50 ° C. At such temperatures of the air shared in the vortex chamber, the thermodynamic efficiency of the vortex tube is greatly reduced and the use of a compressor with increased power is required.

К недостаткам кондиционера следует также отнести отсутствие средств для увлажнения воздуха, необходимого для охлаждения вихревой камеры на начальной стадии формирования холодного и горячего потоков воздуха. Введение таких средств, с привлечением известных технических решений, приводит к дополнительному снижению КПД кондиционера.The disadvantages of the air conditioner should also include the lack of means for humidifying the air necessary for cooling the vortex chamber at the initial stage of formation of cold and hot air flows. The introduction of such funds, involving well-known technical solutions, leads to an additional reduction in the efficiency of the air conditioner.

Заявляемое изобретение обеспечивает получение технического результата, выражающегося в увеличении КПД устройства, в возможности использования компрессора более низкой мощности и в реализации охлаждения вихревой трубы на начальной стадии цикла формирования холодного и горячего потоков воздуха.The claimed invention provides a technical result, expressed in increasing the efficiency of the device, in the possibility of using a compressor of lower power and in the implementation of cooling a vortex tube at the initial stage of the cycle of formation of cold and hot air flows.

Технический результат достигается за счет того, что в кондиционер для транспортного средства, содержащий теплообменник с патрубками ввода и вывода потоков воздуха, компрессор, вихревую трубу, соединенную с выходом компрессора, вывод холодного воздуха которой подключен к патрубку ввода теплообменника, введен сепаратор, входные патрубки которого соединены с горячим выводом вихревой трубы и патрубком вывода теплообменника.The technical result is achieved due to the fact that in the air conditioner for the vehicle, containing a heat exchanger with inlets and outlets of air flows, a compressor, a vortex tube connected to the outlet of the compressor, the cold air outlet of which is connected to the inlet port of the heat exchanger, a separator is introduced, the inlet pipes of which connected to the hot outlet of the vortex tube and the outlet pipe of the heat exchanger.

Для эффективного охлаждения воздуха, проходящего через теплообменник к потребителю, камера энергетического разделения вихревой трубы располагается внутри патрубка ввода теплообменника. Это позволяет увеличить КПД устройства и снизить температуру воздуха в сепараторе.To effectively cool the air passing through the heat exchanger to the consumer, the energy separation chamber of the vortex tube is located inside the inlet of the heat exchanger. This allows you to increase the efficiency of the device and reduce the temperature of the air in the separator.

Целесообразно сепаратор соединить с камерой сбора конденсата, а выходной патрубок камеры сбора конденсата соединить с выходным патрубком сепаратора.It is advisable to connect the separator to the condensate collection chamber, and to connect the outlet pipe of the condensate collection chamber to the separator outlet pipe.

Целесообразно также расположить выходной патрубок камеры сбора конденсата в ее нижней части.It is also advisable to place the outlet pipe of the condensate collection chamber in its lower part.

Для повышения эффективности охлаждения потока горячего воздуха целесообразно горячий вывод вихревой трубы соединить с входным патрубком сепаратора через воздушный дроссель.To increase the cooling efficiency of the hot air stream, it is advisable to connect the hot outlet of the vortex tube to the inlet pipe of the separator through an air throttle.

Дроссель можно выполнить из навитой капиллярной металлической трубки, одним концом соединенной с патрубком горячего вывода вихревой трубы, а другим - с сепаратором.The throttle can be made of a wound capillary metal tube, one end connected to the hot outlet pipe of the vortex tube, and the other with a separator.

Для повышения эффективности охлаждения воздуха, проходящего через теплообменник к потребителю, целесообразно в кондиционер ввести дополнительную вихревую трубу, теплообменник выполнить с дополнительным патрубком ввода, соединенным с холодным выводом дополнительной вихревой трубы, патрубки ввода в теплообменнике ориентировать относительно друг друга так, что формируемые вихревыми трубами холодные потоки воздуха были направлены навстречу друг другу по параллельным каналам. При этом горячий вывод дополнительной вихревой трубы соединить с вышеупомянутым сепаратором.To increase the efficiency of cooling the air passing through the heat exchanger to the consumer, it is advisable to introduce an additional vortex tube into the air conditioner, perform the heat exchanger with an additional inlet pipe connected to the cold outlet of the additional vortex pipe, orient the inlet pipes in the heat exchanger relative to each other so that the cold formed by the vortex tubes air flows were directed towards each other through parallel channels. In this case, connect the hot outlet of the additional vortex tube to the aforementioned separator.

Целесообразно горячий вывод дополнительной вихревой трубы соединить с вышеупомянутым сепаратором через дополнительный воздушный дроссель.It is advisable to connect the hot outlet of the additional vortex tube to the aforementioned separator through an additional air throttle.

