Кондиционер в авто на основе вихревой трубке Ранка-Хилша

[Ramzezka]

Привет коты.
У меня авто 79 года, я все думаю о кондиционере.

Есть такая хрень - называется вихревая трубка на эффекте ранка -хилша.

Выглядит она вот так:


Суть в том, что воздух, закручиваясь разделяется на холодный (до -30) и горячий (до + 180) слои.
Холодный в центре, горячий по краям.

Данная трубка позволяет получить как холодный, так и теплый воздух.
Все это запатентовано и работает.

Единственный недостаток - шум (свист вихря) - но с применением звуковых ловушек и глушителей его можно убрать.

Требуется давление от 1 до 3х атмосфер.


Я подумал, как можно его получить в авто? Либо ставить компрессор воздушный с приводом от двигателя.. либо как вариант турбина на выпуск?
Компрессор будет отнимать полезную мощность, в пару киловатт. Может дать и большее давление, что может повысить эффективность.
А турбина будет брать энергию из скорости выхлопа (не нужную).

Вопрос что больше тормозит двигатель - сопротивление в выхлопе либо привод от коленвала.


Заманчиво то, что данная система очень простая, не требует хладогентов, теплит и холодит сразу после запуска двигателя.

А чтобы не думали что это бред, вот статья, установка для охлаждения кабины тепловоза, запитывается от стационарной пневмо системы (0.2 - 0.3 Мпа = 2-3 атм).

Спойлер

Ранее проведенные авторами исследования вихревых процессов позволили найти такие конструктивные решения и режимы работы, при которых температура осевого потока снижалась на 25 - 30°С относительно температуры воздуха на входе вихревого энергоразделителя. При этом доля охлажденного воздуха составляла 40 - 60% от объема, подаваемого в энергоразделитель. Найденные технические решения защищены двумя патентами Российской Федерации. Была разработана серия типоразмеров вихревых энергоразделителей, превосходящих по своим параметрам известные конструкции. Полученные результаты позволили применить вихревые энергоразделители в качестве основного холодильного агрегата для кондиционера воздуха.

Испытания проводились на электровозе типа ВЛ-10 локомотивного депо "Пенза-3". Контролировались давление и расход сжатого воздуха, подаваемого в кондиционер. Кондиционер запитывался сжатым воздухом давлением 0,2 - 0,3 МПа из питательной магистрали электровоза через редуктор давления. Расход сжатого воздуха из магистрали составлял 0,4-0,6 м3/мин. Охлажденный воздух направлялся непосредственно в кабину машиниста через глушитель шума. Проводились замеры температуры и чистоты, подаваемого в кабину кондиционированного воздуха, уровня шума в кабине. Установлено, что при работе кондиционера уровень шума в кабине и чистота воздуха соответствуют санитарным нормам, обеспечивается подача в кабину очищенного и охлажденного на 14 - 25°С воздуха в количестве до 100 м3/ч. Конструкция кондиционера позволяет использовать простейшие системы управления и регулирования.

Полный текст статьи про тепловоз:
http://www.ptechnology.ru/MainPart/Mash ... tro22.html
Давление может быть и 1.5 атмосферы, для чего подойдет турбина (на сколько я понял из гугла дизельные качают и до 3х атмосфер - не разбираюсь в турбинах).

На примере тепловоза - впечатляет. Расход составил 600 литров в минуту. Это выполнимо для турбины, к примеру.
Компрессор , к примеру, с ЗИЛ дает 220 литров в минуту и отнимает 1.5 лошадки. Но дает и давление повыше.

Расход газа регулируется размером самой вихревой трубки. На том же сайте предлагается описание автохолодильника:

Спойлер

Холодильный агрегат состоит из вихревого преобразователя энергии (защищенного патентами РФ) и теплообменника. Для работы холодильника используется невостребованный сжатый воздух из пневматической системы автомобиля давлением 0,1-0,5 МПа в количестве до 3-х куб. м в час. Других видов энергии вихревой холодильник не потребляет.

Сжатый воздух, проходя через вихревой преобразователь, охлаждается до минус 10°С и направляется в теплообменник. Объем холодильной камеры 15л. Габаритные размеры 330х340х430 мм. Температура около дна холодильной камеры снижается до минус 2°С.

3000\60 = 50 литров в минуту. Совсем мало. И всеравно холодит, тк размер завихрителя небольшой.

