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
Из уровня техники известен тепловентилятор, содержащий корпус, внутри которого расположены соединенные между собой рамы, одна из которых с закрепленным на ней вентилятором расположена вблизи входа, а другая, в которой установлены электронагреватели, расположена вблизи выхода. При этом электронагреватели выполнены в виде пакета, набранного из параллельно расположенных одна над другой плоских прямоугольных керамических пластин (Патент на изобретение № RU 2201557, МПК F24H 3/04, опубл. 27.03.2003 г.).
Известен нагреватель проточного воздуха (Патент на полезную модель № CN 217715439, МПК F24H 3/04; F24H 9/1863, публ. 01.11.2022 г.), содержащий установочный каркас, нижняя и нижняя стороны которого снабжены зажимными пазами, в которых закреплены нагревательные блоки. Каждый нагревательный блок состоит из двух токопроводящих стержней, на которых закреплены РТС-резисторы в виде пластин.
Недостатком известного устройства является его несоответствие требованиям устойчивости к ударно-механическим нагрузкам из-за вероятности разбалтывания зажимных элементов. При этом фиксация герметиками повышает вероятность выброса вредных веществ при нагревании, что недопустимо. Также недостатком является отсутствие возможности установки в нагнетательный в тракт воздуховода вагона, поскольку при установке невозможно контролировать болтовое крепление. Контроль возможен исключительно при условии демонтажа воздуховода, что неприемлемо в условиях эксплуатации. Следовательно, усложнено соблюдение нормативных требований при проведении ремонтно-восстановительных работ как в пути следования вагона по маршруту, так и станциях оборота.
Наиболее близким по технической сущности является калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха, содержащий корпус с проточным трактом, внутри корпуса расположены электроизолированные нагревательные модули, каждый из которых имеет нагревательные элементы. При этом каждый модуль выполнен из объединенных рамой нагревательных блоков, в каждом из которых упомянутый нагревательный элемент выполнен в виде спирали или в виде ститч-элемента - игольчатого нагревательного элемента, имеющего диэлектрические пластины и токопроводящую нить (Патент на полезную модель № RU 132873, МПК F24H 3/04, опубл. 27.09.2013 г.).
Недостатком известного устройства является высокое потребление электрической энергии при выходе калорифера на рабочий режим по причине достаточно высокой тепловой инерционности и отсутствия возможности саморегуляции у нагревательных элементов.
Раскрытие сущности полезной модели
Основной задачей, которая решалась при создании полезной модели, является создание калорифера с хорошими эксплуатационными характеристиками и эксплуатационным ресурсом.
Технический результат - повышение эффективности работы, снижение энергозатрат.
Указанный технический результат достигается тем, что калорифер системы отопления и кондиционирования воздуха содержит корпус с проточным трактом, внутри которого расположен по меньшей мере один нагревательный модуль, состоящий из объединенных рамой нагревательных блоков, содержащих нагревательные элементы, при этом, согласно полезной модели, нагревательные элементы выполнены в виде параллельно расположенных позисторных пластин.
При этом, согласно полезной модели, для увеличения площади теплоотдачи между позисторными пластинами размещены алюминиевые пластины с защитным покрытием, площадь которых не менее площади позисторных пластин.
При этом, согласно полезной модели, нагревательный блок содержит изолированный каркас, во внутренней области которого последовательно пропущена электрическая цепь нагрева с образованием токопроводящих параллельных ветвей, на которых закреплены позисторные пластины.
При этом, согласно полезной модели, ветви электрической цепи нагрева последовательно соединены между собой токопроводящими перемычками.
При этом, согласно полезной модели, на свободных концах электрической цепи обогрева установлены клеммы электропитания для подключения к высоковольтной магистрали через изоляторы и клемма заземления, расположенная на одном из торцев корпуса.
При этом, согласно полезной модели, позисторные пластины закреплены с помощью винтовых соединений.
При этом, согласно полезной модели, содержит сигнальную цепь с термостатами.
Использование нагревательных элементов с низкой инерционностью в значительной мере влияет на эффективную и надежную работу нагревательных устройств и при этом снижаются эксплуатационные затраты как калорифера, так и системы отопления и кондиционирования в целом.
Особенностью предлагаемого устройства является использование в качестве нагревательных элементов позисторов или PTC-элементов, которые представляют собой полупроводниковые керамические пластины, изготовленные, например, из поликристаллической керамики на основе титаната бария (BaTiO3) и характеризующиеся чувствительностью к температуре.
