КАЛОРИФЕР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к оборудованию воздушного отопления, устанавливаемого в систему отопления и кондиционирования воздуха железнодорожного транспорта, предназначенного для нагрева воздуха и поддержания заданной температуры внутри закрытых объемов, например, в пассажирских вагонах поездов или электропоездов.
Уровень техники
Известен калорифер, содержащий корпус с проточным трактом. Внутри корпуса размещены изолированные высоковольтные нагревательные модули, состоящие из тепловыделяющих секций, выполненных в виде игольчатых нагревательных элементов, установленных на изолированном каркасе и объединенных в зигзагообразную нить накаливания. Калорифер снабжен защитным устройством, выполненным из двух металлических решеток, установленных между нагревательными модулями (Патент № RU 139007, МПК F24Н 3/00, опубл. 27.03.2014).
Недостатком известного калорифера является высокая тепловая инерционность и, как следствие, отсутствие возможности поддержания температуры приточного воздуха в определенном нормативными документами диапазоне, особенно в переходный осенне-весенний период. Это обусловлено тем, что калорифер содержит только высоковольтные нагревательные модули, работающие под напряжением более 1000 В, обладающие высокой производительностью и высокой инертностью остывания после отключения, приводящей к перегреву приточного воздуха. Кроме того, работа калорифера в таком режиме снижает ресурс высоковольтных электронагревателей и высоковольтных силовых контакторов подключения.
Наиболее близким по технической сущности является калорифер, содержащий корпус с проточным трактом. Внутри корпуса расположены тепловыделяющие секции. Каждая тепловыделяющая секция образована панелями из изоляционного материала, между которыми установлены ряды электронагревательных элементов, электроизолированных от корпуса. Причем нагревательные элементы тепловыделяющих секций выполнены в виде ТЭНов (Патент № RU 44374, МПК F24H 3/04, опубл. 10.03.2005 г.).
Известная конструкция характеризуется высокой тепловой инерционностью, обусловленной медленным разогревом и охлаждением трубчатых электронагревательных элементов, а, следовательно, воздуха, выходящего из калорифера, а также низкой эксплуатационной надежностью.
Раскрытие сущности полезной модели
Калориферы являются основным устройством обогрева для пассажирских железнодорожных вагонов с воздушным отоплением. Выход из строя калорифера в зимний период является критической неисправностью, которую невозможно устранить на маршруте движения (только на стоянках и пунктах оборота), поэтому основная задача, которая решалась при создании полезной модели - создание калорифера с хорошими эксплуатационными характеристиками и эксплуатационным ресурсом.
Технический результат - повышение эффективности поддержания температурного режима в вагоне за счет возможности использования нагревательных модулей, состоящих из электронагревательных элементов в виде ТЭНов, с разным напряжением питания, которые включаются в зависимости от температуры наружного воздуха и необходимых для поддержания температур в помещении.
Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе калорифера установлены электроизолированные высоковольтный и низковольтный нагревательные модули, содержащие электронагревательные элементы в виде ТЭНов, выполненные с возможностью подключения к высоковольтной и низковольтной магистралям железнодорожного вагона соответственно.
При этом согласно полезной модели, электронагревательные элементы выполнены с возможностью работы под разным напряжением питания: высоковольтного нагревательного модуля - более 1000 В, низковольтного нагревательного модуля - 220 В/380 В.
При этом согласно полезной модели, каждый нагревательный модуль состоит по меньшей мере из одной тепловыделяющей секции, выполненной в виде каркаса, образованного панелями из изолирующего материала, на котором закреплены электронагревательные элементы, последовательно соединенные между собой перемычками с образованием электроцепи нагрева.
При этом согласно полезной модели, электронагревательные элементы каждой тепловыделяющей секции выполнены прямолинейными и расположены рядами параллельно друг другу в шахматном порядке.
При этом согласно полезной модели, крепление электронагревательных элементов в панелях выполнено с помощью электроизоляционных муфт.
При этом согласно полезной модели, один конец электроцепи, образованной электронагревательными элементами, заземлен, ко второму концу подключен кабель от силового контактора источника питания.
Поддержание заданной температуры является одной из важнейших характеристик электронагревательных устройств для пассажирских вагонов поездов и электропоездов.
Система отопления и кондиционирования железнодорожного вагона содержит датчики температуры воздуха, устанавливаемые в воздуховоде и в помещениях вагона. В штатном режиме работы системы в пассажирских железнодорожных вагонах с кондиционированием при снижении температуры воздуха, автоматически происходит включение нужного нагревательного модуля.
Высоковольтные и низковольтные модули имеют разную скорость нагрева и разное время остывания. В зависимости от температуры воздуха в вагоне и/или воздуховоде, в осенне-весенний (переходный) период автоматика выбирает для включения низковольтный нагревательный модуль. В случае, если для нагрева воздуха низковольтного модуля недостаточно, то автоматически подключается высоковольтный модуль. В зимний период при низких температурах для нагрева используются сначала высоковольтный модуль, который после нагрева воздуха до заданной температуры отключается, и подключается низковольтный модуль для поддержания заданной температуры. Таким образом, достигается эффективность поддержания температурного режима в вагоне.
