УСТРОЙСТВО ОБОГРЕВА ПОМЕЩЕНИЙ ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Настоящая полезная модель относится к железнодорожным транспортным средствам, а более конкретно - к устройству обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства.
Настоящая полезная модель может быть использовано для теплоснабжения помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства путем применением электроэнергии в качестве основного источника тепла.
В настоящее время известны различные устройства обогрева помещений пассажирских вагонов железнодорожного транспортного средства, основанные на применении различных источников энергии, обеспечивающих создание в помещениях пассажирского вагона комфортных тепловых условий, в том числе в зимнее время года с минусовыми температурами воздуха снаружи железнодорожного транспортного средства.
С точки зрения надежности теплоснабжения помещений пассажирских вагонов в суровых зимних условиях России с температурой воздуха минус 20°С и ниже преимущество, несомненно, в настоящее время имеет печная система обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства с использованием энергии угля. Однако эта система обогрева достаточно затратная по обеспечению углем пассажирских вагонов и очень трудоемка для обслуживающего персонала. Основное преимущество этой системы обогрева состоит в том, что она является независимой от наличия электроэнергии.
Например, известны устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, описанные в RU 2238862 (C1) и GB 785816 (A), основанные на применении тепловой энергии органического топлива, выделяемой при его сгорании в топке котла вагона, и подачи и распределения получаемого тепла по помещениям вагона с применением циркуляционной отопительной сети, трубы которой оснащены конвекционными нагревательными элементами.
Однако применяемый в указанном устройстве способ обогрева помещений пассажирского вагона является конвективным, при котором для создания пассажирам комфортных тепловых условий требуются большие энергетические затраты. Это объясняется тем, что конвективный способ обогрева неизбежно приводит к значительной разнице температур воздуха по высоте помещения, так как при указанном обогреве теплый воздух поднимается вверх, охлаждая нижнюю часть помещения. В результате этого пассажиры испытывают тепловой дискомфорт, когда ногам холодно, а голове жарко и душно. В связи с этим возникает необходимость увеличения температуры воздуха в помещении, чтобы обеспечить ногам пассажира комфортные условия, что приводит к увеличению энергетических затрат.
Кроме того, конвективный способ обогрева помещений, особенно с применением электрических трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов), ухудшает газовый состав воздуха, что негативно влияет на здоровье пассажиров. Вызвано это тем, что многократное прохождение воздуха через металлический конвектор приводит к деионизации (уменьшению отрицательных ионов) воздуха в помещении. Кроме того, высокая температура ТЭНов приводит к тому, что присутствующие в воздухе органические соединения и частички пыли при контакте с ТЭНами, имеющими высокую температуру, частично окисляются кислородом воздуха и разлагаются с образованием угарного газа и других вредных и ядовитых соединений.
Известны также устройства электрического воздушного обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, описанные, например, в авторском свидетельстве АС №680921, где ограждения воздушных каналов, размещенных под потолком, выполнены из высокотемпературных (имеющих температуру, вызывающую при прикосновении ожог, например, более 70°С) электропроводных нагревательных панелей, или в изобретениях ЕР 0169833 (А2) и ЕР 0155256 (А2), в которых описаны устройства воздушного обогрева помещений пассажирского вагона, где каждое помещение имеет собственный высокотемпературный электрический нагреватель, вмонтированный в воздушный канал. Описанные устройства и способы направлены на оптимизацию воздушных потоков в нагревательном канале и подачу теплого воздуха в зону окна с его последующей рециркуляцией в помещении.
Однако практически все названные устройства воздушного обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства являются конвективными, осуществляющими принудительную конвекцию (обдув нагревателей), и поэтому им присущи все описанные выше негативные явления.
В изобретении DE 19531915 (С1) описано устройство обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, содержащие систему электронагревательных панелей для подогрева пола. Электронагревательные панели этой системы подсоединены к источнику постоянного электрического тока с напряжением 600-750 В, получаемого от контактной сети. В нагревающую панель вмонтированы термостаты для регулирования температуры нагревающей панели.
Однако такая система отопления не может быть применена на железнодорожных магистралях, которые не оборудованы контактной сетью. Кроме того, для суровых зимних условий России подогрев пола до приемлемой пассажирами температуры не в состоянии обеспечить пассажирам комфортные тепловые условия во всем помещении.
