ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к электронагревательному устройству для отдачи нагретого теплового потока, в частности для обогрева санузла в рельсовом транспортном средстве.
Известные нагревательные устройства этого рода уже содержат помимо термостата для кондиционирования отдаваемого воздушного потока нередко одну-две предохранительные ступени для защиты нагревательного устройства от перегрева. При этом первая предохранительная ступень образована, как правило, реверсивным выключателем перегрева, который по достижению специфицированной температуры перегрева через реле прерывает подачу тока к нагревательному элементу внутри нагревательного устройства. После остывания реверсивного выключателя перегрева, выполненного в большинстве случаев через позистор или биметалл, нагревательный элемент снова активируется.
На второй предохранительной ступени нереверсивный, без самовозврата выключатель перегрева по достижению специфицированной температуры перегрева через второе реле обесточивает нагревательный элемент. В случае если управляемые здесь реле выйдут из строя, например вследствие процессов старения, обгорания контактов или, в частности в санузле, вследствие коррозии, может произойти перегрев нагревательного устройства и, при случае, пожар.
Задачей полезной модели является создание электронагревательного устройства, которое обладало бы высокой эксплуатационной безопасностью и обеспечивало бы, в частности, более надежное отделение нагревательного элемента от сети.
Эта задача решена посредством признаков независимых пунктов формулы. Предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах формулы.
Согласно полезной модели, предложено электронагревательное устройство для отдачи нагретого теплового потока, в частности для обогрева санузла в рельсовом транспортном средстве, содержащее воздушный канал, вентилятор для создания воздушного потока, нагревательный элемент для нагрева воздушного потока и первый выключатель перегрева, причем вентилятор и нагревательный элемент расположены в воздушном канале, причем при превышении первой температуры перегрева первый выключатель перегрева реверсивно отключает нагревательный элемент, далее содержащее второй выключатель перегрева, который при превышении второй температуры перегрева нереверсивно отключает нагревательный элемент, и причем на воздушном канале выполнено углубление, в котором расположен второй выключатель перегрева, содержащий термически срабатывающий разъединитель для отключения нагревательного элемента, причем термически срабатывающий разъединитель срабатывает за счет стеклянного шарика, лопающегося при превышении второй температуры перегрева.
Согласно уровню техники, подключение или отключение нагревательного элемента происходит нередко через контактор или реле. Первое преимущество предложенного нагревательного устройства заключается в том, что прерывание электропитания нагревательного элемента происходит не через управляемое вторым выключателем перегрева реле, а через сам второй выключатель перегрева. Это значит, что известное из уровня техники реле отпадает. Второй выключатель перегрева выполнен, тем самым, интегральным. Из этой интеграции следуют другие преимущества.
Так, отпадает электрическое соединение между вторым датчиком перегрева и реле. Кроме того, отпадает привод катушки реле. Благодаря отсутствию этих компонентов отпадают соответствующие источники неисправностей, т.к. разъединитель срабатывает не электрически, а термически.
Воздушный канал имеет углубление, в котором расположен второй выключатель перегрева. При этом углубление со вторым выключателем перегрева выполнено таким образом, что второй выключатель перегрева расположен, в основном, рядом с воздушным потоком. Другими словами, второй выключатель перегрева расположен в углублении воздушного канала таким образом, что воздушный поток, в основном, может беспрепятственно протекать мимо второго выключателя перегрева. Предпочтительно второй выключатель перегрева расположен в углублении воздушного канала таким образом, что образованное вторым выключателем перегрева аэродинамическое сопротивление пренебрежимо мало. Это признак дает то преимущество, что за счет второго выключателя перегрева почти не возникает завихрения воздушного потока. При той же мощности вентилятора это обеспечивает сравнительно большой расход воздуха и небольшие, обусловленные воздушным потоком рабочие шумы.
Срабатывание второго выключателя перегрева за счет лопающегося стеклянного шарика в качестве исполнительного органа дает то преимущество, что благодаря хрупкому свойству стекла происходит не постепенное, а резкое изменение формы исполнительного органа. Постепенно возрастающая температура при превышении второй температуры перегрева приводит к необратимому и резкому изменению формы стеклянного шарика, так что разъединитель резко срабатывает. Этим можно уменьшить опасность залипания контактов или образование световых дуг.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено таким образом, что разъединитель содержит коммутационный механизм с натяженным пружиной коммутационным элементом и выключатель, причем при своем срабатывании коммутационный механизм нереверсивно размыкает выключатель через коммутационный элемент.
