КАЛОРИФЕР

Полезная модель относится к оборудованию для железнодорожного транспорта, устанавливаемому в систему отопления и кондиционирования воздуха и предназначенному для нагрева воздуха и поддержания заданной температуры внутри закрытых объемов, например, в пассажирских вагонах и вагонов электропоездов.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха, содержащий корпус с проточным трактом, внутри которого расположены изолированные высоковольтные нагревательные модули, каждый из которых выполнен из объединенных рамой нагревательных блоков, в каждом из нагревательных блоков нагревательный элемент выполнен в виде игольчатого нагревательного элемента, установленного в отдельном каркасе и представляющего собой зигзагообразную нить накаливания, смонтированную на диэлектрических термостойких пластинах, нити накаливания всех нагревательных блоков каждого модуля соединены между собой последовательно и подключены к клеммам питания, расположенным на изоляторах, установленных на корпусе (см. патент на полезную модель РФ №132873, опубл. 17.01.2013).
Недостаток известного калорифера состоит в том, что при перегорании нагревательного элемента рабочее напряжение калорифера выше 1000 В поддерживает устойчивую электрическую дугу за счет большого сопротивления нагрузки, которую вентилятор калорифера своим воздушным потоком вытягивает в сторону соседнего нагревательного модуля. Электрическая дуга сжигает нагревательные элементы соседнего нагревательного модуля.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении надежности и безопасности калорифера.
Достигаемый при этом технический результат - повышение быстродействия электрической защиты и обеспечение защиты соседних нагревательных элементов калорифера от повреждения электрической дугой в аварийном режиме.
Технический результат достигается за счет того, что калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха, содержащий корпус с проточным трактом, внутри которого расположены изолированные высоковольтные нагревательные модули, каждый из которых выполнен из объединенных рамой нагревательных блоков, в каждом из нагревательных блоков нагревательный элемент выполнен в виде игольчатого нагревательного элемента, установленного в отдельном каркасе и представляющего собой зигзагообразную нить накаливания, смонтированную на диэлектрических термостойких пластинах, нити накаливания всех нагревательных блоков каждого модуля соединены между собой последовательно и подключены к клеммам питания, расположенным на изоляторах, установленных на корпусе, согласно полезной модели, снабжен защитным устройством, выполненным из двух металлических решеток, установленных между нагревательными модулями, причем первая решетка установлена со стороны клеммы подключения потенциала выше 1000 В к нагревательному модулю, занулена и заземлена, а вторая решетка установлена со стороны клеммы подключения нулевого потенциала к нагревательному модулю, изолирована от корпуса и первой решетки изоляторами и соединена с первой клеммой пробивного предохранителя, а вторая клемма пробивного предохранителя подключена к клемме питания калорифера с потенциалом выше 1000 В.
Быстродействие защиты осуществляется за счет того, что при перегорании нагревательного элемента защитная решетка приводит горение неконтролируемой дуги к короткому замыканию по сети питания калорифера. Под действием тока короткого замыкания перегорает высоковольтный быстродействующий предохранитель, предназначенный для защиты калорифера. Таким образом обеспечивается защита соседних нагревательных элементов калорифера от повреждения и быстрое отключение поврежденного калорифера от сети питания.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1, 2 показан калорифер (фиг. 1 - главный вид, фиг. 2 - вид сверху), на фиг. 3, 4 - нагревательный модуль, на фиг. 5, 7 - нагревательный блок, фиг. 6 - иллюстрирует установку нити накаливания в нагревательном блоке, на фиг. 8 показана защитная решетка, на фиг. 9 - электрическая схема.
Калорифер (фиг. 1, 2) состоит из корпуса 1 с проточным трактом 2. Внутри корпуса установлены изолированные высоковольтные нагревательные модули 3, 4. Корпус снабжен крышкой 5 и люком 6 для монтажа секций. Между модулями установлена защитная решетка 7.
Каждый нагревательный модуль 3, 4 представляет собой раму, состоящую из двух вертикальных скоб 8, соединенных с диэлектрическими пластинами 9, к которым крепятся нагревательные блоки 10, как показано на фиг. 3, 4. На скобах 8 установлены и закреплены изоляторы 11, другой (свободной) стороной изоляторы крепятся к корпусу 1. Изолятор 12, закрепленный на скобе 8, служит для подключения потенциала выше 1000 В к нагревательному модулю. Источником питания калорифера системы отопления и кондиционирования воздуха в пассажирском вагоне и вагоне электропоезда является силовой контактор отопителя вагона (на фигурах не показано).