В результате чего описанное устройство может быть использовано только как дополнительная система обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, так как площадь размещенных на полу электронагревательных панелей при приемлемой температуре излучения недостаточна для создания тепловой мощности, обеспечивающей в помещении комфортную температуру воздуха. Это приводит к увеличению энергетических затрат либо к описанным выше негативным последствиям другого вида обогрева.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создать устройство обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства с такими конструктивными особенностями, которые позволили бы исключить использование тепловой энергии органического топлива и конвекционной системы для обогрева помещений, и значительно снизить энергетические затраты на создание комфортных тепловых условий в помещениях при низких температурах снаружи железнодорожного транспортного средства.
Эта задача решена созданием устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, содержащего систему электронагревательных панелей, источник электрического питания системы электронагревательных панелей и средство электрического соединения для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей, при этом, согласно предлагаемой полезной модели, электронагревательные панели размещены на элементах ограждающих конструкций и/или элементах интерьера помещений пассажирского вагона, а источник электрического питания содержит генератор электрического тока, имеющий привод, подсоединенный к колесной паре железнодорожного транспортного средства, и аккумулятор, подсоединенный к генератору электрического тока, при этом имеется блок управления, который выполнен с возможностью чередования использования генератора и аккумулятора для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей, соответственно, в процессе движения и стоянок железнодорожного транспортного средства.
Технический результат, обеспечиваемый предлагаемым изобретением, заключается в том, что конструктивные особенности предлагаемой полезной модели позволяют переоборудовать имеющийся в настоящее время парк пассажирских вагонов железнодорожных транспортных средств без разрушения внутренних конструкций пассажирских вагонов на современные системы лучистого обогрева помещений, при котором температура излучателей не превышает 60°С и который является наиболее экологически чистым и наиболее экономичным по затратам электроэнергии. Это позволяет исключить использование тепловой энергии органического топлива, конвекционной системы и контактной электрической сети для обогрева помещений, а также значительно снизить энергетические затраты на создание комфортных тепловых условий в помещениях при низких температурах снаружи железнодорожного транспортного средства и обеспечить улучшение экологической обстановки вокруг железнодорожного транспортного средства.
Кроме того, использование предлагаемой полезной модели позволяет создавать комфортные тепловые условия в помещениях в зависимости от загруженности пассажирского вагона и количества пассажиров, размещенных в каждом помещении, в зависимости от температуры воздуха снаружи железнодорожного транспортного средства и в зависимости от физиологических особенностей по комфортности тепловых условий для каждого пассажира в отдельности.
Для оптимизации использования электроэнергии на обогрев помещений пассажирского вагона в процессе движения и стоянок поезда желательно, чтобы электронагревательные панели были объединены в группы, каждая из которых была установлена внутри отдельного помещения пассажирского вагона, при этом блок управления был выполнен с возможностью независимого управления температурой электронагревательных панелей каждой группы в отдельных помещениях пассажирского вагона.
Для снижения температуры инфракрасных излучателей путем увеличения их площади целесообразно, чтобы инфракрасные излучатели представляли собой облицовку электронагревательных панелей, излучающих требуемую тепловую мощность для создания комфортных тепловых условий пассажирам.
Для создания устойчивого к истиранию и механическим повреждениям декоративного покрытия электронагревательных панелей и для обеспечения высокого коэффициента излучающей способности этих панелей желательно, чтобы облицовка электронагревательных панелей представляла собой минеральное покрытие лицевой стороны каждой электронагревательной панели, выполненное в виде запеченного слоя керамического напыления или в виде напыления смеси тонкой минеральной крошки, например, мрамора, со связующим из полимерных материалов, или в виде результата химической или электрохимической обработки лицевой поверхности электронагревательных панелей.
Для создания комфортных тепловых условий для всех пассажиров каждого помещения и каждого отдельного пассажира благоприятно, чтобы каждая группа электронагревательных панелей содержала первую подгруппу электронагревательных панелей, которая представляет собой электронагревательные панели лучистого тепла, размещенные с возможностью формирования теплового поля инфракрасного излучения внутри каждого помещения, а также вторую подгруппу электронагревательных панелей, которая представляет собой электронагревательные панели лучистого тепла, размещенные внутри каждого помещения на поверхностях, выполненных с возможностью непосредственного локального контакта с пассажирами, при этом каждая электронагревательная панель второй подгруппы снабжена средством локального регулирования и автоматического поддержания температуры этой панели, подсоединенным к источнику электрического питания.
Конструктивно выгодно, чтобы блок управления содержал контроллер, выполненный с возможностью активации всех групп электронагревательных панелей.
