КАНАЛ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С НАГРЕВАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Полезная модель относится к каналу кондиционирования воздуха для рельсового транспортного средства с центрально расположенным внутри канала кондиционирования воздуха нагревательным элементом, проходящим через продольный участок канала кондиционирования воздуха.
Кондиционирование воздуха рельсовых транспортных средств осуществляют соответственно согласно соответствующим нормам местного, пригородного и междугородного транспортного сообщения. Этими нормами установлены, в частности, также температурные границы или разность температур в салоне, необходимые для создания определенного комфорта или желаемых удобств для пассажиров.
В частности, при очень длинных каналах кондиционирования воздуха в рельсовом транспортном средстве получается так, что заданные этими нормами параметры в определенном месте выхода кондиционированного воздуха, например, на участке входов рельсового транспортного средства, нельзя соблюдать без дальнейших мероприятий. В частности, плохая изоляция дверей на участке входов, а также большие циклы открывания дверей создают значительное падение температуры на участке входов.
Ближайшим аналогом заявленной полезной модели является известный из DE 102014215682 B3 (опуб. 31.12.2015) канал кондиционирования воздуха для рельсового транспортного средства с центрально расположенным внутри канала кондиционирования воздуха нагревательным элементом, проходящим через продольный участок канала кондиционирования воздуха.
Недостатком известного технического решения является то, что для выравнивания температуры используют каналы кондиционирования воздуха прежде указанной конструкции, оснащенные действующим в качестве подтапливателя нагревательным элементом. При расчете подтапливателей большое значение имеет наиболее равномерная слоистость температуры на выпуске канала, а также наиболее низкая температура подогревателя в форме спирали и потеря напора. Одновременно следует избегать так называемых "участков перегрева" в канале кондиционирования воздуха. В области этих "участков перегрева" циркулирует поток воздуха, направляемого каналом кондиционирования воздуха, и он становится с помощью нагревательного элемента еще горячее. Кроме того, вследствие этого уменьшается открытое поперечное сечение канала кондиционирования воздуха, а поэтому возрастают нежелательные потери напора.
Исходя из этого, в основе полезной модели лежит задача предложить канал кондиционирования воздуха для рельсового транспортного средства, отличающийся наиболее равномерной слоистостью температуры и небольшими потерями напора от нагревательных элементов.
Эта задача решается с помощью канала кондиционирования воздуха прежде указанной конструкции посредством того, что в полости между соседним с нагревательным элементом продольным участком внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха и нагревательным элементом предусмотрена компоновка дефлекторов, причем каждый дефлектор располагается, учитывая заданное для канала кондиционирования воздуха направление потока, под тупым углом к расположенной к нему вверх по потоку, примыкающей части продольного участка внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха.
Выбранная компоновка дефлекторов обеспечивает, как показали проведенные изобретателем опыты, довольно равномерную слоистость температуры на выпуске канала, небольшие потери напора из-за нагревательных элементов, а также низкую температуру нагревательных элементов.
Также эффективно снижается образование так называемых "участков перегрева", так как, в частности, поток незначительно циркулирует на участке дефлекторов и нагревательного элемента. В соответствии с этим потери напора из-за нагревательного элемента скорее незначительны.
Предпочтительно, если канал кондиционирования воздуха может иметь прямоугольное поперечное сечение, причем в этом случае дефлекторы распределены на двух находящихся напротив участках внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха. Например, соответственно два дефлектора располагаются на находящихся напротив участках внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха. При необходимости и другие соседние с нагревательным элементам участки внутренней поверхности также могут быть оснащены дефлекторами.
Предпочтительно, если дефлекторы расположены попеременно на находящихся напротив друг друга участках внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха. Вследствие этого, уменьшается поперечное сечение в свету только примерно на часть одного дефлектора и не двух дефлекторов. Это приводит к уменьшению потерь напора.
Предпочтительно, если дефлекторы на одном участке внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха расположены со смещением относительно дефлекторов на другом участке внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха, в частности, если смотреть в продольном направлении канала кондиционирования воздуха, говоря о котором, речь идет обычно о прямом, вытянутом конструктивном элементе.
Дефлекторы могут быть расположены на находящихся напротив участках внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха с одинаковыми интервалами друг к другу.
Предпочтительно, если канал кондиционирования воздуха выполнен в виде корпуса для нагревательного элемента. В этой форме исполнения полезной модели корпус нагревательного элемента присоединен в продольном направлении канала кондиционирования воздуха к примыкающим компонентам компоновки канала кондиционирования воздуха. Альтернативно могло бы быть также возможно, что участок канала кондиционирования воздуха снабжен открываемой крышкой, через которую можно вставлять нагревательный элемент в его центральное положение внутри канала кондиционирования воздуха.
Дефлекторы фиксированы предпочтительно на участках внутренней поверхности канала кондиционирования воздуха, например, посредством винтового соединения. Этим способом получают простую установку дефлекторов.
