УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ВОЗДУХА

Заявляемая полезная модель относится к отопительной технике для обогрева воздуха в помещениях, в первую очередь, электротранспорта.
Известны устройства для обогрева воздуха, в том числе в салонах электротранспорта:
[№39192] «Электрокалорифер» патентообладателя ООО «РуссСпарта»; [№44374] «Электрокалорифер» патентообладателя ООО «Стигр-вагрем»; [№70565] «Электрокалорифер» патентообладателя ООО «Новые Технологии».
Устройства, описанные в указанных патентах, используют в качестве рабочих элементов ТЭНы - нагревательные элементы трубчатого типа. Высокое аэродинамическое сопротивление, создаваемое расположенными в шахматном порядке рядами трубчатых электронагревательных элементов, приводит к искажению воздушного потока и перегреву частей ТЭНов и, как следствие, к выходу их из строя. В другом варианте реализации этих устройств ТЭНы располагаются рядами - один за другим. При этом все ТЭНы в ряду за исключением первого находятся в тени относительно снимающего с них тепловую энергию воздушного потока и также подвергаются перегреву. Кроме того, трубчатые электронагревательные элементы характеризуются высокой тепловой инерционностью - медленным разогревом и остыванием, что приводит, в частности, к длительному времени разогрева салонов вагонов электропоездов.
Известные недостатки ТЭНов заставляют делать выбор в сторону спиральных электронагревательных элементов, например, см. устройства [патенты РФ №2343364, 2343365 №2345908, 2376156] фирмы «ЭТНА» и «ЭТНА-Т». Нагревательные блоки обогревателей воздуха салона электротранспорта, описанные в патентах РФ №2343364, 2343365, помещены в электрически изолированный от корпуса кожух и выполнены в виде ряда электрически соединенных спиральных нагревательных элементов, закрепленных через изоляторы на держателях. Они позволяют обеспечить равномерный нагрев, значительно развить мощность и эффективность нагрева.
Известны также электронагреватели в виде открытых спиралей электрокалорифера [патент РФ №1477994], размещенных одна относительно другой в соседних рядах и пропущенных через сквозные каналы изоляторов, установленных в корпусе параллельными рядами.
Такая конструкция электронагревателей имеет ряд недостатков, главным из которых выступает локальный перегрев частей спиралей, находящихся внутри каналов изоляторов.
Для достижения высокой мощности устройства для нагрева воздуха требуется устанавливать большее число нагревательных элементов, что приводит к усложнению конструкции устройства, значительному ее утяжелению. Необходим поиск конструкторских решений, направленных на упрощение конструкции при сохранении требуемых эксплуатационных характеристик.
В заявляемой конструкции при высоком числе рядов с участками спиральных нагревательных элементов, например, больше двух протяженных рядов с высокой степенью насыщенности в ряду вместо торцевых стенок в нагревательном блоке предлагается установить высокомощные металлопрочные штыри, связывающие в вертикальных направлениях продольные параллельные пластины с участками спиральных электронагревательных элементов. Число таких штырей может быть два или более, как правило четыре, по два с каждой торцевой стороны, с левой два и с правой два.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение мощности устройства при упрощении конструкции, снижении веса и материалозатрат, а также повышении ремонтопригодности устройства.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в устройстве для нагрева воздуха, содержащем помещенный внутри корпуса зафиксированный с помощью крепящей арматуры нагревательный блок со спиральными нагревательными элементами на высокопрочных толстостенных параллельных друг другу крепежных пластинах, крепящая арматура нагревательного блока с торцевых сторон выполнена в виде вертикально протяженных штырей с его левой и правой сторон, при этом число штырей - не менее двух.
Кроме того заявляется вариант штырей, крепящихся в предусмотренных для них отверстиях в крепежных пластинах посредством резьбового соединения.
Заявляется также выполнение крепежных пластин из термостойкого диэлектрического материала типа кожетерма, кожемиконита, слюдопласта.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении мощности при упрощении конструкции, снижении веса, экономии ресурсов на производство, и, следовательно, снижении себестоимости изделия. Конструкторский прием заключается в выполнении нагревательного блока устройства с открытыми торцевыми стенками. При этом в качестве крепящей арматуры используются штыри, соответствующие расчетному тепловому и нагрузочному режиму с учетом вибронагрузок. Обслуживание и ремонт, как правило, приходится проводить на ближних к торцевым рядам спиралей, поскольку в наибольшем потоке воздуха находятся спирали, расположенные в центральной части устройства, а спирали, находящиеся на периферии поперечного сечения воздушного потока, охлаждаются хуже всего. Открытая с торцевых сторон конструкция устройства облегчает процедуру сервисного обслуживания, улучшает ремонтопригодность блока, поскольку облегчается доступ к конкретному вышедшему из строя спиральному нагревательному элементу. Поскольку пластины нагревательного блока, как правило, изготавливают из толстого металла для обеспечения необходимой прочности конструкции, отказ от сплошных боковых стенок, значительно снижает вес. Конструкция заявляемого устройства позволяет изменять требуемую мощность в зависимости от заказа и будущей эксплуатации нагревателя, удаляя или добавляя новые ряды нагревательных элементов. Это обеспечивает более рациональное использование электроэнергии. В тех случаях, когда мощность полного блока оказывается избыточной, можно уменьшить число рядов нагревательных элементов или же добавить новые ряды, например, при постоянной эксплуатации в условиях холодного климата. При этом нет необходимости в установке дополнительных нагревательных блоков.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью Фиг., на которой показан общий вид нагревательного блока заявляемого устройства для нагрева воздуха.