Для создания комфортных тепловых условий в каждом отдельном помещении и ограничения использования электроэнергии на обогрев помещения, в котором отсутствуют пассажиры, желательно, чтобы блок управления содержал блок силовых ключей, посредством которого каждая группа электронагревательных панелей подсоединена к контроллеру, а контроллер был выполнен с возможностью независимой активации каждой группы и каждой подгруппы электронагревательных панелей.
Для обеспечения пассажиров комфортными тепловыми условиями вне зависимости от температуры воздуха снаружи железнодорожного транспортного средства целесообразно, чтобы устройство для обогрева помещений содержало наружный датчик температуры, выполненный с возможностью измерения температуры снаружи железнодорожного транспортного средства, и внутренние датчики температуры, выполненные с возможностью измерения температуры внутри каждого помещения пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, а так же чтобы блок управления содержал средство измерения и контроля температуры, которое подсоединено к наружному и внутренним датчикам температуры и контроллеру.
Для независимого управления созданием комфортных тепловых условий в каждом отдельном помещении возможно, чтобы блок управления содержал пульт управления, подсоединенный к контроллеру.
Для переоборудования парка пассажирских вагонов, в котором каждый пассажирский вагон в качестве помещений содержит служебное купе, купе проводника, несколько купе пассажиров, коридор и по меньшей мере одну туалетную комнату, благоприятно, чтобы в указанных помещениях электронагревательные панели были размещены по меньшей мере на поверхностях стен под окнами, при этом в служебном купе, купе проводника и купе пассажиров электронагревательные панели дополнительно были размещены по меньшей мере на поверхностях рундуков, спинок сидений, спинок лежанок и/или поверхности пола.
Для создания комфортного теплового поля инфракрасного излучения внутри каждого помещения и комфортного локального контакта теплых поверхностей с пассажирами полезно, чтобы инфракрасные излучатели электронагревательных панелей, размещенных на поверхностях рундуков и стен под окнами, имели температуру от 20 до 60°С, инфракрасные излучатели электронагревательных панелей, размещенных на поверхностях спинок сидений, спинок лежанок, имели температуру от 25 до 45°С, инфракрасные излучатели электронагревательных панелей, размещенных на поверхностях полов, имели температуру от 20 до 40°С.
Для проведения корректных измерений температуры внутри помещений и обеспечения комфортности тепловых условий в каждом помещении целесообразно, чтобы в каждом указанном помещении имелись внутренние датчики температуры, которые были размещены вблизи потолка.
Таким образом использование предлагаемого изобретения позволяет переоборудовать имеющийся в настоящее время парк пассажирских вагонов железнодорожных транспортных средств без разрушения внутренних конструкций пассажирских вагонов, без изменения конструкции генератора и без повышения энергоемкости существующего аккумулятора на современные системы лучистого обогрева помещений, при котором температура излучателей не превышает 60°С и который является наиболее экологически чистым и наиболее экономичным по затратам электроэнергии. Это позволяет исключить использование тепловой энергии органического топлива и конвекционной системы для обогрева помещений, а также значительно снизить энергетические затраты на создание комфортных тепловых условий в помещениях при низких температурах снаружи железнодорожного транспортного средства и обеспечить улучшение экологической обстановки вокруг железнодорожного транспортного средства.
Кроме того, использование предлагаемого изобретения позволяет создавать комфортные тепловые условия каждому пассажиру в любом помещении пассажирского вагона в зависимости от физиологических особенностей каждого пассажира в отдельности по комфортности тепловых условий и вне зависимости от температуры воздуха снаружи железнодорожного транспортного средства.
То есть указанное конструктивное выполнение предлагаемого изобретения позволяет сформировать комфортное тепловое поле инфракрасного излучения по всему объему каждого помещения, а также при необходимости обеспечить получение локального тепла каждым пассажиром в отдельности при использовании имеющихся в существующих пассажирских вагонах источников электрической энергии, которую при необходимости перераспределяют по разным помещениям и внутри каждого помещения, при движении и стоянке железнодорожного транспортного средства.
Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные примеры его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению, первый вариант выполнения;
фиг.2 изображает вариант электронагревательной панели, используемой в устройстве обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению;
фиг.3 схематично изображает отдельное помещение пассажирского вагона, в котором размещены конструктивные элементы устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению;
фиг.4 изображает схему устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению, второй вариант выполнения;
фиг.5 изображает схему устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению, третий вариант выполнения;
фиг.6 изображает схему устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненного согласно предлагаемому изобретению, четвертый вариант выполнения.