В заявляемом изобретении создан полностью замкнутый цикл, не требующий забора воздуха из атмосферы для формирования потока сжатого воздуха, подаваемого на вход вихревой трубы.In the claimed invention created a fully closed loop that does not require air intake from the atmosphere to form a stream of compressed air supplied to the entrance of the vortex tube.

На фиг.1 изображена схема заявляемого кондиционера, на фиг.2 - схема сепаратора с камерой сбора конденсата (стрелками указано направление движения потоков воздуха), на фиг.3 - схема кондиционера с двумя вихревыми трубами.Figure 1 shows a diagram of the inventive air conditioner, figure 2 is a diagram of a separator with a condensate collection chamber (arrows indicate the direction of air flow), figure 3 is a diagram of an air conditioner with two vortex tubes.

Кондиционер содержит вихревую трубу 1 с холодным выводом 2 и горячим выводом 3. Труба 1 соединена с выходом компрессора 4, ее холодный вывод 2 располагается внутри патрубка ввода теплообменника 5 и подключен к нему. Патрубок вывода теплообменника 5 соединен с первым входным патрубком сепаратора 6, второй входной патрубок которого соединен с горячим выводом 3 трубы 1 через воздушный дроссель 7. Выходной патрубок сепаратора 6 подведен к входному патрубку компрессора 4.The air conditioner contains a vortex tube 1 with a cold terminal 2 and a hot terminal 3. The pipe 1 is connected to the output of the compressor 4, its cold terminal 2 is located inside the inlet pipe of the heat exchanger 5 and connected to it. The outlet pipe of the heat exchanger 5 is connected to the first inlet pipe of the separator 6, the second inlet pipe of which is connected to the hot terminal 3 of the pipe 1 through the air throttle 7. The outlet pipe of the separator 6 is connected to the inlet pipe of the compressor 4.

В качестве воздушного дросселя 7 может быть использована любая конструкция, в частности, ее можно выполнить в виде металлической капиллярной трубки, завитой несколькими витками вокруг оси, проходящей через центр соответствующего входного патрубка сепаратора 6.Any design can be used as an air throttle 7, in particular, it can be made in the form of a metal capillary tube curled in several turns around an axis passing through the center of the corresponding inlet pipe of the separator 6.

В изображенном на фиг.2 варианте сепаратор 6 помещен в камеру 8 сбора конденсата, в нижней части которой имеется стакан 9 для сбора влаги, соединенный патрубком 10 с выходным патрубком сепаратора 6.In the embodiment shown in FIG. 2, the separator 6 is placed in a condensate collection chamber 8, in the lower part of which there is a glass 9 for collecting moisture, connected by a nozzle 10 to the outlet nozzle of the separator 6.

Схематично изображенный сепаратор 6 выполнен пластинчатым, однако этот вариант не исчерпывает возможности использования других конструкций сепаратора.Schematically depicted separator 6 is made lamellar, however, this option does not exhaust the possibility of using other designs of the separator.

В изображенном на фиг.3 кондиционере имеется дополнительная труба 11 с холодным выводом 12 и горячим выводом 13. Труба 11 соединена с выходом компрессора 4 и ее холодный вывод 12 подключен к дополнительному патрубку ввода теплообменника 5 и так же, как для первой вихревой трубы, располагается внутри него. Патрубки ввода теплообменника 5 на представленном варианте кондиционера расположены так, что формируемые трубами 1 и 11 холодные потоки воздуха направлены навстречу друг другу по параллельным трубопроводам. Горячий вывод 13 дополнительной вихревой трубы 11 соединен с сепаратором 6 через дроссель 7 так же, как горячий вывод 3 трубы 1 (см. фиг.2).In the air conditioner shown in FIG. 3, there is an additional pipe 11 with a cold terminal 12 and a hot terminal 13. The pipe 11 is connected to the output of the compressor 4 and its cold terminal 12 is connected to the additional inlet pipe of the heat exchanger 5 and, like the first vortex tube, is inside of it. The inlet pipes of the heat exchanger 5 on the presented version of the air conditioner are located so that the cold air flows formed by pipes 1 and 11 are directed towards each other through parallel pipelines. The hot lead 13 of the additional vortex tube 11 is connected to the separator 6 through the inductor 7 in the same way as the hot lead 3 of the pipe 1 (see figure 2).

Кондиционер работает следующим образом.Air conditioning works as follows.

Холодный воздух с холодного вывода 2 трубы 1 поступает в патрубок ввода теплообменника 5 под давлением, обеспечивая эффективное охлаждение внешней поверхности теплообменника.Cold air from the cold outlet 2 of the pipe 1 enters the inlet pipe of the heat exchanger 5 under pressure, providing effective cooling of the outer surface of the heat exchanger.