Устройство нагревательного блока показано на фиг. 5-7. Нагревательный блок 10 выполнен в виде игольчатого нагревательного элемента (стич-элемента), имеющего зигзагообразную нить накаливания 13, установленную своими вершинами в отверстия диэлектрической пластины 14 на всю глубину зига (до соприкосновения вершины зига с пластиной 14) образуя две и более ветви (участка) нагрева, соединенных между собой перемычками 20, а на свободном конце нити установлена клемма 16. Диэлектрическая пластина 15 (без отверстий) накладывается на пластину 14 и соединяется так, что вершины зига нити 13 оказываются зажаты между ними, для придания жесткости и прочности пластины усилены, например уголками 18, установленными вдоль каждой стороны пластины 14, 15. Для образования нагревательного блока 10 собранные пластины 14, 15 с нитью накаливания 13, перемычками 24 и клеммами 16 соединяются и скрепляются между собой крышками 19, установленными по торцам пластин 14, 15, свободные концы нитей накаливания соединяются между собой перемычкой 17.
Защитная решетка 7 (фиг. 8) выполнена в виде двух независимых друг от друга решеток 21, 22 для того, чтобы обеспечить короткое замыкание по сети питания калорифера по длине всего нагревательного модуля, независимо от сопротивления нагрузки. Решетки 21, 22 разделены изоляторами 23 из диэлектрического материала (например, из стеклотекстолита). На свободных концах решеток 21, 22 закреплены уголки 24. На уголке 24 второй решетки 22 закреплены изоляторы 25 и первая клемма 26 пробивного предохранителя 27. Вторая клемма пробивного предохранителя 28 служит для подключения потенциала выше 1000 В. Защитная решетка фиг. 8 крепится к корпусу 1 через изоляторы 25 и уголок 24 первой защитной решетки 21.
Электрическая схема подключения решеток представлена на фиг. 9. Первая решетка 21 установлена со стороны подключения к калориферу провода с потенциалом выше 1000 В, занулена и заземлена. Вторая решетка 22 установлена со стороны подключения к нагревательному модулю калорифера провода с потенциалом «0 В» и соединена с клеммой питания калорифера потенциалом выше 1000 В через пробивной предохранитель 28.
Устройство работает следующим образом.
В штатном режиме работы калорифера при подаче питания на игольчатые нагревательные элементы одновременно происходит поступление воздуха через проточный тракт 2 корпуса 1 и быстрый разогрев нитей накаливания 13 игольчатых нагревательных элементов. Воздух, омывая поверхность разогретых нитей накаливания 13, быстро нагревается до заданной температуры и подается в салон пассажирского вагона и вагона электропоезда.
В аварийном режиме работы калорифера, при перегорании нагревательного элемента, происходит обрыв в цепи нагревательного модуля. При перегорании нагревательных элементов, подсоединенных со стороны клеммы с потенциалом выше 1000 В, электрическая дуга выносит на первую защитную решетку 21 потенциал выше 1000 В, что приводит к короткому замыканию по сети питания калорифера, так как первая защитная решетка занулена, заземлена. Короткое замыкание обеспечивает быстрое отключение от сети аварийного калорифера.
Электрическое сопротивление нагревательных элементов (сопротивление нагрузки) снижает величину выносимого на защитную решетку потенциала в аварийном режиме, так как на каждом нагревательном элементе происходит падение напряжения, пропорциональное электрическому сопротивлению нагревательного элемента, поэтому если перегорает последний от клеммы с потенциалом выше 1000 В нагревательный элемент, подсоединенный к клемме с потенциалом 0 В потенциал, выносимый на защитную решетку электрической дугой, близок к 0 В. Короткое замыкание, необходимое для отключения калорифера от сети питания обеспечивает вторая защитная решетка 22, соединенная с клеммой питания калорифера с потенциалом выше 1000 В через пробивной предохранитель 27. Срабатывание пробивного предохранителя 27 происходит за счет возникновения разности потенциалов на электродах пробивного предохранителя, превышающей напряжение пробоя пробивного предохранителя.
При перегорании нагревательного элемента, находящегося в центре нагревательного модуля, напротив стыка двух защитных решеток 21, 22, защита работает следующим образом.
Электрическая дуга выносит на стык двух защитных решеток 21, 22, разделенных изоляторами 23, потенциал, равный примерно половине напряжения питания калорифера, так как на нагревательных элементах происходит падение напряжения, пропорциональное сопротивлению нагревательных элементов. Разность потенциалов на пробивных электродах пробивного предохранителя 27 приводит к пробою пробивного предохранителя. На второй защитной решетке 22 появляется потенциал выше 1000 В. За счет ионизации воздуха в пространстве между защитными решетками 21, 22, вызванной электрической дугой и напряжением выше 1000 В постоянного тока, происходит электрический пробой между защитными решетками 21, 22. В результате происходит короткое замыкание по сети питания калорифера.
При любом рассмотренном выше аварийном режиме защитные решетки 21, 22 приводят к короткому замыканию по сети питания калорифера. Ток короткого замыкания сжигает быстродействующий высоковольтный предохранитель, что приводит к быстрому отключению калорифера от сети питания. Таким образом обеспечивается быстрая и надежная защита калорифера.