Значит можно просто подобрать размер трубки под имеющийся на борту компрессор. А может все и совсем проще.

Устройство трубки:



Так же данные трубки применяются на зводах для охлаждения резцов:






Хорошо видно устройство пластикового глушителя звука.


Кто готов поразмыслить над этим?

У меня имется компрессор от 220в, на 220 литров в минуту. Хотелось бы попробовать. Но времени особо нет.
Можно сварить из листового металла. Сварка и опыт кузовщины имеется. На выходе горячем поставить заслонку. Давление компрессор у меня регулирует.

[Gudd-Head]

Чё-та сомневаюсь.
Такое ощущение, что воздух сам по себе охлаждается от снижения давления.

[Gisteresis]

Не понял, как вы хотите турбину применить?
Вместо компрессора?

Можно поставить винтовой компрессор, но винты вы никак не сделаете в домашних условиях, разве только если у вас случайно есть лазерный металлообрабатывающий центр. Только купить разве что. У них кпд гораздо выше поршневых.
А если турбину использовать как компрессор. Какую? Центробежную? Тогда нужен мультипликатор (повышающий редуктор) по любому. Что делает сомнительным выгоду перед поршневым. Разве что плавность хода лучше, но нужно еще разделяющую муфту (вы же не постоянно газуете и вал вертится с одной скоростью).
Есть идея использовать многоступенчатый центробежный компрессор. Может удастся получить компромисс между потерей на валу и приемлемым давлением.

Если вы хотите поставить турбину в выхлопную трубу (вот тут я как раз не понял, что вы при этом хотите получить) то снизится кпд самого движка ДВС, что думаю ударит больше чем вы нагрузите вал.

[neon]

этой темой занимаюсь несколько лет и основное препятствие заключается в том, что при проектировании вихревой трубки (ВТ) в основном приходится действовать эмпирически, т. к. нет единой теоретической основы (исследования продолжаются до сих пор). Большой недостаток ВТ — низкая холодопроизводительность и небольшой перепад температуры при низком давлении. При этом можно добиться приемлемого перепада температуры, но определённому давлению будет соответствовать определённые геометрические размеры частей ВТ и при изменении давления холодопроизводительность будет снижаться.

Давным давно предлагали устанавливать ВТ в автомобили, но не прижилось, как и в большинстве других сфер, по известным причинам. В некоторых областях они остаются незаменимыми помощниками до сих пор.

По данной теме очень много информации, в т. ч. есть книги.

[6ф1]

[quote="neon"]

Давным давно предлагали устанавливать ВТ в автомобили, но не прижилось, как и в большинстве других сфер, по известным причинам. В некоторых областях они остаются незаменимыми помощниками до сих пор.

Давайте, попытаемся переплюнуть НИИ...

[РадиоПёс]

в качестве бреда - компрессор для подкачки шин портативный (который "в прикуриватель") и ресивер (с клапаном,наверное).у трубки тоже приемник воздуха типа камеры,а от него уже воздуховоды в салон.Все под капотом.

[neon]

Давайте, попытаемся переплюнуть НИИ...

это очень сложно. Вот смотрите, эффективность ВТ примерно в 8 раз меньше, чем паровой компрессионной холодильной машины. Некоторые жалуются на повышенный расход топлива при работе кондиционера или вообще его не в включают в целях экономии, а тут в разы всё хуже. У меня есть некоторые теоретические наработки, которые призваны снизить такой разрыв в эффективности, но всё необходимо проверять на практике, а это может занять не один год. Вот и пылятся проекты в столе.

Просто всему своё место и, как я писал выше, есть области, где использование ВТ оправдано. Что интересно, подавляющее большинство зарубежных ВТ, которые можно найти в сети, не оптимизированы по эффективности. Взяли базовый вариант и делают не глядя. Стоимость очень высокая за внешний блеск металла.

[Gruzdev]

Хорошо видно устройство пластикового глушителя звука.

к сожалению это не глушитель
это просто специальная суставчатая трубка для подачи СОЖ или воздуха в зону обработки. за счёт шаровых суставов легко гнётся.

ну и как было уже сказано, обычный кондиционер отбирает достаточно ощутимо мощность, а с кпд трубки машина вобще с трудом поедет.