Нагревательные элементы могут быть выполнены в виде продолжающегося через продольный участок внутренней поверхности нагревательного змеевика. При этом для благоприятного течения потока предпочтительно, если намотка нагревательного змеевика расположена вокруг поперечной оси канала кондиционирования воздуха. При отделении потока на отклоняющей кромке формируется турбулентность, предпочтительная для передачи тепла. В этом случае подхваченный турбулентностью поток обтекает нагревательный змеевик.
Предпочтительно, если тупой угол между дефлекторами и расположенными к ним вверх по потоку примыкающими частями продольного участка внутренней поверхности находится в диапазоне между 125° и 165°, предпочтительно, между 135° и 155°. Соблюдение этих угловых параметров одновременно способствует созданию дефлекторами небольшой потери напора, однако и высокой турбулентности.
Далее приводится более подробное разъяснение примера выполнения полезной модели со ссылкой на чертежи. На них в перспективе показаны:
фиг. 1 - вид в продольном разрезе канала кондиционирования воздуха;
фиг. 2 - другой вид канала кондиционирования воздуха по фиг. 1.
Как показано на фиг. 1, компоновка канала кондиционирования воздуха, используемая, например, в рельсовом транспортном средстве, содержит единственный прямой и выполненный вытянутым канал 1 кондиционирования воздуха, присоединенный своей фронтальной стороной и тыльной стороной соответственно к примыкающим каналам кондиционирования воздуха, поэтому производимый компактным кондиционером кондиционированный воздух может транспортироваться в продольном направлении канала 1 кондиционирования воздуха. В изображении по фиг. 1 воздушный поток осуществляется слева направо, проиллюстрированный направлением S потока. Канал 1 кондиционирования воздуха оснащен внутри работающими от электрического тока нагревательным элементом 2, представленным в виде нагревательного змеевика, проходящего через участок L внутренней поверхности канала 1 кондиционирования воздуха.
Как это особенно ясно из фиг. 2, нагревательный элемент 2 фиксирован своими обоими концами к опорной пластине 3, установленной, в свою очередь, на внутренней стороне продольного участка L внутренней поверхности.
Нагревательный элемент 2 расположен центрально внутри канала 1 кондиционирования воздуха, так что, в частности, два находящихся напротив друг друга участка 4, 5 внутренней поверхности располагаются с интервалом к соответствующим внешним поверхностям нагревательного элемента 2. При этом участки 4, 5 внутренней поверхности настолько избраны, что они располагаются на других внутренних сторонах канала 1 кондиционирования воздуха, чем опорная пластина 3.
Образующий нагревательный элемент 2 нагревательный змеевик расположен вокруг поперечной оси канала 1 кондиционирования воздуха, находящейся вертикально на опорной пластине 3. Для эффективного догревания воздуха оба находящихся напротив участка 4, 5 внутренней поверхности оснащены в данном примере выполнения соответственно двумя располагающимися с интервалом друг к другу дефлекторами 5, расположенными под тупым углом к направлению S потока или вверх по потоку частям участков 4, 5 внутренней поверхности. Угол 145° оказался при расчетах оптимальной величиной. Слишком большой угол формирует в частности небольшую потерю напора, однако, несет вместе с этим слишком маленькую турбулентность. Слишком маленький угол приводит, в свою очередь, к большой потере напора, однако, вместе с этим, к более высокой турбулентности. Дефлекторы 6 используют конструктивное пространство между внутренними поверхностями 4, 5 и внешними поверхностями нагревательного элемента 2.
Дефлекторы 6, соответствующие участку 4 внутренней поверхности, расположены со смещением относительно дефлекторов 6 участка 5 внутренней поверхности. Другими словами, дефлекторы 6 участков 4, 5 внутренней поверхности предусмотрены попеременно на участке 4 внутренней поверхности 4 и на другом участке 5 внутренней поверхности.
Канал 1 кондиционирования воздуха имеет в целом прямоугольное поперечное сечение, причем опорная пластина 3 расположена на одной из четырех внутренних сторон канала кондиционирования воздуха, в то время как прямоугольные участки 4, 5 внутренней поверхности с дефлекторами 6 располагаются вертикально к опорной пластине 3. Разъясненный с помощью фиг. 1 и 2 канал 1 кондиционирования воздуха согласован в отношении габаритов по длине с длиной нагревательного элемента 2, поэтому он может обозначаться в данном случае применения также как корпус для нагревательного элемента.
Расчеты цифрового моделирования потоков жидкости и процессов теплообмена (цифровое моделирование потока) показали, что предусмотренное выполнение канала 1 кондиционирования воздуха приводит кондиционированный воздух к догревательному воздействию, при котором без существенного перегрева создается желательная равномерная слоистость температуры, а потеря напора из-за нагревательного элемента 2 сравнительно незначительна.