КАЛОРИФЕР СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель включает варианты, относится к оборудованию для железнодорожного транспорта, оборудованию, обеспечивающему комфортные условия для пассажиров в вагоне электропоездов, т.е. оборудованию, устанавливаемому в систему отопления и кондиционирования воздуха и предназначенному для нагрева воздуха и поддержания заданной температуры внутри закрытых объемов, например, в пассажирских вагонах электропоездов.
Известен электрокалорифер, содержащий корпус с проточным трактом. Внутри корпуса проточного тракта расположены от одной до шести тепловыделяющих секций. Каждая тепловыделяющая секция образована, выполненными из изоляционного материала, двумя панелями, между которыми установлены ряды электронагревательных элементов, выполненных прямолинейными, расположенных горизонтально, параллельно друг другу в шахматном порядке. Нагревательные элементы тепловыделяющих секций электроизолированы от корпуса. Причем крепление электронагревательных элементов в панелях выполнено с помощью электроизоляционных муфт. При этом фиксаторы положения каждой тепловыделяющей секции размещены, соответственно, на стенках корпуса и на панелях тепловыделяющей секции. Следует отметить, что нагревательные элементы тепловыделяющих секций выполнены в виде ТЭНов. (Патент на полезную модель RU №44374 от 13.09.2004 г. является наиболее близким аналогом для обоих вариантов заявленной полезной модели выполнения калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха).
Известная конструкция характеризуется высокой тепловой инерционностью (медленный разогрев и охлаждение трубчатых электронагревательных элементов, а, следовательно, воздуха, выходящего из калорифера) и низкой эксплуатационной надежностью.
Техническим результатом, заявляемой полезной модели по обоим вариантам, является значительное сокращение тепловой инерционности, т.е. сокращение времени на нагрев и охлаждение воздуха, поступающего в вагон электропоезда.
Для решения указанной задачи предложен калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха, содержащий корпус 1 с проточным трактом 2, внутри корпуса 1 расположены изолированные секции, каждая из которых имеет нагревательные элементы.
Сущность заявляемой полезной модели по обоим вариантам заключается в том, что каждая секция 4 выполнена из объединенных рамой 6 нагревательных блоков 7, в каждом из которых размещен нагревательный элемент. Согласно первому варианту нагревательный элемент выполнен в виде спирали 12, установленной в отдельном каркасе 8, боковые стенки 9 которого, изнутри покрыты электроизоляционным материалом 10, также каркас 8 снабжен керамическими пластинами 11, расположенными на торцах боковых стенок 9 и внутри каркаса 8, причем в керамических пластинах 11 выполнены отверстия 14, расположенные в шахматном порядке, через которые последовательно пропущена спираль 12, образующая внутри каркаса 8 параллельные ветви 15, при этом концы 22 спирали 12 закреплены на одной из керамических пластин 11, установленной на торце каркаса 8. Согласно второму варианту выполнения полезной модели, нагревательный элемент каждого нагревательного блока 7 выполнен в виде ститч-элемента 16 (игольчатого нагревательного элемента), имеющего диэлектрическую пластину 17 и токопроводящую нить 18, кроме того ститч-элемент 16 оснащен второй  диэлектрической пластиной 19, при этом токопроводящая нить 18 каждого ститч-элемента 16 «прошивает» обе диэлектрические пластины 17 и 19, образуя три ветви (участка) нагрева: ветви, расположенные с внешних сторон диэлектрических пластин 17 и 19 - в виде петель 20, а с внутренних сторон - прямые ветви 21, причем концы 22 токопроводящей нити 18 закреплены на торцевых частях диэлектрических пластин 17 и 19, например, с их внешней стороны. Причем каждая токопроводящая нить 18 выполнена с элементом фиксации относительно диэлектрической пластины, которую она «прошивает». Нагревательные элементы (спирали 12, по первому варианту выполнения полезной модели, и токопроводящие нити 18, по второму варианту) всех нагревательных блоков 7 каждой секции 4 соединены между собой последовательно и подключены к клеммам электропитания через изоляторы 5, расположенные, например, на корпусе 1. Общим для обоих вариантов выполнения калориферов системы отопления и кондиционирования воздуха является то, что при этом внутри корпуса 1 смонтирована сигнальная цепь, образованная датчиком 28 задачи температуры с гибким щупом 29 и автовозвратным датчиком 30 контроля температуры, соединенными между собой последовательно, при этом датчик задачи температуры размещен в нижней части корпуса 1, а гибкий щуп 29 и автовозвратный датчик 30 контроля температуры размещены в верхней части корпуса 1, вблизи выхода воздуха из корпуса 1, при этом разъем 31 сигнальной цепи смонтирован с внешней стороны корпуса 1.
