Система для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДОГРЕВА КАБИНЫ АВТОМОБИЛЯ И АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ(71) Заявитель Научно-инженерное республиканское унитарное предприятие Белавтотракторостроение(72) Авторы Высоцкий Михаил Степанович Харитончик Сергей Васильевич Баулин Сергей Сергеевич Ярусов Анатолий Григорьевич(73) Патентообладатель Научно-инженерное республиканское унитарное предприятие Белавтотракторостроение(57) 1. Система для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи, содержащая теплоаккумулятор с теплоемким наполнителем и нагревательными трубопроводами,предназначенными для подключения к трубопроводам системы охлаждения двигателя,радиатор, электрический вентилятор, датчик температуры, теплозащитный контейнер для установки аккумуляторной батареи и упомянутого датчика, и воздуховоды с заслонками,отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок управления и два электромагнита для управления положением заслонки в воздуховоде упомянутого контейнера, а радиатор встроен в теплоаккумулятор, причем положительный полюс аккумуляторной батареи подключен к первому входу блока управления, а отрицательный полюс соединен с первым входом питания датчика температуры, второй вход питания которого подключен к первому выходу блока управления, вторым входом соединенного с выходом датчика 27442006.06.30 температуры, второй выход блока управления связан с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи, первым выводом вентилятора и первыми выводами электромагнитов,вторые выводы вентилятора и электромагнитов соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что радиатор выполнен в виде группы каналов, открытых с противоположных боковых сторон теплоаккумулятора для продувки через него воздушного потока, создаваемого вентилятором.(56) 1. Патент 2057032, 1996. 2. Патент 2120057, 1998. 3. Заявка на патент 99101445, 2000. Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно - к средствам подогрева кабин (салонов) автомобилей, тракторов и других мобильных машин, а также используемых на них аккумуляторных батарей. Подогрев кабины в холодное время производится с целью создания температуры,комфортной для труда и отдыха водителя и пассажиров. В тепловом комфорте нуждаются и свинцово-кислотные аккумуляторные батареи, широко применяемые на транспортных средствах. Недопустимо охлаждение батареи ниже нулевой температуры, что приводит к уменьшению токоотдачи, а замерзание электролита может вызвать коробление пластин и растрескивание корпуса. Широко известны устройства подогрева кабины автомобиля, содержащие радиатортеплообменник, подогреваемый горячей охлаждающей жидкостью от работающего двигателя, вентилятор, продувающий воздух через теплообменник, воздуховод и регулирующую заслонку. Воздух, нагретый в теплообменнике, подается вентилятором в кабину транспортного средства. Недостаток этих устройств состоит в том, что они работоспособны только при работе двигателя. При вынужденной ночевке водителей и пассажиров в дорожных условиях в холодное время приходится запускать двигатель, который нерационально расходует топливо, создает шум и наносит экологический вред. Известно отопительное устройство для транспортных средств 1, содержащее маслонаполненный картер двигателя, насос, масляный трубопровод, теплообменники, теплоаккумулятор в виде монолитной плиты из материала с высокой теплоемкостью, например бетона. Плита-теплоаккумулятор размещена на спальном месте водителя. Недостаток этого устройства в том, что оно предназначено для подогрева не всей кабины, а только спального места водителя. Другой недостаток - низкая эффективность бетонного теплоаккумулятора, который быстро остывает после выключения двигателя. Известно также устройство подогрева для автомобильного двигателя жидкостного охлаждения 2. Это устройство содержит теплозащитный контейнер для аккумуляторной батареи, по крайней мере, один тепловой датчик, ручной переключатель, блок управления и внешний отопитель, соединенный трубопроводом, охватывающим систему обогрева салона автомобиля и систему нагрева аккумуляторной батареи. Недостаток этого устройства состоит в том, что источником тепла является внешний отопитель, а тепло, выделяемое двигателем во время его работы, не аккумулируется и не используется. Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является система охлаждения двигателя внутреннего сгорания и отопления салона автомобиля 3. В этой системе для отопления салона автомобиля используется тепло, полученное из системы охлаждения работающего двигателя и накопленное в теплоаккумуляторе. Система содержит теплоаккумулятор, насос с электроприводом, радиатор, гидравлические переключатели потоков теплоносителя, соединяющие их трубопроводы и электрический вентилятор. 