В электронагревательном устройстве, которое должно эксплуатироваться также в сантехнике, предпочтительны такие меры, которые способствуют надежному размыканию разъединителя. Электронагревательное устройство, в котором натяженный пружиной коммутационный механизм может вызвать размыкание выключателя, дает то преимущество, что при срабатывании выключателя перегрева накопленной в натяженной пружине энергии достаточно для приложения усилия, с которым может осуществляться или поддерживаться разъединение контактов выключателя. Оно дает преимущество особенно в тех случаях применения, в которых вследствие условий повышенной коррозии, а также вследствие процессов старения или обгорания контактов может произойти «залипание» или «спекание» токоведущих контактов. Выключатель выполнен преимущественно в виде размыкателя. Однако, в принципе, возможно также применение переключателя, причем функция переключения не используется. Коммутационный элемент выполнен преимущественно в виде перемычки. Такое выполнение дает то преимущество, что оно реализуется конструктивно просто. Это может происходить, например, таким образом, что коммутационный элемент в виде проводящей перемычки соединяет коммутирующие контакты выключателя. При этом стеклянный шарик препятствует тому, чтобы натяженный пружиной коммутационный элемент покинул положение, в котором соединены коммутирующие контакты выключателя. При лопании стеклянного шарика натяженная пружина отпускается, в результате чего ее усилие вызывает размыкание разъединителя.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено таким образом, что стеклянный шарик содержит расширяющуюся за счет теплового расширения жидкость, причем при превышении второй температуры перегрева стеклянный шарик разрушается, и в результате разрушения стеклянного шарика срабатывает натяженный пружиной коммутационный элемент.
Это выполнение дает то преимущество, что для натяжения коммутационного механизма неразрушенный стеклянный шарик может воспринимать большое по сравнению с габаритами выключателя перегрева усилие пружины, которое, однако, в случае разрушения стеклянного шарика резко высвобождается для размыкания контактов выключателя. Это обеспечивает надежное срабатывание выключателя.
Предпочтительным является то, что термически срабатывающий разъединитель расположен непосредственно в цепи тока для электроснабжения нагревательного элемента. Такое расположение обеспечивает высокую степень эксплуатационной безопасности, т.к. при непосредственном прерывании цепи тока по сравнению с косвенным прерыванием не требуется приводить в действие никакие промежуточные коммутационные средства.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено таким образом, что, с целью образования углубления, воздушный канал имеет отверстие, закрытое шляповидной жарозащитой. В частности, маленькое по отношению к сечению воздушного канала отверстие вызывает лишь небольшие помехи воздушному потоку. Кроме того, шляповидная жарозащита позволяет разместить второй выключатель перегрева и закрыть воздушный канал от выхода воздушного потока из него.
Предпочтительным является то, что воздушный канал изготовлен из листовой стали и/или шляповидная жарозащита выполнена в виде крышки. Крышка, выполненная, например, в виде штампованного гнутого элемента, является жаростойкой и одновременно простой и недорогой в изготовлении.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено таким образом, что воздушный поток в воздушном канале имеет задаваемое вентилятором направление течения, а углубление расположено в направлении течения перед нагревательным элементом. Поэтому срабатывание второго выключателя перегрева происходит, в основном, вследствие отдаваемого нагревательным элементом тепла излучения. Такой сбой может возникнуть, например, при выходе из строя вентилятора или при засорении воздушного канала, в частности на его входе или выходе, находящимся там багажом, грязью или мусором.
Предпочтительно датчик первого выключателя перегрева расположен на высоте нагревательного элемента или за нагревательным элементом. Благодаря такому расположению первый выключатель перегрева расположен в непосредственной близости нагревательного элемента, так что на месте датчика первого выключателя перегрева измеряется более высокая температура, чем на месте датчика второго выключателя перегрева. За счет этого даже при одинаково высоких заданных температурах перегрева для обоих выключателей перегрева первый реверсивный выключатель перегрева сработал бы перед вторым нереверсивным выключателем перегрева.