Устройство обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненное согласно изобретению, содержит систему электронагревательных панелей 1, которую размещают в каждом пассажирском вагоне. Каждая электронагревательная панель 1 системы имеет по меньшей мере один низкотемпературный резистивный нагревательный элемент 2 и по меньшей мере один инфракрасный излучатель 3. Каждый резистивный нагревательный элемент 2, например, может быть заключен в оболочку, выполненную из термостойкого электроизолирующего материала, на которой закреплен инфракрасный излучатель 3, выполненный из магнитомягкого материала, например, из стали.
Каждый резистивный нагревательный элемент 2 имеет выводы 4 для подключения к источнику электрического питания и для заземления. Подключение к источнику электрического питания осуществляют с помощью средства электрического соединения для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей 1. Это средство представляет собой электрические кабели 5, посредством которых электронагревательные панели 1 подсоединяют к другим конструктивным элементам предлагаемого устройства обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства.
Каждый инфракрасный излучатель 3 может быть выполнен в виде облицовки электронагревательной панели 1, которая представляет собой минеральное покрытие лицевой стороны этой панели 1, увеличивающее коэффициент ее излучающей способности. Облицовка может представлять собой покрытие из порошковых красок различной цветовой гаммы или декоративные минеральные ткани, в том числе, стеклообои, или минеральное покрытие, выполненное в виде запеченного слоя керамического напыления, или в виде напыления смеси тонкой минеральной крошки, например, мрамора, со связующим из полимерных материалов, или в виде результата химической или электрохимической обработки лицевой поверхности электронагревательной панели 1.
Для обеспечения одностороннего направления теплового излучения с тыльной стороны каждой электронагревательной панели 1 могут быть размещены теплоизолирующий и/или теплоотражающий слои (на чертеже не показано). Для увеличения геометрической площади излучения и уменьшения площади прямого контакта с пассажиром лицевые поверхности панелей 1 могут быть выполнены ребристыми (на чертеже не показано).
Электронагревательные панели 1 могут быть выполнены и любой другой известной конструкции, пригодной для аналогичных целей. Главное, чтобы электронагревательные панели 1 были выполнены плоскими, то есть длина и ширина каждой панели 1 должна быть значительно больше ее толщины, и низкотемпературными.
К низкотемпературным панелям относятся такие электронагревательные панели 1 лучистого тепла, температура поверхности которых не превышает температуру безболезненного (безожогового) контакта с участком тела человека без одежды, а именно не превышает температуру 60°С.
При такой достаточно низкой температуре поверхности электронагревательной панели 1 основная мощность теплового поля инфракрасного излучения лежит в биорезонансном диапазоне длин волн от 8,5 до 10 мкм. Этот диапазон длин волн дает возможность свободного похождения инфракрасного излучения через одежду человека и его поглощения непосредственно кожей человека.
Кроме того, это инфракрасное излучение близко по спектральному составу к инфракрасному излучению человека и поэтому вызывает резонансный отклик его организма, выражающийся в рефлекторном увеличении трофики внутренних органов и повышении скорости общего метаболизма клеток организма. Это приводит к тому, что организм дополнительно саморазогревается, и человек не испытывает тепловой дискомфорт при пониженной температуре окружающего воздуха.
Электронагревательные панели 1 объединены в группы, содержащие подгруппы 6 и 7. Каждая группа установлена внутри отдельного помещения 8.
Лучистый теплообмен тела человека по данным различных источников составляет от 50 до 60% общего энергетического теплообмена тела человека. Системы электронагревательных элементов с низкотемпературным лучистым способом обогрева помещений пассажирского вагона, при котором температура инфракрасных излучателей не превышает 60°С, являются наиболее экологичными и наиболее экономичными по энергозатратам.
Однако реализация систем низкотемпературного лучистого обогрева сопряжена с увеличением материалоемкости оборудования, поскольку для выделения одинаковой с высокотемпературными обогревателями тепловой мощности требуется значительное увеличение площади тепловых инфракрасных излучателей 3. Поэтому для реализации предлагаемого устройства низкотемпературного лучистого обогрева электронагревательные панели 1 размещены на элементах ограждающих конструкций и/или элементах интерьера помещений 8 пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства.
Как правило, пассажирский вагон железнодорожного транспортного средства в качестве помещений 8 содержит служебное купе, купе проводников, несколько купе пассажиров, коридор и по меньшей мере одну туалетную комнату. В указанных помещениях 8 электронагревательные панели 1 размещены по меньшей мере на поверхностях стен под окнами 9, при этом в служебном купе, купе проводников и купе пассажиров электронагревательные панели 1 дополнительно размещены по меньшей мере на поверхностях рундуков 10, спинок 11 сидений, спинок 12 лежанок и/или поверхности пола 13.