Позициями на Фиг. обозначены:
1 - спиральный нагревательный элемент;
2 - крепежная пластина;
3 - штырь;
4 - отверстие;
5 - гайка;
Устройство для нагрева воздуха содержит помещенный внутри корпуса зафиксированный с помощью крепящей арматуры нагревательный блок со спиральными нагревательными элементами 1, которые расположены на высокопрочных толстостенных параллельных друг другу крепежных пластинах 2. Крепящая арматура 4 с торцевых сторон нагревательного блока выполнена в виде вертикально протяженных штырей 3. Последние расположены с левой и правой сторон нагревательного блока, при этом число штырей - не менее двух. Штыри 3 выполнены с возможностью крепления в предусмотренных для них отверстиях 4 в крепежных пластинах 2 посредством резьбового соединения с гайками 5. Крепежные пластины 2 могут быть выполнены из термостойкого диэлектрического материала типа кожетерма или кожемиконита, или слюдопласта. Возможно также выполнение крепежных пластин 2 из металла. Спиральные нагревательные элементы 1, расположенные по обе стороны от крепежных пластин 2, связаны посредством сквозных винтов, расположенных внутри изоляторов, электрически отделяющих нагревательные элементы 1 от крепежных пластин 2.
Устройство работает следующим образом.
При включении устройства в схему электропитания транспортного средства, например, электропоезда, на высоковольтные вводы питания нагревательного блока подается напряжение 3000 В или 628 В в зависимости от типа напряжения контактной сети, питающей электротранспортное средство, в котором установлен блок. Подача напряжения на контакты нагревательного блока осуществляется одновременно при работающей автономно штатной вентиляционной установке электротранспортного средства, создающей необходимый воздушный поток. Приточный воздух, проходя через эту установку, направляется на равномерно расположенные спиральные нагревательные элементы. Далее нагретый спиральными нагревательными элементами 1 воздушный поток поступает внутрь электротранспортного средства. Работа устройства для нагрева воздуха осуществляется при наличии в составе последнего датчиков температуры в виде реле, которые настроены на контроль превышения как температуры выходящего воздушного потока, так и температуры поверхности его корпуса. При достижении критического значения температуры каждый из датчиков размыкает цепь нагревательных элементов. Устройство для нагрева воздуха располагается в надпотолочном пространстве отапливаемого вагона. Нагретый воздушный поток поступает в вагон электропоезда через отверстия, выполненные в потолочной перегородке.
Пример.
Заявляемое устройство для нагрева воздуха проходит испытания на одном из предприятий г.Саратова на выполнение требований надежности, срока службы, безотказности, в том числе на воздействие внешних механических факторов (включая вибрацию), стойкость к воздействию условий транспортирования и к воздействию климатических факторов. Испытания показали соответствие заданным параметрам. В заявляемом устройстве используется безынерционный нагревательный блок на открытых спиралях в полном соответствии с описанием данной полезной модели. В нагревательном блоке установлены крепежные пластины, выполненные из толстого термостойкого диэлектрического материала. Крепежные пластины имеют сквозные винты для установки отрезков спиралей из высокоомного жаропрочного материала. Пространство внутри блока равномерно заполнено рядами отрезков спиралей, установленных со сдвигом друг относительно друга. Плотность тока в спиральных нагревательных элементах примерно в 15 раз ниже, чем в спиралях ТЭНов, используемых другими производителями климатического оборудования. Для повышения надежности и электробезопасности нагревательного блока в нем установлены виброгасящие элементы в центральной части каждой из рамок. На корпусе блока установлены в значимых местах датчики в виде реле для контроля температуры выходящего потока и контроля температуры корпуса. Для возможности варьирования режимами нагрева устанавливают несколько нагревательных блоков различной мощности 8 и 16 кВт, что обеспечивает 3 режима мощности нагрева воздуха: 8, 16, 24 кВт. Обеспечена гарантированная номинальная мощность 24 кВт. Устройство имеет запасы по всем основным параметрам.