Отопительная установка автономного рефрижераторного вагона

Отопительная установка автономного рефрижераторного вагона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА АВТОНОМНОГО РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ВАГОНА, содержащая преобразованную в тепловой насос холодильно-компрессорную установку, снабженную испарителем и приводимую в действие дизель-генераторным агрегатом, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективного коэффициента преобразования теплового насоса и экономии топлива за счет увеличения температуры источника низкого потенциала , т.е. воздуха, проходящего через испаритель, она снабжена эжектором для пропуска охлаждающего дизель-генераторный агрегат воздуi ха и подсоса отработавших в дизеле газов, а также |последовательно соеСО диненными с эжектором теплообменником н смесителем для подачи нагретого воздуха к испарителю.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. 3151) ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3438557/27-11 (22) 01.04 ° 82 (46 ) 15.10.83. Бюл. 9 38 (72) Е.Т. Бартош, К.Ф. Аксенов и В.С. Сорокин (71) Всесоюзный заочный институт инженеров железнодорожного транспор.та (53) 629.113.06:628.81(088.8) (56) 1. Осадчук Г;И. и др. Холодильное оборудование вагонов и кондиционирование воздуха. М., "Транспорт", 1974, с. 222, рис. 121.

2. Бартош F..Т. Энергетика изотермического подвижного состава.

M. "Транспорт", 1976, с,, 41, рис.25 (прототип).

„„SU„„.1 047734 (54) (57 ) ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

АВТОНОМНОГО РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ВАГОНА, содержащая преобразованную в тепловой насос холодкльно-компрессорную установку, снабженную испарителем и приводимую в действие дизель-генераторным агрегатом, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения. эффективного коэффициента преобразования теплового насоса и экономии топлива эа счет увеличения температуры источника низкого потенциала„ т.е. воздуха, проходящего через испаритель, она снабжена эжек« тором для пропуска охлаждающего дизель-генераторный агрегат воздуха и подсоса отработавших в дизеле . р газов, а также последовательно соединенными с эжектором теплообменником н смесителем для подачи нагретого воздуха к испарителю.

1047734 телю теплового насоса. Смеситель слу. жит для интенсификации смешения га- зовоздушной смеси, имеющей высокую .температуру, с холодным воздухом.

Таким образом, за счет утилизации теплоты дизеля температура источника, низкого потенциала теплового насоса значительно повышается, и, следовательно, повышается количество теплоты переносимой в установке источнику высокого потенциала, т. е. воздуху, циркулирующему в грузовом помещении вагона..

Когда работа теплового насоса прекращается, а необходимый температурный режим в вагоне обеспечивается. подогревом воздуха за счет теплоты, .выделяемой при работе вентиля-. торов-циркуляторов, имеющихся в вагоне, а также утилизированной теплоты дизеля, то эта теплота передается непосредственно воздуху, цирку- . лирующему в грузовом помещении вагона, теплопередающей поверхностью теплообменника.

На фиг. 1 схематически изображе-.

-на отопительная установка автономного рефрижераторного нагона, на фиг. 2 - график приращения абсолютной величины эффективного коэффициеи" та преобразования теплового насоса

49 ф и .приращение экономии топлива на работу дизель-генераторного агрегата аЭ в зависимости от степени эжекции сп.

Установка (фиг. 1)имеет ступень 1 низкого давления и ступень 2 высо кого давления компрессора теплового насоса, испаритель 3, конденсатор 4, терморегулируюшие вентили

5 и 6, дизель-генераторный агрегат

7, вентилятор 8 воздушного охлаждения дизеля, выхлопной коллектор 9 дизеля, эжектор 10, теплообменник

11, короб 12 потока наружного воздуха, смеситель 13, короб 14 нагреваемого воздуха, циркулирующего в грузовом помещении вагона и несколько перекрывных кранов 15. На фиг. 1. пунктирными линиями показано движение холодильного агента работы установки в режиме холодильной машины, а сплошными — в режиме теплового насоса.

Отопительная установка работает следующим образом. При температуре внутри грузового помещения рефрижераторного вагона ниже установленно го предела включается холодильнокомпрессорная устаноВка, работающая в режиме теплового насоса. Отработавшие газы дизеля через соответст-, вующий кран 15 пропускаются через эжектор 10. За счет разрежения, создаваемого отработавШими газами дизеля.при прохождении через эжектор происходит подсос части воздуха, охИзобретение относится как к. железнодорожному транспорту, в частности к отопительным установкам рефрижераторных вагонов, так и к холодильной технике в частности. к тепловым насосам.

Известна отопительная установка автономного рефрижераторного вагона, в которой для подогрева циркулирующего в грузовом помещении вагона воздуха в холодное. время года 10 имеются электрические на греватели, питаемые электрической энергией от дизель- геиераторного агрегата рефри, жераторного вагона (1).