Прошедший теплообменник 5 охлажденный воздух и горячий воздух с горячего вывода 3 трубы 1 поступают через разные трубопроводы в сепаратор 6. Воздушный дроссель 7 способствует предварительному охлаждению горячего воздуха перед его поступлением в сепаратор 6. В сепараторе 6 турбулентные потоки, температура которых сильно отличается, смешиваются, вызывая конденсацию содержащихся в них водяных паров. Конденсат скапливается в стакане 9.Passing the heat exchanger 5, the cooled air and hot air from the hot outlet 3 of the pipe 1 pass through different pipelines to the separator 6. The air throttle 7 helps to pre-cool the hot air before it enters the separator 6. In the separator 6, the turbulent flows, the temperature of which is very different, are mixed, causing condensation of the water vapor contained in them. Condensate accumulates in a glass 9.

Одновременно с конденсацией водяных паров, элементы сепаратора 6 выполняют роль ресивера, обеспечивающего выравнивание давления поступающих в него воздушных потоков. Вследствие этого на вход компрессора 4 поступает воздушный поток, аэродинамические характеристики которого позволяют обеспечить необходимое сжатие воздуха с использованием компрессора меньшей мощности, чем в прототипе.Simultaneously with the condensation of water vapor, the elements of the separator 6 act as a receiver, ensuring equalization of the pressure of the incoming air flows. As a result of this, an air stream enters the compressor inlet 4, the aerodynamic characteristics of which allow for the necessary air compression using a compressor of lower power than in the prototype.

Из-за перепада давления на границе раздела сконденсированных водных паров в стакане 9 камеры 8, жидкость из стакана 9 поступает в патрубок 10 и вместе с воздухом из сепаратора 6 подается в компрессор 4, обеспечивая увлажнение воздуха, поступающего в вихревую трубу 1 и способствует ее охлаждению на начальной стадии цикла формирования холодного и горячего потоков воздуха.Due to the pressure drop at the interface between the condensed water vapor in the glass 9 of the chamber 8, the liquid from the glass 9 enters the pipe 10 and together with the air from the separator 6 is supplied to the compressor 4, providing humidification of the air entering the vortex tube 1 and contributes to its cooling at the initial stage of the cycle of formation of cold and hot air flows.

Теплообменник 5 обдувается вентилятором (не изображен). Охлажденный воздух направляется в выбранную зону охлаждения - в салон транспортного средства, в кабину водителя и т.п.The heat exchanger 5 is blown by a fan (not shown). Cooled air is sent to the selected cooling zone - to the vehicle interior, to the driver's cab, etc.

При использовании в кондиционере дополнительной трубы 11 можно применять любую конструкцию сепаратора 6, элементы которого позволяют обеспечить быстрое развихрение поступающих в него воздушных потоков.When using an additional pipe 11 in the air conditioner, any design of the separator 6 can be used, the elements of which allow for a quick swirl of the incoming air flows.

Таким образом в кондиционере реализуется полностью замкнутый цикл по воздушному потоку, не требующий забора воздуха из атмосферы для формирования потока сжатого потока воздуха, подаваемого на вход вихревой трубы.Thus, the air conditioner implements a completely closed cycle through the air flow, which does not require air intake from the atmosphere to form a stream of compressed air flow supplied to the inlet of the vortex tube.

Достоинством устройства является то, что оно может без существенных изменений конструкции использоваться как в грузовых и легковых автомобилях, так и в тяжелой технике (в том числе военной), работающей в условиях больших загрязнений и запыленности, а также при сильных вибрациях. Устройство позволяет использовать небольшие компрессоры малой мощности, что важно для экономии энергоресурсов в транспортном средстве.The advantage of the device is that it can be used without significant structural changes both in trucks and cars, and in heavy equipment (including military), operating in conditions of large pollution and dust, as well as with strong vibrations. The device allows the use of small compressors of low power, which is important for saving energy in the vehicle.

Claims

1. The air conditioner for the vehicle, comprising a heat exchanger with air inlet and outlet nozzles, a compressor, a vortex tube, characterized in that an additional vortex tube is introduced into it, the heat exchanger is made with an additional inlet nozzle, in which the additional cold outlet is located and connected to it vortex tubes, inlet pipes in the heat exchanger are oriented relative to each other so that the cold air flows formed by the vortex tubes are directed towards each other in parallel Alam, the hot output more vortex pipes coupled to the aforementioned separator.

2. The air conditioner according to claim 1, characterized in that the hot outlet of the additional vortex tube is connected to the aforementioned separator via a throttle.

3. The air conditioner according to claim 2, characterized in that the throttle is made of a wound capillary metal tube, one end connected to a vortex tube hot outlet pipe, and the other to a separator.