Целесообразным является то, что датчик первого выключателя перегрева расположен перед и по отношению к предусмотренному, например, в рельсовом транспортном средстве встроенному устройству посередине над нагревательным элементом. При выходе из строя воздушного потока в этом месте вследствие тепловой конвекции господствует самая высокая температура, благодаря чему можно достичь быстрого срабатывания первого выключателя перегрева.
Воздушный канал имеет вход и выход, а посередине в воздушном потоке перед выходом расположен термостатический датчик для управления нагревательным элементом. Далее предпочтительно термостатический датчик расположен ближе к выходу, чем к нагревательному элементу. Такое расположение термостатического датчика приводит к сравнительно небольшому нарушению однородности воздушного потока и в то же время обеспечивает репрезентативную регистрацию температуры отдаваемого нагревательным устройством воздушного потока.
Предпочтительно термостатический датчик и датчик первого выключателя перегрева выполнены в своем сечении круглыми, овальными, каплевидными или плоскими, т.к. за счет них при таком выполнении в воздушном канале возникает лишь небольшое аэродинамическое сопротивление.
Предпочтительным является то, что воздушный канал содержит дефлекторы для ведения воздушного потока. За счет соответствующего расположения направляющих щитков можно избежать или, по меньшей мере, уменьшить нарушения однородности воздушного потока, если воздушный канал имеет изменения направления, сужения или мешающие элементы, например в виде датчиков.
Предпочтительно воздушный канал оптимизирован за счет дефлекторов таким образом, что его аэродинамическое сопротивление минимизировано. Кроме того, электронагревательное устройство выполнено предпочтительно таким образом, что воздушный канал оптимизирован за счет дефлекторов таким образом, что минимизировано шумообразование.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено таким образом, что вентилятор расположен между входом и нагревательным элементом, причем вентилятор расположен внутри воздушного канала таким образом, что расстояние между вентилятором и нагревательным элементом достаточно мало, чтобы через него протекал однородный воздушный поток, и достаточно велико, чтобы при температурах ниже второй температуры перегрева предотвратить повреждение вентилятора тепловым излучением. Такое расположение обеспечивает надежную и одновременно компактную, короткую конструкцию нагревательного устройства.
Предпочтительным является то, что для оптимизации достигаемого объемного воздушного потока сечение воздушного канала сужается от входа и расширяется к выходу. Такое выполнение обеспечивает сравнительно однородную и без завихрений, а, тем самым, малошумную отдачу воздушного потока в окружающее пространство вне нагревательного устройства. Это относится равным образом к приему воздушного потока.
Предпочтительно электронагревательное устройство выполнено далее таким образом, что для сигнализации неполадки оно содержит линию сигнализации о неполадке в виде петли, которая включена таким образом, что она прерывается синхронно с отключением нагревательного элемента первым и/или вторым выключателем перегрева. Посредством такой линии сигнализации о неполадке можно сигнализировать на удаленный диспетчерский пульт о неполадке нагревательного устройства. Предпочтительно второй выключатель перегрева содержит дополнительный выключатель, который сообща с выключателем для отключения нагревательного элемента срабатывает от коммутационного механизма и включен с возможностью прерывания линии сигнализации о неполадке. Равным образом также первый выключатель перегрева предпочтительно содержит два связанных выключателя, один из которых служит для отключения нагревательного элемента, а другой – для прерывания линии сигнализации о неполадке.
Предпочтительно выключатель для прерывания линии сигнализации о неполадке первого выключателя перегрева и возможный выключатель для прерывания линии сигнализации о неполадке второго выключателя перегрева включены последовательно, т.к. таким образом возможна эффективная сигнализация о сбое.