поставить обычный кондиционер проще и дешевле, благо продаются комплекты для самостоятельной установки.

[бабай]

Привет коты.
У меня авто 79 года, я все думаю о кондиционере.

Может стоит задуматься о смене авто ?

[neon]

ВТ ещё можно поставить там, где есть штатный компрессор и избыток сжатого воздуха.

[Ramzezka]

neon, очень хорошо, что вы написали и занимаетесь данной темой! мне очень интересно, если не трудно, не могли бы поделиться идеями оптимизации КПД в лс или тут на всеобщий обзор?
Мне надо чисто для себя, никакой коммерции.

По поводу заданных мне вопросов:
1. авто сменить не хочу, тк. это раритет, который восстанавливаю уже 4 года (все работы делаю сам)
2. про фреоновый кондиционер понятно - отнимает мощность и тд. но нужно обратить внимание на следующие вещи:
он создан для того, чтобы очень быстро охладить автомобиль после стоянки на солнце. что он и делает, имея запас мощности.
при постоянном использовании он работает не все время, а включается выключается. я не выдвигаю требования быстрого охлаждения, пусть он работает постоянно, но чтобы хватало для комфортной езды в летнюю жару.

мощность фреонового компрессора, которую он отнимает с коленвала авто равняется примерно 2-2.5 киловатта, а то и меньше на более слабых авто.
при том что мощность авто составляет, к примеру у меня, 115 киловатт. я не обеднею, и заплачу 30 рублей за литр лишний, но не буду потеть в пробке.

установить самостоятельно фреоновый кондиционер в авто, которому более 35 лет проблематично, тк:
1. родных деталей кондиционирования практически нет, а если и есть, то на древний ядовитый фреон R12 который уже заправить сложно и дорого.
2. комплект "сделай сам" стоит больше 20 тысяч рублей, а у меня бюджетный студенческий проект)
3. купить комплект от иномарки и переделать (например с daewoo nexia) можно, но будут трудности, тк найти весь комплект сразу - дорого, по частям не понятно что и как придется соединять, где найти нужные трубки и тд, всю эту самодельную хрень каждый год заправлять, тк утечки будут стопудово.

но при этом я уже начал собирать запчасти для фреоновой установки.


3. Турбину применять - ту, которую используют для турбонаддува на впуске. От выхлопа. Но питать не впуск, а кондиционер. А точнее эту вихревую трубку (или несколько) . Можно использовать заслонки перед турбиной - пускать в нее выхлоп или не пускать (зимой).
Вся ее суть что дает пару атмосфер, но очень большой литраж!

4. Компрессор для подкачки шин не рассматривается - т.к. нужна производительность от 200 литров в минуту и выше (как у ЗИЛ компрессор на 1.5 квт). Конечно и от мелкого заработает, но эффект слишком мал. Подойдет для авто холодильника (описание которого есть в начала статьи). Но салон авто в жару прогревается гораздо быстрее, нужен поток воздуха поболее.

5. те кто не включают его, неразумно поступают, когда покупают эту опцию в авто. ибо это комфорт, а он стоит денег.
большинство людей даже не может посчитать, что если сожрало на литр больше, то это 30 рублей, при этом 2 часа ехать в комфорте за 30 рублей или потеть как свинья за бесплатно - каждый сам решает, иметь или не иметь))) я решил что мне оно надо, хотя бы пару недель в год.
Но ради этого морочиться с фреоном, чтобы его каждый год заправлять - не охото. Если бы применить подобную ОЧЕНЬ ПРОСТУЮ схему генаратора холода, она хоть и с более низким КПД может окупаться за счет меньше требовательностью к обслуживанию каждый год.
У многих фреон выходит за год или 1.5. И это их не смущает.

Если живешь постоянно при + 30 то выгоднее конечно фреон. А если пару недель жара - то не выгодно.


Именно там где есть избыток ВТ и применяют. Например на заводах для охлаждения метализированных роб в цехах. Очень компактно и производительно.
Так же я уже писал статью выше, в тепловозах РЕАЛЬНО работал кондишен, потребляя 600 литров при давлении 2-3 атм.
При том что во время тестов в кабине был установлен нагреватель на 3.5 киловатта для имитации нагрева от приборов и солнца. В авто нагрева может быть и поменее (не знаю как там в тепловозах с нагревом).