Также разработаны уточняющие конструктивные решения признаков, изложенных в независимых пунктах формулы полезной модели, их раскрытие приведено ниже.
То, что каждый нагревательный блок 7 снабжен торцевыми крышками 13, закрепленными, по первому варианту выполнения полезной модели, на боковых стенках 9 каркаса 8, а по второму варианту, - на свободных концах диэлектрических пластин 17 и 19, позволило повысить надежность.
При этом согласно обоим вариантам, то, что рама 6 каждой секции 4 снабжена электроизоляционными пластинами 26, фиксирующими нагревательные блоки 7, расположенные между последними (электроизоляционными пластинами 26), позволило повысить электроизоляцию.
Также согласно обоим вариантам, то, что рама 6 каждой секции 4 снабжена усилителями 27 электроизоляционных пластин 26, каждый из которых выполнен в виде, например, швеллера, закрепленного на каждой электроизоляционной пластине 26, позволило повысить надежность.
Кроме того, по первому варианту выполнения полезной модели, керамические пластины 11 имеют глазурованную поверхность, что позволило повысить надежность электроизоляции.
При этом согласно обоим вариантам, то, что корпус 1 выполнен с люком 34 для монтажа секций 4 и снабжен крышкой 35 люка 34, позволило повысить удобство обслуживания.
Кроме того по второму варианту выполнения полезной модели, то, что диэлектрические пластины 17 и 19 каждого нагревательного элемента выполнены усиленными, например, металлическими скобами 23, установленными вдоль каждой стороны диэлектрической пластины 17 и 19, позволило предотвратить смещение токопроводящей нити 18, а следовательно, повысить надежность.
Также согласно второму варианту выполнения полезной модели, то, что элемент фиксации 24 выполнен, например, за счет исполнения формы петель 20, в частности, в виде ромба, позволило повысить надежность.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, на которых показано:
На фиг.1 - общий вид калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха по первому варианту выполнения полезной модели;
На фиг.2 - вид А (фиг.1), вид снизу на калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха (вид на крышку корпуса);
На фиг.3 - сечение Б-Б (фиг.2) увеличено, вид на нагревательные блоки со спиралями;
На фиг.4 - сечение В-В (фиг.3), вид на керамическую пластину;
На фиг.5 - сечение Г-Г (фиг.3), вид на керамическую пластину;
На фиг.6 - сечение Д-Д (фиг.3), вид на керамические пластины;
На фиг.7 - общий вид калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха по второму варианту выполнения полезной модели;
На фиг.8 - вид Е (фиг.7), вид снизу на калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха (вид на крышку корпуса);
На фиг.9 - сечение Ж-Ж (фиг.7), вид на нагревательные блоки со ститч-элементами;
На фиг.10 - сечение 3-3 (фиг.8), вид на ститч-элемент.
На фиг.11 - выноска И (фиг.10) увеличено, токопроводящая нить с фиксирующими элементами.
На фиг.12 - вид К (фиг.1, фиг.7), вид сбоку на калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха по обоим вариантам;
На фиг.13 - сечение Л-Л (фиг.12) увеличено, вид на разъем сигнальной цепи, датчик задачи температуры;
На фиг.14 - сечение М-М (фиг.12) увеличено, вид на щуп и автовозвратный датчик.
Калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха по обоим вариантам (фиг.1, 2, 7, 8) содержит корпус 1 с проточным трактом 2. Внутри корпуса 1 расположены, изолированные от него с помощью опорных изоляторов 3, от одной до трех секций 4, а также изоляторы 5. Каждая секция 4 состоит из, объединенных рамой 6, нагревательных блоков 7. Согласно первому варианту выполнения полезной модели, каждый нагревательный блок 7 (фиг.3) содержит каркас 8, боковые стенки 9 которого изнутри покрыты электроизоляционным материалом 10. Также каждый каркас 8 снабжен керамическими пластинами 11, которые расположены на торцах боковых стенок 9 и внутри каркаса 8, спиралью 12 и торцевыми крышками 13, соединяющими боковые стенки 9. То, что каждый нагревательный блок 7 снабжен торцевыми крышками 13, закрепленными на боковых стенках 9 каркаса 8, позволило повысить надежность. При этом в керамических пластинах 11 выполнены (фиг.4, 5, 6) отверстия 14, расположенные в шахматном порядке. Кроме того керамические пластины 11 имеют глазурованную поверхность для повышения надежности электроизоляции. Через отверстия 14 последовательно пропущена спираль 12, которая образует внутри каркаса 8 (фиг.3) параллельные ветви 15. При этом концы 22 нагревательного элемента, по первому варианту, каждой спирали 12 закреплены на одной из керамических пластин 11, расположенной с торца соответствующего