Предпочтительно электронагревательное устройство содержит составной корпус из двух автономных частей, причем в первой части расположен воздушный канал, а во второй части расположены отключающие элементы, и причем между первой и второй частями корпуса образовано отверстие, а шляповидная жарозащита расположена во второй части корпуса. При этом термин «отключающие элементы» объединяет в себе электрические компоненты для управления вентилятором и нагревательным элементом, т.е. термостат и выключатели перегрева. Такое выполнение дает то преимущество, что в обеих частях корпуса возможны разные климатические условия. В то время как в воздушном канале ожидается очень теплый, а также влажный и запыленный микроклимат, электрика/электроника отключающих элементов требует микроклимата с низкой влажностью и без пыли. За счет выполнения автономных, т.е. замкнутых самих по себе частей корпуса, простым образом достигается климатическое разделение. Выполнение углубления, т.е. отверстия с лежащей выше крышкой в сторону второй части корпуса, дает то преимущество, что образуется расположенное внутри нагревательного устройства углубление, а внешняя форма нагревательного устройства не изменяется за счет углубления. Во-вторых, такая ориентация углубления обеспечивает расположение второго выключателя перегрева во второй, предназначенной для отключающих элементов части корпуса.
Далее части корпуса выполнены предпочтительно в виде двух негорючих, расположенных друг над другом лотков. За исключением ввода подводящих проводов, датчиков, вентилятора и нагревательного элемента они отделены друг от друга. Такое расположение дает простую возможность монтажа и демонтажа нагревательного устройства.
Согласно полезной модели, предусмотрен тепловентилятор для сантехнических устройств в рельсовых транспортных средствах, содержащий одно из описанных выше электронагревательных устройств.
За счет простого и прочного, однако одновременно эксплуатационно-надежного и эффективного выполнения описанного выше электронагревательного устройства оно подходит для использования в рельсовых транспортных средствах. Предпочтительно соответствующее выполнение описанного нагревательного устройства отвечает высоким требованиям пожарной безопасности по DIN EN 45545-5 «Противопожарная защита в строительстве рельсового подвижного состава».
Ниже полезная модель более подробно поясняется на предпочтительных примерах ее осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:
- фиг. 1: вид сзади электронагревательного устройства в первом предпочтительном варианте;
- фиг. 2: функциональная схема варианта по фиг. 1.
На фиг. 1 изображено электронагревательное устройство 1 для рельсовых транспортных средств в первом предпочтительном варианте. На фиг. 1 изображен, в основном, вид сзади нагревательного устройства 1 при отсутствии задней стенки корпуса 16.
При этом на фиг. 1 показано, что нагревательное устройство 1 содержит составной корпус 16 из первой 17 и второй 18 частей, выполненных автономными. Части 17, 18 корпуса выполнены в виде двух негорючих, расположенных друг над другом лотков.
Как детально проиллюстрировано на фиг. 1, в первой, расположенной внизу части 17 корпуса выполнен воздушный канал 2. Далее часть 17 корпуса имеет расположенный с правой стороны вход 12 и расположенный с левой стороны выход 13. Между входом 12 и выходом 13 проходит воздушный канал 2. В нем расположен вентилятор 3, который задает направление 14 течения воздушного потока справа налево, т.е. от изображенного справа входа 12 к изображенному слева выходу 13. Вход 12 и выход 13 выполнены на передней стороне нагревательного устройства 1, так что они при виде сзади частично закрыты дефлекторами 15.
Корпус 16 содержит гнездо 19 для разъема для передачи данных и сетевое гнездо 20 для электропитания.
Нагревательное устройство 1 содержит термостатический датчик 5 и нагревательный элемент 4, расположенные в воздушном канале 2. В верхней части 18 корпуса расположен термостат 6 для регулирования температуры вытекающего из выхода 13 воздушного потока. Для этого термостатический датчик 5 регистрирует температуру в воздушном канале 2, передает сигнал на термостат 6, который на его основе управляет нагревательным элементом 4, как это подробно поясняется ниже.
Нагревательное устройство 1 содержит также первый выключатель 8 перегрева, выполненный реверсивным. Выключатель 8 перегрева содержит датчик 7, расположенный в воздушном канале 2 над нагревательным элементом 4. Датчик 7 выполнен в качестве температурного датчика. Как видно на фиг. 2, цепь 21 тока соединяет нагревательный элемент 4 с сетевым гнездом 20. В случае обнаружения температуры перегрева датчиком 7 выключатель 8 перегрева прерывает цепь 21 тока.
Далее в цепь 21 тока включен размыкатель 306 термостата 6. Если определяемая термостатическим датчиком 5 температура превышает верхнюю заданную температуру, то размыкатель 306 прерывает цепь 21 тока и, тем самым, электропитание нагревательного элемента 4. Если же определяемая термостатическим датчиком 5 температура не достигает нижней заданной температуры, то размыкатель 306 замыкает цепь 21 тока и обеспечивает электропитание нагревательного элемента 4.