Недостатком известного устройства 5 является трансформация электрической энергии,в тепловую, не выгодная с технико-экономической точки зрения.

Наиболее блйзкой к изобретению явля ется отопительная устав овка автономно

ro рефрижератора вагона, содержащая преобразованную в тепловой насос холодильно-компрессорную установку, снабженную испарителем и приВодимуЮ в действие дизель-генераторным агРегатом g2 ).

Известна установка может решать две задачи: охлаждение и нагрев воздуха в вагоне. Тепловой насос осуществляется изменением функций конденсатора и испарителя. 30

Недостатком такой установки является низкая величина эффективного коэффициента преобразования, так как источник низкого потенциала, которым является окружающий вагон воздух, имеет низкую теь1ператуРУ

Цель изобретения — устранение ука эанного выше недостатка, т.- .е. повышение эффективного коэффициента 40 преобразования теплового, насоса и зкономии топлива путем увеличения температуры источника низкого потен- циала, т.е. воздуха, проходящего через испаритель. 45

Поставленная цель достигается .тем, что отопительная установка, содержащая преобразованную в тепловой насос холодильно-компрессорную уста- новку, снабженную испарителем и приводимую .в действие дизель-генераторным агрегатором, снабжена эжектоРом для пропуска охлаждающего диэельгенераториый агрегат воздуха и подсоса отработавших в дизеле газбв, а также последовательно соединенными с эжектором теплообменникоь| и смесителем для подачи нагретого воздуха к испарителю.

Отработавшие газы дизеля,-проходя через эжектор, засасывают воздух, 60 охлаждающий поверность дизеля. Полученная в эжекторе газовоздушная смесь подается в специальный смеси-: тель, где она смешивается с наруж"

«ным воздухом, поступающим к испари- 65

Эффективность изобретения выражается в повышении эффективного коэффициента преобразования - основного технико-экономического показателя теплового насоса, а также.в эконо мии топлива дизеля отопительной установки вагона, что можно пока(зать. следующим расчетом.

Массовый. расход продуктов сго рания дизеля, кг/ч е(, - коэффициент избытка воздуха (для. дизелей

d = 1,6...2,04 теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1 кг топлива. Для дизельного топлива принимаем Ь, =

14,5 кг/кг, 9 --часовой расход топлива при работе дизеля на номинальном режиме, IcI"/÷ (2) где М ф - номинальная эффективная мощность; .ф ф= 0,265 кг/эф. кВт-ч — удельный эффективный расход топлива дизеля.

Массовый расход газовоздушной смеси, кг/ч

0 ох G c коэффициент эже" ции, Gох- массовый расход части охлаждающего дизель воздуха, идущей в эжектор, кг/ч.

Уравнение теплового баланса смешения в эжекторе I

0пссрт хх в) ox ры(з ox) Отсюда, принимая теплоемкости продуктов сгорания и воздуха одинаковыми, получим (4„+ гпЬэх), (И

1 где - температура газовоздушной смеси после эжектора, Ф„„ - температура уходящих из дизеля продуктов сгорания. В расчетах принята

450оСу

1 - температура охлаждающего воздуха пооле теглообмеиа со стенками цилиндров дизеля,. Исходя из значений нормальной температуры головки диэеля в обыч3 . 1047734 4

k лаждающего дизель-генераторный агрегат 7. В эжекторе выхлопные газы и воздух смешиваются. Через соответствующий кран 15 .смесь поступает в специальный смеситель. 13, который расположен в коробе 12 потока холодного воздуха окружающей ва гон среды. Здесь происходит смешение этого воздуха с газообразной средой высокой температуры. Нагре тая среда источника низкого потенциа- 0, ла вентилятором просасывается через теплопередающую поверхность,испарйтеля 3 теплового насоса. В ис- .. где парителе легкокипящий холодильный агент отнимает теплоту от источника низкого потенциала, который в рао- сматриваещзй установке имеет тем пературу, значительно большую тем« пературы окружающего вагон холодного воздуха. После испарителя холодильный агент поступает сначала в 20 ступень, 1 низкого давления, а затем в ступень 2 высокого давления поршневого компрессора. Сжатый в компрессоре .холодильный агент поступа-. ет в конденсатор 4 теплового насоса. 25 5=N

В процессе переохлаждения и конден сации .пара холодильного агента в конденсаторе теплота отдается источнику высокого потенциала, т.е. воздуху, циркулирующему в грузовом помещении 30 вагона.. Жидкий холодильный агент че. -. рез регулирующий вентиль 5 поступает вновь в испаритель 3 теплового насо са. Таким образом, в отопительной установке вагона к источнику высо- 6 =(+ т) 4