2 27442006.06.30 Недостатки этой системы в большой сложности и низкой эффективности. Для извлечения тепла из теплоаккумулятора используется насос с электроприводом, что требует затрат энергии. Система также неудобна в эксплуатации. Для включения отопления салона автомобиля водитель должен выполнить четыре действия включить электроприводы насоса и вентилятора, установить в нужное положение два гидравлических переключателя. Задачей настоящего технического решения является упрощение и повышение эффективности системы подогрева кабины транспортного средства и аккумуляторной батареи. Поставленная задача решена в системе для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи, содержащей теплоаккумулятор с теплоемким наполнителем и нагревательными трубопроводами, предназначенными для подключения к трубопроводам системы охлаждения двигателя, радиатор, электрический вентилятор, датчик температуры,теплозащитный контейнер для установки аккумуляторной батареи и упомянутого датчика и воздуховоды с заслонками, причем, согласно техническому решению, система дополнительно содержит блок управления и два электромагнита для управления положением заслонки в воздуховоде упомянутого контейнера. При этом положительный полюс аккумуляторной батареи подключен к первому входу блока управления, а отрицательный полюс соединен с первым входом питания датчика температуры, второй вход питания которого подключен к первому выходу блока управления, вторым входом соединенного с выходом датчика температуры. Второй выход блока управления связан с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи, первым выводом вентилятора и первыми выводами электромагнитов. Вторые выводы вентилятора и электромагнитов соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления. Особенность предлагаемой системы состоит в том, что радиатор выполнен встроенным в теплоаккумулятор в форме группы полостей, открытых с противоположных боковых сторон теплоаккумулятора для продувки через него воздушного потока, создаваемого вентилятором. Основной технический эффект от применения предлагаемой системы состоит в упрощении ее конструкции, обеспечении комфортной температуры в кабине автомобиля и автоматическом поддержании температуры аккумуляторной батареи в заданных пределах как во время работы двигателя, так и в течение продолжительного времени после его выключения. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи, а на фиг. 2 - схема блока управления. Система (фиг. 1) содержит теплоаккумулятор 1 с теплоемким наполнителем 2 и нагревательными трубопроводами 3 и 4, предназначенными для подключения к трубопроводам системы жидкостного охлаждения двигателя. В качестве наполнителя 2 могут использоваться парафин, церезин, октагидрат гидроксида бария и другие материалы, имеющие температуру плавления в диапазоне от 40 до 80 С. В верхней части теплоаккумулятора 1 выполнена группа каналов 5, проходящих через теплоемкий наполнитель 2. Торцы каналов 5 открыты с противоположных боковых сторон теплоаккумулятора 1. Система содержит также электровентилятор 6, предназначенный для продувки воздушного потока через каналы 5, воздуховоды 7 и 8, теплозащитный контейнер 9 для установки аккумуляторной батареи 10 и датчика температуры 11, электромагниты 12 и 13 и блок управления 14. Воздуховод 7, предназначенный для направления воздушного потока в кабину автомобиля (не показана), содержит регулирующую заслонку 15 с ручным управлением (элементы управления не показаны). Воздуховод 8, предназначенный для направления воздушного потока в контейнер 9, содержит подвижную заслонку 16, которая имеет плоскую центральную часть, а два противоположных конца служат сердечниками электромагнитов 12 и 13. В половине плоскости заслонки 16, взаимодействующей с электромагнитом 13, выполнено отверстие для пропускания воздушного потока через воздуховод 8. 3 27442006.06.30 На фиг. 1 схематично показаны также двигатель 17 автомобиля, радиатор 18 и гидравлический насос 19, последовательно соединенные трубопроводами 20 и 21 жидкостной системы охлаждения. Положительный полюс аккумуляторной батареи 10 подключен к первому входу блока управления 14, а отрицательный полюс соединен с первым входом питания датчика температуры 11, второй вход питания которого подключен к первому выходу блока управления 14. Второй вход блока управления 14 соединен с выходом датчика температуры 11, а второй выход связан с отрицательным полюсом аккумуляторной батареи 10, первым выводом вентилятора 6 и первыми выводами электромагнитов 12 и 13. Вторые выводы вентилятора 6 и электромагнитов 12 и 13 соединены соответственно с третьим, четвертым и пятым выходами блока управления 14. Блок управления 14 может быть выполнен на различной элементной базе, схема одного из возможных вариантов изображена на фиг. 2. Блок 14 содержит транзистор 1, диоды 1-3, резисторы 1-3, конденсатор С 1, выключатель 1 и стабилизатор напряжения . Цифрами 22 и 23 обозначены соответственно первый и второй входы блока 14, а цифрами с 24 до 28 - соответственно выходы с первого по пятый. Стабилизатор напряженияпредставляет собой типовую микросхему, преобразующую напряжение аккумуляторной батареи бат в стабилизированное напряжение, необходимое для питания датчика температуры 11 (фиг. 1). Для облегчения описания работы блока управления 14 на фиг. 2 показаны также вентилятор 6 и электромагниты 12, 13. Связи между перечисленными элементами показаны на фиг. 2. Датчик температуры 11, используемый в предлагаемой системе, представляет собой типовую интегральную микросхему, содержащую цифровой сенсор температуры и энергонезависимую память для записи в цифровой форме нижней Тн и верхней Тв температурных границ. В качестве примера можно принять Тн 0 С и Тв 5 С. Датчик температуры 11 содержит также выходной транзистор, который в зависимости от температуры окружающей среды