При этом электронагревательная панель может иметь криволинейную форму, пригодную для установки, например, в угловой части помещения 8.
Инфракрасные излучатели 3 электронагревательных панелей 1, размещенных на поверхностях рундуков 10 и стен под окнами 9, имеют температуру, преимущественно, от 20 до 60°С, инфракрасные излучатели 3 электронагревательных панелей 1, размещенных на поверхностях спинок 11 сидений и спинок 12 лежанок, имеют температуру, преимущественно, от 25 до 45°С, инфракрасные излучатели 3 электронагревательных панелей 1, размещенных на поверхностях полов 13, имеют температуру, преимущественно, от 20 до 40°С.
Причем выбирают удельную тепловую мощность электронагревательных панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях спинок 11 сидений и спинок 12 лежанок, в диапазоне 200-300 Вт/кв.м, панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях рундуков 10 и стен под окнами 9, в диапазоне 300-500 Вт/кв.м, и панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях полов, в диапазоне 150-250 Вт/кв.м.
Как указано выше, каждая группа электронагревательных панелей 1 содержит первую подгруппу 6 электронагревательных панелей 1 и вторую подгруппу 7 электронагревательных панелей 1.
Первая подгруппа 6 электронагревательных панелей 1 представляет собой электронагревательные панели 1 лучистого тепла, размещенные с возможностью формирования теплового поля инфракрасного излучения внутри каждого помещения 8.
Вторая подгруппа 7 электронагревательных панелей 1 представляет собой электронагревательные панели 1 лучистого тепла, размещенные внутри каждого помещения 8 на поверхностях, выполненных с возможностью непосредственного локального контакта с пассажирами. При этом каждая электронагревательная панель 1 второй подгруппы 7 снабжена средством локального регулирования и автоматического поддержания температуры этой электронагревательной панели 1, подсоединенным к источнику электрического питания.
В качестве средства локального регулирования и автоматического поддержания температуры может быть использован термостат 14 с выносным датчиком температуры, выполненный с возможностью поддержания заданной температуры излучающей поверхности электронагревательной панели 1.
В качестве источника электрического питания предлагаемое устройство содержит генератор 15 электрического тока, имеющий привод 16, подсоединенный к колесной паре 17 пассажирского вагона, и аккумулятор 18, подсоединенный к генератору 15 электрического тока.
При этом имеется блок 19 управления, который выполнен с возможностью чередования использования генератора 15 и аккумулятора 18 для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей 1, соответственно, в процессе движения и стоянок железнодорожного транспортного средства и с возможностью независимого управления температурой электронагревательных панелей 1 каждой группы в отдельных помещениях 8 пассажирского вагона.
При этом блок 19 управления содержит контроллер 20, выполненный с возможностью активации всех групп электронагревательных панелей 1, с возможностью независимой активации каждой группы электронагревательных панелей 1 и с возможностью независимой активации каждой подгруппы 6 и 7 электронагревательных панелей 1.
Блок 19 управления содержит блок 21 силовых ключей, посредством которого каждая группа и каждая подгруппа 6 и 7 электронагревательных панелей 1 подсоединена к контроллеру 20.
Кроме того, блок 19 управления содержит подсоединенный к контроллеру 20 пульт 22 управления, размещенный, как правило, в служебном купе или купе проводников. Это позволяет проводнику программировать контроллер 20 согласно температурным требованиям помещений 8 пассажирского вагона, и управлять включением (активированием) электронагревательных панелей 1 в заданное время и по заданному алгоритму в зависимости от внутренних и внешних условий.
Предлагаемое устройство содержит наружный датчик 23 температуры, выполненный с возможностью измерения температуры снаружи железнодорожного транспортного средства, а также внутренние датчики 24 температуры, выполненные с возможностью измерения температуры внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона. Причем в каждом указанном помещении 8 внутренние датчики 24 температуры размещены вблизи потолка 25.
При этом блок 19 управления содержит средство 26 измерения и контроля температуры воздуха, которое подсоединено к наружному и внутренним датчикам 23 и 24 температуры и к контроллеру 20.