При этом попеременное подключение высоковольтного и низковольтного нагревательных модулей снижает нагрузку на электронагреватели и силовые контакторы подключения к высоковольтной и низковольтной магистралям железнодорожного вагона соответственно. Тем самым, достигается повышение эксплуатационной надежности.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера ее осуществления, где на:
фиг. 1 - общий вид калорифера;
фиг. 2 - нагревательные модули калорифера в сборе;
фиг. 3 - электрическая схема.
Осуществление полезной модели
Калорифер содержит корпус 1 коробчатой формы с проточным трактом 2. Внутри корпуса поперек проточного тракта 2 установлены электроизолированные нагревательные модули 3, 4 (фиг. 1, 2).
Каждый нагревательный модуль 3 и 4 состоит по меньшей мере из одной тепловыделяющей секции 5, выполненной в виде каркаса, образованного панелями 6 из изолирующего материала, на котором расположены рядами электронагревательные элементы 7. Электронагревательные элементы 7 каждой тепловыделяющей секции 5 выполнены прямолинейными и расположены параллельно друг другу. Для достижения наилучшей теплоотдачи в проточном тракте 2 электронагревательные элементы 7 оптимально располагать в шахматном порядке для того, чтобы использовать для нагрева наибольшую общую площадь их активной поверхности.
Электронагревательные элементы 7 тепловыделяющих секций 5 электроизолированы от корпуса 1, крепление электронагревательных элементов 7 в панелях выполнено с помощью электроизоляционных муфт 8. Электронагревательные элементы 7 могут быть выполнены в виде ТЭНов.
Электронагревательные элементы 7 каждой секции 5 последовательно соединены между собой перемычками 9 с образованием электроцепи нагрева. При этом на свободных концах образовавшейся элекроцепи установлены клеммы электропитания 10 и 12 для подключения к сети (высоковольтной или низковольтной) расположенные на торцевых изоляционных панелях 6 тепловыделяющих секций 5 и заземления 11 расположенного на корпусе 1.
В предлагаемом решении источником питания калорифера являются две магистрали железнодорожного вагона: высоковольтная и низковольтная, при этом нагревательные модули 3 и 4 выполнены с возможностью работы от разного питающего напряжения.
Низковольтный нагревательный модуль 3 содержит электронагревательные элементы 7 (фиг. 2), обеспечивающие работу под напряжением питания 220 В/380 В и подключенные к контактору низковольтной магистрали (не показан) железнодорожного вагона. Высоковольтный нагревательный модуль 4 содержит электронагревательные элементы 7, обеспечивающие работу под напряжением питания более 1000 В и подключенные к силовому контактору высоковольтной магистрали (не показан).
В приведенном примере осуществления полезной модели высоковольтный модуль 4 включает две тепловыделяющие секции 5 (фиг. 2, 3), состоящие из электронагревательных элементов 7, работающих под напряжением более 1000 В. Низковольтный модуль 3 содержит одну тепловыделяющую секцию 5, состоящую из электронагревательных элементов 7, работающих под напряжением 220 В/380 В.  При этом мощность тепловыделяющих секций 5 составляет:
- высоковольтных - 8 кВт + 8 кВт;
- низковольтных - 8 кВт.
В зависимости от объема обогреваемого помещения или требований к температурному режиму в корпусе может быть расположено более одного модуля напряжением питания более 1000 В и более одного модуля напряжением питания 220 В/380 В.
Для удобства обслуживания корпус 1 выполнен с люком для монтажа тепловыделяющих секций 5, снабженным крышкой (не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Включение высоковольтного 4 и низковольтного 3 нагревательных модулей осуществляется в зависимости от температуры воздуха в вагоне и в воздуховоде по сигналу с пульта управления на основании температурных датчиков.
В осенне-весенний период при незначительном понижении температуры воздуха подключаются низковольтного нагревательного модуля 3. В случае, если для нагрева воздуха низковольтного модуля 3 недостаточно, то автоматически подключается высоковольтный нагревательный модуль 4, работа которого носит кратковременный характер, и при достижении необходимой температуры нагревательный модуль 4 отключается.
В зимний период при низких температурах для нагрева используются электронагревательные элементы 7 высоковольтного модуля 4, которые после нагрева воздуха до заданной температуры отключаются. После чего подключаются электронагревательные элементы 7 низковольтного модуля 3 для поддержания заданной температуры.
При включении нагревательные модули 3 и 4 работают следующим образом. При подаче питания на электронагревательные элементы 7 одновременно происходит поступление воздуха через проточный тракт 2 корпуса 1 и быстрый разогрев электроцепей электронагревательных элементов 7. Воздух, омывая поверхность разогретых трубок электронагревательных элементов 7, быстро нагревается до заданной температуры и подается в салон пассажирского вагона или вагона электропоезда.
Такое решение позволяет исключить работу калорифера в звонковом режиме и повышается ресурс высоковольтных контакторов, расположенных в электрооборудовании вагона и тем самым, достигается надежная безотказная работа. При этом попеременная работа высоковольтного и низковольтного нагревательных модулей обеспечивает поддержания заданной температуры воздуха в вагоне.
Кроме того, выполнение крепления трубчатых электронагревательных элементов в панелях с помощью электроизоляционных муфт, электроизолированность корпуса, выведение силовых контактов из зоны проточного тракта повышают надежность и пожаробезопасность калорифера.
Предлагаемый калорифер может быть использован на железнодорожном транспорте, в частности на вновь разрабатываемых и на модифицируемых вагонах.