Позисторные пластины обладают преимуществами быстрого нагрева, более высокой тепловой эффективностью. Вместе с тем применение в качестве нагревательного элемента позисторных пластин обусловлено их малой инерционностью, простотой регулировки нагрева. Позисторными пластинами обеспечивается быстрый нагрев воздуха до необходимой температуры, высокая пожаробезопасность, простота в эксплуатации и способность нагревателей работать на определенной температуре без дополнительных элементов регулирования (саморегуляция) и, как следствие, снижение эксплуатационных затрат, поскольку в рабочем режиме калорифера потребление электрической энергии значительно ниже по сравнению с другими нагревательными элементами.
Кроме того, за счет параллельного размещения позисторных пластин обеспечивается более эффективная работа и снижение потребления электроэнергии при нагреве среды за счет увеличения площади контакта текучей среды с нагревательными элементами во всех режимах работы калорифера.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется графическими материалами конкретного примера её осуществления, где на:
фиг. 1 - общий вид калорифера;
фиг. 2 - нагревательный модуль в сборе;
фиг. 3 - нагревательный блок.
Осуществление полезной модели
Устройство содержит корпус 1 с проточным трактом 2. Внутри корпуса 1 поперек проточного тракта 2 расположен, по меньшей мере один электроизолированный от корпуса с помощью опорных изоляторов 3 нагревательный модуль 4 (фиг. 1, 2). Нагревательный модуль 4 состоит из объединенных рамой 5 нагревательных блоков 6.
Каждый нагревательный блок 6 (фиг. 3) содержит изолированный каркас 7, во внутренней области которого последовательно пропущена электрическая цепь нагрева 8 с образованием токопроводящих параллельных ветвей 9, на которых закреплены с помощью, например, винтовых соединений нагревательные элементы 10, выполненные в виде параллельно расположенных пластин с положительным коэффициентом электрического сопротивления: РТС-резисторы или позисторы. Для увеличения площади теплоотдачи и, следовательно, для увеличения эффективности работы калорифера, между позисторными пластинами дополнительно могут быть размещены алюминиевые пластины с защитным покрытием, площадь которых не менее площади позисторных пластин.
Источником питания устройства является силовой контактор высоковольтной сети вагона (не показан). Нагревательные ветви 9 электроцепи 8 последовательно соединены между собой токопроводящими перемычками 11 (фиг. 1-3). При этом на свободных концах образовавшейся элекроцепи 8 установлены клеммы электропитания 12 для подключения к сети через изоляторы и клемма заземления 13, расположенная на одном из торцев корпуса 1. Таким образом, нагревательные модули 4 выполнены с возможностью подключения к контактору высоковольтной магистрали. Следует отметить, что между собой электроцепи 8 нагревательного модуля 4 могут иметь последовательное, параллельное и смешанное соединение через изоляторы 3, которое образуется установкой перемычками 11.
Для повышения эффективности и надежности работы устройства дополнительно через разъем подключена сигнальная цепь с термостатами, которые независимо друг от друга могут подать сигнал на отключение источника питания в случае превышения температуры за пределы нормативных параметров.
Предложенное нагревательное устройство работает следующим образом. В приточный воздуховод системы отопления и кондиционирования воздуха предварительно устанавливается не менее одного заявленных нагревательных устройств. Устройство подключают к источнику питания.
В штатном режиме при включении источника питания одновременно происходит поступление воздуха через проточный тракт 2 корпуса 1 и быстрый разогрев нагревательных элементов 10 в виде позисторных пластин. Нагнетание воздуха осуществляется с помощью центрального вентилятора системы отопления и кондиционирования воздуха, установленной на вагоне (не входит в состав устройства).
На нагревательный элемент 10 через электрическую цепь нагрева 8 подается питающее напряжение, обеспечивающее его нагрев. Воздух, омывая поверхность разогретых позисторных пластин, почти мгновенно нагревается до заданной температуры и подается в помещение пассажирского вагона.
Если температура воздуха внутри корпуса 1 на выходе проточного тракта 2 или температура корпуса превысит заданную температуру, термостат, являющийся частью сигнальной цепи, отключает нагревательные элементы 10 от источника питания. Таким образом обеспечивается защита нагревательного устройства от перегрева и нагрев в заданном температурном режиме. В случае понижения температуры на 5-10°С от заданного нормативными документами значения, термостат включается и нагрев воздуха калорифером возобновляется.
Использование в качестве нагревательного элемента 10 позисторных пластин, непосредственно контактирующих 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 с термостатами позволило обеспечить безопасность эксплуатации устройства и снижение потребления электрической энергии при использовании калорифера в процессе эксплуатации.