Для оптимизации использования электроэнергии на обогрев помещений 8 пассажирского вагона в процессе движения и стоянок железнодорожного транспортного средства контроллер 20 выполнен с возможностью измерения силы электрического тока заряд/разряд аккумулятора 18 и с возможностью измерения и управления силой электрического тока генератора 15, и с возможностью проведения расчетов запаса энергии в аккумуляторе 18 и контроля мощности, потребляемой на обогрев помещений 8, и с возможностью проведения расчетов алгоритма оптимального управления энергопотреблением на обогрев помещений 8 пассажирского вагона с учетом графика стоянок и движения железнодорожного транспортного средства и с учетом температуры воздуха снаружи железнодорожного транспортного средства и внутри помещений 8 пассажирского вагона, и с возможностью активации групп и подгрупп 6 и 7 электронагревательных панелей 1 по выработанному алгоритму.
При этом в цепи генератора 15 установлен амперметр (A1) - измеритель электрического тока генератора, а в цепи аккумулятора 18 установлен амперметр (А2) - измеритель направления и величины электрического тока заряда/разряда аккумулятора 18, которые подсоединены к контроллеру 20.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства в первом варианте выполнения, при котором контроллер 20 выполнен с возможностью одновременной активации подгрупп 6 и 7 в каждой группе электронагревательных панелей 1, расположенных в помещениях 8 пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, например, пассажирского поезда.
На фиг.4 представлена схема предлагаемого устройства во втором варианте выполнения, при котором контроллер 20 выполнен с возможностью одновременной активации подгрупп 6 и 7 в каждой группе электронагревательных панелей 1, расположенных в помещениях 8 пассажирского вагона поезда, при этом каждая электронагревательная панель 1 локального тепла снабжена термостатом 14 с выносным датчиком температуры поверхности электронагревательной панели 1, что позволяет пассажирам индивидуально выбирать комфортный тепловой режим и стабилизировать его вне зависимости от движения или стоянки поезда.
На фиг.5 представлена схема предлагаемого устройства в третьем варианте выполнения, при котором контроллер 20 выполнен с возможностью независимой активации каждой подгруппы 6 и 7 каждой группы электронагревательных панелей 1, расположенных в каждом помещении 8 пассажирского вагона поезда, во время его движения, и активации вторых подгрупп 7 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, выполненных в возможностью непосредственного локального контакта с пассажирами, только во время стоянок поезда.
Для этого имеется вентиль 27, посредством которого во время стоянок поезда автоматически отключают от аккумулятора 18 первые подгруппы 6 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, размещенные с возможностью формирования теплового поля инфракрасного излучения внутри каждого помещения 8.
На фиг.6 представлена схема предлагаемого устройства в четвертом варианте выполнения, при котором контроллер 20 выполнен с возможностью независимой активации каждой подгруппы 6 и 7 каждой группы электронагревательных панелей 1, расположенных в каждом помещении 8 пассажирского вагона поезда, во время его движения и во время его стоянок. При этом имеется ключ 28, подключенный параллельно вентилю 27, и во время непродолжительных стоянок поезда при наличии достаточного запаса энергии в аккумуляторе 18 посредством контроллера 20 активируют ключ 28 и подключают к аккумулятору 18 первые подгруппы 6 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, размещенные с возможностью формирования теплового поля инфракрасного излучения внутри каждого помещения 8.
Устройство обогрева помещений пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, выполненное согласно изобретению, работает следующим образом
Помещения 8 пассажирского вагона железнодорожного транспортного средства, например, пассажирского поезда, оборудуют системой электронагревательных панелей 1 низкотемпературного лучистого обогрева. При этом обогрев помещений 8 осуществляют путем низкотемпературного лучистого обогрева непосредственно от электронагревательных панелей 1, которые объединяют в группы, каждая из которых содержит подгруппы 6 и 7 и посредством каждой из которых в каждом отдельном помещении 8 создают тепловое поле инфракрасного излучения в биорезонансном диапазоне длин волн.
В качестве источника электрического питания системы электронагревательных панелей 1 используют генератор 15 электрического тока, который приводят в действие от колесной пары 17 пассажирского вагона поезда, и аккумулятор 18, который подсоединяют к генератору 15 электрического тока для снабжения энергией.
При движении поезда за счет тяги локомотива поезда генератор 15 вырабатывает постоянное напряжение 140 В. Часть электрического тока генератора 15 подают на аккумулятор 18 для снабжения его энергией. При этом напряжение в бортовой сети пассажирского вагона равно напряжению, вырабатываемому генератором 15, а именно 140 В. Другую часть электрического тока генератора 15 подают на питание системы электронагревательных панелей 1.