может быть в разомкнутом или замкнутом состоянии. Предлагаемая система для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи работает следующим образом. Основным источником тепла на транспортных средствах (автомобилях, тракторах,строительной и военной технике) является двигатель внутреннего сгорания 17. При его работе охлаждающая жидкость с температурой 100-110 С с помощью насоса 19 прокачивается по трубопроводам 20 и 21, подключенным к трубопроводам 3 и 4, через теплоаккумулятор 1, в котором теплоемкий наполнитель 2 расплавляется. В процессе плавления происходит поглощение большого количества тепла и накопление его в теплоаккумуляторе 1. После выключения двигателя 17 температура в теплоаккумуляторе 1, имеющем теплозащитный корпус, медленно понижается. При достижении температуры застывания наполнителя 2 происходит выделение большого количества тепла, в результате чего в теплоаккумуляторе 1 в течение длительного времени (несколько суток) поддерживается высокая температура. При необходимости подогрева кабины автомобиля водитель включает выключатель 1 (фиг. 2), в результате чего напряжение аккумуляторной батареи 10 подается на вентилятор 6, который начинает продувать воздух через группу каналов 5 теплоаккумулятора 1. Нагретый воздух по воздуховоду 7 будет поступать в кабину. Интенсивность воздушного потока может регулироваться поворотом заслонки 15. Температура в теплозащитном контейнере 9 с аккумуляторной батареей 10 измеряется датчиком 11, который получает питание из стабилизатора(фиг. 2). 4 27442006.06.30 Если температура в контейнере 9 выше верхней границы (Т 9 Тв), то выходной ключевой транзистор в датчике 11 разомкнут (весьма большое сопротивление). Если же температура в контейнере 9 понизилась ниже нижней границы (Т 9 Тн), то транзистор в датчике 11 замыкается на отрицательный полюс аккумулятора 10. Переключение ключевого транзистора в датчике 11 изменяет режим работы блока управления 14. При температуре Т 9 Тн блок управления 14 включает вентилятор 6 (если он уже был включен водителем,то подтверждается включение) и подает кратковременный импульс на электромагнит 12,который перемещает заслонку 16 влево (фиг. 1) и открывает воздуховод 8 для поступления теплого воздуха в контейнер 9. При повышении температуры в контейнере 9 выше верхней границы (Т 9 Тв) блок управления 14 выключает вентилятор 6 (если он был включен водителем для подогрева кабины, то вентилятор остается включенным) и подает кратковременный импульс на электромагнит 13, который перемещает заслонку 16 вправо(фиг. 1) и закрывает воздуховод 8. Поступление теплого воздуха в контейнер 9 прекращается. Таким образом, температура в контейнере 9 с аккумуляторной батареей 10 в холодное время автоматически поддерживается в установленных границах от Тн до Тв. Блок управления 14 (фиг. 2) работает следующим образом. Исходным состоянием блока 14 будем считать такое, когда ключевой транзистор в датчике 11 разомкнут и последовательно с резистором 2 (фиг. 2) включено весьма большое сопротивление. В этом состоянии транзистор 1 будет закрыт и напряжение на вентилятор 6 не подается (выключатель 1 ручного включения вентилятора 6 будем считать разомкнутым). Электромагниты 12 и 13 обесточены. При снижении температуры в контейнере 9 ниже нижней границы ключевой транзистор в датчике 11 замыкается и резистор 2 (фиг. 2) подключается на отрицательный полюс батареи 10. В результате транзистор 1 открывается, напряжение батареи 10 подается на вентилятор 6, который начинает продувать воздух через теплоаккумулятор 1. Положительный импульс напряжения с коллектора 1 через конденсатор С 1 и диод 2 поступает на электромагнит 12, который перемещает заслонку 16 влево (фиг. 1) и открывает воздуховод 8 в контейнер 9. После перезаряда конденсатора С 1 электромагнит 12 обесточивается, а воздуховод 8 остается открытым для пропуска теплого воздуха. Положительный импульс напряжения с коллектора 1 не проходит через диод 3, поэтому электромагнит 13 остается обесточенным. При повышении температуры в контейнере 9 выше верхней границы ключевой транзистор в датчике 11 размыкается и резистор 2 (фиг. 2) отключается. В результате транзистор 1 закрывается и вентилятор 6 выключается. Отрицательный импульс тока с коллектора 1 проходит через конденсатор С 1 и диод 3 поступает на электромагнит 13,который переводит заслонку 16 вправо (фиг. 1) и закрывает воздуховод 8 в контейнер 9. После перезаряда конденсатора С 2 электромагнит 13 обесточивается, а воздуховод 8 остается закрытым. Отрицательный импульс напряжения с коллектора 1 не проходит через диод 2, поэтому электромагнит 12 остается обесточенным. Ручное включение вентилятора 6 с помощью выключателя 1 (при необходимости подогрева кабины автомобиля) благодаря диоду развязки 1 не вызывает изменений в состоянии остальных элементов блока управления 14, электромагнитов 12, 13 и в тепловом режиме контейнера 9 с батареей 10. Предлагаемая система для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи обеспечивает накопление избыточной тепловой энергии, выделяемой при работе двигателя, и в эффективном ее использовании для подогрева кабины автомобиля и аккумуляторной батареи, причем как во время работы двигателя, так и в течение продолжительного времени после его выключения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6