:кого потенциала переносится не тольtS нс ко теплота окружающей вагон среды, но и частично утилизованная тепло« та дизеля дизель-генераторного агрегата автономного рефрижераторного,. вагона. 40

В случае, когда температура окружающего воздуха не слишком низ- ка, установка, работающая в режиме ..теплового насоса, выключается. В этом случае для йоддержания.необхо 45 димой температуры в грузовом поме-. щении рефрижераторного вагона дос- таточно будет теплоты, выделяемой при работе в нем вентиляторов-цир- :куляторов, а также утилизированной теплоты дизеля. Необходимо отменить.; что холодильно-отопительная установка существующих автономных рефриже-: раторных вагонов предусматривает, непрерывную работу дизель-генераторного агрегата. При выключенном тепловом насосе путем переключения соотг» ветствующих кранов 15 смесь выхлоп»:.. ных газов дизеля и охлаждающего дизель воздуха через эжектор 10 пос тупает в теплообменник 11. Здесь . : Qj утилизированная теплота дизеля через теплопередающую поверхность тепло- .обменника передается потоку нагреваемого воздуха, циркулирующему в грузовом помещении вагона.

1047734 р- где но реализуемых температу ных напоров в воздушном охлаждении двигателей, будем приближенно считать о((= 60 С. .уравнение теплового баланса смешения газовоздушного потока с атмосферным воздухом ! eNСр в с) гВСр(9 S)

Отсюда температура атмосферного воздуха перед испарителем после подогре

SB (4t(+ t (7! где 1 - температура атмосферного с воздуха;

Ю

А "ви

1 где Q — массбвый расход атмосферного воздуха через испаритель, кг/ч.

Будем считать, что повышение: температуры воздуха 1с приведет: к такому же увеличению температуры кипения холодильного агента в испарителе

410-Ис-15

Соответствующее изменение эффективного коэффициента преобразования и его опорное значение выражаются следующими уравнениями:, эф 2, 1М "инд (м "эд сл О(К aT (В) (Т„-Т,) э(Ч "ммд Э.м "э* эсл к (9) эф Т„-Т где (, - степень термодинамического совершенства цикла теплового насоса, индикаторный КПД компресинд сора установки>

- механический КПД компресм сора установки;

КПД электродвигателя компрессора;

Т -. абсолютная температура к конденсации холодильного агента

То - абсолютная т. кип. холодильного агента;

4ТΠ— повышение т. кип. холодильного агента в испа- . рителя за счет утилизации теплоты дизеля; (с„- КПД служебных расходов.

Ч+М

) — — (эо(1 сл q+g +g вк . ви!

Из данных фиг. 2 прежде всего

45 следует, что отопительная установка автономного рефрижераторного вагона за счет утилизации теплоты

Дизеля реально обеспечит прира- щение абсолютной величины эффективного коэффициента преобразования

ЬЧ в зависимости от температуры, окружающей среды на 27 — 55% и вф экономию топли ва около 8, 5-11, 5 Ъ по сравнению с простым преобразо э ванием работы холодильной машины

55 автономного рефрижераторного вагона в тепловой насос и на 17-24% по .сравнению с прямой .трансформацией тепловой энергии в электрическую.

Реализация изобретения не тре60 бует значительных затрат, так как конструктивное выполнение схемы установки достаточно простое. коэффициент преобразования без учета служебных расходов;

"вк - "ei I

" вн

5 вк где вк

H - мощность электродвигателя вентилятора конденсатора) и — мощность электродвигателя ви вентилятора испарителя;

10 М - мощность компрессора уста

IC новки — Результирующее 1приращенив: эконо- ) мии топлива на работу дизель-генераторной установки рефрижераторнбго ваго а на в рассматриваемой отопитель- ной установке можно оценить по зна. чению.49зy т.е.

33= .4У, 1ОО, %

2 aô, эф

Для рассматриваемой отопительной установки автономного рефрижератор- ного вагона выполнены расчеты по определению величин 4Ч(эф и 4 Э в зави симости от коэффициента эжекции rn, В расчетах коэффициенты и (1 определялись или выбим э* рались по известным аналитическим или графическим зависимостям для . Фреоновых компрессоров и встроенных

З0 электродвигателей .. . На фиг. 2 приведены результаты расчетов. Величины д(("дф и Ь Э на этой фигуре представлены в зависимости от коэффициента эжекции (и .

35 Параметрами являются исходные температуры окружающей среды 1 =. -40 С (сплошные линии ), tc = -30 С (пунктирные линии f и С = -20 С (штрихпунктирные линии ). Помимо указан40 ных выше цифр расчета принято:

6000 кг/ч; (1 ф= 7,5 кВт; и и

М,„= 0,,2.

1047734

Филиал ППП "Патент", r . УжгоРод, ул. Проект н ая, 4