При стоянках поезда системе электронагревательных панелей 1 подают питание от аккумулятора 18, который вырабатывает постоянное напряжение 110 В. При этом напряжение в бортовой сети пассажирского вагона равно напряжению, вырабатываемому аккумулятором 18, а именно 110 В.
В процессе движения и стоянок поезда чередуют использование генератора 15 и аккумулятора 18 для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей 1, контролируют температуру воздуха в каждом отдельном помещении 8 и поддерживают в каждом помещении 8 заданную температуру теплового поля инфракрасного излучения.
Каждую электронагревательную панель 1 снабжают по меньшей мере одним низкотемпературным резистивным нагревательным элементом 2 и по меньшей мере одним инфракрасным излучателем 3, температуру последнего из которых автоматически поддерживают в интервале от 20 до 60°С на уровне, обеспечивающем компенсацию тепловых потерь каждого помещения 8 пассажирского вагона. При этом в каждом отдельном помещении 8 поддерживают тепловое поле с максимумом энергии в спектре инфракрасного излучения в биорезонансном диапазоне длин волн от 8,5 до 10 мкм.
В зависимости от температуры воздуха снаружи поезда, наличия солнечной радиации, ветра, сквозняков и тому подобного изменяются тепловые потери каждого помещения 8 пассажирского вагона. В соответствии с величиной тепловых потерь каждого помещения 8 активируют группы электронагревательных панелей 1 в каждом отдельном помещении 8 пассажирского вагона и методом последовательных приближений определяют необходимую мощность для поддержания заданной предельной температуры воздуха в каждом помещении 8.
Для компенсации тепловых потерь каждого помещения 8 пассажирского вагона в условиях морозных российских зим с температурой воздуха снаружи поезда, как правило, до минус 25°С выбирают удельную тепловую мощность каждой электронагревательной панели 1 в пределах от 150 до 500 Вт/кв.м.
Причем в каждом отдельном помещении 8, например, в пассажирском купе, выбирают удельную тепловую мощность электронагревательных панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях спинок 11 сидений и спинок 12 лежанок, в диапазоне 200-300 Вт/кв.м, панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях рундуков 10 и стен под окнами 9, в диапазоне 300-500 Вт/кв.м, и панелей 1 инфракрасного излучения, размещенных на поверхностях полов, в диапазоне 150-250 Вт/кв.м. При этом измеряют температуру воздуха в каждом пассажирском купе, в купе проводников, служебном купе, по меньшей мере в двух зонах коридора и в туалетах, и управляют температурными режимами в каждом указанном помещении 8.
Для уменьшения использования электроэнергии на обогрев помещений 8, в которых отсутствуют пассажиры, и создания комфортных тепловых условий в помещениях 8, в которых присутствуют пассажиры, активируют или дезактивировируют группы электронагревательных панелей 1, размещенные в разных помещениях 8 пассажирского вагона.
В каждой группе электронагревательных панелей 1 активируют первую подгруппу 6 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, посредством которой формируют тепловое поле инфракрасного излучения внутри каждого помещения 8, и вторую подгруппу 7 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, посредством которой осуществляют непосредственный локальный контакт с пассажирами внутри каждого помещения 8.
При необходимости независимо активируют или дезактивируют подгруппы 6 и 7 электронагревательных панелей 1, размещенные в одном помещении 8.
В зависимости от температуры внутри помещений 8 пассажирского вагона и снаружи поезда задают предельное значение температуры воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона, измеряют температуру воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона и активируют соответствующие группы 6 и 7 электронагревательных панелей 1, когда указанная температура внутри каждого помещения 8 ниже заданного значения. Или задают предельное значение температуры воздуха снаружи поезда, измеряют температуру воздуха снаружи поезда и активируют систему электронагревательных панелей 1, когда температура воздуха снаружи поезда ниже заданного значения.
В процессе движения поезда и в процессе его стоянок задают разные предельные значения температуры воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона.
Кроме того, задают предельное значение температуры воздуха снаружи поезда и температуры воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона, измеряют температуру воздуха снаружи поезда и внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона и изменяют мощность инфракрасного излучения электронагревательных панелей 1 в каждом помещении 8 пассажирского вагона, когда температура воздуха снаружи поезда и внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона меньше или больше заданного значения.