Так же, вчера читал статью, про разработки кондиционера в РЖД на воздухе, для пассажирских вагонов. Принцип не указывался, но хватило взглянуть на фото и сразу стало понятно, что это вихревая трубка. Холодопроизводительность была указана примерно в 20 киловатт, а тепло - 30 киловатт. Размеры большие. И указано, что судя по испытаниям, КПД чуть ли не выше, чем у остальных схем с фреонами, но при этом простота и долговечность.

Вот и закрадываются сомнения, а может все таки не все так плохо, а стоит просто попробовать, а не теоретизировать? но перед этим хотелось бы какую то поддержку и интерес получить у форумчан, чтобы себя мотивировать.

Смотрите, есть таблица холодопроизводительности с сайта:



Так же указано, что :
"Вихревые энергопреобразователи работают в диапазоне давлений от 0,05 до 1 МПа, рекомендуемое давление 0,1-0,4 МПа. На больших давлениях(0,5 МПа и выше) перепад температур возрастает до 60°С."
То есть при указанных давлениях гарантируют большой перепад.

Но дело в том, что нам и не нужен уж слишком большой перепад! 20 градусов достаточно, если производительность будет большой (20 градусный воздух вытесняет весь 40 градусный из салона и ехать нормально- темболее обдув таким воздухом будет вполне комфортно охлаждать людей)

Если смотреть на таблицу, то :
Производить 600 литров на 4 атмосферах - холодопроизводительность в итоге всего 0.3 кВт.

Для такого нагнетения требуется мощность в несколько киловатт, примерно. А холода 0.3 .

Если , как вы neon утверждаете , удалось бы приспособить трубку под определенное давление (лишнее сбрасывать к примеру) и повысить холод примерно раза в 3 - тратим 2 киловата, получаем 1 киловатт холода, это было бы уже приемлемо!

Надеюсь на ващ теоретический совет. Если вы считаете, что этого возможно достигнуть, я думаю, что стоит попробовать.

И скажите пожалуйста, реально ли получить перепад градусов в 20-30 на ВТ, используя давление примерно в 0.5 - 0.8 - 1 атмосферу?
Для этой цели у меня лежит двигатель от пылесоса, на 1.2 киловатта. Он дает большую производительность по литражу - приблизительно 2000 литров в минуту, но давление у него в теории небольшое.
Если бы его турбинка подошла, ее можно было бы использовать и в авто, переделав под привод от коленвала.

Пробовать для теста тюнинговую турбину нет возможности, что жаль.

Есть компрессор на 220 литров, с ресивером.

Gisteresis спасибо за совет
Принцип работы и устройство винтовых компрессоров:
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=zd-oOrdHGV0[/youtube]

По внешнему виду я понял, что именно такие компрессоры применяются в автомобилях, но фишка их в приводе от коленвала, поэтому они работают постоянно, незваисимо от количества выхлопных газов, начиная повышать мощность сразу с низов.

Немаловажный момент - простота и доступность. Если использовать доступные материалы, дешевые, и получить холод без особых вложений - тогда это имеет смысл. А если придется выложить кучу денег - тогда смысл теряется и мало кто готов будет пойти на это

[Gudd-Head]

фреоновый кондиционер понятно ... работает не все время, а включается выключается

Эээ... нет. Работает всё время пока включен.

установить самостоятельно фреоновый кондиционер в авто, которому более 35 лет проблематично, тк

Есть ещё вариант купить мощный генератор и поставить обычный кондей на 220 В

[Ramzezka]

Не, это жесть какая то )

Поидее фреоновый кондей имеет датчики низкого и высокого давления.
Вчера ездил на греатволе батином, у него кондей врубается и вырубается с интервалом где то 20 секунд. Слышно щелчек, изменяются обороты на тахометре.

Весь смысл в том, что он накачивает избыточное давление в магистраль. Пока оно есть - система холодит. Когда падаед - он подкачивает. С неким гистерезисом это все, кароче как у домашнего холодильника. Он же не все время работает.

[Gudd-Head]

Не знаю. У меня он вроде всё время работает, вкл/выкл не ощущается.
А если слишком холодно — можно тёплого воздуха подбавить.