Далее в цепь 21 тока включен размыкатель 308 первого реверсивного выключателя 8 перегрева. Если определяемая датчиком 7 первого выключателя 8 перегрева температура превышает первую температуру перегрева, то размыкатель 308 прерывает цепь 21 тока и, тем самым, электропитание нагревательного элемента 4. Если же определяемая датчиком 7 первого выключателя 8 перегрева температура не достигает первой температуры перегрева, то размыкатель 306 снова замыкает цепь 21 тока и снова обеспечивает электропитание нагревательного элемента 4.
Нагревательное устройство 1 содержит далее второй выключатель 10 перегрева, выполненный нереверсивным. Он содержит разъединитель (не показан). Выключатель 10 перегрева расположен в воздушном канале 2 в направлении 14 течения перед нагревательным элементом 4. Поскольку выключатель 10 перегрева расположен в направлении 14 течения перед нагревательным элементом 4, он при безотказной работе обтекается только холодным воздухом. Нагрев выключателя 10 перегрева происходит в случае аккумуляции тепла, т.е. при уменьшении обычно протекающего по воздушному каналу 2 объемного потока. Причиной этого могут быть, например, неисправность вентилятора 3 или посторонние тела перед входом 12 или выходом 13 или в воздушном канале 2.
Выключатель 10 перегрева термически соединен с разъединителем, так что за счет теплового воздействия на выключатель 10 перегрева непосредственно срабатывает процесс коммутации. Для этого разъединитель содержит нереверсивный коммутационный механизм (не показан), и выключатель, выполненный в данном примере в качестве размыкателя 310.
Коммутационный механизм содержит натяженный пружиной коммутационный элемент и стеклянный шарик с расширяющейся за счет теплового расширения жидкостью. При превышении второй температуры перегрева стеклянный шарик за счет теплового расширения расширяющейся жидкости лопается. В результате разрушения стеклянного шарика срабатывает натяженный пружиной коммутационный элемент. В этом примере коммутационный элемент выполнен в виде перемычки для размыкания размыкателя 310.
Как видно из изображенной на фиг. 2 функциональной схемы нагревательного устройства 1 из фиг. 1, размыкатель 310 включен в цепь 21 тока нагревательного элемента 4, так что размыкатель 310 второго выключателя 10 перегрева при срабатывании прерывает цепь 21 тока. За счет нереверсивного срабатывания разъединителя прерывание цепи 21 тока также является нереверсивным. При бесперебойной работе размыкатель 310 второго выключателя 10 перегрева замкнут.
Кроме того, на фиг. 2 видна петля 24 линии сигнализации о неполадке, которая через присоединительные клеммы 23 соединяется с устройством контроля и обслуживания. Петля 24 может прерываться размыкателем 308 первого выключателя 8 перегрева и, тем самым, сигнализировать неполадку в устройстве контроля и обслуживания.
Как видно на фиг. 1, части 17, 18 корпуса, в основном, отделены друг от друга. В части 18 корпуса расположены отключающие элементы нагревательного устройства 1, т.е. термостат 6, первый выключатель 8 перегрева, второй выключатель 10 перегрева и клеммодержатель 11. Между частями 17, 18 корпуса расположены вводы подводящих проводов для термостатического датчика 5, датчика 7, нагревательного элемента 4 и вентилятора 3 для их соединения с отключающими элементами. Кроме того, части 17, 18 корпуса имеют общее отверстие 9, которое на стороне части 18 корпуса закрыто шляповидной жарозащитой 22. Она ограничивает распространение воздушного потока через отверстие 9.
Отверстие 9 находится в направлении 14 течения перед нагревательным элементом 4, так что часть воздушного потока, проходящего через отверстие 9, при бесперебойной работе не нагревается.
В случае неполадки, когда возникает застой нагретого воздуха против направления 14 течения, нагретый воздух проходит через отверстие 9 в образованное шляповидной жарозащитой 22 пространство. Расположенный там второй выключатель 10 перегрева нагревается застоявшимся воздухом и прерывает цепь 21 тока при превышении второй температуры перегрева.