На фиг.1 изображен наиболее простой вариант реализации предлагаемого изобретения, при котором в процессе движения поезда генератор 15, приводимый в движение от колесной пары 17 пассажирского вагона, вырабатывает электрическую энергию с напряжением 140 В, часть которой используют на зарядку аккумулятора 18. Посредством пульта 22 управления, расположенного в блоке 19 управления, проводник программирует контроллер 20 и заносит в него предельные значения температуры воздуха снаружи поезда и внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона. Посредством наружного датчика 23 температуры, внутренних датчиков 24 температуры, средства 26 измерения и контроля температуры и контроллера 20 измеряют температуру воздуха снаружи поезда и температуру воздуха внутри каждого помещения 8 и по результатам измерений посредством блока 21 силовых ключей активируют группы электронагревательных панелей 1 лучистого тепла, включающие подгруппы 6 и 7, в каждом помещении 8, в котором температура воздуха ниже предельно заданного значения.
Как было описано выше во время стоянок поезда обеспечение мощностью системы электронагревательных панелей 1 осуществляют от аккумулятора 18, при этом напряжение заряженного аккумулятора равно около 110 В. Для экономии энергии аккумулятора 18 задают разные предельные значения температуры воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона в процессе движения поезда и в процессе его стоянок. То есть на стоянках поезда в контроллере 20 задают предельное значение температуры воздуха для режима стоянок на три-четыре градуса ниже, чем предельное значение температуры воздуха для режима движения поезда.
Посредством контроллера 20 измеряют электрические токи генератора 15 и аккумулятора 18, определяют режимы движения или стоянок поезда и соответственно проконтролированному температурному режиму активируют необходимые группы электронагревательных панелей 1.
Это позволяет за счет теплоаккумулирующих свойств ограждающих конструкций и конструкций интерьера помещений 8 пассажирского вагона на непродолжительных стоянках поезда значительно снизить расход энергии аккумулятора 18.
Для создания наиболее комфортных тепловых условий пассажирам поезда и обеспечения их возможностью индивидуального регулирования температуры поверхности вторых подгрупп 7 электронагревательных панелей 1 лучистого тепла (панели локального, контактного тепла), последние, как показано в варианте выполнения на фиг.4, снабжены термостатами 14 с выносными датчиками температуры поверхности электронагревательной панели 1, вмонтированными в эти панели 1.
Для исключения отключения электронагревательных панелей 1 локального тепла на стоянках, то есть для обеспечения стабильной температуры воздуха, особенно ночью во время сна пассажиров, как показано на фиг.5, в разрыв цепи между генератором 15 и аккумулятором 18 включают однонаправленный вентиль 27, причем питание первых подгрупп 6 электронагревательных панелей 1 осуществляют с помощью электрического кабеля 5, подсоединенного к генератору 15, а питание вторых подгрупп 7 электронагревательных панелей 1 локального тепла осуществляют с помощью электрического кабеля 5, подсоединенного к аккумулятору 18, при этом объединяют нижние по схеме ветви электрического кабеля 5 вторых подгрупп 7 электронагревательных панелей 1 локального тепла и подключают их через отдельный дополнительный ключ 24 к общей шине отрицательных выводов генератора 15 и аккумулятора 18.
Однако при незначительных тепловых потерях в условиях слабых морозов и на коротких, до 10 минут, стоянках поезда возможно вообще не переключать систему электронагревательных панелей 1 на экономный режим энергопотребления, что обеспечивает стабильность тепловых условий вне зависимости от режима движение/стоянка и повышает тепловую комфортность для пассажиров. Для этого, как показано на фиг.6, параллельно однонаправленному вентилю 27 подключают силовой ключ 28, которым управляют посредством контроллера 20.
Для создания комфортных тепловых условий при значительном снижении энергетических затрат в помещениях 8 пассажирского вагона при низких температурах снаружи поезда измеряют электрические токи генератора 15 и аккумулятора 18 и контролируют мощность, потребляемую системой электронагревательных панелей 1, а также рассчитывают и контролируют запас энергии аккумулятора 18 в процессе движения и стоянок поезда, измеряют температуру воздуха внутри каждого помещения 8 пассажирского вагона и снаружи поезда, задают график движения и стоянок поезда, вычисляют посредством контроллера 20 и задают оптимальный по энергопотреблению режим активации групп и подгрупп 6 и 7 электронагревательных панелей 1 с учетом создания комфортных тепловых условий пассажирам и последовательно чередуют использование генератора 15 и аккумулятора 18 для обеспечения мощностью системы электронагревательных панелей 1 в процессе движения и стоянок поезда, а также активируют группы и подгруппы 6 и 7 электронагревательных панелей 1 по заданному режиму, что позволяет оптимизировать использование электроэнергии на обогрев помещений 8 пассажирского вагона в процессе движения и стоянок поезда, а также увеличить ресурс и повысить надежность системы отопления.