[Brigadir]

[

По поводу заданных мне вопросов:
1. авто сменить не хочу, тк. это раритет, который восстанавливаю уже 4 года (все работы делаю сам)

Вам наверное будет проще купить кондиционер для квартиры (есть компактного исполнения) - это примерно 10 000 рублев и поменять в нем двигатели на 12 вольтовые, но лучше: просто дополнить преобразователем с 12 до переменных 220 вольт соответствующей мощности и наслаждаться холодком в жаркую погоду.
Знаете....не верю я вихревой трубке....Я думаю логично: когда ЭТО выгодно и практично = есть в продаже готовый девайс!
А Вам советую изобрести способ "печатания" бабла и пользоваться тем, что изобретают грамотные инженеры.
А для хорошего понимания, разьясню: газ охлаждается при резком расширении (обычно это делают поршнями), а затем эта антиэнергия (низкая температура) передается косвенно (через радиатор) потребителю.
Вихревая трубка: где то воздух расширился и вполне естественно отдал часть тепла, но на выпуске он встречает сопротивление (сжимается) и всё Коту под хвост (нагреется).
И ещё сообщу: в каждом ДВС происходит такт впуска, то есть всасывания, а значит и разрежения воздуха (или смеси, если это карбюраторный). Впускной коллектор естессно - охлаждается. А не снять ли с него пониженную температуру? Подумайте....

[Ramzezka]

Brigadir, спасибо, интересная идея насчет воздуха в коллекторе. Надо подумать об этом.

Хочу услышать ответ от neon, я так понял, именно этот человек мне нужен!

На самом деле интересен именно вопрос про вихревые трубки. Не обязательно качать бабло, это просто изобретательский интерес.

[Ramzezka]

почитал про впуск, он весьма прогревается, так что не покатит

[neon]

Не обязательно качать бабло, это просто изобретательский интерес.

всё это можно совместить без противоречий и компромиссов.

[dark_baron]

Я подумал, как можно его получить в авто? Либо ставить компрессор воздушный с приводом от двигателя.. либо как вариант турбина на выпуск?
Компрессор будет отнимать полезную мощность, в пару киловатт. Может дать и большее давление, что может повысить эффективность.
А турбина будет брать энергию из скорости выхлопа (не нужную).

Вопрос что больше тормозит двигатель - сопротивление в выхлопе либо привод от коленвала.

Компрессор подключенный к коленвалу будет отнимать намного больше энергии чем турбокомпрессор (турбина). Но у турбины есть такая особенность, из-за которой он вам не подойдет - турбина раскручивается и начинает сжимать воздух не с холостых оборотов, а когда вы давите на педаль газа, чем больше турбина, тем большие обороты двигателя требуются, можно конечно найти совсем маленькую турбинку, которая будет раскручиваться с 1500 оборотов двигателя, но такая турбина мало того что будет прокачивать мало воздуха, она еще и будет душить двигатель на высоких оборотах, придется делать дополнительный отвод выхлопных газов с клапаном, называется эта система вестгейт, да и вообще турбина требует монтажа специального выпускного коллектора, который на раритетную машину не купишь, придется заказывать у сварщика, а это дорого. Да и вообще установка турбины на авто дорогое удовольствие. А с учетом что на холостых оборотах она вообще не работает, это делает мало пригодной для вашего проекта, придется постоянно газовать чтобы ваш кондиционер заработал..

Вот механический компрессор с вала отбора мощности намного проще установить, самое сложное это сделать крепеж которым он будет крепиться к двигателю и найти ремень со шкивом на коленвал. Зато можно найти такой компрессор который будет качать с холостых оборотов. Правда у такого компрессора максимальное давление будет ниже чем у турбины, но не забываем что максимальное давление турбина выдает на высоких оборотах, которые в городском цикле используются разве что при обгоне.. Ну и шкивы надо будет подобрать таким образом чтобы он не рассыпался когда при обгоне или любых других оборотах. Недорогой компрессор можно будет поискать по авторазборам, хорошие компрессоры часто встречаются у немецких авто. Есть недорогие русские компрессоры, их изготавливают для тюнига ВАЗов, но у таких компрессоров низкое давление (до 0,5-0,7 атмосфер) да еще и низкое качество изготовления, с ними лучше не заморачиваться. А вот на мерсах видел компрессоры до 2 бар..

[Gudd-Head]

Я вот чего подумал, а ведь воздух-то при сжатии (компрессии) нагревается. Хватит ли разницы температуры чтобы получить воздух холоднее окружающего?