каркаса 8. Для удобства обслуживания - на нижней. Согласно второму варианту: нагревательный элемент каждого нагревательного блока 7 выполнен в виде (фиг.7, 9, 10, 11) ститч-элемента 16, имеющего диэлектрическую пластину 17 и токопроводящую нить 18. Кроме того упомянутый ститч-элемент 16 оснащен второй диэлектрической пластиной 19. То, что каждый нагревательный блок 7 снабжен торцевыми крышками 13, закрепленными на свободных концах диэлектрических пластин 17 и 19, позволило повысить надежность. При этом токопроводящая нить 18 каждого ститч-элемента 16 «прошивает» обе диэлектрические пластины 17 и 19, образуя три ветви (участка) нагрева: ветви, расположенные с внешних сторон диэлектрических пластин - в виде петель 20, а с внутренних сторон - прямые ветви 21, причем концы 22 нагревательного элемента, согласно второму варианту, токопроводящей нити 18 закреплены на торцевых частях диэлектрических пластин 17 и 19, например, с их внешней стороны. При этом диэлектрические пластины 17 и 19 каждого нагревательного элемента выполнены усиленными, например, (фиг.9) металлическими скобами 23, установленными вдоль каждой стороны диэлектрической пластины 17 и 19, что позволило повысить надежность. Следует отметить, что каждая токопроводящая нить 18 выполнена (фиг.11) с элементами фиксации относительно диэлектрических пластин 17, 19, которые она «прошивает». Элемент фиксации 24 выполнен, например, за счет исполнения формы петель 20 (фиг.11), в частности, в виде ромба, что предотвращает смещение токопроводящей нити 18, а, следовательно, повышает надежность. Нагревательные элементы (спирали 12, по первому варианту выполнения полезной модели, и токопроводящие нити 18, по второму варианту) всех нагревательных блоков 7 каждой секции 4 соединены между собой (фиг.1, 3, 7, 10) последовательно и подключены к клеммам электропитания через изоляторы 5, расположенные, например, на корпусе 1. Общим для обоих вариантов выполнения калориферов системы отопления и кондиционирования воздуха является то, что рама 6 (фиг.1, 2, 3, 7, 8, 10) каждой секции 4 имеет, соединенные между собой, стойки 25 и электроизоляционные пластины 26. То, что рама 6 каждой секции 4 снабжена электроизоляционными пластинами 26, фиксирующими нагревательные блоки 7, расположенные между последними (электроизоляционными пластинами 26), повышает электроизоляцию. При этом нагревательные блоки 7 расположены в раме 6 вертикально с образованием зазоров и закреплены (зафиксированы) электроизоляционными пластинами 26. При этом, с целью повышения надежности, рама 6 каждой секции 4 снабжена усилителями 27 электроизоляционных пластин 26, каждый из которых выполнен в виде, например, швеллера, закрепленного на каждой электроизоляционной пластине 26. Кроме того, внутри корпуса 1 (фиг.1, 2, 7, 8, 12, 13, 14) смонтирована сигнальная цепь. Для поддержания комфортных условий для пассажиров в вагоне электропоезда и обеспечения безопасности эксплуатации заявляемого калорифера сигнальная цепь образована датчиком 28 задачи температуры с гибким щупом 29, автовозвратным датчиком 30 контроля температуры, соединенными между собой последовательно, и разъемом 31, установленным на корпусе 1 с внешней стороны. Разъем 31 предназначен для соединения калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха с блоком управления системы отопления и кондиционирования пассажирского вагона электропоезда. При этом датчик 28 задачи температуры, смонтирован в нижней части корпуса 1, а его ручка управления 32 (для удобства задачи требуемой температуры и повышения надежности) выведена на внешнюю сторону корпуса 1, при этом гибкий щуп 29 и автовозвратный датчик 30 контроля температуры размещены в верхней части корпуса 1 на выходе воздуха из проточного тракта 2, т.е. в зоне повышенного нагрева воздуха. На корпусе 1 выполнен ввод 33 для высоковольтного кабеля, соединяющего калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха с источником питания. Источником питания калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне электропоезда является силовой контактор отопителя вагона. Для удобства обслуживания корпус 1 (фиг.1, 2) выполнен с люком 34 для монтажа секций 4 и снабжен крышкой 35 люка 34. Следует отметить, что между собой электроцепи секций 4 могут иметь последовательное, параллельное и смешанное соединение через изоляторы 5. При этом один конец, образовавшейся электроцепи, заземляется, ко второму концу подключается высоковольтный кабель от силового контактора отопителя вагона (источника питания).
В обоих вариантах калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха работает одинаково.
При подготовке к работе: калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха: подключают к источнику питания, пропуская высоковольтный кабель через ввод 33, выполненный в корпусе 1, и соединяя его с одним из концов общей электроцепи секций 4. Второй конец упомянутой электроцепи заземляют.
Через разъем 31 подключают сигнальную цепь к блоку управления системы отопления и кондиционирования пассажирского вагона. Ручкой 32 датчика 28 задачи температуры выставляют требующую температуру.
В штатном режиме при включении источника питания одновременно происходит поступление воздуха через проточный тракт 2 корпуса 1 и быстрый (почти мгновенный) разогрев нагревательных элементов: спиралей 12 (согласно первому варианту) или токопроводящих нитей 18 ститч-элементов 16 (согласно второму варианту выполнения полезной модели). Воздух, омывая поверхность разогретых спиралей 12 (первый вариант) или токопроводящих нитей 18 ститч-элементов 16 (второй вариант), почти мгновенно (очень быстро) нагревается до требующей (заданной) температуры и подается в салон пассажирского вагона. Если температура воздуха внутри корпуса 1 на выходе проточного тракта 2 превысит требующую (заданную) температуру, то автовозвратный датчик 30 контроля температуры или датчик 28 задачи температуры, имеющий гибкий щуп 29, установленный в зоне наибольшего нагрева воздуха, являющиеся частью сигнальной цепи, отключается, и через сигнальную цепь подается сигнал в блок управления системы отопления и кондиционирования вагона, который в свою очередь подает команду на отключение источника питания. В зависимости от варианта выполнения полезной модели спирали 12 или ститч-элементы 16 почти сразу начинают остывать. Когда температура воздуха понизится до требующей (заданной), датчик 28 задачи температуры или автовозвратный датчик 30 контроля температуры включается, соответственно, сигнальная цепь подает сигнал в блок управления системы отопления и кондиционирования вагона, который в свою очередь подает команду на включение источника питания. Нагрев спиралей 12 или ститч-элементов 16 (в зависимости от варианта исполнения полезной модели), а, следовательно, и воздуха, поступающего в проточный тракт 2, возобновляется.
Калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха имеет три контура электрической изоляции, что значительно повышает его надежность и безопасность работы и позволяет использовать его в системе отопления и кондиционирования в пассажирских вагонах электропоездов.
Первый контур образован за счет конструкции каждого нагревательного блока 7, в котором, объединенные торцовыми крышками 13: согласно первому варианту, боковые стенки 9, каркаса 8 изнутри покрыты изоляционным материалом 10, а спираль 12, пропущенная через отверстия 14, выполненные в керамических пластинах 11, на одной из которых закреплены ее (спирали 12) концы 22, образует ветви 15, расположенные с зазором относительно друг друга и боковых стенок 9. При этом керамические пластины 11, расположенные с торца и внутри каркаса 8, изолируют параллельных ветви 15 спирали 12. Для надежности (для повышения электроизоляции) керамические пластины имеют глазурованную поверхность. Согласно второму варианту, диэлектрические пластины 17 и 19, усиленные металлическими скобами 23, изолируют токопроводящую нить 18. При этом выполнение каждой токопроводящей нити 18 с элементами фиксации 24 относительно диэлектрических пластин 17 и 19, которые она «прошивает» повышает электробезопасность использования ститч-элементов 16 в калориферах системы отопления и кондиционирования воздуха пассажирских вагонов. Элемент фиксации 24 может быть выполнен, например, за счет исполнения формы петель 20, в частности, в виде ромба.
Второй контур образован за счет исполнения рамы 6 каждой секции 4. Рама 6 объединяет нагревательные блоки 7, расположенные в ней вертикально с образованием зазоров и закрепленные электроизоляционными пластинами 26, которые, в свою очередь, соединены со стойками 25 рамы 6. Для большей надежности вдоль каждой из электроизоляционных пластин 26, закреплен усилитель 27. При этом токоподвод осуществляется через изоляторы 5, установленные, например, на корпусе 1.
Третий контур образован за счет установки каждой секции 4 в корпусе 1 через опорные изоляторы 3.
Использование в калорифере системы отопления и кондиционирования воздуха в качестве нагревательного элемента спирали (по первому варианту) или ститч-элемента (по второму варианту выполнения полезной модели), которые непосредственно контактируют с воздухом, позволило обеспечить низкую инерционность: выход на рабочий режим происходит за минимальный промежуток времени (почти моментально). Кроме того такое решение в сочетании с сигнальной цепью позволило обеспечить безопасность эксплуатации калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне электропоезда.
Для повышения эффективности и надежности работы калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха сигнальная цепь образована двумя последовательно соединенными датчиками, которые не зависимо друг от друга могут подать сигнал на отключение источника питания, когда температура станет выше требующей (заданной), и включить его снова, когда температура станет ниже требующей (заданной).